Name: combining multiple data acquisition systems to study corticospinal output and multi-segment biomechanics
Uploaded: 2016-01-09T13:00:01
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The authors thank funding from the Natural Sciences and Engineering Research Council to AJN.

주 : 다음 프로토콜은 다양한 실험에 적용 할 수있다. 아래의 컴퓨터 모니터에 표시 여섯 공간적 대상 중 하나에 도달하는 시각 태스크 가이드 아암을 포함하는 실험에 관한 사항이다. TMS는, 피질 흥분을 조사하기 위해, 움직임에서 나오는 중 아날로그 신호에 의해 트리거 (즉, EMG 또는 electrogoniometer 입력) 또는 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어에서 생성 된 디지털 신호. 본 연구는 헬싱키 ?...

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	<li>Chen, R., Yung, D., Li, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+of+ipsilateral+excitatory+and+inhibitory+pathways+in+the+human+motor+cortex.">Organization of ipsilateral excitatory and inhibitory pathways in the human motor cortex.</a> J Neurophysiol. 89 (3), 1256-1264 (2003).</li><li>Criswell, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cram's Introduction to Surface Electromyorgaphy. , (2011).</li><li>Di Lazzaro, V., 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=The+physiological+basis+of+transcranial+motor+cortex+stimulation+in+conscious+humans.+Magnetic+stimulation:+motor+evoked+potentials.+The+International+Federation+of+Clinical+Neurophysiology.">The physiological basis of transcranial motor cortex stimulation in conscious humans. Magnetic stimulation: motor evoked potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology.</a> Clin. Neurophysiol. 115 (2), 255-266 (2004).</li><li>Ferbert, A., 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=Interhemispheric+inhibition+of+the+human+motor+cortex.">Interhemispheric inhibition of the human motor cortex.</a> J Physiol. 453, 525-546 (1992).</li><li>Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+magnetic+stimulation:+a+primer.">Transcranial magnetic stimulation: a primer.</a> Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).</li><li>Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theta+burst+stimulation+of+the+human+motor+cortex.">Theta burst stimulation of the human motor cortex.</a> Neuron. 45 (2), 201-206 (2005).</li><li>Jacobs, M., Premji, A., Nelson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity-inducing+TMS+protocols+to+investigate+somatosensory+control+of+hand+function.">Plasticity-inducing TMS protocols to investigate somatosensory control of hand function.</a> Neural Plast. , 350574 (2012).</li><li>Kujirai, T., 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=Corticocortical+inhibition+in+human+motor+cortex.">Corticocortical inhibition in human motor cortex.</a> 471, 501-519 (1993).</li><li>Miller, D., Nelson, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biomechanics of Sport: A Research Approach. , (1973).</li><li>Nussbaum, M. A., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heuristics+for+locating+upper+extremity+joint+centres+from+a+reduced+set+of+surface+markers.">Heuristics for locating upper extremity joint centres from a reduced set of surface markers.</a> Human Movement Sciences. 19, 797-816 (2000).</li><li>Rossini, P. M., 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=Non-invasive+electrical+and+magnetic+stimulation+of+the+brain,+spinal+cord+and+roots:+basic+principles+and+procedures+for+routine+clinical+application.+Report+of+an+IFCN+committee.">Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee.</a> Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 91 (2), 79-92 (1994).</li><li>Winter, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biomechanics and Motor Control of Human Movement. , (2009).</li><li>Zatsiorsky, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Kinetics of Human Motion. , (2002).</li></ol>

The present manuscript details an innovative method to integrate TMS and motion capture systems in the context of a visuo-motor task. To make rapid and meaningful advances in the study of human motor control, it is essential that methodologies allow for precise communication across multiple hardware and software systems. The paradigm presented could be used to study a variety of research interests including the cortical contribution to motor learning, the neurophysiology of motor control, and multi-joint movement contr...

경 두개 자기 자극 (TMS)의 기능적 연결성을 프로빙 그러한 단일 및 다중 펄스, 이중 사이트 자극으로 피질 기능을 이해하기 위해 사용되는 여러 TMS 프로토콜이있다. 3,5- 인간 피질 자극하는 비 침습적 방법이며 반복 펄스는 신경 가소성을 촉진. 4,6-8 TMS 프로토콜은 신경 재활 전략을 인간의 대뇌 피질 프로세스의 현재 이해를 발전 안내하기 위해 결합 될 수있다. 피질 자극 이외에, TMS는 피질 또는 소뇌 요로 자극에 의​​해 서브 피질 기능을 이해하기 위해 사용될 수있다. 현재 TMS 연구가 직면하고있는 가장 큰 기술적 과제 중 하나는 인간의 목표 지향적 자율 이동하는 동안 대뇌 피질 영역의 역할을 연구 할 수있는 능력이다. 몇 가지 고려 사항이 기술적 인 도전에 기여하고 있습니다. 우선, TMS 전달 실시간 인간 움직임 C와 결합되어야apture. 이러한 방식으로, TMS 펄스는 복잡한 움직임을 연구 시각 동기 방법을 제공하는 움직임 시퀀스 내의 기능으로 전달하거나 트리거 될 수있다. 이 모터 제어를 뒷받침 뇌 동작 관계의 이해를 향상 할 펼쳐져 둘째, TMS 전달 및 모션 캡쳐를 통합하면 복합 운동의 상세한 특성을 허용한다. 현재, 포괄적으로 TMS와 모션 캡쳐 방법을 통합 상업적으로 사용 가능한 시스템이 없습니다. 모터 제어 분야에서 신경 과학자,이 보이드는 통상적으로 다수의 소프트웨어 및 하드웨어의 데이터 수집 및 전송 시스템을 통합하는 기술적 문제를 소비 시간으로 변환한다. 이 기술 제한은 상지를 포함하는 동적 다 관절 운동의 연구에 전념 스파 스의 연구 결과이다. TMS 인간 모터 제어의 미리 필드 들어, 피질 기능 복잡한 인간 이동중 프로브 할 것이 필수적이다. (예., 움직임의 설명), 운동 역학 (예., 그 원인을 강제 이동)과 근육 활동. 셋째로, 이러한 시스템은 이동 기능을 TMS 펄스를 동기화하고, 복잡한 운동 기능에 기초한 기준에 의해 트리거 될 수 있어야한다. 이러한 시스템은 대뇌 피질의 기능과 운동과 운동의 역학 사이의 필수적인 연결을 제공 할 것입니다. 이 원고는 TMS와 모션 캡쳐의 방법을 통합하는 독특한 접근 방식을 자세히 설명합니다. 이 방법은 복잡한 다중 관절 운동 역학의 상세한 분석이 가능하고, 이동 (즉, 운동학, 동력학, 또는 근육 활동)의 특정 기능을 트리거 TMS 펄스 제어를 자동화 허용한다. 또한,이 데이터 ACQuisition 시스템은 TMS와 모션 캡쳐가 visuo 모터 또는 감각 작업을 필요로 실험 패러다임과 통합 할 수 있습니다. 이 원고는 TMS 인간 이동 수집 및 분석을 결합 할 목적으로 일반적으로 사용되는 모션 캡쳐 하드웨어 및 소프트웨어 시스템을 통합하는 혁신적인 방법을 자세히. 데이터는 평면 다 관절 운동시 인간의 대뇌 피질 기능의 샘플 연구를 사용되게됩니다. 실험을 수행하는 데 필요한 소프트웨어 스크립트를 다운로드 할 수 있습니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="626">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Polhemus FASTRAK</td>
			<td style="width:124px;">Polhemus Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">6 degrees of freedom electromagnetic motion tracking device with 4 sensors</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Presentation</td>
			<td style="width:124px;">Neurobehavioural Systems Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>A fully programmable software for experiments involving data acquisition and stimulus delivery</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Cutom built Exoskeleton</td>
			<td style="width:124px;">80/20 Inc. - The industrial erector set</td>
			<td style="width:119px;">Varies</td>
			<td>Various parts used to build the exoskeleton</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Brainsight</td>
			<td style="width:124px;">Rogue Research Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Neuronavigation software to track coil position throughout the experiment</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combining multiple data acquisition systems to study corticospinal output and multi-segment biomechanics

Transcranial magnetic stimulation techniques allow for an in-depth investigation into the neural mechanisms that underpin human behavior. To date, the use of TMS to study human movement, has been limited by the challenges related to precisely timing the delivery of TMS to features of the unfolding movement and, also, by accurately characterizing kinematics and kinetics. To overcome these technical challenges, TMS delivery and acquisition systems should be integrated with an online motion tracking system. The present manuscript details technical innovations that integrate multiple acquisition systems to facilitate and advance the use of TMS to study human movement. Using commercially available software and hardware systems, a step-by-step approach to both the hardware assembly and the software scripts necessary to perform TMS studies triggered by specific features of a movement is provided. The approach is focused on the study of upper limb, planar, multi-joint reaching movements. However, the same integrative system is amenable to a multitude of sophisticated studies of human motor control.

그림 3은 하나의 재판의 결과를 표시합니다. 이 시험에서, 그림 3a는 참가자의 초기 위치를 표시하고, 청각 &#39;이동&#39;큐 후, 참가자는 대상 (예., 최종 위치)에 가능한 한 신속하고 정확하게로 이동했다. 스윕 기반 데이터 수집 소프트웨어 상완 이두근 근 EMG의 발병에 기초 TMS 펄스를 트리거. 이 작업의 성능 동안 특정 시간에 평가되는 상부...

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Combining Multiple Data Acquisition Systems to Study Corticospinal Output and Multi-segment Biomechanics

The use of transcranial magnetic stimulation (TMS) to study human motor control requires the integration of data acquisition systems to control TMS delivery and simultaneously record human behavior. The present manuscript provides a detailed methodology for integrating data acquisition systems for the purpose of investigating human movement via TMS.

여러 데이터 수집 시스템을 결합하면 피질 출력 및 멀티 세그먼트 역학을 연구하는

Transcranial magnetic stimulation techniques allow for an in-depth investigation into the neural mechanisms that underpin human behavior. To date, the use ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Assessment and Evaluation of the High Risk Neonate: The NICU Network Neurobehavioral Scale

평가 및 고위험 신생아의 평가 : 신생아 중환자 실 네트워크 신경 행동 학적 규모

There has been a long-standing interest in the assessment of the neurobehavioral integrity of the newborn infant.  The NICU Network Neurobehavioral Scale ...

연구

행동분석학

Simultaneous Scalp Electroencephalography (EEG), Electromyography (EMG), and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Simultaneous Scalp Electroencephalography EEG, Electromyography EMG, and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

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

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

Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

행동 관찰 중 코르티코피날 흥분성 변조

This study used the transcranial magnetic stimulation/motor evoked potential (TMS/MEP) technique to pinpoint when the automatic tendency to mirror someone ...

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

모터 작업하는 동안 동시 운동 학적 및 EMG 모니터링과 감각 및 모터 뇌 영역의 기능 근적외선 분광법

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

Assessing the Multiple Dimensions of Engagement to Characterize Learning: A Neurophysiological Perspective

참여의 여러 차원을 평가하는 것은 학습의 특성을 : 신경 생리학 관점

In a recent theoretical synthesis on the concept of engagement, Fredricks, Blumenfeld and Paris1 defined engagement by its multiple dimensions: ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

숙련 된 앞다리가 쥐에서 작업을 도달하는 고정밀의 취득

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Using Gold-standard Gait Analysis Methods to Assess Experience Effects on Lower-limb Mechanics During Moderate High-heeled Jogging and Running

보통 굽 높은 조깅 하 고 실행 하는 동안 낮은 사지 역학에 경험 효과 평가 하기 위해 골드 표준 걸음 걸이 분석 방법을 사용 하 여

A limited number of studies have explored lower-limb biomechanics during high-heeled jogging and running, and most studies have failed to clarify the ...

Reversible Cooling-induced Deactivations to Study Cortical Contributions to Obstacle Memory in the Walking Cat

가역 냉각 유도 Deactivations 공부 장애물 메모리 걷는 고양이에 대뇌 피 질의 기여를

On complex, naturalistic terrain, sensory information about an environmental obstacle can be used to rapidly adjust locomotor movements for avoidance. For ...

Combining Quantitative Food-intake Assays and Forcibly Activating Neurons to Study Appetite in Drosophila

Combining Quantitative Food-intake Assays and Forcibly Activating Neurons to Study Appetite in Drosophila

양이 많은 음식 섭취 량 분석을 결합 하 고 강제로 초파리 에서 식욕을 공부 하는 뉴런을 활성화

Food consumption is under the tight control of the brain, which integrates the physiological status, palatability, and nutritional contents of the food, ...