Способ оценки своевременности и точности волевой двигательных реакций на раздражители Vibrotactile

Общая цель этого экспериментального протокола состоит в том, чтобы оценить, насколько быстро и точно человек может реагировать на определенные типы вибротактильных стимулов. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области реабилитационной инженерии, такие как какой тип сенсорной информации может быть передан через вибротактильную обратную связь и каков наилучший способ представления сенсорной информации с помощью вибротактильных сигналов. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он очень гибок для различных применений биообратной связи и может быть легко адаптирован для использования с различными биодатчиками, такими как датчики давления для измерения силы реакции или гониометры для измерения углов соединения.

Хотя этот метод дает представление о том, как люди реагируют на вибрации, приложенные к конкретным областям бедра, он также может быть распространен на другие области тела. Тестируя различные тактильные конфигурации, мы можем лучше понять, какие типы информации могут быть переданы с помощью биологической обратной связи. Демонстрировать эту процедуру будет Сэм Ши, аспирант нашей лаборатории.

Начните калибровку двигателя, подключив большую плату микроконтроллера к компьютеру с помощью USB-порта. В исходном программном обеспечении микроконтроллера щелкните значок загрузки, обозначенный обведенной стрелкой вправо, чтобы загрузить пользовательский скрипт motor_test. ino к плате с помощью USB-соединения.

Затем подключите выход по оси Z трехосевого акселерометра к одному из аналоговых входных портов меньшей платы микроконтроллера. Подсоедините плюсовой и заземляющий провода от акселерометра к набедренному болту и порту заземления платы микроконтроллера соответственно. Затем установите акселерометр на вибрирующий двигатель, убедившись, что его ось z перпендикулярна плоской поверхности двигателя, а затем поместите двигатель на твердую поверхность.

Откройте файл motor_calibration. vi в программном обеспечении для опроса данных и подключите меньший микроконтроллер для акселерометра к компьютеру через USB-порт. Затем с помощью предоставленных полей укажите последовательный порт для входа микроконтроллера, а также частоту дискретизации 500 герц и 1000 выборок для сбора.

С помощью быстрого отображения преобразования 48 в интерфейсе motor_calibration. vi определите самый большой пик и запишите соответствующее значение частоты вибрации. Повторите все шаги, выполненные до сих пор, а также вручную запишите импульс с модулированным или ШИМ-соотношением частот для каждого двигателя.

Далее откройте файл experiment1. vi для каждого мотора. Щелкните правой кнопкой мыши по выпадающему меню частоты и выберите свойство.

На вкладке редактирования элементов используйте таблицу для ввода желаемых частот и соответствующих уровней ШИМ. Нажмите кнопку ОК, чтобы выйти. Наконец, после того, как все моторы будут откалиброваны, используйте двусторонний скотч для крепления каждого из них к бедру.

В частности, поместите по одному мотору на каждую из передней, задней, медиальной и боковой поверхностей бедра примерно посередине между большим вертелом и латеральным мыщелком бедренной кости. Чтобы начать первый эксперимент, подключите кнопку непосредственно к одному из USB-портов компьютера с помощью разъема последовательный-USB-порт и убедитесь, что установлены все необходимые драйверы. Откройте эксперимент1.

vi и выберите файл для записи результатов. Затем с помощью выпадающих меню в интерфейсе программного обеспечения выберите кнопочные входные порты и частоты двигателя. Запустите программу.

Когда участник почувствует вибрацию, попросите его нажать кнопку с ножкой, в которую подается обратная связь. После нажатия кнопки подтвердите ответ в интерфейсе программного обеспечения для сбора данных, отметив, что часы перестали отсчитывать. Наконец, выберите новый набор частот из выпадающих меню, чтобы сбросить двигатели для следующей пробной версии.

Начните второй эксперимент с подключения второй кнопки к другому USB-порту с помощью последовательного USB-разъема. Затем откройте эксперимент2. VI интерфейс сбора данных.

Чтобы исследовать частотную чувствительность в различных частях ноги, поместите один мотор на бедро посередине между большим вертелом и латеральным мыщелком бедренной кости на каждой из передней, задней, латеральной и медиальной поверхностей. Затем нажмите на значки двигателей в интерфейсе программного обеспечения, чтобы выбрать конкретные двигатели для активации, а также желаемую последовательность частот. Чтобы проверить чувствительность пользователя, для частот в 140 Гц, 180 Гц и 220 Гц начните с выбора одной комбинации.

Например, 180 герц, а затем 140 герц. Введите время ожидания и время работы двигателя. Затем запустите программу.

Чтобы протестировать другие комбинации частот, выберите новый тест частот, например 220 Гц, а затем 180 Гц, и повторите программу. Наконец, попросите участника нажать одну из двух кнопок, чтобы выбрать, была ли вторая воспринимаемая частота выше или ниже первой, и понаблюдайте за ответами, которые автоматически записываются программой. Здесь показаны результаты быстрого преобразования данных об ускорении 48 для одного двигателя, проходящего калибровку.

Было проведено четыре следа для определения уровня ШИМ, соответствующего вибрации 180 герц. При сравнении здоровых людей с тремя пациентами с трансфеморальными ампутациями время реакции для здоровых людей значительно уменьшилось по мере того, как частота увеличивалась со 140 герц до 220 герц. В то время как у людей с ампутациями этого не было.

После освоения этот протокол может быть завершен за 30 минут или час в зависимости от количества тестируемых комбинаций частотного расположения. При попытке выполнить эту процедуру важно убедиться, что трекеры поддерживают хороший контакт с бедром на протяжении всего эксперимента. Перед каждым испытанием следует убедиться в надежности трекеров.

В то время как описанный здесь протокол использует кнопки для записи реакции пользователя, метод может быть расширен на другие механизмы реакции, которые более физиологически значимы, такие как сгибание колена. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в этой области или реабилитационной технике для изучения различных стратегий передачи сенсорной информации из различных источников через вибротактильную обратную связь у здоровых людей, а также у людей с ампутацией нижних конечностей. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как оценивать скорость и точность реакций пользователя на различные комбинации частоты и местоположения вибротактильной стимуляции.