Diese Arbeit wurde vom NIH P20 GM109098, NSF und WVU ADVANCE Patenschaftsprogramm (VG) und WVU Abteilungs Start-up-Fonds unterstützt.

Alle Teilnehmer am Experiment beteiligten zogen von der West Virginia University Institutional Review Board (IRB) genehmigt Einwilligungsverfahren. 1. Gesamtsystemeigenschaften, Design, und General experimentelle Aufgabe Hinweis: Für die Konfiguration besteht aus den folgenden Hauptkomponenten: EMG Geräten und zugehörigen digitalen Erfassung (DAQ) Ausrüstung; ein Motion-Capture-System (dieses Protokoll enthält eine aktive LED-System); eine TMS-Einheit mit einer Figur einer Acht Spule und stereotaktischen Lokalisierungsgeräte; ein VR-Headset und die damit verbundenen Computer und Software; und eine eigene Synchronisationsschaltung. Abbildung 1 beschreibt schematisch die Verbindung zwischen den Protokollkomponenten. <ol><li> Anschluss von Systemkomponenten <ol><li> Schließen EMG Vorverstärker zum Hauptverstärker. </li><li> Verbinden Sie den Ausgang des EMG-Verstärker, um DAQ Kontrollgerät Eingangsblock mit BNC oder ähnliche Connecgen. </li><li> Schließen DAQ Kontrollgerät gewidmet Computer, der eine Datenerfassungsskript (Ergänzungsdatei) ausführen wird. </li><li> Schließen VR Steuercomputer Parallelausgang, um benutzerdefinierte Schaltungseinheit (siehe nächsten Abschnitt für Details). </li><li> Schließen Sie die Synchronisation und Motion-Capture-Triggern Ausgänge von kundenspezifischen Schaltkreis, um DAQ-Aufzeichnungsblock neben EMG Signalverbindungen. </li><li> Split Motion-Capture-Auslöser und verbinden Sie es mit dem &quot;Analog Input Start&quot; Port auf dem EMG-Datenerfassungsgeräte sowie der Trigger-Verbindung auf dem Computer, der Motion-Capture-Geräte steuert. Anmerkung: Die zeitliche Differenz zwischen dem Beginn der entsprechenden Datenerfassungsquellen für die beschriebene Ausrüstung (Bewegungserfassung und EMG) von 160-190 ms liegen. Diese zeitliche Differenz motiviert die Gestaltung der in diesem Protokoll beschriebenen Synchronisationsschaltung und wird wahrscheinlich durch die Software und die Hardware-Unterschiede zwischen diesen beiden Systemen verursacht. </li> &lt;li&gt; Connect TMS auslösen Port auf kundenspezifische Schaltungseinheit dem Eingang Trigger für die TMS-Steuereinheit BNC. </li><li> Stellen Sie die Netzwerkverbindung zwischen den VR und Motion-Capture-Computern mit Hersteller bereitgestellten Software und physikalischen Netzwerkverbindungen. </li><li> Schließen VR Headset VR Computer und gewährleisten Funktionsfähigkeit bei allen Skripten / Programme, die virtuelle Umgebungen für die Teilnehmer anzuzeigen. </li></ol></li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig1.jpg" /> Abb. 1: Anschluss der gesamte Setup Dieses Layout beschreibt die allgemeine Konnektivität zwischen den Elementen unseres Systems. Die Synchronisationsschaltung ist an anderer Stelle im Text näher beschrieben. Die blaue Kurve entspricht dem Signal, das sowohl Motion-Capture-und EMG-Datenströme beginnt. Dieses Ereignis ist die Quelle der zeitlichen Verzögerung von bis zu 190 ms nach dem in diesem Protokoll beschriebenen Ausrüstung. Die rote Kurve entspricht der VR-initiierte synchronizatIonen-Ereignis, das gleichzeitig durch die Motion-Capture-und EMG-Systemen aufgezeichnet und anschließend zur zeitlichen Ausrichtung der jeweiligen Datenströme verwendet werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52906/52906fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 2. Allgemeine Informationen über Systemintegration und Synchronisierung Hinweis: Die Synchronisation der einzelnen Datenerfassungssysteme in diesem Protokoll (Motion-Capture-und EMG) wird durch die Verwendung einer Ereignissignal, das die für alle Aufzeichnungsströme erreicht. Verwendung einer gemeinsamen Veranstaltung können alle Signale zeitlich neu ausgerichtet nach der Datenerfassung, um Echtzeit-Aufzeichnung Abweichungen zu minimieren (ab 190 ms unter Verwendung der Ausrüstung in diesem Protokoll) werden. In diesem Protokoll das gemeinsame Signal stammt aus dem VR-System als ein Parallelport-Signal. Das gemeinsame Signal mit einer Schaltung, die eine Synchronisierung des separaten Daten ermöglicht geroutetströmt durch die direkte Aufnahme mit EMG-Signale und durch gleichzeitiges Abschalten eines Motion-Capture-LED. Die Schaltung ist mit einfachen Werkzeugen und Techniken für den Bau von elektronischen Komponenten aufgebaut, ähnlich wie bei Schaltungen beschrieben an anderer Stelle 9. <ol><li> Design, Layout und Konstruktion der Synchronisationsschaltung <ol><li> Identifizieren Sie alle analogen TTL-basierten Auslösemechanismen auf Geräte-Steuereinheiten (zB TMS, Motion-Capture) und sich mit Auslösung Anforderungen wie TTL-Impuls Richtung (positiv / negativ) und Amplitude vertraut. Analog Auslösemechanismen besitzen oft gemeinsame &quot;BNC&quot; Koaxial-Steckverbindern, die Verbindungselemente einfach zu machen. </li><li> Fügen Sie eine zusätzliche LED auf die Motion-Capture-System zur Signalsynchronisierung verwendet werden; Die Drähte der LED durch den Synchronisationsschaltkreis (Figur 3). </li><li> Bestimmen Sie die elektrische Komponente Parameter (dh Widerstand, Kapazität) benötigt, um turn aus dem synchronisierenden LED für eine bestimmte Menge an Zeit. Finden Sie die Zeit, die die Synchronisierung LED der Schaltung wird durch die Gleichung eingeschaltet: t = 1,1 * R1 * C1. Diese Zeit wird empfohlen, weniger als die durchschnittliche Dauer eines experimentellen Bewegung. Beispielsweise benötigt die derzeit beschriebene Experiment ein Widerstand und Kondensator bewertet an ungefähr einem Megaohm und ein Mikrofarad auf. </li><li> Verwenden Sie einen Lötkolben, elektrische Komponenten, um eine gedruckte &quot;Protoyping&quot; oder &quot;Projekt&quot; Platine nach dem in 3 gezeigten schema haften Legen diese Schaltung in einem handelsüblichen Kunststoff &quot;Projekt&quot; ein.; wird es wahrscheinlich notwendig sein, um Löcher in dieses Feld für die BNC-Anschlüsse bohren. Die Schaltung kann leicht durch 5 V USB-Energie von einem Desktop-Computer mit Strom versorgt werden; wird es notwendig sein, um ein USB-Kabel zu dekonstruieren, um die Strom- und Masseleitungen zu isolieren. Bypass-Kondensatoren kann auch erforderlich, um die Macht, die 555 zu regulierenChip (in 3 nicht gezeigt). </li><li> Untersuchen Sie die Platine für jegliche ungewollte Lötbrücken zwischen den elektrischen Komponenten. Wenn gefunden wird, entfernen Lot mit einem Saug-Werkzeug oder Wärme das Lot und mechanisch die Brückenverbindung zu entfernen. </li></ol></li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig2.jpg" /> Abb. 2: Testablaufplan Dieses Flussdiagramm beschreibt die Anregung und Signalereignisse, die während einer typischen experimentellen Studie, dass TMS Stimulation umfasst auftreten. Parallel-Port-Codes, die während einer Probe auftreten, werden in den DB25 schematische Symbole (hellblau) gezeigt. <ol start="2"><li> Synchronization-Details <ol><li> Verwendung eines Flussdiagramms der Figur 2 ähnliche, zu bestimmen, wenn einzelne Teile der Ausrüstung sollte im Verlauf eines experimentellen Bewegung ausgelöst werden. Zum Beispiel können einige Geräte einzeln angesteuert werden, während andere gleichzeitig ausgelöst werden. </li&gt; <li> Zu den Zeitpunkten, die Auslösung erfordern oder Signal (zB blau parallele Schnittstelle Symbole in Abbildung 2), zu bestimmen, welche parallelen Ports Signalleitungen zu verwenden und sie in der VR-System. Dies wird durch Senden von numerischen Werten an die parallele Schnittstelle an den angegebenen Zeitpunkten während Bewegungen, jede Zeile, die eine binäre Stelle durchgeführt. Für weitere Informationen über Parallel-Port basierte Signalisierung entnehmen Sie bitte der Diskussion verwiesen. </li></ol></li></ol><img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig3.jpg" /> Abb. 3: Synchronisationsschaltung Diese schematische zeigt das Layout der benutzerdefinierten Synchronisationsschaltung. Das Standardausgangssignal des NAND-Gatters ist ein Hochspannungszustand; Dieser Spannungsausgang ist mit dem Gate eines Transistors durch die der sync LEDs Schaltung geroutet gesendet. Diese Default-Zustand macht der Stromkreis geschlossen, der die LED in einem beleuchteten Zustand hält. Bei Empfang eines sync Trigger Parallelport-Signal (rote Spur im Einschub), einen internen Zustand der 555-Gerät umgedreht Rendern der Ausgabe in einem hohen Zustand, Absperren der LED (blaue Kurve). Wenn dies geschieht, wird die Spannung an C1 (grüne Linie) aufbaut, um eine Spannung, die den internen Zustand 555 zurücksetzt, Reaktivieren der LED. Der parallele Port sync Triggersignal wird auch direkt an einen BNC-Stecker, der an dem TMS-Eingangstrigger Anschluss verbunden ist geleitet. Hinweis: Die Richtung dieser Trigger-Signal kann umgekehrt werden (von Positiv- zu Negativ gehen oder umgekehrt), je nach spezifischen Anforderungen an die Ausrüstung eines Ermittlers. Die Zugabe eines &quot;Wechselrichter&quot; Chip auf dieser Trigger-Ausgang würde diese Aufgabe leicht zu erreichen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52906/52906fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 3. Versuchsverfahren <ol><li> Sicherheitsverfahren und Informed Consent <ol><li> Ensure, dass alle experimentellen Verfahren werden von einem Institutional Review Board (IRB) genehmigt. Erklären Sie, alle Verfahren, die Teilnehmer und erwerben informierte Einwilligung mit IRB-genehmigten Dokumentation. </li><li> Nach der Übernahme informierte Zustimmung, führen Sie eine grundlegende TMS Sicherheits Screening mit den Teilnehmern, um sicherzustellen, dass sie nicht über Tinnitus, eine Familiengeschichte von Epilepsie oder Anfälle, oder andere Bedingungen mit erhöhten Gefahren der Beschlagnahme. </li><li> Während TMS Stimulation, streng erfordern den Einsatz von Schutzstöpsel Gehörschäden vorzubeugen. </li></ol></li><li> Elektromyographie Sammlung <ol><li> In Abhängigkeit von den wissenschaftlichen Ziele der Studie eines Lesers, bestimmen, von welchem ​​Muskeln Arm auf EMG-Signale aufzeichnen. Für die in diesem Protokoll beschriebenen Studie, an der Schulter erzeugten Drehmomente und Ellenbogen während der Bewegung untersucht. So verzeichnete EMG-Signale wurden von den wichtigsten oberflächlichen Muskeln, die auf diesen beiden Gelenke wirken, wie die Deltamuskel, Brustmuskel, Bizeps, Trizeps und brachioradialis. </li><li> Nehmen Sie alle erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen verschiedenen EMG Ausrüstung einschließlich Verstärker, Vorverstärker, Sensorkabel und Sensorfelder nach den Angaben des Herstellers durch den Anschluss passenden Stecker. </li><li> Bereiten Sie jede Elektrode Website durch leichtes Reinigen mit einem Alkoholtupfer, um jegliche übermäßiger Haar mit einem Rasiermesser und durch Anlegen einer milden Scheuer Gel. Die richtige Vorbereitung des Standorts wird eine konsistente und niedrige Elektrode-zu-Haut-Impedanzwerte (&lt;10 kOhm) und hohem Signal-Rausch-Verhältnis von aufgezeichneten EMG-Signale. </li><li> Haben Probanden durchführen isometrische Kontraktionen entwickelt, um einzelne Muskeln von Interesse auf der Grundlage akzeptierter anatomischen und biomechanischen Beschreibungen 10 zu isolieren. Zum Beispiel, um den Bizeps zu isolieren, bitten Sie den Teilnehmer, eine auferlegte Erweiterung des Ellenbogens zu widerstehen. </li><li> Nachdem Themen durchführen Muskelkontraktionen zu isolieren, anzubringen Differenz bipolare EMG-Elektroden über die dickste, Zentral portiauf, oder &quot;Bauch&quot;, jeder Muskel an Akzeptanzstellen 11. Dies stellt sicher, Deckung einer maximalen Anzahl von Muskelfasern und minimiert die &quot;Übersprechen&quot; zwischen benachbarten Muskeln. Achten Sie darauf, um den bipolaren Elektroden längsten Achsen, entlang den Muskeln auszurichten, parallel zu den Fasern. </li><li> Befestigen Sie das EMG Masseelektrode nach Gerätespezifikationen (zB der Haut über der C7 Wirbel). </li><li> Nehmen Sie verstärkt die EMG-Signale über DAQ-Geräte von einem kundenspezifischen EDV-Skript gesteuert. Das Skript im aktuellen Protokoll verwendet wird als ergänzende Datei angehängt. </li><li> Passen Gewinne aufgezeichneten Signale auf den gewünschten Pegel durch Bewegen Zifferblätter auf dem EMG-Vorverstärker angewendet. Vermeiden Verstärkungswerte, die aufgezeichneten Signale zu veranlassen, den Eingangsbereich des Kontrollgeräts (typischerweise 5 V) überschreiten. Gemeinsame EMG Verstärkungswerte liegen zwischen 1.000-4.000. </li><li> Führen Sie ähnliche isometrische Kontraktionen zu den in Schritt 3.2.4 durchgeführt und visuell überprüfen EMG Signals, um sicherzustellen, dass sie von hoher Qualität (dh hohe Signal-Rausch-Verhältnis) sind. Positionieren Sie Elektroden und ändern Sie die Signalverstärkung, wenn nötig. </li></ol></li><li> Motion Capture System Preparation <ol><li> Kalibrieren Sie Motion-Tracking-Kameras mit Anbieter gelieferten Anweisungen und Ausrüstung entsprechend den Anweisungen des Herstellers. </li><li> Mit Klebeband und andere Verpackungsmaterialien, befestigen aktive LED Sensoren an knöchernen Sehenswürdigkeiten in der Nähe der Gelenke des Arms und anderen anatomischen Sehenswürdigkeiten in der Konstruktion von biomechanische Modelle verwendet: die Phalanx des Zeigefingers, radial und ulnar Griffelfortsätzen am Handgelenk , Olecranon an den Ellenbogen, coracoideus und Schulterdach Prozesse der Schulter, Sternoklavikulargelenk Kerbe, Schwertfortsatz und Dornfortsatz des C7. Befestigen Sie eine weitere LED auf die VR-Headset, um die Sicht in der virtuellen Umgebung. </li><li> Verbinden jeder LED mit einem Kabelbaum, der mit dem drahtlosen Treibereinheit angebracht ist. Schalten Sie Fahrer unes und sorgen für eine angemessene Ausleuchtung aller LEDs. </li><li> Positionieren Sie die Synchronisierung LED in einer günstigen Lage vom Thema, aber im klaren Blick auf die Kameras. </li></ol></li><li> Transkranielle Magnetstimulation Stereotaktische Lokalisierung <ol><li> Kalibrieren Hardware und Software für TMS Anmeldung 12 ausgebildet, um eine genaue Platzierung Spule ermöglichen. Dies beinhaltet in der Regel Co-Registrierung TMS-Spulen mit anatomischen Merkmalen wie dem Nasion, präaurikulären Punkte und Nasenspitze. Stereotaktische Registrierung zwischen dem Teilnehmer und dem Stimulationsspule ist integraler Bestandteil konsistente Stimulation Lokalisierung. </li></ol></li><li> MEP Hot-spot Lokalisierung und MEP Threshold Pprocedures <ol><li> Führen Sie so genannte &quot;Hot-Spot&quot; Techniken zur TMS empfindlichen Bereiche der Hirnrinde, die die größte Amplitude Europaabgeordneten mit dem niedrigsten Schwellenwert nach Stimulation 8,13,14 produzieren zu lokalisieren. Transkranielle Magnetstimulation zur Untersuchung von Motorsystemen typischerweisebeinhaltet die Förderung einer kortikalen Bereich, der Bewegung in einem bestimmten Körperteil steuert (zB den Arm und Hand) 15. </li><li> Notieren Sie den Speicherort einer idealen Stimulationsstellen auf der Kopfhaut, die Teilnehmer mit dem kalibrierten stereotaktischen Registrierung Ausrüstung und zugehörige Software. Nach jedem Standort wird mit der Software aufgezeichnet ist, sicherzustellen, ihre Genauigkeit durch die Verlagerung der Stelle wieder anregend, auf der Suche nach ähnlichen MEP-Antworten. </li></ol></li><li> Behavioral Aufgabe in Virtual Reality <ol><li> Gestaltung der Parameter des Verhaltens Task (zB Greifbewegungen) in den Test eingesetzt werden. In der gegenwärtigen Studie ist die Aufgabe, auf virtuelle Ziele sequentiell in unterschiedlichen räumlichen Orten platziert erreichen. Die Größe der Ziele definiert die Genauigkeit, mit der die Teilnehmer zu bewegen. Gestalten Sie die Bewegungen, so dass unterschiedliche Richtungen und Größen von Gelenkmomente hervorgerufen, wie die Teilnehmer zu erreichen für die Ziele. </li><li> Setup der VR-Umgebung, die FührungenThemen durch die Verhaltensaufgabe mit kommerziellen VR-Software, die mit dem Headset und Motion-Tracking-System kompatibel ist nach dem Protokoll des Herstellers. Machen Sie sich mit erforderlichen Rechenressourcen des Software-Pakets und Programmiersprache Anforderungen vertraut. VR gemeinsamen Softwarepakete haben die Fähigkeit, mit Sprachen wie Python, C ++, C # und andere programmiert werden. Zusätzlich Programm Analogausgänge über die parallele Schnittstelle für die Synchronisation und die Kennzeichnung von bestimmten Ereignissen von Interesse (Abbildung 2). In dem aktuellen Experiment gibt der VR Softwareereignisse zu Beginn jeder Wiederholung der Aufgabe und in Zeiten gewünschten TMS Stimulation. </li><li> Verbinden Sie den VR-Ausgabe an die Synchronisationsschaltung (Abbildung 3) und / oder die anderen Geräte, um mit Leitungen mit entsprechenden Verbindungs ​​synchronisiert werden. </li><li> Weisen Sie Themen, um die VR Verhaltens Aufgabe durchzuführen. In der aktuellen Studie war die VR-Umgebungpräsentiert mit einem Head-Mounted Display, in dem die Teilnehmer angesehen Arrays von sphärischen Ziele. Verwenden des VR-Software-Programm spezifische Bewegungsabläufe durch Änderung der Erscheinung des Targets (Farbe, Position, etc.) und machen die Teilnehmer mit diesen Aktionen. Darüber hinaus informieren die Teilnehmer von irgendwelchen anderen gewünschten Bewegungseinschränkungen. Zum Beispiel wurden die Teilnehmer in der aktuellen Studie aufgefordert, alle Armsegmente innerhalb einer vertikalen Ebene der Bewegung zu halten, während griff nach Zielen. </li><li> Sobald die Teilnehmer an die experimentellen Bewegungen Rekord EMG und Motion-Capture-Daten gewöhnt und Synchronisationssignale mit benutzerdefinierten Skripts oder vom Hersteller bereitgestellte Software-Pakete. Einstellen der Abtastrate des jeweiligen Datenerfassungssystem auf die gewünschten Werte; zusätzlich mit vertraut machen und passen alle herstellerspezifischen Parameter wie Bewegungsverfolgung LED-Intensität. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Dounskaia, N., Wang, W., Sainburg, R. L., Przybyla, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preferred+directions+of+arm+movements+are+independent+of+visual+perception+of+spatial+directions.">Preferred directions of arm movements are independent of visual perception of spatial directions.</a> Exp. brain Res. 232 (2), 575-586 (2014).</li><li>McIntosh, R. D., Mulroue, A., Brockmole, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+automatic+is+the+hand&#8217;s+automatic+pilot?+Evidence+from+dual-task+studies.">How automatic is the hand&#8217;s automatic pilot? Evidence from dual-task studies.</a> Exp brain Res. 206 (3), 257-269 (2010).</li><li>Shabbott, B. A., Sainburg, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+a+visuomotor+rotation:+simultaneous+visual+and+proprioceptive+information+is+crucial+for+visuomotor+remapping.">Learning a visuomotor rotation: simultaneous visual and proprioceptive information is crucial for visuomotor remapping.</a> Exp. Brain Res. 203 (1), 75-87 (2010).</li><li>Sarlegna, F. R., Sainburg, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+roles+of+vision+and+proprioception+in+the+planning+of+reaching+movements.">The roles of vision and proprioception in the planning of reaching movements.</a> Adv. Exp. Med. Biol. 629, 317-335 (2009).</li><li>Lillicrap, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adapting+to+inversion+of+the+visual+field:+a+new+twist+on+an+old+problem.">Adapting to inversion of the visual field: a new twist on an old problem.</a> Exp. brain Res. 228 (3), 327-339 (2013).</li><li>Saposnik, G., Levin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+reality+in+stroke+rehabilitation:+a+meta-analysis+and+implications+for+clinicians.">Virtual reality in stroke rehabilitation: a meta-analysis and implications for clinicians.</a> Stroke. 42 (5), 1380-1386 (2011).</li><li>Robles-Garc&#237;a, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+facilitation+during+real-time+movement+imitation+in+Parkinson&#8217;s+disease:+a+virtual+reality+study.">Motor facilitation during real-time movement imitation in Parkinson&#8217;s disease: a virtual reality study.</a> Parkinsonism Relat. Disord. 19 (12), 1123-1129 (2013).</li><li>Gritsenko, V., Kalaska, J. F., Cisek, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Descending+corticospinal+control+of+intersegmental+dynamics.">Descending corticospinal control of intersegmental dynamics.</a> J. Neurosci. 31 (33), 11968-11979 (2011).</li><li>Shirvalkar, P. R., Shapiro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+construction+of+a+cost+effective+headstage+for+simultaneous+neural+stimulation+and+recording+in+the+water+maze.">Design and construction of a cost effective headstage for simultaneous neural stimulation and recording in the water maze.</a> J. Vis. Exp. (44), e2155 (2010).</li><li>Kendall, F. P., McCreary, E. K., Provance, P. G., Rodgers, M., Romani, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Muscles: Testing and Function With Posture and Pain. , (2005).</li><li>Barbero, M., Merletti, R., Rainoldi, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atlas+of+Muscle+Innervation+Zones:+Understanding+Surface+Electromyography+and+Its+Applications.">Atlas of Muscle Innervation Zones: Understanding Surface Electromyography and Its Applications.</a> Springer-Verlag Mailand. , (2012).</li><li>Sliwinska, M. W., Vitello, S., Devlin, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+magnetic+stimulation+for+investigating+causal+brain-behavioral+relationships+and+their+time+course.">Transcranial magnetic stimulation for investigating causal brain-behavioral relationships and their time course.</a> J. Vis. Exp. (89), (2014).</li><li>Goss, D. A., Hoffman, R. L., Clark, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilizing+transcranial+magnetic+stimulation+to+study+the+human+neuromuscular+system.">Utilizing transcranial magnetic stimulation to study the human neuromuscular system.</a> J. Vis. Exp. (59), e3387 (2012).</li><li>Rogers, J., Watkins, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulating+the+lip+motor+cortex+with+transcranial+magnetic+stimulation.">Stimulating the lip motor cortex with transcranial magnetic stimulation.</a> J. Vis. Exp. (88), e51665 (2014).</li><li>Ellaway, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variability+in+the+amplitude+of+skeletal+muscle+responses+to+magnetic+stimulation+of+the+motor+cortex+in+man.">Variability in the amplitude of skeletal muscle responses to magnetic stimulation of the motor cortex in man.</a> Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. Mot. Control. 109 (2), 104-113 (1998).</li></ol>

The authors have no conflicts of interest to declare.

Das Ziel dieses Artikels ist es, ein Verfahren zur Einarbeitung VR in die Untersuchung der menschlichen Bewegung und ein Verfahren zum Synchronisieren von verschiedenen Datenströmen beschreiben. Virtual Reality wird die Fähigkeiten von Forschern, die auf realen Bewegungsszenarien im Labor neu zu versuchen, zu erweitern. Die Kombination mit anderen neuromuskulären VR Aufzeichnung und Konjunktur Methoden bildet eine leistungsstarke Suite von Tools zur umfassenden Studium der menschlichen Motorsteuerungsmechanismen. Die...

Virtuelle Realität (VR) wird immer mehr eine zugängliche Forschungswerkzeug für die Verwendung in einer Reihe von Bereichen, einschließlich der Erforschung der menschlichen Bewegung. Die Studie der oberen Extremität Bewegung wird vor allem durch die Einbeziehung VR profitiert. Virtual Reality ermöglicht die schnelle Anpassung von experimentellen Parametern entwickelt, um spezifische kinematische und dynamische Eigenschaften Armbewegung Steuerung zu untersuchen. Diese Parameter lassen sich individuell für jeden Patienten angepasst werden. Beispielsweise können die Positionen der virtuellen Ziel skaliert werden, um gleiche Ausgangs Armhaltung über Themen zu gewährleisten. Virtual Reality ermöglicht auch die Manipulation der visuelle Rückmeldung während der Experimente, die ein unschätzbares Werkzeug in visuomotorischen Forschung 1 - 5. Die Verwendung von realistischen VR-Umgebungen mit anderen biomechanischen Tools ermöglichen auch naturalistischen Bewegung Szenarien, in denen um Bewegungsmuster zu testen. Diese Anordnung wird immer wertvoller für dieStudium und Praxis der Rehabilitation nach Krankheiten und Verletzungen 6,7. Imitieren von naturalistischen Bewegungen und Umgebungen (zB Durchführung von Bewegungen in einer virtuellen Küche) in einem klinischen Umfeld ermöglicht Reha-Spezialisten, um eine individuelle Beeinträchtigungen genauer zu beschreiben in einem realen Kontext. Hoch individualisierten Impairment Beschreibungen werden für einen gezielteren Behandlungsstrategien erlauben, potentiell erhöht die Effizienz und reduziert die Dauer der Rehabilitation. Die Kombination von VR mit anderen Tools wie transkranielle Magnetstimulation (TMS), Oberflächen-Elektromyographie (EMG), und Ganzkörper-Motion-Capture, schafft eine extrem leistungsfähige und flexible Plattform für die Untersuchung der neuromuskulären Bewegungskontrolle beim Menschen. Transkranielle Magnetstimulation ist ein leistungsfähiges nicht-invasive Methode zur Messung der Erregbarkeit und funktionelle Integrität des absteigenden motorischen Bahnen (zB Pyramidenbahn) durch EMG responses wie motorisch evozierte Potentiale (MEPs) 8. Moderne dreidimensionale Motion-Capture-Systeme ermöglichen auch Forschern, neuromuskuläre Aktivität zusammen mit resultierende Bewegung Kinematik und Dynamik zu studieren. Dies ermöglicht die Erstellung von sehr detaillierte Modelle des Bewegungsapparates sowie die Prüfung von Hypothesen in Bezug auf die Struktur und Funktion der neuronalen Controller. Diese Studien werden unsere wissenschaftlichen Kenntnisse des menschlichen sensomotorische System zu erweitern und führen zu Verbesserungen in der Behandlung von Muskel-Skelett-und neurologischen Störungen. , Ein großes Problem mit Multifunktionssystemen ist jedoch die Synchronisation der Datenströme getrennt erfasst (zB Motion-Capture, EMG, etc.). Das Ziel des Protokolls ist es, eine Anordnung von gemeinsamen generalizable kommerziell erhältlichen Systemen beschreiben gleichzeitig aufgenommen biomechanischen und physiologischen Messungen während der Bewegung. Andere Forscher mit Hilfe von Geräten ausverschiedener Hersteller müssen möglicherweise Elemente dieses Protokoll zu ändern, um ihre spezifischen Bedürfnisse anzupassen. Allerdings sollten die allgemeinen Grundsätze von diesem Protokoll immer noch anwendbar.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Transcranial magnetic stimulator</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>N/A</td>
			<td>TMS stimulator and coils</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impulse X2</td>
			<td>PhaseSpace</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Motion capture system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MA300 Advanced Multi-Channel EMG System</td>
			<td>Motion Lab Systems</td>
			<td>MA300-28</td>
			<td>EMG pre-amplifier and amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norotrode EMG electrodes</td>
			<td>Myotronics</td>
			<td>N/A</td>
			<td>EMG electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC-2111 Single-Ended, Shielded BNC Connector Block</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779347-01</td>
			<td>BNC Connector Block</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI PXI-1033 
			5-Slot PXI Chassis with Integrated MXI-Express Controller</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779757-01</td>
			<td>DAQ chassis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI PXI-6254 
			16-Bit, 1 MS/s (Multichannel), 1.25 MS/s (1-Channel), 32 Analog Inputs</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779118-01</td>
			<td>DAQ card</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SHC68-68-EPM Cable (2m)</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>192061-02</td>
			<td>Shielded cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DK1 or DK2</td>
			<td>Oculus VR</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Ocuclus Rift headset</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vizard 5 Lite</td>
			<td>WorldViz</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Virtual reality software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C1 and C2 capacitors</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Adjust values to suit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R1 and R2 resistors</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Adjust values to suit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CD4011 NAND gate</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>NAND gate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2N2222 transistor</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Transistor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NE555 timer circuit</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Timer circuit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DB25 and USB connectors</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>parallel and USB connectors</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multifunctional setup for studying human motor control using transcranial magnetic stimulation, electromyography, motion capture, and virtual reality

Die Untersuchung der neuromuskulären Kontrolle von Bewegungen beim Menschen ist mit zahlreichen Technologien erreicht. Nicht-invasive Methoden zur Untersuchung neuromuskuläre Funktion schließen transkranielle Magnetstimulation, Elektromyographie und dreidimensionale Bewegungserfassung. Das Aufkommen von leicht verfügbaren und kostengünstigen virtuellen Realität Lösungen hat die Fähigkeiten von Forschern bei der Wiederherstellung der &quot;realen Welt&quot; Umgebungen und Bewegungen in einer Laborumgebung erweitert. Naturalistische Bewegungsanalyse werden nicht nur Garner ein besseres Verständnis der Motorsteuerung bei gesunden Menschen, aber die Versuchsplanung und Rehabilitationsstrategien, die spezifischen motorischen Beeinträchtigungen (zB Schlaganfall) Ziel erlauben auch. Der kombinierte Einsatz dieser Werkzeuge wird immer tieferes Verständnis der neuronalen Mechanismen der Motorsteuerung führen. Eine wesentliche Voraussetzung, wenn die Kombination dieser Datenerfassungssysteme ist in Ordnung zeitliche Übereinstimmung zwischen den verschiedenen Datenströmen. Tseinem Protokoll beschreibt allgemeine Konnektivität ein multifunktionales System, Intersystem-Signalisierung und die zeitliche Synchronisation der aufgezeichneten Daten. Die Synchronisation der Teilsysteme wird in erster Linie durch den Einsatz einer kundengerechten Schaltung, leicht mit Komponenten aus dem Regal und minimaler Elektronik-Montage Fähigkeiten gemacht erreicht.

Synchronisierung der zahlreichen Datenströmen in diesem Setup ermöglicht es, die Kinematik, kontinuierlichen Muskelaktivität (EMG) und Momentanneuromuskuläre Aktivität (MdEP), die bei Bewegungen der oberen Gliedmaßen auftreten, aufzuzeichnen. Wiederholten Versuchen einer gegebenen Bewegung müssen MEP Antwort-Profile über die gesamte Bewegung rekonstruieren, Fig. 4 zeigt Daten aus einem gesammelten Subjekt. 4A zeigt ein Beispiel für diese Datenströme in einem einzigen Versuch m...

Watch this Scientific Journal Video about Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality at JoVE.

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

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.

Multifunktions-Setup für das Studium der menschlichen Motor Control Mit Transkranielle Magnetstimulation, Elektromyographie, Motion Capture und Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

multifunctional-setup-for-studying-human-motor-control-using

Research

JoVE Journal

Behavior

10.8K Aufrufe.  West Virginia University. 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.

Serie: Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. Researchers have used single-pulse and repetitive TMS to stimulate the lip representation in the motor cortex. The excitability of the lip motor representation can be investigated by applying single TMS pulses over this cortical area and recording TMS-induced motor evoked potentials (MEPs) via electrodes attached to the lip muscles (electromyography; EMG). Larger MEPs reflect increased cortical excitability. Studies have shown that excitability increases during listening to speech as well as during&#160;viewing speech-related movements. TMS can be used also to disrupt the lip motor representation. A 15-min train of low-frequency sub-threshold repetitive stimulation has been shown to suppress motor excitability for a further 15-20 min. This TMS-induced disruption of the motor lip representation impairs subsequent performance in demanding speech perception tasks and modulates auditory-cortex responses to speech sounds. These findings are consistent with the suggestion that the motor cortex contributes to speech perception. This article describes how to localize the lip representation in the motor cortex and how to define the appropriate stimulation intensity for carrying out both single-pulse and repetitive TMS experiments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception.&#160; This article describes how to record motor evoked potentials (MEPs) from the lip muscles and how to disrupt the motor lip representation using repetitive TMS.

Förderung der Lip Motor Cortex mit Transkranielle Magnetstimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Forschung

Verhalten

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp to manipulate cortical excitability and, consequently, behavior and brain function. In the last decade, numerous studies have addressed short-term and long-term effects of tDCS on different measures of behavioral performance during motor and cognitive tasks, both in healthy individuals and in a number of different patient populations. So far, however, little is known about the neural underpinnings of tDCS-action in humans with regard to large-scale brain networks. This issue can be addressed by combining tDCS with functional brain imaging techniques like functional magnetic resonance imaging (fMRI) or electroencephalography (EEG).
In particular, fMRI is the most widely used brain imaging technique to investigate the neural mechanisms underlying cognition and motor functions. Application of tDCS during fMRI allows analysis of the neural mechanisms underlying behavioral tDCS effects with high spatial resolution across the entire brain. Recent studies using this technique identified stimulation induced changes in task-related functional brain activity at the stimulation site&#160;and also in more distant brain regions, which were associated with behavioral improvement. In addition, tDCS administered during resting-state fMRI allowed identification of widespread changes in whole brain functional connectivity.
Future studies using this combined protocol should yield new insights into the mechanisms of tDCS action in health and disease and new options for more targeted application of tDCS in research and clinical settings. The present manuscript describes this novel technique in a step-by-step fashion, with a focus on technical aspects of tDCS administered during fMRI.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique. It has successfully been used in basic research and clinical settings to modulate brain function in humans. This article describes the implementation of tDCS and simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI), to investigate the neural basis of tDCS effects.

Transkranielle Gleichstromstimulation und Simultan Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily disrupt information processing in a brain region, generating a short-lived &#8220;virtual lesion.&#8221; Stimulation that interferes with task performance indicates that the affected brain region is necessary to perform the task normally. In other words, unlike neuroimaging methods such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) that indicate correlations between brain and behavior, TMS can be used to demonstrate causal brain-behavior relations. Furthermore, by varying the duration and onset of the virtual lesion, TMS can also reveal the time course of normal processing. As a result, TMS has become an important tool in cognitive neuroscience. Advantages of the technique over lesion-deficit studies include better spatial-temporal precision of the disruption effect, the ability to use participants as their own control subjects, and the accessibility of participants. Limitations include concurrent auditory and somatosensory stimulation that may influence task performance, limited access to structures more than a few centimeters from the surface of the scalp, and the relatively large space of free parameters that need to be optimized in order for the experiment to work. Experimental designs that give careful consideration to appropriate control conditions help to address these concerns. This article illustrates these issues with TMS results that investigate the spatial and temporal contributions of the left supramarginal gyrus (SMG) to reading.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a technique for non-invasively disrupting neural information processing and measuring its effect on behavior. When TMS interferes with a task, it indicates that the stimulated brain region is necessary for normal task performance, allowing one to systematically relate brain regions to cognitive functions.

Transkranielle Magnetstimulation zur Untersuchung Kausal Brain-Verhaltens-Beziehungen und deren Zeitverlauf

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential therapeutic effects. Brain excitability is non-invasively modulated by rTMS, and rTMS to the language areas has proved its potential effects on treatment of aphasia. In our protocol, we aim to artificially induce virtual aphasia in healthy subjects by inhibiting Brodmann area 44 and 45 using neuronavigational TMS (nTMS), and F3 of the International 10-20 EEG system for conventional TMS (cTMS). To measure the degree of aphasia, changes in reaction time to a picture naming task pre- and post-stimulation are measured and compare the delay in reaction time between nTMS and cTMS. Accuracy of the two TMS stimulation methods is compared by averaging the Talairach coordinates of the target and the actual stimulation. Consistency of stimulation is demonstrated by the error range from the target. The purpose of this study is to demonstrate use of nTMS and to describe the benefits and limitations of the nTMS compared to those of cTMS.

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

Neuronavigation geführte Repetitive transkranielle Magnetstimulation für Aphasie

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Treating Clinical Depression with Repetitive Deep Transcranial Magnetic Stimulation Using the Brainsway H1-coil

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses electromagnetic coils to stimulate areas of the brain non-invasively. Deep transcranial magnetic stimulation (dTMS) with the Brainsway H1-coil system specifically is a type of rTMS indicated for treating patients with major depressive disorder (MDD) who are resistant to medication. The unique H1-coil design of this device is able to stimulate neuronal pathways that lie deeper in the targeted brain areas than those reached by conventional rTMS coils. dTMS is considered to be low-risk and well tolerated, making it a viable treatment option for people who have not responded to medication or psychotherapy trials for their depression.
Randomized, sham-control studies have demonstrated that dTMS produces significantly greater improvement in depressive symptoms than sham dTMS treatment in patients with major depression that has not responded to antidepressant medication. In this paper, we will review the methodology for treating major depression with dTMS using an H1-coil.

Here we present a protocol outlining the methodology for treatment of Major Depressive Disorder using the deep Transcranial Magnetic Stimulation (dTMS) system.

Die Behandlung von Depressionen mit Repetitive Tiefe Transkranielle Magnetstimulation Mit der Brainsway H1-Spule

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses ...

Substantiating Appropriate Motion Capture Techniques for the Assessment of Nordic Walking Gait and Posture in Older Adults

Nordic walking (NW) has become a safe and simple form of exercise in recent years, and in studying this gait pattern, various data collection techniques have been employed, each with positives and negatives. The aim was to determine the effect of NW on older adult gait and posture and to determine optimal use of different data collection systems in both short and long duration analysis. Gait and posture during NW and normal walking were assessed in 17 healthy older adults (age: 69 &#177; 7.3). Participants performed two trials of 6 Minute Walk Tests (6MWT) (1 with poles (WP) and 1 without poles (NP)) and 6 trials of a 5m walk (3 WP and 3 NP). Motion was recorded using two systems, a 6-sensor accelerometry system and an 8-camera 3-dimensional motion capture system, in order to quantify spatial-temporal, kinematic, and kinetic parameters.
With both systems, participants demonstrated increased stride length and double support and decreased gait speed and cadence WP compared to NP (p &#60;0.05). Also, with motion capture, larger single support time was found WP (p &#60;0.05). With 3-D capture, smaller hip power generation and moments of force were found at heel contact and pre-swing as well as smaller knee power absorption at heel contact, pre-swing, and terminal swing WP compared to NP, when assessed over one cycle (p &#60;0.05). Also, WP yielded smaller moments of force at heel contact and terminal swing along with larger moments at mid-stance of a gait cycle (p &#60;0.05). No changes were found for posture.
NW seems appropriate for promoting a normal gait pattern in older adults. Three-dimensional motion capture should primarily be used during short duration gait analysis (i.e. single gait cycle), while accelerometry systems should be primarily employed in instances requiring longer duration analysis such as during the 6MWT.

The aim was to substantiate optimal use of data collection techniques for Nordic walking gait and posture analysis. Three-dimensional motion capture should be used during short duration analysis (i.e. single gait cycle), while accelerometry should be employed for longer duration analysis (i.e. repeated cycles) like a 6 Minute Walk Test.

Mauern entsprechende Motion Capture-Techniken für die Beurteilung der Nordic-Walking-Gang und Haltung in den älteren Erwachsenen

Nordic walking (NW) has become a safe and simple form of exercise in recent years, and in studying this gait pattern, various data collection techniques ...

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, which is unlike the protocols used for human subjects. We report a successful application of rTMS to the unilateral hemisphere of rat brain. The rTMS was delivered with a low-frequency (1 Hz), high-frequency (20 Hz), or sham stimulation protocol to one side of the brain by using a small 25-mm figure-8 coil. We placed the center of the coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulated the coil 45&#176; to the ground to minimize a potential direct effect of rTMS on the contralateral cortex. We also used an in-house water cooling system to enable repetitive magnetic stimulation for more than 20 min, even at a 20-Hz stimulation frequency. Increases in the transcriptions of immediate early genes (Arc, Junb, and Egr2) were greater after rTMS than after sham stimulation. After 5 consecutive days of 20-min 1-Hz rTMS, bdnf mRNA expression was significantly higher in stimulated cortex than in contralateral side. The model presented herein will elucidate the molecular mechanisms of rTMS by allowing analysis of the inter-hemispheric difference in its effect.

We applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the unilateral hemisphere of rat brain, by placing a 25-mm figure-8 coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulating the coil by 45&#176;. An in-house water cooling system was used for rTMS for more than 20 min.

Repetitive transkranielle Magnetstimulation auf die Einseitige Hemisphäre von Rattenhirn

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs frequency-specific stimulation of the human brain through current applied to the scalp with surface electrodes. Most current knowledge of the technique is based on behavioral studies; thus, combining the method with brain imaging holds potential to better understand the mechanisms of tACS. Because of electrical and susceptibility artifacts, combining tACS with brain imaging can be challenging, however, one brain imaging technique that is well suited to be applied simultaneously with tACS is functional magnetic resonance imaging (fMRI). In our lab, we have successfully combined tACS with simultaneous fMRI measurements to show that tACS effects are state, current, and frequency dependent, and that modulation of brain activity is not limited to the area directly below the electrodes. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with visual task fMRI studies, which can lend to understanding oscillatory brain function as well as the effects of tACS on the brain.

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations, though its effects are not completely understood. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with functional magnetic resonance imaging, which can increase understanding oscillatory brain function and effects of tACS.

Gleichzeitige transkranielle Wechselstromstimulation und funktionelle Magnetresonanztomographie

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by observation or passive movement of trainee&#39;s hands by a robotic device). This obviously presents a major challenge in the rehabilitation of a paretic limb since voluntary control of physical movement is limited. Here, we describe a novel training scheme we have developed that has the potential to circumvent this major challenge. We exploited the voluntary control of one hand and provided real-time movement-based manipulated sensory feedback as if the other hand is moving. Visual manipulation through virtual reality (VR) was combined with a device that yokes left-hand fingers to passively follow right-hand voluntary finger movements. In healthy subjects, we demonstrate enhanced within-session performance gains of a limb in the absence of voluntary physical training. Results in healthy subjects suggest that training with the unique VR setup might also be beneficial for patients with upper limb hemiparesis by exploiting the voluntary control of their healthy hand to improve rehabilitation of their affected hand.

We describe a novel virtual-reality based setup which exploits voluntary control of one hand to improve motor-skill performance in the other (non-trained) hand. This is achieved by providing real-time movement-based sensory feedback as if the non-trained hand is moving. This new approach may be used to enhance rehabilitation of patients with unilateral hemiparesis.

Verwendung von Virtual Reality motorischen Wissenstransfer aus einer Hand zur anderen

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Measuring the Kinematics of Daily Living Movements with Motion Capture Systems in Virtual Reality

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based assessments of IADL are easy to use but prone to subjective bias. Here, we describe a novel virtual reality (VR) test to assess two complex IADL tasks: handling financial transactions and using public transportation. While a participant performs the tasks in a VR setting, a motion capture system traces the position and orientation of the dominant hand and head in a three-dimensional Cartesian coordinate system. Kinematic raw data are collected and converted into &#39;kinematic performance measures,&#39; i.e., motion trajectory, moving distance, and time to completion. Motion trajectory is the path of a particular body part (e.g., dominant hand or head) in space. Moving distance refers to the total distance of the trajectory, and time to completion is how long it took to complete an IADL task. These kinematic measures could discriminate patients with cognitive impairment from healthy controls. The development of this kinematic measuring protocol allows detection of early IADL-related cognitive impairments.

We designed a virtual reality test to assess instrumental activities of daily living (IADL) with a motion capture system. We propose a detailed kinematic analysis to interpret the participant&#39;s various movements, including trajectory, moving distance, and time to completion to evaluate IADL capabilities.

Messung der Kinematik des täglichen Lebens Bewegungen mit Motion-Capture-Systeme in der virtuellen Realität

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based ...