여러 데이터 수집 시스템을 결합하면 피질 출력 및 멀티 세그먼트 역학을 연구하는

요약

The use of transcranial magnetic stimulation (TMS) to study human motor control requires the integration of data acquisition systems to control TMS delivery and simultaneously record human behavior. The present manuscript provides a detailed methodology for integrating data acquisition systems for the purpose of investigating human movement via TMS.

초록

Transcranial magnetic stimulation techniques allow for an in-depth investigation into the neural mechanisms that underpin human behavior. To date, the use of TMS to study human movement, has been limited by the challenges related to precisely timing the delivery of TMS to features of the unfolding movement and, also, by accurately characterizing kinematics and kinetics. To overcome these technical challenges, TMS delivery and acquisition systems should be integrated with an online motion tracking system. The present manuscript details technical innovations that integrate multiple acquisition systems to facilitate and advance the use of TMS to study human movement. Using commercially available software and hardware systems, a step-by-step approach to both the hardware assembly and the software scripts necessary to perform TMS studies triggered by specific features of a movement is provided. The approach is focused on the study of upper limb, planar, multi-joint reaching movements. However, the same integrative system is amenable to a multitude of sophisticated studies of human motor control.

서문

경 두개 자기 자극 (TMS)의 기능적 연결성을 프로빙 그러한 단일 및 다중 펄스, 이중 사이트 자극으로 피질 기능을 이해하기 위해 사용되는 여러 TMS 프로토콜이있다. ^3,5- 인간 피질 자극하는 비 침습적 방법이며 반복 펄스는 신경 가소성을 촉진. ^4,6-8 TMS 프로토콜은 신경 재활 전략을 인간의 대뇌 피질 프로세스의 현재 이해를 발전 안내하기 위해 결합 될 수있다. 피질 자극 이외에, TMS는 피질 또는 소뇌 요로 자극에 의​​해 서브 피질 기능을 이해하기 위해 사용될 수있다.

현재 TMS 연구가 직면하고있는 가장 큰 기술적 과제 중 하나는 인간의 목표 지향적 자율 이동하는 동안 대뇌 피질 영역의 역할을 연구 할 수있는 능력이다. 몇 가지 고려 사항이 기술적 인 도전에 기여하고 있습니다. 우선, TMS 전달 실시간 인간 움직임 C와 결합되어야apture. 이러한 방식으로, TMS 펄스는 복잡한 움직임을 연구 시각 동기 방법을 제공하는 움직임 시퀀스 내의 기능으로 전달하거나 트리거 될 수있다. 이 모터 제어를 뒷받침 뇌 동작 관계의 이해를 향상 할 펼쳐져 둘째, TMS 전달 및 모션 캡쳐를 통합하면 복합 운동의 상세한 특성을 허용한다. 현재, 포괄적으로 TMS와 모션 캡쳐 방법을 통합 상업적으로 사용 가능한 시스템이 없습니다. 모터 제어 분야에서 신경 과학자,이 보이드는 통상적으로 다수의 소프트웨어 및 하드웨어의 데이터 수집 및 전송 시스템을 통합하는 기술적 문제를 소비 시간으로 변환한다. 이 기술 제한은 상지를 포함하는 동적 다 관절 운동의 연구에 전념 스파 스의 연구 결과이다. TMS 인간 모터 제어의 미리 필드 들어, 피질 기능 복잡한 인간 이동중 프로브 할 것이 필수적이다.

효과적으로 수집 시스템은 실시간으로 동시에 TMS 및 모션 캡쳐를 허용해야, TMS 및 모션 캡쳐를 통합하는 방법. 둘째로, 시스템이 움직임 운동학을 연구하기에 적합해야 (예., 움직임의 설명), 운동 역학 (예., 그 원인을 강제 이동)과 근육 활동. 셋째로, 이러한 시스템은 이동 기능을 TMS 펄스를 동기화하고, 복잡한 운동 기능에 기초한 기준에 의해 트리거 될 수 있어야한다. 이러한 시스템은 대뇌 피질의 기능과 운동과 운동의 역학 사이의 필수적인 연결을 제공 할 것입니다.

이 원고는 TMS와 모션 캡쳐의 방법을 통합하는 독특한 접근 방식을 자세히 설명합니다. 이 방법은 복잡한 다중 관절 운동 역학의 상세한 분석이 가능하고, 이동 (즉, 운동학, 동력학, 또는 근육 활동)의 특정 기능을 트리거 TMS 펄스 제어를 자동화 허용한다. 또한,이 데이터 ACQuisition 시스템은 TMS와 모션 캡쳐가 visuo 모터 또는 감각 작업을 필요로 실험 패러다임과 통합 할 수 있습니다. 이 원고는 TMS 인간 이동 수집 및 분석을 결합 할 목적으로 일반적으로 사용되는 모션 캡쳐 하드웨어 및 소프트웨어 시스템을 통합하는 혁신적인 방법을 자세히. 데이터는 평면 다 관절 운동시 인간의 대뇌 피질 기능의 샘플 연구를 사용되게됩니다. 실험을 수행하는 데 필요한 소프트웨어 스크립트를 다운로드 할 수 있습니다.

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프로토콜

주 : 다음 프로토콜은 다양한 실험에 적용 할 수있다. 아래의 컴퓨터 모니터에 표시 여섯 공간적 대상 중 하나에 도달하는 시각 태스크 가이드 아암을 포함하는 실험에 관한 사항이다. TMS는, 피질 흥분을 조사하기 위해, 움직임에서 나오는 중 아날로그 신호에 의해 트리거 (즉, EMG 또는 electrogoniometer 입력) 또는 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어에서 생성 된 디지털 신호. 본 연구는 헬싱키 선언에 따라 맥 매스터 연구 윤리위원회에 의해 승인되었다. 샘플 데이터 세트가 제공된다.

1. 하드웨어 / 소프트웨어 요구 사항

참고도 1 디스플레이 컴퓨터 제어 visuo 모터 실험 문맥에서 TMS 및 모션 캡쳐 시스템을 통합하는 하드웨어 요구의 개략도.

1. 직렬 및 병렬 포트와 두 개의 데스크탑 컴퓨터 (아직 사용할 수없는 경우를 착용). 시각 자극 전달 소프트웨어 프로그램으로 PC 하나 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 (도 1)와 PC (2)를 착용.
2. 소프트웨어 운영
   1. 내부 아날로그 / 디지털 상자 (A / D 박스) 운영
      주 : 유사한 소프트웨어 프로그램을 직접 작성하려는 경우 다음 작업을 독자들에게 정보를 제공합니다. 이러한 단계는 단순히 실험 제작자에 의해 제공된 소프트웨어를 사용하여 같은 실험을 수행하기에 필수적인 것은 아니지만 지침은 사용자가 자신의 소프트웨어를 만들 수 있도록하기 위해 제공된다.
      1. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 내에서 시퀀서 파일을 작성합니다 (보충 2)에서 '시퀀서 파일'예 (PC 1에서 실행합니다.
         주 : 동작들의 예 http://ced.co.uk/products/signal#script에서 찾을 수있다 본 실험에서는 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 시퀀서 파일을 만드는.
         아니TE :이 파일은 순서가 실제 데이터 획득과 병렬로 실행하고, 외부 트리거의 동기 타이밍에 따라 유연성을 허용하는 정확한 타이밍 요구를 모두 제공하는 역할을한다. 외부 트리거 조건의 변화가 스크립트를 실행할 때 제기되는 구성 대화 상자에서 수행 할 수 있습니다 (자세한 내용과 "시퀀서 파일"스크린 샷 "실험 시험"절을 참조하십시오).
      2. 청각 신호 생성 및 TMS 트리거 조건을 제어 할 수있는 시퀀서 파일 내에서 별도의 서브 루틴을 만듭니다. 하나의 서브 루틴은 시각 자극 디스플레이 소프트웨어로부터의 입력에 기초하여 상기 청각 신호를 제어하게한다. 또한, TMS는 A / D 박스 아날로그 입력에서의 입력에 기초하여 서브 루틴을 트리거링 한 제어를 갖는다.
         참고 : 시퀀서 파일에 포함하는 방법을 별도의 서브 루틴의 예는 부가 정보 (스크립트와 시퀀서 파일)로 제공됩니다. 추가 웹 사이트 지원을 위해 1.2.1.1를 참조하십시오이 예제에서 사용되는 소프트웨어 시스템에 고유. 이 셋업은 청각 큐 세대 TMS 트리거 기준에 대한 테스트와 병렬로 발생할 수 있습니다.
      3. (1.2.1.2에 기술) 서브 루틴을 호출하는 시​​퀀서 파일의 코드 라인을 만듭니다. 그들의 소스 입력의 입장을 기다리고 있도록 각 서브 루틴 기능이 (즉, 청각 큐 및 TMS 트리거 아날로그 입력에 대한 시각적 자극 디스플레이 소프트웨어).
   2. 전자기 모션 캡쳐 시스템의 접속 및 통신의 데이터 수집 소프트웨어를 기반 스윕
      1. 연속적으로, 데이터를 생성 출력하는 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어의 스크립트 파일에 코드 라인을 생성하기 위해 전자기 모션 캡쳐 시스템을 얻을 수있는 직렬 접속을 통해 전자기 모션 캡쳐 명령의 수 (이 명령은 검색된되어야 전자기 모션 캡쳐 시스템 서).이러한 명령은 다운로드 가능한 스크립트 파일에서 발견된다 (script_file.sgs는, 라인들 (650)에 88-114 및 635 참조).
      2. 스크립트 파일은 각 시험 스윕 모션 캡쳐 데이터를 추가하도록 코드 라인을 생성한다. 다음에, 스크립트는 PC (2)의 모니터에 십자형 커서 위치를 제어하는​​ 시각적 자극 전달 소프트웨어 (PC 2)에 PC (1)로부터 직렬 연결을 통해 모션 캡쳐 데이터를 전달할 수있다.
         주 : 이러한 일련의 이벤트가 계속 ASCII 데이터를 생성하는 전자기 모션 캡쳐를 허용하고, 데이터는 일련의 라인으로부터 판독된다.
      3. 실험의 끝에, 스크립트 파일 보내기 전자기 모션 캡쳐 시스템의 데이터 출력을 해제하는 명령을 갖는 코드 라인을 생성한다. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어가, 이렇게하려면 여섯 좌표 값 (88 114 65 구체적으로 라인이 데모에 사용되는 명령 코드에 대한 script_file.sgs를 볼 다음에 센서 번호를 가진 텍스트 행을 전송3-658).
         참고 :이 명령에 대한 추가 정보는 또한 전자기 모션 캡쳐 시스템 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다 (섹션 1.2.1.1).
         주 : 수치 값을 추출하기 전에 문자열 "소독"부정적 좌표가 있기 때문에,이 모든 공백 문자로 이전 번호와 분리되지 않을 수 있습니다.
   3. 시각적 자극을 전달하는 통신 소프트웨어 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어
      1. 셋업 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 및 시각적 자극 전달 소프트웨어 간의 통신의 세 개의 별도 채널.
      2. 셋업 이렇게하려면 PC (1)와 PC (2) 사이의 양방향 텍스트 데이터를 전송하는 데 사용되는 두 개의 직렬 회선을 PC (1)와 PC (2) (각 PC 사이의 단방향되는 각각의 시리얼 라인, 그림 1) 사이에 직렬 케이블을 연결합니다.
      3. A / D 박스에 PC (2)를 연결합니다. 이렇게하려면, 하나의 욕실에 LPT 포트가 케이블을 만들거나 구매D 및 다른 끝에 남성 BNC 연결. PC 2 LPT 포트를 연결하고 A / D 상자의 트리거 입력에 BNC 연결을 연결합니다.
         주 : (. 즉, PC (2),도 1)이 연결 시각적 자극 전달 소프트웨어 시스템 A / D 상자 트리거 입력에 LPT1 포트에 의해 생성 된 펄스를 운반하는 라인을 허용한다.
         주 : 직렬 회선 다른 모든 정보를 전달하는 동안 TTL 신호, 시각적 자극 전달 소프트웨어 동작과 동기 성으로 데이터 수집 스위프의 개시의 정확한 타이밍을 보장한다.
         참고 : 시각적 자극 전달 소프트웨어를 PC에 설치 실제 PCI-Express를 LPT 및 COM 포트 카드를 사용하십시오. 이 셋업 소프트웨어가 성공적으로 작동 할 수 있습니다 그것은 좋습니다. 시각 자극 전달 소프트웨어 통신이 지연을 방지하기 위해 낮은 레벨에서 수행되고, 일반적으로 시뮬레이션 LPT 및 COM 포트 하드웨어 제공하기 위에 안정적으로 작동하지 않는다USB 동글에 의해 에드.
      4. 값이 훨씬 짧은 20 MS가 문제를 야기보다 더 오래로, 시각적 자극 전달 소프트웨어 파일에 20 밀리에 시험 기간 값을 설정합니다. https://www.neurobs.com/menu_support/menu_help_resources/overview :이 절차를 완료하는 방법에 대한 자료는 다음 웹 사이트에서 확인할 수있다. 보조 문서에서 제공하는 시나리오 파일 (프리젠 테이션 시나리오 파일)에 라인 (46)에 39를 참조하십시오.
         참고 : 시각적 자극 전달 소프트웨어 작업은 매우 밀접하게 영상 세대로 연결되어, 예상대로 재판 기능에서 설정 한 시험 기간이 적합했다하지 않는 한 우리의 경험에서 시리얼 통신이 작동하지 않았기 때문에 (즉, 20 MS.).
      5. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 및 시각적 자극 전달 소프트웨어 사이에서 정보를 전달하는 통신 프로토콜을 생성한다.
         참고 : 섹션 1.2.3.7 1.2.3.11에이 완료 방법에 대해 설명합니다. 단계 1.2.1.1에서 제공된 자료를 참조각각 스위프 기반 데이터 수집 소프트웨어에 대한 지원을 추가하고 시각적 자극 전달 소프트웨어 용 1.2.3.5.
      6. 시각 자극 전달 소프트웨어 방향 스위프 기반 데이터 수집 소프트웨어를 들어, 두 가지 형태의 정보를 전송하는 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 코드 라인을 작성; 시험 번호는 시작하고 재판을 중지하고 십자형 커서 위치합니다. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어가하면 줄 바꿈 종료 텍스트의 선으로 모든 정보를 보낼 수 있습니다. 이 완료 된 방법의 신호 스크립트 파일에 선을 708에 700을 참조하십시오.
      7. 시각 자극 전달 소프트웨어 정보의 두 가지 유형을 구별하기 위해,이 0 또는 모든 값 정보의 종류에 따라 하나 또는 두 개의 숫자,이어서 1가 공백으로 구분되는 것으로, 초기 특성을 설정한다. 시각적 자극 전달 소프트웨어는이 정보 처리에 어려움이 없습니다. H를 보는 시나리오 파일 (153)에 라인들 (89)을 참조유동이 작업은 시각 자극 전달 소프트웨어 내에 완료되었다.
      8. 시각 자극 전달 소프트웨어, 데이터 수집 소프트웨어 방향을 기초-쓸어 단일 ASCII로서 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어로 보내지도록, 0에서 9, 하나의 정수 값을 출력하는 시각 자극 전달 소프트웨어로부터 코드 라인을 만들 문자 '0'라인 피드 다음 '9'에. 이 작업이 완료되는 방법을 결정하기 위해 시나리오 파일의 87 라인 82를 참조하십시오.
      9. 참가자가 목표 위치를 명중했는지 여부에 대하여 스윕 기반 데이터 수집 시스템에 정보를 반환하는 0과 1의 값을 전송하는 시각적 자극 전달 소프트웨어 내의 코드 라인을 생성한다. 이 작업이 완료되는 방법을 결정하기 위해 시나리오 파일에 선 72 220 80 154를 참조하십시오.
      10. 끝 재판 메시지에 관한 정보를 전송하도록 시각적 자극 전달 소프트웨어 코드 라인을 만드는 (즉, ., 대상인지 단계 1.2.3.10에 제공된 시나리오 파일 내의 코드의 동일한 라인 software.See 스윕 기반 데이터 수집에) "히트"의 여부.
   4. 재판 내 작업의 순서
      1. 셋업 시험의 실행이 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어가 전체 염기 서열의 '담당'인 상태, 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 및 시각적 자극 전달 소프트웨어 사이에서 공유되도록 재판 시퀀스.
      2. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 따라서, 이하의 통신이 필요한 실험 내용 및, 주석해야 실제 데이터 파일을 생성하기 때문에 실험 시퀀싱을 제어 스위프 기반 데이터 수집 소프트웨어를 넣는다.
      3. 설정 동작의 시퀀스는 다음 시험 설정 (목표 위치 및 TMS 트리거 유형)을 선택 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어를 시작하도록 스크립트. 선을 345에 335을 참조하고 스크립트 파일에서이 라인에서 설명 해당 루프는 이러한 작업을 완료하는 방법을 이해합니다.
         참고 : 루프도 스크립트 파일에 포함되어 있습니다.
      4. 다음에, TMS 트리거 유형 및 재판의 다른 측면을 제어하는​​ A / D 상자 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 세트 파라미터를 갖는다. 이를 위해, 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어가 데이터를 A / D 박스 시각적 자극 전달 소프트웨어로부터 스윕 트리거를 기다리는되도록 수집을 시작하고, 대상 번호의 시리얼 라인을 통해 시각적 자극 전달 소프트웨어에 통지해야 (TTL 펄스를 통해, 즉.) 재판을 시작하는 시각적 자극 전달 소프트웨어를 야기 사용 (1-7). 이 작업을 완료하는 방법을 이해하는 선에게 신호 스크립트의 303 (180)를 참조하십시오.
      5. 상기 단계를 완료 한 후, swee의 수집 완료 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어가 대기A / D 박스에 의해 데이터 (P) 및 그 샘플 데이터에 전자기 모션 캡쳐 시스템으로부터 수신하는 위치 데이터를 추가. 라인 117이 작업을 완료하는 방법에 대한 자세한 내용은 스크립트 파일의 697에 178과 661를 참조하십시오.
      6. 셋업 시각적 자극 전달 소프트웨어를 주체로 제어 십자형 커서 위치를 모니터링. 셋업 시각적 자극 전달 소프트웨어를 지정된 위치에 타겟을 이동 커서 (시각적 자극을 전달하는 소프트웨어에 의해 정의) 지정된 기간 동안 상기 홈 ​​위치에서 후 LPT1 포트 TTL 펄스를 생성한다. 이 단계를 완료하는 방법의 시나리오 파일에 라인을 232에 89을 참조하십시오.
      7. 시각 자극 전달 소프트웨어를 A / D 상자 데이터 획득을 트리거하는 TTL 펄스를 전송하고, 이에 따라, A / D 상자 안에 시험 타이밍을 시작하게 코드 라인을 생성한다. 이 단계를 완료하는 방법에 대한 선에게 시나리오 파일의 232 (222)를 참조하십시오.
      8. 동시에, 시각을자극 전달 소프트웨어 시나리오 파일이 지정된 위치로 목표를 이동하고 대상을 '타격'그것을보기 위해 십자 커서를 모니터링 시작 후 지연을 시작 (예., 특정 기간 동안 목표에 남아). 셋업은 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어까지 십자형 커서 위치의 모니터링이 계속되도록 시각적 자극 전달하는 소프트웨어 시험 완료 시각 자극 전달 소프트웨어에 통지한다.
         주의 : 이러한 동작들은 단계 1.2.4.6 및 1.2.4.7에 제공된 시나리오 파일 코드의 동일 선상에있다.
      9. A / D 상자 내에서 시간 지연을 만듭니다. 특정 기간 동안, 상기 지연의 끝까지 실행하고, 소프트웨어 모니터 두 EMG 신호 (참고 : 아날로그 신호 수)가 그들이 낮은 진폭임을 확인 (이 진폭 값은 사용자 정의 됨). 저자는 참가자들의 최대 자원 봉사 활성화의 근전도 +/- 100 μV의 진폭 또는 ~ 1 % 추천. 시퀀서 파일에서 라인 75에 45을 참조하여이 작업을 완료합니다.
      10. '비 조용한'근전도 신호가 감지되는 경우에도 코드 1. A / D 상자에서 생성 된 디지털 마커로 표시이 조용한 근전도 모니터링 기간의 시작을 만드는 코드 라인을 만들고, 더 이상 허용하지 않습니다 / D 상자 출력 (예., 경고음이나 TMS 트리거) 시험 중에 발생 될 수있다. '비 조용한'EMG 신호가 존재하는 경우, 시험이 반복되도록 소프트웨어 명령을 설정한다. 단계 1.2.4.9 더하여 라인 (118)이 작업을 위해 스크립트 파일 347-420 시퀀서 파일의 124 라인에 언급 라인 참조.
      11. 지연 시간의 끝에서, 조용 EMG 신호를 기록한 후, A / D 박스 (이 셋업에서, DAC 출력은 가청 '삐'발생) DAC 0 출력 펄스를 생성있다. 디지털 데이터 포인트가 '코드 2'와 '삐'의 시작 시간을 표시 -generated A / D 박스가 어떻게 이해 시퀀서 파일 (138)에 라인 (126)을 참조이 작업을 완료합니다.
      12. 셋업 스크립트를 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어에 A / D 상자 적절한 기준에 따라 TMS 트리거 스위프 시간 및 수신 신호를 모니터하고 생성하도록. (이 발생한 경우) 디지털 '코드 3'데이터 포인트는이 TMS 트리거의 시간을 표시하도록 코드 라인을 만듭니다. 이 작업을 완료하는 방법을 이해하기 위해 라인을 시퀀서 파일의 116에 77을 참조하십시오.
      13. 적절한 트리거 조건에 대한 대기 기간을 가지고있는 스윕이 끝나기 전에 설정 기간까지 계속.
          참고 :이 기준이 충족되지 않는 무한 경우 발생 재판을 방지 할 수 있습니다. 이 작업을 완료하는 방법을 이해하기 위해 라인 65 시퀀서 파일의 138에 76에 118을 참조하십시오.
      14. 셋업 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어를 A / D 상자 데이터 수집의 완료를 검출하고 시험이 끝난 시각 자극 전달 소프트웨어를 통지하기. 이해 스크립트 파일 (303)에 라인들 (180)을 참조방법이 단계를 완료합니다.
      15. 시각 자극 전달 소프트웨어 시험이 끝난 것을 통지하는 경우, 시각적 자극 전달 소프트웨어가 홈 위치로 타겟을 반환하고 참가자 대상 '히트'의 여부에 대하여 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어에 대한 정보를 보낼 수있다. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 "태그"참가자가 대상을 '히트'하지 않은 경우 데이터의 새로 샘플링 된 프레임을 가지고 ,. 라인이 작업을 완료하는 방법의 시나리오 파일의 221에 ​​89을 참조하십시오.
      16. , 재판 후 지연이 지연의 끝에 대기 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어에 스크립트를 접속 설정 단계 1 샘플 데이터를 폐기 처리 창을 가지고 sweep-이 경우 마지막 시험을 반복 기반 데이터 수집 소프트웨어는 TMS를​​ 트리거, 또는 모두 'OK'인 경우 다음 재판에 움직이지 않았다. 303 라인 180을 참조 이해하기위한 스크립트 파일에서 루프를 해당하면이를 완료하는 방법조작.
          주 : 필요한 경우는, 실험적인 동작을 쉽게 조정할 수 있기 때문에 스위프 기반 데이터 수집 소프트웨어 및 시각적 자극 전달 소프트웨어 사용 상태 머신의 동작에 필요한 시퀀스를 제어한다.
3. 모션 캡쳐 데이터를 수집하기 위해 뼈 랜드 마크에 센서를 놓습니다. 손의 배부에 상골과 유두 뼈 사이의 자세를 팔에 관한 데이터, 위치 센서 트렁크 (흉골 노치), 어깨 (견봉), 팔꿈치 (측면 상과에 8mm 우수), 손목을 (수집하고 3 ^{번째 자리에} 선)에, 권고에 따라 최소한의 센서가 회전 관절 센터를 추적 할 수 있습니다. ⁽¹⁰⁾

1. 하드웨어 셋업 도표. 스위프로 보내지도록 전자기 모션 캡쳐 데이터를 허용하기기반 데이터 수집 소프트웨어 및 시각적 자극 전달 소프트웨어는, 우선 시스템의 콘솔 (4)의 전자기 센서를 조립한다. 9 핀 시리얼 케이블로 PC 1 시스템의 콘솔을 연결합니다. 9 핀 시리얼 케이블을 PC 2 PC (1)를 연결합니다. TMS 전달을 허용하기 위해, USB 케이블 A / D 상자 PC (1)를 연결하고 A / D 상자와 TMS 부 사이 BNC 케이블을 연결한다. EMG 기록을 허용하기 위해, EMG는 EMG 앰프로 연결 연결 BNC 케이블을 통해 A / D 상자 EMG 앰프를 연결합니다. 온라인 관절의 각도 변화를 기록하는 BNC 케이블을 통해 A / D 박스에 electrogoniometer (Elgon)를 연결합니다. 시각적 자극 전달 소프트웨어는 BNC 케이블 LPT 포트를 통해, 시험 시작을 트리거하는 A / D 상자 트리거 입력으로 PC (2)를 연결할 수 있도록. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

4. 하드웨어 연결실험 기간 동안 (그림 1)
   1. 9 핀 직렬 케이블 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어를 실행하는 PC에 전자기 모션 캡쳐 시스템을 연결한다.
   2. 데이터 수집 상자 등 모션 캡쳐 데이터의 TMS 전달 및 기록 이것은 시퀀서 및 스크립트 파일에 포함 된 모든 상기의 동작에 의해 수행된다 좌표했다. PC (2) A / D 상자 트리거 입력에서 케이블 병렬 PC 1 BNC에 USB 케이블을 이용하여 A / D 박스를 연결한다.
   3. EMG는 EMG 활동의 수집 및 모터 잠재력 (유럽 의회 의원)을 유발로 측정 피질 출력을위한 EMG 필터와 증폭기 (게인 x1,000) (대역 통과 (20)와 2500 Hz로 설정)를 리드 연결합니다.
   4. 실험 기간 동안 TMS 펄스를 트리거 PC1에 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어를 허용하는 적절한 데이터 수집 상자 디지털 출력으로 단상 경 두개 자기 자극 (디지털 출력이 '0'이 실험에서)을 연결한다. 리>
   5. 이 연결은 작성자에 의해 제공된 소프트웨어를 이용하여 어깨 각도에 기초하여 TMS를​​ 트리거 스위프 기반 데이터 수집 소프트웨어를 허용 아날로그 채널 2에 대한 데이터 수집 상자 electrogoniometer 연결한다.
   6. 빌드 또는 중력에 팔을 지원하는 팔 보강 장치를 구입. 이 장치는 수평 평면에서의 평면 운동 (도 2 참조)을 허용한다. 장치를 구축하는 경우, 그리기 예는 해당 저자의 요청에 따라 사용할 수 있습니다.이 표시 데모에 사용 된 장치의 사진을 그림.

장치를 보강 그림 2. 팔. TMS 코일 참가자의 두피에 위치하는 동안 장치를 도시 브레이싱 아암에 배치 참가자이다.JPG "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. 실험 셋업

1. 인체 측정
   1. 규모를 사용하여 참가자의 총 신체 질량을 기록한다.
   2. 및 운동 학적 분석 모든 세그먼트의 길이를 측정한다. 예를 들어, 팔이 응용 프로그램에서, 측정 테이프와 손, 팔의 길이, 상완을 측정한다.
   3. 같은 세그먼트의 질량 중심, 질량 위치의 세그먼트 센터, 연구 문헌에서 방정식을 사용하여 선회 반경으로 인체 조치를 계산합니다. ^9,12,13을 (보충 설명 1 참조).
2. EMG 세트 업
   1. 빛 연마 젤 관심있는 근육 (들)을 통해 피부를 준비하고 알코올로 깨끗이 닦아. 임피던스 측정기와 임피던스를 확인합니다. 피부 전극 임피던스는 근전도 신호 아퀴을 향상시키기 위해 10 kΩ의 아래에 있는지 확인sition.
   2. 바이폴라 몽타주에 관심있는 근육의 근육 배 이상 두 개의 전극을 배치합니다. 저자는 EMG 배치를 지원하기 위해 자원에 독자를 지시. ^(2)이 실험을 위해, 상완 이두근, 삼두근 상완 이상 장소 전극, 주요, 후방 삼각근 및 brachioradialis을 pectoralis.
   3. BNC 케이블을 이용하여, 아날로그 채널 0, 1, 3, 4로 EMG 증폭기로부터의 출력을 연결하고,도 5의 (이러한 특정 실험에서, 다운로드 스크립트에서 사용되는 것과 관련이있는 채널) A / D 상자.
3. TMS
   1. 소프트웨어의 매뉴얼에 기술 된 바와 같이, 신경 네비게이션 소프트웨어 프로그램을 이용하여 참가자에게 TMS 코일 보정.
      주의 : 다른 방법은 사람의 두피에 코일 위치를 보정하는데 사용될 수 있지만, 신경 네비게이션 소프트웨어 프로그램을 사용하는 것을 권장한다.
   2. 모터 핫스팟을 찾습니다. 시작 위치로, 그는 반대편에 코일을 배치팔 / 손 misphere이 연구되고와 5cm는 일차 운동 피질의 손 / 팔 영역의 대략적인 위치를 제공하기 위해 정점 측 방향. 국제 10-20 뇌파 전극 배치 시스템을 사용하여 정점을 찾습니다.
   3. 참가자의 머리에 플랫 TMS 코일을 배치하고 시상면에 관하여 45 °가되도록 코일의 방향. 이 위치는 피질에서 메디 - 전방 단상 전류에 latero - 후방을 유도 할 것이다.
   4. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어에 기재된 자극기 최대 출력의 30 % ~에서 시작 (MSO), 6 초 이상의 자극 간 간격 TMS 펄스를 전달한다.
   5. TMS 코일을 이동하는 것은 약간 방향의 작은 변화와 다른 위치는 MEP는 관심의 근육에서 관찰 할 때까지.
   6. 대상 근육에 ~ 1 MV의 유럽 의회 의원을 산출 MSO를 결정합니다. 디지털이 위치를 등록 할 neuronavigation 소프트웨어를 사용합니다. 반복모터 핫스팟이 실험을 위해 필요로하는 각각의 근육에 대해이 절차를 반복합니다.
   7. 관심의 근육에서 가장 신뢰할 수있는 1 ~ MV MEP을 생산하고 강도에서 시작하여 하나의 TMS 펄스를 전달하고 진폭 온라인 피크 MEP 피크를 기록하여 휴식 모터 임계 값 (RMT)를 결정합니다.
   8. MEP의 피크 - 투 - 피크 진폭이 5 개 만점에 10 연속 시험에서 ≥ 50 μV해진다 MSO를 결정합니다. ^3,11를
      참고 : 이전의 문헌과 일치하도록, ^1,3 MEP가 극성 EMG 몽타주에서 기록되어 있는지 확인합니다.
4. 실험 시험
   1. 제 (예., 시나리오 파일) 시각적 자극 전달 소프트웨어 프로그램을 실행하여 실험을 시작한다. 소프트웨어 전자기 모션 캡쳐 데이터를 읽기 시작 한 모션 캡쳐 센서를 제어 할 수 있도록하기 위해 제 시각적 자극 전달 소프트웨어 프로그램을 시작하는 것은 허용화면에 커서.
   2. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 내 실험 시험을위한 '스크립트 파일을'실행. 이 스크립트 파일은 시험 유형에 따라 외부 트리거를 제공하는 '시퀀서 파일'에서 읽습니다.
   3. 입력이 열립니다 구성 대화 상자에서 정보를 원하는. 단계, 2.4.11에 2.4.4 모든 구성 대화 상자에 해당하는.
   4. 상자 "무작위 블록에 자극 세트"의 값을 "1"을 입력합니다. 이 값은 시험 유형 블록으로 수행되는 횟수를 제어한다.
   5. 상자 "실험에서 무작위 블록"에 값 "20"를 입력합니다. 이 값은 실험에 수행 될 블록의 개수를 제어한다.
   6. "음 펄스 지속 시간"상자에 값 "20"를 입력합니다. 이 값은 경고음 펄스가 "ON"인 기간을 따라서 DAC 출력하고, 시간의 길이를 제어한다.
      참고 : 길이를 늘리려면이 값을 수정청각 음이 존재한다.
   7. "음 펄스 진폭"상자에 값 "5"를 입력합니다. 이 값은, 따라서 경고음 펄스의 "볼륨"DAC 출력 전압의 진폭을 제어하고.
   8. "시간 제한 트리거 후 경고음 지연"상자에 값 "100"를 입력합니다. 이 값은 청각 "이동"큐과 디지털 출력 사이의 MS에서의 간격을 결정한다 (예., TMS 트리거 1).
   9. "EMG 트리거 임계 수준"상자에 값 "0.1"를 입력합니다. 이 값은 상기 디지털 출력을 전송하는데 필요한 볼트 EMG에서의 진폭을 결정한다 (예., TMS 트리거 2). 이러한 조치는 비 정류 근전도 신호에 촬영했다.
   10. "각도 트리거 임계 수준"상자에 값 "0.242"를 입력합니다. 이 값은 디지털 출력을 트리거 electrogoniometer로부터 판독 볼트의 임계 값을 결정한다 (예., TMS 트리거 3).
       참고 :이 값의 교정에 따라 달라집니다electrogoniometer. 사용자가 입력해야 TMS 펄스를 유도한다 관절 각도에 대응하는 임계 전압 값.
   11. "후 재판 지연"상자에 값 "1"(즉., 1 초)를 입력합니다. 이 값은, 시험 간의 간격을 결정한다.
       참고 : 각 기능에 대한 자세한 내용은 스크립트 또는 저자의 요청에 의해 발견 될 수있다.
   12. 모든 참가자, TMS, 시각적 자극 표시 프로그램에 관한 준비되면 스크립트를 시작합니다.
   13. 이 단계 후에, 어떤없이 자신의 소프트웨어 실행을 관찰 / 또는 최소한의 사용자 입력.
       참고 : 예를 들어 재판이 원점 대상에 커서를 놓고 참가자로 시작합니다. 새로운 시각적 목표 위치가 표시되고 참가자는 청각 일단 큐는 데이터 수집 상자에 출력을 아날로그 디지털을 통해 전달되는 '이동'이 대상으로 이동합니다.
   14. 큐를 제공 한 후에, t로 커서를 이동 요청 참가자arget. 커서를 이용하여 목표 위치에 도달 한 후, 홈 위치를 관찰하고 상기 홈 ​​위치에 다시 커서를 배치함으로써, 다음 시험을 시작한다.
       참고 : 다음은 스크립트에 의해 트리거되는 TMS의 예입니다. 개인이 자신의 홈 위치에 있는지 확인하십시오. 시각적 대상의 위치를​​ 관찰하고이 목표로 커서를 이동하기 위해 참가자를 지시합니다. 큐 청각 '가서'다음 100 MS에서 발생하는 TMS를​​ 트리거합니다. 개인은 1 초 동안 타겟 위치에서 커서를 유지한다. 개인은 다음 시험을 기다리고 원위치로 복귀한다.
   15. 커서가 홈 위치에 있는지 확인하십시오. 시각적 인 타겟 위치를 관찰하고, 목표 위치로 커서를 이동하도록 지시 참가자. 큐 청각 '가서'다음 100 MS에서 발생하는 TMS를​​ 트리거합니다. 1 초 동안 목표 위치로 커서를 유지하기 위해 각각의 지시. 다음 재판을 기다리고 홈 위치로 커서를 반환하는 개인을 요청합니다.
       주 :이 예에서, 아날로그 신호는 TMS를​​ 트리거한다. 구체적으로,이 예에서, EMG는 TMS 펄스를 트리거한다. TMS 펄스가 트리거되는 7 대상 조건이 X 3 가지 시점 (즉, 트리거 1, 트리거 2, 트리거 3.) : 실험 (21)의 조건을 가지고있다. 이 예에서, TMS는 디지털 펄스 이벤트, 또는 EMG 또는 electrogoniometer 입력으로 외부 아날​​로그 트리거 이벤트에 기초하여 트리거링된다. 이러한 디지털 또는 아날로그 이벤트 시퀀스와 스크립트 파일을 변경함으로써 사용자에 의해 변경 될 수있다. 실험의 총 지속 기간은 대략 3 내지 4 시간이다.

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결과

그림 3은 하나의 재판의 결과를 표시합니다. 이 시험에서, 그림 3a는 참가자의 초기 위치를 표시하고, 청각 '이동'큐 후, 참가자는 대상 (예., 최종 위치)에 가능한 한 신속하고 정확하게로 이동했다. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 상완 이두근 근 EMG의 발병에 기초 TMS 펄스를 트리거. 이 작업의 성능 동안 특정 시간에 평가되는 상부...

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토론

The present manuscript details an innovative method to integrate TMS and motion capture systems in the context of a visuo-motor task. To make rapid and meaningful advances in the study of human motor control, it is essential that methodologies allow for precise communication across multiple hardware and software systems. The paradigm presented could be used to study a variety of research interests including the cortical contribution to motor learning, the neurophysiology of motor control, and multi-joint movement contr...

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자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Polhemus FASTRAK	Polhemus Inc.		6 degrees of freedom electromagnetic motion tracking device with 4 sensors
Presentation	Neurobehavioural Systems Inc.		A fully programmable software for experiments involving data acquisition and stimulus delivery
Cutom built Exoskeleton	80/20 Inc. - The industrial erector set	Varies	Various parts used to build the exoskeleton
Brainsight	Rogue Research Inc.		Neuronavigation software to track coil position throughout the experiment