Сравнительный анализ электромиографических показателей испытуемых при сенсомоторных тренингах в различных социальных условиях деятельности в диадах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Цель настоящей работы – анализ амплитудно-спектральных показателей электромиограмм и их взаимосвязей с результативностью испытуемых при выполнении сенсомоторных тренингов в разных социальных условиях деятельности в диадах. Исследование проведено на 256 испытуемых. В качестве модели деятельности использовался сенсомоторный тренинг “Столбики” программно-аппаратного комплекса “БОС-Кинезис” (ООО “Нейротех”, Россия) с биологической обратной связью от электромиографических сигналов с лучевого сгибателя кисти (лат. flexor carpi radialis) ведущей руки испытуемых, выполнявших задание в трех социальных контекстах: индивидуальном, соревновательном и кооперативном. При исследовании характеристик ЭМГ (электромиограммы) сенсомоторной деятельности испытуемых в разных социальных условиях выявлены следующие половые различия: на индивидуальном этапе выше частотные характеристики ЭМГ у женщин, а при соревновании и кооперации – больше амплитуда и мощность спектра ЭМГ у мужчин. Динамика показателей ЭМГ женщин, в отличие от мужчин, сопряжена с изменением социальных условий деятельности. Вариабельность частотных характеристик спектра ЭМГ возрастала и у мужчин, и у женщин в совместных условиях деятельности. Обнаружен противоположный характер изменений вариабельности интегральной амплитуды и суммарной мощности спектра ЭМГ в совместных контекстах деятельности по сравнению с индивидуальным: рост этих показателей у мужчин, снижение – у женщин. В женской выборке результативность тренингов положительно коррелировала со средними показателями частоты ЭМГ во всех контекстах деятельности, отрицательно – с амплитудой и мощностью спектра ЭМГ при кооперации. Результативность мужчин и женщин во всех условиях сенсомоторной деятельности отрицательно коррелировала с вариабельностью характеристик ЭМГ. Результаты исследования вносят вклад в понимание особенностей реализации произвольных движений человека при выполнении сенсомоторных заданий в различных условиях социальных взаимодействий. Полученные данные могут лечь в основу выявления прогностических критериев эффективности совместной сенсомоторной деятельности для создания методик подбора успешно действующих команд и оптимизации производственных процессов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Галушка

Федеральный исследовательский центр оригинальных и перспективных биомедицинских и фармацевтических технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: galushka_es@academpharm.ru
Россия, Москва

Е. П. Муртазина

Федеральный исследовательский центр оригинальных и перспективных биомедицинских и фармацевтических технологий

Email: galushka_es@academpharm.ru
Россия, Москва

С. С. Перцов

Федеральный исследовательский центр оригинальных и перспективных биомедицинских и фармацевтических технологий

Email: galushka_es@academpharm.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Sebanz N, Bekkering H, Knoblich G (2006) Joint action: Вodies and minds moving together. Trends Cognit Sci 10(2): 70–76. https://doi.org/10.1016/j.tics.2005.12.009
  2. Белоусова АК, Качан ЮМ (2024) Функционально-ролевое распределение студентов при совместном решении задач разного типа. Вестн Удмуртск универ Сер. Филос Психол Педагог 34(1): 26–37. [Belousova AK, Kachan YuM (2024) Functional-role distribution of students in the joint solution of problems of different types. Vestn Udmurtsk Univer [Udmurt State Univer] Series Philosophy Psychology Pedagogy 34(1): 26–37. (In Russ)]. https://doi.org/10.35634/2412-9550-2024-34-1-26-37
  3. Kaefer A, Chiviacowsky S (2022) Cooperation enhances motor learning. Human Movement Sci 85: 102978. https://doi.org/10.1016/j.humov.2022.102978
  4. Wongvorachan T (2023) The Impact of Classroom Competition and Cooperation to Student Academic Performance. https://doi.org/10.31234/osf.io/7vugd
  5. Fischer P, Camba L, Ooi SH, Chevalier N (2018) Supporting cognitive control through competition and cooperation in childhood. J Exp Child Psychol 173: 28–40. https://doi.org/10.1016/j.jecp.2018.03.011
  6. Banks GC, Whelpley CE, Crawford ER, O’Boyle EH, Kepes S (2021) Getting along to get ahead: The role of social context in tournament promotion and reward systems. PLoS One 16(9): e0257389. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0257389
  7. Nebel S, Schneider S, Rey GD (2016) Computers in Human Behavior From duels to classroom competition: Social competition and learning in educational videogames within different group sizes. Comput Human Behav 55: 384–398. http://doi.org/10.1016/j.chb.2015.09.035
  8. Koban L, Pourtois G, Bediou B, Vuilleumier P (2012) Effects of social context and predictive relevance on action outcome monitoring. Cognit Affectiv Behav Neurosci 12(3): 460–478. https://doi.org/10.3758/s13415-012-0091-0
  9. Vanutelli ME, Gatti L, Angioletti L, Balconi M (2018) May the Best Joint-Actions Win: Physiological Linkage During Competition. Appl Psychophysiol Biofeedback 43(3): 227–237. https://doi.org/10.1007/s10484-018-9402-8
  10. Krishnan-Barman S, Forbes PAG, Hamilton AF de C (2017) How can the study of action kinematics inform our understanding of human social interaction? Neuropsychologia 105: 101–110. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2017.01.018
  11. Меськова ЕС, Муртазина ЕП, Гинзбург-Шик ЮА (2022) Межличностная координация: системные аспекты и социально-психофизиологические факторы (обзор). Психол Психофизиол 15(3): 91–102. [Meskova ES, Murtazina EP, Ginzburg-Shik YuA (2022) Joint action coordination: Systemic aspects and socio-psychophysiological factors (review). Psychol Psychophysiol 15(3): 91–102. (In Russ)]. https://doi.org/10.14529/jpps220309
  12. Hussain J, Sundaraj K, Subramaniam ID (2020) Cognitive stress changes the attributes of the three heads of the triceps brachii during muscle fatigue. PLoS One 15(1): e0228089. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0228089
  13. Tamburro G, Fiedler P, De Fano A, Raeisi K, Khazaei M, Vaquero L, Bruña R, Oppermann H, Bertollo M, Filho E, Zappasodi F, Comani S (2023) An ecological study protocol for the multimodal investigation of the neurophysiological underpinnings of dyadic joint action. Front Human Neurosci 17: 1305331. https://doi.org/10.3389/fnhum.2023.1305331
  14. Muceli S, Merletti R (2024) Tutorial. Frequency analysis of the surface EMG signal: Best practices. J Electromyograph Kinesiol 79: 102937. https://doi.org/10.1016/j.jelekin.2024.102937
  15. Rodrigues SB, de Faria LP, Monteiro AM, Lima JL, Barbosa TM, Duarte JA (2022) EMG signal processing for the study of localized muscle fatigue-pilot study to explore the applicability of a novel method. Int J Environment Res Public Health 19(20): 13270. https://doi.org/10.3390/ijerph192013270
  16. Arendt-Nielsen L, Mills KR (1985) The relationship between mean power frequency of the EMG spectrum and muscle fibre conduction velocity. Electroencephalograph Clin Neurophysiol 60(2): 130–134. https://doi.org/10.1016/0013-4694(85)90019-7
  17. Allison GT, Fujiwara T (2002) The relationship between EMG median frequency and low frequency band amplitude changes at different levels of muscle capacity. Clin Biomechan (Bristol, Avon) 17(6): 464–469. https://doi.org/10.1016/s0268-0033(02)00033-5
  18. Dideriksen JL, Farina D (2019) Amplitude cancellation influences the association between frequency components in the neural drive to muscle and the rectified EMG signal. PLoS Computat Biol 15(5): e1006985. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006985
  19. Джелдубаева ЭР, Бирюкова ЕА, Махин СА, Бабанов НД, Чуян ЕН, Кубряк ОВ (2020) Максимальная амплитуда электромиограмм сгибателей и разгибателей рук в серии сеансов управления силовым джойстиком у здоровых добровольцев. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 106(1): 44–54. [Dzheldubaeva ER, Biryukova EA, Makhin SA, Babanov ND, Chuyan EN, Kubryak OV (2020) Electromyogram Maximum Amplitudes in Arm Flexors and Extensors in Healthy Volunteers in a Series of the Power Joystick Control Training Sessions. Russ J Physiol 106(1): 44–54. (In Russ)]. https://doi.org/10.31857/S0869813920010069
  20. Jodoin HL, Hinks A, Roussel OP, Contento VS, Dalton BH, Power GA (2023) Eccentric exercise-induced muscle weakness abolishes sex differences in fatigability during sustained submaximal isometric contractions. J Sport Health Sci 12(4): 523–533. https://doi.org/10.1016/j.jshs.2023.02.001
  21. Metcalf E, Hagstrom AD, Marshall PW (2019). Trained females exhibit less fatigability than trained males after a heavy knee extensor resistance exercise session. Eur J Appl Physiol 119(1): 181–190. https://doi.org/10.1007/s00421-018-4013-x
  22. Yoon T, Schlinder Delap B, Griffith EE, Hunter SK (2007) Mechanisms of fatigue differ after low and high force fatiguing contractions in men and women. Muscle & Nerve: Offic J Am Associat Electrodiagn Med 36(4): 515–524. https://doi.org/10.1002/mus.20844
  23. Rhee J, Dillards T, Nzoiwu M, Mehta RK (2017) Effect of Social Stress on Motor Function in Older Adults: An fNIRS Investigation. Proc Human Factors Ergonom Soc Annu Meet 61(1): 30–31. https://doi.org/10.1177/1541931213601502
  24. Fischer P, Camba L, Ooi SH, Chevalier N (2018) Supporting cognitive control through competition and cooperation in childhood. J Exp Child Psychol 173: 28–40. https://doi.org/10.1016/j.jecp.2018.03.011
  25. Ofole NM (2022) Social loafing among learner support staff for open and distance education programmes in south-western Nigeria: The imperative for counselling intervention. Open Learn: J Open Distance and e-Learn 37(1): 84–101. https://doi.org/10.1080/02680513.2020.1736020
  26. Yang D, Tu CC, He TB (2024) Effect of Conscientiousness on Social Loafing Among Male and Female Chinese University Students. Asia-Pacific Educat Res 33(2): 459–469. https://doi.org/10.1007/s40299-023-00742-0
  27. D’Emanuele S, Boccia G, Angius L, Hayman O, Goodall S, Schena F, Tarperi C (2024) Reduced rate of force development under fatigued conditions is associated to the decline in force complexity in adult males. Eur J Appl Physiol 124(12): 3583–35911. https://doi.org/10.1007/s00421-024-05561-9
  28. Raffalt PC, Yentes JM, Spedden ME (2023) Isometric force complexity may not fully originate from the nervous system. Human Movement Sci 90: 103111. https://doi.org/10.1016/j.humov.2023.103111
  29. García-Aguilar F, Caballero C, Sabido R, Moreno FJ (2022) The use of non-linear tools to analyze the variability of force production as an index of fatigue: A systematic review. Front Physiol 13: 1074652. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1074652
  30. Stergiou N, Decker LM (2011) Human Movement Variability, Nonlinear Dynamics, and Pathology: Is There a Connection? Human Movement Sci 30(5): 869–888. https://doi.org/10.1016/j.humov.2011.06.002
  31. Grabiner MD, Marone JR, Wyatt M, Sessoms P, Kaufman KR (2018) Performance of an attention-demanding task during treadmill walking shifts the noise qualities of step-to-step variation in step width. Gait & Posture 63: 154–158. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2018.04.041
  32. Faisal AA, Selen LPJ, Wolpert DM (2008) Noise in the nervous system. Nature Rev Neurosci 9(4): 292–303. https://doi.org/10.1038/nrn2258
  33. Taylor JL, Amann M, Duchateau J, Meeusen R, Rice CL (2016) Neural contributions to muscle fatigue: From the brain to the muscle and back again. Med Sci Sports Exercise 48: 2294–2306. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000000923
  34. Kavanagh JJ, Smith KA, Minahan CL (2020) Sex differences in muscle activity emerge during sustained low-intensity contractions but not during intermittent low-intensity contractions. Physiol Rep 8(7): e14398. https://doi.org/10.14814/phy2.14398
  35. Svendsen JH, Madeleine P (2010) Amount and structure of force variability during short, ramp and sustained contractions in males and females. Human Movement Sci 29(1): 35–47. https://doi.org/10.1016/j.humov.2009.09.001
  36. Renda E, Yang C, Côté JN (2022) Sex-specific myoelectric manifestations of localized fatigue during a multi-joint repetitive task. J Electromyograph Kinesiol 67: 102717. https://doi.org/10.1016/j.jelekin.2022.102717
  37. Rodriguez-Falces J, Malanda A, Mariscal C, Navallas J (2024) The filling factor of the sEMG signal at low contraction forces in the quadriceps muscles is influenced by the thickness of the subcutaneous layer. Front Physiol 14: 1298317. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1298317

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема протокола обследований испытуемых с иллюстрациями сенсомоторных тренингов (СМТ) на индивидуальном, соревновательном и кооперативном этапах деятельности.

Скачать (241KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика средних значений интегральной амплитуды (a) и суммарной спектральной мощности (b) ЭМГ мужчин и женщин при выполнении сенсомоторной задачи в индивидуальном (Ind.), соревновательном (Comp.) и кооперативном (Coop.) условиях деятельности в диадах. ++ – p < 0.01, +++ – p < 0.001, * – p < 0.05, ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

Скачать (138KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика Ст. Откл. (SD) интегральной амплитуды (a) и суммарной мощности спектра ЭМГ (b) в группах мужчин и женщин при выполнении сенсомоторной задачи в индивидуальном (Ind.), соревновательном (Comp.) и кооперативном (Coop.) условиях деятельности в диадах. + – p < 0.05, ++ – p < 0.01, +++ – p < 0.001, ** – p < 0.01, *** – p < 0.001.

Скачать (138KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Динамика Ст. Откл. средней (a) и медианной (b) частот спектра ЭМГ в группах мужчин и женщин при выполнении сенсомоторных тренингов в индивидуальном (Ind.), соревновательном (Comp.) и кооперативном (Coop.) условиях деятельности в диадах. + – p < 0.05, +++ – p < 0.001.

Скачать (129KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Плеяды корреляционных взаимосвязей средних значений (левый ряд: a1, a2 и a3), стандартных отклонений (правый ряд: b1, b2 и b3) амплитудных и спектральных характеристик ЭМГ с результативностью (R%) мужчин (M) и женщин (W) при выполнении сенсомоторных тренингов в индивидуальных (Ind.), соревновательных (Comp.) и кооперативных (Coop.) условиях деятельности в диадах. Красные сплошные линии – положительные корреляции, синие пунктирные линии – отрицательные.

Скачать (303KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025