Impostazione multifunzionale per lo studio di controllo del motore umano Utilizzando la Stimolazione Magnetica Transcranica, Elettromiografia, Motion Capture, e la realtà virtuale

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di illustrare una tecnica generalizzata per la sincronizzazione di più flussi di dati registrati durante gli studi di biomeccanica umana. Ciò si ottiene utilizzando segnali elettromiografici e di acquisizione del movimento per generare un evento di sincronizzazione analogica che può essere registrato in modo indipendente da due o più sistemi. In una seconda fase, è possibile progettare semplici componenti circuitali che trasformano questo evento in segnali appropriati per ogni dispositivo di registrazione.

Successivamente, utilizzare il software di analisi per allineare temporaneamente gli eventi di sincronizzazione tra i segnali registrati in modo indipendente al fine di sincronizzare tutti i segnali. I risultati mostrano che diversi segnali biomeccanici possono essere temporaneamente allineati all'interno delle frequenze di campionamento dei rispettivi sistemi di registrazione dei dati, il che consente la raccolta di un ricco set di dati sperimentali del movimento naturalistico umano per studiare il controllo neuromuscolare. Ci sono molte domande complesse nel campo del controllo motorio e della biomeccanica a cui si può rispondere al meglio studiando il movimento umano naturale in un ambiente di laboratorio.

Qui descriviamo il metodo di utilizzo della realtà virtuale per definire compiti comportamentali durante i quali vengono registrati contemporaneamente diversi segnali fisiologici. Il vantaggio di una configurazione sperimentale basata sulla realtà virtuale rispetto ai metodi esistenti come i rig comportamentali basati su hardware è che può essere adattata molto rapidamente a diversi esperimenti e all'anatomia unica dei singoli partecipanti. Durante gli esperimenti comportamentali, è comune registrare contemporaneamente diversi segnali che quantificano il comportamento, come l'elettromiografia e la cattura del movimento.

Il nostro metodo fornisce una soluzione al problema dell'allineamento temporale di questi segnali utilizzando un'unità di sincronizzazione personalizzata compatibile tra più produttori. Inizia effettuando tutti i collegamenti elettrici necessari tra le apparecchiature EMG, inclusi amplificatori, preamplificatori, cavi del sensore e pad del sensore secondo le specifiche del produttore. Pulire ogni sito dell'elettrodo per garantire valori di impedenza elettrodo-pelle coerenti e bassi.

Quindi istruire il soggetto a eseguire contrazioni isometriche dei singoli muscoli di interesse, fissare gli elettrodi EMG sulla posizione palpata della contrazione muscolare. Tenendo presente l'orientamento dei siti attivi lungo le fibre muscolari. Collegare l'elettrodo di terra alla pelle sopra la vertebra C sette.

Successivamente, per testare la qualità del segnale, ispezionare i segnali EMG amplificati sul computer mentre il soggetto contrae ogni muscolo di interesse. Infine, diminuire i guadagni di amplificazione se i segnali EMG si saturano durante le contrazioni muscolari necessarie per il compito comportamentale. Inizia calibrando le telecamere di rilevamento del movimento secondo le istruzioni del produttore.

Fissare i sensori LED attivi ai punti di riferimento ossei vicino alle articolazioni del braccio e ad altri punti di interesse anatomici come vicino al dito, al polso, alla spalla e al torace. Collega un altro sensore LED al visore per realtà virtuale o VR per impostare il punto di vista nell'ambiente virtuale. Quindi collegare ciascun LED a un cablaggio collegato all'unità driver wireless.

Accendere l'unità driver e assicurarsi che tutti i LED siano illuminati correttamente. Infine, posizionare il LED di sincronizzazione in una posizione lontana dal soggetto, ma all'interno di una visuale chiara delle telecamere di motion capture. Innanzitutto, calibrare la stimolazione magnetica transcranica o il dispositivo TMS e il software per consentire un posizionamento accurato della bobina.

Per fare ciò, coregistrare le bobine TMS con punti di riferimento anatomici come i punti preauricolari NAS e la punta del naso. Utilizzando un puntatore di calibrazione. Quindi eseguire tecniche hotspot per localizzare le regioni sensibili alla TMS sulla corteccia che producono la massima ampiezza per i potenziali evocati motori o meps.

Con l'ampiezza di stimolazione più bassa, registrare la posizione del miglior sito di stimolazione sul cuoio capelluto del soggetto con l'apparecchiatura e il software di registrazione stereotassica calibrati. Infine, misurare la soglia del soggetto abbassando l'ampiezza della stimolazione nella posizione selezionata fino a quando non vengono evocati mep di almeno 50 microvolt il 50% delle volte. Innanzitutto, configura l'ambiente VR per l'attività comportamentale secondo il protocollo del produttore.

Utilizzando un software VR commerciale compatibile con il visore e il programma del sistema di tracciamento del movimento. Uscite digitali attraverso la porta parallela per la sincronizzazione e la marcatura di eventi specifici di interesse. Collegare l'uscita VR al circuito di sincronizzazione e ad altre apparecchiature da sincronizzare utilizzando cavi con connettori corrispondenti.

Informare il circa i requisiti del compito che lui o lei sarà eseguire in vr. Chiedi al soggetto di indicare bersagli sferici quando appaiono nel suo campo visivo. Una volta che il soggetto ha compreso il compito e ha la possibilità di esercitarsi, avviare la registrazione dei dati di acquisizione del movimento EMG e dei segnali di sincronizzazione durante una singola prova di sincronizzazione VR.

Il software attiva l'apparecchiatura EMG per registrare segnali che illustrano l'attività neuromuscolare che si è verificata durante i movimenti dell'arto superiore. Inoltre, attiva l'apparecchiatura di motion capture per registrare i dati di movimento continuo. Questo segnale può essere utilizzato per sincronizzare i dati EMG e di motion capture. Qui.

La cinematica e la dinamica angolare media e l'attività neuromuscolare continua e istantanea associata in 24 prove sono mostrate per un singolo compito. Questi set di dati multidimensionali forniti dalla realtà virtuale consentiranno ai ricercatori di studiare specifici meccanismi di controllo motorio umano. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una comprensione generale di come sincronizzare più flussi di dati che possono essere registrati durante il movimento umano Esperimenti come EMG e motion capture, Questa procedura può essere ampliata per includere sistemi aggiuntivi come l'elettroencefalografia.

Inoltre, la stimolazione elettrica dei nervi periferici può essere utilizzata anche per valutare il contributo del feedback sensoriale al controllo motorio dopo il suo sviluppo. Questa tecnica ha aperto la strada ai neuroscienziati per esplorare i cambiamenti nel movimento controllato neurale in individui con disturbi del movimento come ictus o lesioni del midollo spinale.