인간의 운동 제어를 연구하기 위해 경두개 자기 자극(TMS)을 사용하려면 TMS 전달을 제어하고 동시에 인간 행동을 기록하기 위한 데이터 수집 시스템의 통합이 필요합니다. 본 원고는 TMS를 통한 인간의 움직임을 조사하기 위한 목적으로 데이터 수집 시스템을 통합하기 위한 상세한 방법론을 제공합니다.
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이 논문에서
요약
초록
Transcranial magnetic stimulation 기술은 인간 행동을 뒷받침하는 신경 메커니즘에 대한 심층적인 조사를 가능하게 합니다. 지금까지 인간의 움직임을 연구하기 위한 TMS의 사용은 전개되는 움직임의 특징에 대한 TMS의 전달 시간을 정확하게 맞추는 것과 관련된 문제와 운동학 및 운동학을 정확하게 특성화하는 것과 관련된 문제로 인해 제한되었습니다. 이러한 기술적 과제를 극복하기 위해 TMS 전달 및 수집 시스템을 온라인 모션 추적 시스템과 통합해야 합니다. 본 원고는 인간의 움직임을 연구하기 위해 TMS의 사용을 촉진하고 발전시키기 위해 여러 수집 시스템을 통합하는 기술 혁신에 대해 자세히 설명합니다. 상업적으로 이용 가능한 소프트웨어 및 하드웨어 시스템을 사용하여 무브먼트의 특정 기능에 의해 트리거된 TMS 연구를 수행하는 데 필요한 하드웨어 어셈블리와 소프트웨어 스크립트 모두에 대한 단계별 접근 방식이 제공됩니다. 이 접근 방식은 상지, 평면, 다관절 도달 움직임에 대한 연구에 중점을 둡니다. 그러나 동일한 통합 시스템은 인간 운동 제어에 대한 수많은 정교한 연구에 적용할 수 있습니다.
서론
경 두개 자기 자극 (TMS)의 기능적 연결성을 프로빙 그러한 단일 및 다중 펄스, 이중 사이트 자극으로 피질 기능을 이해하기 위해 사용되는 여러 TMS 프로토콜이있다. 3,5- 인간 피질 자극하는 비 침습적 방법이며 반복 펄스는 신경 가소성을 촉진. 4,6-8 TMS 프로토콜은 신경 재활 전략을 인간의 대뇌 피질 프로세스의 현재 이해를 발전 안내하기 위해 결합 될 수있다. 피질 자극 이외에, TMS는 피질 또는 소뇌 요로 자극에 의해 서브 피질 기능을 이해하기 위해 사용될 수있다.
현재 TMS 연구가 직면하고있는 가장 큰 기술적 과제 중 하나는 인간의 목표 지향적 자율 이동하는 동안 대뇌 피질 영역의 역할을 연구 할 수있는 능력이다. 몇 가지 고려 사항이 기술적 인 도전에 기여하고 있습니다. 우선, TMS 전달 실시간 인간 움직임 C와 결합되어야apture. 이러한 방식으로, TMS 펄스는 복잡한 움직임을 연구 시각 동기 방법을 제공하는 움직임 시퀀스 내의 기능으로 전달하거나 트리거 될 수있다. 이 모터 제어를 뒷받침 뇌 동작 관계의 이해를 향상 할 펼쳐져 둘째, TMS 전달 및 모션 캡쳐를 통합하면 복합 운동의 상세한 특성을 허용한다. 현재, 포괄적으로 TMS와 모션 캡쳐 방법을 통합 상업적으....
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프로토콜
주 : 다음 프로토콜은 다양한 실험에 적용 할 수있다. 아래의 컴퓨터 모니터에 표시 여섯 공간적 대상 중 하나에 도달하는 시각 태스크 가이드 아암을 포함하는 실험에 관한 사항이다. TMS는, 피질 흥분을 조사하기 위해, 움직임에서 나오는 중 아날로그 신호에 의해 트리거 (즉, EMG 또는 electrogoniometer 입력) 또는 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어에서 생성 된 디지털 신호. 본 연구는 헬싱키 선언에 따라 맥 매스터 연구 윤리위원회에 의해 승인되었다. 샘플 데이터 세트가 제공된다.
1. 하드웨어 / 소프트웨어 요구 사항
참고도 1 디스플레이 컴퓨터 제어 visuo 모터 실험 문맥에서 TMS 및 모션 캡쳐 시스템을 통합하는 하드웨어 요구의 개략도.
- 직렬 및 병렬 포트와 두 개의 데스크탑 컴퓨터 (아직 사용할 수없는 경우를 착용). 시각 자극 전달 소프트웨어 프로그램으로 PC 하나 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 (도 1)와 PC (2)를 착용.
- 소프트웨어 운영
- 내부 아날로그 / 디지털 상자 (A / ....
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결과
그림 3은 하나의 재판의 결과를 표시합니다. 이 시험에서, 그림 3a는 참가자의 초기 위치를 표시하고, 청각 '이동'큐 후, 참가자는 대상 (예., 최종 위치)에 가능한 한 신속하고 정확하게로 이동했다. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 상완 이두근 근 EMG의 발병에 기초 TMS 펄스를 트리거. 이 작업의 성능 동안 특정 시간에 평가되는 상부 팔 근육에 관한 피질 출력의 측정을 허용. 그림 3b는이 시험의 EMG 발병하는 동안 하나의 TMS 펄스의 각 근육에서 얻은 MEP를 표시합니다. TMS 펄스에서 MEP의 피크 - 피크 진폭은 각 근육에서 측정된다. 대안 적으로, MEP의 면적을 측정 할 수있다. 운동 단계 또는 이동 유형에 걸쳐 다른 MEP 크기의 변화는 corticospi의 변화를 나타냅니다시간에 다른 작업이나 점에서 최종 흥분. 모션 캡.......
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토론
본 원고는 시각 운동 작업의 맥락에서 TMS와 모션 캡처 시스템을 통합하는 혁신적인 방법을 자세히 설명합니다. 인간 운동 제어 연구에서 빠르고 의미 있는 발전을 이루려면 방법론을 통해 여러 하드웨어 및 소프트웨어 시스템 전반에 걸쳐 정확한 통신이 가능해집니다. 제시된 패러다임은 운동 학습에 대한 피질 기여, 운동 제어의 신경생리학, 특수 집단의 다관절 운동 제어를 포함한 다양한 연구 관심사를 연구하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 우리는 이 패러다임을 사용하여 피질 척수 흥분성이 어깨와 팔꿈치 관절에 작용하는 상호 작용 토크의 다양한 크기와 방향에 따라 어떻게 변하는지 연구했습니다. 상호 작용 토크는 모든 "실제" 다중 관절 움직임에 존재하며 움직임 계획에 미치는 영향은 더 빠른 동작으로 더욱 분명해집니다. 그러나 소뇌 운동실조증이 있는 개인과 발달 조정 장애가 있는 어린이는 자발적인 목표 지향적 팔 움직임을 수행할 때 이러한 상호 작용 토크에 대한 "설명"에 문제가 있습니다. 제시된 패러다임은 이러한 집단의 피.......
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
저자는 자연과학 및 공학 연구 위원회(Natural Sciences and Engineering Research Council)가 AJN에 자금을 지원한 것에 감사를 표합니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 폴헤머스 FASTRAK | 폴헤머스 | 6 자유도의 전자기 모션 추적 장치 4 개의 센서가있는 프리 | |
| 젠 테이션 | : Neurobehavioural Systems, Inc. | 데이터 수집 및 자극 전달과 관련된 실험을 위한 완전히 프로그래밍 가능한 소프트웨어 | |
| Cutom은 Exoskeleton | 80/20 Inc.를 구축했습니다 - 산업용 이렉터 세트는 | 골격 Brainsight Rogue Research Inc.를 구축하는 데 사용되는 다양한 부품을 | 다양하게 |
| . | 실험 전반에 걸쳐 코일 위치를 추적하는 신경 항법 소프트웨어 |
참고문헌
- 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).
- Criswell, E. Cram's Introduction to Surface Electromyorgaphy. , 2nd edn, Jones and Barlett Publishers. Mississauga, Canada. (2011).
- Di Lazzaro, V., et al.
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