Elektromiografia polega na rejestrowaniu potencjałów elektrycznych generowanych przez włókna mięśniowe podczas skurczu. Właściwości te są determinowane przez sygnały aktywacji neuronalnej wysyłane z neuronów ruchowych do poszczególnych mięśni. EMG jest szeroko stosowane w rehabilitacji, badaniach motorycznych, mózgowych i nerwowych, a metody pomiaru można ogólnie podzielić na EMG powierzchniowe (sEMG) i EMG domięśniowe (iEMG)1. Elektrody powierzchniowe mają kilka zalet, szczególnie w zastosowaniach ubieralnych, ponieważ są nieinwazyjne i wymagają prostego procesu przygotowania2. W przypadku implantacji sEMG proces chirurgiczny jest prostszy w porównaniu do iEMG, gdzie elektroda nie musi przenikać przez mięsień. Pomimo tych zalet, sEMG jest podatny na zanieczyszczenie sygnału, takie jak zakłócenia na granicy mięśni-elektroda, artefakty ruchu, jakość kontaktu elektrody i przesłuchy sygnału z sąsiednich mięśni1. Wyzwania te są szczególnie problematyczne, gdy elektrody są umieszczone w bliskiej odległości, co często ma miejsce w badaniach z udziałem małych zwierząt. Z drugiej strony, iEMG wymaga dodatkowego zabiegu chirurgicznego w celu penetracji elektrody. Pomimo dodatkowych kroków proceduralnych, metoda ta zapewnia zapisy EMG specyficzne dla mięśni z większą precyzją i mniejszym przesłuchem, ponieważ elektrody są trwale osadzone w tkance mięśniowej3. W badaniach motorycznych na małych zwierzętach preferowane jest iEMG, ponieważ informacje EMG specyficzne dla mięśni z niezawodną instalacją elektrod są krytyczne4.
Zgłoszono kilka podejść do pozyskiwania zapisów EMG z elektrod u małych zwierząt. Tether są powszechnie używane do łączenia elektrod z zewnętrznymi urządzeniami pomiarowymi5,6,7,8,9,10,11, urządzenia mogą być wszczepione wewnątrz ciała12, lub można umieścić na zwierzęciu bezprzewodową platformę do noszenia13. Tether są najczęściej zgłaszaną metodą ze względu na dostępność kompatybilnego sprzętu komercyjnego do tego celu; Jednak druty mocujące powodują dyskomfort u zwierząt, a ich ruch jest często ograniczony przez, co może mieć wpływ na badanie. Urządzenia wszczepialne oferują rozwiązania bezprzewodowe, ale ich ograniczona żywotność baterii może ograniczać czas trwania eksperymentów. Ponadto rozmiar i waga urządzeń zainstalowanych na stałe może powodować stres i dyskomfort u zwierząt, co może mieć wpływ na badanie. Techniki bezprzewodowego przesyłania energii zostały zaproponowane w celu rozwiązania problemów z urządzeniami wszczepialnymi, ale utrzymanie niezawodnego łącza energetycznego z małym urządzeniem jest zazwyczaj bardzo trudne14. Co więcej, narażenie na silne pola elektromagnetyczne może prowadzić do nieprzewidzianych konsekwencji, takich jak obniżona funkcja immunologiczna i potencjalne zmiany neurodegeneracyjne w mózgu15,16.
System akwizycji może być również zaimplementowany jako bezprzewodowa, ubieralna platforma, która obsługuje przetwarzanie sygnału i bezprzewodowo przesyła zapisy EMG do stacji bazowej. Chociaż jest to preferowana metoda, stanowi ona wyzwanie techniczne dla użytkowników, a szczegóły eksperymentalne często nie są w pełni omówione w literaturze.
W tej pracy prezentujemy prostą, tanią i niezawodną metodę pozyskiwania EMG do badań lokomocji u małych zwierząt. Para elektrod iEMG jest wszczepiana w mięśnie kończyn tylnych szczura, podczas gdy reszta systemu akwizycji sygnału, w tym wzmocnienie, konwerter analogowo-cyfrowy i telemetria bezprzewodowa, jest zamontowana na grzbiecie zwierzęcia. Dane EMG są przesyłane do komputera osobistego w celu monitorowania w czasie rzeczywistym, a dane są rejestrowane lokalnie. Przeprowadza się eksperyment lokomocji na bieżni w celu zademonstrowania systemu w badaniu odzyskiwania po udarze.