Summary
诱发电位操作性调节系统有助于对感觉运动功能的科学研究，并可以进行有针对性的神经行为训练，从而影响神经肌肉疾病中的感觉运动康复。本文描述了它的功能，并说明了它在改变简单脊柱反射以实现运动功能的持久改善方面的应用。
Abstract
诱发电位操作性调节系统（EPOCS）是一种软件工具，用于在神经肌肉疾病患者中实施操作调节刺激触发的肌肉反应的方案，这反过来又可以在适当应用时改善感觉运动功能。EPOCS监测特定目标肌肉的状态，例如，站立时的表面肌电图（EMG）或在跑步机上行走时的步态周期测量，并在满足预定义条件时自动触发校准刺激。它提供两种形式的反馈，使人能够学会调节目标途径的兴奋性。首先，它持续监测目标肌肉中正在进行的肌电图活动，引导患者产生适合调理的一致活动水平。其次，它在每次刺激后提供反应大小的即时反馈，并指示它是否已达到目标值。
为了说明它的用法，本文描述了一种协议，通过该方案，一个人可以学习减小比目鱼肌中霍夫曼反射（脊柱拉伸反射的电诱发类似物）的大小。对这一通路的兴奋性进行下调调节可以改善由于不完全脊髓损伤而导致痉挛步态的人的行走。本文演示了如何设置设备;如何放置刺激和记录电极;以及如何使用免费软件优化电极放置，测量直接运动和反射反应的募集曲线，在没有操作性条件反射的情况下测量反应，调节反射并分析结果数据。它说明了反射如何在多次会话中变化以及步行如何改善。它还讨论了如何将该系统应用于其他类型的诱发反应和其他类型的刺激，例如，经颅磁刺激的运动诱发电位;它如何解决各种临床问题;以及它如何支持健康和疾病中感觉运动功能的研究。
Introduction
在过去的十年中，有针对性的神经可塑性策略已成为神经损伤康复的新方法1，2。其中一种策略是对诱发电位的操作性条件反射。这需要反复引发可以无创测量的电生理反应 - 例如，通过脑电图（EEG）或表面肌电图（EMG） - 并立即反馈每个反应的大小相对于治疗师或研究者设定的标准水平。随着时间的推移，该协议训练患者增加或减少他们的反应，从而可以针对中枢神经系统部位的有益变化，这对于运动或伸手和抓握等行为很重要。有针对性的更改有利于绩效，此外，还可以实现更好的实践，从而带来广泛的有益更改，从而改善整个行为。例如，对于阵挛损害运动的不完全脊髓损伤 （iSCI） 患者，减少单腿比目鱼肌霍夫曼反射的操作性调理可改善双腿运动肌活动，从而提高行走速度并恢复左右步对称性1，3，4，5.另一个例子是配对脉冲刺激，它可以持久地增加经颅磁刺激的运动诱发电位（MEP）的大小，从而改善iSCI6后慢性手部和手臂损伤患者的伸手和抓握功能。
实现此类协议需要必须执行多种功能的专用软件。具体来说，它必须连续采集、处理和保存电生理信号;它必须持续监测神经系统的状态，并在严格的实时约束下适当地触发刺激;它必须提供持续的逐刻反馈、逐个试验的反馈和逐个会话的反馈;它必须提供一个用户界面来指导研究者或治疗师的设置和调整;最后，它必须以标准化格式存储和组织信号数据和元信息。
诱发电位操作调节系统（EPOCS）是我们对这一突出需求的回应。在引擎盖下，该软件基于 BCI2000，这是一个开源神经技术平台，在全球数百个实验室中使用7，8。在EPOCS中，BCI2000的常用用户界面被隐藏，取而代之的是针对诱发的潜在操作条件反射协议进行优化的简化界面。
本文及其随附的视频说明了EPOCS在一个特定方案中的使用：操作性条件反射以减小比目鱼肌中霍夫曼（H-）反射的大小。这种反应是下意识拉伸反射的电诱发类似物。H 反射下调理已被证明可以减少阵挛对 iSCI9，10，11，12，13 动物和 iSCI、多发性硬化症或卒中5，14，15 的人类运动的影响，从而改善运动。它可以在没有不良副作用的情况下应用于有或没有神经损伤的动物和人16，17。
操作性条件反射协议通过执行多个试验来发挥作用，每个试验持续几秒钟。 图1示意性地显示了一次试验的事件顺序，数字表示以下功能：
1.从靶肌肉（比目鱼）及其拮抗剂（胫骨前部）上的双极表面电极记录连续的背景肌电图。背景电平被评估为滑动窗口中高通滤波信号的平均整流值。
2. 目标肌肉中的背景肌电图水平显示为条形的高度，在参与者的屏幕上不断更新。这有助于参与者将活动保持在指定范围内（阴影区域）。
3.软件判断电刺激的适当时刻并相应地触发刺激器。主要标准是自上次刺激以来必须至少经过 5 秒，并且背景肌电图水平必须连续保持在指定范围内 2 秒。
4. 恒流刺激器经皮向胫神经传递电脉冲（通常为单相，持续时间为 1 ms）。
5. 记录由此产生的刺激锁定反应。该软件计算了两个特别感兴趣的组件的大小：早期的M波，它反映了由运动轴突的直接刺激引起的肌肉激活;以及后来的H反射，它反射通过脊髓18，19，20，21，22中的反射弧传递的信号。EPOCS分别将这些称为参考响应和目标响应。
6. 当前试验的 H 反射大小显示为第二个柱的高度，相对于定义成功或不成功试验的所需标准水平。对于下调理，如果 H 反射大小低于标准，则条形为深绿色，如果没有，则为亮红色（反之亦然）。同时，累积成功率的数字显示也会相应更新。这些图形显示元素共同提供了操作性条件反射所依赖的直接正或负强化23。
图 1：比目鱼 H 反射下调理期间 EPOCS 核心功能的示意图。 参与者查看一个大监视器屏幕，其中显示背景肌电图水平，最近的H反射大小，迄今为止在当前75个运行中完成的试验数量，以及运行成功试验的运行比例。如引言中所述，一项试验中的事件顺序用数字 1-6 表示。 请点击此处查看此图的大图。
人类 H 反射调理方案通常包括 6 次基线会议，然后以 3 次/周的速度在 10 周内进行 24-30 次预处理，以及随后 3-6 个月的几次随访14，16。每节持续60-90分钟。
为了支持该协议以及其他相关协议，EPOCS有五种不同的操作模式，每种模式都由其主窗口的一个选项卡提供服务，标题为刺激测试，自愿收缩，招募曲线，对照试验和训练试验。
在刺激测试模式下，软件每隔几秒钟触发一次刺激，不一定取决于目标肌肉的状态。响应信号在每次刺激后显示在屏幕上。这允许操作员验证电极连接和肌电图信号的质量;优化刺激和记录电极的位置;并建立个体的反应形态。
在自愿收缩模式下，软件测量并显示背景肌电图水平，同时鼓励参与者在没有电刺激的情况下尽可能收缩肌肉。在某些方案中，最大自愿收缩（MVC）时的肌电图水平是设置背景肌电图标准的有用参考。在这里演示的协议中，这不是必需的，因为稳定的站立姿势可以充分标准化比目鱼肌的活动。
在募集曲线模式下，刺激取决于背景肌电图水平（连续显示在屏幕上）保持在正确的范围内;每次刺激后，响应信号都会显示在屏幕上;并且可以在运行结束时分析响应序列。这允许操作员确定感兴趣的响应出现的时间间隔的开始和结束;确定调节运行前后刺激强度和反应大小之间的关系;并确定用于调理的刺激强度。
在对照试验模式下，刺激取决于背景肌电图水平（在屏幕上连续显示），但没有给出关于目标反应大小的反馈。可以分析响应大小的顺序和分布。该模式可用于收集响应大小的基线测量值，或作为对照条件，与交叉或受试者间实验设计中的操作性条件进行比较。它可以作为在每个会话开始时设置操作性条件反射性能标准的基础。
最后，在训练试验模式下，刺激取决于背景肌电图水平（在屏幕上连续显示），并且通过显示目标反应大小来提供逐个试验强化，如上所述，如图 1所示。这是执行操作性条件反射的模式。
下一节将通过演示在没有神经损伤的成年参与者中向下调节比目鱼 H 反射的方案来指导读者了解五种模式。
Protocol
此处描述的所有程序均已获得斯特拉顿退伍军人医疗中心机构审查委员会的批准（批准号1584762-9）。视频中的参与者对在本出版物中使用他们的图像和肌电图信号表示知情同意。
注：粗体字表示标签应在硬件和/或软件图形用户界面中可见。
1. 软件设置
- 有关获取最新软件安装程序的说明，请转到 https://neurotechcenter.org/epocs。使用下载的安装程序安装软件。
- 确保为数字化仪安装了必要的驱动程序和制造商软件。特别是， 确保 NI- DAQmx 安装 包含 64 位 支持 。
- 启动NI-MAX应用程序，在 设备和接口下选择要使用的设备，并确保其名称为Dev1。然后，在 “配置>通电状态”下，确保端口 0 线路 7 的 线路状态 复选框未选中（清零）。此外，将相应的 三态 复选框（如果有）归零。
- 使用 “添加或删除程序 ”工具，删除任何可能在后台间歇性消耗处理器资源的不必要软件，因为这可能会导致实时信号处理出现故障。确保删除计算机制造商提供的任何软件更新/疑难解答套件，因为已知这些套件会导致严重的性能问题。
注：对于给定的硬件配置，只需执行一次上述软件设置步骤。
2. 硬件设置
- 设置数字化器以协调输入和输出，如下所述。
- 使用一小段实心绝缘线，将数字输出端口 0 行 7（在旧设备上标记为 P0.7 或可能是 DIO7 ）的弹簧端子连接到弹簧端子以进行 USER 输出。
- 将母/公/母 BNC 三通连接器连接到 用户 输出。将 用户 输出连接到刺激器的外部触发输入端口。
- 将第一和第二放大的EMG信号线分别连接到数据采集卡的第一和第二模拟输入通道。这些标记为 AI0 和 AI1 - 或者在旧设备上标记为 ACH0和ACH1 。 从 用户 输出建立额外的连接，回到第三个模拟输入通道（标记为 AI2 或 ACH2）。
- 如下所述设置恒流刺激器。
注意：为了使该协议可推广到各种刺激器品牌和型号，本文介绍了手动刺激强度控制，而不是利用特定刺激器型号的自动控制选项。- 打开刺激器并将其配置为提供 1 ms 单相脉冲。对于 DS8R 型号，请确保激励强度由前面板或 USB 接口控制，而不是通过后部模拟输入控制。插入长输出电缆并将其连接到将连接到刺激电极焊盘的卡扣引线。
- 设置模拟放大器以提供至少两个EMG通道，如下所述。
- 打开放大器。确保所有通道 增益 值均为默认值 500，并将相应的 VARIABLE 旋钮设置为最小值 1。
- 使用长电缆将便携式设备连接到放大器。将两节方形 9 V 电池插入笔记本电脑的电池组。将便携式设备和电池组绑在参与者的腰间。
3. 准备刺激和记录电极
- 使用任何先前记录的地标或测量值，尽可能接近地重新创建先前参与者特定的电极位置。用酒精垫擦拭以去除多余的油脂，然后用纸巾擦拭以去除死皮，从而准备连接电极的皮肤。
- 将刺激电极连接到适当的位置以精确刺激胫神经，对腓总神经的影响最小。使用较大的 （22 mm x 35 mm） 电极作为阳极，并将其放置在腘窝的顶端，坐骨神经分支到胫骨神经和腓总神经。将阴极（22 mm x 22 mm）放在膝盖的折痕处，阳极正下方，电极中心之间间隔3-4厘米。
- 将肌电图记录电极以双极蒙太奇连接在目标肌肉（比目鱼肌）处，如下所示。
- 为了确定正确的位置，首先通过触诊找到腓肠肌，同时参与者在脚趾站立和自然站立之间交替。
- 将第一个电极直接放在腓肠肌腹部远端边界下方。将第二个电极放在第一个电极下方，电极中心之间的间距为 5 厘米。保持两个电极与跟腱对齐。
- 将肌电图记录电极以双极蒙太奇形式附着在拮抗肌（胫骨前部）。为此，通过在参与者抬起（背反射）脚趾时触诊来识别肌肉。将电极放在肌肉腹部，从腓骨头到脚踝约1/3，电极中心之间垂直间隔5厘米。
- 在髌骨处连接接地电极。
- 按如下方式连接EMG放大器引线。将绿色胶带的有源电极插入笔记本电脑上的通道 1，并将红色夹子连接到目标肌肉电极（比目鱼鱼），将绿色夹子连接到接地电极。将黑色胶带的活性电极插入便携式设备上的通道 2，并将夹子连接到拮抗肌电极（胫骨前）。
- 将电池组连接到笔记本电脑。
- 将刺激卡扣引线连接到刺激电极。
4. 使用 EPOCS 软件
- 放置监视器，使研究者和受试者（或治疗师和患者）都能清楚地看到它。
- 启动 EPOCS 会话。
注意：一次疗程定义为一次实验室或诊所访问，通常持续 60-90 分钟。- 双击 EPOCS 图标以启动应用程序。输入参与者 ID 代码（或从以前使用的 ID 列表中进行选择）。
- 如果这是现有会话的延续，例如，如果软件在中断后必须重新启动，请按 继续会话。仅当指定参与者的会话在过去 3 小时内启动时，此选项才可用。
- 否则，请按 启动新会话。这将创建一个新的数据文件夹，带有日期和时间戳，并标有参与者 ID。
- 验证电极位置和触点质量，并根据需要进行调整。
- 确保显示 “刺激测试 ”选项卡。
- 在 “刺激设置>”中，将 刺激测试的最小间隔 配置为 3 秒。请注意，这是与 正常使用的最小间隔分开配置的，后者通常会更长，大约 5 秒。将 “数字器链接 ”设置保留为禁用状态。
注意：启用后， 数字器链接 选项将允许软件控制使用某些刺激器型号时的刺激强度。相反，当前的协议演示了对刺激强度的手动控制，这适用于多个刺激器品牌和型号。 - 在刺激器控制面板上，将刺激强度设置为 5 mA 并启用刺激。
- 要求参与者站立，如有必要，双手部分支撑助行器的重量。
- 警告参与者期待刺激，然后按 “开始”开始 新的运行（即开始将信号连续记录到新文件中）。运行将按顺序编号，其文件永远不会相互覆盖。
- 每次重复刺激都称为试验。在每项试验中引发的肌电图反应会立即显示出来。评估目标肌肉（上部蓝色迹线）和拮抗肌（下部红色迹线）中诱发的 M 波和 H 反射。如有必要，将电流逐渐增加到10 mA或更高，直到响应清晰出现。
- 为了找到刺激的最佳位置（即产生最大H反射的位置），比较阴极向内侧移动一全电极宽度然后横向移动后的诱发电位，然后向内侧移动半电极宽度，然后横向移动，最后向上移动整个电极宽度，然后向下移动。
- 标记、记下和拍摄电极的位置，以帮助在以后的会话中重新定位。如果可能的话，对小腿和膝盖后部进行石膏模型，并在石膏上打孔，以便精确地重新涂抹标记。
- 找到电极的最佳位置后，用新电极替换重新定位的电极。
- 对于比目鱼素调节，请跳过 “自愿收缩 ”选项卡。
- 测量最大 M 波和 H 反射大小 （M.max 和 H.max），通过绘制募集曲线，即刺激强度与反应之间的关系。在每次会话的对照或培训试验之前和之后，按如下方式测量招募曲线。在第一次治疗中，使用募集曲线来指导选择合适的刺激强度，以便在整个调理过程中使用。
- 切换到 “招聘曲线 ”选项卡。
- 在“ 设置>肌电图”中，配置目标和拮抗剂背景肌电图值必须保持在范围内才能启用刺激。对于比目鱼，假设尚未测量最大自愿收缩，只需确保范围包括站立期间自然负重产生的肌电图水平。将 后台保持持续时间 设置为 2 秒，以指示参与者必须连续将肌电图保持在范围内多长时间才能触发每个刺激。
注意：如果没有相应的限制，上限或下限可以留空。 - 启用刺激器并将强度设置为募集曲线测量中使用的最小值：5 mA。（此值是一个示例，应根据具体情况进行选择 - 请参阅讨论。
- 如果这是参与者的第一次会议，请让他们练习在如下所述的所需持续时间内将肌电图保持在正确的范围内。
- 参与者站立后，按 开始。向参与者演示目标肌肉中的背景肌电图水平如何实时显示为显示目标范围的阴影区域的条形高度。
- 向参与者解释，来自两块肌肉（目标和拮抗剂）的活动必须在其所需的范围内，才能将条从鲜红色变为深绿色（尽管拮抗剂活动水平没有直接显示）。
- 要调整背景范围，请按 Stop 停止 然后按 设定值;然后，输入新号码，按 确定，然后再次 开始 。练习运行完成后按 停止 。
- 若要测量招募曲线，请在参与者站立的情况下，按 “开始”。如果在所选的起始强度下已经可以看到 H 反射，请逐渐降低电流，直到不再看到 H 反射。然后，按 停止 并再次按开始 开始 运行。
- 请密切注意 “已完成试验” 计数器。每四次试验后，手动将刺激强度增加2 mA。（此值是一个示例，应根据具体情况进行选择 - 请参阅讨论。继续直到M波大小达到平台期，前提是参与者不报告不适。完成后按 停止 并邀请参与者坐下休息。
- 记下用于每个试验的刺激强度值。将任何书面记录与窗口右上角显示的运行编号相关联。在任何运行结束时，通过“日志”选项卡将此信息以及任何其他注释手动输入到会话 日志 中。
注意：如果手动控制刺激强度，则软件不会记录此信息。 - 按“分析”按钮打开 分析 窗口，并允许定义 M 波和 H 波，如下所示。在分析窗口的上部窗格中，检查上次运行中每个试验的目标肌肉信号的刺激锁定叠加。
- 使用鼠标调整棕色参考和绿色目标间隔的开始和结束（在 H 反射操作性条件反射协议中，它们分别对应于 M 波和 H 反射）。当间隔正确时，按红色 的“使用标记计时 ”按钮保存这些个性化的间隔设置以供将来分析。
- 在分析窗口下半部分的序列窗格中，评估生成的招募曲线。调整设置以查看峰峰值或平均整流幅度，并合并连续试验的结果。由于每四次试验增加一次激励电流，因此指定要池的试验：4。记录得到的 M 最大值和 H最大值。
- 如果这是参与者的第一次会话，请按如下方式优化目标肌肉肌电图记录位置。
- 将比目鱼电极向内侧移动半电极宽度（如果肌肉足够宽，则移动整个电极宽度）。然后，重复上述步骤以收集完整的募集曲线并记录结果的M max和Hmax。
- 将比目鱼电极从其原始位置横向移动相同的距离，然后再次进行募集曲线测量以估计M max和Hmax。采用最大化H最大值的电极定位，并按照步骤4.3.8标记，记录和拍摄它们的位置。
- 选择一种能引发接近最大 H 反射的刺激强度——最好是在 H 反射募集曲线的上升（左侧）斜率上——但必须有一个可见的 M 波。在刺激器上设置此刺激强度值，并记下它以供将来使用。另外，请注意相应的M波大小（请参阅讨论）。
- 测量 H 反射大小的分布，而不给出反应反馈，如下所示。
- 切换到 “对照试验 ”选项卡。
- 参与者站立后，按 开始。和以前一样，指导参与者使用上升和下降条提供的反馈来将背景肌肉活动水平保持在所需范围内。
- 如果这是基线或随访会议，则以所选的刺激强度连续进行75次试验。如果这是一次调理训练，则只进行 20 次试验。在规定的试验次数后，按 停止 以结束运行。
- 新闻 分析。和以前一样，评估上部面板中逐个试验响应波形的叠加和下面的响应大小 序列 。默认情况下，名为“ 分发 ”的新选项卡也会在 “序列”之上激活。它显示了 H 反射大小的分布，右侧是汇总统计数据。
- 按日志结果将汇总统计信息追加到会话 日志 。
- 如果这是基线会话，请重复上述步骤，总共运行 3 次，每次运行 75 次试验。然后，跳到步骤 4.8 中的结束招聘曲线测量。
- 如果这是条件训练会话，请将目标 百分位数 设置为 66。上调和下调标准水平以及中位数由垂直红线表示。通过按“向上条件”或 “向下 条件”按钮选择调节 条件 。对于此协议，请按 向下条件。此操作将自动记录，分析窗口将关闭。
注意：在下调理方案中， 目标百分位 值为 66 意味着成功的试验定义为响应大小位于先前测量分布的底部 66% 的试验;相反，在上调理中，成功意味着在分布的前66%产生响应大小。
- 执行操作性条件反射，如下所述。
- 切换到 “训练试用 ”选项卡。
- 参与者站立后，按 开始。
- 如果参与者以前从未见过它，请将其注意力吸引到屏幕中间的新反馈栏上。说明它显示了相对于阴影目标范围的最新 H 反射大小。如果响应在目标范围内，则试验将计为成功，条形图将为深绿色。如果超出范围，则试验将计为不成功，条形将为更亮的红色。
- 在整个跑步过程中，激励参与者进行尽可能多的成功试验。到目前为止，执行的试验数量和在运行中成功的试验比例显示在屏幕右侧。75 次试验后，按 停止 结束运行。
- 按 分析 按钮。分析窗口看起来与对照试验相同。同样，使用 序列 选项卡验证 M 波是否在所需大小上保持不变。
- 与之前一样，在选择“ 分布 ”选项卡的情况下，使用 “向下 条件”按钮更新下一次运行的操作性条件条件。再重复操作性预处理程序 2 倍，总共 3 次运行，每次 75 次试验。
- 在会话结束时，按照步骤4.5.1.-4.5.6执行另一个招募曲线测量。
- 按如下所述完成会话。
- 在 日志 选项卡中键入任何其他会话注释。日志在会话特定数据目录中的带日期戳的纯文本文件中填写时会自动保存。关闭窗口。数据和日志已经保存。
- 要重新访问以前记录的数据的分析窗口，请双击 EPOCS 离线 分析图标，然后选择要分析的运行的数据文件。等待原始信号被处理（这可能需要 1 分钟或更长时间）。
注意：数据以BCI2000格式保存为.dat文件。文件名指示会话的日期和时间、参与者 ID、模式（ST 表示刺激测试，VC 表示自愿收缩，RC 表示招募曲线，CT 表示对照试验，TT 表示训练试验）和顺序运行次数。
5. 执行多个重复会话
- 安排总共 6 次基线会议、24 次调理会议（或 30 次，对于神经损伤患者）和 4 次随访会议。以每周 3 次的速度安排基线和调理训练，每次疗程持续不超过 90 分钟。安排所有会议在一天中的同一时间进行，以尽量减少昼夜变化的影响。
- 在 6 个基线会话中的每一个会话中，进行初始招募曲线运行、3 次 75 个对照试验运行和最终招募曲线运行。
- 在 24 次（或 30 次）调理训练中，进行一次初始招募曲线运行、1 次 20 次对照试验、3 次 75 次训练试验和最终的招募曲线运行。
- 在最后一次调理后 10-14 天、1 个月、2 个月和 3 个月进行 4 次随访。根据研究的目标，这些可能与基线会议或条件训练相同。
Representative Results
图2 显示了上述协议在测量M波和H反射募集曲线以及测量恒定刺激强度下H反射大小分布方面的有效性。它还说明了多会话方案在改变神经未受损参与者的 H 反射大小和改善不完全脊髓损伤参与者的运动功能方面的总体有效性。
图2A 显示了在H反射操作性调节期间以募集曲线模式执行运行后分析窗口的屏幕截图（参见协议步骤4.5）。在窗口的下半部分（ “序列 ”窗格），水平轴显示试验编号，因此，刺激强度从左到右增加。H 反射大小（绿色圆圈）上升然后下降作为刺激强度的函数，而 M 波大小（棕色三角形）上升然后饱和。 图2B 显示了在H反射操作性条件反射期间以对照试验或训练试验模式执行运行后分析窗口的屏幕截图（参见协议步骤4.6.和步骤4.7）。在下面板（“分布”窗格）中，H反射大小的直方图有助于为随后的向上或向下调节选择合适的标准水平。 在图 2C 中，神经未受损参与者的 H 反射大小绘制为 6 次基线会议、24 次调理会议和 4 次随访会话的会话数的函数。从15名受试者（8名男性，7名女性）收集数据，其中2名参加了上调和下调理组。受试者年龄在21-55岁之间。所有参与者都给予知情同意。该协议已获得纽约州卫生部机构审查委员会（IRB）的批准（批准号05-058）。Thompson等人16 提供了进一步的细节。 图2D 显示了比目鱼H反射下调理对不完全脊髓损伤后慢性下肢损伤的参与者的有益效果。成功的调理与步态对称性和相对于基线的步行速度的改善有关。数据来自13名年龄在28-68岁之间的参与者（9名男性，4名女性），他们给予知情同意。该方案已获得海伦海耶斯医院IRB的批准（批准号07-07）。Thompson等人14 提供了进一步的细节。
图2：代表性结果 。 （A） 招聘曲线分析窗口的屏幕截图。（b） “对照试验”或“训练试验”分析窗口的屏幕截图。（C）未受伤的参与者中比目鱼H反射的上调和下调的对比效果。红色向上三角形显示平均 H 反射大小，从 N = 6 成功上调的参与者（共 8 名）;蓝色向下三角形显示N = 8个成功下调条件的参与者（共9个）的平均反应。误差线表示标准误差。此图像已从Thompson等人16修改而来。（D）比目鱼鱼H反射下调理对不完全脊髓损伤后慢性损伤患者步行速度和步态对称性的治疗效果。对照结果为N = 6名受试者，其H反射成功下调，而N = 4名受试者来自对照条件（无操作性条件反射）和N = 3名受试者，其中下调调节方案未能减少反射大小。误差线表示标准误差。每个星号表示在配对 t 检验中比较预处理测量值与后处理测量值的 p 值低于 0.05。此图像已从 Thompson 等人 14 修改而来。 请点击此处查看此图的大图。
Discussion
上述方案适用于在没有神经损伤的典型成人中展示比目鱼鱼 H 反射下调理。精确的参数值可能因人而异，特别是作为损伤的函数。虽然参与者的招募曲线在视频中以大约25 mA的刺激电流达到Mmax，但另一个人可能需要50 mA或更多，因此在招募曲线测量期间，电流将以更大的步长增加。它们可能还需要更长的脉冲持续时间。第三个人可能更敏感，需要较小的电流设置。该方案还需要根据正在调节的肌肉进行调整。例如，当针对桡侧腕屈肌24，25时，通常使用较低的电流设置;应使用自愿收缩模式来建立背景肌电图限制的量表;在优化电极放置和优化姿势期间必须更加小心，然后必须在试验中保持恒定。
该方案对刺激器电流设置与实际输送到神经的电流量之间关系的变化很敏感——这可能受到姿势、参与者水合作用和粘性电极凝胶干燥的微小变化的影响。在H反射条件反射中，这个问题可以通过使用M波大小作为有效刺激强度的指标来缓解。它反映了由刺激激发的比目鱼运动神经元传出轴突的数量。因此，如果M波大小保持不变，则意味着由刺激激发的初级传入轴突的数量，即引发H反射的轴突，也保持不变（另见Crone等人26）。因此，该M波在软件中被称为参考响应。为此，步骤4.5.12。提到应记录目标 M 波大小。实际上，保持该响应大小大致恒定比保持标称电流严格恒定更重要。分析窗口的序列选项卡允许对每次运行的 M 波恒常性进行回顾性验证;对于比目鱼 H 反射调节，这通常足以纠正任何问题。为了更好地控制，可以将第二台显示器连接到计算机，以显示实时M波分析，以指导逐个试验的手动调整。该控制任务的自动化是一个正在进行的项目27.
昼夜变化也可能影响一个人的电生理反应28，29，30，31。因此，建议在一天中的同一时间（即在相同的3小时时间窗口内）执行所有会话。
操作性条件反射的成功可能对操作员选择的时间间隔的准确性敏感，以定义 H 反射;特别是，间隔不应太宽。正确区间定义的详细准则超出了本文的范围。这也是软件未来版本中自动化的功能。
协议中的一个关键步骤是步骤4.5.6.，其中操作员在每次固定次数的试验后手动重复增加刺激器电流。错误计算此处的试验或错误调整当前刻度盘可能导致由此产生的招募曲线失真。通过启用 Digitimer Link 选项可以减少这种用户错误的可能性，该选项允许自动调整一个特定刺激器型号的电流。
本文重点介绍 H 反射条件反射，因为它是 EPOCS 潜在临床应用中发展最充分的。现有的软件帮助研究人员不断努力磨练该协议，以实现广泛的临床传播32。除了H反射条件反射之外，EPOCS还可以以目前的形式应用于更广泛的刺激方法和诱发反应。例如，它同样可以很好地触发引起拉伸反射的机械装置，该装置也可以是条件33，34，35。该方法适用于个人的障碍;在一个人中，向下调节比目鱼 H 反射通过减少痉挛性反射亢进来改善运动14;在另一项研究中，向上调节胫骨前部 MEP 通过缓解足部下垂来改善运动36.
虽然正在努力生产该协议的商业实施，但原始软件将作为研究工具并行维护，以提供必要的灵活性来扩展靶向神经可塑性领域。EPOCS所基于的广泛而成熟的BCI2000软件平台的模块化和可扩展性实现了这种灵活性。这意味着，在软件工程师最少的干预下，该系统可以重新配置，用于更广泛的研究目的。例如，可以将其配置为记录额外的生物信号通道或额外的传感器，以便以后进行分析（例如，脚踏开关和运动跟踪传感器），以便在运动期间进行调节。还可以对其进行编程以考虑刺激的其他触发标准（例如，仅在步态周期的特定部分触发刺激）或在成功或不成功的试验中触发额外的强化刺激。提供了示例自定义文件。
靶向神经可塑性仍处于起步阶段。其尚未开发的途径有望为开发新的治疗方法（如上所述）和阐明疾病的自然史以及健康和疾病中枢神经系统功能的机制提供巨大的益处2，32，37。因此，我们致力于维护和支持EPOCS，将其作为实现这一治疗和科学潜力的关键工具。
Disclosures
JRW和AKT是三项与H反射调节相关的专利的发明人。其他作者没有竞争性的经济利益或利益冲突需要报告。
Acknowledgments
这项工作得到了NIH （NIBIB） P41EB018783 （JRW），NIH （NINDS） R01NS114279 （AKT），NIH （NINDS） U44NS114420 （I. Clements， AKT， JRW），NYS SCIRB C33279GG和C32236GG （JRW），NIH （NICHD） P2C HD086844（S. Kautz），Doscher神经康复研究计划（AKT）和Stratton Albany VA医疗中心的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alcohol swabs | any | For application to skin | |
| BNC cable (long) x 1 | any | Male BNC to male BNC, long enough to reach from digitizer to stimulator | |
| BNC cable (medium) x 2 | any | Male BNC to male BNC, long enough to reach from amplifier to digitizer | |
| BNC cable (short) x 1 | any | Male BNC to male BNC, short (to patch between two digitizer ports) | |
| BNC tee connector | any | Female-male-female BNC splitter | |
| Computer | Lenovo | ThinkStation P340 | A wide range of computing hardware is suitable, especially if using a USB digitizer (no PCI slots needed). Must run Windows 7+. Include standard keyboard & mouse. |
| Constant-current stimulator | Digitimer Ltd. | DS8R | The DS8R enjoys EPOCS automation support. If controlled manually, other constant-current stimulators may be used provided they have an external TTL trigger and can achieve a pulse duration of 1 ms or more. |
| Digitizer (option A) | National Instruments | USB-6212 | USB digitizer with integrated BNC connectors. |
| Digitizer (option B) | National Instruments | PCIe-6321 | PCIe digitizer—requires desktop computer with a free PCI slot, also cable and BNC terminal block (below) |
| Digitizer cable (for option B only) | National Instruments | SHC68-68-EPM | Connects PCIe digitizer to BNC terminal block |
| Digitizer terminal block (for option B only) | National Instruments | BNC-2090A | 19-inch-rack-mountable BNC terminal block |
| EMG amplifier system | Bortec Biomedical Ltd. | AMT-8 | Analog amplifier + portable unit + long transmission cable + battery pack + two 500-gain active electrode leads (1 bipolar, 1 bipolar with ground) |
| Monitor | any | Large enough for the participant to see clearly from the intended viewing distance. | |
| NeuroPlus electrodes (22 x 22 mm) x 6 | Vermont Medical Inc. | A10040-60 | Disposable self-adhesive silver/silver-chloride 22 x 22 mm surface-EMG electrodes. 6 needed per session (11 on participant's first session) |
| NeuroPlus electrode (22 x 35 mm) x 1 | Vermont Medical Inc. | A10041-60 | Disposable self-adhesive silver/silver-chloride 22 x 35 mm surface-EMG electrode. 1 needed per session. |
| Snap lead x 2 | any | EDR1220 | Leads for stimulating electrodes: 1.5mm DIN to button snap |
| Wire | any | 8–10 cm length of single-core insulated wire |
References
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