Ein Verfahren zur Bewertung der Rechtzeitigkeit und Genauigkeit der Volitionale Motor Responses to vibrotaktilen Stimuli

Das übergeordnete Ziel dieses experimentellen Protokolls ist es, zu bewerten, wie schnell und genau eine Person auf bestimmte Arten von vibrotaktilen Reizen reagieren kann. Diese Methode könnte dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der Rehabilitationstechnik zu beantworten, z. B. welche Art von sensorischen Informationen durch vibrotaktile Rückkopplung kommuniziert werden können und wie sensorische Informationen am besten durch vibrotaktile Signale dargestellt werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie sehr flexibel für verschiedene Biofeedback-Anwendungen ist und leicht für den Einsatz mit einer Vielzahl von Biosensoren angepasst werden kann, wie z. B. Drucksensoren zur Messung der Reaktionskraft oder Goniometer zur Messung von Gelenkwinkeln.

Obwohl diese Methode einen Einblick in die Reaktion von Menschen auf Vibrationen gibt, die auf bestimmte Bereiche des Oberschenkels angewendet werden, kann sie auch auf andere Bereiche des Körpers ausgeweitet werden. Durch das Testen verschiedener taktiler Konfigurationen können wir besser verstehen, welche Arten von Informationen durch Biofeedback kommuniziert werden können. Dieses Verfahren wird von Sam Shi, einem Doktoranden in unserem Labor, demonstriert.

Starten Sie die Motorkalibrierung, indem Sie die große Mikrocontroller-Platine über einen USB-Anschluss an den Computer anschließen. Klicken Sie in der ursprünglichen Mikrocontroller-Software auf das Upload-Symbol, das durch den eingekreisten Pfeil nach rechts gekennzeichnet ist, um das benutzerdefinierte Skript motor_test hochzuladen. über den USB-Anschluss an die Platine angeschlossen werden.

Verbinden Sie dann den Z-Achsen-Ausgang des dreiachsigen Beschleunigungsmessers mit einem der analogen Eingangsanschlüsse der kleineren Mikrocontroller-Platine. Verbinden Sie die Plus- und Erdungskabel des Beschleunigungsmessers mit der Oberschenkelschraube bzw. den Masseanschlüssen der Mikrocontroller-Platine. Montieren Sie dann den Beschleunigungsmesser am vibrierenden Motor, stellen Sie sicher, dass seine z-Achse orthogonal zur ebenen Oberfläche des Motors ist, und platzieren Sie den Motor dann auf einer harten Oberfläche.

Öffnen Sie die Datei motor_calibration. vi in der Datenfragesoftware und verbinden Sie den kleineren Mikrocontroller für den Beschleunigungssensor über einen USB-Anschluss mit dem Computer. Geben Sie dann in den dafür vorgesehenen Feldern die serielle Schnittstelle für den Mikrocontroller-Eingang sowie die Abtastrate von 500 Hertz und 1000 zu sammelnden Abtastungen an.

Mit der schnellen 48-Transform-Anzeige auf der motor_calibration. vi-Schnittstelle können Sie den größten Peak identifizieren und den entsprechenden Schwingungsfrequenzwert aufzeichnen. Wiederholen Sie alle bisherigen Schritte und zeichnen Sie den Impuls manuell mit moduliertem oder PWM-Frequenzverhältnis für jeden Motor auf.

Öffnen Sie als Nächstes die Datei experiment1. vi für jeden Motor. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Dropdown-Menü "Häufigkeit" und wählen Sie "Eigenschaft" aus.

Geben Sie auf der Registerkarte "Elemente bearbeiten" in der Tabelle die gewünschten Frequenzen und die entsprechenden PWM-Pegel ein. Wählen Sie OK aus, um den Vorgang zu beenden. Nachdem alle Motoren kalibriert wurden, verwenden Sie doppelseitiges Klebeband, um jeden einzelnen am Oberschenkel zu befestigen.

Platzieren Sie spezifisch einen Motor auf jeder der vorderen, hinteren, medialen und lateralen Oberflächen des Oberschenkels etwa auf halbem Weg zwischen dem Trochanter major und dem lateralen Femurkondylus. Um das erste Experiment zu starten, schließen Sie den Druckknopf über einen Seriell-auf-USB-Anschluss direkt an einen der USB-Anschlüsse des Computers an, und stellen Sie sicher, dass alle erforderlichen Treiber installiert sind. Öffnen Sie das Experiment1.

vi-Schnittstelle und wählen Sie die Datei aus, in der die Ergebnisse aufgezeichnet werden sollen. Verwenden Sie anschließend die Dropdown-Menüs in der Softwareoberfläche, um die Eingangsanschlüsse der Drucktasten und die Motorfrequenzen auszuwählen. Starten Sie das Programm.

Wenn der Teilnehmer eine Vibration spürt, lassen Sie ihn den Druckknopf mit dem Bein drücken, wo das Feedback angewendet wird. Nachdem die Taste gedrückt wurde, bestätigen Sie die Antwort in der Benutzeroberfläche der Datenerfassungssoftware, indem Sie vermerken, dass die Uhr aufgehört hat zu zählen. Wählen Sie abschließend den neuen Frequenzsatz aus den Dropdown-Menüs aus, um die Motoren für den nächsten Versuch zurückzusetzen.

Beginnen Sie das zweite Experiment, indem Sie einen zweiten Taster über einen seriellen USB-Anschluss an einen anderen USB-Anschluss anschließen. Öffnen Sie dann das Experiment2. VI Datenerfassungsschnittstelle.

Um die Frequenzempfindlichkeit an verschiedenen Teilen des Beins zu untersuchen, platzieren Sie einen einzelnen Motor auf dem Oberschenkel auf halbem Weg zwischen dem Trochanter major und dem lateralen Femurkondylus auf jeder der vorderen, hinteren, lateralen und medialen Flächen. Klicken Sie anschließend auf die Motorsymbole in der Softwareoberfläche, um bestimmte Motoren auszuwählen, die aktiviert werden sollen, sowie die gewünschte Frequenzfolge. Um die Empfindlichkeit des Benutzers für Frequenzen bei 140 Hertz, 180 Hertz und 220 Hertz zu testen, beginnen Sie mit der Auswahl einer einzigen Kombination.

Zum Beispiel 180 Hertz gefolgt von 140 Hertz. Geben Sie die Wartezeit und die Motorzeit ein. Starten Sie dann das Programm.

Um andere Frequenzkombinationen zu testen, wählen Sie einen neuen Test mit Frequenzen aus, z. B. 220 Hertz, gefolgt von 180 Hertz, und führen Sie das Programm erneut aus. Lassen Sie den Teilnehmer schließlich einen der beiden Druckknöpfe drücken, um auszuwählen, ob die zweite wahrgenommene Frequenz höher oder niedriger als die erste war, und beobachten Sie die Antworten, die automatisch vom Programm aufgezeichnet werden. Die Ergebnisse der schnellen 48er-Transformation der Beschleunigungsdaten sind hier für einen einzelnen Motor dargestellt, der sich in der Kalibrierung befindet.

Es wurden vier Versuche durchgeführt, um den PWM-Pegel zu identifizieren, der der 180-Hertz-Vibration entspricht. Beim Vergleich von gesunden Personen mit drei Personen mit Oberschenkelamputationen nahmen die Reaktionszeiten für die nicht behinderten Personen signifikant ab, da die Häufigkeit von 140 Hertz auf 220 Hertz anstieg. Während dies bei den Personen mit Amputationen nicht der Fall war.

Sobald dieses Protokoll gemeistert ist, kann es in 30 Minuten bis zu einer Stunde abgeschlossen werden, abhängig von der Anzahl der getesteten Frequenzortkombinationen. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig sicherzustellen, dass die Tracker während der gesamten Experimente einen guten Kontakt zum Oberschenkel haben. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Tracker vor jedem Versuch sicher sind.

Während das hier beschriebene Protokoll Drucktasten verwendet, um die Reaktion des Benutzers aufzuzeichnen, kann das Verfahren auf andere Reaktionsmechanismen erweitert werden, die physiologisch relevanter sind, wie z.B. das Beugen des Knies. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Methode den Weg für Forscher auf dem Gebiet oder in der Rehabilitationstechnik, um verschiedene Strategien zur Kommunikation sensorischer Informationen aus einer Vielzahl von Quellen durch vibrotaktiles Feedback bei körperlich gesunden Personen sowie bei Menschen mit Amputationen der unteren Gliedmaßen zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Benutzerreaktionen auf verschiedene Kombinationen von vibrotaktiler Stimulationsfrequenz und -ort bewerten können.