Abstract
Beyinde bir alana kalpten kan taşıyan bir arter patlamaları ya da pıhtı beyin ve böylece oksijen ve besin teslim önlenmesi kan akışını engelleyen BIR inme neden olur. inme geçirenlerin yaklaşık yarısı sakatlık bir dereceye kadar bırakılır. restoratif nörorehabilitasyon için yenilikçi yöntemler acilen uzun vadeli sakatlık azaltmak için gereklidir. içsel veya dışsal uyaranlara yanıt olarak yapı, işlev ve bağlantıları yeniden sinir sisteminin özelliği Nöroplastisite. Nöroplastisite aynı zamanda rehabilitasyon, inme sonrası fonksiyonel bozukluklar yer almaktadır. Faydalı nöroplastik değişiklikler gibi nöromusküler elektrik stimülasyonu (NMES) ve duyusal elektrik stimülasyonu (SES) olarak, non-invaziv elektroterapi ile kolaylaştırılabilir. NMES SES invo ise elektrik akımının sürekli kısa darbeleri ile bunları etkinleştirmek için motor sinirlerin ve kasların koordineli elektriksel uyarımı içerirzar zor algılanabilir nahoş değişir duyumlar sonuçlanan elektrik akımı ile duyu sinirlerinin LVES uyarılması. Burada, rehabilitasyon prosedürleri aktif kortikal katılımı eşzamanlı aktif algı ve istemli çabayı temsil Biyosinyallerin ile non-invaziv elektroterapi (elektromyogram (EMG), elektroensefalogram (EEG), elektrookülogram (EOG)) sürerek kolaylaştırılabilir. Düşük ve orta gelirli ülkelerde bir kaynak yoksunu bir ortamda, örneğin, bunu başarmak için, biz off-the-raf video oyun sensör teknolojisi ile ilgili son gelişmeleri yararlanarak düşük maliyetli insan-makine arayüzü (HMI) sunuyoruz. Bu yazıda, denge rehabilitasyon sırasında postural kontrol yardımcı olmak için non-invaziv elektroterapi ile görsel-işitsel biofeedback için düşük maliyetli off-the-raf sensörleri entegre açık kaynak yazılım arayüzü tartışmak. Biz kanıt-of-concept sağlıklı gönüllü üzerinde göstermektedir.
Introduction
Fokal serebral, spinal veya retina enfarktüsü nedeniyle nörolojik fonksiyon bozukluğunun bir bölüm inme 1 denir. İnme küresel bir sağlık sorunudur ve sakatlık dünya çapında 1 dördüncü önde gelen nedenidir. Hindistan ve Çin, dünyanın iki en kalabalık ülkeleri gibi ülkelerde, inmeye bağlı nörolojik özürlülük gizli salgını 2 olarak etiketlenmiş ediliyor. İnme sonrası en sık görülen tıbbi komplikasyonlardan biri ilk sene inme sonrası 3 adede kadar% 73 rapor insidansı düşme vardır. İnme sonrası düşüş çok faktörlü ve denge ve görsel-uzamsal ihmal 4 gibi spinal ve supraspinal faktörleri içerir. Geurts ve 1 tanımlanmış arkadaşları 5 A yorum) Çok yönlü iki ayaklı ayakta, 2) yavaş hız, 3) yönlü belirsizlik ve sırasında değişen maksimal ağırlık engelli 4) denge olarak tek ve halkalı submaksimal frontal düzlem ağırlık vardiya küçük genlikleri sonbahar ri faktörlerisk. Önceki çalışmalar bu denge kaba motor fonksiyon 5, 6 ayaktan yeteneği ve bağımsızlık ile ilişkili olduğunu göstermiştir beri günlük yaşam aktiviteleri üzerine bunun sonucunda etkisi önemli olabilir. Ayrıca, Geurts ve arkadaşları 5 kas gücü yanı sıra Supraspinal multisensory entegrasyon (ve kas koordinasyonu 7) Mevcut protokoller eksik denge kurtarma için kritik olduğunu ileri sürmüşlerdir. Multisensory entegrasyonu yolunda, istemli tahrik non-invaziv elektroterapi bizim hipotez 8 (NMES / SES) bu adaptif davranış şeklinde ve böyle etkilenen ekstremitenin NMES / SES-destekli hareketi sırasında duyusal girdilerin aktif algı modüle kolaylaştırılabilir olduğunu beyin gerekirse, alternatif motor yolları 9 işe alarak sonraki hareket çıkışı içine bu geribildirim dahil edebilirsiniz.
Bir kaynak istemli tahrik NMES / SES-destekli denge eğitimi elde etmek içinZavallı ayarı, düşük maliyetli insan-makine arayüzü (HMI) görsel-işitsel biofeedback için off-the-raf video oyun sensör teknolojisi mevcut açık kaynak yazılım ve son gelişmeler yararlanarak geliştirilmiştir. NMES kas gücünü artırmak ve spastisite 10 azaltmak için gösterilmiştir sinirlerin ve kasların koordineli elektriksel uyarımı içerir. Ayrıca, SES ön yayınlanan eser 11 subsensory stimülasyon tek başına tibialis anterior kas üzerine uygulanan salınımlar zayıflatıcı etkili olduğunu göstermiştir duyumları uyandırmak için elektrik akımı ile duyu sinirlerinin uyarılması içerir. Burada, HMI (NMES) ile kas amplifikatör olarak hareket yanı sıra (SES) afferent geri artıracaktır ayak bileği kaslarında için NMES / SES istemli odaklı interaktif inme sonrası denge tedavisine sırasında mümkün duyusal-motor entegrasyonu yapacak postural savurursa sırasında dik duruşunu korumak için sağlıklı ayak bileği stratejileri 12,13,14 yardımcı olur. BuDutta ve ark. 8'de sunulan hipotezine dayalı non-invazif elektroterapi yoluyla gerçekleştirilir ilgili ayak kaslarının artmış kortikospinal uyarılma bilek sertliğinin geliştirilmiş Supraspinal modülasyon borç olabilir. Gerçekten de, önceki iş KSEU / SES muhtemelen eş aktive motor ve duyu lifleri 15,16 sonucu, kortikospinal uyarılabilirliği kalıcı değişiklikleri yol açtığını göstermiştir. Ayrıca, Khaslavskaia ve Sinkjaer 17 NMES / SES anda mevcut eş zamanlı motor kortikal tahrik motoru kortikal eksitabilite artırdığını insanlarda gösterdi. Bu nedenle, istemli odaklı NMES / SES spinal reflekslerin kısa vadeli nöroplastisiteyi neden olabilir (örneğin, karşılıklı la inhibisyonu 17) Belirli bir motonöron havuzuna yolları inen yoluyla proje kortikospinal nöronlar içinde la-inhibitör yoluyla karşıt motor nöron havuzu inhibe Şekil 1 'de gösterildiği gibi, bir O doğru, 18 insanlardaperant klima paradigma (Dutta ve ark bakın. 8).
Şekil 1: istemli tahrik nöromusküler elektrik stimülasyonu altında ayak bileği kas koordinasyonunu geliştirmek için cued hedefe (NMES) basıncı (COP) merkezini sürücü imleci kavram (. Dutta de ayrıntıları ve ark 21) altta yatan interaktif insan makine arayüzü (HMI) -assisted visuomotor denge tedavisi EEG:. elektroensefalografi, MN: α-motor nöron, IN: la-inhibitör, EMG: elektromyogram, DRG: dorsal kök ganglion. 8 ve 37 çoğaltılamaz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
ön-arka (AP) kütle (COM) merkezinde yer değiştirmeleri yapılırayak bileği (örneğin medial gastroknemius ve soleus kaslarının gibi) plantar ve (örneğin tibialis anterior kas gibi) dorsifleksör medio-yanal süre ile (ML) değiştirmeler ayak bileği (örneğin tibialis anterior kas gibi) invertörler ve peroneus longus olarak evertors (tarafından yapılmaktadır ve) brevis. Sonuç olarak, kasların dorsifleksör ayak bileği zayıflığı ve ayak bileği artan spastisite plantar kasları dahil olmak üzere inme ile ilgili ayak bileği bozuklukları bozulmuş postural kontrol yol açar. Burada, çeviklik eğitim programları 6 düşmeleri 6 önlemede statik germe / ağırlık kayması egzersiz programı daha etkili olabilir görevler giderek zorluk artmış dinamik dengeyi meydan (VR) tabanlı oyun platformu sanal gerçeklik kaldıraçlı olabilir. Örneğin, denekler zorluk kademeli olarak amel artırılabilir dinamik visuomotor denge görevi sırasında istemli tahrik NMES / SES destekli AP ve ML deplasmanları gerçekleştirebilirsiniziki ayaklı ayakta sırasında değişen ağırlık iorate inme sonrası ayak bileği özgü kontrol problemleri. Bir kaynak fakiri bir ortamda istemli tahrik NMES / SES destekli denge tedavisi doğru, biz sunuyoruz de düşük veri toplama için kullanılabilir görsel-işitsel biofeedback doğru Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme (Mobi) 19, için düşük maliyetli bir HMI MoBILAB çevrimdışı veri keşif için maliyet sensörleri (Ojeda ark bakın. 20).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Not: HMI yazılım boru hattı serbestçe kullanılabilir açık kaynak yazılım dayanmaktadır ve off-the-raf düşük maliyetli video oyun sensörleri (ayrıntılar mevcut geliştirildi: https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ ve https: //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). HMI yazılım boru hattı visuomotor denge tedavisi (VBT) 8 VR tabanlı oyun platformu değiştirilmiş fonksiyonel uzanma görevi (mFRT) 21 sırasında veri toplama için sağlanmıştır.
Şekil 2a gaze özellikleri VR görsel geribildirim buna göre özelleştirilebilir böylece inme sonrası rezidüel fonksiyon ölçümü için çevrimdışı ayıklanır teşhis göz izci kurulumunu göstermektedir.
Şekil 2b VBT için deney düzeneği gösterir.
Şekil 2: (
VBT sırasında Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme 1. Yazılım Kurulumu
- Hareket Cap için sürücüleri yüklemeTure (https://code.google.com/p/labstreaminglayer/wiki/KinectMocap sağlanan kurulum prosedürleri)
- Indirin ve http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=253187 gelen Kinect Runtime yüklemek (Motion Capture sensörü bilgisayardaki USB bağlantı noktalarından herhangi birine takılı olmamalıdır).
- arabirim kablosu vasıtasıyla bir USB portuna güç Hareket Yakalama Sensörü takın. sürücüler otomatik olarak yüklenecektir.
- Eye Tracker Sensör için yükleyin sürücüler (sağlanan kurulum prosedürleri http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab )
- , Http://theeyetribe.com yazılımı indirin uygulamayı başlatmak ve yazılımı yüklemek için uygulamayı başlatmak (Eye Tracker sensör bilgisayardaki USB bağlantı noktalarından herhangi birine takılı olmamalıdır).
- powered Eye Tracker Sensörü takın ve sürücüleri otomatik olarak yüklenecektir.
- ÖğrBalance Board için tüm sürücüleri ((at http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/cu_wii.html sağlanan kurulum prosedürleri sağlanan kurulum prosedürleri)
- Indirin ve http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/CU_WiiBB.zip gelen CU_WiiBB.zip ayıklamak
- Microsoft Windows işletim sisteminin standart Program Files dizinine WiiLab klasörüne kopyalayın.
- Program Files dizinindeki WiiLab klasörünü açın ve yönetici olarak Denge Kurulu yüklemek için InstallWiiLab.bat dosyasını çalıştırın.
- (Http://openvibe.inria.fr/how-to-connect-emotiv-epoc-with-openvibe/ sağlanan kurulum prosedürleri) EEG / EOG için sürücüleri yükleme
- Indirin ve http://www.emotiv.com/apps/sdk/209/ gelen Emotiv SDK yüklemek
- Indirin ve dağıtılmış çok se için https://code.google.com/p/labstreaminglayer/downloads/detail?name=OVAS-withLSL-0.14.3-3350-svn.zip gelen labstreaminglayer (LSL) ile OpenViBE Edinme Server'ı yüklemekNsor sinyal taşıma, zaman senkronizasyonu ve veri toplama sistemi (https://code.google.com/p/labstreaminglayer/ sağlanan kurulum prosedürleri).
- Ticari NMES uyarıcısı (http://www.vivaltis.com/gammes/phenix/phenix-usb-neo-50-554-1.html#content at detaylar) sürücülerini yükleyin.
2. Düşük maliyetli Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme (Mobi) için Sensör Yerleştirme: Açık kaynak HMI Yazılımı Boru Hattı Sağlar Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme Düşük Maliyetli Off-Raf Sensörler (Şekil 2b) ile (Mobi) 19 Hangi Can Diğer Çeviklik Eğitim Programları için uyarlanmıştır olması.
- Cep telefonlar için görsel geri bildirim:
- Odanın bir ucunda görsel biofeedback görüntülemek için bir projeksiyon ekranı elde ederek başlayın (tabi 0,6 m mesafe önerilir).
- Ekranın orta deneklerin göz seviyesinde olacak şekilde yüksekliğini ayarlayın.
- Cep telefonlar için Hareket Yakalama:
- Hareket ca yerleştirinprojeksiyon ekranının önünde sensörü pture ve hareket yakalama ses seviyesinde hedefliyoruz.
- Hareket yakalama hacmi 1,5 m hareket yakalama sensörünün önünde 2,5 m olduğundan emin olun.
- Cep telefonlar için Yönetim Kurulu Yerleştirme Teraziler:
- yaklaşık 2,0 m uzakta hareket yakalama sensöründen katta Denge Kurulu yerleştirin.
- (Modifiye fonksiyonel uzanma görevi 21 sırasında, yani) tam vücut hareketini sağlamak için Balance Board etrafında yeterli boşluk bırakın.
- Cep telefonlar için EEG / EMG / EOG Sensör Yerleştirme
- Hareket Yakalama bakan bir sandalyede ve Balance Board kendi ayakları ile oturup konuyu isteyin.
- (NMES / SES) konu medial gastroknemius (MG) ve Tibialis Anterior (TA) kaslar üzerinde bilateral elektrotlar kayıt (EMG) cum stimülasyonu yerleştirin. Ardından, kablosuz elektrik stimülatörü (NMES / SES) sistemi bağlayın.
- Konuyla ilgili elektroensefalogram (EEG) kapağını yerleştirin20 sistemi - Uluslararası 10 aşağıdaki kafası. Ardından, -Fz, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, PÇ7, Oz, PÇ8 de iletken macun ile EEG elektrotları yerleştirin - Kablosuz EEG kulaklık onları bağlamadan önce.
- Yukarıdaki iletken macun ile ve dikey EOG için gözlerinden birinin altında iki EEG elektrotları yerleştirin ve yatay EOG için her gözün dış canthus de iletken macun ile iki elektrot koydu. (Not: durumunda Eye Tracker sensörü daha sonra ikili EOG inme sonrası konu tercih edilir kullanılmaz).
- referans elektrotlar olarak kulak memesi iki EEG elektrotları yerleştirin.
İnme sonrası Pursuit Göz Hareketleri 3. Eye Tracker Tabanlı Değerlendirme
- çene yüksekliği ayarlanabilir Çene-Rest rahatça dinlenme ile oturup konuyu isteyin. Sonra, gözler kabaca bilgisayar monitörü (Şekil 2a) merkezini karşı karşıya şekilde uygun bir yüksekliğe bilgisayar monitörü yükseltmek.
- Eye Tracker r yerleştirin ğı ile 50 Chin-Rest cm düz görsel ipuçları için bilgisayar monitörü bakmak için konuyu sormak.
- Eye Tracker sensörünü kalibre etmek için 'SmartEye' klasöründe EyeTribeWinUI.exe çalıştırın. Konu kabaca 2 sn her PC monitörü üzerinde çeşitli hedeflere bakmak istenecektir. Tipik bir kullanıcı kalibrasyon işleminin tamamlanması yaklaşık 20 saniye sürer. (X, y) öznenin bakışları noktasının koordinatları kalibrasyonu için farklı ipuçlu hedefler için kaydedilir.
- SmartEye klasöründe Run 'Visual_Stimulus.exe' sanal gerçeklik tabanlı arayüz yürütmek. Daha sonra sanal gerçeklik tabanlı görev ile senkronize edilir deneklerin göz bakışları verilerini elde etmek için 'SmartEye' klasöründe bulunan 'SmartEye.exe' programını çalıştırın. Bu veriler, inme sonrası takip göz hareketi değerlendirilmesi için kullanılır.
2394fig3.jpg "/>
Şekil 3: (a) istemli visuomotor denge tedavisi sırasında cued hedefe yönlendirilmesi gereken basıncı (COP) merkezini temsil eden İmleç, (b) Visuomotor denge terapisi protokolü konu tarafından yönlendirilen bir çevresel hedefe bilgisayar imlecini steers nerede istemli COP gezi oluşturulur. Sıfırlama Nöromüsküler Elektrik Stimülasyon (NMES) ve duyusal elektrik stimülasyonu (SES), (c) görsel-cued visuomotor denge tedavisi için deneysel kurulum ile yardımcı olabilir. 8 ve 37 çoğaltılamaz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
4. NMES / Mobi altında Visuomotor Denge Terapisi (VBT) SES Destekli
- (Fi göz izci bağlayın ve görsel geribildirim bilgisayara kurulu sensörleri dengelemekşekil 2).
- Eye Tracker sensörü bilgisayara bağlı, açık olduğundan emin olun ve tam boot söyledi. 'EyeTribe Server.exe' ve 'EyeTribeWinUI.exe' mevcut 'VBT' klasöründe başlatın (adımlara bakın 1.3).
- Denge Tahtası sensörü açık olduğundan emin olun. Ardından, menüde uzaktan bulunabilir yapmak Balance Board sensörü düğmesine basın. Sonra, sistemin görev çubuğunda göstermek veya gizlemek ikonuna tıklayın ve Bluetooth aygıtı simgesini tıklayın. Ardından, 'Cihaz Ekle' seçeneğine tıklayın ve görsel geribildirim bilgisayara kod kullanmadan bir Bluetooth aygıtı olarak Denge Kurulu sensörünü çifti. Denge Tahtası sensörü görsel geribildirim bilgisayara bağlandıktan sonra, 'VBT' klasörünü açın ve Matlab- Denge Kurulu sensör arayüzü kurmak için WiiBBinterface.m dosyasını çalıştırın (adımlara bakın 1.6).
- Hareket Yakalama sensörü bilgisayara ve öyle bağlanmış, açık olduğundan emin olunTam (ön LED yeşil var) açılıştan. LSL klasörünü açın ve hareket yakalama sensör veri akışını başlatmak için 'Mocap' yazılımı başlatmak (1.6 adımlara bakın).
- EEG / EOG veri toplama sistemleri açık olduğundan emin olun. Ardından, LSL klasöründe bulunan openvibe edinme-sunucu-withlsl.cmd çift tıklayın (1.6 adımlara bakın). Menüden ilgili sensör donanımı (yani, 'Emotiv EPOC') seçin ve gerekirse 'Sürücü Özellikleri' tıklayarak, modülünü yapılandırmak. Ardından, 'Bağlan' tıklayın ve ardından satın alma sunucusunu başlatmak için 'Oynat' üzerine tıklayın.
- VBT için Sensörler kalibre
- (Gerekirse, ve kısmi vücut ağırlığı destekli) emniyet tesisatı ile Balance Board üzerinde durmak tabi sonrası felç değildir.
- Klinik gözlem göre dik ayakta için gerekli asgari başlangıç NMES seviyesini (darbe genişlik ve akım düzeyi) Set (yani.,sıfır vücut ağırlığı desteği) 22. Minimum başlangıç NMES seviyesini ayarlamak için, bir 20 Hz stimülasyon frekansı ayarlayın ve sonra dik ayakta elde edilene kadar darbe genişliği ve / veya mevcut seviyesini artırabilir. Burada, diz ekstansörleri NMES diz çökertme önlemek için yeterli tork üretmek için gereklidir.
- BK ve COP konumunu etkileyen çeşitli erişim hareketleri gerçekleştirmek için konuyu isteyin.
- konu çeşitli kendinden başlatılan maksimum uzanma kütle merkezi etkileyen farklı yönlere hareketler (BK) ve basınç merkezi gerçekleştirirken çoklu sensör kalibrasyon verileri toplamak amacıyla 'DataCollect' klasöründe 'CalibSensors.m' programı mevcut çalıştır görsel geribildirim (COP) konum.
VBT sırasında düşük maliyetli Sensörler 5. Çoklu sensör Veri Toplama (Şekil 2b)
- Bazal dinlenme toplamak için 'DataCollect' klasöründe 'CollectBaseline.m' programı çalıştırın-devlet, PC monitörü (Şekil 3a) üzerinde COP hedefe düz bakarken 2 dakika süreyle hareketsiz durmak konuyu sorarak gözler açık, çoklu sensör verileri.
- projeksiyon ekranına görsel geribildirim bilgisayarın video çıkışını bağlayın ve SmartEyeVRTasks GUI başlatmak için görsel geribildirim bilgisayarda 'VBT' klasöründe SmartEyeVRTasks.exe dosyasını çalıştırın. Ayrıca, VBT sırasında sensör verileri toplamak için 'DataCollect' klasöründe 'CollectVBT.m' programını çalıştırın.
- Görsel geribildirim tarafından tetiklenen olarak dik duran itibaren, (Şekil 3b) rastgele sunulan çevresel hedefe doğru TK'da tarafından yönlendirilen imleç, mümkün olduğunca hızlı yönlendirmek için konuyu sormak, 'Merkez hold' faz çağırdı.
- Bu 'Taşı' aşamasını takiben, 'Çevresel hold' aşamasında 1 saniye hedef konuma imleci tutun konuyu isteyin.
- 'Periferik hold' faz ardından, imleç olacak ' ; 'Konu geri dik duran dönmek için gerektiğinde tekrar merkeze -' Reset Merkez tutun 'pozisyonu. onun EMG seviyesi 'Merkez tutun' pozisyonuna polis döndürmek için gerekli istemli çabalarına yardımcı olmak için bir dizi eşiğin üstünde gittiğinde NMES / SES kas için tetiklenir.
Not: mFRT zorluğu kazanç azaltılmasıyla arttırılabilir,
Ya da gürültü varyansı artan 
, Konuya özel uygulanabilir aralığında: 
nerede COP geziler,
Bilgisayar imlecini sürücü, 
, Discretized zamanda, 
, Zaman adım,/ Files / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg 7 "= src" "üzerinde />.
Ya da gürültü varyansı artan 
, Konuya özel uygulanabilir aralığında: 
Bilgisayar imlecini sürücü, 
, Discretized zamanda, 
, Zaman adım,/ Files / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg 7 "= src" "üzerinde />. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 4 düzgün takip görevi sırasında bir sağlam performans ölçümü için çevrimdışı çıkarıldı göz bakışları özelliklerini göstermektedir. Tablo 1 'de gösterildiği gibi, aşağıdaki özellikleri ekstre edilmiştir:
Özelliği 1 = hedef uyaran pozisyon ve uyarıcı yatay yönde pozisyon değişiyor katılımcının sabitleme noktaları centroid arasındaki sapma yüzdesi.
Özelliği 2 = hedef uyaran konumu ve uyarıcı dikey yönde konumunu değiştiriyor katılımcının sabitleme noktaları centroid arasındaki sapma yüzdesi.
min başına Özellik 3 = yanıp
Özelliği 4 = katılımcı arıyor süresinin yüzdesi (gözuyarana göz izleme) tarafından tespit edildi.
Özelliği 5 = zaman yüzdesi katılımcı uyarana (göz göz izleme ile tespit edilmiştir) bakmıyor. (Not: Özellik 5 = 100 Özellik 4)
Katılımcısı tarafından yapılan özellik 6 = yüzde Düzgün takip Uzunluğu (SPL) aşım, yani 
SPL = Düzgün takip Uzunluğu (piksel) uzunluk hareketli uyaran izlemek için katılımcı tarafından örtülü olduğu, SML = Uyaran Hareketi Uzunluğu (piksel), yolun, yani gerçek uzunluk hangi uyarıcı hareket halinde.
Şekil 4: Üst panel ho sırasında düzgün takip açıklayıcı bir rakam gösterirHorizontal hareketi. Alt panel dikey hareketi sırasında düzgün takip açıklayıcı bir rakam gösterir. 8 ve 37 çoğaltılamaz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| Özelliği 1 (%) | Özelliği 2 (%) | Özellik 3 (dakika başına) | Özelliği 4 (%) | Özelliği 5 (%) | Özelliği 6 (%) | |
| Sol göz | 1.00 | 3.66 | 6.83 | 95,52 | 4.49 | 46.78 |
| Sağ göz | 0.67 | 6.00 | 6.34 | 94.40 | 5.60 | 24.99 |
Tablo 1: GözÖzelliği Gaze.
(NMES / SES olmadan) bir proof-of-concept vbt çalışma modifiye fonksiyonel uzanma görev altında (22 46 yaş arası 5 sağ bacak baskın erkek ve 5 sağ bacak baskın kadın) 10 güçlü kuvvetli konularda (üzerinde yapıldı mFRT) paradigması (Şekil 3c). mFRT istemli COP görsel biofeedback ile cued ise dengesini kaybetmeden mümkün olduğunca çabuk kendi COP konumunu kaydırmaya deneklerin yeteneğini ölçmek için önerilmektedir. MFRT sırasında çoklu sensör verileri mobil beyin / vücut görüntülemesi (mobi) 19 toplandı. Mobi veri yörüngeleri (Hareket Yakalama Sensörü itibaren) genel postural (Balance Board itibaren) TK'da gelen hakim ve COM belirlemek için çevrimdışı işlendi. Ayrıca, özellikler bakış davranışı (elektrookülogram örn, yanıp sönme hızı, sakkadik yönü) ile birlikte eş zamanlı olarak kaydedildi Biyosinyallerin elde edildi. Bu proof-of-con sonuçları cept çalışması Dutta ve ark., 8 alfa olaya ilişkin desenkronizasyonuna (aERD%) başta parietal ve oksipital EEG electrodes.Moreover bulundu sunuldu, ortalama hata (MSE) bir azalma doğru trend başlangıç değerine göre normalize kare bir artış doğru trend yanıp sönme hızı ve imleç hızlanma sakkadik yön göreli visuomotor görev ardışık çalışmalar sırasında sıfıra doğru trend. . FD oranı - - Dutta vd 8 verilerine dayanarak, EOG veri hedefin ve motor tepkisi başlamadan önce imlecin üzerinde sabitleme süresi tespit süresinin oranı (yani, EMG başlangıcı) olduğunu gösterdi arttı ( Şekil 5a) taban normalize ortalama karesel hata (MSEnorm) 5b) VBT çalışmalar sırasında (Şekil azalmıştır.
g5.jpg "/>
Şekil 5: (a) hedef ve imleç sabitleme süresi tespit süresinin oranında değişim - FDratio - visuomotor denge görevi (VBT) çalışmalar sırasında elektrookülogram çıkarılan. (B) temel normalize ortalama değişiklikler VBT çalışmalar sırasında hata (MSEnorm) kare. 8 ve 37 çoğaltılamaz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
hareket ve denge terapisi için basit kullanımlı, klinik açıdan geçerli düşük maliyetli aracı düşük kaynak ortamda nörorehabilitasyon için bir paradigma kayması olacaktır. Felç gibi nörolojik bozukluklar dramatik nedeniyle dünya nüfusunun 2 yaşlanan gelecekte artacak çünkü çok yüksek toplumsal etkisi olması muhtemeldir. yetenek, özelleştirmek, izlemek ve son zamanlarda telekomünikasyon yoluyla hesaplama, ağ ve fiziksel süreçlerin entegrasyonları ile mümkün hale gelmiştir uzak sitelerde nöro-rehabilitasyon desteklemek için siber fiziksel sistemlerin kaldıraç bir ihtiyaç, bu nedenle vardır. Bu kapsayıcı hedefe doğru, inme sonrası takip göz hareketleri düşük maliyetli Eye Tracker dayalı değerlendirme, yalnızca, aynı zamanda düzgün takip göz hareketleri eğitimi işitsel ve görsel ihmal 25 kurtarma terfi terapi ev tabanlı tanı sağlar ama olamaz. Burada, Sağlıklı bireylerde düzgün peşinde gecikme ver olduğu tespit edilmiştir100 ± 5 ms 26 ortalama gecikme süresi ile hızlı 5 derece / sn veya hareketli hedefler için y tutarlı.
Ayrıca, önerilen insan-makine arayüzü (HMI) istemli için inme sonrası denge rehabilitasyonu için NMES / SES ile inme sonrası denge tedavisi entegre Biyoişaret sensörler ve hareket yakalama için nöromüsküler elektriksel stimülasyon (NMES) ve duyusal elektriksel stimülasyon (SES) tahrikli , inme sonrası ayakta dengesini iyileştirmek için bir ev-tabanlı müdahale gibi potansiyel 27, 28 olan. HMI yeni bölümü mobil beyin / vücut görüntüleme verilerini ve NMES / SES destekli visuomotor denge tedavisi (VBT) sırasında görsel-işitsel biofeedback için kayıt için birden fazla off-the-raf düşük maliyetli sensörler entegre yazılım arayüzüdür. (NMES / SES olmadan) proof-of-concept çalışmanın sağlıklı denek sonuçlarına dayanarak, biz çoklu sensör bilgileri inme sonrası V sırasında motor öğrenme durumunu tahmin etmek kaynaşmış olabilir teklifBT ve bu nedenle zorluk mFRT online uyarlanabilir. Dutta vd sunulan Örneğin, düzgün takip göz hareketleri eğitimi 25 Myoelektrik tahrik NMES / SES-destekli visuomotor görevi ile entegre edilebilir. Alfa parietal ve oksipital EEG elektrotları de desenkronizasyonun olaya ilişkin 8, normalize ortalama tahmin edebilir periferik hedeflerine ulaşmada kare hata (MSE). Bu nedenle, inme sonrası takip göz hareketleri değerlendirilmesi yanı sıra VBT görev sırasında bakışları davranışları dayalı, objektif analiz ve böylece rehabilitasyon 29 sırasında kalıntı fonksiyonu yararlanarak sakatlığı dengelemek için katkı göz ile ilgili sorunlar izleyebilirsiniz. Ayrıca, bakışları davranışı (örn yanıp sönme hızı sakkadlarda) 30 öğrenme motora sırasında kullanıcı etkileşimini izlemek için kullanılabilir.
VBT sırasında motor öğrenme azaltılmış boyut tepkime kütlesi sarkaç kullanılarak analiz edilebilir (RMP) iki ayaklı modDutta ve ark., 24 sunulmuştur El. Azaltılmış boyut RMP modeli 24 iskelet izleme verilerinden çevrimdışı inşa edilebilir (iskelet akışında Hareket Yakalama sensör akışa ortak veri olan Şekil 6). RMP modeli şekli, boyutu ve yönü yakalayarak geleneksel nokta-kütle sarkaç modeli artar nerede geleneksel nokta-kütle sarkaç modeli üzerinde RMP modelinin önemi mFRT sırasında stabilite limiti dengesini yeniden kazanmak için sağlıklı ara sıra kol sallanan sırasında oldu toplam dönme centroidal atalet. Bizim önceki çalışma 21, BK-CoP yalın çizgisi dik duruş uygun bir görsel geribildirim olarak bulunmuştur. Ayrıca, biz inme sonrası yürüme 24 stand-to-yürüyüş geçiş sürecinde tüm vücut normalleştirilmiş centroidal açısal momentumun (CAM) ilgisini göstermiştir. Nitekim, açısal momentum sıkıca açısal momen segment-to-segmenti iptaller ile düzenlenir tum insan yürüyüş 31 sırasında ve muhtemelen tüm koordineli insan hareketi mFRT düşmeleri önlemek için de dahil olmak üzere. Bu önceki eserleri dayanarak, kas güçsüzlüğü inmenin kurtulanları öne alınabilir ve koordinasyon açıkları yaşları eşleştirilmiş güçlü kuvvetli konulara göre daha uzun CAM düzenleyen alacaktır. Bu azaltılmış boyut RMP modeli 24 ile halen araştırılmaktadır.
Şekil 6: Sol panel duruş yakalamak için azaltılmış boyut iki ayaklı modeli (sağ panel) kullanarak çevrimdışı analiz edilebilir Hareket Yakalama Sensör iskelet modeli verileri için ortak etiketleri gösterir (. Banerjee ve ark 24). RMP: Reaksiyon Kitle Sarkaç, COP: Basınç Merkezi, BK: Kütle Merkezi, GRF: Zemin tepki kuvveti vektörü.52394fig6large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Büyük bir meydan okuma geliştirmek ve klinik, çevre, davranışsal ve farmakolojik bağlamlarda manipülasyon dayanmaktadır teleneurorehabilitation için gelişmiş siber fiziksel sistemleri kontrol etmektir. HMI gelecekteki uygulamaları tanımlanması ve visuomotor açıklarının denetimi / bakış-davranış öğrenme ilgili rezidüel fonksiyonun istemli kullanımını zorunlu kılar bir edimsel koşullama paradigma ödünç verebilir bir ev tabanlı kurulum bir teleneurorehabilitation paradigma bulunmaktadır. Örneğin, HMI dokunmadan yan yana yerleştirilmiş iki Wii BB (paretic diğeri olmayan paralitik ekstremite için bir tane) ile artırılabilir (yani, <1 mm aralıklı). Mansfield ve arkadaşları 7 deneysel protokolü takip denekler standart konumda her Wii BB bir ayağı duramazdı (ayaklar odaklıHer iki Wii BBs arasındaki orta hat eşit uzaklıkta her ayak yüksekliğinin% 8 eşit arası Malleollerin mesafe ile her ayağın 7 ° rotasyon ile 14 °), en. mFRT sırasında, hem paretic ve olmayan paretic uzuvlar edimsel koşullama (non-paralitik ekstremite telafi mekanizmaları paretik bacak ve negatif takviye kalan işlevine olumlu takviye sağlayarak uygulanabilir COP konumuna katkıda bulunacak paretik tarafının COP geziler ile kontrol etmek için ok daha kolay hale getirerek zorunlu-kullanım hareket terapisi 32) prensibine dayanmaktadır. Ayrıca, görme alanı defektleri, eşsesli kusurlar ve optik sinir lezyonu ilişkin olanlar kusurlar, hem gelişmiş-en olabilir en azından bir ölçüde-daha iyi visuomotor entegrasyonu 34 doğru hastaların 33 gelişmiş denge katkıda bulunmak için. Klinik inme çalışma hipotezi altında yürütülmektedir bizim düşük maliyetli istemli doğru HMItahrik NMES / SES destekli dinamik visuomotor denge terapisi iki ayaklı ayakta sırasında kayması görsel cued ağırlık inme sonrası ayak bileği özgü kontrol problemlerini iyileştirebilir. 2.2 4.9 düşme her kişinin yıllık 35 kadar yüksek olabilir kronik inmeli, düşüş insidans oranlarını azaltmak için bekleniyor. Nitekim, restoratif nörorehabilitasyon doğru inme sonrası denge tedavisi için bu HMI etkinliğini göstermede, kritik bir adım yani bakışları tabanlı visuomotor performans değerlendirme, geri kazanım 36 için gerekli olan yeterli artık sensörimotor işleve sahip inme kurtulanları kullanarak yeterli bir konudur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
CEFIPRA şemsiyesi altında, CNRS, INRIA ve DST tarafından desteklenen ICST, - Joint kapsamında yapılan araştırma Bilgi ve İletişim Bilim ve Teknoloji Programı hedef. Yazarlar deney düzeneği geliştirilmesine yönelik, öğrenciler, özellikle Rahime Sidiboulenouar, Rishabh Sehgal ve Gorish Aggarwal desteğini kabul etmek istiyorum.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NMES stimulator | Vivaltis, France | PhenixUSBNeo | NMES stimulator cum EMG sensor (Figure 2b) |
| Balance Board | Nintendo, USA | Wii Balance Board | Balance Board (Figure 2b) |
| Motion Capture | Microsoft, USA | XBOX-360 Kinect | Motion Capture (Figure 2b) |
| Eye Tracker | Eye Tribe | The Eye Tribe | SmartEye Tracker (Figure 2a) |
| EEG Data Acquisition System | Emotiv, Australia | Emotiv Neuroheadset | Wireless EEG headset (Figure 2b) |
| EEG passive electrode | Olimex | EEG-PE | EEG passive electrode for EOG and references (6 in number) (Figure 2b) |
| EEG active electrode | Olimex | EEG-AE | EEG active electrode (10 in number) (Figure 2b) |
| Computer with PC monitor | Dell | Data processing and visual feedback (Figure 2) | |
| Softwares, EMG electrodes, NMES electrodes, and cables |
References
- Sacco, R. L., Kasner, S. E. An updated definition of stroke for the 21st century: a statement for healthcare professionals from the American Heart Association/American Stroke Association. Stroke; a journal of cerebral circulation. 44 (7), 2064-2089 (2013).
- Das, A., Botticello, A. L., Wylie, G. R., Radhakrishnan, K. Neurologic Disability: A Hidden Epidemic for India. Neurology. 79 (21), 2146-2147 (2012).
- Verheyden, G. S. A. F., Weerdesteyn, V. Interventions for preventing falls in people after stroke. The Cochrane database of systematic reviews. 5, 008728 (2013).
- Campbell, G. B., Matthews, J. T. An integrative review of factors associated with falls during post-stroke rehabilitation. Journal of Nursing Scholarship: An Official Publication of Sigma Theta Tau International Honor Society of Nursing / Sigma Theta Tau. 42, 395-404 (2010).
- Geurts, A. C. H., de Haart, M., van Nes, I. J. W., Duysens, J. A review of standing balance recovery from stroke. Gait & posture. 22, 267-281 (2005).
- Marigold, D. S., Eng, J. J., Dawson, A. S., Inglis, J. T., Harris, J. E., Gylfadóttir, S. Exercise leads to faster postural reflexes, improved balance and mobility, and fewer falls in older persons with chronic stroke. Journal of the American Geriatrics Society. 53, 416-423 (2005).
- Mansfield, A., Mochizuki, G., Inness, E. L., McIlroy, W. E. Clinical correlates of between-limb synchronization of standing balance control and falls during inpatient stroke rehabilitation. Neurorehabilitation and neural repair. 26, 627-635 (2012).
- Dutta, A., Lahiri, U., Das, A., Nitsche, M. A., Guiraud, D. Post-stroke balance rehabilitation under multi-level electrotherapy: a conceptual review. Neuroprosthetics. 8, 403 (2014).
- Agnes Roby-Brami, S. F. Reaching and Grasping Strategies in Hemiparetic Patients. Human Kinetics Journals. , at http://journals.humankinetics.com/mc-back-issues/mcvolume1issue1january/reachingandgraspingstrategiesinhemipareticpatients (2010).
- Sabut, S. K., Sikdar, C., Kumar, R., Mahadevappa, M. Functional electrical stimulation of dorsiflexor muscle: effects on dorsiflexor strength, plantarflexor spasticity, and motor recovery in stroke patients. NeuroRehabilitation. 29, 393-400 (2011).
- Magalhães, F. H., Kohn, A. F. Effectiveness of electrical noise in reducing postural sway: a comparison between imperceptible stimulation applied to the anterior and to the posterior leg muscles. European Journal of Applied Physiology. 114, 1129-1141 (2014).
- Hwang, S., Tae, K., Sohn, R., Kim, J., Son, J., Kim, Y. The balance recovery mechanisms against unexpected forward perturbation. Annals of biomedical engineering. 37, 1629-1637 (2009).
- Gatev, P., Thomas, S., Kepple, T., Hallett, M. Feedforward ankle strategy of balance during quiet stance in adults. The Journal of physiology. 514, (Pt 3) 915-928 (1999).
- Cofre Lizama, E. L., Pijnappels, M., Reeves, N. P., Verschueren, S. M. P., van Dieën, J. H. Can explicit visual feedback of postural sway efface the effects of sensory manipulations on mediolateral balance performance. Journal of Neurophysiology. , (2015).
- Knash, M. E., Kido, A., Gorassini, M., Chan, K. M., Stein, R. B. Electrical stimulation of the human common peroneal nerve elicits lasting facilitation of cortical motor-evoked potentials. Experimental brain research. 153, 366-377 (2003).
- Dinse, H. R., Tegenthoff, M. Evoking plasticity through sensory stimulation: Implications for learning and rehabilitation. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 6, 11-20 (2015).
- Khaslavskaia, S., Sinkjaer, T. Motor cortex excitability following repetitive electrical stimulation of the common peroneal nerve depends on the voluntary drive. Experimental brain research. 162, 497-502 (2005).
- Perez, M. A., Field-Fote, E. C., Floeter, M. K. Patterned sensory stimulation induces plasticity in reciprocal ia inhibition in humans. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 23, 2014-2018 (2003).
- Makeig, S. Mind Monitoring via Mobile Brain-Body Imaging. Foundations of Augmented Cognition. Neuroergonomics and Operational. , http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-02812-0_85 749-758 (2009).
- Ojeda, A., Bigdely-Shamlo, N., Makeig, S. MoBILAB: an open source toolbox for analysis and visualization of mobile brain/body imaging data. Frontiers in Human Neuroscience. 8, 121 (2014).
- Dutta, A., Chugh, S., Banerjee, A., Dutta, A. Point-of-care-testing of standing posture with Wii balance board and microsoft kinect during transcranial direct current stimulation: A feasibility study. NeuroRehabilitation. 34, 789-798 (2014).
- Nataraj, R. Feedback Control Of Standing Balance Using Functional Neuromuscular Stimulation Following Spinal Cord Injury. , Ohio.gov, PhD Thesis, https://etd.ohiolink.edu/ap/10?0::NO:10:P10_ETD_SUBID:52547 (2011).
- Dutta, A., Paulus, W., Nitsche, A., M, Translational Methods for Non-Invasive Electrical Stimulation to Facilitate Gait Rehabilitation Following Stroke - The Future Directions. Neuroscience and Biomedical Engineering. 1, 22-33 (2013).
- Banerjee, A., Khattar, B., Dutta, A. A Low-Cost Biofeedback System for Electromyogram-Triggered Functional Electrical Stimulation Therapy: An Indo-German Feasibility Study. ISRN Stroke. 2014, e827453 (2014).
- Kerkhoff, G., Reinhart, S., Ziegler, W., Artinger, F., Marquardt, C., Keller, I. Smooth pursuit eye movement training promotes recovery from auditory and visual neglect: a randomized controlled study. Neurorehabilitation and Neural Repair. 27, 789-798 (2013).
- Carl, J. R., Gellman, R. S. Human smooth pursuit: stimulus-dependent responses. Journal of Neurophysiology. 57, 1446-1463 (1987).
- Clark, R. A., Bryant, A. L., Pua, Y., McCrory, P., Bennell, K., Hunt, M. Validity and reliability of the Nintendo Wii Balance Board for assessment of standing balance. Gait & posture. 31, 307-310 (2010).
- Clark, R. A., Pua, Y. -H. Validity of the Microsoft Kinect for assessment of postural control. Gait & posture. 36, 372-377 (2012).
- Khattar, B., Banerjee, A., Reddi, R., Dutta, A. Feasibility of Functional Electrical Stimulation-Assisted Neurorehabilitation following Stroke in India: A Case Series. Case Reports in Neurological Medicine. 2012, e830873 (2012).
- Sailer, U., Flanagan, J. R., Johansson, R. S. Eye-hand coordination during learning of a novel visuomotor task. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 25, 8833-8842 (2005).
- Herr, H., Popovic, M.
- Taub, E., Morris, D. M. Constraint-induced movement therapy to enhance recovery after stroke. Current atherosclerosis reports. 3, 279-286 (2001).
- Kasten, E., Wuest, S., Sabel, B. A. Residual vision in transition zones in patients with cerebral blindness. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 20, 581-598 (1998).
- Marshall, S. P. Identifying Cognitive State from Eye Metrics. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 78, 165-175 (2007).
- Weerdesteyn, V., de Niet, M., van Duijnhoven, H. J. R., Geurts, A. C. H.
- Stinear, C. M., Barber, P. A., Petoe, M., Anwar, S., Byblow, W. D. The PREP algorithm predicts potential for upper limb recovery after stroke. Brain: A Journal of Neurology. 135 ((Pt 8)), 2527-2535 (2012).
- Dutta, A., Lahiri, D., Kumar, U., Das, A., Padma, M. V. Post-stroke engagement-sensitive balance rehabilitation under an adaptive multi-level electrotherapy: clinical hypothesis and computational framework. Neuroscience and Biomedical Engineering. 2 (2), 68-80 (2015).
