Name: ステップ適応呼吸音を使用して現場で自発運動と呼吸の結合をガイドするカスタムスマートフォンアプリケーション (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-27T13:10:00.000+00:00
Duration: 6 min 26 s
Description: 学ぶ ランニング時の運動呼吸連携（LRC）をスマートフォンアプリ「RunRhythm」で実現する方法。音響ガイダンスにより初心者ランナーの呼吸効率と走行パフォーマンスを向上させ、運動生理学とモバイルヘルス技術の融合を示す。

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この研究は、ザルツブルク大学の倫理委員会(参照番号:GZ 13/2021)によって倫理的承認を付与され、参加者はインフォームドコンセントを提供しました。
1. RunRhythmを使い始める
<ol><li>参加者に、人口統計情報、ランニング、スポーツ、呼吸の経験を含む事前アンケートに記入してもらいます。</li>
	<li>Android 8.0以降を実行している機能しているスマートフォンにアプリケーションをダウンロードします。 注: クローズド ユーザー テストとアプリケーションのダウンロードは、Google Play アカウントを持つ一部のユーザーのみで、そのメール アドレスが承認済みユーザーのリストに追加されています。テストは招待制です。対応する著者にアクセス要求を送信します。</li>
	<li>ユーザーが初めてアプリケーションを使用する前に、チュートリアルを視聴していることを確認します (図 1)。</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig01.jpg"> 図 1: アプリのチュートリアル。 RunRhythmは、最初に開いたときに、自発運動と呼吸の結合に関する詳細、アプリケーションの動作を示すアニメーション、使用のヒントなど、入門チュートリアルを提供します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
2. 基本機能
<ol><li>水平トグルを使用して、目的のサウンドスケープを選択します(図2B)。 注: これは、実行前にのみ変更できます。</li>
	<li>アップまたはダウンのトグルを使用して、目的のLRC比率(吸気あたりのステップ数:呼気あたりのステップ数)を変更します(図2A)。ロックアイコンでトグルをロックします。画面がロックされているときは、互換性のあるヘッドホンのシーク(<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66733/66733eq01.jpg" style="margin: auto;">)を使用して、比率を上下に変更します。 注意: 比率ロックは、比率を変更するときに一定の比率差を維持するように機能します。たとえば、2:3がロックされている場合、「上」に切り替えると、比率が3:4に変わります(息を吐くと吸うよりも1ステップ多く保つ)。</li>
	<li>インターフェイスの 3 ポジション トグル を使用して、時間設定を変更します (図 2C)。画面がロックされているときは、互換性のあるヘッドフォンから 再生と一時停止 (<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66733/66733eq02.jpg" style="margin: auto;">)を使用します。 注:時間性は、フルガイダンス(常にオン)、ミディアムガイダンス(1分オン/5分オフ)、およびガイダンスなしの間で切り替えることができます。</li>
	<li>右下にあるインターフェイス のトグル を使用して、ナレーション機能を切り替えます(図2D および5A)。</li>
	<li>[実行の開始] を選択して開始します。初めて使用するときは、許可を押して、デバイスの移動と場所のログ記録を許可します。</li>
	<li>各ランニングの前後に、ランナーが現在経験している感覚に対応する数字を押して、画面上のアンケートに回答します(図3)。</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig02v2.jpg"> 図2:メインアプリのインターフェース (A) 自発運動と呼吸の結合比は、2から9の範囲のスピナーを使用してユーザーインターフェースから変更できます。各値は、呼吸フェーズごとのステップ数を表します。つまり、2:3は息を吸うごとに2ステップ、つまり息を吐くごとに3ステップを表します。ロックアイコンを使用して、比率の違いを修正できます。つまり、2:3にロックされている場合、「上」にシフトすると比率が3:4に変わります(息を吐くごとに1ステップの差が維持されます)。(B) サウンドスケープの選択により、ユーザーは4つの所定のサウンドレイヤー(トライバル、カーミング、エレクトロニック、ミニマル)から選択できます。(C) テンポラリティ トグルを使用すると、ユーザーはガイダンス頻度の 3 つの所定の設定 (フル、ミディアム、オフ) から選択できます。(D) ボイスオーバー トグルを使用すると、ユーザーはボイス キューをオンまたはオフにすることができます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig03.jpg"> 図3:アンケートの事前と事後。 毎回の実行開始時と終了時に、同一のアンケートが表示されます。実行を開始または終了するには、応答する必要があります。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
3. バックエンド設定
注:アプリケーションの機能に影響を与える主要なパラメータは、メインインターフェイスの右上隅にある 3つのドットをタップ することで変更できます。デフォルト値は推奨値を反映していますが、変更することもできます。この画面(図4)には、次の設定が含まれています。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig04.jpg"> 図4:バックエンド設定。 バックエンド設定には、自動一時停止、ステップ検出のトグル、識別子コードが含まれます。(A)サウンドテンポしきい値設定により、生成されたサウンドガイダンステンポを制限するステップレートしきい値を正確に選択できます。たとえば、下限しきい値を 155 に、上限しきい値を 180 に選択すると、実際に検出された SR に関係なく、音声ガイダンスが間隔 [155, 180] から逸脱しないようにします。デフォルトは [0, 200] です。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<ol><li>GPSとGPXを「オン」に切り替え て、走行距離、走行速度、ルート追跡を記録します。 メモ: オンにすると、実行中に全地球測位システム (GPS) の座標がデバイスからの工場出荷時の出力からログに記録されます。オフにすると、ログ記録は実行されません。</li>
	<li>自動一時停止: 最高のパフォーマンスを得るには、「オン」を切り替えます。 注意: オンにすると、検出された速度が0に近づくとGPSロギングが停止します。オフにすると、速度に関係なくログ記録が続行されます。</li>
	<li>音楽コントロール付きのヘッドホンを使用する場合は、ヘッドホンコントロールを「オン」に切り替えます。 注意: この機能を使用すると、この機能により、互換性のあるヘッドフォン(有線または無線、コントロール付き)が実行中に主要なパラメーターを変更できます(手順2.4を参照)。オフにすると、この手順により、ヘッドフォン コントロールによるアプリケーション パラメーターの変更が無効になります。</li>
	<li>システムステップ検出:アプリケーションが奇妙な動作をする場合は、 この設定を変更します 。つまり、サウンドテンポがステップテンポと一致しない場合です。 注意: オンにすると、この機能はすべてのアプリケーション機能にデバイスメーカーの工場出荷時のSRアルゴリズムを利用します。オフにすると、アプリケーション開発者によるカスタムアルゴリズムが使用されます。デバイスの工場出荷時の SR 検出パフォーマンスは、チップセットなどのメーカーのパラメーターに基づいて異なるため、これを切り替えてアプリケーションのパフォーマンスを向上させることができます。</li>
	<li>サウンドテンポ:サウンドテンポ スライダー を目的のSRしきい値に設定します(図4A)。 注意: 特定のウィンドウ(つまり、160-180)に設定して、生成されるサウンドのテンポに下限および/または上限を作成します。最小下限 = 0、最大上限 = 200。</li>
	<li>最小実行ステップレート: このしきい値 を任意の整数0〜200に変更して、SRを変更します LRCガイダンス音をアクティブにするために使用されるしきい値。 注:アプリケーションのデフォルト値は、「running」が検出され、サウンドの再生が開始されるSRとして120です。</li>
	<li>ブレスフィードバックを有効にする:コアアプリケーション機能の 「オン」を切り替えます 。 注意: オンにすると、実行中に足音と息遣いの音で通常のアプリケーション機能が期待できます。オフにすると、この設定は息音の生成を防ぎます。これは、テスト目的、またはステップ音のみが必要な場合に使用されます。</li>
	<li>Restart Intro: テキスト をクリックして、オンボーディングチュートリアルを再生します。</li>
	<li>データ保護: テキスト をクリックすると、アプリケーション製造元のデータ保護に関する声明が表示されます。</li>
	<li>識別子<ol><li>インストール ID: このデバイスとアプリケーション ビルドの一意の識別子を表すこの値を記録します。これは、各実行後に生成されるログファイルに反映されます。</li>
		<li>バージョン: アプリケーションのビルドバージョンを表すこの値を記録します。</li>
		<li>メーカー/モデル: この値を記録し、メーカーとモデルのデバイス識別子を表します。</li>
	</ol></li>
</ol>4.アプリでの実行
<ol><li>駆け出す！<ol><li>まず、ステップ音が鳴ったとき。耳を澄まし、ビートに合わせてください。その後、呼吸ガイダンスが作動します。インスピレーションと呼気をサウンドに正確に一致させます。</li>
	</ol></li>
	<li>実行中のインターフェイス: 実行中に、画面上のインターフェイスの トグル を使用して LRC の比率と時間性を変更します (図 5A)。</li>
	<li>実行後レポート: [実行の終了 ] を押してアプリケーションを停止します。 サマリー 画面には、合計距離、平均ペース、平均ステップ レートなどの主要なメトリックが表示されます (図 5B)。</li>
</ol><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig05.jpg"> 図5:インランとポストランのインターフェース。 (A)走行中、ユーザーが自発運動-呼吸結合比や時間性などの主要なパラメータを変更できる簡素化されたインターフェースが利用可能です。また、現在のランニングペースとステップレートも表示されます。(B)ランニング後、サマリー画面に合計距離、平均ペース、平均歩数などの主要な指標が表示されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
5.アプリで調査する
注:上記の機能は、ユーザーエクスペリエンスを最大化し、さまざまなコンテキストでのLRCの調査研究を可能にするために開発されました。以下の手順では、最初の習熟から実行後のアプリケーションログまで、アプリをスタディに統合する方法について説明します。これらの研究方法は、パリ・ロドロン大学ザルツブルクの倫理委員会(EK-GZ 29/2023)によって、人体実験としてレビューされ、承認されています。
<ol><li>アプリと LRC について話し合ったり指示したりする前に、個々のキャリブレーションを実行してランナーの自然な LRC 比を決定します。アクティビティと学習のコンテキストを代表する実行中のタスクを選択し、試験中の SR と BR を記録します。それらの商から最も近い整数のLRC比を計算します(SR / BR = LRC比、つまり、160/30 = 5.3 =推奨比は呼吸ごとに5ステップ)。</li>
	<li>電話機は、体にしっかりと密着する洋服ポケット、ウエスト パック、またはアームバンドに入れます。</li>
	<li>屋外でのランニング中にヘッドホンを使用して、音声指示の配信を改善し、ヘッドホンコントロールを有効にします。または、研究者と親しんでいる間にBluetoothスピーカーを使用して、LRCの指示に一緒に従うこともできます。</li>
	<li>ランナーにLRCとアプリに慣れさせます。 注:アプリは研究者に精通している必要はありませんが、研究目的では、研究者がLRC、アプリケーション、その目的を説明し、その機能を実証するのに役立つ場合があります。LRCは、CoatesとKowalchik35の口頭での合図を使用して導入する必要があります。<ol><li>座っているときや仰向けでリズミカルに足を叩くことから始め、足と同期して所定の比率(通常は2:2)で呼吸するように指示します。</li>
		<li>歩きながら繰り返します。</li>
		<li>その場で走りながら繰り返します。</li>
		<li>アプリケーションを紹介し、ユーザー インターフェイスについて簡単に説明します。</li>
		<li>上記の推奨事項(セクション7.2)に従って、デバイスをランナーの本体に固定します。</li>
		<li>[実行の開始] と [その場で実行] をクリックします。</li>
		<li>ランナーに自分のペースでステップを続けるように促し、音がSRに順応します。</li>
		<li>呼吸音も聞こえることを口頭で確認します。</li>
		<li>音に合わせて呼吸するようにランナーに指示します。</li>
		<li>少なくとも30〜60秒間、音を鳴らしながらステップと呼吸を続けます。</li>
		<li>異なるアプリケーション設定(LRC比率、テンポラリー、ナレーションなど)でこのプロセスを繰り返し、理解度を確認します。</li>
		<li>研究者とランナーが一緒に走って、Bluetoothスピーカーでガイダンス音を再生し、LRCの基礎を強化します(図6)。 注:サウンドは、アプリケーションが実行中のSRを検出するとトリガーされます。ステップ音は、ユーザーのSRと自動的に一致しますが、多少の遅延があります。</li>
	</ol></li>
	<li>歩数と呼気の検出が可能な低侵襲センサーセットアップを使用して、ランナーがLRCの指示を順守していることを確認できます。 注:例えば、Hexoskinスマートシャツは、ランナー36への干渉を最小限に抑えながら、ランニング中の歩数と息の発症を正確に測定することができる。</li>
	<li>テンポラリー設定:ミディアムガイダンスを他の音楽アプリケーションと組み合わせて使用し、アプリケーションガイダンスが無音の5分間にユーザーの音楽を再生できるようにします。 注: ガイダンスなし の設定でも、アンケート、GPS、SRがログに記録されるため、一部の研究目的に役立つ場合があります。</li>
	<li>ログ: ログ ファイルをダウンロードして、実行パラメーターとアプリケーション パラメーターのタイムスタンプ付きデータにアクセスします。 注:ログファイル.csv、タイムスタンプ付きのフットストライク、選択したLRC比率と変更、アンケートの回答など、主要な実行メタデータとアプリとのすべてのインタラクションを記録します。これらは GDPR 準拠のサーバーに保存され、アプリの一意の ID、日付、時刻でタイトルが付けられます。</li>
</ol><img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig06.jpg"> 図6:研究者の習熟度 研究の文脈では、自発運動と呼吸の結合の概念的な理解とアプリケーションの適切な使用を確保するために、主任研究者による習熟が推奨されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig06large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

<meta charset="utf8"></head><body>RunRhythmでランニングパフォーマンスと快適性を向上

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</ol>

<table><tbody><tr><td>Androidスマートフォン</td><td>、SamsungまたはGoogle</td><td></td>、<td>アプリケーション機能に必要なAndroid 8.0以上</td></tr>、<tr><td>FMODエンジン&nbsp;</td><td>Firelight Technologies Pty Ltd</td><td></td><td>サウンドエンジン</td></tr><tr><td>Hexoskin スマートシャツ&nbsp;</td><td>カーユート;テクノロジー</td><td></td><td>ズ ウェアラブルセンサーシャツ</td></tr><tr><td>Android用RunRhythmアプリケーション&nbsp;</td><td>adidas GmbH および abios GmbH</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ステップ適応呼吸音を使用して現場で自発運動と呼吸の結合をガイドするカスタムスマートフォンアプリケーション 

Custom Smartphone Application to Guide Locomotor-Respiratory Coupling in the Field Using Step-Adaptive Breathing Sounds

このアプリは、LRCをサポートし、音声呼吸ガイダンス体験を提供する目的で設計されたこのアプリケーションの2番目のイテレーションです。数多くのパイロット研究と1つのジャーナル出版物が実施され、その有効性を裏付け、良好なユーザーエクスペリエンスが確認されています。LRC指導の急性影響を調査した横断的研究(序論で言及)では、指導を受けて走ると、17人の初心者ランナーのLRCが大幅に増加することがわかりました32。例えば、ある参加者は、LRCの「愛着」(整数LRC比の遵守の定量化)を7.9%から84.1%(図)に、吸気:呼気1回あたり2:3ステップ(1呼吸あたり5:1ステップ)の割合で増加させました(図7)。同調の全体的なグループの変化は、26.3±10.7%(対照)から69.9±20.0%(LRCガイダンスあり)に増加しました。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig07.jpg"> 図7:結合データの例。 30 分間のイージー ラン中の 1 人の参加者の LRC 有病率の例 (A) アプリガイダンスなし、および (B) アプリガイダンスあり。左の y 軸 (青) は LRC 比 (呼吸あたりのステップ数) を示し、黒で強調表示されたセクションは LRC の "付着" 期間 &gt; 30 秒に対応します。右のy軸は、呼吸サイクル内のステップの離散的な相対位相を示しており、0°は吸気に対応します。アタッチメント期間中、離散的な相対位相の平行線は、呼吸とステップの一貫した位相結合を反映していることに注意してください。(A) ガイダンスなしの対照運転では、LRC が 2:2 (呼吸ごとに 4 ステップ) の比率に対して短時間 (~8% 付着) しかなかったことに注意してください。(B)アプリのガイダンスを使用した実行では、2:3(呼吸ごとに5ステップ)の比率が指示されました。指示された比率(~84%)に対するLRCの実質的で長い期間に注意してください。略語:LRC =自発運動-呼吸結合。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig07large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
パイロット介入研究では、4人の初心者ランナーが、アプリケーション(合計10回のラン)とさまざまなLRC比をテストするための指示を使用して4週間走りました。彼らは、屋内(疲労するまでのインクリメンタルトレッドミルテスト)と屋外(自分のペースで30分間のランニング)で事前テストと事後テストを完了し、介入とアプリケーションの使用によってLRCおよびその他のランニング特性がどのように変化したかを判断しました。より具体的には、介入前後の自然で慣れたLRCの行動を観察するためのLRCの指導や指示なしに、事前および事後テストが完了しました。介入後のLRCの行動には、全体的なLRCの増加だけでなく、さまざまな比率の利用や運動BRの一般的な減少など、顕著な違いが見られた。例えば、ある参加者は、介入後にLRCを39.7%から53.4%に増加させました(図8)。特に、プレテストでは、LRCを2:2と2:1の比率で最大強度に近い値のみで実行したのに対し、ポストテストでは、テストの早い段階から途中までLRCの比率を3:4と3:3に使用しました。結合量が増えただけでなく、異なる時間に異なる比率を利用していたため、平均BRが低くなり、換気効率も向上しました(VE/VCO2 の傾き)。他の参加者でもLRCに同様の変化が見られ(屋外で+40%、屋内で+20%)、対照条件(LRCガイダンスなし)の参加者1人でも変化は見られませんでした(全体で&lt;25%、有意ではないと考えられました)。介入前と介入後の運動に対する主観的な活力反応には、いくつかの個別の傾向があり、LRCによる活力の良好な増加が示されました(図9)。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig08.jpg"> 図8:結合データの例2。 最大インクリメンタル トレッドミル テスト中の 1 人の参加者における LRC の有病率の例で、アプリを使用して 4 週間の介入を実行する前と (B) 後に疲労するまで。左のy軸(青)はLRC比(呼吸あたりの歩数)を示し、黒で強調表示されたセクションはLRCの「付着」の期間&gt;30秒に対応します。右のy軸は、呼吸サイクル内のステップの離散的な相対位相を示しており、0°は吸気に対応します。アタッチメント期間中、離散的な相対位相の平行線は、呼吸とステップの一貫した位相結合を反映していることに注意してください。(A) 介入前の事前テストでは、テスト終了間際に LRC の 2 つの期間 (~40% が付着) を 2:2 (1 呼吸あたり 4 ステップ) と 2:1 (1 呼吸あたり 3 ステップ) の比率で記録します。(B) 介入後のテスト後、LRC の期間が長かった (~53%) だけでなく、より長い比率 (4:4、3:4、3:3) が使用され、テストの早い段階で、より低い相対運動強度でより多くの LRC が実行されました。略語:LRC =自発運動-呼吸結合。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig08large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66733/66733fig09.jpg"> 図9:介入前後の屋内ランニングテストを通じて記録された個々の主観的活力スコア。 P01とp03はLRCガイダンスを受け、p04は対照群にいました。他の参加者 (p02) には、欠陥のあるアンケート データがあります (図には示されていません)。p01 と p03 のスコアが乖離していることに注意してください。これは、テスト後の傾向が実行後に増加することを示しています。略語:LRC =自発運動-呼吸結合。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66733/66733fig09large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

While running is amongst the most popular activities for competition and leisure, an estimated 20-40% of runners may suffer from respiratory limitations. ...

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Research

JoVE Journal

Biology

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成人の呼吸力学の評価のための強制振動技術の採用

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学ぶ ランニング時の運動呼吸連携（LRC）をスマートフォンアプリ「RunRhythm」で実現する方法。音響ガイダンスにより初心者ランナーの呼吸効率と走行パフォーマンスを向上させ、運動生理学とモバイルヘルス技術の融合を示す。

ステップ適応呼吸音を使用して現場で自発運動と呼吸の結合をガイドするカスタムスマートフォンアプリケーション

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