الإعداد متعدد الوظائف لدراسة التحكم في المحركات الإنسان عن طريق تحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة، الكهربائي، التقاط متحرك، والواقع الافتراضي

الهدف العام من التجربة التالية هو توضيح تقنية عامة لمزامنة تدفقات بيانات متعددة يتم تسجيلها أثناء الدراسات الميكانيكية الحيوية البشرية. ويتحقق ذلك باستخدام إشارات تخطيط كهربية العضلات والتقاط الحركة لتوليد حدث مزامنة تماثلي يمكن تسجيله بشكل مستقل بواسطة نظامين أو أكثر. وكخطوة ثانية، يمكن تصميم مكونات دوائر بسيطة تقوم بتحويل هذا الحدث إلى إشارات مناسبة لكل جهاز تسجيل.

بعد ذلك، استخدم برنامج تحليل لمحاذاة أحداث المزامنة مؤقتاً عبر الإشارات المسجلة بشكل مستقل من أجل مزامنة جميع الإشارات. وتظهر النتائج أنه يمكن محاذاة العديد من الإشارات الميكانيكية الحيوية مؤقتاً ضمن ترددات أخذ العينات الخاصة بأنظمة تسجيل البيانات المعنية، مما يتيح جمع مجموعة بيانات تجريبية غنية للحركة البشرية الطبيعية لدراسة التحكم العصبي العضلي. هناك العديد من الأسئلة المعقدة في مجالات التحكم الحركي والميكانيكا الحيوية التي يمكن الإجابة عليها بشكل أفضل من خلال دراسة الحركة البشرية الطبيعية في بيئة مختبرية.

نصف هنا طريقة استخدام الواقع الافتراضي لتحديد المهام السلوكية التي يتم خلالها تسجيل عدة إشارات فسيولوجية في آن واحد. وتكمن ميزة إعداد تجريبي قائم على الواقع الافتراضي مقارنة بالطرق الحالية، مثل منصات السلوك القائمة على الأجهزة، في إمكانية تكييفه بسرعة كبيرة مع التجارب المختلفة وكذلك مع التشريح الفريد لكل مشارك. ومن الشائع أثناء التجارب السلوكية تسجيل عدة إشارات تقيس السلوك في آن واحد، مثل تخطيط كهربائية العضلات والتقاط الحركة.

توفر طريقتنا حلاً لمشكلة المحاذاة الزمنية لهذه الإشارات من خلال استخدام وحدة مزامنة مخصصة متوافقة مع منتجين متعددين. ابدأ بإجراء جميع التوصيلات الكهربائية اللازمة بين معدات EMG، بما في ذلك المضخمات، والمضخمات الأولية، وأسلاك المستشعرات، ووسادات المستشعرات وفقاً لمواصفات الشركة المصنعة. قم بتنظيف كل موقع من مواقع الأقطاب الكهربائية لضمان الحصول على قيم مقاومة منخفضة ومتسقة بين القطب والجلد.

بعد ذلك، وجه الشخص الخاضع للاختبار لإجراء انقباضات متساوية القياس للعضلات المعنية، وثبّت أقطاب تخطيط كهربائية العضلات (EMG) فوق موقع انقباض العضلة الذي تم تحديده عن طريق الجس، مع مراعاة توجيه المواقع النشطة على طول الألياف العضلية. ثم ثبّت القطب الأرضي على الجلد فوق الفقرة العنقية السابعة C seven.

بعد ذلك، لاختبار جودة الإشارة، افحص إشارات EMG المضخمة على الكمبيوتر بينما يقوم الخاضع للاختبار بتقليص كل عضلة مستهدفة. وأخيرًا، قم بتقليل مكاسب التضخيم إذا وصلت إشارات EMG إلى مرحلة التشبع أثناء انقباضات العضلات المطلوبة للمهمة السلوكية. ابدأ بمعايرة كاميرات تتبع الحركة وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة.

قم بتثبيت مستشعرات LED النشطة باستخدام شريط لاصق على المعالم العظمية القريبة من مفاصل الذراع، ونقاط تشريحية أخرى ذات أهمية مثل المناطق القريبة من الإصبع والمعصم والكتف والصدر. ثم قم بتثبيت مستشعر LED آخر على سماعة الواقع الافتراضي (VR) لتحديد وجهة النظر في البيئة الافتراضية. بعد ذلك، قم بتوصيل كل LED بضفيرة أسلاك متصلة بوحدة التشغيل اللاسلكية.

قم بتشغيل وحدة التشغيل وتأكد من الإضاءة السليمة لجميع مصابيح LED. أخيرًا، ضع مصباح LED الخاص بالمزامنة في موقع بعيد عن الخاضع للدراسة، ولكن ضمن مجال رؤية واضح لكاميرات التقاط الحركة. أولاً، قم بمعايرة جهاز التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة أو جهاز TMS والبرنامج الخاص به للسماح بوضع الملف بدقة.

للقيام بذلك، يتم تسجيل ملفات TMS بالتزامن مع المعالم التشريحية مثل نقاط NAS أمام الأذن وطرف الأنف، وذلك باستخدام مؤشر معايرة. ثم تُطبق تقنيات تحديد النقطة الأكثر استجابة (hotspot) لتحديد المناطق الحساسة لـ TMS في القشرة الدماغية التي تنتج أكبر سعة للجهود المحرضة الحركية أو meps.

باستخدام أدنى سعة لتحفيز، سجل موقع أفضل نقطة تحفيز على فروة رأس الخاضع للتجربة باستخدام معدات وبرمجيات التسجيل المجسمة المعايرة. وأخيراً، قم بقياس عتبة الخاضع للتجربة عن طريق خفض سعة التحفيز في الموقع المحدد حتى يتم استثارة meps بقيمة 50 microvolts على الأقل بنسبة 50% من المرات. أولاً، قم بإعداد بيئة VR للمهمة السلوكية وفقاً لبروتوكول الشركة المصنعة.

باستخدام برنامج واقع افتراضي (VR) تجاري متوافق مع سماعة الرأس وبرنامج نظام تتبع الحركة. تخرج المخرجات الرقمية عبر المنفذ المتوازي للمزامنة وتحديد أحداث معينة ذات أهمية. قم بتوصيل مخرج الواقع الافتراضي بدائرة المزامنة وكذلك بالمعدات الأخرى المراد مزامنتها باستخدام كابلات ذات موصلات متوافقة.

أخبر المشارك بمتطلبات المهمة التي سيقوم بأدائها في بيئة الواقع الافتراضي (VR). اطلب من المشارك الإشارة إلى الأهداف الكروية عند ظهورها في مجال رؤيته. وبمجرد أن يستوعب المشارك المهمة وتتاح له فرصة التدرب عليها، ابدأ بتسجيل بيانات التقاط الحركة بـ EMG وإشارات المزامنة خلال تجربة مزامنة واحدة في بيئة الواقع الافتراضي.

يقوم البرنامج بتفعيل جهاز تخطيط كهربية العضلات (EMG) لتسجيل الإشارات التي توضح النشاط العصبي العضلي الذي حدث أثناء حركات الطرف العلوي. كما يقوم بتفعيل معدات التقاط الحركة لتسجيل بيانات الحركة المستمرة. ويمكن استخدام هذه الإشارة لمزامنة بيانات تخطيط كهربية العضلات وبيانات التقاط الحركة هنا.

تظهر الكينماتيكا والديناميكا الزاوية المتوسطة وما يرتبط بها من نشاط عصبي عضلي مستمر ولحظي عبر 24 تجربة لمهمة واحدة. ستسمح مجموعات البيانات متعددة الأبعاد هذه التي يوفرها الواقع الافتراضي للباحثين بدراسة آليات التحكم الحركي البشري المحددة. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم عام لكيفية مزامنة تدفقات بيانات متعددة يمكن تسجيلها أثناء تجارب الحركة البشرية مثل EMG والتقاط الحركة، ويمكن توسيع هذا الإجراء ليشمل أنظمة إضافية مثل تخطيط كهربائية الدماغ.

علاوة على ذلك، يمكن استخدام التحفيز الكهربائي للأعصاب الطرفية لتقييم مساهمة التغذية الراجعة الحسية في التحكم الحركي بعد تطوره. وقد مهدت هذه التقنية الطريق لعلماء الأعصاب لاستكشاف التغيرات في الحركة التي يتم التحكم فيها عصبياً لدى الأفراد الذين يعانون من اضطرابات حركية مثل السكتة الدماغية أو إصابات الحبل الشوكي.