CEFIPRA의 우산 아래, CNRS, INRIA 및 DST에서 지원 ICST, - 공동의 컨텍스트 내에서 수행 연구는 정보 통신 과학 기술에 프로그램을 대상으로. 저자는 실험 장치의 개발 방향, 학생, 특히 Rahima Sidiboulenouar, Rishabh 인스 Sehgal 및 Gorish 가르 왈의 지원을 인정하고 싶습니다.

참고 : HMI 소프트웨어 파이프 라인이 자유롭게 사용할 수있는 오픈 소스 소프트웨어를 기반으로하고 기성 저렴한 비용으로 비디오 게임 센서 (자세한 사용할 수에서 개발되었다 https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ 및 HTTPS를 : //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). 를 HMI 소프트웨어 파이프 라인은 visuomotor 균형 요법 (VBT) (8)에 대한 VR 기반 게임 플랫폼에서 수정 된 기능 범위 작업 (mFRT) 21시 데이터 수집을 위해 제공됩니다. 도 2a는 시선 기능은 VR의 시각적 피드백이 따라 사용자 정의 할 수 있도록 뇌졸중 후 잔여 기능의 정량화를 위해 오프라인 추출 진단 안구 추적기 설정을 보여줍니다. 도 2b는 VBT위한 실험 구성도이다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig2.jpg" /> 그림 2 : ( <str옹&gt; a)는 뇌졸중 후 추적 눈 운동의 평가를위한 인간 - 기계 인터페이스의 도식. (b)는 소프트웨어 인터페이스 졸중 신물질에 대한 신경 근육 전기 자극 장치 (신물질) 감각 전기 자극 (SES) 모바일 머리 / 신체 촬상 데이터를 기록하는 생체 신호 센서 및 모션 캡쳐를 통합하는 인간 - 기계 인터페이스의 회로도 / visuomotor 균형 치료를 SES는 보조. 신물질 : 신경 근육 전기 자극, SES : 감각 전기 자극, EMG : 근전도, 뇌파 : 뇌파, EOG : Electrooculogram, 동아리 : 압력의 센터, PC : 개인용 컴퓨터. 8 및 37에서 재현. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> VBT 동안 모바일 두뇌 / 바디 이미징 1. 소프트웨어 설치 <ol><li> 모션 캡에 대한 드라이버를 설치합니다진짜야 (https://code.google.com/p/labstreaminglayer/wiki/KinectMocap에서 제공하는 설치 절차) <ol><li> 다운로드 http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=253187에서 키 넥트 런타임을 설치 (모션 캡쳐 센서는 컴퓨터의 USB 포트 중 하나에 연결되어서는 안된다). </li><li> 인터페이스 케이블을 통해 USB 포트에 전원이 공급되는 모션 캡쳐 센서를 연결합니다. 드라이버가 자동으로로드됩니다. </li></ol></li><li> 눈 추적기 센서에 대한 설치 드라이버 (제공 설치 절차 <a href="http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab">http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab</a> ) <ol><li> , http://theeyetribe.com에서 소프트웨어를 다운로드 응용 프로그램을 시작하고 소프트웨어를 설치하는 응용 프로그램을 실행 (아이 트래커 센서는 컴퓨터의 USB 포트 중 하나에 연결되어서는 안된다). </li><li> 전원이 켜진 눈 추적기 센서에 연결하고 드라이버가 자동으로로드됩니다. </li></ol></li><li> 이달밸런스 보드에 대한 모든 드라이버 ((에 http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/cu_wii.html에서 제공하는 설치 절차를 제공하는 설치 절차) <ol><li> 다운로드 http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/CU_WiiBB.zip에서 CU_WiiBB.zip를 추출 </li><li> 마이크로 소프트 윈도우 운영 체제의 표준 프로그램 파일 디렉토리에 WiiLab 폴더를 복사합니다. </li><li> 프로그램 파일 디렉토리에 WiiLab 폴더를 열고 관리자로 밸런스 보드를 설치하는 InstallWiiLab.bat 파일을 실행합니다. </li></ol></li><li> (http://openvibe.inria.fr/how-to-connect-emotiv-epoc-with-openvibe/에서 제공하는 설치 절차) EEG / EOG에 대한 드라이버를 설치합니다 <ol><li> 다운로드 http://www.emotiv.com/apps/sdk/209/에서 이모 티브 SDK를 설치 </li><li> 다운로드 및 분산 멀티 자체에 대한 https://code.google.com/p/labstreaminglayer/downloads/detail?name=OVAS-withLSL-0.14.3-3350-svn.zip에서 labstreaminglayer (LSL)와 OpenViBE 수집 서버를 설치nsor 신호 전송, 시간 동기화 및 데이터 수집 시스템 (https://code.google.com/p/labstreaminglayer/에 제공된 설치 절차). </li></ol></li><li> 상업 신물질 자극기 (http://www.vivaltis.com/gammes/phenix/phenix-usb-neo-50-554-1.html#content에서 세부 사항)에 대한 드라이버를 설치합니다. </li></ol> 2. 저가 모바일 두뇌 / 바디 이미징 (MOBI)에 대한 센서 배치 : 오픈 소스 HMI 소프트웨어 파이프 라인 제공 모바일 두뇌 / 바디 이미지 저비용 오프 - 더 - 선반 센서 (그림 2B)와 (MOBI) 19 어떤 수 기타 민첩성 훈련 프로그램에 대한 적응 될 수있다. <ol><li> MOBI에 대한 시각적 피드백 : <ol><li> 방 일단 시각적 바이오 피드백을 표시하는 투사 스크린을 획득함으로써 시작한다 (피사체 0.6 m의 거리를 권장). </li><li> 화면의 중심이 피사체의 눈높이에 될 수 있도록 높이를 조정합니다. </li></ol></li><li> MOBI을위한 모션 캡쳐 : <ol><li> 모션 캘리포니아 배치프로젝션 스크린 앞의 센서 pture 및 모션 캡쳐 볼륨 그것을 목표로한다. </li><li> 모션 캡쳐 볼륨은 1.5 m 모션 캡쳐 센서 앞에 m 2.5임을 확인한다. </li></ol></li><li> MOBI에 대한 보드 배치를 균형 : <ol><li> 약 2.0 m 거리에 모션 캡쳐 센서, 바닥에 밸런스 보드를 놓습니다. </li><li> (수정 기능 범위 작업 (21) 동안 즉,) 전신 운동을 보장하기 위해 밸런스 보드 주변에 충분한 공간을 확보합니다. </li></ol></li><li> MOBI에 대한 EEG / EMG / EOG 센서 배치 <ol><li> 모션 캡처에 직면 의자에와 밸런스 보드에 자신의 발에 앉아 주제를 요청합니다. </li><li> (신물질 / SES)는 피사체의 내측 비복근 (MG)과 전 경골근 (TA) 근육에 양자 전극 기록 (EMG) 정액 자극을 놓습니다. 그 후, 무선 전기 자극기 (신물질 / SES) 시스템에 연결합니다. </li><li> 주제에 뇌파​​ (EEG) 캡을 배치20 시스템 - 국제 (10) 다음의 헤드. 그런 다음, -Fz, C3, CZ, C4, P3, 년 Pz, P4, PO7, 오즈, PO8에 도전성 페이스트와 EEG 전극을 배치 - 무선 EEG 헤드셋에 연결하기 전에. </li><li> 상기 전도성 페이스트 및 수직 EOG에 대한 눈 하나 아래 두 EEG 전극을 놓고 수평 EOG 각 눈의 바깥 쪽 눈구석에 도전성 페이스트와 두 개의 전극을 넣어. (참고 : 경우에 아이 트래커 센서는 양자 EOG는 뇌졸중 후 대상에서 바람직하다 사용하지 않습니다). </li><li> 기준 전극으로 귓불에 두 EEG 전극을 배치합니다. </li></ol></li></ol> 후 뇌졸중 추적 눈 운동 3. 아이 트래커 기반 평가 <ol><li> 턱의 높이 조절 턱 받침대에 편안하게 휴식에 앉아 주제를 요청합니다. 그 후, 눈은 대략 컴퓨터 모니터 (도 2a)의 중심에 대향되도록 편리 높이 컴퓨터 모니터를 올린다. </li><li> 눈 추적기 연구를 배치<html> 씼어 50 턱 받침대에서 cm 똑바로 시각적 단서의 컴퓨터 모니터를보고 제목을 부탁드립니다. </li><li> 눈 추적기 센서를 교정 할 수있는 &#39;SmartEye&#39;폴더에 EyeTribeWinUI.exe를 실행합니다. 주제는 대략 2 초마다 PC 모니터에 다양한 표적을보고하라는 메시지가 표시됩니다. 일반적인 사용자 교정 절차를 완료하는 데 약 20 초 걸립니다. 제 (X, Y)을 따라 시선 점의 좌표는 보정 대상 다른 큐에 대해 기록된다. </li><li> SmartEye 폴더에 실행 &#39;Visual_Stimulus.exe&#39;는 가상 현실 기반 인터페이스를 실행합니다. 이어서 가상 현실 기반의 작업과 동기화 된 피험자의 시선 데이터를 획득 할 수있는 &#39;SmartEye&#39;폴더에 존재하는 &#39;SmartEye.exe&#39;프로그램을 실행합니다. 이 데이터는 이후 스트로크 추적 안구 운동의 평가를 위해 사용된다. </li></ol>2394fig3.jpg &quot;/&gt; 도 3 (a) 의지 적 visuomotor 밸런스 치료 동안 큐 목표로 구동 될 필요가 압력 (COP)의 중심을 나타내는 커서 (b) Visuomotor 밸런스 치료 프로토콜을 피사체에 의해 구동되는 주변 타겟 컴퓨터 커서 조종 곳 의지 적 경찰 여행을 생성합니다. 재설정은 신경 근육 전기 자극 (신물질) 및 감각 전기 자극 (SES), (c)는 시각 큐 visuomotor 균형 치료를위한 실험 설치를 지원 할 수있다. 8 및 37에서 재현. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 4. 신물질 / MOBI에서 Visuomotor 밸런스 치료 (VBT) SES를 이용한 <ol><li> (인터넷을 눈 추적기를 연결하고 시각적 피드백 컴퓨터에 보드 센서의 균형을gure 2). <ol><li> 눈 추적기 센서는 컴퓨터에 연결, 전원이 켜져 있는지 확인하고, 완전히 부팅있다. &#39;EyeTribe의 SERVER.EXE&#39;와 &#39;EyeTribeWinUI.exe&#39;사용할 수있는 &#39;VBT&#39;폴더에서 시작 (단계를 참조 1.3). </li><li> 밸런스 보드 센서는 전원이 켜져 있는지 확인합니다. 그런 다음, 메뉴에서 원격 검색 할 수 있도록하기 위해 밸런스 보드 센서에있는 버튼을 누릅니다. 그런 다음, 시스템의 작업 표시 줄의 표시 또는 숨기기 아이콘을 클릭하고 블루투스 장치 아이콘을 클릭합니다. 그런 다음 &#39;장치 추가&#39;옵션을 클릭하고 시각적 피드백을 컴퓨터에 코드를 사용하지 않고 블루투스 장치로 밸런스 보드 센서를 페어링합니다. 밸런스 보드 센서가 시각적 피드백을 컴퓨터에 연결되면, &#39;VBT&#39;폴더를 열고 Matlab- 밸런스 보드 센서 인터페이스를 설정하기 위해 WiiBBinterface.m 파일을 실행 (단계를 참조 1.6). </li><li> 모션 캡쳐 센서가 컴퓨터에하고 있음을 연결, 전원이 켜져 있는지 확인완전히 (전면에 녹색 LED가) 부팅. LSL 폴더를 열고 모션 캡쳐 센서 데이터의 스트리밍을 시작하기 &#39;모션 캡처&#39;소프트웨어를 시작 (1.6 단계 참조). </li><li> 뇌파 / EOG 데이터 수집 시스템의 전원이 켜져 있는지 확인하십시오. 그 후, LSL 폴더에서 사용할 수있는 openvibe 수집 서버 - withlsl.cmd을 더블 클릭 (1.6 단계 참조). 메뉴에서 각각의 센서 하드웨어 (즉, &#39;이모 티브 EPOC&#39;)를 선택하고 필요한 경우 &#39;드라이버 등록 정보&#39;를 클릭하여, 모듈을 구성합니다. 그런 다음, &#39;연결&#39;을 클릭 한 다음 수집 서버를 시작하는 &#39;재생&#39;을 클릭합니다. </li></ol></li><li> VBT의 센서를 보정 <ol><li> (필요한 경우, 부분적인 체중 지원) 안전 장치와 밸런스 보드에 서 될 수 후 스트로크를 요청합니다. </li><li> 임상 관찰에 따라 똑바로 서에 필요한 최소 기준 신물질 레벨 (펄스 폭 및 전류 레벨)을 설정 (예 :.,제로 체중지지) 22. 최소 기준 신물질 레벨을 설정 한 20 Hz에서 자극의 주파수를 설정하고 직립 얻을 때까지 펄스 폭 및 / 또는 전류 레벨을 증가시킬 수있다. 여기서, 무릎의 신전 신물질이 무릎 좌굴을 방지하기에 충분한 토크를 생성 할 필요가있다. </li><li> COM 및 CoP의 위치에 영향을 미치는 다양한 범위의 움직임을 수행하기 위해 주제를 물어보십시오. </li><li> 피사체 다양한자가 개시 최대 도달 질량 중심에 영향을 상이한 방향으로 이동 (COM)과 압력의 중심을 수행하면서 다중 센서 교정 데이터를 수집하기 위해 &#39;DataCollect&#39;폴더에 &#39;CalibSensors.m&#39;프로그램 가능을 실행 시각적 피드백에 (COP) 위치. </li></ol></li></ol> VBT 동안 저가 센서 5. 멀티 센서 데이터 수집 (그림 2B) <ol><li> 기준 휴식을 수집하는 &#39;DataCollect&#39;폴더에 &#39;CollectBaseline.m&#39;프로그램을 실행-state, PC 모니터 (그림 3a)에 경찰 대상 똑바로보고있는 동안 2 분 동안 아직도 서있는 피사체를 요청하여 눈 오픈, 멀티 센서 데이터. </li><li> 투사 화면에 시각적 피드백 컴퓨터의 비디오 출력을 연결하고 SmartEyeVRTasks GUI를 시작 시각적 피드백 컴퓨터에서 &#39;VBT&#39;폴더에 SmartEyeVRTasks.exe 파일을 실행합니다. 또한, VBT 동안 센서 데이터를 수집하기 위해 &#39;DataCollect&#39;폴더에 &#39;CollectVBT.m&#39;프로그램을 실행합니다. <ol><li> 시각적 피드백에 의해 큐으로 똑바로 서에서 (그림 3B) 무작위로 제시 주변 목표를 향해 경찰에 의해 구동 커서, 빠른 가능한 조종하는 주제를 물어의 &#39;중앙 보류&#39;단계라고합니다. </li><li> 이 &#39;이동&#39;단계에 이어, &#39;주변 대기&#39;단계에서 1 초 동안 대상 위치에 커서를 개최 피사체를 부탁드립니다. </li><li> 말초 홀드 &#39;의 위상에 따라, 커서 것&#39;<html> &#39;&#39;피사체가 다시 똑바로 서에 반환 할 필요가있을 때 다시 센터 - &#39;다시 중앙 보류&#39;위치. 그 EMG 레벨이 &#39;중앙 보류&#39;위치로 경찰을 반환하는 데 필요한 의지 노력을 지원하기 위해 설정된 임계 값을 초과가되면 신물질 / SES는 근육에 대한 트리거됩니다. 주 : mFRT 어려움이 이득을 감소시킴으로써 증가 될 수있다, <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq1.jpg" /> 또는 잡음 분산을 증가 <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq2.jpg" /> , 주제별 가능 범위 : <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq3.jpg" /> 여기서 경찰의 여행, <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq4.jpg" /> 컴퓨터 커서를 운전 <img alt="식 (5)" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq5.jpg" /> , 이산화 된 시간에, <img alt="식 (6)" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq6.jpg" /> 시간 단계와,/ 파일 / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg 7 &quot;= SRC&quot; &quot;에 /&gt;. </li></ol></li></ol>

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저자는 공개 아무것도 없어.

운동과 균형 치료를위한 간단한 사용하기, 임상 적으로 유효한 저가의 도구는 낮은 리소스 설정에서 neurorehabilitation에 대한 패러다임의 변화 일 것이다. 또한 뇌졸중과 같은 신경 질환 극적 의한 세계 인구 고령화이 미래에 증가하기 때문에 매우 높은 사회적 영향을 미칠 가능성이있다. 능력, 사용자 모니터, 최근에 통신을 통해 계산, 네트워킹 및 물리적 처리의 통합으로 가능 해졌다 원?...

초점 뇌, 척수, 또는 망막 경색으로 인한 신경 학적 장애의 에피소드는 스트로크 1이라고합니다. 스트로크는 세계적인 건강 문제 및 장애 전세계 1의 네 번째 주요 원인이다. 인도와 중국, 세계 두 번째로 인구가 많은 나라 같은 나라에서, 때문에 스트로크에 신경 학적 장애는 숨겨진 전염병 2로 분류되고있다. 뇌졸중 후 가장 흔한 합병증 중 하나는 첫 해 포스트 행정 3에서 최대 73 %의보고 빈도와 폭포입니다. 포스트 행정 가을 인성과 균형과 시공간 방치 사 등의 척추 및 척 주상 요소를 모두 포함합니다. Geurts 1을 확인 동료 (5)에 의해 검토) 다중 방향성 두발 서, 2) 저속, 3) 방향 부정확 한 동안 이동 최대 무게를 손상 4) 균형으로 단일 및 순환 하위 최대 정면 평면 체중 이동의 작은 진폭 가을 리를위한 요소SK. 이전 작품 균형이 심한 운동 기능 5, 6 외래 능력과 독립성과 연관되어 나타났습니다 때문에 일상 생활의 활동에 필연적 인 영향은 중요 할 수 있습니다. 또한 Geurts 동료 5 근력 외에 감각적 척 주상 통합 (근육 조정 7)은 현재의 프로토콜에 부족한 평형 복원 중요 것을 제안했다. 감각적 통합을 향해, 의지 적 중심의 비 침습적 전기 요법에 대한 우리의 가설 8 (신물질 / SES)이 적응 행동 모양과 그러한 영향을받는 사지의 신물질 / SES를 이용한 이동하는 동안 감각 입력의 활성 인식을 변조에 의해 촉진 될 수 있다는 것이다 뇌는 필요한 경우, 다른 모터 경로 (9)를 모집하여 이후의 운동 출력에이 피드백을 통합 할 수 있습니다. 자원의 의지 적 구동 신물질 / SES를 이용한 밸런스 훈련을 달성하기 위해불쌍한 설정, 저렴한 인간 - 기계 인터페이스 (HMI)는 시각 - 청각 바이오 피드백에 대한 기성 비디오 게임 센서 기술에서 사용할 수있는 오픈 소스 소프트웨어와의 최근 발전을 활용하여 개발되었다. 신물질 근력을 향상 경련 열을 줄이기 위해 도시 한 신경과 근육의 조정 전기 자극을 포함한다. 또한, SES는 사전 출판 일 11 subsensory 자극 혼자 경골근 근육에 도포 자세 동요를 감쇠 효과가 있음을 보여 주었다 감각을 연상 전류와 감각 신경의 자극을 포함한다. 여기에서, HMI는 (신물질)와 근​​육 증폭기의 역할뿐만 아니라 (SES와) 구 심성 피드백을 향상 발목 근육에 대한 신물질 / SES를 의지 적 기반의 대화 형 소식 행정 균형 치료하는 동안 수 감각 - 운동 통합을 다할 것입니다 자세 마십시요 동안 직립 자세를 유지하기 위해 건강한 발목 전략 12,13,14를 지원합니다. 이것은두타 등. 팔에서 제시 한 가설에 따라 비 침습적 전기 요법을 통해 영향을 관련 발목 근육의 증가 피질의 흥분은 발목 강성의 향상 척 주상 변조 빌려 수 있음. 실제로, 이전 작업 신물질 / SES 가능성이 공동 활성화 운동 및 감각 섬유 (15, 16)의 결과로서, 피질 흥분성의 지속적인 변화를 이끌어내는 것으로 나타났다. 또한 Khaslavskaia 및 Sinkjaer 17 신물질 / SES시 본 동시 모터 피질 구동 모터 피질 흥분성을 향상하는 것이 인간에서 나타났다. 따라서, 의지 적 기반 신물질 / SES는 척수 반사에 단기 신경 가소성을 유도 할 수있다 (예를 들어, 상호 IA 억제 17) 지정된 motoneuron 풀에 경로를 내림차순를 통해 프로젝트 피질 뉴런의 IA-억제의 interneurons을 통해 대립 motoneuron 풀을 억제 할 수 도 1에 도시 된 바와 같은 O를 향해 18 인간perant 에어컨 패러다임 (두타 등의 알을 참조하십시오. 8). <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig1.jpg" /> 그림 1 : 의지 적 구동 신경 근육 전기 자극에 따라 발목 근육 조정을 개선하기 위해 큐 대상 (신물질)을 압력 (COP)의 중심을 구동 커서 할 수있는 개념 (. 두타에서 세부 사항 등 21) 기본 상호 작용하는 인간 - 기계 인터페이스 (HMI) -assisted visuomotor 균형 치료 EEG :. 뇌파, MN : α-motoneuron, IN : IA-억제 interneuron, EMG : 근전도, DRG : 지느러미 루트 신경절. 8 및 37에서 재현. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 안테 - 후부 (AP) 질량 (COM)의 중심에 변위가 수행된다발목 (예 내측의 비복근과 가자미근의 근육 등) plantarflexors (예 : 전방 경골 근육 등) dorsiflexors 메디 오 - 측면 반면에 의해 (ML) 변위는 발목 (예 : 전방 경골 근육 등)의 인버터 및 peroneus의 longus로 evertors (에 의해 수행된다 등) 근육을 브레비스. 따라서, 근육 dorsiflexor 발목의 약점과 발목의 증가 경련 plantarflexor 근육을 포함한 행정 관련 발목 손상은 손상 자세 제어로 이어집니다. 여기, 민첩성 훈련 프로그램 (6) 폭포 (6)을 방지하는 정적 스트레칭 / 체중 이동 운동 프로그램보다 더 효과적 일 수 작업이 점차적으로 어려움이 증가되는 동적 균형에 도전 (VR) 기반의 게임 플랫폼은 가상 현실에서 활용 될 수있다. 예를 들어, 주제는 어려움이 점진적으로 아멜 증가 할 수있는 동적 visuomotor 밸런스 작업 중에 의지 적 구동 신물질 / SES 지원 AP와 ML 변위를 수행 할 수 있습니다두발 서있는 동안 이동 무게 iorate 후 뇌졸중 발목 특정 제어 문제. 자원이 부족한 환경에서 의지 적 구동 신물질 / SES 지원 균형 요법을 향해, 우리는 선물도 저에서 데이터 수집에 사용할 수있는 시각적 - 청각 바이오 피드백으로 모바일 두뇌 / 바디 이미징 (MOBI) (19)에 대한 저가의 HMI MoBILAB에서 오프라인 데이터 탐색 비용 센서 (오헤다 등의 알을 참조하십시오. 20).

<table><tbody><tr><td>NMES stimulator</td><td>Vivaltis, France</td><td>PhenixUSBNeo</td><td>NMES stimulator cum EMG sensor (Figure 2b)</td></tr><tr><td>Balance Board</td><td>Nintendo, USA</td><td>Wii Balance Board</td><td>Balance Board (Figure 2b)</td></tr><tr><td>Motion Capture</td><td>Microsoft, USA</td><td>XBOX-360 Kinect</td><td>Motion Capture (Figure 2b)</td></tr><tr><td>Eye Tracker&amp;nbsp;</td><td>Eye Tribe</td><td>The Eye Tribe</td><td>SmartEye Tracker (Figure 2a)</td></tr><tr><td>EEG Data Acquisition System</td><td>Emotiv, Australia</td><td>Emotiv Neuroheadset</td><td>Wireless EEG headset (Figure 2b)</td></tr><tr><td>EEG passive electrode</td><td>Olimex</td><td>EEG-PE</td><td>EEG passive electrode for EOG and references (6 in number) (Figure 2b)</td></tr><tr><td>EEG active electrode</td><td>Olimex</td><td>EEG-AE</td><td>EEG active electrode (10 in number) (Figure 2b)</td></tr><tr><td>Computer with PC monitor</td><td>Dell</td><td></td><td>Data processing and visual feedback (Figure 2)</td></tr><tr><td>Softwares, EMG electrodes, NMES electrodes, and cables</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

a human-machine-interface integrating low-cost sensors with a neuromuscular electrical stimulation system for post-stroke balance rehabilitation

뇌 영역에 심장에서 혈액을 운반하는 동맥이 혈전이나 버스트 뇌함으로써 산소 및 영양소의 전달을 방지하는 혈액의 흐름을 방해 할 때 스트로크의 원인이된다. 뇌졸중 생존자의 약 절반은 장애를 어느 정도 남아 있습니다. 회복 neurorehabilitation위한 혁신적인 방법은 긴급 장기 장애를 줄이기 위해 필요합니다. 내장 또는 외부 자극에 대한 응답으로 그 구조, 기능 및 연결을 재구성 신경계의 능력은 신경 가소성 불린다. 신경 가소성은 또한 재활, 뇌졸중 후 기능 장애에 참여하고있다. 유익한 neuroplastic 변경 등의 신경 근육 전기 자극 (신물질) 및 감각 전기 자극 (SES)와 같은 비 침습적 전기 요법으로 촉진 될 수있다. 신물질은 SES의 invo 동안 전류의 연속 짧은 펄스를 활성화 운동 신경과 근육의 조정 전기 자극을 포함한다에 간신히 지각 매우 불쾌한 다를 감각의 결과로 전류와 감각 신경의 아이브 자극. 여기, 재활 과정에 적극적으로 대뇌 피질의 참여는 동시 활성 인식과 의지 노력을 나타내는 생체 신호와 비 침습 전기 요법 (근전도 (EMG), 뇌파 (EEG), electrooculogram (EOG))를 구동에 의해 촉진 될 수있다. 저와 중간 소득 국가에서 자원이 부족한 설정, 예를 들어, 이것을 달성하기 위해, 우리는 기성 비디오 게임 센서 기술의 최근 발전을 활용하여 저가의 인간 - 기계 인터페이스 (HMI)를 제시한다. 본 논문에서는 균형 재활하는 동안 자세 제어를 지원하는 비 침습적 전기 요법과 시각 - 청각 바이오 피드백을위한 저가의 상용 센서를 통합하는 오픈 소스 소프트웨어 인터페이스에 대해 설명합니다. 우리는 개념 증명 건강한 지원자에를 보여줍니다.

그림 4는 부드러운 추구 작업 중에 수 바디 성능의 정량화를 위해 오프라인 압축 해제 된 눈의 시선 기능을 보여줍니다. 표 1에 나타낸 바와 같이 다음의 특징을 추출했다 : 기능 1 = 목표 자극 위치 및 자극의 수평 방향의 위치를​​ 변화 참가자의 고정 점의 중심 사이의 백분율 편차. <p class="jove_co...

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A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

후 스트로크 균형 재활을위한 신경 근육 전기 자극 시스템과 저가 센서를 통합하는 인간 - 기계 인터페이스

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

a-human-machine-interface-integrating-low-cost-sensors-with

Research

JoVE Journal

Neuroscience

10.4K 조회수.  Indian Institute of Technology Gandhinagar. A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

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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.

동시에 두피 뇌파 (EEG), 근전도 (EMG), 멀티 모달 신경 디코딩을위한 전체 몸 분절 관성 기록

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

연구

행동분석학

Engineering Platform and Experimental Protocol for Design and Evaluation of a Neurally-controlled Powered Transfemoral Prosthesis

To enable intuitive operation of powered artificial legs, an interface between user and prosthesis that can recognize the user's movement intent is desired. A novel neural-machine interface (NMI) based on neuromuscular-mechanical fusion developed in our previous study has demonstrated a great potential to accurately identify the intended movement of transfemoral amputees. However, this interface has not yet been integrated with a powered prosthetic leg for true neural control. This study aimed to report (1) a flexible platform to implement and optimize neural control of powered lower limb prosthesis and (2) an experimental setup and protocol to evaluate neural prosthesis control on patients with lower limb amputations. First a platform based on a PC and a visual programming environment were developed to implement the prosthesis control algorithms, including NMI training algorithm, NMI online testing algorithm, and intrinsic control algorithm. To demonstrate the function of this platform, in this study the NMI based on neuromuscular-mechanical fusion was hierarchically integrated with intrinsic control of a prototypical transfemoral prosthesis. One patient with a unilateral transfemoral amputation was recruited to evaluate our implemented neural controller when performing activities, such as standing, level-ground walking, ramp ascent, and ramp descent continuously in the laboratory. A novel experimental setup and protocol were developed in order to test the new prosthesis control safely and efficiently. The presented proof-of-concept platform and experimental setup and protocol could aid the future development and application of neurally-controlled powered artificial legs.

Neural-machine interfaces (NMI) have been developed to identify the user's locomotion mode. These NMIs are potentially useful for neural control of powered artificial legs, but have not been fully demonstrated. This paper presented (1) our designed engineering platform for easy implementation and development of neural control for powered lower limb prostheses and (2) an experimental setup and protocol in a laboratory environment to evaluate neurally-controlled artificial legs on patients with lower limb amputations safely and efficiently.

엔지니어링 플랫폼 및 Neurally 통제 강화 대퇴 보철물의 설계 및 평가를위한 실험 프로토콜

To enable intuitive operation of powered artificial legs, an interface between user and prosthesis that can recognize the user's movement intent is ...

생체공학

Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with numerous cardiometabolic health consequences. These changes are likely to increase the risk of developing chronic secondary conditions and impact the quality of life in persons with SCI. Surface neuromuscular electrical stimulation evoked resistance training (NMES-RT) was developed as a strategy to attenuate the process of skeletal muscle atrophy, decrease ectopic adiposity, improve insulin sensitivity and enhance mitochondrial capacity. However, NMES-RT is limited to only a single muscle group. Involving multiple muscle groups of the lower extremities may maximize the health benefits of training. Functional electrical stimulation-lower extremity cycling (FES-LEC) allows for the activation of 6 muscle groups, which is likely to evoke greater metabolic and cardiovascular adaptation. Appropriate knowledge of the stimulation parameters is key to maximizing the outcomes of electrical stimulation training in persons with SCI. Adopting strategies for long-term use of NMES-RT and FES-LEC during rehabilitation may maintain the integrity of the musculoskeletal system, a pre-requisite for clinical trials aiming to restore walking after injury. The current manuscript presents a combined protocol using NMES-RT prior to FES-LEC. We hypothesize that muscles conditioned for 12 weeks prior to cycling will be capable of generating greater power, cycle against higher resistance and result in greater adaptation in persons with SCI.

Spinal cord injury is a traumatic medical condition that may result in elevated risks of chronic secondary metabolic disorders. Here, we presented a protocol using surface neuromuscular electrical stimulation-resistance training in conjunction with functional electrical stimulation-lower extremities cycling as a strategy to ameliorate several of these medical problems.

척수 손상 후 더 낮은 말단 전기 자극 교육의 패러다임

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with ...

Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim) for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. It has been extensively used in various clinical settings. Based upon recent discoveries related to the systemic effects of voluntary breathing and intrinsic physiological interactions among systems during voluntary breathing, a new EStim protocol, Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim), has been developed to augment the effects of electrical stimulation. In BreEStim, a single-pulse electrical stimulus is triggered and delivered to the target area when the airflow rate of an isolated voluntary inspiration reaches the threshold. BreEStim integrates intrinsic physiological interactions that are activated during voluntary breathing and has demonstrated excellent clinical efficacy. Two representative applications of BreEStim are reported with detailed protocols: management of post-stroke finger flexor spasticity and neuropathic pain in spinal cord injury.

Breathing-controlled Electrical Stimulation BreEStim for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

The purpose is to present a new method, breathing-control electrical stimulation (BreEStim) for management of neuropathic pain and spasticity.

Neuropathic 고통과 Spasticity의 관리를위한 호흡 조절 전기 자극 (BreEStim)

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. ...

의학

A Modified Lean and Release Technique to Emphasize Response Inhibition and Action Selection in Reactive Balance

Assessment of reactive balance traditionally imposes some type of perturbation to upright stance or gait followed by measurement of the resultant corrective behavior. These measures include muscle responses, limb movements, ground reaction forces, and even direct neurophysiological measures such as electroencephalography. Using this approach, researchers and clinicians can infer some basic principles regarding how the nervous system controls balance to avoid a fall. One limitation with the way in which these assessments are currently used is that they heavily emphasize reflexive actions without any need to revise automatic postural reactions. Such an exclusive focus on these highly stereotypical reactions would fail to adequately address how we can modify these reactions should the need arise (e.g., avoiding an obstacle with a recovery step). This would appear to be a glaring omission when one considers the enormous complexity of the environments we face daily. Overall, the status quo when evaluating the neural control of balance fails to truly expose how higher brain resources contribute to preventing falls in complex settings. The present protocol offers a way to require suppression of automatic, but inappropriate corrective balance reactions, and force a selection among alternative action choices to successfully recover balance following postural perturbation.

Here we offer a protocol that allows the user to selectively change affordances and/or constraints on movements that are relevant for recovering balance after postural perturbation.

반응성 균형에서 반응 억제 및 행동 선택을 강조하는 수정된 린 및 방출 기술

Assessment of reactive balance traditionally imposes some type of perturbation to upright stance or gait followed by measurement of the resultant ...

Standing Neurophysiological Assessment of Lower Extremity Muscles Post-Stroke

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired populations. TMS is used extensively to study motor control and the response to neurorehabilitation of the upper extremities. However, TMS has been less utilized in the study of lower extremity postural and walking-specific motor control. The limited use and the additional methodological challenges of lower extremity TMS assessments have contributed to the lack of consistency in lower extremity TMS procedures within the literature. Inspired by the decreased ability to record lower extremity TMS motor evoked potentials (MEP), this methodological report details steps to enable post-stroke TMS assessments in a standing posture. The standing posture allows for the activation of the neuromuscular system, reflecting a state more akin to the system's state during postural and walking tasks. Using dual-top force plates, we instructed participants to equally distribute their weight between their paretic and non-paretic legs. Visual feedback of the participants' weight distribution was provided. Using image guidance software, we delivered single TMS pulses via a double-cone coil to the participants' lesioned and non-lesioned hemispheres and measured the corticomotor response of the paretic and non-paretic tibialis anterior and soleus muscles. Performing assessments in the standing position increased the TMS response rate and allowed for the use of the lower stimulation intensities compared to the standard sitting/resting position. Utilization of this TMS protocol can provide a common approach to assess the lower extremity corticomotor response post-stroke when the neurorehabilitation of postural and gait impairments are of interest.

This protocol describes the process for performing a neurophysiological assessment of the lower extremity muscles, tibialis anterior and soleus, in a standing position using TMS in people post-stroke. This position provides a greater probability of eliciting a post-stroke TMS response and allows for the use of reduced stimulator power during neurophysiological assessments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired ...

The Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface for the Amplification of Intact Peripheral Nerve Signals

Robotic exoskeletons have gained recent acclaim within the field of rehabilitative medicine as a promising modality for functional restoration for those individuals with extremity weakness. However, their use remains largely confined to research institutions, frequently operating as a means of static extremity support as motor detection methods remain unreliable. Peripheral nerve interfaces have arisen as a potential solution to this shortcoming; however, due to their inherently small amplitudes, these signals can be difficult to differentiate from background noise, lowering their overall motor detection accuracy. As current interfaces rely on abiotic materials, inherent material breakdown can occur alongside foreign body tissue reaction over time, further impacting their accuracy. The Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI) was designed to overcome these noted complications. Consisting of a segment of free muscle graft secured circumferentially to an intact peripheral nerve, the construct regenerates and becomes reinnervated by the contained nerve over time. In rats, this construct has demonstrated the ability to amplify a peripheral nerve's motor efferent action potentials up to 100 times the normal value through the generation of compound muscle action potentials (CMAPs). This signal amplification facilitates high accuracy detection of motor intent, potentially enabling reliable utilization of exoskeleton devices.

This manuscript provides an innovative method for developing a biologic peripheral nerve interface termed the Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI). This surgical construct can amplify its associated peripheral nerve's motor efferent signals to facilitate accurate detection of motor intent and the potential control of exoskeleton devices.

온전한 말초 신경 신호의 증폭을 위한 근육 커프 재생 말초 신경 인터페이스

Robotic exoskeletons have gained recent acclaim within the field of rehabilitative medicine as a promising modality for functional restoration for those ...

Evaluating Postural Control and Lower-extremity Muscle Activation in Individuals with Chronic Ankle Instability

Computerized dynamic posturography (CDP) is an objective technique for the evaluation of postural stability under static and dynamic conditions and perturbation. CDP is based on the inverted pendulum model that traces the interrelationship between the center of pressure and the center of gravity. CDP can be used to analyze the proportions of vision, proprioception, and vestibular sensation to maintain postural stability. The following characters define chronic ankle instability (CAI): persistent ankle pain, swelling, the feeling of &#8220;giving way,&#8221; and self-reported disability. Postural stability and fibular muscle activation level in individuals with CAI decreased due to lateral ankle ligament complex injuries. Few studies have used CDP to explore the postural stability of individuals with CAI. Studies that investigate postural stability and related muscle activation by using synchronized CDP with surface electromyography are lacking. This CDP protocol includes a sensory organization test (SOT), a motor control test (MCT), and an adaption test (ADT), as well as tests that measure unilateral stance (US) and limit of stability (LOS). The surface electromyography system is synchronized with CDP to collect data on lower limb muscle activation during measurement. This protocol presents a novel approach for evaluating the coordination of the visual, somatosensory, and vestibular systems and related muscle activation to maintain postural stability. Moreover, it provides new insights into the neuromuscular control of individuals with CAI when coping with real complex environments.

Individuals with chronic ankle instability (CAI) exhibit postural control deficiency and delayed muscle activation of lower extremities. Computerized dynamic posturography combined with surface electromyography provides insights into the coordination of the visual, somatosensory, and vestibular systems with muscle activation regulation to maintain postural stability in individuals with CAI.

만성 발목 불안정을 가진 개별에 있는 자세 통제 및 낮은 사지 근육 활성화 평가

Computerized dynamic posturography (CDP) is an objective technique for the evaluation of postural stability under static and dynamic conditions and ...

신경과학

하지 로봇 치료 세션 중 fNIRS에 의한 뇌 활성화 평가

An Experiment Using Functional Near-Infrared Spectroscopy and Robot-Assisted Multi-Joint Pointing Movements of the Lower Limb

Stroke affects approximately 17 million individuals worldwide each year and is a leading cause of long-term disability. Robotic therapy has shown promise in helping stroke patients regain lost motor functions. One potential avenue for increasing the understanding of how motor recovery occurs is to study brain activation during the movements that are targeted by therapy in healthy individuals. Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) has emerged as a promising neuroimaging technique for examining neural underpinnings of motor function. This study aimed to investigate fNIRS neural correlates of complex lower limb movements in healthy subjects. Participants were asked to perform cycles of rest and movement for 6 min using a robotic device for motor rehabilitation. The task required coordinated knee and ankle joint movements to point to targets displayed on a computer screen. Two experimental conditions with different levels of movement assistance provided by the robot were explored. The results showed that the fNIRS protocol effectively detected brain regions associated with motor control during the task. Notably, all subjects exhibited greater activation in the contralateral premotor area during the no-assistance condition compared to the assisted condition. In conclusion, fNIRS appears to be a valuable approach for detecting changes in oxyhemoglobin concentration associated with multi-joint pointing movements of the lower limb. This research might contribute to the understanding of stroke motor recovery mechanisms and might pave the way for improved rehabilitation treatments for stroke patients. However, further research is needed to fully elucidate the potential of fNIRS in studying motor function and its applications in clinical settings.

저자 스포트라이트: fNIRS를 사용한 로봇 보조 하지 재활에서 뇌 활동 평가

It is estimated that 1 in 6 individuals worldwide will have a stroke in their lifetime, causing long-term disability, whose rehabilitation mechanisms are still poorly understood. This study proposes a protocol to evaluate brain activation by functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) during a lower limb robotic therapy session.

기능적 근적외선 분광법과 하지의 로봇 보조 다관절 포인팅 운동을 이용한 실험

Stroke affects approximately 17 million individuals worldwide each year and is a leading cause of long-term disability. Robotic therapy has shown promise ...

후 스트로크 균형 재활을위한 신경 근육 전기 자극 시스템과 저가 센서를 통합하는 인간 - 기계 인터페이스

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

동시에 두피 뇌파 (EEG), 근전도 (EMG), 멀티 모달 신경 디코딩을위한 전체 몸 분절 관성 기록

엔지니어링 플랫폼 및 Neurally 통제 강화 대퇴 보철물의 설계 및 평가를위한 실험 프로토콜

척수 손상 후 더 낮은 말단 전기 자극 교육의 패러다임

Neuropathic 고통과 Spasticity의 관리를위한 호흡 조절 전기 자극 (BreEStim)

반응성 균형에서 반응 억제 및 행동 선택을 강조하는 수정된 린 및 방출 기술

Standing Neurophysiological Assessment of Lower Extremity Muscles Post-Stroke

온전한 말초 신경 신호의 증폭을 위한 근육 커프 재생 말초 신경 인터페이스

만성 발목 불안정을 가진 개별에 있는 자세 통제 및 낮은 사지 근육 활성화 평가

기능적 근적외선 분광법과 하지의 로봇 보조 다관절 포인팅 운동을 이용한 실험

기능적 근적외선 분광법과 하지의 로봇 보조 다관절 포인팅 운동을 이용한 실험