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

다음 프로토콜은 네덜란드 Bloorview 어린이 재활 병원에서 연구 윤리위원회에 의해 승인되었다. 1. 모터 교정 <ol><li> USB 포트를 사용하여 컴퓨터에 마이크로 컨트롤러 보드를 연결한다. </li><li> 원래 마이크로 컨트롤러 소프트웨어를 사용하여 원 오른쪽 화살표로 표시 &#39;업로드&#39;아이콘을 클릭하여 USB 연결을 사용하여 보드에 사용자 지정 스크립트, &quot;Motor_and_AccelerometerTest.ino&quot;를 업로드 할 수 있습니다. <ol><li> 진동 레벨은 &quot;analogWrite&quot;명령을 사용하여 오프 위치에 모터를 넣어 0으로 설정되어 있는지 확인합니다. 이 코드는 &quot;analogWrite (vibe1,0를);&quot;읽어야합니다. </li><li> 마이크로 코드에서 &quot;vibe1&quot;변수를 초기화하여 관심 모터에 대응 (PWM) 출력 핀 변조 된 펄스 폭을 지정. 주 : PWM 신호는 마이크로 컴퓨터에 의해 생성되는 디지털 신호로부터 근사 아날로그 출력을 생성한다. 핀은 labele있다수치 물리적 마이크로 컨트롤러 보드에 d를. 모터 출력 PWM 핀 &#39;3&#39;에 연결되어있는 경우, 예를 들어, 그 확인 &quot;INT vibe1 = 3;&quot; 코드에 지정되어 있습니다. </li></ol></li><li> 마이크로 컨트롤러 보드의 아날로그 입력 포트 중 하나에 3 축 가속도 센서의 Z 축 출력을 연결하고, 양극을 연결하고 접지는 각각 마이크로 컴퓨터 기판의 상기 5V의 가속도계와 접지 (GND) 포트로부터 리드. </li><li> 도 2에 도시 된 바와 같이, 그 Z 축 모터의 평탄면에 직교하는 것을 보장하는 진동 모터에 가속도 센서를 장착하고 딱딱한 표면에 모터를 배치했다. </li><li> 데이터 수집 소프트웨어의 &quot;Motor_Calibration.vi&quot;파일을 엽니와 USB 포트를 통해 컴퓨터에 마이크로 컨트롤러를 연결합니다. </li><li> 제공된 필드를 사용하여, 드롭 다운 메뉴뿐만 아니라, 샘플링 레이트 및 NUM을 사용하여 마이크로 입력 시리얼 포트를 지정샘플의 BER 수집합니다. 이들 실험은 가속도 데이터의 에일리어싱을 방지하기 위해, 500 Hz의 샘플링 레이트가 표준이며, 1000 샘플은 일반적으로 기록되어 있습니다. </li><li> 은 &quot;Motor_and_Accelerometer.ino&quot;코드를 사용하여 상기 진동 모터로 공급되는 PWM 펄스의 원하는 듀티 사이클을 지정 다시 &quot;analogWrite&quot;명령을 사용하여 모터를 제어하는​​ 마이크로 컨트롤러 보드 프로그램을 다시 다운로드 (단계 1.1 참조 ). 예를 들어, 100 펄스의 개수를 설정하기 위해 코드를 판독한다 &quot;analogWrite (vibe1,100)&quot;. 표 1 PWM 값과 해당 듀티 사이클. </li><li> 은 &quot;MotorCalibration.vi&quot;인터페이스에서 고속 푸리에 변환 (FFT) 디스플레이를 사용하여, 최대 피크를 식별하고 (수평축)에서 해당 진동 주파수 값을 기록한다. </li><li> 반복은 각각의 PWM 주파수 파이 녹화, 원하는 주파수에 도달 할 때까지 PWM 레벨을 조정하는 단계 1.7-1.8아르 자형. 100 Hz의 주파수를 대상으로하는 경우 최대 피크가 수평축에 100 Hz의 마크상에서 발생할 때까지 예를 들어, 1.7-1.8 단계를 수행. 주 :이 프로토콜에서 사용되는 진동 모터의 진동 타겟팅 더 5,10,13 문헌에 기재된 피부에 기계적 수용기의 응답 주파수와 일치하도록 60-400 Hz의 범위에 놓여 야. </li><li> 반복 수동으로 스프레드 시트 또는 연필과 종이 각 모터의 PWM 주파수 관계를 기록, 1.2.2 각각의 모터 1.8에 단계. </li><li> 은 &quot;Experiment_1.vi&quot;파일을 엽니 다. 각 모터의 경우, 드롭 다운 주파수 메뉴를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 &quot;속성&quot;을 선택합니다. &quot;편집 항목&quot;탭에서, 단계 1.8-1.9에서 결정된 원하는 주파수와 대응하는 PWM 수준을 입력 테이블을 사용합니다. 종료하려면 &quot;OK&quot;를 선택합니다. </li><li> 시스템 설계 소프트웨어의 각 가상 인터페이스 (VI) 파일에 대한 단계를 반복 1.11가 테스트 중에 사용되는 (예를 들어, &quot;Experiment_2.vi &quot;,&quot;Experiment_3.vi &quot;등). </li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig2.jpg" /> 가속도계는 자동차에 장착 된도 2는. 트라이 축 가속도계 (녹색) 교정을위한 모터의 평탄면과의 Z 축과 직교하는 코인 모터에 장착된다. 각각의 모터가 서로 다른 듀티 사이클을 사용하여 활성화하고, 대응하는 진동 주파수는 가속도 센서에 의해 기록되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2. 모터를 배치 <ol><li> 모든 모터가 (섹션 2) 교정되고 나면, 허벅지로 마운트합니다. <ol><li> 이 논문에서 설명 된 결과를 달성하기 위해, 대략 중간 될 전방, 후방, 내측 및 허벅지의 측면 각각에 하나의 모터를 배치큰 대 전자 및 측면 대퇴 외과 (이상 무릎 절단 장애인을위한 사지의 말단부를) 트위닝. 주 : 각 모터의 위치는 특정 관심 연구 문제 지역에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면 피부의 기계적 수용기의 유형 및 공간적 분포와 같은 해부학 적 생리 학적 요인에 의해 영향을받을 수있다. </li></ol></li><li> 양면 테이프를 사용하여 피부에 직접 부착 모터. 주 : 각 모터의 주위 영역을 면도하는 것은 필요하지 않지만 그 피부에의 밀착성 (도 3)을 향상시킬 수있다. 의류, 인공 라이너, 또는 사용자의 인식에 다른 물질의 영향이 관심있는 응용 프로그램의 경우, 오히려 피부에보다, 상기 재료의 상단에 모터를 배치합니다. </li></ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig3.jpg" /> 실험 그림 3. 테스트 플랫폼. 사용자 정의 테스트 플랫폼은 집 t에 지어진그는 보드 마이크로 컨트롤러 및 버튼을 누릅니다. 자동차는 (그림 참조) 피부에 직접 부착, 또는 모터와 피부 사이에 인공 라이너. 수있는 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 3. 실험 1 : 자극 및 녹음 반응 시간 적용 <ol><li> 와 &quot;Motor_and_Accelerometer_Test.ino&quot;를 대체 컨트롤러의 동반 소프트웨어 패키지와 함께 &quot;LVIFA_Base.pde&quot;파일을 열 및 단계 1.1을 반복하여 데이터 수집 소프트웨어를 통해 보드의 제어를 가능하게하는 펌웨어와 마이크로 컨트롤러 보드, 플래시 재은 &quot; LVIFA_Base.pde &quot;스크립트. </li><li> 직렬 - USB 커넥터를 이용하여 컴퓨터의 USB 포트에 직접 푸시 버튼을 연결한다. 필요한 모든 드라이버가 설치되어 있는지 확인합니다. </li><li> 은 &quot;Experiment_1.vi&quot;인터페이스를 엽니 다. </li><li> 시리얼을 지정합니다각각 &quot;모터 입력&quot;및 &quot;녹색 단추&quot;로 표시된 드롭 다운 메뉴에서 해당 직렬 포트 식별 번호를 선택하여 모터에 연결된 마이크로 컨트롤러 보드 포트 및 푸시 버튼. 컴퓨터의 운영 체제 장치 관리자 유틸리티를 사용하여 직렬 포트 식별 번호를 식별한다. </li><li> 결과를 기록하고 프로그램을 시작하는 파일을 선택합니다. </li><li> 선택 모터와 주파수는 &quot;Experiment_1.vi&quot;인터페이스의 각 모터의 드롭 다운 메뉴에서 선택하여 활성화합니다. 참가자 프레스에게 진동을 느낄 때 피드백이 적용되는 다리와 푸시 버튼이 있습니다. 버튼이 눌러 진 후, 클록 카운트를 중지했음을 주목하여 데이터 수집 소프트웨어 인터페이스의 응답을 확인하고, 드롭 다운 메뉴에서 주파수의 새로운 세트를 선택하여, 다음 시험을위한 모터를 리셋. </li><li> 실험이 종결되면 DR을 사용opdown 메뉴 영점 모든 모터 주파수 돌아가 모터 제어 보드와의 연결을 종료하기 위해 &quot;정지 프로그램&quot;버튼을 선택한다. </li></ol> 4. 실험 2 : 자극을 구별 주 :이 실험은 단일 모터 또는 복수의 모터를 사용할 수있는 실험 (1)로부터 완전히 독립적으로 수행 될 수있다. 모터의 특정 위치는 응용 프로그램 및 연구 질문에 따라 달라질 수 있습니다. <ol><li> 직렬 USB 커넥터를 사용하여 다른 USB 포트에 두 번째 누름 단추를 연결합니다. </li><li> 은 &quot;Experiment_2.vi&quot;데이터 수집 인터페이스를 엽니 다. </li><li> 특정 연구 응용 프로그램에 필요한 위치 및 구성에 모터를 배치합니다. 예를 들어, 전방, 후방, 측면 각각에, 중간에 큰 대 전자 및 측면 대퇴 외과 (또는 절단 수술을위한 사지의 말단부) 사이, 허벅지에 하나의 모터를 배치하고, 허벅지의 안쪽 표면은 전자에레그 (10, 11)의이 부분들 각각의 주파수 감도 xamine. </li><li> 마이크로 컨트롤러 보드 및 스텝 34과 동일한 방법을 사용하여 두 푸시 버튼의 시리얼 포트를 지정한다. 각 포트에 할당 된 푸시 버튼에 유의해야합니다. </li><li> 활성화 될 특정 모터와 소프트웨어 인터페이스에서 &quot;모터&quot;아이콘을 클릭하여 원하는 주파수의 순서를 선택한다. 예를 들어, 세 개의 주파수가 테스트되고 가정 등 140 Hz에서 180 Hz에서, 220 Hz에서있다. 일련의 테스트는 140 Hz에서 다음 (1) 180 Hz에서 140 Hz로 하였다 (2) 220 ㎐, 220 Hz에서 다음 (3) 180 Hz에서 수 있습니다. </li><li> 입력 지연 시간과 자극 기간을 시작합니다. 1.5 초 지연 자극 시간 모두를위한 전형이다. </li><li> 프로그램을 시작합니다. 주의 : 단계 4.6에 규정 된 지연이 프로그램은 단계 45에서 선택된 한 쌍의 주파수의 순서로 모터 (들)를 활성화 애프터. 예를 들어, 180 Hz에서 220 Hz로 대 였다면 SE단계 4.5 택된, 해당 모터는 처음으로 220 Hz로 전환하기 전에 지정된 기간 동안 180 Hz에서 진동합니다. </li><li> 두 번째 인식 주파수가 처음보다 높거나 낮은 여부를 선택할 수있는 두 개의 푸시 버튼의 참가자를 눌러 하나가 있습니다. 반응은 자동 프로그램에 의해 기록 될 것이다. </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.

이 프로토콜의 목적은 진동 촉각 ASF 애플리케이션에서 자극 파라미터를 평가하기위한 프레임 워크를 제공하는 것이다. 구체적으로는, 사용자 응답에 대한 감각의 진동 주파수, 진폭, 위치 및 서열의 영향을 검사한다. 이 프레임 워크에 내장보다 임상 적으로, 이러한 접합 벤딩 또는 다른 한쪽 다리 중량 시프트 같을 수도 사용자 응답의 추가적인 또는 대안적인 형태를 포함하도록 확장 될 수있다....

인공 감각 피드백 (ASF)은 종종 손상된 감수 또는 다른 감각기구 보상 개인 실시간 생물학적 정보를 제공하는 사례로 정의 될 수있다. 개인 번 자율 신경계 (4)의 비자발적 반응이었다 물리적 프로세스를 제어 할 수 있도록, 3 - ASF 긴 신체 기능과 움직임 하나의 양태의 회수에 도움이 부상이나 장애인 재활의 영역에 이용되고있다. ASF, 생체 역학 바이오 피드백의 하위 범주는 운동의 균형 또는 보행에 관한 매개 변수를 측정하고,인가 된 자극의 일종을 통해 개인이 정보를 전달하는 외부 센서를 사용합니다. 생체 역학적 피드백에 점점 인기있는 방법은 공간과 시간적인 피드백을 제공하기 위해 신체의 다른 부분에 배치 작은 진동 모터, 또는 tactors를 사용한다. 이전 문헌 페이지를 보여왔다낮은 사지 절단, 전정 장애를 가진 개인에게 응용 프로그램에서 진동 촉각 피드백의 사용을 지원하는 결과를 romising 및 노화 관련 균형 (5)의 손실 - 9. 특정 자극에 개인의 인식과 반응을 제어하는​​ 메커니즘에 대한 철저한 이해는 다른 응용 프로그램에 대한 ASF 시스템의 효과적인 이행을 알리는 필요합니다. 촉각 피드백, 이러한 메커니즘 중 최고는 감수하고 감각 반응 특별히 적용된 진동 사용자 감도 및 원하는 반응을 수행하는 데 필요한 시간이다. 진동 자극을 통해 연통 상관 감각 정보는 특정의 진동 주파수의 조합, 크기, 위치, 시퀀스로서 부호화되어야한다. 따라서, 촉각 ASF 시스템의 설계와 같이 자극의 사용자의 인식 및 해석을 최대화하는 파라미터들의 조합을 선택해야잘 적시성 그 결과 모터 응답의 정확도. 이 프로토콜의 목적은 다른 감각 장애 집단과 함께 사용 ASF 시스템의 설계에 알려 다양한 진동 자극에 대한 반응 시간 및 반응 정도를 평가에서 플랫폼을 제공하는 것이다. 방법은 여기에 설명 촉각 및 진동 촉각 피드백 -3,5,6-의 인간의 지각을 탐구하기 전에 연구를 기반으로, 2 개의 이전 연구 10, 11에 사용하기 위해 개발되었다. 후자의 두 연구는 두 변수가 상당히 결과 측정에 영향을 미치는 것으로 보여 낮은 사지 절단 수술의 정확도 및 사용자 응답의 적시성의 진동 주파수와 위치의 영향을 조사하기 위해,이 프로토콜을 이용하고, 반응 고정밀도가 될 수 있다는 달성했다. 이러한 결과는 향후 연구 및 촉각 ASF 시스템의 임상 적용에 tactors의 이상적인 위치를 알리기 위해 사용될 수있다. 에 의하여 다른 최근 연구크레아 외. (12)은 감지되는 진동 패턴의 변화가 아닌 모터 응답을 의미하는 언어 적 반응을 이용하여, 보행시 허벅지인가 진동 패턴의 변화에 대한 사용자의 민감도를 조사 하였다. 이러한 언어 응답이 검출 정확도를 측정 할 수 있지만, 그것들은 모터 제어 처리에 존재할 수있는 오류 및 지연을 고려하지 않는다. 이하의 실험에 대한 기본 설정은 펄스 폭 변조하는 마이크로 컨트롤러 보드의 출력 핀을 접속 진동 모터의 개수로 구성된다. 기판은 다시 시판 시스템 디자인 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터의 범용 직렬 버스 (USB) 접속을 통해 제어된다. 모터는 충분한 전압을 보장하기 위해 추가로 증폭 회로를 필요로하며 현재의 진동 주파수의 넓은 범위에 걸쳐 공급된다. 예 증폭 회로는도 1에 도시되어있다. 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJR) 도면에보다 효율적인 동작 및 작은 크기의 작은 금속 - 산화물 - 반도체 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET)로 대체 될 수있다. 마찬가지로, 전체 증폭 회로는 추가적인 제어 및 감소 된 크기를 제공하는 상용 햅틱 모터 드라이버에 의해 대체 될 수있다. 각 모터는 자체의 회로를 필요로하고, 모터의 최대 열이 논문에 기재된 장치를 사용하여 단일 마이크로 컨트롤러 보드에 의해 제어 될 수있다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig1.jpg" /> 도 1 모터 배선. (A) 하나의 진동 모터를위한 증폭 회로가 도시되어있다. 각 모터는 별도의 회로를 필요로하며, 마이크로 컨트롤러 고유 PWM 출력 포트에 연결되어야한다. 은 V DD 여기서 마이크로 컨트롤러 보드에 의해 공급 된 3.3 V의 전원을 나타내고, 제로 전압 앱 인 경우 R2가 트랜지스터 스위치를 보장하기 위해 풀다운 저항 역할을하는 저항 열려거짓말. (B) 2 개의 모터의 물리적 인 배선의 일례. 여덟 개별 증폭 회로가 도시되었지만, 두 진동 모터에 접속되어있다. 이 프로토콜 R1 = 4.7 kΩ의 및 R2 = 100 kΩ의에서. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>Vibrating Pager Motors</td><td>Precision Microdrives</td><td>Model 310-101</td><td>Coin eccentric rotating mass motors.&amp;nbsp; As many as necessary to test all locations and interactions of interest</td></tr><tr><td>Tri-axis Accelerometer</td><td>Dimension Engineering</td><td>ADXL 335</td><td>Advanced analog accelerometer. 500&amp;nbsp;Hz bandwidth, 3.5-15&amp;nbsp;V input. Designed for motion, tilt, and slope measurement, as well as vibration and shock sensing.</td></tr><tr><td>Arduino Uno</td><td>Arduino</td><td>DEV-11021</td><td>Microcontroller board for communicating with the tri-axis accelerometer</td></tr><tr><td>Arduion Mega 2560</td><td>Arduino</td><td>DEV-11061</td><td>Microcontroller board for interfacing with the vibration motors.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Data acquisition software used to control motors and display accelerometer signals</td></tr><tr><td>Arduino IDE Software</td><td>Arduino</td><td>v. 1.6.5</td><td></td></tr><tr><td>Push-Button</td><td>Bridges</td><td>Buddy Button</td><td>Wired switch featuring a 2.5&amp;nbsp;in/6.35&amp;nbsp;cm activation surface that provides an auditory click and tactile feedback.</td></tr><tr><td>Optional:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dedicated haptic motor driver</td><td>Texas Instruments</td><td>DRV2605L</td><td>Can be used to replace the entire amplification circuit described in Step 1.</td></tr><tr><td>Flexible wearable goniometer</td><td>Biometrics Ltd.</td><td>SG110</td><td>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.&lt;br/&gt; 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.

도 4는 하나의 모터의 180 Hz의 진동 주파수에 대한 PWM 값을 식별하는 보정 곡선을 도시한다. 기본 주파수 스파이크 180 Hz에서 발생할 때까지 50 %의 듀티 사이클에서 시작하여 PWM 값은 반복된다. 성공적인 교정 시험은 기본 진동 주파수에서 명확한 스파이크를 표시해야합니다. 또는 지지체 표면에 상기 모터의 모터 가속도계 불량 정착 명확한 스파이크없이 더 FFT 확산 될 수있다. 마운트...

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli at JoVE.com

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

이 문서는 인간 참가자의 허벅지 촉각 자극을인가하고, 자극 위치 및 주파수의 다양한 조합에 대한 참가자의 의지 응답의 정확성과 반응 시간을 측정하는 방법을 설명한다.

촉각 자극에 의​​지 모터 응답의 적시성과 정확성을 평가하는 방법

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

a-method-for-evaluating-timeliness-accuracy-volitional-motor

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.2K 조회수.  Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital.  이 문서는 인간 참가자의 허벅지 촉각 자극을인가하고, 자극 위치 및 주파수의 다양한 조합에 대한 참가자의 의지 응답의 정확성과 반응 시간을 측정하는 방법을 설명한다. 

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

Methods to Quantify Pharmacologically Induced Alterations in Motor Function in Human Incomplete SCI

Spinal cord injury (SCI) is a debilitating disorder, which produces profound deficits in volitional motor control. Following medical stabilization, recovery from SCI typically involves long term rehabilitation. While recovery of walking ability is a primary goal in many patients early after injury, those with a motor incomplete SCI, indicating partial preservation of volitional control, may have the sufficient residual descending pathways necessary to attain this goal. However, despite physical interventions, motor impairments including weakness, and the manifestation of abnormal involuntary reflex activity, called spasticity or spasms, are thought to contribute to reduced walking recovery. Doctrinaire thought suggests that remediation of this abnormal motor reflexes associated with SCI will produce functional benefits to the patient. For example, physicians and therapists will provide specific pharmacological or physical interventions directed towards reducing spasticity or spasms, although there continues to be little empirical data suggesting that these strategies improve walking ability.
In the past few decades, accumulating data has suggested that specific neuromodulatory agents, including agents which mimic or facilitate the actions of the monoamines, including serotonin (5HT) and norepinephrine (NE), can initiate or augment walking behaviors in animal models of SCI. Interestingly, many of these agents, particularly 5HTergic agonists, can markedly increase spinal excitability, which in turn also increases reflex activity in these animals. Counterintuitive to traditional theories of recovery following human SCI, the empirical evidence from basic science experiments suggest that this reflex hyper excitability and generation of locomotor behaviors are driven in parallel by neuromodulatory inputs (5HT) and may be necessary for functional recovery following SCI. 
The application of this novel concept derived from basic scientific studies to promote recovery following human SCI would appear to be seamless, although the direct translation of the findings can be extremely challenging. Specifically, in the animal models, an implanted catheter facilitates delivery of very specific 5HT agonist compounds directly onto the spinal circuitry. The translation of this technique to humans is hindered by the lack of specific surgical techniques or available pharmacological agents directed towards 5HT receptor subtypes that are safe and effective for human clinical trials. However, oral administration of commonly available 5HTergic agents, such as selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs), may be a viable option to increase central 5HT concentrations in order to facilitate walking recovery in humans. Systematic quantification of how these SSRIs modulate human motor behaviors following SCI, with a specific focus on strength, reflexes, and the recovery of walking ability, are missing.
This video demonstration is a progressive attempt to systematically and quantitatively assess the modulation of reflex activity, volitional strength and ambulation following the acute oral administration of an SSRI in human SCI. Agents are applied on single days to assess the immediate effects on motor function in this patient population, with long-term studies involving repeated drug administration combined with intensive physical interventions.

This video demonstrates modulation of reflex activity, volitional strength and ambulation through clinical and quantitative assessments in individuals with motor incomplete SCI as a result of acute oral administration of a serotonin reuptake inhibitor (SSRI).

인간의 불완전 SCI에 모터 기능에 Pharmacologically 유도 수선을 계량하는 방법

Spinal cord injury (SCI) is a debilitating disorder, which produces profound deficits in volitional motor control. Following medical stabilization, ...

연구

의학

Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about mechanosensory function that are relevant for clinical diagnosis as well as for basic research. Here, we describe two psychophysical tests designed to determine the vibration detection threshold (automated system) and tactile spatial acuity (handheld device). Both procedures implement a two-interval forced-choice and a transformed-rule up and down experimental paradigm. These tests have been used to obtain mechanosensory profiles for individuals from distinct human cohorts such as twins or people with sensorineural deafness.

Here, we present protocols to determine vibration detection thresholds and tactile acuity using psychophysical methods in man.

인간 주제에 진동 감지 임계 값과 촉각 공간 시력 측정

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about ...

행동분석학

Testing Tactile Masking between the Forearms

Masking, in which one stimulus affects the detection of another, is a classic technique that has been used in visual, auditory, and tactile research, usually using stimuli that are close together to reveal local interactions. Masking effects have also been demonstrated in which a tactile stimulus alters the perception of a touch at a distant location. Such effects can provide insight into how components of the body's representations in the brain may be linked. Occasional reports have indicated that touches on one hand or forearm can affect tactile sensitivity at corresponding contralateral locations. To explore the matching of corresponding points across the body, we can measure the spatial tuning and effect of posture on contralateral masking. Careful controls are required to rule out direct effects of the remote stimulus, for example by mechanical transmission, and also attention effects in which thresholds may be altered by the participant's attention being drawn away from the stimulus of interest. The use of this technique is beneficial as a behavioural measure for exploring which parts of the body are functionally connected and whether the two sides of the body interact in a somatotopic representation. This manuscript describes a behavioural protocol that can be used for studying contralateral tactile masking.

Here we explore contralateral tactile masking between the forearms in which tactile detection thresholds are modulated by vibration applied to a remote site. The details of which remote sites have an effect can tell us about how the body is represented in the brain.

팔뚝 사이의 테스트 촉각 마스킹

Masking, in which one stimulus affects the detection of another, is a classic technique that has been used in visual, auditory, and tactile research, ...

A Simple Non-invasive Method for Temporary Knockdown of Upper Limb Proprioception

Proprioception may be the least well measured of all contributors to the neural control of movement. New precise, reliable measures of proprioception are needed for clinical diagnosis of impairment, and to measure outcomes of proprioceptive training. The purpose of this simple, non-invasive method is to temporarily knockdown upper limb proprioception in healthy adults, to an extent that would be useful in the development and testing of upper limb proprioception measures. Knockdown models have two main advantages over studying humans with impaired proprioception: participant availability and the ability to control the extent of impairment across participants. Current published methods of temporary proprioception knockdown of the upper limb, such as ischemic nerve blocks and cryotherapy, are invasive, impractical, or uncomfortable for the participant. Here, vibration over the ulnar groove was used to reduce upper limb proprioception. High frequency vibration may reduce proprioceptive acuity by inhibiting pacinian corpuscle-induced input. The effect of vibration used in this protocol was confirmed using two quantitative measures. This method was simple to administer, comfortable for participants, and practical.

The goal of this protocol is to demonstrate a practical method to temporarily interfere with proprioception in the upper limb of healthy humans.

상 지 Proprioception의 임시 최저에 대 한 간단한 비-침략 적 방법

Proprioception may be the least well measured of all contributors to the neural control of movement. New precise, reliable measures of proprioception are ...

Characterization of the Sense of Agency over the Actions of Neural-machine Interface-operated Prostheses

This work describes a methodological framework that can be used to explicitly and implicitly characterize the sense of agency developed over the neural-machine interface (NMI) control of sensate virtual or robotic prosthetic hands. The formation of agency is fundamental in distinguishing the actions that we perform with our limbs as being our own. By striving to incorporate advanced upper-limb prostheses into these same perceptual mechanisms, we can begin to integrate an artificial limb more closely into the user&#39;s existing cognitive framework for limb control. This has important implications in promoting user acceptance, use, and effective control of advanced upper-limb prostheses. In this protocol, participants control a virtual prosthetic hand and receive kinesthetic sensory feedback through their preexisting NMIs. A series of virtual grasping tasks are performed and perturbations are systematically introduced to the kinesthetic feedback and virtual hand movements. Two separate measures of agency are employed: established psychophysical questionnaires (to capture the explicit experience of agency) and a time interval estimate task to capture the implicit sense of agency (intentional binding). Results of this protocol (questionnaire scores and time interval estimates) can be analyzed to quantify the extent of agency formation.

Here we present a protocol which characterizes the sense of agency developed over the control of sensate virtual or robotic prosthetic hands. Psychophysical questionnaires are employed to capture the explicit experience of agency, and time interval estimates (intentional binding) are employed to implicitly measure the sense of agency.

감각 신경-기계 인터페이스 운영 무생물의 작업을 통해 기관의 특성

This work describes a methodological framework that can be used to explicitly and implicitly characterize the sense of agency developed over the ...

Applying Incongruent Visual-Tactile Stimuli during Object Transfer with Vibro-Tactile Feedback

The application of incongruent sensory signals that involves disrupted tactile feedback is rarely explored, specifically with the presence of vibrotactile feedback (VTF). This protocol aims to test the effect of VTF on the response to incongruent visual-tactile stimuli. The tactile feedback is acquired by grasping a block and moving it across a partition. The visual feedback is a real-time virtual presentation of the moving block, acquired using a motion capture system. The congruent feedback is the reliable presentation of the movement of the block, so that the subject feels that the block is grasped and see it move along with the path of the hand. The incongruent feedback appears as the movement of the block diverts from the actual movement path, so that it seems to drop from the hand when it is actually still held by the subject, thereby contradicting the tactile feedback. Twenty subjects (age 30.2 &#177; 16.3) repeated 16 block transfers, while their hand was hidden. These were repeated with VTF and without VTF (total of 32 block transfers). Incongruent stimuli were presented randomly twice within the 16 repetitions in each condition (with and without VTF). Each subject was asked to rate the difficulty level of performing the task with and without the VTF. There were no statistically significant differences in the length of the hand paths and durations between transfers recorded with congruent and incongruent visual-tactile signals &#8211; with and without the VTF. The perceived difficulty level of performing the task with the VTF significantly correlated with the normalized path length of the block with VTF (r = 0.675, p = 0.002). This setup is used to quantify the additive or reductive value of VTF during motor function that involves incongruent visual-tactile stimuli. Possible applications are prosthetics design, smart sport-wear, or any other garments that incorporate VTF.

We present a protocol to apply incongruent visual-tactile stimuli during an object transfer task. Specifically, during block transfers, performed while the hand is hidden, a virtual presentation of the block shows random occurrences of false block drops. The protocol also describes adding vibrotactile feedback while performing the motor task.

진동 촉각 피드백을 통해 개체 전송 중 부조리 한 시각적 촉각 자극 적용

The application of incongruent sensory signals that involves disrupted tactile feedback is rarely explored, specifically with the presence of vibrotactile ...

Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects

Multisensory integration research investigates how the brain processes simultaneous sensory information. Research on animals (mainly cats and primates) and humans reveal that intact multisensory integration is crucial for functioning in the real world, including both cognitive and physical activities. Much of the research conducted over the past several decades documents multisensory integration effects using diverse psychophysical, electrophysiological, and neuroimaging techniques. While its presence has been reported, the methods used to determine the magnitude of multisensory integration effects varies and typically faces much criticism. In what follows, limitations of previous behavioral studies are outlined and a step-by-step tutorial for calculating the magnitude of multisensory integration effects using robust probability models is provided.

The current study aims to provide a step-by-step tutorial for calculating the magnitude of multisensory integration effects in an effort to facilitate the production of translational research studies across diverse clinical populations.

레이스 모델 부등식을 사용하여 행동 다감각 통합 효과를 정량화

Multisensory integration research investigates how the brain processes simultaneous sensory information. Research on animals (mainly cats and primates) ...

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 ...

Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research

Collision warning system plays a key role in the prevention of driving distractions and drowsy driving. Previous studies have proven the advantages of tactile warnings in reducing driver&#8217;s brake response time. At the same time, tactile warnings have been proved effective in take-over request (TOR) for partially autonomous vehicles.
How the performance of tactile warnings can be optimized is an ongoing hot research topic in this field. Thus, the presented low-cost driving simulation software and methods are introduced to attract more researchers to take part in the investigation. The presented protocol has been divided into five sections: 1) participants, 2) driving simulation software configuration, 3) driving simulator preparation, 4) vibrating toolkit configuration and preparation, and 5) conducting the experiment.
In the exemplar study, participants wore the tactile vibrating toolkit and performed an established car-following task using the customized driving simulation software. The front vehicle braked intermittently, and vibrating warnings were delivered whenever the front vehicle was braking. Participants were instructed to respond as quickly as possible to the sudden brakes of the front vehicle. Driving dynamics, such as the brake response time and brake response rate, were recorded by the simulation software for data analysis.
The presented protocol offers insight into the exploration of the effectiveness of tactile warnings on different body locations. In addition to the car-following task that is demonstrated in the exemplar experiment, this protocol also provides options&#160;to apply other paradigms to the driving simulation studies by making simple software configuration without any code development. However, it is important to note that due to its affordable price, the driving simulation software and hardware introduced here may not be able to fully compete with other high-fidelity commercial driving simulators. Nevertheless, this protocol can act as an affordable and user-friendly alternative to the general high-fidelity commercial driving simulators.

This protocol describes a driving simulation platform and a tactile vibrating toolkit for the investigation of driving-related research. An exemplar experiment exploring the effectiveness of tactile warnings is also presented.&#160;

운전 관련 연구를 위한 촉각 진동 툴킷 및 운전 시뮬레이션 플랫폼

Collision warning system plays a key role in the prevention of driving distractions and drowsy driving. Previous studies have proven the advantages of ...

Assessment and Communication for People with Disorders of Consciousness

In this experiment, we demonstrate a suite of hybrid Brain-Computer Interface (BCI)-based paradigms that are designed for two applications: assessing the level of consciousness of people unable to provide motor response and, in a second stage, establishing a communication channel for these people that enables them to answer questions with either &#39;yes&#39; or &#39;no&#39;. The suite of paradigms is designed to test basic responses in the first step and to continue to more comprehensive tasks if the first tests are successful. The latter tasks require more cognitive functions, but they could provide communication, which is not possible with the basic tests. All assessment tests produce accuracy plots that show whether the algorithms were able to detect the patient&#39;s brain&#39;s response to the given tasks. If the accuracy level is beyond the significance level, we assume that the subject understood the task and was able to follow the sequence of commands presented via earphones to the subject. The tasks require users to concentrate on certain stimuli or to imagine moving either the left or right hand. All tasks are designed around the assumption that the user is unable to use the visual modality, and thus, all stimuli presented to the user (including instructions, cues, and feedback) are auditory or tactile.

With this experiment, one might be able to detect consciousness in people with disorders of consciousness. Furthermore, the approach can create a simple communication channel that enables people to give simple YES/NO answers to questions.

의식 불명의 사람들을위한 평가와 의사 소통

In this experiment, we demonstrate a suite of hybrid Brain-Computer Interface (BCI)-based paradigms that are designed for two applications: assessing the ...

촉각 자극에 의지 모터 응답의 적시성과 정확성을 평가하는 방법

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

인간의 불완전 SCI에 모터 기능에 Pharmacologically 유도 수선을 계량하는 방법

인간 주제에 진동 감지 임계 값과 촉각 공간 시력 측정

팔뚝 사이의 테스트 촉각 마스킹

상 지 Proprioception의 임시 최저에 대 한 간단한 비-침략 적 방법

감각 신경-기계 인터페이스 운영 무생물의 작업을 통해 기관의 특성

진동 촉각 피드백을 통해 개체 전송 중 부조리 한 시각적 촉각 자극 적용

레이스 모델 부등식을 사용하여 행동 다감각 통합 효과를 정량화

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

운전 관련 연구를 위한 촉각 진동 툴킷 및 운전 시뮬레이션 플랫폼

의식 불명의 사람들을위한 평가와 의사 소통

촉각 자극에 의​​지 모터 응답의 적시성과 정확성을 평가하는 방법

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

인간의 불완전 SCI에 모터 기능에 Pharmacologically 유도 수선을 계량하는 방법

인간 주제에 진동 감지 임계 값과 촉각 공간 시력 측정

팔뚝 사이의 테스트 촉각 마스킹

상 지 Proprioception의 임시 최저에 대 한 간단한 비-침략 적 방법

감각 신경-기계 인터페이스 운영 무생물의 작업을 통해 기관의 특성

진동 촉각 피드백을 통해 개체 전송 중 부조리 한 시각적 촉각 자극 적용

레이스 모델 부등식을 사용하여 행동 다감각 통합 효과를 정량화

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

운전 관련 연구를 위한 촉각 진동 툴킷 및 운전 시뮬레이션 플랫폼

의식 불명의 사람들을위한 평가와 의사 소통

촉각 자극에 의지 모터 응답의 적시성과 정확성을 평가하는 방법