측정

실험으로 구성의 자발적인 호흡을 10 분 동안 다음의 간격으로 인도 높은 평가 호흡하고 있습니다(Fig. 1,녹색 음영 지역)각 사이에 4 분의 자발적인 호흡으로. 첫 번째 인도된 호흡 간격의 90%에서 RHR(에 시작 주위에 600s),초 간격(시작 시간은 약 1000s)에 맞게 호흡 속도와 같 RHR,그리고 세 번째 간격(약 1400s)필요에 호흡의 120%를 RHR. 호흡을 유도하는 애니메이션은 100 번의 완전한 호흡주기 동안 실행되었습니다. 이 작업에서 고려 된 22 명의 자원 봉사자에 대한 안내 간격의 총 수는 66 입니다.

즉각적인 호흡 속도(파란색)및 심장 박동(붉은)다음과 같은 데이터에 대한 자원봉사자 11. 안내 호흡의 영역은 음영 처리됩니다. 마커’x’와’+’는 호흡 신호의 최대 값과 ECG 신호의 R-피크에 각각 해당합니다. 이 데이터는이 기사에서 명시 적으로 분석되지 않으므로 시작시 10 분 휴식 간격이 모두 표시되는 것은 아닙니다.

동시 녹음의 심전도,호흡기 신호를 수행되었습니다. 에 따라 데이터 처리 절차에서 설명한 방법은 섹션에서,모두의 호흡 및 심장 요금 파생되었습니다 헤르츠;그러나,설명을 위해 본 논문에서는 요금을 제공에서 뛰-분당(BPM). 심장과 호흡 속도도 1 에 함께 플롯. 1 을 제공한 명확한 그림의 실험적 디자인의 간격으로 증가된 호흡율이 급격히 상승하는 속도로 가까운 RHR. 장 평가 보여 응답하여 단계 변화에서 호흡 요금으로 이러한 단계 응답이 될 것이 아래에서 설명합니다.

호흡 속도 원동력으로

때문에 디자인 실험의,호흡 평가 동안 안내 간격으로 수입한 것이 일정하다. 그러나 실험을 입증하는 사람들이 따르게 메트로놈의 속도,정확히 있었다 그래서 다양성에서 즉각적인 호흡 속도. 또한 몇 가지 경우에 삼키거나 기침이 관찰되었습니다. 그러나 평균 호흡 속도는 메트로놈에 의해 설정된 안내 값과 일치했습니다. 그림 2 하이라이트는 어떻게 가깝게 봉사자들 뒤에는 메트로놈:에 상대적인 표준 간격의 2(100%RHR),평균 요금에 대한 간격 1,3 매우 가까운 값의 0.9(90%RHR)1.2(120%RHR),의도한 대로에 의하여 실험적인 절차입니다. 이 자원 봉사자를 위해(그림 1). 2),각 간격에 대한 평균으로부터의 편차는 4%미만이다. 모든 간격 및 자원 봉사자에 대한 호흡 속도의 평균 및 표준 편차는 지원 정보(SI)의 표 SI1 에 나와 있습니다. 대부분의 간격의 경우 표준 편차는 10%미만입니다. 호흡 속도의 표준 편차는 안내 호흡 속도 사이의 가능한 최소 단계 증분을 정의합니다. 에 대한 값의 표준편차는 호흡 요금을 얻을 위한 우리의 집단을 확인하는 선택한 10%20%증가 변경 내용과 관련하여 RHR 보장에서 통계적으로 중요한 변화의 평균 값이고의 호흡 속도 사이의 간격으로 호흡을 안내.

즉각적인 호흡 속도,표준에 의해 뜻 호흡 속도 간격의 2,는 표시에 의해 마커’x’. 점선 검은 선은 속도의 표준 편차를 나타내는 반면,단색 검은 선은 해당 간격의 평균 호흡 률입니다. 자원 봉사자가 메트로놈을 잘 따라 간다고 가정하면 표준 편차 선 사이의 범위는 작을 것입니다. 정규화는 rhr 에 상대적인 호흡의 비례 속도를 보여줍니다. 자원 봉사자의 데이터 11.

The Shapiro-Wilk 정규성 검정을 보여준 것은 33 66 개의 유도 간격으로 호흡 속도가 정상적으로 배포됩니다. 정상과의 편차는 주로 기침 및/또는 삼키는 것과 관련이 있습니다. Kwiatkowski-Phillips-Schmidt-Shin(KPSS)테스트는 거의 모든(66 개 중 63 개)간격이 추세 고정되어 있음을 보여주었습니다. 따라서,확률적 구성요소에서 가이드 호흡 속도로 표현할 수 있습 Gaussian random process,그리고 호흡 신호 그 자체에 해당하는 확률적 준 고조파 진동이 일정한 진폭 및 변하기 쉬운 주파수(그림을 참조하십시오. SI 에서 SI1).

중심 속도 응답하여 단계 변화에서 호흡 속도

평균과 표준편차의 심장을 평가에 대한 모든 간격과 자원봉사자들은 표 SI2 의 입니다. 이 데이터의 변동성은 호흡 속도 데이터보다 훨씬 강합니다. 이것은 심박수의 비정동 역학에 의해 설명 될 수있다. 유도 된 호흡 속도와 반대로,KPSS 테스트는 66 개의 고 속도 호흡 간격 중 63 개에 대해 순간 심박수가 비 정지 상태임을 입증했습니다. 또한 Shapiro-Wilk 테스트는 66 개의 심박수 간격 중 49 개가 정상적으로 분포되어 있지 않음을 보여주었습니다. 주 간격으로 120%호흡 속도 있는 것으로 간격으로을 전시할 예정이 동기화되지 않았다,상관에 직접 간격으로 마음 속도 정상적으로 배포됩니다.

발견 비 stationarity 에 연결된 일시적인 적응 기간이는 관찰되었다 대부분의 유도 간격으로 마음으로,율로 상승하고 수준의 불균형하는 소정의 호흡 속도,성형 램프 반응이다. 적응은 특히 고 속도 호흡의 첫 번째 간격 동안 가시적이었다(그림 1). 1). 관계없이 자원 봉사자가 호흡 메트로놈을 편안하게하고 계속 따라 갔다고 가정하면 심장 박동수가 그에 따라 조정되었습니다. 이 과도 기간은 이후의 두 번째 및 세 번째 간격에서 덜 두드러집니다.

과도 반응을 분석하기 위해 방법 섹션에 설명 된 이동 평균 기술을 통해 심박수의 느린 추세를 계산했습니다. 다양한 추세 패턴이 관찰되었다(그림 1). SI 의 SI2)및 일부 간격에는 추세가 없었습니다. 도 1 에 제시된 예에서. 3,첫 번째 간격을 보이는 오버의 응답으로 초기 심장 박동 증가에 의해 따라 부패;이 행동이었다 전형적인에 대한 우리의 코호트(이러한 플롯을 발견될 수 있는 모든 자원 봉사자에서 그림. SI 에서 SI2). 두 번째 및 세 번째 간격의 패턴은 더 복잡했지만 대다수는 속도의 일시적인 증가를 포함했습니다. 대략적인 추정치는 심장 박동수의이 일시적인 증가의 지속 시간이 10 초에서 100 초 사이 지속되었음을 보여주었습니다. 이 관찰은 유도 호흡의 전체 간격이 약 30 초였던 19,20,21 의 결과에 의문을 제기합니다. 일부 간격의 경우,심장 박동수는 초기 적응 후 정상 상태 값 경향이 시작되는 것처럼 보였습니다. 그러나 명확한 정상 상태는 관찰되지 않았고 대다수의 경우 심장 박동이 계속 확산되었습니다. 사실,이러한 방황 역학은 심장 rate22 의 특징이며 동기화를 분석 할 때 고려해야합니다.

트렌드에서 마음 속도의 간격 동안 안내된 호흡하고 있다. 검은 색 곡선은 추세에 해당합니다. 빨간색 선은 각 간격에 대한 호흡 속도의 평균값(실선)과 표준 편차(파선)를 지정합니다. 모든 데이터는 간격 2 의 평균 호흡률로 정상화되었습니다. 의도한 마음을 평가 대응해야 하는 의미 검 곡선에 빨간 점선은 많은 간격으로 가능합니다. 자원 봉사자의 데이터 11.

동기

의 예 synchrogram6 포괄하는 모든 인도 간격으로 호흡하고 자발적인 나머지 기간은 그림에 표시됩니다. 도 4 에서,Ψ 는 호흡 신호의 상대 위상(방법 섹션 참조)을 나타낸다. 비율 1 과 위상 동기화의 에피소드:1 은 유도 호흡의 세 번째 간격 동안 1400s 와 1450s 사이의 plateaued 선으로 볼 수 있으며,여기서 속도는 rhr 의 120%로 설정됩니다. 이 에피소드 동안 심장 박동수의 방황은 제한적이며 심장 박동수는 특정 값을 중심으로 변동합니다(그림 1). 3(기음)). 이 에피소드 전후에 심박수는 확산 된 행동을 보여줍니다.

Synchrogram 위한 자원봉사자 11. 음영 영역은 안내 호흡 영역에 해당합니다. 위상 Ψ 는 라디안으로 표시됩니다.

18 22 자원봉사자들 CRS 내에서 발생한 세 번째 간격을 때 가이드 호흡 속도보다 높았 RHR. 4 명의 자원 봉사자(2,10,20 및 21 번)에 대해 호흡 속도가 RHR 과 같도록 의도 된 두 번째 간격에 대해 동기화 에피소드가 관찰되었습니다. 추가적으로 분석의 심장을 평가하는 동안 10 분 거리에는 나머지 구간 전에 호흡 가이드 제 RHR 값을 계산을 위한 이러한 잠재적으로 너무 높고,따라서 이를 위해 초 간격으로 호흡 속도 위에 있었다 실제 RHR. 따라서 호흡률이 RHR 보다 높을 때 모든 자원 봉사자에 대해 CRS 가 관찰되었습니다. 많은 경우에,CRS 의 하나 이상의 에피소드가 동일한 시간 간격 내에서 관찰되었다. 이러한 에피소드는 방법 섹션에 설명 된대로 동기화 인덱스 6λ 및 경계 위상차 φ 에 의해 자동으로 식별되었습니다. 가장 긴 에피소드가 선별되었고 주어진 간격에서 모든 에피소드의 총 지속 시간이 계산되었습니다. 모든 결과는 가장 가까운 두 번째에 주어진 시간과 함께 표 1 에 요약되어 있습니다. 두 가지 방법으로 계산 된 CRS 기간은 가까운 값을 생성했습니다. 대부분의 자원 봉사자들,가장 긴 에피소드로 확장되었으로,지속 시간에서 다양한 20~80 초,해당 30%-98%의 전체 구간의 호흡.

한 자원 봉사자(3 번)는 매우 짧은 CRS 에피소드를 가졌습니다. 이 자원 봉사자와 자원 봉사자 2 의 세 번째 간격에 대한 위상차 및 요율의 동역학은도 2 에 도시되어있다. 도 5 에서 모든 자원 봉사자에 대해 유사한 비교 플롯을 찾을 수있다. SI 에서 SI3). 이러한 플롯의 해석은 표 1 에 지정된 기간의 시각화를 허용합니다. 상단 패널(그림(a)및(e)). 5)심박수와 호흡 속도의 위상차를 보여줍니다. 진동 위상차를 제한된 범위 내에서 보다는 더 적은 2π,또는 위상 차이점 근처에는 상수 값에 대한 확장된 기간은 지표의 동기화 단계 사이에 두 가지 신호가 있습니다. 다른 자원 봉사자에 대한 동기화 에피소드의 지속 시간은 표 1 에 나와 있습니다. 제 2 패널(플롯(b)및(f))은 동기화 인덱스의 시간 의존성을 나타낸다. 하나에 가까운 인덱스의 값은 두 개의 진동 신호 사이의 1:1 동기화를 나타냅니다. 실험적으로 정당화 된 임계 값 0.7 이상의 확장 된 에피소드는 표 1 에서 λ 의 값을 결정합니다. 세 번째 패널(플롯(c)및(g))은 고속 호흡의 전체 간격에 대한 싱크로 그램을 보여줍니다. Synchrogram 에 단계 동기화 지점 동안 고원을 보여줍니다. 이러한 고원은 한 신호의 위상이 두 번째 신호의 위상을 기준으로 전체 기간 이상 변하지 않는 것을 나타냅니다. 최종 위원회(구획(d)및(h))같은 표현의 심장과 호흡율을 비교한 즉각적인 요금 중의 에피소드와 동기화 dynamics 의 단계로 구성됩니다. 점선 빨간색 라인을 나타내는 높은 가변성의 호흡 속도 제어를 위한 호흡의 큰 이 범위,더 많은 변수의 호흡을 평가하고 따라서 더 자원 봉사자로 유지 일정한 비율. 솔리드 레드 라인 평균 호흡 속도,그리고 파란색 라인을 보여 줍니다 dynamics 의 즉각적인 호흡 속도에 걸쳐 간격입니다. 플롯(d)및(h)의 검은 선은 이동 평균 기술을 적용하여 고주파 진동이 제거 된 심박수에 해당합니다. 중 에피소드의 위상 동기화,검은선이 떨어질 것으로 예상된 지분이 선 빨간색 선을 대표하는,사실의 변동이 심박수에 포함된 다양성의 호흡 속도.

동기화 조치에 대한 봉사 2(왼쪽)와 자원봉사자 3(오른쪽). 그림(a,전자)보기 위상 차이를,그림(b,f)표시한 동기화 지수,물(c,g)보 synchrogram 및 수치는(d,h)여 부드럽게 중심(검은 선)및 호흡기(블루 라인)요금입니다. 그림(d,h)에서 빨간색 선은 각 간격에 대한 호흡 속도의 평균값(실선)과 표준 편차(파선)를 지정합니다.나는 이것이 내가 할 수있는 유일한 방법이라고 생각한다. 5,두 경우 모두 심장 박동(그림 2). 도 5(d,h))는 전체 간격에 대한 호흡 속도에 시각적으로 가깝지만 위상 동역학(그림 2). 5(a,e))는 현저하게 다르다. 위상차 φ(Fig. 5(a))는 자원 봉사자 2 의 경우 제한적이고 거의 일정하지만 자원 봉사자 3 의 경우 단조롭게 증가합니다(그림 1). 5(이자형)). 이 중요한 차이는 단계 및 평가 역학의 중요성을 강조합의 사용을 정성적 접근과 같은 단계를 설명의 분석을 위한 동기화를 위한 신호와 확률 및/또는 nonstationary 구성 요소입니다.

언급했듯이,CRS 에피소드들을 관찰에서 두 번째 간격(평가위와 동등한 수 RHR)를 위한 네 개의 봉사자. 따라서,그들의 세 번째 간격은 RHR 보다 현저히 높은 호흡 속도에 해당했다. 세 가지 간격 모두에 대한 위상차 φ 의 시간 진화가 그림 3 에 나와 있습니다. 6 이 자원 봉사자 중 한 명에게. 위상차 φ 는 심장 진동이 호흡보다 빠르기 때문에 첫 번째 간격 동안 시간이 지남에 따라 단조롭게 증가합니다. 두 번째 간격 동안 제한적이고 거의 일정한 위상차는 동기화 효과의 발현을 보여줍니다. 세 번째 간격의 경우 상황은 반대이며 위상차는 단조롭게 감소합니다. 다른 모든 자원 봉사자의 경우 세 번째 간격이 동기화 간격에 해당하므로 위상차가 제한적이라는 점에 유의하십시오.

단계에 차이 φ 에 대한 세 가이드를 호흡한 간격으로 다음과 같은 자원 봉사 2. 파란색,빨간색 및 녹색 곡선은 각각 첫 번째(90%RHR),두 번째(100%RHR)및 세 번째(120%RHR)간격에 해당합니다. 위상차는 2π 로 정규화됩니다.

가 명확한 차이에서 지속 시간 동기화의 에피소드 사이의 결과에 대한 선수(강조 표시된 별표)과 비수(표 1). 그것은 주목해야한다는 대부분의 선수들이 크게 낮은 RHR,50BPM(테이블 SI1SI),과 비교했을 때 다른 봉사자가 있고,따라서 호흡에서 더 낮은 요금의 간격으로 호흡을 안내. 이것은 바이어스 이내에 문제에의 디자인 실험-건강한 개별,그리고 낮은 자신의 RHR,느린 그들이 필요로 호흡하는에도 불구하고,가능성이 더을 유지할 수 있는 더 높은 호흡 속도보다 선수이다. 모든 운동 선수는 긴 동기화 에피소드를 가졌습니다. 비 운동 선수의 결과는 덜 일치한다;그러나 코호트에서 동기화의 가장 긴 에피소드는 비 운동 선수(자원 봉사자 2)에 대해 관찰되었다.

9 10 운동선수에서 연구는 남성,전반적인 비교의 동기 에피소드 사이의 남성 및 여성 참가자는 반드시 대표의 균등하게 분산 인구,그리고 본질적으로 편향의 차이에 의해 선수들과 비 선수이 되고 있습니다. 그러나 비 운동 선수를 고려할 때 5 명의 남성과 7 명의 여성이 있습니다. 표 1 에서 12 명의 비 운동 선수에 대한 남성과 여성의 결과간에 차이가 없음을 알 수 있습니다. 동기화 및 총 지속 시간의 에피소드는 비교 가능한 길이입니다. 공교롭게도,모두의 가장 에피소드의 동기화되었 여성(자원봉사자 2and3,respectively),명확한 차이가 이러한 결과는 사이에서 입증 Fig. 5.

지만 조치의 동기화에서 고려되 이 연구가 성공적으로 식별 에피소드의 CRS 는,그것은 중요한 스트레스는 이러한 에피소드가 여전히 우연의 일치지 않고,심장에는 호흡 상호 작용입니다. 실제로,심장 박동이 방황(확산)역학과 넓은 범위의 변화를 보여 준다는 것이 위에서 논의되었습니다. 이 때문에 확산될 때,호흡 및 심장 요금은 서로 가까이 다른 시간의 기간 동안,그들의 평균 요금은 거의 동일하고 간의 차이를 보이지 않았다 요금을 것이 명확하게 볼 수있는 동안 이러한 짧은 기간 동안. 이것은,차례차례로,뜻하는 모든 조치를 즉 synchrogram,동기화 지수,위상 차이를 확인할 것이 이러한 기간으로의 에피소드 동기화에도 부재의 진정한 심장 호흡 상호 작용입니다. 따라서이 작업에서 우리는 대리 데이터를 채택하여 관찰 한 에피소드가 우연이 아니라는 것을 추가로 보여줍니다.

우리는 고려 대리 호흡 및 심장 요금을 이용하여 생성된 임의의 일반적으로,배포,데이터 파생 synchrogram 및 동기화 지수 위해 이 데이터를 사용합니다. 호흡과 심박수의 평균값(70BPM)과 표준 편차(3%)는 동일하고 두 개의 다른 무작위 시계열에 해당하도록 선택됩니다. 이러한 요금이 변환되었습을 순간적인 기간에서 설명하는 방법 섹션에 이르게하는,두 개의 대리 시간:시리즈 중 하나의 R-봉우는 심전도 신호와 기타의 맥시마의 호흡 신호입니다. 다음 동일한 신호 처리 기법을 적용되었으로 실험적 데이터,그리고 단계의 차이 Ψ 계산과 함께 동기화 지수 λ(Fig. 7). 그것은 상 Ψ(도 1)를 알 수있다. 도 7a)는 긴 시간 간격에 대해 거의 일정하다(ΨC≈2)및 동기화 지수 λ(도 7a). 7b)는 모든 간격에 대해 임계 값(0.7)보다 큽니다. 따라서 이러한 대리 데이터에 대한 동기화 에피소드가 명확하게 관찰됩니다. 하는 것이 중요하고 그에 대한 대리 데이터 거의 일정한 값 ΨC 의 단계는 미디어에서 synchrogram 임의의 값에도 불구하고 모든 조치를 보여주는 에피소드의 동기화합니다. 예를 들어,그림. 7 위상은 약 2(ΨC≈2)이지만 다른 대리 데이터 세트에 대해 다른 값을 취합니다. 결과적으로 우연히 관찰 된 동기화의 경우,비율의 시계열이 완전히 독립적이기 때문에 일련의 측정에 대한 p(Ψ)의 분포가 균일해야합니다. 반면에,균일 한 분포 p(Ψ)의 차이는 심장과 호흡기 시스템 사이의 결합의 존재를 나타낼 것이다. 도에서. 8,배포 p(Ψ)에서 파생 된 우리의 실험 데이터에 대한 모든 22 의 간격으로 호흡을 안내 동기와 에피소드는 모든 자원봉사자가 표시됩니다. Λ 의 값은 λ>0.9 일 때 싱크로 그램 플롯에서 선택되었습니다. 임계값을 증가 비해 실험적 분석을 강조하는 에피소드의 강한 상호 작용(주는 다른 임계값,e.g.0.7,분포의 유사한 모양으로 이어질). 분포(그림 1). 8)은 비뚤어지고 가장 가능성있는 값은 4;ΨC4 4 입니다. 이 결과는 것을 나타냅 위상 잠금에서 우리의 실험 데이터의 관찰에 대한 특정 값의 Ψ 고 따라서 동기화 에피소드는 우연하지 않고 그 결과에서는 진정한 심장 호흡 상호 작용입니다.

Synchrogram(a)및 동기화 지수(b)서로게이트 데이터; 평균은 70BPM 이고 표준 편차는 3%입니다. 빨간색과 마젠타 점선은 각각 λ=0.7 및 λ=0.9 에 해당합니다.

확률 밀도 p(Ψ)에 대한 실험 데이터 표시된 바에서 차트. 위상 Ψ 는 라디안으로 표시됩니다.나는 이것이 내가 할 수있는 유일한 방법이라고 생각한다.