Połączenie wielu systemów gromadzenia danych w celu badania wydajności korowo-rdzeniowej i biomechaniki wielosegmentowej

Ogólnym celem tej metodologii jest stworzenie opłacalnego podejścia do integracji badań nad stymulacją mózgu i ruchem człowieka. Metoda ta może odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie kontroli neuromotorycznej, takie jak to, w jaki sposób wyjście nerwowe z kory ruchowej może być modulowane podczas trwającego ruchu. Główną zaletą tej techniki jest to, że dostarczanie stymulacji mózgu jest zautomatyzowane komputerowo i jest określane przez konkretny parametr interesujący badacza, taki jak kąt stawu lub wielkość aktywności mięśni.

Tę procedurę zademonstruje Aaron Bailey, doktorant z mojego laboratorium. Zapoznaj się z rękopisem dołączonym do tego filmu, aby uzyskać instrukcje dotyczące konfiguracji sprzętu i oprogramowania dla tego eksperymentalnego protokołu. Pokazany tutaj diagram przedstawia przegląd konfiguracji sprzętowej.

Zacznij od zbadania uczestnika pod kątem bezpieczeństwa TMS i uzyskania pisemnej i świadomej zgody na eksperyment. Następnie zapisz całkowitą masę ciała uczestnika za pomocą skali. Użyj również taśmy mierniczej, aby określić długość dłoni, przedramienia i ramienia uczestnika, ponieważ segmenty te można później wykorzystać do analizy kinematycznej i kinetycznej.

Następnie przygotuj skórę nad interesującymi Cię mięśniami za pomocą lekkiego żelu ściernego. Następnie wytrzyj obszar do czysta alkoholem. Użyj miernika impedancji, aby upewnić się, że impedancja elektrody skóry jest poniżej 10 kiloomów, aby poprawić akwizycję sygnału EMG.

Teraz umieść dwie elektrody na brzuchach mięśni w montażu bipolarnym. W tym eksperymencie umieść elektrody nad mięśniem dwugłowym ramienia, tricepsem brachii, mięśniem piersiowym większym, tylnym mięśniem naramiennym i zapaleniem ramienno-promieniowym. Na koniec, za pomocą NC, podłącz wyjścia ze wzmacniacza EMG do kanałów analogowych zero, jeden, trzy, cztery i pięć na puszce AD.

Zlokalizuj wierzchołek za pomocą Międzynarodowego Systemu Umieszczania Elektrod Elektroencefalograficznych 10-20. Skalibruj cewkę TMS do uczestnika za pomocą oprogramowania do neuronawigacji. Zlokalizowanie gorącego punktu motorycznego dla każdego mięśnia będącego przedmiotem zainteresowania jest najbardziej krytyczną częścią eksperymentu.

Nieprawidłowe zlokalizowanie gorącego punktu silnika lub nieprawidłowa orientacja cewki może mieć wpływ na pozyskiwane dane. Następnie, aby zlokalizować gorący punkt silnika, zacznij od umieszczenia cewki na przeciwległej półkuli badanego ramienia lub dłoni i pięć centymetrów bocznie do wierzchołka. Cewka powinna być płasko na głowie uczestnika i zorientowana tak, aby znajdowała się pod kątem 45 stopni w stosunku do płaszczyzny strzałkowej.

Następnie zacznij od około 30% maksymalnej mocy wyjściowej stymulatora i dostarczaj impulsy TMS z interwałem między bodźcami wynoszącym sześć sekund lub większym, zgodnie z opisem w oprogramowaniu do akwizycji danych opartym na pakiecie. Przesuwaj cewkę TMS w nieco inne miejsca na skórze głowy, jednocześnie nieznacznie zmieniając orientację, aż w interesującym mięśniu zaobserwuje się potencjał wywołany silnikiem. Teraz określ spoczynkowy próg silnika, zaczynając od intensywności, która daje najbardziej niezawodną odpowiedź przy około jednym miliwoltach.

Dostarczaj pojedyncze impulsy i rejestruj w trybie online amplitudę potencjału wywołanego przez silnik peek-to-peek. Rozpocznij eksperyment od uruchomienia oprogramowania do dostarczania bodźców wizualnych. Następnie uruchom plik skryptu dla prób eksperymentalnych w oprogramowaniu do akwizycji danych opartym na pakiecie, zgodnie z opisem w manuskrypcie dołączonym do tego protokołu.

Wprowadź żądane informacje w oknie dialogowym konfiguracji, jak pokazano na ekranie tutaj. Te wartości skonfigurują chronometraż i inne ustawienia dla prób eksperymentalnych. Na przykład zestawy bodźców i wartość randomizacji kontrolują, ile razy typ badania jest wykonywany w bloku.

Czujniki przechwytywania ruchu są przyklejone do pacjenta. Po tym kroku oprogramowanie będzie działać samodzielnie przy minimalnym wkładzie użytkownika. Upewnij się, że uczestnik rozumie wszystkie instrukcje dotyczące zadania, a następnie rozpocznij eksperyment.

Próba rozpoczyna się, gdy uczestnik umieści kursor w celu na pozycji wyjściowej. Następnie pojawi się nowa wizualna pozycja celu. Następnie, przez wyjście cyfrowo-analogowe na skrzynce akwizycji danych, dostarczane jest dźwiękowe pytanie, a uczestnik powinien przesunąć kursor na nowy cel.

Powinni przytrzymać kursor w tej pozycji docelowej przez jedną sekundę, a następnie przywrócić go do pozycji wyjściowej, aby poczekać na następną próbę. Sygnał analogowy z EMG wyzwoli impuls TMS, który powinien być skonfigurowany tak, aby pojawiał się 100 milisekund po usłyszeniu impulsu. Obserwuj uczestnika i upewnij się, że kursor jest umieszczony w pozycji wyjściowej i na celach podczas prób.

Eksperyment, jak widać tutaj, ma 21 warunków składających się z siedmiu warunków docelowych z trzema różnymi punktami czasowymi, w których wyzwalany jest impuls TMS. Przybliżony całkowity czas trwania eksperymentu wynosi od trzech do czterech godzin. W pojedynczej próbie schemat po lewej stronie pokazuje pozycję początkową na początku próby, podczas gdy schemat po prawej stronie pokazuje pozycję końcową podczas próby.

Tutaj widzimy amplitudę MEP uzyskaną z każdego mięśnia z pojedynczego impulsu TMS podczas początku EMG tego badania. Wykresy widoczne tutaj pokazują przemieszczenie kątowe stawu barkowego i łokciowego, podczas gdy wykresy te pokazują prędkość kątową w tych samych stawach. Tutaj widzimy kinetykę w stawach barkowych i łokciowych, z niebieskimi, zielonymi i czerwonymi liniami, z których każda reprezentuje odpowiednio mięsień netto i moment kontaktu kości z kością.

Rysunek ten przedstawia przykładowe potencjały wywołane motorycznie, zarejestrowane z mięśnia dwugłowego ramienia i mięśnia piersiowego większego, podczas docierania do celu, który wymaga aktywności obu tych mięśni. Pokazane są również potencjały motoryczne rejestrowane z mięśnia trójgłowego ramienia i tylnego naramiennika, podczas docierania do celu, który wymaga aktywności tych mięśni. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu dwóch do trzech godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.

Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby określić, który sygnał analogowy, taki jak aktywność EMG lub kąt stawu, zostanie użyty do wyzwolenia impulsu TMS. Informacje te będą zależały od kontekstu eksperymentu. Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak EEG, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak to, czy zmiany w oscylacjach mózgu są modulowane równolegle ze zmianami w wydatku korowo-rdzeniowym.