多功能设置研究人类电机控制用经颅磁刺激，肌电图，运动捕捉和虚拟现实
Summary
Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.
Abstract
运动在人类神经肌肉控制的研究与实现的众多技术。非侵入性的方法考察神经肌肉功能包括经颅磁刺激，肌电图，和三维运动捕捉。的现成的和具有成本效益的虚拟现实的解决方案的出现在再现“现实世界”的环境和动作在实验室设置扩大研究人员的能力。自然主义运动的分析，不仅争取电机控制在健康人更深入的了解，而且还允许实验和针对特定运动障碍（ 如中风）康复战略。这些工具的组合使用会导致电机控制的神经机制越来越深入的了解。当组合这些数据采集系统的一个关键要求是各个数据流之间的精细时间的对应关系。 Ť他的协议描述了一个多功能系统的总体连通性，系统间的信令，以及记录的数据的时间同步。组件系统的同步是通过使用一个可定制电路，与现成的部件和最少的电子组装技能容易地做出的，主要完成。
Introduction
虚拟现实（VR）正迅速成为一个可访问研究工具用于许多领域，包括人体运动的研究。上肢运动的研究，特别是通过将VR受益。虚拟现实允许旨在探讨手臂运动控制的具体运动学和动力学特性实验参数的快速定制。这些参数可以单独调整每个主题。例如，虚拟目标的位置可以进行调整以确保在受试者相同的初始臂姿势。虚拟现实也让视觉反馈过程中的实验操作，这在visuomotor研究1的宝贵工具– 5。
利用逼真的虚拟现实环境中与其他生物力学工具也将允许自然的运动场景中，以测试运动模式。这种布置变得越来越有价值的学习和以后的疾病和伤害6,7康复练习。模仿自然的动作和环境 （例如执行在虚拟厨房运动）在临床环境将使康复专家能够更精确地描述个体的损伤在现实世界环境。高度个性化的障碍的描述将允许更集中的治疗策略，潜在地增加的功效和减少重建的持续时间。
结合虚拟现实与其他工具，如经颅磁刺激（TMS），表面肌电图（EMG）和全身动作捕捉，创建了一个非常强大和灵活的平台，学习运动在人类神经肌肉控制。经颅磁刺激是测量降电机途径的兴奋性和功能完整性的一个功能强大的非侵入性方法（例如皮质脊髓束）通过肌电responsES如运动诱发电位（MEPS）8。现代三维运动捕捉系统还使研究人员一起研究神经肌肉活性，产生的运动运动学和动力学。这允许创建的肌肉骨骼系统的极其细致模型以及假设关于神经控制器的结构和功能的测试。这些研究将扩大我们的科学的人体感觉系统的知识，导致改善治疗肌肉骨骼和神经系统疾病。
然而，随着多功能系统的一个主要问题是分开记录的数据流（例如，运动捕捉，肌电图等 ）的同步。该协议的目的是描述常见市售系统的一般化结构运动期间同时记录生物力学和生理测量。使用的设备，从其他调查不同的厂家可能要改变这个协议的内容，以满足他们的特定需求。然而，从该协议的一般原则仍然应该适用。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文的目的是描述了一种用于掺入VR到人体运动的研究和用于同步各个数据流的方法。虚拟现实将扩大研究人员试图再现真实世界的运动的场景在实验室环境的能力。结合VR与其他神经肌肉记录和刺激方法，形成一套强大的工具，为全面研究人类运动控制机制。在精心设计的实验中获得由此产生的多维数据集可以加深我们运动的神经控制的理解。
之一的本系统的更重要的特征?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作是由美国国立卫生研究院资助P20 GM109098，NSF和西弗吉尼亚大学ADVANCE赞助计划（VG）和西弗吉尼亚大学部门启动资金支持。
Materials
| 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 |
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