Method Article

الجمع بين أنظمة الحصول على البيانات متعددة لدراسة الإخراج القشري ومتعدد القطاعات الميكانيكا الحيوية

DOI:

10.3791/53492

⸱

January 9th, 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Kinesiology, McMaster University, 22Els Espots

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتطلب استخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) لدراسة التحكم الحركي البشري تكامل أنظمة الحصول على البيانات للتحكم في توصيل TMS وتسجيل السلوك البشري في نفس الوقت. توفر هذه المخطوطة منهجية مفصلة لدمج أنظمة الحصول على البيانات لغرض التحقيق في الحركة البشرية عبر TMS.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
تسمح تقنيات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة

بإجراء تحقيق متعمق في الآليات العصبية التي تدعم السلوك البشري. حتى الآن ، كان استخدام TMS لدراسة الحركة البشرية محدودا بسبب التحديات المتعلقة بالتوقيت الدقيق لتوصيل TMS إلى ميزات الحركة التي تتكشف ، وأيضا من خلال توصيف الحركية والحركية بدقة. للتغلب على هذه التحديات التقنية ، يجب دمج أنظمة التسليم والاستحواذ TMS مع نظام تتبع الحركة عبر الإنترنت. توضح هذه المخطوطة بالتفصيل الابتكارات التقنية التي تدمج أنظمة اقتناء متعددة لتسهيل وتعزيز استخدام TMS لدراسة الحركة البشرية. باستخدام أنظمة البرامج والأجهزة المتاحة تجاريا ، يتم توفير نهج خطوة بخطوة لكل من تجميع الأجهزة ونصوص البرامج اللازمة لإجراء دراسات TMS التي يتم تشغيلها بواسطة ميزات محددة للحركة. يركز النهج على دراسة حركات الوصول إلى الأطراف العلوية والمستوية ومتعددة المفاصل. ومع ذلك ، فإن نفس النظام التكاملي قابل للعديد من الدراسات المعقدة للتحكم الحركي البشري.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) هو أسلوب غير الغازية لتحفيز القشرة الإنسان. 3،5 هناك العديد من بروتوكولات TMS التي يتم استخدامها لفهم وظيفة القشرية مثل البقول واحدة ومتعددة، والتحفيز موقع المزدوجة للتحقيق الربط الوظيفي، و البقول المتكررة لتعزيز اللدونة العصبية. يمكن أيضا الجمع بين 4،6-8 بروتوكولات TMS للمضي قدما في الفهم الحالي للعمليات القشرية الإنسان وتوجيه استراتيجيات إعادة التأهيل العصبي. بالإضافة إلى تحفيز القشرة، TMS يمكن أن تستخدم أيضا لفهم وظيفة شبه القشرية عن طريق تحفيز الجهاز القشري أو المخيخ.

واحدة من أكبر التحديات التقنية التي تواجه حاليا البحث TMS هو القدرة على دراسة دور المناطق القشرية خلال الموجه هدف الحركة التطوعية في البشر. وتساهم عدة اعتبارات لهذا التحدي التقني. أولا، ينبغي أن يقترن تسليم TMS في الوقت الحقيقي مع حركة الإنسان ج apture. وبهذه الطريقة، والبقول TMS يمكن تسليمها أو أثار من المميزات ضمن تسلسل حركة توفير نهج غير الساحلية من الوقت لدراسة حركة معقدة. ثانيا، دمج تسليم TMS والتقاط الحركة تسمح لتوصيف مفصل للحركة معقدة فور وقوعها، والتي سوف تقدم في فهم العلاقات الدماغ السلوك التي تدعم التحكم في المحركات. في الوقت الحاضر، لا توجد النظم المتاحة تجاريا التي تدمج ضمنا منهجيات TMS والتقاط الحركة. لعلماء الأعصاب في مجال التحكم في المحركات، هذا الفراغ يترجم عادة إلى تستغرق وقتا طويلا، والتحديات التقنية لدمج أنظمة البرمجيات والأجهزة الحصول على البيانات والتوصيل المتعددة. وقد أدى هذا القيد التقنية أيضا في مجال البحوث متفرق مكرسة لدراسة حركات متعددة مشتركة الحيوية التي تنطوي على الطرف العلوي. لTMS للمضي قدما في مجال التحكم في المحركات الإنسان، لا بد من أن وظيفة القشرية أن تبحث خلال حركة الإنسان المعقدة.

الصورة = "jove_content"> على الاندماج بشكل فعال منهجيات TMS والتقاط الحركة، ونظام الاستحواذ يجب أن تسمح في الوقت الحقيقي TMS في وقت واحد والتقاط الحركة. ثانيا، يجب أن يكون نظام مناسب لدراسة الكينماتيكا الحركة (أي.، ووصف الحركة)، حركية الحركة (أي، القوى التي تسبب الحركة)، ونشاط العضلات. ثالثا، يجب أن يكون النظام قادرا على مزامنة البقول TMS إلى هذه الميزات الحركة، ويكون سببها معايير تستند إلى ملامح الحركة المعقدة. إن هذا النظام يوفر الربط الضروري بين وظيفة القشرية والحركية وحركية الحركة.

تفاصيل هذه المخطوطة نهجا فريدا لدمج أساليب TMS والتقاط الحركة. هذا النهج يتيح تحليل مفصل للاليات حركات متعددة مشتركة معقدة، وتصاريح للتحكم الآلي من البقول TMS الناجمة عن ميزات معينة للحركة (أي علم الحركة، حركية، أو نشاط العضلات). وعلاوة على ذلك، وهذا ACQ البياناتيسمح نظام uisition لTMS والتقاط الحركة لتكون متكاملة مع النماذج التجريبية التي تتطلب visuo الحركية أو الحسية المهام. تفاصيل هذه المخطوطة نهجا مبتكرا لدمج الأجهزة والبرمجيات أنظمة التقاط الحركة المستخدمة عادة لغرض الجمع بين TMS واكتساب حركة الإنسان وتحليلها. وتعرض البيانات باستخدام عينة الدراسة من عمل القشرية البشري خلال مستو الحركة متعددة مشتركة. غير متوفرة للتنزيل البرامج النصية البرامج المطلوبة لأداء التجربة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: يمكن تطبيق البروتوكول التالي لمجموعة متنوعة من التجارب. وفيما يلي تفاصيل بشأن تجربة تنطوي على ذراع الموجهة بصريا التوصل المهمة إلى واحد من ستة أهداف المكانية عرضها على شاشة الحاسوب. TMS، للتحقيق في استثارة القشرية، يتم تشغيل إما عن طريق إشارات التناظرية الناشئة من حركة (أي EMG أو إدخال مقياس الزوايا الكهربي) أو الإشارات الرقمية الناتجة من البرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح. وافقت هذه الدراسة من خلال أبحاث أخلاقيات مجلس ماكماستر وفقا لإعلان هلسنكي. يتم توفير عينة البيانات.

1. متطلبات الأجهزة / البرمجيات

ملاحظة: الشكل 1 يعرض التخطيطي لمتطلبات الأجهزة لدمج أنظمة TMS والتقاط الحركة في سياق تجربة visuo الحركية الكمبيوتر التي تسيطر عليها.

  1. تجهيز جهازي كمبيوتر سطح المكتب مع المنافذ التسلسلية والمتوازية (إن لم تكن متاحة بالفعل). تجهيز PC 1 (الشكل 1) مع القائم على اكتساح برنامج الحصول على البيانات، وPC 2 مع برنامج Visual البرمجيات تسليم التحفيز.
  2. عمليات البرمجيات
    1. التناظرية / الرقمية الإطار الداخلي (A / D مربع) العمليات
      ملاحظة: توفر العمليات التالية المعلومات للقراء إذا كانت ترغب في إنشاء برنامج برامج مماثلة أنفسهم. هذه الخطوات ليست ضرورية لأداء التجربة، والتجربة يمكن ببساطة استخدام البرامج المقدمة من قبل المؤلفين، ولكن يتم توفيرها المبادئ التوجيهية للسماح للمستخدمين لإنشاء برامج خاصة بهم.
      1. إنشاء ملف المنظم داخل البرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح (انظر "ملف المنظم" على سبيل المثال (في معلومات تكميلية 2) ليتم تنفيذها على جهاز الكمبيوتر 1.
        ملاحظة: مثال على عمليات لإنشاء ملف المنظم باستخدام برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح في هذه التجربة يمكن العثور عليها في http://ced.co.uk/products/signal#script.
        لاTE: هذا الملف يعمل على توفير جميع التوقيت الدقيق المطلوبة أثناء تنفيذ تسلسل بالتوازي مع الحصول على البيانات الفعلية ويتيح المرونة مع توقيت متزامن من المشغلات الخارجية. التغيرات في معايير الزناد الخارجية لا يمكن أن يؤديها في مربع الحوار تكوين الذي تربى عند تشغيل البرنامج النصي (انظر القسم "التجارب التجريبية" لمزيد من التفاصيل و"التسلسل ملف" قطة الشاشة).
      2. خلق الوظائف الفرعية منفصلة داخل ملف المنظم للسيطرة على الجيل جديلة السمعي ومعايير الزناد TMS. هل لديك روتين واحد السيطرة على جديلة السمعية على أساس المدخلات من برنامج عرض التحفيز البصري. أيضا، لديك واحدة تحكم روتين وTMS اثار بناء على مدخلات من مدخلات تناظرية إلى مربع / D.
        ملاحظة: يتم توفير مثال على كيفية الوظائف الفرعية منفصلة ترد ضمن ملف المنظم في المعلومات التكميلية (النصي والمنظم ملف). الرجوع إلى 1.2.1.1 للحصول على دعم إضافي الموقعخاصة بنظام البرمجيات المستخدمة في هذه التظاهرة. هذا الإعداد يسمح الجيل جديلة السمعي تحدث بالتوازي مع اختبار لمعايير TMS الزناد.
      3. إنشاء خطوط من التعليمات البرمجية في ملف المنظم الذي يستدعي الوظائف الفرعية (الموصوفة في 1.2.1.2). اطلب من كل وظيفة روتين بحيث تنتظر وصول المدخلات من مصادرها (أي البصري البرمجيات عرض الحوافز لجديلة السمعية ومدخلات تناظرية لTMS الزناد).
    2. الاتصال والتواصل بين نظام التقاط الحركة الكهرومغناطيسي لاكتساح المستندة إلى برنامج الحصول على البيانات
      1. للحصول على نظام التقاط حركة الكهرومغناطيسية لتوليد مستمر البيانات، وتوليد خطوط من التعليمات البرمجية في الملف النصي من الحصول على البيانات البرمجيات القائمة على اكتساح لإخراج عدد من الأوامر إلى التقاط الحركة الكهرومغناطيسي عن طريق الاتصال التسلسلي (يجب أن توجد هذه الأوامر في دليل الحركة الكهرومغناطيسي القبض النظام).تم العثور على هذه الأوامر في ملف البرنامج النصي للتحميل (script_file.sgs، انظر خطوط 88-114 و635-650).
      2. إنشاء خطوط للقانون أن يكون الملف النصي إضافة البيانات التقاط الحركة إلى كل الاجتياح المحاكمة. بعد ذلك، يكون السيناريو تمرير البيانات التقاط الحركة عبر اتصال تسلسلي من PC 1 إلى البصري البرمجيات تسليم التحفيز (PC 2) للسيطرة على الموقف المؤشر التقاطع على شاشة PC 2.
        ملاحظة: هذه السلسلة من الأحداث يسمح لالتقاط الحركة الكهرومغناطيسية لتوليد بيانات ASCII بشكل مستمر، ومن ثم تتم قراءة البيانات من خط المسلسل.
      3. في نهاية التجربة، وخلق خطوط من التعليمات البرمجية لديك أوامر إرسال ملف نصي لإيقاف التقاط الحركة إخراج البيانات النظام الكهرومغناطيسي. للقيام بذلك، لديك بيانات اقتناء البرمجيات القائمة على الاجتياح ترسل أسطر من النص تحتجز عددا استشعار تليها ستة القيم تنسق (انظر script_file.sgs للحصول على الرموز الأمر المستخدم لهذه المظاهرة، وخطوط تحديدا 88-114 و 653-658).
        ملاحظة: تم العثور على مزيد من المعلومات حول هذه الأوامر أيضا على التقاط الحركة نظام موقع الكهرومغناطيسي (القسم 1.2.1.1).
        ملاحظة: قبل استخراج القيم العددية، لدينا سلسلة "مطهرة" لأنه إذا كان تنسيق كان سلبيا، قد لا يكون فصلها عن العدد السابق من قبل أي مسافات.
    3. القائم على الاجتياح الحصول على البيانات البرمجيات إلى التحفيز البصري الاتصالات البرمجيات تسليم
      1. انشاء ثلاث قنوات منفصلة للاتصال بين البرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح والبرامج تسليم التحفيز البصري.
      2. انشاء خطين مسلسل تستخدم لنقل البيانات النص في كلا الاتجاهين بين PC و 1 PC 2. للقيام بذلك، قم بتوصيل كبل تسلسلي بين PC 1 و 2 جهاز كمبيوتر (كل سطر المسلسل كونه أحادي الاتجاه بين كل جهاز كمبيوتر، الشكل 1).
      3. اتصال PC 2 إلى مربع / D. للقيام بذلك، إنشاء، أو شراء، برقية يحتوي على منفذ LPT على واحد اوند وذكر BNC اتصال على الطرف الآخر. قم بتوصيل منفذ LPT لPC 2 و ربط الاتصال BNC لإدخال المشغل على مربع / D.
        ملاحظة: هذا الاتصال يسمح خط لنقل نبض الناتجة عن منفذ LPT1 على النظام البصري البرمجيات تسليم التحفيز إلى A / D المدخلات مربع الزناد (أي PC 2، الشكل 1).
        ملاحظة: إشارة TTL يضمن توقيت دقيق للبدء الاجتياح الحصول على البيانات في تزامن مع عمليات البرمجيات تسليم التحفيز البصري، في حين أن خطوط مسلسل المنقولة لجميع المعلومات الأخرى.
        ملاحظة: تأكد من استخدام بطاقات LPT ومنفذ COM الفعلية PCI-Express لتثبيت على جهاز الكمبيوتر مع برنامج تسليم التحفيز البصري. هذا الإعداد يسمح البرنامج للعمل بنجاح ويوصى بشدة. الاتصالات البرمجيات تسليم التحفيز البصري، التي تجري على مستوى منخفض لتجنب أي تأخير، لا تعمل عادة بشكل موثوق على محاكاة LPT والأجهزة المنفذ COM يقوم بتقديمإد بواسطة الدونغل USB.
      4. تعيين قيم مدة المحاكمة إلى 20 مللي ثانية في تقديم الحوافز ملف البرنامج البصرية، والقيم أقصر بكثير أو أطول من 20 مللي يسبب مشاكل. الموارد على كيفية إتمام هذه العملية يمكن الاطلاع على الموقع التالي: https://www.neurobs.com/menu_support/menu_help_resources/overview. رؤية خطوط 39-46 في ملف سيناريو الواردة في الوثائق التكميلية (عرض ملف السيناريو).
        ملاحظة: منذ ترتبط عمليات البرمجيات تسليم التحفيز البصري عن كثب إلى الجيل الصورة، وفي تجربتنا الاتصالات التسلسلية لم تتصرف كما هو متوقع، إلا إذا كانت مدة المحاكمة المنصوص عليها في وظيفة محاكمة مناسبة (أي 20 مللي ثانية).
      5. إنشاء بروتوكولات الاتصالات لتمرير المعلومات بين برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح والبرامج تسليم التحفيز البصري.
        ملاحظة: أقسام 1.2.3.7 ل1.2.3.11 تصف كيفية إتمام ذلك. راجع الموارد المتوفرة في الخطوة 1.2.1.1و1.2.3.5 لمزيد من الدعم للبرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح والبرامج تسليم التحفيز البصري، على التوالي.
      6. للحصول على البيانات البرمجيات القائمة على اكتساح لتسليم التحفيز الاتجاه البرمجيات البصرية، وخلق خطوط من التعليمات البرمجية في برنامج الحصول على البيانات القائمة على اكتساح لإرسال اثنين من أشكال المعلومات؛ أرقام محاكمة لبدء ووقف محاكمة، ومواقف المؤشر التقاطع. لديك برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح إرسال جميع المعلومات على النحو أسطر من النص إنهائها من قبل سطر تغذية. رؤية خطوط 700-708 في الملف النصي الإشارة للطريقة التي تم الانتهاء من هذا.
      7. للبرنامج تسليم التحفيز البصري للتمييز نوعين من المعلومات، وتعيين حرف الأولي لتكون 0 أو 1 متبوعا واحد أو رقمين وفقا لنوع من المعلومات، مع كل القيم التي تفصل بينها مسافات. البرنامج تقديم التحفيز البصري لن يكون هناك صعوبة في التعامل مع هذه المعلومات. رؤية خطوط 89-153 الملف السيناريو لرؤية حآه اكتملت هذه العملية ضمن برنامج تسليم التحفيز البصري.
      8. في برنامج تسليم التحفيز البصري لمقرها اكتساح التوجيه برنامج الحصول على البيانات، إنشاء خطوط من التعليمات البرمجية من البرامج تسليم التحفيز البصري أن إخراج قيم الأعداد واحدة، 0-9، ليتم إرسالها إلى القائم على اكتساح برنامج الحصول على البيانات وASCII واحد الأحرف '0' إلى '9' متبوعا سطر تغذية. رؤية خطوط 82-87 الملف السيناريو لتحديد كيفية إتمام هذه العملية.
      9. إنشاء خطوط للقانون ضمن برنامج تسليم التحفيز البصري لإرسال القيم من 0 و 1 لإرجاع معلومات لنظام الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح بشأن ما إذا كان أو لم يكن مشاركا أصاب الموقف الهدف. رؤية خطوط 72-80 و154-220 في ملف السيناريو لتحديد كيفية إتمام هذه العملية.
      10. إنشاء خطوط من التعليمات البرمجية في برنامج تسليم التحفيز البصري لإرسال معلومات تتعلق الرسالة في نهاية المحاكمة (أي م>.، إذا كان الهدف "ضرب" أو لا) للحصول على البيانات القائمة على الاجتياح software.See على نفس المنوال من التعليمات البرمجية في ملف سيناريو المقدمة في خطوة 1.2.3.10.
    4. سلسلة من العمليات داخل محاكمة
      1. انشاء سلسلة من محاكمة مثل أن إعدام محاكمة هو مشترك بين برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح والبرامج تسليم التحفيز البصري، مع برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح يجري 'المسؤول' من التسلسل العام.
      2. وضع برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح في السيطرة على تسلسل التجربة لأن البرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح بإنشاء ملف البيانات الفعلية التي تحتاج إلى المشروح مع تفاصيل المحاكمة، وبالتالي، هناك حاجة أقل الاتصالات.
      3. انشاء السيناريو بحيث تسلسل العمليات يبدأ القائم على الاجتياح الحصول على البيانات البرمجيات اختيار الإعدادات المحاكمة المقبلة (الموقف هدف وTMS نوع الزناد). رؤية خطوط 335-345، وحلقات المناظرة هو موضح في غضون هذه السطور، في ملف نصي لفهم كيفية إتمام هذه العمليات.
        ملاحظة: ترد أيضا الحلقات داخل الملف النصي.
      4. التالي، لدينا مجموعة البرمجيات الحصول على البيانات المعلمات القائم على الاجتياح في A / D مربع التحكم في نوع TMS الزناد وغيرها من جوانب المحاكمة. للقيام بذلك، لديك برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح بدء جمع البيانات بحيث مربع A / D ينتظر الزناد الاجتياح من برنامج تسليم التحفيز البصري، وبإعلام البرمجيات تسليم التحفيز البصري عبر خط المسلسل من العدد المستهدف (1-7) المستخدمة، الذي يتسبب في برنامج تسليم التحفيز البصري لبدء المحاكمة (أي، عن طريق النبض TTL). رؤية خطوط 180-303 من النص إشارة إلى فهم كيفية إتمام هذه العملية.
      5. بعد الانتهاء من الخطوة المذكورة آنفا، لديها برنامج الحصول على بيانات الانتظار القائم على تمشيط بحثا عن الانتهاء من جمع من الرمزية sweep من البيانات عن طريق المربع A / D، وإلحاق أية بيانات الموقع التي تتلقاها من نظام التقاط الحركة الكهرومغناطيسي لبيانات العينة. رؤية خطوط 117-178 و661-697 من الملف النصي للحصول على معلومات حول كيفية إتمام هذه العملية.
      6. انشاء برنامج تسليم التحفيز البصري لرصد موقف المؤشر التقاطع الموضوع التي تسيطر عليها. انشاء برنامج تسليم التحفيز البصري لتحريك الهدف إلى الموضع المحدد وتوليد نبضة TTL على المنفذ LPT1 بعد المؤشر داخل موقف البيت لفترة محددة من الزمن (المحددة في برنامج تسليم التحفيز البصري). رؤية خطوط 89-232 في ملف سيناريو لكيفية إتمام هذه الخطوة.
      7. إنشاء خطوط من التعليمات البرمجية التي تجعل البرنامج تقديم محفزات بصرية ترسل نبضة TTL لتحريك A / D الحصول على البيانات مربع، وبالتالي يبدأ توقيت المحاكمة داخل مربع / D. رؤية خطوط 222-232 الملف سيناريو حول كيفية إتمام هذه الخطوة.
      8. في الوقت نفسه، لدينا البصريةالتحفيز البرمجيات تسليم الملف السيناريو يبدأ تأخير وبعد ذلك سوف تتحرك الهدف إلى الموضع المحدد والبدء في رصد المؤشر التقاطع لمشاهدة لانها ضرب "الهدف (أي.، وتبقى على الهدف لفترة محددة). انشاء برنامج تسليم التحفيز البصري بحيث استمر هذا الرصد من موضع المؤشر التقاطع حتى برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح يبلغ البصرية البرمجيات تسليم التحفيز لاستكمال المحاكمة.
        ملاحظة: هذه العمليات هي على نفس سطر من التعليمات البرمجية في ملف السيناريو المنصوص عليها في الخطوات 1.2.4.6 و1.2.4.7.
      9. داخل مربع / D، إنشاء تأخير الوقت. لفترة محددة، يعمل حتى نهاية هذا التأخير، لديها رصد البرمجيات إشارتين EMG (ملاحظة: يمكن أن يكون أي إشارات التناظرية) للتحقق من أنها منخفضة السعة (هذه القيمة هي سعة المعرفة من قبل المستخدم). يوصي الكتاب السعة EMG من +/- 100 μV أو ~ 1٪ من الحد الأقصى لتفعيل الطوعي المشاركين. رؤية خطوط 45-75 في ملف المنظم لإكمال هذه العملية.
      10. إنشاء خطوط من التعليمات البرمجية التي تجعل بداية هذه الفترة الرصد EMG هادئة تميزت المولدة مربع A / D علامة رقمية مع رمز 1. أيضا، إذا تم الكشف عن "غير هادئة" EMG إشارة، لا تسمح بأي زيادة A / مخرجات مربع D (على سبيل المثال، زمارة أو TMS الزناد) أن تتولد أثناء المحاكمة. انشاء أمر في البرنامج بحيث إذا كان هناك "غير هادئة" EMG إشارة، يتم تكرار التجربة. رؤية خطوط المذكورة في الخطوة 1.2.4.9 خطوط بالاضافة الى 118-124 الملف المنظم وخطوط 347-420 من الملف النصي لهذه العمليات.
      11. في نهاية هذا التأخير، وبعد تسجيل إشارات EMG هادئة، لديها مربع / D تولد DAC 0 نبض الانتاج (في هذا الإعداد، والإخراج DAC يسبب "زمارة" مسموع). لديك مربع A / D -generated نقطة البيانات الرقمية هي المرة بداية "زمارة" مع "كود 2" انظر خطوط 126-138 ملف المنظم لفهم كيفلإكمال هذه العملية.
      12. انشاء البرنامج النصي في برنامج الحصول على البيانات القائمة على اكتساح لديك مربع / D مراقبة الوقت الاجتياح وإشارات واردة، وتولد الزناد TMS على أساس المعايير المناسبة. إنشاء خطوط للقانون مثل أن "شفرة 3" نقطة البيانات الرقمية هي المرة من هذا المشغل TMS (في حال حدوثه). رؤية خطوط 77-116 الملف المنظم لفهم كيفية إتمام هذه العملية.
      13. هل لديك فترة الانتظار، لظروف الزناد مناسبة، تستمر حتى فترة معينة قبل نهاية الاجتياح.
        ملاحظة: هذا يمنع محاكمة من حدوث ما لا نهاية إذا لم يتحقق هذا المعيار. رؤية خطوط 65-76 و118-138 في ملف المنظم لفهم كيفية إتمام هذه العملية.
      14. انشاء البرنامج الحصول على البيانات القائم على اكتساح للكشف عن الانتهاء من A / D جمع البيانات مربع وإخطار البرمجيات تسليم التحفيز البصري أن المحاكمة قد انتهت. رؤية خطوط 180-303 من الملف النصي لفهمكيفية إتمام هذه الخطوة.
      15. عندما يتم إخطار البرنامج تقديم التحفيز البصري أن المحاكمة قد انتهت، لديك برنامج تسليم التحفيز البصري يعود الهدف إلى موقف البيت وإرسال المعلومات إلى برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح بشأن ما إذا كان المشارك ضرب "الهدف. لديهم القائم على اكتساح برنامج الحصول على بيانات "سمة" في إطار عينات حديثا من البيانات إذا كان مشارك لم 'ضرب' الهدف،. رؤية خطوط 89-221 الملف سيناريو لكيفية إتمام هذه العملية.
      16. انشاء البرنامج النصي في القائمة على الاجتياح الحصول على البيانات البرمجيات إلى الانتظار لتأخير فترة ما بعد المحاكمة وفي نهاية هذا التأخير، لديها عودة عملية إلى الخطوة 1 وتجاهل بيانات العينة وتكرار التجربة الماضية إذا كان sweep- لم البرمجيات القائمة على الحصول على البيانات لن تؤدي TMS، أو الانتقال إلى المحاكمة المقبلة اذا كان كل شيء 'موافق'. رؤية خطوط 180-303 والحلقات في ملف نصي المقابلة لفهم كيفية إتمام هذاعملية.
        ملاحظة: البرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح وتقديم الحوافز البرامج المستخدمة آلات الحالة البصرية للتحكم في التسلسل اللازم للعمليات لأنه يسمح لسهولة التكيف من السلوك التجريبي، حسب الحاجة.
  3. وضع أجهزة استشعار على معالم العظمية الحصول على بيانات التقاط الحركة. لجمع البيانات المتعلقة تسليح الموقف، وأجهزة الاستشعار مكان على الجذع (درجة فوق القص) والكتف (الأخرم)، الكوع (8 ملم متفوقة على اللقيمة الوحشي)، والمعصم (بين هلالي والرؤيسية العظام على ظهر اليد و وفقا لأرقام 3 الثالثة)، وفقا لتوصيات لتتبع مراكز مشتركة للتناوب مع الحد الأدنى من أجهزة الاستشعار. 10

figure-protocol-1
الشكل 1. الأجهزة مجموعة المتابعة للسماح للبيانات التقاط الحركة الكهرومغناطيسية ليتم إرسالها إلى الاجتياحالمستندة إلى برنامج الحصول على البيانات والبرمجيات تسليم التحفيز البصري، وتجميع لأول مرة 4 أجهزة استشعار الكهرومغناطيسية مع وحدة النظام. اتصال وحدة النظام إلى PC 1 مع كبل تسلسلي 9 دبوس. ربط PC 1 إلى 2 جهاز كمبيوتر باستخدام كبل تسلسلي 9 دبوس. للسماح للتسليم TMS، ربط PC 1 مع A / D مربع مع كابل USB وتوصيل كابل BNC بين A / D مربع وحدة TMS. للسماح لتسجيل EMG، وربط EMG يؤدي إلى أمبير EMG وربط أمبير EMG إلى مربع / D عن طريق كابلات BNC. توصيل مقياس الزوايا الكهربي (إلغون) إلى مربع A / D عن طريق كابل BNC لتسجيل التغيرات زاوية مشتركة على الانترنت. للسماح للبرامج التحفيز البصري لتسليم تؤدي الى بدء محاكمة، وربط PC 2 إلى A / D المدخلات مربع الزناد عبر منفذ LPT إلى كابل BNC. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. الربط الأجهزةخلال التجربة (الشكل 1)
    1. ربط نظام التقاط الحركة الكهرومغناطيسي لجهاز الكمبيوتر تشغيل برنامج الحصول على البيانات القائمة على اكتساح مع 9 دبوس الكابلات المسلسل.
    2. وقد مربع الحصول على البيانات بتنسيق تسليم TMS وتسجيل البيانات التقاط الحركة الخ ويتم ذلك عن العملية المذكورة أعلاه الواردة في ملفات البرامج النصية والمنظم. ربط مربع / D باستخدام كابل USB إلى جهاز الكمبيوتر 1 وBNC موازية الكابل من A / D مربع الزناد الإدخال إلى PC 2.
    3. سد EMG يؤدي إلى تصفية EMG (الفرقة تمرير تعيين إلى 20 و 2500 هرتز) ومكبر للصوت (ربح x1،000) لجمع النشاط EMG والمخرجات القشري قياس كما أثار محرك الإمكانات (البرلمان الأوروبي).
    4. ربط تحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة الطور إلى النواتج الرقمية المناسب مربع الحصول على البيانات (الانتاج الرقمي "0" في هذه التجربة) للسماح للبرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح على PC1 لتحريك البقول TMS أثناء التجربة. لى>
    5. توصيل مقياس الزوايا الكهربي إلى مربع الحصول على البيانات على قناة التناظرية 2. يسمح هذا الصدد لالقائم على الاجتياح الحصول على البيانات البرمجيات لتحريك TMS على أساس زاوية الكتف باستخدام البرامج المقدمة من قبل المؤلفين.
    6. بناء أو شراء جهاز ذراع تستعد التي تدعم الذراع ضد الجاذبية. هذا الجهاز يسمح للحركات مستو في المستوى الأفقي (انظر الشكل 2). إذا بناء الجهاز، مثال الرسم متاح بناء على طلب من مؤلف كتاب المقابلة الشكل 2 يعرض صورة لجهاز يستخدم في المظاهرة.

figure-protocol-2
الشكل 2. الذراع تستعد الجهاز. صورت هو أحد المشاركين في وضع الذراع تستعد الجهاز، في حين يتم وضع لفائف TMS على فروة الرأس المشارك.JPG "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. إعداد التجربة

  1. تدابير القياسات البشرية
    1. تسجيل كتلة الجسم الكلية للمشارك باستخدام مقياس.
    2. قياس طول كل القطاعات لتحليل الحركية والحركية. على سبيل المثال، في هذا التطبيق مع الذراع، وقياس طول اليد، الساعد، والعضد مع شريط القياس.
    3. حساب التدابير الجسم البشري، مثل مركز شريحة من الكتلة، وسط الجزء من موقع الشامل، ونصف قطر دوران باستخدام المعادلات من الأدبيات البحثية. 9،12،13 (راجع معلومات تكميلية 1).
  2. EMG مجموعة المتابعة
    1. تحضير الجلد فوق العضلات (ق) في المصالح مع هلام جلخ الخفيفة ومحو نظيفة مع الكحول. تحقق مقاومة مع متر مقاومة. تأكد من أن مقاومة الجلد الكهربائي أقل من 10 أوم لتعزيز EMG إشارة أكيsition.
    2. وضع قطبين على البطن العضلات عضلات الفائدة في المونتاج ثنائي القطب. الكتاب توجيه القارئ إلى الموارد لمساعدة مع EMG التنسيب. 2 للحصول على هذه التجربة، أقطاب مكان على العضلة ذات الرأسين العضدية، ثلاثية الرؤوس العضدية، الصدرية الكبرى، الدالية الخلفية، والعضدية.
    3. باستخدام كابلات BNC، وربط المخرجات من مكبر للصوت EMG للقنوات التناظرية 0، 1، 3، 4، و 5 (لهذه التجربة محددة، وتلك القنوات ذات الصلة لتلك المستخدمة في النصوص القابلة للتحميل) على مربع / D.
  3. TMS
    1. معايرة لفائف TMS إلى المشارك باستخدام برنامج حاسوبي العصبية الملاحة، كما هو موضح في في دليل البرنامج.
      ملاحظة: أساليب أخرى يمكن أن تستخدم لمعايرة موقف لفائف لفروة الرأس الشخص، ولكن من المستحسن استخدام أحد البرامج العصبية الملاحة.
    2. تحديد موقع نقطة ساخنة المحرك. كموقع البدء، ضع الملف على الجانب المقابل كانmisphere للذراع / يد تجري دراستها و5 سم الوحشي إلى قمة الرأس إلى إعطاء الموقع التقريبي من جهة منطقة / ذراع القشرة الحركية الأولية. موقع قمة الرأس باستخدام 10-20 كهربية نظام وضع قطب كهربائي الدولية.
    3. وضع لفائف TMS شقة على رأس المشاركين وتوجيه لفائف مثل هذا فإنه من 45 درجة في ما يتعلق المستوى السهمي. وهذه المواقع لحث على الخلفي-latero لتيار الطور ميديو الأمامي في القشرة.
    4. ابتداء من ~ 30٪ من الحد الأقصى لانتاج مشجعا (هيئة علماء المسلمين) تقديم البقول TMS مع فاصل زمني بين التحفيز من 6 ثانية أو أكثر، كما هو موضح في البرنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح.
    5. نقل لفائف TMS إلى مواقع مختلفة قليلا مع تغييرات طفيفة في التوجه حتى يتم احظت MEP في عضلة الفائدة.
    6. تحديد MSO التي تعطي البرلمان الأوروبي من ~ 1 بالسيارات في العضلة المستهدفة. استخدام البرنامج neuronavigation لتسجيل رقميا هذا الموقع. كررهذا الإجراء لكل العضلات التي تتطلب نقطة ساخنة المحرك للتجربة.
    7. تحديد عتبة السيارات يستريح (RMT) من خلال البدء في الشدة التي تنتج الأكثر موثوقية ~ 1 بالسيارات MEP في عضلة الفائدة، وتقديم البقول TMS واحدة وتسجيل ذروة MEP إلى الذروة السعة على الانترنت.
    8. تحديد MSO حيث السعة من الذروة إلى الذروة من MEP هي ≥ 50 μV في 5 من 10 محاكمات متتالية. 3،11
      ملاحظة: لتكون متوافقة مع الدراسات السابقة، 1،3 تأكد من أن MEP يتم تسجيلها من EMG المونتاج القطب.
  4. التجارب التجريبية
    1. بدء التجربة عن طريق تشغيل برنامج Visual البرمجيات تسليم التحفيز أولا (أي، ملف السيناريو). بدء برنامج Visual البرمجيات تسليم التحفيز لأول مرة يسمح البرنامج لبدء قراءة في البيانات التقاط الحركة الكهرومغناطيسية وتسمح حركة واحدة التقاط استشعار للسيطرة علىالمؤشر على الشاشة.
    2. تشغيل "ملف نصي" للمحاكمات التجريبية ضمن برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح. يقرأ هذا الملف النصي في 'ملف المنظم "من شأنها أن توفر محفزات الخارجية على أساس نوع المحاكمة.
    3. المطلوب إدخال المعلومات في مربع الحوار تكوين الذي يفتح. الخطوات 2.4.4 إلى 2.4.11 جميع تتعلق إلى مربع الحوار التكوين.
    4. أدخل القيمة "1" في "مجموعات التحفيز في كتلة العشوائي" مربع. تتحكم هذه القيمة عدد مرات إجراء نوع المحاكمة في كتلة.
    5. أدخل قيمة "20" في "لبنات العشوائي في تجربة" مربع. تتحكم هذه القيمة عدد القطع التي سوف يتم تنفيذها في تجربة.
    6. أدخل قيمة "20" في "زمارة مدة النبضة" مربع. تتحكم هذه القيمة طول الوقت من إخراج DAC، وبالتالي، متى نبض صفير هو "ON".
      ملاحظة: تعديل هذه القيمة لزيادة طولنغمة السمعية موجودة.
    7. أدخل قيمة "5" في مربع "زمارة نبض السعة". تتحكم هذه القيمة في السعة فولت من إخراج DAC، وبالتالي، فإن "حجم" نبض صفير.
    8. أدخل قيمة "100" في مربع "آخر الزناد توقيت زمارة تأخير". تحدد هذه القيمة الفاصل في مرض التصلب العصبي المتعدد بين السمع "الذهاب" جديلة والإخراج الرقمي (أي.، TMS الزناد 1).
    9. أدخل قيمة "0.1" في خانة "EMG مستوى عتبة الزناد". تحدد هذه القيمة اتساع EMG في فولت اللازمة لتشغيل الإخراج الرقمي (أي.، TMS الزناد 2). وقد اتخذت هذه التدابير على إشارات EMG غير تصحيحه.
    10. أدخل قيمة "0.242" في خانة "زاوية مستوى عتبة الزناد". تحدد هذه القيمة قيمة العتبة في فولت القراءة من مقياس الزوايا الكهربي لتشغيل الإخراج الرقمي (أي.، TMS الزناد 3).
      ملاحظة: هذه القيمة تعتمد على معايرةعلى مقياس الزوايا الكهربي. يجب على المستخدم إدخال أن قيمة الجهد الذي يتوافق مع عتبة زاوية مشتركة من شأنها أن تثير نبض TMS.
    11. أدخل القيمة "1" (أي، 1 ثانية) في المربع "تأخير ما بعد المحاكمة". تحدد هذه القيمة الفاصل محاكمة أمور.
      ملاحظة: لمزيد من المعلومات حول كل وظيفة يمكن العثور عليها في البرنامج النصي أو حسب الطلب من المؤلفين.
    12. بدء تشغيل البرنامج النصي مرة واحدة كل شيء جاهز فيما يتعلق مشارك، TMS، وعرض برنامج التحفيز البصري.
    13. بعد هذه الخطوة، ومراقبة تشغيل البرنامج من تلقاء نفسها من دون أي / أو مع الحد الأدنى من إدخال المستخدم.
      ملاحظة: تبدأ مثال محاكمة مع المشاركين وضع المؤشر في الهدف موقف البيت. ويبدو الموقف الجديد الهدف المرئي ومشارك ينتقل إلى هذا الهدف، مرة واحدة في السمع 'اذهب' يتم تسليم جديلة عبر الرقمية إلى تناظرية الإخراج على مربع الحصول على البيانات.
    14. بعد تسليم جديلة، اطلب من المشاركين لتحريك المؤشر إلى رarget. بعد الوصول إلى موقف الهدف باستخدام المؤشر، ومراقبة موقف البيت وتبدأ المحاكمة المقبلة عن طريق وضع المؤشر مرة أخرى في موقف البيت.
      ملاحظة: هنا هو مثال TMS يتم تشغيلها من قبل البرنامج النصي. ضمان الفرد هو في موقف وطنهم. مراقبة الموقف الهدف المرئي وإرشاد المشاركين لتحريك المؤشر إلى هذا الهدف. تحريك TMS تحدث في 100 مللي ثانية بعد السمعية 'اذهب' جديلة. الفرد يحافظ على القاذف في وضع هدف ل1 ثانية. الفرد ثم يعود إلى موقف البيت في انتظار المحاكمة المقبلة.
    15. تأكد من أن المؤشر في موقف البيت. مراقبة الموقف الهدف المرئي وإرشاد المشاركين لتحريك المؤشر إلى موضع الهدف. تحريك TMS تحدث في 100 مللي ثانية بعد السمعية 'اذهب' جديلة. إرشاد الفرد للحفاظ على المؤشر في الموضع المستهدف ل1 ثانية. اسأل الفرد للعودة المؤشر إلى موقف البيت في انتظار المحاكمة المقبلة.
      ملاحظة: في هذا المثال، إشارة تناظرية بتشغيل TMS. على وجه التحديد، في هذا المثال، EMG يطلق نبض TMS. التجربة لديه 21 الشروط: 7 شروط الهدف × 3 نقاط زمنية مختلفة التي يتم تشغيل نبض TMS (أي الزناد 1، 2 الزناد، الزناد 3). في هذا المثال، يتم تشغيلها البقول TMS استنادا إلى الأحداث الرقمية أو التناظرية أحداث الزناد الخارجية مثل EMG أو إدخال مقياس الزوايا الكهربي. يمكن تعديل هذه الأحداث الرقمية أو التناظرية من قبل المستخدم عن طريق تغيير تسلسل وملفات البرامج النصية. المدة الإجمالية التقريبية لهذه التجربة هي 3-4 ساعة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعرض الشكل 3 نتائج من محاكمة واحدة. في هذه المحاكمة، ويبين الشكل 3A الموقف المبدئي للمشارك، وبعد السمعية 'اذهب' جديلة، نقل المشاركين في أسرع وقت وبدقة ممكن إلى الهدف (أي.، الموقف النهائي). أثار برنامج الحصول على البيانات القائمة على الاجتياح نبض TMS على أساس EMG بداية في العضلة ذات الرأسين العضدية. هذا يسمح للقياس الناتج القشري الموجهة إلى عضلات الذراع العليا التي سيتم تقييمها في وقت محدد ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

توضح المخطوطة الحالية بالتفصيل طريقة مبتكرة لدمج TMS وأنظمة التقاط الحركة في سياق مهمة بصرية حركية. لإحراز تقدم سريع وذي مغزى في دراسة التحكم في المحركات البشرية ، من الضروري أن تسمح المنهجيات بالاتصال الدقيق عبر أنظمة الأجهزة والبرامج المتعددة. يمكن استخدام النموذج المقدم لدراسة مجموعة متنوعة من الاهتمامات البحثية بما في ذلك المساهمة القشرية في التعلم الحركي ، والفيزيولوجيا العصبية للتحكم الحركي ، والتحكم في الحركة متعددة المفاصل في مجموعات سكانية خاصة. على سبيل المثال ، استخدمنا هذا النموذج لدراسة كيفية تغير استثارة...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يشكر المؤلفون التمويل المقدم من مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة إلى AJN.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
شركة Polhemus FASTRAKPolhemus Inc.6 درجات من الحرية جهاز تتبع الحركة الكهرومغناطيسية مع 4 أجهزة استشعار
PresentationNeurobehavioral Systems Inc.برنامج قابل للبرمجة بالكامل للتجارب التي تنطوي على الحصول على البيانات وتسليم التحفيز
، قامت شركة Cutom ببناء الهيكل الخارجي80/20 Inc. - مجموعة النصب الصناعيتختلفالأجزاء المختلفة المستخدمة لبناء الهيكل الخارجي
BrainsightRogue Research Inc.برنامج الملاحة العصبية لتتبع موضع الملف طوال التجربة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chen, R., Yung, D., Li, J. Y. Organization of ipsilateral excitatory and inhibitory pathways in the human motor cortex. J Neurophysiol. 89 (3), 1256-1264 (2003).
  2. Criswell, E. Cram's Introduction to Surface Electromyorgaphy. , 2nd edn, Jones and Barlett Publishers. Mississauga, Canada. (2011).
  3. Di Lazzaro, V., et al. The physiological basis of transcranial motor cortex stimulation in conscious humans. Magnetic stimulation: motor evoked potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Clin. Neurophysiol. 115 (2), 255-266 (2004).
  4. Ferbert, A., et al. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex. J Physiol. 453, 525-546 (1992).
  5. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  6. Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45 (2), 201-206 (2005).
  7. Jacobs, M., Premji, A., Nelson, A. J. Plasticity-inducing TMS protocols to investigate somatosensory control of hand function. Neural Plast. , 350574(2012).
  8. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. 471, 501-519 (1993).
  9. Miller, D., Nelson, R. Biomechanics of Sport: A Research Approach. , Lea and Febiger. Philadelphia, USA. (1973).
  10. Nussbaum, M. A., Zhang, X. Heuristics for locating upper extremity joint centres from a reduced set of surface markers. Human Movement Sciences. 19, 797-816 (2000).
  11. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 91 (2), 79-92 (1994).
  12. Winter, D. A. Biomechanics and Motor Control of Human Movement. , 4th edn, John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, USA. (2009).
  13. Zatsiorsky, V. Kinetics of Human Motion. , Human Kinetics Publishers Inc. Windsor, Canada. (2002).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Transcranial Magnetic StimulationMotor Evoked PotentialElectromyography SignalMotion Tracking SystemCorticospinal OutputUpper Limb MovementJoint Angle AnalysisKinematic Kinetic AnalysisData Acquisition IntegrationNeuromotor Control Study

Related Articles