직립 운동 작업 중 뇌 활동을 모니터링하는 것은 운동 장애의 신경 원인을 조사할 때 큰 가치가 있습니다. 여기에서는 기능적 근적외선 분광법과 4가지 유형의 운동 작업 중 근육 및 운동학적 활동의 지속적인 모니터링을 결합한 프로토콜을 보여줍니다.
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방법 논문
직립 운동 작업 중 뇌 활동을 모니터링하는 것은 운동 장애의 신경 원인을 조사할 때 큰 가치가 있습니다. 여기에서는 기능적 근적외선 분광법과 4가지 유형의 운동 작업 중 근육 및 운동학적 활동의 지속적인 모니터링을 결합한 프로토콜을 보여줍니다.
기능 근적외선 분광법 (fNIRS)은 인간 운동의 신경 제어의 연구에서 제시하는 것이 여러 가지 장점이있다. 이 참가자의 위치에 대해 상대적으로 유연하고 작업 동안 일부 머리의 움직임을 허용합니다. 또한, 그것의 사용에 거의 금기와, 저렴한 경량 및 휴대용입니다. 이것은 일반적으로뿐만 아니라 뇌성 마비 등의 운동 장애,있는 사람으로, 개발하고 개인의 모터 작업하는 동안 뇌 기능 활동을 연구 할 수있는 독특한 기회를 제공합니다. 운동 장애를 고려하여 추가 연구는, 그러나, 실제 동작 수행의 품질 및 추가, 의도하지 않은 움직임을위한 전위이다. 따라서, 모두 혈류의 변화와 뇌 테스트 중에 신체의 움직임을 실제의 동시 모니터링 fNIRS 결과의 적절한 해석이 필요하다. 여기서 우리는 fNIRS의 조합을위한 프로토콜을 보여근육과 모터 작업하는 동안 운동 학적 모니터링. 우리는 걸음 걸이를 탐험, 일방적 인 다 관절 운동 (자전거), 두 개의 일방적 인 단일 관절 운동 (격리 발목 배측 굴곡, 고립 손 스퀴즈). 제시된 기법은 둘 다 전형적인 비 전형적인 모터 제어를 연구에 유용 할 수 있고, 작업 및 과학적 문제를 폭넓게 조사하도록 변형 될 수있다.
기능적 태스크 중 신경 이미징 피질에서 혈류 역학을 측정함으로써 뇌의 활동 영역을 식별하기 위해 비 침습성 기능적 근적외선 분광법 (fNIRS)를 이용하여 휴대 성 및 비용 효율적이되고있다. fNIRS의 휴대은 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)와 같은 다른 기술과 수 없습니다 걸음 걸이 하나, 같은 직립 및 기능 작업의 연구에서 특히 유용하다. 이 기능은 신경과 및 신경 과학 분야에서 중요하고, 뇌성 마비 (CP) 및 모터 제어에 영향을 미치는 다른 신경 학적 조건과 어린이와 성인의 운동 장애를 기본 메커니즘에 새로운 통찰력을 제공 할 수있다. 메커니즘을 이해하는 것은 손상 및 활동 한계 소스를 대상으로 효과적인 중재를 설계하는 능력을 향상시킨다.
모터 작업의 많은 fNIRS 연구는 현재까지 성인의 건강한 인구 부분왔다icipants은 특정 작업 및 작업 성능 모니터링이 육안 검사에 제한을 수행하도록 지시한다. 이는 일반적인 운동과 참여의 높은 수준의 사람들을 위해 충분하지만, 운동 장애 또는 어려움 일반적으로 개발 어린이를 포함한 시간의 연장 기간에 대한 작업에 참석있는 사람들 참가자를 공부할 때 허용되지 않습니다 수 있습니다. 이러한 경우 뇌의 활성 분석을 알리기 위해, 실제로 완료 모터 패턴의 동시 모니터링이 요구된다.
fNIRS 시스템 및 사용량의 포괄적 인 리뷰는 문헌 사용법을 안내 데이터가 남아 fNIRS의 정확성과 이러한 시스템의 감도 있지만 수집, 처리에 기술적 문제 및 해석을 설명하는 데 도움이 2-5에 제시되었다. 색상 및 모발의 두께는 광 차단하거나 transmi 왜곡 가능성이 가장 두꺼운 검은 머리와, 광 신호의 품질에 영향ssion 3,6. 모낭 밀도가 가장 크다 정수리 영역에있는 감각 영역 공부, 일부 연구는 비 반응자에게 -6,7-보고하는 경우에 특히 적합하다. 잘 확립 된 국제 10/20 시스템 optodes의 배치를 위해 사용되지만, 특히 참가자의 해부 MRI에 optode 위치 비정형 뇌 해부학 공동 등록 가진 사람들의 경우에 정확하게 필수적 해석 할 수없는 경우에 매우 유용 할 수있다 결과.
어린 시절 발병 뇌 손상 뇌 활성화를 평가하는 fNIRS의 사용은 비교적 최근이지만, 일방적 인 뇌성 마비 6,8,9의 영역에서 견인을 얻고있다. 상술 한 과제를 고려하여,이 프로토콜은 간단한 단일 - 공동 작업뿐만 아니라 더 복잡한 전신 운동을 포함한 다수의 태스크 동안 fNIRS, 모션 캡쳐 및 근전도 (EMG) 모니터링을 결합한다. 시각 및 청각 지침은 우리입니다ED는 참가자의 여러 시대에 걸쳐 관심과 작업 성능을 향상시킬 수 있습니다. 프로토콜의 목표는 일반적으로 현상하는 사람들에 비해 단안 및 양안 소아 발병 뇌 손상과 그 뇌의 활성화 패턴의 차이를 식별하는 것이다. 우리는 방법의 응용 프로그램의 다양성을 설명하는 전신 운동 (보행), 양자 하체 다 관절 운동 (자전거), 두 개의 일방적 인 단일 관절 운동 (격리 발목 배측 굴곡, 고립 손 스퀴즈)를 탐구한다. 동일하거나 매우 유사한 프로토콜이 다른 감각 또는 운동 장애 또는 관심의 다른 태스크를 연구하는데 이용 될 수있다.
근적 외광을 방사는 연속파 및 맞춤 설계된 소스 검출기 구성을 사용하여, 690 nm 내지 50 Hz의 레이트로 fNIRS 시스템을 사용 감각 피질 위에 830 nm에서 검출되었다. EMG 데이터는 1000 Hz의 주파수에서 무선으로 수집 하였다. 반사 마커 3-D 위치는이었다100 Hz의 레이트로 광 모션 캡쳐 시스템에 의해 수집 하였다. 두 컴퓨터는 데이터 수집, 및 모션 캡쳐를위한 EMG fNIRS 용과 다른 처리. 데이터는 각 작업에 대한 교육 애니메이션을 시작하려면 마우스 버튼을 누른에 해당하는 세 번째 컴퓨터에서 트리거 펄스를 사용하여 동기화 된. 걸음 걸이를 제외한 모든 작업의 경우, 교육 애니메이션은 만화 동물 점프 또는 발로뿐만 아니라 청각 신호로 표시되는 작업 (1 Hz에서)의 속도의 시각적 지침을 사용하여 참가자 성능을 표준화하기 위해 설계되었다.
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참고 :이 프로토콜은 국립 보건원의 임상 시험 심사위원회 (: NCT01829724 ClinicalTrials.gov 식별자)에 의해 승인되었다. 모든 참가자가 질문을하고 참여하기 전에 동의를 제공 할 수있는 기회가 주어집니다. 혈관 확장 및 혈관 수 축제의 최근 사용으로 인한 혈역학 적 반응에 대한 변경 사항을 고려하여, 참가자들은 3 .These 애니메이션 동영상을 사용자 정의 우리의 실험실에서 수행 된 실험 전 24 시간 동안 알코올과 카페인을 삼가하도록 요청하지만, 다른 기록 될 수있다 소리 또는 다른 연구 질문에 대한 특정 이미지.
1. 이전 참가자의 도착에 객실을 설정.
2. 기본 조치
3. 기능 근처 적외선 분광학 (fNIRS) 설치
주 : 참가자가 여러 사람이 동시에 그들 가까이 내키지 경우이 어시스트 데 충분한 실험자 또는 연구원이 있으면 EMG 및 모션 캡처의 설정과 동시에 완료 될 수있다.
4. 표면 근전도 (EMG) 설치
5. 모션 캡쳐 설정
6. 보행 작업
7. 양측 하체 순환 작업
8. 손을 꽉 조이고 작업
9. 발목 배측 굴곡 작업
프로 10. 결론로토콜
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이 프로토콜은 참가자 모터 작업 (도 1)을 수행하는 동안 뇌 혈류, 근육 활동의 전기 및 관절 운동 학적 움직임을 캡처 3 양상의 동시 획득을 조정한다.

그림 1. 프로브 위치.이 도면의 좌측 부분 (녹색, 브로드 만 4), 일차 운동 영역 (블루, 브로드 만 영역 1,2,3)에 감각 영역의 대략적인 위치, 전 운동 영역을 도시 (오렌지, 브로드 만 영역 6). 이 그림의 오른쪽 부분과 관련 기능 (MGH 광학 부 (15)에서 오픈 소스 다운로드 가능) AtlasViewerGUI를 사용하여 생성되었습니다. 요컨대,이 프로브 디자인은 소스, 검출기 및 anato의 공간 배열을 사용 Colin47 아...
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피질의 대상 지역과 사람이 운동 장애와 그뿐만 아니라 일반적으로 개발 인구 모두에서 운동의 신경 제어에 대한 우리의 이해를 향상시키기위한 선물 엄청난 잠재력을 이동하는 방법에 대한 정량 데이터에서 뇌 활동의 동시 모음. 참가자들은 기능적 MRI 때처럼 앙와위로 제한되지 않기 때문에, 완료 될 수 연령과 이동 작업의 측면에서 다양한 응용이있다. 시장에서 사용할 수있는 몇몇 모션 캡쳐 및 모션 정량화 시스템, EMG 시스템 및 fNIRS 시스템이 있고, 그것들은 여기에 제안 된 것들 대신에 사용될 수있다 - 특정 장비 아이템은 재료 목록에 제시된 것들에 한정되지 않는다. 또한, 선택된 모션 캡쳐 시스템이 사용되는 본체와 헤드 또는 비 - 광학 기술 모두에서 마커 국산화 측정에 충분한 양을 가지고 있지 않는 경우, 3-D 위치 추적스타일러스는 공통 좌표계에서 해부학에 대한 optodes을 찾는 대신에 사용될 수있다. 그것은이 별도로 심박수 및 혈압 등의 생리 데이터를 수집 할 수있는 경우에는 마지막으로,이 정보는 HBO와 HBR 시...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
이 프로젝트는 미국 국립보건원임상센터(National Institutes of Health Clinical Center)의 교내 연구 프로그램(Intramural Research Program)의 지원을 받았습니다. 우리는 이 프로토콜에 제시된 절차를 개선하는 데 있어 Thomas Bulea, PhD 및 Laurie Ohlrich, PT와의 유용한 논의에 감사드립니다. Muyinat W. Osoba와 Andrew Gravunder, MS가 애니메이션 작업을 지원했습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| CW6 | TechEn | http://nirsoptix.com/ | fNIRS 기계, 포함된 모듈 수에 따라 다양한 수의 소스 및 검출기 |
| MX 시스템 10개의 T40 시리즈 카메라가 있는 MX 시스템 | Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK | http://www.vicon.com/System/TSeries | 모션 캡처 카메라 |
| 반사형 4mm 마커 | Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK | 모션 캡처 카메라에서 fNIRS optodes, Ar, Al, Nz 및 손 좌표를 찾는 데 사용하는 마커입니다. | |
| 반사형 9.5mm 마커 | Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK | 모션 캡처 카메라에서 팔과 다리 좌표를 찾는 데 사용하는 마커입니다. 클러스터는 사지 세그먼트에 사용되며, 오프셋이 있는 마커는 데이터 캡처의 신뢰성을 향상시키기 위해 PSIS 및 Iz에 사용됩니다. | |
| Trigno 무선 EMG 시스템 | Delsys, Inc. Natick, MA | http://www.delsys.com/products/wireless-emg/ | 근전도 |
| Bertec 분할 벨트 계장화 디딜방아 | Bertec Corporation, Columbus, OH | http://bertec.com/products/instrumented-treadmills.html | 트레드밀 |
| ZeroG 체중 지지 시스템 | Aretech, LLC, Ashburn, VA | http://www.aretechllc.com/overview.html | 트랙과 패시브 트롤리는 보행 시험 중 환자 안전을 위해 사용할 수 있는 케이블, 하네스를 지원합니다 |
| 3DS Max 2013 | Autodesk, Inc., San Francisco, CA | 교육 | 용 비디오용 동물을 애니메이션화하는 데 사용되는 http://www.autodesk.com/ 3D 애니메이션 소프트웨어 |
| Windows Movie Maker | Microsoft Corporation, Redmond, WA | http://windows.microsoft.com/en-us/windows-live/movie-maker | 애니메이션 푸티지를 음악과 결합하는 데 사용되는 소프트웨어 |
| Audacity | 오픈 소스 | http://audacity.sourceforge.net/ | 음악 비트를 적절한 케이던스로 변경하는 데 사용되는 소프트웨어 |
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