皮質脊髄出力とマルチセグメントのバイオメカニクスを研究するために、複数のデータ・アクイジション・システムを組み合わせます

Summary

経頭蓋磁気刺激法(TMS)を使用して人間の運動制御を研究するには、TMSの送達を制御し、同時に人間の行動を記録するためのデータ収集システムの統合が必要です。本稿では、TMSを介した人間の動きを調査する目的で、データ収集システムを統合するための詳細な方法論を提供します。

Abstract

経頭蓋磁気刺激技術は、人間の行動を支える神経メカニズムの詳細な調査を可能にします。これまで、人間の動きを研究するためのTMSの使用は、展開する動きの特徴に対するTMSの送達の正確なタイミングに関連する課題、および運動学と動力学を正確に特徴付けるという課題によって制限されてきました。 これらの技術的な課題を克服するには、TMSの配信および取得システムをオンラインモーショントラッキングシステムと統合する必要があります。 本稿では、人間の動きを研究するためのTMSの使用を促進および進歩させるために、複数の取得システムを統合する技術革新について詳しく説明しています。 市販のソフトウェアおよびハードウェアシステムを使用して、ムーブメントの特定の機能によって引き起こされるTMSスタディを実行するために必要なハードウェアアセンブリとソフトウェアスクリプトの両方に対する段階的なアプローチが提供されます。 このアプローチは、上肢、平面、多関節の到達運動の研究に焦点を当てています。 しかし、同じ統合システムは、人間の運動制御に関する多数の洗練された研究に適しています。

Introduction

経頭蓋磁気刺激（TMS）は、機能的接続性を調べるために、このような単一および複数のパルス、デュアルサイトの刺激としての皮質機能を理解するために使用されるいくつかのTMSプロトコルがある^。3,5ヒト皮質を刺激するための非侵襲的な方法であり、かつ神経可塑性を促進するための繰り返しパルス^。4,6-8 TMSプロトコルは、ヒト皮質プロセスの現在の理解を進め、神経リハビリテーションの戦略を導くために組み合わせることができます。皮質を刺激することに加えて、TMSはまた、皮質脊髄路または小脳を刺激することによって、サブ皮質機能を理解するために使用することができます。

現在のTMS研究が直面している最大の技術的課題の一つは、ヒトにおける目標指向随意運動時の皮質領域の役割を研究する能力です。いくつかの考慮事項は、この技術的課題に貢献します。まず、TMS配信は、リアルタイムな人間の動きCと組み合わされるべきですAptureの。このように、TMSパルスが複雑な動きを研究するための時間同期方法を提供する移動シーケンス内の特徴により送達又はトリガすることができます。それはモータ制御を支える脳の行動との関係の理解を進めるれる、展開するにつれて第二に、TMSの配信とモーションキャプチャを統合する複雑な動きの詳細な特性評価を可能にします。現時点では、包括的にTMSおよびモーションキャプチャ方法論を統合全く商業的に利用可能なシステムはありません。モータ制御の分野で神経科学者のために、この空洞は、典型的には、複数のソフトウェアとハ​​ードウェアのデータ収集および配信システムを統合するために、技術的な課題を消費する時間に変換されます。この技術的な制限は、上肢を伴う動的な多関節運動の研究に捧げまばらな研究をもたらしました。 TMSは、ヒト運動制御の分野を推進するためには、皮質の機能は複雑な人間の動きの間にプローブすることが肝要です。

、収集システムは、リアルタイム同時TMSおよびモーションキャプチャを許可する必要があります。第二に、システムは（すなわち、動きの説明）移動運動学を研究するために適していなければならない、移動速度（すなわち、移動させる力）、および筋活動。第三に、システムは、これらの運動機能にTMSパルスを同期することができなければならない、と複雑な動きの特徴に基づいた基準によって引き起こされます。このようなシステムは、皮質機能と動と動きの速度との間に本質的な連携を提供します。

この原稿は、TMSおよびモーションキャプチャの方法を統合するための独自のアプローチを詳しく説明しています。このアプローチは、複雑な多関節運動の力学の詳細な分析を可能にし、運動（ すなわち 、運動学、動力学、または筋活動）の特定の機能によってトリガTMSパルスの自動制御を可能にします。さらに、このデータACQuisitionシステムは、視覚運動や感覚の作業を必要とする実験的なパラダイムと統合するためのTMSおよびモーションキャプチャを可能にします。この原稿は、TMSと人間の動き取得および分析を組み合わせる目的で一般的に使用されるモーションキャプチャハードウェアおよびソフトウェアのシステムを統合するための革新的なアプローチを詳しく説明しています。データは、平面の多関節運動中に人間の皮質機能のサンプル調査を使用して提示されています。実験を行うために必要なソフトウェアのスクリプトをダウンロードすることができます。

Protocol

注：以下のプロトコルは、種々の実験に適用することができます。以下は、コンピュータのモニタ上に表示される6空間目標の一つに視覚的に導かれた腕に達するタスクを伴う実験についての詳細です。 TMSは、皮質興奮性を調べるために、運動から出てくるのいずれかのアナログ信号によってトリガされる（ すなわち 、EMGまたはelectrogoniometer入力）またはスイープベースのデータ収集ソフトウェアから生成されたデジタル信号です。この研究は、ヘルシンキ宣言に従ってマクマスター研究倫理委員会によって承認されました。サンプルデータセットが提供されます。

1.ハードウェア/ソフトウェアの要件

メモ ：図1に、コンピュータ制御の視覚運動実験の文脈でTMSおよびモーションキャプチャシステムを統合するためのハードウェア要件の概略。

1. シリアルおよびパラレルポートを持つ2つのデスクトップコンピュータ（まだ利用できない場合を装備）。視覚刺激配信ソフトウェアプログラムでPC 1スイープベースのデータ収集ソフトウェアを有する（ 図1）、およびPC 2を備えます。
2. ソフトウェアの操作
   1. 内部アナログ/デジタルボックス（A / Dボックス）の操作
      注：彼らは同様のソフトウェアプログラム自体を作成したい場合は、以下の操作は、読者に情報を提供します。これらの手順は、実験は単に作者が提供するソフトウェアを使用することができるように、実験の実行に必須ではないが、ガイドラインは、ユーザーが独自のソフトウェアを作成できるようにするために提供されています。
      1. スイープベースのデータ収集ソフトウェア内シーケンサファイルを作成します（パソコン1上で実行される（）補足情報2に「シーケンサファイル 'の例を参照してください。
         注記：この実験ではスイープベースのデータ収集ソフトウェアを使用して、シーケンサファイルを作成する動作の一例をhttp://ced.co.uk/products/signal#scriptで見つけることができます。
         NOTE：このファイルは、シーケンスは、実際のデータ収集と並行して実行され、外部トリガの同期タイミングと一緒に柔軟性を可能にするように必要な正確なタイミングのすべてを提供するように作用します。外部トリガ基準の変更は、スクリプトを実行するときに起動され、設定ダイアログボックスで行うことができます（詳細と「シーケンサファイル」のスクリーンショットのための「実験試験」の項を参照）。
      2. 聴覚信号の生成およびTMSトリガ条件を制御するシーケンサファイル内の別々のサブルーチンを作成します。 1サブルーチンは視覚刺激表示ソフトウェアからの入力に基づいて、聴覚信号を制御しています。また、1サブルーチンは、A / Dボックスのアナログ入力からの入力に基づいてトリガTMSを制御しています。
         注：シーケンサファイルの中に含まれているかの別々のサブルーチンの例では、補足情報（スクリプトとシーケンサーファイル）で提供されています。追加のウェブサイトをサポートするために1.2.1.1を参照してください。このデモで使用されるソフトウェアシステムに固有。このセットアップは、聴覚キュー生成がTMSのトリガ基準の試験と並行して発生することができます。
      3. （1.2.1.2参照）のサブルーチンを呼び出すシーケンサファイル内のコードの行を作成します。それは、それらのソースからの入力の到着を待つように、各サブルーチンの機能を持っている（ すなわち 、聴覚キューおよびTMSトリガーのアナログ入力用の視覚刺激表示ソフトウェア）。
   2. データ収集ソフトウェアベースの掃引電磁モーションキャプチャシステムとの間の接続および通信
      1. シリアル接続を介して電磁モーションキャプチャに出力するスイープベースのデータ収集ソフトウェアのスクリプトファイル内のコマンドの数をコード行を生成し、連続的にデータを生成するために電磁モーションキャプチャシステムを取得する（これらのコマンドは、に記載されていなければなりません電磁モーションキャプチャシステムのマニュアル）。これらのコマンドは、（650にライン114から88と635を参照して、script_file.sgs）ダウンロード可能なスクリプトファイルに記載されています。
      2. スクリプトファイルは各試行のスイープにモーションキャプチャデータを追加するために持っているコードの行を作成します。次に、スクリプトは、PC 2のモニタに十字カーソルの位置を制御するための視覚刺激の送達ソフトウェア（PC 2）のPC 1からシリアル接続を介してモーションキャプチャデータを渡しています。
         注：このイベントのシーケンスは、連続してASCIIデータを生成する電磁モーションキャプチャを可能にし、データは、シリアルラインから読み出されます。
      3. 実験の最後に、スクリプトファイルを持っているコードの行を作成する電磁モーションキャプチャシステムのデータ出力をオフにするコマンドを送信します。これを行うには、スイープベースのデータ収集ソフトを持っている（具体的にはライン114から88と65、このデモのために使用されるコマンドコードのscript_file.sgsを参照してください6の座標値が続くセンサー番号を保持しているテキストの行を送ります658から3）。
         注：これらのコマンドの詳細については、電磁モーションキャプチャシステムのウェブサイト上で検出された（セクション1.2.1.1）。
         注：座標は陰性であった場合、それは任意の空白文字によって、以前の番号から分離されていない可能性があるため、数値を抽出する前に、文字列は「消毒」しています。
   3. 視覚刺激配信ソフトウェア通信にスイープベースのデータ取得ソフトウェア
      1. セットアップスイープベースのデータ収集ソフトウェアと視覚刺激の配信ソフトウェアの間の通信の3つの別々のチャンネルを。
      2. セットアップこれを行うには、PC1とPC2の間の両方向のテキストデータを運ぶために使用される2つのシリアルラインを、PC 1とPC 2（各PC間の単一方向である各シリアル回線、 図1）の間のシリアルケーブルを接続します。
      3. A / Dボックスにパソコン2を接続します。これを行うには、1エン上のLPTポートを持つケーブルを作成し、または購入dおよび他の側にはオス型BNC接続。 PC2にLPTポートを接続し、A / Dボックスのトリガ入力にBNC接続を接続します。
         注：この接続は、ラインは、A / Dボックストリガ入力に視覚刺激の配信ソフトウェアシステムのLPT1ポートで生成されたパルス（ すなわち 、パソコン2、 図1）を運ぶことができます。
         注：シリアル回線を他のすべての情報のために転送しながら、TTL信号は、視覚刺激の配信ソフトウェアの操作に同期してデータ収集スイープの開始の正確なタイミングを保証します。
         注：視覚刺激の配信ソフトウェアを搭載したPCにインストールされている実際のPCI-ExpressのLPTおよびCOMポートカードを使用してください。このセットアップは、ソフトウェアが正常に動作することができますし、それを強くお勧めします。視覚刺激の配信ソフトウェアの通信は、任意の遅延を回避するために、低レベルで行われ、一般的にシミュレートされたLPTおよびCOMポートのハードウェアの提供し上で確実に動作しません。USBドングルによってエド。
      4. 20ミリ秒の問題を引き起こすよりも値がはるかに短いか長いよう、視覚刺激の配信ソフトウェアファイルでは20ミリ秒にトライアル期間の値を設定します。 https://www.neurobs.com/menu_support/menu_help_resources/overview：このプロセスを完了する方法についてのリソースには、次のWebサイトで見つけることができます。補足文書（プレゼンテーションシナリオファイル）で提供シナリオファイルの行に46から39を参照してください。
         注：視覚刺激の配信ソフトウェアの操作は非常に密接に画像生成に関連付けられていて、期待どおりに試行関数に設定された試用期間が適していた場合を除き、当社の経験でシリアル通信が、動作しませんでしたので（ すなわち 、20ミリ秒）。
      5. スイープベースのデータ収集ソフトウェアおよび視覚刺激送達ソフトウェアとの間で情報を渡すための通信プロトコルを作成します。
         注：セクション1.2.3.7 1.2.3.11には、これが完了する方法について説明します。ステップ1.2.1.1で提供されるリソースを参照してください。それぞれスイープベースのデータ収集ソフトウェアと視覚刺激の配信ソフトウェアのさらなるサポート、および1.2.3.5。
      6. 視覚刺激配信ソフトウェア方向にスイープベースのデータ収集ソフトウェア、情報の2つの形式で送信するようにスイープベースのデータ取得ソフトウェアのコードの行を作成します。トライアルを開始および停止するためのトライアル番号、十字カーソル位置。スイープベースのデータ収集ソフトをお持ちの改行によって終了テキストの行としてすべての情報を送信します。これが完了したかのシグナルスクリプトファイルの行に708から700を参照してください。
      7. 2種類の情報を区別するために視覚刺激の配信ソフトウェアの場合、すべての値がスペースで区切られていると、情報の種類に応じて0または1または2の数字が続く1とする初期の文字を設定します。視覚刺激の配信ソフトウェアは、この情報を扱うには難しさがありません。 Hを参照するには、シナリオファイルの153にライン89を参照してください。OWこの操作は、視覚刺激の配信ソフトウェア以内に完了しました。
      8. 、データ収集ソフトウェア方向ベースの掃引単一ASCIIとしてスイープベースのデータ収集ソフトウェアに送信されるように、0から9まで、単一の整数値を出力する視覚刺激の送達ソフトウェアコードの行を作成するための視覚刺激の送達ソフトウェア文字 '0'ラインフィードに続く「9」へ。この操作が完了する方法を決定するために、シナリオファイルの87にライン82を参照してください。
      9. 参加者が目標位置にヒットしたか否かのスイープベースのデータ収集システムへ情報を返すために、0と1の値を送信するために視覚刺激送達ソフトウェア内のコードの行を作成します。この操作が完了する方法を決定するために、シナリオファイルに220にライン80と154から72を参照してください。
      10. エンド・オブ・トライアルメッセージに関する情報を送信するために視覚刺激の配信ソフトウェアのコードの行を作成します（つまり、
   4. 裁判中のオペレーションのシーケンス
      1. セットアップ試験の実行がスイープベースのデータ収集ソフトウェアは、全体的な配列決定の「担当」であると、スイープベースのデータ収集ソフトウェアと視覚刺激の送達ソフトウェアとの間で共有されるように、試験のシーケンス。
      2. スイープベースのデータ収集ソフトウェアは、トライアルの詳細と、そのため、より少ない通信が必要とされるで注釈する必要がある実際のデータファイルを生成するので、実験の順序の制御にスイープベースのデータ収集ソフトを入れてください。
      3. セットアップ動作のシーケンスは、次の試行の設定（目標位置およびTMSトリガ型）を選択スイープベースのデータ収集ソフトウェアで始まるように、スクリプトを。これらの操作を完了する方法を理解するために、スクリプトファイルでは、行に345から335を参照し、これらの行の中に記載のループに対応します。
         注：ループは、スクリプトファイルに含まれています。
      4. 次に、TMSトリガ型トライアルの他の側面を制御するA / Dボックスにスイープベースのデータ収集ソフトウェアセットパラメータを有しています。これを行うには、スイープベースのデータ収集ソフトを持っていたA / Dボックスが視覚刺激の配信ソフトウェアから掃引トリガを待って、目標数のシリアルラインを超える視覚刺激の配信ソフトウェアに通知されるように、データ収集を開始します（TTLパルスを経て、 すなわち 。）トライアルを開始するために視覚刺激の配信ソフトウェアの原因となる使用（1〜7）、。この操作を完了する方法を理解するためにラインに信号スクリプトの303から180を参照してください。
      5. 上記のステップを完了した後、SWEEの収集が完了するスイープベースのデータ収集ソフトウェアウェイトを持ちますA / DボックスによるデータのP、それがサンプリングされたデータへの電磁モーションキャプチャシステムから受信する任意の位置のデータを追加。ライン117この操作を完了する方法については、スクリプトファイルの697から178に661を参照してください。
      6. セットアップ視覚刺激の配信ソフトウェアを対象制御の十字カーソル位置を監視すること。セットアップ視覚刺激の配信ソフトウェアを指定した位置にターゲットを移動し、カーソルが（視覚刺激配信ソフトウェアで定義された）特定の期間のためのホームポジション内にある後LPT1ポートのTTLパルスを生成します。この手順を完了する方法のシナリオファイルの行に232から89を参照してください。
      7. 視覚刺激配信ソフトウェアはA / Dボックスデータ取得をトリガーするTTLパルスを送信し、これにより、A / Dボックス内トライアルタイミングを起動するコードの行を作成します。この手順を完了する方法で行にシナリオファイルの232から222を参照してください。
      8. これと同時に、視覚を持っています刺激配信ソフトウェアのシナリオファイルは、それが指定された位置にターゲットを移動して、ターゲットを「打つ」ことを監視する十字カーソルの監視を開始するまでの遅延を開始（ すなわち 、指定された期間のためにターゲット上に残っています）。セットアップスイープベースのデータ収集ソフトウェアは、試験完了の視覚刺激の配信ソフトウェアに通知するまで、それが十字カーソル位置のこの監視を継続するような視覚刺激の配信ソフトウェアを。
         注：これらの操作は、ステップ1.2.4.6と1.2.4.7で提供シナリオファイル内のコードの同じ行にあります。
      9. A / Dボックス内に、時間遅延を作成します。指定された期間については、遅延の最後まで実行し、ソフトウェアモニタ2 EMG信号（注：任意のアナログ信号とすることができる）必要があり、彼らは低振幅であることを確認する（この振幅値は、ユーザー定義です）。著者らは、参加者の最大の自発的な活性化の筋電図+/- 100μVの振幅や〜1％をお勧めします。この操作を完了するためにライン45シーケンサファイル内の75を参照してください。
      10. 「非静かな「EMG信号が検出された場合も、コードが1のA / Dボックスで生成されたデジタルマーカーでマークされたこの静かなEMG監視期間の開始をするコードの行を作成し、さらに任意のを許可しません/ Dボックスの出力（ 例えば 、ビープ音またはTMSトリガ）が試験中に生成されます。 「非静かな「EMG信号がある場合、試験が繰り返されるようなソフトウェアでコマンドを設定します。これらの操作用のスクリプトファイルの420に​​ステップ1.2.4.9に記載されたラインプラスラインシーケンサファイルの124から118及びライン347を参照してください。
      11. 遅延の終わりには、静かなEMG信号を記録した後、A / Dボックスが（このセットアップでは、DAC出力が可聴「ビープ音」が発生）DAC 0出力パルスを生成しています。デジタルデータポイントが「コード2」と「ビープ音」の開始時刻をマーク-generated A / Dボックスを持っているか理解するために、シーケンサファイルの138にライン126を参照してください。この操作を完了します。
      12. セットアップスクリプトをスイープベースのデータ収集ソフトウェアのA / Dボックスが適切な基準に基づいて、TMSトリガを掃引時間と入力信号を監視し、発生しています。 （それが発生した場合）は、デジタル「コード3」のデータポイントは、このTMSトリガの時間をマークするようなコードの行を作成します。この操作を完了する方法を理解するためにラインをシーケンサファイルの116から77を参照してください。
      13. 、適切なトリガ条件のため、待機期間があり、掃引の終了前に設定された期間まで継続します。
          注：これは基準が満たされない場合は無限に発生裁判を防ぐことができます。この操作を完了する方法を理解するために、シーケンサファイル内の138にライン76と118から65を参照してください。
      14. セットアップA / D・ボックス・データの収集が完了したことを検出し、試験が終わった視覚刺激配信ソフトウェアに通知するスイープベースのデータ収集ソフトウェア。理解するためにスクリプトファイルの303にライン180を参照してください。どのようにこのステップを完了します。
      15. 視覚刺激送達ソフトウェアは試験が終わったことを通知されると、視覚刺激の配信ソフトウェアがホーム位置にターゲットを戻し、参加者がターゲットを「ヒット」するかどうかについてのスイープベースのデータ収集ソフトウェアに情報を送信しています。スイープベースのデータ収集ソフトウェア「タグ」の参加者がターゲットを「ヒット」しなかった場合、データの新たにサンプリングされたフレームを持っています、。ラインにこの操作を完了する方法のシナリオファイルの221から89を参照してください。
      16. 、審理後の遅延のためにと、この遅延の終了時に待機するスイープベースのデータ取得ソフトウェアでスクリプトをアップ設定1のステップと、サンプリングされたデータを破棄し、プロセスのリターンを持っているとsweep-場合は、最後の試行を繰り返しますベースのデータ収集ソフトウェアは、TMSを誘発する、またはすべてが「OK」であれば次の試行に移動しませんでした。これを実行する方法を理解するためのスクリプトファイルの行303から180と対応するループを参照してください。操作。
          注：スイープベースのデータ収集ソフトウェアと必要に応じては、実験的な動作を容易に調整するために許可された操作のために必要なシーケンスを制御するステートマシンを使用する視覚刺激の送達ソフトウェア。
3. モーションキャプチャデータを取得するために骨のランドマークにセンサーを配置します。腕姿勢に関するデータを収集するには、トランク（胸骨上切痕）の場所センサ、ショルダー（肩峰）、肘（外側上顆に優れた8ミリメートル）、および手の背に三日月形と頭状の骨の間、手首（と最小限のセンサと回転の共同センターを追跡するための推奨事項に従って、）3 ^番目の数字と一致した^。10

図1.ハードウェアのセットアップ。電磁モーションキャプチャデータは、スイープに送信されるのを許可するにはベースのデータ収集ソフトと視覚刺激の配信ソフトウェアは、最初のシステムのコンソールで4電磁センサーを組み立てます。 9ピンのシリアルケーブルでパソコン1にシステムのコンソールを接続します。 PC1は、9ピンのシリアルケーブルでパソコン2に接続します。 TMSの送達を可能にするには、USBケーブルでのA / Dボックスを搭載したPC 1を接続し、A / DボックスおよびTMSユニット間のBNCケーブルを接続します。 EMG記録を可能にするために、EMGはEMGアンプにつながる接続し、BNCケーブルを介してA / DボックスのEMGアンプを接続します。オンライン関節角度の変化を記録するためにBNCケーブルを介してA / Dボックスにelectrogoniometer（エルゴン山）を接続します。トライアル開始をトリガする視覚刺激の配信ソフトウェアを許可するには、BNCケーブルにLPTポートを介してA / Dボックストリガ入力にパソコン2を接続してください。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

4. ハードウェアの接続実験中（図1）
   1. 9ピンのシリアルケーブルでスイープベースのデータ収集ソフトウェアを実行しているPCに電磁モーションキャプチャシステムを接続します。
   2. これは、スクリプトとシーケンサーのファイルに含まれるすべての上記の操作によって行われ等のデータ収集ボックスは、モーションキャプチャデータのTMS配信と記録を調整する必要があります。パソコン2のA / Dボックストリガ入力からケーブルを平行にパソコン1とBNCにUSBケーブルを使用して、A / Dボックスを接続します。
   3. EMGはEMG活動の収集とモータが電位（MEPを）を誘発として測定皮質出力用EMGフィルタとアンプ（ゲインx1,000）（バンドパスは20と2500 Hzに設定）につながる接続します。
   4. 実験中のTMSパルスをトリガするためにPC1にスイープベースのデータ収集ソフトウェアを可能にするために、適切なデータ・アクイジション・ボックス、デジタル出力に単相性経頭蓋磁気刺激（デジタル出力 '0'この実験で）を接続します。 LI>
   5. この接続は、著者が提供するソフトウェアを使用して、肩の角度に基づいて、TMSをトリガーするスイープベースのデータ収集ソフトウェアを可能にするアナログ・チャネル2のデータ収集ボックスにelectrogoniometerを接続します。
   6. 構築したり、重力に抗してアームを支持するアームブレースデバイスを購入します。このデバイスは、（ 図2参照）を水平面内で平面的な動きを可能にします。デバイスを構築する場合は、描画の例では、対応する著者からの要求に応じて入手可能です。2ディスプレイのデモで使用される装置の写真を図 。

デバイスをブレーシング図2.アーム 。 TMSコイルは、参加者の頭皮上に置かれている間に描か装置ブレースアームに配置された参加者です。JPG "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

2.実験セットアップ

1. 人体計測対策
   1. スケールを使用して、参加者の総体重を記録します。
   2. 動と動態解析のためのすべてのセグメントの長さを測定します。例えば、腕と、このアプリケーションでは、測定テープと手の長さは、前腕、上腕を測定します。
   3. 研究文献からの式を用いて人体計測、質量のセグメント中心として対策、大量の場所のセグメント中心と回転半径を計算します^{。9,12,13（}補足1を参照）。
2. EMGのセットアップ
   1. 光研磨剤ゲルと関心の筋肉（S）上の皮膚を準備し、アルコールで拭いてください。インピーダンスメータとのインピーダンスを確認してください。皮膚電極インピーダンスがEMG信号アックイを強化するために10kΩの下にあることを確認してくださいジション。
   2. 双極モンタージュへの関心の筋肉の筋肉の腹の上に2つの電極を配置します。著者はEMGの配置を支援するためのリソースを読者に指示します^。2にこの実験では、上腕二頭筋、上腕三頭の上の場所の電極は、主要な、後部三角筋、および腕橈骨を胸。
   3. BNCケーブルを使用して、アナログチャンネル0、1、3、4にEMG増幅器からの出力を接続し、図5（この特定の実験のために、ダウンロード可能なスクリプトで使用されるものに関連するものチャネル）A / Dボックスの。
3. TMS
   1. ソフトウェアのマニュアルに記載されているように、ニューロナビゲーションソフトウェアプログラムを使用して参加者にTMSコイルを調整します。
      注：他の方法は、人の頭皮にコイル位置を較正するために使用することができるが、ニューロナビゲーションソフトウェアプログラムを使用することが推奨されます。
   2. モータホットスポットの位置を確認します。開始位置として、彼反対にコイルを配置腕/手のmisphereは、一次運動野の手/腕の面積のおおよその位置を与えるために研究し、頂点に横5センチメートルされています。国際10-20脳波電極配置システムを使用して、頂点の位置を確認します。
   3. 参加者の頭の上に平らなTMSコイルを配置し、それは矢状面との関係で45°であるように、コイルを向けます。この位置決めは、皮質の内外前部単相電流にlatero - 後方を誘導します。
   4. スイープベースのデータ収集ソフトウェアに記載されているように、最大​​刺激出力の30％〜から始まり（MSO）、6秒以上の刺激間間隔でTMSパルスを提供します。
   5. MEPが関心の筋肉で観察されるまで、TMSコイルの向きの小さな変化とわずかに異なる場所を移動します。
   6. ターゲットの筋肉に〜1 mVでの欧州議会議員を生み出すMSOを決定します。デジタルこの場所を登録するニューロソフトウェアを使用してください。繰り返すモータホットスポットが実験のために必要とされている各筋肉のためにこの手順を実行します。
   7. 単一のTMSパルスを送出し、オンラインピーク振幅にMEPのピークを記録し、関心の筋肉で最も信頼性の高い〜1 mVのMEPを生成強度で開始することにより、 休ん運動閾値（RMT）を決定します 。
   8. MEPのピーク・ツー・ピーク振幅は5〜10アウトの連続試験で≥50μVとなる^。3,11 MSOを決定
      注：以前の文献と一致するためには^、1,3 MEPは単極EMGのモンタージュから記録されていることを確認します。
4. 実験的試験
   1. 最初の（すなわち、シナリオファイル）視覚刺激配信ソフトウェアプログラムを実行することによって、実験を開始します。ソフトウェアは、電磁モーションキャプチャデータの読み込みを開始し、1モーションキャプチャセンサを制御できるようにするための第1の視覚刺激配信ソフトウェアプログラムを起動することができ画面上のカーソル。
   2. スイープベースのデータ収集ソフトウェア内の実証実験のための「スクリプトファイル」を実行します。このスクリプトファイルには、裁判のタイプに基づいて外部トリガを提供する「シーケンサファイル」を読み込みます。
   3. 入力が開き、設定ダイアログボックスの情報を希望しました。階段、2.4.11すべての2.4.4は、設定ダイアログボックスに関係します。
   4. ボックス「ランダム化ブロックの刺激セット」の値が「1」を入力します。この値は、試験の種類がブロックで実行される回数を制御します。
   5. 「ランダム化ブロック実験で「ボックスに値「20」と入力します。この値は、実験で実行されるブロックの数を制御します。
   6. 「ビープ音パルス持続時間」ボックスに値「20」と入力します。この値は、DAC出力の時間の長さを制御し、したがって、どのように長いビープ音のパルスが「オン」です。
      注：長さを増加させるために、この値を変更します聴覚トーンが存在します。
   7. 「ビープ音パルス振幅」ボックスに値「5」を入力します。この値は、DAC出力のボルトで振幅とビープ音パルスのため、「ボリューム」を制御します。
   8. 「時限トリガポストビープ遅延」ボックスに「100」の値を入力します。この値は、聴覚、「行く」キューとデジタル出力（すなわち、TMSトリガ1）間のミリ秒単位の間隔を決定します。
   9. 「EMGトリガ閾値​​レベル」ボックスに値「0.1」と入力します。この値は、デジタル出力をトリガするために必要なボルトでEMGの振幅を決定する（ すなわち 、TMSトリガ2）。これらの措置は、非整流EMG信号に採取しました。
   10. 「アングルトリガー閾値レベル」ボックスに値「0.242」と入力します。この値は、デジタル出力をトリガするelectrogoniometerから読み出さボルトで閾値を決定する（ すなわち 、TMSトリガ3）。
       注：この値は、校正に依存electrogoniometer。ユーザーは、電圧値がTMSパルスを誘発する関節角度のしきい値に対応していることを入力する必要があります。
   11. 「審理後の遅延」ボックスに値「1」（ すなわち 、1秒）を入力します。この値は、間トライアル間隔を決定します。
       注：各機能の詳細については、スクリプト内または作者からの要求により求めることができます。
   12. すべてが参加、TMS、および視覚刺激表示プログラムに関して作成されると、スクリプトを起動します。
   13. このステップの後、任意の/または最小限のユーザー入力を持つことなく、独自のソフトウェアの実行を観察します。
       注：例の試験では、ホームポジションターゲットにカーソルを置き、参加することから始まります。新しいビジュアル目標位置が表示され、参加者はこのターゲットに移動し、一度、聴覚信号をデータ収集ボックスの出力をアナログデジタルを介して配信されます。「行きます」。
   14. キューを提供した後、Tにカーソルを移動し、参加者に依頼ARGET。カーソルを使用して、目標位置に到達した後、ホームポジションを観察し、ホームポジションに戻ってカーソルを置くことによって次の試行を開始します。
       注：ここではスクリプトによってトリガされるTMSの例です。個人が自分のホームポジションにあることを確認します。視標の位置を観察し、このターゲットにカーソルを移動し、参加者に指示します。キュー聴覚「GO」以下の100ミリ秒で発生するようにTMSをトリガします。個人は1秒間目標位置にカーソルを保持します。個人は、次の裁判を待ってホームポジションに戻ります。
   15. カーソルがホームポジションにあることを確認します。視標の位置を確認し、目標位置にカーソルを移動し、参加者に指示します。キュー聴覚「GO」以下の100ミリ秒で発生するようにTMSをトリガします。個人が1秒の目標位置にカーソルを維持するように指示。次の試行を待ってホームポジションにカーソルを返すために個人を確認して下さい。
       注：この例では、アナログ信号は、TMSをトリガします。具体的には、この例では、EMGは、TMSパルスをトリガします。 TMSパルスがトリガされた7の目標条件は、x 3つの異なる時点（ すなわち 、トリガ1、トリガ2、トリガ3）：実験は、21状態を有しています。この例では、TMSパルスがデジタルイベント、またはEMGまたはelectrogoniometer入力として外部アナログ・トリガ・イベントに基づいてトリガされます。これらのデジタルまたはアナログのイベントがシーケンスとスクリプトファイルを変更することにより、ユーザが変更することができます。実験のおおよその合計時間は3〜4時間です。

Results

図3は 、単一の試験の結果が表示されます。この試験では、 図3（a）は、参加者の初期位置を示しており、聴覚「GO」合図の後、参加者はターゲット（ すなわち 、最終的な位置）に可能な限り迅速かつ正確に移動させるなど。スイープベースのデータ収集ソフトウェアは、上腕二頭筋における筋電図の発症に基づいて、TMSパルスを誘発しました。これは、タスクの実行中に特定の時間で評価される上腕の筋肉に向け皮質出力の測定を可能にした。 図3（b）は、この試験の筋電図の発生時に、単一のTMSパルスから各筋肉から得られたMEPが表示されます。 TMSパルスからのMEPのピーク・ツー・ピーク振幅は、各筋肉から測定されます。代替的に、MEPの面積を測定することができます。異なる動きフェーズまたは移動タイプ間のMEPサイズの変化はco​​rticospiの変化を示しています時間の異なるタスクまたはポイント間でNAL興奮。モーションキャプチャとTMSシステムの統合的なアプローチを使用し...

Discussion

本稿では、視覚運動タスクのコンテキストでTMSとモーションキャプチャシステムを統合する革新的な方法について詳しく説明しています。 人間の運動制御の研究を迅速かつ有意義に進歩させるには、複数のハードウェアおよびソフトウェア システム間での正確な通信を可能にする方法論が不可欠です。 提示されたパラダイムは、運動学習への皮質の寄与、運動制御の神経生理学、特殊集団における多関節運動制御など、さまざまな研究対象を研究するために使用できます。 たとえば、このパラダイムを使用して、肩関節と肘関節の周りに作用する相互作用トルクの大きさと方向の変化に応じて皮質脊髄の興奮性がどのように変化するかを研究しました。 相互作用トルクは、すべての「現実世界」の多関節運動に存在し、動作が速くなるほど、運動計画への影響がより明らかになります。しかし、小脳性運動失調症の人や発達性協調障害の子供は、自発的な目標指向の腕の動きを実行するときに、これらの相互作用トルクを「説明」することに問題を抱えています。 提示されたパラダイムは、これらの集団の皮質機能を理解するために使用できます。

提示された手法を使用することには、い...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Polhemus FASTRAK	Polhemus Inc. (ポリヘムス)		4つのセンサーを備えた6自由度の電磁運動追跡装置
Presentation	Neurobehavioural Systems Inc.		データ収集と刺激供給を含む実験のための完全にプログラム可能なソフトウェア
CutomはExoskeleton	80/20 Inc.を構築しました - 産業用エレクターセット	Varying	外骨格の構築に使用されるさまざまな部品
Brainsight	Rogue Research Inc.		実験全体を通してコイルの位置を追跡するためのニューロナビゲーションソフトウェア