Summary
يساعد نظام التكييف الفعال المحتمل المستثار في التحقيق العلمي للوظيفة الحسية الحركية ويمكنه إدارة التدريب السلوكي العصبي المستهدف الذي يمكن أن يؤثر على إعادة التأهيل الحسي الحركي في الاضطرابات العصبية العضلية. تصف هذه المقالة قدراته وتوضح تطبيقه في تعديل منعكس العمود الفقري البسيط لتحقيق تحسن دائم في الوظيفة الحركية.
Abstract
نظام تكييف التشغيل المحتمل المثار (EPOCS) هو أداة برمجية تنفذ بروتوكولات لتكييف استجابات العضلات التي يسببها التحفيز بشكل فعال لدى الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات عصبية عضلية ، والتي بدورها يمكن أن تحسن الوظيفة الحسية الحركية عند تطبيقها بشكل مناسب. يراقب EPOCS حالة العضلات المستهدفة المحددة - على سبيل المثال ، من تخطيط كهربية العضل السطحي (EMG) أثناء الوقوف ، أو من قياسات دورة المشي أثناء المشي على جهاز المشي - ويؤدي تلقائيا إلى تحفيز معاير عند استيفاء شروط محددة مسبقا. يوفر شكلين من ردود الفعل التي تمكن الشخص من تعلم تعديل استثارة المسار المستهدف. أولا ، يراقب باستمرار نشاط EMG المستمر في العضلة المستهدفة ، ويوجه الشخص لإنتاج مستوى ثابت من النشاط مناسب للتكييف. ثانيا ، يوفر ملاحظات فورية لحجم الاستجابة بعد كل تحفيز ويشير إلى ما إذا كان قد وصل إلى القيمة المستهدفة.
لتوضيح استخدامه ، تصف هذه المقالة بروتوكولا يمكن للشخص من خلاله تعلم تقليل حجم منعكس هوفمان - التناظرية المستنبطة كهربائيا لمنعكس تمدد العمود الفقري - في العضلة الوحيدة. يمكن أن يؤدي تكييف استثارة هذا المسار إلى تحسين المشي لدى الأشخاص الذين يعانون من مشية تشنجية بسبب إصابة الحبل الشوكي غير المكتملة. توضح المقالة كيفية إعداد المعدات ؛ كيفية وضع أقطاب كهربائية محفزة وتسجيلها ؛ وكيفية استخدام البرنامج المجاني لتحسين وضع القطب ، وقياس منحنى التوظيف للاستجابات الحركية والانعكاسية المباشرة ، وقياس الاستجابة دون تكييف فعال ، وتكييف المنعكس ، وتحليل البيانات الناتجة. يوضح كيف يتغير رد الفعل على مدار جلسات متعددة وكيف يتحسن المشي. كما يناقش كيف يمكن تطبيق النظام على أنواع أخرى من الاستجابات المثارة وعلى أنواع أخرى من التحفيز ، على سبيل المثال ، الإمكانات الحركية المثارة للتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة. كيف يمكن معالجة المشاكل السريرية المختلفة ؛ وكيف يمكن أن تدعم الدراسات البحثية للوظيفة الحسية الحركية في الصحة والمرض.
Introduction
على مدى العقد الماضي ، ظهرت استراتيجيات المرونة العصبية المستهدفة كنهج جديد لإعادة تأهيل الإعاقات العصبية 1,2. إحدى هذه الاستراتيجيات هي التكييف الفعال للإمكانات المثارة. يستلزم ذلك استنباط الاستجابات الكهربية بشكل متكرر والتي يمكن قياسها بشكل غير جراحي - على سبيل المثال ، عن طريق تخطيط كهربية الدماغ (EEG) أو تخطيط كهربية العضل السطحي (EMG) - وإعطاء الشخص ملاحظات فورية حول حجم كل استجابة بالنسبة لمستوى المعيار الذي حدده المعالج أو المحقق. بمرور الوقت ، يدرب هذا البروتوكول الشخص على زيادة أو تقليل استجابته ، وبالتالي يمكنه استهداف التغيير المفيد في موقع الجهاز العصبي المركزي المهم في سلوك مثل الحركة أو الوصول والفهم. يفيد التغيير المستهدف الأداء ، بالإضافة إلى أنه يتيح ممارسة أفضل تؤدي إلى تغيير مفيد واسع النطاق يحسن السلوك بأكمله. على سبيل المثال ، في الأشخاص الذين يعانون من إصابة غير مكتملة في الحبل الشوكي (iSCI) والذين يضعف clonus الحركة ، فإن التكييف الفعال الذي يقلل من منعكس هوفمان في العضلة الوحيدة لساق واحدة يحسن نشاط العضلات الحركية في كلا الساقين ، وبالتالي زيادة سرعة المشي واستعادة تناسق الخطوة اليمنى / اليسرى1،3،4،5 . مثال آخر هو تحفيز النبض المزدوج ، والذي يمكن أن يزيد بشكل دائم من حجم الإمكانات المثارة الحركية (MEP) إلى التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة ، وبالتالي تحسين وظيفة الوصول والإمساك لدى الأشخاص الذين يعانون من ضعف مزمن في اليد والذراع بعد iSCI6.
يتطلب تنفيذ مثل هذه البروتوكولات برامج ذات أغراض خاصة يجب أن تؤدي وظائف متعددة. على وجه التحديد ، يجب أن تحصل باستمرار على الإشارات الكهربية وتعالجها وتحفظها ؛ يجب أن تراقب باستمرار حالة الجهاز العصبي وتحفز التحفيز بشكل مناسب في ظل قيود صارمة في الوقت الفعلي ؛ يجب أن توفر ملاحظات مستمرة لحظة بلحظة ، وتعليقات تجربة تلو الأخرى ، وتعليقات كل جلسة على حدة ؛ يجب أن توفر واجهة مستخدم لتوجيه الإعداد والضبط من قبل المحقق أو المعالج ؛ وأخيرا ، يجب عليه تخزين وتنظيم بيانات الإشارة والمعلومات الوصفية بتنسيق موحد.
نظام التكييف الفعال المحتمل (EPOCS) هو إجابتنا على هذه الحاجة المعلقة. تحت الغطاء ، يعتمد البرنامج على BCI2000 ، وهي منصة تقنية عصبية مفتوحة المصدر تستخدم في مئات المختبرات حول العالم 7,8. في EPOCS ، يتم إخفاء واجهة المستخدم المعتادة ل BCI2000 واستبدالها بواجهة مبسطة تم تحسينها لبروتوكولات التكييف الفعالة المحتملة المثارة.
توضح المقالة الحالية والفيديو المصاحب لها استخدام EPOCS في بروتوكول واحد معين: تكييف فعال لتقليل حجم منعكس هوفمان (H-) في العضلة الوحيدة. هذه الاستجابة هي التناظرية المستنبطة كهربائيا لمنعكس تمدد الركبة. لقد ثبت أن تكييف H-reflex السفلي يقلل من تأثير clonus على الحركة ، وبالتالي يحسن ، الحركة في الحيوانات مع iSCI9،10،11،12،13 وفي البشر الذين يعانون من iSCI أو التصلب المتعدد أو السكتة الدماغية5،14،15. يمكن تطبيقه دون آثار جانبية ضارة في الحيوانات والأشخاص الذين يعانون من أو بدون إصابة عصبية16,17.
يعمل بروتوكول التكييف الفعال عن طريق إجراء تجارب متعددة ، تستغرق كل منها عدة ثوان. يظهر تسلسل أحداث تجربة واحدة بشكل تخطيطي في الشكل 1 ، مع أرقام تشير إلى الوظائف التالية:
1. الخلفية المستمرة يتم تسجيل EMG من أقطاب سطحية ثنائية القطب فوق العضلة المستهدفة (النعل) ومضادها (الظنبوب الأمامي). يتم تقييم مستوى الخلفية على أنه متوسط القيمة المصححة للإشارة التي تمت تصفيتها عالية التمريرات في نافذة منزلقة.
2. يظهر مستوى EMG في الخلفية في العضلة المستهدفة على أنه ارتفاع شريط ، يتم تحديثه باستمرار على شاشة المشارك. هذا يساعد المشارك على الحفاظ على النشاط ضمن نطاق محدد (منطقة فقس).
3. يحكم البرنامج على اللحظة المناسبة للتحفيز الكهربائي ويطلق المحفز وفقا لذلك. المعايير الرئيسية هي أن 5 ثوان على الأقل يجب أن تكون قد انقضت منذ التحفيز السابق وأن مستوى EMG الخلفي يجب أن يظل في النطاق المحدد بشكل مستمر لمدة 2 ثانية.
4. يقوم محفز التيار المستمر بتوصيل نبضة كهربائية عبر الجلد إلى العصب الظنبوبي (عادة أحادي الطور ، لمدة 1 مللي ثانية).
5. يتم تسجيل الاستجابة المحفزة الناتجة. يحسب البرنامج أحجام مكونين لهما أهمية خاصة: الموجة M السابقة ، والتي تعكس تنشيط العضلات الناتج عن التحفيز المباشر للمحور الحركي. والمنعكس H اللاحق ، والذي يعكس الإشارة المنقولة عبر قوس منعكس في الحبل الشوكي18،19،20،21،22. يشير EPOCS إلى هذه على أنها الاستجابة المرجعية والاستجابة المستهدفة ، على التوالي.
6. يتم عرض حجم H-reflex للتجربة الحالية على أنه ارتفاع شريط ثان ، بالنسبة إلى مستوى المعيار المطلوب الذي يحدد تجربة ناجحة أو غير ناجحة. بالنسبة للتكييف السفلي ، يكون الشريط أخضر داكن إذا انخفض حجم H-reflex إلى ما دون المعيار ، أو أحمر فاتح إذا لم يحدث ذلك (بالعكس بالنسبة للتكييف). في الوقت نفسه ، يتم تحديث العرض الرقمي لمعدل النجاح التراكمي وفقا لذلك. معا ، توفر عناصر العرض الرسومية هذه التعزيز الإيجابي أو السلبي الفوري الذي يعتمد عليه التكييف الفعال23.
الشكل 1: رسم تخطيطي للوظائف الأساسية ل EPOCS أثناء التكييف السفلي لمنعكس H النعلي. يشاهد المشارك شاشة عرض كبيرة تعرض مستوى EMG في الخلفية ، وأحدث حجم H-reflex ، وعدد التجارب المكتملة حتى الآن في التشغيل الحالي البالغ 75 ، ونسبة تشغيل التجارب الناجحة للتشغيل. يشار إلى تسلسل الأحداث في تجربة واحدة بالأرقام من 1 إلى 6 ، كما هو موضح في المقدمة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
يتكون بروتوكول تكييف H-reflex البشري عادة من 6 جلسات أساسية ، تليها 24-30 جلسة تكييف موزعة على 10 أسابيع بمعدل 3 جلسات / أسبوع ، والعديد من جلسات المتابعة على مدار 3-6 أشهر اللاحقة14,16. تستغرق كل جلسة 60-90 دقيقة.
لدعم هذا البروتوكول بالإضافة إلى البروتوكولات الأخرى ذات الصلة ، لدى EPOCS خمسة أوضاع تشغيل متميزة ، يتم تقديم كل منها بواسطة إحدى علامات التبويب في نافذتها الرئيسية ، بعنوان اختبار التحفيز ، والانكماش الطوعي ، ومنحنى التوظيف ، وتجارب التحكم ، وتجارب التدريب.
في وضع اختبار التحفيز ، يقوم البرنامج بتشغيل حافز كل بضع ثوان ، وليس بالضرورة مشروطا بحالة العضلة المستهدفة. تظهر إشارات الاستجابة على الشاشة بعد كل مثير. يسمح ذلك للمشغل بالتحقق من جودة توصيلات القطب وإشارة EMG ؛ لتحسين موضع الأقطاب الكهربائية المحفزة والتسجيل ؛ وتأسيس مورفولوجيا استجابة الفرد.
في وضع الانقباض الطوعي ، يقيس البرنامج ويظهر مستوى EMG الخلفي بينما يتم تشجيع المشارك على انقباض العضلات قدر الإمكان ، في غياب التحفيز الكهربائي. في بعض البروتوكولات ، يعد مستوى EMG عند الحد الأقصى للانكماش الطوعي (MVC) مرجعا مفيدا لتحديد معايير EMG الأساسية. في البروتوكول الموضح هنا ، هذا ليس ضروريا ، لأن وضعية الوقوف المستقرة توحد نشاط العضلة الوحيدة بشكل كاف.
في وضع منحنى التوظيف ، يعتمد التحفيز على مستوى EMG الخلفي (الذي يظهر باستمرار على الشاشة) في النطاق الصحيح ؛ تظهر إشارات الاستجابة على الشاشة بعد كل حافز ؛ ويمكن تحليل تسلسل الاستجابات في نهاية الجري. وهذا يسمح للمشغل بتحديد بداية ونهاية الفترات الزمنية التي تظهر فيها الاستجابات ذات الاهتمام ؛ لتحديد العلاقة بين شدة التحفيز وحجم الاستجابة ، قبل وبعد تشغيل التكييف ؛ وتحديد شدة التحفيز التي سيتم استخدامها للتكييف.
في وضع تجارب التحكم ، يعتمد التحفيز على مستوى EMG في الخلفية (يظهر باستمرار على الشاشة) ، ولكن لا يتم تقديم أي ملاحظات حول حجم الاستجابة المستهدفة. يمكن تحليل تسلسل وتوزيع أحجام الاستجابة. يمكن استخدام هذا الوضع لجمع قياسات خط الأساس لحجم الاستجابة ، أو كشرط تحكم للمقارنة مع التكييف الفعال في التصميم التجريبي المتقاطع أو بين الموضوعات. يمكن أن يكون بمثابة أساس لوضع معيار الأداء للتكييف الفعال في بداية كل جلسة.
أخيرا ، في وضع التجارب التدريبية ، يعتمد التحفيز على مستوى EMG في الخلفية (يظهر باستمرار على الشاشة) ، ويتم أيضا توفير التعزيز التجريبي تلو الآخر من خلال إظهار حجم الاستجابة المستهدفة ، كما هو موضح أعلاه وموضح في الشكل 1. هذا هو الوضع الذي يتم فيه تنفيذ التكييف الفعال.
سيوجه القسم التالي القارئ خلال الأوضاع الخمسة من خلال توضيح بروتوكول التكييف السفلي لمنعكس H النعل في مشارك بالغ دون إصابة عصبية.
Protocol
تمت الموافقة على جميع الإجراءات الموضحة هنا من قبل مجلس المراجعة المؤسسية لمركز ستراتون فيرجينيا الطبي (رقم الموافقة 1584762-9). أعطى المشارك في الفيديو موافقة مستنيرة لاستخدام صورته وإشارات EMG في هذا المنشور.
ملاحظة: تشير المصطلحات المكتوبة بالخط العريض إلى التسميات التي يجب أن تكون مرئية على الجهاز و/أو في واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج.
1. إعداد البرنامج
- انتقل إلى https://neurotechcenter.org/epocs للحصول على إرشادات حول الحصول على أحدث مثبت برنامج. قم بتثبيت البرنامج باستخدام برنامج التثبيت الذي تم تنزيله.
- تأكد من تثبيت برامج التشغيل وبرامج الشركة المصنعة الضرورية لجهاز التحويل الرقمي. على وجه الخصوص ، تأكد من أن تثبيت NI-DAQmx يتضمن دعم 64 بت.
- قم بتشغيل تطبيق NI-MAX ، وحدد الجهاز المراد استخدامه ضمن الأجهزة والواجهات ، وتأكد من أن اسمه هو Dev1. ثم، ضمن تكوين حالات > الطاقة، تأكد من إلغاء تحديد خانة الاختيار حالة الخط للمنفذ 0 السطر 7 (صفر). أيضا ، صفر مربع الاختيار Tristate المقابل ، إذا كان هناك واحد.
- باستخدام الأداة " إضافة أو إزالة البرامج" ، قم بإزالة أي برامج غير ضرورية قد تستهلك موارد المعالج بشكل متقطع في الخلفية ، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث خلل في معالجة الإشارات في الوقت الفعلي. تأكد من إزالة أي مجموعات تحديث / مستكشف أخطاء البرامج ومصلحها التي توفرها الشركة المصنعة للكمبيوتر ، حيث من المعروف أنها تسبب مشكلات خطيرة في الأداء.
ملاحظة: يجب تنفيذ خطوات إعداد البرنامج المذكورة أعلاه مرة واحدة فقط لتكوين جهاز معين.
2. إعداد الأجهزة
- قم بإعداد محول الأرقام لتنسيق الإدخال والإخراج كما هو موضح أدناه.
- باستخدام قطعة قصيرة من الأسلاك المعزولة ذات النواة الصلبة ، قم بتصحيح طرف الزنبرك لمنفذ الإخراج الرقمي 0 سطر 7 (تم وضع علامة P0.7 - أو ربما DIO7 على المعدات القديمة) إلى طرف الزنبرك لإخراج المستخدم .
- قم بتوصيل موصل نقطة الإنطلاق BNC أنثى / ذكر / أنثى بإخراج المستخدم . قم بتوصيل إخراج USER بمنفذ إدخال الزناد الخارجي للمحفز.
- قم بتوصيل كبلات إشارة EMG المضخمة الأولى والثانية بقنوات الإدخال التناظرية الأولى والثانية لبطاقة الحصول على البيانات ، على التوالي. يتم وضع علامة على هذه AI0 و AI1 - أو ربما ACH0 و ACH1 على المعدات القديمة. قم بإجراء اتصال إضافي من إخراج USER مرة أخرى إلى قناة الإدخال التناظرية الثالثة (المميزة AI2 أو ACH2).
- قم بإعداد محفز التيار المستمر كما هو موضح أدناه.
ملاحظة: لجعل البروتوكول قابلا للتعميم على مجموعة متنوعة من العلامات التجارية ونماذج المحفز، توضح هذه المقالة التحكم اليدوي في شدة التحفيز بدلا من الاستفادة من خيار التحكم التلقائي في نماذج المحفز المعينة.- قم بتشغيل المحفز وتكوينه لتقديم نبضات أحادية الطور 1 مللي ثانية. بالنسبة لطراز DS8R ، تأكد من التحكم في شدة التحفيز بواسطة اللوحة الأمامية أو واجهة USB ، وليس عبر الإدخال التناظري الخلفي. قم بتوصيل كابل الإخراج الطويل وقم بتوصيله بالخيوط المفاجئة التي سيتم توصيلها بوسادات القطب المحفز.
- قم بإعداد مكبر الصوت التناظري لتقديم قناتين على الأقل من EMG كما هو موضح أدناه.
- قم بتشغيل مكبر الصوت. تأكد من أن جميع قيم GAIN للقناة بقيمتها الافتراضية 500 وأن مقابض VARIABLE المقابلة يتم تحويلها إلى الحد الأدنى لقيمتها وهو 1.
- قم بتوصيل الوحدة المحمولة بمكبر الصوت باستخدام الكابل الطويل. أدخل بطاريتين مربعتين بجهد 9 فولت في حزمة بطارية الوحدة المحمولة. اربط الوحدة المحمولة وحزمة البطارية حول خصر المشارك.
3. إعداد التحفيز وتسجيل الأقطاب الكهربائية
- استخدم أي معالم أو قياسات تمت ملاحظتها مسبقا لإعادة إنشاء مواضع الأقطاب الكهربائية السابقة الخاصة بالمشاركين بأكبر قدر ممكن. قم بإعداد الجلد حيث سيتم توصيل الأقطاب الكهربائية عن طريق المسح باستخدام ضمادات الكحول لإزالة الزيت الزائد ، ثم امسحها بمنشفة ورقية لإزالة الجلد الميت.
- قم بتوصيل أقطاب التحفيز في موضعها لتحفيز العصب الظنبوبي بدقة ، مع الحد الأدنى من التأثير على العصب الشظوي المشترك. استخدم القطب الأكبر (22 مم × 35 مم) كأنود وضعه في قمة الحفرة المأبضية حيث يتفرع العصب الوركي إلى أعصاب ظنبوبية وشظوية شائعة. ضع الكاثود (22 مم × 22 مم) عند تجعد الركبة ، أسفل الأنود مباشرة ، مع فصل 3-4 سم بين مراكز القطب.
- قم بتوصيل أقطاب تسجيل EMG في مونتاج ثنائي القطب في العضلة المستهدفة (النعل) على النحو التالي.
- لتحديد الموقع الصحيح ، ابحث أولا عن عضلة الساق عن طريق الجس بينما يتناوب المشارك بين الوقوف على أصابع قدميه والوقوف بشكل طبيعي.
- ضع القطب الأول مباشرة أسفل الحدود البعيدة لبطن عضلة الساق. ضع القطب الثاني أسفل الأول ، مع تباعد 5 سم بين مراكز القطب. حافظ على كلا القطبين في خط مع وتر العرقوب.
- قم بتوصيل أقطاب تسجيل EMG في مونتاج ثنائي القطب في العضلة المضادة (الظنبوب الأمامي). للقيام بذلك ، حدد العضلات عن طريق الجس بينما يرفع المشارك (dorsiflexes) أصابع قدميه. ضع الأقطاب الكهربائية على بطن العضلات ، حوالي 1/3 من الطريق لأسفل من الرأس الشظوي إلى الكاحل ، مع فصل رأسي 5 سم بين مراكز القطب.
- قم بتوصيل قطب كهربائي أرضي عند الرضفة.
- قم بتوصيل أسلاك مضخم EMG على النحو التالي. قم بتوصيل القطب النشط المسجل باللون الأخضر بالقناة 1 على الوحدة المحمولة وقم بتوصيل المشابك الحمراء بأقطاب العضلات المستهدفة (النعل) والمشبك الأخضر بالقطب الأرضي. قم بتوصيل القطب النشط المسجل باللون الأسود بالقناة 2 على الوحدة المحمولة وقم بتوصيل المشابك بأقطاب العضلات المضادة (الظنبوب الأمامي).
- قم بتوصيل حزمة البطارية بالوحدة المحمولة.
- قم بتوصيل التحفيز المفاجئ يؤدي إلى أقطاب التحفيز.
4. استخدام برنامج EPOCS
- ضع الشاشة بحيث يمكن لكل من المحقق والموضوع (أو المعالج والمريض) رؤيتها بوضوح.
- ابدأ جلسة EPOCS.
ملاحظة: يتم تعريف الجلسة على أنها زيارة واحدة للمختبر أو العيادة ، وعادة ما تستغرق 60-90 دقيقة.- انقر نقرا مزدوجا فوق رمز EPOCS لتشغيل التطبيق. أدخل رمز معرف المشارك (أو اختر من قائمة المعرفات المستخدمة سابقا).
- إذا كان هذا استمرارا لجلسة حالية ، على سبيل المثال ، إذا كان لا بد من إعادة تشغيل البرنامج بعد انقطاع ، فاضغط على متابعة الجلسة. سيكون هذا متاحا فقط إذا تم بدء جلسة للمشارك المحدد في آخر 3 ساعات.
- وإلا، فاضغط على بدء جلسة عمل جديدة. سيؤدي هذا إلى إنشاء مجلد بيانات جديد ، وختم التاريخ والوقت وتمييزه بمعرف المشارك.
- تحقق من موقع القطب وجودة الاتصال واضبطه حسب الضرورة.
- تأكد من عرض علامة التبويب اختبار التحفيز .
- في الإعدادات > التحفيز، قم بتكوين الحد الأدنى للفاصل الزمني لاختبار التحفيز إلى 3 ثوان. لاحظ أنه تم تكوين هذا بشكل منفصل عن الحد الأدنى للفاصل الزمني للاستخدام العادي ، والذي سيكون عادة أطول ، حوالي 5 ثوان. اترك إعداد رابط Digitimer معطلا.
ملاحظة: عند التمكين ، سيسمح خيار Digitimer Link بالتحكم في البرنامج في شدة التحفيز عند استخدام نماذج محفزة معينة. يوضح البروتوكول الحالي بدلا من ذلك التحكم اليدوي في شدة التحفيز ، والذي ينطبق عبر العديد من ماركات ونماذج المحفزات. - في لوحة التحكم في المحفز ، اضبط شدة التحفيز على 5 مللي أمبير وقم بتمكين التحفيز.
- اطلب من المشارك الوقوف ، مع دعم أيديهم جزئيا لوزنهم على المشاية إذا لزم الأمر.
- حذر المشارك من توقع التحفيز ، ثم اضغط على Start لبدء تشغيل جديد (أي لبدء تسجيل الإشارات باستمرار إلى ملف جديد). سيتم ترقيم عمليات التشغيل بالتسلسل ، ولن تقوم ملفاتها أبدا بالكتابة فوق بعضها البعض.
- كل تكرار للتحفيز يسمى تجربة. يتم عرض ردود EMG المستخلصة في كل تجربة على الفور. قم بتقييم الموجة M و H-reflex المستنبطة في العضلة المستهدفة (الأثر العلوي الأزرق) والعضلة المضادة (الأثر السفلي الأحمر). إذا لزم الأمر ، قم بزيادة التيار تدريجيا إلى 10 مللي أمبير أو أكثر ، حتى تظهر الاستجابات بوضوح.
- للعثور على الموقع الأمثل للتحفيز (أي الموقع الذي ينتج عنه أكبر منعكس H) ، قارن الجهود المثارة بعد تحريك الكاثود بعرض قطب كامل وسطيا ثم أفقيا ، متبوعا بنصف عرض قطب كهربائي وسطيا ثم أفقيا ، وأخيرا بعرض قطب كهربائي كامل لأعلى ثم لأسفل.
- ضع علامة على موضع الأقطاب الكهربائية ولاحظها وصورها للمساعدة في إعادة التموضع في الجلسات المستقبلية. إذا أمكن ، قم بعمل قالب من الجبس في ربلة الساق والجزء الخلفي من الركبة وقم بعمل ثقوب في الجبيرة تسمح بإعادة تطبيق العلامات بدقة.
- بمجرد العثور على المواضع المثلى للأقطاب الكهربائية ، استبدل الأقطاب الكهربائية المعاد وضعها بأقطاب كهربائية جديدة.
- لتكييف النعل ، تخطي علامة التبويب الانقباض الطوعي .
- قياس الحد الأقصى لأحجام موجة M و H-reflex (M.max و H.max) عن طريق رسم منحنى التوظيف ، أي العلاقة بين كثافة التحفيز والاستجابة. قم بقياس منحنى التوظيف على النحو التالي ، قبل وبعد تجارب التحكم أو التدريب في كل جلسة. في الجلسة الأولى ، استخدم منحنى التوظيف لتوجيه اختيار كثافة التحفيز المناسبة للاستخدام طوال عملية التكييف.
- قم بالتبديل إلى علامة التبويب منحنى التوظيف .
- في الإعدادات > EMG، قم بتكوين النطاقات التي يجب أن تظل قيم EMG الخلفية المستهدفة والمضادة داخلها لتمكين التحفيز. بالنسبة للنعل ، بافتراض عدم قياس الحد الأقصى للانقباض الطوعي ، تأكد ببساطة من أن النطاقات تشمل مستويات EMG الناتجة عن حمل الوزن الطبيعي أثناء الوقوف. اضبط مدة تعليق الخلفية على 2 ثانية لإملاء المدة التي يجب على المشارك فيها إبقاء EMG باستمرار في النطاق لتشغيل كل حافز.
ملاحظة: قد يتم ترك الحدود العليا أو الدنيا فارغة إذا لم يتم فرض أي قيود مقابلة. - قم بتمكين المحفز واضبط الشدة على الحد الأدنى للقيمة التي سيتم استخدامها في قياس منحنى التوظيف: 5 مللي أمبير. (هذه القيمة هي مثال ويجب اختيارها على أساس كل حالة على حدة - انظر المناقشة.)
- إذا كانت هذه هي الجلسة الأولى للمشارك ، فاسمح له بالتدرب على إبقاء EMG في النطاق الصحيح للمدة المطلوبة كما هو موضح أدناه.
- مع وقوف المشارك، اضغط على ابدأ. وضح للمشارك كيف يظهر مستوى EMG الخلفي في العضلة المستهدفة في الوقت الفعلي كارتفاع الشريط مقابل منطقة مظللة تظهر النطاق المستهدف.
- اشرح للمشارك أن النشاط من كلتا العضلتين (الهدف والخصم) يجب أن يكون ضمن النطاقات المطلوبة لتحويل الشريط من اللون الأحمر الفاتح إلى الأخضر الداكن (على الرغم من أن مستوى نشاط الخصم لا يظهر مباشرة).
- لضبط نطاقات الخلفية ، اضغط على إيقاف متبوعا بالإعدادات ؛ ثم أدخل الأرقام الجديدة ، واضغط على موافق ، ثم ابدأ مرة أخرى. اضغط على إيقاف عند انتهاء تشغيل التدريب.
- لقياس منحنى التوظيف، مع وقوف المشارك، اضغط على ابدأ. إذا كان منعكس H مرئيا بالفعل عند شدة البداية المختارة ، فقم بتقليل التيار تدريجيا حتى لا يتم رؤية منعكس H. ثم اضغط على إيقاف ثم اضغط مرة أخرى على ابدأ لبدء التشغيل.
- انتبه جيدا إلى عداد المحاكمات المكتملة . بعد كل أربع تجارب ، قم بزيادة شدة التحفيز يدويا بمقدار 2 مللي أمبير. (هذه القيمة هي مثال ويجب اختيارها على أساس كل حالة على حدة - انظر المناقشة.) استمر حتى يصل حجم الموجة M إلى هضبة ، بشرط ألا يبلغ المشارك عن عدم الراحة. اضغط على إيقاف عند الانتهاء وادع المشارك للجلوس للراحة.
- دون قيم شدة التحفيز المستخدمة في كل تجربة. قم بإقران أي سجلات مكتوبة برقم التشغيل الموضح في أعلى يمين النافذة. في نهاية أي تشغيل ، أدخل هذه المعلومات يدويا في سجل الجلسة ، إلى جانب أي ملاحظات أخرى ، عبر علامة التبويب السجل .
ملاحظة: إذا تم التحكم في شدة التحفيز يدويا، فلن يتم تسجيل هذه المعلومات بواسطة البرنامج. - اضغط على زر التحليل لفتح نافذة التحليل والسماح بتعريف الموجات M و H على النحو التالي. في الجزء العلوي من نافذة التحليل، افحص تراكب التحفيز المقفل لإشارات العضلات المستهدفة من كل تجربة في الجولة الأخيرة.
- استخدم الماوس لضبط بداية ونهاية المرجع البني والفواصل الزمنية المستهدفة الخضراء (في بروتوكول تكييف عامل H-reflex ، تتوافق هذه مع M-wave و H-reflex ، على التوالي). عندما تكون الفواصل الزمنية صحيحة، اضغط على أزرار استخدام التوقيتات المحددة الحمراء لحفظ إعدادات الفاصل الزمني المخصصة هذه للتحليلات المستقبلية.
- في جزء التسلسل في النصف السفلي من نافذة التحليل، قم بتقييم منحنى التوظيف الناتج. اضبط الإعدادات لعرض السعة من الذروة إلى الذروة أو السعة المصححة المتوسطة ولتجميع النتائج من التجارب المتتالية. نظرا لزيادة تيار التحفيز كل أربع تجارب، حدد التجارب المراد تجميعها: 4. سجل M max و Hmax الناتجين.
- إذا كانت هذه هي الجلسة الأولى للمشارك ، فقم بتحسين مواقع تسجيل EMG للعضلات المستهدفة على النحو التالي.
- حرك الأقطاب الكهربائية النعلية وسطيا بمقدار نصف عرض القطب (أو عرض القطب الكامل إذا كانت العضلات واسعة بدرجة كافية). بعد ذلك ، كرر الخطوات أعلاه لجمع منحنى توظيف كامل وتسجيل M max و Hmax الناتجين.
- حرك الأقطاب الكهربائية النعل بنفس المسافة أفقيا من موضعها الأصلي ، وقم مرة أخرى بإجراء قياس منحنى التجنيد لتقدير M max و Hmax. اعتمد موضع القطب الذي يزيد من Hmax وقم بوضع علامة على مواقعها ولاحظها وتصويرها كما في الخطوة 4.3.8.
- اختر شدة التحفيز التي تثير منعكس H قريب من الحد الأقصى - من الناحية المثالية على المنحدر الصاعد (الأيسر) لمنحنى توظيف H-reflex - ولكن مع القيد الذي يجب أن يكون هناك موجة M مرئية. قم بتعيين قيمة شدة التحفيز هذه على المحفز ولاحظها للجلسات المستقبلية. لاحظ أيضا حجم الموجة M المقابل (انظر المناقشة).
- قم بقياس توزيع أحجام H-reflex دون إعطاء ملاحظات استجابة على النحو التالي.
- قم بالتبديل إلى علامة التبويب التحكم في الإصدارات التجريبية .
- مع وقوف المشارك، اضغط على ابدأ. كما كان من قبل ، اطلب من المشارك استخدام التعليقات المقدمة من شريط الصعود والهبوط للحفاظ على مستوى نشاط عضلات الخلفية ضمن النطاق المطلوب.
- إذا كانت هذه جلسة أساس أو جلسة متابعة، فقم بإجراء 75 تجربة متتالية بكثافة التحفيز المختارة. إذا كانت هذه جلسة تكييف ، فقم بإجراء 20 تجربة فقط. بعد العدد المحدد من التجريبيات، اضغط على إيقاف (إيقاف) لإنهاء التشغيل.
- تحليل الصحافة. كما كان من قبل ، قم بتقييم تراكب أشكال موجات الاستجابة لكل تجربة على حدة في اللوحة العلوية وتسلسل أحجام الاستجابة أدناه. يتم أيضا تنشيط علامة تبويب جديدة تسمى التوزيع افتراضيا ، أعلى التسلسل. يظهر توزيع أحجام H-reflex ، مع إحصائيات موجزة على اليمين.
- اضغط على نتائج السجل لإلحاق إحصائيات الملخص بسجل جلسة العمل.
- إذا كانت هذه جلسة أساسية ، كرر الخطوات المذكورة أعلاه لما مجموعه 3 أشواط من 75 تجربة لكل منها. بعد ذلك، انتقل إلى قياس منحنى التوظيف الختامي في الخطوة 4.8.
- إذا كانت هذه جلسة تكييف، فقم بتعيين النسبة المئوية المستهدفة إلى 66. يتم عرض مستويات معيار التكييف لأعلى ولأسفل ، جنبا إلى جنب مع الوسيط ، من خلال الخطوط الحمراء العمودية. حدد معيارا للتكييف بالضغط على زر Up-Condition أو Down-Condition. بالنسبة لهذا البروتوكول ، اضغط على Down-Condition. سيتم تسجيل هذا الإجراء تلقائيا، وسيتم إغلاق نافذة التحليل.
ملاحظة: في بروتوكول التكييف السفلي ، تعني القيمة المئوية المستهدفة 66 أن التجربة الناجحة تعرف بأنها تلك التي يكون فيها حجم الاستجابة في أدنى 66٪ من التوزيع المقاس مسبقا ؛ على العكس من ذلك ، في التكييف ، يعني النجاح إنتاج حجم استجابة في أعلى 66٪ من التوزيع.
- قم بإجراء تكييف فعال كما هو موضح أدناه.
- قم بالتبديل إلى علامة التبويب التجارب التدريبية .
- مع وقوف المشارك، اضغط على ابدأ.
- إذا لم يكن المشارك قد شاهده من قبل ، فلفت انتباهه إلى شريط الملاحظات الجديد في منتصف الشاشة. اشرح أنه يوضح أحدث حجم لمنعكس H بالنسبة إلى النطاق المستهدف المفرغ. إذا كانت الاستجابة تقع ضمن النطاق المستهدف ، احتساب التجربة على أنها ناجحة ، وسيكون الشريط أخضر داكن. إذا كان خارج النطاق ، احتساب التجربة على أنها غير ناجحة ، وسيكون الشريط أحمر أكثر إشراقا.
- طوال فترة الجري ، حفز المشارك على إجراء أكبر عدد ممكن من التجارب الناجحة. يتم عرض عدد التجارب التي تم إجراؤها ونسبة التجارب التي نجحت في التشغيل حتى الآن على يمين الشاشة. بعد 75 تجربة، اضغط على إيقاف لإنهاء التشغيل.
- اضغط على زر التحليل . تبدو نافذة التحليل كما كانت بالنسبة لتجارب التحكم. مرة أخرى ، استخدم علامة التبويب التسلسل للتحقق من أن الموجات M ظلت ثابتة عند الحجم المطلوب.
- كما كان من قبل، مع تحديد علامة التبويب توزيع ، استخدم الزر Down-Condition لتحديث معيار التكييف الفعال للتشغيل التالي. كرر إجراء التكييف الفعال 2x أكثر ، ليصبح المجموع 3 أشواط من 75 تجربة لكل منها.
- في نهاية الجلسة ، قم بإجراء قياس آخر لمنحنى التوظيف كما في الخطوات 4.5.1.-4.5.6.
- قم بإنهاء الجلسة كما هو موضح أدناه.
- اكتب أي ملاحظات جلسة عمل إضافية في علامة التبويب سجل . يتم حفظ السجل تلقائيا عند تعبئته في ملف نص عادي مختوم بالتاريخ في دليل البيانات الخاص بالجلسة. أغلق النافذة. سيتم بالفعل حفظ البيانات والسجلات.
- لإعادة زيارة نافذة التحليل للبيانات المسجلة مسبقا، انقر نقرا مزدوجا فوق أيقونة EPOCS Offline Analysis (تحليل دون اتصال)، وحدد ملف البيانات للتشغيل المراد تحليله. انتظر حتى تتم معالجة الإشارات الأولية (قد يستغرق ذلك 1 دقيقة أو أكثر).
ملاحظة: يتم حفظ البيانات كملفات .dat بتنسيق BCI2000. يشير اسم الملف إلى تاريخ الجلسة ووقتها، ومعرف المشارك، والوضع (ST لاختبار التحفيز، وVC للانكماش الطوعي، وRC لمنحنى التوظيف، والتصوير المقطعي المحوسب لتجارب التحكم، وTT للتجارب التدريبية)، ورقم التشغيل المتسلسل.
5. إجراء جلسات تكرار متعددة
- حدد موعدا لما مجموعه 6 جلسات أساسية و 24 جلسة تكييف (أو 30 جلسة ، للأشخاص الذين يعانون من ضعف عصبي) ، و 4 جلسات متابعة. قم بجدولة جلسات خط الأساس والتكييف بمعدل 3 جلسات / أسبوع ، كل جلسة لا تدوم أكثر من 90 دقيقة. الترتيب لإجراء جميع الجلسات في نفس الوقت من اليوم لتقليل آثار الاختلاف النهاري.
- في كل جلسة من جلسات خط الأساس ال 6، قم بإجراء تشغيل أولي لمنحنى التوظيف ، و3 أشواط من 75 تجربة مراقبة، وتشغيل منحنى التوظيف النهائي.
- في كل جلسة من جلسات التكييف ال 24 (أو 30) ، قم بإجراء تشغيل منحنى التوظيف الأولي ، وتشغيل 1 من 20 تجربة تحكم ، و 3 جولات من 75 تجربة تدريبية ، وتشغيل منحنى التوظيف النهائي.
- قم بإجراء 4 جلسات متابعة في 10-14 يوما وشهر واحد وشهرين و 3 أشهر بعد جلسة التكييف الأخيرة. اعتمادا على أهداف الدراسة ، قد تكون هذه مماثلة لجلسات خط الأساس ، أو جلسات التكييف.
Representative Results
يوضح الشكل 2 فعالية البروتوكول أعلاه في قياس منحنيات توظيف M-wave و H-reflex وفي قياس توزيع أحجام H-reflex عند كثافة تحفيز ثابتة. كما يوضح الفعالية الشاملة للبروتوكول متعدد الجلسات في تغيير حجم H-reflex لدى المشاركين غير المعاقين عصبيا وفي تحسين الوظيفة الحركية لدى المشاركين الذين يعانون من إصابة غير مكتملة في الحبل الشوكي.
يوضح الشكل 2A لقطة شاشة لنافذة التحليل بعد التشغيل الذي تم إجراؤه في وضع منحنى التوظيف أثناء تكييف معامل H-reflex (انظر خطوة البروتوكول 4.5.). في النصف السفلي من النافذة (جزء التسلسل) ، يعرض المحور الأفقي رقم التجربة - وبالتالي ، تزداد شدة التحفيز من اليسار إلى اليمين. يرتفع حجم H-reflex (الدوائر الخضراء) ثم ينخفض كدالة لشدة التحفيز ، بينما يرتفع حجم الموجة M (المثلثات البنية) ثم يشبع. يوضح الشكل 2B لقطة شاشة لنافذة التحليل بعد التشغيل الذي تم إجراؤه في وضع تجارب التحكم أو تجارب التدريب أثناء تكييف معامل H-reflex (انظر خطوة البروتوكول 4.6. والخطوة 4.7.). في اللوحة السفلية (جزء "التوزيع") ، يسهل الرسم البياني لأحجام H-reflex اختيار مستوى معيار مناسب للتكييف اللاحق لأعلى أو لأسفل. في الشكل 2C ، يتم رسم حجم H-reflex في المشاركين غير المعاقين عصبيا كدالة لعدد الجلسة عبر 6 جلسات أساسية و 24 جلسة تكييف و 4 جلسات متابعة. تم جمع البيانات من 15 مشاركا (8 ذكور و 7 إناث) شارك 2 منهم في أذرع التكييف لأعلى ولأسفل. تراوحت أعمار المشاركين بين 21 و 55 عاما. أعطى جميع المشاركين موافقة مستنيرة. تمت الموافقة على البروتوكول من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) التابع لوزارة الصحة بولاية نيويورك (رقم الموافقة 05-058). يقدم Thompson et al.16 مزيدا من التفاصيل. يوضح الشكل 2D التأثير المفيد لتكييف H-reflex السفلي النعلي في المشاركين الذين يعانون من ضعف مزمن في الأطراف السفلية بعد إصابة الحبل الشوكي غير المكتملة. ارتبط التكييف الناجح بتحسن في تناسق المشي وفي سرعة المشي بالنسبة إلى خط الأساس. تم جمع البيانات من 13 مشاركا (9 ذكور و 4 إناث) تتراوح أعمارهم بين 28 و 68 عاما ، والذين أعطوا موافقة مستنيرة. تمت الموافقة على البروتوكول من قبل IRB لمستشفى هيلين هايز (رقم الموافقة 07-07). يقدم Thompson et al.14 مزيدا من التفاصيل.
الشكل 2: النتائج التمثيلية . (أ) لقطة شاشة لنافذة تحليل منحنى التوظيف. (ب) لقطة شاشة لنافذة تحليل تجارب التحكم أو تجارب التدريب. (ج) التأثيرات المتناقضة لتكييف المنعكس H لأعلى ولأسفل في المشاركين غير المصابين. تظهر المثلثات الحمراء الصاعدة متوسط حجم H-reflex من N = 6 مشاركين تم تكييفهم بنجاح (من أصل 8) ؛ تظهر المثلثات الزرقاء الهابطة متوسط الاستجابات من N = 8 مشاركين تم تكييفهم بنجاح (من أصل 9). تشير أشرطة الخطأ إلى الخطأ القياسي. تم تعديل هذه الصورة من Thompson et al.16. (د) التأثير العلاجي لتكييف النعل H-reflex Down على سرعة المشي وتناظر المشي لدى الأشخاص الذين يعانون من ضعف مزمن بعد إصابة الحبل الشوكي غير المكتملة. نتائج تباين الأشرطة ل N = 6 مشاركين تم تكييف ردود أفعالهم H بنجاح مقابل N = 4 مشاركين من حالة التحكم (بدون تكييف فعال) و N = 3 مشاركين فشل بروتوكول التكييف السفلي في تقليل حجم المنعكس. تشير أشرطة الخطأ إلى الخطأ القياسي. تشير كل علامة نجمية إلى قيمة p أقل من 0.05 في اختبار t المقترن الذي يقارن بين قياسات ما قبل التكييف وما بعد التكييف. تم تعديل هذه الصورة من Thompson et al.14. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
Discussion
البروتوكول الموصوف أعلاه مناسب لإظهار تكييف H-reflex النعلي في شخص بالغ نموذجي دون إعاقة عصبية. قد تختلف قيم المعلمات الدقيقة من شخص لآخر وخاصة كدالة للضعف. في حين أن منحنى توظيف المشارك وصل إلى Mmax عند تيار محفز يبلغ حوالي 25 مللي أمبير في الفيديو ، قد يحتاج شخص آخر إلى 50 مللي أمبير أو أكثر ، لذلك سيتم زيادة التيار بخطوات أكبر أثناء قياس منحنى التوظيف. قد تتطلب أيضا مدة نبض أطول. قد يكون الشخص الثالث أكثر حساسية ويتطلب إعدادات تيار أصغر. يحتاج البروتوكول أيضا إلى التكيف وفقا للعضلة التي يتم تكييفها. على سبيل المثال ، عند استهداف عضلة الكاربي الشعاعيةالمثنية 24,25 ، يتم استخدام إعداد التيار المنخفض بشكل عام ؛ ينبغي استخدام وضع الانكماش الطوعي لوضع مقياس لحدود EMG الخلفية؛ ويجب توخي قدر أكبر من الحذر أثناء تحسين وضع القطب وأثناء تحسين الموقف ، والذي يجب بعد ذلك أن يظل ثابتا عبر التجارب.
البروتوكول حساس للاختلافات في العلاقة بين إعداد تيار المحفز وكمية التيار التي يتم توصيلها فعليا إلى العصب - قد يتأثر هذا باختلافات صغيرة في الموقف ، وترطيب المشارك ، وتجفيف هلام القطب اللاصق. في تكييف H-reflex ، يمكن تخفيف هذه المشكلة باستخدام حجم الموجة M كمؤشر على شدة التحفيز الفعالة. وهو يعكس عدد المحاور العصبية المتحركة الوحيدة الصادرة التي يثيرها المثير. وبالتالي ، إذا ظل حجم الموجة M ثابتا ، فهذا يعني أن عدد المحاور العصبية الأولية الواردة التي يثيرها التحفيز ، أي المحاور العصبية التي تثير منعكس H ، تظل ثابتة أيضا (انظر أيضا Crone et al.26). ومن ثم ، يشار إلى هذه الموجة M على أنها الاستجابة المرجعية في البرنامج. لهذا السبب ، الخطوة 4.5.12. يذكر أنه يجب تسجيل حجم الموجة M المستهدفة. في الواقع ، من المهم الحفاظ على حجم الاستجابة هذا ثابتا تقريبا بدلا من الحفاظ على التيار الاسمي ثابتا تماما. تسمح علامة التبويب Sequence في نافذة التحليل بالتحقق بأثر رجعي من ثبات M-wave على كل تشغيل ؛ بالنسبة لتكييف H-reflex النعل ، غالبا ما يكون هذا كافيا لتصحيح أي مشاكل. لمزيد من التحكم ، قد يتم توصيل شاشة ثانية بالكمبيوتر لعرض تحليلات M-wave في الوقت الفعلي التي توجه التعديل اليدوي لكل تجربة على حدة. أتمتة مهمة التحكم هذه هي مشروع مستمر27.
قد يؤثر الاختلاف النهاري أيضا على الاستجابات الكهربية للشخص28،29،30،31. لهذا السبب ، يوصى بإجراء جميع الجلسات في نفس الوقت من اليوم ، أي في نفس النافذة الزمنية 3 ساعات.
قد يكون نجاح التكييف الفعال حساسا لدقة الفاصل الزمني الذي يختاره المشغل لتحديد منعكس H ؛ على وجه الخصوص ، يجب ألا يكون الفاصل الزمني واسعا جدا. المبادئ التوجيهية التفصيلية لتعريف الفاصل الصحيح هي خارج نطاق المادة الحالية. هذه أيضا وظيفة سيتم أتمتتها في الإصدارات المستقبلية من البرنامج.
الخطوة الحاسمة في البروتوكول هي الخطوة 4.5.6 ، حيث يقوم المشغل يدويا بزيادة تيار المحفز بشكل متكرر بعد كل عدد ثابت من التجارب. يمكن أن يؤدي سوء حساب التجارب هنا أو سوء ضبط الاتصال الهاتفي الحالي إلى تشويه منحنى التوظيف الناتج. يمكن التخفيف من احتمال خطأ المستخدم هذا عن طريق تمكين خيار Digitimer Link ، والذي يسمح بأتمتة التعديل الحالي لنموذج محفز معين.
ركزت هذه المقالة على تكييف H-reflex ، لأنه الأكثر تطورا من بين التطبيقات السريرية المحتملة ل EPOCS. يساعد البرنامج الحالي الباحثين في الجهود المستمرة لصقل هذا البروتوكول نحو النشر السريري الواسع32. بالإضافة إلى تكييف H-reflex ، يمكن أيضا تطبيق EPOCS في شكله الحالي على مجموعة متنوعة من طرق التحفيز والاستجابات المثارة. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي بشكل جيد إلى تشغيل جهاز ميكانيكي يثير منعكس تمدد ، والذي قد يكون أيضا مشروطا33،34،35. هذا النهج قابل للتكيف مع إعاقات الفرد. في شخص واحد ، يعمل تكييف المنعكس H-reflex النعل على تحسين الحركة عن طريق تقليل فرط المنعكسات التشنجي14 ؛ في آخر ، يعمل تكييف MEP الأمامي للظنبوب على تحسين الحركة عن طريق التخفيف من انخفاض القدم36.
في حين أن الجهود جارية لإنتاج تنفيذ تجاري للبروتوكول ، سيتم الحفاظ على البرنامج الأصلي بالتوازي كأداة بحث لتوفير المرونة اللازمة لتوسيع مجال المرونة العصبية المستهدفة. يتم تمكين هذه المرونة من خلال نمطية وقابلية التوسع لمنصة برمجيات BCI2000 واسعة الانتشار والراسخة ، والتي تستند إليها EPOCS. هذا يعني أنه مع الحد الأدنى من التدخل من قبل مهندس البرمجيات ، يمكن إعادة تكوين النظام لمجموعة متنوعة من أغراض البحث. على سبيل المثال ، يمكن تهيئته لتسجيل قنوات إشارة بيولوجية إضافية أو مستشعرات إضافية لتحليلها لاحقا (على سبيل المثال ، مفاتيح القدم وأجهزة استشعار تتبع الحركة) للتكييف أثناء الحركة. يمكن أيضا برمجته للنظر في معايير تحفيز إضافية للتحفيز (على سبيل المثال ، تحفيز التحفيز فقط في جزء معين من دورة المشي) أو لتحفيز محفزات تعزيز إضافية في التجارب الناجحة أو غير الناجحة. يتم توفير أمثلة على ملفات التخصيص.
المرونة العصبية المستهدفة لا تزال في مهدها. من المتوقع أن توفر طرقها غير المستكشفة حتى الآن فوائد كبيرة لتطوير مناهج علاجية جديدة (كما نوقش أعلاه) ولتوضيح التاريخ الطبيعي للمرض وآليات وظيفة الجهاز العصبي المركزي في كل من الصحة والمرض2،32،37. لذلك ، نحن ملتزمون بالحفاظ على EPOCS ودعمه كأداة رئيسية لتحقيق هذه الإمكانات العلاجية والعلمية.
Disclosures
JRW و AKT مخترعان في ثلاث براءات اختراع تتعلق بتكييف H-reflex. ليس لدى المؤلفين الآخرين مصالح مالية متنافسة أو تضارب في المصالح للإبلاغ عنها.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل من قبل NIH (NIBIB) P41EB018783 (JRW) ، NIH (NINDS) R01NS114279 (AKT) ، NIH (NINDS) U44NS114420 (I. Clements ، AKT ، JRW) ، NYS SCIRB C33279GG & C32236GG (JRW) ، NIH (NICHD) P2C HD086844 (S. Kautz) ، برنامج أبحاث إعادة التأهيل العصبي Doscher (AKT) ، ومركز ستراتون ألباني الطبي VA.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alcohol swabs | any | For application to skin | |
| BNC cable (long) x 1 | any | Male BNC to male BNC, long enough to reach from digitizer to stimulator | |
| BNC cable (medium) x 2 | any | Male BNC to male BNC, long enough to reach from amplifier to digitizer | |
| BNC cable (short) x 1 | any | Male BNC to male BNC, short (to patch between two digitizer ports) | |
| BNC tee connector | any | Female-male-female BNC splitter | |
| Computer | Lenovo | ThinkStation P340 | A wide range of computing hardware is suitable, especially if using a USB digitizer (no PCI slots needed). Must run Windows 7+. Include standard keyboard & mouse. |
| Constant-current stimulator | Digitimer Ltd. | DS8R | The DS8R enjoys EPOCS automation support. If controlled manually, other constant-current stimulators may be used provided they have an external TTL trigger and can achieve a pulse duration of 1 ms or more. |
| Digitizer (option A) | National Instruments | USB-6212 | USB digitizer with integrated BNC connectors. |
| Digitizer (option B) | National Instruments | PCIe-6321 | PCIe digitizer—requires desktop computer with a free PCI slot, also cable and BNC terminal block (below) |
| Digitizer cable (for option B only) | National Instruments | SHC68-68-EPM | Connects PCIe digitizer to BNC terminal block |
| Digitizer terminal block (for option B only) | National Instruments | BNC-2090A | 19-inch-rack-mountable BNC terminal block |
| EMG amplifier system | Bortec Biomedical Ltd. | AMT-8 | Analog amplifier + portable unit + long transmission cable + battery pack + two 500-gain active electrode leads (1 bipolar, 1 bipolar with ground) |
| Monitor | any | Large enough for the participant to see clearly from the intended viewing distance. | |
| NeuroPlus electrodes (22 x 22 mm) x 6 | Vermont Medical Inc. | A10040-60 | Disposable self-adhesive silver/silver-chloride 22 x 22 mm surface-EMG electrodes. 6 needed per session (11 on participant's first session) |
| NeuroPlus electrode (22 x 35 mm) x 1 | Vermont Medical Inc. | A10041-60 | Disposable self-adhesive silver/silver-chloride 22 x 35 mm surface-EMG electrode. 1 needed per session. |
| Snap lead x 2 | any | EDR1220 | Leads for stimulating electrodes: 1.5mm DIN to button snap |
| Wire | any | 8–10 cm length of single-core insulated wire |
References
- Thompson, A. K., Wolpaw, J. R.
- Wolpaw, J. R. What can the spinal cord teach us about learning and memory. Neuroscientist. 16 (5), 532-549 (2010).
- Thompson, A. K., Pomerantz, F. R., Wolpaw, J. R. Operant conditioning of a spinal reflex can improve locomotion after spinal cord injury in humans. Journal of Neuroscience. 33 (6), 2365-2375 (2013).
- Chen, Y., et al. Locomotor impact of beneficial or nonbeneficial H-reflex conditioning after spinal cord injury. Journal of Neurophysiology. 111 (6), 1249-1258 (2014).
- Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. H-reflex conditioning during locomotion in people with spinal cord injury. Journal of Physiology. 599 (9), 2453-2469 (2021).
- Bunday, K. L., Perez, M. A. Motor recovery after spinal cord injury enhanced by strengthening corticospinal synaptic transmission. Current Biology. 22 (24), 2355-2361 (2012).
- Schalk, G., McFarland, D., Hinterberger, T., Birbaumer, N., Wolpaw, J. BCI2000: a general-purpose brain-computer interface (BCI) system. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 51 (6), 1034-1043 (2004).
- Schalk, G., Mellinger, J. A Practical Guide to Brain-Computer Interfacing with BCI2000. , Springer. London, UK. (2010).
- Wolpaw, J. R., Braitman, D. J., Seegal, R. F. Adaptive plasticity in primate spinal stretch reflex: initial development. Journal of Neurophysiology. 50 (6), 1296-1311 (1983).
- Wolpaw, J. R. Operant conditioning of primate spinal reflexes: The H-reflex. Journal of Neurophysiology. 57 (2), 443-459 (1987).
- Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. Operant conditioning of H-reflex in freely moving rats. Journal of Neurophysiology. 73 (1), 411-415 (1995).
- Chen, Y., et al. Operant conditioning of H-reflex can correct a locomotor abnormality after spinal cord injury in rats. Journal of Neuroscience. 26 (48), 12537-12543 (2006).
- Chen, X. Y., Chen, L., Chen, Y., Wolpaw, J. R. Operant conditioning of reciprocal inhibition in rat soleus muscle. Journal of Neurophysiology. 96 (4), 2144-2150 (2006).
- Thompson, A. K., Pomerantz, F. R., Wolpaw, J. R. Operant conditioning of a spinal reflex can improve locomotion after spinal cord injury in humans. Journal of Neuroscience. 33 (6), 2365-2375 (2013).
- Thompson, A. K., Favale, B. M., Velez, J., Falivena, P. Operant up-conditioning of the tibialis anterior motor-evoked potential in multiple sclerosis: feasibility case studies. Neural Plasticity. , 4725393 (2018).
- Thompson, A. K., Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. Acquisition of a simple motor skill: Task-dependent adaptation plus long-term change in the human soleus H-reflex. Journal of Neuroscience. 29 (18), 5784-5792 (2009).
- Makihara, Y., Segal, R. L., Wolpaw, J. R., Thompson, A. K. Operant conditioning of the soleus H-reflex does not induce long-term changes in the gastrocnemius H-reflexes and does not disturb normal locomotion in humans. Journal of Neurophysiology. 112 (6), 1439-1446 (2014).
- Hoffmann, P. Beitrag zur Kenntnis der menschlichen Reflexe mit besonderer Berücksichtigung der elektrischen Erscheinungen. Archiv für Anatomie, Physiologie und Wissenschaftliche Medicin. 1, 223-246 (1910).
- Magladery, J. W., McDougal, D. B. Electrophysiological studies of nerve and reflex activity in normal man, I: Identification of certain reflexes in the electromyogram and the conduction velocity of peripheral nerve fibers. Bulletin of the Johns Hopkins Hospital. 86, 265-289 (1950).
- Zehr, E. P. Considerations for use of the Hoffmann reflex in exercise studies. European Journal of Applied Physiology. 86 (5), 455-468 (2002).
- Misiaszek, J. E. The H-reflex as a tool in neurophysiology: Its limitations and uses in understanding nervous system function. Muscle & Nerve. 28 (2), 144-160 (2003).
- Pierrot Deseilligny, E., Burke, D. The Circuitry of the Human Spinal Cord: Its Role in Motor Control and Movement Disorders. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2012).
- Skinner, B. F. The Behavior of Organisms: An Experimental Analysis. , Appleton-Century-Crofts. New York, USA. (1938).
- Eftekhar, A., Norton, J. J. S., McDonough, C. M., Wolpaw, J. R. Retraining reflexes: Clinical translation of spinal reflex operant conditioning. Neurotherapeutics. 15 (3), 669-683 (2018).
- Norton, J., et al. Operant condition of the flexor carpi radialis H-reflex. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 101 (12), 145-146 (2020).
- Crone, C., Johnsen, L. L., Hultborn, H., Orsnes, G. B. Amplitude of the maximum motor response (Mmax) in human muscles typically decreases during the course of an experiment. Experimental Brain Research. 124 (2), 265-270 (1999).
- Devetzoglou-Toliou, S., et al. Recursive PID controller for automatically adjusting M-wave size during H-reflex operant conditioning. International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering. 10, 1079-1082 (2021).
- Wolpaw, J. R., Seegal, R. F. Diurnal rhythm in the spinal stretch reflex. Brain Research. 244 (2), 365-369 (1982).
- Chen, X. Y., Wolpaw, J. R.
- Carp, J. S., Tennissen, A. M., Chen, X. Y., Wolpaw, J. R.
- Lagerquist, O., Zehr, E. P., Baldwin, E. R., Klakowicz, P. M., Collins, D. F. Diurnal changes in the amplitude of the Hoffmann reflex in the human soleus but not in the flexor carpi radialis muscle. Experimental Brain Research. 170, 1-6 (2006).
- Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. Operant conditioning of spinal reflexes: From basic science to clinical therapy. Frontiers in Integrative Neuroscience. 8, 25 (2014).
- Segal, R. L., Wolf, S. L. Operant conditioning of spinal stretch reflexes in patients with spinal cord injuries. Experimental Neurology. 130 (2), 202-213 (1994).
- Wolf, S. L., Segal, R. L. Reducing human biceps brachii spinal stretch reflex magnitude. Journal of Neurophysiology. 75 (4), 1637-1646 (1996).
- Mrachacz-Kersting, N., et al. Acquisition of a simple motor skill: Task-dependent adaptation and long-term changes in the human soleus stretch reflex. Journal of Neurophysiology. 122 (1), 435-446 (2019).
- Thompson, A. K., et al. Operant conditioning of the motor-evoked potential and locomotion in people with and without chronic incomplete spinal cord injury. Journal of Neurophysiology. 121 (3), 853-866 (2019).
- Thompson, A. K., et al. Effects of sensorimotor rhythm modulation on the human flexor carpi radialis H-reflex. Frontiers in Neuroscience. 12, 505 (2018).
