Tutti i partecipanti coinvolti nella sperimentazione sono sottoposti a procedure di consenso informato approvate dalla West Virginia University Institutional Review Board (IRB).
1. il totale delle caratteristiche di sistema, progettazione, e Sperimentale compito generale
Nota: La configurazione completa comprende i seguenti componenti principali: attrezzature EMG e associato acquisizione (DAQ) apparecchiature digitali; un sistema di motion capture (questo protocollo è dotato di un sistema attivo a LED); un'unità TMS con una bobina cifra di otto e attrezzature localizzazione stereotassica; un auricolare VR e il computer e relativo software; e un costume di sincronizzazione del circuito. La figura 1 illustra schematicamente la connettività tra i componenti del protocollo.
- Collegamento dei componenti del sistema
- Collegare EMG preamplificatore all'amplificatore principale.
- Collegare l'uscita di EMG dell'amplificatore a DAQ registrazione blocco ingresso apparecchiature che utilizzano BNC o CONNEC similezioni.
- Collegare apparecchio di acquisizione dati sul computer dedicato che eseguirà uno script di acquisizione dati (file supplementari).
- Collegare l'uscita parallela del computer di controllo VR all'unità circuiti personalizzati (vedere la sezione successiva per i dettagli).
- Collegare la sincronizzazione e motion capture attivazione uscite da circuito personalizzato al blocco registrazione DAQ a fianco di collegamenti del segnale EMG.
- Split grilletto motion capture e collegarlo alla porta "input analogico Start" sull'apparecchiatura EMG DAQ nonché la connessione trigger sul computer che controlla apparecchiature motion capture.
Nota: La differenza temporale tra l'inizio dei rispettivi flussi di acquisizione dati per le apparecchiature descritte (motion capture e EMG) può variare 160-190 msec. Questa differenza temporale motivato il disegno del circuito di sincronismo descritto in questo protocollo ed è probabilmente causato dalle differenze software e hardware tra questi due sistemi. - Collegare TMS innesca porta sull'unità circuito personalizzato a BNC grilletto ingresso sull'unità di controllo TMS.
- Stabilire la connettività di rete tra i computer VR e motion capture utilizzando il software vendor fornito e collegamenti di rete fisici.
- Collegare l'auricolare al calcolatore VR VR e di garantire interoperabilità con tutti gli script / programmi che mostrano gli ambienti virtuali per i partecipanti.

Figura 1:. Connettività di intera impostazione Questa configurazione descrive la connettività generale tra gli elementi del nostro sistema. Il circuito di sincronizzazione è descritto altrove nel testo in modo più dettagliato. La traccia blu corrisponde al segnale che parte sia motion capture e flussi di dati EMG. Questo evento è la fonte del ritardo temporale fino a 190 msec utilizzando l'apparecchiatura descritta in questo protocollo. La traccia rossa corrisponde al synchronizat VR avviataevento che è ion concomitanza registrato dal motion capture e sistemi EMG e successivamente utilizzata per l'allineamento temporale dei rispettivi flussi di dati. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
2. Dettagli generali di System Integration e sincronizzazione
Nota: La sincronizzazione dei sistemi di acquisizione dati separati in questo protocollo (motion capture e EMG) è realizzato attraverso l'utilizzo di un segnale di evento che è comune a tutti i flussi di registrazione. Utilizzando un evento comune, tutti i segnali possono essere temporalmente riallineato dopo la raccolta dei dati per ridurre al minimo le discrepanze di registrazione in tempo reale (verso l'alto di 190 msec utilizzando gli equipaggiamenti in questo protocollo). In questo protocollo, il segnale comune ha origine dal sistema VR come un segnale porta parallela. Il segnale comune viene instradato a un circuito che permette la sincronizzazione dei dati separatacorsi d'acqua attraverso la registrazione diretta con segnali EMG e simultaneamente spegnendo un LED di motion capture. Il circuito è costruito utilizzando gli strumenti e le tecniche di base per la costruzione di componenti elettronici, simile ai circuiti descritto altrove 9.
- Design, layout, e la costruzione di sincronizzazione Circuito
- Individuare eventuali meccanismi TTL a base di attivazione analogici centraline attrezzature (ad esempio TMS, motion capture) e familiarizzare con attivazione requisiti come la direzione degli impulsi TTL (positivo / negativo) e l'ampiezza. Meccanismi analogici innescando spesso possiedono connettori coassiali comuni "BNC" che rendono componenti di connessione semplice.
- Aggiungere un LED al sistema di acquisizione movimento supplementare da utilizzare per la sincronizzazione del segnale; route fili del LED attraverso il circuito di sincronizzazione (Figura 3).
- Determinare i parametri del componente elettrico (cioè resistenza, capacità) necessarie per turn via il LED per un determinato periodo di tempo di sincronizzazione. Trova la quantità di tempo che la sincronizzazione LED del circuito è spento dall'equazione: t = 1,1 * R1 * C1. Questo tempo è suggerito per essere inferiore alla durata media di un movimento sperimentale. Ad esempio, l'esperimento descritto attualmente richiesto un resistore e condensatore valutato a circa un megaohm microfarad e uno rispettivamente.
- Utilizzare un saldatore per aderire componenti elettrici ad una "prototipazione" stampata o "progetto" circuito seguendo lo schema indicato nella figura 3 Racchiudere questo circuito in una scatola di "progetto" plastica comunemente disponibili.; sarà probabilmente necessario praticare dei fori in questa casella per i connettori BNC. Il circuito può essere facilmente alimentato da 5 V di alimentazione USB da un computer desktop; sarà necessario scomporre un cavo USB per isolare i cavi di alimentazione e di terra. Condensatori di bypass possono essere necessari per regolare la potenza al 555circuito integrato (non mostrato in figura 3).
- Controllare il circuito per eventuali ponticelli saldati indesiderate tra i componenti elettrici. Se trovato, rimuovere saldatura con uno strumento di aspirazione o riscaldare la saldatura e rimuovere meccanicamente il collegamento ponte.

Figura 2:. Diagramma di flusso di prova Questo diagramma di flusso descrive i segnali di stimolo e di eventi che si verificano nel corso di un tipico processo sperimentale che include la stimolazione TMS. Codici porta parallela che si verificano nel corso di un processo sono riportati nei simboli schematici DB25 (azzurro).
- Dettagli di sincronizzazione
- Utilizzando un diagramma di flusso simile alla figura 2, determinare quando singole apparecchiature devono essere attivate nel corso di un movimento sperimentale. Ad esempio, alcune attrezzature può essere attivato singolarmente, mentre altri possono essere attivati contemporaneamente.
- In momenti che richiedono attivazione o di segnalazione (ad esempio blu simboli di porta parallela in figura 2), determinare quali porte parallele Linee di segnale da utilizzare e integrare nel sistema VR. Ciò si ottiene inviando valori numerici alla porta parallela ai tempi indicati durante i movimenti, ciascuna riga rappresenta una cifra binaria. Per maggiori dettagli su segnalazione parallelo basato porta, consultare la discussione.

Figura 3:. Sincronizzazione Circuit Questo schema mostra il layout del nostro circuito di sincronizzazione personalizzata. L'output predefinito della porta NAND è uno stato ad alta tensione; questa tensione di uscita viene inviato al gate di un transistore con cui il circuito del LED sincronizzazione viene instradato. Questo stato di default rende il circuito chiuso, che mantiene il LED in uno stato illuminato. Alla ricezione di una trigge sincronizzazioner Segnale porta parallela (traccia rossa in riquadro), uno stato interno del dispositivo 555 è capovolto il rendering l'output in uno stato di alta, spegnendo il LED (traccia blu). In questo caso, la tensione su C1 (verde traccia) si accumula ad una tensione che ripristina lo stato interno del 555, riattivando il LED. Il segnale di attivazione della porta parallela sync è anche direttamente instradato a un connettore BNC collegato alla porta di ingresso trigger TMS. Nota: La direzione di questo segnale trigger può essere invertita (da comandata a negativo in corso o viceversa) a seconda delle specifiche esigenze di attrezzature di un investigatore. L'aggiunta di un chip "inverter" su questa uscita grilletto sarebbe facilmente eseguire questa operazione. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
3. Le procedure sperimentali
- Procedure di sicurezza e consenso informato
- Ensure che le procedure di tutti sperimentali sono approvati da un Comitato Etico (IRB). Spiega tutte le procedure per i partecipanti e acquisire il consenso informato con IRB approvato la documentazione.
- Dopo aver acquisito il consenso informato, effettuare uno screening di sicurezza di base TMS con i partecipanti al fine di garantire che non hanno l'acufene, una storia familiare di epilessia o convulsioni, o di altre condizioni con rischi elevati di sequestro.
- Durante la stimolazione TMS, rigorosamente richiedere l'uso di tappi per le orecchie di protezione per evitare danni all'udito.
- Elettromiografia Collection
- A seconda degli obiettivi scientifici dello studio di un lettore, determinare da quale braccio muscoli a registrare segnali EMG. Per lo studio descritto in questo protocollo, coppie generate alla spalla e del gomito durante il movimento sono stati studiati. Così, segnali EMG registrati provenivano i principali muscoli superficiali che agiscono su questi due articolazioni, come ad esempio il deltoide, pettorale, bicipiti, tricipiti, e brachioradialis.
- Effettuare tutti i collegamenti elettrici necessari tra varie attrezzature EMG inclusi amplificatori, preamplificatori, fili del sensore, e pastiglie dei sensori in base alle specifiche del costruttore collegando i connettori corrispondenti.
- Preparare ogni sito elettrodo leggermente la pulizia con un tampone imbevuto di alcool, rimuovendo tutti i capelli eccesso con un rasoio, e applicando un gel abrasivo. La corretta preparazione del sito assicura valori coerenti e bassi elettrodo-cute impedenza (<10 kohm) ed elevato rapporto segnale-rumore di segnali EMG registrati.
- Hanno soggetti eseguono contrazioni isometriche progettati per isolare i singoli muscoli di interesse sulla base di descrizioni anatomiche e biomeccaniche accettati 10. Ad esempio, per isolare il bicipite, chiedere al partecipante di resistere un'estensione imposto del gomito.
- Dopo aver soggetti eseguono contrazioni muscolari-isolamento, apporre differenziali bipolari elettrodi EMG oltre la spessa, porti centralesu, o "pancia", di ogni muscolo in luoghi riconosciuti 11. Ciò garantisce una copertura di un numero massimo di fibre muscolari e riduce al minimo "crosstalk" tra i muscoli vicini. Assicurarsi di allineare gli assi più lunghi degli elettrodi bipolari 'lungo i muscoli, parallele alle fibre.
- Fissare l'elettrodo di terra EMG secondo le specifiche attrezzature (ad esempio, la pelle sopra la vertebra C7).
- Record amplificato segnali EMG con attrezzature DAQ controllato da uno script di computer personalizzato. Lo script utilizzato nel protocollo corrente viene allegato come file supplementare.
- Regolare guadagni applicati ai segnali registrati a livello desiderato spostando quadranti sul preamplificatore EMG. Evitare valori del guadagno che causano segnali registrati a superare il campo di ingresso dell'apparecchio di controllo (tipicamente 5V). Valori di guadagno EMG comuni sono tra 1,000-4,000.
- Eseguire contrazioni isometriche simili a quelle effettuate al punto 3.2.4 e controllare visivamente signa EMGls per garantire che essi sono di alta qualità (cioè alto rapporto segnale-rumore). Riposizionare gli elettrodi e, se necessario, modificare il guadagno del segnale.
- Motion Capture preparazione sistema
- Calibrare movimento telecamere di monitoraggio utilizzando le istruzioni e le attrezzature del fornitore in base alle istruzioni del produttore.
- Utilizzando del nastro e altri materiali d'imballaggio, collegare sensori LED attivi di punti di riferimento ossei vicino alle articolazioni del braccio ed altri punti anatomici di interesse utilizzato per la costruzione di modelli biomeccanici: la falange distale dei processi dito indice, radiali e stiloide ulnare al polso , processo olecranico ai processi di gomito, coracoide e acromion della spalla, tacca sterno-clavicolare, processo xifoideo e spinoso processo di C7. Fissare un LED per l'auricolare VR per impostare il punto vista nell'ambiente virtuale.
- Collegare ogni LED per un cablaggio che è collegato all'unità driver wireless. Attivare un autistae garantire una corretta illuminazione di tutti i LED.
- Posizionare il LED in una comoda posizione di distanza dal soggetto di sincronizzazione, ma in chiara visione delle telecamere.
- Stimolazione Magnetica Transcranica localizzazione Stereotassica
- Calibrare hardware e software progettato per la registrazione TMS 12, per consentire il posizionamento preciso della bobina. Si tratta in genere di co-registrazione di bobine TMS con punti di riferimento anatomici come il nasion, punti preauricolari, e punta del naso. Registrazione stereotassica tra un partecipante e la bobina stimolazione è parte integrante di localizzazione stimolazione costante.
- MEP Localizzazione Hot-spot e MEP Pprocedures Soglia
- Eseguire tecniche cosiddette "hot-spot" per individuare regioni TMS-sensibili della corteccia che producono i maggiori eurodeputati ampiezza con la soglia più bassa dopo stimolazione 8,13,14. La stimolazione magnetica transcranica per lo studio dei sistemi a motore in generecoinvolge stimolando una zona corticale che controlla il movimento in una parte del corpo specifica (ad esempio il braccio e la mano) 15.
- Registrare la posizione di altri siti di stimolazione ideali sul cuoio capelluto dei partecipanti con l'apparecchiatura di registrazione stereotassica calibrato e software associato. Dopo ogni posizione viene registrata con il software, garantirne l'esattezza spostando il punto e stimolante di nuovo, alla ricerca di risposte MEP simili.
- Compito del comportamento in Realtà Virtuale
- Progettare i parametri del compito comportamentale (es raggiungono movimenti) da utilizzare nell'esperimento. In questo studio, il compito è quello di raggiungere gli obiettivi di virtuali poste in sequenza in diverse posizioni spaziali. La dimensione degli obiettivi definisce la precisione con cui i partecipanti si muovono. Progettare i movimenti tali che direzioni diverse e grandezze di coppie miste sono evocati come partecipanti di raggiungere per obiettivi.
- Impostare l'ambiente VR che guidasoggetti attraverso l'attività comportamentale utilizzando software commerciale VR che è compatibile con il sistema di auricolare e motion tracking secondo il protocollo del produttore. Acquisire familiarità con il termine risorse computazionali del pacchetto software e le esigenze del linguaggio di programmazione. Pacchetti software VR comune hanno la capacità di essere programmato con lingue tra cui Python, C ++, C #, e altri. Inoltre, le uscite analogiche programma attraverso la porta parallela per la sincronizzazione e la marcatura di eventi specifici di interesse (Figura 2). Nell'esperimento corrente, il software VR emette eventi all'inizio di ogni ripetizione del compito ea volte di stimolazione TMS desiderata.
- Collegare l'uscita VR al circuito di sincronizzazione (Figura 3) e / o di altre apparecchiature per essere sincronizzato utilizzando cavi con connettori corrispondenti.
- Istruire soggetti a svolgere il compito comportamentale VR. Nel corso di studio, l'ambiente era VRpresentato utilizza un display montato sulla testa in cui i partecipanti hanno visto array di bersagli sferici. Utilizzando il software VR, programma specifico sequenze di movimento per alterare l'aspetto degli obiettivi (colore, posizione, ecc) e familiarizzare i partecipanti con queste azioni. Inoltre informare i partecipanti di eventuali altri vincoli movimento desiderato. Per esempio, i partecipanti al corso di studio è stato chiesto di mantenere tutti i segmenti del braccio all'interno di un piano verticale di movimento, mentre per raggiungere gli obiettivi.
- Una volta che i partecipanti sono abituati ai dati movimenti sperimentali, EMG registrare e motion capture, e segnali utilizzando script personalizzati o pacchetti software forniti dal produttore sincronizzazione. Regolare la velocità di campionamento di ogni sistema di acquisizione dati ai valori desiderati; inoltre familiarizzare con e regolare i parametri specifici del costruttore, come movimento tracking intensità LED.