Participants
this study was registered in Clinical Trials.gov (NCT02358915) ja suoritti Bice research center Division of Biokinesiology and Physical Therapy of University of Southern California. Osallistujat värvättiin kampuslehtisten ja suusanallisesti.
kaikille osallistujille toimitettiin institutionaalisesti hyväksytty suostumuslomake ennen tutkimuksen aloittamista. Osallistumiskriteerit olivat: ei liikuntarajoitteinen ja ilman näkyvää korvaliikettä käskystä. Poissulkukriteerit olivat: itse raportoitu historia traumaattinen aivovamma, kognitiivinen heikkeneminen, neuromuskulaarinen sairaus, migreeni päänsärkyä, temporomandibular nivelten toimintahäiriö, tai kouristuksia. Lisäksi osallistujat suljettiin pois, jos heillä oli ilmoitettu olevan asennettu sydämentahdistin tai defibrillaattori tai he olivat raskaana.
kaksivaiheinen koulutusprotokolla
kaksivaiheinen koulutusprotokolla (Kuva. 1) koostui: Vaihe 1—fasilitointivaihe-joka oli suunniteltu tarjoamaan kokemusta PAMs sijainnin ja liikkeen kautta sähköisen stimulaation ja liikkeen palautetta ja: Vaihe 2-taito hankinta vaihe-että osallistujat voivat harjoitella koordinoitua ja ammattitaitoista PAMs aktivointi kautta kolme asteittain haastavampaa tavoitteellista tietokonepelejä yllään patentoitu head-mount laite. Vaikka sitä ei vaadittu, virallisen harjoitteluajan ulkopuolella kannustettiin harjoittelemaan ”korvien heiluttelua”.
vuokaavio, joka kuvaa kaksivaiheista harjoitusprotokollaa ja 5 koetta edeltävää ja sen jälkeistä korvaliikettä ilman palautetta ennen jokaista harjoitusvaihetta ja sen jälkeen. Vaihe I käytti sähköstimulaatiota ja korvan liikettä. Vaihe II käytti nelikanavaista sEMG-mittausjärjestelmää ja reachbionicsin kehittämää ohjelmistoa taitopohjaiseen tietokonepelien pelaamiseen. MVC = suurin vapaaehtoinen supistuminen
ennen jokaista harjoituskertaa annettiin 5 kohdan kyselylomake, jolla dokumentoitiin edellisen istunnon jälkeen koetut haittavaikutukset (esim.lihasarkuus, päänsärky).
ensisijainen riippuvainen mittamme on korvalehden liike. Suurin korvaliike ilman palautetta kirjattiin ennen jokaista harjoituskertaa ja sen jälkeen koulutuksen molemmissa vaiheissa (eli fasilitointi ja taitojen hankkiminen) oppimisen tallentamiseksi. Erityisiä ohjeita näille testikertoja on ”siirrä korva ylös ja taaksepäin niin pitkälle kuin voit ja pidä sitä 10 Sekuntia”.
teknologia ja laitteet
Vaihe 1: fasilitaatio
sähköstimulaattorin on valmistanut FastStart VQOrtho (Irvine, CA) ja se on FDA: n hyväksymä neuromuskulaarinen sähköstimulaattori. Stimulaattorissa on kaksi itsenäistä kanavaa, joille kullekin kanavalle voidaan asettaa riippumattomat stimulaatiotasot, jotka johtavat aistitason stimulaatioon tai neuromuskulaarisen tason stimulaatioon (eli motoriseen tasoon). Standardinmukaiset, kaupallisesti saatavilla olevat pienet itseliimautuvat elektrodit (halkaisija 1 cm, itseliimautuvat stimulaatioelektrodit) asetettiin suoraan iholle kummankin korvan ylä-ja takaosan korvalihasten päälle ennen jokaista harjoituskertaa.
palautteen liikkeestä antoi Motionmonitor®: n kautta Innovative Sports Training, Inc. versio 9.22 (2015). Kolme anturia sijoitettiin kolmeen kohtaan: yksi oikean korvan helixiin, yksi vasemman korvan helixiin ja yksi kulmakarvojen väliin (Kuva. 2, lisää). Korvakierteen sijainti kerättiin sähkömagneettisen merkkiaineen avulla 120 Hz: n näytteenottotaajuudella jokaisen testisession aikana ja annettiin visuaalisena palautteena tietokoneen näytölle (Kuva. 2b).
a osallistujan hallussa oleva FastStart – sähköstimulaattori ja fasilitointivaiheessa käytettävät pintaelektrodit. Elektrodit sijoitettiin ylemmän (ei nähty) lihaksen vatsalle ja takaosan peri-korvalihasten lihaksille (KS.insertti). Inserttinäkymässä näkyy myös korvalehden helixiin sijoitettu korvan liikeelektrodi, jota käytettiin liikkeen takaisinkytkentään. b osallistuja, joka yrittää aktivoida PAMs: n NMES: n aikana. Tietokoneen näyttö liike takaisinkytkennällä on edessä ja peili on sijoitettu vasemmalle
Vaihe 2: skill acquisition
Surface electromyography (sEMG) tallennettiin Biosemi Active two EMG measurement system (BATS) – menetelmällä (BioSemi B. V., 1054sc Amsterdam, Alankomaat). Päähän kiinnitettävässä laitteessa oli 4 elektrodikontaktia kussakin tunnistetussa lihasryhmässä (ylempi ja posteriorinen korvalihas, kahdenvälisesti) (Kuva. 3 A). Edellinen laitetestaus vahvisti minimaalisen ristipuheen neljän kanavan välillä. Elektrodit toimivat kullattujen pinnien läpi, joita käytettiin ihon pinnan kuivina kosketuksina. Kuvassa 3a on head-mount-laite, joka on integroitu silmälasikehyksiin vakauttamista varten. Kuvassa 3b näkyy osallistuja, joka käyttää head-mount sEMG-hankintajärjestelmää pelin pelaamiseen.
a kuuloke-järjestelmä sisältää monikanavaisen ei-invasiivisen sEMG-mittausjärjestelmän. kuulokkeisiin asennetut sEMG-elektrodit asetettiin korvien ympärille ylempien ja takimmaisten korvalihasten päälle ja ne tallensivat signaalin sovelluskohtaisten ohjelmistojen avulla. b näyttää osallistujan, jolla on kuulokkeet ja joka istuu tietokoneen edessä pelaamassa peliä toisen vaiheen harjoitussession aikana
ohjelmiston avulla muutettiin monimutkaisia koordinaatiokuvioita neljästä kohdennetusta korvalihaksesta siten, että ohjaus oli mahdollista kolmen tietokonepelin aikana. Algoritmi, joka käänsi sEMG: n kursorin ohjaukseen, tunnisti ”aktivaation” lihaksessa, kun Root-mean-square (RMS) EMG-jännite ylitti kynnyksen. EMG-signaalit otettiin 540 Hz: n nopeudella ja Ylipäästösuodatettiin 10 Hz: n yläpuolella. Tallenteet otettiin 8 unipolar EMG kanavaa, pariksi kunkin neljän lihaksia ja eri lasketaan ohjelmisto, lopulta tarjoaa 4 kanavaa lähtö. RMS mitattiin jokaisessa kanavassa jatkuvasti edellisen 0,2 s. aktivoinnit laskettiin ” off ”- tai ” on ” – tilan mukaan. Vaikka yksinkertainen kynnysarvo ”päällä” – tilan määrittämiseksi on houkutteleva, lähtötason melulujuuden ja aktivaatiolujuuden suuruuden vaihtelu estää tämän mahdollisuuden, ja kynnysarvo on laskettava dynaamisesti. Näin ollen 15 sekunnin välein laskettiin Gaussin seosjakauma enintään 120 sekunnin ajan edeltävistä tiedoista olettaen kahdesta klusterista (”off” – ja ” on ” – tiloista). Nykyinen aktivaatio mitataan sen mukaan, kuinka suurella todennäköisyydellä se vastaa aktiivista klusteria, ja kynnysarvo 0,9 antaa ” on ” – tilan.
järjestelmä teki jatkuvasti näitä laskelmia neljälle EMG-kanavalle, jotka vastaavat neljää tarkkailtavaa korvalihasta. Jokaiselle pelille asetettiin säännöt siitä, miten peliä hallittiin EMG: n”aktivaatioilla”.
ensimmäisessä pelissä (perustaito) ruudun yläosassa oli 50 tiiltä (arrayed in a 10 × 5 grid). Osallistujan piti ”rikkoa” ne kaikki pomputtamalla palloa toistuvasti kohti mailalla tiiliä, joita he siirtävät vasemmalta oikealle sijoittuakseen pallon alle sen pompatessa takaisin. Siksi osallistujien on liikuteltava melaa oikealle tai vasemmalle pysäyttääkseen pallon, joka liikkuu eri nopeuksilla ja kulmilla. Tässä pelissä mela liikkuu, jos toinen tai molemmat tietyllä puolella olevat korvalihakset aktivoituvat vastapuolen aktivoinnin puuttuessa. Tämä peli vaati kykyä vaihtaa ohjaus puolelta toiselle.
toisessa pelissä (intermediate skill) koehenkilöitä pyydetään liikuttamaan kursoria 2D-ruudun ympäri tähdäten eri kohteisiin, jotka on aseteltu ympyrän ympärille. Tässä pelissä kursori siirtyy eteenpäin, jos on kahdenvälinen PAM aktivointi. Kursori kääntää suuntansa oikealle tai vasemmalle, jos toinen tai molemmat tietyn puolen lihaksista aktivoituvat vastapuolen aktivoinnin puuttuessa. Suorituskyky pisteytettiin Fittin lakipisteellä, joka on standardi mittari osoitinlaitteen tarkkuuden arvioimiseksi. Tämä peli vaati eristettyä ja koordinoitua aktivointia kaikki neljä Pam.
kolmannessa pelissä (high skill) oppijaa pyydetään täyttämään yksi neljästä ruudusta, joihin jokaiseen liittyy erilainen peri-korvalihas. Tässä pelissä tietty neliö täyttyy vain, jos siihen liittyvä lihas aktivoituu muiden lihasten puuttuessa. Tämä peli vaati valikoivaa aktivointia jokaisen neljän lihaksen ilman kolmea muuta. Oli hyväksyttävää, että muut ruudut täytettiin osittain, kunhan kohderuutu täytettiin kokonaan ennen kuin mikään muu ruutu täytettiin kokonaan. Toivottua lopputulosta kuvastaa opittu kyky eristettyyn lihasten aktivointiin ja koordinaatioon, jota vaaditaan onnistumiseen game 3: ssa.
menettely
Vaihe 1: fasilitointi
Vaihe 1 tarjosi osallistujille tietoa ja kokemusta, jotta he saivat vapaaehtoisen kontrollin Pam: ista korvien liikettä varten. Sähköstimulaatiolla pyrittiin helpottamaan lihasten supistumista. Osallistujat sijoitettiin peilin ja Liikkeenvalvojan eteen© liikkeen palauteruutu, joka antoi graafisesti tietoa korvan liikkeen amplitudista ylös-ja taaksepäin (kuva. 2b).
ensimmäisellä harjoituskerralla stimulaattori asetettiin aistitason stimulaatioon ilman lihassupistusta, jotta korvalihaksen aktivaation tunne olisi mahdollinen. Toisin kuin muissa istunnoissa, istunnossa 1 ei ollut nimenomaista ohjetta korvien liikuttamisesta. Sen sijaan osallistujaa pyydettiin kiinnittämään huomiota aististimulaation sijaintiin. Istunnoissa 2-9 oli tarkoitus parantaa PAMs: n vapaaehtoista liikettä soveltamalla motor level neuromuscular electrical stimulation (NMES), jossa annetaan palautetta korvan liikkeen suuruudesta. Osallistujia pyydettiin tekemään maksimaalinen sopimus synkroniassa NMES-stimulaatiosyklin kanssa. Osallistujat harjoittelivat 1 min kokeita, jopa 25 kokeita per istunto per korva, noin 10 s lepoa välillä kokeiden. Sähköiset stimulaatioparametrit asetettiin neuromuskulaarisen aktivaation optimoimiseksi, ja ne on esitetty yksityiskohtaisesti taulukossa 1 .
työskentelyvalmennusprotokollan kehittämisen mukaisesti laadimme muutamia ohjeita edistymisestä fasilitoinnista taitojen hankkimiseen. Alkuperäinen oletuksemme oli, että tietyn suuruinen korvan liike liittyisi sEMG: n rekrytointiin ja koordinointiin. Jälkikäteen ajateltuna tämä oli liian yksinkertaistettua. Analyysimme kautta tajusimme, että korvan liike ei ollut riittävän herkkä sEMG-rekrytoinnin tai koordinaation mittari. Alkuperäinen protokolla kirjoitettiin niin, että odotimme osallistujien edistyvän taidon hankkimiseen, jos he voisivat tuottaa 5 mm mitattavaa korvaliikkeen liikettä. Protokollan kehityksen aikana jotkut osallistujat osoittivat näkyviä ja johdonmukaisia sEMG-signaaleja myöhemmissä istunnoissa ennen tai koskaan tuottaa 5 mm mitattavissa liikettä. Ainoa objektiivinen korvalehden säätelyn mittari oli kuitenkin liikkeen amplitudi. Täten protokolla löystyi huomattavasti, jotta eteneminen olisi mahdollista, jos: 1) jokaisen uuden harjoitussession semg: n näkyvä tarkastus ennen testiä lähensi edellisen harjoitussession jälkitestiä; 2) mitattavissa olevaa korvaliikkeen liikettä oli 5 mm, tai 3) etenemiselle voitiin esittää pakottava argumentti (esim.peliskenaario olisi motivoivampi ja mukaansatempaavampi oppimisen kannalta). Tämä antoi meille mahdollisuuden siirtää osallistujia omaan tahtiinsa, aivan kuten osallistuja-räätälöity eteneminen, jota käytetään, kun yritetään oppia uutta taitoa. Lisäksi se myönsi, että korvaliikkeen amplitudi ei ehkä ole paras osoitus valmiudesta aloittaa harjoittelun taitovaihe. Katso ID 7: n tiedot esimerkki.
Vaihe 2: taidon hankkiminen
taitonhankintavaihe antoi osallistujille mahdollisuuden kehittää uutta tahdonhallintaansa motivoivalla harjoittelulla kolmen asteittain haastavamman tietokonepelin kautta. SEMG-signaalia käytettiin tavoitteellisten tietokonepelien pelaamiseen. Yleensä harjoitella pelejä tapahtunut yli 5 istuntoa, kukin enintään 1,5 h per istunto ja 2-3 kertaa viikossa. Kuten fasilitointivaiheessa, osallistujia kannustettiin harjoittelemaan korvanliikkeitä treenien ulkopuolella. Tietokonepelit tarjoavat tavoitteellisen tehtävän kahdenvälisen Pam-kontrollin harjoitteluun, jossa jokaisen pelin vaikeudet kasvavat.
pelatessaan näitä tietokonepelejä peräkkäin osallistujat käyttivät Fig: ssä esitettyä head-mount sEMG-järjestelmää. 3b. graafiset näytöt ja auditiiviset äänet antoivat osallistujalle mahdollisuuden arvostaa vaihtelua vapaaehtoisessa kontrollissaan. Tämän palautteen ajateltiin parantavan neljän peri-aurikulaarisen lihaksen vapaaehtoista koordinointia.
tilastollinen analyysi
kuvailevia tilastoja johdettiin testauksen jälkeisistä korvaliikkeen tiedoista, jotka kerättiin jokaisen fasilitointi-ja taitovaiheen istunnon jälkeen. Keskiarvot ja SDs laskettiin kunkin istunnon jälkeen saaduista 5: stä testin jälkeisestä kokeesta. Ryhmävertailuissa käytettiin Welchin ei-parametrista t-testiä oppijoiden ja köyhien/ei-oppijoiden välillä. Kaikki tilastolliset testit tehtiin käyttäen R-versiota 3.4.