deltagere
denne undersøgelse blev registreret i klinisk undersøgelse af Trials.gov (NCT02358915) og udført på Bice research center i Division of Biokinesiology and Physical Therapy ved University of Southern California. Deltagerne blev rekrutteret gennem campus flyers og mund til mund.
alle deltagere fik en institutionelt godkendt samtykkeformular inden studiets indledning. Inklusionskriterier var: ikke-deaktiveret og uden synlig aurikelbevægelse på kommando. Eksklusionskriterier inkluderet: en selvrapporteret historie med traumatisk hjerneskade, kognitiv svækkelse, neuromuskulær sygdom, migrænehovedpine, temporomandibulær leddysfunktion eller anfald. Derudover blev deltagerne ekskluderet, hvis de rapporterede at have en implanteret pacemaker eller defibrillator enhed eller var gravid.
tofaset træningsprotokol
tofaset træningsprotokol (Fig. 1) bestod af: fase 1-faciliteringsfasen – der var designet til at give oplevelse af PAMs placering og bevægelse gennem elektrisk stimulering og bevægelsesfeedback og: Fase 2—færdighedsopkøbsfasen-der gjorde det muligt for deltagerne at øve koordineret og dygtig PAMs-aktivering gennem tre gradvist mere udfordrende målorienterede computerspil, mens de bærer den patenterede hovedmonteringsenhed. Selvom det ikke var nødvendigt, uden for den formelle træningstid, blev praksis med “ørevrikning” opmuntret.
rutediagram, der illustrerer tofaset træningsprotokol med 5 forsøg før og efter test aurikulær bevægelse udført uden feedback, før og efter hver Træningsfase. Fase i brugte elektrisk stimulering og øre bevægelse biofeedback. Fase II brugte et sEMG-målesystem med fire kanaler og programmer udviklet af ReachBionics til færdighedsbaseret computerspil. MVC = maksimal frivillig sammentrækning
før hver øvelsessession blev der administreret et spørgeskema med 5 elementer for at dokumentere eventuelle bivirkninger (f.eks. muskelsårhed, hovedpine), der blev oplevet efter den foregående session.
vores primære afhængige mål er aurikulær bevægelse. Den maksimale aurikulære bevægelse uden feedback blev registreret før og efter hver træningssession i begge faser af træningen (dvs.lettelse og erhvervelse af færdigheder) for at fange læring. Specifikke instruktioner til disse testsessioner er at “flytte øret opad og bagud så langt du kan og holde det i 10 sekunder”.
teknologi og udstyr
fase 1: facilitering
den elektriske stimulator blev produceret af Irvine og er en FDA godkendt neuromuskulær elektrisk stimulator. Stimulatoren har to uafhængige kanaler, for hvilke uafhængige stimuleringsniveauer kan indstilles for hver kanal, hvilket fører til sensorisk niveau stimulering eller neuromuskulær niveau stimulering (dvs.motorisk niveau). Standard, kommercielt tilgængelige små selvklæbende elektroder (1 cm i diameter, selvhæmmende stimuleringselektroder) blev anbragt direkte på huden over de overlegne og bageste aurikulære muskler i hvert øre før hver træningssession.
bevægelsesfeedbacken blev leveret gennem MotionMonitor Kurt af Innovative Sports Training, Inc. version 9.22 (2015). Tre sensorer blev placeret tre steder: en på højre ørespiral, en på venstre ørespiral og en mellem øjenbrynene (Fig. 2, Indsæt). Ørespiralens position blev opsamlet gennem en elektromagnetisk markør med en prøveudtagningshastighed på 120 HS gennem hver testsession og tilvejebragt som visuel feedback på computerskærmen (Fig. 2b).
en FastStart elektrisk stimulator, der holdes af deltageren og overfladeelektroderne, der bruges til faciliteringsfasen. Elektroder blev placeret på muskelmaven i de overlegne (ikke set) og bageste peri-aurikulære muskler (se Indsæt). Indsatsvisningen viser også ørebevægelseselektroden placeret på auriclespiralen, der blev brugt til bevægelsesfeedback. B en deltager, der forsøger at aktivere PAMs under NMES. Computerskærmen med bevægelsesfeedback er foran, og spejlet er placeret til venstre
fase 2: erhvervelse af færdigheder
Overfladeelektromyografi (sEMG) blev registreret gennem Biosemi Active to EMG målesystem (flagermus) (BioSemi B. V., 1054sc Amsterdam, Holland). Hovedmonteringsindretningen tilvejebragte en række 4 elektrodekontakter inden for hver identificeret muskelgruppe (overlegen og posterior aurikulær muskel, bilateralt) (Fig. 3a). Tidligere enhedstest bekræftede minimal krydssamtale mellem de fire kanaler. Elektroderne arbejdede gennem forgyldte stifter, der blev brugt som tørre kontakter på hudoverfladen. Figur 3a viser hovedmonteringsenheden integreret på et par brillestel til stabilisering. Figur 3b viser en deltager, der bruger head-mount sEMG-anskaffelsessystemet til spil.
a headsetsystemet indeholder det ikke-invasive sEMG-målesystem med flere kanaler. sEMG-elektroder monteret på headsettet blev anbragt på huden omkring ørerne over de overlegne og bageste peri-aurikulære muskler og registrerede signalet ved hjælp af applikationsspecifikt program. B viser deltageren med headset siddende foran computeren, der spiller et spil under en fase II-træningssession
til at transformere de komplekse koordinationsmønstre fra de fire målrettede peri-aurikulære muskler for at muliggøre kontrol under de tre computerspil. Algoritmen, der oversatte sEMG til markørstyring, identificerede en “aktivering” i en muskel, når Root-middel-kvadrat (RMS) EMG-spænding oversteg en tærskel. EMG-signalerne blev samplet ved 540 hk og high-pass filtreret over 10 hk. Optagelser blev taget fra 8 unipolære EMG-kanaler, parret ved hver af de fire muskler og forskelligt beregnet i programmer, hvilket i sidste ende gav 4 kanaler med output. RMS blev målt i hver kanal kontinuerligt i løbet af de foregående 0,2 s. aktiveringer blev beregnet i henhold til ‘off’ eller ‘on’ tilstand. Mens en simpel tærskelværdi til bestemmelse af ‘on’ – tilstand er attraktiv, udelukker variationen i baseline støjstyrke og størrelse af aktiveringsstyrke denne mulighed, og den tærskel, der skal beregnes dynamisk. Således blev hver 15. s en gaussisk blandingsfordeling beregnet for op til 120 s af de foregående data med en antagelse om to klynger (‘off’ og ‘on’ tilstande). Den aktuelle aktivering måles derefter i henhold til den forudgående Sandsynlighed for, at den svarer til den aktive klynge, med en tærskel på 0,9, hvilket giver en ‘on’ – tilstand.
systemet udførte kontinuerligt disse beregninger for de fire EMG-kanaler svarende til de fire peri-aurikulære muskler under observation. For hvert af spillene etablerede et sæt regler, hvordan spillet blev kontrolleret af EMG “activations”.
i det første spil (basic skill) var der 50 mursten (anbragt i et 10 liter 5 gitter) øverst på skærmen. Deltageren havde brug for at” bryde ” dem alle ved gentagne gange at hoppe bolden mod murstenene med padlen, som de bevæger sig fra venstre mod højre for at blive placeret under bolden, når den hopper tilbage. Derfor skal deltagerne flytte padlen til højre eller venstre for at stoppe en bold, der kører i forskellige hastigheder og vinkler. I dette spil bevæger padlen sig, hvis en eller begge aurikulære muskler på en given side aktiveres i fravær af en aktivering på den modsatte side. Dette spil krævede evnen til at skifte kontrol fra side til side.
i det andet spil (intermediate skill) bliver emnerne bedt om at flytte en markør rundt om en 2D-skærm, der sigter mod forskellige mål, der er anbragt omkring en cirkel. I dette spil bevæger markøren sig fremad, hvis der er bilateral Pam-aktivering. Markøren vender sin orientering til højre eller venstre, hvis en eller begge muskler på en given side aktiveres i fravær af en aktivering på den modsatte side. Ydeevne blev scoret ved hjælp af en Fitts lov score, som er en standard metrisk til vurdering af nøjagtigheden af en pegeenhed. Dette spil krævede isoleret og koordineret aktivering af alle fire PAMs.
i det tredje spil (høj færdighed) bliver eleven bedt om at udfylde en af fire firkanter, der hver er forbundet med en anden peri-aurikulær muskel. I dette spil vil en given firkant kun fyldes op, hvis den tilknyttede muskel aktiveres i fravær af nogen anden muskel. Dette spil krævede selektiv aktivering af hver af de fire muskler uden de andre tre. Det var acceptabelt, at de andre firkanter delvist blev fyldt, så længe målfeltet var fuldstændigt fyldt, før nogen anden firkant var fuldstændigt fyldt. Det ønskede resultat afspejles af den lærte evne til isoleret muskelaktivering og koordinering, der kræves for succes på spil 3.
Procedure
fase 1: facilitering
fase 1 gav deltagerne input og erfaring til at opnå frivillig kontrol af PAMs til ørebevægelse. Elektrisk stimulering blev anvendt for at lette muskelsammentrækning. Deltagerne blev placeret foran et spejl og Bevægelsesmonitoren bevægelsesfeedback-skærm, som grafisk gav information om amplituden af ørebevægelsen i opadgående og bagudrettede retninger (Fig. 2b).
i den første træningssession blev stimulatoren indstillet til sensorisk niveaustimulering uden muskelsammentrækning for at muliggøre en følelse af øremuskelaktivering. I modsætning til de resterende sessioner var der for session 1 ingen eksplicit instruktion om at bevæge ørerne. I stedet blev deltageren bedt om at være opmærksom på placeringen af den sensoriske stimulering. Sessioner 2 til 9 skulle forbedre frivillig bevægelse af PAMs gennem anvendelse af motorniveau neuromuskulær elektrisk stimulering (NMES) med feedback givet om størrelsen af ørebevægelsen. Deltagerne blev bedt om at maksimalt indgå kontrakt i synkronisering med NMES-stimuleringscyklussen. Deltagerne øvede i 1 min forsøg, op til 25 forsøg pr.session pr. øre, med cirka 10 s hvile mellem forsøg. Elektriske stimuleringsparametre blev indstillet til at optimere neuromuskulær aktivering og er beskrevet i tabel 1 .
i overensstemmelse med udviklingen af en arbejdsuddannelsesprotokol, vi etablerede et par retningslinjer for progression fra facilitering til erhvervelse af færdigheder. Vores oprindelige antagelse var, at en given størrelse af ørebevægelse ville være forbundet med sEMG-rekruttering og koordinering. I bakspejlet, dette var alt for forenklet. Gennem vores Analyse indså vi, at ørebevægelse ikke var et tilstrækkeligt følsomt mål for sEMG-rekruttering eller koordinering. Den oprindelige protokol blev skrevet sådan, at vi forventede, at deltagerne ville gå videre til erhvervelse af færdigheder, hvis de kunne producere 5 mm målbar aurikulær bevægelse. Under protokoludvikling demonstrerede nogle deltagere synlige og konsistente sEMG-signaler i efterfølgende sessioner før eller nogensinde producerede 5 mm målbar bevægelse. Det eneste objektive mål for aurikulær kontrol var imidlertid bevægelsesamplitude. Dermed, protokollen blev løsnet betydeligt for at muliggøre progression, hvis: 1) synlig inspektion af præ-test sEMG for hver nye træningssession tilnærmede post-testen af den foregående træningssession; 2) der var 5 mm målbar aurikulær bevægelse, eller 3) et overbevisende argument kunne fremsættes for progression (f.eks. ville spilscenariet være mere motiverende og engagerende til læring). Dette tillod os at flytte deltagerne i deres eget tempo, ligesom den deltagertilpassede progression, der blev brugt, når vi forsøgte at lære en ny færdighed. Ud over, det erkendte, at amplitude af aurikulær bevægelse måske ikke er den bedste indikator for beredskab til at begynde færdighedsfasen i praksis. Se ID 7 ‘ s data for et eksempel.
fase 2: færdighedsanskaffelse
færdighedsanskaffelsesfasen tillod deltagerne at udvikle deres nye fundne frivillige kontrol ved at motivere praksis gennem tre gradvist mere udfordrende computerspil. SEMG-signalet blev brugt til at spille målrettet computerspil. Generelt øvede med spillene over 5 sessioner, hver op til 1,5 timer pr.session og 2-3 gange om ugen. Som i faciliteringsfasen blev deltagerne opfordret til at øve ørebevægelser uden for træningssessioner. Computerspilene giver en målrettet opgave til udøvelse af bilateral PAM-kontrol, hvor hvert spil øges i vanskeligheder.
mens de spillede disse computerspil i rækkefølge, havde deltagerne det sEMG-system, der var monteret på hovedet, vist i Fig. 3b. grafiske displays og auditive toner tillod deltageren at sætte pris på variationer i deres frivillige kontrol. Denne feedback blev anset for at forbedre erhvervelse af færdigheder til aspekter af frivillig koordinering af de fire peri-aurikulære muskler.
statistisk analyse
Beskrivende statistik blev afledt af de post-test aurikulære bevægelsesdata indsamlet efter hver session i faciliterings-og færdighedsfasen. Midler og SDs blev beregnet ud fra de 5 Post-testforsøg opnået efter hver session. Gruppesammenligninger blev udført ved hjælp af den ikke-parametriske t-test mellem elever og fattige/ikke-elever. Alle statistiske tests blev udført ved hjælp af R version 3.4.