20240626: 視覚認知反応トリプルホップテスト・ACL（R)・認知運動干渉
スポーツやレクリエーション活動に参加することは、個人の健康と幸福に全体的にプラスの影響を与えますが、筋骨格系の怪我を発症するリスクも伴います。スポーツ関連の時間喪失による怪我の約半数は下肢に発生し、サッカー、バスケットボール、バレーボールなどのスポーツでは足関節や膝の捻挫が最も多く発生します。下肢の怪我を負った人は、長期間のリハビリが必要となり、スポーツ活動の喪失や、場合によっては再建手術を受けて元のレベルの機能に戻る必要があるかもしれません。下肢の怪我後にスポーツに戻るためのアスリートの身体的準備を定量化するために、従来のスポーツ復帰（RTS）評価には、ホップパフォーマンス、等速性筋力、および患者の機能に対する認識の指標が含まれることが多いです。具体的には、トリプルホップテストは下肢の筋力、パワー、および二次的な前十字靭帯（ACL）損傷のリスクを予測することが示されています。しかし、医療提供者によりクリアされ、既存のRTS評価に合格した後でも、再発するACL損傷のリスクは依然として高く、リハビリテーションおよび退院基準の改善が必要です。RTSテストを強化するための潜在的な方法の1つは、孤立した身体機能を捉えるだけでなく、同時に多感覚統合および認知処理の要求下での身体機能を捉えて、混沌としたスポーツ環境をシミュレートすることです。アスリートは、感覚または予測エラーを補正するために運動応答を抑制するか、運動計画を更新するために環境からの感覚手がかりを継続的に統合しています。
特に、伝統的に下肢の怪我率が高いスポーツは、意思決定や運動計画に対する膨大な視覚認知処理の課題を課します。視覚認知処理能力に欠陥を示すアスリートは、ACL損傷の生体力学的リスク要因や下肢の怪我の発生率が高いことが確認されています。慢性的な足関節の不安定性を持つ個人は、視覚記憶や単純な注意タスクにおいて欠陥を示し、それが再発する足の不協和の原因となる可能性があります。さらに、ACL損傷および再建（ACLR）後、視覚認知関連の脳活動は、膝の運動制御において未損傷の対照群よりも高く、これは感覚統合の障害を補うためと考えられます。このため、怪我に関連する神経補償や素因により視覚認知能力が低下したアスリートは、視覚空間記憶（例：対戦相手やチームメイトの位置）や反応処理を試されるスポーツにおいて運動制御を維持する能力が低下する可能性があります。下肢の怪我後の神経学的および行動的データは、RTSテスト中に視覚認知プロセスに挑戦する必要性を示唆しており、準備の意思決定を改善することができます。
RTSテストに視覚認知デュアルタスクを組み込むことで、認知運動干渉（すなわち、認知／感覚運動刺激の並行処理）を定量化する手段が提供されます。これはスポーツにおいて典型的な状況ですが、臨床テストでは通常、孤立した身体的パフォーマンスのみを捉えます。健康な個人がタックジャンプ評価を行う際に、同時に作業記憶タスク（例：数字スパンリコールタスク）に挑戦されると、身体的パフォーマンスが低下します。しかし、Nessらによって行われたデュアルタスクホップ評価では、健康なアスリートにおける距離テストに作業記憶や視覚空間タスクを重ねた場合、顕著なデュアルタスクコストは見られませんでした。これらの研究を発展させ、健康な個人の従来のホップテストに視覚認知反応シナリオを加えることで、高い信頼性とテストに応じたホップパフォーマンスのデュアルタスクコストの範囲が確認されました。しかし、ホップ中に視覚注意を制御するための「行く／行かない」反応開始と視覚作業記憶タスクを組み合わせたテストは、まだ成功していません。
したがって、我々の目的は、新しい視覚認知トリプルホップテストを開発し、その信頼性を確立することでした。このテストは、反応開始のための反応抑制、連続ホップ中の視覚注意を制御する認知運動干渉、およびオンライン視覚作業記憶タスクを組み込んでいます。この新しい視覚認知トリプルホップテストの開発において、スポーツにおける視覚認知の重要な側面を占有し、理論化された神経補償戦略を評価しながら身体的パフォーマンスを評価することを目指しました。
視覚認知反応トリプルホップ（VCRトリプルホップ）とは？
スポーツには常にデュアルタスキングが必要であるため、怪我のリスクに関連する基礎的な要素を評価するために、視覚認知反応トリプルホップ（VCRトリプルホップ）を開発しました。具体的には、VCRトリプルホップはホップ距離（運動パフォーマンス）、反応時間、認知エラー（タスクの優先順位付け）、および身体エラー（着地の安定性）を、視覚認知能力を試されるタスクを実行しながら記録します。
VCRトリプルホップは、FitLightシステム（FITLIGHT Sports Corp）を使用して実施されました。このシステムは、周辺視覚の「行く／行かない」刺激、中央の視覚記憶タスク、及び反応時間を提供しました。2つのFitLightが、参加者の目の高さでスタート位置から前方20 cm、左右68.6 cmの位置に配置されました。もう1つのFitLightがスタート位置の前方26 cmの地面に配置され、反応時間（「GO」カラーが現れてから参加者が地面のFitLightを越えてホップを開始するまでの時間）を測定しました。周辺のFitLightは独立して動作し、1.5秒間隔でランダムに4つの異なる色（青、白、緑、赤）で点滅しました。ランダムに選ばれた1つの色が「GO」カラーとして指定され、他の色は「NO-GO」カラーとして指定されました。
「GO」カラーが左右どちらかに表示されたら、参加者はスタート位置から前方7.5 mの中央に配置されたFitLightに目を向けながら、支配脚で3回連続して前方にホップするよう指示されました。トリプルホップ中、中央のFitLightは0.5秒間隔でランダムな3色（青、黄色、紫）の順序で点滅し、参加者はホップ終了後にその順序を口頭でリコールする必要がありました。
成功したトライアルとするためには、参加者は3回連続してホップを行い、同じ脚で着地して2秒間バランスを保ちながら、地面反応時間FitLightを「トリガー」する必要がありました。バランスを崩したり、追加のホップを行ったり、途中で脚を変えたりすると、身体的な失敗と見なされ、トライアルは繰り返されました。参加者が「NO-GO」カラーでホップを開始した場合や、中央FitLightの順序を誤ってリコールした場合、それは認知エラーとして記録され、地面反応時間を測定するFitLightがトリガーされなかった場合にのみトライアルが繰り返されました。3回の成功したトライアルの最大距離（センチメートル）および最短反応時間（秒）が分析に使用されました。
従来のトリプルホップとVCRトリプルホップは、それぞれ優れた信頼性を示しました（ICC(3,1) = .96、ICC(3,1) = .92）。VCRトリプルホップの反応時間は中程度の信頼性を示しました（ICC(3,1) = .62）。Bland–Altmanプロットでは、従来のトリプルホップとVCRトリプルホップの最大ホップ距離間に日ごとの系統的な変化がないこと、およびVCRトリプルホップの反応時間に差がないことが示されました。
テストの1日目では、従来のトリプルホップと比較して、VCRトリプルホップ中の最大ホップ距離が有意に短かったです。VCRトリプルホップに視覚認知タスクを追加すると、ホップ距離は8.17%減少しました（36.4 [5.1] cm; P < .05, d = 0.55）。従来のトリプルホップとVCRトリプルホップの間で身体的エラーに有意な差はありませんでした（P > .05）。
この研究の目的は、新しい視覚認知反応トリプルホップ（VCRトリプルホップ）テストを作成し、その信頼性を評価することでした。従来のトリプルホップテストとVCRトリプルホップテストの両方において、最大ホップ距離に関して優れた信頼性が確立され、VCRトリプルホップテストの反応時間に関しては中程度の信頼性が示されました。さらに、従来のトリプルホップと比較して、視覚認知負荷がかかると最大ホップ距離が有意に減少しました。総じて、周辺視覚注意（反応抑制）および中央視覚注意（作業記憶）に挑戦するように設計されたVCRトリプルホップタスクは、信頼性があり、従来のトリプルホップテストよりも身体的パフォーマンスを評価する上でより難しいものでした。
機能テスト中の視覚認知コスト
視覚認知能力は、視覚的な刺激を認識し、適時かつ協調的な運動反応を生成する能力を媒介することで、身体パフォーマンスおよびスポーツ関連の怪我のリスクに影響を与える可能性があります。視覚運動反応時間の低下は、利用可能な運動準備時間を減少させ、迅速なジャンプ着地や方向転換の際に膝の外反を避けるための低リスクの協調能力を損なう可能性があります。以前の研究では、視覚認知能力と怪我のリスクとの関連が生体力学の実験室で確認されていますが、類似の反応センサーを用いた実用的な臨床試験の開発も始まっています。Brinkmanらは、参加者が片足でバランスを取りながら、前方の半円状に配置された5つのFitLightがランダムに点灯するものをタップする信頼性のある下肢反応時間評価を開発しました。このタスクの平均反応時間は健康な大学生集団で0.58秒でした。以前の研究で報告された平均反応時間はVCRトリプルホップタスク（1.00秒）よりも速いです。この反応時間の速度差は、反応時間の測定方法の違いによるものである可能性があります。下肢バランスタスクは静的な性質ですが、VCRトリプルホップは下肢のパワー生成を必要とする動的なタスクです。さらに、離陸を開始するためのカウンタームーブメントモーションや、反応センサーをトリガーするための時間が含まれていた可能性があり、これが以前の文献と比較して反応速度を遅らせた可能性があります。
デュアルタスクの神経認知メモリトリプルホップテストでは、中央のFitLightトレーナーデバイスに複数のディストラクタカラーを組み合わせた反応抑制を含むもので、視覚運動反応時間が1.05秒と同程度であることが確認されました。VCRトリプルホップタスクは、周辺の反応抑制による選択的反応開始と、ホップ中に継続的に表示される中央の視覚記憶タスクを組み込むことで、以前の神経認知メモリトリプルホップテストを拡張したものです。
ホップ中にオンライン視覚認知メモリーチャレンジを追加することで、ホップ開始のみを妨害する以前の研究を拡張し、認知運動干渉が生じます。一般的に、認知運動干渉による運動タスクパフォーマンスの低下（デュアルタスクコストの増加）は、認知タスクの優先順位付けに起因します。Simonらは、中央のFitLightに表示された指定の「GO」カラーでトリプルホップを開始する際に（ホップ開始のための反応抑制と予測を必要とする）、トリプルホップパフォーマンスが6％から8％低下することを報告しています 。Simonらによって同様のホップパフォーマンスの低下が観察されましたが 、着地時に地面や下肢に視線を固定することで補償できた可能性があります。
VCRトリプルホップテストでは、中央のFitLight視覚記憶タスクを追加することで、個人の視覚的注意を前方に集中させ、着地時に不安定さを補うために地面を見ることを防ぐよう設計されています。VCRトリプルホップは、周辺反応抑制および視覚記憶タスクを通じて認知エラーを捉え、運動パフォーマンス（ホップ距離の減少）に対するデュアルタスクコストも捉えます。セッションごとに約3つの認知エラーがあることは、いくつかの試行で参加者がタスクの認知部分よりも物理的ホップ部分を優先した可能性を示しています 。認知エラーのカウントと運動パフォーマンスの評価を組み合わせることで、タスクの優先順位付け（認知または物理）の臨床解釈が可能になります。
他の研究では、視空間タスク（DOTS）と逆方向の数字列再生タスク（DIGITS）を統合し、健康な個人におけるクロスオーバートリプルホップパフォーマンスに対するコストは最小限で1％から2％でした。DOTSデュアルタスクでは、個人がクロスオーバートリプルホップテストを同時に行いながら、1.5秒間表示されるテレビ画面上の青いドットの中から赤いドットの数を覚える必要がありました。標準タスクとDOTSデュアルタスクの間の小さなパフォーマンス低下は、視空間チャレンジが認知運動干渉を引き起こすのに十分な難易度ではなかったことを示唆しています。DIGITSデュアルタスク中、参加者はクロスオーバートリプルホップを行う前に二度繰り返された数字の列を聞き、最終着地後に数字を逆順に再生しました。DIGITSデュアルタスクでは、物理的なホップパフォーマンスが有意に低下することが示されましたが、DIGITS基準タスクと比較して認知的精度の低下は最小限でした。これは、個人が認知精度を維持するために機能的ホップタスクよりも作業記憶のDIGITSタスクを優先した可能性を示唆しています。以前のデュアルタスク評価とVCRトリプルホップの主な違いは、VCRタスクがホップ中の連続作業記憶タスクに注意を割り当てることを要求することで、視覚認知の補償を減らすことを目指している点です。
タスク中のオンライン視覚注意の意義
ホップ中にオンライン視覚作業記憶タスク（中央の光に視線を固定し、ホップ中に現れる色を覚える必要がある）の追加は、これまでのデュアルタスクスポーツ特異的評価と比較して、このテストにおける重要な進展です。ホップの各ステップ中に視覚的注意と作業記憶を要求することで、ホップの物理的パフォーマンスや着地の安定性に対する注意の再割り当てを減らします。これは、ACL再建（ACLR）を受けた人々に特有の影響を与える可能性があります。なぜなら、怪我後の簡単な膝の動き中の脳活動は、膝の制御を維持するためにより高い注意の配分を示唆しているからです。しかし、スポーツにおける視覚的注意は、外部刺激（例：対戦相手、ボール、チームメイト）を監視し、その情報を意思決定や空間ナビゲーションに使用する必要があります。ACL再建後、マルチセンサリー統合と運動制御に関連する領域内での神経活動の増加は、視覚認知統合と膝関節運動制御タスクを同時に行う能力を妨げる可能性があります。したがって、VCRトリプルホップ評価は、タスクの間、視覚注意を物理的な運動タスク（例：最大距離と安定した着地）のパフォーマンスに補償させるのではなく、中央の視覚認知刺激に視線を固定させることを要求するこの考えに基づいて開発されました。
臨床的意義
VCRトリプルホップは、以前に確立されたデュアルタスクホッピングの文献を拡大し、周辺反応抑制、中央視覚注意、および作業記憶を一つの臨床的に実現可能な評価内で挑戦します。我々のデータは、これらの視覚認知構造が一つのパフォーマンス評価で信頼性を持って挑戦できることを支持しています。我々の研究は健康なコントロールを登録し、視覚認知チャレンジの追加によるデュアルタスクコストを発見しましたが、ACLRに関連する神経可塑性と視覚認知への依存は、健康な個人よりもさらに大きなデュアルタスクコストをもたらす可能性があります。この研究では反応時間を捉えるために器具を使用しましたが、ホップ中の反応開始と注意の挑戦は、技術を少なくして臨床的に実施することができます。複数の評価者が利用可能であれば、周辺の反応開始は、アスリートの横に立つ個人による手信号（開始と停止の信号を含む）で完了することができます。ホップ中のオンライン視覚作業記憶も、コンピュータやタブレットが事前に設定された色や数字、または他の刺激を循環させることや、再び評価者による手信号で再現することができます。視覚的な手がかりは、視覚認知能力とACL損傷リスクおよび関連する術後神経可塑性との関連性のために推奨されますが、評価者が少ない場合は、反応開始のために聴覚的な手がかりも使用でき、アスリートの能力に基づいてさまざまな反応抑制の挑戦にカスタマイズすることができます。
VCRトリプルホップテストは、ホップパフォーマンスと反応時間においてそれぞれ優れた信頼性と適度な信頼性を確立しました。さらに、視覚認知デュアルタスクの追加により、最大ホップ距離が従来のトリプルホップと比較して有意に低下しました。VCRトリプルホップ評価は、ホップテストに視覚認知的な挑戦を組み込む信頼性の高い方法を提供し、RTS（競技復帰）テストのパフォーマンスの難度を増加させます。
まとめ
現在の下肢スポーツ復帰テストでは、主にアスリートの身体状態を考慮していますが、スポーツに参加するには継続的な認知的二重課題への取り組みが必要です。したがって、目的は、下肢損傷後のスポーツ復帰テストを改善するために、オンライン視覚認知処理と神経筋制御を組み合わせた典型的なスポーツの要求をシミュレートする視覚認知反応 (VCR) トリプル ホップ テストを開発し、その信頼性を評価することでした。
健康な大学生21名(女性11名、23.5[3.7]歳、身長1.73[0.12]m、体重73.0[16.8]kg、テグナー活動スケール5.5[1.1]点)が参加した。参加者はVCR二重課題ありとなしで片足三段跳びを行った。VCR課題には、末梢反応抑制と中枢作業記憶に作用するFitLightシステムが組み込まれていた。最大跳び距離、反応時間、認知エラー、身体エラーを測定した。
従来のトリプルホップ (クラス内相関係数: ICC(3,1) = .96 [.91-.99]、測定の標準誤差 = 16.99 cm) と VCR トリプルホップ (クラス内相関係数 (3,1) = .92 [.82-.97]、測定の標準誤差 = 24.10 cm) は、どちらも最大ホップ距離について優れた信頼性を示し、VCR トリプルホップ反応時間について中程度の信頼性を示しました (クラス内相関係数 (3,1) = .62 [.09-.84]、測定の標準誤差 = 0.09 秒)。平均すると、VCR トリプルホップは、従来のトリプルホップと比較して、ホップ距離が 8.17% (36.4 [5.1] cm、P < .05、d = 0.55) 不足しました。 VCR トリプル ホップのホップ距離は、優れたテスト - 再テスト信頼性があり、従来のトリプル ホップ評価と比較すると、身体能力の大幅な低下を引き起こしました。VCR トリプル ホップの反応時間も、中程度の信頼性を示しました。
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