Name: 경 두개 자기 자극, 근전도, 모션 캡쳐, 가상 현실을 이용하여 인간의 모터 제어 유학을위한 다기능 설치 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 9 s
Description: 학습하세요 경두개 자기자극, 근전도, 3D 모션 캡처 및 가상현실을 동기화하여 인간 운동 제어와 신경근 기능을 연구하는 다기능 실험 설치법. 이 방법은 생체역학 데이터 수집의 정확성을 향상시킵니다.

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이 작품은 NIH 보조금 P20의 GM109098, NSF 및 WVU 사전 스폰서 쉽 프로그램 (VG) 및 WVU 부서 시작 기금에 의해 지원되었다.

실험에 관련된 모든 참가자는 웨스트 버지니아 대학의 임상 시험 심사위원회 (IRB)의 승인을 동의 절차를 거쳐. 1. 전체 시스템의 특성, 디자인, 및 일반 실험 작업 참고 : 전체 설치는 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성되어 있습니다 : EMG 장비 및 디지털 수집 (DAQ) 장비를 연결; 모션 캡쳐 시스템 (이 프로토콜은 능동 LED 시스템을 포함); 그림 -의 개의 코일과 정위 현지화 장비와 TMS 부; 가상 현실 헤드셋 및 관련 컴퓨터 및 소프트웨어; 및 사용자 동기화 회로.도 1은 본 프로토콜 구성 요소 사이의 연결을 설명합니다. <ol><li> 시스템 구성 요소의 연결 <ol><li> 메인 앰프에 EMG 프리 앰프를 연결합니다. </li><li> BNC 또는 이와 유사한 터에 연결을 사용하여 장비의 입력 블록을 기록 DAQ에 EMG 앰프의 출력을 연결합니다TIONS. </li><li> 데이터 수집 스크립트 (추가 파일)을 실행합니다 전용 컴퓨터에 DAQ 기록 장치를 연결합니다. </li><li> 사용자 정의 회로부 (자세한 내용은 다음 섹션 참조) VR 제어 컴퓨터 병렬 출력을 연결합니다. </li><li> 동기화 및 근전도 신호 연결과 함께 DAQ 기록 블록에 사용자 정의 회로에서 출력을 트리거 모션 캡쳐를 연결합니다. </li><li> 스플릿 모션 캡쳐 트리거 EMG DAQ 장비에 &quot;아날로그 입력 시작&quot;포트뿐만 아니라, 모션 캡쳐 장치를 제어하는​​ 컴퓨터에 트리거 연결에 연결하고. 주 : 바와 장비 (모션 캡쳐 및 EMG)에 대한 각각의 데이터 취득 스트림의 시작 사이의 시간 차이는 160-190 밀리 범위 일 수. 이 시간 차이는이 프로토콜에 설명 된 동기 회로의 설계와 동기 가능성이 두 시스템 사이의 소프트웨어와 하드웨어의 차이에 의해 발생된다. </li> &lt;리&gt; 연결 TMS는 TMS 제어 장치에 입력 트리거를 BNC - 사용자 정의 회로 장치에 포트를 트리거합니다. </li><li> 벤더가 제공하는 소프트웨어 및 물리적 네트워크 연결을 사용하는 VR과 모션 캡쳐 시스템 사이의 네트워크 연결을 확립한다. </li><li> VR 컴퓨터에 가상 현실 헤드셋을 연결하고 모든 스크립트 / 참가자들에게 가상 환경을 표시 프로그램과 작동 성을 보장합니다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig1.jpg" /> 그림 1 :. 전체 설정의 연결이 레이아웃은 우리 시스템의 요소들 사이의 일반적인 연결을 설명합니다. 동기 회로는 더 상세히 텍스트의 다른 곳에서 설명된다. 블루 트레이스는 모션 캡처 및 EMG 데이터 스트림을 모두 시작 신호에 해당한다. 이 이벤트는이 프로토콜에 설명 된 장치를 사용하여 190 msec의 시간의 지연의 원인이다. 빨간 추적은 VR-시작 synchronizat에 해당부수적으로 모션 캡쳐 및 EMG 시스템에 의해 기록되고 이후에 각각의 데이터 스트림의 시간 정렬을 위해 사용되는 이온의 이벤트입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52906/52906fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 시스템 통합 및 동기화 2. 일반 세부, 주 :이 프로토콜은 데이터 수집 시스템 (모션 캡쳐 및 EMG)의 동기화는 모든 기록 스트림에 공통 이벤트 신호의 사용을 통해 달성된다. 일반적인 이벤트를 사용하여, 모든 신호가 시간적으로 데이터 수집 (이 프로토콜에 장비를 사용하여 위쪽으로 190 밀리의) 실시간 기록 불일치를 최소화하도록 한 후 재정렬 될 수있다. 이 프로토콜에서, 공통 신호는 병렬 포트 신호로서 VR 시스템에서 유래. 일반적인 신호는 별도의 데이터의 동기화를 허용하는 회로로 라우팅근전도 신호를 직접 기록을 통해 동시에 LED 모션 캡처를 해제하여 스트리밍합니다. 회로는 전자 부품을 구축하기위한 기본적인 도구 및 기술을 이용하여 구성되며, 회로와 유사한 다른 장소 9 기재. <ol><li> 디자인, 레이아웃, 및 동기화 회로의 건설 <ol><li> 장비 제어 장치에 아날로그 TTL 기반의 트리거 메커니즘 (예 : TMS, 모션 캡쳐를) 확인 및 TTL 펄스 방향 (양 / 음)과 진폭 트리거 요구 사항을 숙지. 아날로그 트리거 메커니즘은 자주 연결 구성 요소를 간단하게 일반적인 &quot;BNC&quot;동축 커넥터를 가지고있다. </li><li> 신호 동기화에 사용되는 모션 캡쳐 시스템에 LED 추가 추가; 행 동기 회로를 통해 LED의 배선 (도 3). </li><li> (즉, 저항, 정전 용량) tur로하는데 필요한 전기 소자 파라미터를 결정n은 특정 시간에 대한 LED 동기 오프. T = 1.1 * (R1) * C1 : 회로의 동기화 LED는 식으로 꺼져있는 시간을 찾아보세요. 이 시간은 실험적인 운동의 평균 지속 시간 미만으로 권장합니다. 예를 들면, 현재 기술 된 실험은 각각 약 메가 옴 한 마이크로 패러, 정격 저항 및 커패시터가 필요했다. </li><li> 그림 3과 같이 개략적으로 다음과 같은 인쇄 &quot;protoyping&quot;또는 &quot;프로젝트&quot;회로 기판에 전자 부품을 부착하는 납땜 인두를 사용하여 일반적으로 사용되는 플라스틱 &quot;프로젝트&quot;상자에서이 회로를 묶습니다.; 그것은 가능성이 BNC 커넥터에 대해이 상자에 구멍을 드릴 필요가있다. 회로 용이 데스크톱 컴퓨터에서 USB 5 V 전원에 의해 구동 될 수있다; 이는 전력 및 접지 전선을 분리하는 USB 케이블을 해체 할 필요가있다. 바이 패스 커패시터도 555에 전력을 조절하기 위해 필요할 수있다칩 (되지도 3에 도시 됨). </li><li> 전기 부품 사이의 의도하지 않은 솔더 브릿지를위한 회로 기판을 검사한다. 발견 된 경우, 흡인 도구를 사용하여 땜납을 제거하거나, 땜납을 가열 및 기계적 브릿지 연결을 제거. </li></ol></li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig2.jpg" /> 그림 2 :. 시험 흐름도이 흐름도 TMS 자극을 포함하는 전형적인 실험 시험 중에 발생하는 자극과 신호 이벤트를 설명합니다. 시험 전반에 걸쳐 발생하는 병렬 포트 코드는 DB25 스키 매틱 기호 (하늘색)에 표시됩니다. <ol start="2"><li> 동기화 세부 사항 <ol><li> 비슷한 플로우 차트를 사용하면, 그림 2 장비의 각 조각이 실험적인 운동의 과정에서 트리거시기를 결정합니다. 다른 동시에 트리거 될 수있다 예를 들어, 일부 장비는 개별적으로 트리거 될 수있다. </lI&gt; <li> 트리거 또는 (그림 2에서 예를 들어 파란색 병렬 포트 문자) 신호를 필요 시점에서, 병렬 포트를 사용하고 VR 시스템에 통합하는 라인 신호를 결정합니다. 이것은, 운동시에, 지정된 시간에 병렬 포트에 이진 숫자를 나타내는 각 행을 숫자 값을 전송하여 수행됩니다. 병렬 포트 기반의 신호에 대한 자세한 내용은 설명을 참조하시기 바랍니다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig3.jpg" /> 그림 3 :. 동기화 회로는이 도식은 우리의 사용자 정의 동기화 회로의 레이아웃을 표시합니다. NAND 게이트의 출력은 기본 고압 상태이고; 이 전압 출력은 동기 회로의 LED가 라우팅되는 트랜지스터의 게이트에 전송된다. 이 기본 상태는 회로는 조명 상태에서 LED를 유지하는 폐쇄 렌더링합니다. 동기 trigge를 수신하면R 병렬 포트 신호 (삽입 빨간색 추적), (555) 장치의 내부 상태는 LED (파란색 추적을) 차단, 높은 상태로 출력을 렌더링 이성을 상실한다. 이 때, C1 (녹색 트레이스)에 전압이 LED를 활성화하는, 555의 내부 상태를 리셋 전압까지 만든다. 병렬 포트 동기 트리거 신호도 직접 TMS 트리거 입력 포트에 접속된다 BNC 커넥터로 라우팅된다. 참고 :이 트리거 신호의 방향은 연구자의 특정 장비의 요구 사항에 따라 (포지티브에서가는 음성 또는 그 반대로) 반대해야 할 수 있습니다. 쉽게이 작업을 수행하는 것이 트리거 출력에 &quot;인버터&quot;칩의 추가. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52906/52906fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 3. 실험 절차 <ol><li> 안전 절차 및 동의 <ol><li> Ensu모든 실험 절차 재 임상 시험 심사위원회 (IRB)의 승인됩니다. 참가자들에게 모든 절차를 설명하고 IRB는 문서를 승인과 동의를 획득. </li><li> 동의를 획득 한 후, 그들이 이명, 간질 발작, 또는 발작의 증가 된 위험과 다른 조건의 가족력이없는 보장하기 위해 참가자들과 기본 TMS 안전 검사를 실시하고 있습니다. </li><li> TMS 자극하는 동안, 엄격 청각 손상을 방지하기 위해 보호 귀마개의 사용을 필요로한다. </li></ol></li><li> 근전도 컬렉션 <ol><li> 근전도 신호를 기록하기 위해 근육을 무장하는 독자의 연구의 과학적 목표에 따라 결정한다. 이 프로토콜에 설명 된 연구를 위해, 토크는 어깨에서 발생하고 이동하는 동안 팔꿈치 조사 하였다. 따라서, 근전도 신호는 기록은 삼각근으로,이 두 관절에 작용하는 주요 피상적 근육 출신, pectoralis, 이두근, 삼두근, 그리고 brachioradialis. </li><li> 일치하는 커넥터를 연결하여 제조업체의 사양에 따라 앰프, 프리 앰프, 센서 배선, 센서 패드 등 다양한 EMG 장비 사이에 필요한 모든 전기 연결을 확인합니다. </li><li> 가볍게, 알코올 면봉으로 청소 면도칼로 과도한 머리를 제거하고 부드러운 연마 젤을 적용하여 각 전극 사이트를 준비합니다. 적절한 장소 준비 일관 낮은 전극 간 피부 임피던스 값 (&lt;10KΩ의) 기록 EMG 신호의 높은 신호 - 대 - 잡음 비를 보장한다. </li><li> 피사체가 허용 해부학 및 생 역학적 설명 (10)에 따라 관심의 개별 근육을 분리하기위한 아이소 메트릭 수축을 수행하게한다. 예를 들어, 팔꿈치의 부과 확장에 저항하는 참가자에게, 이두근을 분리합니다. </li><li> 주제는 근육 분리 수축을 수행 한 후, 가장 두꺼운 중앙 PORTI 이상의 차동 바이폴라 EMG 전극을 부착에, 또는 가능 지역 (11)의 각 근육의 &quot;배&quot;. 이것은 근육 섬유의 최대 수의 범위를 보장하고 주변 근육 사이 &quot;혼선&quot;을 최소화한다. 근육을 따라 양극 전극 &#39;긴 축 정렬 섬유에 평행해야합니다. </li><li> (예 : C7 척추를 통해 피부) 장비 사양에 따라 근전도 접지 전극을 부착합니다. </li><li> 기록은 사용자 컴퓨터 스크립트에 의해 제어 DAQ 장비를 통해 근전도 신호를 증폭. 현재 프로토콜에서 사용되는 스크립트는 보조 파일로 첨부되어 있습니다. </li><li> EMG 프리 앰프에 다이얼을 이동하여 원하는 수준으로 기록 된 신호에 적용 이득을 조정합니다. 녹음 장비 (일반적으로 5V)의 입력 범위를 초과하는 신호를 기록 유발하는 게인 값을 피하십시오. 일반 EMG 이득 값은 1,000-4,000 사이이다. </li><li> 단계 3.2.4에서 수행 된 것과 유사한 아이소 메트릭 수축을 수행하고 시각적으로 근전도 시그나 검사LS는 고품질 (즉, 높은 신호 대 잡음비)으로되도록. 전극 위치를 조정하고 필요한 경우 신호 이득을 변경합니다. </li></ol></li><li> 모션 캡쳐 시스템 준비 <ol><li> 제조업체의 지침에 따라 공급 업체에서 제공 한 지침과 장비를 사용하여 모션 추적 카메라를 보정합니다. </li><li> 테이프 및 기타 포장 재료를 사용하여 팔과 생체 역학 모델의 건설에 사용되는 관심의 다른 해부학 점의 관절 주변의 뼈 랜드 마크에 활성 LED 센서를 부착 : 집게 손가락, 요골과 척골 경상 돌기 프로세스의 말단 지골을 손목에 어깨, 흉쇄 노치, 칼 모양의 프로세스 및 C7의 극돌기의 팔꿈치, 오구 견봉과 프로세스에서 주두 과정. 가상 환경에서 뷰 포인트를 설정하는 가상 현실 헤드셋 LED 서로를 연결합니다. </li><li> 무선 드라이버 유닛에 부착 된 와이어 링 하니스에 각 LED를 연결합니다. 드라이버의 취소를 켭니다모든 LED의 적절한 조명을 보장하고. </li><li> 멀리 대상에서 편리한 위치에 LED 동기화를 배치하지만, 카메라의 밝은 전망 이내. </li></ol></li><li> 경 두개 자기 자극 정위 ​​현지화 <ol><li> 정확한 코일 배치 할 수 있도록, TMS 등록 (12)을 위해 설계된 하드웨어와 소프트웨어를 보정합니다. 이것은 일반적으로 nasion, preauricular 점, 그리고 코 끝과 같이 해부학 적으로 공동 등록 TMS 코일을 포함한다. 참가자 및 자극 코일 사이의 정위 등록 일관된 자극 현지화에 필수적인 것입니다. </li></ol></li><li> MEP 핫 스폿 현지화 및 MEP 임계 값 Pprocedures <ol><li> 자극 8,13,14시 가장 낮은 임계 값과 가장 큰 진폭 유럽 의회 의원을 생산 피질의 TMS에 민감한 지역의 위치를 이른바 &quot;핫 스폿&quot;기술을 수행합니다. 일반적으로 모터 시스템을 연구하기위한 경 두개 자기 자극특정 신체 부위의 움직임을 제어하는 대뇌 피질의 영역 (예를 들어 팔과 손) (15)을 자극 포함한다. </li><li> 교정 정위 등록 장비 및 관련 소프트웨어와 참가자의 두피에 어떤 이상적인 자극 사이트의 위치를​​ 기록합니다. 각각의 위치가 소프트웨어에 기록 된 후, 비슷한 MEP 응답을 찾고, 그 자리를 재배치하고 다시 자극하여 그 정확성을 보장합니다. </li></ol></li><li> 가상 현실에서 행동 작업 <ol><li> 실험에 사용되는 행동 태스크 (예 도달 움직임)의 설계 파라미터. 현재 연구에서, 태스크가 상이한 공간 위치에 순차적으로 배치 된 가상 타겟에 도달하는 것이다. 타겟의 사이즈는 참가자들이 이동되는 정확도를 정의한다. 참가자가 목표 도달으로 다양한 방향과 관절 토크의 크기가 유발되도록 움직임을 디자인합니다. </li><li> 설치 가이드 VR 환경을제조사의 프로토콜에 따른 헤드셋 및 모션 추적 시스템과 호환 VR 상용 소프트웨어를 사용하여 작업을 통해 행동 주체. 소프트웨어 패키지의 필요한 전산 자원과 프로그래밍 언어 요구 사항에 익숙해집니다. 일반 VR 소프트웨어 패키지 파이썬, C ++, C # 및 기타 언어를 포함하여 프로그램 할 수있는 기능을 가지고있다. 또한, 프로그램 아날로그 동기화를위한 병렬 포트를 통해 출력과 관심의 특정 이벤트의 표시 (그림 2). 현재 실험에서, VR 소프트웨어 태스크의 각 반복의 시작에서 소망 TMS 자극의 시간에 이벤트를 출력한다. </li><li> 동기화 회로 (그림 3) 및 / 또는 일치하는 커넥터와 케이블을 사용하여 동기화 할 수있는 다른 기기에 VR 출력을 연결합니다. </li><li> VR 행동 작업을 수행하기 위해 주제를 지시한다. 현재 연구에서, VR 환경이었다참가자가 구형 대상의 배열을 볼 수있는 헤드 마운트 디스플레이를 사용하여 발표했다. VR 소프트웨어를 사용하여, 프로그램의 특정 운동 (색 등, 위치) 대상의 모양을 변경하여 시퀀스 및 이러한 작업 참가자 익숙해. 또한 기타 원하는 이동 제약의 참가자를 알려줍니다. 예를 들어, 현재 연구 참여자 목표에 도달하는 동안 이동의 수직면 내의 모든 아암 세그먼트를 유지했다. </li><li> 참가자들은 실험 움직임, 기록 EMG와 모션 캡쳐 데이터에 익숙하고, 사용자 정의 스크립트 또는 공급 업체가 제공하는 소프트웨어 패키지를 사용하여 신호를 동기화되면. 원하는 값으로 각각의 데이터 수집 시스템의 샘플링 속도를 조정; 또한 익숙해지고 모션 추적 같은 제조업체 특정 매개 변수가 강도를 LED 조정합니다. </li></ol></li></ol>

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</ol>

저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

이 문서의 목적은 인간의 움직임에 대한 연구와 다양한 데이터 스트림을 동기화하기위한 방법에 VR을 통합하는 방법을 설명하는 것이다. 가상 현실은 실험실 환경에서 실제 이동 시나리오를 다시 시도 연구원의 기능을 확장합니다. 다른 신경 근육 기록 및 자극 방법과 결합 VR 종합적으로 인간의 모터 제어 메커니즘을 연구하기위한 도구의 강력한 제품군을 형성한다. 꼼꼼하게 설계 실험 중 얻은 결과 다차원 데이터 세트는 운동 신경 제어에 대한 우리의 이해를 깊게 할 수 있습니다. 이 시스템의 중요한 특징 중 하나는 공통 VR 생성 이벤트와 전기 생리 및 모션 캡쳐 데이터 스트림을 동기화하는 기능이다. 이 프로토콜에 기재된 정의는 다른 회로 특급의 고유 한 요구를 충족시키기 위해 변경 될 수있는 유연하고 비용 효과적인 토대 역할다른 분야 9 솔루션과 유사한 erimental 패러다임 및 장비,. 공통 동기화 이벤트가 우리 VR 소프트웨어를 동작하는 컴퓨터에서 유래 병렬 ...

가상 현실 (VR)이 빠르게 동작 인간 연구를 포함한 다수의 분야에서 사용하기위한 액세스 연구 도구가되고있다. 상지 운동의 연구는 특히 VR을 혼입함으로써 유익된다. 가상 현실은 팔의 움직임 컨트롤의 특정 운동 학적 및 동적 기능을 조사하기위한 실험 매개 변수의 빠른 사용자 정의를 허용합니다. 이러한 매개 변수는 개별적으로 각각의 피사체에 대해 조정될 수있다. 예를 들어, 가상 목표물의 위치는 대상에서 동일 초기 암 상태를 확인하기 위해 확장 할 수 있습니다. 5 - 가상 현실은 visuomotor 연구 1에 매우 중요한 도구입니다 실험을하는 동안 시각적 피드백의 조작을 할 수 있습니다. 다른 생체 역학 도구를 사용하여 사실적인 가상 현실 환경에서의 사용은 움직임 패턴을 테스트하여 자연 운동 시나리오를 허용합니다. 이러한 형태는 점점 중요한 있다는연구와 질병과 상해 6,7 후 재활 연습. 임상 환경에서 (가상 부엌에서 동작을 수행하는 등) 모방 움직임과 자연 환경은보다 정확하게 실세계 상황에서 개인의 장애를 설명하는 재활 전문가를 가능하게 할 것이다. 고도로 개인화 손상 설명 잠재적 효능을 증가시키고 회복 기간을 줄일 더 집중 치료 전략을 허용한다. 이러한 경 두개 자기 자극 (TMS), 표면 근전도 (EMG), 및 전신 모션 캡처와 같은 다른 도구를 사용하여 가상 현실을 결합, 인간 운동의 신경 근육 제어를 연구하기위한 매우 강력하고 유연한 플랫폼을 만듭니다. 경 두개 자기 자극을 통해 EMG의 응 답 (예 피질 관) 모터 경로 내림차순의 흥분성 기능적 완전성을 측정하는 강력한 비 침습적 방법같은 모터와 같은 ES는 전위 (유럽 의회 의원) (8)을 유발. 현대 입체 모션 캡쳐 시스템은 결과 운동 기구학 및 동역학과 함께 신경 근육 활동을 연구하는 연구자 수 있습니다. 이는 근골격계 매우 상세한 모델의 생성뿐만 아니라 신경 컨트롤러의 구조 및 기능에 관한 가설 테스트를 허용한다. 이 연구는 인간의 감각 시스템의 우리의 과학적 지식을 확장하여 근골격계 및 신경 질환의 치료에 개선으로 이어질 것입니다. 그러나, 다기능 시스템과 하나의 큰 문제는 별도로 기록 된 데이터 스트림 (예를 들어, 모션 캡처, EMG, 등)의 동기화이다. 이 프로토콜의 목적은 이동 중에 동시에 역학적 생리적 측정치를 기록 할 공통의​​ 시판 시스템의 일반화 구성을 설명하기위한 것이다. 로부터 장비를 사용하여 다른 연구자다른 제조업체는 특정 요구에 맞게이 프로토콜의 요소를 변경해야 할 수도 있습니다. 그러나,이 프로토콜의 일반 원칙은 여전히​​ 적용해야한다.

<table><tbody><tr><td>경두개 자기 자극기</td><td>Magstim</td><td>N/A</td><td>TMS 자극기 및 코일</td></tr><tr><td>Impulse X2</td><td>PhaseSpace</td><td>N/A</td><td>모션 캡처 시스템</td></tr><tr><td>MA300 고급 다중 채널 EMG 시스템</td><td>모션 랩 시스템</td><td>MA300-28</td><td>EMG 프리앰프 및 증폭기</td></tr><tr><td>Norotrode EMG 전극</td><td>Myotronics</td><td>N/A</td><td>EMG 전극</td></tr><tr><td>BNC-2111 단일 종단, 차폐된 BNC 커넥터 블록</td><td>내쇼날인스트루먼트</td><td>779347-01</td><td>BNC 커넥터 블록</td></tr><tr><td>MXI-Express 컨트롤러가 통합된 NI PXI-1033 5-슬롯 PXI 섀시</td><td>NI</td><td>779757-01</td><td>DAQ 섀시</td></tr><tr><td>NI PXI-6254 16비트, 1 MS/s (다채널), 1.25 MS/s (1 채널), 32 아날로그 입력</td><td>내쇼날인스트루먼트</td><td>779118-01</td><td>DAQ 카드</td></tr><tr><td>SHC68-68-EPM 케이블 (2m)</td><td>National Instruments</td><td>192061-02</td><td>차폐 케이블</td></tr><tr><td>DK1 또는 DK2</td><td>Oculus VR</td><td>해당 없음</td><td>Ocuclus Rift 헤드셋</td></tr><tr><td>Vizard 5 Lite</td><td>WorldViz</td><td>N/A</td><td>가상 현실 소프트웨어</td></tr><tr><td>C1 및 C2 커패시터</td><td>다양함</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>R1 및 R2 저항</td>에 맞게 값 <td>조정</td><td>N/A</td><td>적절하게 값 조정</td></tr><tr><td>CD4011 NAND 게이트</td><td>가변</td><td>N/A</td><td>NAND 게이트</td></tr><tr><td>2N2222 트랜지스터</td><td>가변</td><td>N/A</td><td>트랜지스터</td></tr><tr><td>NE555 타이머 회로</td><td>가변</td><td>N/A</td><td>타이머 회로</td></tr><tr><td>DB25 및 USB 커넥터</td><td>가변</td><td>N/A</td><td>병렬 및 USB 커넥터</td></tr></tbody></table>

경 두개 자기 자극, 근전도, 모션 캡쳐, 가상 현실을 이용하여 인간의 모터 제어 유학을위한 다기능 설치

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

인간의 운동 신경 근육 조절의 연구는 다양한 기술을 수행 할 수 있습니다. 신경 근육 기능을 조사하는 비 침습적 방법은 경 두개 자기 자극, 근전도, 3 차원 모션 캡처를 포함한다. 용이하게 이용 가능하고 비용 효율적인 가상 현실 솔루션의 출현은 실험실 설정에서 &quot;실제&quot;환경과의 움직임을 재현 연구자의 능력을 확대하고있다. 자연주의 운동 분석은 건강한 사람들의 모터 제어의 더 큰 이해를 가너뿐만 아니라 실험과 특정 모터 장애 (예 : 뇌졸중)을 대상으로 재활 전략의 디자인을 허용 할뿐만 아닙니다. 이러한 도구의 병용은 모터 제어의 신경 메커니즘을 점점 더 깊은 이해로 이어질 것입니다. 이러한 데이터 수집 시스템을 조합 한 핵심 요구 사항은 다양한 데이터 스트림들 사이의 시간적 대응하여 미세하다. 티그의 프로토콜은 다기능 시스템의 전반적인 연결, 시스템 간 신호 및 기록 된 데이터의 시간 동기화를 설명합니다. 구성 요소 시스템의 동기화는 기본적으로 쉽게 선반 구성 요소와 최소한의 전자 조립 기술 오프로 만든 사용자 정의 회로를 사용하여 수행됩니다.

이 설정에서 수많은 데이터 스트림의 동기화는 하나가 상지의 운동 과정에서 발생하는 운동, 지속적인 근육 활동 (EMG), 그리고 순간 신경 근육 활동 (유럽 의회 의원)를 기록 할 수 있습니다. 주어진 운동의 반복 실험은 전체 움직임 위에 MEP 응답 정보를 재구성해야한다. 하나에서 수집 4 표시 데이터도 대상.도 4a는 대응하는 동기화 신호 및 이벤트와 단일 시험 중에 이러한 데이터 스트림의 예를 나타낸다. 동기화 이벤트에 대한 신호의 시간 정렬은 신호 분석 소프트웨어 (신호가 공통 시간 앵커 같은 동기화 이벤트를 사용하는 시간에서 &quot;이동&quot;된다)를 사용하여 간단한 사후 절차이다. 신호는 시간 정규화 각 이동 시험의 기간으로 할 수있다. 동기화없이, EMG와 모션 캡쳐 데이터 스트림 GR 같은 시간적 차이를 가질 수있다160-190 밀리로 먹는다. 그러나, 또한 동기화를 이용하여 넓게 TTL 신호를 사용하기 위해, 사용자는 자신의 신호 (본 예에서는...

경두개 자기 자극, 근전도 검사 및 3D 모션 캡처는 인간의 신경근 기능을 조사하기 위해 일반적으로 사용되는 비침습적 기술입니다. 이 백서에서는 이러한 세 가지 도구 모두에서 생성된 데이터를 동기식으로 샘플링하는 프로토콜과 가상 현실 자극 프레젠테이션 및 피드백의 고유한 추가에 대해 설명합니다.

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

다음 실험의 전반적인 목표는 인간 생체 역학 연구 중에 기록되는 다중 데이터 스트림을 동기화하기 위한 일반적인 기술을 설명하는 것입니다. 이는 근전도 및 모션 캡처 신호를 사용하여 두 개 이상의 시스템에서 독립적으로 기록할 수 있는 아날로그 동기화 이벤트를 생성함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 이 이벤트를 각 기록 장치에 적합한 신호로 변환하는 단순한 회로 구성 요소를 설계할 수 있습니다.다음으로, 모든 신호를 동기화하기 위해 분석 소프트웨어를 사용하여 독립적으로 기록된 신호 전체의 동기화 이벤트를 시간적으로 정렬합니다. 결과적으로 여러 생체역학적 신호들을 각각의 데이터 기록 시스템 샘플링 주파수 내에서 시간적으로 정렬할 수 있으며, 이를 통해 신경근 제어를 연구하기 위한 인간의 자연스러운 움직임에 대한 풍부한 실험 데이터 세트를 수집할 수 있습니다. 운동 제어 및 생체역학 분야에는 실험실 환경에서 인간의 자연스러운 움직임을 연구함으로써 가장 잘 해결할 수 있는 여러 복잡한 질문들이 존재합니다.본 논문에서는 여러 생리적 신호를 동시에 기록하는 동안 행동 과제를 정의하기 위해 가상 현실을 사용하는 방법을 설명합니다. 하드웨어 기반의 행동 장치와 같은 기존 방법과 비교하여 가상 현실 기반 실험 설정의 장점은 다양한 실험뿐만 아니라 개별 참가자의 고유한 해부학적 구조에 매우 빠르게 적응시킬 수 있다는 점입니다. 행동 실험 중에는 근전도 및 모션 캡처와 같이 행동을 정량화하는 여러 신호를 동시에 기록하는 것이 일반적입니다.본 방법은 여러 제조사 간에 호환되는 맞춤형 동기화 장치를 사용하여 이러한 신호들의 시간적 정렬 문제를 해결하는 솔루션을 제공합니다. 먼저 제조사의 사양에 따라 증폭기, 전증폭기, 센서 와이어 및 센서 패드를 포함한 EMG 장비 간의 모든 필요한 전기적 연결을 수행하십시오. 일관되고 낮은 전극-피부 임피던스 값을 확보하기 위해 각 전극 부위를 세척하십시오.그 다음, 피험자에게 관심 있는 개별 근육의 등척성 수축을 수행하도록 지시하고, 근수축이 촉진되는 위치 위에 EMG 전극을 부착합니다. 이때 근섬유 방향에 따라 활성 부위의 방향을 고려하십시오. 접지 전극은 제7경추 위 피부에 부착합니다.다음으로 신호 품질을 테스트하기 위해, 피험자가 관심 근육을 각각 수축할 때 컴퓨터에서 증폭된 EMG 신호를 점검하십시오. 마지막으로, 행동 과제에 필요한 근육 수축 중에 EMG 신호가 포화되면 증폭 이득을 낮추십시오. 제조사의 지침에 따라 모션 트래킹 카메라를 보정하는 것으로 시작하십시오.활성 LED 센서를 팔 관절 근처의 뼈 돌출부와 손가락, 손목, 어깨 및 가슴 근처와 같은 기타 관심 해부학적 지점에 테이프로 부착합니다. 가상 환경에서 시점을 설정하기 위해 가상 현실 또는 VR 헤드셋에 또 다른 LED 센서를 부착합니다. 그런 다음 각 LED를 무선 드라이버 유닛에 연결된 와이어링 하네스에 연결합니다.드라이버 유닛의 전원을 켜고 모든 LED가 적절하게 점등되는지 확인하십시오. 마지막으로, 동기화 LED를 피험자로부터 떨어진 곳에 배치하되, 모션 캡처 카메라가 명확하게 볼 수 있는 위치에 두십시오. 먼저, 정확한 코일 배치가 가능하도록 경두개 자기 자극 또는 TMS 장치와 소프트웨어를 보정하십시오.이를 위해 캘리브레이션 포인터를 사용하여 TMS 코일을 NAS 이전 귀점 및 코끝과 같은 해부학적 지표와 공동 등록합니다. 그 다음, 운동 유발 전위(motor evoked potentials) 또는 meps의 진폭이 가장 크게 나타나는 피질 상의 TMS 민감 영역을 찾기 위해 핫스팟 기법을 수행합니다.가장 낮은 자극 진폭으로 피험자의 두피에서 최적의 자극 위치를 보정된 정위 등록 장비 및 소프트웨어로 기록합니다. 마지막으로, 선택한 위치에서 자극 진폭을 낮추어 50%의 확률로 최소 50 microvolts의 meps가 유발될 때까지 피험자의 역치를 측정합니다. 먼저, 제조사의 프로토콜에 따라 행동 과제를 위한 VR 환경을 설정합니다.헤드셋 및 모션 트래킹 시스템 프로그램과 호환되는 상용 VR 소프트웨어를 사용합니다. 동기화 및 관심 있는 특정 이벤트의 마킹을 위해 병렬 포트를 통해 디지털 출력을 생성합니다. VR 출력을 일치하는 커넥터가 있는 케이블을 사용하여 동기화 회로와 동기화 대상인 다른 장비에 연결합니다.피험자에게 VR에서 수행할 작업 요구 사항에 대해 안내합니다. 피험자의 시야에 구형 타겟이 나타나면 이를 가리키도록 요청하십시오. 피험자가 작업을 이해하고 연습할 기회를 가진 후, 단일 VR 동기화 트라이얼 동안 EMG 모션 캡처 데이터와 동기화 신호의 기록을 시작합니다.소프트웨어는 상지 운동 중에 발생한 신경근 활동을 나타내는 신호를 기록하도록 EMG 장비를 작동시킵니다. 또한 모션 캡처 장비를 작동시켜 연속적인 움직임 데이터를 기록합니다. 이 신호는 EMG 데이터와 모션 캡처 데이터를 동기화하는 데 사용될 수 있습니다.단일 과제에 대해 24회 시행 동안 측정된 평균 각운동학 및 각운동역학, 그리고 이와 관련된 연속적 및 순간적 신경근 활동을 보여줍니다. 가상현실을 통해 제공되는 이러한 다차원 데이터 세트를 통해 연구자들은 구체적인 인간 운동 제어 메커니즘을 조사할 수 있습니다. 이 영상을 시청한 후에는 EMG 및 모션 캡처와 같이 인간 운동 실험 중에 기록될 수 있는 여러 데이터 스트림을 동기화하는 방법에 대해 전반적으로 이해하게 될 것입니다. 이 절차는 뇌전도와 같은 추가 시스템을 포함하도록 확장될 수 있습니다.또한, 말초 신경의 전기 자극은 개발 이후 운동 제어에 대한 감각 피드백의 기여도를 평가하는 데에도 사용될 수 있습니다. 이 기술은 신경과학자들이 뇌졸중이나 척수 손상과 같은 운동 장애 환자의 신경 제어 운동 변화를 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다.

multifunctional-setup-for-studying-human-motor-control-using

Research

연구

JoVE Journal

Behavior

행동

출처: Stefanou, M., et.al. 실시간 뇌파 검사 트리거 경두개 자기 자극을 통한 뇌 상태 의존적 뇌 자극. J. Vis. 경험. (2019년)이 비디오는 피질 흥분성을 연구하기 위한 실시간 EEG 트리거 경두개 자기 자극(TMS) 과정을 보여줍니다. 이 절차에는 운동 피질 위에 TMS 코일을 배치하고, 자극을 EEG 신호의 특정 단계와 동기화하고, 다양한 뇌 상태가 피질 반응에 미치는 영향을 탐색하기 위해 운동 유발 전위(MEP)를 기록하는 작업이 포함됩니다. 이 기술을 사용하면 실시간 EEG 분석을 기반으로 뇌 활동을 정밀하게 조절할 수 있습니다.

피질 흥분을 위한 실시간 뇌파 유발 경두개 자기 자극

출처: Charalambos, CC, et al. 탐색된 경두개 자기 자극을 사용한 발목 근육의 피질 척수 경로의 양측 평가. J. Vis. 경험. (2019년)이 비디오는 경두개 자기 자극(TMS)을 사용하여 다리 근육의 피질 척수 경로를 평가하는 방법을 보여줍니다. 다리 근육의 반대쪽 피질 운동 기능을 평가하기 위해 한쪽 뇌 반구에서 휴식 및 활성 근육 반응을 기록합니다.

경두개 자기 자극을 이용한 피질 척수 경로 평가

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.

모터 작업하는 동안 동시 운동 학적 및 EMG 모니터링과 감각 및 모터 뇌 영역의 기능 근적외선 분광법

이 기사에서는 뇌졸중 후 대화형 균형 재활 시스템을 위한 새로운 저비용 인간-기계 인터페이스를 제시합니다. 이 시스템은 자발적으로 구동되는 전기 요법 패러다임을 향해 기성품인 저비용 센서를 통합합니다. 개념 증명 소프트웨어 인터페이스는 건강한 지원자를 대상으로 시연되었습니다.

후 스트로크 균형 재활을위한 신경 근육 전기 자극 시스템과 저가 센서를 통합하는 인간 - 기계 인터페이스

인간의 운동 제어를 연구하기 위해 경두개 자기 자극(TMS)을 사용하려면 TMS 전달을 제어하고 동시에 인간 행동을 기록하기 위한 데이터 수집 시스템의 통합이 필요합니다. 본 원고는 TMS를 통한 인간의 움직임을 조사하기 위한 목적으로 데이터 수집 시스템을 통합하기 위한 상세한 방법론을 제공합니다.

여러 데이터 수집 시스템을 결합하면 피질 출력 및 멀티 세그먼트 역학을 연구하는

이 논문은 인간의 뇌 네트워크를 연구하고 조절하기 위해 실시간 뇌파 검사 트리거 경두개 자기 자극을 설명합니다.

실시간 뇌전도-트리거 경두개 자기 자극을 가진 두뇌 국가 의존적인 두뇌 자극

이 기사에서는 경두개 자기 자극을 통해 기능적으로 특정 신경 경로를 측정하고 강화하는 새로운 접근법을 설명합니다. 이러한 고급 비침습적 뇌 자극 방법론은 뇌-행동 관계의 이해와 뇌 질환을 치료하는 새로운 치료법의 개발을 위한 새로운 기회를 제공할 수 있습니다.

경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

목표는 신경질환 연구 및 관리에 가상현실의 역할을 확대하는 것이 목표인 일방적인 공간 태만, 급성 뇌졸중 생존자의 23~46%에 영향을 미치는 증후군을 감지하고 특성화하는 새로운 가상현실 과제를 설계, 구축 및 시범운용하는 것이었다.

일방적인 공간 방치 평가를 위한 가상 현실 도구: 데이터 수집을 위한 새로운 기회

여기에 설명된 프로토콜은 상지 결손의 정량적 평가를 강화하는 것을 목표로 하며, 클리닉과 가정에서 원격 평가를 위한 추가 기술을 개발하는 것을 목표로 합니다. 가상 현실 및 바이오 센서 기술은 신경근 시스템의 기능에 대한 통찰력을 제공하기 위해 표준 임상 기술과 결합됩니다.

Virtual Modified Box and Block Test 중 동작 및 근육 활동의 정량적 평가를 위한 설정

가상 현실 환경에서의 운동 이미지는 뇌-컴퓨터 인터페이스 시스템에 광범위하게 응용됩니다. 이 원고는 가상 현실 환경에서 참가자가 상상한 동작을 수행하는 참가자와 유사한 개인화된 디지털 아바타를 사용하여 몰입감과 신체 소유 의식을 향상시키는 방법을 설명합니다.

가상 현실 지원 뇌-컴퓨터 인터페이스 환경에서 구현된 디지털 트윈을 통한 모터 이미지 성능

여기에서는 근전도 검사(EMG)와 결합된 경두개 자기 자극(TMS)을 사용하여 일차 운동 피질 흥분성 및 흥분성 조절을 평가하는 방법론을 설명하는 프로토콜을 제시합니다.

경두개 자기 자극과 근전도 조영술을 결합하여 일차 운동 피질 흥분성 및 흥분성 조절 평가

학습하세요 경두개 자기자극, 근전도, 3D 모션 캡처 및 가상현실을 동기화하여 인간 운동 제어와 신경근 기능을 연구하는 다기능 실험 설치법. 이 방법은 생체역학 데이터 수집의 정확성을 향상시킵니다.

경 두개 자기 자극, 근전도, 모션 캡쳐, 가상 현실을 이용하여 인간의 모터 제어 유학을위한 다기능 설치

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