Name: Ocena pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas dosięgania ukierunkowanego na cel (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-02T12:40:00.000+00:00
Duration: 5 min 5 s
Description: Poznaj metodę oceny pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas zadań dosięgania łączącą TMS z elektromiografią. To podejście usprawnia istniejące techniki i oferuje elastyczność zastosowań klinicznych.

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

Te badania były częściowo możliwe dzięki hojnemu finansowaniu programu Knight Campus Undergraduate Scholars oraz Fundacji Phila i Penny Knightów.

Wszystkie opisane tutaj metody zostały wykonane zgodnie z protokołem IRB i zatwierdzeniem (numer protokołu IRB Uniwersytetu Oregon 10182017.017). Uzyskano świadomą zgodę od wszystkich uczestników.
1. Aparatura do sięgania
<ol>
	<li>Umieść duży tablet graficzny płasko na biurku.</li>
	<li>Użyj regulowanej ramy z aluminium 80-20, aby ustawić monitor zadań 6-8 cali nad tabletem równolegle, z ekranem skierowanym do góry (aby uzyskać plan, sprawdź tutaj: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS i Rysunek uzupełniający 1). 
	UWAGA: Ta konfiguracja pozwala uczestnikom sięgać w poprzek tabletu i rejestrować cele prezentowane na monitorze zadań, jednocześnie zasłaniając pole widzenia swojego sięgającego ramienia.</li>
	<li>Użyj konfiguracji opisanej w Kim et al.3 jako odwołania.</li>
</ol>
2. Interfejsy maszyny
<ol>
	<li>Podłącz tablet do komputera przez port USB. Podłącz monitor zadań do komputera przez port HDMI. Podłącz tylny port TMS do komputera za pomocą DB-9.</li>
	<li>Podłącz system EMG do komputera za pomocą karty DAQ PCI-6220. Podłącz fotodiodę do systemu EMG za pomocą BNC.</li>
</ol>
3. Czujnik fotodiody
<ol>
	<li>Podłącz czujnik fotodiody do BNC. Przymocuj czujnik fotodiody taśmą do prawego górnego rogu monitora zadań, tak aby czujnik był skierowany w stronę ekranu, w odległości ≤ 1 cm. 
	UWAGA: Spowoduje to zarejestrowanie czasu bodźców prezentowanych na monitorze zadań jako dane analogowe w niezależnym kanale wejściowym.</li>
</ol>
4. Oprogramowanie
<ol>
	<li>Pobierz VETA Toolbox26 (https://github.com/greenhouselab/Veta) dla MATLAB 2018, aby połączyć się ze sprzętem do zbierania danych.</li>
	<li>Pobierz kod zadania osiągania (https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS) opracowany do kontroli parametrów eksperymentalnych i współpracy z tabletem.</li>
</ol>
5. Badanie przesiewowe uczestników i świadoma zgoda
<ol>
	<li>Przebadaj obiekt pod kątem przeciwwskazań do TMS. Kryteria wykluczenia obejmują osobistą lub rodzinną historię napadów padaczkowych, bólu głowy, urazu mózgu, omdleń, przewlekłego stresu lub lęku, problemów ze snem i wszelkich leków neuroaktywnych. Dodatkowe kryteria wykluczenia obejmują wszelkie metalowe implanty w mózgu lub czaszce oraz rekreacyjne zażywanie narkotyków lub alkoholu w ciągu 24 godzin przed badaniem. Kryteria włączenia obejmowały praworęczność i wiek od 18 do 35 lat.</li>
	<li>Należy przedstawić pisemne wyjaśnienie procedury i związanego z nią ryzyka, wyjaśniając wszelkie dalsze pytania, jakie może mieć uczestnik</li>.
	<li>Uzyskaj świadomą zgodę uczestników.</li>
</ol>
6. Konfiguracja tematu
<ol>
	<li>Ustaw fotografowaną osobę na wygodnym krześle przodem do tabletu. Upewnij się, że kolana są zgięte pod kątem 90° z nogami pod biurkiem.</li>
	<li>Przygotuj skórę i umieść elektrody EMG.
	<ol>
		<li>Użyj drobnoziarnistego papieru ściernego, aby delikatnie zetrzeć skórę w miejscu prawego pierwszego międzykostnego grzbietu (FDI), prostownika nadgarstka promieniowego i przednich mięśni naramiennych, a także wypukłości C4 u podstawy szyi, aby wykryć artefakty elektryczne wytwarzane przez impuls TMS. 
		UWAGA: Strony rejestrujące mięśnie można dostosować do potrzeb użytkownika.</li>
		<li>Przetrzyj każdy starty obszar wacikiem nasączonym alkoholem raz na miejsce elektrody w celu oczyszczenia.</li>
		<li>Umieść po jednej elektrodzie EMG w każdym miejscu. Upewnij się, że elektrody biegną prostopadle do włókien mięśniowych. Umieść elektrodę masową na kostnym wypukłości prawego łokcia.</li>
		<li>Zabezpiecz każdą elektrodę taśmą medyczną.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Sprawdź jakość zapisu EMG. Użyj zestawu narzędzi VATA, aby zobrazować wszystkie ślady EMG i upewnić się, że są one wolne od artefaktów. Jeśli ślady EMG są zaszumione, upewnij się, że podłoże jest prawidłowo umieszczone i że wszystkie elektrody mają prawidłowy kontakt ze skórą.</li>
</ol>
7. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna
<ol>
	<li>Włącz maszynę TMS.</li>
	<li>Znajdź gorący punkt TMS prawego mięśnia FDI poprzez stymulację lewego M1.
	<ol>
		<li>Umieść cewkę ~5 cm bocznie i 2 cm przed wierzchołkiem głowy, zorientowaną ~45° od linii środkowej.</li>
		<li>Podawaj impulsy TMS raz na 4 s, zmieniając położenie cewki w odstępach co około 5 mm w płaszczyźnie przednio-tylnej i przyśrodkowo-bocznej.</li>
		<li>Zaczynając od 30% maksymalnej mocy stymulatora, stopniowo zwiększaj intensywność TMS o 2%, aż do zaobserwowania MEP.</li>
		<li>Po zidentyfikowaniu optymalnej lokalizacji, w której można niezawodnie wywołać MEP dla większości (~ 75%) impulsów przy najniższej możliwej intensywności stymulatora, należy określić próg motoryki spoczynkowej (RMT), znajdując poziom natężenia, który wytwarza MEP o amplitudzie międzyszczytowej >50 μV na pięć z 10 impulsów.</li>
		<li>Zaznacz pozycję, delikatnie umieszczając cienkie paski taśmy odblaskowej na głowie uczestnika wzdłuż obwodu cewki. Utrzymuj pozycję cewki, ręcznie przytrzymując cewkę lub używając stojaka do jej podparcia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
8. Konfiguracja zadania
<ol>
	<li>Załóż rękawicę na rzep po prawej stronie uczestnika, aby ułatwić mu zrelaksowaną postawę z mocnym uchwytem.</li>
	<li>Przymocuj rysik do rękawicy i poinstruuj badanego, aby trzymał rękę rozluźnioną między ruchami sięgającymi.</li>
	<li>Przekaż instrukcje dotyczące zadania, które są następujące: Skieruj kursor do pozycji wyjściowej u dołu ekranu. Zobaczysz kij w jednym z dwóch docelowych miejsc. Gdy cel wypełni się kolorem, sięgnij przez cel tak szybko i dokładnie, jak to możliwe. Następnie wróć do pozycji wyjściowej. Wskaż lokalizacje pozycji startowych, wskazówek i celów (<silna klasa="xfig">Rysunek 1A).</li>
	<li>Naucz uczestnika, aby przecinał cele rysikiem tak szybko i dokładnie, jak to możliwe. Wyłącz światła w pokoju zadań, aby zasłonić uczestnikowi widzenie ruchów ramion i poprawić widoczność monitora zadań.</li>
</ol>
9. Projektowanie zadań
<ol>
	<li>Kontroluj prezentację bodźców wizualnych za pomocą Psychtoolbox 3.0 w Matlab 2018 (Dodatkowy plik kodowania 1).</li>
	<li>Użyj następujących parametrów, aby dopasować bieżące dane: 20 prób praktycznych; 270 prób testowych; TMS na 4/5 prób testowych; TMS zbiega się z początkiem sygnału przygotowawczego (bazowy TMS) lub 100 ms przed sygnałem imperatywnym (opóźniony TMS) z równą częstotliwością; 1/10 wszystkich prób to próby połowu, w których nie pojawia się sygnał imperatywny; pozycja wyjściowa to okrąg o promieniu 2 cm umieszczony w dolnej środkowej części przestrzeni roboczej; Dwa okrągłe cele o promieniu 1 cm są umieszczone 15 cm od pozycji wyjściowej w odległości +45° i -45° od linii środkowej.</li>
	<li>Ustaw kolejność zdarzeń i czas trwania w następujący sposób: wskazówka przygotowawcza na 900 ms i wskazówka imperatywna na 900 ms.</li>
</ol>
10. Administracja TMS
<ol>
	<li>Zestaw narzędzi VETA jednocześnie administruje TMS i rejestruje https://github.com/greenhouselab/Veta EMG.</li>
	<li>Kontroluj czas impulsów TMS za pomocą zestawu narzędzi VATA, aby zbiegły się z wybranymi zdarzeniami behawioralnymi (tj. Początek sygnału przygotowawczego lub 100 ms poprzedzający początek celu).</li>
	<li>Dostarczaj TMS z wystarczającą częstotliwością, aby zapewnić wystarczającą liczbę posłów do analizy. 
	UWAGA: Jak napisano, kod zadania dostarczy impuls TMS na 4/5 wszystkich prób albo na początku sygnału przygotowawczego - w celu wywołania podstawowych MEP - lub 100 ms przed imperatywną wskazówką - w celu wywołania opóźnionych MEP. Parametry można dostosować w kodzie zgodnie z potrzebami użytkownika. Badania bez TMS mogą być wykorzystane do oceny wydajności behawioralnej w przypadku braku TMS. Jest to przydatne do określenia możliwego wpływu TMS na wydajność.</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>

Wszyscy autorzy deklarują, że nie występują konflikty interesów

Opisane powyżej metody oferują nowatorskie podejście do badania przygotowania motorycznego w kontekście zachowań docierających. Chociaż docieranie jest popularnym zadaniem modelowym w badaniach nad kontrolą motoryczną i uczeniem się, istnieje potrzeba precyzyjnej oceny dynamiki CS związanej z zachowaniem związanym z docieraniem. TMS oferuje nieinwazyjną, precyzyjną czasowo metodę rejestrowania aktywności CS w dyskretnych punktach czasowych podczas docierania. Opisane tutaj podejście łączy dwie niezależne...

Osiąganie celów jest podstawowym zachowaniem motorycznym, które pozwala ludziom na interakcję ze środowiskiem zewnętrznym i manipulowanie nim. Badania nad docieraniem w dziedzinie fizjologii motorycznej, psychologii i neuronauki zaowocowały bogatą i obszerną literaturą, która obejmuje różnorodne metodologie. Wczesne badania nad dotarciem wykorzystywały bezpośrednie nagrania neuronowe u naczelnych innych niż ludzie do zbadania aktywności neuronalnej na poziomie pojedynczych neuronów1,2. Nowsze badania dotyczyły sięgania za pomocą paradygmatów behawioralnych, które wykorzystują adaptację sensomotoryczną do zbadania natury uczenia się i kontroli motorycznej3,4,5. Takie zadania behawioralne w połączeniu z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym i elektroencefalografią mogą mierzyć aktywność całego mózgu podczas sięgania u ludzi6,7. W innych badaniach zastosowano TMS online do zbadania różnych cech przygotowania i realizacji zasięgu8,9,10,11,12,13,14. Pozostaje jednak potrzeba elastycznego podejścia typu open source, które łączy behawioralną ocenę docierania z TMS. Podczas gdy użyteczność łączenia TMS z protokołami behawioralnymi jest bardzo dobrze znana15, tutaj szczegółowo badamy zastosowanie TMS w kontekście docierania przy użyciu podejścia open-source. Jest to o tyle nowatorskie, że inne grupy, które publikowały przy użyciu tej kombinacji metod, nie udostępniły swoich narzędzi w prosty sposób, co uniemożliwia bezpośrednią replikację. To podejście typu open source ułatwia replikację, udostępnianie danych i możliwość prowadzenia badań w wielu ośrodkach. Dodatkowo, jeśli inni chcą zająć się nowymi pytaniami badawczymi za pomocą podobnych narzędzi, kod open source może działać jako platforma startowa dla innowacji, ponieważ można go łatwo dostosować.
TMS oferuje nieinwazyjny sposób sondowania układu motorycznego w precyzyjnie kontrolowanych punktach czasowych16. Po nałożeniu na pierwszorzędową korę ruchową (M1), TMS może wywołać mierzalne ugięcie w elektromiogramie docelowego mięśnia. Amplituda tej fali napięcia, znana jako potencjał wywołany silnika (MEP), zapewnia wskaźnik chwilowego stanu pobudliwości szlaku korowo-rdzeniowego (CS) - wynikowy analog wszystkich pobudzających i hamujących wpływów na szlak CS17. Oprócz zapewnienia wiarygodnego wewnątrzobiektowego pomiaru wewnętrznej pobudliwości CS, TMS można łączyć z innymi wskaźnikami behawioralnymi lub kinematycznym w celu zbadania relacji między aktywnością CS a zachowaniem w sposób czasowo precyzyjny. W wielu badaniach wykorzystano kombinację TMS i elektromiografii (EMG), aby odpowiedzieć na różne pytania dotyczące układu motorycznego, zwłaszcza że ta kombinacja metod umożliwia badanie MEP w szerokim zakresie warunków behawioralnych15. Jednym z obszarów, w którym okazało się to szczególnie przydatne, jest badanie przygotowania do działania, najczęściej poprzez badanie ruchów pojedynczych stawów18. Istnieje jednak stosunkowo mniej badań TMS nad naturalistycznymi ruchami wielostawowymi, takimi jak sięganie.
Obecnym celem było zaprojektowanie zadania z opóźnioną reakcją, które obejmowałoby kinematykę behawioralną, podawanie TMS jednym impulsem online i jednoczesny zapis EMG z wielu mięśni. Zadanie obejmuje dwuwymiarowy paradygmat docierania z punktu do punktu z wizualną informacją zwrotną online przy użyciu monitora zorientowanego poziomo, tak aby wizualna informacja zwrotna dopasowywała trajektorie dotarcia (tj. zależność 1:1 podczas werydycznego sprzężenia zwrotnego i brak transformacji między wizualnym sprzężeniem zwrotnym a ruchem). Obecny projekt obejmuje również zestaw prób z zaburzeniami wzrokowo-ruchowymi. W podanym przykładzie jest to przesunięcie o 20° w sprzężeniu zwrotnym kursora. W poprzednich badaniach wykorzystano podobny paradygmat sięgania, aby odpowiedzieć na pytania dotyczące mechanizmów i obliczeń związanych z adaptacją sensomotoryczną19,20,21,22,23,24,25. Co więcej, takie podejście umożliwia ocenę dynamiki pobudliwości układu motorycznego w precyzyjnych punktach czasowych podczas uczenia się motorycznego online.
Ponieważ sięganie okazało się być owocnym zachowaniem do badania uczenia się/adaptacji, ocena pobudliwości CS w kontekście tego zachowania ma ogromny potencjał, aby rzucić światło na neuronalne podłoża zaangażowane w te zachowania. Mogą to być miejscowe wpływy hamujące, zmiany we właściwościach strojenia, czas zdarzeń neuronalnych itp., jak ustalono w badaniach na naczelnych innych niż ludzie. Jednak cechy te były trudniejsze do ilościowego określenia u ludzi i populacji klinicznych. Dynamikę neuronalną można również badać przy braku jawnego ruchu u ludzi przy użyciu połączonego podejścia TMS i EMG (tj. podczas przygotowywania ruchu lub w spoczynku).
Prezentowane narzędzia są open-source, a kod można łatwo dostosować. Ten nowy paradygmat dostarczy ważnych informacji na temat mechanizmów związanych z przygotowaniem, wykonaniem, zakończeniem i adaptacją ruchów dosięgnięcia. Co więcej, ta kombinacja metod ma potencjał do odkrycia związków między elektrofizjologią a zachowaniem docierającym u ludzi.

<table><tbody><tr><td>2-portowa natywna karta PCI Express&nbsp;</td><td>StarTech.com</td><td>Karta RS232 z 16950 UART&nbsp;</td><td>Musi być kompatybilny z komputerem stacjonarnym</td></tr><tr><td>Regulowana rama aluminiowa 80-20</td><td>dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Podkładki alkoholowe</td><td>dowolne</td><td></td><td>przygotowanie EMG</td></tr><tr><td>Elektrody bipolarne Bagnoli</td><td>Delsys</td><td>DE 2.1</td><td></td></tr><tr><td>Elektroda referencyjna Bagnoli</td><td>Delsys</td><td>USX2000</td><td>2" (5cm) Okrągły</td></tr><tr><td>system EMG Bagnoli-8</td><td>Delsys</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Krzesło</td><td>dowolny</td><td></td><td></td></tr><tr><td>monitor komputerowy do EMG/TMS</td><td>nie dotyczy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>biurka</td><td>dowolny</td><td></td><td></td></tr><tr><td>komputer stacjonarny</td><td>Dell</td><td>xps 8930</td><td>RAM: 16 GB, Pamięć masowa: 1TB, Karta graficzna: 1060 6GB&nbsp;</td></tr><tr><td>Elektrody EMG</td> Czujnik <td>Delsys</td><td>Klej Interfejs</td><td></td></tr><tr><td>Drobnoziarnisty papier ścierny</td><td>dowolny</td><td></td><td>preparat EMG</td></tr><tr><td>Tablet graficzny</td><td>Wacom</td><td>Intuos-4 XL</td><td></td></tr><tr><td>Uchwyt wałka malarskiego</td><td>dowolny</td><td></td><td>do użycia jako uchwyt rysika, wydrążony środek musi być wystarczająco duży, aby rysik mógł bezpiecznie siedzieć w środku&nbsp;</td></tr><tr><td>Taśma medyczna</td><td>dowolna</td><td></td><td>Do zabezpieczania elektrod EMG</td></tr><tr><td>Karta PCI-6220 DAQ</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Do interfejsu systemu EMG</td></tr><tr><td>Czujnik fotodiodowy</td><td>Vishay</td><td>BPW21R</td><td>Do rejestrowania czasu zdarzeń zadania w śladzie EMG.</td></tr><tr><td>Tylny port TMS</td><td>Magstim</td><td></td><td>W zestawie z maszyną TMS</td></tr><tr><td>Rękawica polietylenowa dla praworęcznych</td><td>dowolna</td><td></td><td>Wytnij kciuk i palec wskazujący rękawicy, aby odsłonić mięsień FDI</td></tr><tr><td>Sensoryczny interfejs samoprzylepny, 2-gniazdowy</td><td>rysik Delsys</td><td>SC-F01</td><td></td></tr><tr><td>Rysik</td><td>Wacom</td><td>Intuos-4</td> Pióro z uchwytem <td></td></tr><tr><td>USB tablet-komputer&nbsp;</td><td>dowolna</td><td></td><td>Zawarte w zakupie tabletu</td></tr><tr><td>Monitor zadań Asus</td><td></td><td>VG248</td><td></td></tr><tr><td>Cewka TMS</td><td>Magstim</td><td>D70 Cewka zdalna</td><td>Średnica 7 cm, cewka ósemkowa</td></tr><tr><td>Maszyna TMS</td><td>Magstim</td><td>200-2</td><td></td></tr><tr><td>TMS-to-Computer DB9</td><td>dowolny</td><td></td><td>Łączy się z kartą szeregową PCIe</td></tr><tr><td>Rzep</td><td>dowolny</td><td></td><td>Do umieszczenia na rękawicy i uchwyt rysika</td></tr></tbody></table>

ocena pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas dosięgania ukierunkowanego na cel

Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

Docieranie jest szeroko badanym zachowaniem w badaniach z zakresu fizjologii motorycznej i neurobiologii. Chociaż docieranie zostało zbadane przy użyciu różnych manipulacji behawioralnych, nadal istnieją znaczące luki w zrozumieniu procesów neuronalnych zaangażowanych w planowanie, realizację i kontrolę zasięgu. Opisane tutaj nowatorskie podejście łączy dwuwymiarowe zadanie sięgania z przezczaszkową stymulacją magnetyczną (TMS) i jednoczesnym zapisem elektromiografii (EMG) z wielu mięśni. Metoda ta pozwala na nieinwazyjne wykrywanie aktywności korowo-rdzeniowej w precyzyjnych punktach czasowych podczas rozwijania ruchów dosięgnięcia. Przykładowy kod zadania zawiera zadanie docierania z opóźnioną reakcją z dwoma możliwymi celami wyświetlanymi ± 45° od linii środkowej. Pojedynczy impuls TMS jest dostarczany w większości prób zadaniowych, albo na początku sygnału przygotowawczego (linia bazowa), albo 100 ms przed sygnałem imperatywnym (opóźnienie). Ten przykładowy projekt jest odpowiedni do badania zmian w pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas przygotowania do dosięgnięcia. Przykładowy kod obejmuje również perturbację wzrokowo-ruchową (tj. obrót kursora o ± 20°) w celu zbadania wpływu adaptacji na pobudliwość korowo-rdzeniową podczas przygotowania do dosięgnięcia. Parametry zadania i dostarczanie TMS mogą być dostosowywane w celu uwzględnienia konkretnych hipotez dotyczących stanu układu motorycznego podczas zachowania sięgania. We wstępnym wdrożeniu, motoryczne potencjały wywołane (MEP) zostały pomyślnie wywołane w 83% prób TMS, a trajektorie zasięgu zarejestrowano we wszystkich próbach.

Prawidłowe wykonanie opisanych metod obejmuje rejestrację danych z tabletu, zapisów EMG oraz wiarygodne wywołanie MEP. Przeprowadzono eksperyment, który obejmował 270 prób testowych, przy czym TMS podano w 4/5 prób (216 prób).
Dane zebrano od 16 uczestników (osiem kobiet; ośmiu mężczyzn) w wieku 25 ± 10 lat, z których wszyscy zadeklarowali bycie praworęcznymi. Oceńiono skuteczność perturbacji wizualnej w odniesieniu do wyników behawioralnych poprzez wyprowadzenie funkcji uczenia się dla jedneg...

Docieranie to podstawowa umiejętność, która pozwala ludziom na interakcję z otoczeniem. Kilka badań miało na celu scharakteryzowanie zachowań związanych z docieraniem przy użyciu różnych metodologii. W artykule przedstawiono zastosowanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej metodą open source do oceny stanu pobudliwości korowo-rdzeniowej u ludzi podczas wykonywania zadań dosięgnających.

Ocena pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas dosięgania ukierunkowanego na cel

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

Metoda ta łączy elastyczny paradygmat docierania behawioralnego z przezczaszkową elektromiografią stymulacji magnetycznej, a wszystko to z jednego komputera. Jest to istotne, ponieważ usprawnia istniejące podejścia. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że jest ona powszechnie dostępna i oferuje elastyczność w zakresie zadań behawioralnych i parametrów TMS. Tę konfigurację można łatwo dostosować do użytku w populacjach klinicznych, ponieważ jest wszechstronna i mobilna. Metoda oferuje unikalny wgląd w pobudliwość korowo-rdzeniową i aktywność mięśni podczas sięgania behawioralnego i adaptacji motorycznej. Umieść duży tablet graficzny płasko na biurku. Użyj regulowanej aluminiowej ramy 80-20, aby ustawić monitor zadań od sześciu do ośmiu cali nad tabletem równolegle z ekranem skierowanym do góry. Następnie ustaw osobę na wygodnym krześle przodem do tabletu i upewnij się, że kolana są zgięte do 90 stopni

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Źródło: Charalambos, C. C., et al. Obustronna ocena ścieżek korowo-rdzeniowych mięśni stawu skokowego za pomocą nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. J. Vis. Exp. (2019 rok)Ten film przedstawia metodę oceny ścieżek korowo-rdzeniowych mięśni nóg za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS). Spoczynkowe i aktywne reakcje mięśni są rejestrowane z jednej półkuli mózgu w celu oceny przeciwległej funkcji kortykomotorycznej mięśni nóg.

Ocena ścieżek korowo-rdzeniowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Opisano trzy nowe testy behawioralne (zmiana kroku kończyny przedniej, test niestabilności postawy, test obchodzenia się z makaronem) do oceny funkcji kończyn przednich po urazie rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym u gryzoni.

Ocena funkcji kończyn przednich po jednostronnym SCI szyjki macicy za pomocą nowych zadań: zmiana kroku kończyny, niestabilność postawy i obchodzenie się z makaronem

Jednopulsowa przezczaszkowa stymulacja magnetyczna nad główną korą ruchową, neuronawigacja i rejestracja aktywności elektromiograficznej mięśni dłoni zostały wykorzystane w tym badaniu do zbadania pobudliwości korowo-rdzeniowej, podczas gdy uczestnicy obserwowali sekwencje działań.

Modulacja pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas obserwacji działania

Nie jest jasne, w jaki sposób sygnały z góry na dół z brzusznego strumienia wzrokowego wpływają na ruch. Opracowaliśmy paradygmat do testowania zachowań motorycznych w stosunku do celu na iluzji odwrócenia głębi 3D. Istotne różnice występują zarówno w celowych, ukierunkowanych na cel ruchach, jak i automatycznych działaniach w iluzorycznych i prawdziwych warunkach widzenia.

Metody badania wpływu odgórnych procesów wzrokowych na zachowania motoryczne

Przedstawiono paradygmat do treningu i analizy zautomatyzowanego zadania umiejętnego sięgania u szczurów. Analiza prób ciągnięcia ujawnia wyraźne podprocesy uczenia się motorycznego.

Badanie procesów uczenia się umiejętności motorycznych za pomocą manipulandum robotycznego

Niniejszy protokół opisuje jednoczesną, obustronną ocenę reakcji kortykomotorycznej kości piszczelowej przedniej i płaszczkowatej podczas spoczynku oraz dobrowolnej aktywacji tonicznej za pomocą jednopulsowej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i systemu neuronawigacji.

Obustronna ocena ścieżek korowo-rdzeniowych mięśni stawu skokowego za pomocą nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Tutaj oferujemy protokół, który pozwala użytkownikowi na selektywną zmianę afordancji i/lub ograniczeń ruchów, które są istotne dla odzyskania równowagi po zaburzeniach postawy.

Zmodyfikowana technika Lean and Release w celu podkreślenia hamowania reakcji i wyboru działania w równowadze reaktywnej

Prezentowany tutaj jest paradygmat behawioralny, który wywołuje silne szybkie reakcje wzrokowo-motoryczne na mięśniach kończyn górnych człowieka podczas wzrokowo kierowanych dotrzeń.

Wyłaniający się paradygmat docelowy wywołujący szybkie reakcje wzrokowo-ruchowe na mięśniach kończyn górnych człowieka

Ten protokół ma na celu zbadanie wpływu warunków zadania na strategie ruchowe u osób, które przeżyły przewlekły udar. Co więcej, protokół ten można wykorzystać do zbadania, czy ograniczenie wyprostu łokcia wywołane stymulacją elektryczną nerwowo-mięśniową powoduje kompensację tułowia podczas sięgania ramion ukierunkowanych na cel u osób dorosłych bez niepełnosprawności.

Wpływ warunków wykonywania zadań motorycznych na kinematykę zasięgu ramienia ukierunkowanego na cel i kompensację tułowia u osób po przewlekłym udarze mózgu

Obecny protokół opisuje, jak korzystać z bezprzewodowej optogenetyki w połączeniu z szybką wideografią w jednym zadaniu typu "sięgnij do uchwytu" w celu scharakteryzowania obwodów neuronowych zaangażowanych w realizację umiejętnego zachowania motorycznego u swobodnie poruszających się myszy.

In vivo (in vivo) Bezprzewodowa kontrola optogenetyczna wykwalifikowanych zachowań motorycznych

Poznaj metodę oceny pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas zadań dosięgania łączącą TMS z elektromiografią. To podejście usprawnia istniejące techniki i oferuje elastyczność zastosowań klinicznych.

Ocena pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas dosięgania ukierunkowanego na cel

Przeglądaj więcej filmów