Motor Karten

Neuropsychology

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Overview

Quelle: Laboratorien der Jonas T. Kaplan und der Sarah I. Gimbel-Universität von Südkalifornien

Ein Prinzip des Gehirns Organisation ist die topographische Zuordnung der Informationen. Angrenzende Regionen des Gehirns tendenziell vor allem in sensorischen und motorischen Cortex Informationen aus angrenzenden Teilen des Körpers, Karten des Körpers ausgedrückt auf der Oberfläche des Gehirns darstellen. Die primären sensorischen und motorischen Karten im Gehirn umgeben einen prominenten Sulcus, bekannt als die zentralen Sulcus. Der Kortex anterior der zentralen Sulcus ist bekannt als die precentral Gyrus und enthält den primären motorischen Kortex, während die Rinde nach den zentralen Sulcus als die postcentral Gyrus bekannt ist und die primären sensorischen Kortex (Abbildung 1 enthält).

Figure 1
Abbildung 1: sensorische und motorische Karten rund um die zentralen Sulcus. Primärbewegungsrinde, enthält eine motor Karte des Körpers Effektoren ist anterior der zentralen Sulcus, in die precentral Gyrus des Stirnhirns. Die primären somesthetic (sensorische) Cortex, die Berührungs-, Schmerz- und Temperaturinformationen aus den äußeren Teilen des Körpers erhält, liegt im postcentral Gyrus des parietalen Lappens nach der zentralen Sulcus.

In diesem Experiment wird funktionelle Neuroimaging verwendet, um den motor Karte in der precentral Gyrus demonstrieren. Diese Karte wird oft genannt, die motorischen Homunculus, das ist lateinisch für "kleiner Mann," weil es ist, als ob es ist eine kleine Version eines selbst ist in diesem Teil des Gehirn einer Person vertreten. Eine interessante Eigenschaft dieser Karte ist, dass mehr kortikalen Raum gewidmet Körperteile erfordern feinere Kontrolle, wie die Hände und Mund, was unverhältnismäßig Darstellung dieser Fortsätze in der Hirnrinde führt. Auch sind die Neuronen, die der rechten Seite des Körpers steuern aufgrund der Anatomie des motorischen Systems, im linken primären motorischen Kortex und umgekehrt. Daher, wenn ein Teilnehmer an dem Experiment aufgefordert wird, ihre Rechte Hand oder Fuß zu bewegen, wird eine erhöhte Aktivierung auf ihrer linken precentral Gyrus erwartet.

In diesem Experiment werden die Teilnehmer gebeten, ihre Hände und Füße, auf der linken und rechten Seiten abwechselnd bewegen, während ihre Hirnaktivität mit fMRT gemessen wird. Da die fMRT-Signal auf Veränderungen im Blut Sauerstoffversorgung, die langsam im Vergleich zu den Bewegungen, die machen die Teilnehmer sind, die Zeiten der Bewegung sind getrennt, mit Zeiten der Stille, um sicherzustellen, dass die verschiedenen Bedingungen voneinander und von der ruhenden Grundlinie unterschieden werden können. Um präzises Timing der Bewegungen zu erreichen, werden Teilnehmer dazu, wann beginnt und endet jede Bewegung mit einer visuellen Hinweis angewiesen. Die Methoden in diesem Video sind ähnlich denen von mehreren fMRI-Studien, die Somatotopy im primären motorischen Kortex unter Beweis gestellt haben. 1,2

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Neuropsychology. Motor Karten. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Procedure

1. 20 Teilnehmer zu rekrutieren.

  1. Bestätigen Sie, dass die Teilnehmer keine Geschichte der neurologische oder psychische Störungen haben.
  2. Bestätigen Sie, dass die Teilnehmer alle Rechtshänder mit der Händigkeit Fragebogen sind.
  3. Um sicherzustellen, dass die Teilnehmer die optischen Eindrücke richtig sehen können, stellen Sie sicher sie haben normal oder korrigierte zu normalem Sehvermögen.
  4. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer kein Metall in ihrem Körper haben. Dies ist eine wichtige Voraussetzung aufgrund des hohen Magnetfeldes fMRI beteiligt.
  5. Da die fMRT erfordert, liegen in dem kleinen Raum des Scanners trug, bestätigen Sie, dass die Teilnehmer nicht an Klaustrophobie leiden.

2. Pre-Scan-Verfahren

  1. Prescan Schreibarbeit.
  2. Wenn die Teilnehmer ihre fMRI-Scans kommen, haben sie Erstbefüllung ein Metallsieb Formular zu stellen sicher, dass sie keine Kontraindikationen zur MRT, eine Zufallsbefunde Form Zustimmung für ihre Scan von einem Radiologen und eine Einverständniserklärung über die Risiken und Vorteile der Studie betrachtet werden.
  3. Haben Sie die Teilnehmer alle Metall aus ihrem Körper (einschließlich Gürtel, Brieftaschen, Handys, Haarspangen, Münzen und Schmuck) zu entfernen, um vorzubereiten, in den Scanner zu gehen.

3. Geben Sie Anweisungen für die Teilnehmer.

  1. Sagen Sie des Teilnehmers, dass wenn sie eine Hand auf dem Bildschirm sehen, sie beginnen werden, ihre Hand zu bewegen, bis die visuelle Hinweis verschwindet. Informieren Sie die Teilnehmer, dass die Handbewegung berühren den Daumen an jedem Finger der gleichen Hand in Ordnung und diese in umgekehrter Reihenfolge wiederholen beinhaltet. Wenn das Stichwort auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt wird, werden sie ihre linke Hand zu bewegen, und wenn das Stichwort auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt wird, sie sollen ihre Rechte Hand zu bewegen.
  2. Sagen Sie des Teilnehmers, dass wenn sie einen Fuß auf dem Bildschirm sehen, sie sollen bewegt ihren Fuß und auch weiterhin tun bis die visuelle Hinweis verschwindet. Informieren Sie die Teilnehmer, dass die Fußbewegung beinhaltet wiederholt drücken den Fuß nach unten, als ob auf einer imaginären Pedal drücken. Wenn das Stichwort auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt wird, werden sie ihren linken Fuß bewegen, und wenn das Stichwort auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt wird, sind sie ihren rechten Fuß zu bewegen.
  3. Betonen Sie die Teilnehmer ihren Kopf still, zu halten, sogar während sie ihre Hand oder Fuß bewegen.

4. führen Sie die Teilnehmer in den Scanner.

  1. Geben Sie die Teilnehmer Ohrstöpsel (um ihre Ohren vor Lärm des Scanners zu schützen) und Kopfhörer (zu tragen, damit sie, den Experimentator während des Scans hören können), und sie liegen auf dem Bett mit ihrem Kopf in der Spule.
  2. Geben Sie die Teilnehmer den Notfall Squeeze-Ball und weisen sie es im Notfall während des Scans zu quetschen.
  3. Sichern des Teilnehmers Kopf in der Spule mit Schaumstoff-Pads zu vermeiden übermäßige Bewegung während des Scans, und die Teilnehmer daran erinnern, dass es sehr wichtig ist, so still wie möglich während des Scans zu bleiben, da selbst kleinste Bewegungen die Bilder verschwimmen.

5. Datenerhebung

  1. Einen hochauflösende anatomische Scan zu sammeln.
  2. Starten Sie den Scanvorgang funktionsfähig.
    1. Beginn der Reizdarbietung mit dem Start des Scanners zu synchronisieren.
    2. Gegenwart der visuelle Hinweise über einen Laptop an einen Projektor angeschlossen. Der Teilnehmer muss einen Spiegel über ihre Augen, reflektiert, dass ein Bildschirm auf der Rückseite des Scanners langweilen.
    3. Präsentieren jeden visuellen Hinweis für 12 s, gefolgt von 12 s der Grundlinie im Ruhezustand. Wechseln Sie zwischen der linken, rechten, linken Fuß und rechten Fuß.
    4. Wiederholen Sie vier Wiederholungen jeder Bedingung, für eine Gesamtmenge von 6,5 min..

6. Post-Scan-Verfahren

  1. Bringen Sie den Teilnehmer aus dem Scanner.
  2. Nachbesprechung des Teilnehmers.
  3. Zahlen des Teilnehmers.

7. die Datenanalyse

  1. Vorverarbeitung der Daten.
    1. Führen Sie Bewegungskorrektur um Bewegungsartefakte zu reduzieren.
    2. Zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen.
    3. Glätten Sie die Daten, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
  2. Modellieren Sie die Daten für jeden Teilnehmer.
    1. Erstellen Sie ein Modell dessen, was die erwartete hämodynamische Antwort für jede Aufgabe-Bedingung.
    2. Passen Sie die Daten zu diesem Modell, was zu einer statistischen Karte, wobei der Wert bei jedem Voxel das Ausmaß darstellt, das die Aufgabe Zustand das Voxel beteiligt war.
    3. Des Teilnehmers Gehirn zu einem standard-Atlas zu registrieren, um Daten über die Teilnehmer zu kombinieren.
  3. Kombinieren Sie statistische Karten über Themen für eine Gruppenanalyse der Daten.

Motor Informationen gliedert sich nach anatomischen Sparten im primären motorischen Kortex, Erstellung einer topographischen Karte im Gehirn.

Hotel liegt in der precentral Gyrus, kortikale Repräsentationen des Körpers gliedern sich in einen motorischen Homunculus – "little Man" – und in umgekehrter Weise angeordnet sind, so dass die Bereiche, die die Zehen steuern sich in der medialen Wand finden und die Zunge in der Nähe der seitlichen Sulcus liegt.

Darüber hinaus haben Körperteile, die feineren freiwillige Motorsteuerung, wie die Hände und ihre zugeordneten stellen, erfordern größere Darstellungen in der Hirnrinde, im Vergleich zu anatomische Merkmale, die nicht so präzise Manipulation erfordern – wie die Hüfte.

Der Homunculus ist auch lateralisierten, mit Nervenzellen im linken Primärbewegungsrinde — hier gezeigt – Steuerung der rechten Seite des Körpers, und umgekehrt. So, wenn eine Person ihre Rechte Hüfte bewegt, gibt es erhöhte kortikale Aktivierung auf ihrer linken precentral Gyrus innerhalb einer einzelnen Region.

Dieses Video beschreibt ein Experiment, das moderne funktionelle Neuroimaging anhand von der Körper-mapped Organisation der menschlichen Primärbewegungsrinde, wie z. B. zum sammeln und analysieren von Hirnaktivität, wenn Teilnehmer ihre Hände oder Füße bewegen.

In diesem Experiment Aktivität des Gehirns wird anhand funktionellen Magnetresonanztomographie, abgekürzt fMRT, während Teilnehmer wiederholt vorgehört werden, um verschiedene Körperteile zu bewegen – wie die Ziffern auf ihrer linken oder rechten Hand.

Diese Technik beruht auf Änderungen der Blutspiegel Sauerstoffversorgung, genannt der kühne – Blut-Sauerstoffversorgung-Ebene-abhängige — Antwort. Einen detaillierten Einblick in die Grundlagen der Methode, finden Sie ein weiteres Video in JUPITERS SciEd Essentials of Neuroscience Collection, fMRT: Functional Magnetic Resonance Imaging.

Im Zusammenhang mit hier angezeigt, wenn ein Körperteil, wie den linken Fuß hin und her, sauerstoffreiches Hirndurchblutung beugen – geliefert von Arterien im Gehirn – erhöht sich auf neuronale Regionen, die während dieser Bewegung aktiv sind wie die primären motorischen Kortex.

Allerdings tritt diese hämodynamische Antwort langsamer als die tatsächliche körperliche Bewegung, die gewährleistet, dass Aktionen mit Ruhephasen getrennt werden.

So ist jede Bewegung des Körpers genau zeitlich, die vier Bedingungen voneinander zu unterscheiden: linke Hand, linker Fuß, rechter Hand und rechten Fuß.

Beispielsweise sollen Teilnehmer in einem fMRI-Maschine starten Sie ihre linke Hand zu gestikulieren, wenn man auf der linken Seite eine Präsentations-Bildschirm angezeigt wird.

Die erforderlichen Handbewegung ist wirklich komplex und beinhaltet die Berührung des Daumens an jedem Finger, in Reihenfolge, beginnend mit dem Zeiger. Dann muss der Teilnehmer diese Aktionen in die entgegengesetzte Richtung wiederholen, beginnend mit dem kleinen Finger.

Bewegung ist beendet, wenn das Stichwort – in diesem Fall das Bild der linken Hand – verschwindet vom Bildschirm.

Ebenso, wenn sie einen Fuß auf der rechten Seite sehen, sind sie angehalten, ihren rechten Fuß zu bewegen, indem es wiederholt, herunterdrücken, bis das Bild verschwindet.

Hier ist die abhängige Variable Intensität der mutige Antwort nach einer Bewegung aus der Hand oder Fuß, die dann in bestimmten Gehirnregionen lokalisiert werden kann.

Für eine linke Bewegung dürfte Gehirn Aktivierung in erster Linie auf der rechten dorsolateralen Oberfläche der precentral Gyrus. Im Gegensatz dazu wird für eine Bewegung der rechten Hand, Gehirn-Aktivierung auf der linken dorsolateralen Oberfläche erwartet. Diese Ergebnisse würden mit dem lateralisierten motorischen Homunculus ausrichten.

Vor dem Experiment, Rekrut-Teilnehmer, die Rechtshänder, sind normal oder korrigiert-zu-normale Vision, keine metallische Implantate in ihrem Körper haben, oder leiden unter Klaustrophobie aufgrund experimenteller Kontrolle und Sicherheitsbedenken.

Haben sie Prescan Papierkram ausfüllen umfasst Fragen in Bezug auf Sicherheit und Gesundheitsschutz während der Sitzung, z. B. Zustimmung für ein Radiologe ihre Bilder bei Zufallsbefunde sowie Detaillierung der Risiken und Nutzen der Studie anzusehen.

Bitten Sie die Teilnehmer, auch alle Metallgegenstände aus ihrem Körper zu entfernen – einschließlich Uhren, Handys, Geldbörsen, Schlüssel, Gürtel und Münzen – Vorbereitung für den Einstieg in den Scan Raum.

Erläutern Sie anschließend, die Aufgabenregeln: die Anhängsel, die sie benötigen, um zu bewegen – in diesem Fall ihren Fuß – erscheint als ein visueller Hinweis auf der entsprechenden Seite des Bildschirms. Zeigen Sie, wie sie ihren Fuß bewegen sollen durch wiederholtes Drücken sie nach unten, als ob auf einer imaginären Pedal drücken.

Wenn ein Hand-Stichwort angezeigt wird, müssen sie berühren den Daumen an jedem Finger der gleichen Hand in Ordnung und dann wiederholen Sie diesen Vorgang in umgekehrter Reihenfolge.

Nun bringen Sie die Teilnehmer in den bildgebenden Raum. Bieten Sie Ohrstöpsel um ihre Ohren vor lauten Geräuschen und Kopfhörer zu schützen, so dass sie zusätzliche Kommunikation während der Sitzung zu hören. Haben sie hinlegen auf dem Bett mit ihrem Kopf in der Spule und sichern Sie ihn mit Schaumstoff-Pads zu vermeiden überflüssige Bewegung und während des Scans zu verwischen.

Legen Sie über die Teilnehmer Augen einen Spiegel, der reflektiert, dass ein Bildschirm auf der Rückseite des Scanners langweilen. Dann geben sie einen Squeeze-Ball, im Notfall zu verwenden. Auch daran erinnern Sie, dass es sehr wichtig, als noch möglichst die ganze Zeit zu bleiben.

Nach der Führung des Teilnehmers im Inneren der Maschine, zuerst sammeln Sie hochauflösende anatomische Bilder. Um den funktionalen Teil beginnen, Synchronisieren der Reizdarbietung mit dem Start des Scanners.

Gegenwart der visuelle Hinweise über einen Laptop an einen Projektor, jeweils für 12 angeschlossen s, gefolgt von 12 s der Grundlinie im Ruhezustand. Wechseln Sie zwischen den vier Bedingungen: linken, rechten, linken Fuß und rechten Fuß – je vier Mal innerhalb von 6,5 min. wiederholen.

Sobald der Scan abgeschlossen ist, leiten Sie die Teilnehmer aus dem Raum. Besprechen sie und einen Sie Ausgleich für ihre Teilnahme an der Studie.

Als erster Schritt der Analyse vorverarbeiten Sie Daten mithilfe Bewegungskorrektur zur Reduzierung von Artefakten, zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen, und Glättung an, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.

Mithilfe dieser Daten erstellen Sie ein Modell der erwarteten hämodynamische Antwort für jede Aufgabe-Bedingung. Dann passen die Daten zu diesem Modell, was zu einer statistischen Karte für jedes Fach, wo der Wert bei jedem Voxel — eine 3D-Pixel des Volumens – stellt das Ausmaß, das Voxel sich in der Aufgabe Zustand beteiligte.

Des Teilnehmers Gehirn zu einem standard-Atlas zu registrieren, um Daten über jeden Teilnehmer zu kombinieren. Kombinieren Sie alle statistische Karten über Teilnehmer für eine Gruppenanalyse. Beachten Sie, dass Änderungen des Blutflusses durch unterschiedliche Farben auf der Oberfläche des Gehirns dargestellt werden.

Bewegungen der rechten Hand, blau, produziert die größte Aktivierung auf der linken seitlichen Oberfläche des precentral Gyrus, während Einbeziehung der linken Hand, in grün, vertreten die größten Aktivierung auf der rechten seitlichen Oberfläche produziert.

Darüber hinaus beugen, den rechten Fuß, angezeigt durch hellblau, produziert Aktivierung auf der linken medialen Fläche, während die größte Aktivierung für linken Fuß Bewegungen, in gelb, waren auf der rechten medialen Fläche.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass motorische Aktionen auf diskrete Regionen der Primärbewegungsrinde in beiden Hemisphären, Unterstützung der motorischen Homunculus lokalisiert werden können.

Nun, da Sie mit dem ausführen ein fMRT-Experiment, um die Organisation der Primärbewegungsrinde beobachten vertraut sind, betrachten wir wie das Gehirn Bewegung nach Schaden oder die Befestigung der Prothesen verwaltet.

Schäden an der linken precentral Gyrus, z. B. ein Schlaganfall kann zu Schwierigkeiten bei der Umstellung von der rechten Seite des Körpers führen.

Wie Sie in diesem Video gelernt, bestimmte Teile, die betroffen sind hängt das Ausmaß der Verletzung: Beeinträchtigungen können klein sein und Einfluss auf einen einzigen Finger oder groß genug, um alle Ziffern und der gesamte Arm beeinflussen.

Während die Darstellungen einfach scheinen, arbeitet der primären motorischen Kortex nicht allein, wie es nur ein Segment in einem größeren Netzwerk von Regionen, die bei der Auswahl, Planung und Koordination der Bewegung beteiligt sind. So lokalisieren Schäden möglicherweise nicht so einfach, wie es scheint.

Eine möglicher therapeutische Ansatz zur Verbesserung der amputierte Gliedmaßen Funktion umfasst Gehirn-Computer-Schnittstellen. Diese technisch fortschrittliche Methode basiert auf elektromyographische oder EMG-Signale – die elektrische Kommunikation zwischen Motoneuronen und Muskelbewegungen.

Forscher entwickeln Möglichkeiten, EMG Aufnahmen mit Gliedmaßen Prothesen mehr nahtlos Steuerung motor Verhalten wie stehen, oder auch zu Fuß über eine Rampe zu integrieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung motor Karten beobachtet. Jetzt haben Sie ein gutes Verständnis wie Planung und Durchführung von fMRI-Experiment, und schließlich analysieren und interpretieren die Gehirn-Aktivierung-Ergebnisse.

Danke fürs Zuschauen!

Results

In diesem Experiment Maßen die Forscher Hirnaktivität mit fMRT, während Teilnehmer ihre Hände oder Füße bewegt. Statistische Analyse der Veränderungen des Blutflusses wird durch verschiedene Farben auf der Oberfläche des Gehirns standard Atlas dargestellt. Die Farben kennzeichnen die Voxel, deren zeitlicher Verlauf am besten den prognostizierten zeitlichen Verlauf für einen bestimmten Zustand abgestimmt.

Die Ergebnisse zeigen unterschiedliche Aktivierung Schwerpunkte innerhalb der precentral Gyrus für die Bewegung der verschiedenen Gliedmaßen (Abbildung 2). Bewegung der rechten Hand produziert die größte Aktivierung auf der linken seitlichen Oberfläche des Gyrus (blau), während Bewegung der linken Hand die größte Aktivierung produziert auf der rechten Mantelfläche (grün). Als Teilnehmer ihre Füße zog, war die Aktivierung größte wo die precentral Gyrus erstreckt sich rund um auf der medialen Fläche des Gehirns. Rechtsseitige Fuß Bewegungen produziert Aktivierung auf der linken medialen Fläche (Cyan), während die größte Aktivierung für linken Fuß Bewegungen auf der rechten medialen Fläche (gelb).

Figure 2
Abbildung 2: Gehirn-Aktivierungen, die infolge der Bewegung der Hände und Füße über Teilnehmer. Blau = Bewegung der rechten Hand; Grün = Bewegung der linken Hand; Cyan = Bewegung des rechten Fußes; Gelb = Bewegung des linken Fußes.

Applications and Summary

Diese Ergebnisse zeigen die Somatotopic oder Körper-mapped Organisation des menschlichen Primärbewegungsrinde. Diese Zuordnung hat Auswirkungen auf wie Schädigung des Gehirns Verkehr betrifft. Z. B. Schäden an der linken precentral Gyrus führt zu Schwierigkeiten bei der Umstellung von der rechten Seite des Körpers, und bestimmte Teile des primären motorischen Kortex betroffen können zu Problemen bei der Kontrolle von bestimmten Teilen des Körpers führen. Jedoch ist es auch wichtig zu beachten, dass der primären motorischen Kortex nur eine von vielen Hirnregionen die Steuerung der Bewegung beteiligt ist. Die precentral Gyrus ist Teil eines größeren Netzwerks von Hirnregionen, die bei der Auswahl, Planung und Koordination der Bewegung teilnehmen.

Die Fähigkeit zur Messung der Effektor-spezifische Aktivität im motorischen Kortex führt auch auf die Möglichkeit der Gehirn-Computer-Schnittstellen, wie die Kontrolle der Prothesen zu ermöglichen. Beispielsweise zeigten verwenden direkte Aufnahmen von Neuronen im primären motorischen Kortex, Forscher, dass Affen, eine Prothese steuern können um sich zu ernähren. 3

References

  1. Lotze, M., et al. fMRI evaluation of somatotopic representation in human primary motor cortex. Neuroimage 11, 473-481 (2000).
  2. Rao, S.M., et al. Somatotopic mapping of the human primary motor cortex with functional magnetic resonance imaging. Neurology 45, 919-924 (1995).
  3. Velliste, M., Perel, S., Spalding, M.C., Whitford, A.S. & Schwartz, A.B. Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding. Nature 453, 1098-1101 (2008).

1. 20 Teilnehmer zu rekrutieren.

  1. Bestätigen Sie, dass die Teilnehmer keine Geschichte der neurologische oder psychische Störungen haben.
  2. Bestätigen Sie, dass die Teilnehmer alle Rechtshänder mit der Händigkeit Fragebogen sind.
  3. Um sicherzustellen, dass die Teilnehmer die optischen Eindrücke richtig sehen können, stellen Sie sicher sie haben normal oder korrigierte zu normalem Sehvermögen.
  4. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer kein Metall in ihrem Körper haben. Dies ist eine wichtige Voraussetzung aufgrund des hohen Magnetfeldes fMRI beteiligt.
  5. Da die fMRT erfordert, liegen in dem kleinen Raum des Scanners trug, bestätigen Sie, dass die Teilnehmer nicht an Klaustrophobie leiden.

2. Pre-Scan-Verfahren

  1. Prescan Schreibarbeit.
  2. Wenn die Teilnehmer ihre fMRI-Scans kommen, haben sie Erstbefüllung ein Metallsieb Formular zu stellen sicher, dass sie keine Kontraindikationen zur MRT, eine Zufallsbefunde Form Zustimmung für ihre Scan von einem Radiologen und eine Einverständniserklärung über die Risiken und Vorteile der Studie betrachtet werden.
  3. Haben Sie die Teilnehmer alle Metall aus ihrem Körper (einschließlich Gürtel, Brieftaschen, Handys, Haarspangen, Münzen und Schmuck) zu entfernen, um vorzubereiten, in den Scanner zu gehen.

3. Geben Sie Anweisungen für die Teilnehmer.

  1. Sagen Sie des Teilnehmers, dass wenn sie eine Hand auf dem Bildschirm sehen, sie beginnen werden, ihre Hand zu bewegen, bis die visuelle Hinweis verschwindet. Informieren Sie die Teilnehmer, dass die Handbewegung berühren den Daumen an jedem Finger der gleichen Hand in Ordnung und diese in umgekehrter Reihenfolge wiederholen beinhaltet. Wenn das Stichwort auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt wird, werden sie ihre linke Hand zu bewegen, und wenn das Stichwort auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt wird, sie sollen ihre Rechte Hand zu bewegen.
  2. Sagen Sie des Teilnehmers, dass wenn sie einen Fuß auf dem Bildschirm sehen, sie sollen bewegt ihren Fuß und auch weiterhin tun bis die visuelle Hinweis verschwindet. Informieren Sie die Teilnehmer, dass die Fußbewegung beinhaltet wiederholt drücken den Fuß nach unten, als ob auf einer imaginären Pedal drücken. Wenn das Stichwort auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt wird, werden sie ihren linken Fuß bewegen, und wenn das Stichwort auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt wird, sind sie ihren rechten Fuß zu bewegen.
  3. Betonen Sie die Teilnehmer ihren Kopf still, zu halten, sogar während sie ihre Hand oder Fuß bewegen.

4. führen Sie die Teilnehmer in den Scanner.

  1. Geben Sie die Teilnehmer Ohrstöpsel (um ihre Ohren vor Lärm des Scanners zu schützen) und Kopfhörer (zu tragen, damit sie, den Experimentator während des Scans hören können), und sie liegen auf dem Bett mit ihrem Kopf in der Spule.
  2. Geben Sie die Teilnehmer den Notfall Squeeze-Ball und weisen sie es im Notfall während des Scans zu quetschen.
  3. Sichern des Teilnehmers Kopf in der Spule mit Schaumstoff-Pads zu vermeiden übermäßige Bewegung während des Scans, und die Teilnehmer daran erinnern, dass es sehr wichtig ist, so still wie möglich während des Scans zu bleiben, da selbst kleinste Bewegungen die Bilder verschwimmen.

5. Datenerhebung

  1. Einen hochauflösende anatomische Scan zu sammeln.
  2. Starten Sie den Scanvorgang funktionsfähig.
    1. Beginn der Reizdarbietung mit dem Start des Scanners zu synchronisieren.
    2. Gegenwart der visuelle Hinweise über einen Laptop an einen Projektor angeschlossen. Der Teilnehmer muss einen Spiegel über ihre Augen, reflektiert, dass ein Bildschirm auf der Rückseite des Scanners langweilen.
    3. Präsentieren jeden visuellen Hinweis für 12 s, gefolgt von 12 s der Grundlinie im Ruhezustand. Wechseln Sie zwischen der linken, rechten, linken Fuß und rechten Fuß.
    4. Wiederholen Sie vier Wiederholungen jeder Bedingung, für eine Gesamtmenge von 6,5 min..

6. Post-Scan-Verfahren

  1. Bringen Sie den Teilnehmer aus dem Scanner.
  2. Nachbesprechung des Teilnehmers.
  3. Zahlen des Teilnehmers.

7. die Datenanalyse

  1. Vorverarbeitung der Daten.
    1. Führen Sie Bewegungskorrektur um Bewegungsartefakte zu reduzieren.
    2. Zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen.
    3. Glätten Sie die Daten, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
  2. Modellieren Sie die Daten für jeden Teilnehmer.
    1. Erstellen Sie ein Modell dessen, was die erwartete hämodynamische Antwort für jede Aufgabe-Bedingung.
    2. Passen Sie die Daten zu diesem Modell, was zu einer statistischen Karte, wobei der Wert bei jedem Voxel das Ausmaß darstellt, das die Aufgabe Zustand das Voxel beteiligt war.
    3. Des Teilnehmers Gehirn zu einem standard-Atlas zu registrieren, um Daten über die Teilnehmer zu kombinieren.
  3. Kombinieren Sie statistische Karten über Themen für eine Gruppenanalyse der Daten.

Motor Informationen gliedert sich nach anatomischen Sparten im primären motorischen Kortex, Erstellung einer topographischen Karte im Gehirn.

Hotel liegt in der precentral Gyrus, kortikale Repräsentationen des Körpers gliedern sich in einen motorischen Homunculus – "little Man" – und in umgekehrter Weise angeordnet sind, so dass die Bereiche, die die Zehen steuern sich in der medialen Wand finden und die Zunge in der Nähe der seitlichen Sulcus liegt.

Darüber hinaus haben Körperteile, die feineren freiwillige Motorsteuerung, wie die Hände und ihre zugeordneten stellen, erfordern größere Darstellungen in der Hirnrinde, im Vergleich zu anatomische Merkmale, die nicht so präzise Manipulation erfordern – wie die Hüfte.

Der Homunculus ist auch lateralisierten, mit Nervenzellen im linken Primärbewegungsrinde — hier gezeigt – Steuerung der rechten Seite des Körpers, und umgekehrt. So, wenn eine Person ihre Rechte Hüfte bewegt, gibt es erhöhte kortikale Aktivierung auf ihrer linken precentral Gyrus innerhalb einer einzelnen Region.

Dieses Video beschreibt ein Experiment, das moderne funktionelle Neuroimaging anhand von der Körper-mapped Organisation der menschlichen Primärbewegungsrinde, wie z. B. zum sammeln und analysieren von Hirnaktivität, wenn Teilnehmer ihre Hände oder Füße bewegen.

In diesem Experiment Aktivität des Gehirns wird anhand funktionellen Magnetresonanztomographie, abgekürzt fMRT, während Teilnehmer wiederholt vorgehört werden, um verschiedene Körperteile zu bewegen – wie die Ziffern auf ihrer linken oder rechten Hand.

Diese Technik beruht auf Änderungen der Blutspiegel Sauerstoffversorgung, genannt der kühne – Blut-Sauerstoffversorgung-Ebene-abhängige — Antwort. Einen detaillierten Einblick in die Grundlagen der Methode, finden Sie ein weiteres Video in JUPITERS SciEd Essentials of Neuroscience Collection, fMRT: Functional Magnetic Resonance Imaging.

Im Zusammenhang mit hier angezeigt, wenn ein Körperteil, wie den linken Fuß hin und her, sauerstoffreiches Hirndurchblutung beugen – geliefert von Arterien im Gehirn – erhöht sich auf neuronale Regionen, die während dieser Bewegung aktiv sind wie die primären motorischen Kortex.

Allerdings tritt diese hämodynamische Antwort langsamer als die tatsächliche körperliche Bewegung, die gewährleistet, dass Aktionen mit Ruhephasen getrennt werden.

So ist jede Bewegung des Körpers genau zeitlich, die vier Bedingungen voneinander zu unterscheiden: linke Hand, linker Fuß, rechter Hand und rechten Fuß.

Beispielsweise sollen Teilnehmer in einem fMRI-Maschine starten Sie ihre linke Hand zu gestikulieren, wenn man auf der linken Seite eine Präsentations-Bildschirm angezeigt wird.

Die erforderlichen Handbewegung ist wirklich komplex und beinhaltet die Berührung des Daumens an jedem Finger, in Reihenfolge, beginnend mit dem Zeiger. Dann muss der Teilnehmer diese Aktionen in die entgegengesetzte Richtung wiederholen, beginnend mit dem kleinen Finger.

Bewegung ist beendet, wenn das Stichwort – in diesem Fall das Bild der linken Hand – verschwindet vom Bildschirm.

Ebenso, wenn sie einen Fuß auf der rechten Seite sehen, sind sie angehalten, ihren rechten Fuß zu bewegen, indem es wiederholt, herunterdrücken, bis das Bild verschwindet.

Hier ist die abhängige Variable Intensität der mutige Antwort nach einer Bewegung aus der Hand oder Fuß, die dann in bestimmten Gehirnregionen lokalisiert werden kann.

Für eine linke Bewegung dürfte Gehirn Aktivierung in erster Linie auf der rechten dorsolateralen Oberfläche der precentral Gyrus. Im Gegensatz dazu wird für eine Bewegung der rechten Hand, Gehirn-Aktivierung auf der linken dorsolateralen Oberfläche erwartet. Diese Ergebnisse würden mit dem lateralisierten motorischen Homunculus ausrichten.

Vor dem Experiment, Rekrut-Teilnehmer, die Rechtshänder, sind normal oder korrigiert-zu-normale Vision, keine metallische Implantate in ihrem Körper haben, oder leiden unter Klaustrophobie aufgrund experimenteller Kontrolle und Sicherheitsbedenken.

Haben sie Prescan Papierkram ausfüllen umfasst Fragen in Bezug auf Sicherheit und Gesundheitsschutz während der Sitzung, z. B. Zustimmung für ein Radiologe ihre Bilder bei Zufallsbefunde sowie Detaillierung der Risiken und Nutzen der Studie anzusehen.

Bitten Sie die Teilnehmer, auch alle Metallgegenstände aus ihrem Körper zu entfernen – einschließlich Uhren, Handys, Geldbörsen, Schlüssel, Gürtel und Münzen – Vorbereitung für den Einstieg in den Scan Raum.

Erläutern Sie anschließend, die Aufgabenregeln: die Anhängsel, die sie benötigen, um zu bewegen – in diesem Fall ihren Fuß – erscheint als ein visueller Hinweis auf der entsprechenden Seite des Bildschirms. Zeigen Sie, wie sie ihren Fuß bewegen sollen durch wiederholtes Drücken sie nach unten, als ob auf einer imaginären Pedal drücken.

Wenn ein Hand-Stichwort angezeigt wird, müssen sie berühren den Daumen an jedem Finger der gleichen Hand in Ordnung und dann wiederholen Sie diesen Vorgang in umgekehrter Reihenfolge.

Nun bringen Sie die Teilnehmer in den bildgebenden Raum. Bieten Sie Ohrstöpsel um ihre Ohren vor lauten Geräuschen und Kopfhörer zu schützen, so dass sie zusätzliche Kommunikation während der Sitzung zu hören. Haben sie hinlegen auf dem Bett mit ihrem Kopf in der Spule und sichern Sie ihn mit Schaumstoff-Pads zu vermeiden überflüssige Bewegung und während des Scans zu verwischen.

Legen Sie über die Teilnehmer Augen einen Spiegel, der reflektiert, dass ein Bildschirm auf der Rückseite des Scanners langweilen. Dann geben sie einen Squeeze-Ball, im Notfall zu verwenden. Auch daran erinnern Sie, dass es sehr wichtig, als noch möglichst die ganze Zeit zu bleiben.

Nach der Führung des Teilnehmers im Inneren der Maschine, zuerst sammeln Sie hochauflösende anatomische Bilder. Um den funktionalen Teil beginnen, Synchronisieren der Reizdarbietung mit dem Start des Scanners.

Gegenwart der visuelle Hinweise über einen Laptop an einen Projektor, jeweils für 12 angeschlossen s, gefolgt von 12 s der Grundlinie im Ruhezustand. Wechseln Sie zwischen den vier Bedingungen: linken, rechten, linken Fuß und rechten Fuß – je vier Mal innerhalb von 6,5 min. wiederholen.

Sobald der Scan abgeschlossen ist, leiten Sie die Teilnehmer aus dem Raum. Besprechen sie und einen Sie Ausgleich für ihre Teilnahme an der Studie.

Als erster Schritt der Analyse vorverarbeiten Sie Daten mithilfe Bewegungskorrektur zur Reduzierung von Artefakten, zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen, und Glättung an, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.

Mithilfe dieser Daten erstellen Sie ein Modell der erwarteten hämodynamische Antwort für jede Aufgabe-Bedingung. Dann passen die Daten zu diesem Modell, was zu einer statistischen Karte für jedes Fach, wo der Wert bei jedem Voxel — eine 3D-Pixel des Volumens – stellt das Ausmaß, das Voxel sich in der Aufgabe Zustand beteiligte.

Des Teilnehmers Gehirn zu einem standard-Atlas zu registrieren, um Daten über jeden Teilnehmer zu kombinieren. Kombinieren Sie alle statistische Karten über Teilnehmer für eine Gruppenanalyse. Beachten Sie, dass Änderungen des Blutflusses durch unterschiedliche Farben auf der Oberfläche des Gehirns dargestellt werden.

Bewegungen der rechten Hand, blau, produziert die größte Aktivierung auf der linken seitlichen Oberfläche des precentral Gyrus, während Einbeziehung der linken Hand, in grün, vertreten die größten Aktivierung auf der rechten seitlichen Oberfläche produziert.

Darüber hinaus beugen, den rechten Fuß, angezeigt durch hellblau, produziert Aktivierung auf der linken medialen Fläche, während die größte Aktivierung für linken Fuß Bewegungen, in gelb, waren auf der rechten medialen Fläche.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass motorische Aktionen auf diskrete Regionen der Primärbewegungsrinde in beiden Hemisphären, Unterstützung der motorischen Homunculus lokalisiert werden können.

Nun, da Sie mit dem ausführen ein fMRT-Experiment, um die Organisation der Primärbewegungsrinde beobachten vertraut sind, betrachten wir wie das Gehirn Bewegung nach Schaden oder die Befestigung der Prothesen verwaltet.

Schäden an der linken precentral Gyrus, z. B. ein Schlaganfall kann zu Schwierigkeiten bei der Umstellung von der rechten Seite des Körpers führen.

Wie Sie in diesem Video gelernt, bestimmte Teile, die betroffen sind hängt das Ausmaß der Verletzung: Beeinträchtigungen können klein sein und Einfluss auf einen einzigen Finger oder groß genug, um alle Ziffern und der gesamte Arm beeinflussen.

Während die Darstellungen einfach scheinen, arbeitet der primären motorischen Kortex nicht allein, wie es nur ein Segment in einem größeren Netzwerk von Regionen, die bei der Auswahl, Planung und Koordination der Bewegung beteiligt sind. So lokalisieren Schäden möglicherweise nicht so einfach, wie es scheint.

Eine möglicher therapeutische Ansatz zur Verbesserung der amputierte Gliedmaßen Funktion umfasst Gehirn-Computer-Schnittstellen. Diese technisch fortschrittliche Methode basiert auf elektromyographische oder EMG-Signale – die elektrische Kommunikation zwischen Motoneuronen und Muskelbewegungen.

Forscher entwickeln Möglichkeiten, EMG Aufnahmen mit Gliedmaßen Prothesen mehr nahtlos Steuerung motor Verhalten wie stehen, oder auch zu Fuß über eine Rampe zu integrieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung motor Karten beobachtet. Jetzt haben Sie ein gutes Verständnis wie Planung und Durchführung von fMRI-Experiment, und schließlich analysieren und interpretieren die Gehirn-Aktivierung-Ergebnisse.

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