Name: a method for evaluating timeliness and accuracy of volitional motor responses to vibrotactile stimuli
Uploaded: 2016-08-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 28 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli at JoVE.com

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

O seguinte protocolo foi aprovado pelo Conselho de Ética em Pesquisa em Holland Bloorview Rehabilitation Hospital Kids. 1. Motor de calibração <ol><li> Ligue a placa do microcontrolador para o computador através de uma porta USB. </li><li> Usando o software microcontrolador original, fazer o upload do script personalizado &quot;, Motor_and_AccelerometerTest.ino&quot; à placa usando a conexão USB, clicando no ícone &quot;Enviar&quot;, indicado pela seta para a direita circulou. <ol><li> Certifique-se que o nível de vibração é definido como zero para colocar o motor no off-posição usando o comando &quot;analogWrite&quot;. O código deve ler &quot;analogWrite (vibe1,0);&quot;. </li><li> No código microcontrolador, especificar a largura de pulso modulada pino (PWM) de saída correspondente para o motor de interesse por inicializar a variável &quot;vibe1&quot;. Nota: gerar sinais PWM saídas analógicas aproximados a partir dos sinais digitais gerados pelo microcontrolador. Os pinos são Labeled numericamente na placa de microcontrolador física. Por exemplo, se o motor for ligado à saída de PWM pino de &#39;3&#39;, em seguida, assegurar que o &quot;int vibe1 = 3;&quot; é especificada no código. </li></ol></li><li> Ligue a saída do eixo z do acelerômetro tri-eixo a uma das portas de entrada analógica da placa do microcontrolador, e conecte o positivo e térreo leva a partir do acelerómetro a 5V e portos de terra (GND) da placa do microcontrolador, respectivamente. </li><li> Montar o acelerómetro para o motor de vibração, assegurando que o seu eixo-Z é ortogonal à superfície plana do motor, como mostrado na Figura 2, e colocar o motor sobre uma superfície dura. </li><li> Abra o arquivo &quot;Motor_Calibration.vi&quot; no software de aquisição de dados e conectar o microcontrolador para o computador através de uma porta USB. </li><li> Usando os campos previstos, especificar a porta serial para a entrada de microcontrolador, usando o menu suspenso, bem como a taxa de amostragem, e number de amostras a recolher. Nota: taxa de amostragem de 500 Hz é padrão para estas experiências para evitar aliasing da aceleração de dados, e 1.000 amostras são normalmente gravadas. </li><li> Usando o código &quot;Motor_and_Accelerometer.ino&quot;, especifique o ciclo de trabalho desejada dos pulsos PWM fornecida ao motor vibratório, mais uma vez usando o &quot;analogWrite&quot; comando e re-download do programa para o conselho microcontrolador controlar os motores (ver Passo 1.1 ). Por exemplo, para definir o número de pulsos a 100, o código deve ler &quot;analogWrite (vibe1,100);&quot;. A Tabela 1 apresenta os valores PWM e seus ciclos de trabalho correspondentes. </li><li> Usando a Transformada de Fourier de exibição Fast-(FFT) na interface &quot;MotorCalibration.vi&quot;, identificar o maior pico e registrar o valor da frequência de vibração correspondente (no eixo horizontal). </li><li> Repita os passos 1,7-1,8, ajustando os níveis PWM até que a freqüência desejada seja atingida, registrando cada pai PWM frequênciar. Por exemplo, se a segmentação uma frequência de 100 Hz, execute os passos 1,7-1,8 até que o maior pico ocorre sobre a marca de 100 Hz no eixo horizontal. Nota: Para os motores vibratórios utilizado no presente protocolo, as vibrações alvo deve estar no intervalo de 60-400 Hz para melhor atender as frequências de resposta dos mecanorreceptores na pele descritos na literatura 5,10,13. </li><li> Repita os passos 1.2.2 a 1.8 para cada motor, a gravação manualmente a relação PWM de frequência para cada motor com uma planilha ou lápis e papel. </li><li> Abra o arquivo &quot;Experiment_1.vi&quot;. Para cada motor, clique com o botão direito no menu frequência suspensa e selecione &quot;Propriedades&quot;. Sob a guia &quot;Editar Itens&quot;, use a tabela para entrar nas freqüências desejadas e os níveis de PWM correspondentes determinadas nos Passos 1,8-1,9. Selecione &quot;OK&quot; para sair. </li><li> Repita o passo 1.11 para cada arquivo de interface virtual (VI) do software de design do sistema para ser utilizado durante os testes (por exemplo, &quot;Experiment_2.vi &quot;,&quot; Experiment_3.vi &quot;, etc). </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig2.jpg" /> Figura 2. acelerómetro montado no motor. O acelerómetro eixo tri (verde) está montado no motor com a sua moeda ortogonal do eixo z com a superfície plana do motor para a calibração. Cada motor foi activada utilizando diferentes ciclos de trabalho, e as freqüências de vibração correspondentes foram registrados pelo acelerómetro. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> 2. Colocar os Motors <ol><li> Uma vez que todos os motores têm sido calibrado (seção 2), montá-los para a coxa. <ol><li> Para atingir os resultados descritos neste manuscrito, colocar o motor de um em cada uma das faces anterior, posterior, medial, e as superfícies laterais da coxa, aproximadamente a meio caminho sejainterpolar o trocânter maior e côndilo femoral lateral (ou extremidade distal do membro para amputados acima do joelho). Nota: As localizações específicas de cada motor pode variar, dependendo das questões de pesquisa e as regiões de interesse, e pode ser afectada por factores anatómicos e fisiológicos, tais como o tipo e a distribuição espacial de mecanorreceptores na pele. </li></ol></li><li> Anexar motores diretamente sobre a pele usando fita dupla face. Nota: Raspar a região em torno de cada um dos motores não é necessária, mas pode melhorar a sua aderência à pele (Figura 3). Para aplicações em que os efeitos de roupa, um forro de prótese, ou algum outro material sobre a percepção do usuário são de interesse, colocar os motores em cima do referido material, em vez de contra a pele. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig3.jpg" /> Figura Plataforma 3. Teste de Experimentação. Uma plataforma de teste personalizado foi construído para casa tele microcontrolador placas e botões. Motors pode ser conectado diretamente na pele (como mostrado), ou com um forro de prótese entre o motor e pele. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> 3. Experiência 1: aplicação de estímulos e Reação Tempo de gravação <ol><li> Re-flash da placa do microcontrolador com o firmware para permitir o controle do conselho através do software de aquisição de dados, abrindo o arquivo &quot;LVIFA_Base.pde&quot; com o pacote de software que acompanha o controlador, e repetindo o passo 1.1, substituindo &quot;Motor_and_Accelerometer_Test.ino&quot; com o &quot; LVIFA_Base.pde &quot;script. </li><li> Ligue o botão de pressão diretamente a uma das portas USB do computador usando um conector serial-to-USB. Certifique-se que todos os drivers necessários estão instalados. </li><li> Abra a interface &quot;Experiment_1.vi&quot;. </li><li> Especifique o número de sérieportas para a placa de microcontrolador ligado aos motores, e de botão, selecionando os números de identificação da porta serial correspondentes nos menus suspensos rotulados como &quot;Motor de Entrada&quot; e &quot;Botão Verde&quot;, respectivamente. Identificar os números de identificação de porta serial usando utilitário Gerenciador de Dispositivos do sistema operacional do computador. </li><li> Selecione o arquivo para registrar os resultados e iniciar o programa. </li><li> Selecionar os motores e as frequências de ser activado através da selecção de menus suspensos para cada motor na interface &quot;Experiment_1.vi&quot;. Ter a imprensa participante do botão de pressão com a perna em que o feedback é aplicado quando uma vibração é sentida. Depois que o botão foi pressionado, confirme a resposta na interface do software de aquisição de dados, observando que o relógio parou de contagem, e redefinir os motores para a próxima prova, selecionando o novo conjunto de frequências a partir dos menus suspensos. </li><li> Uma vez que o experimento é concluído, utilize o drmenus opdown para retornar todas as frequências do motor para a posição zero e selecione o botão &quot;Programa Stop&quot; para terminar a ligação à placa de controle motor. </li></ol> 4. Experiência 2: A distinção entre estímulos Nota: Esta experiência pode ser conduzida de forma totalmente independente da Experiência 1. Um único motor ou a vários motores pode ser utilizada. As localizações específicas dos motores pode variar dependendo da aplicação e de investigação perguntas. <ol><li> Conecte um segundo botão de pressão para outra porta USB utilizando um conector serial-USB. </li><li> Abra a interface de aquisição de dados &quot;Experiment_2.vi&quot;. </li><li> Coloque os motores nas localizações e configurações necessárias para a aplicação de pesquisa específica. Por exemplo, colocar os motores individuais sobre a coxa, a meio caminho entre o trocânter maior e côndilo femoral lateral (ou a extremidade distai do membro para amputados), em cada uma das faces anterior, posterior, lateral, e superfícies mediais da coxa a examine a sensibilidade de frequência em cada uma destas porções de perna 10,11. </li><li> Especificar as portas seriais para a placa de microcontrolador e os dois botões de pressão, usando o mesmo procedimento do passo 3.4. Certifique-se notar que de botão é atribuído a cada porta. </li><li> Selecione os motores específicos a serem activadas e a sequência desejada de frequências, clicando nos ícones &quot;motor&quot; na interface do software. Por exemplo, suponha que três frequências estão a ser testados, tais como 140 Hz, 180 Hz, 220 Hz e. Uma série de ensaios pode ser (1) de 180 Hz seguido de 140 Hz, (2) 220 Hz seguido de 140 Hz, e (3) 180 Hz seguido de 220 Hz. </li><li> Introduza o atraso hora de início e duração da estimulação. 1,5 seg é típico, tanto para o atraso e tempos de estimulação. </li><li> Inicie o programa. Nota: O após o atraso especificado no Passo 4.6, o programa vai activar o motor (es) com a sequência de frequências emparelhadas escolhidas na etapa 4.5. Por exemplo, se x 180 Hz 220 Hz foi de SEselecionada na etapa 4.5, o motor correspondente irá primeiro vibrar em 180 Hz para o período especificado antes de mudar para 220 Hz. </li><li> Ter o participante prima um dos dois botões de accionamento de escolher se a segunda frequência percebida foi maior ou menor do que o primeiro. As respostas serão automaticamente registrados pelo programa. </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.

O objectivo deste protocolo é fornecer a estrutura para avaliar parâmetros de estimulação em aplicações ASF por vibração. Especificamente, ele examina os efeitos da frequência de vibração, amplitude, localização e sequência, em resposta ao usuário sensório-motor. Esta estrutura pode ser construída e expandida para incorporar tipos adicionais ou alternativas de resposta do usuário que pode ser mais clinicamente relevante, como dobrar uma articulação ou deslocando o peso de uma perna para outra. Estes tipos de mudanças exigiria configurações ligeiramente diferentes de hardware, nomeadamente a substituição dos botões de pressão com dispositivos, tais como unidades de inércia de medição (imus) ou sensores de pressão, bem como as alterações de que a acompanham à interface virtual. Da mesma forma, embora o protocolo apresentado aqui requer o participante estar em uma posição sentada, apenas pequenas modificações de hardware seria necessário para fazer a transição para mais clinicamente posturas relevantes, tais como o equilíbrio em pé ou walensaios rei. Em ambos os experimentos, o botão de pressão (s) pode ser pressionada com a mão, perna, pé, ou por outros meios, dependendo da questão de pesquisa específica e resposta desejada. Além disso, estudos adicionais que empregam este protocolo básico pode ser usado para explorar os efeitos de diferentes estratégias de codificação de feedback, locais e incorporação em próteses novas ou já existentes. Por exemplo, ao implementar um feedback vibrotátil em próteses de membros inferiores, pode ser interessante examinar os efeitos do encaixe da prótese e liner sobre a sensibilidade do usuário aos estímulos. Embora os protocolos pormenorizados neste manuscrito requerem activação semi-manual dos motores vibratórios (através da interface), que pode ser facilmente modificado para permitir a activação do motor em resposta a medições cinéticas ou cinemáticos de sensores externos. Usando dispositivos de medição, tais como Imus, goniômetros, sensores de pressões, etc., em vez do botão de pressão, os experimentos podem ser conducted para examinar vezes e precisão de resposta de usuário mais fisiologicamente relevantes ao feedback vibrotátil fornecido. Este tipo de estudo seria empregar um protocolos semelhantes aos descritos nas Experiências 1 e 2, mas seria necessário um sistema de controlo adicional para converter a entrada do sensor para instruções enviadas para os motores vibratórios, bem como alterações no software de aquisição de dados para fazer a interface com as novas alterações de hardware. Um exemplo de implementação de uma resposta fisiologicamente relevante é substituir o botão de pressão com um goniômetro para medir mudanças no ângulo do joelho. Para este tipo de experiência, o goniómetro seria montada na superfície lateral da articulação do joelho, e, em vez de pressionar o botão de pressão, os participantes serão instruídos a dobrar os joelhos para um ângulo do joelho pré-definido (por exemplo, 90 graus) sobre percepção de uma vibração do motor. os tempos de reacção do utilizador são, em seguida, definido como o tempo decorrido entre o estímulo aplicado e quando a uma juntaGLE liquida em ou perto do valor desejado (por exemplo, 90 ° ± 10 °). Movimento precisão também pode ser avaliada por cálculo do erro percentual entre o alvo e os ângulos obtidos. Ao longo dos últimos dez anos, um número de estudos têm explorado o uso de feedback vibrotátil em uma variedade de aplicações biomecânicas, incluindo a sua eficácia como uma ferramenta de formação para melhorar a marcha e equilíbrio 14,15. A maioria desses estudos têm-se centrado sobre as implicações clínicas do biofeedback, analisar quaisquer alterações nos parâmetros cinéticos ou cinemáticas específicas quando o feedback vibrotátil é aplicada. Como tal, a maioria dos protocolos de selecionar um único conjunto de parâmetros de estimulação, com poucas verificando a sensibilidade do usuário para localização de vibração, amplitude, ou padrão. O protocolo apresentado aqui serve como um primeiro passo no sentido de percepção do usuário entendimento para vibrotátil estímulos que devem ser realizadas antes de avaliar os efeitos desses estímulos sobre clin específicacondições políticas. Trabalho adicional, como o de Goodworth et al. 7,16, que explorou várias estratégias de codificação para traduzir as informações sensoriais em estímulos vibratórios e Crea et al. 12, que avaliou a sensibilidade do usuário para as mudanças nos padrões de vibração, complementar estas experiências para fornecer uma compreensão mais completa de como otimizar o feedback vibrotátil para aplicações biomecânicas específicas. Deve notar-se que uma limitação fundamental do presente sistema experimental, como acontece com outros sistemas descritos na literatura 5,6, encontra-se com os motores vibratórios, que a frequência de vibração e a magnitude par. Ou seja, aumentos ou diminuições na frequência de vibração são acompanhadas por mudanças proporcionais em amplitude. A separação destes dois parâmetros requer um tipo diferente de motor, tais como actuadores de ressonância lineares, bem como controladores de motor mais avançadas para alimentar os motores mais sofisticados. Additactualizações ional para o interface existente seria necessária para acomodar a nova ferragem e o parâmetro adicional amplitude. O processo de calibração é crítico para a execução bem sucedida destas experiências, e deve ser realizada de forma independente para cada motor usado nas experiências subsequentes. Embora a relação do ciclo de frequência direito deverá ser nominalmente o mesmo tipo de motores idênticos, pequenas diferenças na construção do motor pode resultar em mudanças não-trivial para frequências resultantes. Por exemplo, durante o desenvolvimento deste procedimento, uma frequência de 180 Hz alvo foi conseguida usando valores que variam 103-143 PWM para diferentes motores.

feedback sensorial artificial (ASF) pode ser definida como a prática de fornecer em tempo real informação biológica para indivíduos, com frequência compensando propriocepção comprometida ou outro mecanismo sensorial. ASF tem sido muito utilizado no campo da reabilitação de feridos ou deficientes para ajudar na recuperação de aspectos da função física e movimento 1-3, permitindo que os indivíduos para controlar processos físicos que antes eram uma resposta involuntária do sistema nervoso autônomo 4. Uma subcategoria de ASF, biofeedback biomecânico, usa sensores externos para medir parâmetros relativos ao equilíbrio ou cinemática da marcha, e comunicar essa informação ao indivíduo através de algum tipo de estímulo aplicado. Uma abordagem cada vez mais popular ao feedback biomecânico emprega pequenos motores de vibração, ou tactors, colocados em diferentes partes do corpo para fornecer espacial, bem como o feedback temporal. literatura prévia mostrou promising resultados suportam o uso de feedback vibrotátil em aplicações para indivíduos com amputações de membros inferiores, deficiências vestibulares e relacionadas com o envelhecimento perda de equilíbrio 5-9. Um profundo conhecimento dos mecanismos que controlam a percepção e resposta de um indivíduo a estímulos específicos é necessário para informar a implementação eficaz dos sistemas de ASF para diferentes aplicações. Para o feedback vibrotátil, chefe entre estes mecanismos são propriocepção e a resposta sensório-motor, especificamente a sensibilidade do usuário para as vibrações aplicadas eo tempo necessário para executar a reação desejada. Qualquer informação sensorial comunicada através de estímulos de vibração deve ser codificado como combinações específicas de frequência de vibração, amplitude, localização e sequência. Portanto, design de sistemas de ASF por vibração deve selecionar combinações de parâmetros para maximizar a percepção do usuário e interpretação dos estímulos, comobem como a pontualidade e precisão da resposta motora resultante. O objetivo deste protocolo é proporcionar uma plataforma a partir da qual para avaliar os tempos de resposta e precisão resposta a vários estímulos vibratórios para informar o desenho de sistemas de ASF para uso com diferentes populações sensório-prejudicada. Os métodos descritos aqui baseia-se em pesquisas anteriores explorar a percepção humana do tátil e vibrotátil gabarito 3,5,6, e foi desenvolvido para uso em dois estudos anteriores 10,11. Os dois últimos estudos utilizaram este protocolo para examinar os efeitos da frequência de vibração e localização na acurácia e tempestividade das respostas do usuário em amputados de membros inferiores, mostrando que ambos os parâmetros afetar significativamente as medidas de resultados, e que um alto grau de precisão de resposta pode ser conseguida. Estes resultados podem ser usados ​​para informar o posicionamento ideal de tactors em estudos futuros e aplicações clínicas de sistemas vibrotátil ASF. Outro trabalho recente deCrea et al. 12 examinaram a sensibilidade do usuário para mudanças nos padrões de vibração aplicada à coxa durante a caminhada, usando respostas verbais para significar mudanças percebidas para os padrões de vibração, em vez de uma resposta motora. Embora estas respostas verbais podem ser usadas para medir a precisão da detecção, eles não têm em conta os erros e atrasos que podem estar presentes no processo de controlo do motor. A configuração do primário para as experiências seguintes é constituído por um número de motores de vibração ligados ao pulso modulada com largura pinos de saída de uma placa de microcontrolador. A placa é, por sua vez, controlada através de uma conexão Universal Serial Bus (USB) a um computador com software de design de sistema disponível comercialmente. Os motores requerem um circuito amplificador adicional para assegurar a tensão suficiente e a corrente é fornecida através de uma vasta gama de frequências de vibração. Um circuito de amplificador de exemplo é mostrado na Figura 1. O transistor bipolar de junção (BJR) Na figura pode ser substituída com menor de metal-óxido-semicondutor transistor de efeito de campo (MOSFET) para uma operação mais eficiente e tamanho menor. Da mesma forma, o circuito amplificador inteira pode ser substituída por um condutor do motor háptica off-the-shelf para fornecer controlo suplementar e tamanho reduzido. Cada motor requer o seu próprio circuito, e utilizando os equipamentos enumerados no presente documento, até dez motores podem ser controlados por um único placa do microcontrolador. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig1.jpg" /> Figura 1. O motor de fiação. (A) O circuito de amplificação por um único motor de vibração é mostrado. Cada motor requer um circuito separado e deve ser ligada a uma porta de saída de PWM único no microcontrolador. O V DD aqui representa o poder de 3,3 V fornecida pela placa do microcontrolador, eo resistor R2 serve como um resistente pull-down para garantir o interruptor transistor permanece aberta quando a tensão zero é appmenti. (B) Um exemplo da cablagem física de dois motores. Embora oito circuitos de amplificação individuais são mostradas, apenas dois estão ligados a motores de vibração. Neste protocolo R1 = 4,7 kW e R2 = 100 kW. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</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.

A Figura 4 ilustra as curvas de calibração para identificar o valor PWM para uma frequência de vibração de 180 Hz de um único motor. A partir de um ciclo de trabalho de 50%, os valores de PWM são iterados até o pico de frequência primária ocorre a 180 Hz. ensaios de calibração de sucesso deve mostrar um aumento claro na frequência de vibração primário. Má fixação do acelerómetro ao motor, ou do motor a uma superfície de suporte pode resultar num FFT mais difusa sem um pico claro. Nesta situação, o ensaio de calibração deve ser repetida após as montagens foram ajustadas para assegurar uma melhor ligação. A Figura 5A mostra os tempos de reacção entre a resposta de estímulo e impulso da tecla gravada para Experimento 1 para três freqüências de vibração, 140 Hz, 180 Hz e 220 ​​Hz, aplicada na superfície anterior da coxa durante dez participantes sem deficiência e três amputados 10. Repetiu a análise de medidas de variância (ANOVA) eanálise post-hoc de Tukey utilizando a correção de Bonferroni foi utilizado para identificar os efeitos específicos de cada frequência. Estes dados mostram uma diferença relativamente apertada de dados para cada frequência na população sãos e um efeito significativo frequência. Os tempos de reacção para distinguir entre os pares de frequências de vibração são mostrados na Figura 5B, e podem ser analisados ​​utilizando o mesmo procedimento tal como os testes de frequência única. Análises semelhantes podem ser realizadas para identificar os efeitos de colocação do motor, mecanismo de resposta (por exemplo, pressionando o botão de pressão com as mãos ou pés), ou outras condições de teste. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig4.jpg" /> Figura 4. As curvas de calibração típica. Os resultados da Transformada Rápida de Fourier dos dados de aceleração são mostrados por uma única calibração do motor submetidos. Quatro experimentos foram realizados para identificar o correspon nível PWMding a 180 Hz de vibração (linha azul sólida). Note-se que a vibração varia entre as diferentes frequências. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig5.jpg" /> Figura 5. Tempo de Reação Os resultados representativos. Vezes (A) de resposta para freqüências individuais são mostrados. Os dados conectado à linha mostra os dados para os participantes sãos (média ± SD), enquanto os pontos de dados individuais representam os três indivíduos com amputações transfemurais. Os tempos de reacção diminuíram significativamente de frequência. &#39;*&#39; Indica uma diferença significativa em relação aos tempos de reacção de 140 Hz, e o &quot;#&quot; uma diferença em relação à frequência de 180 Hz, tanto a significância p &lt;0,05. (B) Os tempos de resposta para distinguir entre paress de frequências são traçadas tanto para os indivíduos sãos e aqueles com amputações transfemurais. Note-se que a propagação dos dados em cada par é muito maior do que para os dados de frequência única, indicando mais resultados variáveis. Esta figura foi modificado a partir de dados publicados originalmente por Sharma et al. 10. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Valor PWM (pulsos) </td><td> 64 </td><td> 127 </td><td> 191 </td><td> 255 </td></tr><tr><td> Ciclo de trabalho (%) </td><td> 25 </td><td> 50 </td><td> 75 </td><td> 100 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Valores PWM e ciclos de trabalho correspondente. Níveis PWM de amostragem e os ciclos de trabalho correspondentes são mostrados. Tele 0-255 gama para o valor PWM especifica o número de bytes em cada impulso (de 255 possíveis) para o qual o sinal está ligado.

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

Este artigo descreve uma técnica para a aplicação de estímulos por vibração para a coxa de um participante humano, e medindo a precisão e tempo de reacção de resposta da vontade do participante para várias combinações de localização e frequência de estimulação.

Um método para avaliar pontualidade e precisão das respostas Volitional motor para vibrotátil Estímulos

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.2K visualizações.  Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital.  Este artigo descreve uma técnica para a aplicação de estímulos por vibração para a coxa de um participante humano, e medindo a precisão e tempo de reacção de resposta da vontade do participante para várias combinações de localização e frequência de estimulação. 

Vídeo: 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).

Os métodos para quantificar alterações farmacologicamente induzida na função motora em humanos SCI incompleta

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

Medicina

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.

Medição do limiar de detecção de vibração e tátil Spatial Acuity em Seres Humanos

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

Comportamento

Acute and Chronic Tactile Sensory Testing after Spinal Cord Injury in Rats

Spinal cord injury (SCI) impairs sensory systems causing allodynia1-8. To identify cellular and molecular causes of allodynia, sensitive and valid sensory testing in rat SCI models is needed. However, until recently, no single testing approach had been validated for SCI so that standardized methods have not been implemented across labs. Additionally, available testing methods could not be implemented acutely or when severe motor impairments existed, preventing studies of the development of SCI-induced allodynia3. Here we present two validated sensory testing methods using von Frey Hair (VFH) monofilaments which quantify changes in tactile sensory thresholds after SCI4-5. One test is the well-established Up-Down test which demonstrates high sensitivity and specificity across different SCI severities when tested chronically5. The other test is a newly-developed dorsal VFH test that can be applied acutely after SCI when allodynia develops, prior to motor recovery4-5. Each VFH monofilament applies a calibrated force when touched to the skin of the hind paw until it bends. In the up-down method, alternating VFHs of higher or lower forces are used on the plantar L5 dermatome to delineate flexor withdrawal thresholds. Successively higher forces are applied until withdrawal occurs then lower force VFHs are used until withdrawal ceases. The tactile threshold reflects the force required to elicit withdrawal in 50% of the stimuli. For the new test, each VFH is applied to the dorsal L5 dermatome of the paw while the rat is supported by the examiner. The VFH stimulation occurs in ascending order of force until at least 2 of 3 applications at a given force produces paw withdrawal. Tactile sensory threshold is the lowest force to elicit withdrawal 66% of the time. Acclimation, testing and scoring procedures are described. Aberrant trials that require a retest and typical trials are defined. Animal use was approved by Ohio State University Animal Care and Use Committee.

We describe two tactile sensory testing methods for acute or chronic periods of spinal cord injury in rats. These validated procedures can detect the development and maintenance of allodynia-like sensations.

Aguda e crônica teste sensorial tátil após a lesão medular em ratos

Spinal cord injury (SCI) impairs sensory systems causing allodynia1-8. To identify cellular and molecular causes of allodynia, sensitive and valid sensory ...

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.

Teste Tactile Masking entre os antebraços

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.

Um método não-invasivo simples para Knockdown temporária de propriocepção do membro superior

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

A Vibrotactile Feedback Device for Seated Balance Assessment and Training

Postural perturbations, motion tracking, and sensory feedback are modern techniques used to challenge, assess, and train upright sitting, respectively. The goal of the developed protocol is to construct and operate a sitting platform that can be passively destabilized while an inertial measurement unit quantifies its motion and vibrating elements deliver tactile feedback to the user. Interchangeable seat attachments alter the stability level of the device to safely challenge sitting balance. A built-in microcontroller allows fine-tuning of the feedback parameters to augment sensory function. Posturographic measures, typical of balance assessment protocols, summarize the motion signals acquired during timed balance trials. No dynamic sitting protocol to date provides variable challenge, quantification, and sensory feedback free of laboratory constraints. Our results demonstrate that non-disabled users of the device exhibit significant changes in posturographic measures when balance difficulty is altered or vibrational feedback provided. The portable, versatile device has potential applications in rehabilitation (following skeletal, muscular, or neurological injury), training (for sports or spatial awareness), entertainment (via virtual or augmented reality), and research (of sitting-related disorders).

A sitting platform has been developed and assembled that passively destabilizes sitting posture in humans. During the user&#39;s stabilizing task, an inertial measurement unit records the device&#39;s motion, and vibrating elements deliver performance-based feedback to the seat. The portable, versatile device may be used in rehabilitation, assessment, and training paradigms.

Um dispositivo Vibrotactile Feedback para avaliação do equilíbrio sentado e formação

Postural perturbations, motion tracking, and sensory feedback are modern techniques used to challenge, assess, and train upright sitting, respectively. ...

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.

Aplicando estímulos visuais-táteis incongruentes durante a transferência de objetos com feedback Vibro-tátil

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

A Standardized Method for Measurement of Elbow Kinesthesia

Proprioception is an important component of controlled movement. The threshold to detection of passive movement (TDPM) is a commonly used method for quantifying the proprioceptive submodality of kinesthesia in research settings. The TDPM paradigm has been found to be valid and reliable; however, the equipment and methods used for TDPM vary between studies. In particular, the research laboratory apparatuses for producing passive movement of an extremity are often custom designed by individual laboratories or inaccessible due to high cost. There is a need for a standardized, valid, and reliable method for measuring TDPM using readily available equipment. The purpose of this protocol is to provide a standardized method for measurement of TDPM at the elbow that is economical, easy to administer, and that produces quantitative results for measurement purposes in research-based settings. This method was tested on 20 healthy adults without neurological impairment, and eight adults with chronic stroke. The results obtained suggest this method is a reliable way to quantify elbow TDPM in healthy adults, and provides initial support for validity. Researchers seeking a balance between equipment affordability and measurement precision are most likely to find this protocol of benefit.

Here, we present a standardized method for measurement of elbow passive kinesthesia using the threshold to detection of passive movement (TDPM) that is appropriate for a research setting.

Um método padronizado para medição da cinestésia do cotovelo

Proprioception is an important component of controlled movement. The threshold to detection of passive movement (TDPM) is a commonly used method for ...

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;

Kit de ferramentas vibradores táteis e plataforma de simulação de condução para pesquisa relacionada à condução

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

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

Avaliação da função neuromuscular Usando percutânea Estimulação Elétrica Nervosa

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...