JoVE Logo

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Опорно-двигательная связь (LRC) потенциально выгодна для бегунов, но может быть сложной в исполнении. Мы представляем индивидуальное решение, реализованное на смартфоне, чтобы индивидуализировать и направлять бегунов к LRC.

Аннотация

В то время как бег является одним из самых популярных видов спорта для соревнований и отдыха, по оценкам, 20-40% бегунов могут страдать от задержек дыхания. Некоторым из этих бегунов могут быть полезны дыхательные техники для улучшения производительности или облегчения респираторного дискомфорта. Одним из таких методов является локомоторно-дыхательная связь (LRC), синхронизация частоты и фазы дыхания с шагом. Исследования показали, что LRC может повысить эффективность вентиляции за счет «ступенчатых потоков», и некоторые эксперты утверждают, что его можно использовать для упражнений с темпом или повышения положительного эмоционального состояния. Тем не менее, может быть трудно выступать без коучинга или руководства. В этой статье мы предлагаем RunRhythm, специальное приложение для смартфона, которое обеспечивает пошаговую синхронизацию звука для LRC. Эта концепция основана на предыдущих доказательствах того, что надежное руководство может быть эффективным, и включает в себя функции для максимального соблюдения и индивидуализации. Предварительные результаты показывают, что данное применение является перспективным и эффективным методом, подходящим для исследования ЦУР в полевых условиях. Обсуждаются рекомендации по использованию и дальнейшему развитию для дальнейшего развития этой концепции на благо более широких слоев населения.

Введение

Бег, пожалуй, является наиболее популярной формой физических упражнений, отчасти из-за его доступности и ряда преимуществ для физического и психического здоровья 1,2. Тем не менее, многие начинающие бегуны изо всех сил пытаются начать или поддерживать беговые привычки. Это может быть связано с затрудненным дыханием, которое затрагивает примерно 20-40% бегунов 3,4,5. Уменьшение одышки, вызванной физическими упражнениями, теоретически возможно с помощью специальных дыхательных техник, но точные методы, риски и преимущества этого неясны. В то время как улучшение физической формы и/или медленное дыхание в состоянии покоя могут облегчить респираторный дискомфорт во время упражнений 6,7, эти решения требуют недель или месяцев, чтобы получить преимущества. Некоторые исследования предполагают, что непосредственное применение дыхательных техник во время физических упражнений может быть более эффективным для получения острого эффекта8, хотя такие исследования ограничены. Для проведения таких исследований в формате эффективного вмешательства могут потребоваться цифровые инструменты, обеспечивающие индивидуализированное обучение.

Локомоторно-респираторная связь (LRC) — это явление синхронизации, при котором дыхание и движение синхронизированы по частоте и/или фазе. В конкретных упражнениях, таких как бег, LRC показывает целочисленное соотношение между дыханием (BR) и частотой шагов (SR), а также фазовую блокировку удара ногой до начала дыхания (т.е. точное наступление на вдохе). ЦУР может выражаться волевым или автоматическим образом и может проявляться как приобретенное поведение при тренировкахфизическими упражнениями. Люди естественным образом синхронизируют походку с мешающими слуховыми шумами (включая дыхание), возможно, чтобы уменьшить слуховую стимуляцию, что позволяет предположить, что LRC имеет эволюционнуюфеноменологию. Некоторые отчеты указывают на то, что LRC улучшает экономичность движений и производительность, а также уменьшает одышку 11,12,13,14,15. В некоторых исследованиях сообщалось о незначительной пользе 16,17,18. Любые физиологические преимущества могут быть связаны с «ступенчатыми потоками»: каждый удар ногой создает нисходящий импульс содержимого брюшной полости («висцеральный поршень»), который при синхронизации с началом вдоха или выдоха может быть дополнением к вентиляции.

Daley et al.19 измерили вентиляционный поток и силы удара во время бега на беговой дорожке и предположили, что ступенчатые потоки могут составлять до 10-12% от общей вентиляции. Они также сообщили, что это может ускорить переходы на вентиляцию легких. Другие нейромеханические механизмы могут взаимодействовать с этим явлением9. В то время как висцеральный поршень является результатом точной фазовой связи, частотная связь может быть ценной сама по себе, особенно для начинающего бегуна. BR тесно связан с усилием при разной интенсивности упражнений20. Поскольку SR в целом стабилен и связан со скоростью бега21, LRC может поддерживать самосознание и обеспечивать легкое изменение темпа BR и, следовательно, интенсивность на протяжении всего бега. Наконец, LRC в неравномерных соотношениях (например, 5:1 шагов на вдох) может помочь предотвратить транзиторную боль в животе, связанную с физической нагрузкой («боковой шов»). Большинство бегунов испытывают этот временный, но отвлекающий и болезненный симптомкаждый год, что часто приводит к необходимости прекратить бег. Одна из теорий этиологии боковых швов заключается в том, что повторное дыхание при одном и том же боковом ударе ногой может раздражать диафрагмальный нерв. Таким образом, ЦУР может избежать его при неравномерных соотношениях, что приводит к дыханию на чередующихся ногах.

В немногих отчетах обсуждается, как поддержать бегунов в выполнении LRC. По крайней мере, в двух исследованиях были продемонстрированы методы биологической обратной связи14,23, в то время как во многих использовался простой вербальный коучинг24,25. Несмотря на то, что эти методы показали себя многообещающими в острой стимуляции LRC, они высоко стандартизированы и требуют специализированного оборудования. Таким образом, они, скорее всего, не подходят для полевых работ и недоступны для большинства бегунов. В любом случае, звуковое сопровождение является естественным выбором, поскольку люди интуитивно синхронизируют движение с предсказуемыми слуховыми событиями (метрономом или музыкой). Таким образом, приложения должны тщательно учитывать темп и структуру звука в контексте моторного обучения. В то время как простое аудио в постоянном темпе предсказуемо и эффективно для стимуляции синхронизации, оно противоречит естественно нелинейному поведению шаговых и дыхательных ритмов у здоровых бегунов27,28. Изменение предпочитаемого бегуна SR может снизить экономичность бега 29 или изменить факторы риска травм30. Таким образом, звуковые инструкции должны постоянно адаптироваться в режиме реального времени в соответствии с SR31 бегуна.

Недавно мы представили концепцию, которая интегрирует вышеуказанные рекомендации в простое, удобное дляпользователя приложение для смартфона. Первая итерация позволяет выбрать одно соотношение LRC, которое будет инструктироваться на протяжении всего прогона. Стандартный алгоритм SR телефона используется для предоставления информации SR в режиме реального времени в приложение. Затем пошагово синхронизируются звуки, указывающие, когда бегун должен выдохнуть и вдохнуть: высокий тон для шагов во время вдоха и низкий тон во время выдоха. Назначенные соотношения LRC были получены в результате контрольного визита без инструкций по дыханию. Мы обнаружили значительное увеличение LRC с 26,3 ± 10,7% до 69,9 ± 20,0% прогона при использовании инструкции по применению во время субмаксимального бега на открытом воздухе. К ограничениям, отмеченным в отношении протокола и приложения, относятся требование обширного ознакомления, ограниченный размер выборки и постоянное звуковое обучение. Следовательно, была разработана новая версия этого приложения, чтобы улучшить пользовательский опыт и обеспечить более широкое тестирование и экспериментирование в полевых условиях. Это приложение называется RunRhythm , так как его предназначение — помочь бегунам найти и поддерживать ритм во время бега. В дальнейшем оно будет называться приложением.

Цель этого отчета — представить новый цифровой инструмент и методологический подход, который позволяет интуитивно понятным и готовым к работе руководством LRC для научных исследований с участием опытных или начинающих бегунов. Приложение представляет собой приложение исследовательского уровня, проходящее бета-тестирование для устройств Android. Основными функциями приложения являются обнаружение SR и наведение LRC. При обнаружении бега создаются звуки дыхания в соответствии с выбранными настройками в пользовательском интерфейсе. Приложение вычисляет SR по акселерометру телефона с помощью одного из двух алгоритмов: либо заводского алгоритма SR, реализованного производителем устройства, либо пользовательского алгоритма SR, созданного производителем приложения. Оба алгоритма генерируют постоянный поток SR в реальном времени, который затем сглаживается на скользящей средней в соответствии с адаптивным окном. Размер окна является динамическим, чтобы сбалансировать реактивность и сглаживание выбросов. В результате получается постоянно обновляемое значение СТО в реальном времени.

Поскольку приложение рассчитывает SR по движению устройства, размещение телефона на корпусе имеет первостепенное значение. Большинство стандартных алгоритмов SR не зависят от положения и, следовательно, могут быть размещены на любой части тела во время бега для получения точных значений SR. Реализованный здесь пользовательский алгоритм также ведет себя соответствующим образом. Тем не менее, плотное расположение ближе к центру масс может улучшить стабильность обнаружения SR и, как следствие, качество звука, производимого приложением. Пилотные испытания показывают, что размещения с одномерными колебаниями (т.е. вертикально вверх и вниз, например, в нагрудном кармане или поясном рюкзаке) могут работать лучше, чем при двухмерном движении (т.е. при раскачивании, например, в набедренном кармане или нарукавной повязке).

Данные SR подаются на встроенный звуковой движок (см. Таблицу материалов). Пошаговые звуки воспроизводятся только в том случае, если система обнаруживает SR > 0. Когда SR превышает заданное пороговое значение (определенное в настройках серверной части [раздел протокола 3.6]; т.е. 120), приложение понимает, что пользователь бежит, и запускает запуск звуков дыхания. Затем это текущее значение SR используется для установки темпа шага и звуков дыхания до тех пор, пока сохраняется «бегущее» значение SR. Когда SR > порогового значения, генерируемые звуки по умолчанию соответствуют темпу SR. Исключение составляют случаи, когда изменяется настройка бэкенда "темп звука" (определяется в настройках бэкенда [раздел протокола 3.5]). Например, при выбранном верхнем пределе 180, даже если бегун начнет бежать с более высоким SR 185, темп звука не будет превышать 180. Когда они снижают SR до 175, звуки снижаются до 175, постоянно корректируясь в пределах заданных пределов. Как описано в протокольном шаге 3.5, эти ползунки позволяют пользователю или исследователю устанавливать ограничения на минимальный и максимальный темп звука (уд/мин). Приложение позволяет выбирать различные соотношения LRC (шаги:дыхание) до или изменять их во время пробежки. Количество шагов за фазу вдоха может быть изменено от 2 до 9; Т.е. соотношение 2:3 отражает 2 шага на вдох и 3 шага на выдох.

Различные «звуковые ландшафты» были разработаны для того, чтобы обеспечить приятное звуковое впечатление для большего числа бегунов с различными музыкальными вкусами на основе отзывов пользователей и ранних лабораторныхэкспериментов. Они имеют различные звуки, сопоставленные со скоростью шага в реальном времени, инструктированными фазами дыхания и фоновым окружающим шумом. Звуки шагов — это простые удары, которые воспроизводятся в темпе каждого удара ногой (т. е. вправо и влево). Звуки дыхания объединяют несколько звуковых элементов и воспроизводятся в гораздо более медленном темпе в зависимости от выбранного соотношения LRC. Доступные саундскейпы племенные: органические и инструментальные с резкими переходами дыхания и ступенчатыми звуками; успокаивающий: легкий и вдохновленный океаном с плавными переходами и ступенчатыми звуками; энергетический: электронный и драйвовый с резкими переходами и шаговыми звуками; Минималистичный: простой и плавный, только со звуками дыхания (без звуков шагов).

Функция закадрового голоса добавляет простые голосовые подсказки, соответствующие передовым результатам исследований в области ознакомления с LRC. Он предоставляет серию инструкций в начале забега, а затем каждые 5 минут после этого. Во-первых, в нем указывается выбранный коэффициент LRC. Затем он указывает предполагаемую фазу дыхания синхронно со звуковыми сигналами для первых трех дыхательных циклов. Затем он напоминает пользователю: «Найди свой темп и шагай в такт». Для каждой пробежки интегрирована анкета до и после пробежки, чтобы добавить данные о субъективных ощущениях к каждой пробежке. По шкале субъективной жизнеспособности34 задается один пункт, касающийся самочувствия бегуна от 0 до 10. Оценка по шкале усталости от 0 до 10 просит пользователя оценить свое текущее состояние усталости. Наконец, шкала от 0 до 10 оценивает степень одышки, испытываемой в настоящее время. Все эти весы задаются до и после каждого прогона. Только после пробежки пользователю предлагается оценить свои впечатления от интенсивности пробежки (т.е. легкие, средние, высокие, интервалы). Пользователи могут изменять коэффициент LRC и временность во время прогона с помощью экранного интерфейса или управления в наушниках. Это может помочь пользователям почувствовать свободу действий во время бега и позволяет исследовать личную пригодность. Кроме того, может потребоваться быстрое изменение соотношения в ответ на беговые события (например, подъемы, усталость). Этот протокол включает в себя описание того, как работать с приложением, и последующие рекомендации по его использованию в рамках протоколов исследований различных типов (т. е. в помещении, на открытом воздухе, интервенционных, перекрестных).

протокол

Это исследование получило этическое одобрение Комитета по этике Зальцбургского университета (регистрационный номер: GZ 13/2021), и участники дали свое информированное согласие.

1. Начало работы с RunRhythm

  1. Попросите участников заполнить предварительную анкету, включив в нее демографическую информацию, а также опыт бега, спорта и дыхания.
  2. Скачайте приложение на функционирующий смартфон под управлением Android 8.0 или более поздней версии.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Закрытое пользовательское тестирование и скачивание приложений доступны только избранным пользователям с аккаунтами Google Play, адреса электронной почты которых добавлены в список одобренных пользователей. Тестирование доступно только по приглашениям. Отправляйте запросы на доступ автору, отвечающему за переписку.
  3. Убедитесь, что пользователь просмотрел учебник перед первым использованием приложения (рисунок 1).

figure-protocol-1114
Рисунок 1: Руководство по приложению. RunRhythm предоставляет вводное руководство при первом открытии, включая подробную информацию о опорно-дыхательной связи, анимацию, показывающую, как работает приложение, и советы по использованию. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

2. Базовый функционал

  1. Выберите нужный звуковой ландшафт с помощью горизонтального переключателя (рисунок 2B).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это можно изменить только перед прогоном.
  2. Измените желаемое соотношение LRC (количество шагов на вдох:количество шагов на выдох) с помощью переключателей вверх или вниз (рисунок 2A); Заблокируйте переключатель с помощью значка замка. Когда экран заблокирован, используйте seek (figure-protocol-2265) в совместимых наушниках для изменения передаточного числа в большую или меньшую сторону.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Блокировка передаточного числа работает для поддержания постоянной разницы соотношений при изменении передаточного числа. Например, если 2:3 заблокировано, то переключение «вверх» изменит соотношение на 3:4 (сохраняя на 1 шаг больше на выдохе по сравнению с вдохом).
  3. Измените настройки темпоральности с помощью 3-позиционного переключателя на интерфейсе (рисунок 2C). Когда экран заблокирован, используйте функции воспроизведения и паузы (figure-protocol-2972) в совместимых наушниках.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Темпоральность может переключаться между полным ведением (всегда включено), средним ведением (1 минута включено/5 минут выключено) и отсутствием ведения.
  4. Переключите функцию закадрового голоса с помощью переключателя интерфейса в правом нижнем углу (рис. 2D и 5A).
  5. Выберите «Начать выполнение», чтобы начать. При первом использовании нажмите кнопку «Разрешить», чтобы разрешить устройство регистрировать движение и местоположение.
  6. Заполняйте анкеты на экране до и после каждой пробежки, нажимая на цифры, соответствующие текущим ощущениям, которые испытывает бегун (Рисунок 3).

figure-protocol-3945
Рисунок 2: Основной интерфейс приложения. (A) Соотношение двигательно-дыхательной связи может быть изменено в пользовательском интерфейсе с помощью спиннеров в диапазоне от 2 до 9. Каждое значение представляет собой количество шагов за фазу вдоха; Т.е. 2:3 представляет собой 2 шага на вдох: 3 шага на выдох. Иконка замка может быть использована для фиксации разницы соотношений; Т.е. при фиксации на уровне 2:3 сдвиг «вверх» изменяет соотношение на 3:4 (сохраняя разницу на 1 шаг больше на выдох). (B) Выбор звукового ландшафта позволяет пользователю выбрать один из четырех предопределенных звуковых слоев: племенной, успокаивающий, электронный и минимальный. (C) Переключение темпоральности позволяет пользователю выбрать одну из трех предопределенных настроек частоты наведения: полная, средняя и выкл. (D) Переключение закадрового голоса позволяет пользователю включать или выключать голосовые подсказки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-protocol-5301
Рисунок 3: Анкеты до и после опросников. Идентичные анкеты представляются в начале и в конце каждого заезда. На них необходимо ответить, чтобы начать или закончить забег. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

3. Настройки бэкенда

ПРИМЕЧАНИЕ: Ключевые параметры, влияющие на функциональность приложения, можно изменить, нажав на три точки в правом верхнем углу главного интерфейса. Значения по умолчанию отражают рекомендуемые значения, но могут быть изменены. Этот экран (рисунок 4) содержит следующие настройки:

figure-protocol-6267
Рисунок 4: Настройки бэкенда. Настройки серверной части включают автоматическую паузу, переключатель для определения шагов и коды идентификаторов. (A) Настройки пороговых значений темпа звука позволяют точно выбирать пороговые значения скорости шага, которые ограничивают создаваемый темп звукового руководства. Например, выбор нижнего порога 155 и верхнего порога 180 гарантирует, что звуковое руководство не будет отклоняться от интервала [155, 180], независимо от фактического обнаруженного SR. Значение по умолчанию — [0, 200]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

  1. Включите GPS и GPX, чтобы регистрировать расстояние бега, скорость бега и отслеживание маршрута.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Когда он включен, он записывает координаты глобальной системы позиционирования (GPS) во время работы с заводских выходов устройства. Когда он выключен, он не выполняет ведение журнала.
  2. Автоматическая пауза: включите «Вкл.» для достижения наилучшей производительности.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Когда он включен, он прекращает регистрацию GPS, когда обнаруженная скорость приближается к 0. Когда он выключен, он продолжает ведение журнала независимо от скорости.
  3. Включите управление наушниками при использовании наушников с музыкальным управлением.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Когда эта функция включена, совместимые наушники (проводные или беспроводные, с элементами управления) могут изменять ключевые параметры во время работы (см. шаг 2.4). Когда этот параметр выключен, элементы управления наушниками не могут изменять параметры приложения.
  4. Определение системных шагов: измените эту настройку , когда приложение ведет себя странно; То есть, если темп звука не совпадает с темпом шага.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Когда эта функция включена, для всех функций приложения используется заводской алгоритм SR производителя устройства. Когда выключено, он использует пользовательский алгоритм разработчика приложения. Поскольку устройства имеют различную производительность обнаружения заводских SR в зависимости от параметров производителя, таких как набор микросхем, эту функцию можно переключить для повышения производительности приложения.
  5. Темп звука: установите ползунки темпа звука на желаемые пороги SR (рис. 4A).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Установите определенное окно (например, 160-180), чтобы создать нижний и/или верхний предел темпа генерируемых звуков. Минимальное нижнее = 0 и максимальное верхнее = 200.
  6. Min. Run Steprate: измените этот порог на любое целое число от 0 до 200, чтобы изменить SR
    порог, используемый для активации звуков наведения LRC.
    ПРИМЕЧАНИЕ: По умолчанию приложение использует значение 120 в качестве SR, при котором обнаруживается "running" и начинают воспроизводиться звуки.
  7. Включить обратную связь по дыханию: включите положение «Вкл.» для основных функций приложения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Когда приложение включено, можно ожидать нормальной функциональности приложения со звуками шагов и дыхания во время бега. Когда этот параметр выключен, он предотвращает создание звуков дыхания. Это используется в целях тестирования или когда требуются только пошаговые звуки.
  8. Перезапустите вступление: нажмите на текст , чтобы воспроизвести инструкцию по адаптации.
  9. Защита данных: нажмите на текст , чтобы отобразить заявление производителя приложения о защите данных.
  10. Идентификаторы
    1. Идентификатор установки: запишите это значение, которое представляет собой уникальный идентификатор для этого устройства и сборки приложения. Это отражается в лог-файлах, генерируемых после каждого запуска.
    2. Версия: запишите это значение, которое представляет версию сборки приложения.
    3. Производитель/модель: запишите это значение, которое представляет собой идентификатор устройства для марки и модели.

4. Запуск с приложением

  1. Начинайте бегать!
    1. Во-первых, когда активируются звуки шага; Слушайте внимательно и шагайте в такт. Затем будет активировано руководство по дыханию; Подбирайте вдохновение и выдох точно под звук.
  2. Интерфейс выполнения: во время выполнения изменяйте коэффициент LRC и темпоральность с помощью переключателей на экранном интерфейсе (рис. 5A).
  3. Отчет после выполнения: нажмите кнопку «Завершить выполнение », чтобы остановить приложение. На экране сводки отображаются ключевые показатели, включая общее расстояние, средний темп и среднюю скорость шага (рис. 5B).

figure-protocol-11390
Рисунок 5: Интерфейс входа и после прогона. (A) Во время прогона доступен упрощенный интерфейс, который позволяет пользователю изменять ключевые параметры, включая соотношение двигательно-дыхательной связи и темпоральность. Он также отображает текущий темп бега и скорость шага. (B) После пробежки на экране сводки отображаются ключевые показатели, включая общую дистанцию, средний темп и среднюю скорость шага. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

5. Исследуйте с помощью приложения

ПРИМЕЧАНИЕ: Вышеуказанные функциональные возможности были разработаны для обеспечения максимального удобства работы пользователей и проведения научных исследований LRC в различных контекстах. Приведенные ниже шаги описывают, как интегрировать приложение в исследование, начиная с первоначального ознакомления с ним и заканчивая журналами приложения после его выполнения. Эти методы исследования были рассмотрены и одобрены для экспериментов на людях комитетом по этике Парижского университета Лодрон в Зальцбурге (EK-GZ 29/2023).

  1. Прежде чем обсуждать или инструктировать LRC с помощью приложения, выполните индивидуальную калибровку, чтобы определить естественный коэффициент LRC бегуна. Выберите выполняющуюся задачу, которая является репрезентативной для деятельности и контекста исследования, и запишите SR и BR во время испытания. Рассчитайте ближайшее целочисленное соотношение LRC из их частного (SR/BR = отношение LRC; т.е. 160/30 = 5,3 = рекомендуемое соотношение 5 шагов на вдох).
  2. Положите телефон в карман для одежды, поясной рюкзак или нарукавную повязку, плотно прилегающую к телу.
  3. Используйте наушники во время бега на улице, чтобы улучшить передачу звуковых инструкций и включить управление наушниками. Кроме того, во время ознакомления с исследователем можно использовать динамик Bluetooth, чтобы вместе следовать инструкциям LRC.
  4. Познакомьте средство выполнения с LRC и приложением.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Несмотря на то, что приложение не должно требовать ознакомления с исследователем, в исследовательских целях может быть полезно, чтобы исследователь объяснил LRC, приложение, его назначение и продемонстрировал его функциональность. ЦУР следует вводить с использованием вербальных сигналов Коутса и Ковальчика35.
    1. Начните с ритмичных постукиваний ногами в положении сидя или лежа на спине и инструкций дышать в заданном соотношении (обычно 2:2) синхронно со ступнями.
    2. Повторяйте во время ходьбы.
    3. Повторяйте эти действия, бегая на месте.
    4. Представьте приложение и кратко опишите пользовательский интерфейс.
    5. Закрепите устройство на теле бегуна в соответствии с вышеуказанными рекомендациями (раздел 7.2).
    6. Нажмите «Запустить, запустить» и «Запустить на месте».
    7. Поощряйте бегуна продолжать шагать в своем собственном темпе, пока звуки подстраиваются под его SR.
    8. Устно подтвердите, что звуки дыхания также слышны.
    9. Научите бегуна дышать в соответствии со звуками.
    10. Продолжайте шагать и дышать с этими звуками не менее 30-60 с.
    11. Повторите процесс с различными настройками приложения (например, коэффициенты LRC, темпоральность, закадровый голос), чтобы подтвердить понимание.
    12. Пусть исследователь и бегун побегут вместе, воспроизводя нажигающие звуки через динамик Bluetooth, чтобы закрепить основы LRC (рисунок 6).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Звуки включаются, когда приложение обнаруживает работающий SR. Звуки шагов будут автоматически совпадать с SR пользователя с некоторой задержкой.
  5. Используйте минимально инвазивную настройку датчиков, которая позволяет обнаруживать шаг и дыхание, чтобы подтвердить соблюдение бегуном инструкций LRC.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Например, умная футболка Hexoskin может точно измерять шаги и начало дыхания во время бега с минимальными помехами для бегуна36.
  6. Настройка темпоральности: используйте наведение по среде в сочетании с другими музыкальными приложениями, что позволяет воспроизводить музыку пользователя в течение 5-минутных периодов, когда приложение не читает.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Настройка «Без руководства » по-прежнему регистрирует анкеты, GPS и SR, что может быть полезно для некоторых исследовательских целей.
  7. Журналы: загрузка файлов журналов для доступа к данным запуска и параметрам приложения с отметками времени.
    ПРИМЕЧАНИЕ: .csv файлы журнала записывают метаданные ключевых запусков и каждое взаимодействие с приложением, в том числе: удары ног с отметками времени, выбранное соотношение и изменения LRC, а также ответы на анкеты. Они хранятся на серверах, соответствующих требованиям GDPR, и имеют уникальный идентификатор приложения, дату и время.

figure-protocol-16631
Рисунок 6: Ознакомление исследователя. В контексте исследований рекомендуется ознакомление с основным исследователем для обеспечения концептуального понимания локомоторно-респираторной связи и правильного использования приложения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Результаты

Это приложение является второй итерацией этого приложения, разработанной с целью поддержки LRC и предоставления звукового опыта. Были проведены многочисленные пилотные исследования и одна публикация в журнале, подтверждающие его эффективность и подтверждающие поло?...

Обсуждение

Эта методология представляет собой один из первых научно обоснованных и готовых к работе цифровых инструментов для обучения бегунов работе с ЦУР. Первые результаты показывают, что он эффективен не только для быстрого обучения и соблюдения ЦУР, но также может быть изу...

Раскрытие информации

Ульф Йенсен работал в компании Adidas AG. Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Федеральным министерством Австрии по вопросам климата, окружающей среды, энергетики, мобильности, инноваций и технологий по контракту No 2021$$-$$0.641.557 и федеральной землей Зальцбург в рамках исследовательской программы COMET-Competence Centers for Excellent Technologies - в рамках проекта Digital Motion in Sports, Fitness and Well-being (DiMo; Договор No 872574).

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
Android smartphoneSamsung or GoogleMinimum Android 8.0 required for application functionality
FMOD engine Firelight Technologies Pty LtdSound engine
Hexoskin smart shirt Carré TechnologiesWearable sensor shirt
RunRhythm application for Android adidas GmbH and abios GmbH

Ссылки

  1. Hulteen, R. M., et al. Global participation in sport and leisure-time physical activities: A systematic review and meta-analysis. Prev Med. 95, 14-25 (2017).
  2. Malchrowicz-Mosko, E., Poczta, J. Running as a form of therapy socio-psychological functions of mass running events for men and women. Int J Environ Res Public Health. 15 (10), 2262 (2018).
  3. Ersson, K., et al. Prevalence of exercise-induced bronchoconstriction and laryngeal obstruction in adolescent athletes. Pediatr Pulmonol. 55 (12), 3509-3516 (2020).
  4. Johansson, H., et al. Prevalence of exercise-induced bronchoconstriction and exercise-induced laryngeal obstruction in a general adolescent population. Thorax. 70 (1), 57-63 (2015).
  5. Smoliga, J. M., Mohseni, Z. S., Berwager, J. D., Hegedus, E. J. Common causes of dyspnoea in athletes: A practical approach for diagnosis and management. Breathe (Sheff). 12 (2), e22-e37 (2016).
  6. Castro, R. R., Sales, A. R. K., Nobrega, A. C. Lifestyle interventions reduce exercise ventilatory variability in healthy individuals: A randomized intervention study. Future Cardiol. 16 (5), 439-446 (2020).
  7. Laborde, S., et al. The influence of breathing techniques on physical sport performance: A systematic review and meta-analysis. Int Rev Sport and Exer Psychol. , 1-56 (2022).
  8. Harbour, E., Stoggl, T., Schwameder, H., Finkenzeller, T. Breath tools: A synthesis of evidence-based breathing strategies to enhance human running. Front Physiol. 13, 813243 (2022).
  9. Stickford, A. S., Stickford, J. L. Ventilation and locomotion in humans: Mechanisms, implications, and perturbations to the coupling of these two rhythms. Springer Sci Rev. 2 (1-2), 95-118 (2014).
  10. Larsson, M. Self-generated sounds of locomotion and ventilation and the evolution of human rhythmic abilities. Anim Cogn. 17 (1), 1-14 (2014).
  11. Garlando, F., Kohl, J., Koller, E. A., Pietsch, P. Effect of coupling the breathing- and cycling rhythms on oxygen uptake during bicycle ergometry. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 54 (5), 497-501 (1985).
  12. Bernasconi, P., Bürki, P., Bührer, A., Koller, E., Kohl, J. Running training and co-ordination between breathing and running rhythms during aerobic and anaerobic conditions in humans. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 70 (5), 387-393 (1995).
  13. Takano, N., Deguchi, H. Sensation of breathlessness and respiratory oxygen cost during cycle exercise with and without conscious entrainment of the breathing rhythm. Eur J Appl Physiol. 76 (3), 209-213 (1997).
  14. Hoffmann, C. P., Torregrosa, G., Bardy, B. G. Sound stabilizes locomotor-respiratory coupling and reduces energy cost. PLoS One. 7 (9), e45206 (2012).
  15. Bonsignore, M. R., Morici, G., Abate, P., Romano, S., Bonsignore, G. Ventilation and entrainment of breathing during cycling and running in triathletes. Med Sci Sports Exerc. 30 (2), 239-245 (1998).
  16. Rassler, B., Kohl, J. Coordination-related changes in the rhythms of breathing and walking in humans. Eur J Appl Physiol. 82 (4), 280-288 (2000).
  17. Raßler, B., Kohl, J. Analysis of coordination between breathing and walking rhythms in humans. Respir Physiol. 106 (3), 317-327 (1996).
  18. Van Alphen, J., Duffin, J. Entrained breathing and oxygen consumption during treadmill walking. Can J Appl Physiol. 19 (4), 432-440 (1994).
  19. Daley, M. A., Bramble, D. M., Carrier, D. R. Impact loading and locomotor-respiratory coordination significantly influence breathing dynamics in running humans. PLoS One. 8 (8), e70752 (2013).
  20. Nicolo, A., Sacchetti, M. Differential control of respiratory frequency and tidal volume during exercise. Eur J Appl Physiol. 123 (2), 215-242 (2023).
  21. Jordan, K., Challis, J. H., Newell, K. M. Long range correlations in the stride interval of running. Gait Posture. 24 (1), 120-125 (2006).
  22. Morton, D., Callister, R. Exercise-related transient abdominal pain (etap). Sports Med. 45 (1), 23-35 (2015).
  23. Wiens, C. . Comparison of noise signals on locomotor-respiratory coupling. , (2016).
  24. Perry, S., Khovanova, N., Khovanov, I. Enhancement of synchronization between physiological signals during exercise: A preliminary investigation. , 461-464 (2020).
  25. Bernasconi, P., Kohl, J. Analysis of co-ordination between breathing and exercise rhythms in man. Physiol J. 471 (1), 693-706 (1993).
  26. Damm, L., Varoqui, D., De Cock, V. C., Dalla Bella, S., Bardy, B. Why do we move to the beat? A multi-scale approach, from physical principles to brain dynamics. Neurosci Biobehav Rev. 112, 553-584 (2020).
  27. Hausdorff, J. M. Gait dynamics, fractals and falls: Finding meaning in the stride-to-stride fluctuations of human walking. Hum Mov Sci. 26 (4), 555-589 (2007).
  28. Fadel, P. J., Barman, S. M., Phillips, S. W., Gebber, G. L. Fractal fluctuations in human respiration. J Appl Physiol (1985). 97 (6), 2056-2064 (2004).
  29. De Ruiter, C. J., Van Oeveren, B., Francke, A., Zijlstra, P., Van Dieen, J. H. Running speed can be predicted from foot contact time during outdoor over ground running. PLoS One. 11 (9), e0163023 (2016).
  30. Adams, D., Pozzi, F., Willy, R. W., Carrol, A., Zeni, J. Altering cadence or vertical oscillation during running: Effects on running related injury factors. Int J Sports Phys Ther. 13 (4), 633-642 (2018).
  31. Bood, R. J., Nijssen, M., Van Der Kamp, J., Roerdink, M. The power of auditory-motor synchronization in sports: Enhancing running performance by coupling cadence with the right beats. PLoS One. 8 (8), e70758 (2013).
  32. Harbour, E., Van Rheden, V., Schwameder, H., Finkenzeller, T. Step-adaptive sound guidance enhances locomotor-respiratory coupling in novice female runners: A proof-of-concept study. Front Sports Act Living. 5, 1112663 (2023).
  33. Van Rheden, V., Harbour, E., Finkenzeller, T., Meschtscherjakov, A. Into the rhythm: Evaluating breathing instruction sound experiences on the run with novice female runners. Multimodal Technol Interact. 8 (4), 25 (2024).
  34. Buchner, L., Amesberger, G., Finkenzeller, T., Moore, S. R., Wurth, S. The modified german subjective vitality scale (svs-gm): Psychometric properties and application in daily life. Front Psychol. 13, 948906 (2022).
  35. Coates, B., Kowalchik, C. . Runner's world running on air: The revolutionary way to run better by breathing smarter. , (2013).
  36. Harbour, E., Schwameder, H. . Measuring rhythmic synchrony: A practical guide. , (2022).
  37. Bramble, D. M., Carrier, D. R. Running and breathing in mammals. Science. 219 (4582), 251-256 (1983).
  38. Abu-Hasan, M., Tannous, B., Weinberger, M. Exercise-induced dyspnea in children and adolescents: If not asthma then what. Ann Allergy Asthma Immunol. 94 (3), 366-371 (2005).
  39. Weinberger, M., Abu-Hasan, M. Perceptions and pathophysiology of dyspnea and exercise intolerance. Pediatr Clin North Am. 56 (1), 33-48 (2009).
  40. Dreher, M., Kabitz, H. J. Impact of obesity on exercise performance and pulmonary rehabilitation. Respirol. 17 (6), 899-907 (2012).
  41. Ekström, M. Obesity is a major contributing cause of breathlessness in the population. Respirology. 28 (4), 303-304 (2023).
  42. Hansen, D., et al. Exercise tolerance in obese vs. Lean adolescents: A systematic review and meta-analysis. Obes Rev. 15 (11), 894-904 (2014).
  43. . What running related activities do you use your phone/app on phone for Available from: https://www.runnersworld.com/runners-stories/a20825842/the-state-of-the-american-runner-2016/ (2017)
  44. Valsted, F. M., Nielsen, C. V., Jensen, J. Q., Sonne, T., Jensen, M. M. . In OzCHI '17:Proceedings of the 29th Australian Conference on Computer-Human Interaction. , 275-284 (2017).
  45. Van Hooren, B., Goudsmit, J., Restrepo, J., Vos, S. Real-time feedback by wearables in running: Current approaches, challenges and suggestions for improvements. J Sports Sci. 38 (2), 214-230 (2020).
  46. Tipton, M. J., Harper, A., Paton, J. F., Costello, J. T. The human ventilatory response to stress: Rate or depth. Physiol J. 595 (17), 5729-5752 (2017).
  47. Laborde, S., et al. Slow-paced breathing: Influence of inhalation/exhalation ratio and of respiratory pauses on cardiac vagal activity. Sustainability. 13 (14), 7775 (2021).
  48. Allado, E., Poussel, M., Hily, O., Chenuel, B. The interest of rehabilitation of respiratory disorders in athletes: Myth or reality. Ann Phys Rehabil Med. 65 (4), 101461 (2022).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

211

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Исследования

Образование

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены