Transcranial चुंबकीय उत्तेजना, Electromyography, मोशन कैप्चर, और आभासी वास्तविकता का उपयोग मानव मोटर नियंत्रण के अध्ययन के लिए Multifunctional सेटअप
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
मानव में आंदोलन के neuromuscular नियंत्रण के अध्ययन के कई तकनीकों के साथ पूरा किया है। Neuromuscular समारोह की जांच के लिए गैर इनवेसिव तरीकों transcranial चुंबकीय उत्तेजना, विद्युतपेशीलेखन, और तीन आयामी गति पकड़ने में शामिल हैं। आसानी से उपलब्ध है और लागत प्रभावी आभासी वास्तविकता समाधान के आगमन के एक प्रयोगशाला स्थापित करने में "वास्तविक दुनिया" के वातावरण और आंदोलनों पुनः बनाने में शोधकर्ताओं की क्षमताओं का विस्तार किया गया। प्राकृतिक आंदोलन विश्लेषण स्वस्थ व्यक्तियों में मोटर नियंत्रण का एक बड़ा समझ गार्नर, लेकिन यह भी प्रयोगों और विशिष्ट मोटर impairments (जैसे स्ट्रोक) को लक्षित है कि पुनर्वास रणनीति के डिजाइन की अनुमति होगी ही नहीं। इन उपकरणों के संयुक्त उपयोग मोटर नियंत्रण के तंत्रिका तंत्र के तेजी से गहरी समझ को बढ़ावा मिलेगा। इन डाटा अधिग्रहण प्रणाली के संयोजन जब एक महत्वपूर्ण आवश्यकता विभिन्न डेटा धाराओं के बीच ठीक अस्थायी पत्राचार है। टीउसकी प्रोटोकॉल एक multifunctional प्रणाली के समग्र कनेक्टिविटी, intersystem संकेतन, और दर्ज आंकड़ों के अस्थायी तुल्यकालन का वर्णन है। घटक प्रणालियों के तुल्यकालन मुख्य रूप से आसानी से शेल्फ घटकों और न्यूनतम इलेक्ट्रॉनिक्स विधानसभा कौशल के साथ किए गए एक अनुकूलन सर्किट, के उपयोग के माध्यम से पूरा किया है।
Introduction
आभासी वास्तविकता (वीआर) तेजी से मानव गति का अध्ययन सहित अनेक क्षेत्रों में उपयोग के लिए एक सुलभ अनुसंधान उपकरण होता जा रहा है। ऊपरी अंग आंदोलन के अध्ययन के लिए विशेष रूप से वी.आर. शामिल द्वारा लाभान्वित किया गया है। आभासी वास्तविकता हाथ आंदोलन नियंत्रण के विशिष्ट विज्ञान सम्बन्धी और गतिशील सुविधाओं की जांच करने के लिए बनाया गया प्रयोगात्मक मापदंडों का तेजी से अनुकूलन के लिए परमिट। इन मानकों को व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक विषय के लिए समायोजित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, आभासी लक्ष्यों के स्थानों विषयों भर में समान प्रारंभिक हाथ आसन सुनिश्चित करने के लिए बढ़ाया जा सकता है। 5 – आभासी वास्तविकता भी visuomotor अनुसंधान 1 में एक अमूल्य उपकरण है जो प्रयोगों के दौरान दृश्य प्रतिक्रिया के हेरफेर की अनुमति देता है।
अन्य बायोमैकेनिकल उपकरणों के साथ यथार्थवादी वी.आर. वातावरण का उपयोग भी आंदोलन पैटर्न का परीक्षण करने में जो प्राकृतिक आंदोलन परिदृश्यों की अनुमति होगी। इस व्यवस्था के लिए तेजी से मूल्यवान होता जा रहा हैअध्ययन और बीमारी और चोट 6,7 के बाद पुनर्वास का अभ्यास। एक नैदानिक सेटिंग में (एक आभासी रसोई घर में आंदोलनों प्रदर्शन उदाहरण के लिए) की नक़ल करना प्राकृतिक आंदोलनों और वातावरण अधिक ठीक एक वास्तविक दुनिया के संदर्भ में एक व्यक्ति की क्षति का वर्णन करने के लिए पुनर्वास विशेषज्ञों सक्षम हो जाएगा। काफी व्यक्तिगत हानि विवरण के संभावित प्रभावकारिता में वृद्धि और पुनर्वास की अवधि को कम करने, और अधिक ध्यान केंद्रित उपचार रणनीतियों के लिए अनुमति देगा।
ऐसे transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस), सतह विद्युतपेशीलेखन (ईएमजी), और पूरे शरीर की गति पकड़ने के रूप में अन्य उपकरणों के साथ वी.आर. का मेल है, मनुष्यों में आंदोलन के neuromuscular नियंत्रण के अध्ययन के लिए एक अत्यंत शक्तिशाली और लचीला मंच बनाता है। Transcranial चुंबकीय उत्तेजना ईएमजी respons के माध्यम से (जैसे corticospinal पथ) मोटर रास्ते उतरते के excitability और कार्यात्मक अखंडता को मापने का एक शक्तिशाली गैर इनवेसिव विधि हैऐसे मोटर के रूप में तों क्षमता (एमईपी) 8 पैदा की। आधुनिक तीन आयामी गति पकड़ने सिस्टम भी है, जिसके परिणामस्वरूप आंदोलन कीनेमेटीक्स और गतिशीलता के साथ एक साथ neuromuscular गतिविधि का अध्ययन करने के लिए सक्षम शोधकर्ताओं। यह musculoskeletal प्रणाली के अत्यंत विस्तृत मॉडल के निर्माण के साथ ही तंत्रिका नियंत्रकों की संरचना और समारोह के बारे में परिकल्पना के परीक्षण के लिए परमिट। इन अध्ययनों से मानव ज्ञानेन्द्रिय प्रणाली के हमारे वैज्ञानिक ज्ञान का विस्तार और musculoskeletal और मस्तिष्क संबंधी बीमारियों के इलाज में सुधार को बढ़ावा मिलेगा।
हालांकि, बहुआयामी सिस्टम के साथ एक बड़ी समस्या अलग से दर्ज डेटा धाराओं (जैसे गति पकड़ने, ईएमजी, आदि) के तुल्यकालन है। इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य एक साथ आंदोलन के दौरान बायोमैकेनिकल और शारीरिक माप रिकॉर्ड करने के लिए आम व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिस्टम की एक generalizable व्यवस्था का वर्णन करने के लिए है। से उपकरणों का उपयोग अन्य जांचकर्ताओंविभिन्न निर्माताओं को उनकी विशिष्ट जरूरतों को फिट करने के लिए इस प्रोटोकॉल के तत्वों को बदलने के लिए हो सकता है। हालांकि, इस प्रोटोकॉल से सामान्य सिद्धांतों अभी भी लागू किया जाना चाहिए।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस लेख का उद्देश्य मानव गति का अध्ययन और विभिन्न डेटा धाराओं सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक विधि में वी.आर. शामिल करने के लिए एक विधि का वर्णन करने के लिए है। आभासी वास्तविकता एक प्रयोगशाला स्थापित करने मे?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम एनआईएच अनुदान P20 GM109098, NSF और WVU अग्रिम प्रायोजन कार्यक्रम (वीजी), और WVU विभागीय शुरू हुआ धन से समर्थन किया था।
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 |
Riferimenti
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