Electroencefalografía simultánea del cuero cabelludo (EEG), electromiografía (EMG) y de todo el cuerpo de grabación inercial segmentaria para Multi-modal Neural Decodificación

El objetivo general del siguiente experimento es ampliar el concepto de un marco de imágenes cerebrales móviles para permitir el estudio de la dinámica del cuerpo del cerebro humano en una amplia gama de tareas locomotoras. Esto se logra colocando primero los sensores E-E-G-E-M-G y de captura de movimiento en un sujeto humano como segundo paso. Los tres sistemas de recopilación de datos están sincronizados con software personalizado y un dispositivo de disparo de botón, que proporciona un conjunto de datos de captura de movimiento y e-e-g-e-m-g de bloqueo de tiempo.

A continuación, el sujeto completa nueve tareas específicas de locomotoras dentro de cuatro entornos diferentes. Con el fin de capturar la dinámica del cuerpo cerebral durante una variedad de movimientos, los resultados muestran la actividad cerebral medida a través de EEG durante las tareas locomotoras. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de las neuroprótesis y las interfaces cerebro-máquina.

Por ejemplo, ¿es posible extraer información útil sobre la cinemática de GA o los patrones de EMG de superficie de un EEG del cuero cabelludo? La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes es que podemos recopilar de forma inalámbrica datos E-E-G-E-M-G y de captura de movimiento utilizando una configuración móvil, lo que nos permite explorar más tareas y entornos motores en comparación con las técnicas tradicionales de recopilación de datos. Las implicaciones de estas técnicas también se extienden a los trastornos del movimiento y a la medicina de rehabilitación, ya que básicamente estos protocolos nos informan sobre los cambios en la actividad cerebral y la adaptación del cuerpo.

Mis estudiantes de posgrado ahora demostrarán la ubicación de los sensores o JI osir mostrará cómo colocar los sensores EMG en nuestro voluntario hoy. Kevin Nathan, con la ayuda de John, quien colocará los sensores de EEG en su cuero cabelludo para comenzar este protocolo. Primero, registre la altura, el peso y la edad del sujeto.

A continuación, ajuste la velocidad de la cinta de correr para que coincida con la velocidad de marcha preferida del sujeto. A continuación, mida la distancia entre el nasion y el Inion con un rotulador. Marque el 10% de la distancia como referencia para alinear la tapa y marque el punto medio de la distancia como el vértice de la cabeza.

Ahora coloque el gorro de EEG en el sujeto y alinéelo con los puntos de referencia de referencia. Alinee el punto medio entre los electrodos FP uno y FP dos con la marca de distancia del 10% y alinee el electrodo CZ con el vértice marcado. Asegure la tapa con una correa por debajo de la barbilla.

A continuación, comenzando con los electrodos de tierra y de referencia, use una jeringa pequeña para inyectar gel de electrolito en cada electrodo hasta que la impedancia de cada uno mida por debajo de los 25 kilo ohmios como lo indica el LED del electrodo que se vuelve verde. Finalmente, conecte los electrodos al transmisor inalámbrico para el sistema de adquisición de datos. A continuación, prepárese para la electromiografía de superficie afeitando primero la piel y luego limpiándola con una almohadilla de alcohol isopropílico.

A continuación, coloque un electrodo en cada uno de los ocho sitios preparados para cada pierna para el astrágalo, el vasto anterior, el lateral, el bíceps, el fems y el gastroc. Finalmente, coloque los electrodos de tierra EMG en la muñeca izquierda o derecha y conecte todos los electrodos EMG a la unidad de registro de datos EMG. Para configurar la captura de movimiento.

Primero coloque los sensores de marca en el sujeto con correas de Velcro o cinta adhesiva de doble cara. Coloque los sensores en las ubicaciones que se indican aquí. Luego, haga que el sujeto se suba a la cinta de correr y coloque un arnés de seguridad como se ve aquí antes de la recopilación de datos.

Examine las señales de EEG y EMG para verificar la correcta ubicación de los electrodos, la conexión de los electrodos y la transmisión de datos. A continuación, comience la recopilación de datos ejecutando la aplicación de consola c plus plus. Presione el botón de disparo manual para iniciar la grabación EMG y emitir un pitido de señal de audio.

Para comenzar el experimento, instruya al sujeto para que permanezca en posición silenciosa durante 30 segundos. Luego, después de 30 segundos, presione el botón de disparo para iniciar la caminata. La cinta de correr debe acelerar lentamente a la velocidad preseleccionada por el sujeto.

Haz que el sujeto camine durante cinco minutos. Después de cinco minutos, presione el botón del gatillo para iniciar la transición de caminar a pararse deteniendo lentamente la cinta de correr. Después de detenerse, el sujeto debe permanecer de pie durante 30 segundos.

Ahora, presione el botón de cola para detener la prueba de recopilación de datos y guardar los datos. Repite este experimento con tres condiciones visuales, incluyendo un negro. a una distancia frente al sujeto para enfocar la observación en tiempo real de las piernas en un monitor de video y evitar una línea diagonal en la cinta de correr.

A continuación, pasa a la pista de caminatas. El estadio para caminar debe configurarse colocando cinco juegos de sensores de proximidad infrarrojos, conos y pantallas de televisión como se ve. Aquí, coloque al sujeto al comienzo del circuito de caminata de la arena y comience la recopilación de datos como se describió anteriormente.

Ahora, presione el botón del gatillo para iniciar el experimento de caminar. En el momento en que se da el desencadenante. La primera flecha direccional se muestra en la pantalla opuesta al sujeto.

Si se observa una flecha hacia la derecha o una flecha hacia la izquierda, el sujeto debe salir del conjunto de conos en la entrada, girar 90 grados en esa dirección, completar el bucle y volver a los conos de entrada. Si se observa una flecha hacia arriba, el sujeto debe continuar directamente fuera de los conos de entrada. A continuación, se debe dar un disparador manual y una flecha de dirección cuando el sujeto alcance aproximadamente dos metros de los sensores IR.

A continuación, el sujeto debe pasar por el primer conjunto de sensores infrarrojos y luego hacer el giro de 90 grados correspondiente para completar el bucle. Al regresar a los conos de entrada durante la caminata, el experimentador debe seguir al sujeto a una distancia de aproximadamente tres a cinco metros con la PC host en un carro con ruedas. Para garantizar la calidad de la señal inalámbrica, el sujeto debe continuar caminando cuando llegue a los conos de entrada. Después de completar un solo bucle, la secuencia debe repetirse con un orden aleatorio de flechas hasta que se hayan completado tres bucles para cada flecha inicial.

Después de completar el número requerido de bucles, presione el botón de disparo manual para señalar la transición a la posición de pie. El sujeto debe permanecer en silencio durante 30 segundos. A continuación, finalice la recopilación de datos pulsando el botón cue en el PC host.

Coloque una silla detrás del sujeto y comience la recolección de datos. El sujeto debe permanecer en silencio durante 15 segundos al inicio de la recopilación de datos. Después de 15 segundos, presione el botón de disparo manual.

Después de escuchar la señal, el sujeto debe pasar de estar de pie a sentado, postura, sostenimiento, posición sentada hasta la siguiente cola de audio. Espere un intervalo aleatorio de cinco a 15 segundos. Luego presione el gatillo manual para dar una señal para la transición de sentarse a pararse.

Haga que el sujeto mantenga la postura de pie hasta la siguiente cola de audio. Repita este procedimiento hasta el 10. Soporte completo para sentarse y sentarse para estar de pie.

Las maniobras se completan, después de las cuales el sujeto debe permanecer en silencio durante 15 segundos. A continuación, finalice la recopilación de datos pulsando el botón de referencia. A continuación, repita el protocolo de pie a sentado para la transición de pie a sentado y de sentado a pie iniciada por sí mismo.

Esta vez, en lugar de darle al sujeto un disparador para la transición, haz que el sujeto inicie la transferencia por su cuenta hasta que se completen 10 de cada maniobra. Para caminar por el pasillo, coloque el sujeto y el carro de recolección de datos en el medio de un pasillo recto de un octavo de milla. Comience la recopilación de datos como con los experimentos de caminar en cinta rodante.

Después del 32º período de descanso inicial, dé un disparador manual o un pitido al sujeto para que inicie la marcha. Haz que el sujeto camine continuamente durante cinco minutos. Cuando el sujeto llegue a menos de 10 metros del final del pasillo, debe iniciar por sí mismo un giro en U y continuar caminando en la dirección opuesta.

Después de cinco minutos, presione el botón de disparo manual para dejar de caminar. El sujeto debe permanecer en silencio durante 30 segundos mientras mira al frente. A continuación, finalice la elección de recopilación de datos.

A continuación, comienza un segundo experimento en el pasillo. Después de un intervalo de tiempo aleatorio de caminar entre 20 y 40 segundos de duración, dé un disparador manual y una señal de audio para que el sujeto deje de caminar. Luego, el sujeto debe permanecer de pie durante una duración corta y aleatoria de cinco a 15 segundos.

A continuación, pulse el botón de disparo manual para que el sujeto vuelva a caminar. Repita estos pasos hasta que se completen 10 ciclos de inicio de parada y, a continuación, finalice. Aquí se muestran los resultados representativos de la recopilación de datos de 10 segundos de caminata en cinta.

El panel superior muestra datos de EEG sin procesar de 64 canales con el nombre del canal De la Convención Internacional 10 20, el panel central muestra la aceleración en la dirección vertical de los sensores de 11 marcas. El panel inferior muestra EMG sin procesar de ocho canales. Esta figura muestra datos representativos de un bucle de caminata durante la arena.

Las barras negras verticales de un protocolo indican disparadores. El primer disparo es desde el botón pulsador que presenta la flecha derecha. Los últimos cuatro son de sensores IR, IR uno a IR cuatro a medida que el sujeto atraviesa el bucle, y aquí vemos datos de muestra de la transición de stand a Sit y de sit a stand.

Los datos de aceleración de EEG y EMG se presentan como en la primera figura. Las barras verticales indican disparadores manuales para iniciar estar de pie y sentado, respectivamente. Por último, esta figura muestra datos de muestra de la transición de estar de pie a caminar y de caminar a estar de pie durante el pasillo.

Tarea caminando. Las barras verticales indican los disparadores manuales y las señales de audio para comenzar y dejar de caminar, respectivamente. Es importante recordar que los sensores de EEG y los sensores EMG son sensibles a los artefactos de movimiento, por lo que debemos asegurarnos de que los sensores estén seguros y conectados de forma segura a este sujeto.

Siguiendo este procedimiento, puede aplicar otras técnicas, como el análisis de componentes independientes o la regresión lineal para aislar las señales electrocorticales de los artefactos, lo que le permite extraer la cinemática de las extremidades o los perfiles EMG de los datos del EEG. Esta técnica permitirá a la comunidad de interfaces neuronales responder preguntas sobre cómo el cerebro se relaciona con el movimiento y la intención del movimiento, y proporcionará un medio para extraer información sobre la marcha de un EEG del cuero cabelludo.