Participantes
Este estudo de caso foi registrado na Clínica Trials.gov (NCT02358915) e realizado no BICE centro de pesquisa na Divisão de Biokinesiology e fisioterapia da Universidade do Sul da Califórnia. Os participantes foram recrutados através de panfletos do campus e boca a boca.
todos os participantes receberam um formulário de consentimento institucionalmente aprovado antes do início do estudo. Os critérios de inclusão foram: não-desativados, e sem movimento Auricular visível sob comando. Os critérios de exclusão incluíram: história auto-relatada de lesão cerebral traumática, disfunção cognitiva, doença neuromuscular, enxaqueca, Disfunção temporomandibular articular ou convulsões. Além disso, os participantes foram excluídos se eles relataram ter um pacemaker implantado ou desfibrilador dispositivo ou estavam grávidas.
Protocolo de formação em duas fases
protocolo de formação em duas fases (Fig. 1) consistiu em: Fase 1–a facilitação fase–que foi projetado para fornecer uma experiência de PAMs, localização e movimento através de estimulação elétrica e o movimento de realimentação e: Fase 2–a habilidade fase de aquisição—que permitiu que os participantes para a prática de coordenadas e qualificados PAMs ativação através de três progressivamente mais desafiadoras, mais orientada para jogos de computador, enquanto vestindo o sistema patenteado de cabeça-monte o dispositivo. Embora não fosse necessário, fora do tempo de treinamento formal, a prática de “balançar os ouvidos” foi encorajada.
Diagrama de fluxo que ilustra o protocolo de treino em duas fases com 5 movimentos auriculares pré e pós-ensaio realizados sem feedback, antes e depois de cada fase de treino. A fase I usou estimulação eléctrica e biofeedback do movimento do ouvido. A fase II usou um sistema de medição sEMG de quatro canais e um software desenvolvido pela ReachBionics para o jogo de computador baseado em habilidades. MVC = contração voluntária máxima
Antes de cada sessão de treino foi administrado um questionário de 5 itens para documentar quaisquer efeitos secundários (por exemplo, dor de cabeça muscular, dor de cabeça) experimentados após a sessão anterior.A nossa principal medida dependente é o movimento auricular. O movimento auricular máximo sem feedback foi registrado antes e depois de cada sessão de treinamento durante ambas as fases de treinamento (ou seja, facilitação e aquisição de habilidade) para capturar a aprendizagem. Instruções específicas para estas sessões de teste são para “mover sua orelha para cima e para trás o mais longe possível e segurá-la por 10 segundos”.
Tecnologia e equipamentos
Fase 1: facilitação
O estimulador elétrico foi produzido por início rápido VQOrtho (Irvine, CA) e é aprovado pela FDA neuromuscular estimulador elétrico. O estimulador tem dois canais independentes para os quais níveis de estimulação independentes podem ser definidos para cada canal, levando a estimulação sensorial de nível ou estimulação neuromuscular (i.e., nível motor). Pequenos eletrodos de auto-aderência (1 cm de diâmetro, eletrodos de estimulação auto-aderente) foram colocados diretamente na pele sobre os músculos auriculares superior e posterior de cada orelha antes de cada sessão de treinamento.
o feedback do movimento foi fornecido através do MotionMonitor® pela Innovative Sports Training, Inc. version 9.22 (2015). Três sensores foram colocados em três locais: um na hélice da orelha direita, um na hélice da orelha esquerda, e um entre as sobrancelhas(Fig. 2, insert). A posição da hélice Auricular foi recolhida através de um marcador electromagnético a uma taxa de amostragem de 120 Hz ao longo de cada sessão de ensaio e fornecida como feedback visual no ecrã do computador (Fig. 2b).
a The Fastststart electrical stimulator held by the participant and the surface electrodes used for the facilitation phase. Eletrodos foram posicionados na barriga muscular dos músculos peri-auriculares superiores (não vistos) e posteriores (ver inserção). A área de inserção também mostra o eletrodo de movimento do ouvido posicionado na hélice auricular que foi usado para o feedback de movimento. b a participant attempting to activate PAMs during NMES. A tela de computador com o gabarito do movimento está na frente e o espelho é posicionado para a esquerda
Fase 2: a aquisição de competências
eletromiografia de Superfície (facilita) foi gravado através de Biosemi Active dois EMG sistema de medição (MORCEGOS) (BioSemi B. V., 1054SC Amesterdão, países baixos). O dispositivo de montagem da cabeça forneceu um conjunto de 4 contatos de eletrodos dentro de cada grupo muscular identificado (músculo auricular superior e posterior, bilateralmente) (Fig. 3a). Os testes anteriores do dispositivo confirmaram uma conversa cruzada mínima entre os quatro canais. Os eletrodos trabalharam através de pinos banhados a ouro usados como contatos secos na superfície da pele. A figura 3a mostra o dispositivo de montagem da cabeça integrado num par de armações de óculos para estabilização. A figura 3b mostra um participante usando o sistema de aquisição sEMG head-mount para o jogo.
a o sistema de auscultadores contém o sistema de medição sEMG multi-canal não-invasivo. eletrodos sEMG montados no auscultador foram colocados na pele em torno das orelhas sobre os músculos peri-auriculares superior e posterior e gravaram o sinal usando software específico da aplicação. b Mostra o participante com fone de ouvido sentado na frente do computador jogando um jogo durante a Fase II sessão de treinamento
o Software foi usado para transformar o complexo de coordenação de padrões a partir de quatro alvo peri-auricular músculos para ativar o controle durante os três jogos de computador. O algoritmo que traduziu sEMG para controle de cursor identificou uma “ativação” em um músculo quando a tensão EMG (RMS) superou um limiar. Os sinais EMG foram amostrados a 540hz e de alta passagem filtrados acima de 10hz. Gravações foram tiradas de 8 canais EMG unipolar, emparelhados em cada um dos quatro músculos e diferentemente calculados em software, finalmente fornecendo 4 canais de saída. O RMS foi medido em cada canal continuamente ao longo dos 0.2 s. As activações anteriores foram calculadas de acordo com o estado ” off ” ou “on”. Embora um valor-limite simples para determinar o estado ” on ” seja atractivo, a variabilidade da intensidade do ruído de base e a magnitude da força de activação impedem esta possibilidade e o limiar necessário para ser calculado dinamicamente. Assim, a cada 15 s, uma distribuição de mistura Gaussiana foi calculada para até 120 s dos dados anteriores com uma suposição de dois clusters (Estados ” off ” e “on”). A ativação atual é então medida de acordo com a probabilidade anterior de seu correspondente ao aglomerado ativo, com um limiar de 0,9 produzindo um estado “on”.
o sistema realizou continuamente estes cálculos para os quatro canais EMG correspondentes aos quatro músculos peri-auriculares sob observação. Para cada um dos jogos, um conjunto de regras estabeleceu como o jogo foi controlado pelo EMG “activations”.
no primeiro jogo (Habilidade Básica), havia 50 Tijolos (dispostos em uma grade de 10 × 5) no topo da tela. O participante precisava “quebrá-los” todos, repetidamente balançando a bola em direção aos tijolos com o remo, que eles se movem da esquerda para a direita para ser posicionado sob a bola como ele bate para trás. Portanto, os participantes devem mover o remo para a direita ou para a esquerda para parar uma bola que está viajando em velocidades e ângulos variados. Neste jogo, o remo se move se um ou ambos os músculos Auriculares de um determinado lado são ativados na ausência de uma ativação no lado oposto. Este jogo exigiu a capacidade de mudar de controle de lado para lado.
no segundo jogo (habilidade intermediária), os sujeitos são convidados a mover um cursor em torno de uma tela de 2-D apontando para diferentes alvos agrupados em torno de um círculo. Neste jogo,o cursor se move para a frente se houver ativação bilateral PAM. O cursor gira a sua orientação para a direita ou para a esquerda se um ou ambos os músculos de um determinado lado forem activados na ausência de uma activação do lado oposto. O desempenho foi marcado usando a Pontuação da Lei de Fitt, que é uma métrica padrão para avaliar a precisão de um dispositivo ponteiro. Este jogo necessitava de ativação isolada e coordenada de todas as quatro Pam.
no terceiro jogo (alta habilidade), o aprendiz é convidado a preencher um dos quatro quadrados, cada um associado com um músculo peri-auricular diferente. Neste jogo, um determinado quadrado só vai encher se o músculo associado é ativado na ausência de qualquer outro músculo. Este jogo exigiu a ativação seletiva de cada um dos quatro músculos sem os outros três. Era aceitável que os outros quadrados fossem parcialmente preenchidos, desde que o quadrado alvo fosse completamente preenchido antes que qualquer outro quadrado fosse completamente preenchido. O resultado desejado é refletido pela capacidade aprendida para ativação muscular isolada e coordenação que é necessária para o sucesso no jogo 3.
procedimento
Fase 1: facilitação
A estimulação eléctrica foi aplicada para facilitar a contracção muscular. Participantes foram posicionados na frente de um espelho e o Monitor de movimento© tela de feedback do movimento que graficamente forneceu informações sobre a amplitude do movimento dos ouvidos em direções para cima e para trás (Fig. 2b).
para a primeira sessão de treino, o estimulador foi ajustado para estimulação do nível sensorial sem contração muscular para permitir uma sensação de ativação muscular do ouvido. Em contraste com as sessões restantes, para a sessão 1, não havia nenhuma instrução explícita para mover os ouvidos. Em vez disso, o participante foi convidado a prestar atenção à localização da estimulação sensorial. As sessões 2 a 9 foram para melhorar o movimento voluntário das Pam através da aplicação de estimulação elétrica neuromuscular de nível motor (NMES) com feedback fornecido sobre a magnitude do movimento do ouvido. Os participantes foram convidados a se contraírem ao máximo em sincronia com o ciclo de estimulação NMES. Os participantes praticaram para 1 min ensaios, até 25 ensaios por sessão por orelha, com aproximadamente 10 s de descanso entre ensaios. Os parâmetros de estimulação elétrica foram definidos para otimizar a ativação neuromuscular e são detalhados na Tabela 1 .
consistente com o desenvolvimento de um protocolo de treinamento de trabalho, estabelecemos algumas diretrizes para a progressão da facilitação à aquisição de habilidades. Nossa suposição inicial era que uma dada magnitude do movimento da orelha seria associada com o recrutamento e coordenação sEMG. Em retrospectiva, isto foi demasiado simplista. Através de nossa análise, percebemos que o movimento da orelha não era uma medida suficientemente sensível de recrutamento ou coordenação sEMG. O protocolo inicial foi escrito de tal forma que esperávamos que os participantes avançassem para a aquisição de habilidade se pudessem produzir 5 mm de movimento auricular mensurável. Durante o desenvolvimento do protocolo, alguns participantes demonstraram sinais sEMG visíveis e consistentes em sessões subsequentes antes ou sempre produzindo 5 mm de movimento mensurável. No entanto, a única medida objetiva do controle auricular foi a amplitude do movimento. Assim, o protocolo foi consideravelmente afrouxado para permitir a progressão se: 1) inspeção visível de sEMG pré-teste de cada nova sessão de treinamento aproximou o pós-teste da sessão de treinamento anterior; 2) havia 5 mm de movimento auricular mensurável, ou 3) um argumento convincente poderia ser feito para a progressão (por exemplo, cenário de jogo seria mais motivador e envolvente para a aprendizagem). Isso nos permitiu mover os participantes em seu próprio ritmo, muito parecido com a progressão personalizada dos participantes usada na tentativa de aprender uma nova habilidade. Além disso, reconheceu que a amplitude do movimento auricular pode não ser o melhor indicador de prontidão para começar a fase de habilidade da prática. Veja os dados do ID 7, por exemplo.
Fase 2: aquisição de competências
a fase de aquisição de competências permitiu aos participantes desenvolver o seu novo controlo volitivo, motivando a prática através de três jogos de computador progressivamente mais desafiadores. O sinal sEMG foi usado para jogar jogos de computador orientados à meta. Geralmente, a prática com os jogos ocorreu ao longo de 5 sessões, cada uma até 1,5 h por sessão e por 2-3 vezes por semana. Tal como na fase de facilitação, os participantes foram encorajados a praticar movimentos auditivos fora das sessões de formação. Os jogos de computador fornecem uma tarefa orientada a objetivos para a prática de controle bilateral PAM, com cada jogo aumentando em dificuldade.
ao jogar estes jogos de computador em sequência, os participantes usaram o sistema sEMG do head-mount mostrado na Fig. 3b.displays gráficos e tons auditivos permitiram ao participante apreciar variações em seu controle voluntário. Este feedback foi pensado para melhorar a aquisição de habilidade para aspectos de coordenação voluntária dos quatro músculos peri-auriculares.
análise estatística
estatísticas descritivas foram derivadas a partir dos dados de movimento auricular pós-teste recolhidos após cada sessão da fase de facilitação e habilidade. Os meios e a SDs foram calculados a partir dos 5 ensaios pós-teste obtidos após cada sessão. Comparações de grupo foram realizadas usando o teste T não paramétrico de Welch entre alunos e pobres/Não-alunos. Todos os testes estatísticos foram realizados utilizando a versão r 3.4.