Name: Een mens-machine-interface van Integratie Low-cost sensoren met een neuromusculaire elektrische stimulatie systeem voor Post-stroke Balance Rehabilitation (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Leer hoe je een kosteneffectieve mens-machine-interface ontwikkelt voor balansrevalidatie na een beroerte met behulp van NMES-sensoren en eye-trackingtechnologie. Dit systeem verbetert de toegankelijkheid van therapie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Onderzoek uitgevoerd in het kader van de gezamenlijke gerichte Program in Informatie en Communicatie Wetenschap en Technologie - ICST, ondersteund door CNRS, INRIA, en DST, onder de paraplu CEFIPRA&#39;s. De auteurs willen graag de steun van studenten, in het bijzonder Rahima Sidiboulenouar, Rishabh Sehgal, en Gorish Aggarwal erkennen, in de richting van de ontwikkeling van de experimentele opstelling.

Let op: De HMI software pijpleiding werd ontwikkeld op basis van vrij beschikbare open-source software en off-the-shelf low-cost video game sensoren (details beschikbaar op: https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ en https: //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). De HMI software pijpleiding is bedoeld voor het verzamelen van gegevens tijdens een gemodificeerde functionele bereik taak (mFRT) 21 in een VR-based gaming platform voor visuomotorische balans therapie (VBT) 8. Figuur 2a toont de diagnose-eye tracker setup waar de blik functies offline worden gehaald voor de kwantificering van de post-stroke restfunctie zodat de visuele feedback in VR dienovereenkomstig kan worden aangepast. Figuur 2b toont de experimentele opstelling voor het VBT. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig2.jpg" /> Figuur 2: ( <strong&gt; a) Schema van de mens-machine-interface voor de evaluatie van post-stroke uitoefening oogbewegingen. (B) Schematische voorstelling van de mens-machine-interface waar de software-interface integreert biosignaal sensoren en motion capture naar mobiele brain / body imaging data met neuromusculaire elektrische stimulatie systeem (NMES) en sensorische elektrische stimulatie (SES) voor post-stroke NMES opnemen / SES-geassisteerde visuomotorische balans therapie. NMES: Neuromusculaire elektrische stimulatie, SES: Sensory elektrische stimulatie, EMG: Electromyogram, EEG: Elektro, EOG: elektro-, CoP: Center of Pressure, PC: Personal Computer. Overgenomen van 8 en 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> 1. Software-installatie voor mobiele Brain / Body Imaging Tijdens VBT <ol><li> Installeer de stuurprogramma&#39;s voor de Motion Captuur (installatieprocedures aangeboden bij https://code.google.com/p/labstreaminglayer/wiki/KinectMocap) <ol><li> Download en installeer Kinect Runtime van http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=253187 (Motion Capture sensor dient niet te worden in een van de USB-poorten op de computer aangesloten). </li><li> Sluit de aangedreven Motion Capture Sensor in een USB-poort via de interface kabel. De drivers wordt automatisch geladen. </li></ol></li><li> Installeer de stuurprogramma&#39;s voor de Eye Tracker Sensor (installatieprocedures aangeboden bij <a href="http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab">http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab</a> ) <ol><li> Download de software van http://theeyetribe.com, start de applicatie en start de applicatie om de software te installeren (Eye Tracker sensor dient niet te worden in een van de USB-poorten op de computer aangesloten). </li><li> Sluit de aangedreven Eye Tracker Sensor en de chauffeurs wordt automatisch geladen. </li></ol></li><li> Installe stuurprogramma&#39;s voor de Balance Board (installatieprocedures aangeboden bij (installatie procedures op http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/cu_wii.html) <ol><li> Downloaden en uitpakken CU_WiiBB.zip van http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/CU_WiiBB.zip </li><li> Kopieer de map WiiLab standaard Program Files directory van Microsoft Windows-besturingssysteem. </li><li> Open de map WiiLab in de map Program Files en als beheerder van de InstallWiiLab.bat bestand naar de Balance Board te installeren. </li></ol></li><li> Installeer de drivers voor EEG / EOG (installatieprocedures aangeboden bij http://openvibe.inria.fr/how-to-connect-emotiv-epoc-with-openvibe/) <ol><li> Download en installeer Emotiv SDK uit http://www.emotiv.com/apps/sdk/209/ </li><li> Download en installeer OpenViBE Acquisition Server met labstreaminglayer (LSL) van https://code.google.com/p/labstreaminglayer/downloads/detail?name=OVAS-withLSL-0.14.3-3350-svn.zip voor gedistribueerde multi-sensor signaal transport, tijd synchronisatie en het verzamelen van gegevens systeem (installatieprocedures aangeboden bij https://code.google.com/p/labstreaminglayer/). </li></ol></li><li> Installeer de stuurprogramma&#39;s voor de commerciële NMES stimulator (details op http://www.vivaltis.com/gammes/phenix/phenix-usb-neo-50-554-1.html#content). </li></ol> 2. Low-cost Sensorplaatsing for Mobile Brain / Body Imaging (MOBI): De Open-source HMI Software Pipeline Biedt Mobile Brain / Body Imaging (MOBI) 19 met een Low-Cost Off-the-Shelf Sensors (Figuur 2b) die kunnen worden aangepast voor andere Agility Training programma&#39;s. <ol><li> Visuele feedback voor MoBI: <ol><li> Begin met het verkrijgen van een projectiescherm om de visuele biofeedback aan het ene uiteinde van de kamer tonen (aanbevolen afstand van 0,6 m onder). </li><li> Pas de hoogte, zodat het midden van het scherm zal worden op de onderwerpen &#39;ooghoogte. </li></ol></li><li> Motion Capture voor MoBI: <ol><li> Plaats de motion capture sensor in de voorkant van het projectiescherm, en richt hem op het volume van de motion capture. </li><li> Controleer of het volume van de motion capture is 1,5 m tot 2,5 m in de voorkant van de motion capture sensor. </li></ol></li><li> Balance Board Plaatsing voor MoBI: <ol><li> Plaats de Balance Board op de vloer, ongeveer 2,0 m afstand van de motion capture sensor. </li><li> Laat voldoende ruimte rond het Balance Board om full-body verkeer te waarborgen (dwz tijdens gemodificeerde functionele bereik taak 21). </li></ol></li><li> EEG / EMG / EOG Sensor plaatsing voor MoBI <ol><li> Vraag het onderwerp te gaan zitten op een stoel met uitzicht op de Motion Capture en met hun voeten op de Balance Board. </li><li> Plaats de opname (EMG) cum stimulatie (NMES / SES) elektroden bilateraal het Medial Gastrocnemius (MG) en tibialis anterior (TA) spieren van de patiënt. Dan, sluit ze aan op de draadloze elektrische stimulator (NMES / SES) systeem. </li><li> Plaats het elektro-encefalogram (EEG) kap over het onderwerphoofd naar aanleiding van de internationale 10-20 systeem. Plaats vervolgens de EEG-elektroden met geleidende pasta op -Fz, C3, CZ, C4, P3, Pz, P4, PO7, Oz, PO8 - alvorens ze aan te sluiten op de draadloze headset EEG. </li><li> Plaats twee EEG-elektroden met geleidende pasta en boven één van de ogen voor verticale EOG en zet twee elektroden geleidende pasta aan de buitenste ooghoek van elk oog voor horizontale EOG. (Let op: Bij Eye Tracker sensor wordt niet gebruikt in de post-stroke onderwerp dan bilaterale EOG is de voorkeur). </li><li> Plaats twee EEG-elektroden op oorlellen als referentie-elektroden. </li></ol></li></ol> 3. Eye Tracker Based Evaluatie van Post-stroke Pursuit Eye Movements <ol><li> Vraag het onderwerp te zitten met de kin rust comfortabel op de in hoogte verstelbare Chin-Rest. Vervolgens verhogen de computermonitor voldoende hoogte zodat de ogen ruwweg naar het midden van de monitor (figuur 2a). </li><li> Plaats de Eye Tracker r<html> oughly 50 cm van de Chin-Rest en vraag het onderwerp te kijken recht in de computer monitor voor visuele aanwijzingen. </li><li> Run EyeTribeWinUI.exe in de map &#39;SmartEye&#39; om de Eye Tracker kalibreren. Het onderwerp zal worden gevraagd om te kijken naar verschillende doelen op de PC-monitor voor ongeveer 2 seconden per stuk. Een typische gebruiker kalibratie proces duurt ongeveer 20 seconden om te voltooien. De (x, y) coördinaten van het subject blik punt wordt vastgelegd voor verschillende doelen CUED kalibratie. </li><li> Run &#39;Visual_Stimulus.exe&#39; in de map SmartEye naar de virtual reality-based interface uit te voeren. Vervolgens start het programma &#39;SmartEye.exe&#39; aanwezig is in de map &#39;SmartEye&#39; om de onderwerpen &#39;eye blik gegevens die worden gesynchroniseerd met de virtual reality gebaseerd taak te verwerven. Deze gegevens zullen worden gebruikt voor de evaluatie van post-stroke uitoefening oogbeweging. </li></ol>2394fig3.jpg &quot;/&gt; Figuur 3: (a) Cursor vertegenwoordigt het drukpunt (COP) die moet volitionally worden gereden naar het gecuede doel tijdens visuomotorische evenwicht therapie (b) Visuomotorische evenwicht therapie protocol waarbij het ​​onderwerp stuurt de computer cursor een perifere doelgericht door volitionally gegenereerd CoP excursies. De reset kan worden geholpen met Neuromusculaire elektrische stimulatie (NMES) en sensorische elektrische stimulatie (SES), (c) Experimentele opstelling voor visueel-geactiveerde visuomotorische balans therapie. Overgenomen van 8 en 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> 4. NMES / SES-Assisted Visuomotorische Balance Therapy (VBT) onder MoBI <ol><li> Sluit de eye-tracker en balance board sensoren om de visuele feedback computer (Fifiguur 2). <ol><li> Zorg dat de Eye Tracker sensor is ingeschakeld, aangesloten op de computer, en dat deze volledig is opgestart. Start de &#39;EyeTribe server.exe&#39; en &#39;EyeTribeWinUI.exe&#39; beschikbaar in de map &#39;VBT&#39; (zie stap 1.3). </li><li> Zorg ervoor dat de Balance Board sensor is ingeschakeld. Druk vervolgens op de knop op het Balance Board sensor naar de externe vindbaar in het menu te maken. Klik vervolgens op het pictogram tonen of verbergen in de taakbalk van het systeem en klik op Bluetooth-pictogram van het apparaat. Klik vervolgens op de optie &#39;Een apparaat toevoegen&#39; en koppel de Balance Board sensor als een Bluetooth-apparaat zonder gebruik te maken van de code om de visuele feedback computer. Zodra de Balance Board sensor is aangesloten op de visuele feedback computer, opent u de map &#39;VBT&#39; en voer het WiiBBinterface.m bestand naar Matlab- Balance Board sensor-interface vast te stellen (zie stap 1.6). </li><li> Zorg ervoor dat de Motion Capture sensor wordt ingeschakeld, aangesloten op de computer en dat hetvolledig is opgestart (er is een groene LED aan de voorkant). Open de map LSL en start &#39;Mocap&#39; software om streaming van de motion capture sensor data beginnen (zie stap 1.6). </li><li> Zorg ervoor dat de EEG / EOG data-acquisitie systemen zijn ingeschakeld. Dubbelklik vervolgens op de openvibe acquisitie server-withlsl.cmd beschikbaar in de map LSL (zie stap 1.6). Vanuit het menu, selecteert u de betreffende sensor hardware (dat wil zeggen, &#39;Emotiv EPOC&#39;) en configureren van de module, indien nodig, door te klikken op de &#39;Driver Eigenschappen&#39;. Klik vervolgens op &#39;Connect&#39; en klik op &#39;Play&#39; om de overname server te starten. </li></ol></li><li> Kalibreren van de sensoren voor het VBT <ol><li> Vraag het na een beroerte onderwerp op het Balance Board te staan ​​met veiligheidsharnas (en gedeeltelijke lichaamsgewicht ondersteunen, indien nodig). </li><li> Stel een minimum uitgangswaarde NMES niveau (pulse-breedte en huidige niveau) die nodig zijn voor rechtopstaande volgens klinische observatie (bijv.,zero lichaamsgewicht ondersteuning) 22. Instelling van de minimale basislijn NMES niveau, kan men de stimulatiefrequentie ingesteld op 20 Hz en verhoog de pulsbreedte en / of stroomniveau tot rechtopstaande bereikt. Hier, NMES van kniestrekkers is nodig om voldoende koppel om knie knik te voorkomen genereren. </li><li> Vraag het onderworpen aan verschillende bereik bewegingen die CoM en CoP locatie van invloed uit te voeren. </li><li> Start het programma &#39;CalibSensors.m&#39; beschikbaar in de map &#39;Datacollect&#39; met het oog op multi-sensor kalibratie data te verzamelen terwijl het onderwerp voert diverse zelf geïnitieerde maximale bereik bewegingen in verschillende richtingen die zwaartepunt beïnvloeden (COM) en het centrum van de druk (CoP) op de visuele feedback. </li></ol></li></ol> 5. Multi-sensor Data Collection van Low-cost sensoren Tijdens VBT (Figuur 2b) <ol><li> Start het programma &#39;CollectBaseline.m&#39; in de map &#39;Datacollect&#39; naar de basislijn rust te verzamelen-state, ogen open, multi-sensor data door het onderwerp stil te staan ​​gedurende 2 minuten, terwijl direct kijken naar de CoP doel op de PC-monitor (figuur 3a). </li><li> Sluit de video-uitgang van de visuele feedback computer naar het projectiescherm en voer het bestand SmartEyeVRTasks.exe in de map &#39;VBT&#39; in de visuele feedback computer naar de SmartEyeVRTasks GUI starten. Ook lopen &#39;CollectVBT.m&#39; programma in de map &#39;Datacollect om sensor gegevens te verzamelen tijdens het VBT. <ol><li> Van rechtop staan, de zogenaamde &#39;Centrale hold&#39; fase, vraagt ​​het onderwerp om de cursor, gedreven door de CoP, zo snel mogelijk naar willekeurig gepresenteerd perifere doelwit sturen als gecued door visuele feedback (figuur 3b). </li><li> Naar aanleiding van deze &#39;Move&#39; fase, vraagt ​​het onderwerp om de cursor te houden op de beoogde locatie voor 1 sec tijdens de &#39;Peripheral hold&#39; fase. </li><li> Naar aanleiding van de &#39;Peripheral hold&#39; fase, de cursor zal &#39;<html> ; Reset &#39;terug naar het centrum als het onderwerp nodig heeft om weer rechtop te staan ​​terug te keren - de&#39; Central hold &#39;positie. NMES / SES wordt geactiveerd voor de spier wanneer het EMG niveau boven een bepaalde drempel gaat naar de wilskrachtige inspanning die nodig is om de CoP terug te keren naar de &#39;Central hold&#39; positie te staan. Opmerking: De moeilijkheid van het mFRT kan worden verhoogd door verlaging van de versterking, <img alt="vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq1.jpg" /> Of verhoging van de ruisvariantie <img alt="vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq2.jpg" /> Binnen vakspecifieke haalbaar bereik: <img alt="vergelijking 3" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq3.jpg" /> waar de CoP excursies, <img alt="vergelijking 4" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq4.jpg" /> , Rijdt de computer cursor, <img alt="vergelijking 5" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq5.jpg" /> , In discreet zijn tijd, <img alt="vergelijking 6" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq6.jpg" /> Met tijdstap,op 7 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg &quot;/&gt;. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Sacco, R. L., Kasner, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+updated+definition+of+stroke+for+the+21st+century%3A+a+statement+for+healthcare+professionals+from+the+American+Heart+Association%2FAmerican+Stroke+Association%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%3B+a+journal+of+cerebral+circulation%22%5BJournal%5D)">An updated definition of stroke for the 21st century: a statement for healthcare professionals from the American Heart Association/American Stroke Association.</a> Stroke; a journal of cerebral circulation. 44 (7), 2064-2089 (2013).</li>
<li>Das, A., Botticello, A. L., Wylie, G. R., Radhakrishnan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurologic+Disability%3A+A+Hidden+Epidemic+for+India%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Neurologic Disability: A Hidden Epidemic for India.</a> Neurology. 79 (21), 2146-2147 (2012).</li>
<li>Verheyden, G. S. A. F., Weerdesteyn, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interventions+for+preventing+falls+in+people+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22The+Cochrane+database+of+systematic+reviews%22%5BJournal%5D)">Interventions for preventing falls in people after stroke.</a> The Cochrane database of systematic reviews. 5, 008728(2013).</li>
<li>Campbell, G. B., Matthews, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrative+review+of+factors+associated+with+falls+during+post-stroke+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nursing+Scholarship%3A+An+Official+Publication+of+Sigma+Theta+Tau+International+Honor+Society+of+Nursing+%2F+Sigma+Theta+Tau%22%5BJournal%5D)">An integrative review of factors associated with falls during post-stroke rehabilitation.</a> Journal of Nursing Scholarship: An Official Publication of Sigma Theta Tau International Honor Society of Nursing / Sigma Theta Tau. 42, 395-404 (2010).</li>
<li>Geurts, A. C. H., de Haart, M., van Nes, I. J. W., Duysens, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+standing+balance+recovery+from+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+%26+posture%22%5BJournal%5D)">A review of standing balance recovery from stroke.</a> Gait & posture. 22, 267-281 (2005).</li>
<li>Marigold, D. S., Eng, J. J., Dawson, A. S., Inglis, J. T., Harris, J. E., Gylfadóttir, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exercise+leads+to+faster+postural+reflexes%2C+improved+balance+and+mobility%2C+and+fewer+falls+in+older+persons+with+chronic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Geriatrics+Society%22%5BJournal%5D)">Exercise leads to faster postural reflexes, improved balance and mobility, and fewer falls in older persons with chronic stroke.</a> Journal of the American Geriatrics Society. 53, 416-423 (2005).</li>
<li>Mansfield, A., Mochizuki, G., Inness, E. L., McIlroy, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+correlates+of+between-limb+synchronization+of+standing+balance+control+and+falls+during+inpatient+stroke+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehabilitation+and+neural+repair%22%5BJournal%5D)">Clinical correlates of between-limb synchronization of standing balance control and falls during inpatient stroke rehabilitation.</a> Neurorehabilitation and neural repair. 26, 627-635 (2012).</li>
<li>Dutta, A., Lahiri, U., Das, A., Nitsche, M. A., Guiraud, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Post-stroke+balance+rehabilitation+under+multi-level+electrotherapy%3A+a+conceptual+review%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroprosthetics%22%5BJournal%5D)">Post-stroke balance rehabilitation under multi-level electrotherapy: a conceptual review.</a> Neuroprosthetics. 8, 403(2014).</li>
<li>Agnes Roby-Brami, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reaching+and+Grasping+Strategies+in+Hemiparetic+Patients%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Kinetics+Journals%22%5BJournal%5D)">Reaching and Grasping Strategies in Hemiparetic Patients.</a> Human Kinetics Journals. , at http://journals.humankinetics.com/mc-back-issues/mcvolume1issue1january/reachingandgraspingstrategiesinhemipareticpatients (2010).</li>
<li>Sabut, S. K., Sikdar, C., Kumar, R., Mahadevappa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+electrical+stimulation+of+dorsiflexor+muscle%3A+effects+on+dorsiflexor+strength%2C+plantarflexor+spasticity%2C+and+motor+recovery+in+stroke+patients%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroRehabilitation%22%5BJournal%5D)">Functional electrical stimulation of dorsiflexor muscle: effects on dorsiflexor strength, plantarflexor spasticity, and motor recovery in stroke patients.</a> NeuroRehabilitation. 29, 393-400 (2011).</li>
<li>Magalhães, F. H., Kohn, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effectiveness+of+electrical+noise+in+reducing+postural+sway%3A+a+comparison+between+imperceptible+stimulation+applied+to+the+anterior+and+to+the+posterior+leg+muscles%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Effectiveness of electrical noise in reducing postural sway: a comparison between imperceptible stimulation applied to the anterior and to the posterior leg muscles.</a> European Journal of Applied Physiology. 114, 1129-1141 (2014).</li>
<li>Hwang, S., Tae, K., Sohn, R., Kim, J., Son, J., Kim, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+balance+recovery+mechanisms+against+unexpected+forward+perturbation%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+biomedical+engineering%22%5BJournal%5D)">The balance recovery mechanisms against unexpected forward perturbation.</a> Annals of biomedical engineering. 37, 1629-1637 (2009).</li>
<li>Gatev, P., Thomas, S., Kepple, T., Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feedforward+ankle+strategy+of+balance+during+quiet+stance+in+adults%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+physiology%22%5BJournal%5D)">Feedforward ankle strategy of balance during quiet stance in adults.</a> The Journal of physiology. 514, (Pt 3) 915-928 (1999).</li>
<li>Cofre Lizama, E. L., Pijnappels, M., Reeves, N. P., Verschueren, S. M. P., van Dieën, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+explicit+visual+feedback+of+postural+sway+efface+the+effects+of+sensory+manipulations+on+mediolateral+balance+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Can explicit visual feedback of postural sway efface the effects of sensory manipulations on mediolateral balance performance.</a> Journal of Neurophysiology. , (2015).</li>
<li>Knash, M. E., Kido, A., Gorassini, M., Chan, K. M., Stein, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+stimulation+of+the+human+common+peroneal+nerve+elicits+lasting+facilitation+of+cortical+motor-evoked+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+brain+research%22%5BJournal%5D)">Electrical stimulation of the human common peroneal nerve elicits lasting facilitation of cortical motor-evoked potentials.</a> Experimental brain research. 153, 366-377 (2003).</li>
<li>Dinse, H. R., Tegenthoff, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evoking+plasticity+through+sensory+stimulation%3A+Implications+for+learning+and+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+neuroscience%3A+the+official+journal+of+the+Society+for+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Evoking plasticity through sensory stimulation: Implications for learning and rehabilitation.</a> The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 6, 11-20 (2015).</li>
<li>Khaslavskaia, S., Sinkjaer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+cortex+excitability+following+repetitive+electrical+stimulation+of+the+common+peroneal+nerve+depends+on+the+voluntary+drive%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+brain+research%22%5BJournal%5D)">Motor cortex excitability following repetitive electrical stimulation of the common peroneal nerve depends on the voluntary drive.</a> Experimental brain research. 162, 497-502 (2005).</li>
<li>Perez, M. A., Field-Fote, E. C., Floeter, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterned+sensory+stimulation+induces+plasticity+in+reciprocal+ia+inhibition+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+neuroscience%3A+the+official+journal+of+the+Society+for+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Patterned sensory stimulation induces plasticity in reciprocal ia inhibition in humans.</a> The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 23, 2014-2018 (2003).</li>
<li>Makeig, S. Mind Monitoring via Mobile Brain-Body Imaging. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMakeig%2C+S+%22Foundations+of+Augmented+Cognition.+Neuroergonomics+and+Operational%22">Foundations of Augmented Cognition. Neuroergonomics and Operational</a>. , http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-02812-0_85 749-758 (2009).</li>
<li>Ojeda, A., Bigdely-Shamlo, N., Makeig, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MoBILAB%3A+an+open+source+toolbox+for+analysis+and+visualization+of+mobile+brain%2Fbody+imaging+data%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">MoBILAB: an open source toolbox for analysis and visualization of mobile brain/body imaging data.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 8, 121(2014).</li>
<li>Dutta, A., Chugh, S., Banerjee, A., Dutta, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Point-of-care-testing+of+standing+posture+with+Wii+balance+board+and+microsoft+kinect+during+transcranial+direct+current+stimulation%3A+A+feasibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroRehabilitation%22%5BJournal%5D)">Point-of-care-testing of standing posture with Wii balance board and microsoft kinect during transcranial direct current stimulation: A feasibility study.</a> NeuroRehabilitation. 34, 789-798 (2014).</li>
<li>Nataraj, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Feedback+Control+Of+Standing+Balance+Using+Functional+Neuromuscular+Stimulation+Following+Spinal+Cord+Injury%22">Feedback Control Of Standing Balance Using Functional Neuromuscular Stimulation Following Spinal Cord Injury</a>. , Ohio.gov, PhD Thesis, https://etd.ohiolink.edu/ap/10?0::NO:10:P10_ETD_SUBID:52547 (2011).</li>
<li>Dutta, A., Paulus, W., Nitsche, A., M, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+Methods+for+Non-Invasive+Electrical+Stimulation+to+Facilitate+Gait+Rehabilitation+Following+Stroke+-+The+Future+Directions%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+and+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Translational Methods for Non-Invasive Electrical Stimulation to Facilitate Gait Rehabilitation Following Stroke - The Future Directions.</a> Neuroscience and Biomedical Engineering. 1, 22-33 (2013).</li>
<li>Banerjee, A., Khattar, B., Dutta, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Low-Cost+Biofeedback+System+for+Electromyogram-Triggered+Functional+Electrical+Stimulation+Therapy%3A+An+Indo-German+Feasibility+Study%5BTitle%5D)+AND+%22ISRN+Stroke%22%5BJournal%5D)">A Low-Cost Biofeedback System for Electromyogram-Triggered Functional Electrical Stimulation Therapy: An Indo-German Feasibility Study.</a> ISRN Stroke. 2014, e827453(2014).</li>
<li>Kerkhoff, G., Reinhart, S., Ziegler, W., Artinger, F., Marquardt, C., Keller, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smooth+pursuit+eye+movement+training+promotes+recovery+from+auditory+and+visual+neglect%3A+a+randomized+controlled+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehabilitation+and+Neural+Repair%22%5BJournal%5D)">Smooth pursuit eye movement training promotes recovery from auditory and visual neglect: a randomized controlled study.</a> Neurorehabilitation and Neural Repair. 27, 789-798 (2013).</li>
<li>Carl, J. R., Gellman, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+smooth+pursuit%3A+stimulus-dependent+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Human smooth pursuit: stimulus-dependent responses.</a> Journal of Neurophysiology. 57, 1446-1463 (1987).</li>
<li>Clark, R. A., Bryant, A. L., Pua, Y., McCrory, P., Bennell, K., Hunt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validity+and+reliability+of+the+Nintendo+Wii+Balance+Board+for+assessment+of+standing+balance%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+%26+posture%22%5BJournal%5D)">Validity and reliability of the Nintendo Wii Balance Board for assessment of standing balance.</a> Gait & posture. 31, 307-310 (2010).</li>
<li>Clark, R. A., Pua, Y. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validity+of+the+Microsoft+Kinect+for+assessment+of+postural+control%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+%26+posture%22%5BJournal%5D)">Validity of the Microsoft Kinect for assessment of postural control.</a> Gait & posture. 36, 372-377 (2012).</li>
<li>Khattar, B., Banerjee, A., Reddi, R., Dutta, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+Functional+Electrical+Stimulation-Assisted+Neurorehabilitation+following+Stroke+in+India%3A+A+Case+Series%5BTitle%5D)+AND+%22Case+Reports+in+Neurological+Medicine%22%5BJournal%5D)">Feasibility of Functional Electrical Stimulation-Assisted Neurorehabilitation following Stroke in India: A Case Series.</a> Case Reports in Neurological Medicine. 2012, e830873(2012).</li>
<li>Sailer, U., Flanagan, J. R., Johansson, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eye-hand+coordination+during+learning+of+a+novel+visuomotor+task%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+neuroscience%3A+the+official+journal+of+the+Society+for+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Eye-hand coordination during learning of a novel visuomotor task.</a> The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 25, 8833-8842 (2005).</li>
<li>Herr, H., Popovic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Angular+momentum+in+human+walking%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Angular momentum in human walking.</a> The Journal of Experimental Biology. 211, (Pt 4) 467-481 (2008).</li>
<li>Taub, E., Morris, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Constraint-induced+movement+therapy+to+enhance+recovery+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Current+atherosclerosis+reports%22%5BJournal%5D)">Constraint-induced movement therapy to enhance recovery after stroke.</a> Current atherosclerosis reports. 3, 279-286 (2001).</li>
<li>Kasten, E., Wuest, S., Sabel, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Residual+vision+in+transition+zones+in+patients+with+cerebral+blindness%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+and+Experimental+Neuropsychology%22%5BJournal%5D)">Residual vision in transition zones in patients with cerebral blindness.</a> Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 20, 581-598 (1998).</li>
<li>Marshall, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+Cognitive+State+from+Eye+Metrics%5BTitle%5D)+AND+%22Aviation%2C+Space%2C+and+Environmental+Medicine%22%5BJournal%5D)">Identifying Cognitive State from Eye Metrics.</a> Aviation, Space, and Environmental Medicine. 78, 165-175 (2007).</li>
<li>Weerdesteyn, V., de Niet, M., van Duijnhoven, H. J. R., Geurts, A. C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Falls+in+individuals+with+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Rehabilitation+Research+and+Development%22%5BJournal%5D)">Falls in individuals with stroke.</a> Journal of Rehabilitation Research and Development. 45, 1195-1213 (2008).</li>
<li>Stinear, C. M., Barber, P. A., Petoe, M., Anwar, S., Byblow, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+PREP+algorithm+predicts+potential+for+upper+limb+recovery+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%3A+A+Journal+of+Neurology%22%5BJournal%5D)">The PREP algorithm predicts potential for upper limb recovery after stroke.</a> Brain: A Journal of Neurology. 135 ((Pt 8)), 2527-2535 (2012).</li>
<li>Dutta, A., Lahiri, D., Kumar, U., Das, A., Padma, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Post-stroke+engagement-sensitive+balance+rehabilitation+under+an+adaptive+multi-level+electrotherapy%3A+clinical+hypothesis+and+computational+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+and+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Post-stroke engagement-sensitive balance rehabilitation under an adaptive multi-level electrotherapy: clinical hypothesis and computational framework.</a> Neuroscience and Biomedical Engineering. 2 (2), 68-80 (2015).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Een eenvoudig te gebruiken, klinisch geldige low-cost hulpmiddel voor beweging en balans therapie zal een paradigmaverschuiving voor neurorevalidatie in een low-resource setting. Het is waarschijnlijk een zeer hoge maatschappelijke impact sinds neurologische aandoeningen zoals een beroerte aanzienlijk zal toenemen in de toekomst als gevolg van vergrijzing van de wereldbevolking 2 hebben. Er is dan ook dringend behoefte aan cyber-fysische systemen waarin de mogelijkheid om aan te passen, monitoren en ondersteu...

Een aflevering van neurologische dysfunctie veroorzaakt door focale cerebrale, spinale of retinale infarct wordt genoemd beroerte 1. Beroerte is een wereldwijd gezondheidsprobleem en de vierde belangrijkste oorzaak van invaliditeit in de wereld 1. In landen als India en China, de twee meest bevolkte landen van de wereld, wordt neurologische arbeidsongeschiktheid als gevolg van een beroerte wordt bestempeld als verborgen epidemie 2. Een van de meest voorkomende medische complicaties na een beroerte wordt op een gerapporteerde incidentie tot 73% in het eerste jaar na een beroerte 3. De daling van de post-stroke is multifactoriële en omvat zowel de wervelkolom en supraspinale factoren zoals evenwicht en visueel-ruimtelijke verwaarlozing 4. Een overzicht van Geurts en collega&#39;s 5 geïdentificeerd 1) multi-directioneel slechtzienden maximale gewicht verschuiven tijdens tweevoetig standing, 2) lage snelheid, 3) directionele onnauwkeurigheid, en 4) kleine amplitudes van enkelvoudige en cyclische sub-maximale frontale vlak gewicht verschuift als het saldo factoren voor de herfst risk. De invloed hiervan op de activiteiten van het dagelijks leven kan aanzienlijk zijn, omdat eerdere werken hebben aangetoond dat de balans wordt geassocieerd met ambulante vermogen en de onafhankelijkheid van het bruto motorische functie 5, 6. Bovendien Geurts en collega&#39;s 5 suggereerde dat supraspinale multisensorische integratie (en spiercoördinatie 7) in aanvulling op spierkracht is van cruciaal belang voor het evenwicht herstel dat ontbreekt in de huidige protocollen. Towards multisensorische integratie, onze hypothese 8 op volitionally gedreven niet-invasieve elektrotherapie (NMES / SES) is dat dit adaptief gedrag kan worden gevormd en gefaciliteerd door het moduleren actieve perceptie van zintuiglijke input tijdens NMES / SES-ondersteunde beweging van de getroffen ledemaat zodanig dat de hersenen kan deze feedback in de daaropvolgende beweging uitgang op te nemen door het aantrekken van alternatieve motor trajecten 9, indien nodig. Om volitionally gedreven NMES / SES-bijgestaan ​​evenwicht opleiding in een resource te bereiken-Slechte het instellen van een low-cost mens-machine-interface (HMI) is ontwikkeld door gebruik te maken van beschikbare open-source software en de recente ontwikkelingen in de off-the-shelf video game sensortechnologie voor visueel-auditieve biofeedback. NMES omvat gecoördineerde elektrische stimulatie van zenuwen en spieren die is getoond spierkracht verbeteren en spasticiteit 10 verminderen. Ook SES betreft stimulatie van sensorische zenuwen met elektrische stroom naar sensaties waar de voorbereidende gepubliceerde werk 11 toonde aan dat subsensory stimulatie toegepast over de tibialis anterior spieren alleen effectief is in het verzachtende posturale sway oproepen. Hier zal de HMI mogelijke sensomotorische integratie te maken tijdens interactieve na een beroerte balans therapie waarbij volitionally-driven NMES / SES voor de enkel spieren zal fungeren als een spier versterker (met NMES), alsmede verbeteren afferente feedback (met SES) tot assisteren gezonde enkel strategieën 12,13,14 te rechte houding te handhaven tijdens orthostatische zwaait. Dit isgebaseerd op de hypothese die in Dutta et al. 8 dat een verhoogde prikkelbaarheid corticospinal relevante enkelspieren plaats via niet-invasieve elektrotherapie kan verlenen aan een verbeterde supraspinale modulatie van enkel stijfheid. Inderdaad, eerder werk aangetoond dat NMES / SES opwekt blijvende veranderingen in corticospinal prikkelbaarheid, mogelijk als gevolg van gelijktijdig activeringsmotor en sensorische vezels 15,16. Bovendien Khaslavskaia en Sinkjaer 17 toonde in de mens dat gelijktijdige motor corticale schijf aanwezig op het moment van NMES / SES verbeterde motor corticale prikkelbaarheid. Daarom kan volitionally-driven NMES / SES korte termijn neuroplasticiteit in spinale reflexen induceren (bijv wederzijdse Ia remming 17), waar corticospinal neuronen die projecteren via aflopende wegen naar een bepaalde motoneuron zwembad de antagonistische motoneuron zwembad via Ia-remmende interneuronen in kunnen remmen 18 mens, zoals weergegeven in figuur 1, naar een operant conditioning paradigma (zie Dutta et al. 8). <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig1.jpg" /> Figuur 1: Het concept (. Details op Dutta et al 21) onderliggende interactieve Human Machine Interface (HMI) naar het centrum van de druk (CoP) rijdt cursor naar de cued doelstelling om enkel spiercoördinatie onder volitionally gedreven neuromusculaire elektrische stimulatie te verbeteren (NMES) bijgestane visuomotorische balans therapie EEG:. elektro, MN: α-motorisch, IN: Ia-remmende interneuron, EMG: electromyogram, DRG: dorsale wortel ganglion. Overgenomen van 8 en 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> De antero-posterior (AP) verplaatsingen in het centrum van de massa (COM) worden uitgevoerddoor enkel plantarflexors (zoals mediale gastrocnemius en soleus spieren) en dorsiflexors (zoals de voorste tibialis spier) terwijl mediolaterale (ML) verplaatsingen worden uitgevoerd door enkel invertors (zoals de voorste tibialis spier) en evertors (zoals peroneus longus en brevis spieren). Bijgevolg-takt gerelateerde enkel waardeverminderingen waaronder zwakte van de enkel dorsiflexor spieren en verhoogde spasticiteit van de enkel plantarflexor spieren leiden tot een verminderde posturale controle. Hier kunnen agility training programma&#39;s 6 worden ingezet in een virtual reality (VR) based gaming platform dat dynamisch evenwicht waar de taken geleidelijk in moeilijkheden zijn verhoogd, wat effectiever dan statisch rekken / gewicht verschuiven oefenprogramma kan zijn in het voorkomen van valpartijen 6 dagen. Zo kan bijvoorbeeld onderwerpen volitionally gedreven NMES / SES bijgestaan ​​AP en ML verplaatsingen uit te voeren tijdens een dynamisch evenwicht visuomotorische taak waar de moeilijkheid geleidelijk kan worden verhoogd Ameliorate na beroerte enkel-specifieke controleproblemen in gewichtsverplaatsing tijdens tweevoetig staan. Op weg naar volitionally gedreven NMES / SES bijgestaan ​​balans therapie in een resource-arme omgeving, presenteren we een low-cost HMI for Mobile Brain / Body Imaging (MOBI) 19, in de richting van visueel-auditieve biofeedback die ook kan worden gebruikt voor het verzamelen van gegevens van laag- cost sensoren voor offline data exploratie in MOBILAB (zie Ojeda et al. 20).

<table><tbody><tr><td>NMES stimulator</td><td>Vivaltis, France</td><td>PhenixUSBNeo</td><td>NMES stimulator cum EMG sensor (Figuur 2b)</td></tr><tr><td>Balance Board</td><td>Nintendo, USA</td><td>Wii Balance Board</td><td>Balance Board (Figuur 2b)</td></tr><tr><td>Motion Capture</td><td>Microsoft, USA</td><td>XBOX-360 Kinect</td><td>Motion Capture (Figuur 2b)</td></tr><tr><td>Eye Tracker&nbsp;</td><td>Eye Tribe</td><td>The Eye Tribe</td><td>SmartEye Tracker (Figuur 2a)</td></tr><tr><td>EEG Data Acquisition System</td><td>Emotiv, Australia</td><td>Emotiv Neuroheadset</td><td>Draadloos EEG-headset (Figuur 2b)</td></tr><tr><td>EEG passieve elektrode</td><td>Olimex</td><td>EEG-PE</td><td>EEG passieve elektrode voor EOG en referenties (6 in aantal) (Figuur 2b)</td></tr><tr><td>EEG actieve elektrode</td><td>Olimex</td><td>EEG-AE</td><td>EEG actieve elektrode (10 in aantal) (Figuur 2b)</td></tr><tr><td>Computer met PC-monitor</td><td>Dell</td><td></td><td>Gegevensverwerking en visuele feedback (Figuur 2)</td></tr><tr><td>Software, EMG-elektroden, NMES-elektroden en kabels</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

een mens-machine-interface van integratie low-cost sensoren met een neuromusculaire elektrische stimulatie systeem voor post-stroke balance rehabilitation

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

Een beroerte ontstaat wanneer een slagader van hart tot een gebied in de hersenen barst of een klonter de bloedtoevoer naar de hersenen waardoor de levering van zuurstof en voedingsstoffen voorkomen. Ongeveer de helft van de slag overlevenden blijven zitten met een zekere mate van invaliditeit. Innovatieve methoden voor het herstelrecht neurorevalidatie zijn dringend nodig om langdurige arbeidsongeschiktheid te verminderen. Het vermogen van het zenuwstelsel naar de structuur, functie en verbindingen reorganiseren als reactie op intrinsieke of extrinsieke stimuli heet neuroplasticiteit. Neuroplasticiteit is betrokken bij post-stroke functionele stoornissen, maar ook in de revalidatie. Beneficial plastische veranderingen kunnen worden vergemakkelijkt met niet-invasieve elektrotherapie, zoals neuromusculaire elektrische stimulatie (NMES) en sensorische elektrische stimulatie (SES). NMES impliceert gecoördineerde elektrische stimulatie van motorische zenuwen en spieren om ze te activeren met doorlopende korte pulsen van elektrische stroom, terwijl SES involves stimulatie van sensorische zenuwen met elektrische stroom resulteert in sensaties die variëren van nauwelijks waarneembaar tot zeer onaangenaam. Hier kan actief corticale deelname aan procedures revalidatie worden vergemakkelijkt door het besturen van de niet-invasieve elektrotherapie met biosignalen (elektromyogram (EMG), elektro-encefalogram (EEG), elektro-(EOG)), die gelijktijdig actief perceptie en volitionele inspanning te vertegenwoordigen. Om dit te bereiken in een resource-arme omgeving, bijvoorbeeld in lage en midden-inkomens landen, presenteren we een low-cost mens-machine-interface (HMI) door gebruik te maken van de recente ontwikkelingen in de off-the-shelf video game sensortechnologie. In dit artikel bespreken we de open-source software-interface die low-cost off-the-shelf sensoren integreert voor visueel-auditieve biofeedback met niet-invasieve elektrotherapie om orthostatische controle tijdens evenwicht revalidatie te helpen. We tonen de proof-of-concept op gezonde vrijwilligers.

Figuur 4 toont de ogen blik functies die niet beschikbaar voor de kwantificering van een fysiek sterke prestaties werden geëxtraheerd gedurende een smooth pursuit taak. De volgende eigenschappen werden geëxtraheerd zoals getoond in tabel 1: Feature 1 = procentuele afwijking tussen doelwit stimulus positie en het zwaartepunt van deelnemer bevestigingspunten wanneer de stimulus veranderende posi...

In dit artikel wordt een nieuwe, goedkope mens-machine interface voor een interactief balansrevalidatiesysteem na een beroerte gepresenteerd. Het systeem integreert off-the-shelf goedkope sensoren voor een door de wil gedreven elektrotherapieparadigma. De proof-of-concept software-interface wordt gedemonstreerd aan gezonde vrijwilligers.

Een mens-machine-interface van Integratie Low-cost sensoren met een neuromusculaire elektrische stimulatie systeem voor Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

Het algemene doel van deze procedure is om videospel-sensortechnologie toe te passen voor een betaalbare mens-machine-interface voor balansrevalidatie. Dit wordt bereikt door eerst de apparatuur en software voor mobiele hersen-lichaamsbeeldvorming, of MoBI-apparatuur, in te stellen. De tweede stap is het plaatsen van MoBI-sensoren op het lichaam om fysiologische gegevens vast te leggen.Vervolgens wordt een eye tracker gebruikt om de visuele pursuit-oogbewegingen na een beroerte te evalueren. Eye tracking zal aantonen dat blikgerelateerde indices kunnen helpen bij het afbakenen van oculomotorische defecten na een beroerte, wat relevant kan zijn voor de planning van visuomotorische balanstherapie. Daarna worden de sensoren voor neuromusculaire elektrische stimulatie, of NMES, die ondersteunend worden gebruikt bij visuomotorische balanstherapie onder MoBI, gekalibreerd.De laatste stap is het verzamelen van multisensordata van goedkope sensoren tijdens visuomotorische balanstherapie. We breiden deze technologie uit voor onze thuisrevalidatie voor beroertepatiënten die lijden aan balansverlies. Ons systeem bevat gaze-based, prognostische duale en één gaze-spectrum als belangrijke componenten in de visuomotorische balanstherapie.Deze paradigmaverschuivende technologie legt vast hoe het visuele systeem, het motorische systeem en de balanssystemen samenwerken na een beroerte en probeert deze via training te rehabiliteren. In principe kan deze techniek dus worden ingezet bij andere aandoeningen, zoals autismespectrumstoornissen, parkinsonisme, traumatisch hersenletsel en ook psychomotorische stoornissen als gevolg van depressie. Al deze functies kunnen worden gerehabiliteerd met dit trainingssysteem.Begin met het verkrijgen van een projectiescherm om de visuele biofeedback weer te geven. Pas de hoogte aan zodat het midden van het scherm zich op ooghoogte van de proefpersoon bevindt. Plaats vervolgens de motion capture-sensor voor het projectiescherm en richt deze op het motion capture-volume.Bevestig dat het volume voor motion capture zich op 1,5 meter tot 2,5 meter vóór de motion capture-sensor bevindt. Plaats vervolgens het balansbord op de vloer, op ongeveer 2,0 meter afstand van de motion capture-sensor. Laat rondom het balansbord voldoende ruimte over om volledige lichaamsbeweging te waarborgen.Om te beginnen met de plaatsing van de sensoren voor elektromyografie, of EMG, in het NMES-systeem, vraag het proefpersoon om op een stoel te gaan zitten. Plaats de EMG- en NMES-elektroden bilateraal op de musculus gastrocnemius medialis en de musculus tibialis anterior van de proefpersoon. Sluit vervolgens de elektroden aan op het draadloze NMES-simulatorsysteem.Plaats vervolgens de elektro-encefalogramcap, of EEG-cap, op het hoofd van de proefpersoon volgens het internationale 10-20-systeem. Gebruik geleidende pasta om de elektroden, hier getoond, aan de hoofdhuid te bevestigen voordat u deze aansluit op de draadloze EEG-headset. Plaats twee passieve EEG-elektroden boven en onder één oog om het verticale elektro-oculogram, of EOG, vast te leggen.Plaats er nog twee aan de buitenkant van elk oog om het horizontale EOG vast te leggen. Plaats ten slotte twee passieve EEG-elektroden op de oorlellen van de proefpersoon om als EEG-referentie-elektroden te dienen. Begin met het plaatsen van de eye-tracker net onder de monitor voor visuele feedback en sluit deze aan op de computer voor visuele feedback via een USB 3-poort.Verzoek de proefpersoon vervolgens om aan het bureau te gaan zitten op een afstand van 50 centimeter van de eye tracker en stel de computermonitor voor visuele feedback zo in dat de ogen van de proefpersoon zich in het midden van het scherm bevinden. Open op de computer voor visuele feedback de Eye Tribe server en Eye Tribe When-You-Eye om te controleren of de ogen van de proefpersoon door de Gooey worden gedetecteerd en om vervolgens de kalibratieroutine van de eye tracker uit te voeren. Verzoek de proefpersoon daarna om voor de visuele aanwijzingen rechtstreeks naar de computermonitor voor visuele feedback te kijken.Voer de kalibratieroutine van de eye tracker uit door op het tabblad 'calibrate' in de Gooey te klikken. Start 'visual underscore stimulus dot exc' in de map 'smart eye' om de op virtual reality gebaseerde interface uit te voeren. Start vervolgens het programma 'smart eye dot exc' in de map 'smart eye' om de oogbewegingsgegevens van de proefpersoon te verzamelen die gesynchroniseerd zijn met de op virtual reality gebaseerde taak.Vraag de proefpersoon om de vaste en bewegende visuele stimuli op verschillende posities op het computerscherm voor visuele feedback te volgen om de oogvolgbewegingen na een beroerte te evalueren. Sluit eerst de eye-tracker en de sensoren van het balansbord aan op de computer voor visuele feedback. Zet het balansbord, of de BB-sensor, aan.Druk op de knop van de BB-sensor om de afstandsbediening vindbaar te maken in het menu. Klik op het icoon voor tonen of verbergen in de taakbalk van het systeem en klik op het icoon voor bluetooth-apparaten. Klik vervolgens op de optie apparaat toevoegen en koppel de BB als bluetooth-apparaat aan de computer voor visuele feedback zonder gebruik te maken van de code.Zodra het balansbord is aangesloten op de computer voor visuele feedback, opent u de VBT-map en voert u het bestand We BB interface dot m uit om de Matlab BB-interface op te starten. Laat de proefpersoon op het balansbord gaan staan. Klik op OK om de kalibratie te starten, voer vervolgens het gewicht van de proefpersoon in en klik opnieuw op OK.Sluit vervolgens de motion capture-sensor aan op de computer voor gegevensacquisitie, zet deze aan en zorg ervoor dat deze volledig is opgestart, wat wordt aangegeven door het groene licht. Open de LSL-map en start de Mocap-software om te beginnen met het streamen van de gegevens van de motion capture-sensor. Zet de EEG- en EOG-gegevensacquisitiesystemen die zijn aangesloten op de computer voor gegevensacquisitie aan.Om dit te doen, opent u eerst de LSL-map en start u de OpenViBE-acquisitieserver met LSL.cmd. Selecteer vervolgens Emotive EPOC in het menu voor EEG en EOG en configureer de module door op Driver Properties te klikken. Klik daarna op Connect en vervolgens op Play om de acquisitieserver te starten.Begin met de proefpersoon te vragen op het balansbord te gaan staan en breng een veiligheidsgordel aan. Stel een minimaal basisniveau voor NMES in voor rechtopstaand staan door de stimulatiefrequentie op 20 hurtz in te stellen. Verhoog vervolgens de pulsbreedte en het stroomniveau in de NMES-software die is geïnstalleerd op de computer voor gegevensverwerving, totdat er rechtopstaand is bereikt.Voor NMES-ondersteunde VBT vraagt u de proefpersoon om op een stoel te gaan zitten, met het gezicht naar de motion capture-sensor en de voeten op de balansplaat. Voer het calib sensors-programma in de map data collect uit om kalibratiegegevens van meerdere sensoren te verzamelen. Vraag de proefpersoon tot slot om zelfgeïnitieerde maximale reikbewegingen in verschillende richtingen uit te voeren die de locatie van het zwaartepunt op de visuele feedback beïnvloeden.Begin met het uitvoeren van het programma 'collect baseline' in de map 'data collect' om baseline rusttoestand-gegevens met open ogen via meerdere sensoren te verzamelen. Vraag hiervoor de proefpersoon om twee minuten stil te staan en recht naar de locatie van het zwaartepunt op de visuele feedback te kijken. Voer vervolgens het programma 'collected VBT' in de map 'data collect' uit om sensorgegevens tijdens de VBT te verzamelen.Sluit de video-uitgang van de computers voor visuele feedback aan op het projectiescherm en voer het bestand smart IVRT tasks dot exe uit in de VBT-map op de computer voor visuele feedback om de smart IVRT tasks Gooey te starten. Vraag de proefpersoon vervolgens om aandacht te besteden aan de audio- en visuele signalen op het computerscherm en de cursor zo snel mogelijk naar willekeurig gepresenteerde perifere doelen te sturen. Vraag de proefpersoon na de Move Phase om de cursor één seconde op de locatie van het doel vast te houden.Vraag de proefpersoon na de perifere vasthoudfase om terug te keren naar de centrale vasthoudpositie, terwijl het systeem de twee d-coördinaten van het drukcentrum en de twee d-coördinaten van de blikgegevens van de proefpersoon vastlegt. De blikkenmerken werden verzameld met de eye-tracker om de prestaties van een proefpersoon tijdens een smooth pursuit-taak te kwantificeren voor latere vergelijking met VBT-gegevens na een beroerte. Vervolgens werd voor VBT het protocol gebruikt om de functionele reikwijdte-taak aan te passen, om zo het vermogen van de proefpersoon te kwantificeren om de positie van het drukcentrum zo snel mogelijk willens en wetens te verschuiven zonder het evenwicht te verliezen, terwijl er visuele feedback werd gegeven.Hier tonen EOG-gegevens aan dat tijdens de VBT de FD-ratio, oftewel de ratio van de fixatieduur op het doel ten opzichte van de fixatieduur op de cursor, toenam terwijl de genormaliseerde gemiddelde kwadratische fout afnam. Bij het uitvoeren van deze procedure is het zeer belangrijk om rekening te houden met de veiligheid en het comfort van de beroertepatiënt. Wij verwachten dat een op virtual reality gebaseerd balansrehabilitatiesysteem effectief zal zijn bij de behandeling van balansstoornissen bij beroertepatiënten.Door deze procedure te volgen, kunnen andere aanvullende klinische maten, zoals de klinische maat voor balans en mobiliteit, worden toegevoegd om volledig te begrijpen hoe kwantitatieve maten zich verhouden tot andere standaard klinische parameters, zodat we een volledig beeld kunnen krijgen van het functionele tekort van een patiënt na een beroerte en dit probleem uitgebreid kunnen aanpakken in de rehabilitatie.

a-human-machine-interface-integrating-low-cost-sensors-with

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Ontwikkeling van een effectief brein-machine-interface (BMI)-systeem voor de restauratie en rehabilitatie van tweebenige voortbeweging vereist nauwkeurige decodering van opzet gebruiker. Hier presenteren we een nieuwe experimentele protocol en gegevensverzameling techniek voor simultane niet-invasieve overname van neurale activiteit, spieractiviteit, en het hele lichaam kinematica tijdens diverse motoriek taken en omstandigheden.

Gelijktijdig Scalp Elektro-encefalografie (EEG), Elektromyografie (EMG) en Whole-body Segmental Inertial Opname voor Multi-modale Neural Decoding

Een vergadering-platform heeft ontwikkeld en geassembleerd dat passief destabiliseert vergadering houding bij de mens. Tijdens de stabiliserende taak van de gebruiker, een inertial maateenheid registreert de beweging van het apparaat en trillende elementen leveren prestaties gebaseerde feedback aan de stoel. De draagbare, veelzijdig apparaat kan worden gebruikt in revalidatie, beoordeling en opleiding paradigma's.

Een Vibrotactile Feedback apparaat voor zittende evenwicht beoordeling en opleiding

Personen met chronische enkelinstabiliteit (CAI) vertonen posturale controledeficiëntie en vertraagde spieractivering van de onderste ledematen. Geautomatiseerde dynamische posturografie in combinatie met oppervlakte-elektromyografie biedt inzicht in de coördinatie van de visuele, somatosensorische en vestibulaire systemen met spieractiveringsregeling om de posturale stabiliteit bij personen met CAI te behouden.

Evaluatie van posturale controle en onderste extremiteit spieractivering bij personen met chronische enkelinstabiliteit

Dit protocol beschrijft het proces voor het uitvoeren van een neurofysiologische beoordeling van de spieren van de onderste ledematen, tibialis anterior en soleus, in een staande positie met behulp van TMS bij mensen na een beroerte. Deze positie biedt een grotere kans op het uitlokken van een TMS-respons na een beroerte en maakt het gebruik van verminderde stimulatorkracht mogelijk tijdens neurofysiologische beoordelingen.

Staande neurofysiologische beoordeling van de spieren van de onderste ledematen na een beroerte

Dit manuscript biedt een innovatieve methode voor het ontwikkelen van een biologische perifere zenuwinterface genaamd de Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI).  Deze chirurgische constructie kan de bijbehorende perifere zenuw efferente signalen versterken om nauwkeurige detectie van motorische intentie en de potentiële controle van exoskeletapparaten te vergemakkelijken.

De spiermanchet regeneratieve perifere zenuwinterface voor de versterking van intacte perifere zenuwsignalen

Geschat wordt dat 1 op de 6 mensen wereldwijd tijdens zijn leven een beroerte zal krijgen, met langdurige invaliditeit tot gevolg, waarvan de revalidatiemechanismen nog steeds slecht worden begrepen. Deze studie stelt een protocol voor om hersenactivatie te evalueren door middel van functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) tijdens een robottherapiesessie voor de onderste ledematen.

Een experiment met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie en robotgeassisteerde multi-joint richtbewegingen van de onderste ledematen

Dit protocol beschrijft een revalidatierobot voor de bovenste ledematen die intelligente feedback geeft via vier modi. Deze modi verbeteren de functie en flexibiliteit van de bovenste ledematen, waardoor de kwaliteit van leven van de patiënt wordt verbeterd.

Verbetering van de functie van de bovenste ledematen en motoriek na een beroerte door middel van een revalidatierobot voor de bovenste ledematen

Dit experimentele protocol schetst het gebruik van een taakgericht robotsysteem met twee bovenste ledematen voor patiënten met een beroerte met disfunctie van de bovenste ledematen. De bevindingen geven aan dat dit systeem de functie van de bovenste ledematen en de dagelijkse activiteiten van patiënten met een beroerte aanzienlijk kan verbeteren.

Toepassing van een taakgericht robotsysteem met dubbele bovenste ledematen voor het functioneel herstel van de bovenste ledematen bij patiënten met een beroerte

Deze studie introduceert een hersen-computerinterface (BCI) -systeem voor patiënten met een beroerte, dat elektro-encefalografie en elektro-oculografiesignalen combineert om een robothand van de bovenste ledematen te besturen, waardoor de dagelijkse activiteiten worden verbeterd. Bij de evaluatie werd gebruik gemaakt van de Berlin Bimanual Test for Stroke (BeBiTS).

Hersen-computerinterface-gestuurd robotsysteem voor de bovenste ledematen voor het verbeteren van dagelijkse activiteiten bij patiënten met een beroerte

Dit protocol heeft als doel de klinische effectiviteit en het comfort van patiënten te evalueren van het gebruik van revalidatierobots voor revalidatierobots van onderledematen aan het bed voor hemiplegie na een beroerte, waarbij uitkomsten worden vergeleken met die van traditionele manuele therapie via gerandomiseerde gecontroleerde onderzoeken.

Toepassing van revalidatierobots voor onderledematen aan het bed in beroerte-revalidatie: een gerandomiseerde gecontroleerde studie

Leer hoe je een kosteneffectieve mens-machine-interface ontwikkelt voor balansrevalidatie na een beroerte met behulp van NMES-sensoren en eye-trackingtechnologie. Dit systeem verbetert de toegankelijkheid van therapie.

Een mens-machine-interface van Integratie Low-cost sensoren met een neuromusculaire elektrische stimulatie systeem voor Post-stroke Balance Rehabilitation (Video) | JoVE Journal

Een mens-machine-interface van Integratie Low-cost sensoren met een neuromusculaire elektrische stimulatie systeem voor Post-stroke Balance Rehabilitation

Meer video's verkennen