Одновременное головы электроэнцефалография (ЭЭГ), электромиография (ЭМГ) и всего тела сегментных инерциальных Запись для Мультимодальные нейронных декодирование

Общая цель данного эксперимента состоит в том, чтобы расширить концепцию мобильной системы визуализации мозга для изучения динамики тела человеческого мозга в широком спектре двигательных задач. Это достигается путем первого размещения датчиков E-E-G-E-M-G и датчиков захвата движения на человеке в качестве второго шага. Три системы сбора данных синхронизированы с пользовательским программным обеспечением и кнопочным триггерным устройством, которое обеспечивает временную блокировку E-E-G-E-M-G и набор данных захвата движения.

Затем испытуемый выполняет девять конкретных задач локомотива в четырех различных средах. Чтобы зафиксировать динамику тела мозга во время различных движений, результаты показывают активность мозга, измеренную с помощью ЭЭГ во время двигательных задач. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области нейропротезирования и нейромашинных интерфейсов.

Например, можно ли извлечь полезную информацию о кинематике GA или поверхностных паттернах ЭМГ из ЭЭГ кожи головы? Основное преимущество этого метода перед существующими методами заключается в том, что мы можем беспроводным способом собирать данные E-E-G-E-M-G и захвата движения с помощью мобильной конфигурации, что позволяет нам исследовать больше двигательных задач и сред по сравнению с традиционными методами сбора данных. Применение этих методов также распространяется на двигательные расстройства и реабилитационную медицину, потому что в основном эти протоколы информируют нас об изменениях в мозговой активности и адаптации тела.

Мои аспиранты сейчас продемонстрируют расположение датчиков, или JI osir покажут, как разместить датчики ЭМГ на нашем волонтере сегодня. Кевин Натан, с помощью Джона, который будет размещать датчики ЭЭГ на своей голове, чтобы начать этот протокол. Во-первых, запишите рост, вес и возраст объекта.

Затем отрегулируйте скорость беговой дорожки в соответствии с предпочитаемой скоростью ходьбы объекта. Далее измерьте расстояние между назоном и Инионом с помощью фломастера. Отметьте 10% расстояния как точку отсчета для выравнивания шапки и отметьте середину расстояния как вершину головы.

Теперь наденьте колпачок ЭЭГ на объект и выровняйте его по опорным ориентирам. Совместите среднюю точку между первым электродом FP и двумя электродами FP с отметкой расстояния 10% и совместите электрод CZ с отмеченной вершиной. Закрепите кепку, закрепив ремнем ниже подбородка.

Затем, начиная с заземляющих электродов и электродов сравнения, с помощью небольшого шприца введите электролитный гель в каждый электрод до тех пор, пока импеданс каждого из них не станет ниже 25 килоОм, на что указывает зеленый светодиод электрода. Наконец, подключите электроды к беспроводному передатчику для системы сбора данных. Далее подготовьтесь к поверхностной электромиографии, сначала побрив кожу, а затем очистив ее изопропиловой спиртовой салфеткой.

Затем поместите электрод на каждый из восьми подготовленных участков для каждой ноги для тали, передней сосудистой мышцы, латералиса, бицепса, фемы и икроножной мышцы. Наконец, установите заземляющие электроды ЭМГ на левом или правом запястье и подключите все электроды ЭМГ к блоку регистрации данных ЭМГ. Чтобы настроить захват движения.

Сначала разместите отметку датчиков на объекте с помощью Velcro ремней или двустороннего скотча. Прикрепите датчики в указанных здесь местах. Затем попросите испытуемого ступить на беговую дорожку и прикрепите ремни безопасности, как показано здесь, перед сбором данных.

Изучите сигналы ЭЭГ и ЭМГ, чтобы убедиться в правильности размещения электродов, подключения электродов и передачи данных. Затем начните сбор данных, запустив консольное приложение c plus plus. Нажмите кнопку ручного триггера, чтобы начать запись ЭМГ и подать звуковой сигнал.

Чтобы начать эксперимент, попросите испытуемого оставаться в спокойной позе в течение 30 секунд. Затем через 30 секунд нажмите спусковую кнопку, чтобы начать ходьбу. Беговая дорожка должна медленно разгоняться до заранее выбранной испытуемой скорости.

Предложите испытуемому пройтись в течение пяти минут. Через пять минут нажмите спусковой крючок, чтобы начать переход от ходьбы к стоянию, медленно остановив беговую дорожку. После остановки объект должен стоять в течение 30 секунд.

Теперь нажмите кнопку очереди, чтобы остановить пробную версию сбора данных и сохранить данные. Повторите этот эксперимент с тремя визуальными условиями, включая черный. На расстоянии перед объектом съемки необходимо сосредоточиться на наблюдении за ногами в режиме реального времени на видеомониторе и избегании диагональной линии на беговой дорожке.

Далее переходите к прогулочному манеже. Арена для ходьбы должна быть оборудована путем размещения пяти комплектов инфракрасных датчиков приближения, конусов и телевизионных экранов. Здесь расположите субъекта в начале цикла ходьбы по арене и начните сбор данных, как описано ранее.

Теперь нажмите на спусковой крючок, чтобы начать эксперимент с ходьбой. В момент подачи спускового крючка. Первая стрелка направления отображается на экране напротив объекта.

Если наблюдается стрелка вправо или влево, субъект должен выйти из набора конусов у входа, повернуться на 90 градусов в этом направлении, завершить петлю и вернуться к входным конусам. Если видна стрелка вверх, объект должен продолжать движение прямо от входных конусов. Затем следует подать ручной триггер и стрелку направления, когда объект приближается примерно на два метра от ИК-датчиков.

Затем испытуемый должен пройти через первый набор ИК-датчиков, а затем сделать соответствующий поворот на 90 градусов, чтобы завершить петлю. Возвращаясь к входным конусам во время ходьбы, экспериментатор должен следовать за испытуемым на расстоянии примерно трех-пяти метров с главным компьютером на колесной тележке. После завершения одного цикла последовательность должна повторяться со случайным порядком стрелок до тех пор, пока не будет завершено три цикла для каждой начальной стрелки.

Выполнив необходимое количество кругов, нажмите кнопку ручного запуска, чтобы подать сигнал о переходе в положение стоя. Объект должен стоять неподвижно в течение 30 секунд. Затем завершите сбор данных нажатием кнопки cue на хост-компьютере.

Поставьте стул позади объекта и начните сбор данных. В начале сбора данных испытуемый должен стоять неподвижно в течение 15 секунд. Через 15 секунд нажмите кнопку ручного спуска

Услышав сигнал, испытуемый должен перейти из положения стоя в положение сидя, позы, удержания, положения сидя до следующей аудиоочереди. Подождите случайный интервал от пяти до 15 секунд. Затем нажмите ручной спусковой крючок, чтобы подать сигнал для перехода из сидячего положения в стоячее.

Попросите испытуемого оставаться в положении стоя до следующей аудиоочереди. Повторяйте эту процедуру до 10. Полная стойка, чтобы сидеть и сидеть, чтобы стоять.

Маневры завершены, после чего объект должен спокойно стоять в течение 15 секунд. Затем завершите сбор данных нажатием кнопки-подсказки. Затем повторите протокол «стоя в сидячее» для самостоятельного перехода из положения стоя в сидячее и из сидячего положения в стоячее.

На этот раз, вместо того чтобы давать субъекту триггер для перехода, пусть субъект сам инициирует переход до тех пор, пока не будет завершено 10 каждого маневра. Для прогулки по коридору расположите тележку для сбора данных в середине коридора длиной в одну восьмую мили. Начните сбор данных так же, как и в экспериментах по ходьбе на беговой дорожке.

После начального 32-го периода отдыха подайте ручной триггер или звуковой сигнал субъекту, чтобы начать ходьбу. Попросите испытуемого непрерывно ходить в течение пяти минут. Когда субъект окажется в пределах 10 метров от конца коридора, он или она должны самостоятельно инициировать разворот и продолжить идти в противоположном направлении.

Через пять минут нажмите кнопку ручного спуска, чтобы остановить ходьбу. Объект должен спокойно стоять в течение 30 секунд, глядя прямо перед собой. Затем завершите сбор данных.

Затем начните второй эксперимент в коридоре. После случайного временного интервала ходьбы продолжительностью от 20 до 40 секунд дайте ручной триггер и звуковой сигнал, чтобы объект остановился. Затем объект должен оставаться в положении в течение короткого случайного времени от пяти до 15 секунд.

Затем нажмите кнопку ручного триггера, чтобы объект продолжил ходьбу. Повторяйте эти действия до тех пор, пока не будет завершено 10 циклов остановки, а затем завершите. Здесь представлены репрезентативные результаты сбора данных за 10 секунд ходьбы по беговой дорожке.

Верхняя панель показывает 64-канальные необработанные данные ЭЭГ с названием канала Из 10 20 Международной конвенции, средняя панель показывает ускорение в вертикальном направлении от 11 датчиков марки. На нижней панели отображается восьмиканальная необработанная ЭМГ. На этом рисунке показаны репрезентативные данные одного цикла ходьбы во время арены.

В одном протоколе вертикальные черные полосы указывают на триггеры. Первый триггер находится от кнопки со стрелкой вправо. Последние четыре получены от ИК-датчиков, от ИК-1 до 4-го, когда испытуемый проходит по петле, и здесь мы видим образцы данных от стоя к сидению и от перехода из сидячего положения в стойку.

Данные ускорения ЭЭГ и ЭМГ представлены так, как показано на первом рисунке. Вертикальные полосы указывают на ручные триггеры для запуска стоя и сидя соответственно. Наконец, на этом рисунке показаны примеры данных о переходе от стояния к ходьбе и от ходьбы к стоянию во время коридора.

Пешее задание. Вертикальные полосы указывают на ручные триггеры и звуковые подсказки для начала и остановки ходьбы соответственно. Важно помнить, что датчики ЭЭГ и ЭМГ чувствительны к артефактам движения, поэтому мы должны убедиться, что датчики надежно закреплены и надежно прикреплены к этому объекту.

Следуя этой процедуре, вы можете применить другие методы, такие как анализ независимых компонент или линейная регрессия, чтобы изолировать электрокортикальные сигналы от артефактов, что позволяет извлечь кинематику конечностей или профили ЭМГ из данных ЭЭГ. Этот метод позволит сообществу нейроинтерфейсов ответить на вопросы о том, как мозг связан с движением и его намерением, а также предоставит средства для извлечения информации о походке из ЭЭГ кожи головы.