Um paradigma de alvo emergente para evocar respostas rápidas do visuomotor sobre músculos dos membros superiores humanos

Apresentado aqui é um paradigma comportamental que provoca respostas robustas e rápidas de visuomotor nos músculos dos membros superiores humanos durante alcances visualmente guiados.

Estamos interessados em como o cérebro pode traduzir rapidamente a entrada visual em saída motora. E aqui, descrevemos o paradigma alvo emergente, que provoca respostas visuomotoras rápidas quantificáveis e confiáveis. As respostas visuomotoras rápidas listadas pelo paradigma incluem respostas bloqueadas por estímulo, que são rajadas curtas de atividade muscular ligadas ao início do estímulo visual.

Ter um paradigma que provoca respostas visuomotoras rápidas de forma confiável potencializa o estudo dos mecanismos neurais subjacentes ao longo da vida e em distúrbios neurológicos como a doença de Parkinson. Muitos aspectos do paradigma alvo emergente podem ser modificados para entender melhor os fatores sensoriais, cognitivos e motores que influenciam o sistema visuomotor rápido. Comece aplicando sensores de eletromiografia ou EMG ao músculo do membro superior alvo envolvido no movimento de alcance que está sendo estudado.

Visualize o músculo-alvo solicitando uma ação conhecida por recrutar o músculo de interesse. Para a cabeça clavicular do músculo peitoral maior, peça ao participante para relaxar os cotovelos ao lado do corpo e empurrar as palmas das mãos juntas. Se for difícil visualizar o músculo alvo, palpe a área de interesse enquanto o participante executa repetidamente a ação solicitada.

Áreas-alvo com alterações notáveis no músculo para a colocação do eletrodo. Use compressas com álcool para limpar as áreas da pele onde os eletrodos serão localizados e aplique adesivos e gel de eletrodo nos sensores de superfície. Peça ao participante para realizar a ação associada ao recrutamento muscular novamente e cole sensores sobre o ventre muscular, posicionando-os em paralelo com a direção das fibras do músculo alvo.

Coloque o eletrodo de aterramento na clavícula contralateral ao braço de alcance e, em seguida, prenda os sensores e os eletrodos de aterramento na pele ao redor com fita adesiva. Ligue o sistema EMG para permitir a coleta de EMG durante todo o experimento. Verifique a qualidade do sinal EMG com um monitor de mesa ou osciloscópio conectado ao sistema.

Faça com que o participante execute um movimento de alcance para dentro ou para o lado oposto da direção preferida do músculo de interesse e certifique-se de que a atividade EMG aumente ou diminua, respectivamente. Em seguida, configure o participante em um aparelho robótico de alcance que permite alcançar movimentos em um plano horizontal e a aplicação de força ao manipulando. Sente o participante na cadeira experimental, maximizando seu conforto para minimizar as mudanças de postura ao longo do experimento.

Clique em iniciar no software associado que inicia o primeiro teste e força gerada pelo aparelho robótico de alcance aplicado ao membro superior do participante. Instrua verbalmente o participante a iniciar a primeira tentativa trazendo o cursor em tempo real ou RTC para a posição inicial por um período de um a 1,5 segundos. O oclusor muda de cor para instruir o sujeito que o próximo teste requer um pró ou anti-alcance.

Determine se o participante é capaz de gerar um alcance guiado visualmente, dependendo da cor do oclusor. Quando o oclusor está verde, o participante intercepta o alvo em movimento com o RTC. Quando o oclusor está vermelho, o participante move o RTC para longe do alvo.

Certifique-se de que o alvo em movimento, que estava parado e visível para o participante na parte superior do Y invertido, comece a se mover em direção ao participante ao longo do caminho do Y invertido. Durante este intervalo, o participante deve manter a posição da mão na posição inicial imaginada. Uma vez que o alvo em movimento atinge metade do comprimento do oclusor, ele se bifurca ao longo de uma das saídas Y invertidas com um componente de velocidade X adicional.

O alvo desaparece por um atraso constante de aproximadamente meio segundo, com o atraso dependendo do tamanho do oclusor e da velocidade do alvo. Quando o alvo em movimento atingir a borda do oclusor, certifique-se de que o software o mantenha invisível até que o alvo completo tenha emergido e só então o apresente ao participante. O alvo deve ser apresentado a um lado aleatório em um dos caminhos em Y invertido enquanto a mão do participante permanece na posição inicial.

O tempo exato de emergência do alvo deve ser conhecido para garantir a medição precisa das respostas visuomotoras rápidas. Aqui, apresentamos outro estímulo visual, que não é visto pelo participante, a um fotodiodo localizado no canto da tela no momento exato da emergência do alvo. Este fotodiodo fornece um sinal analógico para alinhamento da atividade muscular e tempos de reação.

Dependendo do comportamento de alcance do participante, este software fornece feedback como texto escrito no oclusor durante o intervalo entre tentativas. O feedback diz acertar para interceptação correta, caminho errado para direção incorreta de alcance ou errar para respostas corretas ou incorretas detectadas durante o intervalo entre tentativas. O alvo em movimento e a posição inicial reaparecem em seus respectivos locais originais 200 milissegundos após a conclusão do comportamento de alcance do participante.

Inicie o próximo teste quando o participante trouxer o RTC para a posição inicial. Minimize o movimento do participante entre cada bloco para garantir a consistência das gravações. Após a confirmação verbal de que o participante está pronto para iniciar o próximo bloco, inicie o próximo bloco e continue monitorando o desempenho do participante e a saída EMG.

As respostas bloqueadas por estímulo ou SLRs dependiam da localização do alvo, com SLRs no peitoral maior direito consistindo em um aumento ou diminuição no recrutamento muscular após a apresentação do alvo para a esquerda ou para a direita, respectivamente. Para detectar SLRs, análises separadas das características operacionais do receptor de séries temporais foram realizadas em ensaios com tempos de reação anteriores ou posteriores à média. Essa análise indicou se o início da eletromiografia era invariante ao estímulo ou ao início do movimento, o que foi determinado pela inclinação da linha que conecta os tempos de discriminação precoce e tardia plotados em função do tempo de reação.

Dados de dois assuntos alcançando um objeto estacionário ou alvo em movimento são mostrados aqui. O participante um não exibe uma SLR no paradigma estático, mas uma SLR clara pode ser vista no paradigma alvo emergente. O SLR também foi aparente nos traços médios de eletromiografia para o participante um no paradigma alvo emergente.

Enquanto o participante dois exibiu um SLR nos paradigmas de alvo estático e emergente, a magnitude do SLR foi muito maior no paradigma de alvo emergente. Em média, a magnitude do SLR foi consideravelmente maior no alvo emergente em comparação com o paradigma estático. Em contraste, a latência das SLRs detectadas não diferiu entre os dois paradigmas.

SLRs foram detectados em todos os cinco participantes do paradigma de alvo emergente, mas apenas em três participantes em um paradigma com alvos estáticos. As magnitudes SLR na condição anti-alcance foram silenciadas em comparação com as da condição pró-alcance. O paradigma pode ser variado para entender melhor os fatores sensoriais, cognitivos ou motores que influenciam as respostas visuomotoras rápidas.

Experimentos futuros podem variar a velocidade do alvo, alterar o tempo atrás do oclusor ou exigir que os participantes escolham qual mão mover. Começamos a usar respostas confiáveis provocadas pelo paradigma alvo emergente para estudar o sistema visuomotor rápido em participantes idosos e em pacientes com doença de Parkinson.