Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

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

Published: September 11, 2017 doi: 10.3791/55771
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Medicine, Movement and Sport Sciences, University of Fribourg

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 (Zie Figuur 3). Dus, lijkt het dat, tijdens een isometrische wijsvinger ontvoering, de efficiëntie van het verkeer kan worden verbeterd door een EF. McNevin en collega's38 postuleerde de "beperkte actie hypothese" uit te leggen van de effecten van verschillende foci van aandacht op de prestaties van de motor en motor leren. De auteurs in hun hypothese geponeerd: dat de prestaties van de motor door het bevorderen van een grotere automaticity in controle van verplaatsingen met behulp van een EF uitzitten. In tegenstelling, de aanneming van een IF wordt verondersteld te beperken van het locomotorisch stelsel, zoals een meer bewuste vorm van motorische controle wordt gebruikt. Niettemin, ondanks de bekende voordelen van het gebruik van een EF in vergelijking met een IF op motor prestaties in algemene1, de onderliggende neurale processen blijven slecht onderzocht. Daarom blijft de centrale vraag: bepalen hoe de efficiëntie van de verbeterde beweging die is gekoppeld aan een EF in vergelijking met een IF wordt bestuurd vanuit een motor corticale oogpunt.

Intracortical inhibitie en motoriek:

Corticale activiteit bestaat uit de interacties tussen excitatory en remmende mechanismen binnen de hersenen motor gebieden24. Bovendien, de modulatie van deze processen zijn essentieel voor de motorische controle39. Bijvoorbeeld kinderen40,41,42 en oudere personen43 Toon lagere niveaus van intracortical inhibitie — in tegenstelling tot gezonde, jonge onderwerpen — wat resulteert in verminderd coördinatieve vaardigheden. In het algemeen, het lijkt erop dat intracortical remmende processen en motor prestaties nauw met elkaar verbonden bij de behandeling van verschillende bevolkingsgroepen. Bovendien, lijkt niet alleen in leeftijdsgroepen of verschillende populaties, maar ook binnen de leeftijdsgroepen, motor functie sterk door corticospinal remmende processen, zoals interlimb coördinatie17 of beweeglijkheid19worden gewijzigd. Daarom lijkt het niveau van de remming van de intracortical binnen de M1 de eigenschappen van de motorische controle in het algemeen te beïnvloeden.

De maatregel en de invloed van Attentional Foci op remming van de Intracortical:

In een vorige fMRI studie begonnen Zentgraf en collega's28 met het onderzoeken van de neurale correlaten attentional foci (dat wil zeggen, EF versus IF) is gekoppeld. De resultaten toonden meer activering in verschillende hersengebieden — de M1, de insulaire en de primaire somatosensorische cortices — wanneer onderwerpen een toetsenbord vinger volgorde uitgevoerd in een EF voorwaarde in plaats van een IF-voorwaarde. Afgezien van de beperking dat verschillende onderwerpen werden onderzocht in de EF en als taken, waardoor rechtstreekse vergelijkingen onmogelijk, is de fMRI-techniek niet bekwaam om te onderscheiden tussen excitatory en remmende neurale activiteit29, omdat het gebruik intrinsieke bloed-weefsel contrasteert44. Daarom kan de hogere activering van de hersenen gevonden in de M1 in de voorwaarde van de EF aangetoond in deze vorige fMRI studie28 voortvloeien uit de toegenomen excitatory of inhiberende activiteit. FMRI biedt daarom slechts een schatting over de algehele neurale activiteit29. In tegenstelling, en in aanvulling op de fMRI, kan TMS geven informatie over de aard van de activiteit, of deze uit excitatory of inhiberende activiteit voortvloeit. De reden hiervoor is dat TMS toegepast op de M1 bij intensiteiten de actieve motor drempel motor corticale uitvoer remmen, zoals de corticale remmende GABAergic interneuronen een lagere drempel naar TMS dan de excitatory neuronen27, hebben 45 , 46 , 47 , 48. Bovendien werd aangetoond dat TMS onder de motor drempel geen aflopende volleys veroorzaakt en daarom wordt niet geactiveerd spinale structuren23,27. In deze studie gebruikten we twee TMS-protocollen voor het meten van de corticale remming binnen M1. De eerste gebruikt een single-pulse subTMS-protocol, waarbij een onderdrukking in de lopende EMG activiteit induceert. Er wordt geopperd dat de remming van de lopende activiteiten van snel-geleidend corticospinal cellen tot een subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking49 leidt.

Er is dus een relatie tussen de prikkelbaarheid van intracortical remmende circuits en de hoeveelheid subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking. Met andere woorden, resulteert een toename van de corticale remming binnen de M1 in meer EMG onderdrukking18. Hoewel het subTMS-protocol niet zo wijd gebruikt is, neemt het veel voordelen ten opzichte van protocollen met behulp van suprathresold prikkels: ten eerste, maar de stimulatie voegt geen activiteit eerder verwijderd door de aflopende corticospinal volley, de gevolgen kan duidelijk worden toegeschreven aan de primaire motorische cortex, als ze worden niet beïnvloed door spinale circuitries23,27. Ten tweede, zoals subthreshold intensiteiten zijn gebruikt, geen spier kramp in geïnduceerd door stimulatie, die de prestaties van de motor kan storen. Met behulp van deze techniek, we laten zien dat het EMG subTMS-geïnduceerde onderdrukking direct werd verbeterd met behulp van een EF in vergelijking met een IF (Zie Figuur 4 voor de uitslagen en analyse). In het bijzonder toonden onze resultaten aan dat de activiteit van intracortical remmende circuits binnen de M1 onmiddellijk gemoduleerd wanneer verschillende attentional foci worden aangenomen.

Een andere meer wijdverspreide mogelijkheid voor het meten van de activiteit van GABAergic motor interneuronen is toe te passen van een paradigma van de ppTMS met korte interstimulus tussenpozen over de contralaterale M1. De stimulatie van de gepaarde-pulse induceert een vermindering van de MEP-amplitude, die heet de SICI, en weerspiegelt de activiteit van remmende GABAergic neuronen21,45,50.

Bij de vaststelling van een EF, deelnemers toonden meer SICI (Zie Figuur 5 voor de uitslagen en analyse). Dit is ook in lijn met de resultaten van de subTMS en suggereert dat de GABAergic neuronen, vormen de intracortical remmende circuits51, anders gemoduleerd worden binnen de M1 volgens het type van attentional focus. Dit zou in overeenstemming met de voormalige onderzoek toont dat de M1 gevoelig voor differentiële attentional situaties52 is. Bovendien, als een positieve correlatie tussen de cerebrale doorbloeding in de motorische cortex en de hoeveelheid SICI is geopenbaard in een positron emissie tomografie studie53, onze resultaten verder ondersteunen mogelijk de verbeterde corticale activiteit binnen de M1 dat werd gevonden door Zentgraf en collega's28. Tot slot, als de motor taken en achtergrond EMG voorafgaand aan stimulatie gelijk in beide omstandigheden waren, het heeft zijn afgeleid dat verbale instructies bepaalt de richting van aandacht hebben inderdaad een main f invloed op de activiteit van de intracortical remmende neuronen projecteren naar de FDI.

Figure 1
Figuur 1. Tijdsverloop van de vier protocollen. A. het doel van de eerste twee sessies (S1 en S2) is te vergelijken de tijd om taakmislukking (TTF) van een submaximal duurzame ontvoering van de rechter wijsvinger op 30% van de Fmax tussen een extern (EF) en een interne focus aandacht (IF). Tijdens de sessie EF de proefpersonen zijn gevraagd zich te concentreren op de goniometer hoek (dat wil zeggen, het effect van beweging), terwijl tijdens de sessie als, zij zijn gevraagd om te concentreren op hun wijsvinger en spier (dat wil zeggen, lichaamsbeweging). B. de derde en vierde sessies (S3 en S4) willen vergelijken de corticale activiteit van intracortical remmende circuits binnen de M1 tussen een EF een IF. Dit kan worden bereikt door het vergelijken van het bedrag en de duur van subthreshold TMS (subTMS) geïnduceerde EMG onderdrukking en door het vergelijken van het bedrag van de korte-interval intracortical inhibitie (SICI) geïnduceerd door gekoppeld-pulse TMS (ppTMS). Dit cijfer werd aangepast van Kuhn et al.16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. Experimentele opzet. A. 1. De TMS spoel wordt geplaatst over de contralaterale M1 over de vertegenwoordiging van de hand. 2. de deelnemer forhead en de TMS spoel zijn gemonteerd met reflecterende markeringen om de positie van de spoel TMS ten opzichte van de schedel. 3. de orthopedische splint beperkt de beweging van de pols en alleen toestaat bewegingen van de wijsvinger. 4. EMG elektroden worden geplaatst in een pees-belly montage via de FDI. 5. de goniometer berekend de hoek van het metacarpophalangeal gewricht van de wijsvinger. 6. het gewicht Fmax 30% (S1 en S2) of de 10% (S3 en S4) die is gekoppeld aan het touw. B. de bewegingen van het metacarpophalangeal gewricht worden weergegeven op een computerscherm 1 m vóór het onderwerp geplaatst. Als de hoek 90° is is de rode lijn weergegeven op het computerscherm de dunste. Zodra de deelnemer vinger naar links of rechts wordt verplaatst, wordt de rode lijn dikker in de corresponderende richting. Het doel van de motor taak is de rode lijn zo dun mogelijk te houden. Voor het meten van de Fmax (S1 en S2), ligt de kracht transducer zodanig zijn dat de deelnemers tegen (dat wil zeggen, isometrische contractie) duwen kunnen, houden een constante hoek van 90 ° (1). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3. Tijd om taakmislukking (TTF) van aanhoudende contracties. De TTF was verlengd (ongeveer door + 18%) wanneer de deelnemers (n = 14) aangenomen van een externe (EF) in plaats van een interne focus aandacht (IF). * p < 0.05. De foutbalken vertegenwoordigen de SEM. Dit cijfer werd aangepast van Kuhn et al.16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4. SubTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking. A.To verwerven de curven van het gemiddelde EMG activiteit tijdens de aanhoudende samentrekking van de juiste eerste dorsale interosseous (FDI) op 10% van de Fmax, de gerectificeerde EMG (full-wave rectificatie) van de proeven met de subTMS wordt afgetrokken van die van de proeven zonder stimulatie. De verticale lijnen geven (1) het begin van de subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking en (2) het einde van subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking. B. representatieve gegevens (n = 10) van het bedrag van de subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking. De gegevens worden verkregen door het berekenen van de cumulatieve trapeziumvormige numerieke integratie vanaf het begin tot het einde van de onderdrukking (dat wil zeggen, de negatieve beplante elke curve van 1 naar 2 a). De hoeveelheid subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking wordt versterkt wanneer een externe focus (EF) in plaats van een interne focus aandacht (IF) wordt aangenomen. C. representatieve gegevens (n = 10) van de subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking duur van 1 naar 2. Geen significant verschil in de duur van de onderdrukking was gevonden, maar wel langer met een EF. Dus, het is redelijk te veronderstellen dat de effect grootte te klein was voor het opwekken van een significant verschil in de grootte van onze relatief kleine steekproef. p < 0,01. De foutbalken vertegenwoordigen de SEM. Dit cijfer werd aangepast van Kuhn et al.16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5. Korte-interval intracortical inhibitie (SICI). A. de SICI wordt uitgedrukt als het percentage van het besturingselement MEP in FDI door de volgende formule toe te passen: 100 - (geconditioneerd MEP / control MEP × 100). De SICI wordt versterkt wanneer de deelnemers een EF in vergelijking met een IF aannemen. Dit weerspiegelt de grotere activering van intracortical remmende circuits. B. als de amplitude van het besturingselement MEP een invloed op de grootte van de geconditioneerde MEP heeft, moet het besturingselement parlementsleden bij 1.2 aMT piek-tot-piek amplitudes worden vergeleken tussen de twee voorwaarden (d.w.z., EF versus als). p < 0,01. De foutbalken vertegenwoordigen de SEM. Dit cijfer werd aangepast van Kuhn et al.16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer./p >

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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, bijvoorbeeld moest vier onderwerpen worden verwijderd uit de definitieve analyse, aangezien ze niet een consistent subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking tonen. Deze niet-invasieve hersenen stimulatie-methode is echter goed aanvaard voor het meten en kwantificeren van de activiteit van intracortical remmende circuits binnen de M132,34. Een andere beperking van deze studie is dat het niet kan worden uitgesloten dat de verschillen tussen de foci aandacht geschetst door subTMS en ppTMS op hersengebieden stroomopwaarts de M1 vertrouwen. Ondanks het feit dat beide methoden worden verondersteld om te testen van het reactievermogen van intracortical GABA remmende interneuronen23,27, bestaat er geen direct verband tussen de hoeveelheid subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking en de hoeveelheid SICI 16; verdere zijn onderzoeken nodig.

Daarnaast is het belangrijk dat u een lichte weerstand (10% van de Fmax) tijdens de TMS-protocollen, uit te voeren van de subTMS experiment in aparte sessies (≥ 72-uur pauze), en de voorwaarden randomize. De belangrijkste reden is dat vermoeidheid kan invloed hebben op de omvang van subTMS-geïnduceerde EMG onderdrukking32 en het niveau van SICI54, wat betekent dat het belangrijkste effect van aandacht kan worden beïnvloed door vermoeidheid. Tijdens een vermoeiende taak, kan een aantal perifere, subcorticale en corticale mechanismen ook een cruciale rol in de prestaties. Bovendien, het is belangrijk om een neuronavigation systeem, te gebruiken als de TMS spoel moet worden geplaatst in de zelfde plek voor elk afzonderlijk experiment. Dit systeem kan bovendien de experimentator te controleren van de positie van de spoel op elk gewenst moment gedurende het hele experiment.

De belangrijkste conclusie van dit onderzoek is dat de corticale remming binnen de M1 in hetzelfde onderwerp volgens de attentional focus aangenomen tijdens de uitvoering van de motor direct kan worden beïnvloed. Als remmende processen lijken te nauw samenhangen met de kwaliteit van de uitvoering van de motor in het algemeen, zou kunnen onze resultaten verklaren op een neurale niveau de verbeterde efficiëntie van een EF in vergelijking met een IF. Er kan worden gespeculeerd dat het verhoogde niveau van remming tijdens EF geen onnodige co activiteit vermijdt en tot een meer focale activering leidt, wat resulteert in een meer efficiënte motor uitvoering. Op deze manier kunnen onze resultaten vormen een van de onderliggende mechanismen van de "beperkte actie hypothese." Dit protocol is bovendien de eerste om te tonen hoe subTMS en ppTMS op dezelfde deelnemers met een herhaald-maatregelen ontwerp wilt toepassen. Bovendien, ondanks het feit dat een groot aantal studies tonen aan dat de aanneming van een EF in vergelijking met een IF motor prestaties bevordert en leren in talrijke instellingen1, slechts zeer weinig onderzoeken de neurale mechanismen wanneer verschillende attentional situaties omschreven door verbale instructie zijn aangenomen16,28,55.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs hebben geen bevestigingen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MC3A-100 Advanced Mechanical Technologies Inc., Watertown, MA, USA - Force transducer
BlueSensor P Ambu A/S, Bellerup, Denmark - Ag/AgCl surface electrodes for EMG
Polaris Spectra Northern Digital, Waterloo, ON, Canada - neuronavigation system, active or passive markers tracker
Localite TMS Navigator Version 2.0.5 LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany - navigation system for transcranial magnetic stimulation (TMS)
MagVenture MagPro X100 MagVenture A/S, Farum, Denmark 9016E0711 Transcranial magnetic stimulator
MagVenture D-B80 MagVenture A/S, Farum, Denmark 9016E0431 TMS coil (figure of eight)
Goniometer N/A - Custom-made goniometer
Othopedic splint N/A - Custom-made splint
Recording software LabView based - Custom-made script

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Gedrag kwestie 127 Attentional foci cognitieve manipulatie motorische cortex controle van verplaatsingen korte-interval intracortical inhibitie tijd om taakmislukking Transcraniële magnetische stimulatie
Inhibitie van de intracortical binnen de primaire motorische Cortex kan worden gedifferentieerd door het veranderen van de Focus van aandacht
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kuhn, Y. A., Keller, M., Ruffieux,… More

Kuhn, Y. A., Keller, M., Ruffieux, J., Taube, W. Intracortical Inhibition Within the Primary Motor Cortex Can Be Modulated by Changing the Focus of Attention. J. Vis. Exp. (127), e55771, doi:10.3791/55771 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter