Forschungsprojekte

Aktuelle Forschungsprojekte

Erfolgreiche Teilnahme am 13. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik (DGfB)

Über den Zeitraum vom 24.04 bis 26.04.2024 nahmen Niclas Masuch, Lukas Verderber, Jesus A. Escalona Navarro sowie Dr. Andresa Germano am 13. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik in Heidelberg teil. Thematisch lag der Schwerpunkt auf der Bewegungs- und Ganganalyse sowie auf den biomechanischen Verfahren, welche in unterschiedlichen Kontexten vorgestellt wurden.

Auch wir beteiligten uns an dem intensiven Austausch und stellten folgende Fachbeiträge vor:

• Correlation between ankle proprioception during upright stance and balance in healthy adults
• Acute effects of running on sensitivity, plantar pressure, and stability in recreational runners
• Infrared thermography as a monitoring-tool in youth elite soccer players
• Effects of a physical exercise session performed after a school content teaching on the modulation of student’s learning
• Unveiling skin temperature response to localized muscular fatigue: an infrared thermographic exploration at m. triceps surae
• Effects of feet warming on plantar pressure distribution, pain threshold, and skin sensitivity

Wir möchten uns nochmals bei unseren Partnern bedanken, denn die Beiträge entstanden im Rahmen zweier zwischenstaatlicher Kooperationen mit der Universität in Valencia (Spanien) sowie der UNIPAMPA in Uruguaiana (Brasilien).

Insgesamt war es ein abwechslungsreicher Kongress mit spannenden Themen sowie der Möglichkeit zum fachlichen Austausch. In diesem Sinne konnten bestehende Beziehungen zu Wissenschaftlern und Firmen gestärkt und neue Verbindungen geknüpft werden.

Forschungsaufenthalt und -austausch in Valencia, Spanien

Lukas Verderber verbringt im Rahmen eines durch Erasmus+ geförderten Forschungspraktikums drei Monate in Valencia bei unserem Kooperationspartner der Forschungsgruppe GIBD (Grupo de Investigación en Biomecánica Deportiva), geleitet von Prof. Jose Quesada und Prof. Inmaculada Aparicio. Das Ziel dieses wissenschaftlichen Austauschs ist die Vermittlung von Wissen in der Anwendung von Infrarotthermografie sowie anderer Messinstrumente wie Elektromyografie und Dopplersonographie. Aktuell werden vor Ort drei Forschungsprojekte durchgeführt, wobei zwei Projekte einen sportwissenschaftlichen und das verbleibende sich mit den bisherigen sowie zukünftigen Parametern zur Auswertung von thermografischen Bildern beschäftigt. Die Datenerfassung und -auswertung stehen während des Aufenthalts im Vordergrund. Darüber hinaus können beide Seiten durch den Austausch von bisherigen Forschungserfahrungen symbiotisch voneinander profitieren. Aufgrund der bisher erfolgreichen Zusammenarbeit sind weitere Projekte für die Zukunft geplant.

Durch den täglichen Gebrauch verbessern sich auch die Sprachkenntnisse sukzessive. Neben der Arbeit an der Universität von Valencia bleibt genug Zeit, die Region zu erkunden und neue Kulturen und Bräuche kennenzulernen. Mit einer kurzen Eingewöhnungszeit gestaltet sich das Leben in Valencia als sehr angenehm, da zahlreiche Möglichkeiten geboten werden.

Insgesamt war der Forschungsaufenthalt bisher äußerst erfolgreich. Er bietet eine ausgewogene Mischung aus Arbeit an einer universitären Forschungseinrichtung, dem Besuch verschiedener Orte und dem Erleben neuer Erfahrungen.

Gemeinsame Arbeit mit der Federal University of Santa Catarina (UFSC) und der University of the State of Santa Catarina in Brasilien (UDESC)

Während einer Dienstreise nach Brasilien im September 2023 haben wir Prof. Ricardo Pimenta von der Federal University of Santa Catarina sowie Prof. Francisco Rosa Neto von der Santa Catarina State University in Florianópolis besucht. Der Hauptzweck dieses Besuchs war der Gastvortrag von Dr. Andresa Germano mit dem Titel "Die Beziehung zwischen Propriozeption, Hautsensibilität und motorischer Kontrolle". Darüber hinaus haben wir uns intensiv mit der motorischen Testbatterie "Motor Development Scale - III" befasst, die zur Früherkennung von Entwicklungsstörungen bei Kindern eingesetzt wird. Während unseres Aufenthalts konnten wir bei der Evaluation sowohl von "typisch" entwickelnden Kindern als auch von Kindern mit Entwicklungsstörungen wie ADHS und Autismus mitwirken.

Wir sind sehr dankbar, dass Prof. Rosa Neto, der Entwickler der Testbatterie, uns freundlicherweise die Möglichkeit gegeben hat, diese Testbatterie für zukünftige Messungen an der TU Chemnitz zu nutzen. Wir freuen uns auf die kommende Zusammenarbeit und sind gespannt auf die neuen Erkenntnisse, die wir in diesem Bereich gewinnen können.

Beteiligte Personen: Dr. Andresa Germano, Niclas Masuch, Prof. Ricardo Pimenta, Prof. Francisco Rosa Neto

DAAD-PPP Forschungsprojekt mit der Federal University of Pampa in Brasilien

Im September 2023 fand im Rahmen des DAAD-PPP Forschungsprojekts eine weitere Austauschveranstaltung in Zusammenarbeit mit der Universität Unipampa (Federal University of Pampa) statt, wodurch die wissenschaftliche Vernetzung weiter gestärkt werden konnte. Gastgeber war erneut Prof. Felipe Carpes, der kürzlich zum „President-elect“ der ISB (International Society of Biomechanics) gewählt wurde. Während dieses Austauschs hatten zwei Masterstudierende und zwei Promotionsstipendiaten der TU Chemnitz die Gelegenheit, vier Wochen lang vor Ort wissenschaftlich zu arbeiten und Pilotmessungen durchzuführen. In der letzten Septemberwoche besuchte Dr. Germano die UNIPAMPA-Gruppe, um einen Vortrag zu halten und als Gutachterin der Doktorandenverteidigung von Dr. Carlos de La Fuente teilzunehmen. Gemeinsam mit Prof. Carpes wurden zudem die nächsten Schritte des Projekts abgestimmt.

Eine besonders interessante Aktivität innerhalb des Projekts ist die Validierung eines markerlosen Systems zur Bewegungsanalyse namens "Mokapp" mithilfe des VICON-Systems. Es ist beeindruckend zu sehen, dass bereits viele Bachelorstudierende ein starkes Interesse an der Wissenschaft zeigen und freiwillig im Labor von Prof. Carpes mitarbeiten.

Beteiligte Personen: Dr. Andresa Germano, Dr. Daniel Schmidt, Prof. Dr. Felipe P. Carpes, Jesus Escalona, Niclas Masuch, Ole Grunow, Melanie Strohbach

DAAD-PPP Programm mit Kanada: Einfluss von Einlegesohlen auf die Muskelaktivität, Propriozeption und Sensorik

Im zweiten Abschnitt der vorliegenden Studie wurde der Fokus auf die Auswertung der im ersten Abschnitt erhobenen Daten gelegt. Ein Masterstudent der Technischen Universität Chemnitz, Lukas Verderber, war vom 03.05-10.06.2023 persönlich an der Wilfrid Laurier University anwesend, um diesen Prozess voranzutreiben. Neben der Durchführung von Laborarbeiten gab es auch einen bemerkenswerten Höhepunkt, nämlich den Besuch einer Konferenz zur menschlichen Biomechanik an der Universität von Waterloo. Dieser Besuch ermöglichte uns die Vernetzung mit anderen Forschern und die Sammlung neuer Ideen für zukünftige Studien.

Im Anschluss setzten wir den wissenschaftlichen Austausch fort und hatten die Ehre, Dr. Kelly Robb vom 12.06-28.07.2023 bei uns an der TU Chemnitz zu begrüßen. Während ihres Aufenthalts wurden die Untersuchungsmethoden abschließend überarbeitet, Pilotmessungen durchgeführt und schließlich die eigentliche Datenerhebung durchgeführt und erfolgreich beendet. Besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Einfluss von Schuhsohlen auf Muskelaktivität, Propriozeption und Sensorik. Darüber hinaus wurde in diesem Zeitraum ein gemeinsamer Forschungsantrag erarbeitet und eingereicht.

Beteiligte Personen: Dr. Andresa Germano, Dr. Daniel Schmidt, Prof. Stephen Perry, Dr. Kelly Robb, Lukas Verderber

Untersuchung von Asymmetrien an Amateurfußballern

In einem aktuellen Projekt, in Kooperation mit Dr. Dr. Nitzsche aus der Professur Sportmedizin / Sportbiologie, untersuchen wir mögliche Asymmetrien bei Amateurfußballern mittels Thermografie, Sprungleistung und Sehnensteifigkeit.

Die Studie verfolgt verschiedene Ziele, von denen eines darin besteht, mögliche Unterschiede zwischen den unteren Gliedmaßen in Bezug auf die oben genannten Parameter zu analysieren. Die Untersuchung von Asymmetrien kann dazu beitragen, Verletzungen zu vermeiden.

Ein weiteres Ziel ist es, die Korrelation zwischen den analysierten Parametern zu untersuchen. Es wird vermutet, dass die Steifigkeit der Sehne sowie die Körpertemperatur der unteren Extremitäten einen Einfluss auf die Sprungleistungen (Drop Jump) hat.

Basierend auf diesen ersten Untersuchungen sollen zukünftig weitere Messungen mit unterschiedlichen Populationen stattfinden, um weitere Informationen zu den Zielparametern zu erhalten.

Verantwortliche: Eric Meisner, Lukas Verderber, Dr. Daniel Schmidt, Dr. Andresa Germano, Dr. Dr. Nico Nitzsche

Einfluss einer akuten Intervention auf die Gleichgewichtsfähigkeit

Nach einer pandemiebedingten Verzögerung fand Ende 2021 die erste Personalmobilität im Rahmen des DAAD-geförderten Projekts mit einer weiteren Partneruniversität, der UNIPAMPA (Uruguaiana, Brasilien), statt. Der Schwerpunkt dieser Zusammenarbeit liegt auf dem menschlichen Gleichgewicht und verschiedenen Einflussfaktoren. Die Vertiefung der Kenntnisse in diesem Bereich ist äußerst relevant, da sie zu einer besseren Unterstützung von Menschen mit eingeschränkter Gleichgewichtsfähigkeit führen kann.

Die Wissensgrundlage wurde während dieses ersten Mitarbeiteraustauschs geschaffen, bei dem Mitglieder unserer Arbeitsgruppe zusammen mit der brasilianischen Gruppe den Einfluss einer Erwärmung der Fußsohle auf das Gleichgewicht untersuchten.

In einer zweiten Studie wurden zusätzlich zu den Gleichgewichtstests kognitive Aufgaben einbezogen, um den Schwierigkeitsgrad zu erhöhen und so weitere Erkenntnisse zu gewinnen.

Innerhalb des Projektes sind in Verbindung mit weiteren Studien auch zukünftige Personalmobilitäten geplant, um auch den Studierenden ein praxisnahes Studium mit internationalen Erfahrungen zu ermöglichen.

Untersuchung der Asymmetrien im Fußball mit Hilfe der Thermografie

In einem aktuellen Projekt wird die Infrarot-Thermografie als Messmethode zur Belastungssteuerung im Nachwuchsleistungssport Fußball eingesetzt. Basierend auf den physiologischen Mechanismen der Energiefreisetzung besteht ein Zusammenhang zwischen Veränderungen der Oberflächenhauttemperatur und körperlicher Belastung und/oder Überlastung. Die hierbei entstehende thermische Strahlung kann mittels Infrarotkamera bildlich dargestellt werden. Damit ist dieses Verfahren, als Tool im Leistungssport, zur Identifizierung von Überlastungserscheinungen geeignet.

1. Ist die Infrarot-Thermografie zur Belastungssteuerung im Leistungssport geeignet?
2. Können Asymmetrien der unteren Extremitäten durch Thermografie detektiert werden?
3. Bestehen Zusammenhänge zwischen Temperaturen der Hautoberfläche und fehlender Regeneration?
4. Bestehen Zusammenhänge zwischen Temperaturen der Hautoberfläche und Schmerzen sowie Verletzungen?

Zukünftig sollen weitere Projekte im Bereich der Infrarot-Thermografie durchgeführt werden, um andere Einsatzgebiete im Leistungssport zu untersuchen.

Beteiligte: Dr. Andresa Germano, Dr. Daniel Schmidt, Lukas Verderber

DAAD-PPP Programme for Project-Related Personal Exchange (2022-2023) with Canada

Ankle proprioception, balance control, gait, and functional neuroimaging using textured insoles in young and older people

Studien in Kanada:

Das vom DAAD geförderte Projekt mit der Wilfrid-Laurier Universität (Waterloo, Kanada) ermöglicht den Aufbau einer wissenschaftlichen Partnerschaft mit der kanadischen Partneruniversität. Außerdem sieht das Projekt einen Wissensaustausch über z.B. Messverfahren und Messgeräte vor. Zusätzlich findet ein Austausch von Wissenschaftlern und Studenten statt, sodass diese wichtigen Erfahrungen im Ausland sammeln und internationale Kontakte aufbauen bzw. verstärken können.

Im ersten Teil des Projekts konnten zwei Studenten der TU Chemnitz an der Durchführung einer Studie in Kanada teilnehmen. Ziel der Untersuchung war, ein besseres Verständnis über das Verhalten der intrinsischen Fußmuskulatur während der Ganginitiierung und -terminierung zu erhalten. Hierzu wurden die Probanden neben Oberflächen-EMG Sensoren und optischen Markern auch mit invasiven EMG Sensoren instrumentiert. Letztere sind für unseren Arbeitsbereich besonders interessant, da dieses Messverfahren für uns derzeit nicht durchführbar ist, dennoch aber wichtige Erkenntnisse über den menschlichen Bewegungsapparat liefert. Ein weiterer Bestandteil der Messungen stellen besondere Einlagen mit Texturen dar, die während des Gangs die Sensibilität der plantaren Fuß-Mechanorezeptoren erhöhen soll.

Eine weitere Studie zusammen mit einem Personalaustausch ist für 2023 geplant.

Beteiligte: Dr. Andresa Germano, Dr. Daniel Schmidt, Prof. Stephen Perry, Dr. Kelly Robb, Lukas Verderber, Niclas Masuch

Studien in Deutschland:

Innerhalb dieses Projekts wird die Propriozeption am Sprunggelenk mit der Joint Position Reproduction Methode (JPR) untersucht. Die Propriozeption hat allgemein einen hohen Einfluss auf die Gleichgewichtsfähigkeit vom Menschen und laut Literatur wird den Rezeptoren am Sprunggelenk ein enormer Anteil daran zugesprochen. Somit hat diese Thematik eine große Bedeutung für z.B. ältere Personen und Leistungssportler. Neuartig an der Untersuchung ist die Messung im aufrechten Stand, während bisherige Studien im Sitzen oder Liegen stattfanden. Damit soll ein Messverfahren getestet werden, das näher an den tatsächlichen Umwelteinflüssen im Alltag ist.

Vor der Untersuchung der Faktoren, die die Propriozeption beeinflussen können, sollte in einer ersten Studie der Partnerschaft die Reliabilität der neuen (speziell für dieses Projekt konzipierten) Geräte getestet werden. Außerdem haben wir als Ziel, einen Zusammenhang zwischen der Propriozeption und dem Gleichgewichtstest „Limits of Stability“ zu überprüfen.

Für das Jahr 2023 ist eine Studie geplant, in der die Auswirkungen der Verwendung von Einlegesohlen auf die Propriozeption untersucht werden sollen. Für diese Studie sollen kanadische Wissenschaftler nach Chemnitz reisen.

Beteiligte: Dr. Andresa Germano, Dr. Daniel Schmidt, Prof. Stephen Perry, Dr. Kelly Robb, Niclas Masuch, Michelle Pavek, Iris Birkner

Abgeschlossene Forschungsprojekte

Forschungsprojekt PAMI

Die Arbeitsgruppe Motorik, Kognition und Neurophysiologie untersucht derzeit im Forschungsprojekt PAMI unter Leitung von Dr. Nicole Hudl eine Möglichkeit zur Verbesserung der Lebensqualität älterer Erwachsener. Im Rahmen einer webbasierten Online-Studie werden an mindestens 2 Tagen die Teilnehmenden mit einem visuellen Wahrnehmungstest untersucht. Die Ergebnisse sollen grundlegende Wirkmechanismen aufdecken, die einen maßgeblichen Einfluss auf verschiedene Alltagsaktivitäten und –aufgaben vor allem im höheren Erwachsenenalter haben.

Die Projektlaufzeit ist Dezember 2020 bis September 2021.

Dr. Nicole Hudl (Projektkoordinatorin)

Projektbeteiligte:

Karen Mersiovsky

Anne Rudolph (Masterstudentin)

Marie Verbeek (Masterstudentin)

Michelle Pavek (Masterstudentin)

Leona Freudenberg (Bachelorstudentin)

DAAD-PPP Programme for Project-Related Personal Exchange (starting in 2020) with Brazil

Effects of acute sensory interventions on balance, sensitivity, and foot coordination in obese elderly

Our project exhibits social and scientific relevance in terms of scientific tools to improve quality of life for the elderly. Aging impairs motor control (balance, gait, etc.), and the underlying sensory systems (foot sensitivity, visual system, etc.). Consequently, the risk of falls is drastically increased in the older adults. Obesity also impairs functions of neuromuscular and sensory systems, e.g. postural stability, impaired foot sensitivity, and decreased muscle strength. When aging and obesity are combined, the impairments are likely to become worse, exhibiting importance regarding activities of daily life.

The relevance of this project also becomes apparent when looking at the worldwide population of obese elderly, which nearly tripled between 1975 and 2016. Similarly, Germany and Brazil present the same number of obese people exceeding 18%. The Brazilian Ministry of Health indicates that 54% of the population are overweight, while in Germany approx. 36% are overweight according to the Robert-Koch-Institute. The prognosis is even more drastic: By 2030, 51% of the world population is expected to be obese, causing enormous healthcare costs.

As already mentioned, obese elderly exhibit impaired balance capabilities and foot sensitivity. Since foot sensitivity influences balance behavior, the aim is to investigate the effects of different sensory manipulation techniques to improve foot sensitivity, reducing balance instability and the risk of falls in obese elderly. The innovative character of this project is also based on our suggestions to develop a low-cost intervention to manipulate and improve foot sensitivity. Such a manipulation could also be useful for other aging groups and metabolic dysfunctions. In terms of industrial expectations, a low-cost sensory manipulation device for the foot may be developed as a commercially available product for the health sector.

Dr. Andresa Germano

Prof. Dr. Felipe P. Carpes (Federal University of Pampa)

Daniel Schmidt

Weitere Forschungsthemen:

• Essstörung und körperliche Aktivität
• Biologische Alterstheorien
• Motorische Unsicherheit bei Kindern
• Combined EEG and fNIRS measurement in motor functions
• Einfluss von handbetonten Sportarten auf Thermoregulation, Sensibilität und Handkoordination
• Gleichgewichtskontrolle und Dual Tasks
• Gleichgewichtskontrolle und Fußsensibilität
• Der Effekt von Sport- und Bewegungstherapie bei Depression

• Neurologische Effekte von Sport nach Schlaganfall