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

Общая цель данной методологии заключается в создании экономически эффективного подхода к интеграции исследований стимуляции мозга и движений человека. Этот метод может ответить на ключевые вопросы в области нейромоторного контроля, например, как нейровыход из моторной коры может модулироваться во время продолжающегося движения. Основное преимущество этой методики заключается в том, что доставка стимуляции мозга автоматизирована компьютером и определяется конкретным параметром, представляющим интерес для исследователя, таким как угол сустава или величина мышечной активности.

Демонстрировать эту процедуру будет Аарон Бейли, аспирант из моей лаборатории. Инструкции по настройке аппаратного и программного обеспечения для этого экспериментального протокола см. в рукописи, сопровождающей это видео. На приведенной здесь схеме представлен обзор конфигурации оборудования.

Начните с проверки участника на безопасность ТМС и получения письменного и информированного согласия на проведение эксперимента. Затем запишите общую массу тела участника с помощью весов. Также используйте измерительную ленту для определения длины кисти, предплечья и плеча участника, так как эти сегменты в дальнейшем могут быть использованы для кинематического и кинетического анализа.

Далее подготовьте кожу над интересующими мышцами с помощью легкого абразивного геля. Затем протрите участок спиртом. Используйте импедансметр, чтобы убедиться, что импеданс кожного электрода ниже 10 килоом, чтобы улучшить получение сигнала ЭМГ.

Теперь поместите два электрода на животы мышц в биполярном монтаже. Для этого эксперимента поместите электроды на двуглавую мышцу плеча, трицепс плеча, большую грудную мышцу, заднюю дельтовидную и плечелучевую мышцы. Наконец, с помощью кабелей ЧПУ подключите выходы усилителя ЭМГ к аналоговым каналам No, One, 3, 4 и 5 на AD боксе.

Определите местоположение вершины с помощью системы размещения электродов International 10-20 Electroencephalography Electrode Placement System. Откалибруйте катушку TMS для участника с помощью программного обеспечения для нейронавигации. Определение местоположения двигательной горячей точки для каждой интересующей мышцы является наиболее важной частью эксперимента.

Неправильное нахождение горячей точки двигателя или неправильная ориентация катушки могут повлиять на получаемые данные. Далее, чтобы определить горячую точку двигателя, начните с размещения катушки на контралатеральной полусфере исследуемой руки или кисти и на расстоянии пяти сантиметров латерально к вершине. Катушка должна быть плоской на голове участника и ориентирована так, чтобы она находилась под углом 45 градусов по отношению к сагиттальной плоскости.

Затем начните с примерно 30% от максимальной мощности стимулятора и подайте импульсы ТМС с межстимульным интервалом в шесть секунд или более, как описано в программном обеспечении для сбора данных. Перемещайте катушку ТМС в немного другие места на коже головы, одновременно слегка меняя ориентацию, пока в исследуемой мышце не будет наблюдаться двигательный потенциал. Теперь определите порог работы двигателя в состоянии покоя, начав с интенсивности, которая дает наиболее надежный отклик при напряжении около одного милливольта.

Подавайте одиночные импульсы и записывайте амплитуду вызванного мотором потенциала от одного пик-пика в режиме онлайн. Начните эксперимент с запуска программы доставки визуальных стимулов. Затем запустите файл сценария для экспериментальных испытаний в программном обеспечении для сбора данных на основе пакета, как описано в рукописи, прилагаемой к этому протоколу.

Введите необходимую информацию в диалоговое окно конфигурации, как показано на экране здесь. Эти значения определяют сроки и другие параметры для экспериментальных испытаний. Например, наборы стимулов и значение рандомизации управляют количеством повторений типа испытания в блоке.

Датчики захвата движения прикрепляются к пациенту. После этого шага программное обеспечение будет работать самостоятельно с минимальным вмешательством пользователя. Убедитесь, что участник понял все инструкции к заданию, а затем начните эксперимент.

Испытание начинается, когда участник помещает курсор в исходную позицию. После этого появится новое визуальное целевое положение. Затем слуховой сигнал передается через цифро-аналоговый выход на блоке сбора данных, и участник должен переместить курсор к новой цели.

Они должны удерживать курсор в этом целевом положении в течение одной секунды, а затем вернуть его в исходное положение в ожидании следующего испытания. Аналоговый сигнал от ЭМГ вызовет импульс ТМС, который должен быть настроен на возникновение через 100 миллисекунд после звуковой очереди. Наблюдайте за участником и следите за тем, чтобы курсор находился в исходном положении и на мишенях во время испытаний.

Эксперимент, как видно на рисунке, состоит из 21 условия, состоящего из семи целевых условий с тремя различными временными точками, в которых запускается импульс ТМС. Примерная общая продолжительность эксперимента составляет три-четыре часа. В одном испытании схема слева показывает начальную позицию в начале испытания, а схема справа показывает конечную позицию во время испытания.

Здесь мы видим амплитуду MEP, полученную от каждой мышцы по одному импульсу ТМС во время начала ЭМГ в этом исследовании. На приведенных здесь графиках показано угловое смещение плечевого и локтевого суставов, в то время как на этих графиках показана угловая скорость в тех же суставах. Здесь мы видим кинетику в плечевом и локтевом суставах, где синяя, зеленая и красная линии представляют собой чистый момент контакта мышц и кости с костью соответственно.

На этом рисунке показан пример моторных потенциалов, зарегистрированных в двуглавой мышце плеча и большой грудной мышце, достигая цели, которая требует активности обеих этих мышц. Также показаны моторно-вызванные потенциалы, регистрируемые от трицепса плеча и задней дельтовидной мышцы, достигая цели, которая требует активности этих мышц. После освоения этой техники ее можно выполнить за два-три часа, если все сделано правильно.

При попытке выполнить эту процедуру важно определить, какой аналоговый сигнал, такой как активность ЭМГ или угол сустава, будет использоваться для запуска импульса ТМС. Эта информация будет определяться контекстом эксперимента. После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, такие как ЭЭГ, чтобы ответить на дополнительные вопросы, например, модулируются ли изменения в колебаниях мозга параллельно с изменениями кортикоспинального выброса.