Eletroencefalografia simultânea Scalp (EEG), eletromiografia (EMG), e gravação de inércia segmentar de corpo inteiro para Multi-modal Neural Decoding

O objetivo geral do experimento a seguir é estender o conceito de uma estrutura móvel de imagens cerebrais para permitir o estudo da dinâmica do corpo cerebral humano em uma ampla gama de tarefas locomotoras. Isso é conseguido colocando primeiro E-E-G-E-M-G e sensores de captura de movimento em um sujeito humano como uma segunda etapa. Os três sistemas de coleta de dados são sincronizados com software personalizado e um dispositivo de acionamento por botão, que fornece um conjunto de dados de captura de movimento e timelock E-E-G-E-M-G.

Em seguida, o sujeito completa nove tarefas específicas de locomotiva em quatro ambientes diferentes. Para capturar a dinâmica do corpo cerebral durante uma variedade de movimentos, os resultados mostram a atividade cerebral medida via EEG durante as tarefas locomotoras. Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo de neuropróteses e interfaces cérebro-máquina.

Por exemplo, é possível extrair informações úteis sobre a cinemática GA ou padrões de EMG de superfície de um EEG do couro cabeludo? A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes é que podemos coletar dados de captura de movimento e E-E-G-E-M-G sem fio usando uma configuração móvel, o que nos permite explorar mais tarefas e ambientes motores em comparação com as técnicas tradicionais de coleta de dados. As implicações dessas técnicas também se estendem aos distúrbios do movimento e à medicina de reabilitação, porque basicamente esses protocolos nos informam sobre as mudanças na atividade cerebral e na adaptação do corpo.

Meus alunos de pós-graduação agora demonstrarão a colocação dos sensores ou JI osir mostrará como colocar os sensores EMG em nosso voluntário hoje. Kevin Nathan, com a ajuda de John, ele que colocará os sensores de EEG em seu couro cabeludo Para iniciar este protocolo. Primeiro, registre a altura, o peso e a idade do sujeito.

Em seguida, ajuste a velocidade da esteira para corresponder à velocidade de caminhada preferida do sujeito. Em seguida, meça a distância entre o násio e o inion usando uma caneta hidrográfica. Marque 10% da distância como referência para alinhar a tampa e marque o ponto médio da distância como o vértice da cabeça.

Agora coloque a tampa do EEG no assunto e alinhe-a aos pontos de referência Alinhe o ponto médio entre os eletrodos FP um e FP dois com a marca de 10% de distância e alinhe o eletrodo CZ com o vértice marcado. Prenda a tampa prendendo abaixo do queixo.

Em seguida, começando com os eletrodos de aterramento e referência, use uma pequena seringa para injetar gel eletrolítico em cada eletrodo até que a impedância de cada um seja inferior a 25 quilo ohms, conforme indicado pelo LED do eletrodo ficando verde. Por fim, conecte os eletrodos ao transmissor sem fio para o sistema de aquisição de dados. Em seguida, prepare-se para a eletromiografia de superfície raspando primeiro a pele e depois limpando com uma compressa de álcool isopropílico.

Em seguida, coloque um eletrodo em cada um dos oito locais preparados por perna para o tali, vasto anterior, lateral, bíceps, fems e gastrocnêmico. Finalmente, aterre os eletrodos EMG no pulso esquerdo ou direito e conecte todos os eletrodos EMG à unidade de registro de dados EMG. Para configurar a captura de movimento.

Primeiro coloque os sensores de marca no assunto usando tiras de Velcro ou fita dupla-face. Conecte os sensores nos locais listados aqui. Em seguida, peça ao sujeito que suba na esteira e prenda um cinto de segurança como visto aqui antes da coleta de dados.

Examine os sinais de EEG e EMG para verificar o posicionamento correto do eletrodo, a conexão do eletrodo e a transmissão de dados. Em seguida, inicie a coleta de dados executando o aplicativo de console c plus plus. Pressione o botão de gatilho manual para iniciar a gravação EMG e emitir um sinal sonoro de áudio.

Para iniciar o experimento, instrua o sujeito a permanecer em posição quieta por 30 segundos. Então, após 30 segundos, pressione o botão de gatilho para iniciar a caminhada. A esteira deve acelerar lentamente até a velocidade pré-selecionada do assunto.

Peça ao sujeito que caminhe por cinco minutos. Após cinco minutos, pressione o botão de gatilho para iniciar a transição de caminhada para ficar em pé, parando lentamente a esteira. Depois de parar, o sujeito deve permanecer em pé por 30 segundos.

Agora, pressione o botão da fila para interromper a avaliação da coleta de dados e salvar os dados. Repita este experimento com três condições visuais, incluindo um preto. à distância na frente do sujeito para focar na observação em tempo real das pernas em um monitor de vídeo e evitar uma linha diagonal na esteira.

Em seguida, vá para a arena de caminhada. A arena de caminhada deve ser montada colocando cinco conjuntos de sensores de proximidade infravermelhos, cones e telas de televisão como visto. Aqui, posicione o assunto no início do loop de caminhada da arena e inicie a coleta de dados conforme descrito anteriormente.

Agora, aperte o botão de gatilho para iniciar o experimento de caminhada. No momento em que o gatilho é dado. A primeira seta direcional é exibida na tela oposta ao assunto.

Se uma seta para a direita ou para a esquerda for observada, o sujeito deve sair do conjunto de cones na entrada, girar 90 graus nessa direção, completar o loop e retornar aos cones de entrada. Se uma seta para cima for observada, o assunto deve continuar direto para fora dos cones de entrada. Um gatilho manual e uma seta de direção devem ser dados quando o assunto atinge aproximadamente dois metros dos sensores IR.

O sujeito deve então prosseguir com o primeiro conjunto de sensores IR e, em seguida, fazer o giro correspondente de 90 graus para completar o loop. Retornando aos cones de entrada durante a caminhada, o experimentador deve seguir o sujeito a uma distância de aproximadamente três a cinco metros com o PC host em um carrinho com rodas Para garantir a qualidade do sinal sem fio, o sujeito deve continuar andando quando chegar aos cones de entrada. Depois de completar um único loop, a sequência deve ser repetida com ordem aleatória de setas até que três loops tenham sido concluídos para cada seta inicial.

Depois de completar o número necessário de loops, pressione o botão de disparo manual para sinalizar a transição para a posição em pé. O sujeito deve ficar quieto por 30 segundos. Em seguida, encerre a coleta de dados pressionando o botão de sinalização no PC host.

Posicione uma cadeira atrás do sujeito e comece a coleta de dados. O sujeito deve ficar quieto por 15 segundos no início da coleta de dados. Após 15 segundos, pressione o botão de gatilho manual.

Depois de ouvir a deixa, o sujeito deve fazer a transição de pé para sentado, postura, segurando e sentado até a próxima fila de áudio. Aguarde um intervalo aleatório de cinco a 15 segundos. Em seguida, pressione o gatilho manual para dar uma dica para a transição de sentar para ficar em pé.

Faça com que o sujeito mantenha a postura em pé até a próxima fila de áudio. Repita este procedimento até 10. Suporte completo para sentar e sentar para ficar de pé.

As manobras são concluídas, após o que o sujeito deve ficar em silêncio por 15 segundos. Em seguida, encerre a coleta de dados pressionando o botão de sinalização. Em seguida, repita o protocolo de levantar para sentar para sentar e sentar para ficar em pé auto-iniciado.

Desta vez, em vez de dar ao sujeito um gatilho para a transição, faça com que o sujeito inicie a transferência por conta própria até que 10 de cada manobra seja concluída. Para caminhar no corredor, posicione o sujeito e o carrinho de coleta de dados no meio de um corredor reto de um oitavo de milha. Comece a coleta de dados como nos experimentos de caminhada em esteira.

Após o 32º período inicial de descanso, dê um gatilho manual ou bipe ao sujeito para iniciar a caminhada. Faça com que o sujeito caminhe continuamente por cinco minutos. Quando o sujeito chegar a 10 metros do final do corredor, ele deve iniciar uma inversão de marcha e continuar andando na direção oposta.

Após cinco minutos, pressione o botão de gatilho manual para parar de andar. O sujeito deve ficar quieto por 30 segundos enquanto olha para a frente. Em seguida, encerre a eleição de coleta de dados.

Em seguida, comece um segundo experimento no corredor. Após um intervalo de tempo aleatório de caminhada entre 20 a 40 segundos, dê um gatilho manual e uma dica de áudio para que o sujeito pare de andar. O sujeito deve então permanecer em pé por um curto período aleatório de cinco a 15 segundos.

Em seguida, pressione o botão de gatilho manual para que o sujeito volte a andar. Repita essas etapas até que 10 ciclos de início de parada sejam concluídos e, em seguida, encerre. Os resultados representativos da coleta de dados de 10 segundos de caminhada em esteira são mostrados aqui.

O painel superior mostra dados brutos de EEG de 64 canais com o nome do canal Da Convenção Internacional 10 20, o painel do meio mostra a aceleração na direção vertical de 11 sensores de marca. O painel inferior mostra EMG bruto de oito canais. Esta figura mostra dados representativos de um loop de caminhada durante a arena.

Um protocolo barras pretas verticais indicam gatilhos. O primeiro gatilho é do botão que apresenta a seta para a direita. Os últimos quatro são de sensores IR, IR um a IR quatro à medida que o sujeito atravessa o loop, e aqui vemos dados de amostra de suporte para sentar e sentar para levantar transição.

Os dados de aceleração do EEG e EMG são apresentados como na primeira figura. As barras verticais indicam gatilhos manuais para iniciar a posição em pé e sentado, respectivamente. Finalmente, esta figura mostra dados de amostra da transição de pé para andar e andar para ficar em pé durante o corredor.

Tarefa de caminhada. As barras verticais indicam gatilhos manuais e dicas de áudio para começar e parar de andar, respectivamente. É importante lembrar que os sensores de EEG e os sensores EMG são sensíveis aos artefatos de movimento, portanto, devemos garantir que os sensores estejam seguros e conectados com segurança a esse assunto.

Seguindo este procedimento, você pode aplicar outras técnicas, como análise de componentes independentes ou regressão linear, para isolar os sinais eletrocorticais dos artefatos, permitindo extrair a cinemática do membro ou perfis EMG dos dados de EEG. Essa técnica permitirá que a comunidade de interface neural responda a perguntas sobre como o cérebro se relaciona com o movimento e a intenção do movimento, e fornecerá um meio de extrair informações sobre a marcha de um EEG do couro cabeludo.