Configuration multifonctions pour l'étude de contrôle du moteur humain utilisant la stimulation magnétique transcrânienne, électromyographie, Motion Capture, et Réalité Virtuelle

L’objectif général de l’expérience suivante est d’illustrer une technique généralisée de synchronisation de plusieurs flux de données enregistrés lors d’études biomécaniques humaines. Ceci est réalisé en utilisant des signaux électromyographiques et de capture de mouvement pour générer un événement de synchronisation analogique qui peut être enregistré indépendamment par deux systèmes ou plus. Dans un deuxième temps, des composants de circuit simples peuvent être conçus, qui transforment cet événement en signaux appropriés pour chaque appareil d’enregistrement.

Ensuite, utilisez un logiciel d’analyse pour aligner temporairement les événements de synchronisation sur les signaux enregistrés indépendamment afin de synchroniser tous les signaux. Les résultats montrent que plusieurs signaux biomécaniques peuvent être temporairement alignés dans les fréquences d’échantillonnage des systèmes d’enregistrement de données respectifs, ce qui permet de collecter un riche ensemble de données expérimentales sur le mouvement naturaliste humain pour étudier le contrôle neuromusculaire. Il existe de nombreuses questions complexes dans les domaines du contrôle moteur et de la biomécanique auxquelles la meilleure réponse est d’étudier le mouvement humain naturel en laboratoire.

Nous décrivons ici la méthode d’utilisation de la réalité virtuelle pour définir des tâches comportementales au cours desquelles plusieurs signaux physiologiques sont enregistrés simultanément. L’avantage d’une configuration expérimentale basée sur la réalité virtuelle par rapport aux méthodes existantes telles que les plates-formes comportementales basées sur le matériel est qu’elle peut être adaptée très rapidement à différentes expériences ainsi qu’à l’anatomie unique de chaque participant. Lors d’expériences comportementales, il est courant d’enregistrer simultanément plusieurs signaux qui quantifient le comportement tels que l’électromyographie et la capture de mouvement.

Notre méthode apporte une solution au problème de l’alignement temporel de ces signaux en utilisant une unité de synchronisation personnalisée compatible avec plusieurs fabricants. Commencez par effectuer toutes les connexions électriques nécessaires entre l’équipement EMG, y compris les amplificateurs, les préamplificateurs, les fils de capteur et les pads de capteur, conformément aux spécifications du fabricant. Nettoyez chaque site d’électrode pour garantir des valeurs d’impédance d’électrode constantes et faibles par rapport à la peau.

Ensuite, demandez au sujet d’effectuer des contractions isométriques des muscles individuels d’intérêt, fixez les électrodes EMG sur l’emplacement palpé de la contraction musculaire. En gardant à l’esprit l’orientation des sites actifs le long des fibres musculaires. Fixez l’électrode de terre à la peau au-dessus de la vertèbre C sept.

Ensuite, pour tester la qualité du signal, inspectez les signaux EMG amplifiés sur l’ordinateur pendant que le sujet contracte chaque muscle d’intérêt. Enfin, diminuez les gains d’amplification si les signaux EMG saturent pendant les contractions musculaires nécessaires à la tâche comportementale. Commencez par calibrer les caméras de suivi de mouvement selon les instructions du fabricant.

Collez les capteurs LED actifs sur les points de repère osseux près des articulations du bras et d’autres points d’intérêt anatomiques tels que près du doigt, du poignet, de l’épaule et de la poitrine. Fixez un autre capteur LED au casque de réalité virtuelle ou de réalité virtuelle pour définir le point de vue dans l’environnement virtuel. Connectez ensuite chaque LED à un faisceau de câbles fixé à l’unité de pilote sans fil.

Allumez le pilote et assurez-vous que tous les voyants s’allument correctement. Enfin, placez la LED de synchronisation à un endroit éloigné du sujet, mais dans une vue dégagée des caméras de capture de mouvement. Tout d’abord, calibrez l’appareil et le logiciel de stimulation magnétique transcrânienne ou TMS pour permettre un placement précis de la bobine.

Pour ce faire, co-enregistrez les bobines TMS avec des repères anatomiques tels que les points préauriculaires NAS et la pointe du nez. À l’aide d’un pointeur d’étalonnage. Ensuite, effectuez des techniques de point chaud pour localiser les régions sensibles à la TMS sur le cortex qui produisent la plus grande amplitude pour les potentiels évoqués moteurs ou meps.

Avec l’amplitude de stimulation la plus faible, enregistrez l’emplacement du meilleur site de stimulation sur le cuir chevelu du sujet avec l’équipement et le logiciel d’enregistrement stéréotaxique calibrés. Enfin, mesurez le seuil du sujet en abaissant l’amplitude de la stimulation à l’endroit sélectionné jusqu’à ce que des mèches d’au moins 50 microvolts soient évoquées dans 50 % des cas. Tout d’abord, configurez l’environnement VR pour la tâche comportementale selon le protocole du fabricant.

En utilisant un logiciel VR commercial compatible avec le casque et le programme du système de suivi de mouvement. Sorties numériques via le port parallèle pour la synchronisation et le marquage d’événements spécifiques d’intérêt. Connectez la sortie VR au circuit de synchronisation ainsi qu’à d’autres équipements à synchroniser à l’aide de câbles avec des connecteurs correspondants.

Informez-le des exigences de la tâche qu’il ou elle effectuera en vr. Demandez au sujet de pointer des cibles sphériques lorsqu’elles apparaissent dans son champ de vision. Une fois que le sujet comprend la tâche et a la chance de la pratiquer, démarrez l’enregistrement des données de capture de mouvement EMG et des signaux de synchronisation au cours d’un seul essai de synchronisation VR.

Le logiciel déclenche l’équipement EMG pour enregistrer des signaux qui illustrent l’activité neuromusculaire qui s’est produite lors des mouvements du membre supérieur. Il déclenche également l’équipement de capture de mouvement pour enregistrer des données de mouvement continu. Ce signal peut être utilisé pour synchroniser les données EMG et de capture de mouvement. Ici.

La cinématique et la dynamique angulaires moyennes ainsi que l’activité neuromusculaire continue et instantanée associée dans 24 essais sont montrées pour une seule tâche. Ces ensembles de données multidimensionnelles fournis par la réalité virtuelle permettront aux chercheurs d’étudier des mécanismes spécifiques de contrôle moteur humain. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une compréhension générale de la façon de synchroniser plusieurs flux de données qui peuvent être enregistrés pendant des expériences de mouvement humain telles que l’EMG et la capture de mouvement, Cette procédure peut être étendue pour inclure des systèmes supplémentaires tels que l’électroencéphalographie.

De plus, la stimulation électrique des nerfs périphériques peut également être utilisée pour évaluer la contribution de la rétroaction sensorielle au contrôle moteur après son développement. Cette technique a ouvert la voie aux neuroscientifiques pour explorer les changements dans le mouvement contrôlé par les neurones chez les personnes atteintes de troubles du mouvement tels que les accidents vasculaires cérébraux ou les lésions de la moelle épinière.