Объединение нескольких систем сбора данных для изучения кортикоспинальных выход и Multi-сегмента биомеханику

Michael J. Asmussen; Aaron Z. Bailey; Peter J. Keir; Jim Potvin; Tim Bergel; Aimee J. Nelson

doi:10.3791/53492

Method Article

Объединение нескольких систем сбора данных для изучения кортикоспинальных выход и Multi-сегмента биомеханику

DOI:

10.3791/53492

⸱

January 9th, 2016

Michael J. Asmussen¹ , Aaron Z. Bailey¹ , Peter J. Keir¹ , Jim Potvin¹ , Tim Bergel² , Aimee J. Nelson¹

¹Department of Kinesiology, McMaster University, ²2Els Espots

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Использование транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) для изучения моторного контроля человека требует интеграции систем сбора данных для управления доставкой ТМС и одновременной записи поведения человека. В настоящей рукописи представлена подробная методология интеграции систем сбора данных с целью исследования передвижения человека с помощью ТМС.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Методы транскраниальной магнитной стимуляции позволяют глубоко исследовать нейронные механизмы, лежащие в основе человеческого поведения. На сегодняшний день использование ТМС для изучения движений человека было ограничено проблемами, связанными с точным указанием времени доставки ТМС в соответствии с особенностями разворачивающегося движения, а также с точным описанием кинематики и кинетики. Чтобы преодолеть эти технические проблемы, системы доставки и сбора данных TMS должны быть интегрированы с онлайн-системой отслеживания движения. В настоящей рукописи подробно описываются технические инновации, которые интегрируют несколько систем сбора данных для облегчения и продвижения использования ТМС для изучения движений человека. С помощью коммерчески доступных программных и аппаратных комплексов обеспечивается поэтапный подход как к сборке аппаратных средств, так и к программным сценариям, необходимым для проведения исследований ТМС, вызванных особенностями механизма. Подход ориентирован на изучение движений верхних конечностей, плоскостных, многосуставных доходящих движений. Тем не менее, та же интегративная система поддается множеству сложных исследований по управлению моторикой человека.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) является неинвазивным методом, чтобы стимулировать коры головного мозга человека. ^3,5 Есть несколько протоколов TMS, которые используются, чтобы понять корковой функции, такие как однократных и многократных импульсов, стимулирование двойного сайта, чтобы исследовать функциональные связи, и повторяющиеся импульсы способствуют нейронной пластичности. ^4,6-8 TMS протоколы также могут быть объединены, чтобы продвинуть понимание настоящего корковых процессов человека и направлять нейронных стратегии реабилитации. В дополнение к стимулированию мозга, ТМС также может быть использован, чтобы понять подкорковых функцию стимуляцией корково-кишечного тракта или мозжечка.

Один из крупнейших технических проблем, стоящих сегодня перед TMS исследования является возможность для изучения роли корковых областях во время целенаправленной добровольного движения в организме человека. Несколько соображений способствовать этой технической проблемы. Во-первых, ТМС поставка должна быть в сочетании с в режиме реального времени движения человека СApture. Таким образом, импульсы TMS могут быть доставлены или вызваны особенностями в последовательности, обеспечивающей движение времени автоподстройки подход к изучению сложное движение. Во-вторых, интегрируя TMS и захват движения позволяет подробную характеристику сложного движения, как она разворачивается, которая будет продвигать понимание мозга поведения отношений, лежащих в основе управления двигателем. В настоящее время, нет коммерчески доступных систем, которые объединяют включительно TMS и захвата движения методологии. Для неврологов в области контроля двигателя, эта пустота, как правило, приводит к времени, технические проблемы интеграции нескольких систем программного и аппаратного обеспечения сбора данных и доставки. Это техническое ограничение привело также в разреженном исследования, посвященного изучению динамических нескольких совместных движений, связанных с верхней конечности. Для ТМС для продвижения поле контроля человека двигателя, это необходимо, чтобы функция коры головного мозга прощупываться во время сложной человеческой движения.

Чтобы эффективно интегрировать TMS и захвата движения методологии, система сбора должны позволить в режиме реального времени одновременно TMS и захват движения. Во-вторых, система должна быть пригодна для изучения кинематики движения (т.е.., Описание движения), кинетика движения (т.е.., Сил, причин движения), и мышечная активность. В-третьих, система должна быть в состоянии, чтобы синхронизировать импульсы TMS этих особенностей движения, и быть вызваны критериев на основе сложных функций движения. Такая система будет обеспечивать существенную связь между корковой функции и кинематических и кинетики движения.

Эта рукопись подробно уникальный подход к интеграции методов TMS и захвата движения. Такой подход позволяет подробный анализ механики сложных многокомпонентных совместных движений и позволяет автоматизированного управления TMS импульсов, вызванных особенностями движения (т.е., кинематики, кинетика, или мышечной активности). Кроме того, этот ACQ данныеСистема uisition позволяет ТМС и захвата движения должны быть интегрированы с экспериментальными парадигмами, которые требуют зрительно-моторных или сенсорно задач. Эта рукопись подробно инновационный подход к интеграции обычно используемые аппаратные и программные системы захвата движения с целью объединения TMS и приобретение движения человека и анализа. Данные представлены с использованием образца изучение корковой функционирования человека при плоской мульти-совместное движение. Программное обеспечение скрипты, необходимые для проведения эксперимента доступны для скачивания.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Примечание: Следующие протокол может быть применена к различным экспериментов. Ниже приводятся подробности, касающиеся эксперимент, который включает визуально руководствоваться руку идущие задачи к одному из шести пространственных целей, отображаемых на мониторе компьютера. ТМС, чтобы исследовать кортикоспинального возбудимость, инициируется либо аналоговых сигналов, выходящих из движения (т.е., ЭМГ или electrogoniometer вход) или цифровые сигналы, генерируемые с помощью программного обеспечения сбора данных на основе развертки. Это исследование было одобрено Советом по этике исследований МакМастер в соответствии с Хельсинкской декларацией. Образец набора данных обеспечивается.

1. Оборудование / программное обеспечение Требования

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 1 представлены схема аппаратных требований для интеграции TMS и захвата движения системы в контексте зрительно-моторной эксперимента компьютерным управлением.

Одета два настольных компьютеров с последовательным и параллельным портами (если еще не доступны). Одета ПК 1 (рис 1) с развертки на основе сбора данных программного обеспечения, и компьютер 2 с визуальным стимулом доставки программного обеспечения.
Программное обеспечение операций
1. Внутренний аналоговый / цифровой Коробка (A / D коробка) Операции
  ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие операции обеспечивают информацию для читателей, если они хотели бы создать подобную программу программного обеспечения себя. Эти шаги не являются необходимыми для проведения эксперимента, как эксперимент может просто использовать программное обеспечение, предоставляемое авторами, но руководящие принципы для того чтобы позволить пользователям создавать собственное программное обеспечение.
  1. Создать файл в секвенсор программного обеспечения сбора данных на основе развертки (см 'секвенсор файл "пример (в дополнительной информации 2) должны быть выполнены на компьютере 1.
    ПРИМЕЧАНИЕ: пример операций для создания файла секвенсора с помощью программного обеспечения сбора данных на основе развертки в этом эксперименте можно найти на http://ced.co.uk/products/signal#script.
    НЕТТЕ: Этот файл действует, чтобы обеспечить все точного времени, необходимого, как последовательность выполняет параллельно с приобретением фактических данных и обеспечивает гибкость наряду с синхронным времени внешних триггеров. Изменения в внешних критериев запуска может быть выполнена в диалоговом окне конфигурации, воспитанного при запуске скрипта (см раздел "экспериментальных испытаний" для более подробной информации и "секвенсор Файл" снимок экрана).
  2. Создайте отдельные подпрограммы в рамках файла секвенсора для управления слуховой поколения кий и критерии запуска TMS. Пусть один подпрограмма управления слуховой реплику на основе материалов, полученных от визуального отображения программного обеспечения стимулом. Кроме того, есть один элемент управления подпрограммы ТМС триггеринга на основе материалов, полученных от аналогового входа к / D ящик.
    ПРИМЕЧАНИЕ: пример того, как отдельная подпрограммы содержатся в файле секвенсора приведена в информации Дополнительного (сценарий и секвенсор файла). Обратитесь к 1.2.1.1 для дополнительной поддержки веб-сайтаспецифичные для системы обеспечения, используемого в этой демонстрации. Эта установка позволяет слуховой поколение кий происходить параллельно с тестированием для критериев ТМС запуска.
  3. Создание строк из кода в файле секвенсора, который вызывает подпрограммы (описанные в 1.2.1.2). У каждой функции подпрограммы, так что он ждать прихода входов от их источников (т.е., визуальный дисплей программное обеспечение для слухового стимула кия и аналоговый вход TMS триггера).
2. Подключение и связь между электромагнитной системы захвата движения, чтобы программное обеспечение для сбора данных на основе развертки
  1. Чтобы получить электромагнитную систему захвата движения постоянно генерировать данные, генерировать строки кода в файле сценария развертки на основе программного сбора данных для вывода число команд в электромагнитном захвата движения через последовательный порт (эти команды должны быть найдены в Руководство электромагнитного движения системы захвата в).Эти команды находятся в загружаемый файл сценария (script_file.sgs см строки 88 до 114 и 635 до 650).
  2. Создать строк кода, чтобы файл сценария добавить данные захвата движения каждой пробной развертки. Далее, есть скрипт передать данные захвата движения с помощью последовательного соединения с ПК 1 к визуальной программе доставки раздражитель (PC 2) для контроля прицела позицию курсора на мониторе ПК 2.
    Примечание: Эта последовательность событий позволяет электромагнитного захвата движения, чтобы сгенерировать данные ASCII непрерывно, и данные затем считываются из последовательной линии.
  3. В конце эксперимента, создать строк кода, чтобы файл сценария посылать команды для выключения электромагнитного захвата движения вывод данных системы. Чтобы сделать это, есть программное обеспечение сбора данных на основе развертки отправить строк текста, проведение номер датчика с последующим шести значений координат (см script_file.sgs для командных кодов, используемых для этой демонстрации, в частности линии 88 114 и 653 658).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительную информацию об этих командах также можно найти на веб-сайте электромагнитного системы захвата движения (раздел 1.2.1.1).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Перед извлечения числовых значений, есть строка "облагороженная", потому что если координата была отрицательной, она может быть не отделена от предыдущей числа любыми пробелами.
3. Развертки на основе ПО для сбора данных для визуального стимула доставка программного обеспечения коммуникации
  1. Настройка три отдельных канала связи между развертки на основе программного сбора данных и визуального обеспечения доставки стимулом.
  2. Настройка два последовательных линий, используемых для перевозки текстовые данные в обоих направлениях между ПК 1 и ПК 2. Для этого подключите кабель последовательной между ПК 1 и ПК 2 (каждый последовательной линии будучи однонаправленный между каждым ПК, рисунок 1).
  3. Подключите ПК 2 к / D ящик. Чтобы сделать это, создайте, или покупки, кабель, который имеет LPT порт одна ваннаяд и мужской BNC соединение на другом конце. Подключите LPT порт на ПК 2 и подключите соединение BNC на вход триггера на / D ящик.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это соединение позволяет осуществлять линию импульс, порожденный порту LPT1 в системе визуального программного обеспечения доставки стимулом к А / D входа триггера окно (т.е., ПК 2, рис. 1).
    Примечание: Сигнал TTL обеспечивает точной синхронизации начала развертки сбора данных синхронно с визуальными программных операций доставки стимулом, в то время как последовательные линии передаются на всей другой информации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что использовать фактические PCI-Express LPT и COM-портов карты, установленные на ПК с программным обеспечением визуального стимула доставки. Эта установка позволяет программное обеспечение, чтобы успешно работать и настоятельно рекомендуется. Визуальные доставки стимулом программного обеспечения связи, осуществляется на низком уровне, чтобы избежать каких-либо задержек, как правило, не работают надежно над моделируемой LPT и COM-порт аппаратного PROVIDред USB ключей.
  4. Установите значения длительности судебного разбирательства до 20 мс в визуальном программного файла доставки стимулом, а значения намного короче или длиннее, чем 20 мс вызывает проблемы. Ресурсы о том, как завершить этот процесс может быть найден в следующих сайте: https://www.neurobs.com/menu_support/menu_help_resources/overview~~HEAD=pobj. См строки с 39 по 46 в файле сценария, представленной в дополнительных документов (файл презентации сценарий).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Так как визуальные программного обеспечения операции доставки стимулом очень тесно связаны с генерацией изображения, и в нашем опыте серийные коммуникации не ведут себя, как ожидалось, если продолжительность судебного разбирательства установлено в пробной функции не подходит (то есть, 20 мс.).
  5. Создать протоколы связи для передачи информации между развертки на основе программного сбора данных и визуального обеспечения доставки стимулом.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Разделы 1.2.3.7 до 1.2.3.11 описать, как это закончено. См предоставленные ресурсы в шаге 1.2.1.1и 1.2.3.5 для дальнейшей поддержки для программного обеспечения сбора данных на основе развертки и визуального обеспечения доставки стимулом, соответственно.
  6. Для развертки на основе сбора данных программного обеспечения для визуального стимула доставки направлении программного обеспечения, создания строк кода в программном обеспечении сбора данных на основе развертки, чтобы отправить две формы информации; Пробные номера, чтобы начать и остановить судебное разбирательство, и позиции перекрестия курсора. Есть программное обеспечение для сбора данных на основе развертки отправить всю информацию, как строки текста оканчивающихся строки. См строки 700 к 708 в файле сценария сигнал, как это было закончено.
  7. Для визуального программного доставка стимулом для выделить два типа информации, установить начальную характер, чтобы быть 0 или 1 с последующими одной или двух цифр в зависимости от типа информации, со всеми значениями, разделенными пробелами. Визуальный программным обеспечением доставки стимулом не будет иметь никаких трудностей в работе с этой информацией. См строки 89 до 153 файла сценария, чтобы увидеть часвл эта операция была завершена в пределах зрительной программного обеспечения доставки стимулом.
  8. В визуальном программного обеспечения доставки стимулом прокатиться на базе направление программного обеспечения сбора данных, создания строк кода из зрительного стимула программного обеспечения доставки, который выводит одно целое число значений, от 0 до 9, чтобы быть отправлены в развертки на основе программного сбора данных в одном ASCII символы '0' до '9' с последующим переводом строки. См строки 82 до 87 файла сценария, чтобы определить, как эта операция будет завершена.
  9. Создать строки кода в визуальном программного обеспечения доставки стимулом, чтобы отправить значения 0 и 1, чтобы возвратить информацию к развертки на основе системы сбора данных о было ли или нет участник попал в конечное положение. См строки 72 до 80 и 154 до 220 в файле сценария, чтобы определить, как эта операция будет завершена.
  10. Создание строк из кода в визуальном программного обеспечения доставки стимулом для отправки информации относительно сообщения об окончании судебного разбирательства (т.е.
4. Последовательность операций в суде
  1. Настройка последовательности судебного разбирательства, такие, что исполнение судебного разбирательства является общим между развертки на основе программного сбора данных и визуального обеспечения доставки стимулом, с программным обеспечением сбора данных развертки на основе бытия "отвечает" общей последовательности.
  2. Поставьте программное обеспечение сбора данных на основе развертки в управлении эксперимента последовательности, потому что программное обеспечение для сбора данных на основе развертки формирует фактический файл данных, который должен быть с аннотацией пробных деталей и, следовательно, менее связи требуется.
  3. Настройка сценария, что последовательность операций начинается с развертки на основе сбора данных программного обеспечения выбора следующие настройки пробные (целевая позиция и ТМС типа триггера), См строки 335 до 345, и соответствующие петли, описанные в этих линиях, в файле сценария, чтобы понять, как выполнить эти операции.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Петли также содержатся в файле сценария.
  4. Далее, есть развертка на основе программного обеспечения сбора данных установленных параметров в / D коробке контрольный тип ТМС триггера и другие аспекты процесса. Чтобы сделать это, есть программное обеспечение сбора данных развертки на основе инициировать сбор данных такой, что А / Д окно ждет триггера развертки от визуального программного обеспечения доставки стимулом, и уведомляет визуальный программное обеспечение доставки стимулом по последовательной линии целевого числа (от 1 до 7), используемый, который вызывает визуальный стимул программы доставки, чтобы начать пробу (т.е.., через TTL импульса). См строки 180 до 303 скрипта сигнала, чтобы понять, как выполнить эту операцию.
  5. После завершения вышеуказанной шаг, имеют развертки на основе программного ждать сбора данных для завершения сбора в Свир данным А / D поле, и добавить какие-либо данные позиции, которые он получает от электромагнитной системы захвата движения на выборочных данных. См строки 117 до 178 и с 661 по 697 из файла сценария для получения информации о том, как завершить эту операцию.
  6. Настройка визуального программного обеспечения доставки стимулом для мониторинга при условии контролируемой позиции перекрестия курсора. Настройка визуального стимула программы доставки для перемещения цель в заданное положение и генерировать TTL импульса на порту LPT1 после курсора находится в пределах исходное положение в течение заданного периода времени, определенного в (визуального стимула программного обеспечения доставки). См строки 89 до 232 в файле сценария, как для завершения этого шага.
  7. Создать строк кода, что делает визуальный стимул программным обеспечением доставки отправить TTL импульс для срабатывания / D приобретение бокс данных A и, тем самым, начать пробную времени внутри / D ящик. См строки 222 до 232 файла сценария о том, как завершить этот шаг.
  8. В то же время, есть визуальныйстимулом доставка программного обеспечения файл сценария начинаются задержки, после чего она будет двигаться цель на указанной позиции и начать мониторинг прицела курсора, чтобы посмотреть на это "удар" цель (т.е.., оставаясь на цели в течение определенного периода). Настройка визуального программного обеспечения доставки стимулом, так что он продолжает эту мониторинг положения курсора до перекрестия программного обеспечения сбора данных развертки на основе информирует визуальный программное обеспечение доставки стимулом пробного завершения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эти операции в той же строке кода в файле сценария, представленной в шагах 1.2.4.6 и 1.2.4.7.
  9. Внутри / D ящик, создать временную задержку. Для заданного периода, работает до конца задержки, есть монитор программного обеспечения двух сигналов ЭМГ (ПРИМЕЧАНИЕ: может быть какие-либо аналоговые сигналы), чтобы проверить, что они имеют малую амплитуду (это значение амплитуды определяется пользователем). Авторы рекомендуют амплитуду ЭМГ +/- 100 мкВ или ~ 1% от максимальной добровольной активацию участников, См строки от 45 до 75 в файле секвенсора для выполнения этой операции.
  10. Создать строк кода, что делает запуск этого тихого ЭМГ период мониторинга отмечены в А / D коробка генерируемые цифровой маркер с кодом 1. Кроме того, если "не тихий" ЭМГ сигнал обнаружен, не позволяют дальше А / D коробка выхода (например., звуковой сигнал или ТМС триггер) генерируется в ходе судебного разбирательства. Настройте команду в программном обеспечении, что если есть «не-тихо" ЭМГ сигнал, судебный процесс повторяется. См линии, упомянутые в шаге 1.2.4.9 плюс линий 118 до 124 файла секвенсора и линии 347 по 420 из файла сценария для этих операций.
  11. В конце задержки, и после записи тихие сигналы ЭМГ, есть / Д ящик генерировать выходной импульс ЦАП 0 (в этом настройки, выходной сигнал ЦАП вызывает звуковым сигналом). Есть A / D коробка -порожденных цифровой точка данных ознаменование время начала "сигналом" с "кодом 2 'См строки 126 до 138 файла секвенсора чтобы понять, какдля выполнения этой операции.
  12. Настройка сценария в программном обеспечении сбора данных развертки на основе иметь / Д ящик контролировать время развертки и входящие сигналы и генерируют TMS курок на основе соответствующих критериев. Создать строк кода таким образом, что цифровое "Код 3" точка данных отмечает время этого TMS триггера (если это происходит). См строки 77 до 116 файла секвенсора, чтобы понять, как выполнить эту операцию.
  13. Есть период ожидания, подходящих условиях запуска, будет продолжаться до определенного периода до конца цикла.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это предотвращает возникновение суда бесконечно, если критерий не выполняется. См строки 65 до 76 и 118 до 138 в файле секвенсора, чтобы понять, как выполнить эту операцию.
  14. Настройка программного обеспечения для сбора данных на основе развертки, чтобы обнаружить завершение сбора данных поле A / D и уведомить визуальный стимул программное обеспечение доставки, что судебный процесс закончился. См строки 180 до 303 из файла сценария, чтобы понятькак завершить этот шаг.
  15. Если визуальный программным обеспечением доставки стимул уведомление, что суд закончится, имеют визуального стимула программного обеспечения доставки вернуть цель в исходное положение и отправлять информацию на основе развертки программного обеспечения, сбора данных о том "хит" участник цель. Имейте развертки на основе программного сбора данных "тег" вновь дискретизации кадра данных, если участник не "хит" цель ,. См строки 89 до 221 файла сценария, как для выполнения этой операции.
  16. Настройка сценария в развертки на основе сбора данных программного обеспечения ждать послесудебной задержки и в конце этой задержки, имеют обратный процесс к шагу 1 и отклонить выбранные данные и повторяя последнее испытание, если sweep- на основе программного обеспечения сбора данных не вызвать TMS, или перейти на следующий суда, если все было «ОК». См строки 180 до 303 и соответствующие петли в файле сценария для понимания того, как это выполнитьоперация.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение для сбора данных на основе развертки и визуальные стимулы доставки программного обеспечения используется автоматы для управления необходимую последовательность операций, потому что это позволило для легкой регулировки экспериментальной поведения, по мере необходимости.
Поместите датчики на костных ориентиров для получения данных захвата движения. Для сбора данных, относящихся к вооружить осанку, место датчики на стволе (suprasternal метка), плечо (акромиального), локоть (8 мм, превосходящие боковой надмыщелка), и запястье (между полулунной и головчатые кости на тыльной стороне руки и в соответствии с ^3-м разряде), в соответствии с рекомендациями отслеживать совместные центры вращения с минимальными датчиков. ¹⁰

figure-protocol-1
Рисунок 1. Оборудование настройки. Для обеспечения данных захвата движения электромагнитных быть отправлен разверткиоснованное программное обеспечение сбора данных и визуального программного доставка стимулом, сначала собрать 4 электромагнитные датчики с консоли системы. Подключите консоль системы для ПК 1 с последовательным кабелем 9-контактный. Подключение ПК 1 на ПК 2 с последовательным кабелем 9-контактный. Для обеспечения доставки TMS, подключить компьютер 1 с / D ящик с помощью кабеля USB и подключите кабель BNC между A / D коробке и TMS блока. Для обеспечения ЭМГ, подключите ГРП приводит к усилителю ЭМГ и подключить усилитель EMG для A / D коробке с помощью BNC кабелей. Подключение electrogoniometer (Elgon) к А / Ц коробки через кабель BNC для записи совместных изменений угла онлайн. Чтобы визуально программным обеспечением доставки стимулом для запуска пробного запуска, подключите компьютер 2 к A / D входа триггера окно через LPT порт к кабелю BNC. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Аппаратура для подключенияв ходе эксперимента (рис 1)
1. Подключите электромагнитную систему захвата движения на ПК под управлением программного обеспечения для сбора данных на основе развертки с 9 контактный последовательный кабель.
2. Координату коробка сбора данных поставку TMS и запись данных захвата движения и т.д. Это делается всеми выше операции, содержащейся в сценарий и секвенсора файлов. Подключите A / D коробка с помощью кабеля USB к ПК 1 и BNC параллельно кабель от А / D входа триггера окно к ПК 2.
3. Подключите ГРП приводит в к ЭМГ фильтр (полосовой установлен в 20 и 2500 Гц) и усилителя (усиление x 1000) для сбора ЭМГ активности и корково выходе измеряется как двигатель вызванных потенциалов (депутаты Европарламента).
4. Подключите Монофазные транскраниальная магнитная стимулятор для цифровых выходов соответствующий флажок сбора данных (Цифровой выход '0' в этом эксперименте), чтобы позволить развертки на основе ПО сбора данных на PC1, чтобы вызвать импульсы TMS во время эксперимента. LI>
5. Подключите electrogoniometer к коробке сбора данных на аналоговом канале 2. Это соединение позволяет для развертки на основе сбора данных программного обеспечения, чтобы вызвать TMS на основе угла плеча, используя программное обеспечение, предоставленное авторов.
6. Построить или приобрести рука крепления устройства, поддерживающего руку против силы тяжести. Это устройство позволяет для плоских движений в горизонтальной плоскости (см рисунок 2). Если строительство устройство, пример рисования предоставляется по запросу от соответствующего автора. Рисунок 2 показывает фотографию устройства, используемого в демонстрации.

figure-protocol-2
Рисунок 2. Рычаг фиксации устройства. Изображенные является участником помещается в руке бодрящей устройство, в то время как ТМС катушка находится на волосистой части головы участника.JPG "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

2. Эксперимент Настройка

Антропометрические измерения
1. Записывают общей массы тела участника по шкале.
2. Измерьте длину всех сегментов для кинематической и кинетического анализа. Например, в этом приложении с рукой, измерить длину руки, предплечья и плеча с измерительной ленты.
3. Рассчитать антропометрические меры, такие как сегмента центра масс, сегмента центра масс месте, и радиуса инерции, используя уравнения из научной литературы. ^9,12,13 (см Дополнительная информация 1).
ЭМГ настройка
1. Подготовьте кожу над мышц (ы), представляющие интерес с легким абразивным гелем и протрите спиртом. Проверьте сопротивление с измерителя импеданса. Убедитесь, что кожа-электрод сопротивление ниже 10 кОм для усиления сигнала EMG ACQUIложение.
2. Поместите два электрода более мышечной живот мышц интерес в биполярном монтаже. Авторы направить читателя к ресурсам, чтобы помочь с размещением ЭМГ. ² Для этого эксперимента, место электродов более двуглавой мышцы плеча, трехглавой мышцы плеча, большая грудная, задняя дельтовидной и плечелучевой.
3. Использование BNC кабели, подключите выходы из усилителя EMG для аналоговых каналов 0, 1, 3, 4, и 5 (для этого конкретного эксперимента, эти каналы, связанные с тем, которые используются в загружаемых скриптов) на / D ящик.
ТМС
1. Калибровка TMS катушку к участнику, используя программу нейро-навигации, а описал в руководстве программного обеспечения.
  Примечание: Другие методы могут быть использованы для калибровки положения катушки к коже головы человека, но рекомендуется использовать программу нейро-навигации.
2. Найдите двигателя горячую точку. В качестве исходного местоположения, поместите катушку на противоположной онmisphere в руки / стороны изучаются и 5 см латеральнее вершины дать приблизительное расположение рук области / рычага первичной моторной коры. Найдите вершину, используя 10-20 электроэнцефалография международной системы размещения электродов.
3. Поместите TMS катушку плоской на голову участника и ориентировать катушки таким образом, чтобы она составляет 45 ° по отношению к сагиттальной плоскости. Такое позиционирование будет вызывать латеро- кзади Medio-Передняя монофазной тока в коре головного мозга.
4. Начиная с ~ 30% от максимальной мощности стимулятора (MSO) выдавать импульсы TMS с интервалом между стимулом 6 с или более, как описано в программном обеспечении сбора данных развертки на основе.
5. Перемещение TMS катушку не немного разные места с небольшими изменениями в ориентации, пока депутат Европарламента наблюдается в мышцах интерес.
6. Определить MSO, который дает депутатам Европарламента ~ 1 мВ в целевой мышцы. Используйте программное обеспечение для цифровой нейронавигации зарегистрировать место. ПовторениеЭта процедура для каждой мышцы, для которых двигатель Точка требуется для эксперимента.
7. Определить отдыхает двигателя порог (RMT), начав при интенсивности, которая производит самые надежные ~ 1 мВ MEP в мышцах интерес, обеспечивая одиночных импульсов TMS и записи пика до пика MEP амплитуды в Интернете.
8. Определить MSO результате амплитуда пика до пика МООС является ≥ 50 мкВ в 5 из 10 последовательных испытаний. ^3,11
  ПРИМЕЧАНИЕ: Для того чтобы соответствовать предыдущей ^{литературе,} 1,3 гарантировать, что МООС записывается с монополярной ЭМГ монтажа.
Экспериментальные исследования
1. Начните эксперимент, запустив визуальный стимул доставки программного обеспечения в первую очередь (т.е., сценарий. Файл). Начиная визуальный стимул доставки программного обеспечения в первую очередь позволяет программное обеспечение, чтобы начать чтение в данных захвата движения электромагнитных и позволяют датчик захвата одним движением управляетекурсор на экране.
2. Запустите файл сценария '' для экспериментальных проб в рамках программного обеспечения сбора данных на основе развертки. Этот файл сценария читает в "секвенсор файле ', который обеспечивает внешние триггеры, основанные на испытательный типа.
3. Вход нужную информацию в диалоговом окне конфигурации, которое открывается. Шаги, 2.4.4 2.4.11 все относятся к диалоговом окне конфигурации.
4. Введите значение "1" в "наборы стимулирования в рандомизации блока" поле. Это значение определяет максимальное число раз пробный типа, выполненных в блоке.
5. Введите значение "20" в "рандомизации блоков в эксперименте" поле. Это значение определяет максимальное число блоков, которые будут выполнены в эксперименте.
6. Введите значение "20" в "звуковой сигнал длительностью импульса" поле. Это значение контролирует длительность времени выхода ЦАП и поэтому, как долго пульс звуковой сигнал "на".
  ПРИМЕЧАНИЕ: Изменение этого значения, чтобы увеличить длинуслуховой сигнал присутствует.
7. Введите значение "5" в поле "амплитуды звуковой сигнал импульса". Это значение контролирует амплитуду в вольтах на выходе ЦАП и поэтому, "объем" импульса сигнал.
8. Введите значение "100" в поле "приурочен пост триггера задержки сигнал". Это значение определяет интервал в миллисекундах между слуховой "Go" кия и цифрового выхода (т.е.., ТМС триггера 1).
9. Введите значение "0.1" в поле "ЭМГ порог срабатывания уровня". Это значение определяет амплитуду ЭМГ в вольтах необходимых для запуска цифрового выхода (т.е.., ТМС триггер 2). Эти меры были приняты на не-выпрямленных сигналов ЭМГ.
10. Введите значение "0,242" в поле "Угол порог срабатывания уровня". Это значение определяет пороговое значение в вольтах, считанных из electrogoniometer, чтобы вызвать цифровой выход (т.е.., ТМС триггера 3).
  ПРИМЕЧАНИЕ: Это значение зависит от калибровкиelectrogoniometer. Пользователь должен ввести, что значение напряжения, которое соответствует совместной угла порога, который будет вызывать TMS импульса.
11. Введите значение "1" (т.е.., 1 сек) в поле "после суда задержки". Это значение определяет среди демо-интервал.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Более подробная информация о каждой функции можно найти в сценарии или по запросу от авторов.
12. Начните сценарий, как только все готово отношении участника, TMS, и визуального отображения программы стимулирования.
13. После этого шага, наблюдать программного обеспечения работать на себе, без какой-либо / или с минимальным пользовательского ввода.
  ПРИМЕЧАНИЕ: пример судебного разбирательства начинается с участником размещения курсора в исходное положение цели. Появится новый визуальный целевая позиция и участник переходит к этой цели, один раз в аудитории "идти" Кий доставляется через цифроаналоговый выход на поле сбора данных.
14. После доставки кий, попросите участников, чтобы переместить курсор к тArget. После достижения целевой позиции с помощью курсора, наблюдать исходное положение и начать следующее испытание, поместив курсор назад в исходное положение.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Вот пример из TMS быть вызваны сценарии. Убедитесь, что человек находится в их исходное положение. Соблюдайте визуальный положение целевой и поручить участника, чтобы переместить курсор к этой цели. Триггер TMS при 100 мс после слуховой "Go" кия. Индивидуальный держит curser на целевой позиции для 1 сек. Индивидуальный затем возвращается в исходное положение, ожидая следующего судебного разбирательства.
15. Убедитесь, что курсор находится в исходном положении. Соблюдайте визуальный положение целевой и поручить участника, чтобы переместить курсор к конечной позиции. Триггер TMS при 100 мс после слуховой "Go" кия. Поручить человека, чтобы курсор на целевой позиции в течение 1 сек. Попросите человека, чтобы вернуть курсор в исходное положение ожидании следующего судебного разбирательства.
  Примечание: В этом примере аналоговый сигнал инициирует TMS. В частности, в этом примере, ЭМГ вызывает TMS импульса. Эксперимент имеет 21 условий: 7 целевые условия х 3 разные моменты времени, при котором ТМС импульс запускаются (т.е. курок 1, триггер 2, триггер 3.). В этом примере, импульсы TMS срабатывают на основе цифровых событий или внешних событий аналогового триггера, таких как ЭМГ или electrogoniometer ввода. Эти цифровые или аналоговые события могут быть изменены пользователем путем изменения последовательности и файлы сценариев. Ориентировочная общая продолжительность эксперимента составляет от 3 до 4 ч.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Рисунок 3 показывает результаты из одного суда. В этом испытании, 3А показывает начальное положение участника, а после слуховой 'Go' кия, участник переехал, как быстро и точно, как можно ближе к цели (т.е.., Окончательная позиция). Программное обеспечение сбора данных на основе развертки вызвало TMS пульс на основе ЭМГ начала в двуглавой мышцы плеча. Это позволило меру кортикоспинального выхода, направленной на верхних мышц рук, чтобы быть оцене...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В настоящей рукописи подробно описывается инновационный метод интеграции ТМС и систем захвата движения в контексте зрительно-моторной задачи. Для быстрого и значимого прогресса в изучении управления моторикой человека важно, чтобы методологии обеспечивали точную коммуникацию между несколькими аппаратными и программными системами. Представленная парадигма может быть использована для изучения различных исследовательских интересов, включая вклад коры головного мозга в моторное обучение, нейрофизиологию моторного контроля ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы благодарят AJN за финансирование от Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Polhemus FASTRAK	Polhemus Inc.		Электромагнитное устройство слежения за движением с 6 степенями свободы и 4 датчиками
Presentation	Neurobehavioral Systems Inc.		Полностью программируемое программное обеспечение для экспериментов по сбору данных и доставке стимулов
Cutom построил экзоскелет	80/20 Inc. - Промышленный конструктор	Варьирует	различные детали, использованные для сборки экзоскелета
Brainsight	Rogue Research Inc.		Нейронавигационное программное обеспечение для отслеживания положения катушки на протяжении всего эксперимента

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Chen, R., Yung, D., Li, J. Y. Organization of ipsilateral excitatory and inhibitory pathways in the human motor cortex. J Neurophysiol. 89 (3), 1256-1264 (2003).
Criswell, E. Cram's Introduction to Surface Electromyorgaphy. , 2nd edn, Jones and Barlett Publishers. Mississauga, Canada. (2011).
Di Lazzaro, V., et al. The physiological basis of transcranial motor cortex stimulation in conscious humans. Magnetic stimulation: motor evoked potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Clin. Neurophysiol. 115 (2), 255-266 (2004).
Ferbert, A., et al. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex. J Physiol. 453, 525-546 (1992).
Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45 (2), 201-206 (2005).
Jacobs, M., Premji, A., Nelson, A. J. Plasticity-inducing TMS protocols to investigate somatosensory control of hand function. Neural Plast. , 350574(2012).
Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. 471, 501-519 (1993).
Miller, D., Nelson, R. Biomechanics of Sport: A Research Approach. , Lea and Febiger. Philadelphia, USA. (1973).
Nussbaum, M. A., Zhang, X. Heuristics for locating upper extremity joint centres from a reduced set of surface markers. Human Movement Sciences. 19, 797-816 (2000).
Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 91 (2), 79-92 (1994).
Winter, D. A. Biomechanics and Motor Control of Human Movement. , 4th edn, John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, USA. (2009).
Zatsiorsky, V. Kinetics of Human Motion. , Human Kinetics Publishers Inc. Windsor, Canada. (2002).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Объединение нескольких систем сбора данных для изучения кортикоспинальных выход и Multi-сегмента биомеханику

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles