L'elettromiografia comporta la registrazione dei potenziali elettrici generati dalle fibre muscolari durante la contrazione. Queste proprietà sono determinate dai segnali di attivazione neurale inviati dai motoneuroni ai singoli muscoli. L'EMG è ampiamente utilizzato negli studi riabilitativi, motori, cerebrali e nervosi e i metodi di misurazione possono essere ampiamente classificati in EMG di superficie (sEMG) ed EMG intramuscolare (iEMG)1. Gli elettrodi di superficie offrono diversi vantaggi, in particolare nelle applicazioni indossabili, in quanto non sono invasivi e richiedono un semplice processo di preparazione2. Nell'impiantato sEMG, il processo chirurgico è più semplice rispetto all'iEMG, in cui l'elettrodo non ha bisogno di penetrare nel muscolo. Nonostante questi vantaggi, il sEMG è soggetto a contaminazione del segnale, come disturbi all'interfaccia muscolo-elettrodo, artefatti di movimento, qualità del contatto dell'elettrodo e diafonia del segnale dai muscoli adiacenti1. Queste sfide sono particolarmente problematiche quando gli elettrodi sono posizionati nelle immediate vicinanze, come spesso accade negli studi che coinvolgono piccoli animali. D'altra parte, l'iEMG richiede un'ulteriore procedura chirurgica per la penetrazione dell'elettrodo. Nonostante i passaggi procedurali aggiuntivi, questo metodo fornisce registrazioni EMG muscolo-specifiche con maggiore precisione e meno diafonia, poiché gli elettrodi sono permanentemente incorporati nel tessuto muscolare3. Negli studi sui motori di piccoli animali, l'iEMG è preferito poiché le informazioni EMG specifiche per i muscoli con un'installazione affidabile degli elettrodi sono fondamentali4.
Sono stati segnalati diversi approcci per l'acquisizione di registrazioni EMG da elettrodi in piccoli animali. I cavi di collegamento sono comunemente usati per collegare gli elettrodi ad apparecchiature di misurazione esterne5,6,7,8,9,10,11, i dispositivi possono essere impiantati all'interno del corpo12, oppure una piattaforma indossabile wireless può essere posizionata sull'animale13. I cavi di collegamento sono il metodo più ampiamente riportato a causa della disponibilità di apparecchiature commerciali compatibili per questo scopo; Tuttavia, i fili di fissaggio causano disagio agli animali e il loro movimento è spesso limitato dai cavi, il che può influire sullo studio. I dispositivi impiantabili offrono soluzioni wireless, ma la loro durata limitata della batteria può limitare la durata degli esperimenti. Inoltre, le dimensioni e il peso dei dispositivi installati in modo permanente possono causare stress e disagio agli animali, che potrebbero influire sullo studio. Le tecniche di trasferimento di energia wireless sono state proposte per risolvere i problemi nei dispositivi impiantabili, ma mantenere un collegamento energetico affidabile a un piccolo dispositivo è in genere molto difficile14. Inoltre, l'esposizione a campi elettromagnetici elevati può portare a conseguenze impreviste, come una ridotta funzione immunitaria e potenziali cambiamenti neurodegenerativi nel cervello15,16.
Il sistema di acquisizione può anche essere implementato come una piattaforma wireless indossabile che gestisce l'elaborazione del segnale e trasmette in modalità wireless le registrazioni EMG a una stazione base. Sebbene questo sia il metodo preferito, rappresenta una sfida tecnica per gli utenti e i dettagli sperimentali spesso non sono completamente affrontati in letteratura.
In questo lavoro, presentiamo un metodo di acquisizione EMG semplice, economico e affidabile per studi di locomozione in piccoli animali. Una coppia di elettrodi iEMG è impiantata nei muscoli degli arti posteriori di un ratto, mentre il resto del sistema di acquisizione del segnale, tra cui l'amplificazione, un convertitore analogico-digitale e la telemetria wireless, è montato sul dorso dell'animale. I dati EMG vengono trasmessi a un personal computer per il monitoraggio in tempo reale, con i dati registrati localmente. Viene condotto un esperimento di locomozione su tapis roulant per dimostrare il sistema in uno studio di recupero dall'ictus.