Name: Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Scopri l'uso della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) per monitorare l'attività cerebrale durante compiti motori in posizione eretta, combinata con dati cinematici ed EMG. Questo metodo permette di identificare differenze nei pattern di attivazione cerebrale tra individui con lesioni cerebrali infantili e sviluppo tipico.

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Questo progetto è stato finanziato dal Programma di Ricerca Intramurale presso il National Institutes of Health Clinical Center. Ringraziamo le utili discussioni con il Dr. Thomas Bulea, PhD e Laurie Ohlrich, PT per perfezionare le procedure presentate in questo protocollo. Muyinat W. Osoba e Andrew Gravunder, MS hanno assistito alle animazioni.

NOTA: Questo protocollo è stato approvato dal Consiglio Institutional Review del National Institutes of Health (identificatore ClinicalTrials.gov: NCT01829724). Tutti i partecipanti hanno la possibilità di porre domande e fornire il consenso informato prima della loro partecipazione. In considerazione delle modifiche alla risposta emodinamica causata dalla recente uso di vasodilatatori e vasocostrittori, i partecipanti sono invitati ad astenersi da alcol e caffeina per 24 ore prima dell&#39;esperimento 3 video di animazione .Questi sono stati realizzati su misura nel nostro laboratorio, ma possono essere registrati con altri suoni o immagini specifiche a domande di ricerca alternativi. 1. Impostare la camera Prima del Partecipante arrivo. <ol><li> Calibrare il movimento telecamere di bloccaggio riguardante le coordinate di un laboratorio in base al processo specifico del costruttore motion capture. Assicurarsi che le posizioni della telecamera permetterà la registrazione di tutti gli indicatori sia sul corpoe capo del partecipante durante i compiti che saranno testati. Il processo di calibrazione assicura la precisione del sistema di motion capture ed è prassi standard per qualsiasi laboratorio di movimento. Utilizzare un sistema di dieci telecamera, con un volume di circa 17 m 3 in cui i marcatori riflettenti possono essere identificati in modo affidabile. </li><li> Collegare il grilletto dal computer istruzione agli ingressi BNC i motion capture e fNIRS computer. Assicurarsi che il grilletto è collegato ad un pulsante del mouse e cliccando con il mouse completa il circuito e invia un impulso simultaneamente al motion capture / EMG scheda di acquisizione dati e alla scheda di acquisizione dati fNIRS come ausiliari ingressi analogici. </li><li> Collegare questo mouse tramite la porta USB al computer che gestisce i video di animazione di istruzioni, tale che a partire il video causerà un cambiamento di tensione contemporaneamente su entrambi i sistemi di acquisizione dati. NOTA: segnali EMG sono sincronizzati automaticamente e salvate dal software motion capture, così Additnon è necessario ional sincronizzazione del sistema EMG. </li><li> Impostare lo schermo e proiettore per le istruzioni per essere visualizzata al partecipante. Rimuovere eventuali oggetti inutili che potrebbero essere distrattori. Posizionare il treppiede e videocamera digitale dove avranno piena vista dei movimenti del partecipante. </li><li> Verificare che i marcatori riflettenti siano fissati saldamente alla parte superiore di ogni optode nella sonda. </li><li> Montare tutti i documenti necessari: il consenso e l&#39;assenso copie, fogli di esame clinico, e fogli di nota sperimentali, per esempio. </li></ol> 2. Le misure di base <ol><li> Dopo aver completato il processo di consenso informato, la misura e l&#39;altezza, il peso, l&#39;età, e la circonferenza della testa del partecipante record. </li><li> Somministrare Edinburgh Chiralità inventario 10 e altri esami clinici, come indicato. Tipi di capelli e di pelle Record partecipante ha riferito. </li><li> Posizionare marcatori riflettenti sulle spine iliache posteriori superiori (PSIS) bilateralmente. Avere la passeggiata partecipante al loro ritmo confortevole attraverso il laboratorio 3 - 5 volte, e la velocità media in tutti gli studi per valutare la loro auto selezionata passo d&#39;uomo. </li></ol> 3. Vicino funzionale Infrared Spectroscopy (fNIRS) Setup NOTA: Questo può essere completato in contemporanea con la messa a punto di EMG e motion capture, se ci sono abbastanza sperimentatori o personale di ricerca per aiutare, e se il partecipante è comodo con più persone di essere vicino a loro, allo stesso tempo. <ol><li> Misurare la distanza tra il nasion (Nz) e la inion (Iz), e tra i punti pre-auricolari a destra (Ar) e sinistro (Al) orecchie. L&#39;intersezione del punto medio di queste due misure è Cz, che è segnato sul cuoio capelluto con un pennarello lavabile. </li><li> Se il partecipante ha i capelli lunghi, la sezione off piccole porzioni di capelli con trecce o code di cavallo, al fine di esporre il cuoio capelluto in cui saranno collocati optodes. </li><li> Posizionare i fNIRS sonda su tegli la testa del partecipante, facendo attenzione ad allineare con Cz, Ar. Quindi spostare i capelli dal sotto ogni optode come viene posizionato sul cuoio capelluto. Infine, collegare le cinghie in velcro per tenere saldamente le optodes in luogo. NOTA: In questo protocollo, utilizzare un tappo che ha una cinghia che va dietro la testa, che attraversa la fronte, e uno che va sotto il mento. Optodes sono ancorati a questo tappo con Velcro su un anello di plastica flessibile che circonda l&#39;orecchio. <ol><li> Se il partecipante ha i capelli corti (meno di circa 2 cm di lunghezza), tirare fuori i capelli tra optodes con un piccolo bastone sottile o alla fine di plastica di un pettine. </li></ol></li><li> Verificare che tutti i cavi optode sono distesi e che optodes sono approssimativamente perpendicolare alla superficie del cuoio capelluto. <ol><li> Se necessario, inserire un sottile pezzo di schiuma sotto il gruppo di cavi optode per promuovere l&#39;allineamento ortogonale delle optodes. </li></ol></li><li> Verificare con il partecipante sul comfort delle sonde, eapportare le modifiche necessarie. Chiedere loro di raccontare le sperimentatori se il comfort diminuisce in qualsiasi momento durante l&#39;esperimento. </li><li> Accendere fonti e controllare i segnali. <ol><li> In questo sistema, garantire un segnale che ha un&#39;intensità di almeno 80 dB e un battito cardiaco chiaramente visibile nel deltaOD (variazione di densità ottica) del segnale, ad entrambe le lunghezze d&#39;onda 690 e 830 nm. Quando i canali sono segnali che non soddisfano questi criteri, verificare che i capelli non blocchi il optode (s) e quindi regolare guadagni rivelatore come necessario per massimizzare l&#39;intensità del segnale. Assicurarsi che le telecamere motion capture sono fuori durante questo periodo. NOTA: Altre macchine fNIRS possono operare a lunghezze d&#39;onda differenti a 690 e 830 nm; in questo caso, controllare le lunghezze d&#39;onda più appropriate per la macchina in uso. </li></ol></li><li> Aggiungere marcatori riflettenti per Nz, Iz, Ar, e Al. Chiedere al partecipante di tenere ancora e raccogliere circa 2 sec di dati di motion capture per questi e marcatori delle fNIRS optode. Verificare chetutti gli indicatori sono stati registrati, e raccogliere prove supplementari, se necessario. Si può richiedere il partecipante di cambiare la posizione della testa per migliorare la linea di vista tra le telecamere e gli indicatori. Utilizzare questi raccolti tre posizioni tridimensionali durante l&#39;analisi per la registrazione probabilistica dei singoli MRI strutturale di un partecipante, se disponibile. </li><li> Aggiungere un coperchio con diversi strati di feltro nero o altro materiale otticamente assorbente sopra le fNIRS optodes per proteggere rivelatori di interferenze o di saturazione dalle telecamere motion capture. Assicurarsi che i cavi e il pannello frontale dell&#39;unità fNIRS sono anche ben schermati utilizzando lo stesso materiale otticamente assorbente. </li></ol> 4. superficie elettromiografia (EMG) Setup <ol><li> Individuare il ventre muscolare di ogni muscolo mirata utilizzando punti di repere anatomici, palpazione durante la contrazione muscolare, e posizionamento degli elettrodi guida 11. NOTA: I muscoli mirati in questo protocollo sono bilateral gastrocnemio mediale, tibiale anteriore, retto femorale, vasto laterale, bicipite femorale, estensore radiale del carpo e flessore radiale del carpo. </li><li> Prepararsi per EMG posizionamento degli elettrodi sul ventre muscolare dalla rasatura, eliminando le cellule morte della pelle con del nastro adesivo, e poi la pulizia con un panno imbevuto di alcol isopropilico, come raccomandato da SENIAM 12 e attendere che la pelle si asciughi. </li><li> Inserire EMG elettrodo orientato alla direzione delle fibre muscolari. </li><li> Avvolgere comodamente con un auto involucro aderente. </li><li> Controllare i segnali muscolari sul computer durante l&#39;esecuzione di test muscolare manuale per garantire il corretto posizionamento degli elettrodi, e chiara la visualizzazione del cambiamento di segnale quando il muscolo è attivo. </li></ol> Setup Capture 5. Movimento <ol><li> Posizionare i marcatori riflettenti a punti di riferimento comuni. Questi includono mediale e malleolo laterale, mediale e laterale del ginocchio congiunta, anteriore superiore spina iliaca (ASIS), iliaca posteriore superiore della colonna vertebrale (PSIS), stiloide radiale, Syloid ulnare, medial epicondyl omerale, e laterale omerale epicondyl. </li><li> Mettere 3 o più marcatori, o un gruppo corpo rigido di marcatori, su ogni segmento di interesse, tra cui il piede, la zampa, coscia, mano e avambraccio. </li><li> Raccogliere circa 2 sec di dati di motion capture, mentre il partecipante è in piedi ancora in una posizione standard, come ad esempio in piedi con le braccia a 90 ° di flessione della spalla e 90 ° flessione del gomito. Assicurarsi che tutti i marcatori sono ben visibili alle telecamere. </li></ol> 6. Gait Task <ol><li> Avere il trasferimento partecipante al tapis roulant. Assisterli sostenendo cavi i fNIRS optode e poi fissare i cavi al supporto soffitto dopo che il paziente è in posizione. Se il paziente è ad alto rischio di cadute, utilizzare un supporto imbracatura di peso corporeo per la sicurezza durante questo compito. </li><li> Avviare il tapis roulant, lentamente costruendo per sé selezionato velocità misurata a piedi per raggiungere il partecipante agio con le condizioni previste. Poi lentamente fino a fermarsinuovo. </li><li> Impostare il file di animazione con il feedback uditivo che cue il partecipante a uno riposare o spostare. Istruzioni attività Review con il partecipante, dicendo loro di rimanere immobile e rilassato possibile durante i periodi di &quot;riposo&quot; e per camminare alla velocità impostata del tapis roulant durante il periodo di &quot;compito&quot;, mentre ci si concentra la loro attenzione al piccolo cerchio nero sullo schermo per la durata di acquisizione dati. </li><li> Abbassare le luci, e iniziare l&#39;acquisizione dei dati sul computer motion capture e il computer fNIRS. Iniziare la registrazione sul videocamera. </li><li> Utilizzando il grilletto mouse, fare clic sul pulsante di riproduzione sul file di animazione associato a questo compito. Assicurarsi che il grilletto è stato ricevuto sia dalla motion capture e sistemi NIRS. <ol><li> Passare l&#39;immagine di un punto nero situato in linea del partecipante di vista, in modo che abbiano un punto focale per la durata della prova. NOTA: Lo schema quadro per ogniprocesso è illustrato nella figura 2. </li></ol></li><li> Monitorare le prestazioni dei partecipanti e fornire un feedback sulla velocità, o movimenti volontari estranei, se necessario. </li><li> Alla fine dell&#39;animazione didattico, arrestare la registrazione sul motion capture, EMG, e sistemi fNIRS, nonché la videocamera. Dare al partecipante la possibilità di riposare o cambiare posizione, se necessario. </li></ol> 7. bilaterale arto inferiore Ciclismo Task <ol><li> Hanno la transizione partecipante ad uno zoccolo con mobile con supporto per le gambe, avendo cura di sostenere i cavi fNIRS optode e per non urtare o rimuovere i marcatori di motion capture o elettrodi EMG. Avere un posto schiuma cuscino per migliorare il comfort durante l&#39;esperimento. </li><li> Sollevare il telaio ciclo in posizione e fissarlo al basamento con una cinghia. </li><li> Fissare i piedi sui pedali e regolare la posizione del ciclo come necessario promuovere una distanza confortevole e naturale ai pedali. Ail punto più lontano del ciclo, mantengono il ginocchio di circa 10 ° di flessione. NOTA: A questo punto, il partecipante sarà in una posizione semi-reclinata, che fornisce un supporto tronco e facilita il rilassamento durante il periodo di riposo. </li><li> Istruzioni attività Review con il partecipante, dicendo loro di rimanere immobile e rilassato possibile durante i periodi di &quot;riposo&quot; e per passare a circa 60 giri durante il periodo di &quot;compito&quot;. </li><li> Ripetere i passaggi 6,4-6,7. Invece di passare a una immagine di un punto, il progetto di animazione del fumetto che cue il partecipante a uno riposare o passare attraverso il feedback visivo e uditivo. Massimizzare la finestra filmato in modo che il partecipante non è in grado di monitorare il tempo trascorso, o è rimasto, nel processo in corso. </li></ol> 8. mano Spremitura Task <ol><li> Dopo aver rimosso i piedi dal ciclo e il ciclo stesso, collocare un tavolo letto di fronte del partecipante, making Assicurarsi che le braccia di partecipanti sono supportati sul tavolo in una posizione comoda. </li><li> Istruire partecipante di spremere un oggetto morbido circa una volta al secondo (1 Hz) durante il periodo di &quot;compito&quot;, e rimanere il più rilassato possibile durante i periodi di &quot;riposo&quot;. </li><li> Ripetere il punto 7.5. </li></ol> 9. caviglia dorsiflessione Task <ol><li> Rimuovere il comodino, e aumentare la quota resto piedi del basamento fino a portare i piedi in vista del partecipante. </li><li> Rimuovere scarpa del partecipante e calzino, e sostituire i marcatori piede in posizioni adeguate. Sostenere il vitello appena sopra la caviglia con un tappetino in gomma per consentire caviglia movimento articolare. </li><li> Istruire il partecipante al dorsiflex loro caviglia circa una volta al secondo (1 Hz) durante il periodo di &quot;compito&quot;, e rimanere il più rilassato possibile durante i periodi di &quot;riposo&quot;. </li><li> Ripetere il punto 7.5. </li></ol> 10. Conclusione del ProProtocollo <ol><li> Togliere il tappo e controllare la pelle per le zone di pressione o arrossamenti. </li><li> Rimuovere tutti i marcatori riflettenti e unità EMG. </li><li> Ringrazio il partecipante per il loro tempo e invitare il loro contributo circa l&#39;esperienza soggettiva del protocollo. Questo può essere un questionario formale (usati per Garvey e colleghi per la stimolazione magnetica transcranica 13), o una discussione informale per individuare le fonti più comuni di disagio che potrebbero essere migliorati in futuro. </li></ol>

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Collezione contemporanea di attività cerebrale dalle zone mirate della corteccia e dei dati quantitativi su come una persona si muove presenta un enorme potenziale per migliorare la nostra comprensione del controllo neurale del movimento, sia in una popolazione in genere in via di sviluppo, così come quelli con disturbi del movimento. C&#39;è anche una vasta applicazione in termini di età e di attività di spostamento che potrebbero essere completati, in quanto i partecipanti non si limitano ad una posizione supina come ...

L&#39;imaging neurale durante compiti funzionali è diventato più portatile e conveniente utilizzando non invasiva spettroscopia nel vicino infrarosso funzionale (fNIRS) per identificare le aree di attività cerebrale misurando dinamica del flusso di sangue al corteccia. La portabilità dei fNIRS è particolarmente utile nello studio dei compiti verticali e funzionali tali andatura 1, che non è possibile con altre tecnologie, come la risonanza magnetica (fMRI). Questa capacità è fondamentale nel campo della neurologia e neuroscienze, e potrebbe fornire nuove informazioni sui meccanismi sottostanti disturbi del movimento nei bambini e negli adulti con paralisi cerebrale (CP) e di altre condizioni neurologiche che colpiscono il controllo motorio. Comprendere i meccanismi migliora la capacità di progettare interventi efficaci per indirizzare la fonte di svalutazioni e limitazioni di attività. Molti fNIRS studi di compiti motori ad oggi sono stati con una popolazione sana di adulti in cui una parteicipants sono incaricati di eseguire una determinata attività e il monitoraggio delle prestazioni dell&#39;attività è limitata a controllo visivo. Questo può essere sufficiente per coloro con i movimenti tipici e un alto livello di impegno, ma non è accettabile quando si studia partecipanti con disturbi del movimento o coloro che hanno difficoltà a partecipare ad un compito per lunghi periodi di tempo, compresi i bambini con sviluppo tipico. Al fine di informare l&#39;analisi di attivazione cerebrale in questi casi, è necessario il monitoraggio simultaneo del modello del motore che viene effettivamente completato. Recensioni complete di sistemi fNIRS e costumi sono stati presentati in letteratura 2-5 che guida l&#39;uso e contribuire a dimostrare la precisione e la sensibilità di questi sistemi, ma problemi tecnici della raccolta, l&#39;elaborazione e l&#39;interpretazione dei dati fNIRS rimangono. Colore e spessore dei capelli incidono sulla qualità del segnale ottico, con capelli spessi scuri più probabile per bloccare o falsare trasmettitore di otticafissione 3,6. Questo è particolarmente rilevante quando si studiano le aree senso-motori situati nella zona superiore della testa dove la densità del follicolo pilifero è il più grande, e alcuni studi riferire non-responder 6,7. Il ben noto sistema internazionale 10/20 può essere utilizzato per il posizionamento dei optodes, ma in particolare nel caso di quelli con anatomia cerebrale atipica, co-registrazione di posizione optode per MRI anatomica di un partecipante è molto utile se non indispensabile interpretare accuratamente la risultati. L&#39;uso di fNIRS per valutare l&#39;attivazione del cervello in danno cerebrale ad esordio infantile è piuttosto recente, ma guadagnando la trazione nel settore delle unilaterale cerebrale 6,8,9 paralisi. In considerazione delle sfide di cui sopra, questo protocollo unisce fNIRS, motion capture, e elettromiografico (EMG) il monitoraggio nel corso di una serie di attività, tra cui semplici operazioni single-comuni, nonché i movimenti di tutto il corpo più complesse. Guida visiva e uditiva è noied a migliorare le prestazioni e l&#39;attenzione compiti su più età dei partecipanti. L&#39;obiettivo del protocollo è quello di individuare le differenze nei pattern di attivazione cerebrale nei pazienti con esordio infantile lesioni cerebrali unilaterali e bilaterali rispetto a coloro che sono in genere in via di sviluppo. Esploriamo un movimento tutto il corpo (andatura), una estremità inferiore movimento multi-articolare bilaterale (ciclismo), e due movimenti single-articolari unilaterali (isolato flessione dorsale della caviglia, e isolato mano spremitura) per illustrare la varietà di applicazioni dei metodi. Lo stesso o un protocollo molto simile potrebbe essere utilizzato per studiare altri disturbi sensoriali o movimento o ad altre attività di interesse. Onda continua pressi luce infrarossa è stata emessa e rilevata a 690 nm e 830 nm su cortecce sensori utilizzando il sistema fNIRS ad una velocità di 50 Hz, utilizzando una configurazione personalizzata progettata sorgente-detector. Dati EMG sono stati raccolti in modalità wireless ad una frequenza di 1000 Hz. Marcatori riflettenti posizioni 3-D sono statiraccolte da un sistema di cattura motion ottica ad una velocità di 100 Hz. Due computer diversi trattati di acquisizione dati, una per i fNIRS e un altro per il motion capture e EMG. I dati sono stati sincronizzati con un impulso di scatto da un terzo computer che corrisponde ad un pulsante del mouse per avviare l&#39;animazione didattica per ogni attività. Per tutte le attività, ad eccezione andatura, animazioni didattiche sono stati progettati per standardizzare le prestazioni dei partecipanti utilizzando una guida visiva di ritmo di un compito (1 Hz), rappresentato da un cartone animato animale saltare o di calcio, così come un spunto uditivo.

<table><tbody><tr><td>Macchina CW6</td><td>TechEn</td><td>http://nirsoptix.com/</td> <td>fNIRS con numero variabile di sorgenti e rivelatori, a seconda del numero di moduli inclusi</td></tr><tr><td>Sistema MX con dieci telecamere della serie T40</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Regno Unito</td><td>http://www.vicon.com/System/TSeries</td><td>Telecamere per la cattura del movimento</td></tr><tr><td>Marcatori riflettenti da 4 mm</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Regno Unito</td><td></td><td>Marcatori utilizzati dalle telecamere di motion capture per localizzare gli optodi fNIRS, Ar, Al, Nz e le coordinate manuali.</td></tr><tr><td>Marcatori riflettenti da 9,5 mm</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Regno Unito</td><td></td><td>Marcatori utilizzati dalle telecamere di motion capture per localizzare le coordinate di braccia e gambe. I cluster vengono utilizzati per i segmenti degli arti e i marcatori con offset vengono utilizzati per PSIS e Iz per migliorare l'affidabilità nell'acquisizione dei dati.</td></tr><tr><td>Sistema EMG wireless Trigno</td><td>Delsys, Inc. Natick, MA</td><td>http://www.delsys.com/products/wireless-emg/</td> <td>Elettromiografia</td></tr><tr><td>Bertec tapis roulant strumentato a cinghia divisa</td><td>Bertec Corporation, Columbus, OH</td><td>http://bertec.com/products/instrumented-treadmills.html</td><td>Tapis roulant</td></tr><tr><td>ZeroG sistema di supporto del peso corporeo</td><td>Aretech, LLC, Ashburn, VA</td><td>http://www.aretechllc.com/overview.html</td><td>Binario e carrello passivo utilizzati per sostenere i cavi, l'imbracatura può essere utilizzata per la sicurezza del paziente durante le prove di deambulazione</td></tr><tr><td>3DS Max 2013</td><td>Autodesk, Inc., San Francisco, CA&nbsp;</td><td>Software di</td> <td>animazione 3D http://www.autodesk.com/ utilizzato per animare gli animali per i video didattici</td></tr><tr><td>Windows Movie Maker</td><td>Microsoft Corporation, Redmond, WA</td><td>http://windows.microsoft.com/en-us/windows-live/movie-maker</td><td>software utilizzato per combinare filmati di animazione con musica</td></tr><tr><td>Audacity</td><td>open source</td><td>http://audacity.sourceforge.net/</td> <td>Software utilizzato per modificare il ritmo musicale alla cadenza appropriata</td></tr></tbody></table>

vicino funzionale infrared spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e emg monitoraggio durante compiti motori

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

Ci sono diversi vantaggi che funzionale spettroscopia vicino infrarosso (fNIRS) presenta nello studio del controllo neurale del movimento umano. È relativamente flessibile rispetto al posizionamento partecipante e consente per alcuni movimenti della testa durante compiti. Inoltre, è poco costoso, leggero, e portatile, con pochissime controindicazioni al suo utilizzo. Ciò rappresenta un&#39;opportunità unica per studiare l&#39;attività cerebrale funzionale durante compiti motori in individui che sono in genere sviluppando, così come quelli con disturbi del movimento, come la paralisi cerebrale. Un&#39;ulteriore considerazione quando si studia disturbi del movimento, tuttavia, è la qualità dei movimenti eseguiti effettivi e il potenziale di ulteriori movimenti indesiderati. Pertanto, è necessario il monitoraggio simultaneo di entrambe le modifiche del flusso di sangue nel cervello e dei movimenti reali del corpo durante il test per l&#39;interpretazione appropriata della fNIRS risultati. Qui vi mostriamo un protocollo per la combinazione di fNIRS conmuscolare e monitoraggio cinematica durante compiti motori. Esploriamo andatura, un movimento unilaterale multi-articolare (ciclismo), e due movimenti single-articolari unilaterali (flessione dorsale della tibiotarsica isolato, e isolato mano spremitura). Le tecniche presentate possono essere utili per lo studio sia di controllo tipico e atipico del motore, e può essere modificato per indagare su una vasta gamma di attività e questioni scientifiche.

Questo protocollo coordina contestuale acquisizione di 3 modalità di catturare il flusso di sangue al cervello, attività muscolare elettrica, e il movimento cinematico di articolazioni mentre un partecipante esegue compiti motori (Figura 1). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52391/52391fig1highres.jpg" /> Figura 1. posizione della sonda. La parte sinistra di questa figura mostra la posizione approssimativa ...

Il monitoraggio dell'attività cerebrale durante i compiti motori in posizione eretta è di grande valore quando si indaga la fonte neurale dei disturbi del movimento. Qui, dimostriamo un protocollo che combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso con il monitoraggio continuo dell'attività muscolare e cinematica durante 4 tipi di compiti motori.

Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

L'obiettivo generale di questa procedura è dimostrare l'utilizzo della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso sulle aree sensoriali e motorie del cervello, con monitoraggio contemporaneo della cinematica ed dell'EMG durante diverse attività motorie. Questo viene realizzato posizionando innanzitutto l'apparecchio F nears optos sulla testa del partecipante, allineandolo con il punto CZ e i punti preauricolari. Il secondo passaggio consiste nel posizionare gli elettrodi EMG sul ventre muscolare dei muscoli bersaglio e i marcatori riflettenti sui punti di repère anatomici.Successivamente, raccogliere contemporaneamente dati dall'EMG di F Ns e dai sistemi di motion capture mentre il partecipante svolge compiti motori. In definitiva, F NS viene utilizzato per identificare le differenze tra i modelli di attivazione cerebrale in soggetti con lesione cerebrale unilaterale e bilaterale insorta nell'infanzia e in soggetti che si sviluppano in modo tipico. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come la fMRI è che consente di studiare l'esecuzione di compiti ortostatici e funzionali, come la deambulazione.Questo metodo può aiutare a rispondere a domande fondamentali nel campo della neuro-riabilitazione, come ad esempio come riorganizza il cervello dopo una lesione e quali sono le conseguenze di tale lesione sulle prestazioni di compiti motori? L'utilizzo di questa tecnica nello studio dei disturbi motori ci permette di misurare l'attività cerebrale mentre contemporaneamente quantifichiamo i movimenti intenzionali e quelli non intenzionali attraverso la cattura del movimento e l'elettromiografia. Generalmente, le persone nuove a questo metodo incontrano difficoltà perché un montaggio accurato richiede una preparazione accurata dei capelli e il posizionamento degli ners optos per ottenere una qualità ottimale del segnale.Per assistere con una dimostrazione della procedura oggi sarà presente la dottoressa C. Ann Zary Gallagher, fisioterapista ricercatrice del nostro laboratorio, e il signor No Robinson, ricercatore borsista del NIH. Ora descriveremo le procedure relative alla raccolta dati di N'S. Spiegare al partecipante le procedure sperimentali e ottenere il consenso informato.Successivamente, somministrare l'inventario di lateralità di Edimburgo e altri esami clinici e registrare i tipi di capelli e di pelle del partecipante. Misurare e registrare l'altezza, il peso e l'età del partecipante. Quindi iniziare la procedura misurando la circonferenza cranica, la distanza tra il naso e l'inione, e la distanza tra i punti preauricolari sui lati destro e sinistro delle orecchie.L'intersezione del punto medio delle ultime due misurazioni corrisponde a cz, che viene segnato sul cuoio capelluto utilizzando un pennarello lavabile, dividendo i capelli lungo la linea NAS e quella ian. Se il partecipante ha capelli lunghi, fissarli mediante trecce o code di cavallo in modo da esporre il cuoio capelluto nella zona in cui verranno posizionati gli optodi. Successivamente, posizionare la sonda F nears sulla testa del partecipante avendo cura di allinearla con CZ e AR al.Quindi posizionare gli optodi direttamente sul cuoio capelluto, assicurandosi che non ci siano capelli che ostruiscano il contatto. Questo passaggio è cruciale perché i capelli possono degradare la qualità del segnale. Successivamente, fissare le cinghie in Velcro per mantenere saldamente gli optodi in posizione.Assicurarsi che tutti i cavi ottici siano posizionati piatti e che gli optodi siano perpendicolari alla superficie del cuoio capelluto. Se necessario, posizionare un sottile pezzo di schiuma sotto il gruppo di cavi ottici per favorire l'allineamento perpendicolare degli optodi. Verificare ora che l'intensità della luce misurata in tutti i rivelatori sia almeno di 80 decibel e che il battito cardiaco sia chiaramente visibile nel segnale delta OD alle lunghezze d'onda di 690 e 830 nanometri.Se questi criteri non vengono soddisfatti, controllare i capelli e assicurarsi che non ostruiscano gli optos. Successivamente, regolare i guadagni del rilevatore secondo necessità per massimizzare l'intensità del segnale. Dopodiché, applicare i marker riflettenti su NZ, ar, al e iz sul partecipante.Chiedere al partecipante di rimanere fermo e acquisire circa due secondi di dati di motion capture per questi e per i marcatori opto fNIRS. Successivamente, aggiungere un coperchio con diversi strati di feltro nero o altro materiale otticamente assorbente sulla parte superiore degli opto fNIRS. Per proteggere i detector da interferenze o saturazione causate dalle telecamere di motion capture, assicurarsi che cavi e pannello frontale dell'unità fNIRS siano anch'essi adeguatamente schermati con lo stesso materiale otticamente assorbente.Sono state seguite le linee guida Sentium per il posizionamento degli elettrodi e la preparazione della pelle. In questo passaggio, individuare il ventre muscolare di ciascun muscolo bersaglio utilizzando i punti di repère anatomici, la palpazione durante la contrazione muscolare e le indicazioni per il posizionamento degli elettrodi. Quindi posizionare gli elettrodi EMG orientandoli nella direzione delle fibre muscolari.Posizionare successivamente i marcatori riflettenti sui punti anatomici articolari. Acquisire circa due secondi di dati di motion capture mentre il partecipante è in piedi con le braccia flesse a 90 gradi a livello della spalla e a 90 gradi a livello del gomito. Assistere ora il partecipante nel camminare verso il tapis roulant sostenendo i cavi ottici F, quindi fissare i cavi al supporto del soffitto.Dopo che il partecipante si è posizionato, istruirlo a rimanere il più fermo e rilassato possibile durante i periodi di riposo e a camminare alla velocità di andatura predeterminata durante il periodo della prova, concentrandosi sul piccolo cerchio nero sullo schermo durante l'acquisizione dei dati. Successivamente, abbassare le luci e avviare l'acquisizione dei dati sul computer di cattura del movimento e sul computer F nears. Riprodurre il file di animazione associato a questa prova.Massimizzare la finestra in modo che l'immagine di un punto nero si trovi sulla linea visiva del partecipante, che fungerà da punto focale per tutta la durata della prova. Monitorare le prestazioni del partecipante e fornire feedback su velocità o movimenti volontari estranei secondo necessità.Al termine dell'animazione illustrativa, interrompere la registrazione sui sistemi di EMG e movimento con cattura del segnale F fne. Consentire al partecipante di riposare o cambiare posizione secondo necessità. In questo compito, posizionare il partecipante su un lettino con supporto posteriore e dei membri inferiori regolabile.Ricordarsi di sostenere i cavi ottici fNIRS ed avere cura di non spostare i marker per la cattura del movimento o gli elettrodi EMG. Istruire il partecipante a rimanere il più fermo e rilassato possibile durante i periodi di riposo e a pedalare a circa 60 giri al minuto durante il periodo di compito. Proiettare quindi l'animazione cartoon che indica al partecipante di riposare o muoversi mediante feedback visivo e uditivo, con la finestra del filmato massimizzata per impedire al partecipante di controllare il tempo.Ora, posizionare un tavolino davanti al partecipante, assicurandosi che le braccia del partecipante siano appoggiate sul tavolo in una posizione comoda. Quindi, istruire il partecipante a stringere un oggetto morbido alla velocità di una volta al secondo durante il periodo dell'attività, rimanendo il più rilassato possibile durante i periodi di riposo. Successivamente, rimuovere il tavolino e sollevare la parte del poggiapiedi del lettino per portare i piedi del partecipante alla sua vista.Chiedere al partecipante di eseguire la flessione dorsale della caviglia a una velocità di una volta al secondo durante il periodo di compito e di rimanere il più rilassato possibile durante i periodi di riposo. Alla fine della sessione, rimuovere il cap. Tutti i marcatori riflettenti ed elettrodi EMG qui riportati sono esempi di ricostruzione scheletrica, angoli articolari ed EMG. Per un compito di dorsiflessione sinistra, il periodo di compito durante la prova mostrata inizia a circa 4,5 secondi e prosegue fino a 19,5 secondi.In questo individuo di 13 anni con sviluppo tipico, il movimento alle articolazioni è molto limitato, ad eccezione della caviglia sinistra, che è l'obiettivo specifico. Inoltre, i muscoli sono generalmente inattivi sia durante il compito che nei periodi di riposo, ad eccezione del muscolo tibiale anteriore che supporta il movimento. Di seguito è riportato un esempio di una mappa di attivazione F vicina durante un compito di dorsiflessione sinistra, in cui questo riquadro blu delinea l'area approssimativa campionata.Questa figura mostra la risposta media dell'emoglobina ossigenata durante un periodo compreso tra cinque e dieci secondi successivi all'inizio del movimento di un adolescente in via di sviluppo tipico che flette dorsalmente la caviglia sinistra. I colori blu rappresentano l'assenza di attivazione, mentre le aree rosse indicano le regioni con aumento dell'emoglobina ossigenata durante i periodi di svolgimento del compito. Una volta acquisita padronanza, questa tecnica può essere eseguita in circa due ore se effettuata correttamente. Si deve ricordare che lavorare con luce a infrarossi vicini può essere pericoloso; pertanto, è sempre necessario adottare precauzioni, come proteggere gli occhi dei ricercatori e dei partecipanti dalle sorgenti luminose, durante l'esecuzione di questa procedura.Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come la co-registrazione con immagini anatomiche di risonanza magnetica e la determinazione di regressori da dati cinematici ed EMG. Ciò ci consente di rispondere ad ulteriori domande, come la localizzazione accurata dell'attività cerebrale e delle fonti neurali di attività involontarie.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come integrare strumenti di monitoraggio del movimento con misurazioni di ners per studiare l'attivazione nelle regioni sensoriali e motorie del cervello durante l'esecuzione di compiti motori.

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Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori (Video) | JoVE Journal

Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori

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