Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Dekompozicija sestavljenih mišičnih potencialov

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.06.10  Tehnika  Sistemi in kibernetika  Medicinska informatika 

Koda Veda Področje
B115  Biomedicinske vede  Biomehanika, kibernetika 

Koda Veda Področje
2.06  Tehniške in tehnološke vede  Zdravstveni inženiring 
Ključne besede
sestavljeni mišični potenciali, dekompozicija, stimulacija, vzražljivost motoričnega korteksa, stimulacija mišic, H refleksi
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (21)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  55427  Jan Čžan Stermšek    Tehnični sodelavec  2021 
2.  21537  dr. Matjaž Divjak  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2019 - 2022  107 
3.  52032  dr. Aljaž Frančič  Sistemi in kibernetika  Mladi raziskovalec  2019 - 2022  26 
4.  21301  dr. Aleš Holobar  Sistemi in kibernetika  Vodja  2019 - 2022  515 
5.  32494  dr. Miloš Kalc  Šport  Raziskovalec  2019 - 2022  45 
6.  35572  dr. Robi Kelc  Mikrobiologija in imunologija  Raziskovalec  2019 - 2022  125 
7.  12156  dr. Danilo Korže  Sistemi in kibernetika  Raziskovalec  2019 - 2022  209 
8.  39011  Jernej Kranjec  Sistemi in kibernetika  Raziskovalec  2019 - 2022  38 
9.  52498  Teja Ličen  Šport  Raziskovalec  2019 - 2021  11 
10.  34516  dr. Uroš Marušič  Šport  Raziskovalec  2019 - 2022  359 
11.  36506  dr. Uroš Mlakar  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2019 - 2022  65 
12.  21601  Jurij Munda    Tehnični sodelavec  2019 - 2022  33 
13.  38248  dr. Armin Paravlić  Šport  Raziskovalec  2019 - 2022  141 
14.  11612  dr. Rado Pišot  Šport  Raziskovalec  2019 - 2022  1.023 
15.  15801  dr. Božidar Potočnik  Sistemi in kibernetika  Raziskovalec  2019 - 2022  314 
16.  50897  dr. Carlo Reggiani  Šport  Raziskovalec  2019 - 2022  92 
17.  36164  Martin Šavc  Sistemi in kibernetika  Raziskovalec  2019 - 2022  63 
18.  21102  dr. Boštjan Šimunič  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Raziskovalec  2019 - 2022  592 
19.  56174  Jure Urbanc    Tehnični sodelavec  2022 
20.  50649  dr. Filip Urh  Računalništvo in informatika  Mladi raziskovalec  2019 - 2021  29 
21.  30458  dr. Matjaž Vogrin  Medicina  Raziskovalec  2019 - 2022  316 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0796  Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko  Maribor  5089638003  28.011 
2.  1510  Znanstveno-raziskovalno središče Koper  Koper  7187416000  13.792 
3.  2334  Univerza v Mariboru, Medicinska fakulteta  Maribor  5089638048  16.100 
Povzetek
Sestavljeni mišični akcijski potencial (SMAP, ang. compound muscle action potential) je vsota akcijskih potencialov motoričnih enot (APME) v skeletni mišici, ki jih vzbudi električna stimulacija živcev ali mišic ali transkranialna magnetna stimulacija (TMS) motoričnega korteksa. Analiza SMAP-a se rutinsko uporablja v kliničnih in nevrofizioloških študijah za neinvazivno ocenjevanje funkcionalnega stanja človeškega motoričnega sistema in vivo, za ocenjevanje integritete motoričnih traktov in za določanje odzivov živčnomišičnih vezij na trening, rehabilitacijo in degeneracijo zaradi različnih živčnomišičnih obolenj, v študijah kortikospinalne vzdražljivosti in prevodnosti motoričnih živcev ter v analizi utrujenosti in biomehanskih odzivov skeletnih mišic. Kljub široki uporabi analize SMAP, trenutno ni znan postopek, ki bi podpiral dekompozicijo SMAP-a na prispevke posameznih motoričnih enot. Posledično manjkajo metodologije za neinvazivno ocenjevanje števila motoričnih enot v preučevani mišici, za natančno diferenciacijo tipov motoričnih enot v preiskovani mišici in za selektivno spremljanje motoričnih enot v različnih stimulacijah. Iz istih razlogov je slabo raziskan vrstni red rekrutacije motoričnih enot v različnih protokolih stimulacij in slabo pojasnjeni nevrofiziološki mehanizmi, ki botrujejo časovni variabilnosti SMAP-a. V tem projektu predlagamo implementacijo računalniško podprtih tehnik za dekompozicijo SMAP-ov na prispevke različnih motoričnih enot. Predlagana dekompozicija SMAP-ov bo podprla številne nove postopke analize vzbujenih mišičnih potencialov, posnetih z neinvazivno tehnologijo zajema večkanalnih površinskih elektromiogramov. Prav tako bomo razvili in uporabili napredne postopke za računalniško podprto kvantifikacijo natančnosti dekompozicije SMAP-a. S tem bomo zagotovili kontrolo kakovosti informacij, pridobljenih iz vzbujenih mišičnih potencialov. Potencial razvitih računalniških tehnik bomo prikazali v treh skrbno izbranih demonstratorjih. Prvi bo analiziral SMAP-e, inducirane s TMS in dodatno osvetlil kratkointervalno intrakortikalno inhibicijo in facilitacijo ter s tem pripomogel k razumevanju nevrofizioloških mehanizmov vzbujanja primarnega motoričnega korteksa. Drugi demonstrator bo uporabil razvito metodologijo za analizo SMAP-ov, ki so vzbujeni z električno stimulacijo živcev in skeletnih mišic ter bo izboljšal naše razumevanje razlik med hitrimi in počasnimi motoričnimi enotami. Prav tako bo analiziral mehanizme postaktivacijske potenciacije v skeletnih mišicah in razširil naše razumevanje vpliva utrujenosti na postaktivacijsko potenciacijo. Tretji demonstrator bo naslovil napredno analizo H refleksov, z namenom zagotoviti boljše razumevanje modulacije vzdražljivosti perifernih motoričnih nevronov. Rezultati drugega in tretjega demonstratorja bodo med drugim pripomogli k boljšemu razumevanju in oblikovanju športnih treningov in rehabilitacij po poškodbah.
Pomen za razvoj znanosti
Veliko število znanstvenih publikacij in aplikacij dokazuje veliko uporabnost analize sestavljenega mišičnega akcijskega potenciala (SMAP) in njen pomen za znanstveno skupnost. Pričakujemo, da bodo predlagane metodološke izboljšave močno spodbudile napredno analizo SMAP-ov, saj bomo z našim pristopom učinkovito ločili dva razreda informacij, ki se skrivajo v SMAP-ih. Prvi razred sestavljajo oblike akcijskih potencialov motoričnih enot (APME), na katere močno vplivajo električne lastnosti podkožnih tkiv in lastnosti sistema za zajem signalov EMG. Posledično oblike submaksimalnih SMAP-ov izkazujejo veliko variabilnost med merjenci in med posameznimi meritvami. Drugi razred informacij sestavljajo vzorci proženj in rekrutacij motoričnih enot. Do sedaj je bil v analizi SMAP-ov uporabljen le prvi razred informacij (oblike APME-ov), ki je bil večinoma analiziran na globalni ravni, pri čemer so bili ignorirani filtrirajoči učinki podkožnega tkiva. Drugi razred informacij, ki ga intenzivno naslavljamo v tem projektu je bil do sedaj bolj ali manj nedostopen. Pomanjkanje verodostojnih povratnih informacij o obnašanju motoričnih enot je omejilo tudi natančne nastavitve parametrov stimulacije in onemogočilo njihovo prilagajanja posameznemu merjencu. Trav tako je onemogočilo objektivno primerjavo različnih stimulacijskih protokolov. Predlagani projekt bo močno olajšal takšne primerjave in bo močno vplival na optimizacijo različnih stimulacijskih protokolov. Prav tako bo v znanstveni skupnosti in v širši družbi promoviral uporabo neinvazivnih preiskav motorične vzdražljivosti in prispeval h krepitvi interakcij med tehnološkimi in nevrofiziološkimi inovacijami. Dolgoročno bodo nove nevrofiziološke ugotovitve, ki jih bo omogočila predlagana nova metodologija, spodbudile vključevanje novega znanja v tehnične, nevrološke, kineziološke in rehabilitacijske postopke. Vsi ti pozitivni učinki bodo dodatno podprti s predlaganim učinkovitim nadzorom kakovosti pridobljenih informacij iz SMAP-ov. Poleg tega bo projekt na nivoju osameznih nevronov pojasnil uporabnost in potencial nove metodologije na področjih a) kratkointervalne intrakortikalne inhibicije in ekscitacije s transkranialno magnetno stimulacijo (TMS), b) analize M valov in njene uporabe v študijah post-aktivacijske potenciacije v skeletnih mišicah in c) v študijah modulacije H refleksov. Vse tri zgoraj omenjene analize predstavljajo pomembno orodje znanstvenih raziskav na področju nevrofiziologije, nevrologije, rehabilitacije in športnih ved. Trije predlagani demonstratorji so bili torej skrbno izbrani z namenom, da bi kar najbolj povečali znanstveni in socialno-ekonomski vpliv predlaganega projekta. Omeniti je treba, da se lahko enaki koncepti razgradnje SMAP-ov razširijo tudi na številne druge scenarije mišične stimulacijske, kot je npr. analiza F valov. Sklepamo torej, da bo imela predlagana odprava omenjenih metodoloških omejitev velik vpliv na nevrofiziološko skupnost, kar bo znatno prispevalo k prepoznavnosti in promociji slovenske raziskovalne odličnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Large number of scientific publications and applications have clearly demonstrated high potential of compound muscle action potential (CMAP) analysis and its relevance for the scientific community. The proposed project activities are expected to greatly boost the interpretation of CMAPs as we will aim to efficiently separate the two classes of information that are embedded in CMAPs. The first class consists of motor unit action potential (MUAP) shapes that are greatly influenced by the volume conductor and properties of EMG acquisition system. As such, they are subject to large inter-subject and inter-measurement variability. The second class of information contains the motor unit firing and recruitment patterns. Up to now, the first class of information (MUAP shapes) has been largely analysed on a global level, ignoring the blurring effects of volume conductor, whereas the second class of information was more or less unavailable. The lack of profound feedback on motor unit behaviour also limited the efficiency of stimulation fine-tuning and adaptation to individual person, as well as objective comparison of different stimulation protocols. The proposed project is, therefore, expected to have a profound effect also on the optimization of various stimulation devices and protocols and on promotion of non-invasive motor excitability investigation techniques in general. By providing the objective and highly detailed measures of CMAP properties, the project will also likely contribute to strengthening the interactions between technological and neurophysiological innovations. On a long term, new neurophysiological findings, enabled by the proposed new methodology will boost the incorporation of new knowledge into available technical solutions as well as into neurological, kinesiological and rehabilitation procedures. All these positive effects will be additionally supported by the proposed strict control of quality of extracted information from CMAP. Moreover, the project will clarify, on the level of individual motor neurons, the applicability and the potential of the proposed new methodology in the fields of a) cortical facilitations and inhibitions by transcranial magnetic stimulation (TMS), b) M wave analysis and its use in studies of post-activation potentiation in skeletal muscles and c) in studies of H reflex modulations. All three aforementioned analyses are highly relevant in the fields of basic neurophysiology, neurology, rehabilitation and sport sciences. Therefore, the three proposed demonstrators have been carefully selected to maximize the scientific and socio-economic outreach of the proposed project. Noteworthy, the very same CMAP decomposition concepts can easily be extended to numerous other stimulation scenarios such as analysis of F waves, for example. Finally yet importantly, solving aforementioned methodological limitations will have a huge impact on neurophysiological community, contributing considerably to the visibility and promotion of Slovenian research excellence.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno