تخطيط كهربية متزامنة فروة الرأس (EEG)، العضلات (EMG)، وكامل الجسم تسجيل بالقصور الذاتي القطاعي لمتعدد الوسائط العصبية فك

يتمثل الهدف العام من التجربة التالية في توسيع مفهوم إطار تصوير الدماغ المتنقل لتمكين دراسة ديناميكيات الدماغ والجسم البشري في مجموعة واسعة من مهام الحركة. ويتحقق ذلك من خلال وضع مستشعرات E-E-G-E-M-G ومستشعرات التقاط الحركة على شخص خاضع للتجربة كخطوة ثانية. يتم مزامنة أنظمة جمع البيانات الثلاثة باستخدام برنامج مخصص وجهاز تحفيز يعمل بضغط الزر، مما يوفر مجموعة بيانات E-E-G-E-M-G والتقاط حركة مرتبطة زمنياً.

بعد ذلك، يقوم الشخص بإكمال تسع مهام حركية محددة ضمن أربع بيئات مختلفة. ومن أجل رصد ديناميكيات الدماغ والجسم أثناء مجموعة متنوعة من الحركات، تظهر النتائج نشاط الدماغ الذي تم قياسه عبر تخطيط كهربية الدماغ (EEG) أثناء المهام الحركية. ويمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة جوهرية في مجال الأطراف الاصطناعية العصبية وواجهات الدماغ والحاسوب.

على سبيل المثال، هل من الممكن استخلاص معلومات مفيدة حول كينماتيكا GA أو أنماط EMG السطحية من تخطيط كهربية الدماغ (EEG) لفروة الرأس؟ تكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية في قدرتنا على جمع بيانات E-E-G-E-M-G والتقاط الحركة لاسلكياً باستخدام إعداد متنقل، مما يتيح لنا استكشاف المزيد من المهام الحركية والبيئات مقارنة بتقنيات جمع البيانات التقليدية. كما تمتد تداعيات هذه التقنيات إلى اضطرابات الحركة وطب إعادة التأهيل، لأن هذه البروتوكولات تمدنا أساساً بمعلومات حول التغيرات في نشاط الدماغ وتكيف الجسم.

سيقوم طلاب الدراسات العليا الآن بتوضيح كيفية وضع المستشعرات، أو سيوضح JI osir كيفية وضع مستشعرات EMG على المتطوع اليوم. سيقوم كيفن ناثان، بمساعدة جون، بوضع مستشعرات EEG على فروة رأسه لبدء هذا البروتوكول. أولاً، قم بتسجيل طول المتطوع ووزنه وعمره.

ثم اضبط سرعة جهاز المشي لتتوافق مع سرعة المشي المفضلة لدى الخاضع للاختبار. بعد ذلك، قم بقياس المسافة بين nasion و Inion باستخدام قلم لبادي. حدد 10% من هذه المسافة كمرجع لمحاذاة الغطاء، وحدد نقطة المنتصف من المسافة كقمة الرأس.

ضع الآن غطاء تخطيط كهربائية الدماغ (EEG) على الخاضع للتجربة وقم بمحاذاته وفقاً لنقاط المرجع المحددة. قم بمحاذاة نقطة المنتصف بين قطبي FP1 و FP2 مع علامة مسافة 10%، ومحاذاة القطب CZ مع نقطة الرأس (vertex) المحددة. ثبت الغطاء عن طريق ربط الحزام أسفل الذقن.

بعد ذلك، بدءاً من القطب الأرضي وقطب المرجع، استخدم سرنجة صغيرة لحقن هلام الإلكتروليت في كل قطب حتى تقيس الممانعة لكل منهما قيمة أقل من 25 kilo ohms، كما يشير تحول مؤشر LED الخاص بالقطب إلى اللون الأخضر. وأخيراً، قم بتوصيل الأقطاب بجهاز الإرسال اللاسلكي الخاص بنظام الحصول على البيانات. بعد ذلك، استعد لإجراء تخطيط كهربائية العضلات السطحي عن طريق حلاقة الجلد أولاً ثم تنظيفه بمسحة من كحول الإيزوبروبيل.

بعد ذلك، ضع قطباً كهربائياً على كل موقع من المواقع الثمانية المجهزة لكل ساق، وذلك لعضلات tali، وanterior vastus، وlateralis، وbiceps fems، وgastroc. وأخيراً، يرجى وضع أقطاب تأريض EMG على المعصم الأيمن أو الأيسر وتوصيل جميع أقطاب EMG بوحدة تسجيل بيانات EMG. وذلك للتحضير لالتقاط الحركة.

أولاً، قم بوضع مستشعرات العلامات على الخاضع للتجربة باستخدام أحزمة فيلكرو (Velcro) أو شريط لاصق مزدوج الوجه. ثبّت المستشعرات في المواقع المذكورة هنا. ثم اطلب من الخاضع للتجربة الصعود على جهاز المشي وتثبيت حزام الأمان كما هو موضح هنا قبل البدء في جمع البيانات.

افحص إشارات EEG وEMG للتحقق من الوضع الصحيح للأقطاب الكهربائية، وتوصيل الأقطاب، ونقل البيانات. ثم ابدأ عملية جمع البيانات عن طريق تشغيل تطبيق وحدة التحكم (console application) المكتوب بلغة c plus plus. اضغط على زر التشغيل اليدوي لبدء تسجيل EMG وإصدار إشارة صوتية تنبيهية (beep).

لبدء التجربة، وجّه الشخص الخاضع للاختبار بالبقاء في وضعية وقوف هادئة لمدة 30 ثانية. بعد ذلك، وبعد مرور 30 ثانية، اضغط على زر التشغيل لبدء المشي. يجب أن تتسارع جهاز المشي ببطء حتى تصل إلى السرعة المحددة مسبقاً للشخص الخاضع للاختبار.

اطلب من الخاضع للاختبار المشي لمدة خمس دقائق. بعد مرور خمس دقائق، اضغط على زر التشغيل لبدء الانتقال من المشي إلى الوقوف عن طريق إيقاف جهاز المشي ببطء. بعد التوقف التام، يجب أن يظل الخاضع للاختبار واقفاً لمدة 30 ثانية.

الآن، اضغط على زر الانتظار (queue) لإيقاف تجربة جمع البيانات وحفظها. كرر هذه التجربة باستخدام ثلاث حالات بصرية، بما في ذلك وضع نقطة سوداء على مسافة أمام المفحوص للتركيز على الملاحظة الآنية للساقين عبر شاشة الفيديو وتجنب وجود خط قطري على جهاز المشي.

بعد ذلك، انتقل إلى ساحة المشي. يجب إعداد ساحة المشي عن طريق وضع خمس مجموعات من مستشعرات التقارب بالأشعة تحت الحمراء، والأقماع، وشاشات التلفاز كما هو موضح. هنا، قم بوضع الخاضع للتجربة عند بداية حلقة المشي في الساحة وابدأ في جمع البيانات كما تم وصفه سابقاً.

الآن، اضغط على زر التشغيل لبدء تجربة المشي. وفي اللحظة التي يتم فيها إعطاء إشارة التشغيل، يظهر سهم الاتجاه الأول على الشاشة المقابلة للشخص الخاضع للتجربة.

إذا لوحظ سهم يشير إلى اليمين أو اليسار، يجب على الخاضع للتجربة الخروج من مجموعة الأقماع عند المدخل، والدوران بزاوية 90 درجة في ذلك الاتجاه، وإكمال الحلقة ثم العودة إلى أقماع المدخل. أما إذا لوحظ سهم يشير إلى الأعلى، فيجب على الخاضع للتجربة الاستمرار في السير مباشرة خارج أقماع المدخل. بعد ذلك، يتم إعطاء محفز يدوي وسهم اتجاه عندما يصل الخاضع للتجربة إلى مسافة مترين تقريباً من مستشعرات IR.

يجب على الخاضع للتجربة بعد ذلك المرور عبر المجموعة الأولى من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء (IR)، ثم القيام بالدوران المقابل بزاوية 90 درجة لإكمال الحلقة. وعند العودة إلى أقماع المدخل أثناء المشي، يجب على الباحث تتبع الخاضع للتجربة من مسافة تتراوح بين ثلاثة إلى خمسة أمتار تقريبًا مع وضع الحاسوب المضيف على عربة ذات عجلات. ولضمان جودة الإشارة اللاسلكية، يجب أن يستمر الخاضع للتجربة في المشي عند وصوله إلى أقماع المدخل. وبعد إكمال حلقة واحدة، يجب تكرار التسلسل بترتيب عشوائي للأسهم حتى يتم إكمال ثلاث حلقات لكل سهم ابتدائي.

بعد إكمال عدد الدورات المطلوب، اضغط على زر التشغيل اليدوي للإشارة إلى الانتقال لوضعية الوقوف. يجب على الخاضع للتجربة الوقوف بهدوء لمدة 30 ثانية. بعد ذلك، قم بإنهاء جمع البيانات بالضغط على زر الإشارة في الكمبيوتر المضيف.

ضع كرسيًا خلف الشخص الخاضع للتجربة وابدأ في جمع البيانات. يجب أن يقف الشخص بهدوء لمدة 15 ثانية عند بدء جمع البيانات. بعد مرور 15 ثانية، اضغط على زر التشغيل اليدوي.

بعد سماع الإشارة، يجب على الخاضع للاختبار الانتقال من وضعية الوقوف إلى وضعية الجلوس، مع الحفاظ على وضعية الجلوس حتى الإشارة الصوتية التالية. انتظر فترة زمنية عشوائية تتراوح من 5 إلى 15 ثانية، ثم اضغط على الزناد اليدوي لإعطاء إشارة للانتقال من وضعية الجلوس إلى الوقوف.

اطلب من الخاضع للاختبار الحفاظ على وضعية الوقوف حتى سماع الإشارة الصوتية التالية. كرر هذا الإجراء حتى الوصول إلى 10. أكمل عملية الانتقال من الوقوف إلى الجلوس ومن الجلوس إلى الوقوف.

تكتمل المناورات، وبعد ذلك يجب على المفحوص الوقوف بهدوء لمدة 15 ثانية. ثم يتم إنهاء جمع البيانات بالضغط على زر الإشارة. بعد ذلك، كرر بروتوكول الانتقال من الوقوف إلى الجلوس من أجل عملية الانتقال الذاتي من الوقوف إلى الجلوس ومن الجلوس إلى الوقوف.

في هذه المرة، وبدلاً من إعطاء الشخص الخاضع للتجربة إشارة لبدء الانتقال، يُترك للشخص بدء عملية النقل من تلقاء نفسه حتى يتم إكمال 10 تكرارات من كل مناورة. بالنسبة لوضعية المشي في الممر، يتم وضع الشخص وعربة جمع البيانات في منتصف ممر مستقيم يبلغ طوله ثمن ميل. ابدأ في جمع البيانات كما تم القيام به في تجارب المشي على جهاز السير الكهربائي.

بعد فترة الراحة الأولية التي تبلغ 32 ثانية، أعطِ إشارة يدوية أو تنبيهاً صوتياً للمشارك لبدء المشي. اطلب من المشارك المشي باستمرار لمدة خمس دقائق. وعندما يصل المشارك إلى مسافة 10 meters من نهاية الممر، يجب عليه البدء ذاتياً بالالتفاف والعودة في الاتجاه المعاكس ومواصلة المشي.

بعد مرور خمس دقائق، اضغط على زر التشغيل اليدوي لإيقاف المشي. يجب على الشخص الخاضع للتجربة الوقوف بهدوء لمدة 30 ثانية مع النظر إلى الأمام مباشرة. ثم قم بإنهاء عملية جمع البيانات.

بعد ذلك، ابدأ تجربة الممر الثانية. بعد فترة زمنية عشوائية من المشي تتراوح بين 20 إلى 40 ثانية، أعطِ إشارة يدوية وتنبيهًا صوتيًا ليقوم الخاضع للتجربة بالتوقف عن المشي. يجب على الخاضع للتجربة بعد ذلك أن يظل واقفًا لمدة قصيرة وعشوائية تتراوح من خمس إلى 15 ثانية.

ثم اضغط على زر التشغيل اليدوي ليستأنف الخاضع للتجربة المشي. كرر هذه الخطوات حتى تكتمل 10 دورات من التوقف والبدء، ثم أنهِ العملية. تُعرض هنا نتائج تمثيلية لجمع البيانات من المشي على جهاز المشي لمدة 10 seconds.

تُظهر اللوحة العلوية بيانات EEG خام بـ 64 قناة مع أسماء القنوات وفقاً لاتفاقية 10-20 الدولية، وتُظهر اللوحة الوسطى التسارع في الاتجاه الرأسي من 11 مستشعراً من نوع mark. بينما تُظهر اللوحة السفلية بيانات EMG خام بـ 8 قنوات. يوضح هذا الشكل بيانات نموذجية لدورة واحدة من المشي داخل الساحة.

تشير الأشرطة السوداء الرأسية في البروتوكول الواحد إلى المحفزات. المحفز الأول ناتج عن زر الضغط الذي يظهر السهم الأيمن. أما المحفزات الأربعة الأخيرة فهي من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء (IR)، من IR one إلى IR four أثناء عبور الشخص للدائرة، ونرى هنا بيانات عينة من الانتقال من الوقوف إلى الجلوس ومن الجلوس إلى الوقوف.

يتم عرض بيانات تسارع EEG وبيانات EMG كما هو موضح في الشكل الأول. وتشير الأشرطة الرأسية إلى المحفزات اليدوية لبدء الوقوف والجلوس على التوالي. وأخيرًا، يوضح هذا الشكل بيانات عينة من مرحلة الانتقال من الوقوف إلى المشي ومن المشي إلى الوقوف أثناء التواجد في الممر.

مهمة المشي. تشير الأعمدة الرأسية إلى المحفزات اليدوية والإشارات الصوتية لبدء وإيقاف المشي على التوالي. من المهم تذكر أن مستشعرات EEG ومستشعرات EMG حساسة للتشويشات الحركية، لذا يجب التأكد من أن المستشعرات مثبتة بإحكام وبأمان على هذا الشخص.

بعد اتباع هذا الإجراء، يمكنك تطبيق تقنيات أخرى مثل تحليل المكونات المستقلة أو الانحدار الخطي لعزل الإشارات القشرية الكهربائية عن التداخلات، مما يتيح لك استخراج كينماتيكا الأطراف أو ملفات EMG من بيانات EEG. ستمكن هذه التقنية مجتمع الواجهات العصبية من الإجابة على أسئلة حول كيفية ارتباط الدماغ بالحركة ونية الحركة، وستوفر وسيلة لاستخراج معلومات عن المشية من تخطيط كهربائية الدماغ (EEG) لفروة الرأس.