title: The effect of mental stress on human motor control during familiar and unfamiliar movement tasks
Creators: name: Hlavac, Catherine
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Muskelsynergien sind zusammenwirkende Muster der Muskelaktivierung, die zur Ausführung bestimmter Bewegungen verwendet werden. Die damit zusammenhängende Muskelsynergie-Theorie besagt, dass das zentrale Nervensystem nicht jeden Muskel einzeln aktiviert, sondern Muskelgruppen innerhalb mehrerer motorischer Module durch einen gemeinsamen Aktivierungsbefehl koordiniert und dadurch die Komplexität der motorischen Kontrolle reduziert. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, wie mentaler Stress die Bewegungskontrolle beeinflusst. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass i) Synergievektoren durch Stress nicht beeinflusst werden, ii) die trial-to-trial Variabilität der Aktivierungskoeffizienten mit Stress zunimmt und iii) die trial-to-trial Variabilität der zeitlich-räumlichen Parameter mit Stress ebenfalls zunimmt. Die Daten wurden in vier dreiminütige Testläufe auf dem Laufband erfasst: Vorwärtsbewegung ohne Stress, Vorwärtsbewegung mit Stress, Rückwärtsbewegung ohne Stress und Rückwärtsbewegung mit Stress. Mentaler Stress wurde mithilfe des Paced Auditory Serial Addition Task induziert und Oberflächen-EMGs wurden zur Bestimmung der Muskelaktivität der unteren Extremitäten verwendet. Die Resultate zeigen, dass sich die Synergievektoren und trial-to-trial Variabilität der Aktivierungskoeffizienten nicht zwischen Durchgängen ohne Stress und mit Stress unterschieden. Die trial-to-trial Variabilität der zeitlich-räumlichen Parameter zeigte beim Vergleich von trials ohne Stress und mit Stress einen signifikanten Unterschied bei der gewohnten (vorwärts), jedoch nicht bei der ungewohnten (rückwärts) Bewegung. Die Proband*innen zeigten einen hohen Prozentsatz gemeinsamer Synergien sowohl bei gewohnten (90 %) als auch bei ungewohnten (80 %) Bewegungen, was darauf hindeutet, dass die grundlegenden Mechanismen der Bewegungskontrolle unter Stress unverändert bleiben. Entgegen den Erwartungen unterschied sich die trial-to-trial Variabilität der Aktivierungskoeffizienten nicht signifikant zwischen Durchgängen ohne Stress und mit Stress. Allerdings wurde bei vorwärts mit Stress eine erhöhte trial-to-trial Variabilität der zeitlich-räumlichen Parameter beobachtet, was auf eine geringere Bewegungskonsistenz schließen lässt. Bei rückwärts wurde keine Signifikanz festgestellt, was wahrscheinlich auf die Heterogenität der ungewohnten Bewegungen zurückzuführen ist.
description: Muscle synergies are cooperating patterns of muscle activation that are used to perform certain movements. The related muscle synergy theory suggests that the central nervous system does not activate each muscle individually but rather coordinates groups of muscles within multiple motor modules through a common activation command, which reduces the complexity of motor control. The aim of this thesis was to determine how stress affects movement control. It was hypothesized that i) synergy vectors are not influenced by mental stress, ii) trial-to-trial variability of activation coefficients increases with mental stress and iii) trial-to-trial variability of temporal spatial parameters also increases with mental stress. The data was recorded in four three-minute-long test runs using the treadmill: forward movement without stress, forward movement with stress, backward movement without stress and backward movement with stress. Mental stress was induced using the Paced Auditory Serial Addition Task and surface EMGs were used to determine muscle activity of lower extremities. The results show that the synergy vectors as well as the trial-to-trial variability of activation coefficients did not differ between trials with and without stress. The trial-to-trial variability of temporal spatial parameters showed a significant difference when comparing trials with and without stress for the familiar (forward), but not for the unfamiliar (backward) movement. Participants exhibited high percentages of shared synergies in both familiar (90%) and unfamiliar (80%) movements, indicating that fundamental movement control mechanisms remain unchanged under stress. Contrary to expectations, trial-to-trial variability of synergy activation coefficients did not differ significantly between the stress and no stress conditions. However, increased trial-to-trial variability in temporal spatial parameters was observed in the forward task under stress, suggesting reduced movement consistency. No significance was found in backward walking, likely due to the heterogeneous nature of unfamiliar movements.