Method Article

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

DOI:

10.3791/52906

⸱

September 3rd, 2015

 ,  ,  , 
1Department of Human Performance and Applied Exercise Science, Division of Physical Therapy, West Virginia University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszyscy uczestnicy biorący udział w eksperymentach przechodzą procedury świadomej zgody zatwierdzone przez Institutional Review Board (IRB) Uniwersytetu Zachodniej Wirginii.

1. Ogólna charakterystyka systemu, projekt i ogólne zadanie eksperymentalne

Uwaga: Kompletna konfiguracja składa się z następujących głównych komponentów: sprzętu EMG i związanego z nim sprzętu do akwizycji cyfrowej (DAQ); systemu przechwytywania ruchu (ten protokół zawiera aktywny system LED); jednostki TMS z cewką ósemkową i stereotaktycznym sprzętem lokalizacyjnym; zestawu VR oraz powiązanego komputera i oprogramowania; oraz niestandardowego....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Synchronizacja licznych strumieni danych w tym układzie pozwala rejestrować kinematykę, ciągłą aktywność mięśni (EMG) i natychmiastową aktywność nerwowo-mięśniową (MEP), które występują podczas ruchów kończyny górnej. Wielokrotne próby danego ruchu są wymagane do zrekonstruowania profili odpowiedzi MEP dla całego ruchu. Rysunek 4 przedstawia dane zebrane od jednego uczestnika. Rysunek 4A przedstawia przykład tych strumieni danych podczas pojedynczej próby wraz z odpowiadającymi im sygnał.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez grant GM109098 P20 NIH, Program Sponsorski NSF i WVU ADVANCE (VG) oraz fundusze startowe departamentu WVU.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Przezczaszkowy stymulator magnetycznyMagstimN/AStymulator i cewki TMS
Impulse X2PhaseSpaceN/ASystem przechwytywania ruchu
MA300 Zaawansowany wielokanałowy system EMGMotion Lab SystemsMA300-28Przedwzmacniacz i wzmacniacz EMG
Elektrody EMG NorotrodeElektrody
EMG Myotronics N/ABNC-2111 Jednostronnie, ekranowany blok złączy BNCNational Instruments779347-01Blok złączy BNC
NI PXI-1033
5-gniazdowa obudowa PXI ze zintegrowanym kontrolerem MXI-Express		Instruments779757-01Obudowa 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 Instruments192061-02ekranowany
DK1 lub DK2Gogle Oculus VRN/AOcuclus Rift
Vizard 5 LiteWorldVizN/AOprogramowanie do wirtualnej rzeczywistości
Kondensatory C1 i C2różneNieDostosuj wartości do potrzeb
Rezystory R1 i R2różneNieDostosuj wartości do swoich potrzeb Dostosuj wartości do potrzeb
CD4011 Bramka NANDZmienna/ABramka
N2222 TranzystorN/ATranzystor
NE555 Obwód timeraZróżnicowanyobwód timeraN/A
Złącza DB25 i USBzróżnicowane/Arównoległe i USB
National dotyczy dotyczy bramka N Zmienny N/A N złącza

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dounskaia, N., Wang, W., Sainburg, R. L., Przybyla, A. Preferred directions of arm movements are independent of visual perception of spatial directions. Exp. brain Res. 232 (2), 575-586 (2014).
  2. McIntosh, R. D., Mulroue, A., Brockmole, J. R.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Transcranial Magnetic StimulationElectromyographyMotion CaptureVirtual RealityData SynchronizationHuman Motor ControlNeuromuscular ActivityTemporal AlignmentCustom Synchronization CircuitBiomechanical Signals

Related Articles