Bewegungskontrolle und Verhaltensreaktionen motorischer Einheiten auf verschiedene Arten der Stimulation

Nach Erhalt der schriftlichen Einverständniserklärung füllen alle Teilnehmer das Informationsblatt für demografische Daten aus. Die Datenerfassung erfolgt in einem privaten Labor mit geschlossener Umgebung. Nur Laborpersonal hat Zugang zum Labor. Forscherinnen werden die Teilnehmervorbereitung durchführen. Die Teilnehmer werden darüber informiert, dass sie ihre Kleidung gegen ein Labor-Tanktop austauschen müssen, um ihren unteren Rückenbereich freizulegen. Sie können jedoch auf einen Kleiderwechsel verzichten. In diesem Fall falten die Forscher ihr Tuch, um den unteren Rücken freizulegen. Die Orientierungspunkte des Körpers werden identifiziert. Zu diesen Orientierungspunkten gehören 1) Dornfortsätze (Ebenen L1 und S1), 2) lumbaler Multifidus (LM) (2 cm lateral zur unteren Hälfte des Dornfortsatzes L4), 3) bilateraler lateraler Epicondylus des Femurs und 4) bilateraler lateraler Malleolus. Der Dornfortsatz von L1, S2, der bilaterale laterale Epicondylus des Femurs und der bilaterale laterale Malleolus werden als Standorte für Sensoren der Inertialmesseinheit (IMU) verwendet, während der LM-Standort zur Platzierung von Oberflächenelektroden für die Zersetzungselektromyographie (dEMG) verwendet wird. Dieser Vorbereitungsvorgang dauert etwa 20 Minuten.

Der Teilnehmer wird gebeten, basierend auf Geschwindigkeit und Belastung eine einminütige aktive Vorwärtsbeugung durchzuführen, die zwischen gesunden Personen und Personen mit eingeschränkter Bewegungskontrolle unterscheiden kann. IMU- und dEMG-Daten werden gleichzeitig erfasst. Um Muskelermüdung vorzubeugen, wird eine fünfminütige Ruhepause eingelegt. Danach wird der Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip einer von vier Stimulationen zugeordnet, darunter transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS), neuromuskuläre elektrische Stimulation (NMES), isometrische Übung (IE) und motorische Kontrollübung (MCE). Jede Stimulation dauert etwa 20 Minuten.

Arten der Stimulation Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS): Der Teilnehmer erhält die tDCS mit 5 x 7 cm großen Elektroden. Die anodische Elektrode wird auf M1 platziert, das die Rückenmuskulatur darstellt (1 cm anterior und 4 cm lateral vom Scheitelpunkt), während die kathodische Elektrode im kontralateralen supraorbitalen Bereich platziert wird. Die Intensität wird auf 2 mA mit 10-sekündigem Ein-/Ausblenden eingestellt. Das Subjekt wird 20 Minuten lang durch tDCS stimuliert.

Neuromuskuläre Elektrostimulation (NMES): Die Teilnehmer erhalten die NMES im Interferenzmodus (6000 Hz, Schlagfrequenz 20–50 Hz, Scaneffekt) auf bilateralem LM. Die Intensität wird auf die maximale Toleranz des Motivs eingestellt. Die Stimulation wird auf 10 Sekunden Ein- und 60 Sekunden Aus eingestellt, um Muskelermüdung zu minimieren. Die gesamte NMES-Zeit beträgt 20 Minuten.

Isometrische Übung (IE): Der Teilnehmer wird angewiesen, eine isometrische Rückenstreckungsübung in modifizierter Sorensen-Position durchzuführen. Der Teilnehmer hält 60 Sekunden lang 5 Wiederholungen lang in neutraler Position, mit einer Pause von 3 Minuten zwischen den Wiederholungen.

Übung zur Bewegungskontrolle (MCE): Der Teilnehmer wird angewiesen, eine Kokontraktion des M. transversus abdominis und des M. multifidus lumbalis durchzuführen und dabei eine selbstgewählte Vorwärtsbeuge mit Tempo durchzuführen. Der Schwerpunkt wird auf eine kontrollierte Bewegung gelegt (sanfte und symmetrische Bewegung). Der Teilnehmer führt 4 Minuten ununterbrochene Bewegung für 4 Sätze mit einer Pause von 1 Minute zwischen den Sätzen aus. Diese Übung ist von geringer Intensität und konzentriert sich auf die Bewegungskontrolle. Daher ist das Auftreten einer Muskelermüdung unwahrscheinlich.

Nach Abschluss einer Stimulationssitzung wird der Teilnehmer aufgefordert, erneut eine einminütige aktive Vorwärtsbeugung mit derselben Geschwindigkeit und Belastung durchzuführen, während IMU- und dEMG-Daten gleichzeitig korrigiert werden. IMU-Daten werden verwendet, um die Wirkung der Stimulation (tDCS, NMES, IE und MCE) auf die Bewegungskontrolle bei Personen mit eingeschränkter Bewegungskontrolle zu bestimmen. dEMG-Daten werden verwendet, um die Wirkung jeder Stimulation auf das Verhalten motorischer Einheiten (räumliche und zeitliche Rekrutierung motorischer Einheiten) zu bestimmen. Darüber hinaus werden IMU- und dEMG-Daten weiter verwendet, um den Zusammenhang zwischen Bewegungssteuerung und Verhalten motorischer Einheiten zu bestimmen. Die Datenerfassung einschließlich 20-minütiger Stimulation dauert etwa 30 Minuten.