이 작품은 NIH 보조금 P20의 GM109098, NSF 및 WVU 사전 스폰서 쉽 프로그램 (VG) 및 WVU 부서 시작 기금에 의해 지원되었다.

실험에 관련된 모든 참가자는 웨스트 버지니아 대학의 임상 시험 심사위원회 (IRB)의 승인을 동의 절차를 거쳐. 1. 전체 시스템의 특성, 디자인, 및 일반 실험 작업 참고 : 전체 설치는 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성되어 있습니다 : EMG 장비 및 디지털 수집 (DAQ) 장비를 연결; 모션 캡쳐 시스템 (이 프로토콜은 능동 LED 시스템을 포함); 그림 -의 개의 코일과 정위 현지화 장비와 TMS 부; 가상 현실 헤드셋 및 관련 컴퓨터 및 소프트웨어; 및 사용자 동기화 회로.도 1은 본 프로토콜 구성 요소 사이의 연결을 설명합니다. <ol><li> 시스템 구성 요소의 연결 <ol><li> 메인 앰프에 EMG 프리 앰프를 연결합니다. </li><li> BNC 또는 이와 유사한 터에 연결을 사용하여 장비의 입력 블록을 기록 DAQ에 EMG 앰프의 출력을 연결합니다TIONS. </li><li> 데이터 수집 스크립트 (추가 파일)을 실행합니다 전용 컴퓨터에 DAQ 기록 장치를 연결합니다. </li><li> 사용자 정의 회로부 (자세한 내용은 다음 섹션 참조) VR 제어 컴퓨터 병렬 출력을 연결합니다. </li><li> 동기화 및 근전도 신호 연결과 함께 DAQ 기록 블록에 사용자 정의 회로에서 출력을 트리거 모션 캡쳐를 연결합니다. </li><li> 스플릿 모션 캡쳐 트리거 EMG DAQ 장비에 &quot;아날로그 입력 시작&quot;포트뿐만 아니라, 모션 캡쳐 장치를 제어하는​​ 컴퓨터에 트리거 연결에 연결하고. 주 : 바와 장비 (모션 캡쳐 및 EMG)에 대한 각각의 데이터 취득 스트림의 시작 사이의 시간 차이는 160-190 밀리 범위 일 수. 이 시간 차이는이 프로토콜에 설명 된 동기 회로의 설계와 동기 가능성이 두 시스템 사이의 소프트웨어와 하드웨어의 차이에 의해 발생된다. </li> &lt;리&gt; 연결 TMS는 TMS 제어 장치에 입력 트리거를 BNC - 사용자 정의 회로 장치에 포트를 트리거합니다. </li><li> 벤더가 제공하는 소프트웨어 및 물리적 네트워크 연결을 사용하는 VR과 모션 캡쳐 시스템 사이의 네트워크 연결을 확립한다. </li><li> VR 컴퓨터에 가상 현실 헤드셋을 연결하고 모든 스크립트 / 참가자들에게 가상 환경을 표시 프로그램과 작동 성을 보장합니다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig1.jpg" /> 그림 1 :. 전체 설정의 연결이 레이아웃은 우리 시스템의 요소들 사이의 일반적인 연결을 설명합니다. 동기 회로는 더 상세히 텍스트의 다른 곳에서 설명된다. 블루 트레이스는 모션 캡처 및 EMG 데이터 스트림을 모두 시작 신호에 해당한다. 이 이벤트는이 프로토콜에 설명 된 장치를 사용하여 190 msec의 시간의 지연의 원인이다. 빨간 추적은 VR-시작 synchronizat에 해당부수적으로 모션 캡쳐 및 EMG 시스템에 의해 기록되고 이후에 각각의 데이터 스트림의 시간 정렬을 위해 사용되는 이온의 이벤트입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52906/52906fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 시스템 통합 및 동기화 2. 일반 세부, 주 :이 프로토콜은 데이터 수집 시스템 (모션 캡쳐 및 EMG)의 동기화는 모든 기록 스트림에 공통 이벤트 신호의 사용을 통해 달성된다. 일반적인 이벤트를 사용하여, 모든 신호가 시간적으로 데이터 수집 (이 프로토콜에 장비를 사용하여 위쪽으로 190 밀리의) 실시간 기록 불일치를 최소화하도록 한 후 재정렬 될 수있다. 이 프로토콜에서, 공통 신호는 병렬 포트 신호로서 VR 시스템에서 유래. 일반적인 신호는 별도의 데이터의 동기화를 허용하는 회로로 라우팅근전도 신호를 직접 기록을 통해 동시에 LED 모션 캡처를 해제하여 스트리밍합니다. 회로는 전자 부품을 구축하기위한 기본적인 도구 및 기술을 이용하여 구성되며, 회로와 유사한 다른 장소 9 기재. <ol><li> 디자인, 레이아웃, 및 동기화 회로의 건설 <ol><li> 장비 제어 장치에 아날로그 TTL 기반의 트리거 메커니즘 (예 : TMS, 모션 캡쳐를) 확인 및 TTL 펄스 방향 (양 / 음)과 진폭 트리거 요구 사항을 숙지. 아날로그 트리거 메커니즘은 자주 연결 구성 요소를 간단하게 일반적인 &quot;BNC&quot;동축 커넥터를 가지고있다. </li><li> 신호 동기화에 사용되는 모션 캡쳐 시스템에 LED 추가 추가; 행 동기 회로를 통해 LED의 배선 (도 3). </li><li> (즉, 저항, 정전 용량) tur로하는데 필요한 전기 소자 파라미터를 결정n은 특정 시간에 대한 LED 동기 오프. T = 1.1 * (R1) * C1 : 회로의 동기화 LED는 식으로 꺼져있는 시간을 찾아보세요. 이 시간은 실험적인 운동의 평균 지속 시간 미만으로 권장합니다. 예를 들면, 현재 기술 된 실험은 각각 약 메가 옴 한 마이크로 패러, 정격 저항 및 커패시터가 필요했다. </li><li> 그림 3과 같이 개략적으로 다음과 같은 인쇄 &quot;protoyping&quot;또는 &quot;프로젝트&quot;회로 기판에 전자 부품을 부착하는 납땜 인두를 사용하여 일반적으로 사용되는 플라스틱 &quot;프로젝트&quot;상자에서이 회로를 묶습니다.; 그것은 가능성이 BNC 커넥터에 대해이 상자에 구멍을 드릴 필요가있다. 회로 용이 데스크톱 컴퓨터에서 USB 5 V 전원에 의해 구동 될 수있다; 이는 전력 및 접지 전선을 분리하는 USB 케이블을 해체 할 필요가있다. 바이 패스 커패시터도 555에 전력을 조절하기 위해 필요할 수있다칩 (되지도 3에 도시 됨). </li><li> 전기 부품 사이의 의도하지 않은 솔더 브릿지를위한 회로 기판을 검사한다. 발견 된 경우, 흡인 도구를 사용하여 땜납을 제거하거나, 땜납을 가열 및 기계적 브릿지 연결을 제거. </li></ol></li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig2.jpg" /> 그림 2 :. 시험 흐름도이 흐름도 TMS 자극을 포함하는 전형적인 실험 시험 중에 발생하는 자극과 신호 이벤트를 설명합니다. 시험 전반에 걸쳐 발생하는 병렬 포트 코드는 DB25 스키 매틱 기호 (하늘색)에 표시됩니다. <ol start="2"><li> 동기화 세부 사항 <ol><li> 비슷한 플로우 차트를 사용하면, 그림 2 장비의 각 조각이 실험적인 운동의 과정에서 트리거시기를 결정합니다. 다른 동시에 트리거 될 수있다 예를 들어, 일부 장비는 개별적으로 트리거 될 수있다. </lI&gt; <li> 트리거 또는 (그림 2에서 예를 들어 파란색 병렬 포트 문자) 신호를 필요 시점에서, 병렬 포트를 사용하고 VR 시스템에 통합하는 라인 신호를 결정합니다. 이것은, 운동시에, 지정된 시간에 병렬 포트에 이진 숫자를 나타내는 각 행을 숫자 값을 전송하여 수행됩니다. 병렬 포트 기반의 신호에 대한 자세한 내용은 설명을 참조하시기 바랍니다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52906/52906fig3.jpg" /> 그림 3 :. 동기화 회로는이 도식은 우리의 사용자 정의 동기화 회로의 레이아웃을 표시합니다. NAND 게이트의 출력은 기본 고압 상태이고; 이 전압 출력은 동기 회로의 LED가 라우팅되는 트랜지스터의 게이트에 전송된다. 이 기본 상태는 회로는 조명 상태에서 LED를 유지하는 폐쇄 렌더링합니다. 동기 trigge를 수신하면R 병렬 포트 신호 (삽입 빨간색 추적), (555) 장치의 내부 상태는 LED (파란색 추적을) 차단, 높은 상태로 출력을 렌더링 이성을 상실한다. 이 때, C1 (녹색 트레이스)에 전압이 LED를 활성화하는, 555의 내부 상태를 리셋 전압까지 만든다. 병렬 포트 동기 트리거 신호도 직접 TMS 트리거 입력 포트에 접속된다 BNC 커넥터로 라우팅된다. 참고 :이 트리거 신호의 방향은 연구자의 특정 장비의 요구 사항에 따라 (포지티브에서가는 음성 또는 그 반대로) 반대해야 할 수 있습니다. 쉽게이 작업을 수행하는 것이 트리거 출력에 &quot;인버터&quot;칩의 추가. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52906/52906fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 3. 실험 절차 <ol><li> 안전 절차 및 동의 <ol><li> Ensu모든 실험 절차 재 임상 시험 심사위원회 (IRB)의 승인됩니다. 참가자들에게 모든 절차를 설명하고 IRB는 문서를 승인과 동의를 획득. </li><li> 동의를 획득 한 후, 그들이 이명, 간질 발작, 또는 발작의 증가 된 위험과 다른 조건의 가족력이없는 보장하기 위해 참가자들과 기본 TMS 안전 검사를 실시하고 있습니다. </li><li> TMS 자극하는 동안, 엄격 청각 손상을 방지하기 위해 보호 귀마개의 사용을 필요로한다. </li></ol></li><li> 근전도 컬렉션 <ol><li> 근전도 신호를 기록하기 위해 근육을 무장하는 독자의 연구의 과학적 목표에 따라 결정한다. 이 프로토콜에 설명 된 연구를 위해, 토크는 어깨에서 발생하고 이동하는 동안 팔꿈치 조사 하였다. 따라서, 근전도 신호는 기록은 삼각근으로,이 두 관절에 작용하는 주요 피상적 근육 출신, pectoralis, 이두근, 삼두근, 그리고 brachioradialis. </li><li> 일치하는 커넥터를 연결하여 제조업체의 사양에 따라 앰프, 프리 앰프, 센서 배선, 센서 패드 등 다양한 EMG 장비 사이에 필요한 모든 전기 연결을 확인합니다. </li><li> 가볍게, 알코올 면봉으로 청소 면도칼로 과도한 머리를 제거하고 부드러운 연마 젤을 적용하여 각 전극 사이트를 준비합니다. 적절한 장소 준비 일관 낮은 전극 간 피부 임피던스 값 (&lt;10KΩ의) 기록 EMG 신호의 높은 신호 - 대 - 잡음 비를 보장한다. </li><li> 피사체가 허용 해부학 및 생 역학적 설명 (10)에 따라 관심의 개별 근육을 분리하기위한 아이소 메트릭 수축을 수행하게한다. 예를 들어, 팔꿈치의 부과 확장에 저항하는 참가자에게, 이두근을 분리합니다. </li><li> 주제는 근육 분리 수축을 수행 한 후, 가장 두꺼운 중앙 PORTI 이상의 차동 바이폴라 EMG 전극을 부착에, 또는 가능 지역 (11)의 각 근육의 &quot;배&quot;. 이것은 근육 섬유의 최대 수의 범위를 보장하고 주변 근육 사이 &quot;혼선&quot;을 최소화한다. 근육을 따라 양극 전극 &#39;긴 축 정렬 섬유에 평행해야합니다. </li><li> (예 : C7 척추를 통해 피부) 장비 사양에 따라 근전도 접지 전극을 부착합니다. </li><li> 기록은 사용자 컴퓨터 스크립트에 의해 제어 DAQ 장비를 통해 근전도 신호를 증폭. 현재 프로토콜에서 사용되는 스크립트는 보조 파일로 첨부되어 있습니다. </li><li> EMG 프리 앰프에 다이얼을 이동하여 원하는 수준으로 기록 된 신호에 적용 이득을 조정합니다. 녹음 장비 (일반적으로 5V)의 입력 범위를 초과하는 신호를 기록 유발하는 게인 값을 피하십시오. 일반 EMG 이득 값은 1,000-4,000 사이이다. </li><li> 단계 3.2.4에서 수행 된 것과 유사한 아이소 메트릭 수축을 수행하고 시각적으로 근전도 시그나 검사LS는 고품질 (즉, 높은 신호 대 잡음비)으로되도록. 전극 위치를 조정하고 필요한 경우 신호 이득을 변경합니다. </li></ol></li><li> 모션 캡쳐 시스템 준비 <ol><li> 제조업체의 지침에 따라 공급 업체에서 제공 한 지침과 장비를 사용하여 모션 추적 카메라를 보정합니다. </li><li> 테이프 및 기타 포장 재료를 사용하여 팔과 생체 역학 모델의 건설에 사용되는 관심의 다른 해부학 점의 관절 주변의 뼈 랜드 마크에 활성 LED 센서를 부착 : 집게 손가락, 요골과 척골 경상 돌기 프로세스의 말단 지골을 손목에 어깨, 흉쇄 노치, 칼 모양의 프로세스 및 C7의 극돌기의 팔꿈치, 오구 견봉과 프로세스에서 주두 과정. 가상 환경에서 뷰 포인트를 설정하는 가상 현실 헤드셋 LED 서로를 연결합니다. </li><li> 무선 드라이버 유닛에 부착 된 와이어 링 하니스에 각 LED를 연결합니다. 드라이버의 취소를 켭니다모든 LED의 적절한 조명을 보장하고. </li><li> 멀리 대상에서 편리한 위치에 LED 동기화를 배치하지만, 카메라의 밝은 전망 이내. </li></ol></li><li> 경 두개 자기 자극 정위 ​​현지화 <ol><li> 정확한 코일 배치 할 수 있도록, TMS 등록 (12)을 위해 설계된 하드웨어와 소프트웨어를 보정합니다. 이것은 일반적으로 nasion, preauricular 점, 그리고 코 끝과 같이 해부학 적으로 공동 등록 TMS 코일을 포함한다. 참가자 및 자극 코일 사이의 정위 등록 일관된 자극 현지화에 필수적인 것입니다. </li></ol></li><li> MEP 핫 스폿 현지화 및 MEP 임계 값 Pprocedures <ol><li> 자극 8,13,14시 가장 낮은 임계 값과 가장 큰 진폭 유럽 의회 의원을 생산 피질의 TMS에 민감한 지역의 위치를 이른바 &quot;핫 스폿&quot;기술을 수행합니다. 일반적으로 모터 시스템을 연구하기위한 경 두개 자기 자극특정 신체 부위의 움직임을 제어하는 대뇌 피질의 영역 (예를 들어 팔과 손) (15)을 자극 포함한다. </li><li> 교정 정위 등록 장비 및 관련 소프트웨어와 참가자의 두피에 어떤 이상적인 자극 사이트의 위치를​​ 기록합니다. 각각의 위치가 소프트웨어에 기록 된 후, 비슷한 MEP 응답을 찾고, 그 자리를 재배치하고 다시 자극하여 그 정확성을 보장합니다. </li></ol></li><li> 가상 현실에서 행동 작업 <ol><li> 실험에 사용되는 행동 태스크 (예 도달 움직임)의 설계 파라미터. 현재 연구에서, 태스크가 상이한 공간 위치에 순차적으로 배치 된 가상 타겟에 도달하는 것이다. 타겟의 사이즈는 참가자들이 이동되는 정확도를 정의한다. 참가자가 목표 도달으로 다양한 방향과 관절 토크의 크기가 유발되도록 움직임을 디자인합니다. </li><li> 설치 가이드 VR 환경을제조사의 프로토콜에 따른 헤드셋 및 모션 추적 시스템과 호환 VR 상용 소프트웨어를 사용하여 작업을 통해 행동 주체. 소프트웨어 패키지의 필요한 전산 자원과 프로그래밍 언어 요구 사항에 익숙해집니다. 일반 VR 소프트웨어 패키지 파이썬, C ++, C # 및 기타 언어를 포함하여 프로그램 할 수있는 기능을 가지고있다. 또한, 프로그램 아날로그 동기화를위한 병렬 포트를 통해 출력과 관심의 특정 이벤트의 표시 (그림 2). 현재 실험에서, VR 소프트웨어 태스크의 각 반복의 시작에서 소망 TMS 자극의 시간에 이벤트를 출력한다. </li><li> 동기화 회로 (그림 3) 및 / 또는 일치하는 커넥터와 케이블을 사용하여 동기화 할 수있는 다른 기기에 VR 출력을 연결합니다. </li><li> VR 행동 작업을 수행하기 위해 주제를 지시한다. 현재 연구에서, VR 환경이었다참가자가 구형 대상의 배열을 볼 수있는 헤드 마운트 디스플레이를 사용하여 발표했다. VR 소프트웨어를 사용하여, 프로그램의 특정 운동 (색 등, 위치) 대상의 모양을 변경하여 시퀀스 및 이러한 작업 참가자 익숙해. 또한 기타 원하는 이동 제약의 참가자를 알려줍니다. 예를 들어, 현재 연구 참여자 목표에 도달하는 동안 이동의 수직면 내의 모든 아암 세그먼트를 유지했다. </li><li> 참가자들은 실험 움직임, 기록 EMG와 모션 캡쳐 데이터에 익숙하고, 사용자 정의 스크립트 또는 공급 업체가 제공하는 소프트웨어 패키지를 사용하여 신호를 동기화되면. 원하는 값으로 각각의 데이터 수집 시스템의 샘플링 속도를 조정; 또한 익숙해지고 모션 추적 같은 제조업체 특정 매개 변수가 강도를 LED 조정합니다. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Dounskaia, N., Wang, W., Sainburg, R. L., Przybyla, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preferred+directions+of+arm+movements+are+independent+of+visual+perception+of+spatial+directions.">Preferred directions of arm movements are independent of visual perception of spatial directions.</a> Exp. brain Res. 232 (2), 575-586 (2014).</li><li>McIntosh, R. D., Mulroue, A., Brockmole, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+automatic+is+the+hand&#8217;s+automatic+pilot?+Evidence+from+dual-task+studies.">How automatic is the hand&#8217;s automatic pilot? Evidence from dual-task studies.</a> Exp brain Res. 206 (3), 257-269 (2010).</li><li>Shabbott, B. A., Sainburg, R. 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The authors have no conflicts of interest to declare.

이 문서의 목적은 인간의 움직임에 대한 연구와 다양한 데이터 스트림을 동기화하기위한 방법에 VR을 통합하는 방법을 설명하는 것이다. 가상 현실은 실험실 환경에서 실제 이동 시나리오를 다시 시도 연구원의 기능을 확장합니다. 다른 신경 근육 기록 및 자극 방법과 결합 VR 종합적으로 인간의 모터 제어 메커니즘을 연구하기위한 도구의 강력한 제품군을 형성한다. 꼼꼼하게 설계 실험 중 얻은 ...

가상 현실 (VR)이 빠르게 동작 인간 연구를 포함한 다수의 분야에서 사용하기위한 액세스 연구 도구가되고있다. 상지 운동의 연구는 특히 VR을 혼입함으로써 유익된다. 가상 현실은 팔의 움직임 컨트롤의 특정 운동 학적 및 동적 기능을 조사하기위한 실험 매개 변수의 빠른 사용자 정의를 허용합니다. 이러한 매개 변수는 개별적으로 각각의 피사체에 대해 조정될 수있다. 예를 들어, 가상 목표물의 위치는 대상에서 동일 초기 암 상태를 확인하기 위해 확장 할 수 있습니다. 5 - 가상 현실은 visuomotor 연구 1에 매우 중요한 도구입니다 실험을하는 동안 시각적 피드백의 조작을 할 수 있습니다. 다른 생체 역학 도구를 사용하여 사실적인 가상 현실 환경에서의 사용은 움직임 패턴을 테스트하여 자연 운동 시나리오를 허용합니다. 이러한 형태는 점점 중요한 있다는연구와 질병과 상해 6,7 후 재활 연습. 임상 환경에서 (가상 부엌에서 동작을 수행하는 등) 모방 움직임과 자연 환경은보다 정확하게 실세계 상황에서 개인의 장애를 설명하는 재활 전문가를 가능하게 할 것이다. 고도로 개인화 손상 설명 잠재적 효능을 증가시키고 회복 기간을 줄일 더 집중 치료 전략을 허용한다. 이러한 경 두개 자기 자극 (TMS), 표면 근전도 (EMG), 및 전신 모션 캡처와 같은 다른 도구를 사용하여 가상 현실을 결합, 인간 운동의 신경 근육 제어를 연구하기위한 매우 강력하고 유연한 플랫폼을 만듭니다. 경 두개 자기 자극을 통해 EMG의 응 답 (예 피질 관) 모터 경로 내림차순의 흥분성 기능적 완전성을 측정하는 강력한 비 침습적 방법같은 모터와 같은 ES는 전위 (유럽 의회 의원) (8)을 유발. 현대 입체 모션 캡쳐 시스템은 결과 운동 기구학 및 동역학과 함께 신경 근육 활동을 연구하는 연구자 수 있습니다. 이는 근골격계 매우 상세한 모델의 생성뿐만 아니라 신경 컨트롤러의 구조 및 기능에 관한 가설 테스트를 허용한다. 이 연구는 인간의 감각 시스템의 우리의 과학적 지식을 확장하여 근골격계 및 신경 질환의 치료에 개선으로 이어질 것입니다. 그러나, 다기능 시스템과 하나의 큰 문제는 별도로 기록 된 데이터 스트림 (예를 들어, 모션 캡처, EMG, 등)의 동기화이다. 이 프로토콜의 목적은 이동 중에 동시에 역학적 생리적 측정치를 기록 할 공통의​​ 시판 시스템의 일반화 구성을 설명하기위한 것이다. 로부터 장비를 사용하여 다른 연구자다른 제조업체는 특정 요구에 맞게이 프로토콜의 요소를 변경해야 할 수도 있습니다. 그러나,이 프로토콜의 일반 원칙은 여전히​​ 적용해야한다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Transcranial magnetic stimulator</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>N/A</td>
			<td>TMS stimulator and coils</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impulse X2</td>
			<td>PhaseSpace</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Motion capture system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MA300 Advanced Multi-Channel EMG System</td>
			<td>Motion Lab Systems</td>
			<td>MA300-28</td>
			<td>EMG pre-amplifier and amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norotrode EMG electrodes</td>
			<td>Myotronics</td>
			<td>N/A</td>
			<td>EMG electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC-2111 Single-Ended, Shielded BNC Connector Block</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779347-01</td>
			<td>BNC Connector Block</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI PXI-1033 
			5-Slot PXI Chassis with Integrated MXI-Express Controller</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779757-01</td>
			<td>DAQ chassis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI PXI-6254 
			16-Bit, 1 MS/s (Multichannel), 1.25 MS/s (1-Channel), 32 Analog Inputs</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779118-01</td>
			<td>DAQ card</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SHC68-68-EPM Cable (2m)</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>192061-02</td>
			<td>Shielded cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DK1 or DK2</td>
			<td>Oculus VR</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Ocuclus Rift headset</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vizard 5 Lite</td>
			<td>WorldViz</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Virtual reality software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C1 and C2 capacitors</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Adjust values to suit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R1 and R2 resistors</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Adjust values to suit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CD4011 NAND gate</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>NAND gate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2N2222 transistor</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Transistor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NE555 timer circuit</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Timer circuit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DB25 and USB connectors</td>
			<td>varied</td>
			<td>N/A</td>
			<td>parallel and USB connectors</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multifunctional setup for studying human motor control using transcranial magnetic stimulation, electromyography, motion capture, and virtual reality

인간의 운동 신경 근육 조절의 연구는 다양한 기술을 수행 할 수 있습니다. 신경 근육 기능을 조사하는 비 침습적 방법은 경 두개 자기 자극, 근전도, 3 차원 모션 캡처를 포함한다. 용이하게 이용 가능하고 비용 효율적인 가상 현실 솔루션의 출현은 실험실 설정에서 &quot;실제&quot;환경과의 움직임을 재현 연구자의 능력을 확대하고있다. 자연주의 운동 분석은 건강한 사람들의 모터 제어의 더 큰 이해를 가너뿐만 아니라 실험과 특정 모터 장애 (예 : 뇌졸중)을 대상으로 재활 전략의 디자인을 허용 할뿐만 아닙니다. 이러한 도구의 병용은 모터 제어의 신경 메커니즘을 점점 더 깊은 이해로 이어질 것입니다. 이러한 데이터 수집 시스템을 조합 한 핵심 요구 사항은 다양한 데이터 스트림들 사이의 시간적 대응하여 미세하다. 티그의 프로토콜은 다기능 시스템의 전반적인 연결, 시스템 간 신호 및 기록 된 데이터의 시간 동기화를 설명합니다. 구성 요소 시스템의 동기화는 기본적으로 쉽게 선반 구성 요소와 최소한의 전자 조립 기술 오프로 만든 사용자 정의 회로를 사용하여 수행됩니다.

이 설정에서 수많은 데이터 스트림의 동기화는 하나가 상지의 운동 과정에서 발생하는 운동, 지속적인 근육 활동 (EMG), 그리고 순간 신경 근육 활동 (유럽 의회 의원)를 기록 할 수 있습니다. 주어진 운동의 반복 실험은 전체 움직임 위에 MEP 응답 정보를 재구성해야한다. 하나에서 수집 4 표시 데이터도 대상.도 4a는 대응하는 동기화 신호 및 이벤트와 단일 시험 중에 이러?...

Watch this Scientific Journal Video about Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality at JoVE.

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

경 두개 자기 자극, 근전도, 모션 캡쳐, 가상 현실을 이용하여 인간의 모터 제어 유학을위한 다기능 설치

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

multifunctional-setup-for-studying-human-motor-control-using

Research

JoVE Journal

Behavior

10.8K 조회수.  West Virginia University. Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

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Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. Researchers have used single-pulse and repetitive TMS to stimulate the lip representation in the motor cortex. The excitability of the lip motor representation can be investigated by applying single TMS pulses over this cortical area and recording TMS-induced motor evoked potentials (MEPs) via electrodes attached to the lip muscles (electromyography; EMG). Larger MEPs reflect increased cortical excitability. Studies have shown that excitability increases during listening to speech as well as during&#160;viewing speech-related movements. TMS can be used also to disrupt the lip motor representation. A 15-min train of low-frequency sub-threshold repetitive stimulation has been shown to suppress motor excitability for a further 15-20 min. This TMS-induced disruption of the motor lip representation impairs subsequent performance in demanding speech perception tasks and modulates auditory-cortex responses to speech sounds. These findings are consistent with the suggestion that the motor cortex contributes to speech perception. This article describes how to localize the lip representation in the motor cortex and how to define the appropriate stimulation intensity for carrying out both single-pulse and repetitive TMS experiments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception.&#160; This article describes how to record motor evoked potentials (MEPs) from the lip muscles and how to disrupt the motor lip representation using repetitive TMS.

경 두개 자기 자극 립 운동 피질을 자극

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

연구

행동분석학

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp to manipulate cortical excitability and, consequently, behavior and brain function. In the last decade, numerous studies have addressed short-term and long-term effects of tDCS on different measures of behavioral performance during motor and cognitive tasks, both in healthy individuals and in a number of different patient populations. So far, however, little is known about the neural underpinnings of tDCS-action in humans with regard to large-scale brain networks. This issue can be addressed by combining tDCS with functional brain imaging techniques like functional magnetic resonance imaging (fMRI) or electroencephalography (EEG).
In particular, fMRI is the most widely used brain imaging technique to investigate the neural mechanisms underlying cognition and motor functions. Application of tDCS during fMRI allows analysis of the neural mechanisms underlying behavioral tDCS effects with high spatial resolution across the entire brain. Recent studies using this technique identified stimulation induced changes in task-related functional brain activity at the stimulation site&#160;and also in more distant brain regions, which were associated with behavioral improvement. In addition, tDCS administered during resting-state fMRI allowed identification of widespread changes in whole brain functional connectivity.
Future studies using this combined protocol should yield new insights into the mechanisms of tDCS action in health and disease and new options for more targeted application of tDCS in research and clinical settings. The present manuscript describes this novel technique in a step-by-step fashion, with a focus on technical aspects of tDCS administered during fMRI.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique. It has successfully been used in basic research and clinical settings to modulate brain function in humans. This article describes the implementation of tDCS and simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI), to investigate the neural basis of tDCS effects.

경 두개 직류 자극과 동시에 기능성 자기 공명 영상

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily disrupt information processing in a brain region, generating a short-lived &#8220;virtual lesion.&#8221; Stimulation that interferes with task performance indicates that the affected brain region is necessary to perform the task normally. In other words, unlike neuroimaging methods such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) that indicate correlations between brain and behavior, TMS can be used to demonstrate causal brain-behavior relations. Furthermore, by varying the duration and onset of the virtual lesion, TMS can also reveal the time course of normal processing. As a result, TMS has become an important tool in cognitive neuroscience. Advantages of the technique over lesion-deficit studies include better spatial-temporal precision of the disruption effect, the ability to use participants as their own control subjects, and the accessibility of participants. Limitations include concurrent auditory and somatosensory stimulation that may influence task performance, limited access to structures more than a few centimeters from the surface of the scalp, and the relatively large space of free parameters that need to be optimized in order for the experiment to work. Experimental designs that give careful consideration to appropriate control conditions help to address these concerns. This article illustrates these issues with TMS results that investigate the spatial and temporal contributions of the left supramarginal gyrus (SMG) to reading.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a technique for non-invasively disrupting neural information processing and measuring its effect on behavior. When TMS interferes with a task, it indicates that the stimulated brain region is necessary for normal task performance, allowing one to systematically relate brain regions to cognitive functions.

원인이되는 뇌 - 행동의 관계와 자신의 시간 과정을 조사하기위한 경 두개 자기 자극

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential therapeutic effects. Brain excitability is non-invasively modulated by rTMS, and rTMS to the language areas has proved its potential effects on treatment of aphasia. In our protocol, we aim to artificially induce virtual aphasia in healthy subjects by inhibiting Brodmann area 44 and 45 using neuronavigational TMS (nTMS), and F3 of the International 10-20 EEG system for conventional TMS (cTMS). To measure the degree of aphasia, changes in reaction time to a picture naming task pre- and post-stimulation are measured and compare the delay in reaction time between nTMS and cTMS. Accuracy of the two TMS stimulation methods is compared by averaging the Talairach coordinates of the target and the actual stimulation. Consistency of stimulation is demonstrated by the error range from the target. The purpose of this study is to demonstrate use of nTMS and to describe the benefits and limitations of the nTMS compared to those of cTMS.

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

실어증에 대한 Neuronavigation 유도 반복 경 두개 자기 자극

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Substantiating Appropriate Motion Capture Techniques for the Assessment of Nordic Walking Gait and Posture in Older Adults

Nordic walking (NW) has become a safe and simple form of exercise in recent years, and in studying this gait pattern, various data collection techniques have been employed, each with positives and negatives. The aim was to determine the effect of NW on older adult gait and posture and to determine optimal use of different data collection systems in both short and long duration analysis. Gait and posture during NW and normal walking were assessed in 17 healthy older adults (age: 69 &#177; 7.3). Participants performed two trials of 6 Minute Walk Tests (6MWT) (1 with poles (WP) and 1 without poles (NP)) and 6 trials of a 5m walk (3 WP and 3 NP). Motion was recorded using two systems, a 6-sensor accelerometry system and an 8-camera 3-dimensional motion capture system, in order to quantify spatial-temporal, kinematic, and kinetic parameters.
With both systems, participants demonstrated increased stride length and double support and decreased gait speed and cadence WP compared to NP (p &#60;0.05). Also, with motion capture, larger single support time was found WP (p &#60;0.05). With 3-D capture, smaller hip power generation and moments of force were found at heel contact and pre-swing as well as smaller knee power absorption at heel contact, pre-swing, and terminal swing WP compared to NP, when assessed over one cycle (p &#60;0.05). Also, WP yielded smaller moments of force at heel contact and terminal swing along with larger moments at mid-stance of a gait cycle (p &#60;0.05). No changes were found for posture.
NW seems appropriate for promoting a normal gait pattern in older adults. Three-dimensional motion capture should primarily be used during short duration gait analysis (i.e. single gait cycle), while accelerometry systems should be primarily employed in instances requiring longer duration analysis such as during the 6MWT.

The aim was to substantiate optimal use of data collection techniques for Nordic walking gait and posture analysis. Three-dimensional motion capture should be used during short duration analysis (i.e. single gait cycle), while accelerometry should be employed for longer duration analysis (i.e. repeated cycles) like a 6 Minute Walk Test.

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Nordic walking (NW) has become a safe and simple form of exercise in recent years, and in studying this gait pattern, various data collection techniques ...

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs frequency-specific stimulation of the human brain through current applied to the scalp with surface electrodes. Most current knowledge of the technique is based on behavioral studies; thus, combining the method with brain imaging holds potential to better understand the mechanisms of tACS. Because of electrical and susceptibility artifacts, combining tACS with brain imaging can be challenging, however, one brain imaging technique that is well suited to be applied simultaneously with tACS is functional magnetic resonance imaging (fMRI). In our lab, we have successfully combined tACS with simultaneous fMRI measurements to show that tACS effects are state, current, and frequency dependent, and that modulation of brain activity is not limited to the area directly below the electrodes. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with visual task fMRI studies, which can lend to understanding oscillatory brain function as well as the effects of tACS on the brain.

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations, though its effects are not completely understood. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with functional magnetic resonance imaging, which can increase understanding oscillatory brain function and effects of tACS.

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by observation or passive movement of trainee&#39;s hands by a robotic device). This obviously presents a major challenge in the rehabilitation of a paretic limb since voluntary control of physical movement is limited. Here, we describe a novel training scheme we have developed that has the potential to circumvent this major challenge. We exploited the voluntary control of one hand and provided real-time movement-based manipulated sensory feedback as if the other hand is moving. Visual manipulation through virtual reality (VR) was combined with a device that yokes left-hand fingers to passively follow right-hand voluntary finger movements. In healthy subjects, we demonstrate enhanced within-session performance gains of a limb in the absence of voluntary physical training. Results in healthy subjects suggest that training with the unique VR setup might also be beneficial for patients with upper limb hemiparesis by exploiting the voluntary control of their healthy hand to improve rehabilitation of their affected hand.

We describe a novel virtual-reality based setup which exploits voluntary control of one hand to improve motor-skill performance in the other (non-trained) hand. This is achieved by providing real-time movement-based sensory feedback as if the non-trained hand is moving. This new approach may be used to enhance rehabilitation of patients with unilateral hemiparesis.

가상 현실을 사용 하 여 다른 한 손으로에서 모터 기술 지식을 전송 하

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Measuring the Kinematics of Daily Living Movements with Motion Capture Systems in Virtual Reality

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based assessments of IADL are easy to use but prone to subjective bias. Here, we describe a novel virtual reality (VR) test to assess two complex IADL tasks: handling financial transactions and using public transportation. While a participant performs the tasks in a VR setting, a motion capture system traces the position and orientation of the dominant hand and head in a three-dimensional Cartesian coordinate system. Kinematic raw data are collected and converted into &#39;kinematic performance measures,&#39; i.e., motion trajectory, moving distance, and time to completion. Motion trajectory is the path of a particular body part (e.g., dominant hand or head) in space. Moving distance refers to the total distance of the trajectory, and time to completion is how long it took to complete an IADL task. These kinematic measures could discriminate patients with cognitive impairment from healthy controls. The development of this kinematic measuring protocol allows detection of early IADL-related cognitive impairments.

We designed a virtual reality test to assess instrumental activities of daily living (IADL) with a motion capture system. We propose a detailed kinematic analysis to interpret the participant&#39;s various movements, including trajectory, moving distance, and time to completion to evaluate IADL capabilities.

가상 현실에서의 일상 생활 움직임 모션 캡처 시스템의 기구학을 측정

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based ...

A Networked Desktop Virtual Reality Setup for Decision Science and Navigation Experiments with Multiple Participants

Investigating the interactions among multiple participants is a challenge for researchers from various disciplines, including the decision sciences and spatial cognition. With a local area network and dedicated software platform, experimenters can efficiently monitor the behavior of the participants that are simultaneously immersed in a desktop virtual environment and digitalize the collected data. These capabilities allow for experimental designs in spatial cognition and navigation research that would be difficult (if not impossible) to conduct in the real world. Possible experimental variations include stress during an evacuation, cooperative and competitive search tasks, and other contextual factors that may influence emergent crowd behavior. However, such a laboratory requires maintenance and strict protocols for data collection in a controlled setting. While the external validity of laboratory studies with human participants is sometimes questioned, a number of recent papers suggest that the correspondence between real and virtual environments may be sufficient for studying social behavior in terms of trajectories, hesitations, and spatial decisions. In this article, we describe a method for conducting experiments on decision-making and navigation with up to 36 participants in a networked desktop virtual reality setup (i.e., the Decision Science Laboratory or DeSciL). This experiment protocol can be adapted and applied by other researchers in order to set up a networked desktop virtual reality laboratory.

This paper describes a method for conducting multi-user experiments on decision-making and navigation using a networked computer laboratory.

여러 참가자와 탐색 실험 결정 과학에 대 한 네트워크로 연결 된 데스크톱 가상 현실 설정

Investigating the interactions among multiple participants is a challenge for researchers from various disciplines, including the decision sciences and ...

Virtual Reality Experiments with Physiological Measures

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and laboratory experiments, respectively. VR is especially useful for geographic visualizations and investigations of spatial behavior. In spatial behavior research, VR provides a platform for studying the relationship between navigation and physiological measures (e.g., skin conductance, heart rate, blood pressure). Specifically, physiological measures allow researchers to address novel questions and constrain previous theories of spatial abilities, strategies, and performance. For example, individual differences in navigation performance may be explained by the extent to which changes in arousal mediate the effects of task difficulty. However, the complexities in the design and implementation of VR experiments can distract experimenters from their primary research goals and introduce irregularities in data collection and analysis. To address these challenges, the Experiments in Virtual Environments (EVE) framework includes standardized modules such as participant training with the control interface, data collection using questionnaires, the synchronization of physiological measurements, and data storage. EVE also provides the necessary infrastructure for data management, visualization, and evaluation. The present paper describes a protocol that employs the EVE framework to conduct navigation experiments in VR with physiological sensors. The protocol lists the steps necessary for recruiting participants, attaching the physiological sensors, administering the experiment using EVE, and assessing the collected data with EVE evaluation tools. Overall, this protocol will facilitate future research by streamlining the design and implementation of VR experiments with physiological sensors.

Virtual reality (VR) experiments can be difficult to implement and require meticulous planning. This protocol describes a method for the design and implementation of VR experiments that collect physiological data from human participants. The Experiments in Virtual Environments (EVE) framework is employed to accelerate this process.