Name: שיטה להערכת עתוי דיוק של תגובות מוטוריות רצוניות כדי Vibrotactile גירויים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 28 s
Description: חקור שיטה להערכת דיוק ומהירות תגובה לגירויים ויברוטקטיליים בירך אנושית. טכניקה זו מסייעת בהנדסת שיקום וביופידבק חישתי למחקר תגובות מוטוריות רצוניות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

פרוטוקול זה פותח למחקר הנתמך על ידי מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה (מענק RGPIN 401963).

הפרוטוקול הבא אושר על ידי מועצת אתיקת מחקר הולנד Bloorview ילדי שיקום החולים. 1. כיול מנוע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את לוח מיקרו למחשב באמצעות יציאת USB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השימוש בתוכנת מייקרו המקורי, להעלות את התסריט המותאם אישית, &quot;Motor_and_AccelerometerTest.ino&quot; ללוח באמצעות חיבור USB על ידי לחיצה על הסמל &quot;עלה&quot;, כונה על ידי החץ ימינה בעיגול. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שמפלס רטט מוגדר כאפס לשים את המנוע-למצב כבוי באמצעות הפקודה &quot;analogWrite&quot;. הקוד צריך לקרוא &quot;analogWrite (vibe1,0);&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקוד מייקרו, ציין את דופק הרוחב המווסת (PWM) סיכת פלט מתאים המנוע של עניין על ידי אתחול המשתנה &quot;vibe1&quot;. הערה: אותות PWM ליצור יציאות אנלוגיות המקורבות, אותות דיגיטליים שנוצרו על ידי מיקרו-בקר. הפינים הם labeleד מספרית על לוח מייקרו הפיזי. לדוגמא, אם המנוע מחובר פיני פלט PWM &#39;3&#39;, אז להבטיח כי &quot;int vibe1 = 3;&quot; צוין בקוד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את יציאת Z- ציר של תאוצה ציר תלת לאחד יציאות קלט אנלוגי של לוח מיקרו, ולחבר את חיובי הקרקע מוביל מן תאוצה ליציאות 5V וטחון (GND) של הלוח מיקרו, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר התאוצה אל המנוע הרוטט, להבטיח כי ציר z שלה הוא מאונך על המשטח השטוח של המנוע, כפי שמוצגים באיור 2, ולמקם את המנוע על משטח קשה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את קובץ &quot;Motor_Calibration.vi&quot; בתוכנת רכישת נתונים ולחבר את המיקרו-בקר למחשב דרך יציאת USB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בשדות המיועדים, ציין את יציאה טורית עבור כניסת מיקרו, באמצעות התפריט הנפתח, כמו גם את קצב הדגימה, ו numבער דגימות לאסוף. הערה: קצב הדגימה 500 הרץ הוא הסטנדרט לניסויים אלה כדי למנוע aliasing של נתוני האצה, ו -1,000 דגימות נרשמות בדרך כלל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בקוד &quot;Motor_and_Accelerometer.ino&quot;, ציין את מחזור העבודה הרצויה של פולסים PWM שסופקו מנוע רטט, שוב באמצעות &quot;analogWrite&quot; הפקודה, ולאחר מחדש להוריד את התוכנית ללוח מיקרו שליטה על מנועים (ראה שלב 1.1 ). לדוגמה, כדי להגדיר את מספר פעימות ל -100, הקוד צריך לקרוא &quot;analogWrite (vibe1,100);&quot;. טבלה 1 מפרטת את הערכים PWM מחזורים בתפקיד המקביל שלהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש פורייה- המהיר Transform (FFT) תצוגה על הממשק &quot;MotorCalibration.vi&quot;, לזהות את השיא הגדול ולהקליט את הערך התדיר רטט המתאים (מן הציר האופקי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 1.7-1.8, התאמת רמות PWM עד אשר התדר הרצוי הוא הגיע, הקלטה כל פאי PWM בתדרr. לדוגמא, אם מיקוד בתדר 100 הרץ, לבצע צעדים 1.7-1.8 עד לשיא הגדול מתרחש על הקו ה -100 הרץ על הציר האופקי. הערה: מנועי הרטט בשימוש בפרוטוקול זה, התנודות הממוקדות צריכות לשקר בטווח 60-400 הרץ כדי להתאים את תדרי התגובה טוב יותר של מכאניים בעור שתואר בספרות 5,10,13. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 1.2.2 ל -1.8 לכל מנוע, באופן ידני הקלטת יחסי PWM בתדר לכל מנוע עם גיליון אלקטרוני או עיפרון ונייר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את הקובץ &quot;Experiment_1.vi&quot;. לכל מנוע, לחץ לחיצה ימנית על התפריט הנפתח ובחר תדר &quot;נכס&quot;. בכרטיסיית &quot;הפריטים ערוכים&quot;, השתמש בטבלה להיכנס התדרים הרצויים ורמות PWM מקבילות שנקבעו שלבי 1.8-1.9. בחר &quot;אישור&quot; כדי לצאת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 1.11 עבור כל ממשק וירטואלי (VI) הקובץ של תוכנת עיצוב מערכת לשמש במהלך הבדיקה (למשל, &quot;Experiment_2.vi &quot;,&quot; Experiment_3.vi &quot;, וכו &#39;). </li></ol><img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig2.jpg" /> איור 2. Accelerometer רכוב על מנוע. התאוצה תלת-הציר (הירוקה) הוא רכובה על מנוע המטבע עם מאונך Z- הציר אל פני השטח השטוחים של המנוע לכיול. מנוע כל הופעל באמצעות מחזורי הפעולה שונים, ואת תדרי הרטט המתאימים נרשמו על ידי התאוצה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 2. הצבת מוטורס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שכל המנועים כבר מכוילים (סעיף 2), הר אותם לירך. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להשיג את התוצאות מתוארות בכתב היד הזה, למקם את המנוע אחד על כל אחד הקדמי, האחורי, המדיאלי, והמשטחים הלטרלי של הירך, כ באמצע הדרך להיותtween את trochanter יותר condyle הירך לרוחב (או הקצה הדיסטלי של הגפה לקטועי גפיים מעל לברך). הערה: מיקומים ספציפיים של כל מנוע יכול להשתנות, תלוי שאלות מחקר אזורים של עניין, והוא יכול להיות מושפע מגורמים אנטומיים ופיזיולוגיים, כגון חלוקת סוג והמרחבית של מכאניים בעור. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מנועים ישירות על העור באמצעות קלטת דו צדדית. הערה: גילוח באזור סביב כל מנוע אינו הכרחי, אך הוא עשוי לשפר את ההידבקות שלהם על העור (איור 3). עבור יישומים בהם את ההשפעות של בגדים, אניה תותבת, או בחומר אחר על התפיסה המשתמשים הם בעלי עניין, למקם את המנועים על גבי חומר אמר, ולא כנגד העור. </li></ol><img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig3.jpg" /> פלטפורמת בדיקת איור 3. לניסויים. מבחן מותאם אישית פלטפורמה נבנתה לבית tהוא מיקרו-בקרים לוחות לדחוף את הכפתורים. מוטורס יכול להיות מחובר ישירות על העור (כמוצג), או עם אניה תותבת בין המנוע לבין העור. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 3. ניסוי 1: מריחת תגובת גירויי זמן ההקלטה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Re-פלאש לוח מייקרו עם הקושחה כדי לאפשר שליטה של ​​הלוח באמצעות תוכנת רכישת נתונים על ידי פתיחת הקובץ &quot;LVIFA_Base.pde&quot; עם חבילת התוכנה המלווה של הבקר, וחזר שלב 1.1, החלפה &quot;Motor_and_Accelerometer_Test.ino&quot; עם &quot; תסריט LVIFA_Base.pde &quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את בלחיצת כפתור ישירות לאחת מיציאות ה- USB במחשב באמצעות מחבר טורי-אל-USB. ודא שכל הדרייברים הדרושים מותקנים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את ממשק &quot;Experiment_1.vi&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ציין את סדרתייציאות עבור הלוח מיקרו מחובר מנועים, בלחיצת כפתור על ידי בחירת מספרי זיהוי יציאה טורית המקביל מהתפריטים הנפתחים שכותרתו &quot;קלט מנוע&quot; ו &quot;לחצן ירוק&quot;, בהתאמה. זהה את מספרי זיהוי יציאה טורית באמצעות שירות מנהל התקן מערכת הפעלה של המחשב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחרו בקובץ לרשום את התוצאות ולהתחיל את התוכנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר המנועים ותדרים להיות מופעל על ידי בחירה מתוך תפריטים נפתחים עבור כל מנוע בממשק &quot;Experiment_1.vi&quot;. יש בעיתונות המשתתף בלחיצת כפתור עם הרגל שעליה משוב מוחל כאשר רטט מורגש. לאחר ילחץ על לחצן כלשהו, ​​לאשר את התגובה בממשק תוכנת רכישת נתונים על ידי וציין כי השעון הפסיק לספור, ולאפס מנועים לניסוי הבא על ידי בחירת הסט החדש של תדרים מתוך התפריטים הנפתחים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הניסוי הוא סיכם, השתמש drתפריטי opdown להחזיר את כל תדרים המנועים למצב אפס ובוחרים את הכפתור &quot;תכנית Stop&quot; לנתק את החיבור ללוח השליטה המוטורית. </li></ol> 4. ניסוי 2: הבחנה בין גירויים הערה: ניסוי זה יכול להתנהל בצורה נפרדת לחלוטין מניסוי 1. מנוע יחיד או מנועים מרובים יכול לשמש. המיקומים הספציפיים של המנועים יכולים להשתנות בהתאם לשאלות היישום ומחקר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר בלחיצת כפתור שני ליציאת USB אחרת באמצעות מחבר טור-USB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את ממשק רכישת נתונים &quot;Experiment_2.vi&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את המנועים במיקומים והתצורות הנדרשת להחלת המחקר הספציפית. לדוגמא, במקום מנועים יחידים על הירך, באמצע הדרך בין trochanter יותר condyle ירך לרוחב (או בקצה הדיסטלי של הגפה לקטועי גפיים), על כל אחד הקדמי, אחורי, לרוחב, ומשטחים המדיאלי של הירך לדוארxamine הרגישות התדירה בכל המנות הבאות של הרגל 10,11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ציין את יציאות טוריות עבור הלוח מיקרו ושניהם כפתורים שכיבות באותו אופן כמו שלב 3.4. הקפד לציין אשר בלחיצת כפתור מוקצה כל יציאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מנועים ספציפיים יופעל רצף הרצוי של תדרים על ידי לחיצה על הסמלים &quot;מנוע&quot; בממשק התוכנה. לדוגמא, יניח שלושה תדרים נבדקים, כגון 140 הרץ, 180 הרץ, 220 רץ. סדרת בדיקות יכול להיות (1) 180 Hz ואחריו 140 הרץ, (2) 220 Hz ואחריו 140 הרץ, ו- (3) 180 Hz ואחריו 220 הרץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן את עיכוב שעת ההתחלה ואת משך גירוי. 1.5 שניות אופייניות הוא העיכוב פעמי גירוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התוכנית. הערה: לאחר העיכוב שצוין בשלב 4.6, התכנית תפעיל את המנוע (ים) עם הרצף של תדרים לזווג נבחרו שלב 4.5. לדוגמה, אם 180 הרץ לעומת 220 הרץ היה selected בשלב 4.5, המנוע המקביל ירטוט ראשון ב 180 הרץ למשך התקופה המצוינת לפני המעבר ל -220 הרץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש בעיתונות משתתף אחד לחצנים ושתיים לבחור אם התדירות נתפסה השנייה הייתה גבוהה או נמוכה יותר מהראשון. תגובות יתועדו באופן אוטומטי על ידי התוכנית. </li></ol>

<ol><li>Tate, J. J., Milner, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+kinematic%2C+temporospatial%2C+and+kinetic+biofeedback+during+gait+retraining+in+patients%3A+a+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Ther%22%5BJournal%5D)">Real-time kinematic, temporospatial, and kinetic biofeedback during gait retraining in patients: a systematic review.</a> Phys. Ther. 90 (8), 1123-1134 (2010).</li>
<li>Onate, J. A., Guskiewicz, K. M., Sullivan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Augmented+feedback+reduces+jump+landing+forces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Orthop.+Sports+Phys.+Ther%22%5BJournal%5D)">Augmented feedback reduces jump landing forces.</a> J. Orthop. Sports Phys. Ther. 31 (9), 511-517 (2001).</li>
<li>Cholewiak, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+perception+of+tactile+distance%3A+Influences+of+body+site%2C+space%2C+and+time%5BTitle%5D)+AND+%22Perception%22%5BJournal%5D)">The perception of tactile distance: Influences of body site, space, and time.</a> Perception. 28 (7), 851-875 (1999).</li>
<li>Zhang, Z., Wu, H., Wang, W., Wang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+smartphone+based+respiratory+biofeedback+system%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+2010+3rd+Int.+Conf.+Biomed.+Eng.+Informatics%22%5BJournal%5D)">A smartphone based respiratory biofeedback system.</a> Proc. 2010 3rd Int. Conf. Biomed. Eng. Informatics. 2, 717-720 (2010).</li>
<li>Wentink, E. C., Mulder, A., Rietman, J. S., Veltink, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vibrotactile+stimulation+of+the+upper+leg%3A+Effects+of+location%2C+stimulation+method+and+habituation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Annu.+Int.+Conf.+IEEE+Eng.+Med.+Biol.+Soc%22%5BJournal%5D)">Vibrotactile stimulation of the upper leg: Effects of location, stimulation method and habituation.</a> Proc. Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. , 1668-1671 (2011).</li>
<li>Rusaw, D., Hagberg, K., Nolan, L., Ramstrand, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+vibratory+feedback+be+used+to+improve+postural+stability+in+persons+with+transtibial+limb+loss%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Rehabil.+Res.+Dev%22%5BJournal%5D)">Can vibratory feedback be used to improve postural stability in persons with transtibial limb loss?</a> J. Rehabil. Res. Dev. 49 (8), 1239-1254 (2012).</li>
<li>Goodworth, A. D., Wall, C., Peterka, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+feedback+parameters+on+performance+of+a+vibrotactile+balance+prosthesis%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Neural+Syst.+Rehabil.+Eng%22%5BJournal%5D)">Influence of feedback parameters on performance of a vibrotactile balance prosthesis.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 17 (4), 397-408 (2009).</li>
<li>Asseman, F., Bronstein, A. M., Gresty, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+vibrotactile+feedback+of+instability+to+trigger+a+forward+compensatory+stepping+response%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Using vibrotactile feedback of instability to trigger a forward compensatory stepping response.</a> J. Neurol. 254 (11), 1555-1561 (2007).</li>
<li>Fan, R. E., Culjat, M. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+haptic+feedback+system+for+lower-limb+prostheses%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Neural+Syst.+Rehabil.+Eng%22%5BJournal%5D)">A haptic feedback system for lower-limb prostheses.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 16 (3), 270-277 (2008).</li>
<li>Sharma, A., Torres-moreno, R., Zabjek, K., Andrysek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+an+artificial+sensory+feedback+system+for+prosthetic+mobility+rehabilitation%3A+Examination+of+sensorimotor+responses%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Rehabil.+Res.+Dev%22%5BJournal%5D)">Toward an artificial sensory feedback system for prosthetic mobility rehabilitation: Examination of sensorimotor responses.</a> J. Rehabil. Res. Dev. 51 (6), 416-425 (2014).</li>
<li>Sharma, A., Leineweber, M. J., Andrysek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+cognitive+load+and+prosthetic+liner+on+volitional+response+times+to+vibrotactile+feedback%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Rehabil.+Res.+Dev%22%5BJournal%5D)">The effects of cognitive load and prosthetic liner on volitional response times to vibrotactile feedback.</a> J. Rehabil. Res. Dev. , (2016).</li>
<li>Crea, S., Cipriani, C., Donati, M., Carrozza, M. C., Vitiello, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Providing+Time-Discrete+Gait+Information+by+Wearable+Feedback+Apparatus+for+Lower-Limb+Amputees%3A+Usability+and+Functional+Validation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Neural+Syst.+Rehabil.+Eng%22%5BJournal%5D)">Providing Time-Discrete Gait Information by Wearable Feedback Apparatus for Lower-Limb Amputees: Usability and Functional Validation.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 23 (2), 250-257 (2015).</li>
<li>Bolanowski, S. J., Gescheider, G. A., Verrillo, R. T., Checkosky, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four+channels+mediate+the+mechanical+aspects+of+touch%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Four channels mediate the mechanical aspects of touch.</a> J. Acoust. Soc. Am. 84 (5), 1680-1694 (1988).</li>
<li>Giggins, O. M., Persson, U. M., Caulfield, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofeedback+in+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neuroeng.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Biofeedback in rehabilitation.</a> J. Neuroeng. Rehabil. 10 (1), 60(2013).</li>
<li>Shull, P. B., Jirattigalachote, W., Hunt, M. A., Cutkosky, M. R., Delp, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantified+self+and+human+movement%3A+A+review+on+the+clinical+impact+of+wearable+sensing+and+feedback+for+gait+analysis+and+intervention%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Quantified self and human movement: A review on the clinical impact of wearable sensing and feedback for gait analysis and intervention.</a> Gait Posture. 40 (1), 11-19 (2014).</li>
<li>Goodworth, A. D., Peterka, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensorimotor+integration+for+multisegmental+frontal+plane+balance+control+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Sensorimotor integration for multisegmental frontal plane balance control in humans.</a> J. Neurophysiol. 107 (1), 12-28 (2012).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

מטרת פרוטוקול זה היא לספק את המסגרת להערכת פרמטרי גירוי ביישומי ASF vibrotactile. באופן ספציפי, הוא בוחן את ההשפעות של תדירות הרטט, משרעת, מיקום, ורצף על התגובה הסנסורית המשתמש. ניתן לבנות מסגרת זו על והרחיבה לשלב סוגים נוספים או חלופיים תגובה של משתמש שעשויה להיות יותר רלוונטי מבחינה קלינית, כגון כיפוף מפרק או העברת משקל מרגל אחת לאחרת. סוגים אלה של שינויים ידרשו תצורות חומרה שונות במקצת, כלומר החלפה של לחצנים עם התקנים כגון יחידות מדידה אינרציאלית (Imus) או חיישני לחץ, כמו גם שי...

משוב תחושתי מלאכותי (ASF) יכול להיות מוגדר כ נוהג לתת מידע ביולוגי בזמן אמת ליחידים, לעתים קרובות פיצוי עבור פרופריוספציה נפגעת או מנגנון חושי אחר. ASF כבר זמן רב בשימוש בתחום שיקום של פצועים או נכים לסייע בהשבת היבטים של תפקוד גופני ותנועה 1 - 3, המאפשר לאנשים לשלוט תהליכים פיזיקליים שפעם היו תגובה לא רצונית של מערכת העצבים האוטונומית 4. קטגוריית משנה של ASF, ביופידבק ביומכנית, משתמשת בחיישנים חיצוניים למדוד פרמטרים הנוגעים לאזן או הליכה קינמטיקה, ולהעביר מידע זה אל הפרט לבצע איזושהי גירוי מיושם. גישה פופולרית יותר ויותר למשוב ביומכנית מעסיקה מנועי רטט קטנים, או tactors, שהוצבו בחלקים שונים של הגוף כדי לספק המרחבית וכן משוב זמני. בספרות קודם שנעשה בתחום הראה promising תוצאות התומכים בשימוש של משוב vibrotactile ביישומים ליחידים עם קטיעות גפה נמוכה, ליקויי שיווי משקל, והזדקנות הקשורות אובדן שיווי המשקל 5 - 9. הבנה מעמיקה של מנגנוני שליטת התפיסה של פרט בתגובה לגירויים ספציפיים יש צורך ליידע יישום אפקטיבי של מערכות ASF עבור יישומים שונים. למשוב vibrotactile, ובראשם מנגנונים אלה הם פרופריוספציה והתגובה הסנסורית, במיוחד את הרגישות למשתמש התנודות שיושמה את הזמן הדרוש כדי לבצע את התגובה הרצויה. כל מידע חושי מתקשר באמצעות גירויי רטט חייב להיות מקודד כמו שילובים מסוימים של תדירות רטט, משרעת, מיקום, ורצף. לכן, עיצוב מערכות vibrotactile ASF צריך לבחור שילובים של פרמטרים על מנת למקסם את התפיסה של המשתמש ואת הפרשנות של גירויים, כמוגם את העיתוי ואת הדיוק של התגובה המוטורית שהתקבלה. מטרת פרוטוקול זה היא לספק פלטפורמה שממנו ניתן להעריך זמני תגובה ודיוק בתגובה לגירויי רטט שונים ליידע את העיצוב של מערכות ASF לשימוש עם אוכלוסיות חושיות וכבד שונות. השיטות שתוארו כאן בונה על מחקר קודם לחקור התפיסה האנושית של משוב משושי vibrotactile 3,5,6, ו פותחה לשימוש בשני מחקרים קודמים 10,11. שני המחקרים האחרונים מועסקים בפרוטוקול זה כדי לבחון את ההשפעות של תדירות רטט מיקום על הדיוק ואת העיתוי של תגובות המשתמש קטועי גפיים נמוכות גפה, מראה כי הפרמטרים הוא משפיעים באופן משמעותי על תוצאות מדידה, וכי רמה גבוהה של דיוק תגובה יכולה להיות הושג. תוצאות אלה יכולים לשמש כדי ליידע את המיקום האידיאלי של tactors במחקרים עתידיים ויישומים קליניים של מערכות ASF vibrotactile. העבודה אחרונה נוספת ידיEt Crea al. 12 בחן רגישות המשתמש לשינויים בדפוסי רטט להחיל הירך במהלך הליכה, באמצעות תגובות מילוליות כדי לסמן שינויים נתפסו דפוסי הרטט, ולא תגובה מוטורית. בעוד תגובות מילוליות ניתן להשתמש כדי למדוד דיוק זיהוי, הם לא מדברים על שגיאות ועיכובים שעלולות להיות נוכח בתהליך השליטה המוטורית. ההתקנה הראשונית עבור הניסויים הבאים מורכבת ממספר מנועי רוטטים המחוברים דופקות מווסת-רוחב סיכות פלט של לוח מייקרו. הלוח, בתורו, נשלט באמצעות חיבור Universal Serial Bus (USB) למחשב פועל תוכנת עיצוב מערכת זמינה מסחרי. המנועים דורשים מעגל הגברה נוסף כדי להבטיח מתח מספיק נוכחי מסופק על פני טווח רחב של תדרי רטט. מעגל מגבר למשל מוצג באיור 1. טרנזיסטור צומת דו-קוטבית (BJRבאיור) יכול להיות מוחלף עם טרנזיסטור אפקט השדה מוליך למחצה-תחמוצת-מתכת קטנה (MOSFET) עבור תפעול יעיל יותר וגודל קטן. באופן דומה, מעגל ההגברה כולו יכול להיות מוחלף על ידי נהג רכב לתחושה ה- off- המדף לספק שליטה נוספת וגודל מופחת. כל מנוע דורש מעגל משלו, באמצעות הציוד המפורטים במאמר זה, עד עשרה מנועים יכול להיות נשלט על ידי לוח מיקרו יחיד. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig1.jpg" /> איור 1. מנוע חיווט. (א) מעגל ההגברה עבור מנוע רטט אחד מוצג. המנוע לכל דורש מעגל נפרד חייב להיות מחובר ליציאת פלט PWM ייחודי על מיקרו-בקר. ה- V DD כאן מייצג את הכח 3.3 V מסופק על ידי דירקטוריון מייקרו, ואת הנגד R2 משמש סרבן נפתח כדי להבטיח את מתג טרנזיסטור נשאר פתוח כאשר אפס מתח הוא אפליקציהשיקר. (ב) דוגמא של החיווט הפיזי של שני מנועים. למרות ששמונה מעגלי הגברה בודדים נראים לעין, רק שני מחוברי מנועי רטט. בפרוטוקול זה R1 = 4.7 קילו-אוהם ו R2 = 100 קילו-אוהם. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

<table><tbody><tr><td>מנועי ביפר רוטטים</td><td>מיקרו-כוננים מדויקים</td><td>דגם 310-101</td><td>מטבעות מנועי מסה מסתובבים אקסצנטריים.&nbsp; כמה שצריך כדי לבדוק את כל המיקומים והאינטראקציות המעניינים</td></tr><tr><td>מד תאוצה תלת-צירי</td><td>הנדסת מימדים</td><td>ADXL 335</td><td>מד תאוצה אנלוגי מתקדם. 500&nbsp; רוחב פס הרץ, 3.5-15&nbsp; קלט V. מתוכנן עבור מדידת תנועה, הטיה ושיפוע, כמו גם חישת רעידות וזעזועים.</td></tr><tr>לוח מיקרו-בקר <td>Arduino Uno</td><td>Arduino</td><td>DEV-11021</td><td>לתקשורת עם מד התאוצה התלת-צירי</td></tr><tr><td>Arduion Mega 2560</td><td>Arduino</td><td>DEV-11061</td><td>לוח מיקרו-בקר להתממשקות עם מנועי הרטט.&nbsp;</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td></td><td>תוכנת רכישת נתונים המשמשת לבקרת מנועים והצגת אותות מד תאוצה</td></tr><tr><td>Arduino IDE Software Arduino v</td><td></td><td>. 1.6.5</td><td></td></tr><tr><td>גשרים</td><td>בלחיצת כפתור</td><td></td><td>מתג חוטי עם 2.5&nbsp; ב/6.35&nbsp; משטח הפעלה CM המספק לחיצה שמיעתית ומשוב מישוש.</td></tr><tr><td>אופציונלי:</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>נהג מנוע הפטי ייעודי</td><td>Texas Instruments</td><td>DRV2605L</td><td>יכול לשמש להחלפת כל מעגל ההגברה המתואר בשלב 1.</td></tr><tr><td>גוניומטר לביש גמיש</td><td>ביומטרי בע"מ</td><td>SG110</td><td>גוניומטרים גמישים של ציר כפול למדידת זוויות בעד שני מישורי תנועה שניתן להשתמש בהם במקום כפתור הלחיצה למדידת תנועת המפרק בתגובה לגירויים. www.biometricsltd.com/gonio.htm</td></tr></tbody></table>

שיטה להערכת עתוי דיוק של תגובות מוטוריות רצוניות כדי vibrotactile גירויים

A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli

ניתן להשתמש במערכות משוב חושי מלאכותי (ASF) כדי לפצות על אובדן פרופריוספציה אצל אנשים עם ליקויים בגפיים התחתונות. תכנון יעיל של מערכות ASF אלו דורש הבנה מעמיקה של האופן שבו הפרמטרים של מנגנון משוב ספציפי משפיעים על תפיסת המשתמש ותגובתו לגירויים. מאמר זה מציג שיטה ליישום גירויים רטטיים על משתתפים אנושיים ולמדידת תגובתם. מנועי רטט מסה מסתובבים ממוקמים במקומות מוגדרים מראש על ירכו של המשתתף, ונשלטים באמצעות חומרה ותוכנה מותאמות אישית. המהירות והדיוק של התגובות הרצוניות של המשתתפים לגירויים רטט נמדדים עבור שילובים שצוינו על ידי החוקרים של מיקום מוטורי ותדירות רטט. בעוד שהפרוטוקול המתואר כאן משתמש בלחצנים כדי לאסוף תגובה בינארית פשוטה לגירויים הרטטים, ניתן להרחיב את הטכניקה למנגנוני תגובה אחרים באמצעות יחידות מדידה אינרציאליות או חיישני לחץ למדידת זווית המפרק ויחסי נשיאת המשקל, בהתאמה. באופן דומה, ניתן לחקור את היישום של גירויים רטט עבור מקטעי גוף אחרים מלבד הירך.

תרשים 4 מתאר את עקומות כיול זיהוי ערך PWM עבור תדירות רטט 180 רץ של מנוע יחיד. החל מ ובתפוקה 50%, את הערכים PWM הם איטרטיבית עד ספייק תדירות העיקרית מתרחשת ב 180 הרץ. ניסויי כיול מוצלחים צריכים להראות ספייק ברור בתדר הרטט העיקרי. קיבעון ירוד של התאוצה אל המנוע, או של המנוע על משטח תמיכה עלול לגרום FFT מפוזר יותר בלי ספייק ברור. במצב זה, במשפט הכיול יש לחזור לאחר הטעינות הותאמו כדי להבטיח חיבור טוב יותר. <p class="jove_content" style=";text-align:right;directio...

מאמר זה מתאר טכניקה ליישום גירויי vibrotactile לירך של משתתף אדם, ומדידת זמן הדיוק ותגובה של התגובה הרצונית של המשתתף עבור שילובים שונים של מיקום גירוי ותדיר.

שיטה להערכת עתוי דיוק של תגובות מוטוריות רצוניות כדי Vibrotactile גירויים

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments.  Effective design ...

המטרה הכללית של פרוטוקול ניסיוני זה היא להעריך את המהירות והדיוק שבהם אדם יכול להגיב לסוגים ספציפיים של גירויים ויברו-טקטיליים. שיטה זו עשויה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחום הנדסת השיקום, כגון איזה סוג של מידע תחושתי ניתן להעביר באמצעות משוב ויברו-טקטילי ומהי הדרך הטובה ביותר לייצג מידע תחושתי באמצעות אותות ויברו-טקטיליים. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא גמישותה הרבה עבור יישומים שונים של משוב ביולוגי (bio feedback), והיא ניתנת להתאמה קלה לשימוש עם מגוון חיישנים ביולוגיים, כגון חיישני לחץ למדידת כוח תגובה או גוניומטרים למדידת זוויות מפרקים.אף ששיטה זו מספקת תובנות לגבי האופן שבו אנשים מגיבים לרעידות המופעלות באזורים ספציפיים של הירך, ניתן להרחיב אותה גם לאזורים אחרים בגוף. באמצעות בדיקת תצורות מגע שונות, נוכל להבין טוב יותר אילו סוגי מידע ניתן להעביר באמצעות משוב ביולוגי. את הפרוצדורה הזו ידגים Sam Shi, סטודנט לתואר שני במעבדה שלנו.התחילו את כיול המנוע על ידי חיבור לוח המיקרו-בקר הגדול למחשב באמצעות יציאת USB. בתוכנת המיקרו-בקר המקורית, לחצו על סמל ההעלאה המסומן בחץ ימני במעגל כדי להעלות את הסקריפט המותאם אישית motor_test. ino ללוח באמצעות חיבור ה-USB.לאחר מכן, חברו את יציאת ציר Z של מד התאוצה התלת-צירי לאחד מפורטי הכניסה האנלוגיים של לוח המיקרו-בקר הקטן יותר. חברו את מוליכי הפלוס וההארקה של מד התאוצה לפורטי ה-thigh bolt וההארקה של לוח המיקרו-בקר בהתאמה. לאחר מכן, התקינו את מד התאוצה על המנוע הרוטט, תוך הבטחה שציר Z שלו מאונך למשטח השטוח של המנוע, ולאחר מכן הניחו את המנוע על משטח קשיח.פתח את קובץ ה-motor_calibration.vi בתוכנת ה-data acquisition וחבר את המיקרו-בקר הקטן יותר עבור המד תאוצה למחשב באמצעות יציאת USB. לאחר מכן, באמצעות השדות המסופקים, הגדר את יציאת הסריאל עבור קלט המיקרו-בקר, וכן קצב דגימה של 500 hertz ו-1000 דגימות לאיסוף.באמצעות תצוגת התמרת ה-fast 48 בממשק ה-motor_calibration.vi, זהו את השיא הגבוה ביותר ורשום את ערך תדר הרטט המתאים. חזור על כל השלבים שבוצעו עד כה, ובנוסף רשום ידנית את הקשר בין תדר הפולסים למודולציה (PWM) עבור כל מנוע.כעת פתחו את קובץ ה-experiment1.vi עבור כל מנוע. לחצו לחיצה ימנית על תפריט התדר (frequency) הנפתח ובחרו במאפיינים (property).בלשונית "עריכת פריטים" (edit items), השתמש בטבלה כדי להזין את התדרים הרצויים ורמות ה-PWM התואמות להם. בחר ב-"אישור" (okay) כדי לצאת. לבסוף, לאחר כיול כל המנועים, השתמש בסרט דביק דו-צדדי כדי להצמיד כל אחד מהם לירך.מקמו מנוע אחד על כל אחד מהמשטחים הקדמי, האחורי, המדיאלי והלטרלי של הירך, בערך במחצית הדרך בין ה-greater trochanter ל-lateral femoral condyle. כדי להתחיל בניסוי הראשון, חברו את כפתור הלחיצה ישירות לאחד מפורטי ה-USB של המחשב באמצעות מחבר serial to USB וודאו שכל מנהלי ההתקנים (drivers) הנדרשים מותקנים. פתחו את experiment1.בממשק התוכנה, בחרו את הקובץ לשמירת התוצאות. לאחר מכן, השתמשו בתפריטי הבחירה בממשק התוכנה כדי לבחור את פורטי הקלט של כפתורי הלחיצה ואת תדרי המנועים. הפעילו את התוכנית.כאשר המשתתף מרגיש רטט, הנחה אותו ללחוץ על כפתור הלחיצה באמצעות הרגל שבה מופעל המשוב. לאחר הלחיצה על הכפתור, ודא את התגובה בממשק תוכנת רכישת הנתונים על ידי בדיקה שהשעון הפסיק לספור. לבסוף, בחר את סט התדרים החדש מהתפריטים הנפתחים כדי לאפס את המנועים עבור הניסוי הבא.התחילו בניסוי השני על ידי חיבור לחצן לחיצה שניד לפורט USB נוסף באמצעות מחבר USB טוריי. לאחר מכן, פתחו את ממשק רכישת הנתונים experiment2.vi.על מנת לבחון רגישות לתדרים בחלקים שונים של הרגל, מקם מנוע בודד על הירך, במרכז בין הטרכנטרה הגדולה (greater trochanter) לבין הקונדילה הפמורלית הלטראלית (lateral femoral condyle), בכל אחד מהמשטחים הקדמי, האחורי, הלטראלי והמדיאלי. לאחר מכן, לחץ על סמלי המנועים בממשק התוכנה כדי לבחור את המנועים הספציפיים להפעלה וכן את רצף התדרים הרצוי. כדי לבחון את רגישות המשתמש לתדרים של 140 hertz, 180 hertz ו-220 hertz, התחל בבחירה של שילוב בודד.לדוגמה 180 hertz ולאחריו 140 hertz. הזינו את זמן ההמתנה ואת זמן המנוע. לאחר מכן הפעילו את התוכנית.כדי לבחון שילובי תדרים אחרים, בחרו קבוצה חדשה של תדרים לבדיקה, כגון 220 hertz ואחריו 180 hertz, והריצו את התוכנית מחדש. לבסוף, בקשו מהמשתתף ללחוץ על אחד משני כפתורי הלחיצה כדי לבחור האם התדר השני שנתפס היה גבוה יותר או נמוך יותר מהראשון, ועקבו אחר התגובות הנרשמות באופן אוטומטי על ידי התוכנית. תוצאות ה-fast 48 transform של נתוני התאוצה מוצגות כאן עבור מנוע בודד העובר כיול.ארבעה ניסיונות נערכו כדי לזהות את רמת ה-PWM המתאימה לרעידה בתדר של 180 hertz. בהשוואה בין אנשים ללא מוגבלויות פיזיות לבין שלושה אנשים עם קטיעת רגל מעל הברך, זמני התגובה של האנשים ללא המוגבלויות הפיזיות פחתו באופן משמעותי ככל שהתדר עלה מ-140 hertz ל-220 hertz, בעוד שזמני התגובה של האנשים עם הקטיעות לא השתנו.לאחר רכישת המיומנות, ניתן להשלים פרוטוקול זה תוך 30 דקות עד שעה, תלוי במספר השילובים של תדרי מיקום שנבדקו. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לוודא שהעוקבים (trackers) שומרים על מגע טוב עם הירך לאורך כל הניסויים. יש להקפיד לוודא שהעוקבים מאובטחים לפני כל ניסוי.בעוד שהפרוטוקול המתואר כאן משתמש בכפתורים להקלטת תגובת המשתמש, ניתן להרחיב את השיטה למנגנוני תגובה אחרים בעלי רלוונטיות פיזיולוגית רבה יותר, כגון כיפוף הברך. לאחר פיתוחה, סללה שיטה זו את הדרך עבור חוקרים בתחום הנדסת השיקום לבחון אסטרטגיות שונות להעברת מידע תחושתי ממקורות מגוונים באמצעות משוב ויברו-טקטילי (vibrotactile feedback) באנשים בריאים ובאלו עם קטיעות גפיים תחתיות. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לכם הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן להעריך את המהירות והדיוק של תגובות משתמשים לשילובים שונים של תדר ומיקום של גירוי ויברו-טקטילי.

a-method-for-evaluating-timeliness-accuracy-volitional-motor

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

כאן, אנו מציגים פרוטוקולים לקבוע ספי רטט איתור חד מישוש בשיטות פסיכו באדם.

מדידת סף זיהוי רטט מישוש מרחבי חדות בבני אדם,

בעזרת ניסוי זה, ניתן יהיה לזהות תודעה אצל אנשים עם הפרעות תודעה. יתר על כן, הגישה יכולה ליצור ערוץ תקשורת פשוט המאפשר לאנשים לתת תשובות פשוטות של כן/לא לשאלות.

הערכה ותקשורת לאנשים עם הפרעות תודעה

כאן אנו חוקרים מיסוך מישוש נגדי בין האמות שבו ספי זיהוי מישוש מווסתים על ידי רטט המופעל על אתר מרוחק. הפרטים של אילו אתרים מרוחקים משפיעים יכולים לספר לנו על האופן שבו הגוף מיוצג במוח.

בדיקת מישוש מיסוך בין האמות

המטרה של פרוטוקול זה היא להפגין שיטה מעשית להפריע באופן זמני קינסטזיה, הגפיים העליונות של בני אדם בריאים.

שיטה לא פולשנית פשוטה עבור זמני נוקאאוט של הגפיים העליונות קינסטזיה

פלטפורמה ישיבה פותחה, התאספו זה פסיבי שיערער את תנוחת הישיבה בבני אדם. במהלך הפעילות המייצב של המשתמש, יחידת מדידה אינרציאלית רשומות התנועה של המכשיר, אלמנטים רוטטת לספק משוב מבוסס ביצועים למושב. להתקן נייד, רב-תכליתי עשוי לשמש שיקום, הערכת הדרכה פרדיגמות.

מכשיר Vibrotactile משוב הערכת האיזון ישובים והדרכה

אנו מציגים פרוטוקול להחלת גירויים חזותיים קלקל במהלך משימת העברת אובייקט. באופן ספציפי, במהלך העברות בלוקים, ביצוע כאשר היד מוסתרת, מצגת וירטואלית של הבלוק מראה מופעים אקראיים של טיפות בלוק שווא. הפרוטוקול גם מתאר הוספת משוב vibrotactile ישוש בעת ביצוע משימה מוטורית.

החלת גירויים חזותיים קלקל במהלך העברת האובייקט עם משוב Vibro מישוש

המחקר הנוכחי נועד לספק הדרכה צעד אחר צעד לחישוב היקף של השפעות שילוב רב חושי במאמץ להקל על ייצור לימודי המחקר הטרנסלבותית על פני אוכלוסיות קליניות מגוונות.

שימוש שוויון מודל הגזע לכמת התנהגות מרובת חושים השפעות אינטגרציה

כאן אנו מציעים פרוטוקול המאפשר למשתמש לשנות באופן סלקטיבי את הריקודים ו/או האילוצים על התנועות הרלוונטיות לשחזור האיזון לאחר הפרטוראציה.

רזה שונה וטכניקה שחרור להדגיש עיכוב תגובה בחירת פעולה במאזן ראאקטיבי

פרוטוקול זה מתאר פלטפורמת סימולציית נהיגה וניתוח כלים רוטט מישוש לחקירת מחקר הקשור לנהיגה. מוצג גם ניסוי מופתי הבוחן את האפקטיביות של אזהרות מישוש.

ערכת כלים רוטטת מישוש ופלטפורמת הדמיית נהיגה למחקר הקשור לנהיגה

הגעה היא מיומנות בסיסית המאפשרת לבני אדם לתקשר עם הסביבה. מספר מחקרים נועדו לאפיין התנהגות הגעה באמצעות מגוון מתודולוגיות. מאמר זה מציע יישום קוד פתוח של גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי כדי להעריך את מצב ההתרגשות הקורטיקוספינלית בבני אדם במהלך הגעה לביצועי משימה.

הערכת רגישות קורטיקוספינלית במהלך התנהגות של הגעה מכוונת מטרה

חקור שיטה להערכת דיוק ומהירות תגובה לגירויים ויברוטקטיליים בירך אנושית. טכניקה זו מסייעת בהנדסת שיקום וביופידבק חישתי למחקר תגובות מוטוריות רצוניות.

שיטה להערכת עתוי דיוק של תגובות מוטוריות רצוניות כדי Vibrotactile גירויים

גלה סרטונים נוספים