Abstract
뇌 영역에 심장에서 혈액을 운반하는 동맥이 혈전이나 버스트 뇌함으로써 산소 및 영양소의 전달을 방지하는 혈액의 흐름을 방해 할 때 스트로크의 원인이된다. 뇌졸중 생존자의 약 절반은 장애를 어느 정도 남아 있습니다. 회복 neurorehabilitation위한 혁신적인 방법은 긴급 장기 장애를 줄이기 위해 필요합니다. 내장 또는 외부 자극에 대한 응답으로 그 구조, 기능 및 연결을 재구성 신경계의 능력은 신경 가소성 불린다. 신경 가소성은 또한 재활, 뇌졸중 후 기능 장애에 참여하고있다. 유익한 neuroplastic 변경 등의 신경 근육 전기 자극 (신물질) 및 감각 전기 자극 (SES)와 같은 비 침습적 전기 요법으로 촉진 될 수있다. 신물질은 SES의 invo 동안 전류의 연속 짧은 펄스를 활성화 운동 신경과 근육의 조정 전기 자극을 포함한다에 간신히 지각 매우 불쾌한 다를 감각의 결과로 전류와 감각 신경의 아이브 자극. 여기, 재활 과정에 적극적으로 대뇌 피질의 참여는 동시 활성 인식과 의지 노력을 나타내는 생체 신호와 비 침습 전기 요법 (근전도 (EMG), 뇌파 (EEG), electrooculogram (EOG))를 구동에 의해 촉진 될 수있다. 저와 중간 소득 국가에서 자원이 부족한 설정, 예를 들어, 이것을 달성하기 위해, 우리는 기성 비디오 게임 센서 기술의 최근 발전을 활용하여 저가의 인간 - 기계 인터페이스 (HMI)를 제시한다. 본 논문에서는 균형 재활하는 동안 자세 제어를 지원하는 비 침습적 전기 요법과 시각 - 청각 바이오 피드백을위한 저가의 상용 센서를 통합하는 오픈 소스 소프트웨어 인터페이스에 대해 설명합니다. 우리는 개념 증명 건강한 지원자에를 보여줍니다.
Introduction
초점 뇌, 척수, 또는 망막 경색으로 인한 신경 학적 장애의 에피소드는 스트로크 1이라고합니다. 스트로크는 세계적인 건강 문제 및 장애 전세계 1의 네 번째 주요 원인이다. 인도와 중국, 세계 두 번째로 인구가 많은 나라 같은 나라에서, 때문에 스트로크에 신경 학적 장애는 숨겨진 전염병 2로 분류되고있다. 뇌졸중 후 가장 흔한 합병증 중 하나는 첫 해 포스트 행정 3에서 최대 73 %의보고 빈도와 폭포입니다. 포스트 행정 가을 인성과 균형과 시공간 방치 사 등의 척추 및 척 주상 요소를 모두 포함합니다. Geurts 1을 확인 동료 (5)에 의해 검토) 다중 방향성 두발 서, 2) 저속, 3) 방향 부정확 한 동안 이동 최대 무게를 손상 4) 균형으로 단일 및 순환 하위 최대 정면 평면 체중 이동의 작은 진폭 가을 리를위한 요소SK. 이전 작품 균형이 심한 운동 기능 5, 6 외래 능력과 독립성과 연관되어 나타났습니다 때문에 일상 생활의 활동에 필연적 인 영향은 중요 할 수 있습니다. 또한 Geurts 동료 5 근력 외에 감각적 척 주상 통합 (근육 조정 7)은 현재의 프로토콜에 부족한 평형 복원 중요 것을 제안했다. 감각적 통합을 향해, 의지 적 중심의 비 침습적 전기 요법에 대한 우리의 가설 8 (신물질 / SES)이 적응 행동 모양과 그러한 영향을받는 사지의 신물질 / SES를 이용한 이동하는 동안 감각 입력의 활성 인식을 변조에 의해 촉진 될 수 있다는 것이다 뇌는 필요한 경우, 다른 모터 경로 (9)를 모집하여 이후의 운동 출력에이 피드백을 통합 할 수 있습니다.
자원의 의지 적 구동 신물질 / SES를 이용한 밸런스 훈련을 달성하기 위해불쌍한 설정, 저렴한 인간 - 기계 인터페이스 (HMI)는 시각 - 청각 바이오 피드백에 대한 기성 비디오 게임 센서 기술에서 사용할 수있는 오픈 소스 소프트웨어와의 최근 발전을 활용하여 개발되었다. 신물질 근력을 향상 경련 열을 줄이기 위해 도시 한 신경과 근육의 조정 전기 자극을 포함한다. 또한, SES는 사전 출판 일 11 subsensory 자극 혼자 경골근 근육에 도포 자세 동요를 감쇠 효과가 있음을 보여 주었다 감각을 연상 전류와 감각 신경의 자극을 포함한다. 여기에서, HMI는 (신물질)와 근육 증폭기의 역할뿐만 아니라 (SES와) 구 심성 피드백을 향상 발목 근육에 대한 신물질 / SES를 의지 적 기반의 대화 형 소식 행정 균형 치료하는 동안 수 감각 - 운동 통합을 다할 것입니다 자세 마십시요 동안 직립 자세를 유지하기 위해 건강한 발목 전략 12,13,14를 지원합니다. 이것은두타 등. 팔에서 제시 한 가설에 따라 비 침습적 전기 요법을 통해 영향을 관련 발목 근육의 증가 피질의 흥분은 발목 강성의 향상 척 주상 변조 빌려 수 있음. 실제로, 이전 작업 신물질 / SES 가능성이 공동 활성화 운동 및 감각 섬유 (15, 16)의 결과로서, 피질 흥분성의 지속적인 변화를 이끌어내는 것으로 나타났다. 또한 Khaslavskaia 및 Sinkjaer 17 신물질 / SES시 본 동시 모터 피질 구동 모터 피질 흥분성을 향상하는 것이 인간에서 나타났다. 따라서, 의지 적 기반 신물질 / SES는 척수 반사에 단기 신경 가소성을 유도 할 수있다 (예를 들어, 상호 IA 억제 17) 지정된 motoneuron 풀에 경로를 내림차순를 통해 프로젝트 피질 뉴런의 IA-억제의 interneurons을 통해 대립 motoneuron 풀을 억제 할 수 도 1에 도시 된 바와 같은 O를 향해 18 인간perant 에어컨 패러다임 (두타 등의 알을 참조하십시오. 8).
그림 1 : 의지 적 구동 신경 근육 전기 자극에 따라 발목 근육 조정을 개선하기 위해 큐 대상 (신물질)을 압력 (COP)의 중심을 구동 커서 할 수있는 개념 (. 두타에서 세부 사항 등 21) 기본 상호 작용하는 인간 - 기계 인터페이스 (HMI) -assisted visuomotor 균형 치료 EEG :. 뇌파, MN : α-motoneuron, IN : IA-억제 interneuron, EMG : 근전도, DRG : 지느러미 루트 신경절. 8 및 37에서 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
안테 - 후부 (AP) 질량 (COM)의 중심에 변위가 수행된다발목 (예 내측의 비복근과 가자미근의 근육 등) plantarflexors (예 : 전방 경골 근육 등) dorsiflexors 메디 오 - 측면 반면에 의해 (ML) 변위는 발목 (예 : 전방 경골 근육 등)의 인버터 및 peroneus의 longus로 evertors (에 의해 수행된다 등) 근육을 브레비스. 따라서, 근육 dorsiflexor 발목의 약점과 발목의 증가 경련 plantarflexor 근육을 포함한 행정 관련 발목 손상은 손상 자세 제어로 이어집니다. 여기, 민첩성 훈련 프로그램 (6) 폭포 (6)을 방지하는 정적 스트레칭 / 체중 이동 운동 프로그램보다 더 효과적 일 수 작업이 점차적으로 어려움이 증가되는 동적 균형에 도전 (VR) 기반의 게임 플랫폼은 가상 현실에서 활용 될 수있다. 예를 들어, 주제는 어려움이 점진적으로 아멜 증가 할 수있는 동적 visuomotor 밸런스 작업 중에 의지 적 구동 신물질 / SES 지원 AP와 ML 변위를 수행 할 수 있습니다두발 서있는 동안 이동 무게 iorate 후 뇌졸중 발목 특정 제어 문제. 자원이 부족한 환경에서 의지 적 구동 신물질 / SES 지원 균형 요법을 향해, 우리는 선물도 저에서 데이터 수집에 사용할 수있는 시각적 - 청각 바이오 피드백으로 모바일 두뇌 / 바디 이미징 (MOBI) (19)에 대한 저가의 HMI MoBILAB에서 오프라인 데이터 탐색 비용 센서 (오헤다 등의 알을 참조하십시오. 20).
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Protocol
참고 : HMI 소프트웨어 파이프 라인이 자유롭게 사용할 수있는 오픈 소스 소프트웨어를 기반으로하고 기성 저렴한 비용으로 비디오 게임 센서 (자세한 사용할 수에서 개발되었다 https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ 및 HTTPS를 : //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). 를 HMI 소프트웨어 파이프 라인은 visuomotor 균형 요법 (VBT) (8)에 대한 VR 기반 게임 플랫폼에서 수정 된 기능 범위 작업 (mFRT) 21시 데이터 수집을 위해 제공됩니다.
도 2a는 시선 기능은 VR의 시각적 피드백이 따라 사용자 정의 할 수 있도록 뇌졸중 후 잔여 기능의 정량화를 위해 오프라인 추출 진단 안구 추적기 설정을 보여줍니다.
도 2b는 VBT위한 실험 구성도이다.
그림 2 : (
VBT 동안 모바일 두뇌 / 바디 이미징 1. 소프트웨어 설치
- 모션 캡에 대한 드라이버를 설치합니다진짜야 (https://code.google.com/p/labstreaminglayer/wiki/KinectMocap에서 제공하는 설치 절차)
- 다운로드 http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=253187에서 키 넥트 런타임을 설치 (모션 캡쳐 센서는 컴퓨터의 USB 포트 중 하나에 연결되어서는 안된다).
- 인터페이스 케이블을 통해 USB 포트에 전원이 공급되는 모션 캡쳐 센서를 연결합니다. 드라이버가 자동으로로드됩니다.
- 눈 추적기 센서에 대한 설치 드라이버 (제공 설치 절차 http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab )
- , http://theeyetribe.com에서 소프트웨어를 다운로드 응용 프로그램을 시작하고 소프트웨어를 설치하는 응용 프로그램을 실행 (아이 트래커 센서는 컴퓨터의 USB 포트 중 하나에 연결되어서는 안된다).
- 전원이 켜진 눈 추적기 센서에 연결하고 드라이버가 자동으로로드됩니다.
- 이달밸런스 보드에 대한 모든 드라이버 ((에 http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/cu_wii.html에서 제공하는 설치 절차를 제공하는 설치 절차)
- 다운로드 http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/CU_WiiBB.zip에서 CU_WiiBB.zip를 추출
- 마이크로 소프트 윈도우 운영 체제의 표준 프로그램 파일 디렉토리에 WiiLab 폴더를 복사합니다.
- 프로그램 파일 디렉토리에 WiiLab 폴더를 열고 관리자로 밸런스 보드를 설치하는 InstallWiiLab.bat 파일을 실행합니다.
- (http://openvibe.inria.fr/how-to-connect-emotiv-epoc-with-openvibe/에서 제공하는 설치 절차) EEG / EOG에 대한 드라이버를 설치합니다
- 다운로드 http://www.emotiv.com/apps/sdk/209/에서 이모 티브 SDK를 설치
- 다운로드 및 분산 멀티 자체에 대한 https://code.google.com/p/labstreaminglayer/downloads/detail?name=OVAS-withLSL-0.14.3-3350-svn.zip에서 labstreaminglayer (LSL)와 OpenViBE 수집 서버를 설치nsor 신호 전송, 시간 동기화 및 데이터 수집 시스템 (https://code.google.com/p/labstreaminglayer/에 제공된 설치 절차).
- 상업 신물질 자극기 (http://www.vivaltis.com/gammes/phenix/phenix-usb-neo-50-554-1.html#content에서 세부 사항)에 대한 드라이버를 설치합니다.
2. 저가 모바일 두뇌 / 바디 이미징 (MOBI)에 대한 센서 배치 : 오픈 소스 HMI 소프트웨어 파이프 라인 제공 모바일 두뇌 / 바디 이미지 저비용 오프 - 더 - 선반 센서 (그림 2B)와 (MOBI) 19 어떤 수 기타 민첩성 훈련 프로그램에 대한 적응 될 수있다.
- MOBI에 대한 시각적 피드백 :
- 방 일단 시각적 바이오 피드백을 표시하는 투사 스크린을 획득함으로써 시작한다 (피사체 0.6 m의 거리를 권장).
- 화면의 중심이 피사체의 눈높이에 될 수 있도록 높이를 조정합니다.
- MOBI을위한 모션 캡쳐 :
- 모션 캘리포니아 배치프로젝션 스크린 앞의 센서 pture 및 모션 캡쳐 볼륨 그것을 목표로한다.
- 모션 캡쳐 볼륨은 1.5 m 모션 캡쳐 센서 앞에 m 2.5임을 확인한다.
- MOBI에 대한 보드 배치를 균형 :
- 약 2.0 m 거리에 모션 캡쳐 센서, 바닥에 밸런스 보드를 놓습니다.
- (수정 기능 범위 작업 (21) 동안 즉,) 전신 운동을 보장하기 위해 밸런스 보드 주변에 충분한 공간을 확보합니다.
- MOBI에 대한 EEG / EMG / EOG 센서 배치
- 모션 캡처에 직면 의자에와 밸런스 보드에 자신의 발에 앉아 주제를 요청합니다.
- (신물질 / SES)는 피사체의 내측 비복근 (MG)과 전 경골근 (TA) 근육에 양자 전극 기록 (EMG) 정액 자극을 놓습니다. 그 후, 무선 전기 자극기 (신물질 / SES) 시스템에 연결합니다.
- 주제에 뇌파 (EEG) 캡을 배치20 시스템 - 국제 (10) 다음의 헤드. 그런 다음, -Fz, C3, CZ, C4, P3, 년 Pz, P4, PO7, 오즈, PO8에 도전성 페이스트와 EEG 전극을 배치 - 무선 EEG 헤드셋에 연결하기 전에.
- 상기 전도성 페이스트 및 수직 EOG에 대한 눈 하나 아래 두 EEG 전극을 놓고 수평 EOG 각 눈의 바깥 쪽 눈구석에 도전성 페이스트와 두 개의 전극을 넣어. (참고 : 경우에 아이 트래커 센서는 양자 EOG는 뇌졸중 후 대상에서 바람직하다 사용하지 않습니다).
- 기준 전극으로 귓불에 두 EEG 전극을 배치합니다.
후 뇌졸중 추적 눈 운동 3. 아이 트래커 기반 평가
- 턱의 높이 조절 턱 받침대에 편안하게 휴식에 앉아 주제를 요청합니다. 그 후, 눈은 대략 컴퓨터 모니터 (도 2a)의 중심에 대향되도록 편리 높이 컴퓨터 모니터를 올린다.
- 눈 추적기 연구를 배치 씼어 50 턱 받침대에서 cm 똑바로 시각적 단서의 컴퓨터 모니터를보고 제목을 부탁드립니다.
- 눈 추적기 센서를 교정 할 수있는 'SmartEye'폴더에 EyeTribeWinUI.exe를 실행합니다. 주제는 대략 2 초마다 PC 모니터에 다양한 표적을보고하라는 메시지가 표시됩니다. 일반적인 사용자 교정 절차를 완료하는 데 약 20 초 걸립니다. 제 (X, Y)을 따라 시선 점의 좌표는 보정 대상 다른 큐에 대해 기록된다.
- SmartEye 폴더에 실행 'Visual_Stimulus.exe'는 가상 현실 기반 인터페이스를 실행합니다. 이어서 가상 현실 기반의 작업과 동기화 된 피험자의 시선 데이터를 획득 할 수있는 'SmartEye'폴더에 존재하는 'SmartEye.exe'프로그램을 실행합니다. 이 데이터는 이후 스트로크 추적 안구 운동의 평가를 위해 사용된다.
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도 3 (a) 의지 적 visuomotor 밸런스 치료 동안 큐 목표로 구동 될 필요가 압력 (COP)의 중심을 나타내는 커서 (b) Visuomotor 밸런스 치료 프로토콜을 피사체에 의해 구동되는 주변 타겟 컴퓨터 커서 조종 곳 의지 적 경찰 여행을 생성합니다. 재설정은 신경 근육 전기 자극 (신물질) 및 감각 전기 자극 (SES), (c)는 시각 큐 visuomotor 균형 치료를위한 실험 설치를 지원 할 수있다. 8 및 37에서 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 신물질 / MOBI에서 Visuomotor 밸런스 치료 (VBT) SES를 이용한
- (인터넷을 눈 추적기를 연결하고 시각적 피드백 컴퓨터에 보드 센서의 균형을gure 2).
- 눈 추적기 센서는 컴퓨터에 연결, 전원이 켜져 있는지 확인하고, 완전히 부팅있다. 'EyeTribe의 SERVER.EXE'와 'EyeTribeWinUI.exe'사용할 수있는 'VBT'폴더에서 시작 (단계를 참조 1.3).
- 밸런스 보드 센서는 전원이 켜져 있는지 확인합니다. 그런 다음, 메뉴에서 원격 검색 할 수 있도록하기 위해 밸런스 보드 센서에있는 버튼을 누릅니다. 그런 다음, 시스템의 작업 표시 줄의 표시 또는 숨기기 아이콘을 클릭하고 블루투스 장치 아이콘을 클릭합니다. 그런 다음 '장치 추가'옵션을 클릭하고 시각적 피드백을 컴퓨터에 코드를 사용하지 않고 블루투스 장치로 밸런스 보드 센서를 페어링합니다. 밸런스 보드 센서가 시각적 피드백을 컴퓨터에 연결되면, 'VBT'폴더를 열고 Matlab- 밸런스 보드 센서 인터페이스를 설정하기 위해 WiiBBinterface.m 파일을 실행 (단계를 참조 1.6).
- 모션 캡쳐 센서가 컴퓨터에하고 있음을 연결, 전원이 켜져 있는지 확인완전히 (전면에 녹색 LED가) 부팅. LSL 폴더를 열고 모션 캡쳐 센서 데이터의 스트리밍을 시작하기 '모션 캡처'소프트웨어를 시작 (1.6 단계 참조).
- 뇌파 / EOG 데이터 수집 시스템의 전원이 켜져 있는지 확인하십시오. 그 후, LSL 폴더에서 사용할 수있는 openvibe 수집 서버 - withlsl.cmd을 더블 클릭 (1.6 단계 참조). 메뉴에서 각각의 센서 하드웨어 (즉, '이모 티브 EPOC')를 선택하고 필요한 경우 '드라이버 등록 정보'를 클릭하여, 모듈을 구성합니다. 그런 다음, '연결'을 클릭 한 다음 수집 서버를 시작하는 '재생'을 클릭합니다.
- VBT의 센서를 보정
- (필요한 경우, 부분적인 체중 지원) 안전 장치와 밸런스 보드에 서 될 수 후 스트로크를 요청합니다.
- 임상 관찰에 따라 똑바로 서에 필요한 최소 기준 신물질 레벨 (펄스 폭 및 전류 레벨)을 설정 (예 :.,제로 체중지지) 22. 최소 기준 신물질 레벨을 설정 한 20 Hz에서 자극의 주파수를 설정하고 직립 얻을 때까지 펄스 폭 및 / 또는 전류 레벨을 증가시킬 수있다. 여기서, 무릎의 신전 신물질이 무릎 좌굴을 방지하기에 충분한 토크를 생성 할 필요가있다.
- COM 및 CoP의 위치에 영향을 미치는 다양한 범위의 움직임을 수행하기 위해 주제를 물어보십시오.
- 피사체 다양한자가 개시 최대 도달 질량 중심에 영향을 상이한 방향으로 이동 (COM)과 압력의 중심을 수행하면서 다중 센서 교정 데이터를 수집하기 위해 'DataCollect'폴더에 'CalibSensors.m'프로그램 가능을 실행 시각적 피드백에 (COP) 위치.
VBT 동안 저가 센서 5. 멀티 센서 데이터 수집 (그림 2B)
- 기준 휴식을 수집하는 'DataCollect'폴더에 'CollectBaseline.m'프로그램을 실행-state, PC 모니터 (그림 3a)에 경찰 대상 똑바로보고있는 동안 2 분 동안 아직도 서있는 피사체를 요청하여 눈 오픈, 멀티 센서 데이터.
- 투사 화면에 시각적 피드백 컴퓨터의 비디오 출력을 연결하고 SmartEyeVRTasks GUI를 시작 시각적 피드백 컴퓨터에서 'VBT'폴더에 SmartEyeVRTasks.exe 파일을 실행합니다. 또한, VBT 동안 센서 데이터를 수집하기 위해 'DataCollect'폴더에 'CollectVBT.m'프로그램을 실행합니다.
- 시각적 피드백에 의해 큐으로 똑바로 서에서 (그림 3B) 무작위로 제시 주변 목표를 향해 경찰에 의해 구동 커서, 빠른 가능한 조종하는 주제를 물어의 '중앙 보류'단계라고합니다.
- 이 '이동'단계에 이어, '주변 대기'단계에서 1 초 동안 대상 위치에 커서를 개최 피사체를 부탁드립니다.
- 말초 홀드 '의 위상에 따라, 커서 것' ''피사체가 다시 똑바로 서에 반환 할 필요가있을 때 다시 센터 - '다시 중앙 보류'위치. 그 EMG 레벨이 '중앙 보류'위치로 경찰을 반환하는 데 필요한 의지 노력을 지원하기 위해 설정된 임계 값을 초과가되면 신물질 / SES는 근육에 대한 트리거됩니다.
주 : mFRT 어려움이 이득을 감소시킴으로써 증가 될 수있다,
또는 잡음 분산을 증가 
, 주제별 가능 범위 : 
여기서 경찰의 여행,
컴퓨터 커서를 운전 
, 이산화 된 시간에, 
시간 단계와,/ 파일 / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg 7 "= SRC" "에 />.
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Representative Results
그림 4는 부드러운 추구 작업 중에 수 바디 성능의 정량화를 위해 오프라인 압축 해제 된 눈의 시선 기능을 보여줍니다. 표 1에 나타낸 바와 같이 다음의 특징을 추출했다 :
기능 1 = 목표 자극 위치 및 자극의 수평 방향의 위치를 변화 참가자의 고정 점의 중심 사이의 백분율 편차.
기능 2 = 목표 자극 위치 및 자극의 수직 방향 위치를 변화 참가자의 고정 점의 중심 사이의 백분율 편차.
분당 특징 3 = 깜박임
기능 4 = 참가자가 찾고있는 시간의 비율 (눈자극에 눈 추적기)에 의해 검출되었다.
기능 5 = 시간의 비율 참가자가 경기 부양에 (눈이 눈 락카에 의해 검출 된)보고되지 않습니다. (참고 : 기능 5 = 100 특징 4)
참가자에 의해 기능 6 = 백분율 부드러운 추구 길이 (SPL) 오버 슈트, 즉, 
SPL = 부드러운 추구의 길이 (픽셀) 길이 움직이는 자극을 추적하기 위해 참가자 적용이고, SML = 자극 운동의 길이 (픽셀), 경로 즉, 실제 길이되는 자극으로 이동한다.
그림 4 : 톱 패널 호 동안 부드러운 추구의 예시적인 모습을 보여줍니다rizontal 운동. 하단 패널은 수직 이동하는 동안 부드러운 추구의 예시 그림을 보여줍니다. 8 및 37에서 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 기능 1 (%) | 기능 2 (%) | 기능 3 (분당) | 기능 4 (%) | 기능 5 (%) | 특징 6 (%) | |
| 왼쪽 눈 | 1.00 | 3.66 | 6.83 | 95.52 | 4.49 | 46.78 |
| 오른쪽 눈 | 0.67 | 6.00 | 6.34 | 94.40 | 5.60 | 24.99 |
표 1 : 눈기능을 시선.
(신물질 / SES하지 않음) 개념 증명 VBT 연구는 수정 된 기능 범위의 작업에서 (22 ~ 46 세 사이의 5 오른쪽 다리 지배적 인 남성과 5 오른쪽 다리 지배적 여성) 10 수 바디 과목 (실시 하였다 mFRT) 패러다임 (도 3c). mFRT는 의지 적 CoP의 시각적 바이오 피드백과 큐하면서 균형을 잃지 않고 가능한 한 빨리 자신의 경찰 위치를 이동하는 피사체의 능력을 정량화 제안한다. mFRT 동안 멀티 센서 데이터는 휴대 머리 / 신체 영상 (모비) (19)을 위해 수집 하였다. MOBI 데이터는 궤도 (모션 캡쳐 센서에서) 전체의 자세 (밸런스 보드에서) 동아리에서 동요 및 COM을 결정하기 위해 오프라인으로 처리되었습니다. 또한, 기능은 시선 행동 (electrooculogram에서 예를 들면, 점멸 간격, 단속적 안구 운동 방향)와 함께 동시에 기록 된 생체 신호에서 추출 하였다. 이 증명 콘의 결과 CEPT 연구가 두타 등. 8 알파 이벤트 관련 동기 이탈 (aERD %)을 주로 정수리와 뒤통수 EEG electrodes.Moreover에서 발견되었다 제시하고, 평균 오차 (MSE)의 감소를 향해 추세 기준선 값으로 정규화 제곱 상승으로 추세 깜박임 속도, 커서 가속에 단속적 안구 운동 방향으로는 visuomotor 작업의 연속적인 실험 중에 0으로 추세. . FD 비율 - - 두타 등 (8)로부터의 데이터에 기초하여, EOG 데이터는 목표 모터 응답의 개시 전에 커서의 정착 시간에 정착 시간의 비율 (즉, EMG 발병)는 것을 보여 주었다 증가 ( 도 5a) 기준 정규화 된 평균 제곱 오차 (MSEnorm)는도 5b) VBT 시험 중 (그림 감소하면서.
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도 5 (a) 타겟과 커서의 정착 시간에 고정 구간의 비율의 변화 - FDratio - visuomotor 밸런스 태스크 (VBT) 시험 중에 electrooculogram로부터 추출 하였다. (b)는 기준 정규화 된 평균 변화는 VBT 시험 중에 오류 (MSEnorm)를 제곱. 8 및 37에서 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
운동과 균형 치료를위한 간단한 사용하기, 임상 적으로 유효한 저가의 도구는 낮은 리소스 설정에서 neurorehabilitation에 대한 패러다임의 변화 일 것이다. 또한 뇌졸중과 같은 신경 질환 극적 의한 세계 인구 고령화이 미래에 증가하기 때문에 매우 높은 사회적 영향을 미칠 가능성이있다. 능력, 사용자 모니터, 최근에 통신을 통해 계산, 네트워킹 및 물리적 처리의 통합으로 가능 해졌다 원격 사이트 신경 재활을 지원하는 사이버 물리적 시스템을 활용 가압 필요성이있다. 그 무엇보다 중요한 목표를 향해, 뇌졸중 후 추적 눈 운동의 저렴한 비용으로 아이 트래커 기반의 평가는 또한 부드러운 추적 눈 운동 교육은 청각과 시각 방치 (25)로부터 회복을 촉진 치료를 집에 기반 진단을 제공하지만 수 없습니다. 여기서, 정상인의 부드러운 추적의 지연 버전 것으로 밝혀졌다100 ± 5 밀리 초 (26)의 평균 대기 시간 빠른 5도 / 초 또는 이동 표적에 대한 y를 일치.
또한, 제안 된 인간 - 기계 인터페이스 (HMI)의 의지 적 위해 뇌졸중 후 균형 재활 신물질 / SES와 뇌졸중 후 균형 치료 통합 된 생체 신호 센서와 모션 캡쳐에 대해 신경 근육 전기 자극 (신물질) 및 감각 전기 자극 (SES)를 구동 포스트 - 행정 서 균형을 향상시킬 수있는 가내 개입과 같은 전위 (27), (28)을 갖는다. 는 HMI의 새로운 부분은 모바일 두뇌 / 신체 영상 데이터 및 신물질 / SES 지원 visuomotor 균형 요법 (VBT) 동안 시각적 - 청각 바이오 피드백에 대한 기록하기 위해 여러 기성 저가의 센서를 통합 소프트웨어 인터페이스입니다. (신물질 / SES)없이 개념 증명 연구 건강한 대상의 결과를 바탕으로 다중 센서 정보 졸중 V 중 모터의 학습 상태를 추정하기 위해 융합 될 수 있음을 제안BT는 때문에 어려움 mFRT 온라인 적응 될 수있다. 두타 등에 제시된 예를 들어, 부드러운 추적 눈 운동 훈련 (25)는, myoelectrically 구동 신물질 / SES를 이용한 visuomotor 작업과 통합 할 수 있습니다. 알파 정수리와 뒤통수 EEG 전극에 동기 이탈을 이벤트 관련 (8), 정규화 된 평균을 예측할 수있다 주연 목표에 도달 제곱 오차 (MSE). 따라서, 뇌졸중 후 안구 운동 추적의 평가뿐만 아니라 VBT 작업 중에 시선 동작에 기초하여, 우리는 객관적으로 분석함으로써 재활 (29) 중에 잔류하는 기능을 활용하여 장애가 균형 기여 눈 - 관련 문제를 모니터링 할 수있다. 또한, 시선 행동 (예 : 점멸 간격, 안구 단속 운동은) 30 학습 모터 동안 사용자 참여를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.
VBT 동안 운동 학습이 감소 차원 반응 질량 진자를 사용하여 분석 할 수 있습니다 (RMP) 족 보행 모드두타 등. (24)에 제시되어있다 엘. 감소 된 차원 모델 RMP (24)가 골격 트래킹 데이터로부터 오프라인으로 구성 될 수있다 (골격 스트림 모션 캡쳐 센서 스트리밍된다 조인트 데이터 인,도 6). RMP 모델은 모양, 크기 및 방향을 캡처하여 기존의 점 질량 진자 모델을 증강 경우 기존 점 질량 진자 모델을 통해 RMP 모델의 중요성 mFRT 동안 안정성의 한계에서 균형을 회복하기 위해 건강에 가끔 팔 스윙 도중이었다 총 회전 centroidal 관성. 우리의 이전 작업 (21)에서, COM-동아리 희박 라인은 직립 자세의 적절한 시각적 피드백 것으로 밝혀졌다. 또한, 우리는 뇌졸중 후 보행 (24)의 독립에-도보 전환시 몸 전체 정규화 centroidal 각 운동량 (CAM)의 관련성을 보여 주었다. 사실, 각운동량 단단히 각도 momen의 세그먼트로 분할 취소로 조절된다 다치거나 인간 도보 31시 그리고 아마도 모든 조정 된 인간의 움직임에 mFRT가 추락을 방지하기 위해 포함된다. 이러한 이전의 작품을 바탕으로,이 근육 약화와 그 뇌졸중 생존자를 가정 할 수 있고, 조정 적자는 연령과 일치 할 수 바디 과목에 비해 더 오래 CAM을 조절됩니다. 이 감소 된 치수 RMP 모델 (24)을 사용하여 현재 조사 중입니다.
도 6 : 왼쪽 패널의 자세를 포착 감소 차원 이족 모델 (오른쪽 패널)을 사용하여 오프라인 분석 할 수있는 모션 캡쳐 센서로부터의 골격 모델 데이터에 대한 공동 라벨 표시 (. 네르 외 24 참조). RMP : 반응 질량 진자, 동아리 : 압력의 센터, COM : 질량의 중심, GRF : 바닥 반력 벡터입니다.52394fig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그랜드 도전은 개발 및 임상 적, 환경 행동 및 약물 컨텍스트의 조작을 기반으로 teleneurorehabilitation 고급 사이버 물리 시스템의 유효성을 확인하는 것입니다. 는 HMI의 미래 응용 프로그램 식별 및 visuomotor 적자의 모니터링 / 시선 행동에서 학습 관련 잔여 기능의 의지 사용을 강제 것이다 조건화 패러다임을 빌려 수있는 가정 기반 설치에 teleneurorehabilitation 패러다임을 포함한다. 예를 들어, HMI는 건드리지 않고 나란히 배치 될 수있는 두 닌텐도 BB합니다 (마비 용과 비 사지 마비의 하나)을 통해 확장 될 수있다 (즉, <1mm 간격). 맨스필드와 동료 7의 실험 프로토콜에 따라, 과목 표준 위치에 각각의 Wii BB에 한 발 스탠드 수 (피트 지향모두의 Wii 게시판 사이의 중간 선에서 등거리 각 피트 높이의 8 %에 상당하는 간 malleoli 거리와 각 다리의 7 ° 회전 14 °)에서. mFRT 동안 모두 마비 및 비 마비 사지는 조건화가 (비 마비 사지의 보상 메커니즘에 대한 마비 사지와 부정적인 강화의 잔류 기능에 긍정적 인 강화를 제공함으로써 구현 될 수있는 경찰의 위치에 기여 마비 측의 경찰 여행으로 제어 할 커서 쉽게함으로써 제약 유도 운동 치료 32)의 원리에 기초. 또한, 시야 결손이, 동측 결함 및 시신경 병변과 관련이있는 결함, 모두 개선-에서 할 수있다 적어도 어느 정도-더 나은 visuomotor 통합 (34)을 향해 환자 33 개선 된 균형에 기여한다. 임상 뇌졸중 연구는 가설하에 진행되고있다 우리의 저렴한 비용으로 의지 적으로 HMI구동 신물질 / SES를 이용한 동적 visuomotor 균형 요법은 두발 서있는 동안 이동 시각적 큐 무게 후 스트로크 발목 특정 제어 문제를 개선 할 수 있습니다. 2.2 4.9 폭포 각자 년 35로 높은 수 있습니다 만성 뇌졸중 생존자에서 가을의 발생률을 줄일 것으로 예상된다. 실제로 레스토 neurorehabilitation 향해 졸중 밸런스 요법이 HMI의 효과를 나타내는 임계 단계 즉 시선 기초 visuomotor 성능 평가, 복구 (36)에 필요한 충분한 잔류 감각 기능이 스트로크 생존자하여 적절한 대상이다.
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Disclosures
저자는 공개 아무것도 없어.
Acknowledgments
CEFIPRA의 우산 아래, CNRS, INRIA 및 DST에서 지원 ICST, - 공동의 컨텍스트 내에서 수행 연구는 정보 통신 과학 기술에 프로그램을 대상으로. 저자는 실험 장치의 개발 방향, 학생, 특히 Rahima Sidiboulenouar, Rishabh 인스 Sehgal 및 Gorish 가르 왈의 지원을 인정하고 싶습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NMES stimulator | Vivaltis, France | PhenixUSBNeo | NMES stimulator cum EMG sensor (Figure 2b) |
| Balance Board | Nintendo, USA | Wii Balance Board | Balance Board (Figure 2b) |
| Motion Capture | Microsoft, USA | XBOX-360 Kinect | Motion Capture (Figure 2b) |
| Eye Tracker | Eye Tribe | The Eye Tribe | SmartEye Tracker (Figure 2a) |
| EEG Data Acquisition System | Emotiv, Australia | Emotiv Neuroheadset | Wireless EEG headset (Figure 2b) |
| EEG passive electrode | Olimex | EEG-PE | EEG passive electrode for EOG and references (6 in number) (Figure 2b) |
| EEG active electrode | Olimex | EEG-AE | EEG active electrode (10 in number) (Figure 2b) |
| Computer with PC monitor | Dell | Data processing and visual feedback (Figure 2) | |
| Softwares, EMG electrodes, NMES electrodes, and cables |
References
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