Obdobje: 1.7.2019―30.6.2022

Sodelujoče organizacije

• Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
• Medicinska fakulteta
• Znanstveno-raziskovalno središče Koper

Opis problema

Centralni živčni sistem nadzoruje mišično krčenje z električnim aktiviranjem osnovnih funkcionalnih enot mišic, tako imenovanih motoričnih enot in s spreminjanjem njihove frekvence proženja. Vsako motorično enoto oživčuje motorični nevron, ki prenaša ukaze centralnega živčnega sistema. V mnogih zdravih in patoloških stanjih ostanejo živčno-mišična stičišča stabilna, zato delovanje posameznih motoričnih enot verodostojno odraža kode motoričnih nevronov. Skeletne mišice prostorsko razporedijo in ojačajo te živčne kode do te mere, da jih lahko zaznamo z igelnimi ali površinskimi elektrodami, ki jih prilepimo neposredno na kožo nad preučevano mišico. Dobljeni električni zapis mišične aktivnosti imenujemo elektromiogram (EMG).

S pomočjo računalniške dekompozicije lahko signale EMG razstavimo na prispevke posameznih motoričnih enot in s tem pridobimo vpogled v živčne kode, ki nadzirajo gibe pri ljudeh. Ta metodologija se vedno bolj uporablja v nevroznanosti, rehabilitaciji, protetiki, ergonomiji in naprednejših vmesnikih človek-stroj. Informacije o aktivnosti motoričnih enot so prispevale tudi k boljšemu razumevanju patologij, kot so kap in patološki tremor ter nevrofiziološkim raziskavam refleksov in staranja ljudi.

Sestavljeni mišični akcijski potencial (SMAP, ang. compound muscle action potential) je vsota APME v skeletni mišici, ki jo vzbudi električna stimulacija živcev ali mišic, ali pa transkranialna električna (TES) ali magnetna stimulacija (TMS) motoričnega korteksa. Analiza SMAP-a se rutinsko uporablja v kliničnih in nevrofizioloških študijah za neinvazivno in vivo ocenjevanje funkcionalnega stanja človeškega motoričnega sistema, za ocenjevanje integritete motoričnih traktov in za določanje odzivov živčnomišičnega sistema na trening, rehabilitacijo in degeneracijo zaradi različnih živčnomišičnih obolenj, v študijah kortikospinalne ekscitabilnosti in prevodnosti motoričnih živcev ter v analizi utrujenosti in biomehanskih odzivov skeletnih mišic.

Opis rešitev

V projektu bomo razvili nove računalniško podprte tehnike za dekompozicijo SMAP-a, v signalih EMG na prispevke različnih tipov motoričnih enot (tip I, II) in posameznih APME. V ta namen bomo razvili, implementirali in validirali nove metodologije za:

• analizo porazdelitve prevodne hitrosti APME v SMAP-ih;
• kvantifikacijo mišičnih presluhov v SMAP-u, zlasti na območjih z večjim številom mišic;
• dekompozicijo supramaksimalnih in submaksimalnih SMAP-ov na prispevke hitrih in počasnih motoričnih enot;
• identifikacijo prožilnih vzorcev motoričnih enot v SMAP-ih;
• primerjavo funkcionalnih lastnosti motoričnih enot v vzbujenih in prostovoljnih mišičnih skrčitvah.