Method Article

Çoklu Veri Toplama Sistemleri Birleştirilmesi kortikospinal Çıkışı ve Multi-segment Biyomekanik Eğitim için

DOI:

10.3791/53492

⸱

January 9th, 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Kinesiology, McMaster University, 22Els Espots

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İnsan motor kontrolünü incelemek için transkraniyal manyetik stimülasyonun (TMS) kullanılması, TMS dağıtımını kontrol etmek ve aynı anda insan davranışını kaydetmek için veri toplama sistemlerinin entegrasyonunu gerektirir. Bu makale, TMS aracılığıyla insan hareketini araştırmak amacıyla veri toplama sistemlerini entegre etmek için ayrıntılı bir metodoloji sunmaktadır.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Transkraniyal manyetik stimülasyon teknikleri, insan davranışını destekleyen nöral mekanizmaların derinlemesine araştırılmasına olanak tanır. Bugüne kadar, TMS'nin insan hareketini incelemek için kullanımı, TMS'nin ortaya çıkan hareketin özelliklerine tam olarak zamanlanması ve ayrıca kinematik ve kinetiğin doğru bir şekilde karakterize edilmesiyle ilgili zorluklarla sınırlı kalmıştır. Bu teknik zorlukların üstesinden gelmek için, TMS teslimat ve satın alma sistemleri çevrimiçi bir hareket izleme sistemi ile entegre edilmelidir. Bu el yazması, insan hareketini incelemek için TMS'nin kullanımını kolaylaştırmak ve ilerletmek için çoklu edinim sistemlerini entegre eden teknik yenilikleri detaylandırmaktadır. Ticari olarak mevcut yazılım ve donanım sistemleri kullanılarak, bir hareketin belirli özellikleri tarafından tetiklenen TMS çalışmalarını gerçekleştirmek için gerekli olan hem donanım montajına hem de yazılım komut dosyalarına adım adım bir yaklaşım sağlanır. Yaklaşım, üst ekstremite, düzlemsel, çok eklemli uzanma hareketlerinin incelenmesine odaklanmıştır. Bununla birlikte, aynı bütünleştirici sistem, insan motor kontrolünün çok sayıda karmaşık çalışmasına uygundur.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Transkranial manyetik stimülasyon (TMS) fonksiyonel bağlantı prob gibi tekli ve çoklu bakliyat, çift-site uyarılması olarak kortikal fonksiyon anlamak için kullanılan çeşitli TMS protokolleri vardır. 3,5 insan korteksi uyarmak için invaziv olmayan bir yöntemdir ve tekrarlayan darbeler sinir plastisitesini teşvik etmek. 4,6-8 TMS protokolleri de nöral rehabilitasyon stratejilerini insan kortikal süreçlerin mevcut anlayışı ilerletmek ve kılavuz kombine edilebilir. Korteks stimüle etmeye ek olarak, TMS kortikospinal sistemi veya beyincik uyarılması ile alt kortikal işlevi anlamak için kullanılabilir.

Şu anda TMS araştırma karşılaştığı en büyük teknik zorluklardan biri insanlarda hedefe yönelik istemli hareketi sırasında kortikal alanların rolünü incelemek için yeteneğidir. Birkaç düşünceler bu teknik meydan katkıda bulunur. İlk olarak, TMS teslim gerçek zamanlı insan hareket c ile kombine edilmelidirApture. Bu şekilde, TMS darbeler karmaşık bir hareket incelemek için bir zaman kilitli bir yaklaşım temin eden bir hareket serisi içinde özellikleri ile teslim veya tetiklenebilir. Motor kontrolünü desteklemek beyin-davranış ilişkileri anlayışı ilerletmek, hangi ilerledikçe İkincisi, TMS teslimat ve hareket yakalama entegre kompleks hareketinin ayrıntılı karakterizasyonu izin verir. Şu anda, kapsamlı olarak TMS ve hareket yakalama yöntemleri entegre geçen herhangi bir ticari alanda kullanılan sistemler mevcut bulunmaktadır. Motor kontrolü alanında nörologlar, bu boşluk genellikle birden fazla yazılım ve donanım, veri toplama ve dağıtım sistemleri entegre etmek, teknik zorlukları zaman alıcı çevirir. Bu teknik sınırlama da üst ekstremite içeren dinamik çoklu eklem hareketlerinin araştırmaya adanmış seyrek araştırma sonuçlandı. TMS, insan motor kontrol alanını ilerletmek için, bu kortikal fonksiyon karmaşık insan hareketi sırasında tanınacak şarttır.

etkin bir toplama sistemi, gerçek zamanlı eşzamanlı TMS ve hareket yakalama izin vermeli, TMS ve hareket yakalama yöntemlerini entegre etmek. İkincisi, sistem hareketi kinematik incelemek için uygun olmalıdır (yani., Hareketin tanımı), hareket kinetik (yani., O neden hareket zorlar) ve kas aktivitesi. Üçüncü olarak, sistem bu hareket özellikleri TMS darbeleri senkronize etmek ve karmaşık hareket özelliklerine göre ölçütlere tarafından tetiklenebilir gerekir. Böyle bir sistem kortikal fonksiyon ve kinematik ve hareket kinetik arasında önemli bir bağlantı sağlayacaktır.

Bu yazıda TMS ve hareket yakalama yöntemlerini entegre benzersiz bir yaklaşım ayrıntıları. Bu yaklaşım, karmaşık çok eklem hareketlerinin mekaniği detaylı analiz sağlar, ve hareketin (yani, kinematik, kinetik, veya kas aktivitesi) belirli özellikleri tarafından tetiklenen TMS bakliyat otomatik kontrol izin verir. Bundan başka, bu veriler, AKAuisition sistemi TMS ve hareket yakalama görsel-motor ya da sensorimotor görevleri gerektiren deneysel paradigmalar ile entegre edilmesi için izin verir. Bu yazıda TMS ve insan hareketi toplama ve analiz birleştirerek amacıyla sık kullanılan hareket yakalama donanım ve yazılım sistemleri entegre etmek yenilikçi bir yaklaşım ayrıntıları. Veriler düzlemsel çok ortak hareketi sırasında insan kortikal işleyişi örnek bir çalışma olarak sunulmuştur. Deney gerçekleştirmek için gerekli yazılım scriptler yüklenebilir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

NOT: aşağıdaki protokol deneyler çeşitli uygulanabilir. Aşağıda bir bilgisayar monitöründe görüntülenen altı mekansal hedefler birine görsel güdümlü kol ulaşan görevi içeren bir deney ile ilgili detaylar. TMS, kortikospinal uyarılabilirliği prob, hareketin ortaya çıkan ya Analog sinyaller tarafından tetiklenir (yani, EMG veya electrogoniometer giriş) veya süpürme tabanlı veri toplama yazılımı üretilen dijital sinyaller. Bu çalışma Helsinki Bildirgesi uyarınca McMaster Araştırma Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır. Bir örnek veri seti temin edilmektedir.

1. Donanım / Yazılım Gereksinimleri

NOT: Şekil 1 görüntüler bilgisayar kontrollü görsel-Motor deney kapsamında TMS ve hareket yakalama sistemleri entegre etmek donanım gereksinimleri şematik.

  1. Seri ve paralel portlar iki masaüstü bilgisayar (zaten mevcut değilse donatın). Görsel uyaran teslim yazılım programı ile PC 1 süpürme tabanlı veri toplama yazılımı ile (Şekil 1) ve PC 2 donatmak.
  2. Yazılım İşlemleri
    1. İç Analog / Dijital Kasa (A / D kutusu) Operasyonlar
      NOT: Onlar da benzer bir yazılım programı kendilerini oluşturmak istiyorsanız aşağıdaki işlemler okuyucularına bilgi vermek. Bu adımlar deney sadece yazarlar tarafından sağlanan yazılımını kullanabilirsiniz olarak, deneyi gerçekleştirmek için gerekli değildir, ancak kurallar kullanıcıların kendi yazılım oluşturmak için izin verilmektedir.
      1. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı içinde bir düzendir dosyası oluşturun (bkz Ek Bilgiler 2) 'de' sequencer dosyası 'örnek (PC 1 yürütülecek.
        NOT: operasyonların bir örneği http://ced.co.uk/products/signal#script bulunabilir bu deneyde süpürme tabanlı veri toplama yazılımı kullanarak sequencer dosyası oluşturmak için.
        HAYIRTE: Bu dosya dizisi, gerçek veri toplama ile paralel olarak çalışır ve harici uyarıcılara senkron zamanlaması ile birlikte esneklik sağlar olarak gerekli olan hassas bir zamanlama sağlamak için hareket eder. Dış tetik kriterlerine değişiklikler komut çalıştırırken kadar getirdi yapılandırma iletişim kutusunda yapılabilir (Daha fazla bilgi ve "Sequencer File" ekran görüntüsü için "Deneysel çalışmalar" bölümüne bakınız).
      2. Işitsel işaret üretimi ve TMS tetikleme kriterleri kontrol sequencer dosya içinde ayrı altyordamlarını oluşturun. Tek alt yordam görsel uyaran ekran yazılımı girdilere dayalı işitsel işaret kontrol var. Ayrıca, TMS A / D kutusuna bir analog girişten girdilere dayalı tetikleme tek alt yordam kontrole sahip.
        NOT: Bir sequencer dosyası içinde bulunan ne kadar farklı altprogram bir örnek Ek Bilgiler (script ve sequencer dosyası) sağlanır. Ek web sitesi destek için 1.2.1.1 bakınBu gösteride kullanılan yazılım sistemine özgü. Bu set-up işitsel işaret nesil TMS tetikleme kriterleri test ile paralel olarak ortaya sağlar.
      3. (1.2.1.2 açıklanan) değişmezler çağıran sequencer dosyasındaki kod satırlarını oluşturun. Onların kaynaklardan girdilerin gelişi için bekleyin şekilde her altprogram işleve sahip (yani işitsel işaret ve TMS tetikleyici için analog giriş için görsel uyaran görüntüleme yazılımı).
    2. Elektromanyetik hareket yakalama sistemi arasındaki bağlantı ve iletişim veri toplama yazılımı tabanlı süpürme
      1. Sürekli veri oluşturmak çıkışa süpürme tabanlı veri toplama yazılımı komut dosyasında kod satırlarını oluşturmak için elektromanyetik hareket yakalama sistemi elde etmek seri bağlantı üzerinden elektromanyetik hareket yakalama komutları bir dizi (bu komutlar bulunması gereken Elektromanyetik hareket yakalama sisteminin manuel).Bu komutlar indirilebilir komut dosyasında bulunan (script_file.sgs, hatları 650 114 88 ve 635 bakınız).
      2. Komut dosyası her deneme süpürme hareket yakalama veri eklemek için kod satırlarını oluşturun. Sonraki script PC 2 monitörde artı imleci konumunu kontrol etmek görsel uyaran dağıtım yazılımı (PC 2) bilgisayardan 1 den seri bağlantı üzerinden hareket yakalama verilerini geçmek var.
        NOT: Bu olay sırası sürekli ASCII verileri oluşturmak için elektromanyetik hareket yakalama sağlar ve veri daha sonra seri hattan okunur.
      3. Bir Deney sonunda, komut dosyası gönderme elektromanyetik hareket yakalama sistemi veri çıkışını kapatmak için komutlarını var kod satırlarını oluşturun. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı Bunu yapmak için altı koordine değerlerinin (88 114 ve 65 özel çizgiler, bu gösteri için kullanılan komut kodları için script_file.sgs bkz tarafından izlenen bir sensör numarası tutan metin satırları göndermek658 3).
        NOT: Bu komutlar hakkında daha fazla bilgi de elektromanyetik hareket yakalama sistemi web sitesinde bulunabilir (bölüm 1.2.1.1).
        NOT: sayısal değerleri ayıklanması önce dize "temizlenmiş" negatif koordinat çünkü eğer, herhangi bir boşluk karakterleri ile önceki sayısından ayrılmış olabilir var.
    3. Görsel uyaran dağıtım yazılımı iletişim Sweep tabanlı veri toplama yazılımı
      1. Set-up süpürme tabanlı veri toplama yazılımı ve görsel uyaran dağıtım yazılımı arasında iletişim üç ayrı kanal.
      2. Set-up Bunu yapmak için PC 1 ve PC 2 arasında her iki yönde metin veri taşımak için kullanılan iki seri çizgileri, PC 1 ve PC 2 (her PC arasında tek yönlü olan her seri hat, Şekil 1) arasında bir seri kablo bağlamak.
      3. A / D kutusuna PC'yi 2 bağlayın. Bunu yapmak için, bir tr bir LPT bağlantı noktası olan bir kablo oluşturmak, ya da satın almad ve diğer ucunda bir erkek BNC bağlantısı. PC 2 LPT bağlantı noktasını bağlayın ve A / D kutusunda tetikleme girişine BNC bağlantısı bağlayın.
        NOT: (., Yani PC 2, Şekil 1) Bu bağlantı, görsel uyaran teslim yazılım sistemi A / D kutusu tetikleme girişine ilişkin LPT1 tarafından oluşturulan bir darbe taşımak için çizgi verir.
        NOT: Seri hatlar diğer tüm bilgiler için transfer ederken TTL sinyali, görsel uyaran dağıtım yazılımı işlemleri ile senkronize veri toplama süpürme başlamasının hassas zamanlama sağlar.
        NOT: Görsel uyaran dağıtım yazılımı ile PC'de kurulu asıl PCI-Express LPT ve COM port kartlarını kullandığınızdan emin olun. Bu set-up yazılımı başarıyla çalışmasını sağlar ve şiddetle tavsiye edilir. Görsel uyaran dağıtım yazılımı iletişim, herhangi gecikmeleri önlemek için düşük bir düzeyde yürütülen, genellikle simüle LPT ve COM port donanım provid üzerinde güvenilir şekilde çalışmazUSB dongle ile ed.
      4. Değerler çok daha kısa ya da 20 ms sorunlara neden daha uzun olarak, görsel uyaran dağıtım yazılımı dosyasında 20 ms deneme süresi değerlerini ayarlayın. Https://www.neurobs.com/menu_support/menu_help_resources/overview: Bu işlemi tamamlamak için nasıl Kaynaklar şu web sitesinde bulunabilir. Ek belgelerde verilen senaryo dosyası (Sunum senaryo dosyası) çizgileri 46'ya 39 Bkz.
        NOT: Görsel uyaran dağıtım yazılımı işlemleri çok yakından resim nesil bağlıdır ve beklendiği gibi deneme fonksiyonu set deneme süresi uygun olduğu sürece deneyimlerimiz seri iletişim, hareket etmedi beri (yani, 20 ms.).
      5. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı ve görsel uyaran dağıtım yazılımı arasında bilgi aktarmak için iletişim protokollerini oluşturun.
        NOT: Bölüm 1.2.3.7 1.2.3.11, bu tamamlandığında nasıl açıklar. Adım 1.2.1.1 sağlanan kaynaklara bakınsırasıyla süpürme tabanlı veri toplama yazılımı için daha fazla destek ve görsel uyaran dağıtım yazılımı için 1.2.3.5.
      6. Görsel uyaran dağıtım yazılımı yönüne süpürme tabanlı veri toplama yazılımı için, iki bilgi formları göndermek için süpürme tabanlı veri toplama yazılımı kod satırlarını oluşturmak; deneme numaraları başlatmak ve deneme durdurmak ve artı imleci pozisyonları için. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı bir satır besleme tarafından sona erdirildi metin satırları olarak tüm bilgileri gönderin. Bu tamamlanmış nasıl Sinyal komut dosyasındaki satırları 708 kadar 700 Bkz.
      7. Görsel uyaran dağıtım yazılımı iki tür bilgi ayırt etmek için, 0 veya tüm değerlerle bilgilerin tipine göre bir ya da iki sayı, ardından 1 boşluklarla ayrılmış olan olmak için ilk karakteri olarak ayarlayın. Görsel uyaran dağıtım yazılımı bu bilgi ile ilgili hiçbir zorluk olacak. H görmek için senaryo dosyasının 153. çizgileri 89 bkzow bu işlem görsel uyaran dağıtım yazılımı içinde tamamlanmıştır.
      8. Görsel uyaran dağıtım yazılımı, veri toplama yazılım yönü bazlı süpürmek için tek ASCII olarak tarama-tabanlı veri toplama yazılımı gönderilmek üzere, 0'dan 9'a kadar, tek tamsayı değerleri çıkışları görsel uyaran dağıtım yazılımı kod satırlarını oluşturmak karakter '0' bir satır besleme izledi '9' için. Bu işlem tamamlandıktan belirlemek için senaryo dosyasının 87'ye çizgileri 82 Bkz.
      9. Katılımcı hedef pozisyon vurmuş olsa da olmasa da ilgili süpürme tabanlı veri toplama sistemine bilgi dönmek için 0 ve 1 değerleri göndermek için görsel uyaran dağıtım yazılımı içinde kod satırlarını oluşturun. Bu işlem tamamlandıktan belirlemek için senaryo dosyasında çizgileri 72 220-80 ve 154 bakın.
      10. Sonu deneme mesajı ile ilgili bilgileri göndermek için görsel uyaran dağıtım yazılımı kod satırlarını oluşturun (örneğin
    4. Bir deneme içinde Operasyon sırası
      1. Set-up bir davanın yürütülmesi süpürme tabanlı veri toplama yazılımı, genel sıralamanın 'sorumlu' olmak, süpürme tabanlı veri toplama yazılımı ve görsel uyaran dağıtım yazılımı arasında paylaşılır böyle bir deneme sırası.
      2. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı, bu nedenle, daha az iletişim gereklidir deneme detayları ve birlikte açıklamalı gereken gerçek veri dosyası oluşturur, çünkü deney sıralama kontrolünde süpürme tabanlı veri toplama yazılımı koyun.
      3. Set-up operasyonların sırası bir sonraki deneme ayarlarını (hedef pozisyon ve TMS tetik tipi) seçerek tarama-tabanlı veri toplama yazılımı ile başlar, öyle ki senaryoyu. Hatları 345 335 görün ve komut dosyasında, bu çizgileri içinde açıklanan karşılık gelen döngüler bu işlemleri tamamlamak için nasıl anlamak için.
        NOT: döngüler de komut dosyası içinde yer alır.
      4. Sonraki TMS tetik türünü ve davanın diğer yönlerini kontrol A / D kutusuna süpürme tabanlı veri toplama yazılım seti parametreleri var. Bunu yapmak için, süpürme tabanlı veri toplama yazılımı veri A / D kutusu görsel uyaran dağıtım yazılımı bir süpürme tetikleyici bekliyor böyle bir koleksiyon başlatmak ve hedef numarasının seri hat üzerinden görsel uyaran teslim yazılımı bildirir var (TTL darbe yoluyla, yani.) bir deneme başlatmak için görsel uyaran teslim yazılımı neden kullanılır (1 ila 7). Bu işlemi tamamlamak için nasıl anlamak için çizgileri sinyal yazısının 303 kadar 180 Bkz.
      5. Söz konusu adımı tamamladıktan sonra, bir Swee toplanması tamamlanması için süpürme tabanlı veri toplama yazılımı beklemekA / D kutusu veri p, ve örneklenmiş verilere elektromanyetik hareket yakalama sisteminden aldığı herhangi bir pozisyon veri ekleme. Hatları 117 Bu işlemi tamamlamak için nasıl hakkında bilgi almak için komut dosyası 697-178 ve 661 Bkz.
      6. Set-up görsel uyaran teslim yazılımı konu kontrollü artı imleci pozisyonunu izlemek için. Set-up görsel uyaran teslim yazılımı belirtilen pozisyona hedefi taşımak ve imleç (görsel uyaran dağıtım yazılımı tanımlanan) bir zaman belirli bir süre için ev pozisyon içinde sonra LPT1 üzerinde bir TTL darbe üretir. Bu adımı tamamlamak için nasıl senaryo dosyasındaki satırları 232 89 Bkz.
      7. Görsel uyaran dağıtım yazılımı A / D kutusu veri toplama tetiklemek için bir TTL darbe göndermek ve böylece, A / D kutusunun içine deneme zamanlama başlangıç ​​yapan kod satırlarını oluşturun. Bu adımı tamamlamak için nasıl çizgileri senaryo dosyasının 232 222 Bkz.
      8. Aynı zamanda, gözle bilgisiuyarıcı dağıtım yazılımı senaryo dosyası belirtilen konuma hedefi taşımak ve hedefi 'vurmak' bunun için izlemek için crosshair imleç izleme başlayacak, bundan sonra bir gecikme başlar (yani., belirli bir süre için hedefe kalan). Set-up bu süpürme tabanlı veri toplama yazılımı kadar artı imleci pozisyonu bu izleme devam şekilde görsel uyaran teslim yazılımı deneme tamamlanma görsel uyaran teslim yazılımı bildirir.
        NOT: Bu işlemler adımlar 1.2.4.6 ve 1.2.4.7 verilen senaryo dosyasındaki kod aynı hat üzerinde bulunmaktadır.
      9. A / D Kutunun içinde, bir zaman gecikmesi oluşturun. Belirli bir süre için, gecikme sonuna kadar çalışan, yazılım monitör iki EMG sinyalleri (NOT: Herhangi bir analog sinyaller olabilir) var onlar düşük genlikli olup olmadığını kontrol etmek (bu genlik değeri kullanıcı tanımlı ise). Yazarlar katılımcıların maksimum istemli aktivasyon EMG +/- 100 mV genlik ya ~% 1 tavsiye. Sequencer dosyasındaki satırları 75 45 Bkz Bu işlemi tamamlamak için.
      10. Bir 'olmayan sessiz' EMG sinyali tespit edilirse de kod 1. olan bir A / D kutusu oluşturulan dijital işaretleyici ile işaretlenmiş bu sessiz EMG izleme dönemi başlangıcını yapan kod satırlarını oluşturun, herhangi bir daha izin vermez A / D kutusu çıkışları (örn., bip veya TMS tetikleyici) duruşma sırasında oluşturulur. Bir 'olmayan sessiz' EMG sinyali varsa, deneme tekrarlanır böyle yazılımında bir komut oluşturun. Adım 1.2.4.9 artı hatları 118, bu işlemler için komut dosyası 420-347 sequencer dosyasının 124 ve çizgiler belirtilen satır Bkz.
      11. Gecikmesinin sonunda ve sessiz EMG sinyalleri kaydettikten sonra, A / D kutusu (bu set-up, DAC çıkışı sesli 'bip' neden olur) bir DAC 0 çıkış darbesi üretmek var. Dijital veri noktası 'koduyla 2' ile 'bip' sesi başlangıç ​​zamanını işaretlemek -generated bir A / D kutusu var nasıl anlamak için sequencer dosyasının 138 için çizgileri 126 BkzBu işlemi tamamlamak için.
      12. Set-up komut süpürme tabanlı veri toplama yazılımı A / D kutusu, uygun ölçütlere dayalı bir TMS tetiği süpürme zamanı ve gelen sinyalleri izlemek ve oluşturmak için. (Ortaya çıkarsa) bir dijital 'kod 3' veri noktası bu TMS tetik zaman işaretler şekilde kod satırlarını oluşturun. Bu işlemi tamamlamak için nasıl anlamak için çizgileri sequencer dosyasının 116'ya 77 Bkz.
      13. Uygun tetik koşulları için bekleme süresini, sahip süpürme bitmeden belirli bir süre kadar devam eder.
        Not: Bu bir kriter karşılanmazsa sonsuz olmadığını meydana gelen deneme engeller. Bu işlemi tamamlamak için nasıl anlamak için hatları 65 sequencer dosyasında 138-76 ve 118 Bkz.
      14. Set-up süpürme tabanlı veri toplama yazılımı A / D kutusu veri toplama tamamlandığını algılamak ve deneme bitti görsel uyaran teslim yazılımı bildirmek için. Anlamak için komut dosyasının 303 için çizgileri 180 Bkznasıl bu adımı tamamlamak için.
      15. Görsel uyaran dağıtım yazılımı deneme üzerinde olduğu bildirilir zaman görsel uyaran dağıtım yazılımı başlangıç ​​konumuna hedef dönmek ve katılımcı hedefi 'hit' olmadığına ilişkin süpürme tabanlı veri toplama yazılımı bilgi göndermek zorunda. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı "etiket" katılımcı hedefi 'hit' olmasaydı verilerin yeni örneklenmiş çerçeve var ,. Satırları bu işlemi tamamlamak için nasıl senaryo dosyasının 221 89 Bkz.
      16. , Post-deneme gecikme için ve bu gecikme sonunda beklemek süpürme tabanlı veri toplama yazılımı komut set-up 1 adıma ve örneklenen verileri atmak için süreç getiri ve sweep-, son deneme yinelenen tabanlı veri toplama yazılımı TMS tetikleyebilir veya tüm 'Tamam' ise bir sonraki duruşma üzerine kıpırdamadı. 303 kadar hatları 180 görmek ve anlamak için komut dosyasında döngüler gelen bu tamamlamak için nasılçalışma.
        NOT: Gerektiğinde bu deneysel davranış kolay ayarlama için izin çünkü süpürme tabanlı veri toplama yazılımı ve görsel uyaran dağıtım yazılımı kullanılan durum makineleri operasyonların gerekli sırasını kontrol etmek.
  3. Hareket yakalama verilerini elde etmek için kemik önemli yerler sensörleri yerleştirin. El sırtında lunate ve kapitat kemikler arasındaki duruş kol ilişkin verileri yer sensörleri gövdede (suprasternal), omuz (akromiyon), dirsek (lateral epikondil 8 mm üstün) ve bilek (toplamak için ve 3. hane doğrultusunda) 'de, tavsiyelere uygun olarak asgari sensörlerle dönme ortak merkezlerini izlemek için. 10

figure-protocol-1
1. Donanım Set-up Şekil. Süpürme gönderilmek üzere elektromanyetik hareket yakalama verileri izin vermek içintabanlı veri toplama yazılımı ve görsel uyaran dağıtım yazılımı, ilk sistemin konsolu ile 4 elektromanyetik sensörler monte edin. 9 pin seri kablo ile PC'ye 1 Sistemin konsolu bağlayın. 9 pin seri kablo ile bilgisayara 2 PC'yi 1 bağlayın. TMS teslimat için izin vermek için, bir USB kablosu ile A / D kutusu ile PC'yi bağlamak için 1 ve A / D kutusu ve TMS birimi arasında BNC kablosunu bağlayın. EMG kayıt için izin vermek için, EMG EMG amp yol açar bağlamak ve BNC kablolar üzerinden A / D kutusuna EMG amp bağlayın. Online eklem açı değişiklikleri kaydetmek için bir BNC kablosu ile A / D kutusuna electrogoniometer (Elgon) bağlayın. Görsel uyaran dağıtım yazılımı BNC kablosu bir LPT portu üzerinden, deneme başlangıç ​​tetikleyebilir A / D kutusu tetikleme girişine PC 2 bağlanmasına izin vermek için. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

  1. Donanım bağlantısıDeney sırasında (Şekil 1)
    1. 9 pin seri kablo ile süpürme tabanlı veri toplama yazılımını çalıştıran PC elektromanyetik hareket yakalama sistemini bağlayın.
    2. Veri toplama kutusu vb motion capture verilerinin TMS teslim ve kayıt Bu script ve sequencer dosyaları bulunan tüm yukarıda belirtilen operasyon yapılır koordinat mı. PC 2 A / D kutusu tetikleme girişinden kabloyu paralel PC 1 ve BNC için bir USB kablosu kullanarak A / D kutusunu bağlayın.
    3. EMG EMG aktivitesinin toplanması ve motor potansiyeller (milletvekilleri) uyarılmış olarak ölçülen kortikospinal çıkışı için EMG filtresi ve amplifikatör (kazanç x1,000) (bant geçiren 20 ve 2.500 Hz ayarlanır) için yol takın.
    4. Deney sırasında TMS darbeleri tetikleyecek PC1 süpürme tabanlı veri toplama yazılımı sağlamak için uygun veri toplama kutusu dijital çıkışlara Monofazik Transkraniyal Manyetik Stimulator (Dijital çıkış '0' bu deneyde) bağlayın. li>
    5. Bu bağlantı yazarlar tarafından sağlanan yazılımı kullanarak omuz açısına dayalı TMS tetiklemek için süpürme tabanlı veri toplama yazılımı sağlayan analog kanalda 2. veri toplama kutusuna bir electrogoniometer bağlayın.
    6. Kurmak ya da yerçekimine karşı kolunu destekleyen bir kol germe cihazı satın alabilirsiniz. Bu cihaz, yatay düzlemde düzlemsel hareketleri (bakınız Şekil 2) sağlar. Cihazı bina varsa, çizim örnek yazarın istek üzerine mevcuttur. 2 görüntüler gösteride kullanılan cihazın bir fotoğraf Şekil.

figure-protocol-2
Cihazı bracing Şekil 2. Kol. Bir TMS bobin katılımcının kafa derisi üzerinde alınırken tasvir cihazı canlandırıcı kolunda yerleştirilmiş bir katılımcı vardır.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

2. Deneme Set-up

  1. Antropometrik Önlemler
    1. Bir ölçek kullanılarak katılımcının toplam vücut kütlesi kaydedin.
    2. Kinematik ve kinetik analizi için tüm kesimleri uzunluğunu ölçün. Örneğin, bir kol ile bu başvuruda, bir ölçüm bandı el, kol uzunluğu ve üst kol ölçer.
    3. Böyle bölüm kütle merkezi, kütle konumu segment merkezi ve araştırma literatüründen denklemleri kullanarak dönme yarıçapı antropometrik ölçümler, hesaplayın. 9,12,13 (Ek bilgiler 1'e bakınız).
  2. EMG set-up
    1. Hafif aşındırıcı jel ile ilgi kas (lar) üzerindeki deriyi hazırlayın ve alkol ile silin. Bir empedans metre ile empedans kontrol edin. Cilt elektrot empedansı EMG sinyal acqui geliştirmek için 10 k altında olduğundan emin olunlan de.
    2. Iki kutuplu bir montajda ilgi kasların kas karnının üzerinde iki elektrot yerleştirin. Yazarlar EMG yerleştirme ile yardımcı olmak için kaynaklara okuyucuyu yönlendirmek. 2 Bu deney için, biceps brachii, triseps braki üzerinde yer elektrotlar, büyük, arka deltoid ve brakioradialis pektoralis.
    3. BNC kabloları kullanarak, analog kanalların 0, 1, 3, 4 EMG amplifikatör çıkışlarını bağlamak ve 5 (bu özel deney için, indirilebilir komut kullanılanlara ilgili olanlar kanallar) A / D kutusu.
  3. TMS
    1. Yazılımın kılavuzunda açıklandığı gibi, bir nöro-navigasyon yazılım programı kullanarak katılımcıya TMS bobini kalibre.
      NOT: Diğer yöntemler kişinin kafa derisi için bobin konumunu ayarlamak için kullanılabilir, ancak bir nöro-navigasyon yazılımı programı kullanmak için tavsiye edilir.
    2. Motor hotspot bulun. Bir başlangıç ​​konumu olarak, o kontralateral üzerine bobin koyunkol / el misphere çalışılan ve 5 cm primer motor korteksin el / kol alanın yaklaşık bir konum vermek için tepe lateral. Uluslararası 10-20 elektroensefalografi elektrot yerleştirme sistemi kullanılarak tepe bulun.
    3. Katılımcının başının üzerine düz TMS bobini yerleştirin ve sagital düzleme göre 45 ° olacak şekilde bobin yönlendirin. Bu konumlandırma kortekste medio-anterior monofazik akım bir latero-posterior neden olacaktır.
    4. Sweep-tabanlı veri toplama yazılımı tarif edildiği gibi en stimülatör çıkışının% 30 ° 'de başlayan (MSO), 6 saniye ya da daha büyük bir uyarıcılar arası aralığı ile TMS darbeleri sağlar.
    5. TMS bobini taşı hafifçe yönde küçük değişikliklerle farklı yerlerde bir milletvekili ilgi kaslarda gözlenmektedir için kadar.
    6. Hedef kasında ~ 1 mV MEP'ler verir MSO belirler. Dijital Bu konumu kaydetmek için nöronavigasyon yazılımını kullanın. Tekrarlamamotor hotspot deney için gerekli olduğu için her kas için bu prosedür.
    7. , Ilgi kas en güvenilir ~ 1 mV MEP üreten yoğunluğu başlayan tek TMS bakliyat teslim ve genlik çevrimiçi zirve MEP tepe kaydederek istirahat motor eşiği (RMT) belirleyin.
    8. MEP tepe-tepe genlik 5 üzerinden 10 ardışık çalışmalarda ≥ 50 mV sayede MSO belirleyin. 3,11
      NOT: Bir önceki literatür ile tutarlı olması için, 1,3 MEP bir monopolar EMG montaj kaydedilen emin olun.
  4. Deneysel çalışmalar
    1. İlk (yani., Senaryo dosyası) görsel uyaran dağıtım yazılımı programını çalıştırarak deneyi başlatın. Yazılım elektromanyetik hareket yakalama verilerin okumaya başlayın ve bir hareket yakalama sensörü kontrol etmek için izin için ilk görsel uyaran dağıtım yazılımı programının başlatılması veriyorEkranda imleç.
    2. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı içinde deneysel çalışmalar için 'komut dosyası' çalıştırın. Bu komut dosyası deneme türüne göre dış tetikler teslim 'sequencer dosyasında' okur.
    3. Girdi Açılan yapılandırma iletişim kutusundaki bilgileri istenen. Adımlar, 2.4.11 2.4.4 Tüm yapılandırma iletişim kutusunda ilgilidir.
    4. Kutu "randomizasyon bloğu içinde uyarıcı setleri" değerini "1" girin. Bu değer deneme türü bir blokta gerçekleştirilir sayısını kontrol eder.
    5. Kutuda "deneme olarak randomizasyon bloklarında" değeri "20" girin. Bu değer, bir deneyde gerçekleştirilir blok sayısını kontrol eder.
    6. "Bip darbe süresi" kutusuna değer "20" girin. Bu değer bip darbe "açık" olduğunu ne kadar, bu nedenle DAC çıkışı ve zaman uzunluğunu kontrol eder.
      NOT: uzunluğunu artırmak için bu değeri değiştirinişitsel tonu mevcuttur.
    7. "Bip darbe genlik" kutusuna değeri "5" girin. Bu değer, bu nedenle bip darbesinin "hacmi" DAC çıkışı volt olarak genlik kontrol eder ve.
    8. "Zamanlanmış tetik sonrası bip gecikmesi" kutusuna değeri "100" girin. Bu değer işitsel "git" işaret ve dijital çıktı arasındaki ms aralığı belirler (yani., TMS tetik 1).
    9. "EMG tetik eşik değeri" kutusuna değeri "0,1" girin. Bu değer dijital çıkış tetiklemek için gerekli volt EMG genlik belirler (yani., TMS tetik 2). Bu önlemler olmayan rektifiye EMG sinyalleri alınmıştır.
    10. "Açı tetikleme eşik değeri" kutusuna değeri "0.242" girin. Bu değer dijital çıkış tetiklemek için electrogoniometer okunan volt eşik değerini belirler (yani., TMS tetikleme 3).
      NOT: Bu değer, kalibrasyon bağlıdırelectrogoniometer. Kullanıcı girmelisiniz TMS darbe ortaya edecek ortak bir açı eşiğinden tekabül ettiği voltaj değeri.
    11. "Post-deneme gecikme" kutusuna değeri "1" (yani., 1 sn) girin. Bu değer arası deneme aralığını belirler.
      NOT: Her işlevi hakkında daha fazla bilgi komut dosyası veya yazarlardan istek bulunabilir.
    12. Her şey katılımcı, TMS ve görsel uyaran ekran programı ile ilgili hazır olduğunda komut başlatın.
    13. Bu adımdan sonra, herhangi olmadan kendi yazılım çalıştırmak gözlemlemek / veya minimal kullanıcı girişi ile.
      NOT: Bir örnek deneme ev konumu hedef imleci yerleştirerek katılımcı ile başlar. Yeni görsel hedef pozisyon belirir ve katılımcı bir işitsel kez işaret veri toplama kutusunda çıktı analog dijital aracılığıyla teslim edilir 'gitmek', bu hedefe taşır.
    14. Işaret teslim sonra, t imleci hareket ettirmek için katılımcılardanarget. Imleci kullanarak hedef pozisyonunu ulaştıktan sonra, ev konumunu gözlemlemek ve ana konumuna geri imleci yerleştirerek bir sonraki deneme başlayacak.
      NOT: Burada komut dosyası tarafından tetiklenir TMS örneğidir. Bireysel evlerine konumda olduğundan emin olun. Görsel hedef konumunu gözlemlemek ve bu hedefe imleci hareket ettirmek için katılımcıyı talimat. Cue işitsel 'gitmek' Aşağıdaki 100 ms oluşmaya TMS tetikler. Bireysel 1 saniye için hedef konumundaki curser tutar. Bireysel sonraki yargılanmayı bekleyen ev konumuna geri döner.
    15. İmleç ev konumunda olduğundan emin olun. Görsel hedef konumuna dikkat ve hedef konuma imleci hareket ettirmek için katılımcıyı talimat. Cue işitsel 'gitmek' Aşağıdaki 100 ms oluşmaya TMS tetikler. 1 saniye için hedef konumundaki imleci tutmak için bireysel bilgilendirin. Bir sonraki duruşma bekleyen ev imleci geri dönmek için bireysel değildir.
      NOT: Bu örnekte, analog sinyal TMS tetikler. Spesifik olarak, bu örnekte, EMG TMS darbe tetikler. Bir TMS darbe tetiklenir hangi 7 hedef koşulları x 3 farklı zaman noktaları (örneğin, tetiği 1, tetiği 2, tetik 3.): Deney 21 koşullara sahiptir. Bu örnekte, TMS bakliyat dijital olaylar, ya da EMG veya electrogoniometer girdi olarak harici analog tetik olaylara dayanan tetiklenir. Bu dijital veya analog olayları dizileri ve script dosyaları değiştirerek kullanıcı tarafından değiştirilebilir. Deneyin toplam süresi yaklaşık 3 saat ila 4 arasındadır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 3, tek bir deneme sonuçları görüntüler. Bu çalışmada, Şekil 3A katılımcının ilk pozisyonunu gösterir ve işitsel '' gitmek işaret sonra, katılımcı hedefinin (yani., Nihai pozisyon) mümkün olduğunca çabuk ve doğru bir şekilde taşındı. Süpürme tabanlı veri toplama yazılımı biseps kasının EMG başlangıcı dayalı bir TMS darbe tetikledi. Bu görevin yerine getirilmesi sırasında belirli bir saatte değerlendirilecek üst kol kaslarına yönelik kortiko...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu el yazması, TMS ve hareket yakalama sistemlerini görsel-motor görev bağlamında entegre etmek için yenilikçi bir yöntemi detaylandırmaktadır. İnsan motor kontrolü çalışmalarında hızlı ve anlamlı ilerlemeler sağlamak için metodolojilerin birden fazla donanım ve yazılım sistemi arasında hassas iletişime izin vermesi önemlidir. Sunulan paradigma, motor öğrenmeye kortikal katkı, motor kontrolün nörofizyolojisi ve özel popülasyonlarda çok eklemli hareket kontrolü dahil olmak üzere çeşitli araştırma ilgi alanlarını incelem...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi'nden AJN'ye sağlanan fonlara teşekkür eder.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Polhemus FASTRAKPolhemus A.Ş.4 sensörlü 6 serbestlik dereceli elektromanyetik hareket takip cihazı
SunumNörodavranışsal Sistemler A.Ş.Veri toplama ve uyaran dağıtımını içeren deneyler için tamamen programlanabilir bir yazılım
olan Cutom, Exoskeleton80/20 Inc.'i inşa etti - Endüstriyel erektör setiDeğişirDış iskeleti oluşturmak için kullanılan çeşitli parçalar
BrainsightRogue Research, Inc.Deney boyunca bobin konumunu izlemek için nöronavigasyon yazılımı

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chen, R., Yung, D., Li, J. Y. Organization of ipsilateral excitatory and inhibitory pathways in the human motor cortex. J Neurophysiol. 89 (3), 1256-1264 (2003).
  2. Criswell, E. Cram's Introduction to Surface Electromyorgaphy. , 2nd edn, Jones and Barlett Publishers. Mississauga, Canada. (2011).
  3. Di Lazzaro, V., et al. The physiological basis of transcranial motor cortex stimulation in conscious humans. Magnetic stimulation: motor evoked potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Clin. Neurophysiol. 115 (2), 255-266 (2004).
  4. Ferbert, A., et al. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex. J Physiol. 453, 525-546 (1992).
  5. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  6. Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45 (2), 201-206 (2005).
  7. Jacobs, M., Premji, A., Nelson, A. J. Plasticity-inducing TMS protocols to investigate somatosensory control of hand function. Neural Plast. , 350574(2012).
  8. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. 471, 501-519 (1993).
  9. Miller, D., Nelson, R. Biomechanics of Sport: A Research Approach. , Lea and Febiger. Philadelphia, USA. (1973).
  10. Nussbaum, M. A., Zhang, X. Heuristics for locating upper extremity joint centres from a reduced set of surface markers. Human Movement Sciences. 19, 797-816 (2000).
  11. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 91 (2), 79-92 (1994).
  12. Winter, D. A. Biomechanics and Motor Control of Human Movement. , 4th edn, John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, USA. (2009).
  13. Zatsiorsky, V. Kinetics of Human Motion. , Human Kinetics Publishers Inc. Windsor, Canada. (2002).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Transcranial Magnetic StimulationMotor Evoked PotentialElectromyography SignalMotion Tracking SystemCorticospinal OutputUpper Limb MovementJoint Angle AnalysisKinematic Kinetic AnalysisData Acquisition IntegrationNeuromotor Control Study

Related Articles