résztvevők
ezt a tanulmányt a klinikai gyakorlatban regisztrálták Trials.gov (NCT02358915)és a Dél-Kaliforniai Egyetem Biokineziológiai és fizikoterápiás osztályának Bice kutatóközpontjában végzett. A résztvevőket campus szórólapokon és szóbeszéden keresztül toborozták.
minden résztvevőnek intézményesen jóváhagyott beleegyező nyilatkozatot adtak a vizsgálat megkezdése előtt. A felvételi kritériumok a következők voltak: nem fogyatékos, parancsra látható auricle mozgás nélkül. Kizárási kritériumok: traumás agysérülés, kognitív károsodás, neuromuszkuláris betegség, migrénes fejfájás, temporomandibularis ízületi diszfunkció vagy rohamok. Ezenkívül a résztvevőket kizárták, ha beültetett pacemakerről vagy defibrillátorról számoltak be, vagy terhesek voltak.
kétfázisú képzési protokoll
a kétfázisú képzési protokoll (ábra. 1) a következőkből állt: 1. fázis-a facilitációs fázis -, amelyet úgy terveztek, hogy tapasztalatokat nyújtson a PAMs helyéről és mozgásáról elektromos stimuláció és mozgás visszacsatolás révén, valamint: 2.fázis—a készségszerzési szakasz -, amely lehetővé tette a résztvevők számára, hogy összehangolt és képzett PAMs aktiválást gyakoroljanak három fokozatosan nagyobb kihívást jelentő célorientált számítógépes játékon keresztül, miközben a szabadalmaztatott fejre szerelhető eszközt viselik. Bár nem szükséges, a hivatalos képzési időn kívül ösztönözték a “fül wiggling” gyakorlását.
a kétfázisú képzési protokollt bemutató folyamatábra 5 próba előtti és utáni aurikuláris mozgással, visszacsatolás nélkül, minden képzési szakasz előtt és után. Az I. fázis elektromos stimulációt és fülmozgást használt biofeedback. A II. fázis egy négycsatornás sEMG mérőrendszert és a reachbionics által kifejlesztett szoftvert használt ügyességi alapú számítógépes játékokhoz. MVC = maximális önkéntes összehúzódás
minden edzés előtt egy 5 tételes kérdőívet adtak be az előző ülés után tapasztalt mellékhatások (pl. izomfájdalom, fejfájás) dokumentálására.
elsődleges függő mérésünk az aurikuláris mozgás. A maximális aurikuláris mozgás visszacsatolás nélkül rögzítésre került minden edzés előtt és után a képzés mindkét fázisában (azaz a megkönnyítés és a készségek elsajátítása) a tanulás rögzítéséhez. Ezeknek a teszteknek a konkrét utasításai: “mozgassa a fülét felfelé és hátra, amennyire csak lehet, és tartsa 10 másodpercig”.
technológia és felszerelés
1.fázis: könnyítés
az elektromos stimulátort a FastStart VQOrtho (Irvine, CA) gyártotta, és az FDA által jóváhagyott neuromuszkuláris elektromos stimulátor. A stimulátornak két független csatornája van, amelyekhez minden csatornához független stimulációs szint állítható be, ami szenzoros szintű stimulációhoz vagy neuromuszkuláris szintű stimulációhoz (azaz motoros szinthez) vezet. Szabványos, kereskedelmi forgalomban kapható kis öntapadó elektródákat (1 cm átmérőjű, öntapadó stimulációs elektródákat) közvetlenül a bőrre helyeztünk a felső és hátsó fülizmok minden edzés előtt.
a mozgással kapcsolatos visszajelzéseket a motionmonitor-on keresztül, az Innovative Sports Training, Inc.szolgáltatta. 9.22-es verzió (2015). Három érzékelőt helyeztek el három helyen: egyet a jobb fülhélixen, egyet a bal fülhélixen, egyet pedig a szemöldök között (ábra. 2, helyezze be). A fülhélix helyzetét egy elektromágneses markeren keresztül gyűjtöttük össze 120 Hz-es mintavételi frekvencián minden egyes vizsgálati munkamenet során, és vizuális visszacsatolásként biztosítottuk a számítógép képernyőjén (ábra. 2b).
a A Résztvevő által tartott FastStart elektromos stimulátor és a facilitációs fázishoz használt felületi elektródák. Az elektródákat a felső (nem látható) és a hátsó Peri-auricularis izmok hasán helyezték el (lásd a beillesztést). A Beszúrás nézet azt is mutatja, hogy a fülmozgási elektróda az auricle spirálon helyezkedik el, amelyet a mozgás visszacsatolásához használtak. b egy résztvevő, aki megpróbálja aktiválni a PAMs-t az NMES alatt. A mozgásvisszajelzéssel ellátott számítógép képernyője elöl van, a tükör pedig balra van elhelyezve
2. fázis: készségszerzés
a felszíni elektromiográfiát (sEMG) a Biosemi Active two EMG mérőrendszeren (BATS) keresztül rögzítették (BioSemi B. V., 1054sc Amsterdam, Hollandia). A fejre szerelhető eszköz 4 elektróda érintkezőt biztosított minden azonosított izomcsoporton belül (superior és posterior auricularis izom, kétoldalúan) (ábra. 3a). A korábbi eszköztesztek megerősítették a négy csatorna közötti minimális keresztbeszélést. Az elektródák aranyozott csapokon keresztül dolgoztak, amelyeket száraz érintkezőként használtak a bőr felületén. A 3a. ábra a fejre szerelhető eszközt mutatja be egy pár szemüvegkeretbe integrálva a stabilizálás érdekében. A 3B ábra azt mutatja, hogy egy résztvevő a fejre szerelhető sEMG beszerzési rendszert használja a játékhoz.
a A headset rendszer tartalmazza a többcsatornás, nem invazív sEMG mérőrendszert. a fülhallgatóra szerelt sEMG elektródákat a fül körüli bőrre helyezték a felső és a hátsó peri-auricularis izmok felett, és az alkalmazás-specifikus szoftver segítségével rögzítették a jelet. b azt mutatja, hogy a résztvevő fülhallgatóval a számítógép előtt ülve játszik egy játékot a II. fázisú edzés során
szoftvert használtak a négy célzott peri-auricularis izom komplex koordinációs mintáinak átalakítására, hogy lehetővé tegyék az irányítást a három számítógépes játék során. Az algoritmus, amely a semg-t kurzorvezérlésre fordította, “aktiválást” azonosított egy izomban, amikor a gyökér-Közép-négyzet (RMS) EMG feszültség meghaladta a küszöböt. Az EMG jeleket 540 Hz-en mintavételezték, a felüláteresztő szűrést pedig 10 Hz felett végezték. A felvételeket 8 unipoláris EMG csatornáról vették fel, a négy izom mindegyikénél párosítva, és a szoftverben differenciáltan kiszámítva, végül 4 kimeneti csatornát biztosítva. Az RMS-t minden csatornán folyamatosan mértük az előző 0,2 másodperc alatt. az Aktiválásokat ‘ki’ vagy ‘be’ állapot szerint számítottuk ki. Míg a bekapcsolt állapot meghatározására szolgáló egyszerű küszöbérték vonzó, a kiindulási zajerősség és az aktiválási erősség nagyságának változékonysága kizárja ezt a lehetőséget, és a küszöbértéket dinamikusan kell kiszámítani. Így 15 másodpercenként Gauss-féle keverékeloszlást számítottunk ki az előző adatok legfeljebb 120 másodpercére, két klaszter feltételezésével (‘off’ és ‘on’ állapotok). Az aktuális aktiválást ezután az aktív klaszternek való megfelelőség előzetes valószínűségének megfelelően mérjük, 0,9 küszöbértékkel, amely ‘ on ‘ állapotot eredményez.
a rendszer folyamatosan elvégezte ezeket a számításokat a négy megfigyelt Peri-auricularis izomnak megfelelő négy EMG csatornára. Az egyes játékok esetében egy szabályrendszer állapította meg, hogy a játékot az EMG “aktiválások”vezérelték.
az első játékban (alapkészség) 50 tégla volt a képernyő tetején (10 db 5-ös rácsban). A résztvevőnek mindegyiket “meg kellett törnie” azáltal, hogy a lapáttal többször a tégla felé pattintotta a labdát, amelyet balról jobbra mozgatnak, hogy a labda alá kerüljenek, amikor visszapattan. Ezért a résztvevőknek jobbra vagy balra kell mozgatniuk a lapátot, hogy megállítsák a különböző sebességgel és szögben haladó labdát. Ebben a játékban a lapát akkor mozog, ha egy adott oldalon az egyik vagy mindkét aurikuláris izom aktiválódik, ha az ellenkező oldalon nincs aktiválás. Ez a játék megkövetelte a vezérlés egyik oldalról a másikra történő váltásának képességét.
a második játékban (köztes készség) az alanyokat arra kérik, hogy mozgassák a kurzort egy 2D-s képernyő körül, különböző célokat célozva egy kör körül. Ebben a játékban, a kurzor halad előre, ha van kétoldalú Pam aktiválás. A kurzor jobbra vagy balra fordítja orientációját, ha egy adott oldalon az egyik vagy mindkét izom aktiválódik, ha az ellenkező oldalon nincs aktiválás. A teljesítményt a Fitt ‘ s law pontszám, amely egy szabványos mutató a mutatóeszköz pontosságának felmérésére. Ez a játék szükséges elszigetelt és összehangolt aktiválása mind a négy PAMs.
a harmadik játékban (magas készség) a tanulót felkérik, hogy töltse ki a négy négyzet egyikét, amelyek mindegyike más peri-auricularis izomhoz kapcsolódik. Ebben a játékban egy adott négyzet csak akkor töltődik fel, ha a kapcsolódó izom más izom hiányában aktiválódik. Ez a játék mind a négy izom szelektív aktiválását igényelte a másik három nélkül. Elfogadható volt, hogy a többi négyzetet részben kitöltsék, mindaddig, amíg a cél négyzetet teljesen kitöltötték, mielőtt bármely más négyzetet teljesen kitöltöttek volna. A kívánt eredményt tükrözi az izolált izom aktiválásának és koordinációjának tanult képessége, amely a 3.játék sikeréhez szükséges.
eljárás
1.fázis: könnyítés
az 1. fázis biztosította a résztvevőknek a bemenetet és a tapasztalatot a PAMs önkéntes ellenőrzéséhez a fülmozgáshoz. Elektromos stimulációt alkalmaztak az izmok összehúzódásának megkönnyítésére. A résztvevőket egy tükör és a mozgásfigyelő előtt helyezték el, amely grafikusan szolgáltatott információt a fül mozgásának amplitúdójáról felfelé és hátra irányban (ábra. 2b).
az első edzésen a stimulátort érzékszervi szintű stimulációra állították be izomösszehúzódás nélkül, hogy lehetővé tegye a fülizom aktiválódásának érzését. A fennmaradó munkamenetekkel ellentétben az 1. munkamenethez nem volt kifejezett utasítás a fülek mozgatására. Ehelyett a résztvevőt arra kérték, hogy figyeljen az érzékszervi stimuláció helyére. A 2-9. ülés célja a PAMs önkéntes mozgásának fokozása volt motoros szintű neuromuszkuláris elektromos stimuláció (NMES) alkalmazásával, visszajelzéssel a fül mozgásának nagyságáról. A résztvevőket arra kérték, hogy maximálisan szerződjenek szinkronban az NMES stimulációs ciklussal. A résztvevők gyakorolták 1 perc kísérletek, akár 25 kísérletek ülésenként fülenként, körülbelül 10 S pihenés a kísérletek között. Az elektromos stimulációs paramétereket a neuromuscularis aktiváció optimalizálása érdekében állítottuk be, és ezeket az 1 .táblázat részletezi.
a működő képzési protokoll kidolgozásával összhangban néhány iránymutatást hoztunk létre a könnyítéstől a készség elsajátításáig. Kezdeti feltételezésünk az volt, hogy a fülmozgás adott nagysága összefüggésbe hozható a sEMG toborzásával és koordinációjával. Utólag, ez túlságosan leegyszerűsített volt. Elemzésünk révén rájöttünk, hogy a fülmozgás nem volt megfelelően érzékeny intézkedés a sEMG toborzására vagy koordinációjára. A kezdeti protokollt úgy írták meg, hogy azt vártuk, hogy a résztvevők előrehaladnak a készség elsajátításában, ha képesek 5 mm mérhető aurikuláris mozgást produkálni. A protokoll fejlesztése során néhány résztvevő látható és következetes sEMG jeleket mutatott a következő munkamenetekben, mielőtt vagy valaha 5 mm mérhető mozgást produkált volna. Az aurikuláris kontroll egyetlen objektív mércéje azonban a mozgás amplitúdója volt. Így a protokollt jelentősen meglazították, hogy lehetővé tegyék a progressziót, ha: 1) az egyes új edzések teszt előtti sEMG-jének látható ellenőrzése megközelítette az előző edzés utáni tesztet; 2) 5 mm volt mérhető aurikuláris mozgás, vagy 3) meggyőző érvet lehet felhozni a progresszióra (például a játék forgatókönyve motiválóbb és vonzóbb lenne a tanuláshoz). Ez lehetővé tette számunkra, hogy a résztvevőket a saját tempójukban mozgassuk, hasonlóan a résztvevőre szabott progresszióhoz, amelyet egy új készség elsajátításakor használnak. Ezenkívül elismerte, hogy az aurikuláris mozgás amplitúdója nem biztos, hogy a legjobb mutatója annak, hogy készen áll-e a gyakorlat készségfázisának megkezdésére. Lásd ID 7 adatait egy példát.
2.szakasz: készségszerzés
a készségszerzési szakasz lehetővé tette a résztvevők számára, hogy három fokozatosan nagyobb kihívást jelentő számítógépes játék segítségével motiválják az új megtalált akarati irányítást. A sEMG jelet célorientált számítógépes játékok lejátszására használták. Általában a gyakorlat a játékok kitudódott több mint 5 ülés, minden akár 1,5 h ülésenként és 2-3 alkalommal hetente. Mint a könnyítési szakaszban, a résztvevőket arra ösztönözték, hogy gyakoroljanak fülmozgásokat az edzéseken kívül. A számítógépes játékok célorientált feladatot nyújtanak a kétoldalú PAM-ellenőrzés gyakorlásához, minden játék egyre nehezebbé válik.
miközben ezeket a számítógépes játékokat egymás után játszották, a résztvevők az ábrán látható fejre szerelhető sEMG rendszert viselték. 3b. a grafikus kijelzők és a hallási hangok lehetővé tették a résztvevő számára, hogy értékelje az önkéntes kontroll változásait. Úgy gondolták, hogy ez a visszajelzés fokozza a készségek elsajátítását a négy Peri-auricularis izom önkéntes koordinációjának szempontjai szempontjából.
statisztikai elemzés
a leíró statisztikákat a könnyítési és ügyességi szakasz minden egyes ülése után gyűjtött, a vizsgálat utáni aurikuláris mozgásadatokból származtatták. Az eszközöket és az SDs-t az egyes munkamenetek után kapott 5 teszt utáni vizsgálatból számítottuk ki. A csoportok összehasonlítását nem parametrikus Welch t-teszttel végeztük a tanulók és a szegény/nem tanulók között. Az összes statisztikai tesztet R 3.4-es verzióval végeztük.