Verwendung von TMS, motorische Erregbarkeit während der Aktion Beobachtung zu messen

Neuropsychology

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Overview

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

Transcranial magnetische Anregung (TMS) ist eine nicht-invasive Gehirn Stimulationstechnik, die vorbeifahrenden Strom durch eine isolierte Spule gegen die Kopfhaut gesetzt beinhaltet. Eine kurze Magnetfeld entsteht durch Strom in der Spule, und wegen den physikalischen Prozess der Induktion, dies führt zu einem Strom in das nahe gelegene Nervengewebe. Je nach Dauer, Häufigkeit und Ausmaß dieser magnetische Impulse kann die zugrunde liegende neuronale Schaltkreise in vielfältiger Weise beeinflusst werden. Hier zeigen wir die Technik des Single-Puls TMS, in dem eine kurze Magnetpuls verwendet wird, um den Neocortex zu stimulieren.

Eine bewirkt beobachtbare TMS, dass es Muskelzuckungen bei Anwendung über den motorischen Kortex zu produzieren. Durch die Somatotopic Gestaltung der motorischen Kortex können verschiedene Muskeln je nach der genauen Platzierung der Spule ausgerichtet werden. Die elektrischen Signale, die diese Muskelzuckungen, motorische evozierte Potentiale oder Abgeordneten, genannt verursachen können aufgezeichnet und durch die Elektroden auf der Haut über den gezielten Muskel quantifiziert. Die Amplitude der Abgeordneten des Europäischen Parlaments kann interpretiert werden, um die zugrunde liegenden Erregbarkeit des motorischen Kortex zu reflektieren; Wenn die motorischen Kortex aktiviert ist, sind zum Beispiel beobachteten Abgeordneten größer.

In diesem experiment, basierend auf einer Studie von Fadiga und Kollegen1 ursprünglich durchgeführt und seitdem von vielen anderen,2 repliziert verwenden wir Single-Puls TMS, um die Erregbarkeit des motorischen Kortex bei der Aktion Beobachtung zu testen. Es ist bekannt, dass die motorischen Kortex aktiviert werden kann, nicht nur wenn wir uns bewegen, aber wenn wir beobachten, dass andere Bewegungen auszuführen. Eine gemeinsame Interpretation dieses Phänomens ist, dass es einen Simulationsprozess widerspiegelt, die in das Verständnis der anderen Maßnahmen eine Rolle spielen kann. Hier erfassen wir Abgeordneten hervorgerufen durch TMS über den primären motorischen Kortex, während Themen die Bewegungen der anderen gegenüber Kontrolle Reize zu beobachten.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Neuropsychology. Verwendung von TMS, motorische Erregbarkeit während der Aktion Beobachtung zu messen. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Procedure

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1. 20 Teilnehmer zu rekrutieren.

  1. Teilnehmer sollten Rechtshänder und haben keine Geschichte der neurologische oder psychische Störungen.
  2. Teilnehmer müssen normal oder korrigiert-zu-normale Vision um sicherzustellen, dass sie in der Lage, die visuellen Reize richtig zu sehen sein werden.

2. Pre-Experiment-Verfahren

  1. Schriftliche Einwilligung des Teilnehmers und erklären, was an dem Experiment beteiligt ist.
  2. Erklären Sie, dass der Teilnehmer wird eine Reihe von kurzen Videos zu sehen, während TMS Impulse an ihr Gehirn übermittelt werden. Das Thema kann einen leichten Schlag auf den Kopf von der TMS-Spule erleben, aber es dürfen keine großen Beschwerden mit Beteiligung.

3 das Thema TMS vorbereiten.

  1. Sitzen Sie das Thema in einem bequemen Sessel vor einem Computerbildschirm. Ihre Ellenbogen sollte in einem Winkel von 90° gebogen werden, und die Hand sollte liegen bequem anfällig.
  2. Verwenden Sie einen Kinnhalter, die Bewegung des Kopfes, um sicherzustellen, dass die Augen der Person ca. 50 cm vom Computerbildschirm sind zu beheben.
  3. Bereiten Sie die Haut der Hand für die Platzierung der EMG-Elektrode durch Reinigung mit Alkohol.
  4. Legen Sie zwei EMG-Elektroden auf der ersten Rückenflosse Membrana (FDI) Muskel der rechten Hand.
    1. Suchen Sie die Peak Position der Muskelspannung mit der Frage der Teilnehmers zu beugen ihre FDI-Muskel und die erste Elektrode an diesem Ort zu platzieren.
    2. Legen Sie eine zweite Referenzelektrode auf den nahe gelegenen Knochen der Hand.
  5. Schließen Sie die EMG-Elektroden an einen Computer, der digitalisiert, verstärkt, gefiltert und zeigt das Signal an.

4. lokalisieren und TMS zu kalibrieren.

  1. Weisen Sie Teilnehmer um ihre Hand zu entspannen, so dass es keine Verspannungen der Muskulatur.
  2. Verwenden Sie eine Abbildung 8 TMS Spule, um den primären motorischen Kortex zu finden.
    1. Legen Sie Spule gegen die kontralateralen (links) Oberfläche des Kopfes auf den vorderen Teil der Kopfhaut.
    2. Eine Reihe von TMS Einzelimpulse systematisch verschieben die Lage der Spule bis Zuckungen sichtbar in den FDI-Muskel sind und die aufgezeichneten Abgeordneten stabil und zuverlässig sind zu liefern. Reizintensität kann angepasst werden, da in dieser Phase benötigt, um zu helfen bei der Suche nach dem Hotspot.
  3. Das Thema motor Schwellenwert zu bestimmen.
    1. Finden Sie die minimale Stimulator Ausgabe Kraft, die ein Abgeordneter von mehr als 50 µV auf 5 von 10 Stimulationen produziert. Notieren Sie sich diesen Wert.
  4. Messen Sie die ruhende MEP-Amplitude.
    1. Eine Reihe von 10 TMS Impulse liefern, jeweils getrennt durch 15 s, in Ermangelung jeder Impuls, die Grundlinie MEP Amplitude zu messen.

5. experimentelle Aufgabe

  1. Spielen Sie eine Reihe von 5 s video Reize, einzeln nacheinander.
    1. Es gibt drei Arten von Videos: hand Bewegung Beobachtung, Arm-Bewegung-Beobachtung und Kontrolle.
      1. In der Kontrolle Videos eine Tasse wird auf einem Tisch dargestellt, und eine Rechte Hand ruht in der Nähe. Es erfolgt keine Bewegung.
      2. In der Hand-Action-Videos die Rechte Hand erreicht und greift den Cup. Diese Aktion beinhaltet Kontraktion des Muskels FDI.
      3. Den rechten arm in Arm-Action-Videos erreicht, gehoben, und zog in die Gegend. Gibt es keine greifende Maßnahmen durchgeführt und so der FDI-Muskel ist nicht beteiligt.
    2. Spielen Sie jedes Video 10 Mal mit 15 s Rest nach jeweils, für eine Gesamtmenge von 30 Videos. Wiedergeben Sie die Videos in zufälliger Reihenfolge.
  2. Während das Video liefern Sie einen TMS-Puls bei 120 % des motorischen Schwelle.
    1. Zeit der Puls zeitgleich mit der Aktion im Video. Um dies zu erreichen, sollte der Puls auftreten 2 s nach dem Start des Videos.

(6) die Daten zu analysieren.

  1. Berechnen Sie für jedes Mitglied des Europäischen Parlaments die Spitze-Spitze-Amplitude.
  2. Mitglieder des Europäischen Parlaments, die entweder vor dem TMS Stimulation oder mehr als 100 ms nach Stimulation, unechte Stacheln entfernen auftreten zu verwerfen.
  3. Berechnen Sie für jedes Fach die durchschnittliche MEP-Amplitude für die Basislinie, Aktion Beobachtung und Kontrolle Bedingungen.
  4. Führen Sie Varianzanalyse (ANOVA) auf das Gruppieren von Daten die Hypothese zu testen, dass MEP Amplitude durch Aktion Beobachtung beeinträchtigt wird.

Transkranielle Magnetstimulation, kurz TMS, ist eine Technik, die verwendet werden kann, zu untersuchen, nicht nur die Verbindungen zwischen dem Gehirn und Muskeln, sondern auch, wie Hirnaktivität ändert, wenn eine Person Bewegungen in anderen beobachtet.

Jeden Tag bewegt sich eine Person bewusst ihre Muskeln bestimmte Aktionen, wie winken ihren rechten Arm, einen Tennisball mit einem Schläger getroffen.

Solche freiwilligen Muskel-Bewegungen sind das Ergebnis der Erregung im motorischen Kortex, die an der Oberfläche des Gehirns, direkt unter der Kopfhaut liegt.

Wichtig ist, die Bewegung der verschiedenen Körperteile – sei es der rechten Arm und linkes Bein – wird gesteuert durch Gruppen von Neuronen in verschiedenen motorischen Cortex-Regionen.

Zum Beispiel, wenn Neuronen in der Nähe von oben rechts des Kopfes sind aufgeregt, sie produzieren elektrische Signale, die durch das Gehirn, Wirbelsäule und dann Muskeln in den linken Arm zu reisen.

Als Reaktion darauf produzieren Muskelzellen eigene elektrische Signale führt zur Kontraktion und Bewegung.

Interessanterweise haben gezeigt, dass Regionen des motorischen Kortex aktiviert nicht nur dann, wenn eine Person etwas selbst ausführt, sondern auch, wenn sie jemand anderes zu sehen verschieben – wie einen Mechaniker schlagen eine Maschine mit ihrem linken Arm.

TMS bietet Forschern einen Weg, die Erleichterung zu erforschen, die Aktion Beobachtung im motorischen Kortex Neuronen verursacht.

Durch die TMS-Techniken von Luciano Fadiga und Kollegen veranschaulicht dieses Video das Verhältnis zwischen Aktion Beobachtung, motorischen Kortex Erregung und Muskelaktivität zu untersuchen.

In diesem Verfahren werden zwei Phasen Teilnehmer unterzogen – TMS Lokalisierung und Kalibrierung und eine experimentelle Aufgabe – um festzustellen, ob Bereiche ihrer motorischen Kortex angeregt werden, wenn sie eine Aktion von einer anderen Person beobachten.

Die erste Phase soll die Region des Gehirns verantwortlich für den Übergang eines bestimmten Muskels des Teilnehmers rechten zu identifizieren – die erste dorsale Membrana, abgekürzt als ADI – befindet sich zwischen Daumen und Zeigefinger.

Eine 8er-TMS Spule befindet sich dann gegen ihre Kopfhaut über den motorischen Kortex. Es befindet sich auf der linken Seite des Kopfes, wie dieser Hemisphäre des Gehirns leitet die Bewegung auf der rechten Seite des Körpers.

Zur gleichen Zeit werden Elektroden über die ausländischen Direktinvestitionen und den nahe gelegenen Knochen auf das Thema Rechte Hand, so positioniert, dass elektrische Aktivität im Muskel erkannt und aufgezeichnet werden kann.

Die Spule wird dann verwendet, um einen einzigen Impuls auf die Kopfhaut zu liefern, die eine kurze Magnetfeld erzeugt – durch Induktion – führt zu einen elektrischen Strom in das darunter liegende neuronale Gewebe.

Neuronen, in erster Linie diejenigen unter der Mitte der Spule, werden dadurch aktiviert und infolgedessen erzeugen Signale, die – ähnlich denen für bewusste Bewegungen – Reisen nach Zielmuskeln.

Als Reaktion darauf zusätzliche elektrische Signale genannt Motor-evozierten Potentialen, MdEP, entstehen erfasst und visualisiert als Peaks in einem Diagramm, wo Millivolt auf der Y-Achse und die Zeit auf der X-Achse aufgetragen werden.

Diese Abgeordneten dazu führen, dass die Muskeln zucken, physisch-Bewegung, die beobachtet werden können. Wenn so ein Krampf im Muskel als ADI tritt – wie in den Oberarm – bisher nicht die richtige Region des motorischen Kortex lokalisiert.

In diesem Fall ist die Spule leicht verschoben und verwendet, um ein weiteres Einzelimpuls mit jeder daraus resultierende Bewegung wird zur Kenntnis genommen zu liefern. Dies wird wiederholt, bis die Zuckungen in der richtigen FDI zu sehen sind – ein Indikator, der seine Darstellung im motorischen Kortex gefunden wurde.

Sobald dieser Region lokalisiert wurde, die Stärke des Reizes TMS wird geändert, ein neuen Impuls verabreicht und die daraus resultierende MEP wird aufgezeichnet. Sorgfältige Beachtung der Amplitude – gemessen von den positiven höchsten bis zum tiefsten negativen Punkt — dieses Signals.

Diese Anpassungen fortgesetzt, bis eine Einstellung gefunden wird, erzeugt die Abgeordneten mit Amplituden größer als 50 µV in der Hälfte der Phasen – einer Reizstärke als motor des Teilnehmers Schwelle bezeichnet.

Mehrere einzelne TMS-Pulse auf 120 % des motorischen Schwelle sind dann oben rechts-FDI-Region des motorischen Kortex verabreicht, und Grundlinie Abgeordneten für jede aufgezeichnet.

In der zweiten Phase, die experimentelle Aufgabe werden die Teilnehmer gebeten, drei Arten von Filmen mit Arm oder Hand Bewegungen, und dabei noch ihre eigene Körperteile zu sehen.

Die erste Art von Filmmaterial, genannt Hand-Action-Videos zeigen eine Rechte Hand zu erreichen und eine Tasse zu greifen – eine Aktion, die ADI erfordert. Diese Clips werden prüfen, wie Beobachtung einer FDI-basierte Bewegung in der FDI-assoziierten Region des motorischen Kortex auswirkt.

Im Gegensatz dazu Arm-Action-Videos beinhalten einen rechten Arm heben und bewegen, um einen Bereich mit einer Tasse-Bewegungen, die unabhängig von der ausländischen Direktinvestitionen sind. Dieses Material wird Spezifität bewerten – ob der motorischen Kortex Bereich verantwortlich für die richtige ADI Kontraktion durch die Beobachtung der Bewegungen, bei denen keine dieser Muskel angeregt werden kann.

Die dritte Art sind Kontrolle Videos, die eine noch Rechte Hand ruht neben einer Tasse, ohne jede Art von Muskel-Bewegung zeigen.

Wenn die eigentliche Aufgabe ausgeführt wird, wird eine TMS Spule wieder über die Region des Gehirns, die für richtige ADI Bewegung gestellt. Dann, Teilnehmer die Videos in einer zufälligen Reihenfolge mit je 10 Mal wiederholt.

Muskelbewegung tritt in das Filmmaterial – ca. 2 s nach einer Hand oder Arm-Action-video beginnt – die TMS Spule wird verwendet, um einen einzelnen elektromagnetischen Impuls liefern.

Obwohl keine Bewegung in die Kontrolle-Videos dargestellt wird, ist ein Impuls verabreicht 2 s nach dem Start von solchen Clips. In allen Fällen — ob kontrollieren, arm oder hand Action-Videos-Abgeordneten durch die richtige ADI erzeugt werden aufgezeichnet.

Hier ist die abhängige Variable die MEP-Amplituden. Basierend auf früheren Arbeiten, ist es erwartet, dass Abgeordnete von ADI bei Betrachtung der Hand Action-Filme aufgezeichnet größer sind als die aufgezeichnet während Filme Arm Aktion oder Kontrolle, höhere Direktinvestitionen und somit größere motorische Kortex Erregbarkeit widerspiegelt.

Bevor das Experiment beginnt, 20 Teilnehmer, die Rechtshänder sind zu rekrutieren, normalem Sehvermögen haben und nicht haben Geschichte von neurologischen Störungen und schriftliche Einwilligung von ihnen.

Erklären, was die Aufgabe mit sich bringt: sie sehen eine Reihe von Videos, während welcher Zeit werden über TMS Regionen ihres Gehirns stimuliert. Betonen Sie, dass sie einen geringfügigen Hahn auf den Kopf von der TMS-Spule fühlen, aber nicht, großes Unbehagen auftreten sollte.

Um zu beginnen, haben Sie die Teilnehmer sitzen auf einem Stuhl vor einem Computer-Bildschirm positioniert. Führen Sie ihren rechten Ellbogen zum Ausruhen in einem 90°-Winkel, und stellen Sie sicher, dass ihr rechter Arm und Hand bequem anfällig sind.

Platzieren Sie anschließend ihr Kinn in einen Kinnhalter, so dass ihre Augen mindestens 50 cm vom Bildschirm.

Reinigen Sie für MEP-Aufnahme die Haut des Teilnehmers rechten Hand mit Alkohol, und sie biegen Sie ihre richtige ADI Muskel durch Drücken der ihren Zeigefinger und Daumen zusammen. Identifizieren Sie die Peak Position der Muskelspannung, und fügen Sie eine Aufnahme-Elektrode auf. Danach positionieren Sie eine Referenzelektrode an einem nahe gelegenen Knochen in der Hand. Auch befestigen Sie die Masseelektrode zu ihrer rechten Ellbogen.

Sobald die Elektroden positioniert haben, weisen Sie die Teilnehmer um ihre Hand zu entspannen, so dass es keine Verspannungen der Muskulatur.

Dann legen Sie eine Abbildung 8 TMS Spule an der linken Seite des Teilnehmers Kopfhaut und es verwenden Sie, um die richtige Darstellung der FDI im motorischen Kortex zu finden. In diesem Fall erwarten, zucken des Rechts FDI zu beobachten, und stabile Abgeordnete aus dieser Muskel aufgenommen.

Gehen Sie zur Kalibrierung, passen die Einstellungen der TMS Spule, bis die minimale Stärke ausgegeben – eine Abgeordneter von mehr als 50 µV auf 5 von 10 Stimulationen produziert – wird bestimmt.

Aufnahme dieser Wert, der der Teilnehmer motorischen Schwelle darstellt. Sobald festgestellt wurde, verwenden Sie diese Einstellungen, um eine Reihe von 10 TMS Impulse zu liefern – jeweils getrennt durch 15 s — an den Teilnehmer, um die Basislinie MEP Amplitude zu bestimmen.

Danach haben die Teilnehmer die experimentelle Aufgabe ausführen, indem ihnen die drei Arten von Filmen zu zeigen – hand Aktion, Arm-Aktion und Kontrolle – in zufälliger Reihenfolge. Zwischen den einzelnen gehören Sie 15 s Ruhezeit.

Stellen Sie sicher, dass jedes Video 10 Mal, für eine Gesamtmenge von 30 Filmen gespielt wird. Wie die Teilnehmer die Aktion in jedem Clip betrachtet — etwa 2 s nach dem Start des Films – einen TMS-Puls bei 120 % der motorischen Schwelle zu verwalten.

Zum Analysieren der Daten für jedes Mitglied des Europäischen Parlaments aufgenommen – ob aus Grundlinie, Aktion Beobachtungen oder Kontrolle video Bedingungen — die Spitze-Spitze-Amplitude zu berechnen. Unechte Spitzen zu beseitigen, verwerfen Sie die Abgeordneten, die entweder vor dem TMS Stimulation oder mehr als 100 ms nach Stimulation auftreten.

Berechnen Sie die durchschnittliche MEP-Amplitude für die Hand - und Arm-Bewegungen, sowie die Handauflage Videos, und Ausdrücken Sie diese als der Prozentsatz über dem durchschnittlichen Ausgangswert.

Beachten Sie, dass für Hand-Action-Videos, die MEP-Amplitude aufgezeichnet vom ADI Muskel deutlich größer war im Vergleich zur Kontrolle Amplitude, was darauf schließen lässt, eine Erleichterung bewirken, wobei den motorischen Kortex in Erregbarkeit während der Aktion Beobachtung erhöht.

Abgeordneten während Arm-Aktion Beobachtung erfasst waren jedoch viel kleiner als die durch Handbewegung Videos generiert. Dies bedeutet, dass die Erleichterung Wirkung relativ selektiv ist und spezifisch für die Region von den motorischen Kortex für die beobachteten Muskelbewegungen verantwortlich ist.

Nun, Sie wissen, wie Forscher TMS nutzen, um die Erregbarkeit des motorischen Kortex als Reaktion auf Aktion Beobachtung zu untersuchen, betrachten Sie wie diese Technik in anderen Anwendungen angewendet wird.

Bis jetzt konzentrieren wir uns auf die Beziehung zwischen Bewegung und motorischen Kortex Funktion beobachten. Jedoch sind einige Forscher betrachten, ob Vorstellung, dass eine Aktion auch auf aufgezeichnete Abgeordneten auswirken kann.

Diese Arbeit erfordert einen Teilnehmer, sich selbst körperlich bewegen eines Körperteils – wie Biegen ihren rechten Arm — wenn TMS Einzelimpulse verabreicht werden.

Als die resultierenden Abgeordneten aus Muskeln bewertet werden, fanden sie sind größer als die während der Kontrolle Szenarien aufgezeichnet werden – wenn der Teilnehmer keine solche Bewegung vorstellt.

Dieser Effekt wird weiter erleichtert, wenn der Teilnehmer die Bewegung beobachtet, die sie vorstellen. Diese Ergebnisse belegen gemeinsam für eine Beziehung zwischen Imagination und motorische Aktivierung.

Anderen Neuropsychologen untersuchen, ob Änderungen der TMS für therapeutische Zwecke verwendet werden können.

Zum Beispiel gibt es Interesse an ob TMS helfen kann Aphasie behandeln – ein Zustand, wo Patienten schwierig vermitteln verbale Informationen, wie der Name eines Objekts — infolge Schlaganfall.

Hier, eine Region des Gehirns, die Recht minderwertigen frontalen Gyrus genannt wurde angeregt, bei Schlaganfallpatienten mit sich wiederholendem TMS – eine Methode, wo Impulse schnell und wiederholt verabreicht werden.

Wenn Patienten verbal identifizieren Objekte gefragt wurden — wie Hummer oder Kamine – Monate nach Therapie, dies zeigte, dass repetitive TMS langfristige, positive Auswirkungen auf die Bürger hatten Kapazitäten benennen, Einblicke in wie diese Methode zur Behandlung von kognitiver Defiziten verwendet werden kann.

Sie haben nur Jupiters Video auf TMS und Aktion Beobachtung beobachtet. Jetzt sollten Sie verstehen, wie TMS verwendet werden können, um Aktivität im motorischen Kortex zu bewerten, nachdem Sie sich eine Muskelbewegung. Sie sollten auch wissen, wie man Regionen des Gehirns mit einer TMS-Spule vorhanden Beobachtung Reize zu stimulieren und zu sammeln und zu interpretieren MEP Daten. Zu guter Letzt sollten Sie erkennen, wie TMS in anderen Anwendungen, wie z. B. in der Therapie für Schlaganfallpatienten verwendet wird.

Danke fürs Zuschauen!

Results

Ein Vergleich der MEP Amplituden zeigt eine Erleichterung Wirkung (Abbildung 1). MEP-Amplitude, aufgenommen von der FDI-Muskel ist während der Hand-Action-Videos im Vergleich mit Kontrolle Videos deutlich größer. Dieses Ergebnis legt nahe, dass den motorischen Kortex in Erregbarkeit während der Aktion Beobachtung erhöht.

Figure 1
Abbildung 1: MEP-Amplitude in Aktion beobachten. Motorische evozierte Potentiale aus der ersten-Membrana Rückenmuskel sind größte, wenn eine Handbewegung, verglichen mit einer Armbewegung oder ein Steuerelement-Video, die zeigt keine Wirkung zu beobachten.

Insbesondere ist die Erleichterung Wirkung relativ selektiv für die Videos, die einen greifen Maßnahmen beinhalten, wie Mitglieder des Europäischen Parlaments bei der Beobachtung der Armbewegung video aufgezeichnet kleinere Abgeordneten im Vergleich mit der Hand-Action-video zeigen. Dies deutet darauf hin, dass die motor Erleichterung bei der Aktion Beobachtung hat keinen Einfluss auf den gesamten motorischen Kortex, sondern ist speziell für die Muskelbewegungen, die beobachtet werden. In der Tat scheint der motor Erleichterung Effekt spezifisch nicht nur für die Muskeln sondern auch, Wenn beobachtet wird, was der Muskel zu beobachten ist. Zum Beispiel haben Jason Et Al. zeitliche Korrelation zwischen motorischen Erregbarkeit und beobachteten Aktion Dynamik gezeigt. 3

Applications and Summary

Die Single-Puls-TMS-Technik eignet sich gut für die Untersuchung von den motorischen Kortex, sowohl aufgrund der zugänglichen Ort dieser Rinde auf die vordere Oberfläche des Gehirns, als auch wegen der direkt beobachtbare Reaktion produziert in der Muskulatur in Form von Abgeordneten des Europäischen Parlaments. Die Messung des Cortico-spinalen motorischen Erregbarkeit hat weiter das Phänomen der motor Simulation während der Aktion Beobachtung beim Menschen unterstützt. Diese Resonanz Motorik möglicherweise Auswirkungen auf soziales Verhalten, zum Beispiel in einen Beitrag zu verstehen, was andere tun. Darüber hinaus hat die gleiche Technik für motorische Aktivierung während die Phantasie der Aktion,4 ein Prozess belegt, die zur Verbesserung der Leistung durch Geisteswiederholung wichtig sein kann.

Die Robustheit und die Spezifität des Effekts motor Erleichterung können die Raffinesse der motor Darstellungen eines Individuums widerspiegeln. Beispielsweise sind die zeitliche Dynamik der motor Erleichterung in direktem Zusammenhang mit motorischen Kompetenz. 5 dieser Effekt wird auch gestört, mit Störungen der Bewegung, eröffnen die Möglichkeit, dass die Messung der TMS-induzierte motorische Potentiale als Weg, um die Integrität des motorischen Kortex, wie Erholung von Schlaganfall oder andere Hirnerkrankungen bewerten genutzt werden kann. 6

References

  1. Fadiga, L., Fogassi, L., Pavesi, G. & Rizzolatti, G. Motor facilitation during action observation: a magnetic stimulation study. J Neurophysiol 73, 2608-2611 (1995).
  2. Fadiga, L., Craighero, L. & Olivier, E. Human motor cortex excitability during the perception of others' action. Curr Opin Neurobiol 15, 213-218 (2005).
  3. Gangitano, M., Mottaghy, F.M. & Pascual-Leone, A. Phase-specific modulation of cortical motor output during movement observation. Neuroreport 12, 1489-1492 (2001).
  4. Wright, D.J., Williams, J. & Holmes, P.S. Combined action observation and imagery facilitates corticospinal excitability. Front Hum Neurosci 8, 951 (2014).
  5. Aglioti, S.M., Cesari, P., Romani, M. & Urgesi, C. Action anticipation and motor resonance in elite basketball players. Nat Neurosci 11, 1109-1116 (2008).
  6. Koski, L., Lin, J.C., Wu, A.D. & Winstein, C.J. Reliability of intracortical and corticomotor excitability estimates obtained from the upper extremities in chronic stroke. Neurosci Res 58, 19-31 (2007).
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1. 20 Teilnehmer zu rekrutieren.

  1. Teilnehmer sollten Rechtshänder und haben keine Geschichte der neurologische oder psychische Störungen.
  2. Teilnehmer müssen normal oder korrigiert-zu-normale Vision um sicherzustellen, dass sie in der Lage, die visuellen Reize richtig zu sehen sein werden.

2. Pre-Experiment-Verfahren

  1. Schriftliche Einwilligung des Teilnehmers und erklären, was an dem Experiment beteiligt ist.
  2. Erklären Sie, dass der Teilnehmer wird eine Reihe von kurzen Videos zu sehen, während TMS Impulse an ihr Gehirn übermittelt werden. Das Thema kann einen leichten Schlag auf den Kopf von der TMS-Spule erleben, aber es dürfen keine großen Beschwerden mit Beteiligung.

3 das Thema TMS vorbereiten.

  1. Sitzen Sie das Thema in einem bequemen Sessel vor einem Computerbildschirm. Ihre Ellenbogen sollte in einem Winkel von 90° gebogen werden, und die Hand sollte liegen bequem anfällig.
  2. Verwenden Sie einen Kinnhalter, die Bewegung des Kopfes, um sicherzustellen, dass die Augen der Person ca. 50 cm vom Computerbildschirm sind zu beheben.
  3. Bereiten Sie die Haut der Hand für die Platzierung der EMG-Elektrode durch Reinigung mit Alkohol.
  4. Legen Sie zwei EMG-Elektroden auf der ersten Rückenflosse Membrana (FDI) Muskel der rechten Hand.
    1. Suchen Sie die Peak Position der Muskelspannung mit der Frage der Teilnehmers zu beugen ihre FDI-Muskel und die erste Elektrode an diesem Ort zu platzieren.
    2. Legen Sie eine zweite Referenzelektrode auf den nahe gelegenen Knochen der Hand.
  5. Schließen Sie die EMG-Elektroden an einen Computer, der digitalisiert, verstärkt, gefiltert und zeigt das Signal an.

4. lokalisieren und TMS zu kalibrieren.

  1. Weisen Sie Teilnehmer um ihre Hand zu entspannen, so dass es keine Verspannungen der Muskulatur.
  2. Verwenden Sie eine Abbildung 8 TMS Spule, um den primären motorischen Kortex zu finden.
    1. Legen Sie Spule gegen die kontralateralen (links) Oberfläche des Kopfes auf den vorderen Teil der Kopfhaut.
    2. Eine Reihe von TMS Einzelimpulse systematisch verschieben die Lage der Spule bis Zuckungen sichtbar in den FDI-Muskel sind und die aufgezeichneten Abgeordneten stabil und zuverlässig sind zu liefern. Reizintensität kann angepasst werden, da in dieser Phase benötigt, um zu helfen bei der Suche nach dem Hotspot.
  3. Das Thema motor Schwellenwert zu bestimmen.
    1. Finden Sie die minimale Stimulator Ausgabe Kraft, die ein Abgeordneter von mehr als 50 µV auf 5 von 10 Stimulationen produziert. Notieren Sie sich diesen Wert.
  4. Messen Sie die ruhende MEP-Amplitude.
    1. Eine Reihe von 10 TMS Impulse liefern, jeweils getrennt durch 15 s, in Ermangelung jeder Impuls, die Grundlinie MEP Amplitude zu messen.

5. experimentelle Aufgabe

  1. Spielen Sie eine Reihe von 5 s video Reize, einzeln nacheinander.
    1. Es gibt drei Arten von Videos: hand Bewegung Beobachtung, Arm-Bewegung-Beobachtung und Kontrolle.
      1. In der Kontrolle Videos eine Tasse wird auf einem Tisch dargestellt, und eine Rechte Hand ruht in der Nähe. Es erfolgt keine Bewegung.
      2. In der Hand-Action-Videos die Rechte Hand erreicht und greift den Cup. Diese Aktion beinhaltet Kontraktion des Muskels FDI.
      3. Den rechten arm in Arm-Action-Videos erreicht, gehoben, und zog in die Gegend. Gibt es keine greifende Maßnahmen durchgeführt und so der FDI-Muskel ist nicht beteiligt.
    2. Spielen Sie jedes Video 10 Mal mit 15 s Rest nach jeweils, für eine Gesamtmenge von 30 Videos. Wiedergeben Sie die Videos in zufälliger Reihenfolge.
  2. Während das Video liefern Sie einen TMS-Puls bei 120 % des motorischen Schwelle.
    1. Zeit der Puls zeitgleich mit der Aktion im Video. Um dies zu erreichen, sollte der Puls auftreten 2 s nach dem Start des Videos.

(6) die Daten zu analysieren.

  1. Berechnen Sie für jedes Mitglied des Europäischen Parlaments die Spitze-Spitze-Amplitude.
  2. Mitglieder des Europäischen Parlaments, die entweder vor dem TMS Stimulation oder mehr als 100 ms nach Stimulation, unechte Stacheln entfernen auftreten zu verwerfen.
  3. Berechnen Sie für jedes Fach die durchschnittliche MEP-Amplitude für die Basislinie, Aktion Beobachtung und Kontrolle Bedingungen.
  4. Führen Sie Varianzanalyse (ANOVA) auf das Gruppieren von Daten die Hypothese zu testen, dass MEP Amplitude durch Aktion Beobachtung beeinträchtigt wird.

Transkranielle Magnetstimulation, kurz TMS, ist eine Technik, die verwendet werden kann, zu untersuchen, nicht nur die Verbindungen zwischen dem Gehirn und Muskeln, sondern auch, wie Hirnaktivität ändert, wenn eine Person Bewegungen in anderen beobachtet.

Jeden Tag bewegt sich eine Person bewusst ihre Muskeln bestimmte Aktionen, wie winken ihren rechten Arm, einen Tennisball mit einem Schläger getroffen.

Solche freiwilligen Muskel-Bewegungen sind das Ergebnis der Erregung im motorischen Kortex, die an der Oberfläche des Gehirns, direkt unter der Kopfhaut liegt.

Wichtig ist, die Bewegung der verschiedenen Körperteile – sei es der rechten Arm und linkes Bein – wird gesteuert durch Gruppen von Neuronen in verschiedenen motorischen Cortex-Regionen.

Zum Beispiel, wenn Neuronen in der Nähe von oben rechts des Kopfes sind aufgeregt, sie produzieren elektrische Signale, die durch das Gehirn, Wirbelsäule und dann Muskeln in den linken Arm zu reisen.

Als Reaktion darauf produzieren Muskelzellen eigene elektrische Signale führt zur Kontraktion und Bewegung.

Interessanterweise haben gezeigt, dass Regionen des motorischen Kortex aktiviert nicht nur dann, wenn eine Person etwas selbst ausführt, sondern auch, wenn sie jemand anderes zu sehen verschieben – wie einen Mechaniker schlagen eine Maschine mit ihrem linken Arm.

TMS bietet Forschern einen Weg, die Erleichterung zu erforschen, die Aktion Beobachtung im motorischen Kortex Neuronen verursacht.

Durch die TMS-Techniken von Luciano Fadiga und Kollegen veranschaulicht dieses Video das Verhältnis zwischen Aktion Beobachtung, motorischen Kortex Erregung und Muskelaktivität zu untersuchen.

In diesem Verfahren werden zwei Phasen Teilnehmer unterzogen – TMS Lokalisierung und Kalibrierung und eine experimentelle Aufgabe – um festzustellen, ob Bereiche ihrer motorischen Kortex angeregt werden, wenn sie eine Aktion von einer anderen Person beobachten.

Die erste Phase soll die Region des Gehirns verantwortlich für den Übergang eines bestimmten Muskels des Teilnehmers rechten zu identifizieren – die erste dorsale Membrana, abgekürzt als ADI – befindet sich zwischen Daumen und Zeigefinger.

Eine 8er-TMS Spule befindet sich dann gegen ihre Kopfhaut über den motorischen Kortex. Es befindet sich auf der linken Seite des Kopfes, wie dieser Hemisphäre des Gehirns leitet die Bewegung auf der rechten Seite des Körpers.

Zur gleichen Zeit werden Elektroden über die ausländischen Direktinvestitionen und den nahe gelegenen Knochen auf das Thema Rechte Hand, so positioniert, dass elektrische Aktivität im Muskel erkannt und aufgezeichnet werden kann.

Die Spule wird dann verwendet, um einen einzigen Impuls auf die Kopfhaut zu liefern, die eine kurze Magnetfeld erzeugt – durch Induktion – führt zu einen elektrischen Strom in das darunter liegende neuronale Gewebe.

Neuronen, in erster Linie diejenigen unter der Mitte der Spule, werden dadurch aktiviert und infolgedessen erzeugen Signale, die – ähnlich denen für bewusste Bewegungen – Reisen nach Zielmuskeln.

Als Reaktion darauf zusätzliche elektrische Signale genannt Motor-evozierten Potentialen, MdEP, entstehen erfasst und visualisiert als Peaks in einem Diagramm, wo Millivolt auf der Y-Achse und die Zeit auf der X-Achse aufgetragen werden.

Diese Abgeordneten dazu führen, dass die Muskeln zucken, physisch-Bewegung, die beobachtet werden können. Wenn so ein Krampf im Muskel als ADI tritt – wie in den Oberarm – bisher nicht die richtige Region des motorischen Kortex lokalisiert.

In diesem Fall ist die Spule leicht verschoben und verwendet, um ein weiteres Einzelimpuls mit jeder daraus resultierende Bewegung wird zur Kenntnis genommen zu liefern. Dies wird wiederholt, bis die Zuckungen in der richtigen FDI zu sehen sind – ein Indikator, der seine Darstellung im motorischen Kortex gefunden wurde.

Sobald dieser Region lokalisiert wurde, die Stärke des Reizes TMS wird geändert, ein neuen Impuls verabreicht und die daraus resultierende MEP wird aufgezeichnet. Sorgfältige Beachtung der Amplitude – gemessen von den positiven höchsten bis zum tiefsten negativen Punkt — dieses Signals.

Diese Anpassungen fortgesetzt, bis eine Einstellung gefunden wird, erzeugt die Abgeordneten mit Amplituden größer als 50 µV in der Hälfte der Phasen – einer Reizstärke als motor des Teilnehmers Schwelle bezeichnet.

Mehrere einzelne TMS-Pulse auf 120 % des motorischen Schwelle sind dann oben rechts-FDI-Region des motorischen Kortex verabreicht, und Grundlinie Abgeordneten für jede aufgezeichnet.

In der zweiten Phase, die experimentelle Aufgabe werden die Teilnehmer gebeten, drei Arten von Filmen mit Arm oder Hand Bewegungen, und dabei noch ihre eigene Körperteile zu sehen.

Die erste Art von Filmmaterial, genannt Hand-Action-Videos zeigen eine Rechte Hand zu erreichen und eine Tasse zu greifen – eine Aktion, die ADI erfordert. Diese Clips werden prüfen, wie Beobachtung einer FDI-basierte Bewegung in der FDI-assoziierten Region des motorischen Kortex auswirkt.

Im Gegensatz dazu Arm-Action-Videos beinhalten einen rechten Arm heben und bewegen, um einen Bereich mit einer Tasse-Bewegungen, die unabhängig von der ausländischen Direktinvestitionen sind. Dieses Material wird Spezifität bewerten – ob der motorischen Kortex Bereich verantwortlich für die richtige ADI Kontraktion durch die Beobachtung der Bewegungen, bei denen keine dieser Muskel angeregt werden kann.

Die dritte Art sind Kontrolle Videos, die eine noch Rechte Hand ruht neben einer Tasse, ohne jede Art von Muskel-Bewegung zeigen.

Wenn die eigentliche Aufgabe ausgeführt wird, wird eine TMS Spule wieder über die Region des Gehirns, die für richtige ADI Bewegung gestellt. Dann, Teilnehmer die Videos in einer zufälligen Reihenfolge mit je 10 Mal wiederholt.

Muskelbewegung tritt in das Filmmaterial – ca. 2 s nach einer Hand oder Arm-Action-video beginnt – die TMS Spule wird verwendet, um einen einzelnen elektromagnetischen Impuls liefern.

Obwohl keine Bewegung in die Kontrolle-Videos dargestellt wird, ist ein Impuls verabreicht 2 s nach dem Start von solchen Clips. In allen Fällen — ob kontrollieren, arm oder hand Action-Videos-Abgeordneten durch die richtige ADI erzeugt werden aufgezeichnet.

Hier ist die abhängige Variable die MEP-Amplituden. Basierend auf früheren Arbeiten, ist es erwartet, dass Abgeordnete von ADI bei Betrachtung der Hand Action-Filme aufgezeichnet größer sind als die aufgezeichnet während Filme Arm Aktion oder Kontrolle, höhere Direktinvestitionen und somit größere motorische Kortex Erregbarkeit widerspiegelt.

Bevor das Experiment beginnt, 20 Teilnehmer, die Rechtshänder sind zu rekrutieren, normalem Sehvermögen haben und nicht haben Geschichte von neurologischen Störungen und schriftliche Einwilligung von ihnen.

Erklären, was die Aufgabe mit sich bringt: sie sehen eine Reihe von Videos, während welcher Zeit werden über TMS Regionen ihres Gehirns stimuliert. Betonen Sie, dass sie einen geringfügigen Hahn auf den Kopf von der TMS-Spule fühlen, aber nicht, großes Unbehagen auftreten sollte.

Um zu beginnen, haben Sie die Teilnehmer sitzen auf einem Stuhl vor einem Computer-Bildschirm positioniert. Führen Sie ihren rechten Ellbogen zum Ausruhen in einem 90°-Winkel, und stellen Sie sicher, dass ihr rechter Arm und Hand bequem anfällig sind.

Platzieren Sie anschließend ihr Kinn in einen Kinnhalter, so dass ihre Augen mindestens 50 cm vom Bildschirm.

Reinigen Sie für MEP-Aufnahme die Haut des Teilnehmers rechten Hand mit Alkohol, und sie biegen Sie ihre richtige ADI Muskel durch Drücken der ihren Zeigefinger und Daumen zusammen. Identifizieren Sie die Peak Position der Muskelspannung, und fügen Sie eine Aufnahme-Elektrode auf. Danach positionieren Sie eine Referenzelektrode an einem nahe gelegenen Knochen in der Hand. Auch befestigen Sie die Masseelektrode zu ihrer rechten Ellbogen.

Sobald die Elektroden positioniert haben, weisen Sie die Teilnehmer um ihre Hand zu entspannen, so dass es keine Verspannungen der Muskulatur.

Dann legen Sie eine Abbildung 8 TMS Spule an der linken Seite des Teilnehmers Kopfhaut und es verwenden Sie, um die richtige Darstellung der FDI im motorischen Kortex zu finden. In diesem Fall erwarten, zucken des Rechts FDI zu beobachten, und stabile Abgeordnete aus dieser Muskel aufgenommen.

Gehen Sie zur Kalibrierung, passen die Einstellungen der TMS Spule, bis die minimale Stärke ausgegeben – eine Abgeordneter von mehr als 50 µV auf 5 von 10 Stimulationen produziert – wird bestimmt.

Aufnahme dieser Wert, der der Teilnehmer motorischen Schwelle darstellt. Sobald festgestellt wurde, verwenden Sie diese Einstellungen, um eine Reihe von 10 TMS Impulse zu liefern – jeweils getrennt durch 15 s — an den Teilnehmer, um die Basislinie MEP Amplitude zu bestimmen.

Danach haben die Teilnehmer die experimentelle Aufgabe ausführen, indem ihnen die drei Arten von Filmen zu zeigen – hand Aktion, Arm-Aktion und Kontrolle – in zufälliger Reihenfolge. Zwischen den einzelnen gehören Sie 15 s Ruhezeit.

Stellen Sie sicher, dass jedes Video 10 Mal, für eine Gesamtmenge von 30 Filmen gespielt wird. Wie die Teilnehmer die Aktion in jedem Clip betrachtet — etwa 2 s nach dem Start des Films – einen TMS-Puls bei 120 % der motorischen Schwelle zu verwalten.

Zum Analysieren der Daten für jedes Mitglied des Europäischen Parlaments aufgenommen – ob aus Grundlinie, Aktion Beobachtungen oder Kontrolle video Bedingungen — die Spitze-Spitze-Amplitude zu berechnen. Unechte Spitzen zu beseitigen, verwerfen Sie die Abgeordneten, die entweder vor dem TMS Stimulation oder mehr als 100 ms nach Stimulation auftreten.

Berechnen Sie die durchschnittliche MEP-Amplitude für die Hand - und Arm-Bewegungen, sowie die Handauflage Videos, und Ausdrücken Sie diese als der Prozentsatz über dem durchschnittlichen Ausgangswert.

Beachten Sie, dass für Hand-Action-Videos, die MEP-Amplitude aufgezeichnet vom ADI Muskel deutlich größer war im Vergleich zur Kontrolle Amplitude, was darauf schließen lässt, eine Erleichterung bewirken, wobei den motorischen Kortex in Erregbarkeit während der Aktion Beobachtung erhöht.

Abgeordneten während Arm-Aktion Beobachtung erfasst waren jedoch viel kleiner als die durch Handbewegung Videos generiert. Dies bedeutet, dass die Erleichterung Wirkung relativ selektiv ist und spezifisch für die Region von den motorischen Kortex für die beobachteten Muskelbewegungen verantwortlich ist.

Nun, Sie wissen, wie Forscher TMS nutzen, um die Erregbarkeit des motorischen Kortex als Reaktion auf Aktion Beobachtung zu untersuchen, betrachten Sie wie diese Technik in anderen Anwendungen angewendet wird.

Bis jetzt konzentrieren wir uns auf die Beziehung zwischen Bewegung und motorischen Kortex Funktion beobachten. Jedoch sind einige Forscher betrachten, ob Vorstellung, dass eine Aktion auch auf aufgezeichnete Abgeordneten auswirken kann.

Diese Arbeit erfordert einen Teilnehmer, sich selbst körperlich bewegen eines Körperteils – wie Biegen ihren rechten Arm — wenn TMS Einzelimpulse verabreicht werden.

Als die resultierenden Abgeordneten aus Muskeln bewertet werden, fanden sie sind größer als die während der Kontrolle Szenarien aufgezeichnet werden – wenn der Teilnehmer keine solche Bewegung vorstellt.

Dieser Effekt wird weiter erleichtert, wenn der Teilnehmer die Bewegung beobachtet, die sie vorstellen. Diese Ergebnisse belegen gemeinsam für eine Beziehung zwischen Imagination und motorische Aktivierung.

Anderen Neuropsychologen untersuchen, ob Änderungen der TMS für therapeutische Zwecke verwendet werden können.

Zum Beispiel gibt es Interesse an ob TMS helfen kann Aphasie behandeln – ein Zustand, wo Patienten schwierig vermitteln verbale Informationen, wie der Name eines Objekts — infolge Schlaganfall.

Hier, eine Region des Gehirns, die Recht minderwertigen frontalen Gyrus genannt wurde angeregt, bei Schlaganfallpatienten mit sich wiederholendem TMS – eine Methode, wo Impulse schnell und wiederholt verabreicht werden.

Wenn Patienten verbal identifizieren Objekte gefragt wurden — wie Hummer oder Kamine – Monate nach Therapie, dies zeigte, dass repetitive TMS langfristige, positive Auswirkungen auf die Bürger hatten Kapazitäten benennen, Einblicke in wie diese Methode zur Behandlung von kognitiver Defiziten verwendet werden kann.

Sie haben nur Jupiters Video auf TMS und Aktion Beobachtung beobachtet. Jetzt sollten Sie verstehen, wie TMS verwendet werden können, um Aktivität im motorischen Kortex zu bewerten, nachdem Sie sich eine Muskelbewegung. Sie sollten auch wissen, wie man Regionen des Gehirns mit einer TMS-Spule vorhanden Beobachtung Reize zu stimulieren und zu sammeln und zu interpretieren MEP Daten. Zu guter Letzt sollten Sie erkennen, wie TMS in anderen Anwendungen, wie z. B. in der Therapie für Schlaganfallpatienten verwendet wird.

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