도달은 인간이 환경과 상호 작용할 수 있도록하는 기본 기술입니다. 여러 연구에서 다양한 방법론을 사용하여 도달 행동을 특성화하는 것을 목표로 했습니다. 이 논문은 작업 수행에 도달하는 동안 인간의 피질 척수 흥분성 상태를 평가하기 위해 경두개 자기 자극의 오픈 소스 응용 프로그램을 제공합니다.
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이 논문에서
요약
초록
도달은 운동 생리학 및 신경 과학 연구에서 널리 연구 된 행동입니다. 도달은 다양한 행동 조작을 사용하여 조사되었지만 도달 계획, 실행 및 제어와 관련된 신경 과정에 대한 이해에는 상당한 차이가 남아 있습니다. 여기에 설명된 새로운 접근 방식은 2차원 도달 작업과 경두개 자기 자극(TMS) 및 여러 근육의 동시 근전도(EMG) 기록을 결합합니다. 이 방법은 도달 운동이 펼쳐지는 동안 정확한 시점에서 피질 척수 활동의 비 침습적 감지를 허용합니다. 예제 작업 코드에는 두 개의 가능한 대상이 중간선에서 45° ± 표시된 지연 응답 도달 작업이 포함되어 있습니다. 단일 펄스 TMS는 준비 단서가 시작될 때(기준선) 또는 명령형 단서(지연) 100ms 전에 대부분의 작업 시도에서 전달됩니다. 이 샘플 디자인은 도달 범위 준비 중 피질 척수 흥분성의 변화를 조사하는 데 적합합니다. 샘플 코드에는 도달 준비 중 피질 척수 흥분성에 대한 적응의 영향을 조사하기 위한 시운동 섭동(즉, ± 20°의 커서 회전)도 포함됩니다. 작업 매개 변수 및 TMS 전달은 도달 동작 중 모터 시스템 상태에 대한 특정 가설을 해결하도록 조정할 수 있습니다. 초기 구현에서 TMS 시험의 83%에서 운동 유발 전위(MEP)를 성공적으로 유도했으며 모든 시험에서 도달 궤적이 기록되었습니다.
서론
목표 지향적 도달은 인간이 외부 환경과 상호 작용하고 조작할 수 있도록 하는 기본적인 운동 행동입니다. 운동 생리학, 심리학 및 신경 과학 분야의 도달 연구는 다양한 방법론을 포함하는 풍부하고 광범위한 문헌을 생산했습니다. 도달에 대한 초기 연구는 단일 뉴런 수준에서 신경 활동을 조사하기 위해 인간이 아닌 영장류에서 직접 신경 기록을 사용했습니다 1,2. 보다 최근의 연구에서는 운동 학습 및 제어 3,4,5의 본질을 탐구하기 위해 감각 운동 적응을 사용하는 행동 패러다임을 사용하여 도달하는 것을 조사했습니다. 기능적 자기 공명 영상 및 뇌파 검사와 결합 된 이러한 행동 작업은 인간에 도달하는 동안 전체 뇌 활동을 측정 할 수 있습니다 6,7. 다른 연구에서는 도달 준비 및 실행 8,9,10,11,12,13,14의 다양한 기능을 조사하기 위해 온라인 TMS를 적용했습니다.
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프로토콜
여기에 설명 된 모든 방법은 IRB 프로토콜 및 승인 (University of Oregon IRB 프로토콜 번호 10182017.017)에 따라 수행되었습니다. 모든 피험자로부터 정보에 입각 한 동의를 얻었다.
1. 도달 장치
- 대형 그래픽 태블릿을 바탕 화면에 평평하게 놓습니다.
- 조정 가능한 80-20 알루미늄 프레임을 사용하여 화면이 위쪽을 향하도록 작업 모니터를 태블릿 위에 6-8을 평행하게 배치합니다(청사진은 여기에서 확인: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS 및 보충 그림 1).
알림: 이 설정을 통해 참가자는 태블릿을 가로질러 손을 뻗어 작업 모니터에 표시된 대상을 획득하면서 도달하는 팔의 시야를 가릴 수 있습니다. - Kim et al.3 에 설명된 설정을 참조로 사용하십시오.
2. 기계 인터페이스
- USB 포트를 통해 태블릿을 컴퓨터에 연결합니다. HDMI 포트를 통해 작업 모니터를 컴퓨터에 연....
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결과
설명 된 방법의 성공적인 실행에는 태블릿 데이터 기록, EMG 추적 및 MEP의 안정적인 유도가 포함됩니다. 시험의 4/5 (216 시험)에서 TMS가 전달 된 270 건의 시험 시험을 포함하는 실험이 완료되었습니다.
데이터는 25 세±에서 10 세 사이의 16 명의 참가자 (여성 8 명, 남성 8 명)로부터 수집되었으며, 모두 오른 손잡이라고보고했습니다. 우리는 한 명의 대표 참가자에 대한 학습 함수를 도출하여 행동 수행에 대한 시각적 섭동의 효과를 평가했습니다. 이들 데이터는 도 1B 에 제시되어 있고, 참가자의 손 타겟 에러가 예상대로 섭동 및 세척 조건에 맞게 조정되었음을 보여준다. 또한 기준선 도달 시 목표 오차의 표준 편차를 평가했는데, 이는 약 4.5°입니다(그림 1B). 이것은 이전 연구24와 일치합니다.
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토론
위에서 설명한 방법은 행동에 도달하는 맥락에서 운동 준비를 연구하는 새로운 접근 방식을 제공합니다. 도달은 운동 제어 및 학습 연구에서 인기 있는 모델 작업이지만 도달 행동과 관련된 CS 역학을 정확하게 평가할 필요가 있습니다. TMS는 도달하는 동안 개별 시점에서 CS 활동을 캡처하는 비침습적이고 시간적으로 정확한 방법을 제공합니다. 여기에 설명된 접근 방식은 TMS와 도달이라는 두 개의 독립적인 하위 필드를 운동학 및 전기생리학적 메트릭의 동시 기록을 포함하는 단일 패러다임으로 결합합니다.
설명된 방법은 도달의 맥락에서 행동 제어에 대한 중요한 통찰력을 드러낼 가능성이 있지만 특정 제한 사항과 고려 사항이 있습니다. 가장 중요한 것은, MEP 측정의 신뢰성은 TMS 투여 이전의 EMG 활동의 안정성뿐만 아니라 캡처된 MEP의 수(27)에 의존한다. 데이터 수집 전에 EMG 데이터 품질을 평가하는 것이 .......
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공개 사항
모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
감사의 글
이 연구는 부분적으로 나이트 캠퍼스 학부 장학생 프로그램과 필 앤 페니 나이트 재단의 관대 한 자금 지원으로 가능했습니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 2포트 네이티브 PCI Express | StarTech.com | RS232 카드와 16950 UART | 데스크톱 컴퓨터와 호환되어야 합니다. |
| 조정 가능한 80-20 알루미늄 프레임 | 모든 | ||
| 알코올 준비 패드 | 모든 | EMG 준비 | |
| Bagnoli 양극성 전극 | Delsys | DE 2.1 | |
| Bagnoli 참조 전극 | Delsys | USX2000 | 2" (5cm) 라운드 |
| Bagnoli-8 EMG 시스템 | Delsys | ||
| 의자 | 모든 | ||
| 컴퓨터 모니터 EMG/TMS | n/a | ||
| 데스크 | 모든 | ||
| 데스크탑 컴퓨터 | Dell | xps 8930 | RAM: 16 GB, 저장 공간: 1TB, 그래픽: 1060 6GB |
| EMG 전극 | Delsys | 센서 접착 인터페이스 | |
| 세밀한 사포 | 모든 | EMG 준비 | |
| 그래픽 태블릿 | Wacom | Intuos-4 XL | |
| 페인트 롤러 | 스타일러스 핸들로 사용되며, 중앙은 비어 있어야 스타일러스가 안전하게 내부에 앉을 수 있을 만큼 커야 합니다. | ||
| 의료용 테이프 | 모든 | EMG 전극을 고정하기 위해 | |
| PCI-6220 카드 DAQ | National Instruments | EMG 시스템 | |
| 포토다이오드 센서를 | Vishay | BPW21R | 작업 이벤트의 타이밍을 EMG 추적에 기록합니다. |
| 후면 TMS 포트 | Magstim | TMS 기계에 포함된 | |
| 오른손잡이용 폴리에틸렌 장갑 | 어떤 것이든 | FDI 근육을 노출시키기 위해 장갑의 엄지와 검지 손가락을 잘라냄 | |
| 감각 접착 인터페이스, 2-슬롯 | Delsys | SC-F01 | |
| 스타일러스 | Wacom | Intuos-4 그립 펜 | |
| 태블릿-컴퓨터 USB 케이블 | 모든 | 태블릿 구매에 포함됨 | |
| 작업 모니터 | Asus | VG248 | |
| TMS 코일 | Magstim | D70 원격 코일 | 7cm 직경, 8자 코일 |
| TMS 기계 | Magstim | 200-2 | |
| TMS-to-Computer DB9 케이블 | 모든 | PCIe 직렬 카드에 연결 | |
| 벨크로 | 모든 | 에 끼우기 및 스타일러스 핸들 |
참고문헌
- Georgopoulos, A. P., Kalaska, J. F., Caminiti, R., Massey, J. T. On the relations between the direction of two-dimensional arm movements and cell discharge in primate motor cortex. The Journal of Neuroscience. 2 (11), 1527-1537 (1982).
- Georgopoulous, A. P., Schwartz, A. B., Kettner, R. E.
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