振動触覚刺激に随意運動反応の適時性と精度の評価方法

この実験プロトコルの全体的な目標は、個人が特定のタイプの振動触覚刺激にどれだけ迅速かつ正確に反応できるかを評価することです。この方法は、振動触覚フィードバックを通じて伝達できる感覚情報の種類や、振動触覚信号を通じて感覚情報を表現する最良の方法は何かなど、リハビリテーション工学分野の重要な質問に答えるのに役立つ可能性があります。この技術の主な利点は、さまざまなバイオフィードバックアプリケーションに非常に柔軟に対応し、反力を測定するための圧力センサーや関節角度を測定するためのゴニオメーターなど、さまざまなバイオセンサーでの使用に容易に適応できることです。

この方法は、大腿部の特定の領域に適用される振動に対する人々の反応についての洞察を提供しますが、体の他の領域にも拡張することができます。さまざまな触覚構成をテストすることで、バイオフィードバックを通じてどのような情報を伝えることができるかをよりよく理解することができます。この手順を実演するのは、私たちの研究室の大学院生であるSam Shiです。

USBポートを使用して大型のマイクロコントローラーボードをコンピューターに接続することにより、モーターのキャリブレーションを開始します。元のマイクロコントローラソフトウェア内で、丸で囲まれた右矢印で示されているアップロードアイコンをクリックして、カスタムスクリプトmotor_testをアップロードします。USB接続を使用してボードに接続します。

次に、三軸加速度センサーのZ軸出力を、小型のマイクロコントローラボードのアナログ入力ポートの1つに接続します。加速度計からのプラスリード線とアース線を、それぞれマイクロコントローラーボードの大腿部ボルトポートとアースポートに接続します。次に、加速度計を振動モーターに取り付け、そのz軸がモーターの平らな面に直交していることを確認してから、モーターを硬い表面に置きます。

データ質問ソフトウェアでmotor_calibration.viファイルを開き、加速度計用の小さい方のマイクロコントローラをUSBポートを介してコンピュータに接続します。次に、表示されたフィールドを使用して、マイクロコントローラ入力のシリアルポートと、収集する500ヘルツおよび1000サンプルのサンプリングレートを指定します。

motor_calibration. viインターフェースの高速48トランスフォームディスプレイを使用して、最大のピークを特定し、対応する振動周波数値を記録します。ここまでのすべての手順を繰り返し、各モーターの変調周波数またはPWM周波数の関係でパルスを手動で記録します。

次に、各モーターの experiment1.vi ファイルを開きます。ドロップダウン周波数メニューを右クリックして、プロパティを選択します。

[アイテムの編集]タブで、テーブルを使用して目的の周波数と対応するPWMレベルを入力します。[OK] を選択して終了します。最後に、すべてのモーターがキャリブレーションされたら、両面テープを使用して各モーターを太ももに取り付けます。

具体的には、大腿部の前面、後面、内側面、および側面のそれぞれに1つのモーターを配置し、大転子と外側大腿顆のほぼ中間に配置します。最初の実験を開始するには、シリアル-USBコネクタを使用してプッシュボタンをコンピュータのUSBポートの1つに直接接続し、必要なすべてのドライバがインストールされていることを確認します。実験を開きます1。

vi インターフェースを選択し、結果を記録するファイルを選択します。次に、ソフトウェアインターフェースのドロップダウンメニューを使用して、プッシュボタンの入力ポートとモーター周波数を選択します。プログラムを起動します。

参加者が振動を感じたら、フィードバックが適用される脚でプッシュボタンを押してもらいます。ボタンを押した後、クロックがカウントを停止したことを確認して、データ収集ソフトウェアインターフェースで応答を確認します。最後に、ドロップダウンメニューから新しい周波数セットを選択して、次の試行のためにモーターをリセットします。

2 番目の実験を開始するには、シリアル USB コネクタを使用して 2 つ目のプッシュ ボタンを別の USB ポートに接続します。次に、実験を開きます2。VIデータ収集インターフェース。

脚のさまざまな部分での周波数感度を調べるには、大転子と外側大腿顆の中間にある大腿部に、前面、後面、外側、および内側の各表面に単一のモーターを配置します。次に、ソフトウェアインターフェースのモーターアイコンをクリックして、アクティブ化する特定のモーターと目的の周波数シーケンスを選択します。ユーザーの感度をテストするには、140ヘルツ、180ヘルツ、220ヘルツの周波数に対して、1つの組み合わせを選択することから始めます。

たとえば、180 ヘルツの後に 140 ヘルツが続きます。待ち時間とモーター時間を入力します。次に、プログラムを開始します。

他の周波数の組み合わせをテストするには、220 ヘルツ、続いて 180 ヘルツなどの周波数の新しいテストを選択し、プログラムを再実行します。最後に、参加者に2つのプッシュボタンのいずれかを押して、2番目の知覚周波数が最初の周波数よりも高いか低いかを選択し、プログラムによって自動的に記録される応答を観察します。ここでは、キャリブレーション中の 1 つのモーターについて、加速度データの高速 48 変換の結果を示します。

180ヘルツの振動に対応するPWMレベルを特定するために、4つのトレイルが行われました。健常者と経大腿切断の3人を比較すると、健常者の反応時間は、周波数が140ヘルツから220ヘルツに増加するにつれて大幅に減少しました。一方、切断された個人のためのものはそうではありませんでした。

このプロトコルをマスターすると、テストする周波数ロケーションの組み合わせの数に応じて、30分から1時間で完了できます。この手順を試行する際は、実験全体を通じてトラッカーが大腿部との良好な接触を維持していることを確認することが重要です。各試験の前に、トラッカーが安全であることを確認するように注意する必要があります。

ここで説明するプロトコルは、プッシュボタンを使用してユーザーの応答を記録するが、この方法は、膝を曲げるなど、より生理学的に関連する他の応答メカニズムに拡張することができる。その開発後、この方法の開発後、この分野の研究者やリハビリテーション工学の研究者が、健常者や下肢切断者を対象に、振動触覚フィードバックを通じてさまざまなソースからの感覚情報を伝達するためのさまざまな戦略を探求する道を開きました。このビデオを見れば、振動触覚刺激の頻度と場所のさまざまな組み合わせに対するユーザーの反応の速度と精度を評価する方法について、十分に理解できるはずです。