Wielofunkcyjny zestaw do badania kontroli motorycznej człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, elektromiografii, przechwytywania ruchu i rzeczywistości wirtualnej

Podsumowanie

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna, elektromiografia i przechwytywanie ruchu 3D są powszechnie stosowanymi nieinwazyjnymi technikami badania funkcji nerwowo-mięśniowych u ludzi. W tym artykule opisujemy protokół, który synchronicznie próbkuje dane generowane przez wszystkie trzy z tych narzędzi wraz z unikalnym dodatkiem prezentacji bodźców rzeczywistości wirtualnej i informacji zwrotnych.

Streszczenie

Badanie kontroli nerwowo-mięśniowej ruchu u ludzi odbywa się za pomocą licznych technologii. Nieinwazyjne metody badania funkcji nerwowo-mięśniowej obejmują przezczaszkową stymulację magnetyczną, elektromiografię i trójwymiarowe przechwytywanie ruchu. Pojawienie się łatwo dostępnych i opłacalnych rozwiązań rzeczywistości wirtualnej rozszerzyło możliwości naukowców w zakresie odtwarzania "rzeczywistych" środowisk i ruchów w warunkach laboratoryjnych. Naturalistyczna analiza ruchu nie tylko pozwoli lepiej zrozumieć kontrolę motoryczną u zdrowych osób, ale także pozwoli na projektowanie eksperymentów i strategii rehabilitacyjnych, które są ukierunkowane na określone zaburzenia motoryczne (np. udar). Łączne wykorzystanie tych narzędzi doprowadzi do coraz głębszego zrozumienia neuronalnych mechanizmów kontroli motorycznej. Kluczowym wymogiem przy łączeniu tych systemów akwizycji danych jest dokładna zgodność czasowa między różnymi strumieniami danych. Protokół ten opisuje ogólną łączność systemu wielofunkcyjnego, sygnalizację międzysystemową i synchronizację czasową zarejestrowanych danych. Synchronizacja systemów komponentów odbywa się przede wszystkim za pomocą konfigurowalnego obwodu, który można łatwo wykonać z gotowych komponentów i minimalnych umiejętności montażu elektroniki.

Wprowadzenie

Wirtualna rzeczywistość (VR) szybko staje się dostępnym narzędziem badawczym do wykorzystania w wielu dziedzinach, w tym w badaniu ruchu człowieka. Badanie ruchu kończyn górnych jest szczególnie korzystne dzięki włączeniu VR. Wirtualna rzeczywistość pozwala na szybkie dostosowanie parametrów eksperymentalnych zaprojektowanych do badania określonych cech kinematycznych i dynamicznych sterowania ruchem ramienia. Parametry te można dostosować indywidualnie do każdego przedmiotu. Na przykład lokalizacje celów wirtualnych można skalować, aby zapewnić identyczną początkową postawę ramion u wszystkich badanych. Wirtualna rzeczywistość pozwala również na manipulowanie wizualn....

Protokół

Wszyscy uczestnicy biorący udział w eksperymentach przeszli procedury świadomej zgody zatwierdzone przez Radę Przeglądu Instytucjonalnego (IRB) Uniwersytetu West Virginia.

1. Ogólna charakterystyka systemu, projekt i ogólne zadanie eksperymentalne

Uwaga: Kompletna konfiguracja składa się z następujących głównych komponentów: sprzętu EMG i powiązanego sprzętu do cyfrowej akwizycji danych (DAQ); systemu przechwytywania ruchu (ten protokół wykorzystuje aktywny system LED); jednostki TMS z cewką w kształcie ósemki i sprzętem do lokalizacji stereotaksycznej; zestawu VR wraz z powiązanym komputerem i oprogramowaniem oraz....

Wyniki

Synchronizacja licznych strumieni danych w tej konfiguracji pozwala na rejestrację kinematyki, ciągłej aktywności mięśniowej (EMG) oraz chwilowej aktywności nerwowo-mięśniowej (MEP), które występują podczas ruchów kończyny górnej. Aby zrekonstruować profile odpowiedzi MEP w trakcie całego ruchu, wymagane są powtórne próby danego ruchu. Rycina 4 przedstawia dane zebrane od jednego badanego. Rycina 4A pokazuje przykład tych strumieni danych podczas pojedynczej próby wraz z odpowiadającymi .......

Dyskusja

Celem artykułu jest opisanie metody włączania VR do badania ruchu człowieka oraz metody synchronizacji różnych strumieni danych. Wirtualna rzeczywistość rozszerzy możliwości badaczy, którzy próbują odtworzyć rzeczywiste scenariusze ruchowe w warunkach laboratoryjnych. Połączenie VR z innymi metodologiami rejestracji i bodźców nerwowo-mięśniowych tworzy potężny zestaw narzędzi do kompleksowego badania mechanizmów kontroli motorycznej człowieka. Uzyskane w ten sposób wielowymiarowe zestawy danych uzyskane podczas skrupulat.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Przezczaszkowy stymulator magnetyczny	Magstim	N/A	Stymulator i cewki TMS
Impulse X2	PhaseSpace	N/A	System przechwytywania ruchu
MA300 Zaawansowany wielokanałowy system EMG	Motion Lab Systems	MA300-28	Przedwzmacniacz i wzmacniacz EMG
Elektrody EMG Norotrode	Elektrody
EMG Myotronics N/ABNC-2111 Jednostronnie, ekranowany blok złączy BNC	National Instruments	779347-01	Blok złączy BNC
NI PXI-1033 5-gniazdowa obudowa PXI ze zintegrowanym kontrolerem MXI-Express	Instruments	779757-01	Obudowa DAQ
NI PXI-6254 16-bitowy, 1 MS/s (wielokanałowy), 1,25 MS/s (1-kanałowy), 32 wejścia analogowe	Karta
DAQ National Instruments 779118-01SHC68-68-EPM (2m)	National Instruments	192061-02	ekranowany
DK1 lub DK2	Gogle Oculus VR	N/A	Ocuclus Rift
Vizard 5 Lite	WorldViz	N/A	Oprogramowanie do wirtualnej rzeczywistości
Kondensatory C1 i C2	różne	Nie	Dostosuj wartości do potrzeb
Rezystory R1 i R2	różne	Nie	Dostosuj wartości do swoich potrzeb Dostosuj wartości do potrzeb
CD4011 Bramka NAND	Zmienna	/A	Bramka
N2222 Tranzystor	N	/A	Tranzystor
NE555 Obwód timera	Zróżnicowany	obwód timera	N/A
Złącza DB25 i USB	zróżnicowane	/A	równoległe i USB

National dotyczy dotyczy bramka N Zmienny N/A N złącza