Многофункциональный установки для изучения управления двигателем человеческого Использование транскраниальной магнитной стимуляции, электромиографии, Motion Capture, и виртуальной реальности

Общая цель данного эксперимента — проиллюстрировать обобщенную технику синхронизации нескольких потоков данных, которые регистрируются в ходе биомеханических исследований человека. Это достигается за счет использования электромиографических сигналов и сигналов захвата движения для генерации аналогового события синхронизации, которое может быть независимо зарегистрировано двумя или более системами. В качестве второго шага могут быть спроектированы простые компоненты схемы, которые преобразуют это событие в сигналы, подходящие для каждого записывающего устройства.

Затем используйте аналитическое программное обеспечение для временного выравнивания событий синхронизации по независимо записанным сигналам, чтобы синхронизировать все сигналы. Результаты показывают, что несколько биомеханических сигналов могут быть временно выровнены в пределах частот дискретизации соответствующих систем регистрации данных, что позволяет собирать богатый экспериментальный набор данных о естественном движении человека для изучения нервно-мышечного контроля. Существует множество сложных вопросов в области управления моторикой и биомеханики, на которые лучше всего можно ответить, изучая естественные движения человека в лабораторных условиях.

Здесь мы опишем метод использования виртуальной реальности для определения поведенческих задач, во время которых одновременно записывается несколько физиологических сигналов. Преимущество экспериментальной установки, основанной на виртуальной реальности, по сравнению с существующими методами, такими как аппаратные поведенческие установки, заключается в том, что она может быть очень быстро адаптирована к различным экспериментам, а также к уникальной анатомии отдельных участников. Во время поведенческих экспериментов обычно одновременно записывают несколько сигналов, которые количественно оценивают поведение, таких как электромиография и захват движения.

Наш метод позволяет решить проблему временного выравнивания этих сигналов с помощью специального блока синхронизации, совместимого с несколькими производителями. Начните с выполнения всех необходимых электрических соединений между оборудованием ЭМГ, включая усилители, предварительные усилители, провода датчиков и сенсорные площадки в соответствии со спецификациями производителя. Очистите каждый участок электрода, чтобы обеспечить стабильные и низкие значения импеданса электрода к коже.

Затем проинструктируйте испытуемого выполнить изометрические сокращения отдельных интересующих мышц, прикрепите электроды ЭМГ к пальпируемому месту сокращения мышцы. С учетом ориентации активных участков вдоль мышечных волокон. Прикрепите заземляющий электрод к коже над позвонком C seven.

Затем, чтобы проверить качество сигнала, изучите усиленные сигналы ЭМГ на компьютере, по мере того как испытуемый сокращает каждую интересующую мышцу. Наконец, уменьшите усиление усиления, если сигналы ЭМГ насыщаются во время мышечных сокращений, необходимых для выполнения поведенческой задачи. Начните с калибровки камер слежения за движением в соответствии с инструкциями производителя.

Приклейте активные светодиодные датчики лентой к костным ориентирам возле суставов рук и другим анатомическим точкам интереса, таким как возле пальца, запястья, плеча и груди. Подключите еще один светодиодный датчик к гарнитуре виртуальной реальности или виртуальной реальности, чтобы установить точку обзора в виртуальной среде. Затем подключите каждый светодиод к жгуту проводов, который прикреплен к беспроводному драйверу.

Включите блок драйвера и обеспечьте надлежащую подсветку всех светодиодов. Наконец, расположите светодиод синхронизации в месте, удаленном от объекта, но в пределах четкого обзора камер захвата движения. Во-первых, откалибруйте устройство транскраниальной магнитной стимуляции или ТМС и программное обеспечение, чтобы обеспечить точную установку катушки.

Для этого зарегистрируйте катушки ТМС совместно с анатомическими ориентирами, такими как преаурикулярные точки NAS и кончик носа. С помощью калибровочного указателя. Затем выполните методы горячих точек, чтобы найти чувствительные к ТМС области коры головного мозга, которые производят наибольшую амплитуду для моторных вызванных потенциалов или MEPS.

С наименьшей амплитудой стимуляции запишите местоположение наилучшего места стимуляции на коже головы субъекта с помощью откалиброванного стереотаксического регистрационного оборудования и программного обеспечения. Наконец, измерьте пороговый уровень субъекта, снижая амплитуду стимуляции в выбранном месте до тех пор, пока MEP не менее 50 микровольт не будут вызываться в 50% случаев. Во-первых, настройте VR-среду для поведенческой задачи в соответствии с протоколом производителя.

С помощью коммерческого программного обеспечения VR, совместимого с гарнитурой и программой системы отслеживания движения. Цифровые выходы через параллельный порт для синхронизации и маркировки конкретных интересующих событий. Подключите выход VR к схеме синхронизации, а также к другому синхронизируемому оборудованию с помощью кабелей с соответствующими разъемами.

Сообщите ему о требованиях к задаче, которую он или она будет выполнять в виртуальной реальности. Попросите испытуемого указывать на сферические цели, когда они появляются в поле его зрения. Как только испытуемый поймет задачу и получит возможность попрактиковаться в ней, начните запись данных захвата движения ЭМГ и сигналов синхронизации во время одной попытки синхронизации VR.

Программное обеспечение запускает оборудование ЭМГ для записи сигналов, которые иллюстрируют нервно-мышечную активность, возникшую во время движений верхней конечности. Он также запускает оборудование захвата движения для записи данных о непрерывном движении. Этот сигнал может быть использован для синхронизации данных ЭМГ и захвата движения. Здесь.

Показана средняя угловая кинематика и динамика, а также связанная с ней непрерывная и мгновенная нервно-мышечная активность в 24 испытаниях для одной задачи. Эти многомерные наборы данных, предоставляемые виртуальной реальностью, позволят исследователям исследовать конкретные механизмы управления моторикой человека. После просмотра этого видео у вас должно сложиться общее представление о том, как синхронизировать несколько потоков данных, которые могут быть записаны во время движения человека Эксперименты, такие как ЭМГ и захват движения, Эту процедуру можно расширить, включив в нее дополнительные системы, такие как электроэнцефалография.

Более того, электрическая стимуляция периферических нервов также может быть использована для оценки вклада сенсорной обратной связи в моторный контроль после ее развития. Этот метод проложил путь нейробиологам к изучению изменений в нейронно контролируемых движениях у людей с двигательными расстройствами, такими как инсульт или травма спинного мозга.