多功能设置研究人类电机控制用经颅磁刺激，肌电图，运动捕捉和虚拟现实

以下实验的总体目标是说明一种通用技术，用于同步人类生物力学研究期间记录的多个数据流。这是通过使用肌电图和动作捕捉信号来生成可由两个或多个系统独立记录的模拟同步事件来实现的。作为第二步，可以设计简单的电路组件，将此事件转换为适合每个记录设备的信号。

接下来，使用分析软件临时对齐独立记录的信号之间的同步事件，以便同步所有信号。结果表明，几个生物力学信号可以在相应数据记录系统的采样频率内临时对齐，从而能够收集丰富的人类自然运动实验数据集来研究神经肌肉控制。在运动控制和生物力学领域存在多个复杂的问题，可以通过在实验室环境中研究自然人体运动来最好地回答这些问题。

在这里，我们描述了使用虚拟现实来定义行为任务的方法，在此期间，几个生理信号被同时记录。与基于硬件的行为装置等现有方法相比，基于虚拟现实的实验装置的优势在于，它可以非常快速地适应不同的实验以及个体参与者的独特解剖结构。在行为实验期间，通常会同时记录多个量化行为的信号，例如肌电图和动作捕捉。

我们的方法通过使用跨多个制造商兼容的自定义同步单元为这些信号的时间对齐问题提供了解决方案。首先根据制造商的规格在 EMG 设备之间进行所有必要的电气连接，包括放大器、前置放大器、传感器线和传感器垫。清洁每个电极部位，以确保电极对皮肤阻抗值一致且较低。

然后指示受试者对感兴趣的单个肌肉进行等长收缩，将 EMG 电极贴在肌肉收缩的触诊位置上。牢记沿肌肉纤维的活性部位的方向。将接地电极连接到 C 七椎骨上方的皮肤上。

接下来要测试信号质量，当受试者收缩每块感兴趣的肌肉时，检查计算机上放大的 EMG 信号。最后，如果 EMG 信号在行为任务所需的肌肉收缩期间饱和，则减少放大增益。首先，根据制造商的说明校准运动跟踪摄像机。

将有源 LED 传感器贴在手臂关节附近的骨骼标志和其他解剖兴趣点上，例如手指、手腕、肩膀和胸部附近。将另一个 LED 传感器连接到虚拟现实或 VR 头戴式设备，以在虚拟环境中设置视点。然后将每个 LED 连接到连接到无线驱动程序单元的线束。

打开驱动单元并确保所有 LED 正确照明。最后，将同步 LED 放置在远离主体的位置，但在动作捕捉摄像机的清晰视野内。首先，校准经颅磁刺激或 TMS 设备和软件，以实现准确的线圈放置。

为此，将 TMS 线圈与解剖标志（如 NAS 耳前点和鼻尖）共同配准。使用校准指针。然后执行热点技术来定位皮层上为运动诱发电位或 meps 产生最大振幅的 TMS 敏感区域。

以最低的刺激幅度，使用校准的立体定位登记设备和软件记录受试者头皮上最佳刺激部位的位置。最后，通过降低所选位置的刺激幅度来测量受试者的阈值，直到 50% 的时间内诱发至少 50 微伏的 meps。首先，根据制造商的协议为行为任务设置 VR 环境。

通过使用与耳机和运动跟踪系统程序兼容的商业 VR 软件。通过并行端口进行数字输出，用于同步和标记感兴趣的特定事件。使用带有匹配连接器的电缆将 VR 输出连接到同步电路以及其他要同步的设备。

告知他或她将在 VR 中执行的任务的要求。当球形目标出现在他或她的视野中时，要求拍摄对象指向这些目标。一旦受试者理解了任务并有机会练习，就可以在单次 VR 同步试验期间开始记录 EMG 动作捕捉数据和同步信号。

该软件触发 EMG 设备记录信号，以说明上肢运动期间发生的神经肌肉活动。它还会触发动作捕捉设备来记录连续的运动数据。此信号可用于同步 EMG 和动作捕捉数据。这里。

显示了 24 次试验中的平均角度运动学和动力学以及相关的连续和瞬时神经肌肉活动，用于一项任务。虚拟现实提供的这些多维数据集将使研究人员能够研究特定的人类运动控制机制。看完这个视频，你应该对如何同步人类运动过程中可以记录的多个数据流有一个大致的了解。EMG 和动作捕捉等实验，该程序可以扩展为包括其他系统，如脑电图。

此外，周围神经的电刺激也可用于评估感觉反馈在其发展后对运动控制的贡献。这项技术为神经科学家探索患有中风或脊髓损伤等运动障碍的个体神经控制运动的变化铺平了道路。