Νευρομυϊκός και χωρο-χρονικός έλεγχος της κίνησης υπό ρυθμικά ακουστικά ερεθίσματα

Abstract

Rhythmic auditory stimuli (RAS) are widely used in exercise and sports to regulate movement timing, either through music or vocal instructions from coaches. Temporal guidance is crucial for controlling movement speed, as it directly impacts the stimuli the body receives and, consequently, its biological responses. While evidence suggests that RAS can enhance motor control and performance, there is limited understanding of how the neuromuscular system uses auditory information to improve performance. Moreover, few studies focus on the impact of RAS on neuromuscular control during the execution of movement patterns used in exercise programs. This study aimed to examine the effect of various RAS used for temporal guidance on spatiotemporal, kinematic, kinetic, and time-dynamic performance, as well as on muscle and brain activity during exercise. The study focused on fundamental fitness exercises commonly included in exercise programs. Two sub-studies were conducted.The first study examined the number of repetitions and preferred rhythmic temporal performance in a variety of physical fitness exercises. Fifteen men and fifteen women performed eight exercises (two-legged hop, forward lunge, squat, sit-up, shoulder abduction, hip abduction, back extension, and push-up). Inertial sensors captured angular velocity trajectories, and temporal variables were analyzed (movement frequency, cycle and phases durations). The results showed that two repetitions are sufficient for high reliability. Differences in preferred movement frequency between exercises were attributed to factors such as inertial load and specific demands. However, a consistent 1:1 phase relationship indicated a common centrally produced pattern for rhythmic performance, regardless of the movement pattern and its frequency. The second study examined the effect of different RAS on temporal, kinematic, kinetic, muscle, and brain activity, as well as sensorimotor synchronization during two fundamental exercises: the squat and hip abduction. These exercises were chosen for their biomechanical complexity. Twenty men and twenty women performed the exercises under five RAS conditions (no RAS, metronomic, vocal, melodic music, and exercise music) in synchronization with the RAS. The impact of RAS was evaluated on timing, kinematic, and kinetic (only for the squat), center of pressure, muscle, and brain activity. Synchronization was assessed through cycle matching, variability, and timing error magnitude and direction. The RAS significantly influenced spatiotemporal and neuromuscular control parameters, highlighting their potential to improve motor performance and coordination. Different RAS types impact various aspects of motor performance and brain activity. Notably, exercise music induced significant changes in multiple parameters, while metronomic and vocal cues enhanced motor performance without major changes in brain activity. Employing different RAS provides opportunities to enhance motor control and performance in exercise programs.

Τα ρυθμικά ακουστικά ερεθίσματα (ΑΕ) χρησιμοποιούνται ευρέως στην άσκηση και τον αθλητισμό για τη ρύθμιση του χρονισμού της κίνησης (χρονική καθοδήγηση) είτε μέσω μουσικής είτε μέσω φωνητικών οδηγιών από τον προπονητή. Τα υπάρχοντα δεδομένα δείχνουν ότι τα ΑΕ μπορούν να βελτιώσουν την κινητική απόδοση και να λειτουργήσουν ως εργαλείο νευρομϊκού και χωρο-χρονικού ελέγχου. Ωστόσο, υπάρχει περιορισμένη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι ακουστικές πληροφορίες χρησιμοποιούνται από το νευρομυϊκό σύστημα για τη βελτίωση της κινητικής απόδοσης. Επιπλέον, δεν εντοπίζονται δεδομένα με εστίαση στην επίδραση της χρονικής καθοδήγησης σε κινητικά πρότυπα που χρησιμοποιούνται ευρέως σε προγράμματα άσκησης/άθλησης, όσον αφορά το νευρομυϊκό και χωρο-χρονικό έλεγχο αυτών.Σκοπός της εργασίας ήταν να εξετάσει την επίδραση διαφόρων ΑΕ χρονικής καθοδήγησης στη χωρο-χρονική, κινηματική, κινητική και χρονο-δυναμική απόδοση, καθώς και στη μυϊκή και εγκεφαλική δραστηριότητα. Πραγματοποιήθηκαν 2 επιμέρους μελέτες οι οποίες επικεντρώθηκαν σε ασκήσεις φυσικής κατάστασης, που θεωρούνται θεμελιώδεις σε προγράμματα άσκησης.Η 1η μελέτη (15 άνδρες - 15 γυναίκες) εξέτασε τον αριθμό επαναλήψεων και τον χρονισμό της προτιμώμενης συχνότητας κίνησης (ιδιοσυχνοτητα) σε 8 ασκήσεις (επιτόπιες διποδικές αναπηδήσεις, πρόσθια προβολή, κάθισμα, ανακάθισμα, απαγωγή ώμου, απαγωγή ισχίου, ανύψωση ράχης, κάμψη-έκταση αγκώνων από πρηνή στήριξη). Αδρανειακοί αισθητήρες κατέγραψαν τις τροχιές γωνιακής ταχύτητας, για εξαγωγή κρίσιμων χρονικών παράμετρων (συχνότητα κίνησης, διάρκεια κύκλου και φάσεων της κίνησης). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι δύο επαναλήψεις αρκούν για υψηλή αξιοπιστία του χρονισμό των εξεταζόμενων κινητικών προτύπων. Οι διαφορές μεταξύ ασκήσεων αποδόθηκαν στο αδρανειακό φορτίο και τις μηχανικές απαιτήσεις αυτών. Μια σταθερή σχέση φάσεων 1:1 υποδείκνυε ένα κοινό κεντρικά παραγόμενο μοτίβο για ρυθμική απόδοση, ανεξάρτητα από το κινητικό πρότυπο και την ιδιοσυχνότητά του.Η 2η μελέτη (20 άνδρες - 20 γυναίκες, οδηγία συγχρονισμού με το ΑΕ) εξέτασε την επίδραση 5 διαφορετικών ΑΕ (χωρίς ΑΕ, μετρονομικό, φωνητικό, μουσικό-μελωδικό και μουσική για άσκηση) στη χρονική, κινηματική, κινητική, μυϊκή και εγκεφαλική δραστηριότητα, καθώς και στον κινητικό συγχρονισμό κατά την εκτέλεση δύο ασκήσεων διαφορετικής εμβιομηχανικής πολυπλοκότητάς, του καθίσματος και της απαγωγής ισχίου. Η επίδραση των ΑΕ αξιολογήθηκε σε παραμέτρους χρονισμού, κινηματικής και κινητικής δράσης, στασικής σταθερότητας καθώς και μυϊκής και εγκεφαλικής απόδοσης. Ο συγχρονισμός ελέγχθηκε μέσω της αντιστοιχίας κύκλου, της μεταβλητότητας και των σφαλμάτων συγχρονισμού. Τα ΑΕ επηρέασαν σημαντικά τις παραμέτρους χωρο-χρονικού και νευρομυϊκού ελέγχου, με διαφορετικούς τύπους ΑΕ να επηρεάζουν διαφορετικές πτυχές της κινητικής απόδοσης και της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Η μουσική για άσκηση προκάλεσε σημαντικές αλλαγές σε πολλές παραμέτρους, ενώ οι μετρονομικές και φωνητικές ενδείξεις επηρέασαν την κινητική απόδοση χωρίς μεγάλες αλλαγές στην εγκεφαλική δραστηριότητα. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν τη διαφορετική δυνατότητα που προσφέρει κάθε ΑΕ για βελτίωση της κινητικής απόδοσης σε θεμελιώδεις ασκήσεις φυσικής κατάστασης, μέσω της επίδρασης στο νευρομυϊκό και χωρο-χρονικό έλεγχο του κινητικού προτύπου.