एकाधिक डाटा अधिग्रहण प्रणाली का मेल corticospinal आउटपुट और बहु खंड बायोमैकेनिक्स अध्ययन करने के लिए
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
Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) कार्यात्मक कनेक्टिविटी की जांच के लिए इस तरह के एकल और एकाधिक दालों, दोहरे साइट उत्तेजना के रूप में cortical समारोह को समझने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं कि कई टीएमएस प्रोटोकॉल रहे हैं। 3,5 मानव कोर्टेक्स को प्रोत्साहित करने के लिए एक गैर-आक्रामक तरीका है, और दोहराव दालों न्यूरल प्लास्टिसिटी बढ़ावा देने के लिए। 4,6-8 टीएमएस प्रोटोकॉल भी तंत्रिका पुनर्वास रणनीतियों मानव cortical प्रक्रियाओं की वर्तमान समझ अग्रिम और मार्गदर्शन करने के लिए जोड़ा जा सकता है। कोर्टेक्स उत्तेजक के अलावा, टीएमएस भी corticospinal पथ या सेरिबैलम की उत्तेजना से उप-cortical समारोह को समझने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
वर्तमान में टीएमएस अनुसंधान का सामना करना पड़ सबसे बड़ा तकनीकी चुनौतियों में से एक मानव में लक्ष्य का निर्देशन स्वैच्छिक आंदोलन के दौरान cortical क्षेत्रों की भूमिका का अध्ययन करने की क्षमता है। कई कारणों से इस तकनीकी चुनौती देने के लिए योगदान करते हैं। सबसे पहले, टीएमएस वितरण वास्तविक समय मानव गति ग के साथ जोड़ा जाना चाहिएapture। इस तरह, टीएमएस दालों जटिल आंदोलन का अध्ययन करने के लिए एक समय बंद दृष्टिकोण प्रदान करने के लिए एक आंदोलन अनुक्रम के भीतर सुविधाओं द्वारा दिया या चालू किया जा सकता है। यह मोटर नियंत्रण पिन कि मस्तिष्क व्यवहार रिश्तों की समझ अग्रिम होगा, जो करेंगी दूसरा, टीएमएस वितरण और गति पकड़ने को एकीकृत परिसर आंदोलन की एक विस्तृत लक्षण वर्णन अनुमति देता है। वर्तमान में, सम्मिलित रूप टीएमएस और गति पकड़ने के तरीके में एकीकृत है कि कोई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रणालियों रहे हैं। मोटर नियंत्रण के क्षेत्र में neuroscientists के लिए, इस शून्य को आम तौर पर कई सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर डाटा अधिग्रहण और वितरण प्रणाली को एकीकृत करने, तकनीकी चुनौतियों समय लेने में तब्दील हो। यह तकनीकी सीमा भी ऊपरी अंग को शामिल गतिशील बहु संयुक्त आंदोलनों का अध्ययन करने के लिए समर्पित विरल अनुसंधान में हुई है। टीएमएस मानव मोटर नियंत्रण के क्षेत्र अग्रिम करने के लिए, यह cortical समारोह जटिल मानव आंदोलन के दौरान जांच होनी आवश्यक है।
<p clasएस = "jove_content"> प्रभावी ढंग से अधिग्रहण प्रणाली वास्तविक समय एक साथ टीएमएस और गति पकड़ने की अनुमति मिलनी चाहिए, टीएमएस और गति पकड़ने के तरीके में एकीकृत करने के लिए। दूसरा, प्रणाली आंदोलन कीनेमेटीक्स अध्ययन करने के लिए उपयुक्त होना चाहिए (यानी।, आंदोलन का वर्णन), आंदोलन कैनेटीक्स (यानी।, कारण है कि आंदोलन को मजबूर करता है), और मांसपेशियों की गतिविधि। तीसरा, प्रणाली इन आंदोलन सुविधाओं के लिए टीएमएस दालों सिंक्रनाइज़ करने के लिए, और जटिल आंदोलन सुविधाओं पर आधारित मापदंड से शुरू हो सक्षम होना चाहिए। एक ऐसी प्रणाली cortical समारोह और विज्ञान सम्बन्धी और आंदोलन के कैनेटीक्स के बीच एक आवश्यक लिंकेज प्रदान करेगा।यह पांडुलिपि टीएमएस और गति पकड़ने के तरीकों को एकीकृत करने के लिए एक अनूठा तरीका विवरण। यह दृष्टिकोण जटिल बहु संयुक्त आंदोलनों के यांत्रिकी के विस्तृत विश्लेषण के लिए अनुमति देता है, और आंदोलन (यानी, कीनेमेटीक्स, कैनेटीक्स, या मांसपेशियों गतिविधि) के विशिष्ट सुविधाओं से शुरू हो रहा टीएमएस दालों का नियंत्रण स्वचालित परमिट। इसके अलावा, इस डेटा ACQuisition सिस्टम टीएमएस और गति पकड़ने visuo-मोटर या ज्ञानेन्द्रिय कार्यों की आवश्यकता है कि प्रयोगात्मक मानदंड के साथ एकीकृत करने के लिए अनुमति देता है। यह पांडुलिपि टीएमएस और मानव आंदोलन के अधिग्रहण और विश्लेषण के संयोजन के प्रयोजन के लिए आमतौर पर इस्तेमाल गति पकड़ने हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर प्रणालियों को एकीकृत करने के लिए एक नवीन दृष्टिकोण का विवरण। डेटा तलीय बहु संयुक्त आंदोलन के दौरान मानव cortical कामकाज का एक नमूना अध्ययन का उपयोग कर प्रस्तुत कर रहे हैं। प्रयोग करने के लिए आवश्यक सॉफ्टवेयर स्क्रिप्ट डाउनलोड के लिए उपलब्ध हैं।
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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