Multifunktions-Setup für das Studium der menschlichen Motor Control Mit Transkranielle Magnetstimulation, Elektromyographie, Motion Capture und Virtual Reality

Summary

Transkranielle Magnetstimulation, Elektromyographie und 3D-Bewegungserfassung sind häufig verwendete nicht-invasive Techniken zur Untersuchung der neuromuskulären Funktion beim Menschen. In diesem Artikel beschreiben wir ein Protokoll, das synchron Daten abtastet, die von allen drei dieser Tools generiert werden, zusammen mit der einzigartigen Hinzufügung von Virtual-Reality-Stimuluspräsentation und Feedback.

Abstract

Die Untersuchung der neuromuskulären Kontrolle von Bewegungen beim Menschen ist mit zahlreichen Technologien erreicht. Nicht-invasive Methoden zur Untersuchung neuromuskuläre Funktion schließen transkranielle Magnetstimulation, Elektromyographie und dreidimensionale Bewegungserfassung. Das Aufkommen von leicht verfügbaren und kostengünstigen virtuellen Realität Lösungen hat die Fähigkeiten von Forschern bei der Wiederherstellung der "realen Welt" Umgebungen und Bewegungen in einer Laborumgebung erweitert. Naturalistische Bewegungsanalyse werden nicht nur Garner ein besseres Verständnis der Motorsteuerung bei gesunden Menschen, aber die Versuchsplanung und Rehabilitationsstrategien, die spezifischen motorischen Beeinträchtigungen (zB Schlaganfall) Ziel erlauben auch. Der kombinierte Einsatz dieser Werkzeuge wird immer tieferes Verständnis der neuronalen Mechanismen der Motorsteuerung führen. Eine wesentliche Voraussetzung, wenn die Kombination dieser Datenerfassungssysteme ist in Ordnung zeitliche Übereinstimmung zwischen den verschiedenen Datenströmen. Tseinem Protokoll beschreibt allgemeine Konnektivität ein multifunktionales System, Intersystem-Signalisierung und die zeitliche Synchronisation der aufgezeichneten Daten. Die Synchronisation der Teilsysteme wird in erster Linie durch den Einsatz einer kundengerechten Schaltung, leicht mit Komponenten aus dem Regal und minimaler Elektronik-Montage Fähigkeiten gemacht erreicht.

Introduction

Virtuelle Realität (VR) wird immer mehr eine zugängliche Forschungswerkzeug für die Verwendung in einer Reihe von Bereichen, einschließlich der Erforschung der menschlichen Bewegung. Die Studie der oberen Extremität Bewegung wird vor allem durch die Einbeziehung VR profitiert. Virtual Reality ermöglicht die schnelle Anpassung von experimentellen Parametern entwickelt, um spezifische kinematische und dynamische Eigenschaften Armbewegung Steuerung zu untersuchen. Diese Parameter lassen sich individuell für jeden Patienten angepasst werden. Beispielsweise können die Positionen der virtuellen Ziel skaliert werden, um gleiche Ausgangs Armhaltung über Themen zu gewährleist....

Protocol

Alle Teilnehmer am Experiment beteiligten zogen von der West Virginia University Institutional Review Board (IRB) genehmigt Einwilligungsverfahren.

1. Gesamtsystemeigenschaften, Design, und General experimentelle Aufgabe

Hinweis: Für die Konfiguration besteht aus den folgenden Hauptkomponenten: EMG Geräten und zugehörigen digitalen Erfassung (DAQ) Ausrüstung; ein Motion-Capture-System (dieses Protokoll enthält eine aktive LED-System); eine TMS-Einheit mit einer Figur einer Acht Spule und stereotaktischen Lokalisierungsgeräte; ein VR-Headset und die damit verbundenen Computer und Software; und eine eigene Synchro....

Results

Synchronisierung der zahlreichen Datenströmen in diesem Setup ermöglicht es, die Kinematik, kontinuierlichen Muskelaktivität (EMG) und Momentanneuromuskuläre Aktivität (MdEP), die bei Bewegungen der oberen Gliedmaßen auftreten, aufzuzeichnen. Wiederholten Versuchen einer gegebenen Bewegung müssen MEP Antwort-Profile über die gesamte Bewegung rekonstruieren, Fig. 4 zeigt Daten aus einem gesammelten Subjekt. 4A zeigt ein Beispiel für diese Datenströme in einem einzigen Versuch mit den ent.......

Discussion

Das Ziel dieses Artikels ist es, ein Verfahren zur Einarbeitung VR in die Untersuchung der menschlichen Bewegung und ein Verfahren zum Synchronisieren von verschiedenen Datenströmen beschreiben. Virtual Reality wird die Fähigkeiten von Forschern, die auf realen Bewegungsszenarien im Labor neu zu versuchen, zu erweitern. Die Kombination mit anderen neuromuskulären VR Aufzeichnung und Konjunktur Methoden bildet eine leistungsstarke Suite von Tools zur umfassenden Studium der menschlichen Motorsteuerungsmechanismen. Die re.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Transkranieller magnetischer Stimulator	Magstim	N/A	TMS Stimulator und Spulen
Impulse X2	PhaseSpace	N/A	Motion-Capture-System
MA300 Advanced Multi-Channel EMG-System	Motion Lab Systems	MA300-28	EMG-Vorverstärker und -Verstärker
Norotrode EMG-Elektroden	Myotronics	N/A	EMG-Elektroden
BNC-2111 Einseitiger, geschirmter BNC-Anschlussblock	National Instruments	779347-01	BNC-Anschlussblock
NI PXI-1033 PXI-Chassis mit 5 Steckplätzen und integriertem MXI-Express-Controller	National Instruments	779757-01	Datenerfassungs-Chassis
NI PXI-6254 16 Bit, 1 MS/s (Mehrkanal), 1,25 MS/s (1 Kanal), 32 analoge Eingänge	National Instruments	779118-01	Datenerfassungskarte
SHC68-68-EPM Kabel (2m)	National Instruments	192061-02	Geschirmtes Kabel
DK1 oder DK2	Oculus VR	N/A	Ocuclus Rift Headset
Vizard 5 Lite	WorldViz	N/A	Virtual-Reality-Software
C1- und C2-Kondensatoren	variiert	N/A	Werte an
R1- und R2-Widerstände	anpassen Unterschiedliche	N/A	Werte anpassen an die Bedürfnisse
CD4011 NAND-Gatter	variiert	N/A	NAND-Gatter
2N2222 Transistor	variiert	N/A	Transistor
NE555 Timer-Schaltung	variiert	N/A	Timer-Schaltung
DB25 und USB-Anschlüsse	diverse	N/A	Parallel- und USB-Anschlüsse