Development of Proprioceptive Senses by Human Machine Computer Intercation

Abstract

Balance that is responsible for maintaining stable movements against external forces or maintaining body posture; change direction, stop, hold, move the object and so on. controls kinetic and kinematic movements.These movements provide visual, verstibular and proprioceptive systems by processing the data in the brain balance center.The proprioceptive system, which starts with the mechanoreceptors in the muscles, joints and tendons, perceives changing positions, states or forces, helps the brain to perceive the position of the body and limbs.There are different treatment and exercise programs to improve the mobility of the patients who need physical therapy and rehabilitation due to any discomfort or the athletes who need to perform at high level.Today, developing human computer interaction (HMI) tools are being used as in all areas, physical therapy and rehabilitation as well as in sports. This study aims to develop a proprioceptive senses and to realize a measurement system in which the progress of development can be followed. The system consists of three basic parts: hardware, mechanical and software. The data received by the Zemic L6E force sensor which measures the deviation from the center of balance of the person is transferred to the microcontroller via serial synchronous communication. The transmitted data is sent to the PC software via wireless communication module by calculating the force values with the controller software. The data transferred to the PC were processed and used to manipulate objects in games designed in the Unity game engine. Thus a person of game-based exercise system was created for the development of proprioceptive sense. The deviation of the center of gravity of the individual on the frontal and lateral axes was measured with the developed system. A healthy individual oscillated ± 1 ° on the frontal axis and ± 1 ° on the lateral axis during the 30 s test. With the developed measurement and exercise program, a healthy individual was employed by adhering to the application schedule of the program. At the end of the exercise program, oscillation angles in the frontal and lateral axes were measured again. At the end of the exercise, it was observed that the individual oscillated ± 0.2o in the frontal axis and ± 0.03o in the lateral axis. The results show that proprioceptive senses can be measured and improved by human computer interaction tools.

Keywords

• Lower extremity
• Balance
• Proprioceptive Sense
• Unity
• Game Based Exercise

İnsan Bilgisayar Etkileşimi ile Proprioseptif Duyuların Geliştirilmesi

Abstract

Dış ortamdan gelen kuvvetlere karşı kararlı hareketler yapabilme veya vücut postürünün korunmasından sorumlu olan denge yön değiştirme, durma, tutma, nesneyi hareket ettirme vb. kinetik ve kinematik hareketleri kontrol etmektedir. Bu hareketler görsel, verstibüler ve proprioseptif sistemlerden alınan verilerin beyin denge merkezinde işlenmesi ile sağlamaktadır. Kas, eklem ve tendonlarda bulunan mekanoreseptörlerin değişen pozisyon, durum ya da güçleri algılaması ile başlayan proprioseptif sistem vücudun ve uzuvların konumunun beyin tarafından algılanmasına yardımcı olur.  Herhangi bir rahatsızlık nedeni ile fizik tedavi ve rehabilitasyona ihtiyaç duyan hastalar veya üst düzey performans göstermesi gereken sporcuların hareket yeteneklerini geliştirmek için farklı tedavi ve egzersiz programları bulunmaktadır. Günümüzde gelişmekte olan insan bilgisayar etkileşim (HMI) araçları her alanda olduğu gibi fizik tedavi ve rehabilitasyon ile spor alanında da kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışma, propriyoseptif duyularının geliştirilmesi ve gelişimin süreceinin takip edelebildiği bir ölçüm sistemini gerçekleştirmeyi amaçlamaktadır. Gerçekleştirilen sistem donanım, mekanik ve yazılım olmak üzere üç temel bölümden oluşmaktadır. Kişinin denge merkezinden sapmasını ölçen Zemic L6E kuvvet sensörü ile alınan veriler seri senkron haberleşme ile mikrodenetleyiciye aktarılır. Aktarılan veriler denetleyici yazılımı ile kuvvet değerleri hesaplanarak kablosuz haberleşme modülü üzerinden PC yazılımına gönderilir. PC’ ye aktarılan veriler işlenerek Unity oyun motorunda tasarlanan oyunlarda cisimleri yönlendirmek için kullanılmıştır. Böylece kişilerin proprioseptif duyularının geliştirilmesi için oyun tabanlı bir egzersiz sistemi oluşturulmuştur. Geliştirilen sistem ile bireyin ağırlık merkezinin frontal ve lateral eksenlerdeki sapması ölçülmüştür. Sağlıklı bir bireyin 30 s test süresince frontal eksende ±1^o, lateral eksende ±1^o salınım yaptığı görülmüştür. Geliştirilen ölçüm ve egzersiz programı ile sağlıklı bir birey programın uygulama takvimine bağlı kalınarak çalıştırılmıştır. Egzersiz programı sonunda frontal ve lateral eksenlerdeki salınım açıları tekrar ölçülmüştür. Egzersiz sonunda bireyin frontal eksen ±0.2^o, lateral eksende ±0.03^o salınım yaptığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlar proprioseptif duyuların insan bilgisayar etkileşim araçları ile hem ölçülebileceği hem de geliştirilebileceğini göstermektedir. 

Keywords

• Alt ekstremite
• Denge
• Proprioseptif Duyu
• Unity
• Oyun Tabanlı Egzersiz

References

1. Akseki, D., Erduran, M., Özarslan S., Pınar, H.,(2010). Patellofemoral ağrı sendromu saptanan hastalarda,dizde vibrasyon duyusu, propriosepsiyon duyusu ile paralel olarak algılanmaktadır: Pilot çalışma. Eklem Hastalık Cerrahisi
2. Ateş, B., Çetin, E., Yarım, İ., (2017). Kadın Sporcularda Denge Yeteneği ve Denge Antrenmanları. Gaziantep Üniversitesi Spor Bilimleri Dergisi
3. Demir, A. ve Akın, M. (2018). Aktif Video Oyunları ve Wobble Board Denge Antrenmanının 6 Yaş Çocuklarda Dinamik Dengeye Etkisinin Karşılaştırılması. Gaziantep Üniversitesi Spor Bilimleri Dergisi, 3(4): 109- 121.
4. Erdoğan, C.S., Er, F., İpekoğlu, G., Çolakoğlu, T., Zorba, E., Çolakoğlu, F.F., (2016). Farklı denge egzersizlerinin voleybolcularda statik ve dinamik denge performansı üzerine etkileri. Spor ve Performans Araştırmaları Dergisi
5. İşler, K.A., (2007). Titreşimin performansa etkisi. Spor Bilimleri Dergisi, 18 (1): 42-56
6. Fidan, U., Yıldız, M., Şahan, A., Gün, A., (2018). Development Of Static And Dynamic Equation In The Lower Extremity: Design And Verifying Of Game Based Exercise And Measurement Device. 9 Th International Biomechanics Congress
7. Kaynak, H., Altun, M., Özer, M., Akseki, D., (2015). Sporda Propriosepsiyon ve Sıcak - Soğuk Uygulamalarla İlişkisi. CBÜ Beden Eğitimi ve Spor Bilimleri Dergisi
8. Şahin, G., Şeker, H., Yeşilırmak, M., Çadır, A., (2016). Denge diski egzersizlerinin dinamik denge ve duruş kontrolü üzerindeki etkisinin incelenmesi. Spor ve Performans Araştırmaları Dergisi

9. Şimşek, D., Ertan, H., (2011). Postural Kontrol Ve Spor: Spor Branşlarına Yönelik Postural Sensör-Motor Stratejiler Ve Postural Salınım. SPORMETRE Beden Eğitimi ve Spor Bilimleri Dergisi, 2011, IX (3) 81-90