Name: Perto Funcional Espectroscopia no Infravermelho das Regiões sensoriais e motoras do cérebro com simultânea cinemática e Monitoramento EMG Durante tarefas motoras (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Aprenda a usar espectroscopia funcional no infravermelho próximo para monitorar atividade cerebral durante tarefas motoras, combinando dados cinemáticos e EMG simultaneamente. Este método identifica padrões de ativação neural em diferentes populações.

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Este projeto foi financiado pelo Programa de Pesquisa Intramural do Centro Clínico do National Institutes of Health. Reconhecemos as discussões úteis com o Dr. Thomas Bulea, PhD e Laurie Ohlrich, PT no refinamento dos procedimentos apresentados neste protocolo. Muyinat W. Osoba e Andrew Gravunder, MS ajudaram com as animações.

NOTA: Este protocolo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Instituto Nacional de Saúde (identificador ClinicalTrials.gov: NCT01829724). Todos os participantes têm a oportunidade de fazer perguntas e dar seu consentimento informado antes de sua participação. Em consideração de alterações à resposta hemodinâmica causada pelo uso recente de vasodilatadores e vasoconstritores, os participantes são convidados a abster-se de álcool e cafeína durante 24 horas antes do experimento 3 vídeos de animação .Estes foram personalizado feito em nosso laboratório, mas poderia ser gravadas com outro sons ou imagens específicas para questões de pesquisa alternativos. 1. Configurar o ambiente antes da chegada do Participante. <ol><li> Calibrar o câmeras de captura de movimento em relação às coordenadas de um laboratório de acordo com processo específico do fabricante captura o movimento. Certifique-se de que as posições de câmera irá permitir a gravação de todos os marcadores, tanto no corpoe chefe do participante durante as tarefas que serão testadas. O processo de calibração garante a precisão do sistema de captura de movimento e é uma prática comum em qualquer laboratório de movimento. Use um sistema de dez câmera, com um volume aproximado de 17 m 3, onde marcadores reflexivos puderam ser identificados de forma confiável. </li><li> Conecte o gatilho do computador instrução para entradas BNC a captura e fNIRS movimento dos computadores. Certifique-se de que o gatilho é conectado a um botão do mouse e clicar com o mouse completa o circuito e envia um pulso simultaneamente ao EMG placa de captura de movimento / aquisição de dados e à placa de aquisição de dados fNIRS como auxiliares entradas analógicas. </li><li> Conecte este rato através da porta USB para o computador que executa instruções vídeos de animação, de tal forma que a partir do vídeo irá provocar uma mudança de tensão simultaneamente em ambos os sistemas de aquisição de dados. NOTA: sinais EMG são automaticamente sincronizados e salvos pelo software de captura de movimento, de modo additional sincronização do sistema de EMG não é necessário. </li><li> Configure a tela e projetor para obter instruções para ser mostrado para o participante. Remova todos os itens desnecessários que poderiam ser distracters. Coloque o tripé e câmera de vídeo digital, onde terão visão completa dos movimentos dos participantes. </li><li> Verifique se marcadores reflexivos estão bem presos ao topo de cada optode na sonda. </li><li> Reúna todos os documentos necessários: cópias de consentimento e de parecer favorável, folhas de exame clínico e folhas da nota experimentais, por exemplo. </li></ol> 2. Medidas básicas <ol><li> Depois de completar o processo de consentimento informado, medir e altura, peso, idade e circunferência da cabeça do participante registro. </li><li> Administrar Manual de Edimburgo Inventory 10 e outros exames clínicos, como indicado. Grave-participante relatou cabelo e pele tipos. </li><li> Coloque marcadores reflexivos sobre as espinhas ilíacas posteriores superiores (EIPS) bilateralmente. Já a caminhada participante em seu ritmo confortável através do laboratório de 3-5 vezes, e, em média, a velocidade entre os ensaios para estimar a sua auto-selecionado ritmo de passeio. </li></ol> 3. Perto Funcional Espectroscopia no Infravermelho (fNIRS) Setup NOTA: Este pode ser concluído em simultâneo com a instalação do EMG e motion capture, se houver experimentadores suficientes ou pessoal de investigação para ajudar, e se o participante é confortável com várias pessoas estarem próximos a eles ao mesmo tempo. <ol><li> Medir a distância entre o násio (Nz) e ínion (Iz), e entre os pontos pré-auricular na (Al) OD (Ar) e. A intersecção do ponto médio das duas medidas é Cz, o qual está marcado sobre o couro cabeludo com um marcador lavável. </li><li> Se o participante tem cabelo comprido, seção off pequenas porções do cabelo com tranças ou rabos de cavalo, a fim de expor o couro cabeludo onde optodes será colocado. </li><li> Coloque as fNIRS sondar sobre tele cabeça do participante, tendo o cuidado de alinhar com Cz, Ar. Em seguida, mova o cabelo longe do âmbito de cada optode como este é colocado no couro cabeludo. Por último, coloque tiras de velcro para prender firmemente os optodes no lugar. NOTA: Neste protocolo, use um boné que tem uma alça que vai atrás da cabeça, um que vai através da testa, e que passa por baixo do queixo. Optodes são ancoradas a este tampão com velcro em um anel de plástico flexível que circunda a orelha. <ol><li> Se o participante tem o cabelo curto (menos de cerca de 2 centímetros de comprimento), puxe o cabelo entre optodes com uma vara fina pequeno ou final de plástico de um pente. </li></ol></li><li> Verificar se todos os cabos são optode deitado, e que são optodes aproximadamente perpendicular à superfície do couro cabeludo. <ol><li> Se necessário, coloque um pequeno pedaço de espuma sob o grupo de cabos optode para promover o alinhamento perpendicular das optodes. </li></ol></li><li> Verifique com o participante sobre o conforto das sondas, eajustar, se necessário. Instruí-los para contar os experimentadores se o seu conforto diminui em qualquer momento durante o experimento. </li><li> Ligue fontes e verificar os sinais. <ol><li> Neste sistema, garantir um sinal que tem uma intensidade de, pelo menos, 80 dB e uma pulsação claramente visível na deltaOD (mudança de densidade óptica) de sinal, em ambos os comprimentos de onda de 690 e 830 nm. Quando os canais têm sinais que não cumpram estes critérios, confirmar que o cabelo não está bloqueando o optode (s) e depois ajustar os ganhos detector conforme necessário para maximizar a intensidade do sinal. Certifique-se de que as câmeras de captura de movimento estão desligados durante este tempo. NOTA: Outras máquinas fNIRS pode operar em comprimentos de onda diferentes para 690 e 830 nm; neste caso, verificar os comprimentos de onda mais adequados para a máquina a ser utilizada. </li></ol></li><li> Adicionar marcadores reflexivos para Nz, Iz, Ar, e Al. Pergunte ao participante para prender ainda e recolher cerca de 2 segundos de dados de captura de movimento para estes e os marcadores fNIRS optode. Verifique setodos os marcadores foram registrados, e recolher ensaios adicionais, conforme necessário. Ela pode exigir que o participante para mudar a posição da cabeça para melhorar a linha de visão entre as câmeras e os marcadores. Use esses recolhidos três locais dimensionais durante a análise para registro probabilística de ressonância magnética estrutural individual de um participante, se estiver disponível. </li><li> Adicionar uma cobertura com várias camadas de feltro preto ou outro material opticamente absorvente em cima dos optodes fNIRS para proteger detectores de interferência ou a saturação das câmeras de captura de movimento. Certifique-se de que os cabos e o painel frontal da unidade fNIRS são também bem blindado usando o mesmo material opticamente absorvente. </li></ol> A eletromiografia (EMG) Setup 4. Superfície <ol><li> Localize o ventre muscular de cada músculo alvo usando marcos anatômicos, palpação durante a contração muscular, e colocação de eletrodos orienta 11. NOTA: Os músculos alvo neste protocolo incluem bilgastrocnêmio medial ateral, tibial anterior, reto femoral, vasto lateral, bíceps femoral, extensor radial do carpo e flexor radial do carpo. </li><li> Prepare-se para a colocação do eletrodo EMG sobre o ventre muscular pelo barbear, removendo as células mortas da pele com fita adesiva, e, em seguida, limpar com uma compressa embebida em álcool isopropílico, como recomendado pelo SENIAM 12 e esperar para a pele para secar. </li><li> Coloque eléctrodo EMG orientado para a direcção das fibras musculares. </li><li> Enrole firmemente com um envoltório aderente self. </li><li> Verifique sinais musculares no computador enquanto a realização de testes de força muscular para assegurar a colocação adequada do eletrodo, e clara visualização de mudança de sinal quando o músculo está ativo. </li></ol> 5. Proposta de configuração de captação <ol><li> Coloque marcadores reflexivos em marcos conjuntas. Estes incluem medial e do maléolo lateral, medial e articulação do joelho lateral, anterior superior espinha ilíaca (ASIS), ilíaca superior posterior da coluna (PSIS), estilóide radial, syloid ulnar, medial epicondyl humeral, e epicondyl humeral lateral. </li><li> Coloque 3 ou mais marcadores, ou um cluster de corpo rígido de marcadores, em cada segmento de interesse, incluindo o pé, pernil, coxa, mão e antebraço. </li><li> Recolha de aproximadamente 2 segundos de dados de captura de movimento, enquanto o participante ainda está de pé em uma posição padronizada, como está com os braços a 90 ° de flexão de ombro e 90 ° de flexão do cotovelo. Assegurar que todos os marcadores são claramente visíveis para as câmeras. </li></ol> 6. Gait Task <ol><li> Já a transferência participante para a esteira. Ajudá-los, apoiando os cabos fNIRS optode e fixe os cabos ao apoio teto depois que o paciente está em posição. Se o paciente é de alto risco para quedas, use um cinto de suporte de peso corporal para a segurança durante esta tarefa. </li><li> Comece a esteira, construindo lentamente até a auto selecionado velocidade de caminhada medida para obter o participante confortável com as condições estabelecidas. Então lento até pararnovamente. </li><li> Configure o arquivo de animação com o feedback auditivo que irá sinalizar que o participante quer descansar ou se mover. Instruções tarefa de revisão com o participante, dizendo-lhes para permanecer como ainda e relaxado possível durante os períodos de &quot;descanso&quot; e para andar na velocidade conjunto da esteira durante o período de &quot;tarefa&quot;, ao focalizar a sua atenção para o pequeno círculo preto na tela para a duração de aquisição de dados. </li><li> Apague as luzes, e começar a aquisição de dados no computador de captura de movimento e o computador fNIRS. Comece a gravação na câmera de vídeo. </li><li> Usando o gatilho do mouse, clique no botão de reprodução do arquivo de animação associado a esta tarefa. Certifique-se de que o gatilho foi recebido tanto pela captura de movimento e os sistemas de NIRS. <ol><li> Mudar para uma imagem de um ponto preto localizado na linha do participante de visão, de modo que eles têm um ponto de focagem para a duração do ensaio. NOTA: O esquema geral para cadaexperimentação é mostrado na Figura 2. </li></ol></li><li> Monitorar o desempenho do participante e fornecer feedback sobre a velocidade, ou movimentos voluntários externos quando necessário. </li><li> No final da animação de instrução, parar a gravação sobre a captura de movimento, EMG, e sistemas fNIRS, bem como a câmara de vídeo. Dê ao participante a oportunidade de descansar ou trocar de posição, se necessário. </li></ol> 7. Bilateral Lower Extremity Ciclismo Task <ol><li> Já a transição participante para um plinto com volta móveis e apoio para as pernas, tendo o cuidado de apoiar os cabos fNIRS optode e para não bater ou desalojar os marcadores de captura de movimento ou eletrodos EMG. Tenha um assento almofada de espuma para melhorar o conforto durante o experimento. </li><li> Levante o quadro da bicicleta para a posição e fixá-lo ao pedestal com uma cinta. </li><li> Fixar os pés nos pedais e ajustar a posição do ciclo, conforme necessário para promover uma distância confortável e natural aos pedais. Emo ponto mais distante do ciclo, manter o seu joelho em aproximadamente 10 ° de flexão. NOTA: Neste ponto, o participante estará numa posição semi-deitada, que proporciona algum suporte do tronco e facilita o relaxamento durante o período de repouso. </li><li> Instruções tarefa de revisão com o participante, dizendo-lhes para permanecer como ainda e relaxado possível durante os períodos de &quot;descanso&quot; e para o ciclo de aproximadamente 60 rpm durante o período de &quot;missão&quot;. </li><li> Repita os passos de 6,4-6,7. Em vez de mudar para uma imagem de um ponto, projeto da animação dos desenhos animados que vai sinalizar que o participante quer descansar ou se mover através de feedback visual e auditiva. Maximizar a janela do filme de modo que o participante não é capaz de monitorar o tempo que passou ou que resta, no ensaio actual. </li></ol> 8. Mão que espreme Task <ol><li> Depois de retirar os pés do ciclo e do próprio ciclo, colocar uma tabela cama em frente do participante, fazendog certeza de que os braços do participante são suportadas na mesa em uma posição confortável. </li><li> Instrua participante para espremer um objeto macio aproximadamente uma vez por segundo (1 Hz) durante o período de &quot;missão&quot;, e permanecer o mais relaxado possível durante os períodos de &quot;descanso&quot;. </li><li> Repita o passo 7.5. </li></ol> 9. Ankle Dorsiflexão Task <ol><li> Remover a tabela de cama, e aumentar a porção pé resto do plinto para trazer os pés à vista do participante. </li><li> Remover sapato ea meia do participante, e substituir marcadores pé em posições adequadas. Apoiar o bezerro apenas acima de sua articulação do tornozelo com uma almofada de espuma para permitir tornozelo movimento articular. </li><li> Instrua o participante a dorsiflex seu tornozelo aproximadamente uma vez por segundo (1 Hz) durante o período de &quot;missão&quot;, e permanecer o mais relaxado possível durante os períodos de &quot;descanso&quot;. </li><li> Repita o passo 7.5. </li></ol> 10. Conclusão do Protocol <ol><li> Retire a tampa e inspecionar pele para áreas de pressão ou vermelhidão. </li><li> Remova todos os marcadores refletivos e unidades de EMG. </li><li> Obrigado o participante para o seu tempo e convidar os seus contributos sobre a experiência subjetiva do protocolo. Isso pode ser um questionário formais (como o usado por Garvey e colegas para a estimulação magnética transcraniana 13), ou uma discussão informal para identificar fontes comuns de desconforto que podem ser melhorados no futuro. </li></ol>

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Os autores não têm nada a divulgar.

Coleta simultânea de atividade cerebral a partir de áreas específicas do córtex e dados quantitativos sobre a forma como a pessoa está se movendo apresenta um enorme potencial para melhorar a nossa compreensão do controle neural do movimento, tanto em uma população com desenvolvimento normal, bem como aqueles com distúrbios do movimento. Há também uma ampla aplicação em termos de idades e tarefas de movimento que poderiam ser concluídas, como os participantes não são restritos a uma posição supina como seriam para uma r...

Imaging Neural durante tarefas funcionais tornou-se mais portáteis e custo-eficiente usando espectroscopia no infravermelho próximo funcional não invasiva (fNIRS) para identificar áreas de atividade cerebral medindo dinâmica do fluxo sanguíneo no córtex. A portabilidade de fNIRS é especialmente útil para o estudo das funções na posição vertical e funcionais, tais como marcha 1, o que não é possível com outras tecnologias, tais como imagem de ressonância magnética (RMF). Esta capacidade é fundamental nas áreas de neurologia e neurociências, e poderia fornecer novos insights sobre os mecanismos subjacentes distúrbios do movimento em crianças e adultos com paralisia cerebral (PC) e outras condições neurológicas que afetam o controle motor. Compreender os mecanismos de melhora a capacidade de projetar intervenções eficazes para atingir a fonte de deficiências e limitações de atividade. Muitos fNIRS estudos de tarefas motoras até à data foram com uma população saudável de adultos onde parteicipants são instruídos a executar uma determinada tarefa e monitoramento do desempenho da tarefa se limita à inspecção visual. Isso pode ser suficiente para aqueles com movimentos típicos e um alto nível de engajamento, mas não é aceitável quando se estuda os participantes com distúrbios do movimento ou aqueles que têm dificuldade em participar de uma tarefa por longos períodos de tempo, incluindo crianças com desenvolvimento típico. A fim de informar a análise de activação cerebral nestes casos, é necessária a monitorização simultânea do padrão motor que está realmente completa. Revisões completas de sistemas fNIRS e usos têm sido apresentados na literatura 2-5 que orientam o uso e ajudar a demonstrar a precisão e sensibilidade desses sistemas, mas problemas técnicos na coleta, processamento e interpretação de dados fNIRS ainda permanecem. Cor e espessura do cabelo afetar a qualidade do sinal óptico, com cabelo escuro e espesso mais provável para bloquear ou distorcer transmi ópticassion 3,6. Isto é especialmente relevante quando se estudam as áreas sensório-motores localizados na área da coroa da cabeça, onde a densidade folículo piloso é o maior, e alguns estudos relatam que não responderam 6,7. O sistema internacional 10/20 bem estabelecida pode ser utilizado para a colocação dos optodes, mas em particular no caso das pessoas com a anatomia do cérebro atípico, co-registro de localização optode para MRI anatômica de um participante é muito útil se não essencial para interpretar com precisão o resultados. O uso de fNIRS para avaliar a ativação do cérebro em lesão cerebral de início na infância é relativamente recente, mas ganhando força na área de unilateral 6,8,9 paralisia cerebral. Em consideração aos desafios acima mencionados, este protocolo combina fNIRS, captura de movimento, e eletromiografia (EMG) de monitoramento durante uma série de tarefas, incluindo as tarefas de single-conjuntos simples, bem como mais complexos movimentos de corpo inteiro. Orientação visual e auditiva é-nosed para melhorar o desempenho de atenção e de tarefas através de múltiplas idades dos participantes. O objetivo do protocolo é o de identificar as diferenças nos padrões de ativação cerebral em pessoas com a infância de início lesão cerebral unilateral e bilateral em comparação com aqueles que são tipicamente em desenvolvimento. Nós exploramos um movimento de corpo inteiro (marcha), uma extremidade inferior movimento multi-articular bilateral (ciclismo), e dois movimentos single-joint unilaterais (isolado dorsiflexão do tornozelo, e isolado mão espremendo) para ilustrar a variedade de aplicações dos métodos. O mesmo ou um protocolo muito semelhante pode ser utilizada para estudar outras distúrbios sensoriais ou do movimento ou outras tarefas de interesse. Onda contínua perto de luz infravermelha emitida e foi detectada a 690 nm e 830 nm ao longo dos córtices sensório-motores que utilizam o sistema fNIRS a uma velocidade de 50 Hz, utilizando uma configuração personalizada da fonte eo detector. Dados EMG foram coletados sem fio a uma frequência de 1.000 Hz. Marcadoras Reflective locais 3-D foramrecolhido por um sistema de captura de movimento óptico a uma velocidade de 100 Hz. Dois computadores diferentes tratadas de aquisição de dados, um para os fNIRS e outro para a captura de movimento e EMG. Os dados foram sincronizados usando um pulso de disparo de um terceiro computador que corresponde a um botão do mouse prima para iniciar a animação de instrução para cada tarefa. Para todas as tarefas, com exceção da marcha, animações instrucionais foram projetados para padronizar desempenho dos participantes usando a orientação visual do ritmo de uma tarefa (1 Hz), representado por um animal do salto ou chutar, bem como um sinal sonoro.

<table><tbody><tr><td>CW6</td><td>TechEn</td><td>http://nirsoptix.com/</td> <td>fNIRS máquina com número variável de fontes e detectores, dependendo do número de módulos incluídos</td></tr><tr><td>Sistema MX com dez câmeras da série T40</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Reino Unido</td><td>http://www.vicon.com/System/TSeries</td><td>Câmeras de captura de movimento</td></tr><tr><td>marcadores reflexivos de 4 mm</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Reino Unido</td><td></td><td>Marcadores usados pelas câmeras de captura de movimento para localizar optódios fNIRS, Ar, Al, NZ e coordenadas manuais.</td></tr><tr><td>marcadores reflexivos de 9,5 mm</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Reino Unido</td><td></td><td>Marcadores usados pelas câmeras de captura de movimento para localizar coordenadas de braço e perna. Clusters são usados para os segmentos dos membros e marcadores com deslocamentos são usados para PSIS e Iz para melhorar a confiabilidade na captura de dados.</td></tr><tr><td>Sistema EMG sem fio Trigno</td><td>Delsys, Inc. Natick, MA</td><td>http://www.delsys.com/products/wireless-emg/</td> <td>Eletromiografia</td></tr><tr><td>Esteira instrumentada de correia dividida Bertec</td><td>Corporation, Columbus, OH</td><td>http://bertec.com/products/instrumented-treadmills.html</td><td></td></tr><tr><td>Esteira Sistema de suporte de peso corporal ZeroG</td><td>Aretech, LLC, Ashburn, VA</td><td>http://www.aretechllc.com/overview.html</td><td>Trilho e carrinho passivo usado para suportar cabos, chicote pode ser usado para segurança do paciente durante testes de marcha</td></tr><tr><td>3DS Max 2013</td><td>Autodesk, Inc., San Francisco, CA&nbsp;</td><td>http://www.autodesk.com/</td> <td>Software de animação 3D usado para animar animais para vídeos instrutivos</td></tr><tr><td>Windows Movie Maker</td><td>Microsoft Corporation, Redmond, WA</td><td>http://windows.microsoft.com/en-us/windows-live/movie-maker</td><td>software usado para combinar imagens de animação com música</td></tr><tr><td>Audacity</td><td>software de código aberto</td><td>http://audacity.sourceforge.net/</td> <td>Software usado para alterar a batida musical para a cadência apropriada</td></tr></tbody></table>

perto funcional espectroscopia no infravermelho das regiões sensoriais e motoras do cérebro com simultânea cinemática e monitoramento emg durante tarefas motoras

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

Há várias vantagens que a espectroscopia de infravermelho próximo funcional (fNIRS) apresenta no estudo do controlo de movimento neural humana. É relativamente flexível no que diz respeito ao posicionamento participante e permite alguns movimentos de cabeça durante as tarefas. Além disso, é de baixo custo, peso leve, portátil e, com muito poucas contra-indicações para a sua utilização. Isto representa uma oportunidade única para estudar a atividade cerebral funcional durante tarefas motoras em indivíduos com desenvolvimento típico, bem como aqueles com distúrbios do movimento, como a paralisia cerebral. Uma consideração adicional quando se estuda distúrbios do movimento, no entanto, é a qualidade dos movimentos reais executadas eo potencial para movimentos adicionais, não intencionais. Portanto, o monitoramento simultâneo de ambas as alterações de fluxo sanguíneo no cérebro e movimentos reais do corpo durante o teste é necessário para a interpretação adequada de fNIRS resultados. Aqui, nós mostramos um protocolo para a combinação de fNIRS commuscular e monitoramento cinemática durante tarefas motoras. Nós exploramos a marcha, um movimento unilateral multi-articular (ciclismo), e dois movimentos single-joint unilaterais (isolado dorsiflexão do tornozelo, e isolado mão apertar). As técnicas apresentadas pode ser útil no estudo de controlo, tanto típicos e atípicos do motor, e podem ser modificados para investigar uma variedade de tarefas e perguntas científicas.

Este protocolo coordena aquisição simultânea de três modalidades para capturar o fluxo de sangue do cérebro, a atividade elétrica muscular e cinemática do movimento das articulações, enquanto um participante executa tarefas motoras (Figura 1). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52391/52391fig1highres.jpg" /> Figura 1. Localização da Sonda. A parte esquerda desta figura mostra as localizações aproximadas das ...

Monitorar a atividade cerebral durante tarefas motoras eretas é de grande valor ao investigar a fonte neural dos distúrbios do movimento. Aqui, demonstramos um protocolo que combina espectroscopia funcional de infravermelho próximo com monitoramento contínuo da atividade muscular e cinemática durante 4 tipos de tarefas motoras.

Perto Funcional Espectroscopia no Infravermelho das Regiões sensoriais e motoras do cérebro com simultânea cinemática e Monitoramento EMG Durante tarefas motoras

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar o uso da espectroscopia funcional no infravermelho próximo sobre as regiões sensorial e motora do cérebro, com monitoramento simultâneo da cinemática e do EMG durante diferentes tarefas motoras. Isso é realizado primeiramente posicionando o F nears optos sobre a cabeça do participante e alinhando-o com CZ e os pontos pré-auriculares. O segundo passo é posicionar os eletrodos de EMG sobre os ventres musculares dos músculos-alvo e as marcas refletivas sobre os marcos anatômicos.Em seguida, colete dados do EMG de F Ns e dos sistemas de captura de movimento simultaneamente enquanto o participante realiza tarefas motoras. Em última análise, F NS é utilizado para identificar diferenças entre os padrões de ativação cerebral em indivíduos com lesão cerebral unilateral e bilateral de início na infância e aqueles que se desenvolvem tipicamente. A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como a fMRI, é que ela nos permite estudar o desempenho de tarefas eretas e funcionais, como a marcha.Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de neuroreabilitação, como, por exemplo, como o cérebro se reorganiza após uma lesão e quais são as consequências dessa lesão no desempenho de tarefas motoras? O uso dessa técnica no estudo de distúrbios motores permite medir a atividade cerebral enquanto simultaneamente se quantificam movimentos intencionais e não intencionais por meio de captura de movimento e eletromiografia. Geralmente, indivíduos novos nesse método enfrentam dificuldades, pois uma configuração precisa exige um cuidadoso preparo dos cabelos e posicionamento dos ners optos para obter qualidade ideal do sinal.Hoje, nos auxiliarão na demonstração do procedimento a Dra. C Ann Zary Gallagher, fisioterapeuta pesquisadora em nosso laboratório, e o Sr. No Robinson, pesquisador visitante do NIH. Descreveremos agora os procedimentos envolvidos na coleta de dados de N'S. Explique os procedimentos experimentais ao participante e obtenha o consentimento informado.Em seguida, aplique o inventário de lateralidade de Edinburgh e outros exames clínicos e registre os tipos de cabelo e pele do participante. Meça e registre a altura, o peso e a idade do participante. Em seguida, inicie o procedimento medindo a circunferência da cabeça, a distância entre o nasion e o inion e a distância entre os pontos pré-auriculares nas orelhas direita e esquerda.A interseção do ponto médio das duas últimas medidas é o cz, que é marcado no couro cabeludo usando uma caneta apagável para separar os cabelos ao longo da linha NAS e da linha ian. Se o participante tiver cabelos longos, prenda-os usando tranças ou rabos de cavalo para expor a área do couro cabeludo onde os optodos serão colocados. Em seguida, posicione o sensor F próximo na cabeça do participante, tomando o cuidado de alinhá-lo com o cz e o ar al.Em seguida, coloque os optos diretamente sobre o couro cabeludo, garantindo que não haja cabelo bloqueando o contato. Este é um passo crucial porque o cabelo pode degradar a qualidade do sinal. Depois, fixe as tiras de velcro para manter os optos firmemente no lugar.Certifique-se de que todos os cabos ópticos estejam planos e de que os optos estejam perpendiculares à superfície do couro cabeludo. Se necessário, coloque uma fina camada de espuma sob o grupo de cabos ópticos para promover o alinhamento perpendicular dos optos. Agora, verifique se a intensidade da luz medida em todos os detectores é de pelo menos 80 decibéis e se uma pulsação é claramente visível no sinal de OD delta em ambos os comprimentos de onda, 690 e 830 nanômetros.Se esses critérios não forem atendidos, verifique os cabelos e certifique-se de que eles não estão bloqueando os optos. Em seguida, ajuste os ganhos do detector conforme necessário para maximizar a intensidade do sinal. Depois disso, adicione os marcadores refletivos em NZ ar al e iz no participante.Peça ao participante que permaneça imóvel e colete aproximadamente dois segundos de dados de captura de movimento para esses marcadores e para os optos F nears. Em seguida, coloque uma cobertura com várias camadas de feltro preto ou outro material opticamente absorvente sobre os optos f nears. Para proteger os detectores contra interferência ou saturação proveniente das câmeras de captura de movimento, certifique-se de que os cabos e o painel frontal da unidade F nears também estejam bem protegidos com o mesmo material opticamente absorvente.As diretrizes da Sentium foram seguidas para o posicionamento dos eletrodos e preparação da pele. Nesta etapa, localize o ventre muscular de cada músculo-alvo utilizando marcos anatômicos, palpação durante a contração muscular e guias de posicionamento de eletrodos. Em seguida, posicione os eletrodos de EMG orientados na direção das fibras musculares.Em seguida, posicione os marcadores refletivos nos pontos anatômicos das articulações. Colete aproximadamente dois segundos de dados de captura de movimento enquanto o participante estiver em pé com os braços em flexão glenoumeral de 90 graus e flexão do cotovelo de 90 graus. Agora, ajude o participante a caminhar até a esteira, sustentando os cabos ópticos F nears, e então fixe os cabos ao suporte do teto.Após ele estar posicionado, instrua o participante a permanecer o mais imóvel e relaxado possível durante os períodos de repouso e a caminhar na velocidade de marcha predeterminada durante o período da tarefa, mantendo sua atenção voltada para o pequeno círculo preto na tela durante a aquisição de dados. Em seguida, reduza a intensidade das luzes e inicie a aquisição de dados no computador de captura de movimento e no computador F nears. Execute o arquivo de animação associado a esta tarefa.Maximize a janela para que a imagem de um preto esteja localizada na linha de visão do participante, o que será seu ponto de foco durante toda a duração do ensaio. Monitore o desempenho do participante e forneça feedback sobre a velocidade ou movimentos voluntários adicionais, conforme necessário.No final da animação instrucional, pare a gravação nos sistemas de eletromiografia (EMG) e F fne de captura de movimento. Dê ao participante a oportunidade de descansar ou mudar de posição conforme necessário. Nesta tarefa, posicione o participante em uma maca com suporte dorsal e de pernas móveis.Lembre-se de sustentar os cabos ópticos do fNIRS e tenha cuidado para não deslocar os marcadores de captura de movimento ou os eletrodos de EMG. Instrua o participante a permanecer o mais imóvel e relaxado possível durante os períodos de repouso e a pedalar aproximadamente a 60 RPM durante o período da tarefa. Em seguida, projete a animação em desenho animado que orienta o participante a descansar ou se mover por meio de feedback visual e auditivo, com a janela do vídeo maximizada para impedir que o participante acompanhe o tempo.Agora, posicione uma mesa de leito à frente do participante, certificando-se de que os braços do participante estejam apoiados sobre a mesa em uma posição confortável. Em seguida, instrua o participante a apertar um objeto macio no ritmo de uma vez por segundo durante o período da tarefa e a permanecer o mais relaxado possível durante os períodos de descanso. Depois disso, remova a mesa de leito e levante a parte do encosto para os pés da maca para colocar os pés do participante em sua linha de visão.Instrua o participante a realizar a dorsiflexão do tornozelo a uma velocidade de uma vez por segundo durante o período da tarefa e a permanecer o mais relaxado possível durante os períodos de descanso. Ao final da sessão, remova o capuz. Todos os marcadores reflexivos e eletrodos de EMG aqui são exemplos de reconstrução esquelética, ângulos articulares e EMG. Para uma tarefa de dorsiflexão esquerda, o período da tarefa durante o ensaio apresentado começa aproximadamente aos 4,5 segundos e prossegue até 19,5 segundos.Neste indivíduo de 13 anos com desenvolvimento típico, há movimento muito limitado nas articulações, exceto no tornozelo esquerdo, que é o alvo. Além disso, os músculos são geralmente quiescentes durante as fases da tarefa e de repouso, exceto o músculo tibial anterior, que sustenta o movimento. Este é um exemplo de um mapa de ativação F próximo durante uma tarefa de dorsiflexão esquerda; esta caixa azul delimita a área aproximada amostrada.Esta figura mostra a resposta média da hemoglobina oxigenada durante um período entre cinco e 10 segundos após o início do movimento de um adolescente em desenvolvimento típico realizando a dorsiflexão do tornozelo esquerdo. As cores azuis representam nenhuma ativação, enquanto as áreas vermelhas indicam as regiões com aumento da hemoglobina oxigenada durante os períodos da tarefa. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em aproximadamente duas horas, se realizada corretamente. Deve-se lembrar que trabalhar com luz infravermelha próxima pode ser perigoso; portanto, precauções, como proteger os olhos dos pesquisadores e participantes das fontes de luz, devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.Após este procedimento, podem ser realizados outros métodos, como co-registro com imagens de ressonância magnética anatômica e determinação de regressores a partir de dados cinemáticos e de EMG. Isso nos permite responder perguntas adicionais, como a localização precisa da atividade cerebral e as fontes neurais de atividade involuntária.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como integrar ferramentas de monitoramento de movimento com medições de ners para estudar a ativação em regiões sensoriais e motoras do cérebro durante a realização de tarefas motoras.

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Research

JoVE Journal

Behavior

Comportamento

Aqui nós descrevemos um método de coleta de dados e análise de dados para funcional espectroscopia no infravermelho próximo (fNIRS), um romance não-invasivo sistema de imagens do cérebro usada em neurociência cognitiva, particularmente no estudo do desenvolvimento do cérebro da criança. Este método fornece um padrão universal de aquisição de dados e análise vital para a interpretação de dados e descoberta científica.

Explorando Funções Cognitivas em Bebés, Crianças e Adultos com Espectroscopia no Infravermelho Próximo

MazeSuite é um conjunto de ferramentas completo para se preparar, apresentar e analisar experiências de navegação e espacial. Espectroscopia de infravermelho próximo funcional (fNIR) é uma técnica de imagem óptico cérebro que possibilita o monitoramento não-invasivo e portátil de mudanças oxigenação cerebral sangue. Este artigo resume o uso coletivo de MazeSuite e fNIR dentro de um paradigma processamento cognitivo de aprendizagem.

Usando MazeSuite e Funcional espectroscopia no infravermelho próximo para o Estudo Aprendizagem em navegação espacial

Fonte: Reindl, V., et al. Conduzindo experimentos de hipervarredura com espectroscopia funcional de infravermelho próximo. J. Vis. Exp. (2019) Este vídeo demonstra o uso de espectroscopia funcional de infravermelho próximo (fNIRS) para medir a atividade cerebral durante as interações sociais. Os participantes se envolvem em uma tarefa coordenada que aumenta a atividade no córtex pré-frontal, uma região crítica para o comportamento social, enquanto o sistema detecta mudanças na absorção de luz...

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Desenvolvimento de um sistema cérebro-máquina-interface eficaz (IMC) para a restauração e reabilitação da locomoção bípede requer decodificação precisa da intenção do usuário. Aqui apresentamos um protocolo experimental romance e técnica de coleta de dados para aquisição simultânea não-invasivo de atividade neural, a atividade muscular e cinemática do corpo inteiro durante várias tarefas e condições de locomoção.

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Apresentamos um método para comparar a atividade cerebral funcional registrada durante uma tarefa naturalística usando fNIRS com a atividade registrada durante a fMRI.

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Uma nova interface homem-máquina de baixo custo para um sistema interativo de reabilitação do equilíbrio pós-AVC é apresentada neste artigo. O sistema integra sensores de baixo custo prontos para uso em direção ao paradigma de eletroterapia acionado por volição. A interface do software de prova de conceito é demonstrada em voluntários saudáveis.

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Monitorando a atividade do cérebro fora do laboratório, sem restrições físicas apresenta desafios metodológicos. Um sem fibras, wearable sistema funcional Espectroscopia no Infravermelho Próximo (fNIRS) foi utilizado para medir a atividade cerebral durante uma tarefa de memória prospectiva ecológica. Demonstrou-se que este sistema poderia ser usado para monitorizar a actividade cerebral durante as experiências não baseados em laboratório.

Usando sem fibras, fNIRS Wearable para monitorar a atividade do cérebro em tarefas cognitivas do mundo real

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Análises de dados de atividade cortical qualitativa e comparativa de um experimento funcional de espectroscopia infravermelha aplicando design de bloco

Apresentamos um método para coletar simultaneamente sinais de RMf e fNIRS dos mesmos indivíduos com cobertura de fNIRS de cabeça inteira. O protocolo foi testado com três adultos jovens e pode ser adaptado para coleta de dados para estudos de desenvolvimento e populações clínicas.

Coleta simultânea de dados de medições de fMRI e fNIRS usando um arranjo de optode de cabeça inteira e canais de curta distância

Estima-se que 1 em cada 6 indivíduos no mundo terá um acidente vascular cerebral ao longo da vida, causando incapacidade a longo prazo, cujos mecanismos de reabilitação ainda são pouco compreendidos. Este estudo propõe um protocolo para avaliar a ativação cerebral por espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) durante uma sessão de terapia robótica de membros inferiores.

Um experimento usando espectroscopia funcional no infravermelho próximo e movimentos de apontar multi-articulações assistidas por robô do membro inferior

Aprenda a usar espectroscopia funcional no infravermelho próximo para monitorar atividade cerebral durante tarefas motoras, combinando dados cinemáticos e EMG simultaneamente. Este método identifica padrões de ativação neural em diferentes populações.

Perto Funcional Espectroscopia no Infravermelho das Regiões sensoriais e motoras do cérebro com simultânea cinemática e Monitoramento EMG Durante tarefas motoras (Vídeo) | JoVE Journal

Perto Funcional Espectroscopia no Infravermelho das Regiões sensoriais e motoras do cérebro com simultânea cinemática e Monitoramento EMG Durante tarefas motoras

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