This protocol was developed for research supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (grant RGPIN 401963).

以下のプロトコルは、オランダBloorviewキッズリハビリテーション病院で研究倫理委員会によって承認されました。 1.モーター校正<ol><li> USBポートを使用してコンピュータにマイコンボードを接続します。 </li><li>オリジナルのマイクロコントローラ・ソフトウェアを使用して、丸で囲んだ右矢印で示される「アップロード」アイコンをクリックして、USB接続を使用してボードにカスタムスクリプト、「Motor_and_AccelerometerTest.ino」をアップロードします。 <ol><li>振動レベルが「analogWrite」コマンドを使用して、オフの位置にモーターを置くためにゼロに設定されていることを確認。 「analogWrite（vibe1,0を）;」のコードを読んでください。 </li><li>マイクロコントローラのコードでは、「vibe1」変数を初期化することにより、関心のモータに対応するパルス幅変調（PWM）出力端子を指定します。 注：PWM信号はマイクロコントローラによって生成されたデジタル信号から近似アナログ出力を生成します。ピンはlabeleあります物理的なマイコンボード上の数値日間。モータをPWM出力端子 &#39;から3&#39;に接続されている場合、次にことを確認し「INT vibe1 = 3;」コー​​ド内で指定されています。 </li></ol></li><li>マイコンボードのアナログ入力ポートのいずれかに3軸加速度計のz軸の出力を接続し、正を接続して、地面には、それぞれ、マイコンボードの5Vとグランド（GND）のポートに加速度計からつながります。 </li><li> 図2に示すように、そのz軸は、モータの平面に直交することを保証し、振動モータに加速度計を取り付けて、ハード面にモーターを配置。 </li><li>データ収集ソフトに「Motor_Calibration.vi」ファイルを開き、USBポートを介してコンピュータにマイクロコントローラを接続します。 </li><li>表示されたフィールドを使用して、ドロップダウンメニューだけでなく、サンプリングレートを使用して、マイクロコントローラ入力用のシリアルポートを指定し、numは収集するサンプルのBER。注：500 Hzのサンプリングレートは、これらの実験は、加速度データのエイリアシングを防止するための標準であり、1000のサンプルは、一般に記録されています。 </li><li> 「Motor_and_Accelerometer.ino」コードを使用すると、振動モータに供給されるPWMパルスの所望のデューティサイクルを指定して、もう一度「analogWrite」コマンドを使用して、モータを制御するマイコンボードにプログラムを再ダウンロードする（ステップ1.1を参照してください。 ）。例えば、100パルス数を設定するには、コードを読み取る必要があります」analogWrite（vibe1,100）; &quot;。 表1のPWM値とそれに対応するデューティ・サイクル。 </li><li> 「MotorCalibration.vi「インターフェイス上で高速フーリエ変換（FFT）ディスプレイを使用して、最大のピークを特定し、（横軸）から対応する振動周波数値を記録します。 </li><li>反復は、各PWM周波数パイ記録、所望の周波数に到達するまでのPWMレベルを調整する、1.7〜1.8手順rを。最大ピークは、横軸に100 Hzのマークの上に発生するまで、例えば、100 Hzの周波数をターゲット場合は、ステップ1.7から1.8を実行します。 注：このプロトコルで使用される振動モータの場合、対象となる振動がより良い文献5,10,13に記載された皮膚中の機械の応答周波数を一致させるために60から400 Hzの範囲であるべきです。 </li><li>手動でスプレッドシートや鉛筆と紙と各モータのPWM周波数の関係を記録し、各モータのために1.8〜ステップ1.2.2を繰り返します。 </li><li> 「Experiment_1.vi &quot;ファイルを開きます。各モータの場合は、ドロップダウン周波数メニューを右クリックして「プロパティ」を選択します。 「アイテムの編集」タブの下で、ステップ1.8から1.9に決定される所望の周波数と対応するPWMレベルを入力するためにテーブルを使用しています。終了するには「OK」を選択します。 </li><li>システム設計ソフトウェアの各仮想インタフェース（VI）ファイルを繰り返し、ステップ1.11がテスト中に使用される（ 例えば、 &quot;Experiment_2.vi &quot;、&quot; Experiment_3.vi」 など ）。 </li></ol><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig2.jpg" /> モータに取り付けられた 図2の 加速度計。三軸加速度計（緑）は、キャリブレーション用のモータの平面に、そのZ軸と直交してコインモータに取り付けられています。各モータは、異なるデューティサイクルを用いて活性化し、対応する振動周波数は、加速度計によって記録した。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 2.モーターを配置します<ol><li>すべてのモーターが（セクション2）を校正されたら、太ももにそれらをマウントします。 <ol><li>この原稿に記載された結果を達成するために、ほぼ中間である、前方、後方、内側、及び大腿部の側面のそれぞれに一つのモータを配置大転子と外側大腿顆（または膝上切断者のために手足の先端を）トゥイーン。 注：各モータの特定の位置は、関心のある研究課題や地域によって異なります、そして、皮膚中の機械の種類や空間分布などの解剖学的および生理的要因によって影響を受けることができます。 </li></ol></li><li>両面テープを使用して皮膚に直接モータを取り付けます。 注：各モータの周囲の領域を剃ることは必要ではないが、皮膚（ 図3）への接着性を向上させることができます。衣類、補綴ライナー、またはユーザの知覚上のいくつかの他の材料の効果が注目されているアプリケーションの場合、むしろ皮膚に対するよりも、前記材料の上にモータを配置します。 </li></ol><img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig3.jpg" /> 実験図3.テストプラットフォーム。カスタムテストプラットフォームはハウストンに建てられました彼はボードやプッシュボタンをマイクロコントローラ。モーターは、（示されるように）皮膚に直接取り付け、またはモータと皮膚との間補綴ライナーを有することができる。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 3.実験1：刺激を適用し、反応時間を記録します<ol><li> &quot;と&quot; Motor_and_Accelerometer_Test.ino」を置き換えるコントローラの付属のソフトウェアパッケージで「LVIFA_Base.pde」ファイルを開き、ステップ1.1を繰り返すことによって、データ集録ソフトウェアを介してボードの制御を可能にするファームウェアで再フラッシュマイコンボード、 LVIFA_Base.pde &quot;スクリプト。 </li><li>シリアル - USBコネクタを使用してコンピュータのUSBポートに直接プッシュボタンを接続します。必要なすべてのドライバがインストールされていることを確認してください。 </li><li> 「Experiment_1.vi」インターフェースを開きます。 </li><li>シリアルを指定しますそれぞれ、「モーターの入力」と「グリーンボタン」と表示されたドロップダウンメニューから該当するシリアルポートの識別番号を選択することにより、モータに接続されたマイクロコントローラボードのポート、およびプッシュボタン。コンピュータのオペレーティングシステムのデバイスマネージャユーティリティを使用して、シリアルポートの識別番号を特定します。 </li><li>結果を記録し、プログラムを起動するファイルを選択します。 </li><li> 「Experiment_1.vi &quot;インターフェイスで各モータのドロップダウンメニューから選択することによって活性化されるモータと周波数を選択します。参加者プレスに振動が感じられるときにフィードバックが適用された脚部とのプッシュボタンがあります。ボタンが押された後、クロックがカウントを停止していることに注目することにより、データ収集ソフトウェアインターフェイスで応答を確認し、ドロップダウンメニューから周波数の新しいセットを選択することによって、次の試行のためのモーターをリセットします。 </li><li>実験が終了したら、DRを使用opdownメニューがゼロ位置に全てのモータの周波数を返し、モータ制御ボードへの接続を終了するために「停止プログラム」ボタンを選択します。 </li></ol> 4.実験2：刺激の区別注記：この実験は、単一のモータまたは複数のモータを使用することができ、実験1から完全に独立して行うことができます。モータの特定の位置は、用途および研究の質問に応じて変えることができます。 <ol><li>シリアルUSBコネクタを使用して、別のUSBポートに第2のプッシュボタンを接続します。 </li><li> 「Experiment_2.vi「データ取得インタフェースを開きます。 </li><li>特定の研究アプリケーションに必要な場所と構成でモータを配置します。例えば、前方、後方、横方向のそれぞれに、途中大転子と外側大腿顆（または切断者のために手足の先端部）との間で、大腿部に単一のモータを配置し、太ももの内側表面は、電子します脚部10,11のこれらの部 ​​分のそれぞれの周波数感度をxamine。 </li><li>ステップ3.4と同じ手順を使用して、マイクロコントローラボードのシリアルポートとの両方のプッシュボタンを指定します。各ポートに割り当てられているプッシュボタンに注意してください。 </li><li>ソフトウェアインターフェースで「モーター」のアイコンをクリックすることでアクティブにできるのは、特定のモータと周波数の所望の配列を選択します。例えば、3つの周波数は、140ヘルツ、180ヘルツ、220ヘルツのように、試験されていると仮定します。一連のテストは、140ヘルツが続く（1）180ヘルツ、140ヘルツが続く（2）220ヘルツ、220ヘルツに続いて（3）180 Hzのかもしれません。 </li><li>入力遅延開始時間と刺激の持続時間。 1.5秒の遅延と刺激時間の両方に典型的です。 </li><li>プログラムを起動します。 注：ステップ4.6で指定した遅延の後、プログラムは、ステップ4.5で選択したペアリング周波数の配列を有するモーター（複数可）をアクティブにします。たとえば、180 Hzの対220ヘルツがseだった場合ステップ4.5で択、対応するモータは、最初の220 Hzに切り替える前に、指定された期間のために180 Hzで振動します。 </li><li>第二の知覚される周波数が最初よりも高いか低いだったかどうかを選択するには、2つのプッシュボタンの参加者プレス1を持っています。応答は、プログラムによって自動的に記録されます。 </li></ol>

<ol>
	<li>Tate, J. J., Milner, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+kinematic,+temporospatial,+and+kinetic+biofeedback+during+gait+retraining+in+patients:+a+systematic+review.">Real-time kinematic, temporospatial, and kinetic biofeedback during gait retraining in patients: a systematic review.</a> Phys. Ther. 90 (8), 1123-1134 (2010).</li><li>Onate, J. A., Guskiewicz, K. M., Sullivan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Augmented+feedback+reduces+jump+landing+forces.">Augmented feedback reduces jump landing forces.</a> J. Orthop. Sports Phys. Ther. 31 (9), 511-517 (2001).</li><li>Cholewiak, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+perception+of+tactile+distance:+Influences+of+body+site,+space,+and+time.">The perception of tactile distance: Influences of body site, space, and time.</a> Perception. 28 (7), 851-875 (1999).</li><li>Zhang, Z., Wu, H., Wang, W., Wang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+smartphone+based+respiratory+biofeedback+system.">A smartphone based respiratory biofeedback system.</a> Proc. 2010 3rd Int. Conf. Biomed. Eng. Informatics. 2, 717-720 (2010).</li><li>Wentink, E. C., Mulder, A., Rietman, J. S., Veltink, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrotactile+stimulation+of+the+upper+leg:+Effects+of+location,+stimulation+method+and+habituation.">Vibrotactile stimulation of the upper leg: Effects of location, stimulation method and habituation.</a> Proc. Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. , 1668-1671 (2011).</li><li>Rusaw, D., Hagberg, K., Nolan, L., Ramstrand, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+vibratory+feedback+be+used+to+improve+postural+stability+in+persons+with+transtibial+limb+loss?.">Can vibratory feedback be used to improve postural stability in persons with transtibial limb loss?.</a> J. Rehabil. Res. Dev. 49 (8), 1239-1254 (2012).</li><li>Goodworth, A. D., Wall, C., Peterka, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+feedback+parameters+on+performance+of+a+vibrotactile+balance+prosthesis.">Influence of feedback parameters on performance of a vibrotactile balance prosthesis.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 17 (4), 397-408 (2009).</li><li>Asseman, F., Bronstein, A. M., Gresty, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+vibrotactile+feedback+of+instability+to+trigger+a+forward+compensatory+stepping+response.">Using vibrotactile feedback of instability to trigger a forward compensatory stepping response.</a> J. Neurol. 254 (11), 1555-1561 (2007).</li><li>Fan, R. E., Culjat, M. O., 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=A+haptic+feedback+system+for+lower-limb+prostheses.">A haptic feedback system for lower-limb prostheses.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 16 (3), 270-277 (2008).</li><li>Sharma, A., Torres-moreno, R., Zabjek, K., Andrysek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+an+artificial+sensory+feedback+system+for+prosthetic+mobility+rehabilitation:+Examination+of+sensorimotor+responses.">Toward an artificial sensory feedback system for prosthetic mobility rehabilitation: Examination of sensorimotor responses.</a> J. Rehabil. Res. Dev. 51 (6), 416-425 (2014).</li><li>Sharma, A., Leineweber, M. J., Andrysek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+cognitive+load+and+prosthetic+liner+on+volitional+response+times+to+vibrotactile+feedback.">The effects of cognitive load and prosthetic liner on volitional response times to vibrotactile feedback.</a> J. Rehabil. Res. Dev. , (2016).</li><li>Crea, S., Cipriani, C., Donati, M., Carrozza, M. C., Vitiello, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Providing+Time-Discrete+Gait+Information+by+Wearable+Feedback+Apparatus+for+Lower-Limb+Amputees:+Usability+and+Functional+Validation.">Providing Time-Discrete Gait Information by Wearable Feedback Apparatus for Lower-Limb Amputees: Usability and Functional Validation.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 23 (2), 250-257 (2015).</li><li>Bolanowski, S. J., Gescheider, G. A., Verrillo, R. T., Checkosky, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Four+channels+mediate+the+mechanical+aspects+of+touch.">Four channels mediate the mechanical aspects of touch.</a> J. Acoust. Soc. Am. 84 (5), 1680-1694 (1988).</li><li>Giggins, O. M., Persson, U. M., Caulfield, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofeedback+in+rehabilitation.">Biofeedback in rehabilitation.</a> J. Neuroeng. Rehabil. 10 (1), 60 (2013).</li><li>Shull, P. B., Jirattigalachote, W., Hunt, M. A., Cutkosky, M. R., Delp, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantified+self+and+human+movement:+A+review+on+the+clinical+impact+of+wearable+sensing+and+feedback+for+gait+analysis+and+intervention.">Quantified self and human movement: A review on the clinical impact of wearable sensing and feedback for gait analysis and intervention.</a> Gait Posture. 40 (1), 11-19 (2014).</li><li>Goodworth, A. D., Peterka, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensorimotor+integration+for+multisegmental+frontal+plane+balance+control+in+humans.">Sensorimotor integration for multisegmental frontal plane balance control in humans.</a> J. Neurophysiol. 107 (1), 12-28 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

このプロトコルの目的は、振動触覚ASFアプリケーションで刺激パラメータを評価するための枠組みを提供することです。具体的には、ユーザの感覚応答の振動数、振幅、位置、および配列の効果を調べます。このフレームワークは、上に構築され、より臨床的に関連する、そのような関節を曲げたり別の脚から体重をシフトするなどしてもよいユーザ応答の追加または代替タイプを組み込む?...

人工感覚フィードバック（ASF）は、しばしば妥協固有受容または他の感覚機構を補償する、個人にリアルタイムの生体情報を提供するの実践として定義することができます。個人が一度自律神経系4の無意識の反応であった物理過程を制御することを可能にする、3 - ASFは長い身体機能と運動1の側面の回復を支援するために負傷したまたは障害者のリハビリテーションの分野で使用されてきました。 ASF、生体力学的バイオフィードバックのサブカテゴリは、運動のバランスをとるか、歩行に関連するパラメータを測定し、印加された刺激のいくつかの並べ替えを介して個別にこの情報を通信するために外部センサを使用しています。生体力学的フィードバックにますます人気アプローチは、空間だけでなく、時間的なフィードバックを提供するために、身体のさまざまな部分に配置された、小さな振動モータ、またはtactorsを採用しています。前の文献は、pを示しています9 -下肢切断術、前庭障害、およびバランス5の老化関連の損失で個人への用途における振動触覚フィードバックの使用を支持するromising結果。 特定の刺激に個々の認識と応答を制御するメカニズムの完全な理解は、異なるアプリケーションのためのASFシステムの効果的な実施を通知するために必要です。振動触覚フィードバックのために、これらの機構のうち主に固有感覚及び感覚応答、特に適用される振動に対するユーザの感度および所望の反応を実行するのに必要な時間です​​。振動刺激を介して通信どれ感覚情報は、振動周波数、振幅、位置、および配列の特定の組合せとしてエンコードする必要があります。したがって、振動触覚ASFシステムの設計は、ユーザの知覚と刺激の解釈を最大化するためのパラメータの組み合わせを選択する必要がありますよく、得られた運動反応の適時性や正確性など。このプロトコルの目的は、異なる感覚障害集団で使用するためのASFシステムの設計を知らせるために、様々な振動刺激に対する応答時間と応答の精度を評価するためのプラットフォームを提供することです。 ここで説明する方法は、触覚や振動触覚フィードバック3,5,6の人間の知覚を探索前に研究に基づいて構築され、前の2つの研究10,11で使用するために開発されました。後者の二つの研究では、両方のパラメータが有意にアウトカム指標に影響を与えることを示し、下肢切断者の精度およびユーザ応答の適時上の振動数と位置の効果を調べるために、このプロトコルを採用し、応答を高精度であることができること達成しました。これらの結果は、今後の研究および振動触覚ASFシステムの臨床応用にtactorsの理想的な配置を通知するために使用することができます。による他の最近の研究クレアら 12は、知覚される振動パターンに変化はなく、モータの応答を意味する言葉の応答を用いて、歩行時に大腿部に適用される振動パターンの変化に対するユーザの感度を調べました。これらの言葉の応答が検出精度を測定するために使用することができるが、それらは、モータ制御処理中に存在し得るエラーや遅延を考慮していません。 以下の実験のための主要なセットアップは、パルス幅変調するためのマイクロコントローラボードの出力端子を接続し、振動モータの数で構成されています。基板は、次に、市販のシステム設計ソフトウェアを実行するコンピュータにユニバーサルシリアルバス（USB）接続を介して制御されます。モータは、十分な電圧を確保するために、追加の増幅回路を必要とし、現在の振動周波数の広い範囲にわたって供給されます。例えば増幅回路は、図1に示されている。バイポーラ接合トランジスタ（BJR）図に、より効率的な動作、より小さなサイズに小さい金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）で置き換えることができます。同様に、全体の増幅回路は、追加の制御及び小型化を提供するために、既製のハプティックモータドライバに置き換えることができます。各モータには、専用の回路を必要とし、10モータまで、この論文に記載されている機器を使用することは、単一のマイクロコントローラ・ボードによって制御することができます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig1.jpg" /> 図1モータ配線（A）単一振動モータ用の増幅回路が示されています。各モータは別個の回路を必要とし、マイクロコントローラ上で一意のPWM出力ポートに接続する必要があります。ここで、V DDは、マイクロコントローラ・ボードから供給された3.3 V電源を表し、ゼロ電圧がアプリのときにトランジスタスイッチを確保するために、プルダウン抵抗が開いているように、抵抗R2が提供しています嘘をつきました。 （B）は、2つのモータの物理的な配線の例を示します。 8つの個別の増幅回路が示されているが、2つだけは、振動モータに接続されています。このプロトコルR1 = 4.7kΩのとR2 = 100kΩのでは。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="849">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Vibrating Pager Motors</td>
			<td style="width:107px;">Precision Microdrives</td>
			<td style="width:119px;">Model 310-101</td>
			<td style="width:407px;">Coin eccentric rotating mass motors.&#160; As many as necessary to test all locations and interactions of interest</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Tri-axis Accelerometer</td>
			<td style="width:107px;">Dimension Engineering</td>
			<td style="width:119px;">ADXL 335</td>
			<td style="width:407px;">Advanced analog accelerometer. 500Hz bandwidth, 3.5-15V input.&#160; Designed for motion, tilt, and slope measurement, as well as vibration and shock sensing</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Arduino Uno</td>
			<td style="width:107px;">Arduino</td>
			<td style="width:119px;">DEV-11021</td>
			<td style="width:407px;">Microcontroller board for communicating with the tri-axis accelerometer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Arduion Mega 2560</td>
			<td style="width:107px;">Arduino</td>
			<td style="width:119px;">DEV-11061</td>
			<td style="width:407px;">Microcontroller board for interfacing with the vibration motors.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">LabVIEW</td>
			<td style="width:107px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:407px;">Data acquisition software used to control motors and display accelerometer signals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Arduino IDE Software</td>
			<td style="width:107px;">Arduino</td>
			<td style="width:119px;">v. 1.6.5</td>
			<td style="width:407px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Push-Button</td>
			<td style="width:107px;">Bridges</td>
			<td style="width:119px;">Buddy Button</td>
			<td style="width:407px;">Wired switch featuring a 2.5in/6.35cm activation surface that provides an auditory click and tactile feedback.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optional:</td>
			<td style="width:107px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dedicated haptic motor driver</td>
			<td style="width:107px;">Texas Instruments</td>
			<td>DRV2605L</td>
			<td style="width:407px;">Can be used to replace the entire amplification circuit described in Step 1.</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:216px;">Flexible wearable goniometer</td>
			<td style="width:107px;">Biometrics Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">SG110</td>
			<td style="width:407px;">Twin axis flexible goniometers to measure angles in up to two planes of movement that can be used in lieu of the push button to measure joint movement in response to stimuli. 
			www.biometricsltd.com/gonio.htm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method for evaluating timeliness and accuracy of volitional motor responses to vibrotactile stimuli

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments. Effective design of these ASF systems requires an in-depth understanding of how the parameters of specific feedback mechanism affect user perception and reaction to stimuli. This article presents a method for applying vibrotactile stimuli to human participants and measuring their response. Rotating mass vibratory motors are placed at pre-defined locations on the participant's thigh, and controlled through custom hardware and software. The speed and accuracy of participants' volitional responses to vibrotactile stimuli are measured for researcher-specified combinations of motor placement and vibration frequency. While the protocol described here uses push-buttons to collect a simple binary response to the vibrotactile stimuli, the technique can be extended to other response mechanisms using inertial measurement units or pressure sensors to measure joint angle and weight bearing ratios, respectively. Similarly, the application of vibrotactile stimuli can be explored for body segments other than the thigh.

図4は、単一のモータ180 Hzの振動周波数に対するPWM値を特定の較正曲線を示します。一次周波数スパイクは、180 Hzで発生するまで、50％のデューティサイクルで開始、PWM値が繰り返されます。成功したキャリブレーション試験は次振動周波数で明確なスパイクを表示する必要があります。モータへの、または支持体表面へのモータの加速度計の悪い固定は、明確なスパイクなしで?...

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A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli

この記事では、人間の参加者の大腿部に振動触覚刺激を適用し、刺激の位置と周波数のさまざまな組み合わせのための参加者の意志の応答の精度と反応時間を測定するための技術が記載されています。

振動触覚刺激に随意運動反応の適時性と精度の評価方法

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments.  Effective design ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.2K ビュー.  Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital. この記事では、人間の参加者の大腿部に振動触覚刺激を適用し、刺激の位置と周波数のさまざまな組み合わせのための参加者の意志の応答の精度と反応時間を測定するための技術が記載されています。 

ビデオ: A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli

Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue (EHT)

Various techniques of cardiac tissue engineering have been pursued in the past decades including scaffolding strategies using either native or bioartificial scaffold materials, entrapment of cardiac myocytes in hydrogels such as fibrin or collagen and stacking of myocyte monolayers 1. These concepts aim at restoration of compromised cardiac function (e.g. after myocardial infarction) or as experimental models (e.g. predictive toxicology and substance screening or disease modelling). Precise monitoring of cell survival after implantation of engineered heart tissue (EHT) has now become possible using in-vivo bioluminescence imaging (BLI) techniques 2. Here we describe the generation of fibrin-based EHT from a transgenic rat strain with ubiquitous expression of firefly luciferase (ROSA/luciferase-LEW Tg; 3). Implantation is performed into the greater omentum of different rat strains to assess immune responses of the recipient organism following EHT implantation. Comparison of results generated by BLI and the Enzyme Linked Immuno Spot Technique (ELISPOT) confirm the usability of BLI for the assessment of immune responses.

Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue EHT

This video demonstrates the use of in vivo bioluminescence imaging to study immune responses after implantation of Engineered Heart Tissue (EHT) in rats.

エンジニア心臓組織の移植後免疫反応の評価（EHT）のための生物発光イメージング

Various techniques of cardiac tissue engineering have been pursued in the past decades including scaffolding strategies using either native or ...

生物工学

Haptic/Graphic Rehabilitation: Integrating a Robot into a Virtual Environment Library and Applying it to Stroke Therapy

Recent research that tests interactive devices for prolonged therapy practice has revealed new prospects for robotics combined with graphical and other forms of biofeedback. Previous human-robot interactive systems have required different software commands to be implemented for each robot leading to unnecessary developmental overhead time each time a new system becomes available. For example, when a haptic/graphic virtual reality environment has been coded for one specific robot to provide haptic feedback, that specific robot would not be able to be traded for another robot without recoding the program. However, recent efforts in the open source community have proposed a wrapper class approach that can elicit nearly identical responses regardless of the robot used. The result can lead researchers across the globe to perform similar experiments using shared code. Therefore modular "switching out"of one robot for another would not affect development time. In this paper, we outline the successful creation and implementation of a wrapper class for one robot into the open-source H3DAPI, which integrates the software commands most commonly used by all robots.

Recently, a vast amount of prospects have come available for human-robot interactive systems. In this paper we outline the integration of a new robotic device with open source software that can rapidly make possible a library of interactive functionality. We then outline a clinical application for a neurorehabilitation application.

触覚/グラフィックリハビリテーション：仮想環境のライブラリにロボットを統合し、脳卒中治療に適用すること

Recent research that tests interactive devices for prolonged therapy practice has revealed new prospects for robotics combined with graphical and other ...

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

のための周期的圧力のバイオリアクターの設計生体外で</em大動脈心臓弁の>研究

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

Live imaging is an important technique for studying cell biological processes, however this can be challenging in live animals. The translucent cuticle of the Drosophila larva makes it an attractive model organism for live imaging studies. However, an important challenge for live imaging techniques is to noninvasively immobilize and position an animal on the microscope. This protocol presents a simple and easy to use method for immobilizing and imaging Drosophila larvae on a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic device, which we call the 'larva chip'. The larva chip is comprised of a snug-fitting PDMS microchamber that is attached to a thin glass coverslip, which, upon application of a vacuum via a syringe, immobilizes the animal and brings ventral structures such as the nerve cord, segmental nerves, and body wall muscles, within close proximity to the coverslip. This allows for high-resolution imaging, and importantly, avoids the use of anesthetics and chemicals, which facilitates the study of a broad range of physiological processes. Since larvae recover easily from the immobilization, they can be readily subjected to multiple imaging sessions. This allows for longitudinal studies over time courses ranging from hours to days. This protocol describes step-by-step how to prepare the chip and how to utilize the chip for live imaging of neuronal events in 3rd instar larvae. These events include the rapid transport of organelles in axons, calcium responses to injury, and time-lapse studies of the trafficking of photo-convertible proteins over long distances and time scales. Another application of the chip is to study regenerative and degenerative responses to axonal injury, so the second part of this protocol describes a new and simple procedure for injuring axons within peripheral nerves by a segmental nerve crush.

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

Drosophila larvae are an attractive model system for live imaging due to their translucent cuticle and powerful genetics. This protocol describes how to utilize a single-layer PDMS device, called the &#39;larva chip&#39; for live imaging of cellular processes within neurons of 3rd instar Drosophila larvae.

における損傷応答のライブイメージングや研究のためのマイクロ流体チップを使用<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;幼虫

Live imaging is an important technique for studying cell biological processes, however this can be challenging in live animals. The translucent cuticle of ...

An Improved Method for the Preparation of Type I Collagen From Skin

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. Clinically, this protein is widely used for cosmetic surgery, dermal injections, bone grafting, and reconstructive surgery. The sources of COL1 for these procedures are commonly nonhuman, which increases the potential for inflammation and rejection as well as xenobiotic disease transmission. In view of this, a method to efficiently and quickly purify COL1 from limited quantities of autologously-derived tissues would circumvent many of these issues; however, standard isolation protocols are lengthy and often require large quantities of collagenous tissues. Here, we demonstrate an efficient COL1 extraction method that reduces the time needed to isolate and purify this protein from about 10 days to less than 3 hr. We chose the dermis as our tissue source because of its availability during many surgical procedures. This method uses traditional extraction buffers combined with forceful agitation and centrifugal filtration to obtain highly-pure, soluble COL1 from small amounts of corium. Briefly, dermal biopsies are washed thoroughly in ice-cold dH2O after removing fat, connective tissue, and hair. The skin samples are stripped of noncollagenous proteins and polysaccharides using 0.5 M sodium acetate and a high speed bench-top homogenizer. Collagen from residual solids is subsequently extracted with a 0.075 M sodium citrate buffer using the homogenizer. These extracts are purified using 100,000 MW cut-off centrifugal filters that yield COL1 preparations of comparable or superior quality to commercial products or those obtained using traditional procedures. We anticipate this method will facilitate the utilization of autologously-derived COL1 for a multitude of research and clinical applications.

Traditional procedures for the isolation of soluble type 1 collagen (COL1) require about 10 days from start to finish because of lengthy buffer incubations and laborious resuspensions of fibrils. Here, we describe a means to purify COL1 from small dermal biopsies in less than 3 hr.

皮膚からのI型コラーゲンの調製のための改良された方法

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. ...

A Novel Method for Localizing Reporter Fluorescent Beads Near the Cell Culture Surface for Traction Force Microscopy

PA gels have long been used as a platform to study cell traction forces due to ease of fabrication and the ability to tune their elastic properties. When the substrate is coated with an extracellular matrix protein, cells adhere to the gel and apply forces, causing the gel to deform. The deformation depends on the cell traction and the elastic properties of the gel. If the deformation field of the surface is known, surface traction can be calculated using elasticity theory. Gel deformation is commonly measured by embedding fluorescent marker beads uniformly into the gel. The probes displace as the gel deforms. The probes near the surface of the gel are tracked. The displacements reported by these probes are considered as surface displacements. Their depths from the surface are ignored. This assumption introduces error in traction force evaluations. For precise measurement of cell forces, it is critical for the location of the beads to be known. We have developed a technique that utilizes simple chemistry to confine fluorescent marker beads, 0.1 and 1 &#181;m in diameter, in PA gels, within 1.6 &#956;m of the surface. We coat a coverslip with poly-D-lysine (PDL) and fluorescent beads. PA gel solution is then sandwiched between the coverslip and an adherent surface. The fluorescent beads transfer to the gel solution during curing. After polymerization, the PA gel contains fluorescent beads on a plane close to the gel surface.

Traditional techniques for fabricating polyacrylamide (PA) gels containing fluorescent probes involve sandwiching a gel between an adherent surface and a glass slide. Here, we show that coating this slide with poly-D-lysine (PDL) and fluorescent probes localizes the probes to within 1.6 &#181;m from the gel surface.

トラクション力顕微鏡用の細胞培養表面近くのローカライズレポーター蛍光ビーズのための新しい方法

PA gels have long been used as a platform to study cell traction forces due to ease of fabrication and the ability to tune their elastic properties. When ...

Designing Microfluidic Devices for Studying Cellular Responses Under Single or Coexisting Chemical/Electrical/Shear Stress Stimuli

Microfluidic devices are capable of creating a precise and controllable cellular micro-environment of pH, temperature, salt concentration, and other physical or chemical stimuli. They have been commonly used for in vitro cell studies by providing in vivo like surroundings. Especially, how cells response to chemical gradients, electrical fields, and shear stresses has drawn many interests since these phenomena are important in understanding cellular properties and functions. These microfluidic chips can be made of glass substrates, silicon wafers, polydimethylsiloxane (PDMS) polymers, polymethylmethacrylate (PMMA) substrates, or polyethyleneterephthalate (PET) substrates. Out of these materials, PMMA substrates are cheap and can be easily processed using laser ablation and writing. Although a few microfluidic devices have been designed and fabricated for generating multiple, coexisting chemical and electrical stimuli, none of them was considered efficient enough in reducing experimental repeats, particular for screening purposes. In this report, we describe our design and fabrication of two PMMA-based microfluidic chips for investigating cellular responses, in the production of reactive oxygen species and the migration, under single or coexisting chemical/electrical/shear stress stimuli. The first chip generates five relative concentrations of 0, 1/8, 1/2, 7/8, and 1 in the culture regions, together with a shear stress gradient produced inside each of these areas. The second chip generates the same relative concentrations, but with five different electric field strengths created within each culture area. These devices not only provide cells with a precise, controllable micro-environment but also greatly increase the experimental throughput.

Micro-fabricated devices integrated with fluidic components provide an in vitro platform for cell studies mimicking the in vivo micro-environment. We developed polymethylmethacrylate-based microfluidic chips for studying cellular responses under single or coexisting chemical/electrical/shear stress stimuli.

シングルまたは共存化学/電気/せん断応力刺激下で細胞応答を研究するためのマイクロ流体デバイスを設計

Microfluidic devices are capable of creating a precise and controllable cellular micro-environment of pH, temperature, salt concentration, and other ...

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from traumatic injury, disease and various congenital, genetic and acquired conditions are quite common. Tissue engineering and regenerative medicine technologies have enormous potential to provide a therapeutic solution. However, utilization of biologically relevant animal models in combination with longitudinal assessments of pertinent functional measures are critical to the development of improved regenerative therapeutics for treatment of VML-like injuries. In that regard, a commercial muscle lever system can be used to measure length, tension, force and velocity parameters in skeletal muscle. We used this system, in conjunction with a high power, bi-phase stimulator, to measure in vivo force production in response to activation of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. We have previously used this equipment to assess the functional impact of VML injury on the tibialis anterior (TA) muscle, as well as the extent of functional recovery following treatment of the injured TA muscle with our tissue engineered muscle repair (TEMR) technology. For such studies, the left foot of an anaesthetized rat is securely anchored to a footplate linked to a servomotor, and the common peroneal nerve is stimulated by two percutaneous needle electrodes to elicit muscle contraction and dorsiflexion of the foot. The peroneal nerve stimulation-induced muscle contraction is measured over a range of stimulation frequencies (1-200 Hz), to ensure an eventual plateau in force production that allows for an accurate determination of peak tetanic force. In addition to evaluation of the extent of VML injury as well as the degree of functional recovery following treatment, this methodology can be easily applied to study diverse aspects of muscle physiology and pathophysiology. Such an approach should assist with the more rational development of improved therapeutics for muscle repair and regeneration.

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

We describe an in vivo protocol to measure dorsiflexion of the foot following stimulation of the peroneal nerve and contraction of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. Such measurements are an indispensable translational tool for evaluating skeletal muscle pathology and tissue engineering approaches to muscle repair and regeneration.

の応用<em&gt;インビボ</em組織工学骨格筋の修復を評価するためのラット前脛骨の&gt;機能テスト

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from ...

Evaluating Primary Blast Effects In Vitro

Exposure to blast events can cause severe trauma to vital organs such as the lungs, ears, and brain. Understanding the mechanisms behind such blast-induced injuries is of great importance considering the recent trend towards the use of explosives in modern warfare and terrorist-related incidents. To fully understand blast-induced injury, we must first be able to replicate such blast events in a controlled environment using a reproducible method. In this technique using shock tube equipment, shock waves at a range of pressures can be propagated over live cells grown in 2D, and markers of cell viability can be immediately analyzed using a redox indicator assay and the fluorescent imaging of live and dead cells. This method demonstrated that increasing the peak blast overpressure to 127 kPa can stimulate a significant drop in cell viability when compared to untreated controls. Test samples are not limited to adherent cells, but can include cell suspensions,&#160;whole-body and tissue samples, through minor modifications to the shock tube setup. Replicating the exact conditions that tissues and cells experience when exposed to a genuine blast event is difficult. Techniques such as the one presented in this article can help to define damage thresholds and identify the transcriptional and epigenetic changes within cells that arise from shock wave exposure.

Evaluating Primary Blast Effects In Vitro

Understanding how cells are modulated by exposure to shock waves can help identify the mechanisms behind injuries triggered from blast events. This protocol uses custom-built shock tube equipment to apply shock waves at a range of pressures to cell monolayers and to identify the subsequent effects on cell viability.

評価プライマリ ブラスト効果の in Vitro

Exposure to blast events can cause severe trauma to vital organs such as the lungs, ears, and brain. Understanding the mechanisms behind such ...

Dendrimer-based Uneven Nanopatterns to Locally Control Surface Adhesiveness: A Method to Direct Chondrogenic Differentiation

Cellular adhesion and differentiation is conditioned by the nanoscale disposition of the extracellular matrix (ECM) components, with local concentrations having a major effect. Here we present a method to obtain large-scale uneven nanopatterns of arginine-glycine-aspartic acid (RGD)-functionalized dendrimers that permit the nanoscale control of local RGD surface density. Nanopatterns are formed by surface adsorption of dendrimers from solutions at different initial concentrations and are characterized by water contact angle (CA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning probe microscopy techniques such as scanning tunneling microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM). The local surface density of RGD is measured using AFM images by means of probability contour maps of minimum interparticle distances and then correlated with cell adhesion response and differentiation. The nanopatterning method presented here is a simple procedure that can be scaled up in a straightforward manner to large surface areas. It is thus fully compatible with cell culture protocols and can be applied to other ligands that exert concentration-dependent effects on cells.

A method to obtain dendrimer-based uneven nanopatterns that permit the nanoscale control of local arginine-glycine-aspartic acid (RGD) surface density is described and applied for the study of cell adhesion and chondrogenic differentiation.

ローカル制御表面密着性にデンドリマーを用いた不均一な Nanopatterns: 軟骨細胞分化を指示する方法

Cellular adhesion and differentiation is conditioned by the nanoscale disposition of the extracellular matrix (ECM) components, with local concentrations ...