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행동 관찰 중 코르티코피날 흥분성 변조
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JoVE Journal Behavior
Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

행동 관찰 중 코르티코피날 흥분성 변조

Full Text
9,432 Views
12:33 min
December 31, 2013

DOI: 10.3791/51001-v

Luisa Sartori1, Sonia Betti1, Umberto Castiello1

1Dipartimento di Psicologia Generale,Universita degli Studi di Padova

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study investigates corticospinal excitability changes induced by action observation using single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) over the primary motor cortex. The research aims to understand the transition from emulation to preparation for non-identical responses in an interactive context.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Electrophysiology
  • Social Neuroscience

Background

  • Corticospinal excitability is crucial for understanding motor responses.
  • Action observation can influence motor system activation.
  • Identifying the mechanisms underlying action observation is essential for social neuroscience.
  • Clinical implications may arise for social disorders.

Purpose of Study

  • To explore how action observation affects corticospinal excitability.
  • To determine the timing of the switch from emulation to preparation for non-identical responses.
  • To assess the implications of these findings for social neuroscience.

Methods Used

  • Single-pulse TMS applied to the primary motor cortex.
  • Neuronavigation for precise coil positioning.
  • Electromyographic recording from hand muscles.
  • Video stimuli depicting action sequences in social and non-social contexts.

Main Results

  • Early switch from emulative to context-related responses observed in corticospinal activity.
  • Differential activation of stimulated hand muscles was recorded.
  • Methodology provides insights into the social neuroscience field.
  • Potential for clinical applications in assessing motor cortical plasticity.

Conclusions

  • The study enhances understanding of action observation mechanisms.
  • Findings may inform future research in social neuroscience.
  • Technique could be applied in clinical settings for social disorders.

Frequently Asked Questions

What is the main goal of the study?
The main goal is to explore corticospinal excitability changes induced by action observation.
How does TMS contribute to the research?
TMS is used to assess corticospinal excitability with high temporal resolution.
What role does neuronavigation play in the experiment?
Neuronavigation ensures precise positioning of the TMS coil throughout the experiment.
What types of stimuli are used in the study?
Participants observe videos of action sequences involving social and non-social conditions.
What are the implications of the findings?
The findings may have clinical applications in understanding motor cortical plasticity in social disorders.
What is the significance of the early switch in responses?
It indicates a transition from emulation to a context-related response in motor activity.

참가자가 행동 서열을 관찰하는 동안 1 차적인 운동 피질, 신경 탐색 및 손 근육의 전동 활동의 등록을 통해 단맥 경두개 자기 자극, 및 손 근육의 전기 구균 활동의 등록이 이 연구에서 이용되었습니다.

다음 실험의 전반적인 목표는 피질척수파를 탐구하는 것입니다. 다른 사람의 행동을 모방하려는 자동적인 경향이 동일하지 않은 반응의 준비가 되는 경우를 식별하기 위해 대화형 맥락에서 행동 관찰에 의해 유도된 흥분성 변화. 이는 1차 운동 피질에 대한 단일 펄스 경두개 자기 자극을 사용하여 두 번째 단계로 상대적으로 높은 시간 해상도로 피질 척추 흥분성을 평가함으로써 달성됩니다.

뉴로내비게이션은 전체 실험에서 일정한 TMS 코일 위치를 유지하는 데 사용됩니다. 다음으로, 동작에 의해 유도된 흥분성 변화를 추적하기 위해 손 근육에서 근전도 활동을 기록합니다. 자극된 손 근육의 차등 활성화를 기반으로 하는 피질 척추 활동에서 모방에서 맥락 관련 반응으로의 조기 전환을 보여주는 관찰 결과가 얻어졌습니다.

이 방법은 사회 신경 과학 분야, 특히 행동 관찰과 관련된 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일단 우리의 운동 시스템에 매핑된 관찰된 행동이 준비 표시와 어떻게 조화를 이룰 수 있는지에 대한 많은 질문이 답이 없는 상태로 남아 있습니다. 동일하지 않은 반응은 사실 사회적 맥락에서 요청에 취약한 행동 관찰의 기저에 있는 메커니즘입니다.

이 기술의 의미는 실험 전에 사회적 장애의 영향을 받는 개인의 운동 피질 가소성 효과에 대한 직접적인 평가를 제공할 수 있는 능력이 있기 때문에 임상 환경에서의 향후 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 테이블에서 객체를 조작하는 것과 관련된 작업 시퀀스를 수행하는 모델의 비디오를 준비합니다. 이러한 동영상에는 비사회적 상황과 사회적 상황이 모두 포함되어야 합니다.

연구 대상자는 TMS 실험 동안 이러한 신체 움직임을 관찰합니다. 9mm 센서 영역이 있는 5개의 중앙 단극 은, 염화은 전극을 격리된 휴대용 EXG 입력 상자에 준비하여 실험 절차를 시작합니다. 메인 EMG 링크amp리퍼.

참가자에게 연구 개요를 제공하고 서면 동의서를 얻습니다. 코일의 빠른 전류 변화율이 변화하는 자기장을 유발할 수 있으므로 자기장에 민감한 모든 금속 물체와 물체를 제거하도록 요청하십시오. 그런 다음 참가자를 편안한 안락의자에 앉히고 오른팔을 팔 지지대에 올려놓습니다.

또한 머리 받침대에 머리를 고정하십시오. 참가자에게 시각적 자극을 주의 깊게 관찰하고 주의를 기울이도록 지시합니다. 또한 비디오의 내용에 대해 나중에 질문을 받을 것이라고 설명하십시오.

촉진을 통해 첫 번째 등쪽 골간 근육과 외전근 손가락 최소 근육에 대한 전극 위치를 결정하는 것으로 시작합니다. 최대 자발적 근육 활성화 동안 모든 전극 위치의 피부를 청소하십시오. 그런 다음 거즈 패드를 사용하여 연마성 피부 준비 젤을 전체 부위에 가볍게 바릅니다.

깨끗한 패드로 여분을 제거하십시오. 그런 다음 각각 소량의 수용성 EEG 전도성을 포함하는 두 개의 표면 전극을 놓습니다. 각 근육에 붙이고 자가 접착 패드를 사용하여 피부에 부착합니다.

다음으로, 오른쪽 FDI 및 A DM의 근육 배 위에 활성 전극을 배치하고 동측 중수골 관절 위에 참조 전극을 배치하여 복부 힘줄 몽타주를 수행합니다. 또한 참가자의 왼쪽 손목에 전도성 페이스트가 포함된 단일 접지 전극을 부착합니다. 전극을 EXG 입력 상자의 공통 입력에 연결하고 임피던스 값이 피부의 임계값인 5옴을 초과하는 경우 임피던스 값을 확인합니다.

다음으로, Mag Stim 200 자극기에 연결된 70mm 모양의 8개 코일을 반구간 열구에 대해 45도 각도로 놓고 중앙 열구에 대해 수직으로 배치합니다. 손잡이가 전중심회(precentral gyrus)를 통해 후방 전방 뇌 전류를 유도하기 위해 측면으로 그리고 조금씩 향하도록 배치되었는지 확인하십시오. 그런 다음 손 부위에 해당하는 왼쪽 1차 운동 피질 위에 있는 두피에 단일 펄스 TMS를 전달합니다.

C3 위치에 해당하는 자극 부위가 있는 10 20 international 시스템을 사용하여 손 근육에서 운동 유발 전위를 끌어내기 위한 최적의 두피 위치를 설정합니다. 의 교차점을 대상 영역 주위로 약 0.5cm 단위로 이동하고 일정한 강도로 TMS 펄스를 전달합니다. 대상 영역이 올바르게 식별된 후 기계적 지지대를 사용하여 코일을 안정화하여 위치를 유지합니다.

그런 다음 신경 내비게이션 시스템을 사용하여 전체 실험 동안 일정한 코일 위치를 유지하고 데이터 수집 중 참가자의 머리의 작은 움직임으로 인한 편향을 방지합니다. 또한 코일과 참가자의 머리 모두에 수동 구형 마커를 적용하십시오. neuronavigation 디스플레이에 재현하기 위해 광학 디지타이저를 사용하여 마커 위치를 기록합니다.

공간 코일 위치와 방향의 차이를 감지하고 각 데카르트 좌표에 대해 2-3mm의 허용 오차를 채택합니다. 또한 초기 및 실제 코일 배치에 관한 3차원 온라인 정보를 활용하여 실험 세션 동안 TMS 코일의 정확한 재배치를 가능하게 합니다. 다음으로, 개별 휴지 운동 역치 또는 RMT를 결정하기 위해 10회 연속 시도 중 5회에서 이완된 근육에서 신뢰할 수 있는 MEP를 생성하는 데 필요한 최소 자극 강도를 감지합니다.

전체 녹음 세션 동안 자극 강도를 RMT의 110%와 같은 고정된 값으로 유지하고 20Hz에서 1kWHz의 대역 통과 필터를 사용하여 원시 myo graphic 신호를 기록합니다. 참가자가 컴퓨터 화면의 검은색 배경에 흰색 고정 십자가를 수동적으로 지켜보는 동안 먼저 10개의 모터 유발 전위를 기록하여 실험 세션을 시작합니다. 그런 다음 피험자가 EMG 데이터가 오른쪽에서 기록되는 동안 DM 및 FDI 근육과 TMS 펄스가 비디오에서 가능한 5가지 시점 중 하나에 전달되는 동안 비디오를 보도록 합니다.

처음 세 개의 시점은 모델의 손이 보온병에 처음 닿을 때, 모델이 세 번째 컵에 커피를 붓는 것을 마쳤을 때, 모델이 세 번째 컵에서 손을 떼기 시작할 때, 모델의 팔이 시작 위치로 돌아가기 시작하거나 네 번째 컵을 향해 움직이기 시작할 때와 같은 비사회적 및 사회적 조건에서 각각 자극을 가할 때입니다. 그리고 모델의 팔이 시작 지점으로 돌아오거나 네 번째 컵에 도달하면 비디오 사이에 10초의 휴식 간격을 삽입하고 처음 5초 동안 참가자에게 손을 조용하고 완전히 편안하게 쉬도록 상기시키는 메시지가 나타나도록 합니다. 메시지가 사라지면 남은 5초 동안 고정 십자가가 나타나도록 합니다.

마지막으로, 실험 세션이 끝날 때 10개의 MEP를 더 기록합니다. 증폭 후 myo 신호를 디지털화하고 오프라인 분석을 위해 컴퓨터에 저장합니다. 각 조건에 대한 A DM 및 FDI 근육에 대한 평균 피크 tope MEP 진폭을 개별적으로 계산하고, 다음으로 평균에서 2 표준 편차 이상 벗어난 응답을 제외하고, 각 참가자에서 TMS와 관련된 피질 척수 흥분성 변화를 확인합니다.

이를 위해 실험의 시작과 끝에서 고정 기준선 시험 동안 각 근육에서 기록된 두 개의 MEP 진폭을 비교합니다. 두 계열의 평균 진폭은 각 근육의 데이터 정규화 절차에 대한 개별 기준선 값을 개별적으로 설정하는 데 사용할 수 있습니다. 마지막으로, 참가자의 개별 기준선 값을 사용하여 비율 값을 계산하고, 수행된 시험에서 무료 움직임에 대한 요청을 암시적으로 포함하는 2단계 행동 시퀀스가 관찰의 피질 척추 활동에서 에뮬레이션에서 반응으로 전환되는 것을 관찰했습니다.

이는 전환이 발생한 정확한 시점을 나타냅니다. 반대로, 변형, 예고 및 모방적 행동이 관찰자의 meps에서 발생합니다. 모델의 손목이 비사회적 상태인 원래 위치로 돌아가기 시작하는 순간, 예상대로 FDI는 관찰된 모든 움직임과 시뮬레이션된 동작에 예상대로 적극적으로 참여했습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 1차 운동 피질에 대한 단일 펄스 경두개 자기 자극, 신경 탐색 및 말단 근육의 El 근전도 활동 등록을 사용하여 행동 관찰 중 코르티코 척추 촉진의 특이성을 평가하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 일단 개발되면, 이 기술은 연구자들이 행동 관찰 중에 모델 촉진 효과를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 인간의 경우, 이 프로토콜을 통해 매칭 메커니즘이 언제 어떻게 보완적인 메커니즘으로 변환되는지 연구할 수 있습니다.

IT 이외의 작업에 대한 요청이 명백해지는 경우.

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