Summary
Wir haben den ursprünglichen Dual Task Screen (DTS) als tragbare, kostengünstige Maßnahme entwickelt, die Athleten mit sportinduzierten leichten Schädel-Hirn-Verletzungen bewerten kann. Wir überarbeiteten das ursprüngliche DTS für die zukünftige klinische Anwendung und entwickelten eine neuroimaging-kompatible Version des DTS, um neuronale Untergründe der Leistung von Einzel- und Dual-Taskzumessen zu messen.
Abstract
Dual-Task-Paradigmen bewerten gleichzeitig motorische und kognitive Fähigkeiten, und sie können subtile, Reststörungen bei Sportlern mit kürzlich enden können, leichte traumatische Hirnverletzungen (mTBI). Die Paradigmen der vergangenen Dual-Task-Aufgaben konzentrierten sich jedoch ausschließlich auf Fähigkeiten mit niedrigeren Extremitäten und setzten auf umständliche, teure Laborgeräte , wodurch ihre Praktikabilität für die tägliche mTBI-Bewertung eingeschränkt wurde. Anschließend haben wir den Dual Task Screen (DTS) entwickelt, der bis zu 10 Minuten verwaltet und punktet, tragbare Low-Cost-Geräte verwendet und Unteraufgaben der unteren Extremität (LE) und der oberen Extremität (UE) umfasst. Der Zweck dieses Manuskripts war zweifach. Zunächst beschreiben wir das Administrationsprotokoll für das überarbeitete DTS, das wir überarbeitet haben, um die Einschränkungen des ursprünglichen DTS zu beheben. Insbesondere umfassten die Revisionen Ergänzungen von intelligenten Geräten, um detailliertere Gangdaten zu erfassen und die Einbeziehung einzelner kognitiver Bedingungen, um auf gestörte kognitive Leistung unter dualen Aufgabenbedingungen zu testen. Wichtig ist, dass das überarbeitete DTS eine Maßnahme für die zukünftige klinische Anwendung ist, und wir präsentieren repräsentative Ergebnisse von drei männlichen Athleten, um die Art der klinischen Daten zu veranschaulichen, die aus der Maßnahme gewonnen werden können. Wichtig ist, dass wir die Empfindlichkeit und Spezifität des überarbeiteten DTS bei Sportlern mit mTBI, der nächsten Forschungsinitiative, noch nicht bewerten müssen. Der zweite Zweck dieses Manuskripts ist es, eine neuroimaging-kompatible Version des DTS zu beschreiben. Wir haben diese Version entwickelt, damit wir die neuronalen Grundlagen der Leistung einzelner und dualer Aufgaben bewerten können, um ein besseres empirisches Verständnis der mit mTBI verbundenen Verhaltensdefizite zu erhalten. So beschreibt dieses Manuskript auch die Schritte, die wir unternommen haben, um die simultane funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) während des DTS zu ermöglichen, zusammen mit der Art und Weise, wie wir die erste Verarbeitung der fNIRS-Daten erworben und abgeschlossen haben.
Introduction
Jedes Jahr erleiden 42 Millionen Menschen weltweit leichte traumatische Hirnverletzungen (mTBIs)1. Obwohl sie einst als gutartig galten, deuten neue Forschungsergebnisse darauf hin, dass mTBIs,insbesondere wiederholte mTBIs, dauerhafte negative Folgen wie körperliche, kognitive und Schlafstörungen 2,3,4. Anschließend suchen Forscher und Kliniker nach verstärkten Auswertungen und Behandlungsmethoden, um mTBI zu verstehen und zu adressieren.
Bis heute umfasst die beste Praxis für die mTBI-Bewertung selbst gemeldete Symptome und objektive Messung der neurokognitiven und motorischen Funktion5. Jedoch, einige Personen, wie wettbewerbsfähige College-Level-Athleten, sind dafür bekannt, mTBI-bezogene Symptome6zu unterschätzen, die den Nutzen von Symptomberichten einschränken. Objektive neurokognitive und motorische Funktionsmaßnahmen haben auch Einschränkungen, einschließlich schlechter Test-Retest-Zuverlässigkeit, Abhängigkeit von Basistests oder unzureichende Schwierigkeiten für leistungsstarke Athleten7,8,9. Dual-Task-Paradigmen - die gleichzeitig motorische und kognitive Fähigkeiten bewerten - können jedoch subtile Restbeeinträchtigungen erkennen und können besonders nützlich für die Bewertung leistungsstarker Athleten10,11,12,13,14sein.
Frühere Forschungen mit Dual-Task-Paradigmen haben oft umständliche, teure Laborgeräte wie Motion Capture-Systeme14integriert, um leistungsstarke Athleten zu bewerten. Während diese Systeme subtile motorische Beeinträchtigungen genau messen können, sind sie für den Einsatz in der täglichen mTBI-Bewertung aufgrund hoher Ausrüstungskosten, begrenzter Portabilität und langer Administrationszeiten (d. h. ≥ 45 Minuten pro Person) nicht praktikabel. Darüber hinaus konzentrierten sich viele vergangene Dual-Task-Paradigmenstudien ausschließlich auf Fähigkeiten im unteren Körper oder unterder Extremität, wie Gleichgewicht oder Gang11,12,13,14. Vermutlich ist die Funktion der oberen Extremität und die Hand-Augen-Koordination auch für leistungsstarke Athleten in vielen Sportarten wichtig. So haben wir den Dual Task Screen (DTS) entwickelt, eine kurze Maßnahme, die in <10 Minuten mit tragbaren, kostengünstigen Instrumenten verwaltet und bewertet werden kann. Diese ursprüngliche DTS beinhaltete eine Unteraufgabe der unteren Extremität (LE) und der oberen Extremität (UE), die die Ganggeschwindigkeit (mit Hilfe einer Stoppuhr) und die Hand-Augen-Koordination unter Einzelmotor- und Dual-Task-Bedingungen15bewertete.
In der ersten Machbarkeitsstudie schlossen 32 gesunde, weibliche Jugendliche das ursprüngliche DTS ab. Diese Studie wurde entwickelt, um festzustellen, dass der DTS Dual-Task-Motorkosten verursachen kann, wie durch reduzierte Motorleistung während der Dual-Task-Situation im Vergleich zu Einzelmotor-Bedingungen angezeigt wird. Wir wollten auch feststellen, dass das DTS in weniger als 10 Minuten verwaltet und bewertet werden kann. Wir stellten fest, dass alle Teilnehmer bei mindestens einer Teilaufgabe eine schlechtere Motorleistung mit zwei Aufgaben hatten. Zusätzlich konnten wir das DTS in durchschnittlich 5,63 Minuten verwalten und den Test in 2-3 Minuten15punkten.
Obwohl die erste Machbarkeitsstudie erfolgreich war, wurden einige Einschränkungen aufgedeckt. Vor allem wurde die Ganggeschwindigkeit mit Stoppuhren gemessen, die anfällig für natürliches menschliches Versagen sind. Daher haben wir in der überarbeiteten DTS intelligente Geräte mit eingebauten Beschleunigungsmessern (Tabelle der Materialien) auf jedem Knöchel verwendet. Diese Ergänzung hielt den Einsatz von tragbaren, kostengünstigen Instrumenten bei und bot dennoch ausgeklügelte Messgrößen für die Ganggeschwindigkeit, die Gesamtzahl der Schritte, die durchschnittliche Schrittlänge, die durchschnittliche Schrittdauer und die Variation der Schrittdauer. Eine weitere Einschränkung des ursprünglichen DTS war das Fehlen einzelner kognitiver Bedingungen, die die Bewertung der kognitiven Kosten dualer Aufgaben verhinderten. Dual-Task kognitive Kosten werden definiert als schlechtere kognitive Leistung während der dualen Aufgabe vs. einzelne kognitive Bedingung. Anschließend haben wir sowohl für die LE- als auch für die UE-Unteraufgaben eine einzige kognitive Erkrankung hinzugefügt (im Protokoll beschrieben).
Neben der Entwicklung einer Maßnahme für den zukünftigen klinischen Einsatz ist eines der langfristigen Ziele des Teams, die neuronalen Grundlagen der Einzel- und Dual-Task-Leistung bei gesunden Athleten zu bewerten und diese Erkenntnisse Athleten mit sportinduziertem mTBI zu vergleichen. So haben wir eine neuroimaging-kompatible Version des DTS erstellt. Wir versuchen festzustellen, ob das DTS erfolgreich für den Einsatz bei der gleichzeitigen funktionalen Nahinfrarot-Spektroskopie (fNIRS) modifiziert werden kann, und wir verwenden ein mobiles fNIRS-Gerät, das speziell für die Aufnahme von Grobmotorbewegungen entwickelt wurde, indem der Einfluss von Bewegungsartefakten reduziert wird. Darüber hinaus hat dieses Gerät die größte Menge an Kopfabdeckung, nach unserem Wissen, für mobile Geräte, die derzeit für Forschungszwecke zur Verfügung stehen (Tabelle der Materialien).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Studienprotokoll folgendes tun soll:
- Beschreiben Sie das Administrationsprotokoll für den überarbeiteten Dual Task Screen (DTS), eine Maßnahme, die wir überarbeitet haben, um die Einschränkungen des ursprünglichen DTS15 und eine Maßnahme für die zukünftige klinische Anwendung zu beheben.
- Beschreiben Sie das Forschungsprotokoll für den neuroimaging-kompatiblen Dual Task Screen (DTS), das wir entwickelt haben, um die neuronalen Grundlagen der Leistung einzelner und dualer Aufgaben zu bewerten.
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Protocol
Alle Studienverfahren wurden vom Institutional Review Board (IRB) der Colorado State University genehmigt, und alle erwachsenen Teilnehmer erteilten vor Abschluss der Studienverfahren ihre schriftliche Zustimmung in Kenntnis der Sachlage. Die Eltern von Teilnehmern unter 18 Jahren erteilten die schriftliche Zustimmung in Kenntnis der Sachlage, und auch die kleinen Teilnehmer gaben vor Abschluss der Studienverfahren ihre schriftliche Zustimmung.
1. Überarbeiteter Dual Task Screen (DTS)
- Subtask (Lower Extremity, LE)
- Starten Sie den Zustand des Einzelmotors.
- Platzieren Sie drei Yoga-Blöcke in einer horizontalen Position genau 4,5 m voneinander entfernt auf einem 18 m Gehweg.
- Befestigen Sie intelligente Geräte an jedem Knöchel, um Fersenschläge zu erkennen und Gangeigenschaften zu erhalten.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Weisen Sie die Teilnehmer an, so schnell wie möglich zu gehen und dabei Hindernisse zu überwinden. Starten Sie die Datenerfassung auf den Smartphones und tippen Sie scharf auf die Geräte gleichzeitig für die anschließende Zeitausrichtung der beiden getrennten Datenströme von der linken und rechten Beine.
- Messen Sie die Zeit bis zum Abschluss mit einer handbetriebenen Stoppuhr.
- Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
- Starten Sie die einzelne kognitive Erkrankung.
- Teilen Sie dem Teilnehmer seine/ihre zugewiesene Zeit für diese Bedingung mit, indem Sie die Zeit bis zur Fertigstellung von seinem Einzelmotorzustand (auf eine volle Sekunde hinaus) verwenden.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Weisen Sie die Teilnehmer an, so viele Wörter wie möglich anzugeben, die mit einem bestimmten Buchstaben (A oder F) beginnen.
HINWEIS: Buchstaben werden zwischen den Teilnehmern und zwischen den Bedingungen für die einzel- und duale Aufgabe ausgeglichen. Die Zahlen werden zwischen den Teilnehmern und zwischen den Bedingungen für die einzel- und duale Aufgabe ausgeglichen. - Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
- Starten Sie die Dual-Task-Bedingung.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Weisen Sie die Teilnehmer an, so schnell wie möglich zu gehen, während Sie Hindernisse überwinden und gleichzeitig so viele Wörter wie möglich angeben, die mit einem bestimmten Buchstaben (A oder F) beginnen. Tippen Sie schnell auf beide Beschleunigungsmesser, um den Zustand zu starten.
- Messen Sie die Zeit bis zum Abschluss mit einer handbetriebenen Stoppuhr.
- Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
- Starten Sie den Zustand des Einzelmotors.
- Subtask "Obere Extremität" (UE)
- Starten Sie den Zustand des Einzelmotors.
- Messen Sie einen Abstand von 1,5 m von einer Wand entfernt, markieren Sie ihn mit Klebeband und weisen Sie den Teilnehmer an, hinter dem Band zu stehen.
- Legen Sie einen Korb mit Tennisbällen neben den Teilnehmer.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, einen Wand-Toss mit wechselnden Händen für 30 s zu vervollständigen. Sagen Sie dem Teilnehmer, dass, wenn er/sie einen Ball nicht fangen, einen neuen Ball aus dem Korb der Tennisbälle zu erwerben. Messen Sie die zeit, die mit einer Stoppuhr verstrichen wurde.
- Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
- Starten Sie die einzelne kognitive Erkrankung.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Weisen Sie den Teilnehmer darauf hin, dass er gebeten wird, 30 Sekunden lang sequenziell von einer bestimmten Zahl (100 oder 150) zu subtrahieren. Messen Sie die zeit, die mit einer Stoppuhr verstrichen wurde.
- Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
HINWEIS: Buchstaben werden zwischen den Teilnehmern und zwischen den Bedingungen für die einzel- und duale Aufgabe ausgeglichen. Die Zahlen werden zwischen den Teilnehmern und zwischen den Bedingungen für die einzel- und duale Aufgabe ausgeglichen.
- Starten Sie die Dual-Task-Bedingung.
- Bitten Sie den Teilnehmer, 1,5 m von einer Wand entfernt zu stehen.
- Legen Sie einen Korb mit Tennisbällen neben den Teilnehmern.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, 30 Sekunden lang einen Wand-Toss mit wechselnden Händen zu absolvieren. Informieren Sie den Teilnehmer, dass er beim Werfen und Fangen der Bälle aufgefordert wird, 30 Sekunden lang sequenziell von einer bestimmten Zahl (100 oder 150) zu subtrahieren. Sagen Sie dem Teilnehmer, dass, wenn er/sie einen Ball nicht fangen, einen neuen Ball aus dem Korb der Tennisbälle zu erwerben. Messen Sie die zeit, die mit einer Stoppuhr verstrichen wurde.
- Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
HINWEIS: Buchstaben werden zwischen den Teilnehmern und zwischen den Bedingungen für die einzel- und duale Aufgabe ausgeglichen. Die Zahlen werden zwischen den Teilnehmern und zwischen den Bedingungen für die einzel- und duale Aufgabe ausgeglichen.
- Starten Sie den Zustand des Einzelmotors.
2. Neuroimaging-kompatibler Dual-Task-Bildschirm (DTS)
- Einrichten des DTS
- Platzieren Sie Yoga-Blöcke in einer vertikalen Position, um den Anfang und das Ende eines 15 m langen Gehwegs zu markieren.
- Platzieren Sie zwei Yoga-Blöcke in einer horizontalen Position genau 5 m voneinander entfernt entlang des 15 m Gehwegs.
- Messen und markieren Sie mit Klebeband einen Abstand von 1,5 m von einer glatten Wandoberfläche.
- Richten Sie ein Stativ am Anfang des 15 m Gehwegs ein.
- Platzieren Sie das fNIRS-Gerät auf dem Kopf des Teilnehmers.
- Messen Sie den Kopfumfang des Teilnehmers und wählen Sie die fNIRS-Kappe(Materialtabelle) mit vorplatzierten Optoden und Kurzkanaldetektoren aus.
- Schalten Sie einen dedizierten Akquise-Laptop ein und stellen Sie eine Verbindung zum WLAN-Netzwerk des fNIRS-Geräts her.
- Öffnen Sie die fNIRS-Erfassungssoftware und wählen Sie das fNIRS-Gerät aus.
- Führen Sie eine Kalibrierung durch, um die Lichtintensität zu optimieren und die Optode-Signalpegel zu überprüfen. Signalpegel sollten akzeptabel oder ausgezeichnet sein.
- Fixieren Sie alle Optoden mit weniger als akzeptablem Signalpegel, indem Sie die Optode von der Kappe entfernen und das Haar des Teilnehmers trennen, um eine direkte Verbindung der Optode mit der Kopfhaut des Teilnehmers zu gewährleisten.
- Platz Beschleunigungsmesser auf den Knöcheln des Teilnehmers.
- Befestigen Sie intelligente Geräte an jedem Knöchel, um Fersenschläge zu erkennen und Gangeigenschaften zu erhalten.
- Beginnen Sie mit der Le-Untertaskdatenerfassung.
- Öffnen Sie die Stimulus-Präsentationssoftware (Tabelle der Materialien).
- Wählen Sie die LE-Untertaskdatei aus.
- Bitten Sie den Teilnehmer, in Vorbereitung auf eine 60s ruhige Ruhezeit auf einem Stuhl zu sitzen.
- Kehren Sie zur fNIRS-Erfassungssoftware zurück und klicken Sie auf die Schaltfläche Start, um mit dem Sammeln von fNIRS-Daten zu beginnen. Geben Sie das Thema ID_LE, Alter und Sex in das Pop-up-Fenster ein und klicken Sie auf Start.
- Kehren Sie zur Stimulus-Präsentationssoftware zurück, informieren Sie den Teilnehmer, dass die stille Ruhe beginnt, und drücken Sie Space, um die 60er-Jahre-Ruhezeit zu beginnen.
- Am Ende der Ruhezeit, identifizieren Sie, welche LE Subtask Bedingung (Einzelmotor, einzelne kognitive oder Dual-Task) für die1. Studie ausgewählt wurde. Geben Sie dem Teilnehmer Anweisungen für diese Testversion.
- Single Motor Instructions: Weisen Sie den Teilnehmer an, so schnell wie möglich zu gehen, während Sie über die Hindernisse treten, für 30 s. Sagen Sie dem Teilnehmer, dass er/sie starten wird, wenn der Primäreforscher "Start" sagt. Dies tritt sofort auf, nachdem ein sekundärer Forscher auf die Beschleunigungsmesser tippt. Weisen Sie den Teilnehmer an, dass er/sie aufhören sollte zu gehen, wenn der Primärforscher "Stopp" sagt. Wenn der Primärforscher "Stopp" sagt, sollte der Teilnehmer außerdem seine Füße zusammensetzen und so still wie möglich bleiben. Zu diesem Zeitpunkt tippt der Sekundärforscher ein zweites Mal auf die Beschleunigungsmesser und platziert einen Marker (Klebrige Note) auf dem Boden, an dem der Teilnehmer angehalten hat.
- Einheitliche kognitive Anweisungen: Weisen Sie den Teilnehmer an, am Anfang des 15 m lange Gehwegs stehen zu bleiben. Während er steht, wird er gebeten, so viele Wörter wie möglich zu sagen, die mit einem bestimmten Buchstaben beginnen.
- Dual Task Instructions: Weisen Sie den Teilnehmer an, so schnell wie möglich zu gehen, während sie über die Hindernisse treten und gleichzeitig so viele Wörter wie möglich angeben, beginnend mit einem bestimmten Buchstaben. Informieren Sie ihn/sie, dass er/sie auch 30 Sekunden für diese Bedingung haben wird. Sagen Sie dem Teilnehmer, dass er/sie beginnen wird, wenn der Primäre-Forscher "Start" sagt. Dies tritt sofort auf, nachdem ein sekundärer Forscher auf die Beschleunigungsmesser tippt. Weisen Sie den Teilnehmer an, dass er/sie aufhören sollte zu gehen, wenn der Primärforscher "Stopp" sagt. Wenn der Primärforscher "Stopp" sagt, sollte der Teilnehmer außerdem seine Füße zusammensetzen und so still wie möglich bleiben. Zu diesem Zeitpunkt tippt der Sekundärforscher ein zweites Mal auf die Beschleunigungsmesser und platziert einen Marker (Klebrige Note) auf dem Boden, an dem der Teilnehmer angehalten hat.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Drücken Sie die Leertaste, um denersten Versuch zu starten. Überwachen Sie den 30-s-Timer auf der Stimulus-Präsentationssoftware; weisen Sie den Teilnehmer an, anzuhalten, wenn 30 s verstrichen sind.
- Identifizieren Sie die2. Testversion und geben Sie dem Teilnehmer Anweisungen. Wiederholen Sie den Vorgang, bis der Teilnehmer 15 randomisierte Versuche der LE-Unteraufgabe abgeschlossen hat.
- Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
- Informieren Sie den Teilnehmer, dass er/sie eine weitere 60 s Sitzruhezeit absolvieren wird. Sobald der Teilnehmer sitzt, drücken Sie Start, um die Ruhezeit zu beginnen.
- Beenden Sie nach der Ruhezeit die LE-Untertaskdatei in der Stimulus-Präsentationssoftware. Beenden Sie die Datenerfassung in der fNIRS-Datenerfassungssoftware, beenden Sie die Software jedoch nicht.
HINWEIS: Buchstaben werden (durch die Stimulus-Präsentationssoftware) zwischen den Versuchen randomisiert und zwischen den Teilnehmern und zwischen Einzel- und Dual-Task-Bedingungen ausgeglichen. Buchstaben sind ähnlich im Schwierigkeitsgrad und umfassen: W, D, F, T, S, H, M, A, B und P. Zahlen werden (durch die Stimulus-Präsentationssoftware) zwischen Versuchen und zwischen Einzel- und Dualaufgabenbedingungen randomisiert. Darunter enthalten: 185, 225, 220, 175, 205, 165, 170, 180, 245 und 240.
- Entfernen Sie Beschleunigungsmesser von den Knöcheln des Teilnehmers. Wechseln Sie zu dem Abschnitt im Flur, der für die UE-Unteraufgabe vorgesehen ist.
- Beginnen Sie mit der Datenerfassung von UE-Unteraufgaben.
- Öffnen Sie die Stimulus-Präsentationssoftware.
- Wählen Sie die UE-Untertaskdatei aus.
- Bitten Sie den Teilnehmer, in Vorbereitung auf eine 60s ruhige Ruhezeit auf einem Stuhl zu sitzen.
- Kehren Sie zur fNIRS-Erfassungssoftware zurück und klicken Sie auf die Schaltfläche Start, um mit dem Sammeln von fNIRS-Daten zu beginnen. Geben Sie das Thema ID_UE, Alter und Sex in das Pop-up-Fenster ein und klicken Sie auf Start.
- Kehren Sie zur Stimulus-Präsentationssoftware zurück, informieren Sie den Teilnehmer, dass die ruheruhe Phase beginnt, und drücken Sie Space, um die Ruhezeit von 60 s zu beginnen.
- Am Ende der Ruhezeit, identifizieren Sie, welche UE Subtask Bedingung (einzelmotor, einzelne kognitive oder duale Aufgabe) für die1. Studie ausgewählt wurde. Geben Sie dem Teilnehmer Anweisungen für diese Testversion.
- Einzelmotor-Anleitung: Weisen Sie den Teilnehmer an, 1,5 m von einer Wand entfernt zu stehen. Legen Sie einen Korb mit Tennisbällen neben den Teilnehmern. Weisen Sie den Teilnehmer an, einen Wand-Toss mit wechselnden Händen für 30 s zu vervollständigen. Sagen Sie dem Teilnehmer, dass, wenn er/sie einen Ball nicht fangen, einen neuen Ball aus dem Korb der Tennisbälle zu erwerben.
- Einzelne kognitive Anweisungen: Weisen Sie den Teilnehmer an, stehen zu bleiben Sagen Sie dem Teilnehmer, dass er/sie aufgefordert wird, sequenziell von einer bestimmten Zahl für 30 s zu subtrahieren.
- Dual Task Instructions: Weisen Sie den Teilnehmer an, einen Wand-Toss mit abwechselnden Händen für 30 s zu vervollständigen. Informieren Sie den Teilnehmer, dass er beim Werfen und Fangen der Bälle aufgefordert wird, nacheinander von einer bestimmten Zahl2 für 30 s zu subtrahieren. Sagen Sie dem Teilnehmer, dass, wenn er/sie einen Ball nicht fangen, einen neuen Ball aus dem Korb der Tennisbälle zu erwerben.
- Beginnen Sie die Videoaufnahme mit einem Camcorder auf einem Stativ.
- Drücken Sie die Leertaste, um denersten Versuch zu starten. Überwachen Sie den 30-s-Timer auf der Stimulus-Präsentationssoftware; sagen Sie dem Teilnehmer, dass er anhalten soll, wenn 30 s verstrichen sind.
- Identifizieren Sie die2. Testversion und geben Sie dem Teilnehmer Anweisungen. Wiederholen Sie den Vorgang, bis der Teilnehmer 15 randomisierte Versuche der UE-Unteraufgabe abgeschlossen hat.
- Beenden Sie die Videoaufzeichnung.
- Informieren Sie den Teilnehmer, dass er/sie eine weitere 60 s Sitzruhezeit absolvieren wird. Sobald der Teilnehmer sitzt, drücken Sie Start, um die Ruhezeit zu beginnen.
- Beenden Sie nach der Ruhezeit die UE-Subtask-Datei in der Stimulus-Präsentationssoftware. Beenden Sie die Datenerfassung in der fNIRS-Datenerfassungssoftware, und beenden Sie dann die Software.
- Entfernen Sie die fNIRS-Kappe vom Kopf des Teilnehmers.
HINWEIS: Buchstaben werden (durch die Stimulus-Präsentationssoftware) zwischen den Versuchen randomisiert und zwischen den Teilnehmern und zwischen Einzel- und Dual-Task-Bedingungen ausgeglichen. Buchstaben sind ähnlich im Schwierigkeitsgrad und umfassen: W, D, F, T, S, H, M, A, B und P. Zahlen werden (durch die Stimulus-Präsentationssoftware) zwischen Versuchen und zwischen Einzel- und Dualaufgabenbedingungen randomisiert. Darunter enthalten: 185, 225, 220, 175, 205, 165, 170, 180, 245 und 240.
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Representative Results
Teilnehmer
Die Teilnehmer wurden von lokalen High-School-Teams und Universitäts- und Vereinssportmannschaften mit Mund-zu-Mund-Propaganda und Werbeflyern rekrutiert. Die Teilnehmer sollten zwischen 15 und 22 Jahre alt sein und regelmäßig an organisierten Kontaktsportarten teilnehmen. Kontaktsportarten umfassten alle Sportarten, bei denen körperlicher Kontakt mit Teamkollegen oder Gegnern während des Routinespiels erforderlich ist. Die Teilnehmer mussten auch ein normales oder korrigiertes Sehen und Hören haben, keine Vorgeschichte neurologischer oder psychiatrischer Erkrankungen und keine Vorgeschichte einer mittelschweren oder schweren traumatischen Hirnverletzung pro Selbstanzeige.
Wir haben Daten von drei gesunden männlichen Kontaktsportlern (Mean Age: 18.0 ± 2.65 yr.) aufgenommen, um die Art der klinischen Daten zu veranschaulichen, die aus dem überarbeiteten DTS gewonnen werden können. Daten von gesunden, weiblichen Kontaktsportlern werden in eine andere Publikation aufgenommen, die nicht streng auf Methoden ausgerichtet ist.
Datenanalyse für überarbeitete DTS
Angesichts der geringen Teilnehmerzahl, die in die repräsentativen Ergebnisse einbezogen wurde, wurden keine formalen statistischen Analysen durchgeführt. Für jeden Teilnehmer wurde jedoch die Leistung in der Dual-Task-Bedingung mit der Leistung im Einzelmotor und einzelnen kognitiven Bedingungen verglichen; siehe unten für die Beschreibung der Leistungsmetriken für beide Teilaufgaben.
Leistungsmetriken auf der LE-Subtask
Die Leistung des einzelnen Motors wurde durch Ganggeschwindigkeit (m/s), Gesamtzahl der Schritte, durchschnittliche Schrittlänge (m), durchschnittliche Schrittdauer (s) und Variabilität der Schrittdauer (SD) quantifiziert. Diese Daten wurden mit den eingebauten Beschleunigungsmessern auf den intelligenten Geräten erfasst, die wir an den Knöcheln der Teilnehmer befestigten. Die Leistung der einzelnen kognitiven Bedingungen wurde an der Gesamtzahl der Wörter gemessen, die ohne Wiederholungen erzeugt wurden, dargestellt als Wörter/s, um die unterschiedliche Zeitmenge zu berücksichtigen, die für diese Studie vorgesehen ist. Zwei ausgebildete wissenschaftliche Assistenten sahen sich ein Videoband der einzelnen kognitiven Erkrankung an und waren erforderlich, um einen Konsens über die Gesamtzahl der produzierten Wörter zu erzielen. Schließlich wurde die Leistung der dualen Aufgabenbedingung anhand der Ganggeschwindigkeit (m/s), der Gesamtzahl der Schritte, der durchschnittlichen Schrittlänge (m), der durchschnittlichen Schrittdauer (s) und der variabilitierten Schrittdauer (SD) und der Gesamtzahl der wörter gemessen, die ohne Wiederholungen erzeugt wurden und als Wörter/Sekunde dargestellt werden. Zwei ausgebildete wissenschaftliche Mitarbeiter sahen sich auch ein Videoband der Dual-Task-Bedingung an und waren gefordert, einen Konsens über die Gesamtzahl der produzierten Wörter zu erzielen.
Doppelte Aufgabenkosten für die LE-Unteraufgabe
Für jeden Teilnehmer würden die Kosten für duale Aufgabendurchzüge durch die folgenden Änderungen der Gangeigenschaften während der Dual-Task-Bedingung im Vergleich zur Einzelmotorbedingung dargestellt: langsamere Ganggeschwindigkeit, eine größere Anzahl von Gesamtschritten, eine kleinere durchschnittliche Schrittlänge, eine längere durchschnittliche Schrittdauer und eine größere Schrittdauervariabilität. Wir beobachteten, dass alle drei männlichen Teilnehmer einen Dual-Task-Motor kosten auf der LE-Subtask hatten. Insbesondere sahen wir eine langsamere Ganggeschwindigkeit, eine längere durchschnittliche Schrittdauer und eine größere Variabilität der Schrittdauer während dualer Aufgaben im Vergleich zu Einzelbedingungsaufgaben. siehe Abbildung 1A. Im Gegensatz dazu zeigten zwei von drei Teilnehmern keine Veränderungen in der Anzahl der Gesamtschritte oder der durchschnittlichen Schrittlänge zwischen Einzelmotor- und Dual-Task-Bedingungen; siehe Abbildung 1A.
Für jeden Teilnehmer würden die kognitiven Kosten für die doppelte Aufgabe durch weniger Wörter dargestellt, die in der Bedingung der doppelten Aufgabe generiert werden, verglichen mit der Anzahl der Wörter, die in der einzelnen kognitiven Aufgabenbedingung generiert werden. Bei zwei von drei Teilnehmern beobachteten wir die kognitiven Kosten der dualen Aufgabe. Insbesondere generierten diese Teilnehmer während der Bedingung für die doppelte Aufgabe weniger Wörter als die Einzelneaufgabenbedingung. siehe Abbildung 1B.
Leistungsmetriken für die UE-Unteraufgabe
Die Leistung des einzelnen Motors wurde anhand der Gesamtzahl der erfolgreichen Fänge gemessen. Zwei ausgebildete wissenschaftliche Mitarbeiter sahen sich ein Videoband des Einzelnenmotorzustandes an und mussten einen Konsens über die Gesamtzahl der erfolgreichen Fänge erzielen. Die Leistung einzelner kognitiver Bedingungen wurde anhand der Gesamtzahl der korrekten Subtraktionen gemessen. Zwei ausgebildete wissenschaftliche Assistenten sahen sich ein Videoband der einzelnen kognitiven Erkrankung an und waren erforderlich, um einen Konsens über die Gesamtzahl der korrekten Subtraktionen zu erzielen. Subtraktionsfehler waren nicht kumulativ (d. h. "100, 92, 85..." würden als ein Fehler und eine korrekte Subtraktion aufgezeichnet). Schließlich wurde die Leistung der doppelten Aufgabenbedingung anhand der Gesamtzahl der erfolgreichen Fänge und der Gesamtzahl der richtigen Subtraktionen gemessen. Auch hier sahen sich zwei ausgebildete wissenschaftliche Assistenten ein Videoband der einzelnen kognitiven Erkrankung an und waren erforderlich, um einen Konsens über die Gesamtzahl der erfolgreichen Fänge und korrekten Subtraktionen zu erzielen.
Doppelte Aufgabenkosten für die UE-Unteraufgabe
Für jeden Teilnehmer würden die Kosten für doppel Aufgabenmotor durch weniger erfolgreiche Fänge während der Dual-Task-Bedingung im Vergleich zur Anzahl der erfolgreichen Fänge während der Einzelmotor-Bedingung dargestellt. Wir stellten fest, dass alle drei männlichen Teilnehmer eine doppelte Aufgabe Motorkosten hatten. Insbesondere hatten sie weniger erfolgreiche Fänge während der Dual-Task-Bedingung im Vergleich zur Einzelmotor-Bedingung; siehe Abbildung 2A.
Eine duale Aufgabe kognitive Kosten würde durch weniger richtige Subtraktionen die duale Aufgabe Bedingung im Vergleich zu der Anzahl der richtigen Subtraktionen während der einzelnen Aufgabe Bedingung gemacht dargestellt werden. Bei zwei von drei Teilnehmern beobachteten wir die kognitiven Kosten der dualen Aufgabe. Insbesondere hatten sie weniger korrekte Subtraktionen während der Dual-Task-Bedingung im Vergleich zur Einzelaufgabenbedingung; siehe Abbildung 2B.
Datenanalyse für Neuroimaging-kompatibles DTS
fNIRS Gerätespezifikationen
Wir verwendeten ein mobiles funktionales Nahinfrarot-Spektroskopiesystem (fNIRS) (Tabelle der Materialien). Das System verfügt über insgesamt 32 Optoden, 16 LED-Quellen und 16 Detektoren sowie ein drahtloses Erfassungsgerät, das die Teilnehmer auf dem Rücken tragen. Dieses Gerät ist einzigartig ausgestattet, um grobe Motorbewegungen unterzubringen, und hat (unserer Kenntnis nach) die größte Kopfabdeckung für ein mobiles System. Mit fNIRS evaluierten wir die Hirnaktivität über die hämodynamische Reaktion mit Indizes von sauerstoffhaltigem Hämoglobin (HbO) während des neuroimaging-kompatiblen DTS.
fNIRS Kopfsonde
Die Kopfsonde umfasste 30 Optoden (15 LED-Quellen und 15 Detektoren), die mit einer fNIRS-Kappe mit eingebauten Optodenhaltern auf den Kopf des Teilnehmers gelegt wurden. Wir haben HbO gemessen, indem wir LED-Quellen und Detektoren am linken und rechten Motorkortex und zwei Primärregionen des rechtslateralisierten Frontoparietal-Netzwerks16, rechts PFC und PPC platziert haben, die wir mit dem 10-20-System17identifiziert haben; siehe Abbildung 3. Die LED-Quellen leuchten Nahinfrarotlicht in oberflächliche kortikale Bereiche, und die Detektoren erfassen das gebrochene Licht, so dass wir HbO-Werte an jedem Kanal oder Schnittpunkt von Quelle und Detektor berechnen können. Zusätzlich enthalten wir acht kurze Trenndetektoren, die die Kopfhautperfusion messen, eine lästige Variable, die aus den rohen fNIRS-Daten18,19zurückgeht.
Blockdesign für fNIRS-Erfassung
Sowohl die LE- als auch die UE-Unteraufgaben wurden in ein Blockdesign umgewandelt. Beide Teilaufgaben begannen und endeten mit einer 60 s Sitzenruhezeit, um eine hemodynamische Grundaktivität zu erhalten. Auf die Pause folgten 15 randomisierte Blöcke (5 einzelne motorische Zustandsblöcke, 5 einzelne kognitive Zustandsblöcke und 5 Dual-Task-Bedingungsblöcke), die 30 s in der Dauer waren, insgesamt 7,5 Minuten der gesamten Datensammlung für jede Teilaufgabe. Zwischen jedem der 15 Bedingungsblöcke gab es ein variables Ruheintervall von etwa 6-8 s, damit die hämodynamische Reaktion der Teilnehmer zur Basislinie zurückkehren konnte; siehe Abbildung 4.
FNIRS-Datenreduktion und First-Level-Analyse (Single-Subject) Analyse: Raw fNIRS-Daten werden in eine proprietäre Programmiersprache und numerische Computerumgebung hochgeladen (Tabelle der Materialien). Kanäle, die mit kurzen Trenndetektoren erstellt wurden, werden für eine spätere Regression beschriftet. Standard-Stimuliwerte, die von der Stimulus-Präsentationssoftware generiert wurden, werden umbenannt, um DTS-Blöcke zu identifizieren (z. B. Einzelmotor, Single Cognitive, Dual Motor). Als Nächstes werden die Parameter für die Stimulusdauer für alle DTS-Blöcke auf 30 Sekunden und für Ruhezeiten auf 60 s festgelegt. Die grundlegende Verarbeitung wird dann mithilfe von Schritten aus einer nicht proprietären Toolbox abgeschlossen, die mit der numerischen Computerumgebung kompatibel ist. Diese Schritte umfassen die Berechnung der optischen Dichte und die Neuberechnung der optischen Dichtewerte unter Berücksichtigung von Daten aus den kurzen Trennkanälen20. Als nächstes wird die optische Dichte mit dem modifizierten Beer Lambert Law21in Hämoglobinwerte (deoxygeniertes Hämoglobin, sauerstoffhaltiges Hämoglobin und Gesamthämoglobin) umgewandelt. Nach der Konvertierung wird ein autoregressiver Modellalgorithmus ausgeführt, der die Regression von Kurztrennkanaldaten umfasst. Parameter für den autoregressiven Algorithmus werden so eingestellt, dass sie einem kanonischen Modell22folgen. Schließlich können einzelne Daten mit Zustandskontrasten visualisiert werden (z.B. Dual vs Single); siehe Abbildung 5.
Abbildung 1: LE-Untertaskleistung während der Bedingungen für einzelne und doppelte Aufgaben. (A) Alle drei Teilnehmer hatten eine langsamere Ganggeschwindigkeit, eine längere durchschnittliche Schrittdauer und eine größere Variabilität der Schrittdauer während der Bedingung für die doppelte Aufgabe im Vergleich zur Einzelaufgabenbedingung, die eine doppelte Aufgabe Motorkosten für die UE-Unteraufgabe darstellt. Zwei von drei Teilnehmern zeigten keine Änderungen in der Anzahl der Gesamtschritte oder der durchschnittlichen Schrittlänge zwischen den Bedingungen für duale und einzelne Aufgaben. (B) Zwei von drei Teilnehmern generierten während der Dual-Task-Bedingung weniger Wörter als die Bedingung für eine einzelne Aufgabe, was eine doppelte Aufgabe kognitive Kosten auf der LE-Subtask e.V. darstellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Leistung von UE-Unteraufgaben während der Bedingungen für Einzel- und Zweiaufgaben. (A) Alle drei Teilnehmer hatten während der Dual-Task-Bedingung weniger erfolgreiche Fänge als die Einzelaufgabenbedingung, die eine doppelte Aufgabe Motorkosten auf der UE-Unteraufgabe darstellt. (B) Zwei von drei Teilnehmern hatten während der Bedingung für die doppelte Aufgabe weniger korrekte Subtraktionen als die Bedingung für eine einzelne Aufgabe, was eine doppelte Aufgabe kognitive Kosten für die UE-Unteraufgabe darstellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: FNIRS-Kopfsonde. Die fNIRS-Kopfsonde umfasste 15 LED-Quellen (rote Kreise) und 15 Detektoren (weiße Kreise), die am linken und rechten Motorkortex und rechten präfrontalen Kortex (PFC) und rechten hinteren parietalen Kortex (PPC) platziert wurden. Dies ermöglichte es uns, sauerstoffhaltige Hämoglobinwerte (HbO) an jedem Kanal oder Schnittpunkt von Quelle und Detektor zu berechnen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Blockdesign für fNIRS-Erfassung. Für die neuroimagingkompatible Version des DTS wurden die UNTERaufgaben LE und UE in ein Blockdesign umgewandelt. Beide Teilaufgaben begannen und endeten mit einer 60-Sekunden-Sitzruhezeit, um eine hemodynamische Basisaktivität zu erhalten. Auf die Pause folgten 15 randomisierte Blöcke (5 einzelne motorische Zustandsblöcke, 5 einzelne kognitive Zustandsblöcke und 5 Dual-Task-Bedingungsblöcke), die 30 Sekunden lang waren. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: FNIRS-Daten für einzelne Betreffe. Dies ist eine Darstellung einzelner Subjekt-fNIRS-Daten unter Verwendung von Zustandskontrasten. Dieses Bild kontrastiert sauerstoffhaltiges Hämoglobin (HbO) während der Dual Task vs Single Motor Task aus der LE-Subtask. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
In diesem Manuskript haben wir das Administrationsprotokoll für den neu überarbeiteten Dual Task Screen (DTS) beschrieben. Diese Revisionen wurden abgeschlossen, um die im ursprünglichen DTS15 identifizierten Einschränkungen zu beheben und beinhalteten die Hinzufügung einzelner kognitiver Bedingungen, um auf kognitive Kosten für duale Aufgaben zu testen. Es beinhaltete auch intelligente Geräte-basierte Beschleunigung, um die Gangeigenschaften genauer zu messen. Wir haben repräsentative Ergebnisse aufgenommen, die die Art der klinischen Daten veranschaulichen, die mit dem DTS erfasst werden können. Wir haben auch das Forschungsprotokoll für den neuroimaging-kompatiblen Dual Task Screen (DTS) beschrieben, das wir entwickelt haben, um die neuronalen Grundlagen der Leistung von Einzel- und Dual-Task-Aufgaben zu bewerten. Die von uns gewählte neuroimaging-Modalität war ein tragbares funktionelles Nahinfrarot-Spektroskopiegerät (fNIRS), das grobe Motorbewegungen aufnimmt, indem es den Einfluss von Bewegungsartefakten18,19reduziert. Um eine neuroimaging-kompatible Version zu erstellen, mussten wir das DTS in ein Blockdesign konvertieren. Das Blockdesign erforderte fünf Wiederholungen oder Blöcke des einzelnen Motors, einzelne kognitive und duale Aufgabenbedingungen. Dies erforderte die Verwendung neuer kognitiver Reize (z. B. Zahlen und Buchstaben) mit gleichwertiger Schwierigkeit für jede Studie.
Die Hinzufügung von Beschleunigungsmessern war die schwierigste Ergänzung des überarbeiteten DTS, da dies erforderte, dass wir genau markieren, wann der Hindernislauf auf beiden Smart-Geräten initiiert wurde. Wir haben gleichzeitig die intelligenten Geräte/Beschleunigungsmesser angezapft, bevor der erste Schritt der Teilnehmer einen Artefakt-Spitzen in den Beschleunigungsdaten erzeugt. Wir haben auch das Gehen der Teilnehmer auf Video aufgenommen, so dass wir ihre Fersenschläge im Video mit den Fersenschlägen, die von den Beschleunigungsmessern aufgezeichnet wurden, anpassen konnten.
Der Großteil der Fehlerbehebung wurde jedoch abgeschlossen, um eine neuroimaging-kompatible Version des DTS zu erstellen. Das erste Hindernis, dem wir begegneten, war die Suche nach Stimulus-Präsentationssoftware, die drahtlos mit der Neuroimaging-Erfassungssoftware verbunden werden konnte. Im Gegensatz zu computerbasierten Aufgaben brauchte der Teilnehmer nicht zu sehen, welcher Zustand eintreten sollte, aber der Forscher musste die Bedingungen sehen, um Anweisungen zu geben. Darüber hinaus musste diese Stimulationssoftware nahtlos mit der Erfassungssoftware in Verbindung gebracht werden, um die auftretenden Bedingungen zu markieren. Dies ist notwendig für die zukünftige Segmentierung und Mittelung der Neuroimaging-Daten über alle fünf Blöcke jeder Bedingung. Wir haben erfolgreich eine Stimulus-Präsentationssoftware identifiziert, die über eine Lab-Streaming-Schicht mit der fNIRS-Datenerfassungssoftware in Verbindung steht. Dadurch konnten wir beide Programme gleichzeitig verwenden. Das nächste Hindernis, auf das wir gestoßen sind, war die Änderung des DTS in ein Block-Design, bei dem jeder Block 30 Sekunden lang war, was für eine optimale fNIRS-Datenqualität notwendig ist. Zusätzlich mussten wir Ruhezeiten am Anfang und Ende jeder Teilaufgabe einschließen, um die grundlegende Hirnperfusion zu messen, aufgrund der bekannten intersubjekten Variabilität in der Hirnperfusion23, insbesondere nach mTBI24. Darüber hinaus mussten wir 6-10 s Übergangsperioden zwischen Blöcken hinzufügen, damit die Gehirnaktivität der Teilnehmer zur Basislinie zurückkehren kann. Schließlich haben wir festgestellt, dass wir die Blockreihenfolge und gegenbilanziertbuchstaben und Zahlenreize für die kognitiven Aufgaben randomisieren müssen, um Praxiseffekte zu reduzieren und neuronale Gewöhnung zu vermeiden. Die schwierigste Aufgabe, um ein 30 s Block-Design zu ändern, war der Hindernislauf in der LE-Unteraufgabe. Vor der Modifikation war dies ein 18 m Hindernislauf, und die Dauer war die Zeit, die die Teilnehmer brauchten, um ihn zu absolvieren. Um den 18 m-Lauf in einen 30-Sekunden-Block umzuwandeln, baten wir die Teilnehmer, einen 15 m-Spaziergang mit zwei Hindernissen (statt drei) zu wiederholen, bis die Zeit aufgerufen wurde. Am Ende des 30 s Blocks platzierten wir einen temporären Marker (Klebrige Notizen) auf dem Boden, wo der Teilnehmer anhielt. Dadurch konnten wir die zurückgelegte Strecke genau messen und die Ganggeschwindigkeit in m/s berechnen. Schließlich haben wir in der Stimulus-Präsentationssoftware ein Video von einem 30 s Timer für jeden Block hinzugefügt, so dass der Forscher die Neuroimaging-Software und die Dauer jedes Blocks gleichzeitig auf einem Laptop-Computer visualisieren und dem Teilnehmer für den Anfang und das Ende jedes Blocks verbale Hinweise (z. B. "Start" und "Stop") zur Verfügung stellen konnte.
In den repräsentativen Ergebnissen stellten wir fest, dass die folgenden Gangeigenschaften die Kosten für duale Aufgabenmotore bei der LE-Unteraufgabe zeigten: Ganggeschwindigkeit, durchschnittliche Schrittdauer und Variabilität der Schrittdauer. Im Gegensatz dazu zeigten die Gesamtschritte und die durchschnittliche Schrittlänge keine Kosten für Dual-Task-Motoren, da zwei von drei Teilnehmern keine Änderungen an diesen Metriken zeigten. Dies kann eine Einschränkung dieser Metriken oder der Beschleunigungsmesser darstellen. Es könnte auch nur das Ergebnis der Einbeziehung repräsentativer Daten von drei Teilnehmern sein, obwohl wir gehofft hatten, dass bei 100 % der Teilnehmer, unabhängig von der Stichprobengröße, die Kosten für den Motor mit zwei Aufgaben zu berücksichtigen sind. Auch wenn die Fersenschlagdaten der intelligenten Geräte detaillierte und präzise Daten lieferten, ist eine erhebliche Einschränkung derzeit die Zeit und das Fachwissen, die für die Verarbeitung und Interpretation dieser Daten benötigt werden (bis zu 1,25 Stunden/Teilnehmer). Im Idealfall möchten wir, dass diese Verarbeitung und Interpretation weniger als 10 Minuten dauert und wenig bis gar keine vorherige Schulung erfordert. Wir müssen eine App entwickeln, um diese Verarbeitung zu optimieren. Darüber hinaus, obwohl wir konsistente Dual-Task-Motorkosten in den repräsentativen Athleten beobachtet, fanden wir, dass ein Teilnehmer nicht eine duale Aufgabe kognitive Kosten auf der LE-Subtask gezeigt und ein anderer Teilnehmer nicht eine duale Aufgabe kognitive Kosten auf der UE-Subtask demonstriert. Vorzugsweise würde die Methode eine duale Aufgabe kognitive Kosten auf beiden Teilaufgaben in allen Teilnehmern (unabhängig von der Stichprobengröße), die eine Notwendigkeit für anspruchsvollere kognitive Aufgaben vorschlagen kann. Alternativ kann diese Feststellung darauf hindeuten, dass kognitive Fähigkeiten weniger anfällig für Dual-Task-Interferenzen sind und wir uns auf doppelte Aufgabenstörungen in der motorischen Leistung konzentrieren sollten.
Das ursprüngliche Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines praktischen, sensiblen Instruments, das die Bewertung und Behandlung von mTBI verbessern kann. Im Gegensatz zu vielen der dualen Aufgabenparadigmen, die in der Vergangenheit verwendet wurden14, verwenden die ursprünglichen DTS und überarbeiteten DTS tragbare, kostengünstige Geräte, und die meisten Bedingungen sind ohne vorherigeschulung leicht zu punkten. Zusätzlich haben wir eine neuartige Bewertung der Funktion der oberen Extremität, insbesondere hand-Augen-Koordination, aufgenommen, während frühere Arbeiten sich ausschließlich auf die Fähigkeiten der unteren extremen oder unteren Extremitätkonzentrierten 11,12,13,14. Somit hat die Methode ein erhebliches Potenzial, zu mTBI-Evaluierungsprotokollen beizutragen, da sie in einer Vielzahl von Umgebungen (z. B. Rehabilitationszentren, Arztpraxen, Turnhallen und Athletiktrainingsräumen) für eine Vielzahl von Leistungssportlern verabreicht werden könnte. Letztendlich müssen wir feststellen, dass das DTS empfindlich auf die Auswirkungen von sportinduziertem mTBI reagiert, aber die Schritte, die wir bisher unternommen haben, deuten darauf hin, dass das DTS-Verwaltungsprotokoll ein praktischer Weg ist, um bei leistungsstarken Athleten duale Aufgabeneffekte auszulösen.
Bis heute beschränkt sich die mTBI-Evaluierung auf selbst gemeldete Symptome und objektive Maßnahmen, die eine schlechte Test-Retest-Zuverlässigkeit aufweisen, sich auf Basistests verlassen oder für leistungsstarke Athleten7,8,9nicht herausfordernd genug sind. Das DTS umfasst anspruchsvolle Aufgaben, die sowohl die Leistung der unteren als auch der oberen Extremität bewerten. Derzeit haben wir nicht festgestellt, dass das DTS empfindlich auf Effekte von mTBI reagiert, aber wir sind dabei, diese Daten zu sammeln. Darüber hinaus versuchen wir, die neuronalen Grundlagen des Verhaltens von Einzel- und Dual-Task-Erkrankungen bei gesunden Athleten und solchen mit sportinduziertem mTBI besser zu verstehen, indem wir das neu erstellte neuroimaging-kompatible DTS verwenden. Dieses Verständnis wird uns helfen, die Bewertungsmethoden wie das DTS weiter zu verfeinern und Einblicke in optimale Behandlungsparadigmen zu geben.
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Disclosures
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Acknowledgments
Wir möchten Frau Isabelle Booth danken, eine Colorado State University ehrt Studenten, die bei der Analyse von Beschleunigungsdaten geholfen haben. Wir möchten auch die Finanzierung von NIH K12 HD055931 und K01 HD096047-02 an Autor J.S. anerkennen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hardware (in alphabetical order) | |||
| NIRx NIRSport2 Device: NSP2-CORE1616 | NIRx | Reference #: GC359 | "The NIRSport 2 is a user-friendly, modular, and robust wireless functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) platform which measures hemodynamic responses to neuroactivation via oxy-, deoxy-, and total hemoglobin changes in the cerebral cortex.The NIRSport 2 comes with a host of ready-to-implement upgrades and modules to meet the needs of a broad range of cognitive neuroscience applications." (Direct quote from nirx.net/nirsport) |
| NIRx NIRSCap (available in 5 difference sizes) | NIRx | N/A | "The NIRScap consists of a measuring cap and optode holders. The optode holders fit into the slits of the measuring cap." (Direct quote from NIRx's NIRScap Getting Started Guide) |
| NIRx Optode Sources (x 2) | NIRx | Reference #: GC359 | "8-source active source bundel for fiberless optical illumination with dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description) |
| NIRx Optode Detectors (x 2) | NIRx | Reference #: GC359 | "Bundle of 8x active sensores for fiberless optical detection; dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description) |
| NIRx Short Distance Detector Probes | NIRx | N/A | "The probes come in a bundle of eight detector clips that allows coupling of short-distance data from eight independent sources sites to one common detector channel on the instrument." (Direct quote from NIRx's Short Distance Detector Probes Getting Started Guide) |
| Software (in alphabetical order) | |||
| Aurora | NIRx | N/A | "NIRSport 2 Acquistion Software. Aurora fNIRS connects to your NIRSport 2 device via Wi-Fi or USB and can set-up a complete experimental configuration in only several clicks. Thanks to the automated signal optimization algorithm, Aurora fNIRS ensures optimal signal quality before a measurement is started. Raw data, HbO and Hb concentration changtes can be visualized in real-time in several display modes. In addition, high-end whole head visualizations are immediately available. Recorded data can be exported over the integrate Lab Streaming Layer (LSL) protocol, allowing for real-time processing in Brain-Computer Interface (BCI) and Neurofeedback paradigms." (Direct quote from nirx.net/software) |
| Matlab | Math Works | N/A | "MATLAB® combines a desktop environment tuned for iterative analysis and design processes with a programming language that expresses matrix and array mathematics directly. It includes the Live Editor for creating scripts that combine code, output, and formatted text in an executable notebook." (Direct quote from mathworks.com) |
| NIRS Toolbox | Developed by Huppert Brain Imaging Lab | N/A | "NIRS toolbox is a Matlab based analysis program." (Direct quote from huppertlab.net/nirs-toolbox-2/) |
| PsychoPy | Python | N/A | "PsychoPy is an open source software package written in the Python program,ming language primarily for us in neuroscience and experimntal psychology research." (Direct quote from psychopy.org) |
| Lower Tech/Cost Research Supplies* (in alphabetical order) | |||
| AmazonBasics 60-Inch Lightweight Tripod with Bag | Amazon | Item Model #: WT3540 | This lightweight tripod is perfect for most cameras up to 6.6 pounds. Setup is quick and easy. The included bag makes storage and transport a snap.The tripod’s legs can extend from 20” to 48”. Leg locks release smoothly and glide easily to your desired height. Crank up the center post for a tripod that is 60” tall. (Direct quote from Amazon.com) |
| iPod Touch x 2 | Apple | N/A | Smart device with built-in accelerometer. |
| Panasonic Full HD Video Camera Camcorder HC-V180K, 50X Optical Zoom, 1/5.8-Inch BSI Sensor, Touch Enabled 2.7-Inch LCD Display (Black) | Amazon | Item Model #: HC-V180K | Compact, lightweight and easy to use, the Panasonic Full HD Camcorder HC-V180K brings a fun, worry-free experience to high-resolution video capture. Featuring a 5-axis image stabilizer for maximum handheld stability, this 1080p camera’s super-long 50X optical zoom and up to 90X intelligent zoom quickly bring distant objects in focus. A convenient 28mm wide-angle lens allows you to fit more people and scenery into settings like weddings, reunions and vacations. An advanced BSI sensor assures low-light video image quality while Panasonic’s Level Shot function automatically detects and compensates for distracting camera tilting. For added fun, the camera includes creative filter effects like 8mm Movie, Silent Movie, Miniature Effect and Time Lapse Recording, all easily accessible on the 2.7-inch LCD touch screen. A two-channel zoom microphone works in tandem with the zoom to ensure crisp, clear audio up close or at any distance." (Direct quote from Amazon.com) |
| Post-it Notes, 3" x 3", Canary Yellow, Pack Of 18 Pads | Office Depot/Office Max | Item # 1230652 | "Post it® Notes stick securely and remove cleanly, featuring a unique adhesive designed for use on paper." |
| Scotch 232 Masking Tape, 1" x 60 Yd | Office Depot/Office Max | Item # 910588 | "High-performance paper masking tape produces sharp paint lines in medium-temperature paint bake operations. Scotch tape provides clean removal every time, even on traditionally difficult-to-remove surfaces." (Direct quote from officedepot.com) |
| Stanley Tools Leverlock Tape Measure, Standard, 25' x 1" Blade | Office Depot/Office Max | Item #389512 | "Tape rule features a power return with automatic bottom lock for easy operation. High-visibility case color makes it easy to find. Special Tru-Zero hook allows use of nail as pivot to draw circles and arcs. Tape rule offers a multiple riveted hook and polymer-coated blade for longer life, blade wear guard and comfortable rubber grip. Protected blade resists abrasion, oils, dirt and most solvents. Tape rule has Imperial ruling with consecutive feet on top and consecutive inches on bottom after the first foot. Its belt clip allows easy carrying." (Direct quote from officedepot.com) |
| Stopwatch | Office Depot/Office Max | Item # 357698 | "Offers split timing, precise to 1/100 of a second. Includes 6 functions — hour, minute, second, day, month and year." (Direct quote from officedepot.com) |
| Tourna Ballport Deluxe Tennis Ball Hopper with Wheels - Holds 80 Balls | Amazon | Item Model #: BPD-80W | "Balloon port 80 deluxe holds 80 balls and comes with wheels for easy Maneuverability. The handles are an extra long 33 inch for more convenient feed and pickup. Very lightweight yet durable makes this one of the most premium hoppers on the market. Loaded with patented features: legs lock in up and down position. Bars at the top slide closed so your the balls don't fall out during transport. Bars roll at the bottom so the ball slips in the hopper easily." (Direct quote from Amazon.com) |
| Tourna Pressureless Tennis Balls with Vinyl Tote (45 pack of balls) | Amazon | Item Model #: EPTB-45 | "45 Pressure less tennis balls in a vinyl tote bag. Bag has a zipper for secure closure. Balls are regulation size and durable. Suitable for practice or tennis ball machines. Balls are pressure less so they never go dead. Pressure-less means they never go dead, which makes them great for tennis practice, ball machines, filling up ball baskets and hoppers, or just making sure your pet has hours of fun chasing these balls. They fit Chuck-it style dog ball launchers and automatic ball launchers. Durable rubber and a premium felt ensures their use can be universal, whether your a budding tennis player or a pet owner." (Direct quote from Amazon.com) |
| Velcro | Velcro | N/A | Self-adhesive strips and wraps; used to secure smart devices. |
| Yoga Block 2 Pack – 2 High Density Light Weight Exercise Blocks 4 x 6 x 9 Inches Support All Poses - Lightweight Versatile Fitness and Balance Odor Free Bricks (Note: 6 blocks are needed for Dual Task Screen) | Amazon | N/A | "These blocks are made from recycled high density EVA foam and provide firm support in a wide range of different yoga poses. This will improve your posture and you can stay in challenging poses for longer." (Direct quote from Amazon.com) |
| *These items or comparable items can be obtained from a number of other sources |
References
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