Een methode voor het evalueren van tijdigheid en nauwkeurigheid van Volitional Motor Responses to vibrotactiele Stimuli

Summary

Dit artikel beschrijft een techniek voor het aanbrengen vibrotactiele stimuli op de dij van een menselijke deelnemer en het meten van de nauwkeurigheid en reactietijd van volitionele respons van de deelnemer voor verschillende combinaties van stimulatie locatie en frequentie.

Abstract

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments. Effective design of these ASF systems requires an in-depth understanding of how the parameters of specific feedback mechanism affect user perception and reaction to stimuli. This article presents a method for applying vibrotactile stimuli to human participants and measuring their response. Rotating mass vibratory motors are placed at pre-defined locations on the participant's thigh, and controlled through custom hardware and software. The speed and accuracy of participants' volitional responses to vibrotactile stimuli are measured for researcher-specified combinations of motor placement and vibration frequency. While the protocol described here uses push-buttons to collect a simple binary response to the vibrotactile stimuli, the technique can be extended to other response mechanisms using inertial measurement units or pressure sensors to measure joint angle and weight bearing ratios, respectively. Similarly, the application of vibrotactile stimuli can be explored for body segments other than the thigh.

Introduction

Kunstmatige zintuiglijke feedback (ASF) kan worden gedefinieerd als het gebruik van real-time biologische informatie aan individuen, vaak compenseren gecompromitteerd proprioceptie of andere zintuiglijke mechanisme. ASF is al lang gebruikt op het gebied van revalidatie van gewonde of personen met een handicap te helpen bij het ​​herstellen van de aspecten van de fysieke functie en beweging ^1-3, waardoor individuen om fysische processen die ooit een onwillekeurige reactie van het autonome zenuwstelsel ⁴ waren onder controle. Een subcategorie van ASF, biomechanische biofeedback, maakt gebruik van externe sensoren om parameter....

Protocol

Het volgende protocol werd goedgekeurd door de Research Ethics Board in Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital.

1. Motor Calibration

1. Sluit de microcontroller board op de computer met behulp van een USB-poort.
2. Met behulp van de originele microcontroller software, het uploaden van de aangepaste script, "Motor_and_AccelerometerTest.ino" aan de raad via de USB-verbinding door te klikken op het pictogram "Upload", aangeduid met de omcirkelde pijl naar rechts.
   1. Zorg ervoor dat het trillingsniveau is ingesteld op nul om de motor in de off-positie met behulp van de opdracht "analogWrite" te zetten. De code moet "analogWrite....

Results

Figuur 4 toont de kalibratiekromme het identificeren van de PWM-waarde voor een 180 Hz trillingsfrequentie van één motor. Vanaf een 50% duty cycle, worden de PWM waarden herhaald totdat de primaire frequentie piek optreedt bij 180 Hz. Succesvolle calibratie proeven moet een duidelijke piek op de primaire trillingsfrequentie te laten zien. Slechte fixatie van de accelerometer om de motor of de motor een steunoppervlak kan een diffuser FFT zonder duidelijke piek. In deze situatie wordt de kalibratie proce.......

Discussion

Het doel van dit protocol is het kader voor het evalueren stimulatieparameters in vibrotactiele ASF toepassingen. In het bijzonder, onderzoekt de effecten van trillingen frequentie, amplitude, de locatie en volgorde op de gebruiker sensomotorische reactie. Dit kader kan worden uitgebouwd en uitgebreid met extra of alternatieve soorten gebruikersrespons die meer klinisch relevant, zoals een gemeenschappelijke buigen of gewichtsverplaatsing van het ene been naar het andere kan zijn opgenomen. Dit soort wijzigingen zou iet.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Vibrating Pager Motors	Precision Microdrives	Model 310-101	Coin eccentric rotating mass motors.  As many as necessary to test all locations and interactions of interest
Tri-axis Accelerometer	Dimension Engineering	ADXL 335	Advanced analog accelerometer. 500 Hz bandwidth, 3.5-15 V input. Designed for motion, tilt, and slope measurement, as well as vibration and shock sensing.
Arduino Uno	Arduino	DEV-11021	Microcontroller board for communicating with the tri-axis accelerometer
Arduion Mega 2560	Arduino	DEV-11061	Microcontroller board for interfacing with the vibration motors.
LabVIEW	National Instruments		Data acquisition software used to control motors and display accelerometer signals
Arduino IDE Software	Arduino	v. 1.6.5
Push-Button	Bridges	Buddy Button	Wired switch featuring a 2.5 in/6.35 cm activation surface that provides an auditory click and tactile feedback.
Optional:
Dedicated haptic motor driver	Texas Instruments	DRV2605L	Can be used to replace the entire amplification circuit described in Step 1.
Flexible wearable goniometer	Biometrics Ltd.	SG110	Twin axis flexible goniometers to measure angles in up to two planes of movement that can be used in lieu of the push button to measure joint movement in response to stimuli. www.biometricsltd.com/gonio.htm