This project was funded by the Intramural Research Program at the National Institutes of Health Clinical Center. We acknowledge the helpful discussions with Dr. Thomas Bulea, PhD and Laurie Ohlrich, PT in refining the procedures presented in this protocol. Muyinat W. Osoba and Andrew Gravunder, MS assisted with the animations.

הערה: פרוטוקול זה אושר על ידי דירקטוריון הסקירה המוסדית של המכונים הלאומי לבריאות (מזהה ClinicalTrials.gov: NCT01829724). הם ניתנים לכל משתתפי ההזדמנות לשאול שאלות ולתת הסכמה מדעת לפני השתתפותם. בתמורה לשינויים בתגובה המודינמית שנגרמה על ידי השימוש האחרון של מרחיבי כלי דם וvasoconstrictors, משתתפים מתבקשים להימנע מאלכוהול וקפאין למשך 24 שעות לפני הניסוי 3 סרטוני האנימציה .These נעשו מותאמים אישית במעבדה שלנו, אבל יכולים להיות מוקלט עם אחרים נשמע או תמונות ספציפיות לשאלות מחקר חלופיות. 1. הגדר את החדר לפני הגעתו של המשתתף. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כייל את תנועת מצלמות ללכוד ביחס לקואורדינטות של מעבדה בהתאם לתהליך הספציפי של יצרן לכידת התנועה. ודא שמיקומי מצלמה יאפשר הקלטה של ​​כל הסמנים בשני הגוףוראשו של המשתתף במשימות שתיבחנה. תהליך הכיול מבטיח דיוק של מערכת לכידת התנועה ומקובל לכל מעבדה תנועה. השתמש במערכת עשר מצלמה, עם נפח של כ 17 מ &#39;3 שבו סמנים רעיוני יכולים להיות מזוהים באופן מהימן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את ההדק ממחשב ההוראה לתשומות BNC &#39;מחשבי לכידת התנועה וfNIRS. ודא שההדק מחובר ללחצן עכבר, ולחיצה על העכבר משלים את המעגל ושולח דופק בו-זמנית ללכידת תנועה / לוח רכישת נתונים EMG ולרכישת נתונים fNIRS הלוח כauxillary כניסות אנלוגיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר העכבר הזה דרך יציאת ה- USB למחשב שפועלים בסרטוני אנימציה הוראה, כך שהחל מהווידאו יגרום לשינוי מתח בו זמנית בשני מערכות האיסוף וניתוח הנתונים. הערה: אותות EMG באופן אוטומטי synched ונשמרו על ידי התוכנה ללכידה תנועה, כך additsynching ional של מערכת EMG אינו נחוץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיר את המסך ומקרן להוראות שיוצג למשתתף. הסר את כל פריטים מיותרים שיכול להיות distracters. הנח את החצובה והמצלמה וידאו דיגיטלית שבו תהיה להם תצוגה מלאה של תנועותיו של המשתתף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שסמני מהורהר מחוברים היטב לחלק העליון של כל optode בבדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את כל המסמכים הדרושים: עותקי הסכמה והסכמה, גיליונות בדיקה קליניים, וגיליונות הערה ניסיוניים, למשל. </li></ol> 2. אמצעים בסיסיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שסיים את תהליך ההסכמה מהדעת, למדוד והגובה, המשקל, גיל, והיקף הראש של משתתף השיא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנהל אדינבורו Handedness מלאי 10 ובדיקות קליניות אחרות כפי שצוין. שיא משתתף דיווח סוגי שיער ועור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח סמנים רעיוני על קוצי הכסל מעולים האחוריים (PSIS) דו-צדדי. יש לי ההליכה המשתתף בקצב הנוח שלהם על פני המעבדה 3 - 5 פעמים, וממוצע המהירות על פני ניסויים להעריך קצב ההליכה נבחר העצמי שלהם. </li></ol> 3. קרוב פונקציונלי אינפרא אדום ספקטרוסקופיה Setup (fNIRS) הערה: זה יכול להסתיים בו זמנית עם ההתקנה של לכידת EMG ותנועה, אם יש מספיק נסיינים או צוות המחקר כדי לסייע, ואם המשתתף מרגיש בנוח עם כמה אנשים שקרובים אליהם באותו הזמן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את המרחק בין nasion (NZ) והזיז (איז), ובין נקודות קדם-תנוכים בצד הימין (Ar) והאוזניים שמאלה (אל). הצומת של נקודת האמצע של שני אמצעים אלה היא Cz, אשר מסומן על הקרקפת באמצעות סמן רחיץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם המשתתף יש שיער ארוך, חלק ממנות קטנות של השיער באמצעות צמות או קוקיות במטרה לחשוף את הקרקפת שבי optodes תוצב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את fNIRS לחקור על tהוא ראשו של המשתתף, מקפיד ליישר עם Cz, Ar. לאחר מכן להעביר את השיער מתחת כל optode כפי שהוא הניח אותו על הקרקפת. לבסוף, לצרף רצועות ולקרו להחזיק היטב optodes במקום. הערה: בפרוטוקול זה, להשתמש בכובע שיש לו רצועה אחת שהולכת מאחורי הראש, אחד שהולך לרוחב המצח, ואחד שהולך מתחת לסנטר. Optodes מעוגן לכובע הזה עם סקוטש בטבעת פלסטיק גמיש המקיפה את האוזן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם המשתתף יש שיער קצר (באורך של פחות מכ 2 סנטימטר), לשלוף את השיער בין optodes עם מקל קטן דק או בסוף הפלסטיק של מסרק. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שכל כבלי optode משקרים שטוחים, וכי optodes כ הניצב לפני השטח של עור הקרקפת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת צורך, הנח פיסת הקצף דקה תחת הקבוצה של כבלי optode לקדם יישור ניצב של optodes. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק עם המשתתף על נוחות של הבדיקות, ולהתאים במידת הצורך. להורות להם לספר את הנסיינים אם הנוחות שלהם פוחתת בכל נקודה במהלך הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל מקורות ולבדוק את האותות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במערכת זו, להבטיח אות שיש עוצמה של לפחות 80 dB ודופק נראה בבירור בdeltaOD (השינוי בצפיפות אופטית) אות, בשני אורכי גל 690 nm ו830. כאשר יש לי ערוצים אותות שאינם עומדים בקריטריונים אלה, לאשר שיער שאינו חוסם את optode (ים) ולאחר מכן להתאים רווחי גלאים בהתאם לצורך למקסם את עוצמת האות. ודא שמצלמות ללכוד תנועה כבויות בתקופה זו. הערה: מכונות fNIRS אחר עשויים לפעול באורכי גל שונים ול690 830 nm; במקרה זה, לבדוק את אורכי הגל המתאימים ביותר למכונה בשימוש. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת סמנים רעיוני לניו זילנד, איז, Ar, ואל. שאל את המשתתף לעמוד בשקט ולאסוף כ 2 שניות של נתונים ללכוד תנועה לאלה וסמני optode fNIRS. ודא שכל הסמנים נרשמו, ולאסוף ניסויים נוספים במידת צורך. זה עשוי לדרוש המשתתף לשנות את עמדת הראש כדי לשפר את קו הראיה בין המצלמות והסמנים. השתמש בשלושת מקומות ממדיים שנאספו אלה במהלך ניתוח לרישום הסתברותי של MRI המבני הבודד של משתתף אם הוא זמין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת כריכה עם כמה שכבות של לבד שחורים או חומר סופג אחר אופטי על גבי optodes fNIRS להגן גלאים מהפרעות או רוויה מהמצלמות ללכוד תנועה. ודא שהכבלים והפנל קדמי של מכשיר fNIRS גם כן מוגנים באמצעות אותו החומר אופטי הסופג. </li></ol> Electromyography Setup 4. Surface (EMG) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר את שריר הבטן של כל שריר ממוקד באמצעות ציוני דרך אנטומי, מישוש במהלך התכווצות שרירים, ומיקום האלקטרודה מנחה 11. הערה: השרירים ממוקדים בפרוטוקול זה כוללים bilהגסטרוקנמיוס המדיאלי ateral, tibialis קדמי, femoris rectus, lateralis vastus, femoris שרירי, radialis קארפי פושטי, וradialis קארפי המכופף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היכונו למיקום האלקטרודה EMG על בטן השריר על ידי גילוח, הסרת תאי עור מתים עם קלטת, ולאחר מכן לנקות עם כרית אלכוהול איזופרופיל, כפי שהומלץ על ידי 12 SENIAM ולחכות לעור יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים אלקטרודה EMG המכוונת לכיוון של סיבי השריר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעטוף בנוחות עם לעטוף חסיד עצמי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדקו אותות שריר במחשב בעת ביצוע בדיקות שרירים ידניים על מנת להבטיח מיקום נכון אלקטרודה, ויזואליזציה ברורה של שינוי אות כאשר השריר הוא פעיל. </li></ol> הגדרת לכידת 5. Motion <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח סמנים רעיוני בציוני דרך משותפות. אלה כוללים המדיאלי וmalleolus לרוחב, המדיאלי ומפרק הברך לרוחב, קדמיים עמוד השדרה מעולה הכסל (ASIS), עמוד השדרה הכסל מעולה אחורי (PSIS), styloid רדיאלי, syloid גמדי, Mediepicondyl אל humeral, וepicondyl humeral לרוחב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 3 או יותר סמנים, או אשכול גוף נוקשה של סמנים, על כל קטע של עניין, כולל הרגל, שוק, ירך, יד, והזרוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף כ 2 שניות של נתונים ללכוד תנועה בזמן המשתתף עומד עדיין במצב סטנדרטי, כגון עמידה בזרועות בכיפוף 90 מעלות כתף ומרפק 90 מעלות כיפוף. ודא שכל הסמנים גלויים לעין למצלמות. </li></ol> 6. הליכה משימה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לי העברת המשתתף להליכון. לסייע להם על ידי תמיכה בכבלי optode fNIRS ולאחר מכן לאבטח את הכבלים לתמיכת התקרה לאחר שהמטופל נמצא במצב. אם החולה נמצא בסיכון גבוה לנפילות, להשתמש לרתום תמיכת משקל גוף לבטיחות במשימה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל הליכון, בנייה לאט למהירות הליכה נבחר עצמית שנמדדה כדי לקבל את המשתתף בנוח עם התנאים מוגדרים. אז איטי עד לעצירהשוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את קובץ האנימציה עם המשוב השמיעתי שרמיזת המשתתף או לנוח או לזוז. הוראות משימת סקירה עם המשתתף, ואמר להם להישאר שקט ורגוע ככל האפשר בתקופות &quot;לנוח&quot; וללכת במהירות הסט של הליכון בתקופת &quot;המשימה&quot;, תוך התמקדות תשומת לבם לעיגול השחור הקטן על המסך ל משך רכישת נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעמעם את האורות, ולהתחיל רכישת נתונים במחשב לכידת תנועה ומחשב fNIRS. להתחיל בהקלטה במצלמת הווידאו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות הדק העכבר, ללחוץ על כפתור ההפעלה בקובץ האנימציה הקשורים למשימה זו. ודא שעל ההדק התקבל על ידי שתי לכידת התנועה ומערכות NIRS. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעבור לתמונה של נקודה שחורה הממוקמת בקו של המשתתף מן העין, כך שיש להם נקודת מיקוד למשך המשפט. הערה: סכמטי הסקירה עבור כלניסוי שמוצג באיור 2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפקח על ביצועים של משתתף ולספק משוב על מהירות, או תנועות רצוניות זרות בהתאם לצורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסופו של האנימציה ההדרכה, לעצור את ההקלטה על לכידת התנועה, EMG, ומערכות fNIRS, כמו גם מצלמת הווידאו. תן משתתף הזדמנות לנוח או להעביר עמדות בהתאם לצורך. </li></ol> 7. דו-צדדיים תחתון גפי רכיבה על אופניים המשימות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לי מעבר המשתתף למסד עם גב מטלטלין ותמיכת רגל, מקפיד לתמוך בכבלי optode fNIRS ולא להיתקל או לעקור את סמני לכידת תנועה או אלקטרודות EMG. יש כרית מושב קצף כדי לשפר את הנוחות במהלך הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את מסגרת המחזור למקום ולאבטח אותו למסד עם רצועה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את הרגליים לדוושות ולהתאים את המיקום של המחזור כנדרש כדי לקדם את מרחק נוח וטבעי לדוושות. בהנקודה הרחוקה ביותר במחזור, לשמור על הברך בכ 10 מעלות של כיפוף. הערה: בשלב זה, המשתתף יהיה בתנוחה שכיבה למחצה, המספקת תמיכה מסוימת תא מטען ומאפשרת הרפיה במהלך תקופת המנוחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוראות משימת סקירה עם המשתתף, ואמרו להם להישאר שקט ורגועים ככל האפשר בתקופות &quot;לנוח&quot; ולמחזור בכ -60 סל&quot;ד במהלך התקופה &quot;המשימה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 6.4-6.7. במקום לעבור לתמונה של נקודה, פרויקט האנימציה המצוירת שרמיזת המשתתף או לנוח או להעביר באמצעות משוב חזותי ושמיעתי. להגדיל את חלון הסרט, כך שהמשתתף אינו מסוגל לעקוב אחר הזמן שחלף, או שנותר, במשפט הנוכחי. </li></ol> 8. יד לוחץ משימה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הסרת מטר מהמחזור והמחזור עצמו, למקם את שולחן מיטה מול המשתתף, המציאg בטוח שזרועותיו של המשתתף נתמכות על השולחן בתנוחה נוחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להורות משתתף להקפיץ את אובייקט רך בערך אחת לשנייה (Hz 1) בתקופת &quot;המשימה&quot;, ולהישאר רגועים ככל האפשר בתקופות &quot;מנוחה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 7.5. </li></ol> 9. קרסול dorsiflexion משימה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את שולחן המיטה, ולהעלות את החלק שאר רגל של המסד עד להביא את הרגליים לדעתו של המשתתף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הנעל של המשתתף וגרב, ולהחליף את סמני רגל בתפקידים מתאימים. תמיכה העגל בדיוק מעל מפרק הקרסול שלהם עם משטח קצף כדי לאפשר תנועת מפרק קרסול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדריכו את המשתתף לdorsiflex הקרסול שלהם בערך אחת לשנייה (Hz 1) בתקופת &quot;המשימה&quot;, ולהישאר רגועים ככל האפשר בתקופות &quot;מנוחה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 7.5. </li></ol> 10. מסקנה של Protocol <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המכסה ולבדוק את עור באזורים של לחץ או אדמומיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את כל הסמנים רעיוני ויחידות EMG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תודה המשתתף עבור הזמן שלהם ומזמינים אותם הקלט על החוויה הסובייקטיבית של הפרוטוקול. זה יכול להיות שאלון רשמי (כפי שגארווי ועמיתים לגירוי מגנטי transcranial 13), או דיון בלתי פורמלי לזהות מקורות נפוצים של אי נוחות שיכולה להיות שיפור בעתיד. </li></ol>

<ol>
	<li>Suzuki, M., 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=Prefrontal+and+premotor+cortices+are+involved+in+adapting+walking+and+running+speed+on+the+treadmill:+an+optical+imaging+study.">Prefrontal and premotor cortices are involved in adapting walking and running speed on the treadmill: an optical imaging study.</a> Neuroimage. 23 (3), 1020-1026 (2004).</li><li>Leff, D. R., 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=Assessment+of+the+cerebral+cortex+during+motor+task+behaviours+in+adults:+a+systematic+review+of+functional+near+infrared+spectroscopy+(fNIRS)+studies.">Assessment of the cerebral cortex during motor task behaviours in adults: a systematic review of functional near infrared spectroscopy (fNIRS) studies.</a> Neuroimage. 54 (4), 2922-2936 (2011).</li><li>Orihuela-Espina, F., Leff, D. R., James, D. R., Darzi, A. W., Yang, G. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quality+control+and+assurance+in+functional+near+infrared+spectroscopy+(fNIRS)+experimentation.">Quality control and assurance in functional near infrared spectroscopy (fNIRS) experimentation.</a> Phys Med Biol. 55 (13), 3701-3724 (2010).</li><li>Pellicer, A., Bravo Mdel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-infrared+spectroscopy:+a+methodology-focused+review.">Near-infrared spectroscopy: a methodology-focused review.</a> Semin Fetal Neonatal Med. 16 (1), 42-49 (2011).</li><li>Wolf, M., Ferrari, M., Quaresima, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+of+near-infrared+spectroscopy+and+topography+for+brain+and+muscle+clinical+applications.">Progress of near-infrared spectroscopy and topography for brain and muscle clinical applications.</a> J Biomed Opt. 12 (6), 062104 (2007).</li><li>Tian, F., 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=Quantification+of+functional+near+infrared+spectroscopy+to+assess+cortical+reorganization+in+children+with+cerebral+palsy.">Quantification of functional near infrared spectroscopy to assess cortical reorganization in children with cerebral palsy.</a> Opt Express. 18 (25), 25973-25986 (2010).</li><li>Koenraadt, K. L., Duysens, J., Smeenk, M., Keijsers, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-channel+NIRS+of+the+primary+motor+cortex+to+discriminate+hand+from+foot+activity.">Multi-channel NIRS of the primary motor cortex to discriminate hand from foot activity.</a> J Neural Eng. 9 (4), 046010 (2012).</li><li>Khan, B., 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=Identification+of+abnormal+motor+cortex+activation+patterns+in+children+with+cerebral+palsy+by+functional+near-infrared+spectroscopy.">Identification of abnormal motor cortex activation patterns in children with cerebral palsy by functional near-infrared spectroscopy.</a> J Biomed Opt. 15 (3), 036008 (2010).</li><li>Tian, F., Alexandrakis, G., Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+probe+geometry+for+diffuse+optical+brain+imaging+based+on+measurement+density+and+distribution.">Optimization of probe geometry for diffuse optical brain imaging based on measurement density and distribution.</a> Appl Opt. 48 (13), 2496-2504 (2009).</li><li>Oldfield, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+assessment+and+analysis+of+handedness:+the+Edinburgh+inventory.">The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory.</a> Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).</li><li>Delagi, E. F., Perotto, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anatomic+guide+for+the+electromyographer--the+limbs.">Anatomic guide for the electromyographer--the limbs.</a> , (1980).</li><li>Hermens, H. J., Freriks, B., Disselhorst-Klug, C., Rau, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+recommendations+for+SEMG+sensors+and+sensor+placement+procedures.">Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures.</a> J Electromyogr Kinesiol. 10 (5), 361-374 (2000).</li><li>Garvey, M. A., Kaczynski, K. J., Becker, D. A., Bartko, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subjective+reactions+of+children+to+single-pulse+transcranial+magnetic+stimulation.">Subjective reactions of children to single-pulse transcranial magnetic stimulation.</a> J Child Neurol. 16 (12), 891-894 (2001).</li><li>Huppert, T. J., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HomER:+a+review+of+time-series+analysis+methods+for+near-infrared+spectroscopy+of+the+brain.">HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain.</a> Appl Opt. 48 (10), 280-298 (2009).</li><li>Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> HOMER2. , (2012).</li><li>Jasdzewski, G., 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=Differences+in+the+hemodynamic+response+to+event-related+motor+and+visual+paradigms+as+measured+by+near-infrared+spectroscopy.">Differences in the hemodynamic response to event-related motor and visual paradigms as measured by near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 20 (1), 479-488 (2003).</li><li>Plichta, M. M., 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=Event-related+functional+near-infrared+spectroscopy+(fNIRS):+are+the+measurements+reliable.">Event-related functional near-infrared spectroscopy (fNIRS): are the measurements reliable.</a> Neuroimage. 31 (1), 116-124 (2006).</li><li>Hervey, N., 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=Photonic+Therapeutics+and+Diagnostics+IX.">Photonic Therapeutics and Diagnostics IX.</a> SPIE. , (2013).</li><li>Sanger, T. D., Delgado, M. R., Gaebler-Spira, D., Hallett, M., Mink, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classification+and+definition+of+disorders+causing+hypertonia+in+childhood.">Classification and definition of disorders causing hypertonia in childhood.</a> Pediatrics. 111 (1), 89-97 (2003).</li><li>Eyre, J. A., 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=Is+hemiplegic+cerebral+palsy+equivalent+to+amblyopia+of+the+corticospinal+system.">Is hemiplegic cerebral palsy equivalent to amblyopia of the corticospinal system.</a> Ann Neurol. 62 (5), 493-503 (2007).</li><li>Maegaki, Y., 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=Central+motor+reorganization+in+cerebral+palsy+patients+with+bilateral+cerebral+lesions.">Central motor reorganization in cerebral palsy patients with bilateral cerebral lesions.</a> Pediatr Res. 45 (4 pt 1), 559-567 (1999).</li><li>Hoon, A. H., 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=Sensory+and+motor+deficits+in+children+with+cerebral+palsy+born+preterm+correlate+with+diffusion+tensor+imaging+abnormalities+in+thalamocortical+pathways.">Sensory and motor deficits in children with cerebral palsy born preterm correlate with diffusion tensor imaging abnormalities in thalamocortical pathways.</a> Dev Med Child Neurol. 51 (9), 697-704 (2009).</li><li>Yoshida, S., 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=Quantitative+diffusion+tensor+tractography+of+the+motor+and+sensory+tract+in+children+with+cerebral+palsy.">Quantitative diffusion tensor tractography of the motor and sensory tract in children with cerebral palsy.</a> Dev Med Child Neurol. 52 (10), 935-940 (2010).</li><li>Lotze, M., Sauseng, P., Staudt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+relevance+of+ipsilateral+motor+activation+in+congenital+hemiparesis+as+tested+by+fMRI-navigated+TMS.">Functional relevance of ipsilateral motor activation in congenital hemiparesis as tested by fMRI-navigated TMS.</a> Exp Neurol. 217 (2), 440-443 (2009).</li><li>Phillips, J. 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=Ankle+dorsiflexion+fMRI+in+children+with+cerebral+palsy+undergoing+intensive+body-weight-supported+treadmill+training:+a+pilot+study.">Ankle dorsiflexion fMRI in children with cerebral palsy undergoing intensive body-weight-supported treadmill training: a pilot study.</a> Dev Med Child Neurol. 49 (1), 39-44 (2007).</li><li>Wilke, M., 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=Somatosensory+system+in+two+types+of+motor+reorganization+in+congenital+hemiparesis:+topography+and+function.">Somatosensory system in two types of motor reorganization in congenital hemiparesis: topography and function.</a> Hum Brain Mapp. 30 (3), 776-788 (2009).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

אוסף בו זמנית של פעילות המוח באזורים ממוקדים של קליפת המוח ונתונים כמותיים על איך אדם נע פוטנציאל אדיר מתנות לשיפור ההבנה של השליטה העצבית של תנועה שלנו, הן באוכלוסייה בדרך כלל מתפתחת, כמו גם אלה עם הפרעות תנועה. יש גם יישום רחב במונחים של גילים ומשימות תנועה שניתן הי?...

הדמיה עצבית במהלך משימות פונקציונליות הפכה להיות יותר ניידת וחסכונית באמצעות ספקטרוסקופיה לא פולשנית הפונקציונלית הקרובה אינפרא אדום (fNIRS) כדי לזהות אזורים של פעילות המוח על ידי מדידת זרימת דם דינמיקה בקליפת המוח. הניידות של fNIRS שימושית במיוחד במחקר של משימות זקופות ופונקציונליות כגון הליכת 1, דבר שאינה אפשרי עם טכנולוגיות אחרות, כגון הדמיה תפקודית בתהודה מגנטית (fMRI). יכולת זו היא קריטית בתחומי הנוירולוגיה ומדעי המוח, ויכולה לספק תובנות חדשות על מנגנוני הפרעות תנועה בילדים ומבוגרים עם שיתוק המוחין (CP) ותנאי נוירולוגיות אחרים המשפיעים על שליטה מוטורית. הבנת מנגנונים משפרת את היכולת לתכנן התערבויות יעילות למקד את מקור ליקויים ומגבלות פעילות. מחקרי fNIRS רב של מטלות מוטוריות עד כה היו עם אוכלוסייה בריאה של מבוגרים שבו חלקicipants מונחים לבצע משימה מסוימת וניטור של ביצועי משימה מוגבל לבדיקה ויזואלית. זה יכול להיות מספיק עבור אלה עם תנועות אופייניות ורמה גבוהה של מעורבות, אבל לא מקובל כאשר לומדים משתתפים עם הפרעות תנועה או מי שיש להם קושי במחנה למשימה לתקופות זמן ארוך, כוללים ילדים בדרך כלל מתפתחים. על מנת ליידע את הניתוח של הפעלת המוח במקרים אלה, נדרש ניטור בו-זמני של הדפוס המוטורי שהושלם למעשה. סקירות מקיפות במערכות fNIRS ושימושים הוצגו בספרות 2-5 המנחה את השימוש ולעזור כדי להדגים את הדיוק ורגישות של מערכות אלה, אבל בעיות טכניות באיסוף, העיבוד ופרשנות של fNIRS נתונים עדיין יישארו. צבע ועובי השיער משפיעים על איכות של האות האופטי, עם שיער עבה כהה סיכוי הטוב ביותר כדי לחסום או לעוות transmi האופטיssion 3,6. זה רלוונטי במיוחד כאשר בוחן את האזורים הסנסורית ממוקמים באזור הכתר של הראש שבי צפיפות זקיקי שיער היא הגדולה ביותר, וחלק מהמחקרים דיווחו שלא הגיב 6,7. המערכת המבוססת היטב 10/20 הבינלאומי יכולה לשמש עבור מיקום של optodes, אבל במיוחד במקרה של אלה עם אנטומיית מוח לא טיפוסית, שיתוף רישום של מיקום optode לMRI האנטומי של משתתף היא מאוד שימושי אם לא חיוני לפרש בצורה מדויקת תוצאות. השימוש בfNIRS להעריך הפעלת מוח בפגיעה מוחית ילדות הופעה הוא חדש יחסית, אך צובר תאוצה בתחום 6,8,9 שיתוק מוחין החד-צדדיים. בתמורה לאתגרים הנ&quot;ל, פרוטוקול זה משלב fNIRS, לכידת תנועה, וניטור electromyographic (EMG) במספר המשימות, כוללים משימות חד-משותפות פשוטות, כמו גם תנועות גוף מלא מורכבות יותר. הדרכה חזותית ושמיעתית היאed כדי לשפר את תשומת לב ומשימת ביצועים על פני גילים מרובים משתתפים. המטרה של הפרוטוקול היא לזהות הבדלים בדפוסי פעילות מוח בחולים עם פגיעה מוחית ילדות הופעה חד-צדדית ודו-צדדית בהשוואה לאלו שבדרך כלל מתפתחים. אנו חוקרים תנועת גוף מלאה (הליכה), תנועה הדו-צדדית בגפיים התחתונים רב משותפת (רכיבה על אופניים), ושתי תנועות חד-חד-צדדיות משותפות (dorsiflexion קרסול מבודד, ויד סחיטה מבודדת) כדי להמחיש את מגוון רחב של יישומים של השיטות. יכולים לשמש זהה או פרוטוקול דומה מאוד ללמוד הפרעות חושיות או תנועה אחרות או משימות אחרות של עניין. גל מתמשך ליד אור אינפרא אדום היה נפלטת וזוהה ב690 nm 830 ננומטר ומעל הקורטקס הסנסורי-המוטורי באמצעות מערכת fNIRS בשיעור של 50 הרץ, שימוש בתצורת מקור-גלאי מעוצב בהתאמה אישית. הנתונים נאספו באופן אלחוטי EMG בתדר של 1000 הרץ. מקומות 3-D סמן רעיוני היושנאסף על ידי מערכת לכידת תנועה אופטית בקצב של 100 הרץ. שני מחשבים שונים טיפלו רכישת נתונים, אחד לfNIRS ואחר ללכידת התנועה וEMG. הנתונים שסונכרנו באמצעות דופק הדק ממחשב שלישי שמתאים ללחצו על לחצן עכבר כדי להתחיל את האנימציה הוראה לכל משימה. לכל המשימות חוץ מהליכה, אנימציות הוראה נועדו לתקנן ביצועי משתתף באמצעות הדרכה חזותית של קצב משימה (1 הרץ), המיוצגים על ידי קפיצת קריקטורה בעלי חיים או בעיטות, כמו גם אות שמיעתית.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="777">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:107px;">Company</td>
			<td style="width:163px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:293px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">CW6</td>
			<td style="width:107px;">TechEn</td>
			<td style="width:163px;">http://nirsoptix.com/</td>
			<td style="width:293px;">fNIRS machine with variable number of sources and detectors, depending on the number of modules included</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">MX system with ten T40-series cameras</td>
			<td style="width:107px;">Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK</td>
			<td style="width:163px;">http://www.vicon.com/System/TSeries</td>
			<td style="width:293px;">Motion capture cameras</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">reflective 4 mm markers</td>
			<td style="width:107px;">Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK</td>
			<td style="width:163px;">n/a</td>
			<td style="width:293px;">Markers used by the motion capture cameras to locate fNIRS optodes, Ar, Al, Nz, and hand coordinates.</td>
		</tr>
		<tr height="113">
			<td height="113" style="height:113px;width:216px;">reflective 9.5 mm markers</td>
			<td style="width:107px;">Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK</td>
			<td style="width:163px;">n/a</td>
			<td style="width:293px;">Markers used by the motion capture cameras to locate arm and leg coordinates. Clusters are used for the limb segments, and markers with offsets are uses for PSIS and Iz to improve reliability in data capture.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Trigno Wireless EMG system</td>
			<td style="width:107px;">Delsys, Inc. Natick, MA</td>
			<td style="width:163px;">http://www.delsys.com/products/wireless-emg/</td>
			<td style="width:293px;">Electromyography</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Bertec split-belt instrumented treadmill</td>
			<td style="width:107px;">Bertec Corporation, Columbus, OH</td>
			<td style="width:163px;">http://bertec.com/products/instrumented-treadmills.html</td>
			<td style="width:293px;">Treadmill</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">ZeroG body-weight support system</td>
			<td style="width:107px;">Aretech, LLC, Ashburn, VA</td>
			<td style="width:163px;">http://www.aretechllc.com/overview.html</td>
			<td style="width:293px;">Track and passive trolley used to support cables, harness can be used for patient safety during gait trials</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">3DS Max 2013</td>
			<td style="width:107px;">Autodesk, Inc., San Francisco, CA&#160;</td>
			<td style="width:163px;">http://www.autodesk.com/</td>
			<td style="width:293px;">3-D animation software used to animate animals for instructional videos</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Windows Movie Maker</td>
			<td style="width:107px;">Microsoft Corporation, Redmond, WA</td>
			<td style="width:163px;">http://windows.microsoft.com/en-us/windows-live/movie-maker</td>
			<td style="width:293px;">software used to combine animation footage with music</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Audacity</td>
			<td style="width:107px;">open source</td>
			<td style="width:163px;">http://audacity.sourceforge.net/</td>
			<td style="width:293px;">Software used to alter musical beat to appropriate cadence</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

functional near infrared spectroscopy of the sensory and motor brain regions with simultaneous kinematic and emg monitoring during motor tasks

ישנם מספר יתרונות שספקטרוסקופיה הפונקציונלית קרוב אינפרא אדום (fNIRS) מציגה במחקרה של הבקרה העצבית של תנועה אנושית. זה הוא יחסית גמיש ביחס למיצוב משתתף ומאפשר לכמה תנועות ראש במהלך משימות. בנוסף, הוא זול, קל משקל, ונייד, עם מעט מאוד התוויות נגד לשימוש בו. זה מהווה הזדמנות ייחודית ללמוד את פעילות מוח תפקודית במטלות מוטוריות באנשים שבדרך כלל מתפתחים, כמו גם אלה עם הפרעות תנועה, כגון שיתוק מוחין. תמורה נוספת כאשר לומדים הפרעות תנועה, עם זאת, היא באיכות של תנועות בפועל בוצעו ואת הפוטנציאל לתנועות נוספות, בלתי צפויות. לכן, ניטור בו-זמני של שני זרימת דם השינויים במוח ובתנועות ממשיות של הגוף במהלך הבדיקה דרוש לפרשנות ראויה של תוצאות fNIRS. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לשילוב של fNIRS עםשריר וניטור kinematic במהלך משימות מוטוריות. אנו חוקרים הליכה, תנועה חד-צדדית רב משותפת (רכיבה על אופניים), ושתי תנועות החד-צדדיות חד-משותפות (dorsiflexion מבודד את הקרסול, ויד סחיטה מבודדת). הטכניקות שהוצגו יכולות להיות שימושיות בלימוד שתי שליטה טיפוסית ולא טיפוסית המוטורית, ויכולות להיות שונה כדי לחקור מגוון רחב של משימות ושאלות מדעיות.

פרוטוקול זה מרכז את הרכישה במקביל של 3 שיטות כדי ללכוד זרימת דם במוח, פעילות שרירים חשמלית, ותנועה של מפרקי kinematic בעוד משתתף מבצע מטלות מוטוריות (איור 1). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52391/52391fig1highres.jpg" /> <stron...

Watch this Scientific Journal Video about Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks at JoVE.com

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

Monitoring brain activity during upright motor tasks is of great value when investigating the neural source of movement disorders. Here, we demonstrate a protocol that combines functional near infrared spectroscopy with continuous monitoring of muscle and kinematic activity during 4 types of motor tasks.

קרוב פונקציונלי אינפרא אדום ספקטרוסקופיה של אזורים חושיים ומוטורי במוח עם סימולטני Kinematic וניטור EMG במהלך משימות מוטוריות

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

functional-near-infrared-spectroscopy-sensory-motor-brain-regions

Research

JoVE Journal

Behavior

15.0K Views.  National Institutes of Health. Monitoring brain activity during upright motor tasks is of great value when investigating the neural source of movement disorders. Here, we demonstrate a protocol that combines functional near infrared spectroscopy with continuous monitoring of muscle and kinematic activity during 4 types of motor tasks.

Video: Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

הנוהג קיים הטוב ביותר לקבלת נתונים EEG באיכות גבוהה במהלך fMRI סימולטני

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric currents through the scalp. This constant electric current induces shifts in neuronal membrane excitability, resulting in secondary changes in cortical activity. Although tDCS has most of its neuromodulatory effects on the underlying cortex, tDCS effects can also be observed in distant neural networks. Therefore, concomitant EEG monitoring of the effects of tDCS can provide valuable information on the mechanisms of tDCS. In addition, EEG findings can be an important surrogate marker for the effects of tDCS and thus can be used to optimize its parameters. This combined EEG-tDCS system can also be used for preventive treatment of neurological conditions characterized by abnormal peaks of cortical excitability, such as seizures. Such a system would be the basis of a non-invasive closed-loop device. In this article, we present a novel device that is capable of utilizing tDCS and EEG simultaneously. For that, we describe in a step-by-step fashion the main procedures of the application of this device using schematic figures, tables and video demonstrations. Additionally, we provide a literature review on clinical uses of tDCS and its cortical effects measured by EEG techniques.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive brain stimulation technique that has shown initial therapeutic effects in several neurological conditions. The main mechanism underlying these therapeutic effects is the modulation of cortical excitability. Therefore, online monitoring of cortical excitability would help guide stimulation parameters and optimize its therapeutic effects. In the present article we review the use of a novel device that combines simultaneous tDCS and EEG monitoring in real time.

ניטור EEG סימולטני במהלך גירוי מקומי ישיר Transcranial

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Simultaneous Scalp Electroencephalography (EEG), Electromyography (EMG), and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Recent studies support the involvement of supraspinal networks in control of bipedal human walking. Part of this evidence encompasses studies, including our previous work, demonstrating that gait kinematics and limb coordination during treadmill walking can be inferred from the scalp electroencephalogram (EEG) with reasonably high decoding accuracies. These results provide impetus for development of non-invasive brain-machine-interface (BMI) systems for use in restoration and/or augmentation of gait- a primary goal of rehabilitation research. To date, studies examining EEG decoding of activity during gait have been limited to treadmill walking in a controlled environment. However, to be practically viable a BMI system must be applicable for use in everyday locomotor tasks such as over ground walking and turning. Here, we present a novel protocol for non-invasive collection of brain activity (EEG), muscle activity (electromyography (EMG)), and whole-body kinematic data (head, torso, and limb trajectories) during both treadmill and over ground walking tasks. By collecting these data in the uncontrolled environment insight can be gained regarding the feasibility of decoding unconstrained gait and surface EMG from scalp EEG.

Simultaneous Scalp Electroencephalography EEG, Electromyography EMG, and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Development of an effective brain-machine-interface (BMI) system for restoration and rehabilitation of bipedal locomotion requires accurate decoding of user's intent. Here we present a novel experimental protocol and data collection technique for simultaneous non-invasive acquisition of neural activity, muscle activity, and whole-body kinematics during various locomotion tasks and conditions.

Electroencephalography סימולטני קרקפת (EEG), (EMG), והקלטת אינרציה מגזרי כל גוף לMulti-מודאלית עצבית פענוח

Recent  studies support the involvement of supraspinal networks in control of bipedal  human walking. Part of this evidence  encompasses studies, ...

Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and retrieve food rewards positioned at a specific location, their motor performance (defined as accuracy and speed) improves progressively over time, and plateaus after persistent training. Once such reaching skill is mastered, its further maintenance does not require constant practice. Here we introduce a single-pellet reaching task to study the acquisition and maintenance of skilled forelimb movements in mice. In this video, we first describe the behaviors of mice that are commonly encountered in this learning and memory paradigm, and then discuss how to categorize these behaviors and quantify the observed results. Combined with mouse genetics, this paradigm can be utilized as a behavioral platform to explore the anatomical underpinnings, physiological properties, and molecular mechanisms of learning and memory.

Persistent practice improves the precision of coordinated movements.&#160;Here we introduce a single-pellet reaching task, which is designed to assess the learning and memory of forelimb skill in mice.&#160;

מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

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.

מגרה את השפתיים מוטור קורטקס עם גירוי מגנטי Transcranial

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

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here with the goal of uncovering rhythm disorders, such as beat deafness. Beat deafness is characterized by poor performance in perceiving durations in auditory rhythmic patterns or poor synchronization of movement with auditory rhythms (e.g., with musical beats). These tasks include the synchronization of finger tapping to the beat of simple and complex auditory stimuli and the detection of rhythmic irregularities (anisochrony detection task) embedded in the same stimuli. These tests, which are easy to administer, include an assessment of both perceptual and sensorimotor timing abilities under different conditions (e.g., beat rates and types of auditory material) and are based on the same auditory stimuli, ranging from a simple metronome to a complex musical excerpt. The analysis of synchronized tapping data is performed with circular statistics, which provide reliable measures of synchronization accuracy (e.g., the difference between the timing of the taps and the timing of the pacing stimuli) and consistency. Circular statistics on tapping data are particularly well-suited for detecting individual differences in the general population. Synchronized tapping and anisochrony detection are sensitive measures for identifying profiles of rhythm disorders and have been used with success to uncover cases of poor synchronization with spared perceptual timing. This systematic assessment of perceptual and sensorimotor timing can be extended to populations of patients with brain damage, neurodegenerative diseases (e.g., Parkinson&#8217;s disease), and developmental disorders (e.g., Attention Deficit Hyperactivity Disorder).

Behavioral tasks that allow for the assessment of perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) are presented. Synchronization of finger tapping to the beat of an auditory stimuli and detecting rhythmic irregularities provides a means of uncovering rhythm disorders.

חשיפת חירשות Beat: הפרעות קצב זיהוי עם אצבע מסונכרנות הקשה ומשימות תזמון תפיסתי

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

Using Fiberless, Wearable fNIRS to Monitor Brain Activity in Real-world Cognitive Tasks

Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a neuroimaging technique that uses near-infrared light to monitor brain activity. Based on neurovascular coupling, fNIRS is able to measure the haemoglobin concentration changes secondary to neuronal activity. Compared to other neuroimaging techniques, fNIRS represents a good compromise in terms of spatial and temporal resolution. Moreover, it is portable, lightweight, less sensitive to motion artifacts and does not impose significant physical restraints. It is therefore appropriate to monitor a wide range of cognitive tasks (e.g., auditory, gait analysis, social interaction) and different age populations (e.g., new-borns, adults, elderly people). The recent development of fiberless fNIRS devices has opened the way to new applications in neuroscience research. This represents a unique opportunity to study functional activity during real-world tests, which can be more sensitive and accurate in assessing cognitive function and dysfunction than lab-based tests. This study explored the use of fiberless fNIRS to monitor brain activity during a real-world prospective memory task. This protocol is performed outside the lab and brain haemoglobin concentration changes are continuously measured over the prefrontal cortex while the subject walks around in order to accomplish several different tasks.

Monitoring brain activity outside the lab without physical constraints presents methodological challenges. A fiberless, wearable functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) system was used to measure brain activity during an ecological prospective memory task. It was demonstrated that this system could be used to monitor brain activity during non-lab based experiments.

שימוש בבלי הסיבים, fNIRS ביש כדי לעקוב אחר פעילות המוח במשימות קוגניטיביות אמת העולם

Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a neuroimaging technique that uses near-infrared light to monitor brain activity. Based on neurovascular ...

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be time-intensive and ambiguous to quantify beyond simple success rates. Here, we describe the training procedure for reach-and-pull tasks with ETH Pattus, a robotic platform for automated forelimb reaching training that records pulling and hand rotation movements in rats. Kinematic quantification of the performed pulling attempts reveals the presence of distinct temporal profiles of movement parameters such as pulling velocity, spatial variability of the pulling trajectory, deviation from midline, as well as pulling success. We show how minor adjustments in the training paradigm result in alterations in these parameters, revealing their relation to task difficulty, general motor function or skilled task execution. Combined with electrophysiological, pharmacological and optogenetic techniques, this paradigm can be used to explore the mechanisms underlying motor learning and memory formation, as well as loss and recovery of function (e.g. after stroke).

A paradigm is presented for training and analysis of an automated skilled reaching task in rats. Analysis of pulling attempts reveals distinct subprocesses of motor learning.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. However, studying human locomotor learning can be challenging. During infancy and childhood, the neuromuscular system is quite immature, and it is unlikely that locomotor learning during early stages of development is governed by the same mechanisms as in adulthood. By the time humans reach maturity, they are so proficient at walking that it is difficult to come up with a sufficiently novel task to study de novo locomotor learning. The split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed, enables the study of both short- (i.e., immediate) and long-term (i.e., over minutes-days; a form of motor learning) gait modifications in response to a novel change in the walking environment. Individuals can easily be screened for previous exposure to the split-belt treadmill, thus ensuring that all experimental participants have no (or equivalent) prior experience. This paper describes a typical split-belt treadmill adaptation protocol that incorporates testing methods to quantify locomotor learning and generalization of this learning to other walking contexts. A discussion of important considerations for designing split-belt treadmill experiments follows, including factors like treadmill belt speeds, rest breaks, and distractors. Additionally, potential but understudied confounding variables (e.g., arm movements, prior experience) are considered in the discussion.

We describe a protocol for investigating human locomotor adaptation using the split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed. We specifically focus on a paradigm designed to test the generalization of adapted locomotor patterns to different walking contexts (e.g., gait speeds, walking environments).

באמצעות ההליכון פיצול-חגורה כדי להעריך הכללה של עיבוד גינקולוגיות אנושי

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

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.