שילוב מערכות נתונים רכישה מרובות לחקר פלט corticospinal ורב-קטע ביומכניקה

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

גירוי המגנטי Transcranial (TMS) הוא שיטה לא פולשנית כדי לעורר את אדם הקליפה. ^3.5 יש כמה פרוטוקולי TMS המשמשים להבין תפקוד קליפת המוח כגון קטניות יחידים ומרובות, גירוי כפול אתר לחקור קישוריות פונקציונלית, ו פולסים חוזרים לקדם פלסטיות עצבית. ^4,6-8 פרוטוקולי TMS גם עשויים להיות משולבים כדי לקדם את ההבנה הנוכחית של תהליכים בקליפת המוח אנושיים ולהדריך את אסטרטגיות שיקום עצביות. בנוסף לגירוי קליפת המוח, TMS יכול לשמש גם כדי להבין פונקציה תת-קליפת המוח על ידי גירוי של דרכי או המוח הקטן corticospinal.

אחד האתגרים הגדולים ביותר בפני הטכניים מחקר TMS כרגע הוא היכולת ללמוד את התפקיד של אזורים בקליפת המוח בזמן תנועה מרצון המכוון למטרה בבני אדם. כמה שיקולים לתרום לאתגר טכני זה. ראשית, משלוח TMS צריך להיות משולב בזמן אמת תנועה אנושית ג Apture. בדרך זו, קטניות TMS יכולות להיות מועברות או מופעלות על ידי תכונות בתוך רצף תנועה מספק גישה נעולה זמן ללמוד תנועה מורכבת. שנית, שילוב משלוח TMS ולכידת תנועה מאפשר אפיון מפורט של תנועה מורכבת בעת התרחשותה, שתקדם את ההבנה של יחסי המוח-התנהגות שעומדים בבסיס שליטה מוטורית. נכון לעכשיו, אין מערכות זמינות מסחרי שעד בכלל לשלב מתודולוגיות TMS ולכידת תנועה. למדעני מוח בתחום השליטה מוטורית, חלל זה בדרך כלל מתורגם לזמן רב, אתגרים טכניים לשלב מערכות תוכנה וחומרת רכישת נתונים ומשלוח מרובות. מגבלה טכנית זה גם הביאה במחקר דליל המוקדש ללימוד תנועות רב משותפות דינמיות מעורבות הגפיים העליונים. לTMS לקדם את התחום של שליטה מוטורית אדם, קיים הכרח כי תפקוד קליפת המוח להיות נחקר במהלך תנועה אנושית מורכבת.

s = "jove_content"> כדי לשלב ביעילות שיטות TMS ולכידת תנועה, המערכת חייבת לאפשר רכישת TMS בו זמנית בזמן אמת ולכידת תנועה. שנית, המערכת חייבת להיות מתאימה ללמוד קינמטיקה תנועה (כלומר., תיאור של התנועה), קינטיקה התנועה (כלומר., מאלצת כי תנועת הסיבה), ופעילות שרירים. שלישית, המערכת חייבת להיות מסוגלת לסנכרן פולסים TMS לתכונות תנועה אלה, ולהיות מופעלים על ידי קריטריונים הבוסס על תכונות תנועה מורכבות. מערכת כזו תספק הצמדה מהותית בין תפקוד קליפת המוח וkinematic וקינטיקה של תנועה.

כתב יד זה מפרט גישה ייחודית לשלב שיטות של TMS ולכידת תנועה. גישה זו מאפשרת ניתוח מפורט של המכניקה של תנועות רבי משותפות מורכבות, ומתירה אוטומטית שליטה של פולסים TMS מופעלים על ידי תכונות ספציפיות של התנועה (כלומר, קינמטיקה, קינטיקה, או פעילות שרירים). יתר על כן, ACQ נתונים זהמערכת מאפשרת לuisition TMS ולכידת תנועה להיות משולבים עם פרדיגמות ניסוי שדורשות משימות visuo-מוטוריות או הסנסורית. כתב יד זה מפרט גישה חדשנית לשילוב מערכות חומרה ותוכנה ללכידת תנועה נפוצה בשימוש לצורך שילוב TMS ורכישת תנועה אנושית וניתוח. הנתונים מוצגים באמצעות מחקר מדגם של תפקוד קליפת המוח אנושי במהלך תנועה רב משותפת מישוריים. תסריטי התוכנה הנדרשים כדי לבצע את הניסוי זמינים להורדה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

הערה: הפרוטוקול הבא ניתן ליישם במגוון רחב של ניסויים. להלן פרטים על ניסוי שכרוך משימת זרוע מודרכת חזותי להגיע לאחד מששת יעדים מרחביים המוצגים על צג מחשב. TMS, לחקור רגישות corticospinal, מופעל על ידי שני אותות האנלוגיים המתעוררים מהתנועה (כלומר, EMG או קלט electrogoniometer) או אותות דיגיטליים שנוצרו מרכישת תוכנת נתונים מבוסס לטאטא. מחקר זה אושר על ידי מקמאסטר מחקר האתיקה מועצת המנהלים בהתאם להצהרת הלסינקי. בסיס נתוני מדגם מסופק.

דרישות 1. חומרה / תוכנה

הערה: איור 1 מציג סכמטי של דרישות החומרה לשלב מערכות TMS ולכידות תנועה בהקשר של ניסוי visuo-מוטורי מבוקר מחשב.

1. לצייד שני מחשבים שולחניים עם יציאות טוריות ומקבילות (אם לא כבר זמין). לצייד מחשב 1 (איור 1) עם תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא, ומחשב 2 עם תוכנת משלוח הגירוי חזותית.
2. תפעול תוכנה
   1. הפנימית אנלוגית / דיגיטלית תיבה (A / D תיבה) תפעול
      הערה: הפעולות הבאות מספקות מידע לקוראים אם הם רוצים ליצור תוכנה דומה בעצמם. צעדים אלה אינם חיוניים לביצוע הניסוי, כניסוי יכול פשוט להשתמש בתוכנה המסופקת על ידי המחברים, אבל הנחיות ניתנות כדי לאפשר למשתמשים ליצור תוכנה משלהם.
      1. צור קובץ ברצף בתוך תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא (ראה 'קובץ רצף "דוגמא (במידע משלים 2) שיבוצע במחשב 1.
         הערה: דוגמא של הפעולות כדי ליצור קובץ ברצף באמצעות תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא בניסוי זה ניתן למצוא בhttp://ced.co.uk/products/signal#script.
         לאTE: קובץ זה פועל לספק את כל התזמון המדויק הנדרש כרצף מבצע במקביל לרכישת נתונים בפועל ומאפשר גמישות יחד עם תזמון סינכרוני של גורמים חיצוניים. שינויים בקריטריוני הדק חיצוניים ניתן לבצע בתיבת הדו-שיח התצורה שהוא הביא את זמן הרצת סקריפט (ראה "ניסויים ניסויי" סעיף לקבלת פרטים נוספים וצילום מסך "קובץ ברצף").
      2. צור גרות נפרדות בתוך הקובץ ברצף כדי לשלוט על דור האות השמיעתי וקריטריוני הדק TMS. יש לי שגרה אחד לשלוט באות השמיעתית המבוססת על תשומות מהתוכנה תצוגת גירוי החזותית. כמו כן, יש שליטת שגרה אחד TMS מפעילה מבוסס על תשומות מכניסה אנלוגית לתיבה / D.
         הערה: דוגמא לאופן נפרד גרות נמצאים בתוך קובץ ברצף מסופקת במידע המשלים (קובץ תסריט ורצף). עיין 1.2.1.1 לתמיכה באתר אינטרנט נוספתספציפי למערכת התוכנה המשמשת בהפגנה זו. הגדרה זו מאפשרת דור אות שמיעתי להתרחש במקביל לבדיקות לקריטריוני הדק TMS.
      3. צור שורות קוד בקובץ ברצף שקורא גרות (שתוארו ב1.2.1.2). יש כל פונקצית שגרה כזאת שזה לחכות להגעתו של תשומות ממקורות שלהם (כלומר, תוכנת תצוגת גירוי חזותית לאות שמיעתית וכניסה אנלוגית להדק TMS).
   2. חיבור ותקשורת בין מערכת לכידת תנועה אלקטרומגנטית לטאטא מבוסס תוכנת רכישת נתונים
      1. כדי לקבל את מערכת לכידת תנועה אלקטרומגנטית כדי ליצור רציפות נתונים, ליצור שורות של קוד בקובץ התסריט של תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לפלט מספר פקודות ללכידת התנועה אלקטרומגנטית באמצעות חיבור הטורים (יש למצוא פקודות אלה ב המדריך למשתמש של מערכת לכידת התנועה אלקטרומגנטית).פקודות אלה נמצאות בקובץ סקריפט להורדה (script_file.sgs, רואה קווים 88-114 ו635-650).
      2. צור שורות קוד כדי לקבל את קובץ התסריט להוסיף נתונים ללכוד תנועה לכל לטאטא משפט. בשלב הבא, יש לי התסריט לעבור נתונים ללכוד תנועה באמצעות חיבור טורים ממחשב 1 לתוכנה החזותית משלוח הגירוי (מחשב 2) כדי לשלוט על מיקום סמן כוונת על המסך של מחשב 2.
         הערה: רצף זה של אירועים מאפשר ללכוד תנועה אלקטרומגנטית להפיק נתונים ASCII ברציפות, ולאחר מכן את הנתונים לקרוא מהשורה סידורי.
      3. בסוף הניסוי, ליצור שורות של קוד ליש לשלוח את קובץ תסריט פקודות כדי לכבות את תפוקת נתוני מערכת לכידת תנועה אלקטרומגנטית. לשם כך, יש לי תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לשלוח שורות של טקסט מחזיקות מספר חיישן ואחרי שישה ערכים לתאם (ראה script_file.sgs לקודי הפקודה המשמשים להפגנה זו, במיוחד קווים 88-114 ו -653-658).
         הערה: מידע נוסף על פקודות אלה נמצא גם באתר האינטרנט של מערכת לכידת תנועת אלקטרומגנטית (סעיף 1.2.1.1).
         הערה: לפני חילוץ הערכים המספריים, יש את המחרוזת "מחוטא" כי אם לתאם היה שלילי, זה לא יכול להיות מופרד מהמספר הקודם על ידי כל דמויות שטח.
   3. תוכנת רכישת נתונים מבוססות טאטא לתקשורת תוכנת משלוח גירוי החזותי
      1. הגדרת שלושה ערוצים נפרדים של תקשורת בין תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא ותוכנת משלוח הגירוי החזותית.
      2. הגדרת שני קווי סדרתי נהגו לשאת נתוני טקסט בשני הכיוונים בין מחשב 1 ומחשב 2. לשם כך, חבר כבל טורים בין מחשב 1 ומחשב 2 (כל שורה סידורי להיות חד כיווני בין כל מחשב, איור 1).
      3. לחבר את המחשב 2 לתיבה / D. לשם כך, ליצור, או רכישה, כבל שיש יציאת LPT על אחד enד וחיבור BNC זכר בצד השני. חבר את יציאת LPT למחשב 2 ולחבר את חיבור BNC לקלט ההדק בתיבה / D.
         הערה: חיבור זה מאפשר לבצע שורת דופק שנוצר על ידי יציאת LPT1 על מערכת תוכנת משלוח הגירוי החזותית לתיבת קלט ההדק / D (כלומר, מחשב 2, איור 1.).
         הערה: אות TTL מבטיחה תזמון מדויק של תחילת תנופת רכישת נתונים בתיאום עם פעולות תוכנת משלוח הגירוי חזותיות, תוך קווי סדרתי הועברו לכל מידע האחר.
         הערה: הקפד להשתמש בכרטיסי יציאת LPT וCOM בפועל PCI-Express מותקנים במחשב עם תוכנת משלוח הגירוי החזותית. הגדרה זו מאפשרת לתוכנה לעבוד בהצלחה ומומלצת מאוד. תקשורת תוכנת משלוח הגירוי החזותית, מתבצעת ברמה נמוכה כדי להימנע מעיכובים, לא בדרך כלל עובדים באופן מהימן על provid LPT וחומרת יציאת ה- COM המדומהאד על ידי התקני הרשאת USB.
      4. הגדר את ערכי משך המשפט עד 20 מילי-שניות בקובץ תוכנת משלוח הגירוי החזותי, כערכים קצרים יותר או ארוכים יותר מ -20 מילישניות גורמת לבעיות רבות. ניתן למצוא משאבים על איך להשלים את התהליך הזה באתר הבא: https://www.neurobs.com/menu_support/menu_help_resources/overview. ראה קווים 39-46 בקובץ התרחיש שנקבע במסמכים המשלימים (קובץ תרחיש מצגת).
         הערה: מאחר שפעולות תוכנת משלוח הגירוי החזותית קשורות מאוד לדור התמונה, ובניסיון שלנו התקשורת טורית לא מתנהגת כצפוי, אלא אם כן את משך המשפט נקבע בפונקצית המשפט היה מתאים (כלומר, 20 מילישניות.).
      5. צור פרוטוקולי תקשורת להעברת מידע בין תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא ותוכנת משלוח הגירוי החזותית.
         הערה: סעיפים 1.2.3.7 ל1.2.3.11 לתאר איך זה יסתיים. ראה את המשאבים הניתנים בשלב 1.2.1.1ו1.2.3.5 לתמיכה נוספת לרכישת תוכנת נתונים מבוסס לטאטא ותוכנת משלוח הגירוי החזותית, בהתאמה.
      6. לתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לכיוון תוכנת משלוח הגירוי החזותי, ליצור שורות של קוד בתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לשלוח שתי צורות של מידע; מספרי משפט כדי להתחיל ולהפסיק משפט, ועמדות סמן כוונת. יש תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לשלוח את כל המידע כשורות של טקסט הופסקו על ידי הזנת שורה. ראה קווים 700-708 בקובץ תסריט האיתותים של איך זה הסתיים.
      7. לתוכנת משלוח הגירוי החזותית להבחין בין שני סוגים של מידע, להגדיר את האופי הראשוני להיות 0 או 1 ואחריו אחד או שניים מספרים בהתאם לסוג של מידע, עם כל הערכים שמופרדים על ידי רווחים. תוכנת משלוח הגירוי החזותית לא תהיה קושי בהתמודדות עם המידע הזה. ראו קווים 89-153 של קובץ התרחיש לראות how פעולה זו הושלמה בתוך תוכנת משלוח הגירוי החזותית.
      8. בתוכנת משלוח הגירוי החזותית למבוסס לטאטא כיוון תוכנת רכישת נתונים, ליצור שורות של קוד מהתוכנה משלוח הגירוי החזותי כי פלטי ערכים שלמים אחת, 0-9, שיישלחו לתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא כASCII אחת תווים '0' ל '9' ואחרי הזנת שורה. ראו קווים 82-87 של קובץ התרחיש כדי לקבוע כיצד פעולה זו הושלמה.
      9. צור שורות קוד בתוכנת משלוח הגירוי החזותית לשלוח ערכים של 0 ו -1 לחזור מידע למערכת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לגבי האם או לא משתתף פגע מיקום היעד. ראה קווים 72-80 ו154-220 בקובץ התרחיש כדי לקבוע כיצד פעולה זו הושלמה.
      10. צור שורות קוד בתוכנת משלוח הגירוי החזותית לשלוח מידע לגבי ההודעה של סוף המשפט (כלומר ., אם היעד היה "מכה" או לא) לרכישת נתונים מבוסס לטאטא software.See אותו שורות קוד בקובץ התרחיש הניתנות בשלב 1.2.3.10.
   4. רצף של פעולות בתוך משפט
      1. הגדרת הרצף של משפט כזה שהביצוע של ניסוי משותף בין תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא ותוכנת משלוח הגירוי החזותית, עם תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא להיות "אחראית" של הרצף הכולל.
      2. שים את תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא בשליטה של ​​רצף ניסוי כי תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא יוצרת קובץ הנתונים בפועל שצריך להיות מבואר בפרטי משפט, ולכן, נדרשים פחות תקשורת.
      3. הגדרת התסריט כזה שהרצף של פעולות מתחיל עם תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא בחירת ההגדרות הבאות משפט (מיקום יעד וסוג הדק TMS). ראה קווים 335-345, ולולאות מקבילה תיארו בקווים אלה, בקובץ התסריט להבין כיצד להשלים פעולות אלה.
         הערה: הלולאות גם נמצאות בתוך קובץ התסריט.
      4. בשלב הבא, יש לי הפרמטרים סט תוכנת רכישת נתונים מבוססי לטאטא בתיבה / D שליטה סוג הדק TMS והיבטים אחרים של המשפט. לשם כך, יש לי תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא ליזום נתונים אוסף כזה שהתיבה / D מחכה הדק לטאטא מהתוכנה משלוח הגירוי החזותית, ומודיעה לתוכנת משלוח הגירוי החזותית מעל הקו הסידורי של מספר היעד (1 עד 7) משמש, מה שגורם לתוכנה החזותית משלוח הגירוי להתחיל משפט (כלומר., באמצעות דופק TTL). ראה קווים 180-303 של תסריט האות להבין כיצד להשלים פעולה זו.
      5. לאחר שסיים את השלב האמור, יש לחכות תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא להשלמת האוסף של סוויp של נתונים על ידי תיבת A / D, ולצרף את כל נתוני עמדה שהיא מקבלת ממערכת לכידת תנועה אלקטרומגנטית לנתונים שנדגמו. ראה קווים 117-178 ו661-697 של קובץ התסריט למידע על איך להשלים את הפעולה.
      6. הגדרת תוכנת משלוח הגירוי החזותית כדי לפקח על מיקום סמן כוונת שליטת הנושא. הגדרת תוכנת משלוח הגירוי החזותית כדי להעביר את היעד למיקום שצוין וליצור דופק TTL על יציאת LPT1 אחרי הסמן נמצא בעמדת הבית לתקופת זמן מוגדר (שהוגדרה בתוכנת משלוח הגירוי החזותית). ראה קווים 89-232 בקובץ התרחיש של איך להשלים שלב זה.
      7. צור שורות קוד שהופכות את תוכנת משלוח הגירוי החזותית לשלוח דופק TTL כדי לעורר את רכישת נתונים תיבה / D, ובכך, להתחיל עיתוי המשפט בתוך התיבה / D. ראה קווים 222-232 של קובץ התרחיש על איך להשלים שלב זה.
      8. באותו הזמן, יש לי חזותיקובץ תרחיש תוכנת משלוח הגירוי להתחיל עיכוב לאחר שזה יעבור היעד למיקום שצוין ולהתחיל מעקב אחר סמן הכוונת לצפות לזה 'להכות' היעד (כלומר., שנותר על יעד לתקופה קצובה). הגדרת תוכנת משלוח הגירוי החזותית כך שהיא ממשיכה ניטור זה של מיקום סמן כוונת עד תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא מודיעה תוכנת משלוח הגירוי החזותית של השלמת משפט.
         הערה: פעולות אלה הן על אותו הקו של קוד בקובץ התרחיש הניתן בצעדים 1.2.4.6 ו1.2.4.7.
      9. בתוך התיבה / D, ליצור עיכוב זמן. לתקופה קצובה, פועל עד סוף העיכוב, יש שני אותות EMG צג תוכנה (הערה: יכול להיות כל אותות אנלוגיים) כדי לבדוק שהם של משרעת נמוכה (ערך משרעת זה הוגדר על ידי המשתמש). החוקרים ממליצים משרעת EMG של 100 +/- μV או ~ 1% מהפעלה מרצון המקסימלי של המשתתפים. ראו קווים 45-75 בקובץ ברצף כדי להשלים פעולה זו.
      10. צור שורות קוד שהופך את תחילת תקופה זו שקטה EMG הניטור המסומן בסמן דיגיטלי-תיבה נוצרה / D עם קוד 1. כמו כן, אם אות 'לא שקטה "EMG מזוהה, אינו מאפשר כל עוד / פלטי תיבת D (למשל., צפצוף או TMS הדק) יופקו במהלך המשפט. הגדר את הפקודה בתוכנה כזו שאם יש אות 'לא שקטה "EMG, המשפט חוזר על עצמו. לראות את הקווים שהוזכרו בשלב 1.2.4.9 קווים בתוספת 118-124 של הקובץ ברצף וקווי 347-420 של קובץ התסריט לפעולות אלה.
      11. בסופו של העיכוב, ולאחר הקלטת אותות EMG שקטים, יש התיבה / D ליצור דופק פלט DAC 0 (בהגדרה זו, פלט DAC גורם 'צפצוף' נשמע). יש תיבה / D -generated נקודת נתונים דיגיטלי לסמן את שעת ההתחלה של 'ביפ' עם 'קוד 2' ראו קווים 126-138 של הקובץ ברצף כדי להבין כיצדכדי להשלים פעולה זו.
      12. הגדרת התסריט בתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא יש התיבה / D לפקח על הזמן לטאטא ואותות נכנסים, וליצור הדק TMS המבוסס על הקריטריונים המתאימים. צור שורות של קוד כזה ש'3 קוד 'נקודת נתונים דיגיטלית מסמנת את הפעם של הדק TMS זה (אם היא מתרחשת). ראה קווים 77-116 של הקובץ ברצף להבין כיצד להשלים פעולה זו.
      13. יש לי תקופת ההמתנה, לתנאי הדק מתאימים, תמשיך עד התקופה שנקבעה לפני סוף לטאטא.
          הערה: זה מונע משפט התרחשות לאין שיעור אם קריטריון הוא לא נפגש. ראה קווים 65-76 ו118-138 בקובץ הרצף להבין כיצד להשלים פעולה זו.
      14. הגדרת תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לזהות את השלמת איסוף נתוני תיבה / D ולהודיע ​​לתוכנת משלוח הגירוי החזותית שהמשפט נגמר. ראו קווים 180-303 של קובץ התסריט להביןאיך להשלים שלב זה.
      15. כאשר תוכנת משלוח הגירוי החזותית הודיעה כי הניסיון הסתיים, יש תוכנת משלוח הגירוי החזותית להחזיר את היעד לעמדת הבית ולשלוח מידע לתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לגבי אם המשתתף 'מכה' היעד. יש "תג" תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא את המסגרת החדשה שנדגמו של נתונים אם המשתתף לא 'פגע' היעד ,. ראה קווים 89-221 של קובץ התרחיש של כיצד להשלים פעולה זו.
      16. הגדרת התסריט בתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא לחכות לעיכוב פוסט-משפט ובסופו של עיכוב זה, יש לי תמורת תהליך לשלב 1 וזורקים את הנתונים שנדגמו וחוזר על המשפט האחרון אם sweep- תוכנת רכישת נתונים המבוססים לא לעורר TMS, או לעבור על המשפט הבא, אם הכל היה על 'אישור'. ראה קווים 180-303 ומתאימי לולאות בקובץ התסריט להבנה כיצד להשלים זהמִבצָע.
          הערה: תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא ומכונות המדינה חזותי משלוח גירוי תוכנה משמשת לשליטה על הרצף ההכרחי של פעילות, כי היא אפשרה להתאמה קלה של ההתנהגות הניסיונית, בהתאם לצורך.
3. הנח את החיישנים על ציוני דרך גרמיים לרכוש נתונים ללכוד תנועה. כדי לאסוף נתונים הנוגעים לזרוע יציבה, חיישני מקום בתא המטען (suprasternal חריץ), כתף (acromion), מרפק (8 מ"מ מעולים לepicondyle הרוחב), ושורש כף יד (בין עצמות הסהרון ודְמוּי רֹאשׁ על dorsum של היד ו בקנה אחד עם ספרת 3 ^rd), לפי המלצות כדי לעקוב אחר מרכזים משותפים של רוטציה עם חיישנים מינימאליים. ¹⁰

איור 1. חומרת הגדרה. כדי לאפשר לנתונים ללכוד תנועה אלקטרומגנטיים להישלח ללטאטאתוכנה מבוססת רכישת נתונים ותוכנת משלוח הגירוי החזותית, להרכיב ראשונה 4 חיישנים אלקטרומגנטיים עם הקונסולה של המערכת. חבר הקונסולה של המערכת למחשב 1 עם כבל טורי 9 פינים. חבר את המחשב 1 למחשב 2 עם כבל טורי 9 פינים. כדי לאפשר למסירת TMS, לחבר את המחשב 1 עם התיבה / D עם כבל USB וחיבור כבל BNC בין / תיבת D ויחידת TMS. כדי לאפשר הקלטת EMG, לחבר את EMG מוביל למגבר EMG ולחבר את מגבר EMG לתיבה / D באמצעות כבלי BNC. חבר את electrogoniometer (Elgon) לתיבה / D באמצעות כבל BNC להקליט שינויי זווית משותפים באינטרנט. כדי לאפשר לתוכנת משלוח הגירוי החזותית כדי לעורר את תחילת המשפט, לחבר את המחשב 2 לקלט תיבת ההדק / D באמצעות יציאת LPT לכבל BNC. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

4. קישוריות חומרהבמהלך הניסוי (איור 1)
   1. חבר את מערכת לכידת תנועה אלקטרומגנטית למחשב מפעיל את תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא עם כבלים סידוריים 9 פינים.
   2. האם תיבת רכישת נתונים לתאם משלוח TMS והקלטה של ​​נתוני לכידת תנועה וכו 'הדבר נעשה על ידי כל הפעולה כאמור כלולה בתיקי התסריט ורצף. חבר תיבה / D באמצעות כבל USB למחשב 1 וBNC במקביל כבל מתיבת קלט ההדק / D למחשב 2.
   3. חבר את EMG מוביל למסנן EMG (להקה עוברת מוגדר 20 ו2,500 הרץ) והמגבר (x1,000 רווח) לאוסף של פעילות EMG ופלט corticospinal נמדד כמנוע פוטנציאלים מעורר (חברי הפרלמנט האירופי).
   4. חבר את הגירוי המגנטי Transcranial monophasic ליציאות דיגיטליות תיבת רכישת נתונים המתאימה (פלט דיגיטלי '0' בניסוי זה) כדי לאפשר לתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא על PC1 להפעיל פולסים TMS במהלך הניסוי. li>
   5. חבר electrogoniometer לתיבת רכישת נתונים על ערוץ אנלוגי 2. חיבור זה מאפשר לתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא כדי לעורר TMS מבוסס על זווית כתף באמצעות התוכנה המסופקת על ידי המחברים.
   6. לבנות או לרכוש מכשיר זרוע מרעננת שתומך בזרוע נגד כוח משיכה. מכשיר זה מאפשר לתנועות מישוריים במישור האופקי (ראה איור 2). אם בונה את המכשיר, למשל ציור הוא זמין על פי בקשה מן המחבר המתאים. איור 2 מציג תמונה של המכשיר המשמש בהפגנה.

זרוע איור 2. מרעננת מכשיר. מתואר הוא משתתף ממוקם בזרוע מרעננת מכשיר, ואילו סליל TMS ממוקם על קרקפתו של המשתתף.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

ניסוי 2. הגדרה למעלה

1. מדדים אנתרופומטריים
   1. רשום את מסת הגוף הכוללת של המשתתף באמצעות סולם.
   2. מדוד את האורך של כל המגזרים לניתוח kinematic וקינטית. לדוגמא, ביישום זה עם הזרוע, למדוד את האורך של היד, הזרוע, וזרוע עליונה עם סרט מדידה.
   3. לחשב צעדי אנתרופומטריות, כגון מרכז קטע של מסה, מרכז קטע של מיקום המוני, ורדיוס ההסתובבות באמצעות משוואות מהספרות מחקרית. ^9,12,13 (ראה מידע משלים 1).
2. הגדרת EMG
   1. הכן את העור מעל השריר (ים) של עניין עם ג'ל שוחק אור ולנגב לנקות עם אלכוהול. בדוק את העכבה עם מד עכבה. ודא שעכבת העור-אלקטרודה היא מתחת ל -10 ק"ג-אוהם כדי לשפר אקי אות EMGsition.
   2. מניחים שתי אלקטרודות על שריר הבטן של השרירים של העניין במונטאז 'דו קוטבי. המחברים לכוון את הקורא למשאבים כדי לסייע עם מיקום EMG. ² לצורך ניסוי זה, אלקטרודות מקום על כופפי שריר הזרוע, זרוע אחורית כופפים, pectoralis גדול, deltoid האחורי, וbrachioradialis.
   3. באמצעות כבלי BNC, לחבר את היציאות ממגבר EMG לערוצים האנלוגיים 0, 1, 3, 4, ו -5 (לניסוי ספציפי זה, אלה ערוצים הקשורים לאלה המשמשים בסקריפטים להורדה) בתיבה / D.
3. TMS
   1. כייל את סליל TMS למשתתף באמצעות תוכנת נוירו-ניווט, כפי שתואר במדריך לתוכנה.
      הערה: שיטות אחרות יכולה לשמש כדי לכייל את עמדת סליל לקרקפת של האדם, אבל זה מומלץ להשתמש בתוכנת נוירו-ניווט.
   2. אתר חם מנוע. כמיקום מתחיל, למקם את הסליל על הנגדי הואmisphere של הזרוע / היד הנלמד ורוחב 5 סנטימטר לקודקוד לתת מיקום משוער של האזור / זרוע היד של הקורטקס המוטורי הראשוני. אתר את הקודקוד באמצעות מערכת מיקום האלקטרודה 10-20 electroencephalography הבינלאומי.
   3. מניחים את סליל TMS השטוח על ראשו של המשתתף ולכוון את הסליל כזה שזה 45 מעלות ביחס למישור sagittal. מיצוב זה יגרום latero-אחורי לנוכחי monophasic Medio-הקדמי בקליפה.
   4. החל ב ~ 30% מתפוקת ממריץ המרבית (MSO) לספק פולסים TMS עם מרווח בין גירוי של שניות 6 או יותר, כפי שמתואר בתוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא.
   5. הזז את סליל TMS למעט מקומות שונים עם שינויים קטנים בכיוון עד MEP הוא ציין בשרירים של עניין.
   6. לקבוע את MSO כי תשואות חברי הפרלמנט האירופי של ~ mV 1 בשריר היעד. השתמש בתוכנת neuronavigation לרשום מיקום זה באופן דיגיטלי. חזורהליך זה עבור כל שריר שנדרשה נקודה חמה מנוע לניסוי.
   7. לקבוע את סף המנוחה המוטורי (RMT) על ידי הפעלה בעצמה שמייצרת אמין ביותר ~ 1 mV חבר הפרלמנט האירופי, בשרירים של עניין, ומספק פולסים TMS יחידים והקלטת שיא חבר הפרלמנט האירופי לשיא מקוון משרעת.
   8. לקבוע את MSO לפי משרעת שיא-לשיא של חבר הפרלמנט האירופי הוא ≥ 50 μV ב5 מתוך 10 משפטים רצופים. ^3,11
      הערה: כדי להיות בקנה אחד עם ספרות קודמת, ^1,3 להבטיח כי חבר הפרלמנט האירופי, נרשם ממונטאז EMG monopolar.
4. ניסויים ניסיוניים
   1. התחל את הניסוי על ידי הפעלת תוכנת משלוח הגירוי החזותית ראשונה (כלומר., קובץ תרחיש). הפעלת תכנית תוכנת משלוח הגירוי החזותית ראשונה מאפשרת לתוכנה להתחיל לקרוא בנתונים ללכוד תנועה אלקטרומגנטית ולאפשר חיישן תנועה ללכוד אחד לשלוטסמן על המסך.
   2. הפעל את 'קובץ התסריט "לניסויים הניסיוניים בתוך תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא. קובץ סקריפט זה קורא ב'קובץ הרצף "המספק גורמים חיצוניים המבוססים על סוג המשפט.
   3. קלט רצוי מידע בתיבת הדו-שיח התצורה שנפתחה. צעדים, 2.4.4 ל2.4.11 כל קשורים לתיבת הדו-שיח תצורה.
   4. הזן את הערך "1" ב" סטי הגירוי בבלוק אקראי "תיבה. ערך זה מקובע את מספר הפעמים שסוג ניסוי מתבצע בבלוק.
   5. הזן "20" ערך ב" בלוקים אקראי בניסוי "תיבה. ערך זה מקובע את מספר בלוקים שיבוצעו בניסוי.
   6. הזן "20" ערך בתיבת "צפצוף משך דופק". ערך זה מקובע את משך זמן של פלט DAC ולכן, כמה זמן את דופק הצפצוף הוא "על".
      הערה: שינוי ערך זה כדי להגדיל את האורךטון שמיעתי הוא הווה.
   7. הזן את הערך "5" בתיבה "משרעת דופק צפצוף". ערך זה מקובע את משרעת בוולט של תפוקת DAC ולכן, "הנפח" של דופק הצפצוף.
   8. הזן את הערך "100" בתיבה "עיכוב צפצוף הודעה הדק מתוזמן". ערך זה קובע את המרווח באלפיות בין אות השמיעה "ללכת" והפלט הדיגיטלי (כלומר., TMS הדק 1).
   9. הזן את הערך "0.1" בתיבה "רמת סף הדק EMG". ערך זה קובע את המשרעת של EMG בוולטים הנדרשים כדי להפעיל את היציאה הדיגיטלית (כלומר., TMS הדק 2). צעדים אלה ננקטו על אותות EMG לא תוקנו.
   10. הזן את הערך ".242" בתיבה "רמת סף הדק זווית". ערך זה קובע את ערך הסף בוולטים לקרוא מelectrogoniometer כדי לעורר את הפלט הדיגיטלי (כלומר., TMS הדק 3).
       הערה: ערך זה תלוי בכיול שלelectrogoniometer. המשתמש צריך קלט שערך המתח שמתאים לסף זווית משותף שיעורר דופק TMS.
   11. הזן את הערך (כלומר., 1 שניות) "1" בתיבה "עיכוב פוסט-משפט". ערך זה קובע את המרווח בין המשפט.
       ניתן למצוא מידע נוסף על כל פונקציה בתסריט או על ידי בקשה מהמחברים: הערה.
   12. התחל את התסריט פעם הכל מוכן ביחס למשתתף, TMS, ותכנית תצוגת גירוי חזותית.
   13. לאחר שלב זה, לבחון את ריצת התוכנה בכוחות עצמו ללא כל / או עם קלט משתמש מינימאלי.
       הערה: משפט דוגמא מתחיל עם משתתף הצבת הסמן ביעד עמדת הבית. מיקום היעד החזותי החדש מופיע ומשתתף עובר ליעד זה, ברגע ששמיעה 'ללכת' אות מועברת באמצעות דיגיטלי לאנלוגית פלט בתיבת רכישת נתונים.
   14. לאחר מסירת האות, לשאול את המשתתפים כדי להזיז את הסמן לtarget. לאחר שהגיע לעמדת היעד באמצעות הסמן, להתבונן עמדת הבית ולהתחיל המשפט הבא על ידי הצבת הסמן בחזרה בעמדת הבית.
       הערה: הנה הדוגמא של TMS מופעלת על ידי סקריפט. ודא היחיד הוא בעמדת ביתם. שים לב למיקום היעד החזותי ולהנחות את המשתתף כדי להזיז את הסמן ליעד זה. תפעיל את TMS להתרחש ב 100 אלפיות הבאים השמיעתית "ללכת" אות. הפרט שומר על גדפן במיקום היעד ל1 שניות. הפרט לאחר מכן חוזר לעמדת בית המשפט ממתינה הבא.
   15. ודא שהסמן נמצא במצב הבית. שים לב למיקום היעד החזותי ולהנחות את המשתתף כדי להזיז את הסמן למיקום היעד. תפעיל את TMS להתרחש ב 100 אלפיות הבאים השמיעתית "ללכת" אות. להורות לאדם לשמור את הסמן במיקום היעד ל1 שניות. שאל את האדם לחזור הסמן לעמדת בית המשפט ממתינה הבא.
       הערה: בדוגמא זו, האות האנלוגית מפעילה TMS. באופן ספציפי, בדוגמא זו, EMG מפעיל את דופק TMS. יש הניסוי 21 תנאים: 7 תנאי יעד x 3 נקודות שונות בזמן שבו דופק TMS מופעל (כלומר, הדק 1, 2 הדק, הדק 3.). בדוגמא זו, קטניות TMS מופעלות מבוססות על אירועים דיגיטליים, או אירועי הדק אנלוגי חיצוניים כגון EMG או קלט electrogoniometer. ניתן לשנות אירועים דיגיטליים או אנלוגיים אלה על ידי המשתמש על ידי שינוי הרצפים וקבצי תסריט. משך הזמן הכולל המשוער של הניסוי הוא 3 עד 4 שעות.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

איור 3 מציג את התוצאות מניסוי בודד. במחקר זה, איור 3 א מציג את עמדתו הראשונית של המשתתף ו, לאחר אות 'ללכת' שמיעתית, המשתתף עבר במהירות ובאופן מדויק ככל האפשר ליעד (כלומר., העמדה הסופית). תוכנת רכישת נתונים מבוסס לטאטא מופעלת דו...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

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...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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