Abstract
Исследование нервно-мышечной контроля движения у человека осуществляется с многочисленными технологий. Неинвазивные методы исследования нервно-мышечной функции включают транскраниальная магнитная стимуляция, электромиографии и трехмерную захват движения. Появление доступных и экономичных решений виртуальной реальности расширил возможности исследователей в воссоздании "реального мира" сред и движений в лабораторных условиях. Натуралистическая анализ движения не только собрать большее понимание управления двигателем у здоровых людей, но также позволяют дизайн экспериментов и реабилитационных стратегий, которые нацелены на конкретные нарушения двигательных (например, инсульт). Комбинированное использование этих инструментов приведет к более глубокому пониманию нейронных механизмов управления двигателем. Ключевым требованием при объединении этих систем сбора данных в порядке временной переписка между различными потоками данных. Тего протокол описывает общую связь многофункциональный системы, межсистемной передачи сигналов, и временную синхронизацию зарегистрированных данных. Синхронизация составных систем, в первую очередь осуществляется за счет использования настраиваемой цепи, легко сделал с от компонентов полки и минимальных навыков электроники сборки.
Introduction
Виртуальная реальность (ВР) быстро становится доступным инструментом исследования для использования в ряде областей, в том числе исследования движения человека. Изучение верхней конечности движения особенно выгоду от включения VR. Виртуальная реальность позволяет быструю настройку параметров экспериментальных предназначенных для расследования конкретных кинематических и динамических особенностей управления движением руки. Эти параметры могут индивидуально регулировать для каждого субъекта. Например, расположение виртуальных целей можно масштабировать, чтобы обеспечить одинаковых начальных рычага положение по субъектам. Виртуальная реальность позволяет манипуляцию визуальной обратной связи во время экспериментов, который является бесценным инструментом в visuomotor исследования 1 - 5.
Использование реалистичных условиях VR с другими биомеханических инструментов также позволит натуралистические сценарии движения, в котором, чтобы проверить образцы движения. Этот механизм становится все более ценным дляизучение и практика реабилитации после болезней и травм 6,7. Подражая натуралистические движения и окружающей среды (например, выполняя движения в виртуальной кухне) в клинических условиях позволит специалистам по реабилитации более точно описать нарушения индивидуума в контексте реального мира. Высоко индивидуализированные описания обесценения позволит более целенаправленных стратегий лечения, потенциально увеличивая эффективность и сократить продолжительность реабилитации.
Объединение VR с другими инструментами, например транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), поверхности электромиографии (ЭМГ) и полного захвата движения тела, создает чрезвычайно мощный и гибкую платформу для изучения нервно-мышечной контроль движения в организме человека. Транскраниальная магнитная стимуляция является мощным неинвазивный метод измерения возбудимость и функциональную целостность убыванию моторные пути (например, Кортикоспинальных тракт) через ЭМГ RESPONSES, такие как двигатель вызванных потенциалов (MEPS) 8. Современные системы трехмерного захвата движения также позволить исследователям изучить нервно-мышечной активности вместе с результатом кинематики движения и динамики. Это позволяет создавать очень подробных моделей опорно-двигательного аппарата, а также тестирование гипотез о структуре и функции нейронных контроллеров. Эти исследования будут расширять наше научное знание системы сенсомоторной человека и привести к улучшениям в лечении опорно-двигательного аппарата и неврологических расстройств.
Тем не менее, одним из основных проблем с многофункциональными системами синхронизации отдельно записанных потоков данных (например, захвата движения, ЭМГ и т.д.). Цель этого протокола заключается в описании обобщению расположение общих коммерчески доступных систем одновременно записывать биомеханические и физиологические измерения во время движения. Другие исследователи, использующие оборудование отразные производители, возможно, придется изменить элементы данного протокола, чтобы соответствовать их потребностям. Тем не менее, общие принципы этого протокола по-прежнему должны быть применимы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все участники, участвующие в экспериментирования пройти процедуры обоснованного согласия утвержденных Университета Западной Вирджинии институциональной наблюдательного совета (IRB).
1. Общие Характеристики системы, проектирование и генеральный экспериментальной задачей
Примечание: Полная установка состоит из следующих основных компонентов: ЭМГ оборудование и связанные цифровой приобретения (DAQ) оборудования; система захвата движения (этот протокол включает в себя активное LED системы); ТМС блок с катушки и стереотаксической техники локализации в форме восьмерки; гарнитура ВР и связанные компьютер и программное обеспечение; и обычай синхронизации цепи. Рисунок 1 схематически очерчивает связь между компонентами протокола.
- Подключение компонентов системы
- Подключите EMG предусилитель для основного усилителя.
- Подключите выход усилителя к EMG DAQ записи входного оборудование блока с помощью BNC или аналогичный Конекции.
- Подключите DAQ записи оборудования для специально выделенном компьютере, который будет выполнять сценарий сбора данных (дополнительный файл).
- Подключите компьютер управления VR параллельный вывод блока на заказ цепи (см следующий раздел).
- Подключите синхронизации и захвата движения срабатывания выходов из пользовательской схемы для сбора данных блок записи вместе сигнальных соединений ЭМГ.
- Сплит триггера захвата движения и подключите его к порту "Аналоговый вход" Пуск на оборудовании ГРП DAQ, а также связи триггера на компьютере, который управляет захвата движения оборудования.
Примечание: Временная разница между началами соответствующих потоков сбора данных для описанного оборудования (захват движения и ЭМГ) может варьироваться от 160-190 мс. Этот временной разницы мотивированы дизайн схемы синхронизации, описанной в данном протоколе и, скорее всего, вызвано программных и аппаратных различий между этими двумя системами. <LI> Подключите ТМС вызвать порт на блоке пользовательского замыкание на BNC вход триггера на блоке управления ТМС.
- Установите сетевое подключение между ВР и захвата движения с использованием компьютеров, поставляемая производителем оборудования программного обеспечения и физические сетевые соединения.
- Подключите гарнитуру к VR VR компьютер и обеспечения работоспособности с любыми скриптами / программ, которые отображают виртуальные среды для участников.
Рисунок 1:. Подключение всей установки Этот макет описывает общую связь между элементами нашей системы. Схема синхронизации описаны в другом месте в тексте более подробно. Синий след соответствует сигналу, который начинается как захват движения и потоков данных ЭМГ. Это событие является источником временной задержкой до 190 мс, используя оборудование, описанное в данном протоколе. Красный след соответствует VR инициативе synchronizatионная событие, которое одновременно записывается захвата движения и систем ЭМГ и впоследствии используется для временного выравнивания соответствующих потоков данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
2. Общие детали системы интеграции и синхронизации
Примечание: Синхронизация отдельных систем сбора данных в этом протоколе (захвата движения и ЭМГ) осуществляется посредством использования сигнала событий, что является общим для всех потоков записи. Используя общий случай, все сигналы могут быть временно перестроены после сбора данных, чтобы минимизировать реальном времени расхождения записи (вверх 190 мс с использованием оборудования в данном протоколе). В этом протоколе, общий сигнал исходит из системы VR в качестве сигнала параллельного порта. Общим сигнал направляется к схеме, которая позволяет синхронизацию данных отдельнойпотоков через прямой записи с ЭМГ сигналов и одновременно выключив захват движения LED. Схема построена с использованием основных инструментов и методов для построения электронных компонентов, подобно схем описаны в другом месте 9.
- Дизайн, разработка и строительство синхронизации цепи
- Выявление любых аналоговых TTL на основе запуска механизмов по блокам управления оборудования (например, TMS, захвата движения) и ознакомиться с пусковых требований, таких как направление TTL импульса (положительный / отрицательный) и амплитуды. Аналоговые запуска механизмов часто обладают общими "BNC" коаксиальных разъемов, которые делают соединительные компоненты просто.
- Добавить дополнительный светодиод системы захвата движения, которые будут использоваться для синхронизации сигнала; маршрут провода светодиодов через схемы синхронизации (рисунок 3).
- Определить параметры электрической составляющей (т.е. сопротивление, емкость), необходимых для ТУРп от синхронизации LED в течение определенного времени. Найти количество времени, синхронизации светодиод цепи отключено уравнением: Т = 1,1 * R1 * C1. На этот раз предлагается быть меньше средней продолжительности экспериментального движения. Например, в настоящее время описано Эксперимент требовал резистора и конденсатора мощностью приблизительно одного МОм и одной мкФ, соответственно.
- Используйте паяльник, чтобы придерживаться электрические компоненты на печатной "protoyping" или "проекта" плате следующей схеме, показанной на рисунке 3 Приложите эту схему в общедоступных пластиковой коробке "Проект". скорее всего он будет необходимо просверлить отверстия в этом поле для разъемов BNC. Схема может быть легко питание от 5 В USB мощностью от настольного компьютера; это будет необходимо разобрать кабель USB с изолировать питания и заземления проводов. Обход конденсаторы также могут быть необходимы для регулировать мощность в 555чип (не показано на рисунке 3).
- Осмотрите плату за любые непреднамеренные перемычек между электрическими компонентами. Если нашли, удалите припой с инструментом всасывания или нагреть припой и механически удалить подключение связующую.
Рисунок 2:. Судебная блок-схема Эта блок-схема описывает стимул и сигнальные события, которые происходят во время типичной экспериментальной суда, который включает TMS стимуляция. Параллельные коды порта, которые происходят на протяжении судебного разбирательства показаны на схематических символов DB25 (светло-голубой).
- Подробнее Синхронизация
- Использование блок-схема, аналогичный фиг.2, определить, когда отдельные части оборудования должны быть вызваны в ходе экспериментального движения. Например, некоторое оборудование может быть индивидуально срабатывает, в то время как другие могут быть одновременно срабатывает. В моменты времени, которые требуют пусковых или сигнализации (например, синие параллельные символы порта на рисунке 2), определить, какие параллельные порты сигнальных линий использовать и реализовать их в системе VR. Это достигается путем отправки числовые значения к параллельному порту в указанное время во время движения, каждую строку, представляющую двоичную цифру. Для более подробной информации о параллельном сигнализации на основе порта, пожалуйста, обратитесь к дискуссии.
Рисунок 3:. Синхронизация цепи Эта схема отображает структуру нашей цепи на заказ синхронизации. По умолчанию вывод из ворот NAND является государство высокого напряжения; Это выходное напряжение передается на затвор транзистора, через который маршрутизируется цепи светодиода Sync в. Это состояние по умолчанию делает цепи закрыты, который поддерживает светодиод в освещенной государства. При получении синхронизации triggeг сигнал параллельный порт (красный след на вставке), внутреннее состояние 555 устройства переворачивается оказания выход в высоком состоянии, отключая светодиод (синяя линия). Когда это происходит, напряжение на C1 (зеленый) трассировки накапливается в напряжение, что сбрасывает внутреннее состояние 555, реактивации светодиод. Порт сигнала синхронизации параллельных триггера также непосредственно направляется к разъему BNC, подключенного к входному порту ТМС триггера. Примечание: направление этого сигнала запуска, возможно, придется быть отменено (от положительно к отрицательной происходит или наоборот) в зависимости от требований следователя конкретного оборудования. Добавление в "инвертора" чип на этот выход будет легко выполнить эту задачу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
3. Экспериментальные методы
- Процедуры безопасности и осознанного согласия
- EnsuRe что все экспериментальные процедуры одобрены на Institutional Review Board (IRB). Объясните все процедуры участникам и приобрести информированное согласие с IRB утвердил документацию.
- После приобретения информированное согласие, провести основную TMS скрининг безопасности с участниками, чтобы убедиться, что они не имеют шум в ушах, семейная история эпилепсии или припадки, или других условиях с повышенным риском ареста.
- Во время стимуляции TMS, строго требуют использования защитных вкладышей для предотвращения повреждения слуха.
- Электромиография Коллекция
- В зависимости от научных целей исследования читательской, определить, из которого мышцы рук, чтобы записать сигналы ЭМГ. Для исследования, описанного в этом протоколе, крутящие моменты на плечо и локоть во время движения были исследованы. Таким образом, сигналы, записанные EMG были от основных поверхностных мышц, которые действуют на этих двух соединений, таких как дельтовидной, грудной, двуглавой, трехглавой мышцы, и brachioradialis.
- Сделайте все необходимые электрические соединения между различными ЭМГ оборудования, включая усилители, предусилители, провода датчика и прокладок датчиков в соответствии с требованиями завода-изготовителя, подключив соответствующие разъемы.
- Подготовка каждого сайта электрода слегка почистив его спиртовым тампоном, удаляя чрезмерные волосы бритвой, и применяя мягкий абразив гель. Правильная подготовка сайта обеспечит последовательные и низкие значения электрод к коже сопротивление (<10 кОм) и высокий коэффициент сигнал-шум регистрируемых сигналов ЭМГ.
- Есть предметы выполнения изометрических сокращений, предназначенные для изоляции отдельных мышц интересов на основании принятых анатомических и биомеханических описаний 10. Например, чтобы изолировать бицепсы, попросите участника сопротивляться, введенной расширение локтя.
- После выполнения субъектами мышечные сокращения выделения-наложите дифференциальные биполярные электроды ЭМГ более толстое, центральной Portiна, или "живота", из каждой мышцы в принятых местах 11. Это гарантирует охват максимального числа мышечных волокон и сводит к минимуму перекрестные помехи "" между соседними мышц. Будьте уверены, чтобы выровнять длинные оси биполярного электродов вдоль мышц, параллельно волокнам.
- Прикрепите заземляющий электрод ЭМГ в соответствии со спецификациями оборудования (например кожи над позвонка С7).
- Запись усиливается сигналы ЭМГ через DAQ оборудования, контролируемого по пользовательского компьютера сценария. Сценарий, используемый в текущем протоколе прикреплен в качестве дополнительного файла.
- Отрегулируйте завоевания, применяемые к регистрируемых сигналов до требуемого уровня путем перемещения диски на предусилитель EMG. Избегайте значения усиления, которые вызывают записанные сигналы превышать входной диапазон записывающего оборудования (как правило, 5V). Общие значения усиления ЭМГ между 1,000-4,000.
- Выполните аналогичные изометрических сокращений, выполняемым на этапе 3.2.4 и осмотрите ЭМГ SignaLs чтобы гарантировать, что они имеют высокое качество (то есть высокое отношение сигнал-шум). Повторно электроды и изменить усиление сигнала, если это необходимо.
- Motion Capture System Preparation
- Калибровка отслеживания движения камеры, используя инструкции установленные производителем и оборудование в соответствии с инструкциями изготовителя.
- Использование ленты и другие упаковочных материалов, приложите активные датчики привело к костных ориентиров вблизи суставов рук и других анатомических точек интереса, используемой в строительстве биомеханических моделей: дистальной фаланги указательного пальца, радиальных и локтевой отростка процессов на запястье , локтевого отростка процесс на локтевых, коракоида и акромиального процессов плечо, Sternoclavicular выемкой, мечевидного отростка, и остистого отростка С7. Прикрепите другой светодиод ВР гарнитуры, чтобы установить точки обзора в виртуальной среде.
- Подключите каждый светодиод в жгуте проводов, который прилагается к беспроводному устройству драйвера. Включите драйвера ООНэто и обеспечить надлежащее освещение всех светодиодов.
- Расположите синхронизации LED в удобном месте, вдали от субъекта, но в ясном зрения камер.
- Транскраниальная магнитная стимуляция стереотаксическая локализация
- Калибровка оборудования и программного обеспечения, предназначенный для регистрации TMS 12, чтобы для точного размещения катушки. Это обычно включает в себя ко-регистрации TMS катушки с анатомическими ориентирами, такими как Насьон, перед ушной раковиной точек, и кончик носа. Стереотаксическая регистрация между участником и стимуляции катушки является неотъемлемой последовательной локализации стимуляции.
- МООС хот-спот Локализация и MEP Пороговые Pprocedures
- Выполните так называемые методы "хот-спот", чтобы найти ТМС-чувствительные регионы мозга, которые производят наибольшие амплитуды евродепутатов с низкой порога при стимуляции 8,13,14. Транскраниальная магнитная стимуляция для изучения системы двигателя, как правило,включает в себя стимулирование корковой области, который контролирует движение в рамках конкретного органа (например, руки и кисти) 15.
- Запишите расположение каких-либо идеальных сайтов стимуляции на участников головы с калиброванной стереотаксической регистрации оборудования и программного обеспечения, связанного. После каждого места записывается с программным обеспечением, обеспечить его точность, переместив место и стимулирование снова, глядя на подобные ответы MEP.
- Поведенческая Задача в виртуальной реальности
- Дизайн параметры поведенческой задачи (например, достигающие движений), которые будут использоваться в эксперименте. В текущем исследовании, задача добраться до виртуальных целей размещенных последовательно в разных пространственных точках. Размер мишеней определяет точность, с которой участники двигаться. Дизайн движения такие, что различные направления и величины совместных моментов вызываются, как участники достигают целевых задач.
- Настройка среды VR, который поможетобъектов через поведенческой задачи с использованием коммерческого программного обеспечения VR, совместимый с гарнитуры и отслеживания движения системы в соответствии с протоколом производителя. Ознакомиться с необходимыми вычислительными ресурсами программного пакета и требований языков программирования. Общие программные пакеты VR есть возможность запрограммировать с языков, включая Python, C ++, C #, и другие. Кроме того, программа аналоговые выходы через параллельный порт для синхронизации и маркировка конкретных мероприятиях, представляющих интерес (Рисунок 2). В текущем эксперименте, программное обеспечение VR выводит события в начале каждого повторения задачи и время от времени желаемого TMS стимуляции.
- Подключите выход VR на схему синхронизации (рис 3) и / или другого оборудования должны быть синхронизированы с помощью кабелей с соответствующими разъемами.
- Поручить предметы для выполнения поведения задачу VR. В текущем исследовании, среда ВР былпредставлены с использованием шлем виртуальной реальности, в которой участники смотрели массивы сферических мишеней. Использование программного обеспечения VR, программа конкретных последовательностей движения путем изменения внешнего вида мишеней (цвет, расположение и т.д.) и ознакомить участников с этими действиями. Кроме того информировать участников о любых других желательных ограничений движения. Например, участники данного исследования было предложено, чтобы все сегменты рукава в вертикальной плоскости движения при достижении целевых задач.
- После того, как участники привыкли к данным экспериментальных движений, запись ЭМГ и захвата движения и синхронизации сигналов, используя пользовательские сценарии или производителем по программных пакетов. Отрегулируйте частоту дискретизации каждой системы сбора данных на требуемых значений; дополнительно ознакомиться с и настроить любой производитель конкретных параметров, таких, как движение отслеживания LED интенсивность.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Синхронизация из многочисленных потоков данных в этой установке позволяет записывать кинематику, непрерывная деятельность мускула (ЭМГ) и мгновенные нервно-мышечной активности (MEPS), которые происходят во время движений верхней конечности. Повторные испытания данного движения требуется, чтобы восстановить профили отклика MEP в течение всего движения. 4 представлена данные, полученные от одного субъекта. 4А показан пример этих потоков данных в течение одного испытания с соответствующими сигналами синхронизации и событий. Временная выравнивание сигналов по отношению к события синхронизации является простая процедура после специальной помощи программного обеспечения для анализа сигнала (сигналы "сдвигается" в момент, используя событие синхронизации как общей временной якорь). Сигналы могут быть затем раз-нормированная продолжительность каждого испытания движения. Без синхронизации, потоки данных ЭМГ и захвата движения может иметь временный несоответствие как грсъесть 160-190 мс. Тем не менее, за счет использования синхронизации в дополнение к широко используется TTL сигналов, пользователи должны ожидать, чтобы минимизировать временные ошибки между потоками данных с пределом частот дискретизации их сигналов (примерно мс в данном примере). 4Б показаны средние угловые кинематики и динамики по 24 испытаний для одного движения, длинной головки двуглавой ЭМГ профиля от испытаний без TMS в течение тех же движений, и соответствующие профили реконструированные MEP из испытаний с одного импульса TMS во время движения к цели же.
Рисунок 4:. Выравнивание ЭМГ и Motion Capture (A) Характерные сигналы, записанные в ходе экспериментального суда отображаются в левой колонке графиков. Синие и красные кружки соответствуют той же ВР генерируемого события синхронизации записанного двумя separatе части оборудования (иллюстрированные путем деления черную линию). Эти моменты времени и соответствующие данные позже временно выравнивается с помощью специального программного обеспечения. Разница между этими двумя моментами времени может быть вверх 190 мс, используя при использовании оборудовани, описанного в этом протоколе; другие исследователи, использующие различное оборудование может испытывать разные задержки. (B) После выравнивания временного, усредненные данные могут быть созданы, чтобы описать физиологические, кинематической и динамические особенности движения. Эти данные представляют собой 24 испытаний одного и того же движения; бары на графике Bicep Депутаты Европарламента и затененные участки на других графиках представляют стандартное отклонение. Эти данные затем могут быть использованы для описания возможных сигналов управления нисходящей двигателя по отношению к мышечной активности и кинематики движения и динамики.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Целью данной статьи является описывают способ включения VR в изучение движений человека и способу для синхронизации различных потоков данных. Виртуальная реальность позволит расширить возможности исследователей, которые пытаются воссоздать сценарии движения реальных в лабораторных условиях. Объединение VR с другими нервно-мышечной записи и стимулирования методик формирует мощный набор инструментов для всестороннего изучения механизмов управления двигателем человека. Полученные многомерные массивы данных, полученные в ходе экспериментов, направленных тщательно может углубить наше понимание нервной контроля движения.
Одним из наиболее важных особенностей этой системы является возможность синхронизации потоков электрофизиологические и захвата движения данных с общими VR-генерируемых событий. Обычай Схема, описанная в данном протоколе служит в качестве гибкой, экономически эффективной основания, которые могут быть изменены, чтобы удовлетворить уникальные требования другой ехрerimental парадигмы и оборудование, похожие на решения в других областях. 9 Общая событие синхронизации команда параллельный вывод, что происходит с компьютера, который работает наш VR программного обеспечения. Преимущества стандартный параллельный интерфейс являются его простота, скорость и гибкость. В параллельный интерфейс есть восемь независимых линий передачи данных, каждая из которых представляет двоичная цифра от 2 0 до 2 7; сумма этих цифр может равняться ряд чисел от 0 до 255. Каждый из соответствующих линий передачи данных может быть использована в качестве отдельных и одновременных сигналов запуска для взаимодействия с многочисленными системами. Эти сигналы запуска, как правило, простые сигналы прямоугольной напряжения, как правило, называют TTL сигналов или импульсов.
Во время судебного разбирательства движения, мероприятие общего синхронизации инициируется на основе расположения участника в виртуальной среде отслеживаются с помощью инфракрасной светодиодной системой захвата движения. СинхронизацияСигнал событий (TTL) с нашего VR программного обеспечения направляется в пользовательский цепи, которая предназначена для одновременной передачи событие синхронизации VR нашим данным ЭМГ и потоков захвата движения (рисунок 3). Система ЭМГ записывает TTL импульс с постоянной мышечной активности. Сигнал VR также направляется через активной части схемы, которая контролирует подачу питания на светодиод от системы захвата движения. После приема TTL импульса перенаправлен светодиод выключен в течение короткого периода времени. Это событие записывается системой захвата движения и временно синхронно с TTL импульса, записанного в системе ЭМГ. Это событие может быть впоследствии использованы для выравнивания сигналов для анализа.
Активная часть цепи (схематично показанной на фиг.3), в первую очередь основано на специализированной интегральной схемы (ИС) или "микросхемы", широко известный как "таймер 555 цепи" 16. Выход 555схема синхронизации (обычно низкое напряжение) входит в NAND (И) Инвертированные ворот вместе с постоянным напряжением, предоставленной власти USB. Ворота NAND является электрическим логического компонента, который выдает низкое значение (т.е. 0 В), когда два входа высоки (например, напряжение питания). На вставке на рисунке 3 детали работы нашей цепи после приема сигнала синхронизации событий. Продолжительность что схема отключает светодиод зависит от значений, используемых для R1 и С1, и находится по формуле: T = 1.1 * R1 * C1. Описанные в настоящее время эксперимента требуется сопротивление и емкость значения одного МОм и одной мкФ, соответственно, для получения света синхронизации состояния покоя меньше длительности типичного движения (приблизительно одна секунда для этой конструкции).
Метод текущего протокола для синхронизации имеет многочисленные преимущества по сравнению с коммерчески доступных опций. Компоненты схемы и необходимые инструменты для его аssembly легко доступны у поставщиков комплектующих для электрических минимальными затратами 9. Кроме того, простой аппаратное решение для синхронизации позволяет экспериментаторам более легко выявлять проблемы, которые могут возникнуть во время экспериментальных сессий. Наконец, используя довольно вездесущий сигнализации TTL, можно легко адаптироваться к новым экспериментальным конструкций, которые используют различные методики и оборудование (например, EEG). Потенциальным недостатком многофункционального системе, описанной в данном протоколе является сложность экспериментальных установок с многочисленными системами сбора данных. Это может привести к длительным экспериментальных сессий, участник усталости, и многочисленные возможности для системных сбоев. Экспериментаторы могут свести к минимуму проблемы путем разработки краткие экспериментальные парадигмы, направленные на расследование весьма специфические нервно явления.
Порядок замыкания и общая синхронизация осуществляется в этом протоколе, направленных на обеспечение обобщению гуidelines для выполнения биомеханические эксперименты с несколькими, одновременно записываемых потоков данных. Протокол описывает процедуры для синхронизации потоков данных от оборудования с аналоговыми входами или триггеров или светодиодные сигналы. Тем не менее, исследователи, использующие пассивные системы отслеживания движения без светодиодов, скорее всего, придется изменить описанную в настоящее время решение. Системы с пассивным захвата движения и другое устройство записи и стимулирующего оборудование, цифровой вызвало не нужно полагаться на цепи синхронизации. Вместо этого, такие системы будут опираться на пользовательских программных решений, дизайн которых может быть выведено на примере нынешней системы. Таким образом, протокол обеспечивает обобщению принципы, чтобы помочь проектирование решения для других уникальных сценариев.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана NIH грант P20 GM109098, NSF и WVU ADVANCE спонсорства программы (VG), и WVU ведомственных запуска средства.
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
- Dounskaia, N., Wang, W., Sainburg, R. L., Przybyla, A. Preferred directions of arm movements are independent of visual perception of spatial directions. Exp. brain Res. 232 (2), 575-586 (2014).
- McIntosh, R. D., Mulroue, A., Brockmole, J. R. How automatic is the hand’s automatic pilot? Evidence from dual-task studies. Exp brain Res. 206 (3), 257-269 (2010).
- Shabbott, B. A., Sainburg, R. L. Learning a visuomotor rotation: simultaneous visual and proprioceptive information is crucial for visuomotor remapping. Exp. Brain Res. 203 (1), 75-87 (2010).
- Sarlegna, F. R., Sainburg, R. L. The roles of vision and proprioception in the planning of reaching movements. Adv. Exp. Med. Biol. 629, 317-335 (2009).
- Lillicrap, T. P., et al. Adapting to inversion of the visual field: a new twist on an old problem. Exp. brain Res. 228 (3), 327-339 (2013).
- Saposnik, G., Levin, M. Virtual reality in stroke rehabilitation: a meta-analysis and implications for clinicians. Stroke. 42 (5), 1380-1386 (2011).
- Robles-García, V., et al. Motor facilitation during real-time movement imitation in Parkinson’s disease: a virtual reality study. Parkinsonism Relat. Disord. 19 (12), 1123-1129 (2013).
- Gritsenko, V., Kalaska, J. F., Cisek, P. Descending corticospinal control of intersegmental dynamics. J. Neurosci. 31 (33), 11968-11979 (2011).
- Shirvalkar, P. R., Shapiro, M. L. Design and construction of a cost effective headstage for simultaneous neural stimulation and recording in the water maze. J. Vis. Exp. (44), e2155 (2010).
- Kendall, F. P., McCreary, E. K., Provance, P. G., Rodgers, M., Romani, W. Muscles: Testing and Function With Posture and Pain. , Lippincott Williams & Wilkins. (2005).
- Barbero, M., Merletti, R., Rainoldi, Atlas of Muscle Innervation Zones: Understanding Surface Electromyography and Its Applications. Springer-Verlag Mailand. , (2012).
- Sliwinska, M. W., Vitello, S., Devlin, J. T. Transcranial magnetic stimulation for investigating causal brain-behavioral relationships and their time course. J. Vis. Exp. (89), (2014).
- Goss, D. A., Hoffman, R. L., Clark, B. C. Utilizing transcranial magnetic stimulation to study the human neuromuscular system. J. Vis. Exp. (59), e3387 (2012).
- Rogers, J., Watkins, K. E. Stimulating the lip motor cortex with transcranial magnetic stimulation. J. Vis. Exp. (88), e51665 (2014).
- Ellaway, P., et al. Variability in the amplitude of skeletal muscle responses to magnetic stimulation of the motor cortex in man. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. Mot. Control. 109 (2), 104-113 (1998).
- Storr, W. Electronics Tutorials 555 Timer Tutorial. , Available from: http://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_timer.html (1999).
