Name: הערכת רגישות קורטיקוספינלית במהלך התנהגות של הגעה מכוונת מטרה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-02T12:40:00.000+00:00
Duration: 5 min 5 s
Description: חקור הערכת רגישות קורטיקוספינלית במהלך משימות הגעה באמצעות גירוי מגנטי טרנסקרניאלי ואלקטרומיוגרפיה. שיטה זו מספקת תובנות ייחודיות לפעילות שריר ומנגנוני שליטה מוטורית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

מחקר זה התאפשר בין השאר הודות למימון הנדיב של תוכנית החוקרים לתואר ראשון בקמפוס נייט וקרן פיל ופני נייט.

כל השיטות המפורטות כאן בוצעו בהתאם לפרוטוקול IRB ואישור (פרוטוקול IRB של אוניברסיטת אורגון מספר 10182017.017). הסכמה מדעת התקבלה מכל הנבדקים.
1. הגעה למנגנון
<ol><li>הנח לוח גרפי גדול שטוח על שולחן עבודה.</li>
	<li>השתמש במסגרת אלומיניום מתכווננת של 80-20 כדי למקם את צג המשימות 6-8 מעל הטאבלט במקביל, כאשר המסך פונה כלפי מעלה (לקבלת שרטוט, בדוק כאן: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS ואיור משלים 1). הערה: הגדרה זו מאפשרת למשתתפים להגיע לרוחב הטאבלט ולרכוש יעדים המוצגים על צג המשימות תוך חסימת הראייה של הזרוע המגיעה אליהם.</li>
	<li>השתמש בהגדרה המתוארת ב- Kim et al.3 כהפניה.</li>
</ol>2. ממשקי מכונה
<ol><li>חבר את הטאבלט למחשב באמצעות יציאת USB. חבר את צג המשימות למחשב באמצעות יציאת HDMI. חבר את יציאת ה-TMS האחורית למחשב באמצעות כבל DB-9.</li>
	<li>חבר את מערכת ה- EMG למחשב באמצעות כרטיס PCI-6220 DAQ. חבר את הפוטודיודה למערכת EMG באמצעות כבל BNC.</li>
</ol>3. חיישן פוטודיודה
<ol><li>חבר חיישן פוטודיודה לכבל BNC. אבטח את חיישן הפוטודיודה באמצעות סרט הדבקה לפינה השמאלית העליונה של צג המשימות, כאשר החיישן פונה למסך, במרחק ≤ 1 ס"מ. הערה: פעולה זו תתעד את תזמון הגירויים המוצגים על צג המשימה כנתונים אנלוגיים בערוץ קלט עצמאי.</li>
</ol>4. תוכנה
<ol><li>הורד את VETA Toolbox26 (https://github.com/greenhouselab/Veta) עבור MATLAB 2018 כדי להתממשק עם החומרה לאיסוף נתונים.</li>
	<li>הורד את קוד המשימה המגיע (https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS) שפותח לשליטה בפרמטרים ניסיוניים והתממשקות עם הטאבלט.</li>
</ol>5. סינון משתתפים והסכמה מדעת
<ol><li>סנן את הנושא עבור התוויות נגד TMS. קריטריוני ההדרה כוללים היסטוריה אישית או משפחתית של פרכוסים, כאבי ראש, טראומה מוחית, התעלפות, מתח כרוני או חרדה, בעיות שינה וכל תרופה נוירואקטיבית. קריטריונים נוספים לאי-הכללה כוללים שתלי מתכת במוח או בגולגולת וכל שימוש בסמים או באלכוהול בשעות הפנאי ב-24 השעות שלפני הבדיקה. קריטריוני ההכללה כללו ימניות וגיל בין 18 ל-35 שנים.</li>
	<li>ספק הסבר בכתב על ההליך והסיכונים הכרוכים בו, תוך הבהרת כל שאלה נוספת שיש למשתתף.</li>
	<li>קבלת הסכמה מדעת מהמשתתפים.</li>
</ol>6. הגדרת נושא
<ol><li>מקם את נושא הצילום בכיסא נוח מול הטאבלט. ודא שהברכיים מכופפות ל-90° עם הרגליים מתחת לשולחן.</li>
	<li>הכינו את העור והניחו אלקטרודות EMG.<ol><li>השתמש בנייר זכוכית דקיק כדי לשחוק בעדינות את העור באתר של האינטרוסיי הגבי הראשון (FDI), extensor carpi radialis ושרירי הדלטואיד הקדמיים, כמו גם את הבולטות C4 בבסיס הצוואר, כדי לזהות ממצאים חשמליים המיוצרים על ידי פולס TMS. הערה: ניתן להתאים אתרי הקלטת שרירים על פי צרכי המשתמש.</li>
		<li>מטושים כל אזור עם כרית הכנה לאלכוהול פעם אחת לכל אתר אלקטרודה לניקוי.</li>
		<li>מקם אלקטרודת EMG אחת בכל אתר. ודא שהאלקטרודות פועלות בניצב לסיבי השריר. מניחים את אלקטרודת הקרקע על הבולטות הגרמית של מרפק ימין.</li>
		<li>אבטח כל אלקטרודה עם סרט רפואי.</li>
	</ol></li>
	<li>בדוק את איכות הקלטת EMG. השתמש בארגז הכלים של VETA כדי להמחיש את כל עקבות ה- EMG ולוודא שהם נקיים מממצאים. אם עקבות EMG רועשים, ודא שהקרקע ממוקמת כראוי ושכל האלקטרודות יוצרות מגע תקין עם העור.</li>
</ol>7. גירוי מגנטי גולגולתי
<ol><li>הפעל את מכשיר ה-TMS.</li>
	<li>מצא את הנקודה החמה TMS של שריר ה- FDI הימני באמצעות גירוי של M1 השמאלי.<ol><li>מניחים את הסליל ~5 ס"מ לרוחב ו-2 ס"מ קדמי לקודקוד הראש, בכיוון ~45° מקו האמצע.</li>
		<li>יש לבצע פולסים TMS אחת ל-4 שניות תוך מיקום מחדש של הסליל במרווחים של כ-5 מ"מ במישור הקדמי-אחורי והמדיאלי-לרוחבי.</li>
		<li>החל מתפוקת מגרה מרבית של 30%, הגדל בהדרגה את עוצמת ה-TMS במרווחים של 2% עד לצפייה ב-MEPs.</li>
		<li>לאחר זיהוי המיקום האופטימלי, שבו ניתן לעורר באופן מהימן MEPs על רוב (~75%) הפולסים בעוצמת הממריץ הנמוכה ביותר האפשרית, קבע את סף מנוע המנוחה (RMT) על ידי מציאת רמת העוצמה שמייצרת MEPs עם משרעת שיא לשיא של >50 μV על חמש מתוך 10 פולסים.</li>
		<li>סמן את המיקום על ידי הנחת רצועות דקות של סרט מחזיר אור על ראשו של המשתתף לאורך היקף הסליל. שמור על מיקום הסליל על ידי החזקה ידנית של הסליל או שימוש במעמד כדי לתמוך בו.</li>
	</ol></li>
</ol>8. הגעה להגדרת משימות
<ol><li>שים כפפת סקוטש על ידו הימנית של המשתתף כדי להקל על תנוחת אחיזת כוח רגועה.</li>
	<li>חברו את העט האלקטרוני לכפפה וייעצו לנושא לשמור על היד רגועה בין תנועות הושטת יד.</li>
	<li>העבר את הוראות המשימה, שהן כדלקמן: הדרך את הסמן למיקום הבית בתחתית המסך. תראה רמז באחד משני מיקומי יעד. כאשר המטרה מתמלאת בצבע, להגיע דרך המטרה מהר ככל האפשר ומדויק ככל האפשר. לאחר מכן חזרו למצב הביתי. ציין מיקומים של מיקומי בית, רמזים ויעדים (איור 1A).</li>
	<li>אמן את המשתתף לחתוך מטרות עם העט המהיר והמדויק ככל האפשר. כבה את האורות בחדר המשימות כדי לטשטש את ראייתו של המשתתף לגבי תנועות הידיים ולשפר את הנראות של צג המשימות.</li>
</ol>9. עיצוב משימה
<ol><li>שלוט בהצגת גירוי חזותי עם Psychtoolbox 3.0 ב- Matlab 2018 (קובץ קידוד משלים 1).</li>
	<li>השתמש בפרמטרים הבאים כדי להתאים לנתונים הנוכחיים: 20 ניסויי תרגול; 270 ניסויי בדיקה; TMS על 4/5 של ניסויי בדיקה; TMS עולה בקנה אחד עם הופעת רמז ההכנה (TMS בסיסי) או 100 אלפיות השנייה לפני רמז הציווי (עיכוב TMS) בתדר שווה; 1/10 מכלל הניסויים הם ניסויי תפיסה, שבהם רמז הציווי אינו מופיע; מיקום הבית הוא עיגול עם רדיוס של 2 ס"מ הממוקם במרכז התחתון של סביבת העבודה; שתי מטרות עגולות עם רדיוס של 1 ס"מ ממוקמות במרחק של 15 ס"מ ממיקום הבית במרחק +45° ו-45°- מקו האמצע.</li>
	<li>הגדר את סדר האירועים ומשכי הזמן באופן הבא: רמז הכנה ב 900 אלפיות השנייה ורמז ציווי ב 900 אלפיות השנייה.</li>
</ol>10. ניהול TMS
<ol><li>ארגז הכלים של VETA מנהל במקביל TMS ומתעד EMG https://github.com/greenhouselab/Veta.</li>
	<li>שלוט בתזמון של פולסי ה-TMS באמצעות ארגז הכלים של VETA כדי לחפוף את האירועים ההתנהגותיים שנבחרו (כלומר, תחילת רמז ההכנה או 100 אלפיות השנייה שקדמו לתחילת היעד).</li>
	<li>ספק TMS בתדירות מספקת כדי להבטיח מספר מספיק של MEPs לניתוח. הערה: כפי שנכתב, קוד המשימה יספק פעימת TMS ב-4/5 מהניסויים הכוללים בתחילת רמז ההכנה - כדי לעורר MEPs בסיסיים - או 100 אלפיות השנייה לפני הרמז ההכרחי - כדי לעורר MEPs מושהים. ניתן להתאים פרמטרים בקוד בהתאם לצרכי המשתמש. ניתן להשתמש בניסויים ללא TMS כדי להעריך ביצועים התנהגותיים בהיעדר TMS. זה שימושי לקביעת כל השפעה אפשרית של TMS על הביצועים.</li>
</ol>

<ol><li>Georgopoulos, A. P., Kalaska, J. F., Caminiti, R., Massey, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+relations+between+the+direction+of+two-dimensional+arm+movements+and+cell+discharge+in+primate+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">On the relations between the direction of two-dimensional arm movements and cell discharge in primate motor cortex.</a> The Journal of Neuroscience. 2 (11), 1527-1537 (1982).</li>
<li>Georgopoulous, A. P., Schwartz, A. B., Kettner, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+population+coding+of+movement+direction%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Neuronal population coding of movement direction.</a> Science. 233 (4771), 1416-1419 (1986).</li>
<li>Kim, H. E., Morehead, J. R., Parvin, D. E., Moazzezi, R., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Invariant+errors+reveal+limitations+in+motor+correction+rather+than+constraints+on+error+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+Biology%22%5BJournal%5D)">Invariant errors reveal limitations in motor correction rather than constraints on error sensitivity.</a> Communications Biology. 1, 19(2018).</li>
<li>Huberdeau, D. M., Krakauer, J. W., Haith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual-process+decomposition+in+human+sensorimotor+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">Dual-process decomposition in human sensorimotor adaptation.</a> Current Opinion in Neurobiology. 33, 71-77 (2015).</li>
<li>Shadmehr, R., Smith, M. A., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Error+correction%2C+sensory+prediction%2C+and+adaptation+in+motor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Error correction, sensory prediction, and adaptation in motor control.</a> Annual Review of Neuroscience. 33 (1), 89-108 (2010).</li>
<li>Filimon, F., Nelson, J. D., Hagler, D. J., Sereno, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+cortical+representations+for+reaching%3A+Mirror+neurons+for+execution%2C+observation%2C+and+imagery%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Human cortical representations for reaching: Mirror neurons for execution, observation, and imagery.</a> NeuroImage. 37 (4), 1315-1328 (2007).</li>
<li>Hammon, P. S., Makeig, S., Poizner, H., Todorov, E., de Sa, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+reaching+targets+from+human+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Signal+Processing+Magazine%22%5BJournal%5D)">Predicting reaching targets from human EEG.</a> IEEE Signal Processing Magazine. 25 (1), 69-77 (2008).</li>
<li>Busan, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+transcranial+magnetic+stimulation+%28TMS%29+on+parietal+and+premotor+cortex+during+planning+of+reaching+movements%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Effect of transcranial magnetic stimulation (TMS) on parietal and premotor cortex during planning of reaching movements.</a> PloS One. 4 (2), 4621(2009).</li>
<li>Busan, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+magnetic+stimulation+and+preparation+of+visually-guided+reaching+movements%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroengineering%22%5BJournal%5D)">Transcranial magnetic stimulation and preparation of visually-guided reaching movements.</a> Frontiers in Neuroengineering. 5, 18(2012).</li>
<li>Lega, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+topography+of+visually+guided+grasping+in+the+premotor+cortex%3A+a+dense-transcranial+magnetic+stimulation+%28TMS%29+mapping+study%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The topography of visually guided grasping in the premotor cortex: a dense-transcranial magnetic stimulation (TMS) mapping study.</a> The Journal of Neuroscience. 40 (35), 6790-6800 (2020).</li>
<li>Marigold, D. S., Lajoie, K., Heed, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((No+effect+of+triple-pulse+TMS+medial+to+intraparietal+sulcus+on+online+correction+for+target+perturbations+during+goal-directed+hand+and+foot+reaches%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">No effect of triple-pulse TMS medial to intraparietal sulcus on online correction for target perturbations during goal-directed hand and foot reaches.</a> PloS One. 14 (10), 0223986(2019).</li>
<li>Savoie, F. -A., Dallaire-Jean, L., Thenault, F., Whittingstall, K., Bernier, P. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-pulse+TMS+over+the+parietal+cortex+does+not+impair+sensorimotor+perturbation-induced+changes+in+motor+commands%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">Single-pulse TMS over the parietal cortex does not impair sensorimotor perturbation-induced changes in motor commands.</a> eNeuro. 7 (2), (2020).</li>
<li>Taga, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+adaptation+and+internal+model+formation+in+a+robot-mediated+forcefield%5BTitle%5D)+AND+%22Psychoradiology%22%5BJournal%5D)">Motor adaptation and internal model formation in a robot-mediated forcefield.</a> Psychoradiology. 1 (2), 73-87 (2021).</li>
<li>Vesia, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+dorsomedial+parieto-motor+circuit+specifies+grasp+during+the+planning+of+goal-directed+hand+actions%5BTitle%5D)+AND+%22Cortex%22%5BJournal%5D)">Human dorsomedial parieto-motor circuit specifies grasp during the planning of goal-directed hand actions.</a> Cortex. 92, 175-186 (2017).</li>
<li>Bestmann, S., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+uses+and+interpretations+of+the+motor-evoked+potential+for+understanding+behaviour%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour.</a> Experimental Brain Research. 233 (3), 679-689 (2015).</li>
<li>Rossini, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+electrical+and+magnetic+stimulation+of+the+brain%2C+spinal+cord%2C+roots+and+peripheral+nerves%3A+Basic+principles+and+procedures+for+routine+clinical+and+research+application.+An+updated+report+from+an+I.F.C.N.+Committee%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee.</a> Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1110 (2015).</li>
<li>Rothwell, J. C., Thompson, P. D., Boyd, S., Marsden, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulation+of+the+human+motor+cortex+through+the+scalp%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Physiology%22%5BJournal%5D)">Stimulation of the human motor cortex through the scalp.</a> Experimental Physiology. 76 (2), 159-200 (1991).</li>
<li>Bestmann, S., Duque, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+magnetic+stimulation%3A+decomposing+the+processes+underlying+action+preparation%5BTitle%5D)+AND+%22The+Neuroscientist%22%5BJournal%5D)">Transcranial magnetic stimulation: decomposing the processes underlying action preparation.</a> The Neuroscientist. 22 (4), 392-405 (2016).</li>
<li>Kim, H. E., Avraham, G., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+psychology+of+reaching%3A+action+selection%2C+movement+implementation%2C+and+sensorimotor+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Psychology%22%5BJournal%5D)">The psychology of reaching: action selection, movement implementation, and sensorimotor learning.</a> Annual Review of Psychology. 72 (1), 61-95 (2021).</li>
<li>McDougle, S. D., Bond, K. M., Taylor, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Explicit+and+implicit+processes+constitute+the+fast+and+slow+processes+of+sensorimotor+learning%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Explicit and implicit processes constitute the fast and slow processes of sensorimotor learning.</a> The Journal of Neuroscience. 35 (26), 9568-9579 (2015).</li>
<li>McDougle, S. D., Bond, K. M., Taylor, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implications+of+plan-based+generalization+in+sensorimotor+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Implications of plan-based generalization in sensorimotor adaptation.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (1), 383-393 (2017).</li>
<li>McDougle, S. D., Ivry, R. B., Taylor, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Taking+aim+at+the+cognitive+side+of+learning+in+sensorimotor+adaptation+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">Taking aim at the cognitive side of learning in sensorimotor adaptation tasks.</a> Trends in Cognitive Sciences. 20 (7), 535-544 (2016).</li>
<li>Morehead, J. R., Qasim, S. E., Crossley, M. J., Ivry, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Savings+upon+re-aiming+in+visuomotor+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Savings upon re-aiming in visuomotor adaptation.</a> The Journal of Neuroscience. 35 (42), 14386-14396 (2015).</li>
<li>Taylor, J. A., Krakauer, J. W., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Explicit+and+implicit+contributions+to+learning+in+a+sensorimotor+adaptation+task%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Explicit and implicit contributions to learning in a sensorimotor adaptation task.</a> The Journal of Neuroscience. 34 (8), 3023-3032 (2014).</li>
<li>Tsay, J. S., Kim, H. E., Parvin, D. E., Stover, A. R., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Individual+differences+in+proprioception+predict+the+extent+of+implicit+sensorimotor+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Individual differences in proprioception predict the extent of implicit sensorimotor adaptation.</a> Journal of Neurophysiology. 125 (4), 1307-1321 (2021).</li>
<li>Jackson, N., Greenhouse, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((VETA%3A+An+open-source+matlab-based+toolbox+for+the+collection+and+analysis+of+electromyography+combined+with+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">VETA: An open-source matlab-based toolbox for the collection and analysis of electromyography combined with transcranial magnetic stimulation.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 975(2019).</li>
<li>Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Minimum+number+of+trials+required+for+within-+and+between-session+reliability+of+TMS+measures+of+corticospinal+excitability%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability.</a> Neuroscience. 320, 205-209 (2016).</li>
<li>Koch, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+interplay+between+posterior+parietal+and+ipsilateral+motor+cortex+revealed+by+twin-coil+transcranial+magnetic+stimulation+during+reach+planning+toward+contralateral+space%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Functional interplay between posterior parietal and ipsilateral motor cortex revealed by twin-coil transcranial magnetic stimulation during reach planning toward contralateral space.</a> The Journal of Neuroscience. 28 (23), 5944-5953 (2008).</li>
<li>Goldenkoff, E. R., Mashni, A., Michon, K. J., Lavis, H., Vesia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+and+manipulating+functionally+specific+neural+pathways+in+the+human+motor+system+with+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Measuring and manipulating functionally specific neural pathways in the human motor system with transcranial magnetic stimulation.</a> Journal of Visualized Experiments. (156), e60706(2020).</li>
</ol>

כל המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים

השיטות שתוארו לעיל מציעות גישה חדשנית לחקר הכנה מוטורית בהקשר של הגעה להתנהגויות. למרות שהגעה מייצגת משימת מודל פופולרית בחקר הבקרה המוטורית והלמידה, יש צורך בהערכה מדויקת של הדינמיקה של מדעי המחשב הקשורה להגעה להתנהגות. TMS מציע שיטה לא פולשנית ומדויקת באופן זמני ללכידת פעילות CS בנקודות זמן בדידות במהלך ההגעה. הגישה המתוארת כאן משלבת שני תתי-תחומים עצמאיים - TMS והגעה לפרדיגמה אחת הכוללת הקלטה סימולטנית של מדדים קינמטיים ואלקטרופיזיולוגיים. 
בעוד שלשיטות המתוארות יש פוטנציאל...

הגעה מכוונת מטרה היא התנהגות מוטורית בסיסית המאפשרת לבני אדם לתקשר עם הסביבה החיצונית ולתפעל אותה. חקר ההגעה לתחומי הפיזיולוגיה המוטורית, הפסיכולוגיה ומדעי המוח הניב ספרות עשירה ונרחבת הכוללת מגוון מתודולוגיות. מחקרים מוקדמים של הגעה השתמשו ברישומים עצביים ישירים בפרימטים שאינם אנושיים כדי לחקור פעילות עצבית ברמה של נוירונים בודדים 1,2. מחקרים עדכניים יותר בחנו שימוש בפרדיגמות התנהגותיות המשתמשות בהסתגלות סנסו-מוטורית כדי לחקור את טבעה של למידה מוטוריתושליטה 3,4,5. מטלות התנהגותיות כאלה בשילוב עם דימות תהודה מגנטית תפקודי ואלקטרואנצפלוגרפיה יכולים למדוד פעילות מוחית שלמה במהלך ההגעה לבני אדם 6,7. מחקרים אחרים יישמו TMS מקוון כדי לחקור תכונות שונות של הכנהוביצוע 8,9,10,11,12,13,14. עם זאת, עדיין יש צורך בגישה מבוססת קוד פתוח וגמישה המשלבת את ההערכה ההתנהגותית של הגעה עם TMS. בעוד שהתועלת של שילוב TMS עם פרוטוקולים התנהגותיים מבוססת היטב15, כאן, אנו בוחנים באופן ספציפי את היישום של TMS בהקשר של הגעה באמצעות גישת קוד פתוח. זה חדשני בכך שקבוצות אחרות שפרסמו באמצעות שילוב זה של שיטות לא הפכו את הכלים שלהם לזמינים בקלות, ואסרו על שכפול ישיר. גישת קוד פתוח זו מאפשרת שכפול, שיתוף נתונים ואפשרות למחקרים מרובי אתרים. בנוסף, אם אחרים רוצים לעסוק בשאלות מחקר חדשניות עם כלים דומים, קוד הקוד הפתוח יכול לשמש כמשטח שיגור לחדשנות, מכיוון שהוא ניתן להתאמה בקלות.
TMS מציע אמצעי לא פולשני לבדיקת המערכת המוטורית בנקודות זמן מבוקרות במדויק16. כאשר מורחים אותו על קליפת המוח המוטורית העיקרית (M1), TMS יכול לעורר סטייה ניתנת למדידה באלקטרומיוגרמה של שריר ממוקד. המשרעת של גל מתח זה, המכונה הפוטנציאל המעורר המוטורי (MEP), מספקת מדד של מצב ההתרגשות הרגעית של מסלול הקורטיקוספינל (CS) - אנלוגיה תוצאתית של כל ההשפעות המעוררות והמעכבות על מסלול CS17. בנוסף למתן מדידה אמינה בתוך הנושא של רגישות פנימית במדעי המחשב, ניתן לשלב TMS עם מדדים התנהגותיים או קינמטיים אחרים כדי לחקור את הקשרים בין פעילות מדעי המחשב להתנהגות באופן מדויק באופן זמני. מחקרים רבים השתמשו בשילוב של TMS ואלקטרומיוגרפיה (EMG) כדי לענות על מגוון שאלות על המערכת המוטורית, במיוחד מכיוון ששילוב שיטות זה מאפשר לחקור MEPs במגוון רחב של תנאים התנהגותיים15. תחום אחד שבו זה הוכיח שימושי במיוחד הוא במחקר של הכנה לפעולה, לרוב באמצעות מחקר של תנועות מפרק יחיד18. עם זאת, ישנם יחסית פחות מחקרי TMS על תנועות נטורליסטיות מרובות מפרקים כגון הושטת יד.
המטרה הנוכחית הייתה לתכנן משימת הגעה לתגובה מושהית הכוללת קינמטיקה התנהגותית, מתן TMS מקוון בפולס יחיד והקלטת EMG סימולטנית ממספר שרירים. המשימה כוללת פרדיגמת הגעה דו-ממדית מנקודה לנקודה עם משוב חזותי מקוון באמצעות צג בכיוון אופקי, כך שמשוב חזותי תואם למסלולי הגעה (כלומר, יחס של 1:1 במהלך משוב ורידיקל וללא טרנספורמציה בין משוב חזותי לתנועה). העיצוב הנוכחי כולל גם סדרה של ניסויים עם הפרעה visuomotor. בדוגמה שסופקה, זהו שינוי סיבובי של 20° במשוב הסמן. מחקרים קודמים השתמשו בפרדיגמה דומה כדי לענות על שאלות על המנגנונים והחישובים הקשורים להסתגלות סנסו-מוטורית 19,20,21,22,23,24,25. יתר על כן, גישה זו מאפשרת להעריך את דינמיקת ההתרגשות של המערכת המוטורית בנקודות זמן מדויקות במהלך למידה מוטורית מקוונת.
מאחר שהגעה הוכיחה את עצמה כהתנהגות פורייה לחקר למידה/הסתגלות, להערכת רגישות מדעי המחשב בהקשר של התנהגות זו יש פוטנציאל עצום לשפוך אור על המצעים העצביים המעורבים בהתנהגויות אלה. אלה עשויים לכלול השפעות מעכבות מקומיות, שינויים בתכונות הכוונון, תזמון של אירועים עצביים וכו ', כפי שנקבע במחקרי פרימטים שאינם בני אדם. עם זאת, תכונות אלה היו קשות יותר לכימות בבני אדם ובאוכלוסיות קליניות. ניתן לחקור דינמיקה עצבית גם בהיעדר תנועה גלויה בבני אדם באמצעות גישת TMS ו- EMG המשולבת (כלומר, במהלך הכנת תנועה או במנוחה).
הכלים המוצגים הם קוד פתוח, והקוד ניתן להתאמה בקלות. פרדיגמה חדשנית זו תפיק תובנות חשובות על המנגנונים המעורבים בהכנה, ביצוע, סיום והתאמה של תנועות הושטת יד. יתר על כן, לשילוב זה של שיטות יש פוטנציאל לחשוף קשרים בין אלקטרופיזיולוגיה לבין הגעה להתנהגות בבני אדם.

<table><tbody><tr><td>PCI Express מקורי עם 2 יציאות&nbsp;</td><td>כרטיס</td><td>RS232 StarTech.com עם 16950 UART&nbsp;</td><td>חייב להיות תואם למחשב שולחני</td></tr><tr><td>מסגרת אלומיניום מתכווננת 80-20</td><td>כל</td><td></td><td></td></tr><tr><td>רפידות הכנה לאלכוהול</td><td>כל</td><td></td><td>הכנת EMG</td></tr><tr><td>אלקטרודות דו-קוטביות של Bagnoli</td><td>Delsys</td><td>DE 2.1</td><td></td></tr><tr><td>Bagnoli התייחסות אלקטרודה</td><td>Delsys</td><td>USX2000</td><td>2 אינץ' (5 ס"מ)</td></tr><tr><td>כיסא עגול Bagnoli-8 EMG System</td><td>Delsys</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>כל</td><td></td><td></td></tr><tr><td>צג מחשב לשולחן EMG/TMS</td><td>n/a</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>כל</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מחשב שולחני</td><td>Dell</td><td>xps 8930</td><td>RAM: 16 GB, אחסון: 1TB, גרפיקה: 1060 6GB&nbsp;</td></tr><tr><td>אלקטרודות EMG</td><td>Delsys</td><td>חיישן ממשק</td><td></td>דבק</tr><tr><td>נייר זכוכית עדין</td><td>כל</td><td></td><td>הכנת EMG</td></tr><tr><td>טאבלט גרפי</td><td>Wacom</td><td>Intuos-4 XL</td><td></td></tr><tr><td>ידית של רולר צבע</td><td>כל אחד</td><td></td><td>שישמש כידית חרט, מרכז חלול חייב להיות גדול מספיק כדי שהחרט יוכל לשבת בבטחה בפנים&nbsp;</td></tr><tr><td>קלטת רפואית</td><td>כל</td><td></td><td>כדי לאבטח אלקטרודות EMG</td></tr><tr><td>כרטיס PCI-6220 DAQ</td><td>National Instruments</td><td></td><td>לממשק מערכת EMG</td></tr><tr><td>חיישן פוטודיודה</td><td>Vishay</td><td>BPW21R</td><td>כדי לתעד תזמון של אירועי משימה למעקב EMG.</td></tr><tr><td>יציאת TMS אחורית</td><td>Magstim</td><td></td><td>כלול במכונת TMS</td></tr><tr><td>כפפת פוליאתילן ימנית</td><td>כל</td><td></td><td>חתוך את האגודל והאצבע המורה של הכפפה כדי לחשוף את שריר ה-FDI</td></tr><tr><td>ממשק דבק חושי, 2 חריצים</td><td>Delsys</td><td>SC-F01</td><td></td></tr><tr><td>Stylus</td><td>Wacom</td><td>Intuos-4 עט</td><td></td>אחיזה</tr> כבל <tr><td>USB לטאבלט למחשב&nbsp;</td><td>כל</td><td></td><td>כלול ברכישת טאבלט</td></tr><tr><td>צג משימה</td><td>Asus</td><td>VG248</td><td></td></tr><tr><td>TMS סליל</td><td>Magstim</td><td>D70 סליל מרחוק</td><td>קוטר 7 ס"מ, דמות שמונה סליל</td></tr><tr><td>TMS מכונת</td><td>Magstim</td><td>200-2</td><td></td></tr><tr><td>TMS למחשב DB9 כבל</td><td>כל</td><td></td><td>מתחבר לכרטיס סידורי PCIe</td></tr><tr><td>סקוטש</td><td>כל</td><td></td><td>להניח על כפפה וידית החרט</td></tr></tbody></table>

הערכת רגישות קורטיקוספינלית במהלך התנהגות של הגעה מכוונת מטרה

Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

הגעה היא התנהגות שנחקרה רבות בפיזיולוגיה מוטורית ובחקר מדעי המוח. בעוד שההגעה נבחנה באמצעות מגוון מניפולציות התנהגותיות, עדיין קיימים פערים משמעותיים בהבנת התהליכים העצביים המעורבים בתכנון, ביצוע ובקרה של תפוצה. הגישה החדשנית המתוארת כאן משלבת משימה דו-ממדית עם גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) והקלטה אלקטרומיוגרפית בו-זמנית (EMG) ממספר שרירים. שיטה זו מאפשרת זיהוי לא פולשני של פעילות קורטיקוספינלית בנקודות זמן מדויקות במהלך התגלגלות התנועות המגיעות. קוד המשימה לדוגמה כולל משימה המגיעה לתגובה מושהית עם שני יעדים אפשריים המוצגים ± 45° מקו האמצע. TMS של פעימה בודדת מועבר ברוב ניסויי המשימה, בין אם בתחילת רמז ההכנה (קו הבסיס) או 100 אלפיות השנייה לפני רמז הציווי (עיכוב). תכנון מדגם זה מתאים לחקר שינויים ברגישות קורטיקוספינלית במהלך הכנת ההגעה. הקוד לדוגמה כולל גם הפרעה visuomotor (כלומר, סיבוב סמן של ± 20°) כדי לחקור את ההשפעות של הסתגלות על רגישות corticospinal במהלך הכנה להגיע. ניתן להתאים את פרמטרי המשימה ואת מסירת ה- TMS כדי לטפל בהשערות ספציפיות לגבי מצב המערכת המוטורית במהלך התנהגות ההגעה. ביישום הראשוני, פוטנציאלים מעוררי מנוע (MEPs) נוצרו בהצלחה ב-83% מניסויי ה-TMS, ומסלולי הגעה נרשמו בכל הניסויים.

ביצוע מוצלח של השיטות המתוארות כולל הקלטה של נתוני טאבלט, עקבות EMG והתעוררות אמינה של חברי פרלמנט. הושלם ניסוי שכלל 270 ניסויי בדיקה עם TMS שהועברו ב-4/5 מהניסויים (216 ניסויים).
הנתונים נאספו מ-16 משתתפים (שמונה נשים; שמונה גברים) בגילאי 25 ± 10 שנים, כולם דיווחו על עצמם כבעלי יד ימין. הערכנו את היעילות של ההפרעה החזותית על הביצועים ההתנהגותיים על ידי הפקת פונקציית למידה עבור משתתף מייצג אחד. נתונים אלה מוצגים באיור 1B ומראים כי שגיאת יעד היד של המשתתף התאימה את...

הגעה היא מיומנות בסיסית המאפשרת לבני אדם לתקשר עם הסביבה. מספר מחקרים נועדו לאפיין התנהגות הגעה באמצעות מגוון מתודולוגיות. מאמר זה מציע יישום קוד פתוח של גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי כדי להעריך את מצב ההתרגשות הקורטיקוספינלית בבני אדם במהלך הגעה לביצועי משימה.

Reaching is a widely studied behavior in motor physiology and neuroscience research. While reaching has been examined using a variety of behavioral ...

שיטה זו משלבת פרדיגמת הגעה התנהגותית גמישה עם אלקטרומיוגרפיה של גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי והכל ממחשב אחד. זה משמעותי מכיוון שהוא מייעל את הגישות הקיימות. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם שהיא זמינה באופן פתוח ומציעה גמישות מבחינת משימה התנהגותית ופרמטרים של TMS. ניתן להתאים הגדרה זו בקלות לשימוש עם אוכלוסיות קליניות, מכיוון שהיא רב-תכליתית וניידת. השיטה מציעה תובנות ייחודיות לגבי ריגוש קורטיקו-ספינלי ופעילות שרירים במהלך הגעה התנהגותית והסתגלות מוטורית. הנח טאבלט גרפי גדול שטוח על שולחן העבודה. השתמש במסגרת אלומיניום מתכווננת של 80-20 כדי למקם את צג המשימות שישה עד שמונה אינץ' מעל הטאבלט במקביל למסך הפונה כלפי מעלה. לאחר מכן, מקם את הנבדק בכיסא נוח מול הטאבלט וודא שהברכיים מכופפות ל-90

assessing-corticospinal-excitability-during-goal-directed-reaching

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

מקור: Charalambos, C. C., et al. הערכה דו-צדדית של המסלולים הקורטיקו-שדרתיים של שרירי הקרסול באמצעות גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי מנווט. J. Vis. Exp. (2019)סרטון זה מדגים את השיטה להערכת מסלולי קורטיקו-ספינל של שרירי הרגליים באמצעות גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS). מנוחה ותגובות שרירים פעילות נרשמות מחצי כדור מוח אחד כדי להעריך את התפקוד הקורטיקומוטורי הנגדי של שרירי הרגליים.

הערכת מסלולים קורטיקו-ספינאליים באמצעות גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי

שלוש בדיקות התנהגותיות חדשות (שלב התחלפות forelimb, מבחן חוסר יציבות בעמידה, בדיקת טיפול פסטה) להערכת תפקוד forelimb לאחר פגיעה בחוט השדרה הצווארי במכרסמים מתוארות.

הערכת תפקוד Forelimb לאחר חד צדדי צוואר הרחם SCI באמצעות משימות רומן: שלב התחלפות גפיים, חוסר יציבות ביציבה וטיפול פסטה

במחקר זה נעשה שימוש בגירוי מגנטי טרנס-קרני חד-פעמי על קליפת המוח המוטורית העיקרית, נוירונו-ווגנציה ורישום הפעילות האלקטרומיוגרפית של שרירי היד כדי לחקור את ההתרגשות הקורטיקוספינלית בזמן שהמשתתפים צפו ברצפי פעולה.

אפנון רגישות קורטיקוספינלי במהלך תצפית פעולה

לא ברור כיצד אותות מלמעלה למטה מהזרם החזותי הגחון משפיעים על תנועה. פיתחנו פרדיגמה לבדוק מנוע התנהגות כלפי יעד באשלית היפוך עומק 3D. הבדלים משמעותיים הם דיווחו בשני תנועות מכוונות, מכוון למטרה ופעולות אוטומטיות בתנאי צפייה מתעתעים ו ממשיים.

שיטות לחקור את ההשפעה של תהליכים חזותיים מלמעלה למטה על התנהגות מוטורית

פרדיגמה מוצג לאימונים וניתוח של משימת לכת מיומנת אוטומטית בחולדות. ניתוח של ניסיונות משייכים מגלה subprocesses הברור של למידה מוטורית.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

בפרוטוקול הנוכחי מתאר את ההערכה, דו צדדיים בו זמנית של תגובת corticomotor השוקתי הקדמי של הסוליה במהלך ההפעלה מרצון טוניק ומנוחה באמצעות גירוי מגנטי טראנס דופק אחת neuronavigation מערכת.

הערכה דו-צדדית של המסלולים Corticospinal של שרירי הקרסול באמצעות מנווט גירוי מגנטי טראנס

כאן אנו מציעים פרוטוקול המאפשר למשתמש לשנות באופן סלקטיבי את הריקודים ו/או האילוצים על התנועות הרלוונטיות לשחזור האיזון לאחר הפרטוראציה.

רזה שונה וטכניקה שחרור להדגיש עיכוב תגובה בחירת פעולה במאזן ראאקטיבי

מוצג כאן פרדיגמה התנהגותית המ מעוררת תגובות visuomotor חזקות ומהירות על שרירי הגפיים העליונות האנושיות במהלך מגעים מודרכים ויזואלית.

פרדיגמת יעד מתעוררת לעורר תגובות Visuomotor מהיר על שרירי הגפיים העליונות האנושיות

פרוטוקול זה נועד לחקור את ההשפעה של תנאי המשימה על אסטרטגיות תנועה אצל ניצולי שבץ כרוני. כמו כן, פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לבחון אם הגבלה בהארכת המרפק הנגרמת על ידי גירוי חשמלי neuromuscular גורם פיצוי תא המטען במהלך זרוע מכוונת מטרה מגיע אצל מבוגרים שאינם נכים.

ההשפעה של תנאי משימה מוטוריים על זרוע מכוונת מטרה להגיע Kinematics ופיצוי תא המטען בניצולי שבץ כרוני

הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד להשתמש באופטוגנטיקה אלחוטית בשילוב עם צילום וידאו במהירות גבוהה במשימת הושטת יד לתפיסה של כדור יחיד כדי לאפיין את המעגלים העצביים המעורבים בביצוע ההתנהגות המוטורית המיומנת בעכברים הנעים בחופשיות.

In Vivo שליטה אופטוגנטית אלחוטית בהתנהגות מוטורית מיומנת

חקור הערכת רגישות קורטיקוספינלית במהלך משימות הגעה באמצעות גירוי מגנטי טרנסקרניאלי ואלקטרומיוגרפיה. שיטה זו מספקת תובנות ייחודיות לפעילות שריר ומנגנוני שליטה מוטורית.

הערכת רגישות קורטיקוספינלית במהלך התנהגות של הגעה מכוונת מטרה

גלה סרטונים נוספים