Real‐time biofeedback integrated into neuromuscular training reduces high‐risk knee biomechanics and increases functional brain connectivity: A preliminary longitudinal investigation

Abstract

Prospective evidence indicates that functional biomechanics and brain connectivity may predispose an athlete to an anterior cruciate ligament injury, revealing novel neural linkages for targeted neuromuscular training interventions. The purpose of this study was to determine the efficacy of a real-time biofeedback system for altering knee biomechanics and brain functional connectivity. Seventeen healthy, young, physically active female athletes completed 6 weeks of augmented neuromuscular training (aNMT) utilizing real-time, interactive visual biofeedback and 13 served as untrained controls. A drop vertical jump and resting state functional magnetic resonance imaging were separately completed at pre-and posttest time points to assess sensorimotor adaptation. The aNMT group had a significant reduction in peak knee abduction moment (pKAM) compared to controls (p = .03, d = 0.71). The aNMT group also exhibited a significant increase in functional connectivity between the right supplementary motor area and the left thalamus (p = .0473 after false discovery rate correction). Greater percent change in pKAM was also related to increased connectivity between the right cerebellum and right thalamus for the aNMT group (p = .0292 after false discovery rate correction, r 2 = .62). No significant changes were observed for the controls (ps > .05). Our data provide preliminary evidence of potential neural 2 of 15 | DIEKFUSS Et al. ORCID Jed A. Diekfusshttps://orcid.org/0000-0003-3835-363X Dustin R. Grooms https://orcid.org/0000-0001-6102-8224

Važnost živčano-mišićne koordinacije nakon ozljede prednje ukrižene sveze koljenog zgloba

“…Čovjek održava uspravan stav i ravnotežu pri hodu preko složenog procesa koji uključuje osjet pokreta tijela, integraciju osjetno-motoričke informacije unutar CNS-a, nakon čega slijedi odgovarajući odgovor mišićno-koštanog sustava 3,[13][14][15] . Većina pokreta na donjim ekstremitetima odvija se preko zatvorenog kinetičkog lanca.…”

“…Pritom se razvijaju sile akcije-reakcije stopala i podloge. Lančanom aktivacijom mišića i zglobova započinje pokret koji je kontroliran po ko-kontrakcijskom mehanizmu agonista i antagonista (simultana aktivacija dva ili više mišića različitih mišićnih skupina), uključujući proksimalne i distalne sinergizme uz istodobno stimuliranje položajno-specifičnog propriocepcijskog mehanizma povratne sprege 1,3,15,16 . Preko navedenog mehanizma očituje se statička i dinamička kontrola zglobova.…”

“…Naime, na simuliranju uvjeta u kojima funkcionira osoba bez PKL-a, ali s jako dobrim stupnjem dinamičke stabilnosti zgloba, zasnivaju se brojne vježbe otvorenog i zatvorenog kinetičkog lanca. Takvim vježbama nastoji se stimulirati propriocepcijski osjet i tako poboljšati neuromišićna kontrola 3,15,16 . Rehabilitacijski programi koji se temelje na vježbama zatvorenog kinetičkog lanca svoju primjenu našli su u "ubrzanoj" rehabilitaciji koljenog zgloba nakon ozljede PKL-a te nakon njegove rekonstrukcije 14,[15][16][17][18][19][20][21] .…”

“…Takvim vježbama nastoji se stimulirati propriocepcijski osjet i tako poboljšati neuromišićna kontrola 3,15,16 . Rehabilitacijski programi koji se temelje na vježbama zatvorenog kinetičkog lanca svoju primjenu našli su u "ubrzanoj" rehabilitaciji koljenog zgloba nakon ozljede PKL-a te nakon njegove rekonstrukcije 14,[15][16][17][18][19][20][21] . U našem istraživanju koristili smo vježbe na nestabilnoj podlozi, kada ispitanik pokušava održavati centar ravnoteže, odnosno centar djelovanja sile teže na tijelo unutar baze podloge koja je nestabilna.…”

Advancing Anterior Cruciate Ligament Injury Prevention Using Real-Time Biofeedback for Amplified Sensorimotor Integration

“…7,[25][26][27][28][29][30][31] Removing barriers to feedback interventions (eg, instructors in current protocols who may provide less effective or uninterpretable feedback) through real-time automated techniques that supply implicit, analytic-driven biofeedback (eg, aNMT) could optimize current ACL injury-prevention strategies by leveraging sensorimotor processes for improved movement adaptations that transfer to the field of play. 7,18,[32][33][34]…”