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

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zilustrowanie uogólnionej techniki synchronizacji wielu strumieni danych, które są rejestrowane podczas badań biomechanicznych na ludziach. Osiąga się to poprzez wykorzystanie sygnałów elektromiograficznych i przechwytywania ruchu do wygenerowania analogowego zdarzenia synchronizacji, które może być niezależnie rejestrowane przez dwa lub więcej systemów. W drugim kroku można zaprojektować proste elementy obwodu, które przekształcają to zdarzenie w sygnały odpowiednie dla każdego urządzenia rejestrującego.

Następnie użyj oprogramowania analitycznego, aby tymczasowo wyrównać zdarzenia synchronizacji dla niezależnie zarejestrowanych sygnałów, aby zsynchronizować wszystkie sygnały. Wyniki pokazują, że kilka sygnałów biomechanicznych może być tymczasowo wyrównanych w częstotliwościach próbkowania odpowiednich systemów rejestracji danych, co umożliwia gromadzenie bogatego zestawu danych eksperymentalnych dotyczących naturalnych ruchów człowieka w celu zbadania kontroli nerwowo-mięśniowej. Istnieje wiele złożonych pytań w dziedzinie kontroli motorycznej i biomechaniki, na które najlepiej odpowiedzieć, badając naturalny ruch człowieka w warunkach laboratoryjnych.

W tym miejscu opisujemy metodę wykorzystania wirtualnej rzeczywistości do definiowania zadań behawioralnych, podczas których rejestrowanych jest jednocześnie kilka sygnałów fizjologicznych. Przewagą konfiguracji eksperymentalnej opartej na rzeczywistości wirtualnej w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak sprzętowe zestawy behawioralne, jest to, że można ją bardzo szybko dostosować do różnych eksperymentów, a także do unikalnej anatomii poszczególnych uczestników. Podczas eksperymentów behawioralnych często rejestruje się jednocześnie kilka sygnałów, które określają ilościowo zachowanie, takich jak elektromiografia i przechwytywanie ruchu.

Nasza metoda zapewnia rozwiązanie problemu czasowego wyrównania tych sygnałów przy użyciu niestandardowej jednostki synchronizacji, która jest kompatybilna z wieloma producentami. Zacznij od wykonania wszystkich niezbędnych połączeń elektrycznych między sprzętem EMG, w tym wzmacniaczy, przedwzmacniaczy, przewodów czujników i podkładek czujników zgodnie ze specyfikacjami producenta. Oczyść każde miejsce elektrody, aby zapewnić stałe i niskie wartości impedancji elektrody do skóry.

Następnie poinstruuj badanego, aby wykonał izometryczne skurcze poszczególnych mięśni będących przedmiotem zainteresowania, przymocuj elektrody EMG do wyczuwalnego palpacyjnie miejsca skurczu mięśni. Mając na uwadze orientację miejsc aktywnych wzdłuż włókien mięśniowych. Przymocuj elektrodę masową do skóry nad kręgiem C septem.

Następnie, aby przetestować jakość sygnału, sprawdź wzmocnione sygnały EMG na komputerze, gdy badany napina każdy interesujący go mięsień. Wreszcie, zmniejsz zyski ze wzmocnienia, jeśli sygnały EMG nasycają się podczas skurczów mięśni, które są wymagane do zadania behawioralnego. Zacznij od kalibracji kamer śledzących ruch zgodnie z instrukcjami producenta.

Przyklej aktywne czujniki LED do kostnych punktów orientacyjnych w pobliżu stawów ramienia i innych anatomicznych punktów zainteresowania, takich jak w pobliżu palca, nadgarstka, barku i klatki piersiowej. Podłącz kolejny czujnik LED do gogli wirtualnej rzeczywistości lub VR, aby ustawić punkt widzenia w środowisku wirtualnym. Następnie podłącz każdą diodę LED do wiązki przewodów, która jest podłączona do bezprzewodowego sterownika.

Włącz jednostkę sterownika i upewnij się, że wszystkie diody LED są prawidłowo oświetlone. Na koniec umieść diodę LED synchronizacji w miejscu oddalonym od obiektu, ale w zasięgu wzroku kamer do przechwytywania ruchu. Najpierw skalibruj przezczaszkową stymulację magnetyczną lub urządzenie TMS i oprogramowanie, aby umożliwić dokładne umieszczenie cewki.

Aby to zrobić, należy połączyć cewki TMS z anatomicznymi punktami orientacyjnymi, takimi jak punkty przeduszne NAS i końcówka nosa. Korzystanie ze wskaźnika kalibracyjnego. Następnie wykonaj techniki hotspotów, aby zlokalizować wrażliwe obszary TMS w korze mózgowej, które wytwarzają największą amplitudę dla motorycznych potencjałów wywołanych lub MEP.

Przy najniższej amplitudzie stymulacji zapisz lokalizację najlepszego miejsca stymulacji na skórze głowy pacjenta za pomocą skalibrowanego stereotaktycznego sprzętu rejestracyjnego i oprogramowania. Na koniec zmierz próg badanego, obniżając amplitudę stymulacji w wybranym miejscu, aż w 50% przypadków zostaną wywołane sygnały o napięciu co najmniej 50 mikrowoltów. Najpierw skonfiguruj środowisko VR do zadania behawioralnego zgodnie z protokołem producenta.

Korzystając z komercyjnego oprogramowania VR, które jest kompatybilne z goglami i programem systemu śledzenia ruchu. Wyjścia cyfrowe przez port równoległy do synchronizacji i oznaczania określonych interesujących zdarzeń. Podłącz wyjście VR do obwodu synchronizacji, a także innych urządzeń, które mają być synchronizowane, za pomocą z pasującymi złączami.

Poinformuj go o wymaganiach zadania, które będzie wykonywał w vr. Poproś osobę, aby wskazała na cele sferyczne, gdy pojawią się w jego polu widzenia. Gdy badany zrozumie zadanie i będzie miał szansę je przećwiczyć, rozpocznij nagrywanie danych przechwytywania ruchu EMG i sygnałów synchronizacji podczas pojedynczej próby synchronizacji VR.

Oprogramowanie uruchamia aparaturę EMG, aby rejestrować sygnały, które ilustrują aktywność nerwowo-mięśniową, która wystąpiła podczas ruchów kończyny górnej. Uruchamia również sprzęt do przechwytywania ruchu, aby rejestrować ciągłe dane o ruchu. Sygnał ten może być używany do synchronizacji danych EMG i przechwytywania ruchu. Tu.

Średnia kinematyka i dynamika kątowa oraz związana z nią ciągła i chwilowa aktywność nerwowo-mięśniowa w 24 badaniach są pokazane dla jednego zadania. Te wielowymiarowe zbiory danych dostarczane przez rzeczywistość wirtualną umożliwią naukowcom zbadanie konkretnych mechanizmów kontroli motorycznej człowieka. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć ogólne zrozumienie, jak synchronizować wiele strumieni danych, które można rejestrować podczas ruchu człowieka Eksperymenty, takie jak EMG i przechwytywanie ruchu, Procedura ta może zostać rozszerzona o dodatkowe systemy, takie jak elektroencefalografia.

Co więcej, elektryczna stymulacja nerwów obwodowych może być również wykorzystana do oceny wkładu sensorycznego sprzężenia zwrotnego w kontrolę motoryczną po jego rozwoju. Technika ta utorowała drogę neurobiologom do badania zmian w sterowanym ruchu neuronalnym u osób z zaburzeniami ruchowymi, takimi jak udar lub uraz rdzenia kręgowego.