ロボットによる拡張メンタルプラクティス

この研究は、ジョージア工科大学の生物科学/応用生理学棟にあるヒト神経筋生理学研究室での連続しない 2 日間の実験で構成されています。 被験者がこの研究に参加する資格があり、同意した場合、被験者は同意書を読んで署名するよう求められます。 手続き全体は、準備を含めて1日あたり約3時間かかります。 被験者は 2 日に分けて研究室に来て、同じタスクを担当します。 1日目は2日目と同じタスクに慣れます。 被験者は次の実験を行います。 人は背筋を伸ばして座り、手と肩をリラックスさせます。 右肩は上腕にパッドで固定され、肩の屈伸運動が妨げられます。 右手と前腕はテーブルの下に隠された皿の上に置きます。 通常、自分の腕をテーブルの上に置くのと同じように、ロボット義肢もテーブル上に配置されます。 手とロボット義足の間には物理的な接続はありません。 被験者は、ロボット義足を掴む動作を行うために、肩の前部の筋肉と胸部の上部の筋肉のペアを活性化します。 プロテーゼを解放する動作を行うために、被験者は肩の筋肉の後部と背中の筋肉のペアを活性化します。 筋肉の活動は、各筋肉にある 2 つの小さなセンサーで記録されます。 被験者はモニター上の信号を見ながら、各筋肉ペアの活性化を練習します。 各ペアでは、ロボットの指を制御するためにより明確な信号が使用されます。 健康な被験者のみ: 健康な被験者は次のタスク A ～ F を実行します。 [A: 休息] 被験者は、電源を切ったモニターを見つめながら、肉体的または認知的努力をすることなく筋肉を弛緩させます。 [B: ロボット動作の観察] 被験者は筋肉を弛緩させ、コンピュータ制御によるロボット義手の掴みと解放の動作 (各動作 2 秒) を観察することに集中します。 [C: 視覚的 MI] 被験者は筋肉を弛緩させ、従来の視覚的精神イメージ (MI) を実行します。 音声指導のガイダンスにより、被験者は右腕で握る動作と放す動作をそれぞれ 2 秒間頭の中で想像します。 近位筋の収縮は起こりません。 ［Ｄ：運動感覚ＭＩ］ タスクＣと同じＭＩ手順が実行されるが、被験者は、想像された動作によって感じられた運動感覚に焦点を当てる。 [E: ロボットによって強化された練習 (以下の詳細な説明を参照)] 被験者は、近位筋の活性化制御を使用して、掴みと解放の動作についてロボットによって強化された精神的練習を実行します。 この課題中、被験者は右腕の対応する動作で感じられる運動感覚も想像します。 [F: 仮想ロボットの視覚的フィードバックを伴う近位筋収縮] 被験者は、モニター上の 2D での仮想ロボットの動作の視覚的フィードバックを使用してタスク E を実行します。 [G: MI を使用しないロボット拡張演習] 被験者は MI を使用せずにタスク E を実行します。 反応課題として、被験者は聴覚的合図を聞くとすぐに人差し指を曲げます。 脳卒中後の被験者のみ: 上記のタスク C [視覚的な MI]、E [ロボットによって拡張された精神的練習]、および A [休息]は、指と近位の筋肉を自発的に活性化できる右側半身麻痺のある脳卒中後の被験者によって実行されます。 反応課題として、被験者は聴覚的合図が聞こえるとすぐに人差し指を曲げます。 TMS (健康な被験者と脳卒中後の被験者の両方): 上記のタスク中に、脳刺激 (TMS と呼ばれます) が左半球の運動皮質に適用されます。 TMS 手順は、研究者らによる以前の研究で使用された手順に従います。 TMS コイルは頭皮上の正確な位置に配置され、研究者はそこで脳を刺激して筋肉を動かします。 研究者は、処置の刺激部分が開始される時期を被験者に伝えます。 手順の最初の部分は、筋肉を制御する脳の領域を見つけることです。 これらの研究者は、TMS コイルを頭部に配置し、被験者に一連の刺激 (磁気パルスと呼ばれます) を与えます。 筋肉を制御する場所が特定されると、研究者は、休んでいる筋肉を活性化するために必要な最小限の刺激を見つけます。 手順の 2 番目の部分は、安静時および上記のタスク中に TMS を使用して筋収縮を誘発することです。 研究者は、5 秒以上の間隔でシングル パルスおよびペア パルス TMS を適用します。 ロボットによる拡張実習 (上記のタスク E および F): 個人は、近位筋の収縮を使用してロボット義足の指を曲げたり伸ばしたりして、掴みと解放のタスクを実行します。 1) 把握します。 患者は、2 秒間、回収動作のように近位筋 (肩の筋肉の後ろの部分と背中の筋肉) を活性化します。 この筋肉の活性化により、プロテーゼが制御されて指が屈曲し、円筒形の物体を掴むことができます。 2) リリースします。 被験者は、上記で活性化された近位筋を弛緩させ、あたかもリーチ動作であるかのように近位筋（肩の筋肉の前部と胸部の筋肉の上部）を 2 秒間活性化します。 この筋肉の活性化により、義足が制御され、指を伸ばして物体を解放します。 物体を放した後、人は近位の筋肉を弛緩させます。 個人は、プロテーゼの動作を観察したり聞いたりしながら、このシーケンスを繰り返します。 加速度信号は、上腕のわずかな変位を決定するために使用されます。 前腕と手の筋肉の筋電図を監視して、近位筋の活性化中にそれらの筋肉が弛緩していることを確認します。