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 vários fluxos de dados que são registrados durante estudos biomecânicos humanos. Isso é obtido usando sinais eletromiográficos e de captura de movimento para gerar um evento de sincronização analógica que pode ser registrado independentemente por dois ou mais sistemas. Como segundo passo, podem ser projetados componentes de circuito simples, que transformam esse evento em sinais apropriados para cada dispositivo de gravação.

Em seguida, use o software de análise para alinhar temporariamente os eventos de sincronização entre os sinais registrados de forma independente, a fim de sincronizar todos os sinais. Os resultados mostram que vários sinais biomecânicos podem ser temporariamente alinhados dentro das frequências de amostragem dos respectivos sistemas de registro de dados, o que permite a coleta de um rico conjunto de dados experimentais do movimento naturalista humano para estudar o controle neuromuscular. Existem várias questões complexas nos campos do controle motor e biomecânica que podem ser melhor respondidas estudando o movimento humano natural em um ambiente de laboratório.

Aqui descrevemos o método de uso da 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 sobre os métodos existentes, como plataformas comportamentais baseadas em hardware, é que ela pode ser adaptada muito 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 fornece uma solução para o problema de alinhamento temporal desses sinais usando uma unidade de sincronização personalizada que é compatível com vários fabricantes. Comece fazendo todas as conexões elétricas necessárias entre o equipamento EMG, incluindo amplificadores, pré-amplificadores, fios de sensores e almofadas de sensores de acordo com as especificações do fabricante. Limpe cada local do eletrodo para garantir valores consistentes e baixos de impedância do eletrodo para a pele.

Em seguida, instrua o sujeito a realizar contrações isométricas dos músculos individuais de interesse, afixe os eletrodos EMG sobre o local palpado da contração muscular. Tendo em mente a orientação dos sítios ativos ao longo das fibras musculares. Conecte o eletrodo de aterramento à pele sobre a vértebra C sete.

Em seguida, para testar a qualidade do sinal, inspecione os sinais EMG amplificados no computador à medida que o sujeito contrai cada músculo de interesse. Finalmente, diminua os ganhos de amplificação se os sinais 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.

Cole sensores de LED ativos em pontos de referência ósseos perto das articulações do braço e outros pontos anatômicos de interesse, como perto do dedo, pulso, ombro e tórax. Conecte outro sensor de LED à realidade virtual ou fone de ouvido VR para definir o ponto de vista no ambiente virtual. Em seguida, conecte cada LED a um chicote elétrico conectado à unidade de driver sem fio.

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

Para fazer isso, registre as bobinas TMS com pontos de referência anatômicos, como os pontos pré-auriculares do NAS e a ponta do nariz. Usando um ponteiro de calibração. Em seguida, execute técnicas de hotspot para localizar regiões sensíveis à EMT no córtex que produzem a maior amplitude para potenciais evocados motores ou meps.

Com a menor amplitude de estimulação, registre a localização do melhor local de estimulação no couro cabeludo do sujeito com o equipamento e software de registro estereotáxico calibrado. Finalmente, meça o limiar do sujeito diminuindo a amplitude da estimulação no local selecionado até que meps de pelo menos 50 microvolts sejam evocados 50% das vezes. Primeiro, configure o ambiente de RV para a tarefa comportamental de acordo com o protocolo do fabricante.

Usando software VR comercial compatível com o fone de ouvido e o programa do sistema de rastreamento de movimento. Saídas digitais através da porta paralela para sincronização e marcação de eventos específicos de interesse. Conecte a saída VR ao circuito de sincronização, bem como a outros equipamentos a serem sincronizados usando cabos com conectores correspondentes.

Informe sobre os requisitos da tarefa que ele ou ela realizará em vr. Peça ao sujeito para apontar para alvos esféricos quando eles aparecerem em seu campo de visão. Assim que o sujeito entender a tarefa e tiver a chance de praticá-la, inicie a gravação dos dados de captura de movimento EMG e dos sinais de sincronização durante um único teste de sincronização de RV.

O software aciona o equipamento EMG para registrar sinais que ilustram a atividade neuromuscular que ocorreu durante os movimentos do membro superior. Ele também aciona o equipamento de captura de movimento para registrar dados de movimento contínuo. Este sinal pode ser usado para sincronizar os dados de EMG e captura de movimento. Aqui.

A cinemática e a dinâmica angular médias e a atividade neuromuscular contínua e instantânea associada em 24 tentativas são mostradas para uma única tarefa. Esses conjuntos de dados multidimensionais fornecidos pela realidade virtual permitirão que os pesquisadores investiguem mecanismos específicos de controle motor humano. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma compreensão geral de como sincronizar vários fluxos de dados que podem ser gravados durante o movimento humano Experimentos como EMG e captura de movimento, Este procedimento pode ser expandido para incluir sistemas adicionais, como eletroencefalografia.

Além disso, a estimulação elétrica dos nervos periféricos também pode ser usada para avaliar a contribuição do feedback sensorial para o controle motor após seu desenvolvimento. Essa técnica abriu caminho para os neurocientistas explorarem mudanças no movimento controlado neural em indivíduos com distúrbios do movimento, como acidente vascular cerebral ou lesão na medula espinhal.