Coordination patterns and brain activition during the demi-plié movement in its different roles in classical ballet

Abstract

Introduction: A basic coordinated movement in classical ballet is the demi-plié, involving a smooth, continuous bend of the knees, keeping the thighs in external rotation (turn out) and heels on the ground. It consists of descending and ascending phases, the latter often preparing for the next move. Task goals may influence its coordination patterns, which raises questions regarding hypothetical changes in coordination modes varying with the demi-plié end-goal, with possible implications on interlimb coordination, muscular activation patterns, and brain cortical activation. Therefore, the aim of the present dissertation is to demonstrate whether or not different task goals require specific modes of coordination during the demi-plié performance linked to other ballet movements. Methods: Thirteen classical dancers (10 female, 3 male) voluntarily participated in the experiments. Sensing technology such as motion capture, surface electromyography (EMG), and electroencephalography (EEG) were used to collect data. The experimental design involved the simple demi-plié performance and in preparation for four other ballet movements such as: demi-plié prior to relevé (i.e., heel rises); demi-plié prior to sauté (i.e., vertical jumps); demi-plié prior to sissone fermée de côté (i.e., jumps with lateral body displacement), and; demi-plié prior to pirouette en dehors (i.e., outward turns). Data analysis involved isolating the demi-plié from the subsequent movements, followed by analysis involving the dissimilarities of the hip vertical trajectory, knees joint angles and angular velocities, muscular activation patterns, and brain activation of the sensorimotor cortex. Results: The results obtained from all analysis showed distinctions in the coordination patterns, muscular activation pattern, and brain cortical activation when the demi-plié has different end-goals. Dissimilarities of the maximum hip trajectory differences were observed in 40% for demi-plié prior to sauté, 30% prior to sissonne fermée de cõté, 20% prior to relevé, and 10% prior to pirouette en dehors. Dissimilarities began in the descending phase of the demi-plié. ANOVAs for repeated measures and Bonferroni’s post-hoc showed that the standard deviation of dissimilarity had the largest effect size for the comparison demi-plié - demi-plié prior to sauté, and the smallest for the comparison demi-plié - demi-plié prior to pirouette. Differences in coordination patterns in regards to the knees joint angles and angular velocities were found during the demi-plié performance in all five experimental conditions, showing coherence amongst all participants. Descriptive analysis focused on each muscle individually, and comparisons were made amongst the muscles for each experimental condition. Results showed significantly different patterns of muscular activation depending on the demi-plié end-goal. Effect size was high for each muscle, but small when compared together for each experimental condition. Significant differences were prevalent amongst the demi-plié in preparation for complex movements such as jumps and turns. Wavelet spectrograms showed distinct patterns of brain activation for all experimental conditions, and statistical analysis showed differences in synchronizations amongst the frequency bands alpha, low-beta, and high-beta. Discussion: Ballet dancers may learn multiple patterns of execution of the demi-plié when it comes to performing subsequent complex ballet movements. Demi-plié prior to jumps demands plyometric forces and have open-loop motor planning, requiring acceleration, whereas demi-plié is a closed-loop, relying on proprioceptive updating. Differences in muscular activation during the demi-plié prior to other ballet movements seem to occur due to strategic anticipation foreseeing the next movement. The sensorimotor cortex seems to display different orders of activation depending on the demi-plié end-goal. Despite the differences in coordination patterns, some demi-pliés are more similar than others. We assume that the level of complexity of the ballet movement plays a role in making anticipatory adjustments in the coordination of the demi-plié.

Introdução: Um movimento básico coordenado no ballet é o demi-plié, que envolve uma flexão suave e contínua dos joelhos, mantendo as coxas em rotação externa e os calcanhares no chão. O demi-plié consiste em fases descendentes e ascendentes, esta última muitas vezes preparando para o próximo movimento. Os objetivos da tarefa podem influenciar seus padrões de coordenação, o que levanta questões sobre mudanças hipotéticas nos modos de coordenação que variam de acordo com o objetivo final do demi-plié, com possíveis implicações na coordenação entre membros, padrões de ativação muscular e ativação cortical cerebral. Portanto, o objetivo da presente dissertação é demonstrar se diferentes objetivos de tarefas requerem ou não modos específicos de coordenação, durante a execução do demi-plié vinculado a outros movimentos do ballet. Métodos: Treze bailarinos clássicos (10 mulheres e 3 homens) participaram voluntariamente dos experimentos. Tecnologia como captura de movimento, eletromiografia de superfície (EMG) e eletroencefalografia (EEG) foram usadas para recolher dados. O desenho experimental envolveu a execução do demi-plié simples e na preparação para outros quatro movimentos de ballet, tais como: demi-plié antes do relevé (ou seja, elevação dos calcanhares); demi-plié antes do sauté (ou seja, saltos verticais); demi-plié antes do sissone fermée de côté (ou seja, saltos com deslocamento lateral do corpo), e; demi-plié antes da pirouette en dehors (ou seja, voltas sob uma perna de apoio). A análise dos dados envolveu o isolamento do demi-plié dos movimentos subsequentes, seguido pelas análises envolvendo as diferenças da trajetória vertical do quadril, ângulos articulares dos joelhos e suas velocidades angulares, padrões de ativação muscular e ativação cortical cerebral. Resultados: Os resultados obtidos em todas as análises mostraram distinções nos padrões de coordenação, no padrão de ativação muscular e na ativação cortical cerebral quando o demi-plié tem objetivos diferentes. Dissimilaridades da trajetória máxima do quadril: diferenças de 40% para o demi-plié antes do sauté, 30% antes do sissonne, 20% antes do relevé e 10% antes da pirouette. As diferenças começaram na fase descendente do demi-plié. As ANOVAs para medidas repetidas e o post-hoc de Bonferroni mostraram que o desvio padrão de dissimilaridade teve o maior tamanho de efeito para o par demi-plié - demi-plié antes do sauté, e o menor para o par demi-plié - demi-plié antes da pirouette. Diferenças nos padrões de coordenação em relação aos ângulos articulares dos joelhos e velocidades angulares foram encontradas durante a execução do demi-plié em todas as condições experimentais, mostrando estabilidade entre todos os participantes. A análise descritiva focou em cada músculo individualmente, e foram feitas comparações entre os músculos para cada condição experimental. Os resultados mostraram padrões significativamente diferentes de ativação muscular dependendo do objetivo final do demi-plié. O tamanho do efeito foi alto para cada músculo, mas pequeno quando comparado em conjunto para cada condição experimental. Diferenças significativas prevaleceram entre os demi-pliés na preparação de movimentos complexos, como saltos e voltas. Os espectrogramas wavelet mostram padrões distintos de ativação cerebral para todas as condições experimentais. Discussão: Os bailarinos clássicos podem aprender vários padrões de execução do demi-plié quando se trata de executar movimentos subsequentes de ballet. O demi-plié que antecede os saltos exige forças pliométricas e possui planejamento motor em malha aberta necessitando de aceleração, enquanto o demi-plié simples é um circuito fechado, contando com atualização proprioceptiva. As diferenças na ativação muscular durante o demi-plié que antecede outros movimentos de ballet parecem ocorrer devido à antecipação estratégica que prevê o próximo movimento. O córtex sensório-motor parece exibir diferentes ordens de ativação dependendo do objetivo final do demi-plié. Apesar das diferenças nos padrões de coordenação, alguns demi-pliés são mais semelhantes que outros. Presumimos que o nível de complexidade do movimento de ballet desempenha um papel importante na realização de ajustes antecipatórios na coordenação do demi-plié.