Multifunctionele Setup voor het bestuderen van Human Motor Control Met behulp van Transcraniële Magnetische Stimulatie, Elektromyografie, Motion Capture en Virtual Reality

Summary

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

Abstract

De studie van neuromusculaire controle van de beweging in de mens wordt bij talrijke technologieën. Niet-invasieve methoden voor het onderzoeken van neuromusculaire functie onder transcraniële magnetische stimulatie, elektromyografie, en drie-dimensionale motion capture. De komst van gemakkelijk beschikbare en kosteneffectieve virtual reality oplossingen is het vermogen van onderzoekers uitgebreid in herscheppen "real-world" omgevingen en bewegingen in een laboratoriumomgeving. Naturalistische beweging analyse zal niet alleen Garner een beter begrip van motorische controle bij gezonde personen, maar ook het ontwerp van experimenten en revalidatie strategieën die specifieke motorische stoornissen (bijvoorbeeld beroerte) richten toestaan. Het gecombineerde gebruik van deze instrumenten zal leiden tot steeds dieper inzicht in de neurale mechanismen van motorische controle. Een belangrijke eis bij het combineren van deze data-acquisitie systemen is prima tijdelijke overeenkomst tussen de verschillende datastromen. TZijn protocol beschrijft totale connectiviteit van een multifunctioneel systeem, intersystem signalering, en de tijdelijke synchronisatie van de geregistreerde gegevens. Synchronisatie van deelsystemen wordt voornamelijk bereikt door het gebruik van een op maat gemaakte schakeling gemakkelijk gemaakt met de plank componenten en minimal electronics assembly vaardigheden.

Introduction

Virtual reality (VR) is hard op weg een toegankelijke research tool voor gebruik in een aantal gebieden, met inbegrip van de studie van de menselijke beweging. De studie van de bovenste ledematen beweging is vooral gebaat bij de integratie van VR. Virtual reality maakt de snelle aanpassing van de experimentele parameters voor specifieke kinematische en dynamische eigenschappen van armbeweging controle te onderzoeken. Deze parameters kunnen individueel worden aangepast voor elke patiënt. Zo kan de locatie van virtuele doelen worden geschaald naar identieke eerste arm houding over onderwerpen waarborgen. Virtual reality maakt het ook mogelijk de manipulatie van visuele....

Protocol

Alle deelnemers aan experimenten ondergaan informed consent procedures die door de West Virginia University Institutional Review Board (IRB) goedgekeurd.

1. Algemene systeemkenmerken, Ontwerp en Algemene experimentele Task

Opmerking: De gehele installatie bestaat uit de volgende hoofdcomponenten: EMG apparatuur en bijbehorende digitale acquisitie (DAQ) apparatuur; een motion capture systeem (dit protocol bevat een actief LED-systeem); een TMS-eenheid met een spoel-figuur acht en stereotactische lokalisatie apparatuur; een VR headset en bijbehorende computer en software; en een aangepaste synchronisatie circuit. ....

Results

Synchronisatie van de verschillende datastromen in deze opstelling maakt het mogelijk om de kinematica, continue spieractiviteit (EMG), en ogenblikkelijke neuromusculaire activiteit (EP) die optreden tijdens bewegingen van de bovenste ledematen te nemen. Herhaalde pogingen van een bepaalde beweging moeten MEP responsprofielen reconstrueren over een hele beweging. Figuur 4 geeft gegevens verzameld van een subject. Figuur 4A toont een voorbeeld van deze gegevensstromen tijdens een proef m.......

Discussion

Het doel van dit artikel is een werkwijze beschreven voor het opnemen VR in de studie van menselijke beweging en een werkwijze voor het synchroniseren van de verschillende datastromen. Virtual Reality zal de mogelijkheden van de onderzoekers die proberen om real-world beweging scenario's opnieuw in een laboratorium omgeving uit te breiden. Het combineren van VR met andere neuromusculaire opname en methodologieën stimulans vormt een krachtige suite van tools voor het uitvoerig bestuderen van de menselijke motorische .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Transcranial magnetic stimulator	Magstim	N/A	TMS stimulator and coils
Impulse X2	PhaseSpace	N/A	Motion capture system
MA300 Advanced Multi-Channel EMG System	Motion Lab Systems	MA300-28	EMG pre-amplifier and amplifier
Norotrode EMG electrodes	Myotronics	N/A	EMG electrodes
BNC-2111 Single-Ended, Shielded BNC Connector Block	National Instruments	779347-01	BNC Connector Block
NI PXI-1033 5-Slot PXI Chassis with Integrated MXI-Express Controller	National Instruments	779757-01	DAQ chassis
NI PXI-6254 16-Bit, 1 MS/s (Multichannel), 1.25 MS/s (1-Channel), 32 Analog Inputs	National Instruments	779118-01	DAQ card
SHC68-68-EPM Cable (2m)	National Instruments	192061-02	Shielded cable
DK1 or DK2	Oculus VR	N/A	Ocuclus Rift headset
Vizard 5 Lite	WorldViz	N/A	Virtual reality software
C1 and C2 capacitors	varied	N/A	Adjust values to suit
R1 and R2 resistors	varied	N/A	Adjust values to suit
CD4011 NAND gate	varied	N/A	NAND gate
2N2222 transistor	varied	N/A	Transistor
NE555 timer circuit	varied	N/A	Timer circuit
DB25 and USB connectors	varied	N/A	parallel and USB connectors