participanți
acest studiu a fost înregistrat în studii clinice Trials.gov (NCT02358915) și realizat la Centrul de cercetare BICE din Divizia de Biokinesiologie și terapie fizică a Universității din California de Sud. Participanții au fost recrutați prin pliante campus și cuvânt din gura.
tuturor participanților li s-a furnizat un formular de consimțământ aprobat instituțional înainte de inițierea studiului. Criteriile de includere au fost: fără dizabilități și fără mișcare vizibilă a auriculei la comandă. Criteriile de excludere au inclus: un istoric auto-raportat de leziuni cerebrale traumatice, tulburări cognitive, boli neuromusculare, migrene, disfuncție articulară temporomandibulară sau convulsii. În plus, participanții au fost excluși dacă au raportat că au implantat un stimulator cardiac sau un dispozitiv defibrilator sau au fost însărcinate.
protocol de formare în două faze
protocolul de formare în două faze (Fig. 1) a constat din: faza 1—faza de facilitare-care a fost concepută pentru a oferi experiență de localizare și mișcare PAMs prin stimulare electrică și feedback de mișcare și: faza 2-faza de achiziție a abilităților-care a permis participanților să practice activarea PAMs coordonată și calificată prin trei jocuri pe calculator orientate spre obiective progresiv mai provocatoare, în timp ce purtau dispozitivul patentat de montare pe cap. Deși nu este necesară, în afara timpului formal de formare, a fost încurajată practica „răsucirii urechii”.
diagrama de flux care ilustrează protocolul de antrenament în două faze cu 5 mișcări auriculare pre – și post-test efectuate fără feedback, înainte și după fiecare fază de antrenament. Faza I a folosit stimularea electrică și biofeedback-ul mișcării urechii. Faza II a folosit un sistem de măsurare sEMG cu patru canale și software dezvoltat de ReachBionics pentru jocul pe calculator bazat pe abilități. MVC = contracție voluntară maximă
înainte de fiecare sesiune de practică a fost administrat un chestionar cu 5 articole pentru a documenta orice reacții adverse (de exemplu, dureri musculare, cefalee) experimentate după sesiunea anterioară.
principala noastră măsură dependentă este mișcarea auriculară. Mișcarea auriculară maximă fără feedback a fost înregistrată înainte și după fiecare sesiune de antrenament în ambele faze ale antrenamentului (adică facilitarea și dobândirea abilităților) pentru a capta învățarea. Instrucțiunile specifice pentru aceste sesiuni de testare sunt „mișcați urechea în sus și înapoi cât puteți și țineți-o timp de 10 secunde”.
tehnologie și echipamente
Faza 1: facilitare
stimulatorul electric a fost produs de FastStart VQOrtho (Irvine, CA) și este un stimulator electric neuromuscular aprobat de FDA. Stimulatorul are două canale independente pentru care pot fi setate niveluri independente de stimulare pentru fiecare canal, ceea ce duce la stimularea nivelului senzorial sau stimularea nivelului neuromuscular (adică nivelul motor). Electrozi standard, disponibili comercial, cu auto-lipire (cu diametrul de 1 cm, electrozi de stimulare auto-aderenți) au fost plasați direct pe piele peste mușchii auriculari superiori și posteriori ai fiecărei urechi înainte de fiecare sesiune de antrenament.
feedback-ul mișcării a fost furnizat prin MotionMonitor de către Innovative Sports Training, Inc. versiunea 9.22 (2015). Trei senzori au fost plasați în trei locații: unul pe helixul urechii drepte, unul pe helixul urechii stângi și unul între sprâncene (Fig. 2, Inserare). Poziția helixului urechii a fost colectată printr-un marker electromagnetic la o rată de eșantionare de 120 Hz pe parcursul fiecărei sesiuni de testare și furnizată ca feedback vizual pe ecranul computerului (Fig. 2b).
a stimulatorul electric FastStart deținut de participant și electrozii de suprafață utilizați pentru faza de facilitare. Electrozii au fost poziționați pe burta musculară a mușchilor peri-auriculari superiori (nu se văd) și posteriori (vezi inserția). Vizualizarea inserției arată, de asemenea, electrodul de mișcare a urechii poziționat pe spirala auriculei care a fost utilizată pentru feedback-ul mișcării. B un participant care încearcă să activeze PAMs în timpul NMES. Ecranul computerului cu feedback de mișcare este în față și oglinda este poziționată spre stânga
Faza 2: achiziția de abilități
electromiografia de suprafață (sEMG) a fost înregistrată prin sistemul de măsurare Biosemi Active two EMG (BATS) (BioSemi B. V., 1054sc Amsterdam, Olanda). Dispozitivul de montare a capului a furnizat o serie de 4 contacte de electrozi în cadrul fiecărui grup muscular identificat (mușchiul auricular superior și posterior, bilateral) (Fig. 3a). Testarea anterioară a dispozitivului a confirmat o discuție minimă între cele patru canale. Electrozii au lucrat prin ace placate cu aur folosite ca contacte uscate pe suprafața pielii. Figura 3a prezintă dispozitivul de montare pe cap integrat pe o pereche de rame de ochelari pentru stabilizare. Figura 3b prezintă un participant care utilizează sistemul de achiziție sEMG cu montare pe cap pentru joc.
a Sistemul de căști conține sistemul de măsurare multi-canal non-invaziv sEMG. electrozii sEMG montați pe setul cu cască au fost așezați pe pielea din jurul urechilor peste mușchii peri-auriculari superiori și posteriori și au înregistrat semnalul folosind software specific aplicației. B arată participantul cu setul cu cască așezat în fața calculatorului jucând un joc în timpul unei sesiuni de antrenament de faza II
Software-ul a fost folosit pentru a transforma modelele complexe de coordonare din cei patru mușchi peri-auriculari vizați pentru a permite controlul în timpul celor trei jocuri pe calculator. Algoritmul care a tradus sEMG la controlul cursorului a identificat o” activare ” într-un mușchi atunci când tensiunea EMG rădăcină-medie-pătrată (RMS) a depășit un prag. Semnalele EMG au fost eșantionate la 540hz și filtrate cu trecere înaltă peste 10Hz. Înregistrările au fost preluate din 8 canale EMG unipolare, împerecheate la fiecare dintre cei patru mușchi și calculate diferențiat în software, oferind în cele din urmă 4 canale de ieșire. RMS a fost măsurat în fiecare canal continuu pe parcursul celor 0,2 s anterioare. activările au fost calculate în funcție de starea ‘oprit’ sau ‘pornit’. În timp ce o valoare prag simplă pentru determinarea stării ‘on’ este atractivă, variabilitatea rezistenței zgomotului de bază și a amplorii puterii de activare exclud această posibilitate, iar pragul necesar să fie calculat dinamic. Astfel, la fiecare 15 s, a fost calculată o distribuție gaussiană a amestecului pentru până la 120 s din datele precedente, cu o presupunere a două clustere (stările’off’ și ‘on’). Activarea curentă este apoi măsurată în funcție de probabilitatea anterioară de a corespunde clusterului activ, cu un prag de 0,9 rezultând o stare ‘on’.
sistemul a efectuat continuu aceste calcule pentru cele patru canale EMG corespunzătoare celor patru mușchi peri-auriculari sub observație. Pentru fiecare dintre jocuri, un set de reguli a stabilit modul în care jocul a fost controlat de „activările”EMG.
în primul joc (calificare de bază), au existat 50 de cărămizi (îmbrăcat într-o grilă de 10 de 5 de unqt) pe partea de sus a ecranului. Participantul trebuia să le „spargă” pe toate, sărind în mod repetat mingea spre cărămizi cu paleta, pe care o mișcă de la stânga la dreapta pentru a fi poziționată sub minge în timp ce sare înapoi. Prin urmare, participanții trebuie să miște paleta spre dreapta sau spre stânga pentru a opri o minge care se deplasează la viteze și unghiuri diferite. În acest joc, paleta se mișcă dacă unul sau ambii mușchi auriculari de pe o parte dată sunt activați în absența unei activări pe partea opusă. Acest joc a necesitat posibilitatea de a comuta controlul dintr-o parte în alta.
în al doilea joc (abilitate intermediară), subiecții sunt rugați să deplaseze un cursor în jurul unui ecran 2-D care vizează diferite ținte dispuse în jurul unui cerc. În acest joc, cursorul se mișcă înainte dacă există o activare bilaterală Pam. Cursorul își întoarce orientarea spre dreapta sau spre stânga dacă unul sau ambii mușchi de pe o parte dată sunt activați în absența unei activări pe partea opusă. Performanța a fost notată folosind scorul legii Fitt, care este o metrică standard pentru evaluarea acurateței unui dispozitiv de indicare. Acest joc a necesitat activarea izolată și coordonată a tuturor celor patru Pam-uri.
în al treilea joc (high skill), cursantului i se cere să umple unul din cele patru pătrate, fiecare asociat cu un mușchi peri-auricular diferit. În acest joc, un pătrat dat se va umple numai dacă mușchiul asociat este activat în absența oricărui alt mușchi. Acest joc a necesitat activarea selectivă a fiecăruia dintre cei patru mușchi fără ceilalți trei. Era acceptabil ca celelalte pătrate să fie parțial umplute, atâta timp cât pătratul țintă era complet umplut înainte ca orice alt pătrat să fie complet umplut. Rezultatul dorit este reflectat de capacitatea învățată pentru activarea și coordonarea musculară izolată, care este necesară pentru succesul jocului 3.
procedura
Faza 1: facilitarea
Faza 1 a oferit participanților informații și experiență pentru a obține controlul voluntar al PAMs pentru mișcarea urechii. Stimularea electrică a fost aplicată pentru a facilita contracția musculară. Participanții au fost poziționați în fața unei oglinzi și a monitorului de mișcare ecranul de feedback al mișcării, care a furnizat grafic informații despre amplitudinea mișcării urechii în direcții ascendente și înapoi (Fig. 2b).
pentru prima sesiune de antrenament, stimulatorul a fost setat la stimularea nivelului senzorial fără contracție musculară pentru a permite o senzație de activare a mușchilor urechii. Spre deosebire de sesiunile rămase, pentru sesiunea 1, nu a existat nicio instrucțiune explicită pentru a mișca urechile. În schimb, participantului i s-a cerut să acorde atenție localizării stimulării senzoriale. Sesiunile de la 2 la 9 au fost de a spori mișcarea voluntară a PAMs prin aplicarea stimulării electrice neuromusculare la nivel motor (NMES) cu feedback furnizat cu privire la magnitudinea mișcării urechii. Participanții au fost rugați să se contracte Maxim în sincronizare cu ciclul de stimulare NMES. Participanții au practicat timp de 1 min studii, până la 25 de studii pe sesiune pe ureche, cu aproximativ 10 s de odihnă între studii. Parametrii de stimulare electrică au fost stabiliți pentru a optimiza activarea neuromusculară și sunt detaliați în tabelul 1 .
în concordanță cu dezvoltarea unui protocol de formare profesională, am stabilit câteva linii directoare pentru progresul de la facilitare la dobândirea de abilități. Presupunerea noastră inițială a fost că o anumită magnitudine a mișcării urechii ar fi asociată cu recrutarea și coordonarea sEMG. În retrospectivă, acest lucru a fost prea simplist. Prin analiza noastră, ne-am dat seama că mișcarea urechii nu a fost o măsură adecvată sensibilă a recrutării sau coordonării sEMG. Protocolul inițial a fost scris astfel încât ne-am așteptat ca participanții să progreseze spre dobândirea abilităților dacă ar putea produce 5 mm de mișcare auriculară măsurabilă. În timpul dezvoltării protocolului, unii participanți au demonstrat semnale semg vizibile și consistente în sesiunile ulterioare înainte sau producând vreodată 5 mm de mișcare măsurabilă. Cu toate acestea, singura măsură obiectivă a controlului auricular a fost amplitudinea mișcării. Astfel, protocolul a fost slăbit considerabil pentru a permite progresia dacă: 1) inspecția vizibilă a sEMG-ului pre-test al fiecărei sesiuni de antrenament noi a aproximat post-testul sesiunii de antrenament anterioare; 2) a existat 5 mm de mișcare auriculară măsurabilă sau 3) s-ar putea face un argument convingător pentru progresie (de exemplu, scenariul jocului ar fi mai motivant și mai antrenant pentru învățare). Acest lucru ne-a permis să mișcăm participanții în ritmul lor propriu, la fel ca progresul personalizat al participantului utilizat atunci când încercăm să învățăm o abilitate nouă. În plus, a recunoscut că amplitudinea mișcării auriculare ar putea să nu fie cel mai bun indicator al pregătirii pentru a începe faza de calificare a practicii. A se vedea datele ID 7 pentru un exemplu.
Faza 2: achiziția de abilități
faza de achiziție a abilităților a permis participanților să-și dezvolte noul control volitiv găsit prin motivarea practicii prin trei jocuri pe calculator progresiv mai provocatoare. Semnalul sEMG a fost folosit pentru a juca jocuri pe calculator orientate spre obiective. În general, practica cu jocurile A durat peste 5 sesiuni, fiecare până la 1,5 ore pe sesiune și de 2-3 ori pe săptămână. Ca și în faza de facilitare, participanții au fost încurajați să practice mișcările urechii în afara sesiunilor de antrenament. Jocurile pe calculator oferă o sarcină orientată spre obiective pentru practicarea controlului bilateral Pam, fiecare joc crescând în dificultate.
în timp ce jucau aceste jocuri pe calculator în ordine, participanții purtau sistemul sEMG montat pe cap prezentat în Fig. 3B. afișajele grafice și tonurile auditive au permis participantului să aprecieze variațiile în controlul lor voluntar. Acest feedback a fost gândit pentru a spori dobândirea de abilități pentru aspecte ale coordonării voluntare a celor patru mușchi peri-auriculari.
analiza statistică
statisticile Descriptive au fost derivate din datele privind mișcarea auriculară post-test colectate după fiecare sesiune a fazei de facilitare și abilitate. Mijloacele și SDs au fost calculate din cele 5 studii post-test obținute după fiecare sesiune. Comparațiile de grup au fost efectuate folosind testul T non-parametric Welch între cursanți și cei săraci/non-cursanți. Toate testele statistice au fost efectuate folosind versiunea r 3.4.