Sport na orientację staje się skutecznym sposobem treningu zarówno ciała, jak i mózgu, ponieważ łączy aktywność fizyczną z nawigacją przestrzenną. Niniejszy manuskrypt zawiera przewodnik, w jaki sposób wykorzystać sport orientacyjny w badaniach.
Artykuł metodologiczny
Sport na orientację staje się skutecznym sposobem treningu zarówno ciała, jak i mózgu, ponieważ łączy aktywność fizyczną z nawigacją przestrzenną. Niniejszy manuskrypt zawiera przewodnik, w jaki sposób wykorzystać sport orientacyjny w badaniach.
Sport związany z biegami na orientację łączy aktywność fizyczną z nawigacją przestrzenną. Korzystając tylko z mapy i kompasu, biegacz na orientację musi zlokalizować serię punktów kontrolnych nad nieznanym terenem, korzystając z dowolnej wybranej trasy nawigacyjnej i poruszając się tak szybko, jak to możliwe. Chociaż eksperci w bieganiu na orientację mają lepszą pamięć przestrzenną i zdolności nawigacyjne, nawet pojedyncza sesja orientacji może korzystnie wpływać na funkcje poznawcze, co sugeruje, że bieg na orientację może być obiecującym sposobem trenowania mózgu. Interwencje badawcze obejmujące biegi na orientację mogą być szczególnie korzystne w zapobieganiu chorobie Alzheimera i pokrewnym demencjom, które są dotknięte wczesnymi zaburzeniami orientacji i poznania przestrzennego. Chociaż biegi na orientację zyskały popularność w najnowszej literaturze, istnieją pewne bariery dla badaczy, którzy nie są zaznajomieni z tym sportem i chcą wdrożyć interwencję. W szczególności brak zasobów opartych na badaniach naukowych do tworzenia map i kursów biegów na orientację może uniemożliwić osobom chcącym studiować biegi na orientację zaprojektowanie interwencji. W związku z tym niniejszy raport zawiera podstawowe informacje potrzebne do opracowania map i kursów biegów na orientację oraz do wdrożenia interwencji w zakresie orientacji w środowisku badawczym.
Bieg na orientację łączy nawigację przestrzenną z ćwiczeniami, głównie w formie biegania. Celem tego sportu jest użycie mapy i kompasu, aby jak najszybciej dotrzeć do licznych punktów kontrolnych w nieznanym obszarze1. Biegacze na orientację mogą wybrać dowolną trasę nawigacyjną, którą chcą zlokalizować serię punktów kontrolnych, zwaną kursem na orientację. Kursy biegów na orientację różnią się trudnością nawigacyjną; Poziom wyzwania jest dostosowany do poziomu umiejętności uczestnika, zapewniając odpowiednie i wciągające doświadczenie nawigacyjne.
Zdolność do lokalizowania punktów kontrolnych wymaga umiejętności przetwarzania przestrzennego i odnajdywania drogi, a eksperci w biegach na orientację w każdym wieku zgłaszają bardziej efektywne strategie przestrzenne podczas nawigacji i lepsze przetwarzanie przestrzenne niż kontrole niezwiązane z orientacją2,3,4. Kiedy nowicjusze angażują się w biegi na orientację z dużą intensywnością ćwiczeń, nawet pojedyncza sesja może poprawić pamięć przestrzenną i zwiększyć neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego (BDNF), czynnik wzrostu, który wspiera optymalne funkcjonowanie komórek mózgowych5. Bieg na orientację z umiarkowaną intensywnością może również poprawić pamięć, ale może wymagać konsekwentnego treningu. Bao i współpracownicy zaobserwowali poprawę pamięci przestrzennej, gdy początkujący uczestniczyli w biegach orientacyjnych o umiarkowanej intensywności dwa razy w tygodniu przez 12 tygodni (tj. 24 sesje)6.
Chociaż samo bieganie może poprawić strukturę i funkcję obszarów mózgu, takich jak hipokamp, poprawa przestrzenności7,8,9 i pamięć epizodyczna10,11,12, badania sugerują, że efekty te mogą być wzmocnione, gdy bieganie jest połączone z zadaniami wymagającymi poznawczo13,14,15,16,17,18. Co więcej, bieg na orientację często obejmuje energiczne ćwiczenia z krótkimi przerwami w punktach kontrolnych, przypominające trening interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT). Wykazano, że ten format ćwiczeń znacznie zwiększa funkcje poznawcze19, 20 i zwiększa BDNF21,22,23 skuteczniej niż ciągłe ćwiczenia o umiarkowanej intensywności. Intensywne ćwiczenia mogą być szczególnie korzystne dla funkcji poznawczych, ponieważ powodują akumulację mleczanu, który może działać jako źródło paliwa dla mózgu24, a także jako aktywator BDNF wspierający funkcje poznawcze25,26,27, ale istnieją ograniczone badania badające tę ścieżkę u ludzi28,29,30.
Wiele teorii mogłoby wyjaśnić, dlaczego biegi orientacyjne korzystnie wpływają na poznanie. Po pierwsze, bieg na orientację opiera się na procesach podobnych do działań łowiecko-zbierackich, a zgodnie z Modelem Zdolności Adaptacyjnych31, mózg i ciało mogą być bardziej podatne na działania treningowe o ewolucyjnym podobieństwie. Co więcej, biegi na orientację wymagają nawigacji przestrzennej, która w dużej mierze została wyjęta ze współczesnego życia dzięki wszechobecnej technologii globalnego systemu pozycjonowania (GPS) 32, a więc może to być również przypadek "użyj lub strać" 33.
Biorąc pod uwagę nowość i obietnicę rozwoju umiejętności poznawczych człowieka, ważne jest opracowanie zasobów i ustanowienie wytycznych, które pomogą badaczom niezaznajomionym z tym sportem wdrożyć interwencję w zakresie biegów na orientację. W związku z tym obecny protokół ma na celu zapewnienie naukowcom niezbędnych kroków do opracowania map, kursów i interwencji w zakresie orientacji w środowisku badawczym.
Dane przedstawione w niniejszym manuskrypcie pochodzą z poprzedniego badania, które otrzymało zgodę etyczną od Hamilton Integrated Research Ethics Board (#14560).
1. Wybór lokalizacji
2. Tworzenie mapy orientacyjnej
UWAGA: Jeśli dla wybranej lokalizacji nie istnieje mapa orientacyjna, należy ją sporządzić.

Rycina 1: Przykładowa mapa bazowa do orientacji terenowej stworzona za pomocą OpenOriententeeringMap. Zaznaczono przyciski i elementy mapy niezbędne do tworzenia map uproszczonych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
3. Projektowanie trasy orientacyjnej
UWAGA: Trasa orientacyjna to sekwencja punktów kontrolnych, które uczestnicy muszą odnaleźć w kolejności numerycznej, wybierając dowolną preferowaną przez siebie drogę. Trudność fizyczna i nawigacyjna trasy może być dostosowana poprzez zmianę przebytego dystansu oraz rozmieszczenia punktów kontrolnych (patrz sekcja 3.2). Poziom trudności trasy różni się w zależności od doświadczenia i umiejętności uczestnika. Długość trasy (w kilometrach) jest określana przez poziom umiejętności uczestnika (np. w tym samym czasie zaawansowani orientatorzy będą w stanie pokonać dłuższy dystans niż osoby początkujące), biegalność wybranego terenu oraz poziom sprawności fizycznej uczestnika. W przypadku początkujących orientatorów w większości rodzajów terenu należy przyjąć średnie tempo marszu na poziomie 7-10 min na kilometr i odpowiednio dostosować dystans trasy.

Rysunek 2: Przykładowa trasa orientacyjna na poziomie początkującym utworzona w programie OpenOrienteeringMap. Opisy lokalizacji punktów kontrolnych (podpowiedzi) zostały dołączone do mapy na tym rysunku, ale mogą zostać wydrukowane zgodnie z krokiem 3.2.1.8. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Przykładowa trasa orientacyjna na poziomie średniozaawansowanym utworzona w programie OpenOrienteeringMap. Opisy lokalizacji punktów kontrolnych (wskazówki) zostały dołączone do mapy na tej rycinie, ale mogą zostać wydrukowane zgodnie z krokiem 3.2.1.8. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4: Przykładowy zaawansowany tor orientacyjny stworzony w programie OpenOrienteeringMap. Opisy lokalizacji punktów kontrolnych (podpowiedzi) zostały dołączone do mapy na tym rysunku, lecz mogą zostać wydrukowane zgodnie z krokiem 3.2.1.8. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
4. Wdrożenie interwencji w formie orientingu
UWAGA: Metodologia wdrażania interwencji z wykorzystaniem orientacji terenowej może się różnić w zależności od doświadczenia uczestnika w orientacji terenowej, dostępnych materiałów, parametrów ćwiczeń oraz badanych zmiennych. Poniższy protokół przedstawia kluczowe kroki niezbędne do przeprowadzenia interwencji z wykorzystaniem orientacji terenowej w warunkach badawczych.
5. Wdrażanie przewlekłych interwencji z zakresu orientingu
Tabela 1. Przykładowy przebieg 6-tygodniowego chronicznego programu orientacji terenowej. Tabela przedstawia przykładowy plan zajęć dla chronicznej interwencji z zakresu orientacji terenowej trwającej 6 tygodni, z dwiema sesjami orientacji w tygodniu. Dla każdej sesji określono poziom trudności trasy oraz różne umiejętności, cele i zamierzenia dydaktyczne do przekazania. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.
6. Ocena wyników w orientacji terenowej

Rycina 5: Przykładowa analiza tras GPS pokonanych przez uczestników orientacji z wykorzystaniem Google MyMaps. Obraz zawiera trasy pokonane przez wielu uczestników zaznaczone różnymi kolorami i może służyć do wizualizacji zdolności nawigacyjnych na całym kursie orientacji, zgodnie z opisem w kroku 6.1.2. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Wydajność w orientacji terenowej
W naszej poprzedniej pracy przeanalizowano wyniki nawigacyjne 41 uczestników zajmujących się orientacją biegową5. W celu uzyskania pełnego zrozumienia metodologii badania należy zapoznać się z publikacją Waddington et al.5.
W niniejszym badaniu 19 uczestników uprawiało orientację w terenie z intensywnością wysoką (bieg), natomiast 22 osoby robiły to z intensywnością umiarkowaną (marsz). Wyniki nawigacyjne określono poprzez obliczenie stosunku dystansu przebytego przez uczestnika do najbardziej optymalnej trasy kursu orientacji. Analiza ta zakłada, że uczestnicy pokonujący dystans dłuższy niż trasa najefektywniejsza popełniają błędy nawigacyjne, co tym samym wydłuża drogę niezbędną do ukończenia kursu orientacji. Stosunek równy 1 oznacza zatem, że uczestnik ukończył kurs interwencyjny orientacji, korzystając z najefektywniejszej trasy i nie popełniając żadnych błędów.
Optymalna trasa przez tor orientacyjny została wyznaczona przez biegacza orientacyjnego na poziomie eksperckim. Trasa ta była wielokrotnie mierzona za pomocą licznika kroków w kierunku przód i tył przez różnych badaczy, co dało łącznie sześć pomiarów. Na podstawie średniej z tych pomiarów ustalono, że najefektywniejsza trasa toru interwencyjnego orientacyjnego wynosi 1300 m.
Średni dystans pokonany podczas ukończenia kursu orientacyjnego przez uczestników poruszających się z intensywnością wysiłku określaną jako wysoka wyniósł 1415,79 ± 162,25 m, a dla osób poruszających się z umiarkowaną intensywnością – 1360 ± 149,83 m. W odniesieniu do stosunku przebytej odległości do trasy optymalnej, średni współczynnik dla grupy o wysokiej intensywności wyniósł 1,09 ± 0,12 (zakres: 0,95-1,35), a dla grupy o umiarkowanej intensywności 1,05 ± 0,12 (zakres: 0,96-1,48) (Rycina 6). Wyniki te wskazują, że uczestnicy poruszający się zarówno z wysoką, jak i umiarkowaną intensywnością pokonali dystans większy niż trasa optymalna, co świadczy o występowaniu błędów nawigacyjnych typowych dla osób początkujących, które powinny ulec zmniejszeniu wraz z treningiem. Porównanie tych wartości z wizualizacją trasy zarejestrowaną przez sportowy zegarek GPS, jak przedstawiono na Rycynie 5, pozwala na dalszą ocenę sprawności nawigacyjnej.

Rycina 6: Współczynnik efektywności nawigacji przy różnych intensywnościach ćwiczeń z orientacją terenową. Rycina przedstawia średnią ± SD współczynnika efektywności nawigacji uczestników pokonujących trasę orientacyjną przy umiarkowanej lub intensywnej intensywności ćwiczeń. Współczynnik obliczono jako dystans przebyty przez uczestnika (wyznaczony za pomocą sportowego zegarka GPS) podzielony przez optymalną długość trasy wynoszącą 1300 m; wartość 1 oznacza, że trasa została pokonana bez błędów nawigacyjnych. Dane zostały wcześniej opisane w pracy Waddington et al.5. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
Bieg na orientację, który łączy ćwiczenia z poznawczym wyzwaniem nawigacji, oferuje unikalną interwencję, która może poprawić funkcjonowanie poznawcze w dziedzinach, na które duży wpływ ma wiek i demencja 2,6. Jednak brak ustandaryzowanych protokołów i ogólny brak wiedzy na temat biegów na orientację podważa kliniczną użyteczność tego sportu. Niniejszy artykuł odnosi się do tych luk i zawiera szczegółowy protokół projektowania map biegów na orientację oraz materiałów do wdrażania biegów na orientację w warunkach badawczych dla osób z minimalną wiedzą na temat biegów na orientację.
Chociaż interwencje w biegach na orientację będą się różnić pod względem ich lokalizacji i konfiguracji kursu, protokół ten zapewnia kompleksowe zasoby, materiały, strony internetowe i programy do opracowania interwencji na orientację mającej na celu zmierzenie jej efektów poznawczych. Niniejszy przewodnik jest przeznaczony wyłącznie do celów informacyjnych i edukacyjnych i jest dostarczany "tak jak jest" bez żadnych gwarancji, wyraźnych lub dorozumianych. Autorzy zrzekają się wszelkiej odpowiedzialności za zastosowanie opisanych metod oraz wszelkiej odpowiedzialności za jakiekolwiek niekorzystne wyniki lub szkody wynikające z ich użycia. Badacze korzystający z tego przewodnika w celu opracowania własnych interwencji w zakresie biegów na orientację ponoszą wyłączną odpowiedzialność za ocenę ryzyka związanego z ich metodologią, uzyskanie odpowiednich zgód instytucjonalnych oraz zapewnienie zgodności ze wszystkimi odpowiednimi wytycznymi i przepisami etycznymi.
Wybór typu mapy w kroku 2 zależy od dostępnego czasu, zasobów, umiejętności kartograficznych i poziomu umiejętności uczestnika. Szczegółowe mapy biegów na orientację utworzone w programach takich jak OCAD lub OpenOrienteeringMapper (krok 2.2) są ogólnie zalecane, ponieważ mogą pokazywać większy poziom szczegółowości i skomplikowane dane wysokościowe, których uproszczone mapy wykonane za pomocą OpenOrienteeringMap nie są w stanie pokazać. Ponieważ biegacze na orientację na poziomie eksperckim twierdzą, że są w stanie efektywnie przetwarzać wysokopoziomowe informacje przestrzenne podczas biegu2, dla takich uczestników zaleca się tworzenie szczegółowych map, aby dopasować złożoność dostępnych informacji mapowych do ich umiejętności. Tworzenie szczegółowych map biegów na orientację wymaga jednak wiedzy kartograficznej i większej ilości czasu, co może stanowić barierę dla badaczy nieposiadających wcześniejszej wiedzy na temat orientacji, co może stanowić ograniczenie we wdrażaniu interwencji w biegach na orientację. W takich przypadkach uproszczone mapy do biegów na orientację (krok 2.1) można utworzyć za pomocą OpenOrienteeringMap dla wszystkich poziomów uczestników.
W kroku 3 ważne jest, aby sekwencyjnie dodawać punkty kontrolne w kolejności numerycznej, zaczynając od lokalizacji początkowej, a kończąc na lokalizacji końcowej. W ten sposób osoba wyznaczająca kurs jest w stanie lepiej śledzić potencjalne opcje trasy między punktami kontrolnymi, aby skutecznie zmieniać trudność trasy. Na przykład, ustawiając kurs na poziomie początkującym w kolejności sekwencyjnej, osoba wyznaczająca kurs może upewnić się, że uczestnicy muszą podjąć tylko jedną decyzję od jednego punktu kontrolnego do drugiego.
Ucząc podstawowych umiejętności biegów na orientację w kroku 4.4, niektórzy uczestnicy na poziomie początkującym mogą potrzebować więcej instrukcji niż inni, aby zrozumieć koncepcje orientacji. Badania pokazują, że osoby bez doświadczenia w biegach na orientację inaczej podchodzą do nawigacji i przetwarzania przestrzennego, a także mają gorsze zdolności pamięci przestrzennej niż osoby z doświadczeniem w biegach na orientację 2,3. Podkreśla to indywidualne różnice w zdolnościach pamięci przestrzennej i ich wpływ na naukę i wyniki w biegach na orientację. W związku z tym może być konieczna modyfikacja protokołu w celu uwzględnienia bardziej rozbudowanych i szczegółowych instrukcji biegów na orientację, aby uwzględnić te różnice.
Zaleca się wybieranie miejsc biegów na orientację, które są stosunkowo nieznane uczestnikom, ponieważ tendencje nawigacyjne danej osoby mogą się różnić między nieznanymi i znanymi terenami34. Jednak względy bezpieczeństwa i adaptacje mają kluczowe znaczenie podczas wdrażania interwencji w biegach na orientację, szczególnie w nieznanych obszarach. Zaleca się dokładną ocenę ryzyka dla wszystkich wykorzystywanych terenów przed utworzeniem jakiegokolwiek kursu na orientację. Biorąc pod uwagę, że biegi na orientację zazwyczaj odbywają się na świeżym powietrzu, a niektóre kursy wymagają dużej przestrzeni, nie wszystkie lokalizacje, klimat lub warunki pogodowe mogą być bezpieczne.
Ze względów bezpieczeństwa trasy uczestników powinny być stale śledzone za pomocą zegarka sportowego GPS lub podobnego urządzenia i powinny być obserwowane przez badacza (bez zakłóceń) w celu monitorowania ich czasu i lokalizacji. Po zakończeniu interwencji w biegu na orientację, podobnie jak w kroku 4.5, bardzo ważne jest, aby używany zegarek sportowy GPS lub aplikacja MapRun odebrały sygnał GPS i rozpoczęły prawidłowe nagrywanie w celu śledzenia trasy uczestnika przez cały przebieg trasy.
Dodatkowe względy bezpieczeństwa są zalecane, gdy uczestnicy angażują się w dłuższe kursy na poziomie zaawansowanym. Obejmuje to posiadanie apteczki pierwszej pomocy oraz danych kontaktowych uczestników w nagłych wypadkach. Uczestnicy mogą być również zobowiązani do zabrania ze sobą urządzenia komunikacyjnego wyłącznie do użytku w nagłych wypadkach. Ponieważ bieg na orientację może być wykonywany z dużą intensywnością, przed przystąpieniem do biegu na orientację należy przeprowadzić ocenę stanu zdrowia wszystkich uczestników, aby upewnić się, że są oni fizycznie zdolni do ukończenia kursu na orientację bez nadmiernego ryzyka. Wreszcie, odpowiednie nawodnienie i odżywianie powinny być dostępne na czas trwania kursu na orientację i parametrów ćwiczeń. Dzięki wdrożeniu tych środków bezpieczeństwa można znacznie zmniejszyć ryzyko wypadków i sytuacji awaryjnych. Badaczom przypomina się o ich odpowiedzialności za ocenę ryzyka i uzyskanie niezbędnej zgody etycznej dla ich unikalnej interwencji
Podsumowując, wraz z rozwojem badań nad biegami na orientację, protokół ten dostarcza informacji, które naukowcy z minimalną wiedzą na temat orientacji mogą wykorzystać do projektowania i wdrażania interwencji w zakresie orientacji w środowisku badawczym. Korzystając z tego protokołu jako przewodnika, przyszli badacze będą mogli tworzyć ustandaryzowane mapy i kursy biegów na orientację, aby badać pożądane wyniki.
Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.
Chcielibyśmy podziękować członkom Laboratorium NeuroFit za ich nieustające wsparcie, gdy zaczynamy badać wpływ biegów na orientację na zdrowie i funkcjonowanie mózgu. Badanie to było wspierane przez Kanadyjską Radę ds. Badań Przyrodniczych i Inżynieryjnych w ramach grantu RGPIN-2022-05298 (dla J. J. H.).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Pasek do czujnika tętna na klatkę piersiową | Polar Electro | https://www.polar.com/ | Lub dowolne inne urządzenie zdolne do ciągłego rejestrowania tętna i które można sparować z wybranym zegarkiem. |
| Zszywki | do schowka | https://www.staples.com/clipboards | Do rejestrowania dowolnych pomiarów w terenie. |
| Drukarka kolorowa | HP Laserowa drukarka kolorowa | https://www.hp.com/ | Do drukowania map. |
| Komputer | Lenovo IdeaPad | https://www.lenovo.com/in/en/c/laptops/ideapad/ | Upewnij się, że wybrane urządzenie jest w stanie uruchomić wybraną mapę do biegów na orientację i oprogramowanie do tworzenia tras. |
| Zegarek sportowy GPS | Polar Electro | https://www.polar.com/ | lub dowolny inny zegarek GPS z częstotliwością próbkowania 1– 3 sekundy. |
| OCAD dla biegów na orientację | OCAD | https://www.ocad.com/en/ | |
| OpenOrienteeringMapper | biegania na orientację | https://www.openorienteering.org/apps/mapper/ | |
| Kompas do orientacji na orientację (dla bardziej zaawansowanych biegaczy na orientację) | Suunto Oy | https://www.suunto.com/en-in/News/Suunto-introduces-stable-and-fast-AIM-compasses-for-competitive-orienteers/ | Lub dowolny inny model kompasu zdolny do orientacji na północ magnetyczną i Ustawianie kąta namiaru. |
| Znacznik kontrolny biegu na orientację LUB flaga przypinająca LUB taśma flagująca LUB pylon | Silva-USA (znaczniki kontroli biegu na orientację) LUB Amazon.com | nie dotyczy | Wybierz element, aby zaznaczyć każdą lokalizację punktu kontrolnego, która jest najbardziej możliwa do Twojej interwencji. |
| Zszywki | pióra | https://www.staples.com | Do rejestrowania wszelkich pomiarów w terenie. |
| Plastikowy papierowy rękaw | Zszywki | https://www.staples.com/sheet-protectors/ | Do ochrony map przed warunkami atmosferycznymi. |
| Smartfon z uruchomioną aplikacją MapRun | Apple, iPhone 12 | https://www.apple.com/iphone/ | Wymagany w przypadku korzystania z aplikacji MapRun zgodnie z krokiem 4.2.2. |