合并多个数据采集系统来研究皮质输出和多段生物力学

Summary

使用经颅磁刺激 （TMS） 研究人类运动控制需要集成数据采集系统来控制 TMS 传递并同时记录人类行为。本手稿提供了一种详细的方法，用于集成数据采集系统，以便通过 TMS 研究人体运动。

Abstract

经颅磁刺激技术允许深入研究支撑人类行为的神经机制。迄今为止，使用 TMS 研究人体运动一直受到与精确计时 TMS 传递到展开运动特征以及准确表征运动学和动力学相关的挑战的限制。 为了克服这些技术挑战，TMS 交付和采集系统应与在线运动跟踪系统集成。 本手稿详细介绍了集成多个采集系统的技术创新，以促进和推进 TMS 在研究人体运动中的应用。 使用市售的软件和硬件系统，为执行由机芯的特定特征触发的 TMS 研究所需的硬件组件和软件脚本提供了一种分步方法。 该方法侧重于研究上肢、平面、多关节伸展运动。 然而，相同的综合系统适用于人类运动控制的大量复杂研究。

Introduction

经颅磁刺激（TMS）是一种非侵入性的方法来刺激人大脑皮层^。3,5-但是也有一些用于理解皮质功能诸如单和多脉冲，双中心刺激来探测功能连接几个TMS协议，以及重复脉冲，促进神经可塑性^。4,6-8 TMS协议也可以组合以促进人类皮质过程的本理解和指导神经恢复战略。除了刺激皮质，TMS也可使用由皮质脊髓束或小脑刺激理解子皮质功能。

其中一个目前面临TMS研究的最大的技术挑战是人类目标导向的自主运动过程中，研究皮质区的作用的能力。有几个因素促成这一技术难题。首先，TMS交付应具有实时人体运动C组apture。以这种方式，TMS脉冲可以一个动作顺序提供时间锁定方法来研究复杂的运动内被递送或触发特征。第二，整合TMS递送和运动捕捉允许复杂的运动的详细描述，因为它展现，这将促进该支撑电机控制脑行为的关系的理解。目前，还没有商用系统（含）整合TMS和动作捕捉方法。对于在电机控制领域的神经科学家，这个空间通常意味着费时，技术挑战，整合多个软件和硬件的数据采集和传输系统。这种技术上的限制也导致了稀疏的研究致力于累及上肢动态多关节运动的研究。对于TMS促进人类电机控制领域，当务之急是皮质功能在复杂的人体运动进行探测。

要有效地整合TMS和动作捕捉方法，采集系统必须允许实时同步TMS和动作捕捉。第二，该系统必须适合于学习的运动运动学（即，运动的描述），运动动力学（即，迫使该移动引起），和肌肉的活动。第三，系统必须能够同步的TMS脉冲以这些运动特征，并且基于复杂的运动特征由标准来触发。这样的系统将提供皮质功能和运动学和运动的动力学之间的重要关联。

这份手稿详细介绍了独特的方法来整合TMS和动作捕捉的方法。这种方法允许复杂的多关节运动的力学详细的分析，并允许自动由移动（即，运动学，动力学，或肌肉活动）的特定功能的TMS触发脉冲的控制。此外，此数据ACQuisition系统允许TMS和动作捕捉与需要视觉 - 运动或感觉任务实验范式整合。这份手稿详细介绍了创新的方法，用于组合TMS和人体运动采集和分析的目的，集成常用的动作捕捉硬件和软件系统。数据使用期间，平面多关节运动的人类大脑皮层功能的样本研究中提出。可供下载来进行实验所需的软件脚本。

Protocol

注意:下面的协议可以被应用到各种实验。下面是关于涉及一个视觉引导臂到达任务到六个一计算机显示器上显示的空间的目标之一的实验细节。 TMS，探测皮质兴奋性，是通过摆脱运动是模拟信号所触发（也就是说，肌电图或electrogoniometer输入），或从扫描的数据采集软件产生的数字信号。这项研究是根据赫尔辛基宣言批准麦克马斯特研究伦理委员会。提供的样本数据集。

1.硬件/软件要求

注意: 图1显示的硬件要求的示意，以计算机控制的视觉一电机实验的背景下整合TMS和动作捕捉系统。

1. 装备两台台式电脑串行和并行端口（如果尚未可用）。装备的PC 1（图1）用扫描为基础的数据采集软件，和PC 2与视觉刺激递送软件程序。
2. 软件操作
   1. 内置模拟/数字盒（A / D箱）运营
      注:以下操作提供信息，以飨读者，如果他们想建立一个类似的软件程序本身。这些步骤不是必需执行的实验中，作为实验可以简单地使用由作者提供的软件，但被提供准则，允许用户创建他们自己的软件。
      1. 创建扫描的数据采集软件中的音序器文件（见"序文件"的例子（补充资料2）在PC 1执行。
         注:在操作的一个例子来创建使用扫描为基础的数据采集软件在本实验中的定序文件可以在http://ced.co.uk/products/signal#script找到。
         没有TE:该文件的行为，以提供所有的所需的精确定时并行作为序列执行与实际的数据采集，允许灵活性连同外部触发的同步定时。变化的外部触发条件可以在运行脚本时长大配置对话框中进行（见"实验性试验"更多的细节部分和"序文件"截屏）。
      2. 创建序列发生器文件内的单独的子程序以控制听觉线索生成和TMS触发准则。有一个子程序控制的基础上，从视觉刺激显示软件的输入听觉线索。此外，有一个子程序控制的TMS触发的基础上从模拟输入到A / D框输入。
         注意:如何单独子程序包含在一个序列发生器文件的一个例子的补充信息（脚本和定序文件）中提供的。请参阅1.2.1.1额外网站的支持具体到本演示中使用的软件系统。这种设置允许听觉线索生成发生在平行测试对于TMS的触发准则。
      3. 创建代码中调用子程序（1.2.1.2中描述）的音序器文件中的行。让每个子程序等功能，它等待投入其来源的到来（ 即视觉刺激显示软件的听觉线索和模拟输入TMS触发）。
   2. 电磁运动捕捉系统之间的连接和通信，以扫为基础的数据采集软件
      1. 以获得电磁运动捕捉系统以便连续地产生的数据，生成的代码行中的扫描的数据采集软件来输出的脚本文件的一些命令通过串行连接的电磁动作捕捉的（这些命令应该位于电磁运动捕捉系统手册）。这些命令被发现在下载的脚本文件（script_file.sgs，见行88至114和635至650）。
      2. 创建的代码行有脚本文件中的动作捕捉数据添加到每个审判横扫。接着，有脚本通过从个人计算机1到视觉刺激传送软件（PC 2）来控制个人计算机2的显示器上的十字准线光标位置串行连接传递运动捕捉数据。
         注:此事件序列允许对电磁动作捕捉连续生成ASCII数据，并且该数据然后从串行线读取。
      3. 在一个实验结束时，创建的代码行有脚本文件发送命令以关闭电磁运动捕捉系统数据输出。要做到这一点，有扫描的数据采集软件发送的文本行持有传感器编号，随后由六个坐标值（见script_file.sgs用于此演示的命令代码，特别是线88至114和653至658）。
         注意:在这些命令的详细信息，也发现了电磁运动捕捉系统网站（节1.2.1.1）。
         注:在抽取的数值，将字符串"消毒"，因为如果坐标为负，则可能无法从以前的数量由任何空格字符分隔。
   3. 扫描的数据采集软件，视觉刺激交付软件的通信
      1. 设置了三个独立的扫描为基础的数据采集软件和视觉刺激交付软件之间的沟通渠道。
      2. 建立用于承载在PC 1和PC 2之间的双向文本数据要做到这一点两个串行线，PC1和PC2 2（每个串行线是单向的每一台PC之间， 图1）之间连接串行电缆。
      3. 将PC连接2到A / D转换盒。要做到这一点，创建或购买，有一个LPT端口上的一个连接电缆D和在另一端的阳BNC连接。 LPT端口连接至电脑2，连接BNC端口连接到A / D转换盒的触发输入。
         注意:此连接允许线进行由LPT1端口的视觉刺激传送软件系统，以在A / D盒触发输入上产生的脉冲（即，个人计算机2，图1）。
         注:TTL信号确保在同步与视觉刺激传送软件操作的数据采集扫描开始的精确定时，而串行线路传送的所有其他信息。
         注:请确保使用安装在PC的视觉刺激交付软件的实际PCI-Express的LPT和COM端口卡。这种设置使软件能够成功，并强烈推荐。视觉刺激传送软件通信，正在开展在低水平，以避免任何延迟，一般不可靠地工作在模拟LPT和COM端口硬件provid通过USB加密狗编。
      4. 将测试时间值，以20毫秒的视觉刺激交付软件的文件，作为值更短或更长的时间超过20毫秒会导致问题。 https://www.neurobs.com/menu_support/menu_help_resources/overview:如何完成这个过程的资源可在以下网站上找到。见线39〜46在补充文件中提供的脚本文件（演示场景文件）。
         注:由于视觉刺激交付软件的操作是非常紧密联系在一起的画面产生，而在我们的经验中串行通信并没有像预期的那样，除非测试时间在审判功能设置是合适的（ 即 20毫秒）。
      5. 创建通信协议通过扫描为基础的数据采集软件和视觉刺激交付软件之间的信息。
         注:第1.2.3.7至1.2.3.11描述这是如何完成的。请参见所提供的资源，在步骤1.2.1.1和1.2.3.5用于扫描的数据采集软件，分别为进一步支持和视觉刺激交付软件。
      6. 对于扫描的数据采集软件，视觉刺激交付软件的方向，创造了扫描的数据采集软件代码发送两种形式的信息线;试验编号启动和停止试验，并且十字光标的位置。有扫描的数据采集软件发送的所有信息，文本由换行符终止行。见线700至708这是如何完成的信号脚本文件。
      7. 对于视觉刺激传送软件来区分两种类型的信息，设置初始字符是一个0或1，随后被一个或两个根据信息的类型的数字，与所有的值被用空格分开。视觉刺激交付的软件将在处理这些信息没有什么困难。见线89到方案文件，详见H 153流，该操作被视觉刺激传送软件内完成。
      8. 在视觉刺激传送软件扫的数据采集软件的方向，从该输出单一的整数值，从0到9，以被发送到扫描为基础的数据采集软件以单个ASCII视觉刺激传送软件创建的代码行字符'0'到'9'后跟一个换行符。见线82到场景文件87以确定如何操作完成。
      9. 创建的代码视觉刺激传送软件内线送出去的0和1的值到返回信息有关参与者是否击中目标位置的扫描为基础的数据采集系统。见线72至80和154至220中的场景文件，以确定如何这个操作完成。
      10. 在视觉刺激交付软件创建的代码行就结束试验的消息发送信息 （如
   4. 操作的试验中序列
      1. 建立一个试验，使得一个试的执行被扫描为基础的数据采集软件和视觉刺激传送软件之间共享，与扫描为基础的数据采集软件被'负责'整体测序的序列。
      2. 把扫描为基础的数据采集软件在实验测序控制，因为扫描为基础的数据采集软件产生需要与试验细节，因此，较少的通信是必需的要注释的实际数据文件。
      3. 设置，使得操作顺序开始于扫描为基础的数据采集软件选择下一个试验设定（目标位置＆TMS触发型）的脚本。见线335至345，并在脚本文件，这些行内描述的，相应的循环来了解如何完成这些操作。
         注:循环也包含在脚本文件中。
      4. 其次，在A / D转换盒控制TMS触发类型和试验等方面的扫描为基础的数据采集软件设置参数。这样做，具有扫描为基础的数据采集软件发起的数据收集，使得A / D盒正在等待来自视觉刺激传送软件的扫描触发，并通知视觉刺激传送软件在目标数的串行线路（1-7）使用的，这会导致视觉刺激传送软件开始试用（即，通过TTL脉冲）。见行180对信号脚本303，以了解如何完成此操作。
      5. 完成上述步骤后，有扫描的数据采集软件，等待一个瑞兴收集完毕P上的A / D盒的数据，并将其追加接收从电磁运动捕捉系统的采样数据的任何位置数据。见行有关如何完成此操作的信息的脚本文件的117〜178和661至697。
      6. 设置了视觉刺激传送软件到监视对象控制十字光标的位置。设置了视觉刺激传送软件到目标移动到指定的位置，并产生一个TTL脉冲上LPT1端口后的光标是内为指定的时间周期（在视觉刺激传送软件中定义）的位置。见线89至232在如何完成此步骤的脚本文件。
      7. 创建行代码，使视觉刺激交付软件发送一个TTL脉冲触发A / D转换盒的数据采集，并由此启动A / D箱内的试行时机。见线222到方案文件232如何完成这一步。
      8. 同时，具有视觉刺激交付软件的场景文件开始延迟一段时间后，它会在目标移动到指定位置，并开始监视十字光标，以观察它击中"目标（ 即 ，剩下的目标在指定时间内）。设置了视觉刺激交付软件，它延续了这一监测十字光标位置，直到扫描为基础的数据采集软件通知的审判结束的视觉刺激交付软件。
         注意:这些操作上的代码在步骤1.2.4.6和1.2.4.7中提供的场景文件的同一行。
      9. 里面的A / D转换中，创建一个时间延迟。在指定时间内，跑起来的延时结束，有软件显示器两台肌电信号（注:可以是任何的模拟信号），以确定它们是低幅度（该幅度值是用户自定义）。作者建议的+/- 100μV一个EMG幅度或〜1％的参与者最多的自愿激活。见线45至75的音序文件来完成此操作。
      10. 创建代码，使得标有A / D箱产生的数字标记代码为1。而且这个安静的肌电图监测期开始的线，如果检测到"非宁静"肌电信号，不允许任何进一步的A / 3D箱输出（例如，蜂鸣或TMS触发）将在审判过程中产生的。在软件，使得如果有一个"非安静'EMG信号，该试验被重复设置的命令。见步骤1.2.4.9加线序文件对这些操作的脚本文件118〜124线347至420所提到的线条。
      11. 在延迟结束，并记录安静的肌电信号后，有A / D中产生DAC 0输出脉冲（在此设置，DAC输出会导致发声'哔'）。有一个A / D转换盒 - 生成的数字数据点关口的"嘟嘟"与"代码2"的开始时间请参见线126到序列文件138，以了解如何完成此操作。
      12. 设置的脚本在扫描为基础的数据采集软件有基于适当标准的A / D盒监视的扫描时间和输入信号，并产生一个TMS触发。创建的代码行，使得数字化"代码3"的数据点，标志着该TMS触发的时间（如果发生）。见线77到音序器文件116，以了解如何完成此操作。
      13. 有等待时间，合适的触发条件，继续下去，直到扫描结束前一组的时期。
          注意:这可以防止审判发生无限，如果不满足条件。见行65至76和118至138序列发生器文件，以了解如何完成此操作。
      14. 建立的扫描为基础的数据采集软件来检测完成了A / D盒数据收集和通知视觉刺激传送软件，该试验结束。见线180脚本文件303了解如何完成这一步。
      15. 当视觉刺激传递软件被通知庭审结束后​​，有视觉刺激交付软件恢复目标的位置和发送信息给有关参与者是否"重灾区"的目标扫描的数据采集软件。有扫描的数据采集软件"标签"的数据如果参与者不'打'的目标，新采样的框架，。见行89对如何完成此操作的场景文件221。
      16. 设置的脚本在扫描为基础的数据采集软件等待试验后延迟，并在该延迟结束时，有该过程返回到步骤1，并丢弃采样数据并重复最后一次试验，如果sweep-基于数据采集软件没有触发TMS，或移动到下一个试验，如果一切都"OK"。见线180至303和对应的脚本文件中循环以理解如何完成此操作。
          注:扫描为基础的数据采集软件和视觉刺激递送使用的软件状态机的控制操作的必要序列，因为它允许容易地调节试验行为，根据需要。
3. 放置在骨性标志的传感器采集动作捕捉数据。收集关于手背上的树干与武装的姿态数据，位置传感器（胸骨上切迹），肩部（肩峰），弯头（8毫米优于外上髁），和手腕（月骨和花序的骨头之间在与^第 3位线），因为每建议以最少的传感器跟踪旋转的关节中心^。10

图1.硬件设置的菜单。为了允许电磁运动捕捉数据被发送到扫描基于数据采集软件和视觉刺激交付软件，首先组装4电磁传感器与系统的控制台。该系统的控制台连接到PC 1用9针串行电缆。 PC机1连接到PC 2与9针串行电缆。要允许TMS传递，连接PC与1使用USB电缆将A / D转换盒和A / D箱和TMS装置之间连接BNC电缆。为了进行肌电图记录，连接EMG导致EMG放大器，并通过BNC电缆连接EMG放大器为A / D转换盒。通过BNC电缆连接的electrogoniometer（埃尔贡）的A / D转换盒网上记录关节角度的变化。为了让视觉刺激传送软件通过一个LPT端口BNC电缆引发的审判开始时，电脑2连接到A / D转换盒触发输入。 请点击此处查看该图的放大版本。

4. 硬件连接在实验过程中（图1）
   1. 电磁动作捕捉系统连接到一个9针串行电缆运行扫描的数据采集软件的PC。
   2. 已在数据采集箱坐标运动捕捉数据的TMS输送和记录等，这是由包含在脚本和定序的文件的所有前述操作完成。使用USB电缆连接到PC机1和BNC从A / D转换盒触发输入到电脑2平行线连接A / D转换盒。
   3. 插上肌电图引导到肌电滤波器（带通设定为20至2500赫兹）和放大器（增益x1,000）收集肌电活动，并测量运动诱发电位（MEPS）皮质输出。
   4. 连接单相经颅磁刺激仪，以适当的数据采集箱数字输出（数字输出"0"在这个实验中），以允许在PC1的扫描为基础的数据采集软件在实验过程中，以触发TMS脉冲。 LI>
   5. 连接一个electrogoniometer到数据采集箱上的模拟信道2。此连接允许扫描为基础的数据采集软件基于使用由作者提供的软件肩角来触发的TMS。
   6. 建设或购买支持抵抗重力臂的臂支撑装置。这个装置允许平面运动在水平平面（ 见图 2）。如果建立该装置，一个例子绘制可根据从相应的提交请求。 图2显示在演示中使用的设备的照片。

图2.手臂支撑装置 。描绘的参与者放置在臂支撑装置，而TMS线圈被放置在参与者的头皮。JPG"目标="_空白">点击此处查看该图的放大版本。

2.实验设置

1. 人体测量
   1. 记录总的身体质量使用秤的参与者。
   2. 衡量标准运动学和动力学分析所有段的长度。例如，在本申请与臂，测量手，前臂的长度，并用卷尺上臂。
   3. 计算人体测量，如大规模的段中心，质量位置的段中心，并使用从研究文献方程回转半径^{。9,12,13（}见补充信息1）。
2. 肌电图的建立
   1. 备上的皮肤的具有光磨料凝胶感兴趣的肌肉（S）和用酒精擦拭干净。请与阻抗计的阻抗。确保皮肤电极阻抗低于10kΩ到增强肌电信号阿奎习得。
   2. 放置两个电极在感兴趣的肌肉的肌腹在双极蒙太奇。作者引导读者资源，以帮助肌的位置^。2在这个实验中，放置电极在肱二头肌，肱三头肌，胸大肌，三角肌后部和肱桡肌。
   3. 采用BNC电缆，从EMG放大器连接输出到模拟通道0，1，3，4，和5（对于该特定实验中，涉及到那些在可下载脚本中使用的那些信道）上的A / D盒。
3. TMS
   1. 校准TMS线圈采用神经导航软件程序的参与者，在软件手册中的。
      注意:其他方法可以用于校准线圈位置向人的头皮，但建议使用神经导航软件程序。
   2. 找到电机的热点。作为起始位置，将线圈放在对侧他臂/手的misphere正在研究和5厘米横向的顶点，得到初级运动皮质的手/臂区的近似位置。找到使用国际10-20脑电图电极放置系统的顶点。
   3. 放置在TMS线圈平放在参与者的头部和定向线圈，使得其相对于矢状平面45°。这种定位会诱发latero，后方内 - 前单相电流的皮层。
   4. 在〜最大刺激输出的30％开始（MSO）提供的TMS脉冲的6秒或更大的刺激间间隔，如在扫描为基础的数据采集软件描述。
   5. 移动TMS线圈稍微与在取向的微小变化的不同位置，直到一个MEP在感兴趣的肌肉观察。
   6. 确定产生的约1 mV的欧洲议会议员在目标肌肉的MSO。使用神经导航软件，数字登记这个位置。重复此过程的量的电动机热点是所必需的实验各肌肉。
   7. 确定静止运动阈值（RMT）由起始于产生最可靠〜1毫伏的MEP在感兴趣的肌肉的强度，从而提供单一的TMS脉冲和记录该MEP峰-峰振幅的在线。
   8. 确定MSO由此MEP的峰-峰值幅度≥50μV5出连续10个试验^。3,11
      注:为了与以前的文献报道一致^，1,3确保MEP从单极肌电图蒙太奇记录。
4. 实验性试验
   1. 首先运行视觉刺激交付软件程序（ 即 ，场景文件）开始实验。首先启动的视觉刺激交付软件程序允许软件开始阅读在电磁动作捕捉数据，并允许一个动作捕捉传感器来控制光标在屏幕上。
   2. 运行扫描的数据采集软件中的实验性试验的"脚本文件"。该脚本文件读入"序文件"，它根据试验类型的外部触发器。
   3. 输入希望在打开配置对话框中的信息。步骤，2.4.4至2.4.9所有涉及到的配置对话框。
   4. 在"刺激集随机块"框中输入值"1"。此值控制次试验类型是在一个块所执行的次数。
   5. 在"随机块实验"框中输入值"20"。此值控制，将在实验中进行的块数。
   6. 在"嘟脉冲宽度"框中输入值"20"。此值控制的DAC输出，因此，多长时间的蜂鸣声脉冲是"开"的时间长度。
      注意:修改该值，以增加长度的听音频存在。
   7. 在"嘟脉冲幅度"框中输入值"5"。此值控制在DAC输出的伏的幅度，因此，哔脉冲的"体积"。
   8. 在"定时触发后哔延迟"框中输入值"100"。此值确定在听觉"去"提示和数字输出之间毫秒的时间间隔（ 即 ，TMS触发1）。
   9. 在"EMG触发阈值"框中输入值"0.1"。此值确定肌电图触发数字输出所需电压的振幅（ 即 ，TMS触发2）。采取非整流肌电信号这些措施。
   10. 在"角度触发阈值"框中输入数值"0.242"。此值确定在从electrogoniometer读触发数字输出电压阈值（即，TMS触发3）。
       注意:此值取决于校准该electrogoniometer。用户应该输入对应于一个接头角度阈值将引起TMS脉冲电压值。
   11. 在"后拖延审判"框中输入值"1"（ 即 ，1秒）。此值确定除试用期。
       注:更多有关每个函数的信息可以在脚本或从作者的要求中找到。
   12. 启动脚本，一旦一切准备就绪就参加，TMS和视觉刺激显示程序。
   13. 在此步骤之后，观察在其自身上运行的软件而没有任何/或以最小的用户输入。
       注:一个例子审判开始于参与者将光标置于起始位置的目标。新的视觉目标位置出现，参与者移动到这一目标，一旦听觉"去"提示通过数字传送到模拟的数据采集盒输出。
   14. 提供的线索后，要求参与者将光标移动到TARGET。使用光标到达目标位置后，观察位置，并通过将光标回到起始位置开始下一次试验。
       注:这是TMS由脚本触发的例子。确保个人在他们的位置。观察视标位置，并指示参与者将光标移动到该目标。触发TMS以下听觉"去"的提示，发生在100毫秒。各个保持光标在1秒的目标位置。个体然后返回到原始位置，等待下一次试验。
   15. 确保光标处于起始位置。观察可视目标位置，并指示所述参与者将光标移动到目标位置。触发TMS以下听觉"去"的提示，发生在100毫秒。指导个体，使光标在目标位置为1秒。问个人到光标返回到起始位置，等待下一次试验。
       注意:在这个例子中，模拟信号触发的TMS。具体地讲，在这个例子中，肌电触发TMS脉冲。该实验有21个条件:在哪个TMS脉冲触发7目标条件×3不同的时间点（ 即触发1，触发2，触发3）。在这个例子中，TMS脉冲基于数字事件或外部模拟触发事件如肌电图或electrogoniometer输入触发。这些数字或模拟事件可以由用户通过改变序列和脚本文件进行修改。在实验的大致总持续时间为3至4小时。

Results

图3显示从一个单一的试验结果。在这项试验中， 图3A示出的参加者的初始位置和，听觉"走"的提示后，参加者快速，准确地移动尽可能到目标（即，最后的位置）。扫描为基础的数据采集软件触发根据肌电图发病的肱二头肌TMS脉冲。这允许皮质输出定向到上臂的肌肉的测量在一个特定的时间期间任务的性能进行评估。 图3B显示在肌电发病该试验的从单一的TMS脉冲的每个肌肉得到的MEP。从在TMS脉冲的MEP的峰 - 峰振幅是从各肌肉测量。另外，环境保护部的面积可以衡量。变化在不同的运动阶段或运动类型的MEP大小表明的变化corticospi在不同的任务或个时刻最终的兴奋性。使用动作捕捉和TMS系统的集成方法，研究人员可能会在行为，如在发病肌电图在这个例子中，在量化精确时刻的神经活动从运动皮层起源。此外，可以存在肌电发病和TMS递送的触发之间插入的延迟（见行序列发生器文件88至98和109至117，以插入这种延迟）调查皮质输出的时间过程，可能会在整个变化运动。重要的是，其它模拟...

Discussion

本手稿详细介绍了一种在视觉运动任务背景下集成 TMS 和动作捕捉系统的创新方法。 为了在人类运动控制研究方面取得快速而有意义的进展，方法必须允许跨多个硬件和软件系统进行精确通信。 所提出的范式可用于研究各种研究兴趣，包括皮质对运动学习的贡献、运动控制的神经生理学以及特殊人群的多关节运动控制。 例如，我们使用这种范式来研究皮质脊髓兴奋性如何随着作用在肩关节和肘关节周围的相互作用扭矩的不同大小和方向而变化。 交互扭矩存在于所有“现实世界”多关节运动中，并且随着动作的加快，它们对运动计划的影响变得更加明显。然而，患有小脑性共济失调的人和患有发育协调障碍的儿童在进行自愿目标导向的手臂运动时，在“考虑”这些相互作用扭矩方面存在问题。 所提出的范式可用于了解这些人群的皮质功能。

使用所提出的技术有几个优点。 相对于与 TMS 系统相关的高成本，电磁动作捕捉系统以及必要的软件和电缆的添加是最小的。 尽管该系统的演示用途集中在手臂控制上，但它可以适应手指、腿部甚至多个肢体，以研究日益复杂的运动。 此外，未来的系统可以建立在当前设置的基础上，并适应研究手臂或其他肢体的三维运动，并在各种情况下检查人类...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Polhemus FASTRAK	Polhemus Inc.		带 4 个传感器的 6 自由度电磁运动跟踪设备
演示文稿	Neurobehavioural Systems Inc.		完全可编程的软件，用于涉及数据采集和刺激传递的实验
Cutom 建造了 Exoskeleton	80/20 Inc. - 工业安装机套装	变化 用于	建造外骨骼的各种部件
Brainsight	Rogue Research Inc.		神经导航软件可在整个实验过程中跟踪线圈位置