Jednoczesna elektroencefalografia skóry głowy (EEG), elektromiografia (EMG) i segmentalny zapis inercyjny całego ciała do multimodalnego dekodowania neuronalnego

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest rozszerzenie koncepcji mobilnego systemu obrazowania mózgu, aby umożliwić badanie dynamiki ludzkiego mózgu i ciała w szerokim zakresie zadań związanych z lokomotywą. Osiąga się to poprzez umieszczenie najpierw czujników E-E-G-E-M-G i czujników przechwytywania ruchu na człowieku w drugim kroku. Trzy systemy gromadzenia danych są zsynchronizowane z niestandardowym oprogramowaniem i urządzeniem spustowym za pomocą przycisku, które zapewnia zestaw danych E-E-G-E-M-G i przechwytywania ruchu.

Następnie badany wykonuje dziewięć konkretnych zadań związanych z lokomotywą w czterech różnych środowiskach. Aby uchwycić dynamikę ciała mózgu podczas różnych ruchów, wyniki pokazują aktywność mózgu mierzoną za pomocą EEG podczas zadań lokomotywowych. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu neuroprotetyki i interfejsów mózg-maszyna.

Na przykład, czy możliwe jest wydobycie przydatnych informacji na temat kinematyki GA lub wzorców EMG powierzchni z EEG skóry głowy? Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami jest to, że możemy bezprzewodowo zbierać dane E-E-G-E-M-G i przechwytywania ruchu za pomocą konfiguracji mobilnej, co pozwala nam badać więcej zadań i środowisk motorycznych w porównaniu z tradycyjnymi technikami zbierania danych. Implikacje tych technik rozciągają się również na zaburzenia ruchowe i medycynę rehabilitacyjną, ponieważ zasadniczo protokoły te informują nas o zmianach w aktywności mózgu i adaptacji ciała.

Moi absolwenci zademonstrują teraz rozmieszczenie czujników, a JI osir pokaże, jak umieścić czujniki EMG na naszym ochotniku dzisiaj. Kevin Nathan, z pomocą Johna, ten, który będzie umieszczał czujniki EEG na jego skórze głowy, Aby rozpocząć ten protokół. Najpierw zapisz wzrost, wagę i wiek badanej osoby.

Następnie dostosuj prędkość bieżni, aby dopasować ją do preferowanej prędkości chodzenia fotografowanej osoby. Następnie zmierz odległość między nasionem a Inionem za pomocą pisaka. Zaznacz 10% odległości jako odniesienie do wyrównania nasadki i zaznacz punkt środkowy odległości jako wierzchołek głowy.

Teraz umieść czapkę EEG na obiekcie i wyrównaj ją z punktami orientacyjnymi. Wyrównaj punkt środkowy między elektrodami FP jeden i FP dwa ze znacznikiem odległości 10% i wyrównaj elektrodę CZ z zaznaczonym wierzchołkiem. Zabezpiecz nasadkę, przypinając ją pod brodą.

Następnie, zaczynając od elektrod masowych i referencyjnych, użyj małej strzykawki, aby wstrzyknąć żel elektrolitowy do każdej elektrody, aż impedancja każdej z nich osiągnie poniżej 25 kiloomów, jak wskazuje dioda LED elektrody zmieniająca kolor na zielony. Na koniec podłącz elektrody do nadajnika bezprzewodowego w celu uzyskania systemu akwizycji danych. Następnie przygotuj się do elektromiografii powierzchniowej, najpierw goląc skórę, a następnie czyszcząc wacikiem nasączonym alkoholem izopropylowym.

Następnie umieść elektrodę w każdym z ośmiu przygotowanych miejsc na każdą nogę dla tali, przedniego obszernego, bocznego, bicepsa, kobiet i brzuchatego. Na koniec należy podłączyć elektrody uziemiające EMG na lewym lub prawym nadgarstku i podłączyć wszystkie elektrody EMG do jednostki rejestrującej dane EMG. Aby skonfigurować przechwytywanie ruchu.

Najpierw umieść czujniki znaczników na przedmiocie za pomocą pasków na rzepy lub taśmy dwustronnej. Zamocuj czujniki w miejscach wymienionych tutaj. Następnie poproś badanego, aby wszedł na bieżnię i założył uprząż bezpieczeństwa, jak pokazano tutaj, przed zebraniem danych.

Sprawdź sygnały EEG i EMG, aby zweryfikować prawidłowe ułożenie elektrod, podłączenie elektrod i transmisję danych. Następnie rozpocznij zbieranie danych, uruchamiając aplikację konsolową c plus plus. Naciśnij przycisk spustu ręcznego, aby rozpocząć nagrywanie EMG i wyemitować sygnał dźwiękowy.

Aby rozpocząć eksperyment, poinstruuj badanego, aby pozostał w cichej pozycji przez 30 sekund. Następnie po 30 sekundach naciśnij przycisk spustu, aby rozpocząć chodzenie. Bieżnia powinna powoli przyspieszać do prędkości wybranej przez obiekt.

Niech osoba badana będzie spacerować przez pięć minut. Po pięciu minutach naciśnij przycisk spustu, aby zainicjować przejście chodu do stania, powoli zatrzymując bieżnię. Po zatrzymaniu się obiekt powinien pozostać w pozycji stojącej przez 30 sekund.

Teraz naciśnij przycisk kolejki, aby zatrzymać próbę zbierania danych i zapisać dane. Powtórz ten eksperyment z trzema warunkami wizualnymi, w tym czarnym. w pewnej odległości przed obiektem, aby skupić się na obserwacji nóg w czasie rzeczywistym na monitorze wideo i unikaniu ukośnej linii na bieżni.

Następnie przejdź na arenę spacerową. Arenę spacerową należy ustawić, umieszczając pięć zestawów czujników zbliżeniowych na podczerwień, stożków i ekranów telewizyjnych, jak widać. W tym miejscu umieść obiekt na początku pętli spacerowej areny i rozpocznij zbieranie danych zgodnie z wcześniejszym opisem.

Teraz naciśnij przycisk spustu, aby rozpocząć eksperyment chodu. W momencie podania spustu. Pierwsza strzałka kierunkowa jest wyświetlana na ekranie naprzeciwko obiektu.

Jeśli zostanie zaobserwowana strzałka w prawo lub strzałka w lewo, tester powinien opuścić zestaw pachołków przy wejściu, obrócić się o 90 stopni w tym kierunku, zakończyć pętlę i powrócić do pachołków wejściowych. Jeśli zostanie zaobserwowana strzałka w górę, obiekt powinien kontynuować prosto ze stożków wejściowych. Następnie należy nacisnąć ręczny spust i strzałkę kierunku, gdy obiekt znajdzie się w odległości około dwóch metrów od czujników podczerwieni.

Tester powinien następnie przejść przez pierwszy zestaw czujników podczerwieni, a następnie wykonać odpowiedni obrót o 90 stopni, aby zakończyć pętlę. Wracając do stożków wejściowych podczas chodzenia, eksperymentator powinien podążać za badanym w odległości około trzech do pięciu metrów z komputerem gospodarza na wózku na kółkach Aby zapewnić jakość sygnału bezprzewodowego, badany powinien kontynuować chodzenie, gdy dotrze do stożków wejściowych. Po zakończeniu pojedynczej pętli sekwencję należy powtarzać z losową kolejnością strzałek, aż zostaną zakończone trzy pętle dla każdej początkowej strzałki.

Po wykonaniu wymaganej liczby pętli naciśnij przycisk spustu ręcznego, aby zasygnalizować przejście do stania. Tester powinien stać cicho przez 30 sekund. Następnie zakończ zbieranie danych, naciskając przycisk cue na komputerze hosta.

Ustaw krzesło za osobą badaną i rozpocznij zbieranie danych. Osoba badana powinna stać cicho przez 15 sekund na początku zbierania danych. Po 15 sekundach naciśnij przycisk spustu ręcznego.

Po usłyszeniu sygnału tester powinien przejść ze stania do siedzenia, postawy, trzymania, pozycji siedzącej aż do następnej kolejki audio. Poczekaj losowy interwał od pięciu do 15 sekund. Następnie naciśnij spust ręczny, aby dać wskazówkę do przejścia z pozycji siedzącej na stojącą.

Niech osoba badana utrzyma pozycję stojącą do następnej kolejki audio. Powtarzaj tę procedurę do 10. Kompletna podstawa do siedzenia i siedzenie do stania.

Manewry są zakończone, po czym obiekt powinien stać cicho przez 15 sekund. Następnie zakończ zbieranie danych, naciskając przycisk cue. Następnie powtórz protokół "wstaw do siedzenia" dla przejścia z samodzielnie zainicjowanego stania do siedzenia i z siedzenia do stania.

Tym razem, zamiast dawać testerowi impuls do przejścia, niech tester sam zainicjuje transfer, aż do zakończenia 10 każdego manewru. W przypadku chodzenia po korytarzu umieść obiekt i wózek do zbierania danych na środku prostego korytarza o długości jednej ósmej mili. Rozpocznij zbieranie danych, tak jak w przypadku eksperymentów z chodzeniem na bieżni.

Po początkowym 32. okresie odpoczynku daj testerowi ręczny spust lub sygnał dźwiękowy, aby rozpocząć chodzenie. Niech osoba badana będzie chodzić nieprzerwanie przez pięć minut. Gdy tester znajdzie się w odległości mniejszej niż 10 metrów od końca korytarza, powinien sam zainicjować zawrócenie i kontynuować spacer w przeciwnym kierunku.

Po pięciu minutach naciśnij przycisk spustu ręcznego, aby przestać chodzić. Osoba badana powinna stać cicho przez 30 sekund, patrząc prosto przed siebie. Następnie zakończ zbieranie danych w wyborach.

Następnie rozpocznij drugi eksperyment na korytarzu. Po losowym czasie chodzenia trwającym od 20 do 40 sekund daj ręczny spust i sygnał dźwiękowy, aby obiekt przestał chodzić. Tester powinien następnie pozostać w pozycji stojącej przez krótki, losowy czas od pięciu do 15 sekund.

Następnie naciśnij przycisk ręcznego spustu, aby obiekt wznowił chodzenie. Powtarzaj te kroki, aż zakończy się 10 cykli zatrzymania startu, a następnie zakończ. Reprezentatywne wyniki zbierania danych z 10 sekund chodzenia na bieżni są pokazane tutaj.

Górny panel pokazuje 64-kanałowe surowe dane EEG z nazwą kanału Z Międzynarodowej Konwencji 10 20 środkowy panel pokazuje przyspieszenie w kierunku pionowym z 11 czujników znaczników. Dolny panel pokazuje ośmiokanałowy surowy EMG. Ten rysunek przedstawia reprezentatywne dane z jednej pętli chodzenia podczas areny.

Pionowe czarne paski jednego protokołu wskazują wyzwalacze. Pierwszy spust znajduje się za pomocą przycisku ze strzałką w prawo. Ostatnie cztery pochodzą z czujników podczerwieni, IR od jednego do podczerwieni cztery, gdy badany przechodzi przez pętlę, a tutaj widzimy przykładowe dane z przejścia ze stanowiska do siedzenia i siedzenia do stania.

Przyspieszenie EEG i dane EMG przedstawiono jak na pierwszym rysunku. Pionowe paski wskazują ręczne wyzwalacze, aby zainicjować odpowiednio stanie i siedzenie. Na koniec ten rysunek przedstawia przykładowe dane z przejścia ze stania do chodzenia i chodzenia do stania na korytarzu.

Zadanie chodzenia. Pionowe paski wskazują ręczne spusty i sygnały dźwiękowe, aby odpowiednio rozpocząć i zakończyć chodzenie. Ważne jest, aby pamiętać, że czujniki EEG i czujniki EMG są wrażliwe na artefakty ruchu, dlatego powinniśmy upewnić się, że czujniki są bezpieczne i bezpiecznie przymocowane do tego obiektu.

Zgodnie z tą procedurą można zastosować inne techniki, takie jak niezależna analiza składowych lub regresja liniowa, aby wyizolować sygnały elektrokorowe od artefaktów, co pozwala na wyodrębnienie kinematyki kończyn lub profili EMG z danych EEG. Technika ta umożliwi społeczności zajmującej się interfejsami neuronowymi udzielenie odpowiedzi na pytania dotyczące tego, w jaki sposób mózg odnosi się do ruchu i intencji ruchu, a także zapewni środki do wydobycia informacji o chodzie z EEG skóry głowy.