Benutzerdefinierte Smartphone-Anwendung zur Steuerung der lokomotorisch-respiratorischen Kopplung im Feld mit stufenadaptiven Atemgeräuschen

Zusammenfassung

Die lokomotorisch-respiratorische Kopplung (LRC) ist für Läufer potenziell vorteilhaft, kann aber schwierig durchzuführen sein. Wir stellen eine maßgeschneiderte Lösung vor, die auf einem Smartphone implementiert ist, um Läufer zu individualisieren und zum LRC zu führen.

Zusammenfassung

Während Laufen zu den beliebtesten Aktivitäten im Wettkampf und in der Freizeit gehört, leiden schätzungsweise 20-40 % der Läufer an Atemeinschränkungen. Einige dieser Läufer können von Atemtechniken profitieren, um die Leistung zu verbessern oder Atembeschwerden zu lindern. Eine solche Technik ist die lokomotorisch-respiratorische Kopplung (LRC), eine Frequenz- und Phasensynchronisation von Atem zu Schritt. Studien haben gezeigt, dass LRC die Beatmungseffizienz durch "stufengesteuerte Ströme" fördern kann, und einige Experten haben argumentiert, dass es zur Beschleunigung von Übungen oder zur Steigerung positiver emotionaler Zustände verwendet werden könnte. Trotzdem kann es schwierig sein, ohne Coaching oder Anleitung Leistung zu erbringen. Hier schlagen wir RunRhythm vor, eine benutzerdefinierte Smartphone-Anwendung, die eine schrittsynchrone Klangführung für LRC liefert. Dieses Konzept baut auf früheren Erkenntnissen auf, dass eine solide Anleitung effektiv sein kann, und integriert Funktionen zur Maximierung der Einhaltung und Individualisierung. Erste Ergebnisse zeigen, dass diese Anwendung eine vielversprechende und effektive Methode ist, die sich für die Erforschung von LRC in Feldübungen eignet. Es werden Empfehlungen für den Einsatz und die Weiterentwicklung diskutiert, um dieses Konzept zum Nutzen einer breiteren Bevölkerung weiterzuentwickeln.

Einleitung

Laufen ist vielleicht die beliebteste Form der Bewegung, was zum Teil auf ihre Zugänglichkeit und ihre vielfältigen Vorteile für die körperliche und geistige Gesundheit zurückzuführen^{ist 1,2}. Nichtsdestotrotz fällt es vielen aufstrebenden Läufern schwer, mit dem Laufen zu beginnen oder diese aufrechtzuerhalten. Dies könnte auf Atembeschwerden zurückzuführen sein, von denen schätzungsweise 20-40% der Läufer betroffen sind ^3,4,5. Die Verringerung der bewegungsinduzierten Atemnot ist theoretisch mit dem Einsatz spezifischer Atemtechniken möglich, aber die genauen Methoden, Risiken und Vorteile sind unklar. Während die Verbesserung der Fitness und/oder eine langsame Atmung in Ruhe Atembeschwerden während des Trainings lindern können ^6,7, dauert es Wochen oder Monate, bis diese Lösungen ihre Wirkung entfalten. Einige Forschungen haben spekuliert, dass die direkte Anwendung von Atemtechniken während des Trainings effektiver sein kann, um akute Vorteile zu erzielen⁸, obwohl solche Untersuchungen begrenzt sind. Digitale Werkzeuge, die einen individualisierten Unterricht ermöglichen, könnten erforderlich sein, um solche Studien in einem effektiven Interventionsformat durchzuführen.

Die lokomotorisch-respiratorische Kopplung (LRC) ist ein Synchronisationsphänomen, bei dem Atmung und Bewegung frequenz- und/oder phasensynchronisiert sind. Bei bestimmten Übungen wie dem Laufen zeigt LRC ein ganzzahliges Verhältnis zwischen Atmung (BR) und Schrittfrequenz (SR) sowie die Phasenkopplung zwischen Fußauftritt und Atembeginn an (d. h. das Treten genau bei Inspiration). LRC kann willentlich oder automatisch ausgedrückt werden und kann sich mit Bewegungstraining als erlerntes Verhalten herausstellen⁹. Der Mensch synchronisiert den Gang von Natur aus mit störenden Hörgeräuschen (einschließlich der Atmung), möglicherweise um die auditive Stimulation zu reduzieren, was darauf hindeutet, dass LRC eine evolutionäre Phänomenologie hat¹⁰. Einige Berichte deuten darauf hin, dass LRC die Bewegungsökonomie und -leistung fördert und die Atemnot reduziert 11,12,13,14,15. Einige Studien berichteten über einen vernachlässigbaren Nutzen 16,17,18. Alle physiologischen Vorteile könnten mit "schrittgetriebenen Strömungen" in Verbindung gebracht werden: Jeder Fußaufprall erzeugt einen Abwärtsimpuls des Bauchinhalts (den "viszeralen Kolben"), der, wenn er mit dem Beginn des Ein- oder Ausatmens synchronisiert ist, zur Beatmung beitragen kann.

Daley et ^al.19 maßen die Beatmungsströmung und die Aufprallkräfte während des Laufbandlaufs und spekulierten, dass stufengetriebene Strömungen bis zu 10-12 % zur Gesamtventilation beitragen können. Sie berichteten auch, dass es den Übergang zur Beatmung beschleunigen könnte. Andere neuromechanische Mechanismen können mit diesem Phänomen interagieren⁹. Während der viszerale Kolben das Ergebnis einer präzisen Phasenkopplung ist, kann die Frequenzkopplung unabhängig voneinander wertvoll sein, insbesondere für den unerfahrenen Läufer. BR steht in engem Zusammenhang mit der Anstrengung über verschiedene Übungsintensitäten^{hinweg 20}. Da SR im Allgemeinen stabil ist und mit der Laufgeschwindigkeit²¹ verbunden ist, kann LRC die Selbstwahrnehmung unterstützen und ein leichtes Pacing von BR und damit die Intensität während des gesamten Laufs ermöglichen. Schließlich könnte LRC in ungleichmäßigen Verhältnissen (z. B. 5:1 Schritte pro Atemzug) helfen, trainingsbedingte vorübergehende Bauchschmerzen ("Seitenstich") zu verhindern. Die Mehrheit der Läufer erlebt dieses vorübergehende, aber ablenkende und schmerzhafte Symptom jedes Jahr²², was oft dazu führt, dass sie mit dem Laufen aufhören müssen. Eine Theorie der Ätiologie der Seitenstiche besagt, dass wiederholtes Atmen beim gleichen seitlichen Fußauftritt den Nervus phrenicus reizen kann. Daher kann es durch LRC in ungleichmäßigen Verhältnissen vermieden werden, was dazu führt, dass die Atmung auf abwechselnden Beinen erfolgt.

In wenigen Berichten wurde darüber diskutiert, wie Läufer bei der Durchführung von LRC unterstützt werden können. Mindestens zwei Studien haben Methoden im Biofeedback-Stil gezeigt^14,23, während viele einfaches verbales Coaching verwendeten^24,25. Obwohl sich diese Methoden als vielversprechend erwiesen haben, um LRC akut zu stimulieren, sind sie hochgradig standardisiert und erfordern spezielle Ausrüstung. Daher sind sie wahrscheinlich weder für den Einsatz im Feld geeignet, noch sind sie für die meisten Läufer zugänglich. Unabhängig davon ist die Klangführung eine natürliche Wahl, da der Mensch Bewegungen intuitiv mit vorhersehbaren auditiven Ereignissen (Metronom oder Musik) ^{synchronisiert26}. Anwendungen sollten daher Klangtempo und -struktur im Rahmen des motorischen Lernens sorgfältig berücksichtigen. Während einfaches, konstantes Tempo vorhersagbar und wirksam ist, um das Entrainment zu stimulieren, widerspricht es dem natürlich nichtlinearen Verhalten von Schritt- und Atemrhythmen bei gesunden Läufern^27,28. Die Änderung der bevorzugten SR eines Läufers kann die Laufökonomie verringern ²⁹ oder die Verletzungsrisikofaktoren^{verändern 30}. Daher sollten die akustischen Anweisungen kontinuierlich in Echtzeit angepasst werden, um dem SR³¹ des Läufers zu folgen.

Wir haben vor kurzem ein Konzept eingeführt, das die oben genannten Empfehlungen in eine einfache, benutzerfreundliche, benutzerdefinierte Smartphone-Anwendung^{integriert 32}. Die erste Iteration ermöglicht die Auswahl eines einzelnen LRC-Verhältnisses, das während des gesamten Laufs angewiesen wird. Der Standard-SR-Algorithmus des Telefons wird genutzt, um der Anwendung Echtzeit-SR-Informationen zur Verfügung zu stellen. Dann werden stufensynchrone Töne erzeugt, die anzeigen, wann der Läufer aus- und einatmen sollte: ein hoher Ton für Schritte während der Einatmung und ein tiefer Ton während der Ausatmung. Die verordneten LRC-Verhältnisse wurden aus einem Kontrollbesuch ohne Atemanweisung abgeleitet. Wir fanden einen starken Anstieg der LRC von 26,3 ± 10,7 % auf 69,9 ± 20,0 % des Laufs mit der Anwendungsanweisung während des submaximalen Laufens im Freien. Zu den Einschränkungen, die beim Protokoll und bei der Anwendung festgestellt werden, gehören die erforderliche umfangreiche Einarbeitung, die begrenzte Sample-Größe und der konstante Klangunterricht. Daher wurde eine neue Version dieser Anwendung entwickelt, um die Benutzererfahrung zu verbessern und umfassendere Tests und Experimente in Feldübungen zu ermöglichen. Diese Anwendung trägt den Namen RunRhythm , da ihr Zweck darin besteht, Läufer dabei zu unterstützen, einen Rhythmus während des Laufens zu finden und zu halten. Sie wird im Folgenden als App bezeichnet.

Der Zweck dieses Berichts ist es, ein neues digitales Tool und einen methodischen Ansatz vorzustellen, der eine intuitive und praxistaugliche LRC-Anleitung für Forschungsstudien mit erfahrenen oder aufstrebenden Läufern ermöglicht. Die App ist eine Anwendung in Forschungsqualität im Beta-Test für Android-Geräte. Die Kernfunktionalitäten der Anwendung sind SR-Erkennung und LRC-Führung. Wenn das Laufen erkannt wird, werden Atemgeräusche gemäß den in der Benutzeroberfläche gewählten Einstellungen erstellt. Die Anwendung berechnet die SR aus dem Beschleunigungsmesser des Telefons mit einem von zwei Algorithmen: entweder dem werkseitigen SR-Algorithmus, der vom Gerätehersteller implementiert wurde, oder einem benutzerdefinierten SR-Algorithmus, der vom Anwendungshersteller erstellt wurde. Beide Algorithmen erzeugen einen konstanten Livestream von SR, der dann auf einem gleitenden Durchschnitt gemäß einem adaptiven Fenster geglättet wird. Die Fenstergröße ist dynamisch, um ein Gleichgewicht zwischen Reaktivität und Ausreißerglättung herzustellen. Das Ergebnis ist ein ständig aktualisierter Wert von Live-SR.

Da die App die SR aus der Bewegung des Geräts berechnet, ist die Platzierung des Telefons auf dem Körper von größter Bedeutung. Die meisten Standard-SR-Algorithmen sind positionsunabhängig und können daher während des Laufens auf jedem Teil des Körpers platziert werden, um genaue SR-Werte zu erzeugen. Der hier implementierte benutzerdefinierte Algorithmus verhält sich auch so. Eine feste Platzierung näher am Massenschwerpunkt kann jedoch die Stabilität der SR-Erkennung und damit die von der App erzeugte Klangqualität verbessern. Pilotversuche zeigen, dass Platzierungen mit 1-dimensionaler Oszillation (d. h. vertikal nach oben und unten, z. B. in einer Brusttasche oder Hüfttasche) besser abschneiden können als solche mit 2-dimensionaler Bewegung (d. h. Schwingen, z. B. in einer Oberschenkeltasche oder einem Armband).

Die SR-Daten werden einer integrierten Sound-Engine zugeführt (siehe Materialtabelle). Schrittgeräusche werden nur abgespielt, wenn das System SR > 0 erkennt. Wenn die SR über einem voreingestellten Schwellenwert liegt (festgelegt in den Backend-Einstellungen [Protokollabschnitt 3.6]; d.h. 120), versteht die Anwendung, dass der Benutzer läuft, und löst den Start der Atemführungsgeräusche aus. Dann wird dieser Live-SR-Wert verwendet, um das Tempo des Schritts und der Atemführung einzustellen, solange ein "laufender" SR-Wert beibehalten wird. Wenn SR den Schwellenwert >, entsprechen die erzeugten Sounds standardmäßig dem Tempo von SR. Die Ausnahme ist, wenn die Backend-Einstellung "Klangtempo" geändert wird (festgelegt in den Backend-Einstellungen [Protokollabschnitt 3.5]). Wenn beispielsweise eine Obergrenze von 180 ausgewählt ist, wird das Klangtempo 180 nicht überschreiten, selbst wenn der Läufer mit einer höheren SR von 185 zu laufen beginnt. Wenn sie ihren SR auf 175 absenken, werden die Sounds auf 175 abgesenkt und passen sich kontinuierlich innerhalb der voreingestellten Grenzen an. Wie im Protokollschritt 3.5 beschrieben, ermöglichen diese Schieberegler dem Benutzer oder Forscher, Grenzwerte für das minimale und maximale Schalltempo (bpm) festzulegen. Die App ermöglicht es, verschiedene LRC-Verhältnisse (steps:breath) vor dem Lauf auszuwählen oder während des Laufs zu ändern. Die Anzahl der Schritte pro Atemphase kann von 2 bis 9 geändert werden; d.h. ein Verhältnis von 2:3 entspricht 2 Schritten pro Einatmung und 3 Schritten pro Ausatmung.

Verschiedene "Klanglandschaften" wurden entwickelt, um mehr Läufern mit unterschiedlichen Musikgeschmäckern ein angenehmes Audioerlebnis zu bieten, basierend auf Benutzerfeedback und frühen Laborexperimenten³³. Sie verfügen über unterschiedliche Geräusche, die der Echtzeit-Schrittfrequenz, den angewiesenen Atemphasen und den Umgebungsgeräuschen im Hintergrund zugeordnet sind. Schrittgeräusche sind einfache Schläge, die im Tempo jedes Fußauftritts abgespielt werden (d. h. rechte und linke Schritte). Breath Sounds integrieren mehrere Klangelemente und spielen je nach gewähltem LRC-Verhältnis in einem deutlich langsameren Tempo. Die verfügbaren Klanglandschaften sind tribal: organisch und instrumental mit scharfen Atemübergängen und Schrittgeräuschen; Beruhigend: leicht und vom Meer inspiriert mit sanften Übergängen und Schrittgeräuschen; energetisierend: elektronisch und treibend mit scharfen Übergängen und Schrittgeräuschen; Minimal: einfach und sanft mit nur Atemgeräuschen (keine Schrittgeräusche).

Die Voiceover-Funktion fügt einfache Sprachhinweise hinzu, die den Best-Practice-Forschungsergebnissen zur LRC-Einweisung entsprechen. Es bietet eine Reihe von Anweisungen zu Beginn des Laufs und danach alle 5 Minuten. Zunächst wird das ausgewählte LRC-Verhältnis angegeben. Dann gibt es die beabsichtigte Atemphase synchron mit den Geräuschhinweisen für die ersten drei Atemzyklen an. Dann erinnert es den Benutzer daran: "Finden Sie Ihre Schrittfrequenz und gehen Sie im Takt." Für jeden Lauf ist ein Fragebogen vor und nach dem Lauf integriert, um jedem Lauf subjektive Gefühlsdaten hinzuzufügen. Die subjektive Vitalitäts-Kurzskala³⁴ fragt ein einzelnes Item bezüglich des Gefühls des Läufers von 0 bis 10 ab. Eine Bewertung von 0-10 auf der Ermüdungsskala fordert den Benutzer auf, seinen aktuellen Ermüdungszustand zu bewerten. Schließlich bewertet eine Skala von 0 bis 10 den Grad der Atemnot, die derzeit erlebt wird. Alle diese Skalen werden vor und nach jedem Lauf abgefragt. Erst nach dem Lauf wird der Benutzer gebeten, seine Erfahrung mit der Intensität des Laufs (d. h. leicht, mittel, hoch, Intervalle) zu bewerten. Benutzer können das LRC-Verhältnis und die Zeitlichkeit während des Laufs über die Bildschirmoberfläche oder die Kopfhörersteuerung ändern. Dies kann den Nutzern helfen, sich während des Laufs handlungsfähig zu fühlen, und ermöglicht die Erforschung der persönlichen Eignung. Darüber hinaus muss das Verhältnis möglicherweise als Reaktion auf Laufereignisse (z. B. Hügel, Müdigkeit) schnell geändert werden. Dieses Protokoll enthält eine Beschreibung, wie die App ausgeführt werden kann, und spätere Empfehlungen für ihre Verwendung in Forschungsprotokollen verschiedener Art (z. B. Indoor, Outdoor, Intervention, Querschnitt).

Protokoll

Diese Studie wurde von der Ethikkommission der Universität Salzburg ethisch genehmigt (Kennziffer: GZ 13/2021), und die Teilnehmerinnen und Teilnehmer gaben ihre Einwilligungserklärung ab.

1. Erste Schritte mit RunRhythm

1. Lassen Sie die Teilnehmer einen Vorfragebogen ausfüllen, der demografische Informationen sowie Lauf-, Sport- und Atemerfahrung enthält.
2. Laden Sie die Anwendung auf ein funktionierendes Smartphone mit Android 8.0 oder höher herunter.
   HINWEIS: Geschlossene Nutzertests und Anwendungsdownloads sind nur für ausgewählte Nutzer mit Google Play-Konten zugänglich, deren E-Mail-Adressen der Liste der genehmigten Nutzer hinzugefügt wurden. Tests sind nur für geladene Gäste möglich. Senden Sie Zugriffsanfragen an den entsprechenden Autor.
3. Vergewissern Sie sich, dass der Benutzer das Tutorial vor der ersten Verwendung der Anwendung angesehen hat (Abbildung 1).

Abbildung 1: App-Tutorial. RunRhythm bietet beim ersten Öffnen ein einführendes Tutorial, das Details zur lokomotorisch-respiratorischen Kopplung, eine Animation, die zeigt, wie die Anwendung funktioniert, und Tipps zur Anwendung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

2. Grundlegende Funktionalität

1. Wählen Sie die gewünschte Klanglandschaft mit dem horizontalen Umschalter aus (Abbildung 2B).
   HINWEIS: Dies kann nur vor dem Lauf geändert werden.
2. Ändern Sie das gewünschte LRC-Verhältnis (Schritte pro Einatmen: Schritte pro Ausatmen) mit den Umschaltern nach oben oder unten (Abbildung 2A). Sperren Sie den Schalter mit dem Schlosssymbol. Wenn der Bildschirm gesperrt ist, verwenden Sie seek () an kompatiblen Kopfhörern, um das Verhältnis nach oben und unten zu ändern.
   HINWEIS: Die Übersetzungssperre sorgt dafür, dass beim Ändern des Verhältnisses eine konstante Übersetzungsdifferenz beibehalten wird. Wenn zum Beispiel 2:3 gesperrt ist, ändert sich das Verhältnis durch Umschalten auf "hoch" auf 3:4 (1 Schritt mehr pro Ausatmen als Einatmen).
3. Ändern Sie die Zeiteinstellungen mit dem 3-Positionen-Schalter auf der Benutzeroberfläche (Abbildung 2C). Wenn der Bildschirm gesperrt ist, verwenden Sie die Wiedergabe- und Pausetaste () von kompatiblen Kopfhörern.
   HINWEIS: Die Zeitlichkeit kann zwischen vollständiger Anleitung (immer aktiviert), mittlerer Anleitung (1 min ein/5 min aus) und keiner Anleitung umgeschaltet werden.
4. Schalten Sie die Voiceover-Funktion mit dem Schalter für die Benutzeroberfläche unten rechts um (Abbildung 2D und 5A).
5. Wählen Sie Ausführung starten aus, um zu beginnen. Wenn Sie es zum ersten Mal verwenden, drücken Sie auf Zulassen, um dem Gerät die Aufzeichnung von Bewegung und Standort zu ermöglichen.
6. Füllen Sie die Fragebögen vor und nach jedem Lauf auf dem Bildschirm aus, indem Sie auf die Zahlen drücken, die dem aktuellen Gefühl des Läufers entsprechen (Abbildung 3).

Abbildung 2: Hauptoberfläche der App. (A) Das Kopplungsverhältnis zwischen Fortbewegung und Atmung kann über die Benutzeroberfläche mit Spinnern im Bereich von 2 bis 9 geändert werden. Jeder Wert steht für die Anzahl der Schritte pro Atemphase; d.h. 2:3 steht für 2 Schritte pro Einatmung: 3 Schritte pro Ausatmung. Das Schlosssymbol kann verwendet werden, um den Verhältnisunterschied zu korrigieren. d.h. wenn es bei 2:3 verriegelt ist, ändert sich das Verhältnis durch Verschieben von "oben" auf 3:4 (wobei eine Differenz von 1 Schritt mehr pro Ausatmung beibehalten wird). (B) Die Soundscape-Auswahl ermöglicht es dem Benutzer, aus vier vorgegebenen Klangschichten zu wählen: Tribal, Calming, Electronic und Minimal. (C) Mit dem Zeitschalter kann der Benutzer aus drei vordefinierten Einstellungen für die Anleitungsfrequenz wählen: voll, mittel und aus. (D) Mit dem Voiceover-Schalter kann der Benutzer Sprachhinweise ein- oder ausschalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Fragebögen vor und nach der Befragung. Identische Fragebögen werden zu Beginn und am Ende jedes Durchlaufs präsentiert. Sie müssen beantwortet werden, um den Lauf zu starten oder zu beenden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

3. Backend-Einstellungen

HINWEIS: Wichtige Parameter, die sich auf die Anwendungsfunktionalität auswirken, können durch Tippen auf die drei Punkte in der oberen rechten Ecke der Hauptoberfläche geändert werden. Die Standardwerte entsprechen den empfohlenen Werten, können aber geändert werden. Dieser Bildschirm (Abbildung 4) enthält die folgenden Einstellungen:

Abbildung 4: Backend-Einstellungen. Zu den Backend-Einstellungen gehören die automatische Pause, ein Umschalter für die Schritterkennung und Identifikationscodes. (A) Die Einstellungen für den Klangtempo-Schwellenwert ermöglichen die präzise Auswahl von Schrittraten-Schwellenwerten, die das erzeugte Klangführungstempo begrenzen. Zum Beispiel stellt die Auswahl eines unteren Schwellenwerts von 155 und eines oberen Schwellenwerts von 180 sicher, dass die Schallführung nicht vom Intervall [155, 180] abweicht, unabhängig von der tatsächlich erkannten SR. Der Standardwert ist [0, 200]. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

1. Schalten Sie GPS und GPX ein , um die Laufdistanz, die Laufgeschwindigkeit und die Routenverfolgung zu protokollieren.
   HINWEIS: Wenn diese Option aktiviert ist, werden GPS-Koordinaten (Global Positioning System) während des Laufs ab der Werksausgabe des Geräts aufgezeichnet. Wenn diese Option deaktiviert ist, führt sie keine Protokollierung durch.
2. Auto Pause: Schalten Sie "ein" für beste Leistung.
   HINWEIS: Wenn diese Option aktiviert ist, wird die GPS-Aufzeichnung gestoppt, wenn die erkannte Geschwindigkeit nahe 0 liegt. Wenn diese Option deaktiviert ist, wird die Aufzeichnung unabhängig von der Geschwindigkeit fortgesetzt.
3. Schalten Sie die Kopfhörersteuerung ein, wenn Sie Kopfhörer mit Musiksteuerung verwenden.
   HINWEIS: Wenn diese Funktion eingeschaltet ist, können kompatible Kopfhörer (kabelgebunden oder kabellos, mit Bedienelementen) während des Laufs wichtige Parameter ändern (siehe Schritt 2.4). Wenn diese Option deaktiviert ist, wird in diesem Schritt die Änderung der Anwendungsparameter durch die Kopfhörersteuerung deaktiviert.
4. Erkennung von Systemschritten: Ändern Sie diese Einstellung , wenn sich die Anwendung seltsam verhält. Das heißt, wenn das Klangtempo nicht mit dem Schritttempo übereinstimmt.
   HINWEIS: Wenn diese Funktion aktiviert ist, verwendet sie den werkseitigen SR-Algorithmus des Geräteherstellers für alle Anwendungsfunktionen. Wenn diese Option deaktiviert ist, wird der benutzerdefinierte Algorithmus des Anwendungsentwicklers verwendet. Da Geräte basierend auf Herstellerparametern wie dem Chipsatz eine unterschiedliche SR-Erkennungsleistung ab Werk aufweisen, kann diese umgeschaltet werden, um die Anwendungsleistung zu verbessern.
5. Klangtempo: Stellen Sie die Schieberegler für das Klangtempo auf die gewünschten SR-Schwellenwerte ein (Abbildung 4A).
   HINWEIS: Legen Sie diese Option auf ein bestimmtes Fenster fest (z. B. 160-180), um eine untere und/oder obere Grenze für das Tempo der generierten Sounds zu erstellen. Der minimale untere = 0 und der maximale obere = 200.
6. Min. Run Steprate: Ändern Sie diesen Schwellenwert auf eine beliebige Ganzzahl von 0 bis 200, um die SR zu ändern
   Schwellenwert, der zur Aktivierung der LRC-Leittöne verwendet wird.
   HINWEIS: Die Anwendung verwendet standardmäßig 120 als SR, bei dem "Läuft" erkannt wird und die Sounds abgespielt werden.
7. Breath Feedback aktivieren: Schalten Sie "Ein" für die Kernfunktionalität der Anwendung.
   HINWEIS: Wenn diese Option aktiviert ist, kann eine normale Anwendungsfunktionalität mit Schritt- und Atemgeräuschen während des Betriebs erwartet werden. Wenn diese Einstellung ausgeschaltet ist, verhindert sie die Erzeugung von Atemgeräuschen. Dies wird zu Testzwecken verwendet, oder wenn nur Schrittgeräusche gewünscht sind.
8. Intro neu starten: Klicken Sie auf den Text , um das Onboarding-Tutorial wiederzugeben.
9. Datenschutz: Klicken Sie auf den Text , um die Datenschutzerklärung des Anwendungsherstellers anzuzeigen.
10. Bezeichner
    1. Installations-ID: Notieren Sie sich diesen Wert, der den eindeutigen Bezeichner für dieses Gerät und diesen Anwendungsbuild darstellt. Sie spiegelt sich in den Protokolldateien wider, die nach jeder Ausführung generiert werden.
    2. Version: Notieren Sie sich diesen Wert, der die Buildversion der Anwendung darstellt.
    3. Hersteller/Modell: Notieren Sie diesen Wert, der die Gerätekennung für Marke und Modell darstellt.

4. Ausführen mit der App

1. Loslaufen!
   1. Erstens, wenn die Schrittgeräusche aktiviert werden; Hören Sie genau zu und treten Sie im Takt. Dann wird die Atemführung aktiviert; Stimmen Sie Inspiration und Ausatmung genau auf den Klang ab.
2. Schnittstelle im Anlauf: Ändern Sie während des Laufs das LRC-Verhältnis und die Zeitlichkeit mit den Umschaltern auf der Bildschirmoberfläche (Abbildung 5A).
3. Bericht nach dem Lauf: Drücken Sie auf Lauf beenden , um die Anwendung zu stoppen. Ein Übersichtsbildschirm zeigt wichtige Metriken wie die Gesamtdistanz, das durchschnittliche Tempo und die durchschnittliche Schrittfrequenz an (Abbildung 5B).

Abbildung 5: Schnittstelle im In- und Post-Run. (A) Während des Laufs steht eine vereinfachte Schnittstelle zur Verfügung, die es dem Benutzer ermöglicht, wichtige Parameter wie das lokomotorisch-respiratorische Kopplungsverhältnis und die Zeitlichkeit zu ändern. Außerdem werden das aktuelle Lauftempo und die Schrittzahl angezeigt. (B) Nach dem Lauf zeigt ein Übersichtsbildschirm wichtige Metriken wie Gesamtdistanz, durchschnittliches Tempo und durchschnittliche Schrittzahl an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

5. Recherchieren Sie mit der App

HINWEIS: Die oben genannten Funktionen wurden entwickelt, um die Benutzererfahrung zu maximieren und Forschungsstudien zu LRC in verschiedenen Kontexten zu ermöglichen. In den folgenden Schritten wird beschrieben, wie Sie die App von der ersten Einweisung bis hin zu den Anwendungsprotokollen nach dem Ausführen in eine Studie integrieren. Diese Studienmethoden wurden von der Ethikkommission der Paris Lodron Universität Salzburg geprüft und für Versuche am Menschen freigegeben (EK-GZ 29/2023).

1. Bevor Sie LRC mit der App besprechen oder anweisen, führen Sie eine individuelle Kalibrierung durch, um das natürliche LRC-Verhältnis des Läufers zu bestimmen. Wählen Sie eine laufende Aufgabe aus, die für die Aktivität und den Studienkontext repräsentativ ist, und zeichnen Sie SR und BR während des Versuchs auf. Berechnen Sie das nächstgelegene ganzzahlige LRC-Verhältnis aus ihrem Quotienten (SR/BR = LRC-Verhältnis; d. h. 160/30 = 5,3 = empfohlenes Verhältnis 5 Schritte pro Atemzug).
2. Legen Sie das Telefon in eine Kleidertasche, eine Hüfttasche oder ein Armband, das fest am Körper anliegt.
3. Verwenden Sie Kopfhörer beim Laufen im Freien, um die Wiedergabe der Tonanweisungen zu verbessern und die Kopfhörersteuerung zu aktivieren. Alternativ können Sie während der Einarbeitung mit einem Forscher einen Bluetooth-Lautsprecher verwenden, um die LRC-Anweisungen gemeinsam zu befolgen.
4. Machen Sie den Läufer mit LRC und der App vertraut.
   HINWEIS: Obwohl die App keine Vertrautheit mit einem Forscher erfordern sollte, kann es für Forschungszwecke hilfreich sein, wenn ein Forscher LRC, die Anwendung, ihren Zweck und ihre Funktionalität erklärt. LRC sollte mit den verbalen Hinweisen von Coates und Kowalchik³⁵ eingeführt werden.
   1. Beginnen Sie mit rhythmischem Fußklopfen im Sitzen oder in Rückenlage und der Anweisung, in einem bestimmten Verhältnis (normalerweise 2:2) synchron mit den Füßen zu atmen.
   2. Wiederholen Sie dies beim Gehen.
   3. Wiederholen Sie den Vorgang, während Sie auf der Stelle laufen.
   4. Stellen Sie die Anwendung vor und beschreiben Sie kurz die Benutzeroberfläche.
   5. Befestigen Sie das Gerät gemäß den obigen Empfehlungen (Abschnitt 7.2) am Körper des Läufers.
   6. Klicken Sie auf Ausführung starten und direkt ausführen.
   7. Ermutigen Sie den Läufer, in seinem eigenen Tempo zu gehen, während sich die Klänge an seine SR anpassen.
   8. Bestätigen Sie mündlich, dass auch die Atemgeräusche zu hören sind.
   9. Weisen Sie den Läufer an, entsprechend den Geräuschen zu atmen.
   10. Setzen Sie die Schritte und Atmung mit den Klängen für mindestens 30-60 s fort.
   11. Wiederholen Sie den Vorgang mit verschiedenen Anwendungseinstellungen (z. B. LRC-Verhältnisse, Zeitlichkeit, Voiceover), um das Verständnis zu bestätigen.
   12. Lassen Sie den Forscher und den Läufer zusammen laufen und die Leitgeräusche über einen Bluetooth-Lautsprecher abspielen, um die LRC-Grundlagen zu verdeutlichen (Abbildung 6).
       HINWEIS: Die Töne werden ausgelöst, wenn die Anwendung eine laufende SR erkennt. Die Schrittgeräusche passen sich automatisch mit der SR des Benutzers an, wenn auch etwas verzögert.
5. Verwenden Sie ein minimal-invasives Sensor-Setup, das eine Schritt- und Atemerkennung ermöglicht, um die Einhaltung der LRC-Anweisungen durch den Läufer zu bestätigen.
   HINWEIS: Zum Beispiel kann das Hexoskin Smart Shirt Schritte und Atemausbrüche während des Laufens genau messen, ohne den Läufer³⁶ zu stören.
6. Zeitlichkeitseinstellung: Verwenden Sie die mittlere Anleitung in Kombination mit anderen Musikanwendungen, sodass die Musik des Benutzers während der 5-Minuten-Zeiträume abgespielt werden kann, in denen die Anwendungsführung stummgeschaltet ist.
   HINWEIS: Mit der Einstellung "Keine Anleitung" werden weiterhin Fragebögen, GPS und SR protokolliert, was für einige Forschungszwecke hilfreich sein kann.
7. Protokolle: Laden Sie Protokolldateien herunter, um auf Zeitstempeldaten der Ausführungs- und Anwendungsparameter zuzugreifen.
   HINWEIS: .csv Protokolldateien zeichnen die Metadaten für die Schlüsselausführung und jede Interaktion mit der App auf, einschließlich: Fußstöße mit Zeitstempel, ausgewähltes LRC-Verhältnis und -Änderungen sowie Fragebogenantworten. Sie werden auf DSGVO-konformen Servern gespeichert und mit der eindeutigen ID, dem Datum und der Uhrzeit der App betitelt.

Abbildung 6: Einarbeitung der Forscher. In Forschungskontexten wird eine Einarbeitung durch den Erstprüfer empfohlen, um ein konzeptionelles Verständnis der lokomotorisch-respiratorischen Kopplung und der korrekten Anwendung der Anwendung sicherzustellen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergebnisse

Die App ist die zweite Iteration dieser Anwendung, die entwickelt wurde, um LRC zu unterstützen und eine Audio-Atemführung zu bieten. Zahlreiche Pilotstudien und eine Veröffentlichung in Fachzeitschriften wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit zu belegen und positive Nutzererfahrungen zu bestätigen. In einer Querschnittsstudie, in der die akuten Auswirkungen des LRC-Unterrichts (der in der Einleitung erwähnt wurde) untersucht wurden, wurde festgestellt, dass das Laufen unter Anlei...

Diskussion

Diese Methodik stellt eines der ersten evidenzbasierten, praxistauglichen digitalen Tools für die Unterweisung von LRC für Läufer dar. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass es nicht nur beim schnellen Erlernen und Einhalten von LRC wirksam ist, sondern auch im Laufe der Zeit gelehrt und beibehalten werden kann. Während LRC mit zunehmender Lauferfahrung auf natürliche Weise auftreten kann, ist es bei Anfängern weniger wahrscheinlich, dass sie durchgeführt wird^3...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Android smartphone	Samsung or Google		Minimum Android 8.0 required for application functionality
FMOD engine	Firelight Technologies Pty Ltd		Sound engine
Hexoskin smart shirt	Carré Technologies		Wearable sensor shirt
RunRhythm application for Android	adidas GmbH and abios GmbH