Participants
Cette étude a été enregistrée en clinique Trials.gov (NCT02358915) et menée au centre de recherche BICE de la Division de Biokinésiologie et de Physiothérapie de l’Université de Californie du Sud. Les participants ont été recrutés grâce à des dépliants sur le campus et au bouche-à-oreille.
Tous les participants ont reçu un formulaire de consentement approuvé par l’établissement avant le début de l’étude. Les critères d’inclusion étaient les suivants: non handicapé et sans mouvement visible de l’oreillette sur commande. Les critères d’exclusion comprenaient : des antécédents autodéclarés de lésion cérébrale traumatique, de déficience cognitive, de maladie neuromusculaire, de migraines, de dysfonctionnement de l’articulation temporo-mandibulaire ou de convulsions. De plus, les participantes ont été exclues si elles ont déclaré avoir un stimulateur cardiaque ou un défibrillateur implanté ou si elles étaient enceintes.
Protocole d’entraînement en deux phases
Le protocole d’entraînement en deux phases (Fig. 1) consistait en: la phase 1 – la phase de facilitation – qui a été conçue pour fournir une expérience de la localisation et du mouvement du PAM grâce à la stimulation électrique et à la rétroaction des mouvements et: La phase 2 — la phase d’acquisition des compétences – qui a permis aux participants de pratiquer une activation coordonnée et qualifiée du PAM grâce à trois jeux informatiques orientés vers des objectifs de plus en plus difficiles tout en portant le dispositif breveté de fixation de la tête. Bien qu’elle ne soit pas obligatoire, en dehors du temps de formation officiel, la pratique du » tortillage des oreilles » a été encouragée.
Organigramme Illustrant le protocole d’entraînement en deux phases avec 5 mouvements auriculaires pré et post-test effectués sans rétroaction, avant et après chaque phase d’entraînement. La phase I a utilisé la stimulation électrique et le biofeedback du mouvement de l’oreille. La phase II a utilisé un système de mesure sEMG à quatre canaux et un logiciel développés par ReachBionics pour le jeu sur ordinateur basé sur les compétences. MVC = contraction volontaire maximale
Avant chaque séance d’entraînement, un questionnaire en 5 points a été administré pour documenter tous les effets secondaires (par exemple, douleurs musculaires, maux de tête) ressentis après la séance précédente.
Notre principale mesure dépendante est le mouvement auriculaire. Le mouvement auriculaire maximal sans rétroaction a été enregistré avant et après chaque séance d’entraînement pendant les deux phases de l’entraînement (c.-à-d. facilitation et acquisition de compétences) pour capturer l’apprentissage. Les instructions spécifiques pour ces séances de test sont de « déplacer votre oreille vers le haut et vers l’arrière aussi loin que possible et de la maintenir pendant 10 secondes ».
Technologie et équipement
Phase 1: facilitation
Le stimulateur électrique a été produit par FastStart VQOrtho (Irvine, CA) et est un stimulateur électrique neuromusculaire approuvé par la FDA. Le stimulateur comporte deux canaux indépendants pour lesquels des niveaux de stimulation indépendants peuvent être définis pour chaque canal, conduisant à une stimulation au niveau sensoriel ou à une stimulation au niveau neuromusculaire (c’est-à-dire au niveau moteur). De petites électrodes autoadhésives standard disponibles dans le commerce (électrodes de stimulation autoadhésives de 1 cm de diamètre) ont été placées directement sur la peau au-dessus des muscles auriculaires supérieurs et postérieurs de chaque oreille avant chaque séance d’entraînement.
Le retour de mouvement a été fourni par le MotionMonitor® de Innovative Sports Training, Inc. version 9.22 (2015). Trois capteurs ont été placés à trois endroits : un sur l’hélice de l’oreille droite, un sur l’hélice de l’oreille gauche et un entre les sourcils (Fig. 2, insérer). La position de l’hélice de l’oreille a été collectée par un marqueur électromagnétique à une fréquence d’échantillonnage de 120 Hz tout au long de chaque session de test et fournie sous forme de retour visuel sur l’écran de l’ordinateur (Fig. 2b).
a Le stimulateur électrique FastStart tenu par le participant et les électrodes de surface utilisées pour la phase de facilitation. Des électrodes ont été positionnées sur le ventre musculaire des muscles péri-auriculaires supérieur (non visible) et postérieur (voir Insert). La vue insert montre également l’électrode de mouvement de l’oreille positionnée sur l’hélice de l’oreillette qui a été utilisée pour le retour de mouvement. b Un participant qui tente d’activer le PAMS pendant le NMES. L’écran d’ordinateur avec retour de mouvement est à l’avant et le miroir est positionné à gauche
Phase 2: acquisition de compétences
L’électromyographie de surface (sEMG) a été enregistrée via le système de mesure Biosemi Active two EMG (BATS) (BioSemi B.V., 1054SC Amsterdam, Pays-Bas). Le dispositif de fixation à la tête a fourni un réseau de 4 contacts d’électrodes dans chaque groupe musculaire identifié (muscle auriculaire supérieur et postérieur, bilatéralement) (Fig. 3 bis). Les tests précédents de l’appareil ont confirmé une conversation croisée minimale entre les quatre canaux. Les électrodes ont travaillé à travers des broches plaquées or utilisées comme contacts secs sur la surface de la peau. La figure 3a montre le dispositif de fixation de la tête intégré à une paire de montures de lunettes pour la stabilisation. La figure 3b montre un participant utilisant le système d’acquisition sEMG à montage sur la tête pour le jeu.
a le système de casque contient le système de mesure sEMG non invasif multicanal. Des électrodes sEMG montées sur le casque ont été placées sur la peau autour des oreilles au-dessus des muscles péri-auriculaires supérieurs et postérieurs et ont enregistré le signal à l’aide d’un logiciel spécifique à l’application. b Montre le participant avec un casque assis devant l’ordinateur en train de jouer à un jeu lors d’une séance d’entraînement de phase II
Un logiciel a été utilisé pour transformer les schémas de coordination complexes des quatre muscles péri-auriculaires ciblés pour permettre le contrôle pendant les trois jeux informatiques. L’algorithme qui a traduit sEMG en contrôle du curseur a identifié une « activation » dans un muscle lorsque la tension EMG de la moyenne quadratique (RMS) dépassait un seuil. Les signaux EMG ont été échantillonnés à 540 hz et filtrés passe-haut au-dessus de 10 hz. Les enregistrements ont été pris à partir de 8 canaux EMG unipolaires, appariés à chacun des quatre muscles et calculés de manière différentielle dans un logiciel, fournissant finalement 4 canaux de sortie. Le RMS a été mesuré dans chaque canal en continu au cours des 0,2 s précédentes. Les activations ont été calculées en fonction de l’état « off » ou « on ». Bien qu’une valeur seuil simple pour déterminer l’état « activé » soit attrayante, la variabilité de la force du bruit de base et de l’ampleur de la force d’activation excluent cette possibilité, et le seuil devait être calculé dynamiquement. Ainsi, toutes les 15 s, une distribution de mélange gaussienne a été calculée pour jusqu’à 120 s des données précédentes avec une hypothèse de deux clusters (états ‘off’ et ‘on’). L’activation courante est alors mesurée en fonction de la probabilité préalable de sa correspondance avec la grappe active, avec un seuil de 0,9 donnant un état « on ».
Le système a effectué en continu ces calculs pour les quatre canaux EMG correspondant aux quatre muscles péri-auriculaires observés. Pour chacun des jeux, un ensemble de règles a établi comment le jeu était contrôlé par les « activations » de l’EMG.
Dans le premier jeu (compétence de base), il y avait 50 briques (disposées dans une grille de 10 ×5) en haut de l’écran. Le participant devait tous les « casser » en faisant rebondir à plusieurs reprises la balle vers les briques avec la palette, qu’il déplace de gauche à droite pour être positionné sous la balle lorsqu’elle rebondit. Par conséquent, les participants doivent déplacer la pagaie à droite ou à gauche pour arrêter une balle qui se déplace à des vitesses et à des angles variables. Dans ce jeu, la pagaie se déplace si l’un ou les deux muscles auriculaires d’un côté donné sont activés en l’absence d’activation du côté opposé. Ce jeu nécessitait la possibilité de changer de contrôle d’un côté à l’autre.
Dans le deuxième jeu (compétence intermédiaire), les sujets sont invités à déplacer un curseur autour d’un écran 2D visant différentes cibles disposées autour d’un cercle. Dans ce jeu, le curseur avance s’il y a activation PAM bilatérale. Le curseur tourne son orientation vers la droite ou la gauche si l’un ou les deux muscles d’un côté donné sont activés en l’absence d’activation du côté opposé. Les performances ont été notées à l’aide d’un score de loi Fitt, qui est une mesure standard pour évaluer la précision d’un dispositif de pointage. Ce jeu nécessitait une activation isolée et coordonnée des quatre PAMs.
Dans le troisième jeu (compétence élevée), l’apprenant est invité à remplir l’une des quatre cases, chacune associée à un muscle péri-auriculaire différent. Dans ce jeu, un carré donné ne se remplira que si le muscle associé est activé en l’absence de tout autre muscle. Ce jeu nécessitait une activation sélective de chacun des quatre muscles sans les trois autres. Il était acceptable que les autres carrés soient partiellement remplis, tant que le carré cible était complètement rempli avant que tout autre carré ne soit complètement rempli. Le résultat souhaité est reflété par la capacité apprise d’activation et de coordination musculaires isolées qui est nécessaire pour réussir le jeu 3.
Procédure
Phase 1: facilitation
La phase 1 a fourni aux participants des commentaires et de l’expérience pour obtenir un contrôle volontaire des PAM pour le mouvement de l’oreille. Une stimulation électrique a été appliquée pour faciliter la contraction musculaire. Les participants étaient placés devant un miroir et l’écran de rétroaction de mouvement Motion Monitor© qui fournissait graphiquement des informations sur l’amplitude du mouvement de l’oreille dans les directions ascendante et descendante (Fig. 2b).
Pour la première séance d’entraînement, le stimulateur a été réglé sur une stimulation sensorielle sans contraction musculaire pour permettre une sensation d’activation du muscle de l’oreille. Contrairement aux sessions restantes, pour la session 1, il n’y avait pas d’instruction explicite de bouger les oreilles. Au lieu de cela, le participant a été invité à faire attention à l’emplacement de la stimulation sensorielle. Les séances 2 à 9 visaient à améliorer le mouvement volontaire du PAMS grâce à l’application d’une stimulation électrique neuromusculaire au niveau moteur (NMES) avec un retour d’information sur l’ampleur du mouvement de l’oreille. Les participants ont été invités à se contracter au maximum en synchronie avec le cycle de stimulation NMES. Les participants ont pratiqué pendant 1 min d’essais, jusqu’à 25 essais par session et par oreille, avec environ 10 s de repos entre les essais. Les paramètres de stimulation électrique ont été définis pour optimiser l’activation neuromusculaire et sont détaillés dans le tableau 1.
Conformément à l’élaboration d’un protocole de formation pratique, nous avons établi quelques lignes directrices pour la progression de la facilitation à l’acquisition de compétences. Notre hypothèse initiale était qu’une ampleur donnée du mouvement de l’oreille serait associée au recrutement et à la coordination des GEM. Avec le recul, c’était trop simpliste. Grâce à notre analyse, nous avons réalisé que le mouvement de l’oreille n’était pas une mesure suffisamment sensible du recrutement ou de la coordination des GEM. Le protocole initial a été rédigé de telle sorte que nous nous attendions à ce que les participants progressent vers l’acquisition de compétences s’ils pouvaient produire 5 mm de mouvement auriculaire mesurable. Au cours de l’élaboration du protocole, certains participants ont démontré des signaux visibles et cohérents dans les sessions suivantes avant ou après avoir produit 5 mm de mouvement mesurable. Cependant, la seule mesure objective du contrôle auriculaire était l’amplitude du mouvement. Ainsi, le protocole a été considérablement assoupli pour permettre une progression si: 1) l’inspection visible du sEMG pré-test de chaque nouvelle session d’entraînement se rapprochait du post-test de la session d’entraînement précédente; 2) il y avait 5 mm de mouvement auriculaire mesurable, ou 3) un argument convaincant pourrait être avancé pour la progression (par exemple, le scénario de jeu serait plus motivant et engageant pour l’apprentissage). Cela nous a permis de déplacer les participants à leur propre rythme, un peu comme la progression personnalisée utilisée lors de la tentative d’apprentissage d’une nouvelle compétence. En outre, il a reconnu que l’amplitude du mouvement auriculaire n’était peut-être pas le meilleur indicateur de l’état de préparation pour commencer la phase d’habileté de la pratique. Voir les données de l’ID 7 pour un exemple.
Phase 2: acquisition des compétences
La phase d’acquisition des compétences a permis aux participants de développer leur nouveau contrôle volontaire en motivant la pratique à travers trois jeux informatiques de plus en plus difficiles. Le signal sEMG a été utilisé pour jouer à des jeux informatiques axés sur les objectifs. Généralement, la pratique avec les jeux s’est déroulée sur 5 sessions, chacune jusqu’à 1,5 h par session et 2 à 3 fois par semaine. Comme lors de la phase de facilitation, les participants ont été encouragés à pratiquer les mouvements de l’oreille en dehors des séances de formation. Les jeux informatiques fournissent une tâche axée sur les objectifs pour la pratique du contrôle PAM bilatéral, chaque jeu augmentant en difficulté.
Pendant qu’ils jouaient à ces jeux informatiques en séquence, les participants portaient le système sEMG à tête visible à la Fig. 3b. Les affichages graphiques et les tonalités auditives ont permis au participant d’apprécier les variations de son contrôle volontaire. Cette rétroaction a été pensée pour améliorer l’acquisition de compétences pour les aspects de la coordination volontaire des quatre muscles péri-auriculaires.
Analyse statistique
Des statistiques descriptives ont été dérivées des données de mouvement auriculaire post-test collectées après chaque session de la phase de facilitation et d’habileté. Les moyennes et les FDS ont été calculées à partir des 5 essais post-test obtenus après chaque session. Des comparaisons de groupes ont été effectuées à l’aide du test t de Welch non paramétrique entre les apprenants et les apprenants pauvres / Non apprenants. Tous les tests statistiques ont été effectués à l’aide de la version R 3.4.