Methodenartikel

Inhibitie van de intracortical binnen de primaire motorische Cortex kan worden gedifferentieerd door het veranderen van de Focus van aandacht

9.8K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/55771

⸱

11 september 2017

 ,  ,  , 
1Department of Medicine, Movement and Sport Sciences, University of Fribourg

In dit artikel

Samenvatting

Dit manuscript wordt met behulp van twee verschillende Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) protocollen, beschreven hoe om te meten en vergelijken van corticale remming binnen de primaire motorische cortex, bij de vaststelling van verschillende attentional foci.

Samenvatting

Ook wordt erkend dat een externe focus (EF) in vergelijking met een interne focus (IF) aandacht motorisch leren en prestaties verbetert. Studies hebben aangegeven voordelen in nauwkeurigheid, evenwicht, kracht productie, prestaties, snelheid van beweging, zuurstofverbruik springen en vermoeiend taak. Hoewel gedrags resultaten van het gebruik van een EF-strategie goed worden onderzocht, blijven de neurale mechanismen onbekend. Een recente studie van TMS ten opzichte van de activiteit van de primaire motorische cortex (M1) tussen een EF en een IF. Meer precies, bleek deze studie dat bij de vaststelling van een EF, de activiteit van intracortical remmende circuits wordt versterkt.

Op het niveau van de gedrags test dit protocol de invloed van attentional foci op de tijd taakmislukking (TTF) bij het uitvoeren van submaximal contracties van de eerste rugvin interosseous (FDI). Bovendien, beschrijft de huidige paper twee TMS protocollen voor de beoordeling van de invloed van attentional voorwaarden op de activiteit van corticale remmende circuits binnen de M1. Dus, is dit artikel wordt beschreven hoe u één-pulse TMS bij intensiteiten de drempel motor (subTMS) en gekoppeld-pulse TMS, inducerende korte-interval intracortical inhibitie (SICI) wanneer toegepast op de M1. Deze methoden worden geacht aan het reactievermogen van de remmende neuronen GABAergic, zonder wordt beïnvloed door spinale reflex circuitries, zijn ze zeer geschikt voor het meten van de activiteit van intracortical remmende circuits binnen de M1.

Uit de resultaten blijkt dat leiding extern aandacht verbetert de prestaties van de motor, zoals deelnemers waren bekwaam om te verlengen van de tijd tot falen van de taak. Bovendien, de resultaten werden begeleid door een grotere subTMS-geïnduceerde elektromyografie onderdrukking en SICI bij de vaststelling van een EF in vergelijking met een IF. Als het niveau van de corticale remming binnen de M1 werd eerder aangetoond te beïnvloeden de prestaties van de motor, de verbeterde remming met een EF kan bijdragen aan de betere efficiëntie van verkeer waargenomen in de gedragsmatige taak, aangegeven door een langdurige TTF met een EF.

Inleiding

Het is nu algemeen aanvaard dat een EF nemen ten opzichte van een IF of neutrale aandachtspunt motor prestaties en leren in talrijke instellingen1 bevordert. Is gebleken, bijvoorbeeld dat het aannemen van een EF tot voordelen in nauwkeurigheid,2,3 leidt,4,5,6evenwicht, kracht productie7,8, springen prestaties 7 , 9 , 10 , 11verkeer snelheid12, zuurstof verbruik13,14en vermoeiend taken15,16.

Aan de andere kant, aangezien de activering van de hersenen de basis van alle bewegingen is, zijn verscheidene aspecten van de neurale controle van de beweging onderzocht. Bijvoorbeeld, is het niveau en de mogelijkheid om het moduleren van de remming van de intracortical binnen de M1 aangetoond dat een sterke invloed op motorische functie, zoals de coördinatie van de interlimb17, posturale controle18en beweeglijkheid19. Bovendien tonen populaties met armere motorische controle vaardigheden dan jongvolwassenen, zoals oudere onderwerpen of kinderen (geboren te vroeg geboren20), meestal dat minder uitgesproken remmende controle. Dus, hoewel de rol van remmende processen niet nog goed begrepen, remmende processen toch lijken te zijn belangrijk om de kwaliteit van de uitvoering van de motor in het algemeen.

Een mogelijkheid te onderzoeken van intracortical remmende circuitries is het gebruik van niet-invasieve Transcraniële magnetische stimulatie (TMS). Het meest gebruikte stimulatie-protocol is gekoppeld-pulse TMS (ppTMS) om SICI van toepassing. Dit protocol maakt gebruik van een stimulans van de conditionering onder de drempel van de motor waardoor de amplitude van de suprathreshold controle stimulus-respons ontlokte een interstimulus tussenpoos van 1-5 ms21,22,23 , 24. vervolgens gerapporteerd als het percentage van de prikkel van de controle, de amplitudes van de motor-evoked potentials (Europarlementariërs) kunnen worden vergeleken over voorwaarden, geven informatie over corticale inhiberende activiteit en modulatie binnen de M1.

Een ander protocol van de stimulatie te beoordelen van de activiteit van intractortical remmende circuits geldt één pulsen, waar alle prikkels worden afgeleverd bij intensiteiten de drempel motor (bijvoorbeeld subTMS). Dit protocol induceert neerslaan in de lopende EMG activiteit18,25,26. Deze zogenaamde subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking kan vergeleken worden qua bedrag en looptijd. Hoewel dit protocol niet zo vaak gebruikt is, zijn er bepaalde voordelen ten opzichte van het standaardprotocol van SICI. Dit protocol worden niet gestoord motor uitvoering, als het niet toe suprathreshold prikkels brengt er. Beide methoden test het reactievermogen van de intracortical gamma - aminoboterzuur (GABA) remmende interneuronen23,27.

Ondanks de bekende voordelen van het gebruik van een EF in vergelijking met een IF op de prestaties van de motor1, blijven de onderliggende neurale processen grotendeels onbekend. In een voormalige fMRI studie28, werd aangetoond dat bloed-zuurstof niveau-afhankelijke (BOLD) activering in de M1, primaire somatosensorische, was verbeterd en insulaire cortices wanneer onderwerpen uitgevoerd een vinger volgnummer vastgesteld op een EF in vergelijking met een IF. Zoals excitatory en inhiberende activiteit niet kan worden gedifferentieerd door fMRI29, bepaald een andere recente studie16 dat de activiteit in de M1 die gepaard met een EF, in feite, zou als gevolg van de verbeterde activiteit van intracortical remmende circuits. Meer precies, is deze studie toonde aan dat de prikkelbaarheid van de remmende neuronen van de GABAergic direct door het type van attentional focus in één en dezelfde persoon aangenomen kan worden gedifferentieerd.

Het hoofddoel van dit protocol is te laten zien van de twee mogelijke manieren om te vergelijken van de onmiddellijke gevolgen van cognitieve manipulatie (dat wil zeggen, de focus van aandacht instructies) op de activiteit van intracortical remmende circuits binnen de M1. SubTMS en ppTMS zijn beide gebruikt. Bovendien, toont dit protocol een mogelijke manier om te verkennen de invloed van attentional foci op motor gedrag op een zeer gecontroleerde manier met het onderzoeken van de TTF van submaximal isometrische contractie van de aanhoudende van de FDI.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

dit protocol is goedgekeurd door de lokale ethische Commissie, en de experimenten zijn in overeenstemming met de verklaring van Helsinki (1964).

1. ethische goedkeuring en onderwerp instructie

  1. instrueren voordat u begint de meting, alle deelnemers over de potentiële risicofactoren en het doel van de studie. Geven geen informatie over de attentional foci, zoals dit van invloed kan zijn op de resultaten. Zorgen dat de richtlijnen van de veiligheid voor de toepassing van TMS in onderzoek instellingen 30 worden nageleefd.
    Opmerking: Bij de toepassing van TMS, er zijn sommige medische risicofactoren, inclusief geïmplanteerde elektroden van de craniale en cochleaire implantaten, persoonlijke geschiedenis van syncope of inbeslagneming, epilepsie, cerebrale laesie, drug/medicatie interacties, recente drug terugtrekking, zwangerschap, of ziekte. TMS moet niet worden toegediend bij kinderen.
  2. In de studie, bevatten gezonde deelnemers (n = 14) tussen de 18 en 35 jaar oud. Onderwerpen met een orthopedische en/of neurologische/mentale ziekten uit te sluiten. Ervoor zorgen dat alle deelnemers rechtshandig zijn.

2. Experimentele Design en Setup

  1. verdeel de groep in tweeën. Instrueren een helft van de groep op als instructies eerst, gevolgd door EF instructies in de tweede experimentele sessie (zie punt 4.2.2 voor de mondelinge instructies). De andere helft in een Ophaalbare volgorde instrueren.
    Opmerking: Het experiment bestaat uit een totaal van vier laboratorium sessies (Zie Figuur 1) die moeten worden gescheiden door een minimum van 72 uur. De eerste twee sessies bestaan uit het meten van de maximale kracht (Fmax) en de TTF submaximal aanhoudende wijsvinger ontvoering (zie stap 4). De derde en vierde sessies bestaan uit het meten van de activiteit van remmende circuits binnen de M1 tijdens de taak door middel van subTMS en ppTMS (Zie Figuur 1).

3. Onderwerpen van voorbereiding

  1. zetel de deelnemer in een verstelbare en comfortabele stoel in de hele experiment. Plaats een monitor 1 m voor de deelnemer.
  2. Plaatst de linkerarm in een comfortabele en ontspannen positie onder de tafel, op het linkerbeen rusten. Wijzig indien nodig de positie van de arm met een kussen. De rechterarm van het onderwerp in een op maat gemaakte splint in pronated positie plaatsen (Zie Figuur 2).
    Opmerking: Hier, de splint is gemaakt van thermoplastisch en fitte alle deelnemers (voor meer informatie, Zie 16). Daarnaast ontstond de splint te beperken van het aantal vrijheidsgraden van het gewricht van de pols (Zie figuur 2B). De enige bewegingen toegestaan waren de abductie en adductie van het metacarpophalangeal gewricht van de wijsvinger van de rechterhand.
  3. Het gewricht van de vinger met de as van rotatie van de op maat gemaakte apparaat uitlijnen Zodra de optimale positie is gevonden, handmatig opnemen en neem een foto van de posities van het antero-posterior en medio-laterale voor de splint gebruik van vergelijkbare posities in sessies van 2, 3 en 4.

4. Sessies 1 en 2: Behavioral Tests

  1. maximale isometrische contracties (Zie figuur 1A ).
    1. Uitlijnen van de assen draaipunt van de goniometer en de gezamenlijke metacarpophalangeal en monteren van de goniometer goed met behulp van schroeven (Zie Figuur 2). Plaatst de transducer kracht op een manier die voor maximale vrijwillige contracties zorgt (Zie figuur 2B).
    2. De EMG kabel (BDI spier), de kracht transducer en de goniometer kabels verbinden met de juiste versterker en/of de analoog naar digitaal convertor (A-D).
    3. Hebben de deelnemer 3 maximale isometrische ontvoeringen van de wijsvinger, met een pauze van 30-s tussen elke contractie, uitvoeren en bepalen van de Fmax.
      Opmerking: De Fmax wordt bepaald als de hoogste piek in het signaal van de kracht de transducer kracht verkregen. Leg aan de deelnemer dat maximale samentrekkingen bestaan uit een geleidelijke toename van de kracht van 0, N tot de individuele maximum. Bovenal instrueren deelnemers voor het uitvoeren van een isometrische contractie tegen de stationaire kracht transducer. Deelnemers moeten ontvoeren de wijsvinger op het metacarpophalangeal gewricht en duwen zo hard mogelijk tegen de kracht transducer. Een tijdspanne van 3-s verdient per contractie, en deelnemers moeten worden opgedragen om te ondersteunen de maximale kracht voor 2 s 16 , 25 , 26. Tussen elke contractie, geven de deelnemers een pauze van 30-s.
    4. Hebben het onderwerp duw de hendel tegen de kracht transducer, zonder geven geen instructies over de focus van de aandacht.
      Opmerking: Dezelfde taak zal gebeuren aan het begin van de sessie 2 om ervoor te zorgen dat de Fmax en de positie in de splint niet zijn gewijzigd tussen sessies.
    5. Na maximale contracties, verwijderen de transducer van kracht, waardoor de wijsvinger vrij te bewegen in het dwarsvlak (abductie/adductie).
    6. Berekenen de Fmax van de maximale isometrische ontvoeringen (stap 4.1.3) met behulp van de ruwe data op de computer. Bepalen van 30% (Fmax * 0.3; sessies 1 en 2) en 10% (Fmax * 0.1; sessies 3 en 4) van Fmax.
      Opmerking: Beschouw de Fmax als de hoogste piek in het signaal van de kracht verkregen van de transducer kracht gevonden. In de volgende sessies, de samentrekking van de verschillende intensiteiten (30% en 10%) wordt berekend vanaf de verkregen in dit stadium van het experiment Fmax.
    7. Vul een fles water tot het bedrag dat de 30% van de Fmax stap 4.1.6 verkregen. Het gewicht van de Fmax hechten aan het touw van het apparaat (Zie figuur 2A).
      Opmerking: De volumetrische massa-dichtheid van water is 1 kg/L. Dus, als de 30% van de Fmax van één deelnemer 0,4 kg vertegenwoordigt, het aanpassen van het gewicht van de fles het equivalent van 0.4 kg.
  2. Contracties opgelopen tot TTF (Zie figuur 1A ).
    1. Instrueren de deelnemers over de taak.
      Opmerking: Deelnemers houdt de vinger in de doelpositie door het gewicht tegen te gaan (Zie Figuur 2), uitvoeren van een ontvoering van de wijsvinger. De taak moet worden uitgevoerd tot taakmislukking. De taakmislukking wordt bepaald als een afwijking groter is dan 10 graden van de positie van het doel. De afwijking is gemeten door de goniometer en weergegeven op het scherm (Zie figuur 2B).
    2. Randomize de volgorde van de sessie (zie stap 2.1; EF of als voorwaarde). Verbaal instrueren de deelnemers op de voldoende voorwaarde (IF of EF).
      1. Voor the EF voorwaarde, instrueren als volgt: " concentreren op de positie van de goniometer. Houd deze positie zo lang mogelijk. Wanneer de positie van de goniometer verandert, wordt de dikte van de rode lijn op het scherm verandert. De positie van de goniometer corrigeren totdat de rode lijn weer dun is. " instrueren de deelnemer " beheersen en zich concentreren op de positie van de goniometer " elke 30 s.
      2. Voor de IF-voorwaarde, instrueren als volgt: " concentreren op de positie van uw vinger. Houd deze positie zo lang mogelijk. Wanneer de positie van uw vinger verandert, wordt de dikte van de rode lijn op het scherm verandert. Corrigeren van de positie van uw vinger, totdat de rode lijn weer dun is. " instrueren de deelnemer " contract en zich concentreren op zijn vinger spieren " elke 30 s.
    3. Hebben de deelnemers houden de vinger in de doelpositie door het gewicht tegen te gaan (Zie Figuur 2), uitvoeren van een ontvoering van de wijsvinger. Laten uitvoeren van de taak tot taakmislukking.
    4. Druk op de " record " knop op het opname-software om te beginnen met het opnemen van de goniometer signaal en wachten tot taakmislukking. Zodra taakmislukking is bereikt, druk op de " opname stoppen " knop op het opname-software om te stoppen van de opname en sla het signaal van de goniometer op de computer. Verwijderen van de deelnemer ' s hand van de orthopedische splint; de eerste sessie is nu voorbij.
    5. Met inachtneming van de minimumperiode Inter sessie (72 h), herhaal stappen 4.2.1-4.2.4. Daarnaast kan een minimum van een 72-uur pauze tussen sessies 2 en 3 en sessies 3 en 4.

5. Sessies 3 en 4: hersenstimulatie

  1. oppervlakte elektromyografie (sEMG) opnames.
    1. Scheren van het haar op de huid over de juiste spier van de BDI, indien nodig, en dan iets abrade de huid met behulp van schuren gel. Desinfecteer het vrijkomen gebied met een oplossing die 80% ethanol en 1% glycerine. Toestaan dat de ethanol te laten verdampen.
    2. Plaatst de bipolaire oppervlakte elektrodes Ag/AgCl in een buik-pees montage op de FDI, met interelectrode afstand van 1 cm. Plaats van de referentie-elektrode op de falanx van de Belkin medius.
    3. Sluit het EMG-kabel (BDI spier) en de goniometer aan een EMG versterker en een A-D-omzetter.
    4. Gebruik Ag/AgCl bipolaire oppervlakte elektrodes te registreren en meten van spieractiviteit en elektrofysiologische reacties ontlokte door hersenstimulatie van de spier van de BDI.
      Opmerking: Voor de definitieve analyse (subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking en piek-tot-piek MEP amplitude), het EMG-signaal (van de FDI) moet worden aangepast als volgt: versterking van x1000, Butterworth band pass filter van 10-1000 Hz en bemonstering van 4 kHz. Alle EMG gegevens opslaat op een computer voor off line analyse.
  2. Herhaal stap 3.1 en 3.2.
  3. Transcraniële magnetische stimulatie
    1. Fix de reflecterende markers op de deelnemer ' s voorhoofd met dubbelzijdig plakband.
      Opmerking: Reflecterende markeringen voorzien in de voortdurend levering van TMS aan het doelgebied over M1 met behulp van een neuronavigation-systeem (Zie Figuur 2). Het voordeel van het neuronavigation-systeem is dat de spoel positie ten opzichte van de positie van de schedel in ruimte kan worden opgenomen en worden gecontroleerd op elk gewenst moment gedurende het gehele experiment.
    2. Gebruik een 95-mm focal figuur van acht rollen gekoppeld aan een TMS stimulator te leveren van prikkels aan de contralaterale motor corticale hand gebied.
      Opmerking: Controleer dat de stimulator voor gekoppeld-pulse stimulatie paradigma's (sessie 4) toestaat. Bovendien, de geïnduceerde stroom posterieure aan anterior gericht moet worden en in omgekeerde modus moet worden geleverd. Het Golf-formulier moet monofasische.
    3. Vind de optimale positie (hot spot) van de spoel ten opzichte van de schedel voor motor evoked potentials (Europarlementariërs) in de spier van de BDI opwekken door een klassieke toewijzen-procedure uit te voeren.
      1. Start door het plaatsen van de spoel ongeveer 0.5 cm anterior to het hoekpunt en over de middellijn, met de greep van de spoel wijzen op 45 ° naar het contralaterale voorhoofd.
        Opmerking: Dit zal ervoor zorgen dat de opgewekte stroom ongeveer loodrecht op de centrale Sulcus (hersenanatomie) 31 is.
      2. Om de deelnemers gebruikt om de TMS stimuli, start bij intensiteiten minder dan 25% van de maximale stimulator output (MBO). Start vervolgens te verhogen van de intensiteit van de stimulatie en de spoel bewegen in de richting van het medio-laterale en rostro-frontale te ontdekken van de hot spot.
    4. Zodra de hotspot wordt gevonden, nemen de optimale positie met de neuronavigation systeem. De actieve motor drempel (aMT) bepalen door de intensiteit van de output van de stimulator aan te passen. Het aMT definiëren als de minimale intensiteit moeten roepen MEP amplitudes van de piek-tot-piek in de EMG van de FDI groter zijn dan 0,1 mV in drie van de vijf opeenvolgende proeven 21.
  4. Sessie 3: SubTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking (Zie figuur 1B ).
    1. Voorbereiden het gewicht van de 10% van Fmax door het vullen van de fles water (zie stap 4.1.7).
      Noot: De 10% van de Fmax worden geselecteerd op basis van de Fmax (de beste 3 proeven) uitgevoerd in stap 4.1.3. In het subthreshold TMS-protocol heeft slechts 10% van de Fmax worden geselecteerd, zoals eerder is gebleken dat vermoeidheid een invloed op subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking 32 , 33 heeft. Om dezelfde reden, moet de subTMS zitting worden uitgevoerd op een aparte sessie. De hoeveelheid water die hier gebruikt is tussen 0,3 L (kleinste 30% van de Fmax) en 1.2 L (grootste 30% van de Fmax).
    2. Instrueren van deelnemers over de taak, de motor taak bestaat uit het houden van de wijsvinger in de doelpositie door het lichte gewicht van 10% (ontvoering van de wijsvinger; dezelfde taak zoals bij sessies 1 en 2, maar met minder gewicht).
    3. Aangezien de deelnemers ontspannen in een comfortabele positie blijven, vinden de optimale intensiteit voor het opwekken van subTMS-EMG onderdrukking, zonder geven geen instructies over de focus van de aandacht. Om dit te doen, achtereenvolgens verminderen in stappen van 2% MSO uit de aMT eerder bepaald.
    4. Terwijl zij zitten nog steeds in de ontspannen en comfortabele positie, hebben de deelnemers twee aparte isometrische wijsvinger ontvoeringen op 10% van de Fmax uitvoeren en opnemen van het EMG-signaal van de FDI. Tijdens deze isometrische wijsvinger ontvoering, opnemen (door te drukken op de " record " knop op het opname-software) 20 proeven met en 20 proeven zonder TMS, met een gerandomiseerde interstimulus interval (ISIs) variërend van 0.8 tot 1.1 s 16 , 25 , 26 , 33 , 34 in het venster van de tijd van een 100-ms.
      Opmerking: Dit interval zorgt ervoor dat de deelnemers niet hoeven te voeren van de motor taak te lang en dus minimaliseert vermoeiend effecten. Controleer na elke reeks, de subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking.
      1. Toepassen de rectificatie van een full-wave door alle negatieve amplitudes omzetten in positieve amplitudes in de EMG signalen. Gemiddelde het EMG signalen met behulp van tijd-genormaliseerd gemiddeld 35.
        Opmerking: Het begin van de subTMS-EMG onderdrukking wordt gedefinieerd als het moment wanneer het verschil tussen de proeven met en mensen zonder TMS negatief voor ten minste 4 ms in een venster van de tijd van 20 naar 50 ms na de TMS is: EMG Diff = EMG zonder-EMG met .
    5. Herhaal stap 5.4.3 totdat de optimale stimulatie intensiteit wordt gevonden, aangegeven door de grootste onderdrukking van de EMG.
      Opmerking: De optimale intensiteit is gevonden op ongeveer 80% van de aMT 16.
    6. Geven de deelnemer de voldoendestructions (zie stap 4.2.2) met betrekking tot de voorwaarde (IF of EF). Herhaal de instructies voor elke reeks (stap 4.2.2).
    7. Terwijl ze blijven zitten in de ontspannen en comfortabele positie, hebben de deelnemers vier afzonderlijke isometrische wijsvinger ontvoeringen uitvoeren (2 keer met elke focus: EF en als) bij 10% van de Fmax en record het EMG-signaal van de FDI.
      1. Tijdens deze isometrische wijsvinger ontvoering, opnemen (door te drukken op de " record " knop op het opname-software) 40 proeven met en 40 proeven zonder TMS, met gerandomiseerde ISIs voor elke voorwaarde (dat wil zeggen, als en EF) in een Ophaalbare volgorde. Gebruik van de dezelfde intensiteit voor elke voorwaarde (bepaald in punt 5.4.5).
    8. Tussen elke reeks, toestaan een pauze van minimaal 5 minuten om te minimaliseren van vooringenomenheid die kan worden veroorzaakt door vermoeidheid.
  5. Sessie 4: ppTMS (Zie figuur 1B ).
    Opmerking: Het paradigma van de gepaarde-pulse is samengesteld uit een stimulans van de conditionering op 0.8 aMT, gevolgd door een prikkel van de controle suprathreshold op 1.2 aMT.
    1. Herhaal stap 5.1-5.4. Kortom, EMG elektroden plaatsen over de BDI-spier, zetel van de deelnemer in een verstelbare en comfortabele stoel en de linkerarm in een comfortabele en ontspannen positie onder de tafel (dat wil zeggen, op het linkerbeen) te plaatsen. Vind de hotspot voor TMS over de M1.
    2. De intensiteit aangezet met de stimulator, de ISI op 2,5 ms 36 en het interval tussen gekoppelde en single-pulse TMS bij 0,25 Hz.
    3. De deelnemer voldoende instructies geven (zie stap 4.2.2) met betrekking tot de toestand (d.w.z. als of EF). Herhaal de instructies voor elke reeks.
    4. Hebben de deelnemers vier afzonderlijke isometrische wijsvinger ontvoeringen uitvoeren (2 keer met elke focus: EF en als) bij 10% van de Fmax en record het EMG-signaal van de FDI. Tijdens de isometrische contractie, opnemen 20 TMS stimuli voor elke voorwaarde (dat wil zeggen, als en EF) in een Ophaalbare volgorde.
      Opmerking: Een set van 20 stimuli moet worden samengesteld uit 10 geconditioneerde parlementsleden (gepaarde-pulse op 0,8-1,2 aMT) en 10 controle parlementsleden (single-puls op 1.2 aMT). Gebruik van de dezelfde intensiteit voor elke voorwaarde (bepaald in stap 5.5.2).
    5. Tussen elke reeks, toestaan een pauze van minimaal 5 minuten om te minimaliseren van vooringenomenheid die kan worden veroorzaakt door vermoeidheid.

6. Dataverwerking en -analyse

  1. SubTMS.
    1. Zoals uiteengezet (stap 5.1.1.3), corrigeren en het gemiddelde van het EMG p.a..
    2. Het begin van de subTMS-EMG onderdrukking detecteren (Zie Figuur 4).
      Opmerking: Het is gedefinieerd als het moment waarop het verschil tussen het gemiddelde van alle proeven met en mensen zonder TMS negatieve gedurende ten minste 4 ms in een venster van de tijd van 20-50 ms na de TMS.
    3. Om op te sporen het einde van subTMS-EMG onderdrukking, definiëren het moment na de aanvang van de onderdrukking (stap 6.1.2) wanneer het verschil tussen het gemiddelde van alle proeven met en mensen zonder TMS positief opnieuw gedurende ten minste 4 ms is (Zie figuur 4a ).
    4. De subTMS-geïnduceerde EMG als volgt berekenen:
      EMG Diff = EMG zonder – EMG met.
      1. Berekenen de cumulatieve trapeziumvormige numerieke integratie vanaf het begin tot het einde van de onderdrukking te kwantificeren van het bedrag van de subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking.
  2. ppTMS.
    1. Gebruik de volgende formule om de omvang van SICI wordt uitgedrukt als een percentage met betrekking tot het besturingselement MEP:
      100 – (geconditioneerd MEP/controle MEP × 100).
      1. De resultaten als percentagewaarden gebruiken voor de uiteindelijke analyse.
    2. Berekenen de piek-tot-piek MEP amplitudes (in mV; in de EF en als voorwaarden) en vergelijken van de twee voorwaarden in de uiteindelijke analyse.
  3. EMG.
    1. Als achtergrond EMG een invloed op de omvang van de parlementsleden 37 heeft, bepalen de EMG activiteit door het berekenen van de kwadratische gemiddelde waarde in een 100-ms venster voordat het TMS.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De invloed van Attentional Foci op de prestaties van de Motor:

De gedrags tests in de huidige studie werden gebruikt om te bewijzen de haalbaarheid van de motor taak en identificeren van de onderwerpen die bij de toepassing van een EF positief. In lijn met eerdere onderzoeken (Zie1 herzieningsverzoek), onze resultaten tonen een langdurige TTF wanneer de deelnemers een EF in vergelijking met een IF aangenomen...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Dit protocol toont kan op twee manieren de activiteiten van remmende circuits binnen de M1 met behulp van TMS te onderzoeken. Meer precies, hebben deze twee protocollen is gebruikt in deze studie te onderzoeken van het effect van attentional foci op de activiteit van remmende circuits binnen de M1.

Een beperking van de onderhavige methode is dat het is niet altijd mogelijk om te veroorzaken een EMG subTMS-geïnduceerde onderdrukking zonder een versoepeling voorafgaand aan het. In deze studie, b...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs hebben geen bevestigingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
MC3A-100Advanced Mechanical Technologies Inc., Watertown, MA, USA-Krachttransducer
BlueSensor PAmbu A/S, Bellerup, Denemarken-Ag/AgCl oppervlakte elektroden voor EMG
Polaris SpectraNorthern Digital, Waterloo, ON, Canada-neuronavigatiesysteem, actieve of passieve marker tracker
Localite TMS Navigator Version 2.0.5LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Duitsland-navigatiesysteem voor transcraniële magnetische stimulatie (TMS)
MagVenture MagPro X100MagVenture A/S, Farum, Denemarken9016E0711Transcraniële magnetische stimulator
MagVenture D-B80MagVenture A/S, Farum, Denemarken9016E0431TMS spoel (figuur van acht)
GoniometerN/A-Op maat gemaakte goniometer
Orthopedische spalkN/A-Op maat gemaakte spalk
OpnamesoftwareGebaseerd op LabView-Op maat gemaakt script

Referenties

  1. Wulf, G. Attentional focus and motor learning: a review of 15 years. Int Rev Sport Exerc Psychol. 6 (1), 77-104 (2012).
  2. Perkins-Ceccato, N., Passmore, S. R., Lee, T. D. Effects of focus of attention depend on golfers' skill. J Sports Sci. 21 (8), 593-600 (2003).
  3. Marchant, D. C., Clough, J. C., Crawshaw, M. The effects of attentional focusing strategies on novice dart throwing performance and their task experiences. Int Rev Sport Exerc Psychol. 5 (3), 291-303 (2007).
  4. Oliveira, R. M., Gurd, J. M., Nixon, P., Marshall, J. C., Passingham, R. E. Micrographia in Parkinson's disease: the effect of providing external cues. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 63 (4), 429-433 (1997).
  5. Landers, M., Wulf, G., Wallmann, H., Guadagnoli, M. An external focus of attention attenuates balance impairment in patients with Parkinson's disease who have a fall history. Physiotherapy. 91 (3), 152-158 (2005).
  6. Wulf, G., Landers, M., Lewthwaite, R., Töllner, T. External focus instructions reduce postural instability in individuals with Parkinson disease. Phys Ther. 89 (2), 162-168 (2009).
  7. Wulf, G., Dufek, J. S. Increased jump height with an external focus due to enhanced lower extremity joint kinetics. J Mot Behav. 41 (5), 401-409 (2009).
  8. Marchant, D. C. Attentional Focusing Instructions and Force Production. Front Psychol. 1, 1-9 (2011).
  9. Wälchli, M., Ruffieux, J., Bourquin, Y., Keller, M., Taube, W. Maximizing Performance: Augmented Feedback, Focus of Attention, and/or Reward? Med Sci Sports Exerc. 48 (4), 714-719 (2015).
  10. Keller, M., Lauber, B., Gottschalk, M., Taube, W. Enhanced jump performance when providing augmented feedback compared to an external or internal focus of attention. J Sports Sci. 33 (10), 1067-1075 (2015).
  11. Wulf, G., Dufek, J. S., Lozano, L., Pettigrew, C. Increased jump height and reduced EMG activity with an external focus. Hum Mov Sci. 29 (3), 440-448 (2010).
  12. Fasoli, S. E., Trombly, C. A., Tickle-Degnen, L., Verfaellie, M. H. Effect of instructions on functional reach in persons with and without cerebrovascular accident. Am J Occup Ther. 56 (4), 380-390 (2002).
  13. Schücker, L., Anheier, W., Hagemann, N., Strauss, B., Völker, K. On the optimal focus of attention for efficient running at high intensity. Sport Exerc Perform Psychol. 2 (3), 207-219 (2013).
  14. Schücker, L., Hagemann, N., Strauss, B., Völker, K. The effect of attentional focus on running economy. J Sports Sci. 27 (12), 1241-1248 (2009).
  15. Lohse, K. R., Sherwood, D. E. Defining the focus of attention: effects of attention on perceived exertion and fatigue. Front Psychol. 2, 332(2011).
  16. Kuhn, Y. A., Keller, M., Ruffieux, J., Taube, W. Adopting an external focus of attention alters intracortical inhibition within the primary motor cortex. Acta Physiol (Oxf). , (2016).
  17. Fujiyama, H., Hinder, M. R., Schmidt, M. W., Garry, M. I., Summers, J. J. Age-related differences in corticospinal excitability and inhibition during coordination of upper and lower limbs. Neurobiol Aging. 33 (7), (2012).
  18. Papegaaij, S., et al. Postural challenge affects motor cortical activity in young and old adults. Exp Gerontol. 73, 78-85 (2016).
  19. Heise, K. -F., et al. The Aging Motor System as a Model for Plastic Changes of GABA-Mediated Intracortical Inhibition and Their Behavioral Relevance. J Neurosci. 33 (21), 9039-9049 (2013).
  20. Flamand, V. H., Nadeau, L., Schneider, C. Brain motor excitability and visuomotor coordination in 8-year-old children born very preterm. Clin Neurophysiol. 123 (6), 1191-1199 (2012).
  21. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
  22. Wassermann, E. M., et al. Responses to paired transcranial magnetic stimuli in resting, active, and recently activated muscles. Exp Brain Res. 109 (1), 158-163 (1996).
  23. Di Lazzaro, V., et al. Magnetic transcranial stimulation at intensities below active motor threshold activates intracortical inhibitory circuits. Exp Brain Res. 119 (2), 265-268 (1998).
  24. Chen, R. Interactions between inhibitory and excitatory circuits in the human motor cortex. Exp Brain Res. 154 (1), 1-10 (2004).
  25. Lauber, B., Keller, M., Leukel, C., Gollhofer, A., Taube, W. Specific interpretation of augmented feedback changes motor performance and cortical processing. Exp Brain Res. 227 (1), 31-41 (2013).
  26. Lauber, B., Leukel, C., Gollhofer, A., Taube, W. Time to task failure and motor cortical activity depend on the type of feedback in visuomotor tasks. PLoS One. 7 (3), e32433(2012).
  27. Davey, N. J., Romaiguère, P., Maskill, D. W., Ellaway, P. H. Suppression of voluntary motor activity revealed using transcranial magnetic stimulation of the motor cortex in man. J Physiol. 477 (2), 223-235 (1994).
  28. Zentgraf, K., et al. Neural correlates of attentional focusing during finger movements: A fMRI study. J Mot Behav. 41 (6), 535-541 (2009).
  29. Arthurs, O. J., Boniface, S. How well do we understand the neural origins of the fMRI BOLD signal? Trends Neurosci. 25 (1), 27-31 (2002).
  30. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  31. Rossini, P. M., et al. 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. Clin Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  32. Seifert, T., Petersen, N. C. Changes in presumed motor cortical activity during fatiguing muscle contraction in humans. Acta Physiol (Oxf). 199, 317-325 (2010).
  33. Sidhu, S. K., Cresswell, A. G., Carroll, T. J. Short-interval intracortical inhibition in knee extensors during locomotor cycling. Acta Physiol (Oxf). 207 (1), 194-201 (2013).
  34. Zuur, A. T., et al. Contribution of afferent feedback and descending drive to human hopping. J Physiol. 588 (Pt 5), 799-807 (2010).
  35. Konrad, P. The ABC of EMG: A practical introduction to kinesiological electromyography. , Noraxon, Inc. Scottsdale, AZ. Version 1 (2005).
  36. Roshan, L., Paradiso, G. O., Chen, R. Two phases of short-interval intracortical inhibition. Exp Brain Res. 151 (3), 330-337 (2003).
  37. Kojima, S., et al. Modulation of the cortical silent period elicited by single- and paired-pulse transcranial magnetic stimulation. BMC Neurosci. 14, 43(2013).
  38. McNevin, N., Shea, C. H., Wulf, G. Increasing the distance of an external focus of attention enhances learning. Psychol Res. 67 (1), 22-29 (2003).
  39. Hummel, F. C., et al. Deficient intracortical inhibition (SICI) during movement preparation after chronic stroke. Neurology. 72 (20), 1766-1772 (2009).
  40. Mall, V., et al. Low level of intracortical inhibition in children shown by transcranial magnetic stimulation. Neuropediatrics. 35 (2), 120-125 (2004).
  41. Walther, M., et al. Maturation of inhibitory and excitatory motor cortex pathways in children. Brain Dev. 31 (7), 562-567 (2009).
  42. van de Laar, M. C., van den Wildenberg, W. P., van Boxtel, G. J., Huizenga, H. M., van der Molen, M. W. Lifespan changes in motor activation and inhibition during choice reactions: a Laplacian ERP study. Biol Psychol. 89 (2), 323-334 (2012).
  43. Papegaaij, S., Taube, W., Baudry, S., Otten, E., Hortobagyi, T. Aging causes a reorganization of cortical and spinal control of posture. Front Aging Neurosci. 6 (28), (2014).
  44. Kwong, K. K., et al. Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 89 (12), 5675-5679 (1992).
  45. Ziemann, U., Rothwell, J. C., Ridding, M. C. Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex. J Physiol. 496 (Pt 3), 873-881 (1996).
  46. Petersen, N. T., et al. Suppression of EMG activity by transcranial magnetic stimulation in human subjects during walking. J Physiol. 537 (Pt 2), 651-656 (2001).
  47. Butler, J. E., Larsen, T. S., Gandevia, S. C., Petersen, N. T. The nature of corticospinal paths driving human motoneurones during voluntary contractions. J Physiol. 584 (Pt 2), 651-659 (2007).
  48. Ortu, E., Deriu, F., Suppa, A., Tolu, E., Rothwell, J. C. Effects of volitional contraction on intracortical inhibition and facilitation in the human motor cortex. J Physiol. 586 (21), 5147-5159 (2008).
  49. Roy, F. D. Suppression of EMG activity by subthreshold paired-pulse transcranial magnetic stimulation to the leg motor cortex. Exp Brain Res. 193 (3), 477-482 (2009).
  50. Di Lazzaro, V., et al. Direct demonstration of the effect of lorazepam on the excitability of the human motor cortex. Clin Neurophysiol. 111 (5), 794-799 (2000).
  51. Classen, J., Benecke, R. Inhibitory phenomena in individual motor units induced by transcranial magnetic stimulation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 97 (5), 264-274 (1995).
  52. Binkofski, F., et al. Neural activity in human primary motor cortex areas 4a and 4p is modulated differentially by attention to action. J Neurophysiol. 88 (1), 514-519 (2002).
  53. Strafella, A. P., Paus, T. Cerebral blood-flow changes induced by paired-pulse transcranial magnetic stimulation of the primary motor cortex. J Neurophysiol. 85 (6), 2624-2629 (2001).
  54. Hunter, S. K., McNeil, C. J., Butler, J. E., Gandevia, S. C., Taylor, J. L. Short-interval cortical inhibition and intracortical facilitation during submaximal voluntary contractions changes with fatigue. Exp Brain Res. 234 (9), 2541-2551 (2016).
  55. Zimmermann, K., et al. Neural Correlates of Switching Attentional Focus during Finger Movements: An fMRI Study. Front Psychol. 3 (555), (2012).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Transcraniale magnetische stimulatieaandachtsvo focusexterne focusinterne focusshort interval intracorticale inhibitiesubthreshold TMSmotorische prestatiesGABAerge neuronen

Gerelateerde artikelen