Spontaneous and reflexive eye activity measures of mental workload

Measures of eye activity, such as blink rate and scanning patterns, have been used extensively as psychophysiological indices of mental workload. In a review of measures derived from spontaneous eye activity it is shown that different measures are differentially sensitive to specific aspects of mental workload. A less well-known measure of non-spontaneous eye activity, the blink reflex, is also reviewed. Experiments using discrete punctuate stimuli and continuous tasks analogous to real-world systems show that blink reflexes are modulated by attention and that this modulation reflects modality-specific attentional engagement. Future research should examine the utility of the blink reflex according to the desirable properties of sensitivity, diagnosticity, validity, reliability, ease of use, unobtrusiveness, and operator acceptance.

Kinematic analysis of lingual fatigue in myasthenia gravis

This study describes a preliminary examination of the viability and suitability of the physiologic technique electromagnetic articulography (EMA) in investigating lingual fatigue in myasthenia gravis (MG). A 52.9-year-old female diagnosed with MG at the age of 18 years, but who was in remission, participated in the study with a matched control subject. Changes in the duration, speed, and range of tongue-tip and tongue-back movements during repetition of /taka/ over two minutes were investigated. Results revealed that the MG subject did not exhibit significant changes in duration, maximum velocity, maximum acceleration, or the distance travelled by her tongue as measured by EMA over the task. The kinematic results were, in part, expected since the MG subject was in remission. The results, therefore, may not be representative of the majority of individuals with active MG. The examination of the current case did highlight, however, the potential advantages of EMA in providing detailed, objective information regarding lingual kinematics for future investigations of individuals with MG. It also showed that EMA may be sensitive in detecting subclinical kinematic features of fatigue in individuals who are in remission from MG. Finally, EMA led to the identification of possible physiologic factors underlying the CV transform effect, which was evident for the MG subject's syllable productions. In the past, the effect had been assumed to be a purely perceptual-based phenomenon.

Can anticipatory skills be learned through implicit video-based perceptual training?

The aim of this experiment was to determine the effectiveness of two video-based perceptual training approaches designed to improve the anticipatory skills of junior tennis players. Players were assigned equally to an explicit learning group, an implicit learning group, a placebo group or a control group. A progressive temporal occlusion paradigm was used to examine, before and after training, the ability of the players to predict the direction of an opponent's service in an in-vivo on-court setting. The players responded either through hitting a return stroke or making a verbal prediction of stroke direction. Results revealed that the implicit learning group, whose training required them to predict serve speed direction while viewing temporally occluded video footage of the return-of-serve scenario, significantly improved their prediction accuracy after the training intervention. However, this training effect dissipated after a 32 day unfilled retention interval. The explicit learning group, who received instructions about the specific aspects of the pre-contact service kinematics that are informative with respect to service direction, did not demonstrate any significant performance improvements after the intervention. This, together with the absence of any significant improvements for the placebo and control groups, demonstrated that the improvement observed for the implicit learning group was not a consequence of either expectancy or familiarity effects.

Coexistence of stability and mobility in postural control: evidence from postural compensation for respiration

This study evaluated the extent to which movement of the lower limbs and pelvis may compensate for the disturbance to posture that results from respiratory movement of the thorax and abdomen. Motion of the neck, pelvis, leg and centre of pressure (COP) were recorded with high resolution in conjunction with electromyographic activity (EMG) of flexor and extensor muscles of the trunk and hip. Respiration was measured from ribcage motion. Subjects breathed quietly, and with increased volume due to hypercapnoca (as a result of breathing with increased dead-space) and a voluntary increase in respiration. Additional recordings were made during apnoea. The relationship between respiration and other parameters was measured from the correlation between data in the frequency domain (i.e. coherence) and from time-locked averages triggered from respiration. In quiet standing, small angular displacements (similar to0.5degrees) of the trunk and leg were identified in raw data. Correspondingly, there were peaks in the power spectra of the angular movements and EMG. While body movement and EMG were coherent with respiration (>0.5), the coherence between respiration and COP displacement was low (

Neural compensation for compliant loads during rhythmic movement

An experiment was performed to characterise the movement kinematics and the electromyogram (EMG) during rhythmic voluntary flexion and extension of the wrist against different compliant (elastic-viscous-inertial) loads. Three levels of each type of load, and an unloaded condition, were employed. The movements were paced at a frequency of I Hz by an auditory metronome, and visual feedback of wrist displacement in relation to a target amplitude of 100degrees was provided. Electro-myographic recordings were obtained from flexor carpi radialis (FCR) and extensor carpi radialis brevis (ECR). The movement profiles generated in the ten experimental conditions were indistinguishable, indicating that the CNS was able to compensate completely for the imposed changes in the task dynamics. When the level of viscous load was elevated, this compensation took the form of an increase in the rate of initial rise of the flexor and the extensor EMG burst. In response to increases in inertial load, the flexor and extensor EMG bursts commenced and terminated earlier in the movement cycle, and tended to be of greater duration. When the movements were performed in opposition to an elastic load, both the onset and offset of EMG activity occurred later than in the unloaded condition. There was also a net reduction in extensor burst duration with increases in elastic load, and an increase in the rate of initial rise of the extensor burst. Less pronounced alterations in the rate of initial rise of the flexor EMG burst were also observed. In all instances, increases in the magnitude of the external load led to elevations in the overall level of muscle activation. These data reveal that the elements of the central command that are modified in response to the imposition of a compliant load are contingent, not only upon the magnitude, but also upon the character of the load.

Effect of varying levels of mental workload on startle eyeblink modulation

Previous research using punctuate reaction time and counting tasks has found that the startle eyeblink reflex is sensitive to attentional demands. The present experiment explored whether startle eyeblink is also modulated during a complex continuous task and is sensitive to different levels of mental workload. Participants (N=14) performed a visual horizontal tracking task either alone (single-task condition) or in combination with a visual gauge monitoring task (multiple-task condition) for three minutes. On some task trials, the startle eyeblink reflex was elicited by a noise burst. Results showed that startle eyeblink was attenuated during both tasks and that the attenuation was greater during the multiple-task condition than during the single-task condition. Subjective ratings, endogenous eyeblink rate, heart period, and heart period variability provided convergent validity of the workload manipulations. The findings suggest that the startle eyeblink is sensitive to the workload demands associated with a continuous visual task. The application of startle eyeblink modulation as a workload metric and the possibility that it may be diagnostic of workload demands in different stimulus modalities is discussed.

Sustained swimming performance in crocodiles (Crocodylus porosus): Effects of body size and temperature

We examined effects of body size and temperature on swimming performance in juvenile estuarine crocodiles, Crocodylus porosus, over the size range of 30-110 cm total body length. Swimming performance, expressed as maximum sustainable swimming speed, was measured in a temperature- and flow-controlled swimming flume. Absolute sustainable swimming speed increased with body length, but length-specific swimming performance decreased as body length increased. Sustained swimming speed increased with temperature between 15degreesC and 23degreesC, remained constant between 23degrees and 33degreesC, and decreased as temperature rose above 33degreesC. Q(10)-values of swimming speed were 2.60 (+/- 0.091 SE) between 18degreesC and 23degreesC, and there were no differences in Q(10) between crocodiles of different sizes. The broad plateau of thermal independence in swimming speed observed in C. porosus may be of adaptive significance by allowing dispersal of juvenile animals at suboptimal body temperatures.

Palaeomagnetic study of a subaerial volcanic ridge (Sao Jorge Island, Azores) for the past 1.3 Myr: evidence for the Cobb Mountain Subchron, volcano flank instability and tectonomagmatic implications

We present a palaeomagnetic study on 38 lava flows and 20 dykes encompassing the past 1.3 Myr on S. Jorge Island (Azores ArchipelagoNorth Atlantic Ocean). The sections sampled in the southeastern and central/western parts of the island record reversed and normal polarities, respectively. They indicate a mean palaeomagnetic pole (81.3 degrees N, 160.7 degrees E, K= 33 and A95= 3.4 degrees) with a latitude shallower than that expected from Geocentric Axial Dipole assumption, suggesting an effect of non-dipolar components of the Earth magnetic field. Virtual Geomagnetic Poles of eight flows and two dykes closely follow the contemporaneous records of the Cobb Mountain Subchron (ODP/DSDP programs) and constrain the age transition from reversed to normal polarity at ca. 1.207 +/- 0.017 Ma. Volcano flank instabilities, probably related to dyke emplacement along an NNWSSE direction, led to southwestward tilting of the lava pile towards the sea. Two spatially and temporally distinct dyke systems have been recognized on the island. The eastern is dominated by NNWSSE trending dykes emplaced before the end of the Matuyama Chron, whereas in the central/western parts the eruptive fissures oriented WNWESE controlled the westward growth of the S. Jorge Island during the Brunhes Chron. Both directions are consistent with the present-day regional stress conditions deduced from plate kinematics and tectonomorphology and suggest the emplacement of dykes along pre-existing fractures. The distinct timing and location of each dyke system likely results from a slight shift of the magmatic source.

A marcha humana: uma abordagem biomecânica

A análise biomecânica da marcha engloba, entre outros, dados cinemáticos, cinéticos e sinais electromiográficos, que, em conjunto, promovem a descrição do fenómeno da marcha. Neste trabalho é efectuada uma revisão dos estudos existentes que versam sobre os aspectos biomecânicos da marcha, de forma a perceber-se os componentes a ter em consideração na referida análise, bem como os modelos comuns que suportam achados experimentais. A análise efectuada permitiu verificar que a necessidade de redirecção da velocidade do centro de massa entre passos prediz um forte componente do dispêndio energético na marcha e que este, por sua vez, está associado à velocidade.

Caracterização cinética e cinemática da marcha de indivíduos adultos obesos

O presente estudo apresenta a caracterização cinemática e cinética da marcha de indivíduos obesos. Envolveu instrumentos como Pedar-Novel, para recolha de dados da pressão plantar; Plataforma Bertec 4060-10, para dados de Força de Reacção ao Solo (FRS), Câmaras digitais Sony, 50Hz para ângulos do pé; IPAQ para dados de actividade física. Foram seleccionados individuos com IMC≥30Kg/m2, para o grupo experimental e com IMC≤ 30Kg/m2 para o grupo controlo. Os resultados mostraram pelos valores de FRS e respectivos tempos de ocorrência que indivíduos obesos, quando comparados com indivíduos eutróficos, exercem forças superiores ocasionando uma sobrecarga mecânica ao nível do sistema músculo-esquelético.

Comportamento motor do tronco e membro superior, num sistema de posicionamento rígido e dinâmico, durante atividade

A funcionalidade dos indivíduos com Paralisia Cerebral está muitas vezes comprometida devido às alterações do movimento e do controlo postural. Dadas estas alterações, a posição de sentado oferece uma maior estabilidade sendo muitas das atividades de vida diária desempenhadas nesta posição. O objetivo mais importante de intervenção é obter o máximo de funcionalidade na posição de sentado, particularmente do membro superior. Este objectivo, na maioria das vezes, só pode ser atingido com o uso de sistemas de posicionamento que tentam colmatar as alterações posturais e do movimento. Assim, o objetivo deste estudo de caso é verificar se existem diferenças no comportamento motor do tronco e do membro superior, com um sistema de posicionamento rígido e com um sistema de posicionamento dinâmico, numa jovem com Paralisia Cerebral, aquando da ativação manual de um switch. Foi realizado um estudo de caso único em que foi feita uma análise cinemática do movimento do tronco e membro superior na ativação de um switch BigMack, em três posições de teste com distâncias diferentes. Simultaneamente mediu-se a distribuição do peso durante o movimento, através do mapa de pressão e foi registada, bilateralmente a atividade dos músculos trapézio (porção média), longuíssimo, recto abdominal e oblíquo externo. Os resultados obtidos apontam, neste caso em particular, para uma melhoria na qualidade do movimento e da distribuição de peso, com o sistema de posicionamento dinâmico, sem diferenças entre os dois sistemas relativamente à ativação muscular.

Diferença entre os géneros na análise cinemática e eletromiográfica do membro superior durante uma atividade diária de beber

As diferenças entre os géneros parecem surgir desde a origem da humanidade, quando a função do homem era caçar e da mulher fornecer cuidados às crianças e realizar trabalhos de cariz manual. O membro superior apresenta um papel primordial na execução da maioria das atividades relevantes para o ser humano, sendo pertinente a realização de avaliações mais objetivas do mesmo. Com a realização deste estudo pretendemos verificar se existem diferenças entre os géneros nos parâmetros eletromiográficos e cinemáticos do movimento durante uma atividade diária; perceber se os valores da eletromiografia e da cinemática do membro superior são dependentes do género à medida que a distância do objeto é alterada e ainda, levar a cabo a análise da atividade de beber. Para tal foram avaliados parâmetros de qualidade de movimento e parâmetros de recrutamento muscular em 15 indivíduos do género feminino e 15 indivíduos do género masculino com idades compreendidas entre os 18 e os 30 anos numa atividade de beber em três momentos diferentes. Para a análise cinemática foi utilizado o software Qualysis Motion Capture e para a análise eletromiográfica o software AcqKnowledge Analysis. Com os resultados obtidos constatamos que a percentagem de ativação muscular e os ângulos de flexão do ombro e flexão do cotovelo apresentam diferenças estatisticamente significativas (p<0.05) entre os géneros, sendo o grupo feminino a apresentar valores superiores. Aferiu-se também que a percentagem de ativação do músculo Deltoide Anterior parece ser influenciado pelo género (p<0.05) ao longo das três distâncias em estudo, sendo novamente o grupo feminino a apresentar valores superiores. Para além disto, aquando do movimento de alcançar, verificaram-se evidências estatísticas (p<0.05) do envolvimento do tronco em todas as distâncias de alcance do objeto, inclusive numa distância inferior ao comprimento do braço. Este estudo permitiu a descrição detalhada da eletromiografia e cinemática do movimento do membro superior de alcançar e transportar numa atividade diária, bem como uma comparação da mesma entre o grupo masculino e grupo feminino.

Influência de um programa de exercícios específicos em estudantes de violino

Introdução: A elevada prevalência de problemas musculosqueléticos relacionados com a performance musical (PMRPM) em estudantes universitários de música, sobretudo violinistas, justifica uma abordagem preventiva junto destes, nomeadamente, através do exercício. Este deve ser específico e baseado nos padrões de movimento durante a performance musical do violinista. Objetivos: verificar a influência de um programa de exercícios específicos (PEE) nos sintomas relacionados com a prática musical, na incapacidade funcional e na autoperceção da performance física e musical, em estudantes universitários de violino. Métodos: estudo quase-experimental baseado num estudo piloto com 24 estudantes para pesquisa da sintomatologia, e 4 para análise cinemática e cinética do gesto técnico. No estudo principal participaram 22 violinistas divididos equitativamente, e por disponibilidade, entre grupo experimental (GE) e grupo de controlo (GC). O GE realizou o PEE bissemanalmente, durante 8 semanas. No momento inicial e após 8 semanas, os participantes preencheram: Questionário de Performance (incluiu Escala Visual Analógica), Disabilities of the Arm, Shoulder and Hand, Oswestry Disability Index versão 2.0, Pain Catastrophizing Scale e Escala de Borg Modificada. Resultados: do estudo piloto constatou-se que os sintomas mais frequentes, dor e fadiga, localizavam-se na cintura escapular, ombros e coluna lombar; os ombros aparentavam maior risco de PMRPM; era necessário aumentar a endurance dos mobilizadores dos membros superiores (principalmente deltóide) e relaxar os estabilizadores da coluna cervical (sobretudo trapézio superior). No final do PEE, o GE apresentou significativamente melhores pontuações do que o GC na percentagem de violinistas com “dor na coluna lombar esquerda” (p=0,007), frequência da dor (U=8,5; W=29,5; p=0,016), número de locais com sintomas (U=18; W=84; p=0,003) e amplificação (U=26; W=92; p=0,021). Conclusão: Um PEE pode produzir efeitos positivos na diminuição dos sintomas relacionados com a prática musical e incapacidade funcional, e na melhoria de alguns parâmetros da performance física autoreportada, em estudantes universitários de violino.

Efeitos imediatos da mobilização com movimento na dor, Amplitude de movimento e actividade electromiográfica dos músculos da cintura escapular em indivíduos com síndrome do conflito subacromial

Introdução: A síndrome do conflito subacromial (SCSA) é a causa mais frequente de dor no ombro. Alterações na cinemática escapuloumeral e na activação dos músculos escapulares têm sido identificadas em pessoas com SCSA. A mobilização com movimento (MWM) é uma técnica de terapia manual, desenvolvida por Mulligan, que visa normalizar a cinemática articular. Objectivos: Determinar os efeitos imediatos da MWM na dor, na amplitude de movimento (ADM) de abdução no plano da escápula (APE), e na amplitude do sinal electromiográfico (EMG) do trapézio e grande dentado (GD), em pessoas com SCSA. Métodos: Foram incluídas no estudo 24 pessoas com SCSA, divididas de forma aleatória em 2 grupos de 12, MWM e Placebo. As medidas de resultados avaliadas foram: a dor nos testes de Neer e Hawkins-Kennedy; o limiar de dor à pressão; a ADM de APE até ao início da dor; e a percentagem da contracção isométrica voluntária máxima dos músculos trapézio (superior, médio e inferior) e GD. Resultados: A aplicação da MWM resultou numa significativa diferença, com redução da dor, no teste de Hawkins-Kennedy (p=0,028), num aumento do limiar de dor à pressão (p=0,002) e da ADM de APE até ao início da dor (p=0,010), e numa diminuição da actividade EMG do trapézio superior (TS), na fase concêntrica, abaixo dos 90˚ (p=0,028), comparativamente ao grupo Placebo. Foi, ainda, identificada uma diminuição estatisticamente significativa da actividade EMG do TS, nas restantes fases do movimento (p<0,05), um aumento do limiar de dor à pressão (p<0,001) e da ADM até ao início da dor (p=0,006) entre, antes e após a intervenção com MWM. Conclusão: A MWM poderá ser uma técnica efectiva em indivíduos com SCSA, pelos seus efeitos na redução de dor, aumento de ADM até ao início da dor e diminuição da actividade EMG do TS.

Simulação e controlo de veículos autónomos terrestres

A implementação e venda de robôs autónomos tem sido um sector que nos últimos anos tem adquirido cada vez mais quota no mercado, nomeadamente no sector militar, agrícola e da vigilância. Como tal, tem sido também de grande importância a capacidade de implementar e testar robôs por parte das entidades que os fabricam. Uma das formas que tem garantido o sucesso do desenvolvimento de robôs é a simulação prévia dos mesmos antes que estes passem a fase de produção. Sendo assim, o LSA como entidade de desenvolvimento de robôs autónomos, tem necessidade de adquirir um sistema que simule os robôs em desenvolvimento. O trabalho desta tese consiste na realização de um sistema que simule robôs autónomos terrestres de forma que se possa observar o comportamento da cinemática, dinânica e hardware dos robôs em ambiente 3D. Esta aplicação de simulação pode mais tarde ser utilizada pelo laboratório para testar missões, validar alterações de estrutura, sensores, etc. Para além disso, com recurso ao simulador Player/Stage/Gazebo testar o robô LINCE e implementar algoritmos de controlo para o mesmo. Os algoritmos de controlo implementados baseiam-se em primitivas de controlo básico para serem utilizadas pelo sistema de navegação e gerar trajectórias complexas. Os algoritmos desenvolvidos nesta tese baseiam-se nas equações cinemáticas do veículo estudado. Estes algoritmos depois de testados no simulador, poderão ser colocados no Hardware do robô. Desta forma consegue-se desenvolver algoritmos para determinado robô sem que este esteja operacional.