Abstract
मानव में आंदोलन के neuromuscular नियंत्रण के अध्ययन के कई तकनीकों के साथ पूरा किया है। Neuromuscular समारोह की जांच के लिए गैर इनवेसिव तरीकों transcranial चुंबकीय उत्तेजना, विद्युतपेशीलेखन, और तीन आयामी गति पकड़ने में शामिल हैं। आसानी से उपलब्ध है और लागत प्रभावी आभासी वास्तविकता समाधान के आगमन के एक प्रयोगशाला स्थापित करने में "वास्तविक दुनिया" के वातावरण और आंदोलनों पुनः बनाने में शोधकर्ताओं की क्षमताओं का विस्तार किया गया। प्राकृतिक आंदोलन विश्लेषण स्वस्थ व्यक्तियों में मोटर नियंत्रण का एक बड़ा समझ गार्नर, लेकिन यह भी प्रयोगों और विशिष्ट मोटर impairments (जैसे स्ट्रोक) को लक्षित है कि पुनर्वास रणनीति के डिजाइन की अनुमति होगी ही नहीं। इन उपकरणों के संयुक्त उपयोग मोटर नियंत्रण के तंत्रिका तंत्र के तेजी से गहरी समझ को बढ़ावा मिलेगा। इन डाटा अधिग्रहण प्रणाली के संयोजन जब एक महत्वपूर्ण आवश्यकता विभिन्न डेटा धाराओं के बीच ठीक अस्थायी पत्राचार है। टीउसकी प्रोटोकॉल एक multifunctional प्रणाली के समग्र कनेक्टिविटी, intersystem संकेतन, और दर्ज आंकड़ों के अस्थायी तुल्यकालन का वर्णन है। घटक प्रणालियों के तुल्यकालन मुख्य रूप से आसानी से शेल्फ घटकों और न्यूनतम इलेक्ट्रॉनिक्स विधानसभा कौशल के साथ किए गए एक अनुकूलन सर्किट, के उपयोग के माध्यम से पूरा किया है।
Introduction
आभासी वास्तविकता (वीआर) तेजी से मानव गति का अध्ययन सहित अनेक क्षेत्रों में उपयोग के लिए एक सुलभ अनुसंधान उपकरण होता जा रहा है। ऊपरी अंग आंदोलन के अध्ययन के लिए विशेष रूप से वी.आर. शामिल द्वारा लाभान्वित किया गया है। आभासी वास्तविकता हाथ आंदोलन नियंत्रण के विशिष्ट विज्ञान सम्बन्धी और गतिशील सुविधाओं की जांच करने के लिए बनाया गया प्रयोगात्मक मापदंडों का तेजी से अनुकूलन के लिए परमिट। इन मानकों को व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक विषय के लिए समायोजित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, आभासी लक्ष्यों के स्थानों विषयों भर में समान प्रारंभिक हाथ आसन सुनिश्चित करने के लिए बढ़ाया जा सकता है। 5 - आभासी वास्तविकता भी visuomotor अनुसंधान 1 में एक अमूल्य उपकरण है जो प्रयोगों के दौरान दृश्य प्रतिक्रिया के हेरफेर की अनुमति देता है।
अन्य बायोमैकेनिकल उपकरणों के साथ यथार्थवादी वी.आर. वातावरण का उपयोग भी आंदोलन पैटर्न का परीक्षण करने में जो प्राकृतिक आंदोलन परिदृश्यों की अनुमति होगी। इस व्यवस्था के लिए तेजी से मूल्यवान होता जा रहा हैअध्ययन और बीमारी और चोट 6,7 के बाद पुनर्वास का अभ्यास। एक नैदानिक सेटिंग में (एक आभासी रसोई घर में आंदोलनों प्रदर्शन उदाहरण के लिए) की नक़ल करना प्राकृतिक आंदोलनों और वातावरण अधिक ठीक एक वास्तविक दुनिया के संदर्भ में एक व्यक्ति की क्षति का वर्णन करने के लिए पुनर्वास विशेषज्ञों सक्षम हो जाएगा। काफी व्यक्तिगत हानि विवरण के संभावित प्रभावकारिता में वृद्धि और पुनर्वास की अवधि को कम करने, और अधिक ध्यान केंद्रित उपचार रणनीतियों के लिए अनुमति देगा।
ऐसे transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस), सतह विद्युतपेशीलेखन (ईएमजी), और पूरे शरीर की गति पकड़ने के रूप में अन्य उपकरणों के साथ वी.आर. का मेल है, मनुष्यों में आंदोलन के neuromuscular नियंत्रण के अध्ययन के लिए एक अत्यंत शक्तिशाली और लचीला मंच बनाता है। Transcranial चुंबकीय उत्तेजना ईएमजी respons के माध्यम से (जैसे corticospinal पथ) मोटर रास्ते उतरते के excitability और कार्यात्मक अखंडता को मापने का एक शक्तिशाली गैर इनवेसिव विधि हैऐसे मोटर के रूप में तों क्षमता (एमईपी) 8 पैदा की। आधुनिक तीन आयामी गति पकड़ने सिस्टम भी है, जिसके परिणामस्वरूप आंदोलन कीनेमेटीक्स और गतिशीलता के साथ एक साथ neuromuscular गतिविधि का अध्ययन करने के लिए सक्षम शोधकर्ताओं। यह musculoskeletal प्रणाली के अत्यंत विस्तृत मॉडल के निर्माण के साथ ही तंत्रिका नियंत्रकों की संरचना और समारोह के बारे में परिकल्पना के परीक्षण के लिए परमिट। इन अध्ययनों से मानव ज्ञानेन्द्रिय प्रणाली के हमारे वैज्ञानिक ज्ञान का विस्तार और musculoskeletal और मस्तिष्क संबंधी बीमारियों के इलाज में सुधार को बढ़ावा मिलेगा।
हालांकि, बहुआयामी सिस्टम के साथ एक बड़ी समस्या अलग से दर्ज डेटा धाराओं (जैसे गति पकड़ने, ईएमजी, आदि) के तुल्यकालन है। इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य एक साथ आंदोलन के दौरान बायोमैकेनिकल और शारीरिक माप रिकॉर्ड करने के लिए आम व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिस्टम की एक generalizable व्यवस्था का वर्णन करने के लिए है। से उपकरणों का उपयोग अन्य जांचकर्ताओंविभिन्न निर्माताओं को उनकी विशिष्ट जरूरतों को फिट करने के लिए इस प्रोटोकॉल के तत्वों को बदलने के लिए हो सकता है। हालांकि, इस प्रोटोकॉल से सामान्य सिद्धांतों अभी भी लागू किया जाना चाहिए।
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Protocol
प्रयोग में शामिल सभी प्रतिभागियों को पश्चिम वर्जीनिया विश्वविद्यालय संस्थागत समीक्षा बोर्ड (आईआरबी) ने मंजूरी दे दी सूचित सहमति प्रक्रियाओं से गुजरना।
1. समग्र प्रणाली के लक्षण, डिजाइन, और जनरल प्रयोगात्मक कार्य
नोट: पूरा सेटअप निम्न प्रमुख घटकों के शामिल है: ईएमजी उपकरण और डिजिटल अधिग्रहण (DAQ) उपकरण जुड़े; एक गति पकड़ने प्रणाली (इस प्रोटोकॉल एक सक्रिय एलईडी प्रणाली शामिल); एक आंकड़ा के-आठ कुंडल और stereotaxic स्थानीयकरण उपकरणों के साथ एक टीएमएस इकाई; एक वी.आर. हेडसेट और संबद्ध कंप्यूटर और सॉफ्टवेयर; और एक कस्टम तुल्यकालन सर्किट। चित्रा 1 रेखाचित्र प्रोटोकॉल घटकों के बीच कनेक्टिविटी की रूपरेखा।
- प्रणाली घटकों के कनेक्शन
- मुख्य एम्पलीफायर को ईएमजी पूर्व एम्पलीफायर कनेक्ट करें।
- BNC या इसी तरह के कनेक्शन का उपयोग कर उपकरण इनपुट ब्लॉक रिकॉर्डिंग DAQ के लिए ईएमजी एम्पलीफायर के उत्पादन में कनेक्टमाहौल।
- एक डाटा अधिग्रहण लिपि (अनुपूरक फाइल) पर अमल करेंगे कि समर्पित कंप्यूटर के लिए DAQ रिकॉर्डिंग उपकरण कनेक्ट करें।
- कस्टम सर्किट यूनिट (विवरण के लिए अगले अनुभाग देखें) के लिए वी.आर. नियंत्रण कंप्यूटर समानांतर उत्पादन कनेक्ट करें।
- तुल्यकालन और ईएमजी संकेत कनेक्शन के साथ-साथ DAQ रिकॉर्डिंग ब्लॉक करने के लिए कस्टम सर्किट से outputs ट्रिगर गति पकड़ने कनेक्ट करें।
- विभाजन के प्रस्ताव पर कब्जा ट्रिगर ईएमजी DAQ उपकरण पर "एनालॉग इनपुट प्रारंभ" बंदरगाह के रूप में अच्छी तरह से गति पकड़ने उपकरण को नियंत्रित करता है कि कंप्यूटर पर ट्रिगर कनेक्शन से कनेक्ट करने और।
नोट: वर्णित उपकरण (गति पकड़ने और ईएमजी) के लिए संबंधित डाटा अधिग्रहण धाराओं की शुरुआत के बीच अस्थायी अंतर 160-190 मिसे से लेकर कर सकते हैं। यह अस्थायी अंतर इस प्रोटोकॉल में वर्णित तुल्यकालन सर्किट के डिजाइन से प्रेरित है और संभावना है कि इन दोनों प्रणालियों के बीच सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर मतभेद के कारण होता है। <ली> कनेक्ट टीएमएस टीएमएस नियंत्रण इकाई पर इनपुट ट्रिगर BNC करने के लिए कस्टम सर्किट इकाई पर बंदरगाह ट्रिगर।
- विक्रेता-प्रदान की सॉफ्टवेयर और भौतिक नेटवर्क कनेक्शन का उपयोग कर वी.आर. और गति पकड़ने कंप्यूटर के बीच नेटवर्क कनेक्टिविटी स्थापित करना।
- वी.आर. कंप्यूटर के लिए वी.आर. हेडसेट कनेक्ट और किसी भी स्क्रिप्ट / प्रतिभागियों के लिए आभासी वातावरण प्रदर्शित करने वाले कार्यक्रमों के साथ परिचालन किया जाता है।
चित्रा 1:। पूरे सेटअप की कनेक्टिविटी इस लेआउट हमारी प्रणाली के तत्वों के बीच सामान्य कनेक्टिविटी का वर्णन है। तुल्यकालन सर्किट में अधिक विस्तार से पाठ में कहीं वर्णित है। नीले रंग का पता लगाने के प्रस्ताव पर कब्जा और ईएमजी डेटा धाराओं दोनों शुरू होता है कि संकेत से मेल खाती है। इस घटना को इस प्रोटोकॉल में वर्णित उपकरणों का उपयोग करने के लिए ऊपर 190 मिसे के अस्थायी देरी का स्रोत है। लाल निशान वी.आर.-शुरू synchronizat से मेल खाती हैसमन्वित रूप से गति पकड़ने और ईएमजी सिस्टम के द्वारा दर्ज की गई और बाद में संबंधित डेटा धाराओं के अस्थायी संरेखण के लिए प्रयोग किया जाता है कि आयन घटना। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
सिस्टम इंटीग्रेशन और तुल्यकालन के 2. सामान्य विवरण
नोट: इस प्रोटोकॉल में अलग डाटा अधिग्रहण प्रणाली (गति पकड़ने और ईएमजी) के तुल्यकालन सभी रिकॉर्डिंग धाराओं के लिए आम है कि एक घटना के संकेत के उपयोग के माध्यम से पूरा किया है। एक आम घटना का उपयोग करना, संकेतों के सभी अस्थायी डेटा संग्रह (इस प्रोटोकॉल में उपकरण का उपयोग कर ऊपर की ओर 190 मिसे के) वास्तविक समय रिकॉर्डिंग विसंगतियों को कम करने के बाद पुनः संगठित किया जा सकता है। इस प्रोटोकॉल में, आम संकेत एक समानांतर बंदरगाह संकेत के रूप में वी.आर. प्रणाली से निकलती है। आम संकेत अलग डेटा के तुल्यकालन परमिट कि एक सर्किट से कराई हैईएमजी संकेतों के साथ प्रत्यक्ष रिकॉर्डिंग के माध्यम से और साथ ही साथ एलईडी एक प्रस्ताव पर कब्जा बंद करके धाराओं। सर्किट इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए बुनियादी उपकरणों और तकनीकों का उपयोग करते हुए निर्माण किया है, सर्किट के समान कहीं और 9 का वर्णन किया।
- डिजाइन, लेआउट, और तुल्यकालन सर्किट का निर्माण
- उपकरण नियंत्रण इकाइयों पर किसी भी अनुरूप टीटीएल आधारित ट्रिगर तंत्र (जैसे टीएमएस, गति पकड़ने) को पहचानें और इस तरह टीटीएल नाड़ी दिशा (सकारात्मक / नकारात्मक) और आयाम के रूप में ट्रिगर आवश्यकताओं से परिचित हो जाते हैं। एनालॉग ट्रिगर तंत्र अक्सर जोड़ने के घटकों सरल बनाने कि आम "BNC" समाक्षीय connectors के पास है।
- संकेत तुल्यकालन के लिए प्रयोग की जाने वाली गति पकड़ने प्रणाली के लिए एलईडी एक अतिरिक्त जोड़ें; मार्ग तुल्यकालन सर्किट के माध्यम से नेतृत्व के तारों (चित्रा 3)।
- (यानी प्रतिरोध, समाई) तूर के लिए आवश्यक बिजली के घटक मानकों का निर्धारणn समय की एक विशेष राशि के लिए एलईडी तुल्यकालन बंद। टी = 1.1 * R1 * C1: सर्किट के सिंक्रनाइज़ किए जा रहे एलईडी समीकरण द्वारा बंद कर दिया है कि समय की राशि का पता लगाएं। इस बार एक प्रायोगिक आंदोलन की औसत अवधि की तुलना में कम होने का सुझाव दिया है। उदाहरण के लिए, वर्तमान में वर्णित प्रयोग क्रमश: लगभग एक megaohm और एक microfarad, पर मूल्यांकन एक अवरोध और संधारित्र की आवश्यकता है।
- 3 चित्र में दिखाया योजनाबद्ध के बाद एक मुद्रित "protoyping" या "परियोजना" सर्किट बोर्ड को विद्युत उपकरणों पालन करने के लिए एक टांका लोहे का उपयोग एक सामान्य रूप से उपलब्ध प्लास्टिक "परियोजना" बॉक्स में इस सर्किट संलग्न करें। यह संभावना BNC connectors के लिए इस बॉक्स में छेद ड्रिल करने के लिए आवश्यक हो जाएगा। सर्किट आसानी से एक डेस्कटॉप कंप्यूटर से 5 वी यूएसबी बिजली द्वारा संचालित किया जा सकता है; यह शक्ति और जमीन तारों को अलग-थलग करने के लिए एक यूएसबी केबल deconstruct करने के लिए आवश्यक हो जाएगा। बाईपास capacitors भी 555 करने की शक्ति को विनियमित करने के लिए आवश्यक हो सकता हैचिप (नहीं 3 चित्र में दिखाया गया है)।
- बिजली के घटकों के बीच किसी भी अनायास ही मिलाप पुलों के लिए सर्किट बोर्ड का निरीक्षण किया। पाया गया है, एक सक्शन उपकरण के साथ मिलाप हटाने या मिलाप गर्मी और यंत्रवत् ब्रिजिंग कनेक्शन हटा दें।
चित्रा 2:। ट्रायल फ़्लोचार्ट इस फ़्लोचार्ट टीएमएस उत्तेजना भी शामिल है कि एक विशिष्ट प्रायोगिक परीक्षण के दौरान होने वाले प्रोत्साहन और संकेत घटनाओं की रूपरेखा। एक परीक्षण के दौरान होती है कि समानांतर बंदरगाह कोड DB25 योजनाबद्ध प्रतीकों (हल्का नीला) में दिखाया गया है।
- तुल्यकालन विवरण
- इसी तरह की एक फ़्लोचार्ट का उपयोग करना, चित्रा 2 उपकरणों की व्यक्तिगत टुकड़े एक प्रयोगात्मक आंदोलन के दौरान शुरू हो जाना चाहिए जब यह निर्धारित करने के लिए। दूसरों को एक साथ शुरू किया जा सकता है, जबकि उदाहरण के लिए, कुछ उपकरण व्यक्तिगत रूप से शुरू किया जा सकता है। ट्रिगर या (चित्रा 2 में जैसे नीले समानांतर बंदरगाह प्रतीकों) संकेत की आवश्यकता होती है उस समय बिंदुओं पर, समानांतर बंदरगाहों का उपयोग करें और वी.आर. प्रणाली में उन्हें शामिल करने के लिए लाइनों का संकेत है, जो निर्धारित करते हैं। यह आंदोलनों के दौरान निर्दिष्ट समय पर समानांतर बंदरगाह के लिए एक बाइनरी अंकों का प्रतिनिधित्व प्रत्येक लाइन संख्यात्मक मूल्यों भेजने के द्वारा पूरा किया है। समानांतर बंदरगाह आधारित संकेतन के बारे में अधिक जानकारी के लिए, चर्चा के लिए कृपया देखें।
चित्रा 3:। तुल्यकालन सर्किट यह योजनाबद्ध हमारे कस्टम तुल्यकालन सर्किट के लेआउट को प्रदर्शित करता है। नंद गेट के तयशुदा उत्पादन एक उच्च वोल्टेज राज्य है; इस वोल्टेज उत्पादन सिंक एलईडी सर्किट कराई है जिसके माध्यम से एक ट्रांजिस्टर के गेट के लिए भेजा है। यह डिफ़ॉल्ट राज्य सर्किट प्रकाशित एक राज्य में एलईडी रखता है, जो बंद हो प्रदान करता है। एक सिंक trigge प्राप्त करने परआर समानांतर बंदरगाह संकेत (इनसेट में लाल ट्रेस), 555 डिवाइस के एक आंतरिक स्थिति एलईडी (नीला ट्रेस) बंद, एक उच्च राज्य में उत्पादन प्रतिपादन फ़्लिप किया है। जब ऐसा होता है, सी 1 (हरी ट्रेस) पर वोल्टेज एलईडी फिर सक्रिय, 555 की आंतरिक स्थिति को रीसेट करता है कि एक वोल्टेज को मजबूत बनाता है। समानांतर बंदरगाह सिंक ट्रिगर संकेत भी सीधे टीएमएस इनपुट ट्रिगर बंदरगाह से जुड़ा है कि एक BNC संबंधक से कराई है। नोट: इस ट्रिगर संकेत की दिशा एक अन्वेषक के विशिष्ट उपकरणों की आवश्यकताओं पर निर्भर करता है (positive- से जा रही नकारात्मक या उपाध्यक्ष प्रतिकूल) उलट होना पड़ सकता है। आसानी से इस कार्य को पूरा होगा इस ट्रिगर उत्पादन पर एक "इन्वर्टर" चिप के अलावा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
3. प्रायोगिक प्रक्रिया
- सुरक्षा प्रक्रियाओं और सूचित सहमति
- Ensuकि सभी प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं फिर से एक संस्थागत समीक्षा बोर्ड (आईआरबी) द्वारा अनुमोदित कर रहे हैं। प्रतिभागियों के लिए सभी प्रक्रियाओं के बारे में बताएं और आईआरबी के दस्तावेज़ को मंजूरी दे दी साथ सूचित सहमति हासिल।
- सूचित सहमति प्राप्त करने के बाद, वे टिनिटस, मिर्गी या दौरे, या जब्ती का ऊंचा जोखिम के साथ अन्य शर्तों के एक परिवार के इतिहास नहीं है सुनिश्चित करने के लिए प्रतिभागियों के साथ एक बुनियादी टीएमएस सुरक्षा स्क्रीनिंग का आयोजन करेगा।
- टीएमएस उत्तेजना के दौरान सख्ती से क्षति सुनवाई रोकने के लिए सुरक्षात्मक इयरप्लग के उपयोग की आवश्यकता है।
- Electromyography संग्रह
- ईएमजी संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए हाथ की मांसपेशियों, जिसमें से एक पाठक का अध्ययन के वैज्ञानिक लक्ष्यों पर निर्भर करता है, का निर्धारण। इस प्रोटोकॉल में वर्णित अध्ययन के लिए, torques कंधे पर उत्पन्न होता है और आंदोलन के दौरान कोहनी की जांच की गई। इस प्रकार, ईएमजी संकेतों दर्ज की गई ऐसी तिकोना के रूप में, इन दो जोड़ों पर कार्य करने वाले प्रमुख सतही मांसपेशियों से थे, वक्षपेशी, मछलियां, triceps, और brachioradialis।
- मिलान कनेक्टर्स जोड़ने के द्वारा निर्माता विनिर्देशों के अनुसार एम्पलीफायरों, preamplifiers, सेंसर तार, और सेंसर पैड सहित विभिन्न ईएमजी उपकरण के बीच सभी आवश्यक बिजली के कनेक्शन बनाओ।
- हल्के से, एक शराब झाड़ू के साथ सफाई एक रेजर के साथ किसी भी अत्यधिक बाल हटाने के द्वारा और एक हल्के घर्षण जेल लगाने से प्रत्येक इलेक्ट्रोड साइट तैयार करें। उचित साइट तैयारी सुसंगत और कम इलेक्ट्रोड करने वाली त्वचा प्रतिबाधा मूल्यों (<10 Kohms) और दर्ज ईएमजी संकेतों के उच्च संकेत करने वाली शोर अनुपात सुनिश्चित करेगा।
- विषयों स्वीकार किए जाते हैं संरचनात्मक और biomechanical वर्णन 10 के आधार पर ब्याज की व्यक्ति की मांसपेशियों को अलग-थलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया सममितीय संकुचन प्रदर्शन करते हैं। उदाहरण के लिए, कोहनी की एक लगाया विस्तार का विरोध करने के लिए भागीदार पूछना, मछलियां अलग करने के लिए।
- विषयों मांसपेशियों-अलग संकुचन प्रदर्शन होने के बाद, बड़ी से बड़ी, केंद्रीय porti से अधिक अंतर द्विध्रुवी ईएमजी इलेक्ट्रोड प्रत्ययपर, या स्वीकार स्थानों पर 11 प्रत्येक पेशी के "पेट",। यह मांसपेशियों के फाइबर की एक अधिकतम संख्या की कवरेज सुनिश्चित करता है और पड़ोसी की मांसपेशियों के बीच "crosstalk" कम करता है। , मांसपेशियों के साथ द्विध्रुवी इलेक्ट्रोड 'सबसे लंबे समय तक कुल्हाड़ियों संरेखित फाइबर के समानांतर करने के लिए सुनिश्चित करें।
- (जैसे C7 बांस पर त्वचा) उपकरण विनिर्देशों के अनुसार ईएमजी जमीन इलेक्ट्रोड प्रत्यय।
- रिकार्ड के लिए एक कस्टम कंप्यूटर स्क्रिप्ट के द्वारा नियंत्रित DAQ उपकरण के माध्यम से ईएमजी संकेतों प्रवर्धित। वर्तमान प्रोटोकॉल में इस्तेमाल स्क्रिप्ट एक अनुपूरक फ़ाइल के रूप में जुड़ा हुआ है।
- ईएमजी preamplifier पर नंबर डायल ले जाकर वांछित स्तर तक दर्ज की गई संकेतों के लिए लागू लाभ समायोजित करें। रिकॉर्डिंग उपकरण (आमतौर पर 5 वी) की निवेश सीमा को पार करने के संकेतों को दर्ज की गई है कारण है कि लाभ मूल्यों से बचें। आम ईएमजी लाभ मूल्यों 1,000-4,000 के बीच हैं।
- कदम 3.2.4 में प्रदर्शन उन लोगों के लिए समान सममितीय संकुचन प्रदर्शन और नेत्रहीन ईएमजी Signa का निरीक्षणरास वे उच्च गुणवत्ता (यानी उच्च संकेत करने वाली शोर अनुपात) के हैं कि यह सुनिश्चित करने के लिए। इलेक्ट्रोड का स्थान और यदि आवश्यक हो तो संकेत लाभ बदल जाते हैं।
- मोशन कैप्चर सिस्टम तैयारी
- निर्माता के निर्देशों के अनुसार विक्रेता-आपूर्ति निर्देशों और उपकरणों का उपयोग ट्रैकिंग गति कैमरों जांचना।
- , टेप और अन्य सामग्री लपेटकर का उपयोग कर हाथ और biomechanical मॉडलों के निर्माण में इस्तेमाल हित के अन्य संरचनात्मक अंक के जोड़ों के पास बोनी स्थलों के सक्रिय नेतृत्व में सेंसर देते हैं: तर्जनी, रेडियल और ulnar styloid प्रक्रियाओं के बाहर का जत्था कलाई पर , कंधे, sternoclavicular पायदान, असिरूप प्रक्रिया, और C7 की spinous प्रक्रिया की कोहनी, coracoid और अंसकूट प्रक्रियाओं पर कूर्पर प्रक्रिया। आभासी वातावरण में दृष्टिकोण स्थापित करने के लिए वी.आर. हेडसेट करने के लिए एलईडी एक और संलग्न।
- वायरलेस चालक इकाई से जुड़ा हुआ है कि एक तारों दोहन करने के लिए एलईडी प्रत्येक कनेक्ट करें। चालक संयुक्त राष्ट्र को चालू करेंयह सब एल ई डी के समुचित रोशनी सुनिश्चित करने और।
- विषय से दूर एक सुविधाजनक स्थान में एलईडी तुल्यकालन स्थिति है, लेकिन कैमरे के स्पष्ट देखने के भीतर।
- Transcranial चुंबकीय उत्तेजना Stereotaxic स्थानीयकरण
- सटीक तार प्लेसमेंट के लिए अनुमति देने के लिए, टीएमएस पंजीकरण 12 के लिए डिज़ाइन किया गया हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर जांचना। यह आम तौर पर इस तरह के nasion, preauricular अंक, और नाक टिप के रूप में संरचनात्मक स्थलों के साथ सह पंजीकरण के टीएमएस कॉयल शामिल है। एक भागीदार और उत्तेजना का तार के बीच stereotaxic पंजीकरण लगातार उत्तेजना स्थानीयकरण का अभिन्न अंग है।
- एमईपी गर्म स्थान स्थानीयकरण और एमईपी थ्रेसहोल्ड Pprocedures
- उत्तेजना 8,13,14 पर निम्नतम सीमा के साथ सबसे बड़ी आयाम MEPs के उत्पादन है कि कोर्टेक्स की टीएमएस के प्रति संवेदनशील क्षेत्रों का पता लगाने के लिए तथाकथित 'हॉट-स्पॉट' तकनीक का प्रदर्शन। आम तौर पर मोटर सिस्टम के अध्ययन के लिए transcranial चुंबकीय उत्तेजनाएक विशिष्ट शरीर के हिस्से में आंदोलन को नियंत्रित करता है कि एक cortical क्षेत्र (जैसे बांह और हाथ) 15 उत्तेजक शामिल है।
- Calibrated stereotaxic पंजीकरण उपकरण और संबंधित सॉफ्टवेयर के साथ प्रतिभागियों को सिर पर किसी भी आदर्श उत्तेजना साइटों के स्थान रिकॉर्ड। प्रत्येक स्थान सॉफ्टवेयर के साथ दर्ज की गई है, के बाद इसी तरह के एमईपी प्रतिक्रिया के लिए देख रहे हैं, जगह स्थानांतरित करने और फिर प्रेरक द्वारा अपनी सटीकता सुनिश्चित करते हैं।
- आभासी वास्तविकता में व्यवहार कार्य
- प्रयोग में इस्तेमाल किया जा रहा व्यवहार कार्य (जैसे तक पहुँचने आंदोलनों) के मापदंडों के डिजाइन। वर्तमान अध्ययन में, काम के लिए विभिन्न स्थानिक स्थानों में क्रमिक रूप से रखा आभासी लक्ष्य तक पहुँचने के लिए है। लक्ष्य का आकार प्रतिभागियों को स्थानांतरित सटीकता के साथ जो परिभाषित करता है। प्रतिभागियों लक्ष्यों तक पहुँचने के लिए के रूप में अलग-अलग दिशाओं और संयुक्त torques के परिमाण पैदा कर रहे हैं कि इस तरह के आंदोलनों डिजाइन।
- सेटअप गाइड है कि वी.आर. पर्यावरणनिर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार हेडसेट और गति ट्रैकिंग सिस्टम के साथ संगत है कि वाणिज्यिक वी.आर. सॉफ्टवेयर का उपयोग कर व्यवहार कार्य के माध्यम से विषयों। सॉफ्टवेयर पैकेज के लिए आवश्यक कम्प्यूटेशनल संसाधनों और प्रोग्रामिंग भाषा आवश्यकताओं से परिचित हो। आम वी.आर. सॉफ्टवेयर संकुल अजगर, सी ++, सी #, और अन्य लोगों सहित भाषाओं के साथ प्रोग्राम किया जा करने की क्षमता है। इसके अतिरिक्त, इस कार्यक्रम के अनुरूप तुल्यकालन के लिए समानांतर पोर्ट के माध्यम से outputs और हित के विशिष्ट घटनाओं का अंकन (चित्रा 2)। वर्तमान प्रयोग में, वी.आर. सॉफ्टवेयर कार्य के प्रत्येक पुनरावृत्ति के शुरू में और इच्छित टीएमएस उत्तेजना के समय पर घटनाओं outputs।
- तुल्यकालन सर्किट (चित्रा 3) और / या मिलान कनेक्टर्स के साथ केबल का उपयोग सिंक्रनाइज़ करने के लिए अन्य उपकरणों के लिए वी.आर. उत्पादन कनेक्ट।
- वी.आर. व्यवहार कार्य को करने के लिए विषयों का निर्देश दें। वर्तमान अध्ययन में, वी.आर. माहौल थाप्रतिभागियों गोलाकार लक्ष्यों की सरणियों देखी, जिसमें एक सिर पर चढ़कर प्रदर्शन का उपयोग कर प्रस्तुत किया। वी.आर. सॉफ्टवेयर का उपयोग करना, इस कार्यक्रम के विशिष्ट आंदोलन (आदि रंग, स्थान,) लक्ष्यों की उपस्थिति बदलकर दृश्यों और इन कार्यों के साथ प्रतिभागियों को परिचित। इसके अतिरिक्त किसी अन्य वांछित आंदोलन की कमी के प्रतिभागियों को सूचित करें। उदाहरण के लिए, वर्तमान अध्ययन में प्रतिभागियों लक्ष्यों तक पहुँचने के लिए है, जबकि आंदोलन के एक ऊर्ध्वाधर विमान के भीतर सभी हाथ खंडों रखने के लिए कहा गया था।
- प्रतिभागियों को प्रयोगात्मक आंदोलनों, रिकॉर्ड ईएमजी और गति पकड़ने डेटा के आदी है, और कस्टम स्क्रिप्ट या विक्रेता की आपूर्ति सॉफ्टवेयर संकुल का उपयोग संकेतों सिंक्रनाइज़ कर रहे हैं एक बार। वांछित मूल्यों को प्रत्येक डाटा अधिग्रहण प्रणाली का नमूना दर को समायोजित करें; इसके अतिरिक्त के साथ परिचित हो जाते हैं और इस तरह के प्रस्ताव पर नज़र रखने के रूप में किसी भी निर्माता-विशिष्ट मानदंडों तीव्रता एलईडी समायोजित।
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Representative Results
इस सेटअप में कई डेटा धाराओं के तुल्यकालन एक ऊपरी अंग के आंदोलनों के दौरान होने वाले कीनेमेटीक्स, निरंतर मांसपेशियों गतिविधि (ईएमजी), और तात्कालिक neuromuscular गतिविधि (एमईपी) को रिकॉर्ड करने की अनुमति देता है। एक दिया आंदोलन का दोहराया परीक्षण एक पूरे आंदोलन पर एमईपी प्रतिक्रिया प्रोफाइल को फिर से संगठित करने के लिए आवश्यक हैं। एक से एकत्र 4 दिखाता डेटा चित्रा विषय। चित्रा -4 ए इसी तुल्यकालन संकेतों और घटनाओं के साथ एक एकल परीक्षण के दौरान इन डेटा धाराओं का एक उदाहरण से पता चलता है। तुल्यकालन घटना के संबंध में संकेतों के टेम्पोरल संरेखण संकेत विश्लेषण सॉफ्टवेयर (संकेतों एक आम अस्थायी लंगर के रूप में तुल्यकालन घटना का उपयोग कर समय में "स्थानांतरित कर रहे हैं") का उपयोग कर एक साधारण पोस्ट अस्थायी प्रक्रिया है। संकेत तो समय-सामान्यीकृत प्रत्येक आंदोलन परीक्षण की अवधि के द्वारा किया जा सकता है। तुल्यकालन के बिना, ईएमजी और गति पकड़ने डेटा धाराओं जीआर के रूप में एक अस्थायी विसंगति हो सकता है160-190 मिसे के रूप में खाते हैं। लेकिन, इसके अलावा तुल्यकालन के उपयोग के द्वारा व्यापक रूप से टीटीएल सिगनल इस्तेमाल करने के लिए, उपयोगकर्ताओं को अपने संकेतों (इस उदाहरण में लगभग एक मिसे) के नमूने आवृत्तियों की सीमा के लिए डेटा धाराओं के बीच अस्थायी त्रुटियों को कम करने की उम्मीद करनी चाहिए। चित्रा 4 बी औसत कोणीय कीनेमेटीक्स और गतिशीलता से पता चलता है एक भी आंदोलन के लिए 24 परीक्षण के पार, एक ही आंदोलनों के दौरान टीएमएस बिना परीक्षणों से मछलियां ईएमजी प्रोफ़ाइल के लंबे समय सिर, और एक ही लक्ष्य के लिए आंदोलन के दौरान एकल पल्स टीएमएस के साथ परीक्षणों से इसी खंगाला एमईपी प्रोफाइल।
चित्रा 4:। ईएमजी और गति पकड़ने के संरेखण एक प्रायोगिक परीक्षण के दौरान दर्ज की गई हैं कि (ए) प्रतिनिधि संकेतों चार्ट के बाएँ स्तंभ में प्रदर्शित कर रहे हैं। नीले और लाल हलकों दो separat द्वारा दर्ज एक ही वी.आर. जनित तुल्यकालन घटना के अनुरूप(काला लाइन विभाजित करके सचित्र) उपकरण के ई टुकड़े। ये समय अंक और संबंधित डेटा बाद अस्थायी कस्टम सॉफ्टवेयर का उपयोग गठबंधन कर रहे हैं। इन दो समय बिंदुओं के बीच के अंतर को ऊपर की ओर इस प्रोटोकॉल में वर्णित उपकरणों का उपयोग करते समय का उपयोग कर 190 मिसे के हो सकते हैं; विभिन्न उपकरणों का उपयोग अन्य जांचकर्ताओं विभिन्न देरी अनुभव हो सकता है। लौकिक संरेखण के बाद (बी), डेटा शारीरिक, विज्ञान सम्बन्धी, और एक आंदोलन के गतिशील विशेषताओं का वर्णन करने के लिए बनाया जा सकता है औसत। इन आंकड़ों से ही आंदोलन की 24 परीक्षणों का प्रतिनिधित्व करते हैं; Bicep MEPs के ग्राफ पर सलाखों और अन्य रेखांकन पर छायांकित क्षेत्रों मानक विचलन प्रतिनिधित्व करते हैं। इन आंकड़ों बाद में पेशी गतिविधि और आंदोलन कीनेमेटीक्स और गतिशीलता के लिए सम्मान के साथ संभावित उतरते मोटर नियंत्रण संकेतों का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
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Discussion
इस लेख का उद्देश्य मानव गति का अध्ययन और विभिन्न डेटा धाराओं सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक विधि में वी.आर. शामिल करने के लिए एक विधि का वर्णन करने के लिए है। आभासी वास्तविकता एक प्रयोगशाला स्थापित करने में वास्तविक दुनिया आंदोलन परिदृश्यों विश्राम करने का प्रयास है कि शोधकर्ताओं की क्षमताओं का विस्तार होगा। अन्य न्यूरोमस्कुलर रिकॉर्डिंग और प्रोत्साहन के तरीके के साथ संयोजन वी.आर. व्यापक मानव मोटर नियंत्रण तंत्र के अध्ययन के लिए उपकरणों का एक शक्तिशाली सूट का निर्माण करती है। कुशलता डिजाइन प्रयोगों के दौरान प्राप्त की है, जिसके परिणामस्वरूप बहुआयामी डेटासेट आंदोलन के तंत्रिका नियंत्रण के बारे में हमारी समझ को गहरा कर सकते हैं।
इस प्रणाली के अधिक महत्वपूर्ण सुविधाओं में से एक आम वी.आर. जनित घटनाओं के साथ electrophysiological और गति पकड़ने डेटा धाराओं सिंक्रनाइज़ करने की क्षमता है। इस प्रोटोकॉल में वर्णित कस्टम सर्किट अन्य विस्तार के अद्वितीय जरूरतों को पूरा करने के लिए परिवर्तित किया जा सकता है कि एक लचीला, लागत प्रभावी नींव के रूप में कार्य करता हैअन्य क्षेत्रों 9 में समाधान करने के लिए इसी तरह की erimental मानदंड और उपकरण,। आम तुल्यकालन घटना हमारे वी.आर. सॉफ्टवेयर चल रही है कि कंप्यूटर से निकलती है कि एक समानांतर उत्पादन आदेश है। एक मानक समानांतर इंटरफ़ेस का लाभ अपनी सादगी, गति, और लचीलापन हैं। एक समानांतर इंटरफ़ेस के भीतर 2 से 7 2 0 से एक बाइनरी अंकों का प्रतिनिधित्व आठ स्वतंत्र डेटा लाइनों, प्रत्येक देखते हैं; इन अंकों का योग 255 संबंधित डेटा लाइनों में से प्रत्येक कई प्रणालियों के साथ इंटरफेस करने के लिए अलग-अलग और एक साथ ट्रिगर संकेत के रूप में उपयोग किया जा सकता 0 से संख्या की एक श्रृंखला बराबर कर सकते हैं। ये ट्रिगर संकेतों सामान्यतः टीटीएल संकेतों या दालों के रूप में भेजा आमतौर पर साधारण वर्ग तरंग वोल्टेज का संकेत कर रहे हैं।
एक आंदोलन के परीक्षण के दौरान, आम तुल्यकालन घटना एक आभासी वातावरण में एक प्रतिभागी के स्थान पर आधारित शुरू की है एक अवरक्त एलईडी आधारित गति पकड़ने प्रणाली का उपयोग पर नज़र रखी। तुल्यकालनहमारे वी.आर. सॉफ्टवेयर से घटना संकेत (टीटीएल) के साथ-साथ हमारे ईएमजी डेटा और गति पकड़ने धाराओं (चित्रा 3) के लिए वी.आर. तुल्यकालन घटना संचारित करने के लिए बनाया गया है जो कस्टम सर्किट से कराई है। ईएमजी सिस्टम चल रहे मांसपेशियों की गतिविधियों के साथ टीटीएल पल्स रिकॉर्ड। वी.आर. संकेत भी गति पकड़ने प्रणाली से एक एलईडी के लिए बिजली की आपूर्ति को नियंत्रित करता है, जो सर्किट के सक्रिय भाग के माध्यम से कराई है। टीटीएल पल्स प्राप्त करने पर, फिर से कराई एलईडी समय की एक छोटी अवधि के लिए बंद कर दिया है। इस घटना को गति पकड़ने प्रणाली द्वारा दर्ज की गई और ईएमजी प्रणाली द्वारा दर्ज की गई टीटीएल नाड़ी के साथ अस्थायी तुल्यकालिक है। इस घटना के बाद में विश्लेषण के लिए संकेतों के लिए पंक्ति में इस्तेमाल किया जा सकता है।
(योजनाबद्ध 3 चित्र में दिखाया गया है) सर्किट के सक्रिय भाग मुख्य रूप से आमतौर पर एक "555 टाइमर सर्किट" 16 के रूप में जाना एक विशेष एकीकृत सर्किट (आईसी) या "चिप" पर आधारित है। 555 का उत्पादनसमय सर्किट (सामान्य रूप से एक कम वोल्टेज) यूएसबी शक्ति द्वारा प्रदान की एक निरंतर वोल्टेज के साथ-साथ एक नंद (नकार दिया और) गेट में प्रवेश करती है। एक नंद गेट दो आदानों उच्च (जैसे रेल वोल्टेज) कर रहे हैं जब एक कम मूल्य (यानी 0V) outputs कि एक बिजली के तर्क घटक है। चित्रा 3 में इनसेट एक तुल्यकालन घटना संकेत प्राप्त करने पर हमारे सर्किट के आपरेशन का विवरण। सर्किट एलईडी बंद हो जाती है कि अवधि R1 और सी 1 के लिए इस्तेमाल किया मूल्यों पर निर्भर करता है, और समीकरण से पाया जाता है: टी = 1.1 * R1 * C1। एक megaohm और एक microfarad की वर्तमान में वर्णित प्रयोग आवश्यक प्रतिरोध और समाई मूल्यों, क्रमशः, एक ठेठ आंदोलन (इस डिजाइन के लिए लगभग एक सेकंड) की अवधि की तुलना में कम तुल्यकालन प्रकाश निष्क्रियता का उत्पादन करने के लिए।
तुल्यकालन के लिए मौजूदा प्रोटोकॉल की विधि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध विकल्पों पर कई फायदे हैं। इसकी एक के लिए सर्किट घटकों और आवश्यक उपकरणssembly न्यूनतम लागत 9 के लिए बिजली के घटक आपूर्तिकर्ताओं में आसानी से उपलब्ध हैं। इसके अतिरिक्त, तुल्यकालन के लिए एक सरल हार्डवेयर आधारित समाधान और अधिक आसानी से प्रयोगकर्ताओं के लिए अनुमति देता प्रायोगिक सत्र के दौरान उत्पन्न हो सकने वाली समस्याओं डिबग। अंत में, काफी सर्वव्यापक टीटीएल संकेतन का उपयोग करके, एक बड़ी आसानी से विभिन्न तरीकों और उपकरणों (जैसे ईईजी) का उपयोग कि नई प्रयोगात्मक डिजाइन करने के लिए अनुकूलित कर सकते हैं। इस प्रोटोकॉल में वर्णित multifunctional प्रणाली का एक संभावित नुकसान कई डेटा संग्रह प्रणाली के साथ प्रयोगात्मक setups की जटिलता है। यह लंबे समय से प्रायोगिक सत्र, भागीदार थकान, और सिस्टम विफलताओं के लिए कई अवसर हो सकता है। प्रयोगकर्ता बहुत विशिष्ट न्यूरोमस्कुलर घटना की जांच के लिए लक्ष्य है कि संक्षिप्त प्रयोगात्मक मानदंड को डिजाइन के माध्यम से समस्याओं को कम कर सकते हैं।
generalizable गुजरात प्रदान करने के उद्देश्य से इस प्रोटोकॉल में लागू सर्किट और समग्र तुल्यकालन प्रक्रियाएकाधिक, एक साथ दर्ज डेटा धाराओं के साथ बायोमैकेनिकल प्रयोगों प्रदर्शन के लिए idelines। प्रोटोकॉल अनुरूप जानकारी या चलाता या एलईडी संकेतों के साथ किसी भी उपकरण से डेटा धाराओं सिंक्रनाइज़ करने के लिए प्रक्रियाओं का वर्णन है। हालांकि, एल ई डी के बिना निष्क्रिय गति ट्रैकिंग सिस्टम का उपयोग कर जांचकर्ताओं की संभावना वर्तमान में वर्णित समाधान में परिवर्तन करना होगा। निष्क्रिय गति पकड़ने और अन्य रिकॉर्डिंग और डिजिटल तुल्यकालन सर्किट पर भरोसा करने की जरूरत नहीं होगी शुरू हो रहा है कि उत्तेजक उपकरणों के साथ सिस्टम। इसके बजाय, इस तरह की व्यवस्था कस्टम सॉफ्टवेयर आधारित समाधान पर भरोसा होता है, जिनमें से डिजाइन मौजूदा प्रणाली के उदाहरण से अनुमान लगाया जा सकता है। इस प्रकार, प्रोटोकॉल अन्य अद्वितीय परिदृश्यों के लिए डिजाइनिंग समाधान की सहायता के लिए generalizable सिद्धांतों प्रदान करता है।
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Acknowledgments
यह काम एनआईएच अनुदान P20 GM109098, NSF और WVU अग्रिम प्रायोजन कार्यक्रम (वीजी), और WVU विभागीय शुरू हुआ धन से समर्थन किया था।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Transcranial magnetic stimulator | Magstim | N/A | TMS stimulator and coils |
| Impulse X2 | PhaseSpace | N/A | Motion capture system |
| MA300 Advanced Multi-Channel EMG System | Motion Lab Systems | MA300-28 | EMG pre-amplifier and amplifier |
| Norotrode EMG electrodes | Myotronics | N/A | EMG electrodes |
| BNC-2111 Single-Ended, Shielded BNC Connector Block | National Instruments | 779347-01 | BNC Connector Block |
| NI PXI-1033 5-Slot PXI Chassis with Integrated MXI-Express Controller |
National Instruments | 779757-01 | DAQ chassis |
| NI PXI-6254 16-Bit, 1 MS/s (Multichannel), 1.25 MS/s (1-Channel), 32 Analog Inputs |
National Instruments | 779118-01 | DAQ card |
| SHC68-68-EPM Cable (2m) | National Instruments | 192061-02 | Shielded cable |
| DK1 or DK2 | Oculus VR | N/A | Ocuclus Rift headset |
| Vizard 5 Lite | WorldViz | N/A | Virtual reality software |
| C1 and C2 capacitors | varied | N/A | Adjust values to suit |
| R1 and R2 resistors | varied | N/A | Adjust values to suit |
| CD4011 NAND gate | varied | N/A | NAND gate |
| 2N2222 transistor | varied | N/A | Transistor |
| NE555 timer circuit | varied | N/A | Timer circuit |
| DB25 and USB connectors | varied | N/A | parallel and USB connectors |
References
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