Configuración de múltiples funciones para el estudio de control de motores Humano Usando estimulación magnética transcraneal, electromiografía, Captura de movimiento, y Realidad Virtual

El objetivo general del siguiente experimento es ilustrar una técnica generalizada para sincronizar múltiples flujos de datos que se registran durante los estudios biomecánicos humanos. Esto se logra mediante el uso de señales electromiográficas y de captura de movimiento para generar un evento de sincronización analógica que puede ser registrado de forma independiente por dos o más sistemas. Como segundo paso, se pueden diseñar componentes de circuitos simples, que transforman este evento en señales apropiadas para cada dispositivo de grabación.

A continuación, utilice el software de análisis para alinear temporalmente los eventos de sincronización a través de las señales grabadas de forma independiente con el fin de sincronizar todas las señales. Los resultados muestran que varias señales biomecánicas pueden alinearse temporalmente dentro de las frecuencias de muestreo de los respectivos sistemas de registro de datos, lo que permite la recopilación de un rico conjunto de datos experimentales del movimiento naturalista humano para estudiar el control neuromuscular. Existen múltiples preguntas complejas en los campos del control motor y la biomecánica que se pueden responder mejor estudiando el movimiento humano natural en un entorno de laboratorio.

Aquí describimos el método de uso de la realidad virtual para definir tareas de comportamiento durante las cuales se registran varias señales fisiológicas simultáneamente. La ventaja de una configuración experimental basada en realidad virtual sobre los métodos existentes, como los equipos de comportamiento basados en hardware, es que se puede adaptar muy rápidamente a diferentes experimentos, así como a la anatomía única de los participantes individuales. Durante los experimentos conductuales, es común registrar simultáneamente varias señales que cuantifican el comportamiento, como la electromiografía y la captura de movimiento.

Nuestro método proporciona una solución al problema de la alineación temporal de estas señales mediante el uso de una unidad de sincronización personalizada que es compatible con varios fabricantes. Comience por realizar todas las conexiones eléctricas necesarias entre el equipo EMG, incluidos amplificadores, preamplificadores, cables de sensor y almohadillas de sensor de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Limpie cada sitio del electrodo para garantizar valores de impedancia consistentes y bajos del electrodo a la piel.

A continuación, instruya al sujeto para que realice contracciones isométricas de los músculos individuales de interés, coloque los electrodos de EMG sobre la ubicación palpada de la contracción muscular. Teniendo en cuenta la orientación de los sitios activos a lo largo de las fibras musculares. Conecte el electrodo de tierra a la piel sobre la vértebra C siete.

A continuación, para probar la calidad de la señal, inspeccione las señales EMG amplificadas en la computadora a medida que el sujeto contrae cada músculo de interés. Finalmente, disminuya las ganancias de amplificación si las señales EMG se saturan durante las contracciones musculares que son necesarias para la tarea conductual. Comience calibrando las cámaras de seguimiento de movimiento de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Pegue los sensores LED activos a los puntos de referencia óseos cerca de las articulaciones del brazo y otros puntos de interés anatómico, como cerca del dedo, la muñeca, el hombro y el pecho. Conecte otro sensor LED al casco de realidad virtual o realidad virtual para establecer el punto de vista en el entorno virtual. A continuación, conecte cada LED a un mazo de cables que está conectado a la unidad de controlador inalámbrico.

Encienda la unidad del controlador y asegúrese de que todos los LED estén iluminados correctamente. Por último, coloque el LED de sincronización en una ubicación alejada del sujeto, pero dentro de una vista clara de las cámaras de captura de movimiento. Primero, calibre el dispositivo y el software de estimulación magnética transcraneal o TMS para permitir la colocación precisa de la bobina.

Para ello, correlacione el registro de las bobinas TMS con puntos de referencia anatómicos como los puntos preauriculares del NAS y la punta de la nariz. Usando un puntero de calibración. A continuación, realice técnicas de puntos calientes para localizar las regiones sensibles a TMS en la corteza que producen la mayor amplitud para los potenciales evocados motores o meps.

Con la menor amplitud de estimulación, registre la ubicación del mejor sitio de estimulación en el cuero cabelludo del sujeto con el equipo y el software de registro estereotáxico calibrado. Por último, mida el umbral del sujeto disminuyendo la amplitud de la estimulación en el lugar seleccionado hasta que se evoquen meps de al menos 50 microvoltios el 50% de las veces. En primer lugar, configure el entorno de realidad virtual para la tarea de comportamiento de acuerdo con el protocolo del fabricante.

Mediante el uso de software comercial de realidad virtual que sea compatible con el auricular y el programa del sistema de seguimiento de movimiento. Salidas digitales a través del puerto paralelo para sincronización y marcado de eventos específicos de interés. Conecte la salida VR al circuito de sincronización, así como a otros equipos a sincronizar, mediante cables con conectores correspondientes.

Informar al cliente sobre los requisitos de la tarea que va a realizar en la realidad virtual. Pida al sujeto que señale objetivos esféricos cuando aparezcan en su campo de visión. Una vez que el sujeto comprenda la tarea y tenga la oportunidad de practicarla, inicie la grabación de los datos de captura de movimiento EMG y las señales de sincronización durante una sola prueba de sincronización de realidad virtual.

El software activa el equipo EMG para registrar señales que ilustran la actividad neuromuscular que se produjo durante los movimientos de la extremidad superior. También activa el equipo de captura de movimiento para registrar datos de movimiento continuos. Esta señal se puede utilizar para sincronizar los datos de EMG y captura de movimiento. Aquí.

Se muestran la cinemática y dinámica angular promedio y la actividad neuromuscular continua e instantánea asociada a través de 24 ensayos para una sola tarea. Estos conjuntos de datos multidimensionales proporcionados por la realidad virtual permitirán a los investigadores investigar mecanismos específicos de control motor humano. Después de ver este video, debe tener una comprensión general de cómo sincronizar múltiples flujos de datos que se pueden registrar durante el movimiento humano Experimentos como EMG y captura de movimiento, Este procedimiento se puede ampliar para incluir sistemas adicionales como la electroencefalografía.

Además, la estimulación eléctrica de los nervios periféricos también se puede utilizar para evaluar la contribución de la retroalimentación sensorial al control motor después de su desarrollo. Esta técnica allanó el camino para que los neurocientíficos exploraran los cambios en el movimiento controlado por las neuronas en personas con trastornos del movimiento, como un accidente cerebrovascular o una lesión de la médula espinal.