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).

Aşağıdaki protokol Hollanda Bloorview Çocuk Rehabilitasyon Hastanesi Araştırma Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır. 1. Motor Kalibrasyon <ol><li> Bir USB bağlantı noktasını kullanarak bilgisayara mikro kartını takın. </li><li> Orijinal mikro yazılımı kullanarak, daire sağ ok ile gösterilen &quot;Yükle&quot; simgesini tıklayarak USB bağlantısını kullanarak kuruluna özel komut dosyası, &quot;Motor_and_AccelerometerTest.ino&quot; yükleyin. <ol><li> Titreşim düzeyi &quot;analogWrite&quot; komutunu kullanarak kapalı pozisyonunda motoru koymak için sıfıra ayarlanmış olduğundan emin olun. Kod &quot;analogWrite (vibe1,0);&quot; okumalısınız. </li><li> mikro kodda, &quot;vibe1&quot; değişkeni başlatarak ilgi motora gelen (PWM) çıkış pimi modüle darbe genişlik belirtin. Not: PWM sinyalleri mikrodenetleyici tarafından oluşturulan dijital sinyalleri yaklaşık analog çıkış üretir. pimleri labele vardırsayısal fiziksel mikrodenetleyici d. Motor PWM çıkış pimi &#39;3&#39; bağlı, örneğin, daha sonra temin etmesi &quot;Int vibe1 = 3;&quot; kodunda belirtilmiştir. </li></ol></li><li> mikrodenetleyici kurulu analog giriş bağlantı noktalarından birine üç eksenli ivme z ekseni çıkışını ve olumlu bağlanmak ve zemin sırasıyla mikrodenetleyici kurulu 5V ivmeölçer ve toprak (GND) limanlarından yol açar. </li><li> Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi Z-ekseni, motorun düz bir yüzeye dik olan sağlanması, titreşimli motora ivmeölçer monte edin ve sert bir yüzeye motoru yerleştirin. </li><li> veri toplama yazılımı &quot;Motor_Calibration.vi&quot; dosyasını açın ve bir USB portu üzerinden bilgisayara mikrodenetleyici bağlayın. </li><li> sağlanan alanlar kullanılarak, açılır menünün yanı sıra örnekleme hızı ve num kullanarak, mikro girişi için seri bağlantı noktasını belirtmekNumunelerin ber toplamak için. Bu deneyler ivme verilerinin aliasing önlemek için 500 Hz örnekleme oranı standarttır ve 1000 örnekleri yaygın kaydedilir Not:. </li><li> &quot;Motor_and_Accelerometer.ino&quot; kodunu kullanarak, titreşimli motora verilen PWM darbeleri istenen görev döngüsünü belirlemek, bir kez daha &quot;analogWrite&quot; komutunu kullanarak ve motorları kontrol mikrodenetleyici programı yeniden indirmek (Adım 1.1 bakınız ). Örneğin, 100 darbe sayısını ayarlamak için, kod okumalısınız &quot;analogWrite (vibe1,100);&quot;. Tablo 1 PWM değerler ve bunlara karşılık gelen görev çevrimleri. </li><li> &quot;MotorCalibration.vi&quot; arabirimde Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) ekranı kullanarak, büyük tepe belirlemek ve (yatay eksen itibaren) karşılık gelen titreşim frekans değerini kaydedin. </li><li> Yineleyin her PWM frekans pai kayıt istenilen frekans ulaşılana kadar PWM düzeylerini ayarlayarak, 1.7-1.8 Adımlarır. 100 Hz frekans hedef ise en büyük tepe yatay eksende 100 Hz işareti üzerine oluşuncaya kadar, örneğin, Adımları 1.7-1.8 gerçekleştirin. Not: Bu protokolde kullanılan titreşim motorları için hedeflenen titreşimler daha iyi literatürde 5,10,13 tarif deride mekanoreseptörlerin tepkisi frekanslarını maç için 60-400 Hz aralığında durmalıdır. </li><li> Tekrarlayın elle bir elektronik tablo veya kalem ve kağıt ile her motor için PWM frekans ilişkinin kaydedilmesi, 1.2.2 her motor için 1.8 Adımlar. </li><li> &quot;Experiment_1.vi&quot; dosyasını açın. Her motor için, açılır frekans menüsünde sağ tıklayın ve &quot;Mülkiyet&quot; i seçin. &quot;Edit Öğeler&quot; sekmesinde, Adımlar 1,8-1,9 belirlenen istenen frekansları ve ilgili PWM seviyelerini girmek için tabloyu kullanın. Çıkmak için &quot;Tamam&quot; seçeneğini seçin. </li><li> Sistem tasarımı yazılımının her sanal arabirim (VI) dosyası için tekrarlayın Adım 1.11 test sırasında kullanılmak üzere (örneğin, &quot;Experiment_2.vi &quot;,&quot; Experiment_3.vi &quot;, vb.) </li></ol><img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig2.jpg" /> Accelerometer Motor monte edilir Şekil 2.. Tri-eksenli akselerometre (yeşil) kalibrasyon için motorun düz bir yüzeye onun z-ekseni dik olan sikke motora monte edilir. Her motor farklı görev çevrimleri kullanılarak aktive edildi ve karşılık gelen titreşim frekansları ivmeölçer tarafından kaydedildi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 2. Motors Yerleştirme <ol><li> Tüm motorlar (bölüm 2) kalibre edildikten sonra, uyluk takar. <ol><li> Bu yazıda anlatılan sonuçları elde etmek için, yaklaşık olarak yarıda olmak, anterior, posterior, medial ve uyluk yan yüzeyleri üzerine birer motoru yerleştirinbüyük trokanteri ve lateral femoral kondil (ya da diz üstü amputasyon için ekstremitenin distal ucunun) arasını doldurun. Not: Her motorun belirli yerleri ilgi araştırma soruları ve bölgelere göre değişebilir, ve bu tür cilt mekanoreseptörlerin türü ve mekansal dağılımı gibi anatomik ve fizyolojik faktörler tarafından etkilenebilir. </li></ol></li><li> çift ​​taraflı bant kullanarak doğrudan cilde motorlar takın. Not: Her motorun etrafında bölgeyi Tıraş gerekli değildir, ancak cilde onların yapışma (Şekil 3) artırabilir. giyim, prostetik astar, yada algısına başka malzemeden etkileri ilgi alanıma giren uygulamalarda, yerine deri karşı daha bahsedilen malzeme üzerine motorlar yerleştirin. </li></ol><img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54223/54223fig3.jpg" /> Deneylerin için Şekil 3. Test Platformu. Özel bir test platformu ev t inşa edildio panoları mikrodenetleyici ve butonlar. Motorlar (gösterildiği gibi) cilde doğrudan bağlı, ya da motor ve cilt arasında bir protez astar ile. Edilebilir <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig3large.jpg" target="_blank">, bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 3. Deney 1: Uyarılar ve Kayıt Tepki Süresi uygulama <ol><li> ile &quot;Motor_and_Accelerometer_Test.ino&quot; yerine Kontrolörün beraberindeki yazılım paketi ile &quot;LVIFA_Base.pde&quot; dosyasını açıp Adım 1.1 tekrarlayarak veri toplama yazılımı aracılığıyla kurulu kontrolünü sağlamak için firmware ile mikro pansiyon, flaş Re &quot; LVIFA_Base.pde &quot;komut dosyası. </li><li> Bir seri-USB konektörü kullanarak bilgisayarın USB bağlantı noktalarından birine doğrudan push-button bağlayın. Gerekli tüm sürücüler yüklü olduğundan emin olun. </li><li> &quot;Experiment_1.vi&quot; arayüzünü açın. </li><li> seri belirtinsırasıyla, &quot;Motor Girdi&quot; ve &quot;Yeşil Düğme&quot; etiketli açılır menülerden ilgili seri port kimlik numaraları seçerek motorlara bağlı mikrodenetleyici için limanlar ve buton. bilgisayarın işletim sistemi aygıt yöneticisi programını kullanarak seri port kimlik numaralarını belirleyin. </li><li> sonuçlarını kaydedin ve programı başlatmak için dosyayı seçin. </li><li> Seçin motorlar ve frekanslar &quot;Experiment_1.vi&quot; arayüzde her motor için açılan menülerden seçerek aktive edilecek. katılımcı basın titreşim hissetti zaman geri besleme uygulandığı bacak itme düğmesi vardır. düğmesine basıldıktan sonra, saat sayma durduğunu belirterek veri toplama yazılım arayüzü yanıtı onaylamak ve açılır menülerden frekansların yeni bir dizi seçerek bir sonraki duruşma için motorlar sıfırlayın. </li><li> Deney tamamlandığında, dr kullanınopdown menüler sıfır konumuna tüm motorlu frekansları dönmek ve motor kontrol kartına bağlantıyı sonlandırmak için &quot;Dur Programı&quot; düğmesini seçin. </li></ol> 4. Deney 2: Uyaranların arasında ayrım Not: Bu deney, bir tek motor ve birden fazla motor kullanılabilir Deney 1. tamamen bağımsız bir şekilde gerçekleştirilebilir. motorların belirli yerleri uygulama ve araştırma soruları bağlı olarak değişebilir. <ol><li> Seri USB bağlantısı ile başka bir USB portuna ikinci bir buton bağlayın. </li><li> &quot;Experiment_2.vi&quot; veri toplama arabirimini açın. </li><li> özel araştırma uygulama için gerekli yerlerde ve konfigürasyonlarda motorları yerleştirin. Örneğin, ön, arka, yan her biri üzerinde, ortada büyük trokanter ve lateral femoral kondilin (veya ampüteler için kolun uzak ucuna) arasında, uyluk tek motorlar yerleştirin ve uyluğun medial yüzeyleri ebacak 10,11, bu kısımların her birinin frekans hassasiyeti xamine. </li><li> mikrodenetleyici kurulu ve Adım 3.4 ile aynı prosedürü kullanarak hem butonlar için seri port belirtin. her porta atanan hangi buton not ettiğinizden emin olun. </li><li> etkinleştirilmesini özel motorlar ve yazılım arayüzü &quot;Motor&quot; simgeleri tıklayarak frekansları istenen dizisini seçin. Örneğin, üç frekansları denenmektedir varsayalım gibi 140 Hz, 180 Hz ve 220 Hz. bir dizi test 140 Hz ve ardından (1), 180 Hz, 140 Hz ve ardından (2) 220 Hz ve 220 Hz, ardından (3), 180 Hz olabilir. </li><li> Girdi gecikmeli zaman ve stimülasyon süresi başlar. 1.5 sn gecikme ve stimülasyon süreleri hem de tipiktir. </li><li> programını başlatın. Not: Adım 4.6 belirtilen gecikme, program Adım 4.5 seçilen eşleştirilmiş frekanslar dizisi motoru (ler) aktive eder sonra. Örneğin, 180 Hz vs 220 Hz ise seAdım 4.5 seçilir ve karşılık gelen motoru ilk 220 Hz geçmeden önce belirli bir süre boyunca 180 Hz&#39;de titrer. </li><li> İkinci algılanan frekans ilk daha yüksek veya daha düşük olup olmadığını seçmek için iki buton katılımcı birine basın var. Yanıtlar otomatik olarak program tarafından kaydedilecektir. </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.

Bu protokolün amacı, vibrotactile ASF uygulamalarında stimülasyon parametreleri değerlendirmek için bir çerçeve sağlamaktır. Özellikle, kullanıcı sensorimotor cevabına titreşim frekansı, genliği, yer ve dizinin etkilerini inceler. Bu çerçeve üzerine inşa ve daha klinik açıdan böyle bir ortak bükme veya başka bir bacak ağırlık kayması olarak olabilir kullanıcı tepkisinin ilave veya alternatif türleri içerecek şekilde genişletilebilir. Bu tür değişiklikleri gibi eylemsiz ölçü biri...

Yapay duyusal geribildirim (ASF) sık sık tehlikeye propriosepsiyon ya da diğer duyusal mekanizma telafi bireylere gerçek zamanlı biyolojik bilgi sağlama uygulama olarak tanımlanabilir. Bireylerin kez otonom sinir sistemi 4 istemsiz bir tepki vardı fiziksel süreçleri kontrol etmesini sağlayan, 3 - ASF uzun fiziksel fonksiyon ve hareket 1 yönlerini kurtarma yardımcı olmak için yaralı ya da engelli kişilerin rehabilitasyonu alanda kullanılmaktadır. ASF, biyomekanik biofeedback bir alt kategori, kinematik dengelemek ya da yürüyüş ile ilgili parametreleri ölçmek ve uygulamalı uyaran çeşit yoluyla bireye bu bilgileri iletişim kurmak için harici sensörler kullanır. biyomekanik geribildirim giderek daha popüler bir yaklaşım mekansal yanı sıra zamansal geribildirim sağlamak için vücudun farklı bölgelerinde yerleştirilen küçük titreşimli motorlar, ya da kontaktörü, istihdam etmektedir. Önceki edebiyat p gösterdialt ekstremite amputasyon, vestibüler engelli bireylere uygulamalarda vibrotactile geribildirim kullanımını destekleyen sonuçlar romising ve yaşlanma-ilgili denge 5 kaybını - 9. Belirli uyaranlara bireyin algı ve tepki kontrol eden mekanizmaların tam olarak anlamak, farklı uygulamalar için ASF sistemlerinin etkin bir şekilde uygulanmasını bilgilendirmek için gereklidir. vibrotactile geribildirim için, bu mekanizmalar arasında baş propriosepsiyonu ve sensorimotor tepkisi, özellikle uygulanan titreşimlere kullanıcı duyarlılık ve istenen reaksiyonu yürütmek için gerekli olan zaman vardır. Titreşim uyaranlara yoluyla iletilen herhangi bir duyusal bilgi, belirli titreşim frekansı kombinasyonları, genlik, konumu ve dizi olarak kodlanmış olması gerekir. Bu nedenle, vibrotactile ASF sistemlerinin tasarımı olarak, uyaranların kullanıcının algı ve yorumlama maksimize etmek parametrelerin kombinasyonları seçmelisiniziyi zamanında ve ortaya çıkan motorun tepki doğruluğu. Bu protokolün amacı, farklı duyusal engelli nüfusa sahip kullanılmak üzere ASF sistemlerinin tasarımını bilgilendirmek için çeşitli titreşim uyaranlara yanıt süreleri ve tepki doğruluğunu değerlendirmek için bir platform sağlamaktır. Yöntemleri burada açıklanan dokunsal ve vibrotactile geribildirim 3,5,6 insan algısını keşfetmeye önceki araştırmalar üzerine inşa ve iki önceki çalışmalarda 10,11 kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Son iki çalışma her iki parametre önemli ölçüde sonuç önlemleri etkilediği gösteren alt ekstremite amputasyon doğruluk ve kullanıcı tepkilerinin zamanında titreşim frekansı ve konumu etkilerini incelemek için bu protokolü istihdam ve tepki doğruluğu yüksek derecede olabilir elde etti. Bu sonuçlar, gelecekteki çalışmalar ve vibrotactile ASF sistemlerinin klinik uygulamalarda kontaktörü ideal yerleşim bilgilendirmek için kullanılabilir. Diğer son çalışmasıCrea ve ark., 12 algılanan titreşim desenleri değişiklikleri yerine motor tepkisini belirtmek için sözlü tepkiler kullanarak, yürüyüş sırasında uyluk uygulanan titreşim desenleri değişikliklere kullanıcı duyarlılığı incelendi. Bu sözlü tepkiler algılama doğruluğunu ölçmek için kullanılabilir olsa da, motor kontrol sürecinde mevcut olabilir hatalar ve gecikmeler hesaba katmaz. Aşağıdaki deneyler için birincil kurulum darbe genişliği modüle bir mikro kurulu çıkış pini bağlanmış titreşimli motorların birçok parçadan oluşur. pansiyon, sırayla, ticari olarak mevcut sistem tasarım yazılımı çalıştıran bir bilgisayara Universal Serial Bus (USB) bağlantısı üzerinden kontrol edilir. Motorlar yeterli voltajı sağlamak için ek bir yükseltme devresi gerektirir ve mevcut vibrasyon geniş bir frekans aralığı üzerinde temin edilir. Bir örnek amplifikatör devresi Şekil 1&#39;de gösterilmiştir. Iki kutuplu kavşak transistor (BJR) Şekil etkinliğinin arttırılması ile ve daha küçük boyutta daha küçük metal oksit yarı-iletken alan etkili transistor (MOSFET) ile ikame edilmiş olabilir. Aynı şekilde, tüm amplifikatör devresi ek kontrol ve indirgenmiş boyutu sağlamak için bir kullanıma hazır haptik motor sürücü ile ikame edilmiş olabilir. Her motor kendi devresini gerektirir ve on motorlar kadar bu yazıda belirtilen ekipmanı kullanarak tek bir mikroişlemci kurulu tarafından kontrol edilebilir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54223/54223fig1.jpg" /> Şekil 1. Motor Kablolama. (A) tek bir titreşim motoru için amplifikasyon devresi gösterilmiştir. Her motor ayrı bir devre gerektirir ve mikrodenetleyici üzerinde benzersiz bir PWM çıkış portuna bağlı olmalıdır. V DD burada mikrodenetleyici tarafından sağlanan 3,3 V gücünü temsil ve sıfır gerilim uygulaması R2 transistör anahtarı sağlamak için açılan resister olarak hizmet direnç açık kalırYalan. (B) iki motorun fiziksel kablolama bir örnek. sekiz ayrı yükseltme devresi gösterilmiştir, ancak sadece iki titreşim işletme motorlarına bağlanmıştır. Bu protokol, R1 = 4.7 kÊ ve R2 = 100 kÊ içinde. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54223/54223fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</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.

Şekil 4, tek bir motor bir 180 Hz titreşim frekansı PWM değerini tanımlayan kalibrasyon eğrilerini göstermektedir. primer frekans başak 180 Hz oluşana kadar% 50 görev döngüsü başlayarak, PWM değerleri tekrarlanır. Başarılı kalibrasyon denemeleri birincil titreşim frekansında net bir başak göstermesi gerekir. Ya da bir destek yüzeyine motorun motor ivme zayıf sabitleme açık bir sivri olmayan daha yaygın bir FFT neden olabilir. bağlar daha iyi bir bağlantı sağlamak için ay...

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

Bu makalede, bir insan katılımcı uyluk vibrotactile uyarıcısının uygulanmasının ve stimülasyon konumu ve frekans çeşitli kombinasyonları için katılımcının istemli tepki hassasiyeti ve reaksiyon zaman ölçümü için bir yöntem açıklanır.

Vibrotactile Uyaranların için İstemli motor Yanıtları güncelliği ve doğruluğundan değerlendirilmesi için bir yöntem

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 Görüntüleme.  Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital.  Bu makalede, bir insan katılımcı uyluk vibrotactile uyarıcısının uygulanmasının ve stimülasyon konumu ve frekans çeşitli kombinasyonları için katılımcının istemli tepki hassasiyeti ve reaksiyon zaman ölçümü için bir yöntem açıklanır. 

Video: 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).

İnsan Eksik SKY Motor Fonksiyonu İlaç İndüklenmiş değişiklikler belirlememize • yöntemleri

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

Tıp

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.

İnsan Bireylerde Titreşim Algılama Eşiği ve Tactile Mekansal Keskinliği Ölçümü

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

Davranış

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.

Sıçanlarda Spinal Kord Yaralanma sonrası Akut ve Kronik Dokunsal Duyu Testi

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.

Önkol arasında Test Tactile Maskeleme

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.

Üst ekstremite Proprioception geçici nakavt için basit bir Non-invaziv yöntem

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.

Bir Vibrotactile geribildirim cihaz yerlerinizden Balance değerlendirme ve eğitim

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.

Vibro-dokunsal geribildirim ile nesne aktarımı sırasında uyumsuz görsel-dokunsal uyaranlara uygulama

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.

Dirsek Kinestezisi Ölçümü için StandartLaştırılmış Bir Yöntem

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;

Sürüşle İlgili Araştırmalar için Dokunsal Titreşimli Araç Seti ve Sürüş Simülasyon Platformu

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).

Perkütan Elektriksel Sinir Stimülasyonu kullanma Nöromüsküler Fonksiyonu Değerlendirilmesi

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