Setup Multifuncional de Estudos de Controle Motor Humano Utilizando Estimulação Magnética Transcraniana, Eletromiografia, Captura de Movimento, e Realidade Virtual

O objetivo geral do experimento a seguir é ilustrar uma técnica generalizada para sincronizar múltiplos fluxos de dados registrados durante estudos biomecânicos humanos. Isso é alcançado utilizando sinais eletromiográficos e de captura de movimento para gerar um evento analógico de sincronização que pode ser registrado independentemente por dois ou mais sistemas. Como segundo passo, podem-se projetar componentes de circuito simples, que transformam esse evento em sinais apropriados para cada dispositivo de gravação.

Em seguida, utilize um software de análise para alinhar temporariamente os eventos de sincronização entre os sinais gravados independentemente, a fim de sincronizar todos os sinais. Os resultados mostram que diversos sinais biomecânicos podem ser alinhados temporariamente dentro das frequências de amostragem dos respectivos sistemas de gravação de dados, o que permite a coleta de um conjunto rico de dados experimentais de movimento humano naturalístico para estudar o controle neuromuscular. Existem múltiplas questões complexas nas áreas de controle motor e biomecânica que podem ser melhor respondidas mediante o estudo do movimento humano natural em um ambiente laboratorial.

Aqui descrevemos o método de utilizar realidade virtual para definir tarefas comportamentais durante as quais vários sinais fisiológicos são registrados simultaneamente. A vantagem de uma configuração experimental baseada em realidade virtual em comparação com métodos existentes, como dispositivos comportamentais baseados em hardware, é que ela pode ser adaptada rapidamente a diferentes experimentos, bem como à anatomia única de participantes individuais. Durante experimentos comportamentais, é comum registrar simultaneamente vários sinais que quantificam o comportamento, como eletromiografia e captura de movimento.

Nosso método oferece uma solução para o problema de alinhamento temporal desses sinais, utilizando uma unidade personalizada de sincronização compatível entre diversos fabricantes. Comece fazendo todas as conexões elétricas necessárias entre os equipamentos de EMG, incluindo amplificadores, pré-amplificadores, fios dos sensores e placas dos sensores, de acordo com as especificações do fabricante. Limpe cada local do eletrodo para garantir valores consistentes e baixos de impedância entre o eletrodo e a pele.

Em seguida, instrua o sujeito a realizar contrações isométricas dos músculos individuais de interesse, fixando os eletrodos de EMG sobre a localização palpatória da contração muscular. Tendo em mente a orientação dos sítios ativos ao longo das fibras musculares. Aplique o eletrodo de terra sobre a pele na vértebra C sete.

A seguir, para testar a qualidade do sinal, inspecione os sinais de EMG amplificados no computador enquanto o sujeito contrai cada músculo de interesse. Por fim, reduza os ganhos de amplificação se os sinais de EMG saturarem durante as contrações musculares necessárias para a tarefa comportamental. Comece calibrando as câmeras de rastreamento de movimento de acordo com as instruções do fabricante.

Fixe sensores LED ativos com fita adesiva sobre marcos ósseos próximos às articulações do braço e outros pontos anatômicos de interesse, como próximos ao dedo, punho, ombro e tórax. Fixe outro sensor LED ao headset de realidade virtual ou VR para definir o ponto de vista no ambiente virtual. Em seguida, conecte cada LED a um chicote de fiação que está ligado à unidade condutora sem fio.

Ligue a unidade do driver e certifique-se da iluminação adequada de todos os LEDs. Por fim, posicione o LED de sincronização em um local afastado do sujeito, mas com visão clara das câmeras de captura de movimento. Primeiro, calibre o dispositivo e o software de estimulação magnética transcraniana ou TMS para permitir o posicionamento preciso da bobina.

Para fazer isso, faça a co-registração das bobinas de EST com marcos anatômicos, como os pontos pré-auriculares NAS e a ponta do nariz, utilizando um ponteiro de calibração. Em seguida, realize técnicas de ponto de máxima resposta para localizar regiões corticais sensíveis à EST que produzam a maior amplitude dos potenciais motores evocados ou PMEs.

Com a menor amplitude de estimulação, registre a localização do melhor sítio de estimulação no couro cabeludo do sujeito utilizando o equipamento e o software de registro estereotáxico calibrado. Por fim, meça o limiar do sujeito reduzindo a amplitude da estimulação no local selecionado até que potenciais evocados motores de pelo menos 50 microvolts sejam evocados 50% das vezes. Primeiro, configure o ambiente de realidade virtual para a tarefa comportamental de acordo com o protocolo do fabricante.

Utilizando um software comercial de realidade virtual compatível com o headset e o sistema de rastreamento de movimento. Saídas digitais através da porta paralela para sincronização e marcação de eventos específicos de interesse. Conecte a saída de RV ao circuito de sincronização, bem como a outros equipamentos a serem sincronizados, utilizando cabos com conectores compatíveis.

Informe o participante sobre os requisitos da tarefa que ele ou ela realizará na realidade virtual. Peça ao participante para apontar os alvos esféricos quando eles aparecerem em seu campo de visão. Assim que o participante compreender a tarefa e tiver a oportunidade de praticá-la, inicie a gravação dos dados de captura de movimento EMG e dos sinais de sincronização durante um único ensaio de sincronização em realidade virtual.

O software aciona o equipamento de EMG para registrar sinais que ilustram a atividade neuromuscular ocorrida durante movimentos do membro superior. Também aciona o equipamento de captura de movimento para registrar dados contínuos de movimento. Esse sinal pode ser usado para sincronizar os dados de EMG e de captura de movimento. Aqui.

As cinemáticas e dinâmicas angulares médias e a atividade neuromuscular contínua e instantânea associada ao longo de 24 ensaios são apresentadas para uma única tarefa. Esses conjuntos de dados multidimensionais fornecidos pela realidade virtual permitirão aos pesquisadores investigar mecanismos específicos de controle motor humano. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma compreensão geral de como sincronizar múltiplos fluxos de dados que podem ser registrados durante experimentos de movimento humano, como EMG e captura de movimento. Este procedimento pode ser expandido para incluir sistemas adicionais, como eletroencefalografia.

Além disso, a estimulação elétrica de nervos periféricos também pode ser utilizada para avaliar a contribuição do feedback sensorial para o controle motor após o seu desenvolvimento. Essa técnica abriu caminho para que neurocientistas investigassem alterações no movimento controlado pelo sistema nervoso em indivíduos com distúrbios do movimento, como acidente vascular cerebral ou lesão medular.