경 두개 자기 자극, 근전도, 모션 캡쳐, 가상 현실을 이용하여 인간의 모터 제어 유학을위한 다기능 설치

다음 실험의 전반적인 목표는 인간 생체 역학 연구 중에 기록된 여러 데이터 스트림을 동기화하기 위한 일반화된 기술을 설명하는 것입니다. 이는 근전도 및 모션 캡처 신호를 사용하여 두 개 이상의 시스템에서 독립적으로 기록할 수 있는 아날로그 동기화 이벤트를 생성함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 이 이벤트를 각 기록 장치에 적합한 신호로 변환하는 간단한 회로 구성 요소를 설계할 수 있습니다.

다음으로, 모든 신호를 동기화하기 위해 분석 소프트웨어를 사용하여 독립적으로 기록된 신호에서 동기화 이벤트를 임시로 정렬합니다. 결과는 여러 생체 역학 신호가 각 데이터 기록 시스템의 샘플링 주파수 내에서 일시적으로 정렬될 수 있음을 보여주며, 이를 통해 신경근 제어를 연구하기 위해 인간의 자연주의적 움직임에 대한 풍부한 실험 데이터 세트를 수집할 수 있습니다. 운동 제어 및 생체 역학 분야에는 실험실 환경에서 자연스러운 인간의 움직임을 연구함으로써 가장 잘 대답할 수 있는 여러 가지 복잡한 질문이 있습니다.

여기에서는 가상 현실을 사용하여 여러 생리적 신호가 동시에 기록되는 행동 작업을 정의하는 방법을 설명합니다. 하드웨어 기반 행동 리그와 같은 기존 방법에 비해 가상 현실 기반 실험 설정의 장점은 개별 참가자의 고유한 해부학적 구조뿐만 아니라 다양한 실험에 매우 빠르게 적용할 수 있다는 것입니다. 행동 실험 중에는 근전도 검사 및 모션 캡처와 같은 동작을 정량화하는 여러 신호를 동시에 기록하는 것이 일반적입니다.

우리의 방법은 여러 제조업체에서 호환되는 사용자 지정 동기화 장치를 사용하여 이러한 신호의 시간적 정렬 문제에 대한 솔루션을 제공합니다. 제조업체의 사양에 따라 증폭기, 사전 증폭기, 센서 와이어 및 센서 패드를 포함한 EMG 장비 간에 필요한 모든 전기 연결을 만드는 것으로 시작합니다. 각 전극 부위를 청소하여 피부 임피던스 값에 대한 일관되고 낮은 전극을 보장합니다.

그런 다음 피험자에게 관심 있는 개별 근육의 등척성 수축을 수행하도록 지시하고 근육 수축의 촉진 위치에 EMG 전극을 부착합니다. 근섬유를 따라 활성 부위의 방향을 염두에 두십시오. 접지 전극을 C 7 척추 위의 피부에 부착합니다.

신호 품질을 테스트하기 위해 피험자가 관심 있는 각 근육을 수축할 때 컴퓨터에서 증폭된 EMG 신호를 검사합니다. 마지막으로, 행동 작업에 필요한 근육 수축 중에 EMG 신호가 포화되면 증폭 이득이 감소합니다. 제조업체의 지침에 따라 모션 트래킹 카메라를 보정하는 것으로 시작하십시오.

액티브 LED 센서를 팔 관절 근처의 뼈 랜드마크와 손가락, 손목, 어깨 및 가슴 근처와 같은 기타 해부학적 관심 지점에 테이프로 붙입니다. 가상 현실 또는 VR 헤드셋에 다른 LED 센서를 연결하여 가상 환경에서 시점을 설정합니다. 그런 다음 각 LED를 무선 드라이버 장치에 부착된 배선 하니스에 연결합니다.

드라이버 유닛을 켜고 모든 LED가 적절하게 켜져 있는지 확인하십시오. 마지막으로, 동기화 LED를 피사체에서 멀리 떨어진 위치에 배치하되 모션 캡처 카메라가 잘 보이는 곳에 배치합니다. 먼저 경두개 자기 자극 또는 TMS 장치 및 소프트웨어를 보정하여 정확한 코일 배치를 허용합니다.

이렇게 하려면 TMS 코일을 NAS 귀 전치점 및 코 끝과 같은 해부학적 랜드마크와 함께 등록합니다. 캘리브레이션 포인터 사용. 그런 다음 핫스팟 기술을 수행하여 모터 유발 전위 또는 mep에 대해 가장 큰 진폭을 생성하는 피질에서 TMS 민감 영역을 찾습니다.

가장 낮은 자극 진폭으로, 보정된 입체정합 장비 및 소프트웨어를 사용하여 피험자의 두피에서 가장 좋은 자극 부위의 위치를 기록합니다. 마지막으로, 최소 50마이크로볼트의 MEP가 50%의 시간 동안 유발될 때까지 선택한 위치에서 자극의 진폭을 낮추어 피험자의 역치를 측정합니다. 먼저 제조업체의 프로토콜에 따라 행동 작업을 위한 VR 환경을 설정합니다.

헤드셋 및 모션 추적 시스템 프로그램과 호환되는 상용 VR 소프트웨어를 사용합니다. 병렬 포트를 통한 디지털 출력은 관심 있는 특정 이벤트의 동기화 및 표시를 위한 것입니다. VR 출력을 동기화 회로에 연결하고 일치하는 커넥터가 있는 케이블을 사용하여 동기화할 다른 장비에 연결합니다.

VR에서 수행할 작업의 요구 사항에 대해 알립니다. 피험자에게 구형 목표물이 자신의 시야에 나타날 때 가리키도록 요청합니다. 피험자가 작업을 이해하고 연습할 기회가 생기면 단일 VR 동기화 시도 동안 EMG 모션 캡처 데이터 및 동기화 신호 기록을 시작합니다.

이 소프트웨어는 EMG 장비가 상지의 움직임 중에 발생한 신경근 활동을 보여주는 신호를 기록하도록 트리거합니다. 또한 모션 캡처 장비를 트리거하여 연속적인 이동 데이터를 기록합니다. 이 신호는 EMG 및 모션 캡처 데이터를 동기화하는 데 사용할 수 있습니다. 여기.

24건의 임상시험에서 평균 각도운동학(angular kinematics)과 동역학(dynamics), 그리고 이와 관련된 지속적이고 순간적인 신경근 활동이 단일 과제에 대해 나타난다. 가상 현실에서 제공하는 이러한 다차원 데이터 세트를 통해 연구원들은 특정 인간 운동 제어 메커니즘을 조사할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 EMG 및 모션 캡처와 같은 인간의 움직임 실험 중에 기록할 수 있는 여러 데이터 스트림을 동기화하는 방법에 대한 일반적인 이해를 갖게 될 것입니다. 이 절차는 뇌파검사와 같은 추가 시스템을 포함하도록 확장할 수 있습니다.

또한, 말초 신경의 전기 자극은 발달 후 운동 제어에 대한 감각 피드백의 기여도를 평가하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 기술은 신경과학자들이 뇌졸중이나 척수 손상과 같은 운동 장애가 있는 개인의 신경 제어 운동의 변화를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.