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 méthode généralisée permettant de synchroniser plusieurs flux de données enregistrés lors d'études biomécaniques humaines. Cette synchronisation est réalisée à l'aide de signaux électromyographiques et de capture du mouvement afin de générer un événement analogique de synchronisation pouvant être enregistré indépendamment par deux systèmes ou plus. Dans un deuxième temps, des composants de circuit simples peuvent être conçus pour transformer cet événement en signaux adaptés à chaque dispositif d'enregistrement.

Ensuite, utilisez un logiciel d'analyse pour aligner temporairement les événements de synchronisation à travers les signaux enregistrés indépendamment, afin de synchroniser l'ensemble des signaux. Les résultats montrent que plusieurs signaux biomécaniques peuvent être alignés temporairement selon les fréquences d'échantillonnage respectives des systèmes d'enregistrement de données, permettant ainsi la collecte d'un ensemble de données expérimentales riches sur les mouvements humains en conditions naturelles, dans le but d'étudier le contrôle neuromusculaire. De nombreuses questions complexes dans les domaines du contrôle moteur et de la biomécanique peuvent être mieux résolues en étudiant le mouvement humain naturel en laboratoire.

Ici, nous décrivons la méthode utilisant la réalité virtuelle pour définir des tâches comportementales au cours desquelles plusieurs signaux physiologiques sont enregistrés simultanément. L'avantage d'un dispositif expérimental basé sur la réalité virtuelle par rapport aux méthodes existantes, comme les plateformes comportementales matérielles, est qu'il peut être adapté 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 quantifiant le comportement, tels que l'électromyographie et la capture du mouvement.

Notre méthode fournit une solution au problème d'alignement temporel de ces signaux en utilisant une unité de synchronisation personnalisée compatible entre plusieurs fabricants. Commencez par effectuer toutes les connexions électriques nécessaires entre l'équipement EMG, y compris les amplificateurs, les préamplificateurs, les câbles des capteurs et les plaques capteurs, conformément aux spécifications du fabricant. Nettoyez chaque site d'électrode afin d'assurer des valeurs d'impédance électrode-peau constantes et faibles.

Ensuite, demander au sujet d'effectuer des contractions isométriques des muscles d'intérêt individuels, puis fixer les électrodes EMG sur l'emplacement palpé de la contraction musculaire, en tenant compte de l'orientation des sites actifs le long des fibres musculaires. Appliquer l'électrode de masse sur la peau au niveau de la septième vertèbre cervicale (C7).

Ensuite, pour tester la qualité du signal, examiner les signaux EMG amplifiés sur l'ordinateur pendant que le sujet contracte chacun des muscles d'intérêt. Enfin, réduire les gains d'amplification si les signaux EMG atteignent la saturation pendant les contractions musculaires nécessaires à la tâche comportementale. Commencer par étalonner les caméras de suivi du mouvement conformément aux instructions du fabricant.

Fixez avec du ruban des capteurs LED actifs sur les repères osseux situés près des articulations du bras, ainsi que sur d'autres points anatomiques d'intérêt, tels que près du doigt, du poignet, de l'épaule et de la poitrine. Attachez un autre capteur LED au casque de réalité virtuelle (VR) afin de définir le point de vue dans l'environnement virtuel. Ensuite, reliez chaque LED à un faisceau de câblage connecté à l'unité de commande sans fil.

Activez l'unité pilote et assurez-vous d'un éclairage adéquat de toutes les LED. Enfin, placez la LED de synchronisation à un endroit éloigné du sujet, mais bien visible par les caméras de capture du mouvement. Commencez par étalonner l'appareil de stimulation magnétique transcrânienne ou TMS ainsi que le logiciel afin de permettre un positionnement précis de la bobine.

Pour ce faire, effectuez la co-registre des bobines de SMT avec des repères anatomiques tels que les points préauriculaires et l'extrémité du nez. À l'aide d'un pointeur de calibration. Puis appliquez des techniques de point chaud pour localiser les régions corticales sensibles à la SMT produisant l'amplitude maximale des potentiels moteurs évoqués ou PME.

Avec l'amplitude de stimulation la plus faible, enregistrez l'emplacement du meilleur site de stimulation sur le cuir chevelu du sujet à l'aide de l'équipement et du logiciel de repérage stéréotaxique calibrés. Enfin, mesurez le seuil du sujet en réduisant l'amplitude de stimulation à l'emplacement sélectionné jusqu'à ce que des PEMS d'au moins 50 microvolts soient évoqués 50 % du temps. Commencez par configurer l'environnement de réalité virtuelle pour la tâche comportementale conformément au protocole du fabricant.

En utilisant un logiciel de réalité virtuelle commercial compatible avec le casque et le système de suivi du mouvement. Des sorties numériques via le port parallèle permettent la synchronisation et le marquage d'événements spécifiques d'intérêt. Connectez la sortie de réalité virtuelle au circuit de synchronisation ainsi qu'aux autres équipements devant être synchronisés à l'aide de câbles munis de connecteurs correspondants.

Informer le sujet des exigences de la tâche qu’il ou elle devra effectuer en réalité virtuelle. Demander 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 eu l’occasion de la pratiquer, commencer l’enregistrement des données de capture de mouvement EMG et des signaux de synchronisation pendant un essai unique de synchronisation en RV.

Le logiciel déclenche l'équipement EMG afin d'enregistrer des signaux illustrant l'activité neuromusculaire survenue lors des mouvements du membre supérieur. Il déclenche également l'équipement de capture du mouvement pour enregistrer des données de mouvement continues. Ce signal peut être utilisé pour synchroniser les données EMG et celles de la capture du mouvement. Ici.

Les cinématiques et dynamiques angulaires moyennes ainsi que l'activité neuromusculaire continue et instantanée associée, obtenues sur 24 essais, sont présentées pour une tâche unique. Ces ensembles de données multidimensionnels fournis par la réalité virtuelle permettront aux chercheurs d'explorer des mécanismes spécifiques du contrôle moteur humain. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une compréhension générale de la manière de synchroniser plusieurs flux de données pouvant être enregistrés lors d'expériences sur le mouvement humain, tels que l'EMG et la capture du mouvement. Cette procédure peut être étendue pour inclure des systèmes supplémentaires, comme l'électroencéphalographie.

De plus, la stimulation électrique des nerfs périphériques peut également être utilisée pour évaluer la contribution du retour sensoriel au contrôle moteur après son développement. Cette technique a ouvert la voie aux neuroscientifiques pour explorer les changements dans le mouvement contrôlé par le système nerveux chez des individus présentant des troubles du mouvement tels qu'un accident vasculaire cérébral ou une lésion de la moelle épinière.