皮質脊髄出力とマルチセグメントのバイオメカニクスを研究するために、複数のデータ・アクイジション・システムを組み合わせます
Summary
The use of transcranial magnetic stimulation (TMS) to study human motor control requires the integration of data acquisition systems to control TMS delivery and simultaneously record human behavior. The present manuscript provides a detailed methodology for integrating data acquisition systems for the purpose of investigating human movement via TMS.
Abstract
Transcranial magnetic stimulation techniques allow for an in-depth investigation into the neural mechanisms that underpin human behavior. To date, the use of TMS to study human movement, has been limited by the challenges related to precisely timing the delivery of TMS to features of the unfolding movement and, also, by accurately characterizing kinematics and kinetics. To overcome these technical challenges, TMS delivery and acquisition systems should be integrated with an online motion tracking system. The present manuscript details technical innovations that integrate multiple acquisition systems to facilitate and advance the use of TMS to study human movement. Using commercially available software and hardware systems, a step-by-step approach to both the hardware assembly and the software scripts necessary to perform TMS studies triggered by specific features of a movement is provided. The approach is focused on the study of upper limb, planar, multi-joint reaching movements. However, the same integrative system is amenable to a multitude of sophisticated studies of human motor control.
Introduction
経頭蓋磁気刺激（TMS）は、機能的接続性を調べるために、このような単一および複数のパルス、デュアルサイトの刺激としての皮質機能を理解するために使用されるいくつかのTMSプロトコルがある。3,5ヒト皮質を刺激するための非侵襲的な方法であり、かつ神経可塑性を促進するための繰り返しパルス。4,6-8 TMSプロトコルは、ヒト皮質プロセスの現在の理解を進め、神経リハビリテーションの戦略を導くために組み合わせることができます。皮質を刺激することに加えて、TMSはまた、皮質脊髄路または小脳を刺激することによって、サブ皮質機能を理解するために使用することができます。
現在のTMS研究が直面している最大の技術的課題の一つは、ヒトにおける目標指向随意運動時の皮質領域の役割を研究する能力です。いくつかの考慮事項は、この技術的課題に貢献します。まず、TMS配信は、リアルタイムな人間の動きCと組み合わされるべきですAptureの。このように、TMSパルスが複雑な動きを研究するための時間同期方法を提供する移動シーケンス内の特徴により送達又はトリガすることができます。それはモータ制御を支える脳の行動との関係の理解を進めるれる、展開するにつれて第二に、TMSの配信とモーションキャプチャを統合する複雑な動きの詳細な特性評価を可能にします。現時点では、包括的にTMSおよびモーションキャプチャ方法論を統合全く商業的に利用可能なシステムはありません。モータ制御の分野で神経科学者のために、この空洞は、典型的には、複数のソフトウェアとハードウェアのデータ収集および配信システムを統合するために、技術的な課題を消費する時間に変換されます。この技術的な制限は、上肢を伴う動的な多関節運動の研究に捧げまばらな研究をもたらしました。 TMSは、ヒト運動制御の分野を推進するためには、皮質の機能は複雑な人間の動きの間にプローブすることが肝要です。
<p clas効果的にtmsおよびモーションキャプチャ方法論を統合するために、s = "jove_content">、収集システムは、リアルタイム同時TMSおよびモーションキャプチャを許可する必要があります。第二に、システムは（すなわち、動きの説明）移動運動学を研究するために適していなければならない、移動速度（すなわち、移動させる力）、および筋活動。第三に、システムは、これらの運動機能にTMSパルスを同期することができなければならない、と複雑な動きの特徴に基づいた基準によって引き起こされます。このようなシステムは、皮質機能と動と動きの速度との間に本質的な連携を提供します。この原稿は、TMSおよびモーションキャプチャの方法を統合するための独自のアプローチを詳しく説明しています。このアプローチは、複雑な多関節運動の力学の詳細な分析を可能にし、運動（ すなわち 、運動学、動力学、または筋活動）の特定の機能によってトリガTMSパルスの自動制御を可能にします。さらに、このデータACQuisitionシステムは、視覚運動や感覚の作業を必要とする実験的なパラダイムと統合するためのTMSおよびモーションキャプチャを可能にします。この原稿は、TMSと人間の動き取得および分析を組み合わせる目的で一般的に使用されるモーションキャプチャハードウェアおよびソフトウェアのシステムを統合するための革新的なアプローチを詳しく説明しています。データは、平面の多関節運動中に人間の皮質機能のサンプル調査を使用して提示されています。実験を行うために必要なソフトウェアのスクリプトをダウンロードすることができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
The present manuscript details an innovative method to integrate TMS and motion capture systems in the context of a visuo-motor task. To make rapid and meaningful advances in the study of human motor control, it is essential that methodologies allow for precise communication across multiple hardware and software systems. The paradigm presented could be used to study a variety of research interests including the cortical contribution to motor learning, the neurophysiology of motor control, and multi-joint movement contr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank funding from the Natural Sciences and Engineering Research Council to AJN.
Materials
| Polhemus FASTRAK | Polhemus Inc. | 6 degrees of freedom electromagnetic motion tracking device with 4 sensors | |
| Presentation | Neurobehavioural Systems Inc. | A fully programmable software for experiments involving data acquisition and stimulus delivery | |
| Cutom built Exoskeleton | 80/20 Inc. – The industrial erector set | Varies | Various parts used to build the exoskeleton |
| Brainsight | Rogue Research Inc. | Neuronavigation software to track coil position throughout the experiment |
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