Análisis de la variabilidad de un patrón motor ante diferentes niveles de constreñimiento

Resumen

INTRODUCCIÓN La variabilidad es una característica inherente a la naturaleza que se observa de manera prominente en los seres biológicos y por tanto en el ser humano, siendo una característica diferenciadora de cada individuo que lo hace único. Es sencillo comprobar lo diferentes que somos con simplemente observar nuestro comportamiento, costumbres o gustos. Son innumerables los aspectos que nos hacen únicos y no debe sorprender que esas diferencias se observen en nuestro movimiento. Como pueden observar todos y cada uno de los sujetos que aparecen a continuación tienen algo en común, se mueven, se desplazan para alcanzar un objetivo, cruzar la calle. Pero tal y como pueden apreciar, cada sujeto utiliza una forma diferente de realizarlo. Desde el punto de vista del movimiento humano, esta variabilidad es descrita como variaciones habituales que se producen durante la ejecución de múltiples repeticiones de una misma tarea. A lo largo de la historia, numerosos investigadores se han preguntado sobre las razones por las que el ser humano tiene un comportamiento motor variable, y cuál es la explicación de que este fenómeno se produzca. La variabilidad ha sido estudiada bajo dos perspectivas bien diferenciadas: Por un lado, partiendo de preceptos cognitivos procedentes de la teoría del esquema motor, Schmidt y col. (1979), trataron de explicar este fenómeno a través de lo que denominaron la teoría de la variabilidad del impulso. Bajo esta perspectiva, la variabilidad del movimiento era interpretada como ruido o fluctuaciones aleatorias de los mecanismos neuromusculares durante la ejecución de un programa motor, que provocan una traducción inexacta a la actividad neuromuscular y, por tanto, debían ser eliminados o minimizados con el fin de optimizar y mejorar el control de movimiento. Desde esta perspectiva, la variabilidad ha sido utilizada como medida de rendimiento y, abordada mediante procedimientos que evalúan la variabilidad del resultado, entendida esta como las consecuencias finales de una acción. Tradicionalmente, la variabilidad del resultado ha sido analizada a través de la magnitud de la dispersión de los valores respecto a un punto criterio, mediante herramientas estadísticas como son la media, la desviación típica o el coeficiente de variación. Algunos estudios cuestionan el valor de la variabilidad como clasificador del rendimiento, encontrando mayores niveles de variabilidad en individuos de mayor nivel de rendimiento. Estos resultados han sido abordados principalmente a través de la teoría de sistemas dinámicos, tratando de explicar los comportamientos y posibles transiciones que puedan ocurrir en un sistema, partiendo de la consideración de los seres vivos como sistemas dinámicos complejos y abiertos. Esta perspectiva resta importancia a los procesos internos para dirigir el estudio del comportamiento motor a las relaciones entre las dinámicas intrínsecas del individuo, las características de la tarea y el entorno en el que se desarrolla, considerando el comportamiento motor en su integridad mediante el estudio global de las interacciones. La introducción de este nuevo punto de vista, ha propiciado el cambio de paradigma de estudio de la variabilidad, dejando de ser considerada como ruido o errores del sistema para ser cuestión de estudio, relacionada con la abundancia de grados de libertad del sistema como característica del cuerpo humano. Desde esta perspectiva, la variabilidad se interpreta como una característica funcional, más allá de errores indeseables del sistema, ostentando un papel favorecedor de la exploración del entorno y por tanto la mejora de la organización del sistema y del rendimiento. Nuevos enfoques basados en la teoría de sistemas dinámicos sugieren que la variabilidad contiene información relevante sobre el movimiento, aspecto que ha propiciado el desarrollo y uso de nuevas herramientas que permitan describir las diferentes características de la variabilidad, su estructura temporal y su complejidad. La incorporación de nuevas metodologías de análisis de la variabilidad ha permitido observar tal (y como se puede ver en la imagen), que valores similares de magnitud de variabilidad, pueden mostrar valores diferentes cuando son analizados mediante herramientas que analizan su evolución temporal y su estructura, así como incrementos en los valores de magnitud no tienen por qué provocar cambios en su estructura. En el ámbito del movimiento humano, dos de las herramientas… DFA es una herramienta que analiza el rango de autocorrelación de una señal, examinando los valores de una serie temporal en distintas fases temporales para encontrar periodicidad dentro de la señal, siendo definido este por el parámetro alfa “α” que representa las propiedades de correlación de la señal. Estas propiedades pueden mostrar diferentes valores que indicarían la tendencia de la serie temporal. Algunos autores han relacionado la complejidad de la variabilidad con altos valores de entropía, interpretados estos como un signo de un sistema saludable en constante exploración del espacio que le rodea, y preparada para adaptarse a posibles situaciones inesperadas. Otros autores indican que la complejidad está relacionada con un comportamiento de características fractales o valores de dfa próximos a 1, también denominado ruido rosa. Estas características fractales se ha relacionado con comportamientos auto-organizados o exploratorios de los sistemas. En la literatura se recogen numerosos trabajos que argumentan o sostienen que la variabilidad motora es un elemento necesario para la funcionalidad de los sistemas y por tanto un índice de la habilidad para adaptarse. En el ámbito del movimiento humano la variabilidad se ha relacionado con la flexibilidad y la capacidad de adaptación a un entorno en constante cambio. Estos comportamientos han sido observados en numerosos estudios (tiradores de pistola, jugadores de tenis de mesa). Algunos autores relacionan las modificaciones producidas en la variabilidad motora con la voluntariedad, intencionalidad o la atención a la hora de realizar una tarea. La utilización de herramientas de análisis no lineal ha permitido relacionar la complejidad de la señal con incrementos o descensos de la variabilidad, interpretando éstos como signos de mayor o menor atención, intencionalidad o voluntariedad en la tarea. Sin embargo, la relación entre la estructura de la variabilidad y los comportamientos planteados sigue siendo cuestión de debate en la actualidad (latash, 2015) Si la estructura de la variabilidad permite identificar comportamientos exploratorios del sistema, nuestra pregunta es: ¿nos permitiría también identificar los comportamientos exploratorios que muestra una persona cuando trata de ajustarse a un objetivo? ¿Cómo sabemos que el participante está ajustándose a la tarea? Esta tarea que les muestro a continuación es un típica tarea de aprendizaje motor, en la que se le pide al sujeto/participante que golpee a una diana situada en la pared, como podría ser un lanzamiento a portería o un servicio tenis. Para contestar estas preguntas, planteamos la realización de una tarea de precisión en la que manipularemos los requerimientos de precisión, como constreñimientos de la tarea. Estos resultados permitirían identificar la intencionalidad de los participantes durante la realización de las tareas planteadas, observando tanto su rendimiento como la estructura de su variabilidad. METODO En nuestro experimento tomaron parte 42 participantes, con una media de edad de 26±5, compuesta en su totalidad por alumnos de grado y postgrado de la universidad miguel Hernández, los cuales fueron informados de las tareas a realizar, así como de los objetivos del mismo, firmando un consentimiento informado de acuerdo con las directrices éticas de la universidad miguel Hernández. Todos ellos realizaron las tareas de punteo de 600 ciclos continuos a una frecuencia de 1Hz marcada por un metrónomo mediante un estilete conectado a un sistema tridimensional de posición Polhemus. Para testar las hipótesis de este estudio y cumplir con los objetivos de esta tesis se consideró como variable independiente la magnitud de constreñimiento de la ejecución de la tarea con tres niveles: bajo (tarea sin diana), medio (tarea con diana) y alto (tarea con recompensa). En la tarea constreñida con diana y con recompensa, previo al inicio de la misma, se informaba a los participantes de que iniciaban la tarea con una cantidad de 10€ que se reduciría en función de la precisión obtenida. A los participantes se les informaba cada minuto del tiempo de ejecución y de la cantidad de recompensa restante. La tarea con recompensa fue manipulada para obtener tres niveles de la reducción de la recompensa conforme avanzaban los ensayos, encontrándose dos bifurcaciones presentadas en el minuto tres y en el minuto seis. Para cumplir con los objetivos propuestos, se aplicó un diseño mixto de medidas repetidas para comparar los efectos de los tres niveles de la variable independiente, aplicando un post-hoc de bonferroni para las comparaciones múltiples. Por otro lado, el análisis de los efectos provocados sobre las variables de rendimiento y la estructura de la variabilidad de los niveles alto 1, alto 2 y alto 3, se realizó un Anova de un factor entre sujetos, para comparar las medias de los grupos. Las relaciones entre las variables de este estudio, fueron analizadas mediante la realización de un diseño correlacional con la intención de conocer la intensidad y sentido de estas relaciones. RESULTADOS La tarea constreñida por una recompensa provocó un mayor esfuerzo por parte de los participantes para ajustarse durante la fase de frenado con el objetivo de ajustarse a la diana. Para comprobar la evolución del rendimiento durante la realización de las diferentes tareas, se dividieron los 600 ensayos en tres secciones, inicial, media y final calculando la media de los tres bloques, permitiendo observar la evolución temporal de las variables de error. El análisis por ventanas mostró un incremento del error en todos los test a medida que avanzaba la prueba, aspecto que podría estar relacionado con la fatiga, el aburrimiento o la perdida de atención derivado de realizar una tarea muy sencilla y que era repetida durante todas las condiciones de ejecución de la tarea. Estos resultados están en contra de los presentados por Gates y Dingwell (2008) que comparaban los efectos de la fatiga sobre el rendimiento en una tarea de precisión, observando que la fatiga inducida, no afectó de manera significativa sobre el rendimiento en la tarea. Una posible explicación podría ser debida la fatiga psicológica que los participantes podrían experimentar al estar sometidos durante largos periodos a una tarea cognitiva, provocándoles perdidas de atención durante el desarrollo de las tarea (Boksem y col, 2005) Las tareas sometidas a los constreñimientos, mostraron una mayor irregularidad de las series temporales, que sería ocasionada por la necesidad de realizar ajustes para corregir el error observado cada ensayo e impactar en la diana, provocando una pérdida de regularidad. El incremento de la irregularidad en las tareas constreñidas por una recompensa indica una mayor cantidad de correcciones realizadas con el objetivo de ajustarse mejor a la diana y mantener la recompensa, que se traduce finalmente en un incremento de la entropía o regularidad. Los resultados de autocorrelación, siguen la línea de los presentados por van Orden en los que una influencia grande de un constreñimiento resultaría en valores próximos o iguales a ruido blanco y muy leve o la ausencia de constreñimiento tendería hacia valores próximos o cercanos a ruido rosa Los resultados obtenidos en las diferentes tareas mostraron valores de autocorrelación similares en todas las fases, no observándose diferencias significativas en las tareas con diana y con recompensa. Algunos estudios han relacionado la fatiga con descensos en los valores de autocorrelación, no observándose este fenómeno en nuestros resultados. La posición de la mano durante la ejecución de las tareas no estuvo constreñida por ningún parámetro externo, sin embargo, tal y como pueden observar, los constreñimientos de la precisión afectaron de forma significativa a la posición de la mano en las distintas situaciones, incluso en una en una dirección opuesta a lo que cabría esperar. Por tanto, sería necesaria la realización de estudios que trataran de profundizar en estos resultados, siendo esta una línea futura de investigación. Los resultados en la autocorrelación siguen la línea a los presentados por LI y col., 2015 en los que la ausencia de constreñimientos tendería hacia valores próximos o cercanos a ruido rosa. El efecto de la manipulación de la recompensa no mostró diferencias significativas entre ninguno de los niveles de manipulación de la recompensa. Las correlaciones encontradas en la tarea sin diana están en la línea de trabajos previos, que sugieren que una mayor complejidad estaría asociada con un mayor rendimiento, entendido este como una mayor irregularidad y una menor autocorrelación. Los resultados obtenidos cuando se incremente el nivel de constreñimiento reflejan la actual controversia en la relación complejidad/rendimiento, Si bien, las relaciones entre la complejidad y el rendimiento están siendo abordados en la actualidad en unos de los trabajos realizados por el grupo de investigación. CONCLUSIONES La relación entre el rendimiento y la estructura de la variabilidad fue observada únicamente en la tarea sin constreñir, desapareciendo esta relación cuando las tareas eran constreñidas por una diana o una recompensa La introducción de una diana supuso un incremento en el nivel de constreñimiento de la tarea, mostrando una mejora del rendimiento y disminuyendo la variabilidad del resultado de la acción. La realización de la tarea ajustándose a una diana provocó una modificación de la estructura de la variabilidad del resultado, hacia valores más irregulares y menos autocorrelacionados. La aportación de recompensa durante la tarea supuso un incremento en el nivel de constreñimiento en la tarea, mostrando una reducción en el error y en la variabilidad del resultado. La aportación de recompensa durante la tarea cíclica de punteo provocó una estructura de la variabilidad más irregular y menos autocorrelacionada. La modificación en el constreñimiento de precisión no provocó efectos sobre la magnitud o la estructura del tiempo de movimiento, ajustada a un ritmo externo y manteniéndose estable durante la realización de las tareas. Los resultados en el rendimiento obtenidos en los ensayos finales de la tarea cíclica de punteo mostraron un descenso en el rendimiento independientemente del nivel de constreñimiento de la tarea, sin un efecto significativo en la estructura de la variabilidad en comparación con los ensayos iniciales. LIMITACIONES Y PROSPECTIVAS DE INVESTIGACIÓN 1. En la literatura específica algunos autores recomiendan una cantidad mínima de 1024 ensayos para realizar análisis mediante herramientas no lineales de las características que se han utilizado en esta tesis, por tanto, la reducción del número de ensayos para su aplicación en entornos ecológicos. 2. Incremento de los niveles de constreñimiento en la tarea con recompensa con el objetivo de profundizar en la relación entre complejidad y rendimiento a fin de evaluar si se trata de una relación causal y cuáles serían las posibles variables mediadoras. 3. La realización de estudios de similares características donde se realice un protocolo de aprendizaje con varios test en diferentes sesiones que permitieran observar el efecto provocado sobre los participantes. 4. Nuevos trabajos que traten de analizar el efecto provocado por la fatiga sobre las variables analizadas en nuestro estudio.