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Behavior

행동 관찰 중 코르티코피날 흥분성 변조

Published: December 31, 2013 doi: 10.3791/51001
Automatic Translation
1, 1, 1
1Dipartimento di Psicologia Generale, Universita degli Studi di Padova

Summary

참가자가 행동 서열을 관찰하는 동안 1 차적인 운동 피질, 신경 탐색 및 손 근육의 전동 활동의 등록을 통해 단맥 경두개 자기 자극, 및 손 근육의 전기 구균 활동의 등록이 이 연구에서 이용되었습니다.

Abstract

이 연구는 다른 사람의 행동을 미러리는 자동 경향이 보완 행위의 예기치 않은 시뮬레이션이 될 때 정확하게 장두개 자기 자극 / 모터 는 전위 (TMS / MEP) 기술을 사용했습니다. TMS는 납치자 digiti minimi (ADM; 작은 손가락 납치를 제공하는 근육)뿐만 아니라 첫 번째 등쪽 interosseuss (FDI; 근육 서빙 검지 손가락 굴곡/확장) 근육으로부터 MEP 활동의 최고 수준을 유도하는 손에 대응하는 왼쪽 기본 모터 피질에 전달되었다. 신경탐색 시스템은 TMS 코일의 위치를 유지하기 위해 사용되었고, 전동(EMG) 활성은 오른쪽 ADM 및 FDI 근육으로부터 기록되었다. 모터 공명과 관련하여 원래 데이터를 생성하는 결합 된 TMS / MEP 기술은 지각 작용 커플링 메커니즘에 대한 연구를 한 단계 더 발전시켰습니다. 특히, 다른 사람의 행동을 관찰할 때 구경꾼의 해당 근육과 어떤 방식으로 피시코피탈 흥분성이 사회적 맥락에서 변조되는지에 대한 질문에 답했습니다.

Introduction

지난 10 년 동안 신경 과학 연구는 크게 모터 시스템의 전통적인 보기를 수정했다. 상당한 양의 데이터는 다른 사람의 신체 움직임을 관찰하면 구경꾼의 뇌(예 :1-3)의모터 표현을 활성화한다는 것을 시사합니다. 이러한 연구는 관찰자의 모터 피질이 구경꾼에 의해 실행되는 것처럼 관찰되는 행동을 동적으로 복제하는 것으로 나타났습니다. 경두개 자기 자극(TMS)은 다른 사람이 행동을 수행하는 것을 관찰하는 동안 흥분성 변화를 추적하기 위해 상대적으로 높은 측두성 해상도로 코르티코스피날(CS) 흥분성을 평가하는 데 유용합니다.

TMS 기능의 기본 원리는 자극 코일에서 변화하는 1차 전류가 변화하는 자기장을 생성하여, 이는 차례로 인근 도체에서 전류의 이차 흐름을 유도한다는 것입니다-이 경우, 피질 조직-패라데이의법칙4에의해 규정된 바와 같이. 뇌는 백색 물질, 회색 물질 및 뇌척수액으로 구성된 불동성 도체이며, 전도도 0.48, 0.7 및 1.79 S/m, 각각5. 분석은 자기 자극의 목적을 위해, 뇌가 균일 한 도체 로 취급 될 수 있음을 보여줍니다5. 뉴런의 탈극화는 유도된 전류의 미덕에 의해 생성됩니다. 프로세스의 중심에는 약 30-40 mV의 세포 내 잠재력을 높이기 위해 상응하는 신경 막을 통해 전하의 전달이 있습니다. 양성 이온이 신경 세포로 구동되는 시점에서, 그것의 세포 내 잠재력은 상승할 것이고, 상승이 충분할 경우, 작용 잠재적인 결과5. 프라이어리와 동료6은 약한 전류가 TMS에서 모터 에서 발신된 전위(MEP)의 진폭에 의해 측정된 인간 모터 피질의 흥분성을 조절할 수 있다는 것을 최초로 보여주었습니다. 인간 모터 피질의 자기 자극을 포함하는 작업의 대부분은, 참으로, 본질적인 손근육7에EMG 반응에 초점을 맞추고 있습니다. 2004년 우오조미와 동료8은 지역(44)에 스프TMS가 표적 지향 손 움직임을 쉽게 방해하고 손 근육에서 잠재력을 불러일으킨 모터를 생성할 수 있음을 발견했습니다. 인간 영역(44)은 강장제와 면세 손가락 움직임에 대한 촉진 및 억제 효과가9-10이며,직접적인 빠른 전도 피척추 프로젝션을 가지고 있습니다.

CS 흥분성이 자발적인 운동 도중뿐만 아니라 행동 관찰 도중 1995년 3년에 Fadiga와 동료에의해 생성된 것을 제1의 증거는. TMS는 1차 모터 코르티제(M1)와 MEP의 손 영역에 적용되었고, MEP는 반대손 근육에서 기록되었으며, 자원봉사자는 전이적이고 관전적인 움직임을 보도록 지시받았다(전자는 목표이며, 후자는 그렇지 않음). Opponens 질염에서 기록 된 MEP의 진폭 (OP) 및 FDI 근육제어 조건에 등록된 것과 관련하여 파악 행동의 관찰 하는 동안 증가 발견 되었다. 질문은 이렇게 발생: 행동 관찰 하는 동안 촉진 되는 근육 작업 실행 하는 동안 활용 하는 동일한 것 들? 물체가 파악되는 동안 손으로 근육에 EMG 응답이 기록되고 팔 리프팅 운동 중에 모두 작업 관찰 중에 TMS에 의해 유도 된 MEP의 패턴을 정확하게 복제하는 것으로 나타났습니다. 몇몇 연구 단은 이 같은 실험을 반복할 수 있고 그 외11-16를디자인했습니다.

행동 관찰 중에 관찰자의 모터 시스템은 관찰된 움직임과 "공명"하고 엄격하게 결합된 방식으로 이러한 동작을 임계값 이하로 시뮬레이션합니다. 관찰자에 관련된 근육은 행동을 수행하는 사람이 사용하는 근육과 동일하므로 관찰 된 행동의 역학과 일시적으로 결합됩니다. 2001년 Gangitano와 동료들은 실행 관찰 매칭 시스템이시간코딩(17)의관점에서도 관찰된 동작과 연결되어 있음을 입증했습니다. MEP 진폭은 손가락 조리개가 증가하고 폐쇄 단계에서 작아짐에 따라 커집니다. 클라크 외. 18 참가자가 나중에 수행해야 할 것이라고 들었다, 상상하도록 요청받은 동안 코르티코 스피날 (CS) 촉진의 특이성을 평가하기 위해 출발했다. 그 조사원은 이 세 가지 조건에 있는 어떤 통계적으로 유의한 다름이 없는 것처럼 보이지 않았다는 것을 보고했습니다.

작업 관찰에 의해 유도된 MEP 촉진을 설명하는 적어도 2개의 가설이 있습니다. 첫 번째에 따르면, M1 흥분성의 향상은 흥분 성 코르티코 피질 연결을 통해 생성됩니다. 두 번째에 따르면, TMS는 CS 내림차순 발리를 통해, 모토 뉴런 (MN)의 촉진을 밝혀. M1 또는 MN 의 변이에 의한 MEP 진폭의 변조는 구별할 수 없습니다. 발디세라 외로. 19 MEP 촉진에 연결된 척수 흥분성을 조사하고 싶었으며, 자원 봉사자가 목표 지시 손 행동을 관찰하는 동안 손가락 굴곡 팔뚝 근육에서 호프만 반사 (말초 신경에서 흡인 섬유를 자극하여 자극됨)의 진폭을 측정하기로 결정했습니다. 그(것)들은 피질 흥분성의 변조가 관찰자 그/자신에 의해 수행되고 있는 것처럼 관찰되는 운동을 밀접하게 모방하는 동안, 척수 흥분성은 역표로 변조되는 것처럼 보였다는 것을 보고했습니다. 이러한 구도자는 관찰된 작업의 명백한 실행을 차단하는 메커니즘의 표현으로 이 효과를 고려했습니다. 작업 관찰 시 TMS에 의해 유발되는 모터 전위의 변조3,20,21은 구체적으로 나타나며, 그 다음에는 액션3을 실행하는 데 관여하는 근육에 대해, 예측 가능한패션(22)에서,동일한 측두식 활성화패턴(17,23)이다. 이러한 라인을 따라 Urgesi와 동료24,25는 최근 손아귀 행동의 시작 과 중간 단계의 관찰이 최종 자세를 관찰하는 것보다 훨씬 더 높은 모터 촉진을 불러 일으킨다는 것을 발견했습니다. 진행 중이지만 불완전한 작업을 연상시키는 스냅샷에 대한 모터 촉진은 최대화되었습니다. 그 결과 관찰 실행 매칭 시스템의 정면 구성 요소가 다른 사람의 모터 동작예측 코딩에 중요한 역할을 한다는 강력한 증거를 제공합니다.

그러나 실제 세계에서 성공적인 상호 작용은 종종 에뮬레이션액션(26)이 아닌 보완적인 행동을 필요로 하며 모방이 항상 행동 관찰에 효과적이거나 적절한 반응을 제공하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 누군가가 다른 사람에게 그 손잡이에 의해 들고있는 머그잔을 건네주는 경우, 우리 모두는 수신기가 생각없이 전체 손 제스처로 머그잔을 잡을 것이라는 것을 알고 있습니다 (이 상황에서 적절한 유일한 사람). 우리의 모터 시스템에 관찰 된 행동을 일치하는 융통성없는 경향이 동일하지 않은 응답을 준비하는 요청과 어떻게 조정 될 수 있는지에 대해서는 거의 알려져 하지 않습니다. 이러한 점에서 일부 연구자들은 미러링의 자동 효과가 호환되지 않는 훈련에 따라 폐지될 수 있음을 보여주었습니다: 거울과 카운터 미러 응답은 동일한 타임코스27,28을따르는 것으로 보인다. 흥미롭게도, 이전 연구와는 달리, spTMS에 의해 유도된 MEP는 최근에 자발적인 코르티코피타날 활성화를 평가하기 위하여 이용되었습니다 동안 유화 또는 동일하지 않은 보완적인 제스처를 연상시키는 비디오 클립은 단순히 관찰되고 있었다29,30. 결과는 코티코피날 활동에 있는 문맥 관련 행동으로 에뮬레이션에서 자연적인 전환을 보여주었습니다. 상호 작용 요청에 대한 요청이 명백해지면 작업 시퀀스 시작 부분에 일치 메커니즘이 상호 보완장치로 바뀌었습니다.

이러한 결과를 활용하는 본 연구는 결합된 TMS/MEP 기술을 사용하여 에뮬레이션에서 상호주의로의 자발적인 변화가 상호 작용에 대한 상호 작용을 통해 상호 작용이 상호 보완적인 반응을 불러일으킬 때 어떤 단계에서 장소를 취하는지 구체적으로 결정하기 위해 고안되었습니다. MEP는 FDI 및 ADM 손 근육으로부터 시퀀스의 다섯 가지 순간에 기록되었다. 우리는 관찰자가 처음에 전체 손 손 잡기를 인식 할 때 기록 된 MEP가 그러한 근육이 일반적으로 그러한 그립을 위해 모집되기 때문에 ADM과 FDI 근육 촉진을 유도 할 수 있다고 가설. 반대로, 관찰된 제스처가 관찰자에서 동일하지 않은 보완제스처(즉, PG)를 유도할 때, FDI 근육에서 기록된 MEP만 활성화의 뚜렷한 증가를 밝혀야 한다. PG가 ADM 근육의 모집을 의미하지 않기 때문이다. 또한 관찰된 동작이 사회적 의미를 전달하지 않을 때 모든 작업 순서 에서 간단한 대칭 촉진 효과가 나타날 것으로 예상합니다.

Protocol

1. 비디오 자극의 준비

  1. 모델을 커미션하여 4개의 작업 시퀀스를 수행합니다.
    1. 처음 두 동작 시퀀스에서는 카메라를 향한 테이블에 모델을 앉습니다. 그녀의 근처 테이블에 세 개의 머그잔과 전경테이블의 반대편에 네 번째 머그잔을 놓습니다. 모델에게 설탕 숟가락을 향해 다가가서 행동을 시작하라고 지시한다.
    2. 세 개의 머그잔에 설탕을 부어 그녀의 행동을 시작하는 모델을 지시. 그녀가 세 번째 머그잔에 설탕을 붓는 것을 마쳤을 때, 모델에게 4번째 머그잔에 설탕을 붓고 자하는 것처럼 손목을 움직이라고 지시합니다.
    3. 세 개의 머그잔에 설탕을 부어 그녀의 행동을 시작하는 모델을 지시. 그녀가 세 번째 머그잔에 설탕을 붓는 것을 마쳤을 때, 모델은 손목을 움직이면서 원래 위치로 되돌려 놓습니다.
    4. 마지막 두 작업 시퀀스에서 는 카메라를 향한 테이블에 모델을 다시 한 번 앉습니다. 에스프레소 커피 컵 3잔을 근처 테이블에 올려놓고, 네 번째 커피 컵을 전경테이블 반대편에 놓습니다. 모델에게 보온병을 향해 다가가서 보온병을 움켜쥐어 행동을 시작하라고 지시한다.
    5. 세 가지 에스프레소 커피 컵에 커피를 부어 그녀의 행동을 시작 모델에게 지시. 그녀가 세 번째 컵에 커피를 붓는 것을 마쳤을 때, 모델은 마치 네 번째 컵에 커피를 붓려는 것처럼 손목을 움직이게하십시오.
    6. 세 가지 에스프레소 커피 컵에 커피를 부어 그녀의 행동을 시작 모델에게 지시. 그녀가 세 번째 컵에 커피를 붓는 것을 마쳤을 때, 모델은 손목을 움직이면서 원래 위치로 되돌려 놓습니다.
  2. 정밀 그립(PG)을 사용하여 모델에게 설탕 숟가락을 집어 들고 잡도록 지시합니다. 즉, 검지 손가락으로 엄지 손가락의 반대) 전체 손 손 잡기 (WHG를 사용하여 자연적인 방법으로 보온병을 집어 들고 유지; 즉, 다른 손가락으로 엄지 손가락의 반대).
  3. 각 비디오 클립의 시작 부분에서 모델에게 그녀의 손이 테이블에 놓이기 쉬운 위치에 있음을 보여 달라고 지시합니다.
    1. 모델이 약 900msec 후에 도달 - 투 - grasp 움직임을 시작할 수 있도록 준비합니다.
    2. 모델의 손가락으로 약 450msec 후에 첫 번째 오브젝트와 접촉하도록 정렬합니다.
    3. 모델이 그녀의 손을 움직이기 시작하여 나중에 두 번째 액션 단계 5,000 msec을 수행하십시오.
  4. 디지털화 기술을 사용하여 모델의 움직임에 대한 후hoc 역학 분석을 수행합니다.
    1. 모델의 손목에 마커를 수동으로 할당하여 각 움직임, 프레임프레임을 프레임으로 표시합니다.
    2. 모델의 움직임을 추적합니다. 궤적 편차를 정확히 찾아 : 손 궤도가 사회적, 비 사회적 조건에 대한 다양화하기 시작하는 순간. TMS 자극 타이밍으로 동작 시퀀스를 특징으로 하는 가장 눈에 띄는 운동 이벤트를 잠급니다.

2. 악기 준비

  1. 4개의 소결된 Ag/AgCl 양극성 및 1개의 단극성 표면 전극(15kΩ, 1.5mm 터치 방지 안전 소켓)을 센서 영역(9mm 직경)과 연결하여 주 EMG 증폭기에 연결된 절연 휴대용 ExG 입력 상자에 연결합니다. 신호 전송을 위한 트윈 광섬유 케이블을 권장하지만 필수는 아닙니다.
  2. 개별 휴식 모터 임계값(rMT) 평가, 비디오 자극 및 TMS 자극의 프리젠테이션은 모니터가 있는 PC에서 실행되는 E-Prime 프레젠테이션 소프트웨어에 의해 EMG 등록과 동기화된 스크립트(해상도 1,280 x 1,024 픽셀, 새로 고침 빈도 75Hz, 배경 휘도 0.5 cd/m2)를눈 높이로 설정합니다.
  3. 각각 500msec및 1,000msec의 단일 프레임 시리즈(각 30msec, 30fps)와 첫 번째 및 마지막 프레임을 선택하여 애니메이션 효과를 얻을 수 있습니다.

3. 참가자 모집

  1. 정상 또는 수정된 투-normal 비전을 가진 오른손잡이 참가자만 모집하십시오. 표준 손수 재고 설문지(31)를사용하여 손여부를 확인하십시오.
  2. 후보자 중 한 명이 TMS32,33에대한 금기 사항이 있는지 확인합니다.
    1. 정상적인 발작 위험보다 높은 피험자를 제외 (간질의 개인 / 가족사에 따라, 신경 외과, 뇌 손상) 또는 TMS의 주요 알려진 건강 위험이 발작 유도라는 사실에 비추어 신경 활성 약물을받고.
    2. 태아에 TMS의 위험이 알려지지 않은 것으로 임산부를 제외.
  3. 모든 참가자에게 연구에 대한 기본 정보를 제공하고 서면 정보에 입각한 동의서에 서명하도록 요청하십시오.
  4. 아마도 음쇠가 많은 패라데이 룸에서 실험을 수행 : 이것은 권장하지만 의무는 아닙니다.
  5. 참가자가 편안한 안락의자에 앉게 하십시오.
  6. 오른팔을 팔 전체에 대고 놓습니다.
  7. 참가자의 머리를 머리 받이에 고정합니다. 화면에서 눈 거리는 자극 프리젠 테이션의 크기에 기초하여 결정되어야한다.
  8. 코일의 전류 의 급격한 변화 속도가 변화하는 자기장을 유도 할 수 있기 때문에 참가자에게 모든 금속 물체 (귀걸이, 목걸이 등)와자기장 (휴대 전화, 신용 카드)에 민감한 물체를 제거하도록 요청하십시오.
  9. 참가자들에게 시각적 자극을 주의 깊게 관찰하고 좋은 수준의 주의를 유지하도록 지시한다. 그들은 내용에 대해 나중에 질문할 것이라고 설명한다.

4. TMS 자극 및 MEP 녹음

  1. 최대 자발적근육 활성화 시 송동에 의한 전극과 FDI 근육을 통해 포지셔닝해야 하는 위치를 결정합니다. 모든 전극 위치(지면용)에 대해 피부를 청소하십시오. 고즈 패드를 사용하여 연마성 피부 준비 젤을 전체 부위에 발라주세요. 피부에 가볍게 문지르고 깨끗한 거즈 패드로 과잉을 제거하십시오.
  2. 각 근육에 소량의 수용성 EEG 전도성 페이스트를 함유한 두 개의 표면 전극을 각 근육에 놓고 자체 부착 패드를 사용하여 피부에 부착합니다.
    1. 오른쪽 ADM 및 FDI의 근육 배와 ipsilateral metacarpophalangeal 관절 위에 기준 전극을 배치하여 배힘 몽타주를 수행합니다. 참가자의 왼쪽 손목에 전도성 페이스트를 포함하는 단일 접지 전극을 부착합니다.
    2. 전극을 ExG 입력 상자의 공통 입력에 연결하고 임피던스 값을 확인합니다. 임계값(>5 Ω)을 초과하는 경우 피부를 다시 준비합니다.
  3. Magstim 200 자극제에 연결된 70mm 피규어 8코일을 사용하여 핸드 영역에 대응하는 왼쪽 1차 모터 피질(M1)을 오버링하는 두피에 단일 펄스 TMS를 전달합니다.
    참고: 기본 TMS 자극기는 전력원, 에너지 저장 요소 및 장비 작업자의 제어 입력을 허용하는 프로세서에 의해 정밀하게 제어되는 고출력 스위치로 구성됩니다. TMS 자극기의 근본적인 작동 메커니즘은 인접한 전도성 물질(예: 피질 조직)에서 전류를 유도할 수 있는 변화하는 자기장을 만드는 것이다. 조직 자극은 자기 플럭스밀도(34)의변화의 시간 속도에 비례하는 조직에 충분한 밀도의 전류를 유도하여 유발된다. 8개의 코일을 가진 유도된 전기장의 상주선은 타원형을 형성하며, 긴 축은 코일접합(35)에서전류 흐름의 방향과 평행한다.
    1. 코일을 중앙 설커스에 대하여 45° 각도로 놓고 중앙 설커스에 대하여 수직으로 배치한다: 뇌의 유도전류가 중앙황액36,37에약 수직으로 흐르면 가장 낮은 모터 임계값이 달성된다.
    2. 좌측 및 소경을 가리키는 손잡이를 가지고중앙자이루스(38)를통해 후방 전방 뇌 전류를 유도한다. 낮은, 하지만 초라 임계값, 자극 강도, TMS 유도 전류 는 코르 티 코 피오 척추 뉴런에 직간접적으로 투영 인터뉴런의 우선 축삭 흥분. 억제및 흥분성 시냅스는 모두 활성화되지만, 이러한 자극 이력에서 그물 효과는 코르티코피오스피현 뉴런에서 시냅스 후 전위입니다.
    3. 열등한 전두엽 자이러스의 파산구산구에 최적의 두피 위치(OSP)를 찾습니다. OSP에 약간 초라 임계값 강도의 자극은 변함없이 모순ADM 및 FDI 근육에서 MEP 활동의 최고 수준을 생성한다.
    4. 10-20 국제 시스템(C3 위치에 대응하는 자극 부위)을 사용하여 손 근육에서 모터 에서 유발된 전위(MEP)를 유도하기 위한 OSP를 설정한 다음 코일의 교차를 목표 영역 주위약 0.5cm 단계로 이동하고 TMS 펄스를 일정한 강도로 전달합니다.
    5. 대상 영역이 올바르게 식별된 후, 일관된 포지셔닝을 유지하기 위해 기계적 지원을 사용하여 코일을 안정화합니다.
  4. 신경 탐색 시스템을 사용하여 전체 실험에서 일정한 코일 포지셔닝을 유지하고 데이터 수집 중에 참가자의 머리가 작은 움직임으로 인해 편견을 방지할 수 있습니다.
    1. 코일과 참가자의 머리에 패시브 구형 마커를 적용합니다.
    2. 광학 디지타이저를 사용하여 마커 위치를 기록하여 컴퓨터 화면에서 재현합니다.
    3. 공간 코일 위치 및 방향의 차이를 감지하고 각 카르테시안 좌표에 대해 2-3mm의 허용 오차를 채택합니다.
    4. 초기 및 실제 코일 배치와 관련하여 3차원 온라인 정보를 활용하여 필요할 때 실험 세션 중에 TMS 코일의 정확한 위치를 실시간으로 재배치할 수 있도록 합니다.
  5. OSP의 각 참가자에 대해 "개별 휴식 모터 임계값"(rMT)을 결정하기 위해 10회 연속 시험 중 5개에서 완화된 근육에서 신뢰할 수 있는 MEP(≥50 μV 피크-피크 진폭)를 생성하는 데 필요한 최소 자극 강도를 감지합니다. 덜 흥분 근육과 관련된 차동 변조의 손실을 피하기 위해 더 높은 임계 값 근육에 대한 OSP 및 rMT를 결정합니다.
  6. 전체 레코딩 세션 동안 자극 강도를 고정값(즉 rMT의 110%)으로 유지합니다.
  7. 밴드패스 필터(20Hz-1kHz)를 사용하여 원시 심모그래피 신호를 기록합니다. 증폭 후 신호(5kHz 샘플링 속도)를 디지털화하고 오프라인 분석을 위해 컴퓨터에 저장합니다.
  8. 참가자가 실험 세션 의 시작 부분에 컴퓨터 화면에 검은 색 배경에 흰색 고정 십자가를 수동적으로 보는 동안 10 MEP를 기록합니다.
  9. 실험 세션이 끝날 때 10개의 MEP를 더 기록합니다.
  10. TMS 펄스 후 오른쪽 ADM 및 FDI 근육으로부터 EMG 데이터를 5개의 가능한 시간 지점 중 하나에서기록(도 1)
    1. 모델의 손이 먼저 설탕 숟가락이나 보온병 (T1)과접촉할 때.
    2. 모델이 설탕 /커피를 세 번째 컵 / 머그잔 (T2)에붓는 것을 마칩니다.
    3. 모델이 세 번째 컵 / 머그잔 (T3)에서손을 당기기 시작하면.
    4. 모델의 팔이 시작 위치로 돌아가기 시작하거나 네 번째 컵/머그잔(각각 비사회적 및 사회적 조건)(T4)을향해 움직이기 시작합니다.
    5. 모델의 팔이 시작점으로 돌아오거나 네 번째 컵/머그컵(각각 비사회적 및 사회적 조건)(T5)에도달하면.
  11. 동영상 사이에 10초 의 휴식 간격을 삽입합니다. 나머지 간격의 처음 5초 동안 참가자들에게 조용히 완전히 편안한 손을 쉬게 하라는 메시지가 표시됩니다. 메시지가 사라지면 고정 십자가가 나머지 5초 동안 나타나도록 정렬합니다.

5. 브리핑 해제

  1. 세션이 끝날 때 실험 설계에 대한 자세한 정보를 참가자에게 제공합니다.

6. 데이터 분석

  1. 후 장학 운동 분석을 수행합니다.
    1. x 축과 y축을 수평 및 수직 방향으로 식별하는 참조 프레임을 설정하고 비디오 샘플 프레임별 프레임을 분석합니다.
    2. 카메라의 시야와 무브먼트 평면에서 참조 단위 측정으로 알려진 길이를 사용합니다.
    3. 모델의 손목에 마커를 할당하여 암 운동학을 측정합니다.
    4. 시작 위치를 모델의 오른손이 테이블에서 경향이 있는 위치에 있는 시간으로 정의합니다. 공간과 시간의 손목 궤적을 추적하고, 궤적 경로를 추출하고, 모델의 이중 스텝 액션을 특징으로 하는 눈에 띄는 운동 이벤트를 식별합니다.
  2. EMG 데이터를 분석합니다.
    1. 참조 마커(TMS 자극)에 상대적인 동일한 길이의 각 근육에 대한 EMG 추적을 다른 세그먼트(epochs)로 분할한다. TMS 펄스가 전달되고 TMS 펄스 후 200msec전에 시간 창을 100msec로 설정합니다. 이렇게 하면 가능한 배경 활동을 확인할 수 있습니다.
    2. EMG의 각 채널에서 모든 세그먼트에서 피크를 검색하기 위해 정확한 시간 프레임 범위(예: 10-40 msec)를 선택합니다.
    3. 각 세그먼트 내에서 양수 및 음수 피크를 고려하여 최대 에서 최대까지 μV에서 EMG 곡선의 최대 진폭을 계산하는 알고리즘을 적용합니다.
    4. 배경 활동에 의해 MEP 측정을 오염하지 않도록 100 μV 이상의 배경 EMG 활동으로 시험을 제거합니다.
  3. 평균 피크 -투 - 피크 MEP 진폭을 평균 (이상값)에서 2 개 이상의 표준 편차를 이탈하는 것을 제외한 각 조건에 대한 각 조건에 대한 ADM 및 FDI 근육과 별도로 계산합니다.
  4. 실험 세션의 시작과 끝에 고정 된 교차 기준 시험 동안 각 참가자의 각 근육에서 기록 된 MEP 진폭의 두 시리즈를 비교하여 TMS와 관련된 코르티코피날 흥분성 변이를 확인합니다. 또한 두 계열의 평균 진폭을 통해 각 근육의 데이터 정규화 절차에 대한 개별 기준값을 별도로 설정할 수있습니다(39).
  5. 참가자의 개별 기준값을 이용한 계산비율 값(MEP 비율= MEP 획득/MEP기준선) 39.

Representative Results

작업 관찰 중 CS 흥분성을 평가하는 TMS/MEP 기술의 효능은 ADM 및 FDI 근육 모두에 대한 최적의 두피 위치를 찾는 데 달려 있습니다. 배꼽 힘줄 몽타주에 있는 표면 전극을 적용해야 하며 정기적인 단일 펄스 자극 패턴을 준수해야 합니다.

이 연구에서는, 결과는 30명의 참가자 (22명의 여성과 8명의 남성: 나이 = 21±5 년)의 견본에서 얻어졌습니다, 표준 손주 인벤토리에 따라 모든 오른손잡이인벤토리 31 및 정상 또는 수정된 정상 비전. 아무도 TMS에 어떤 금기32,33 또는 실험 도중 불편을 경험하지 않았습니다. 여기에 설명 된 실험 절차는 1964 년 헬싱키 선언의 원칙에 따라 윤리적 승인 (파도바 대학의 윤리위원회)을 부여하고 참가자는 서면 통보 된 동의를했다.

우리의 가설에 따르면, 상호 보완적인 행동의 필요성이 명백해질 때 기록된 MEP는 전경에 배치된 물체에 따라 변조되어야 합니다. 4번째 커피 컵이 PG를 수행하는 경향을 불러 일으키면 FDI 근육만 활성화되어야합니다. 그러나 4번째 머그잔을 향한 모델의 행동이 WHG를 불러 일으킬 때 ADM과 FDI 근육이 모두 활성화된 것으로 밝혀져야 합니다. FDI가 PG와 WHG 모두에 대해 모집되었기 때문에, 관찰된 손아귀의 유형면에서 MEP 변조는 예상되지 않았다. MEP는 모델이 처음에 보온병을 파악하는 시간에 관찰자의 손에서 기록되고, 또한, 예를 들어, ADM과 FDI 근육 모두에서 모터 촉진을 보여주어야 하며, 이는 WHG에 고전적으로 관여하는 근육입니다. 반대로, 그녀의 손이 네 번째 커피 컵을 향해 움직일 때 모델을 관찰하는 것은 단지 근육 (ADM이 아닌)이 PG에 관여하는 것처럼 FDI 근육 촉진만을 생성해야합니다.

상호 작용에 대한 요청을 암시적으로 포함하는 2단계 동작 시퀀스를 관찰하면 구경꾼의 코르티코스피날 활성에서 에뮬레이션에서 반응성으로 전환이 발생하여, 시험에서 전환이 일어난 정확한시기(그림 2).

모델의 손목이 네 번째 머그잔 (사회적 상태)을 향해 움직이기 시작한 순간, 관찰자의 ADM MEP에서 상호 행동을 예고하는 변형이 일어났습니다. 반대로, 모델의 손목이 원래 위치로 돌아가기 시작한 순간 관찰자의 MEP에서 에뮬레이션 행동을 예고하는 변형이 일어났습니다(비사회적 상태, 그림 3참조). 예상대로 FDI는 관찰된 모든 움직임과 시뮬레이션 된 작업에 적극적으로 관여했습니다 (그림 4 및 5참조). 그런 다음 이러한 결과에서 인간이 명시되기 전에도 사회적 또는 비사회적으로 행동을 코딩할 수 있습니다. 관찰자가 미묘한 운동 적 단서에 의해 제공되는 운동 정보를 발전시키기 위해 조율되어 있으며 미래의 행동 과정을 예측하는 데 사용할 수 있다는 결론을 내릴 수 있습니다. 여기에 설명 된 실험 세션 동안 참가자들은 단순히 거의 눈에 보이지 않는 운동 적 단서를 관찰하여 사회적 또는 비사회적 조건에 의해 자극 된 행동 사이에 차별 할 수 있음을 보여 주었다. 실험 수행 중, 코르티코피날 흥분성의 변조는 대화형 맥락에서 적절한 모터 프로그램을 활성화할 수 있는 용량의 신뢰할 수 있는 간접적인 척도였다.

Figure 1
그림 1. 여기서 각 시험 중에 일어나는 일련의 이벤트가 스키마화됩니다. 연속 경사 선은 전체 비디오 클립 프레젠테이션을 나타냅니다. 수평 선은 단일 TMS 펄스가 전달되었을 때 시간 점을 나타냅니다: T1(모델의 손이 컵/머그컵과 접촉할 때), T2(모델이 설탕/커피를 붓는 것을 마칠 때), T3(모델이 세 번째 컵/머그잔에서 손을 움직이기 시작하면), T4(모델이 모델 때') 손은 원래 위치로 돌아가거나 네 번째 컵 / 머그잔을 향해 이동하기 시작 - 보완 제스처에 대한 단서의 발병으로 간주), T5 (모델의 팔이 명확하게 원래 위치로 돌아 또는 네 번째 컵 / 머그잔을 향해 이동할 때 – 보완 제스처에 대한 단서의 끝으로 간주). 그림에 표시되지 않은 프레임(설탕 숟가락/보온병과 접촉하는 모델의 동작과 설탕/커피를 붓는 동작 사이의 시간이 완료됨)은 이중 경사 막대로 표시됩니다.

Figure 2
그림 2. 이 연구를 위해 촬영된 비디오 클립에서 추출된 프레임은 ADM 정규화된 MEP 진폭의 수단을 나타내는 그래프의 라인을 수반합니다. WHG가 필요한 PG 및 사회적 정밀 그립 동작이 필요한 사회적 손 손 잡기 움직임이 도시되어 있습니다(각각 흑백). 막대는 수단의 표준 오류를 나타냅니다.

Figure 3
그림 3. 이 연구를 위해 촬영된 비디오 클립에서 추출된 프레임은 ADM 정규화된 MEP 진폭의 수단을 나타내는 그래프의 라인을 수반한다. WHG가 필요한 PG 및 비사회적 정밀 그립 동작이 필요한 비사회적 손 손 잡기 운동이 도시되어 있습니다(각각 흑백). 막대는 수단의 표준 오류를 나타냅니다.

Figure 4
그림 4. 이 연구를 위해 촬영된 비디오 클립에서 추출된 프레임은 FDI 정규화된 MEP 진폭의 수단을 나타내는 그래프의 라인을 수반한다. WHG가 필요한 PG 및 사회적 정밀 그립 동작이 필요한 사회적 손 손 잡기 움직임이 도시되어 있습니다(각각 흑백). 막대는 수단의 표준 오류를 나타냅니다.

Figure 5
그림 5. 이 연구를 위해 촬영된 비디오 클립에서 추출된 프레임은 FDI 정규화된 MEP 진폭의 수단을 나타내는 그래프의 라인을 수반한다. WHG가 필요한 PG 및 비사회적 정밀 그립 동작이 필요한 비사회적 손 손 잡기 운동이 도시되어 있습니다(각각 흑백). 막대는 수단의 표준 오류를 나타냅니다.

Discussion

행동 관찰 중 인간의 CS 흥분성 에서 변조를 측정하는 가장 중요한 단계는 다음과 같습니다 : 1) 에뮬레이션 및 보완 적 반응을 모두 기대하는 관찰자에서 행동 경향을 유도하는 비디오 클립을 설계 / 촬영; 2) 모델에 대한 다양한 단계를 특징으로 하는 운동적 이벤트를 결정하여 TMS 자극을 시간 락으로 결정하는 단계; 3) 각 손 근육에 대한 최적의 두피 위치를 식별하고 실험 전반에 걸쳐 일관된 위치를 유지; 4) 자극된 근육으로부터 EMG 활성을 적절히 등록합니다.

TMS/MEP 기술을 이용한 이전 연구는 행동 관찰으로 인한 코르티코스피탈 활성화가 모방적 편견을 변함없이 보유하지는 않지만, 문맥적 요인에 따라 보완적인 행동을 위한 주요 모터활성화(29,30)를확인할 수 있음을 보여주었습니다. 단일 펄스 TMS 연구는 상호 보완적인 요청이 포함된 2단계 동작 서열을 관찰하면 참가자의 코르티코피날 활성에서 에뮬레이션에서 응답성으로 전환하라는 메시지가 표시됩니다. 이 연구는 스위치가 정확히 언제 발생하는지 보여줌으로써 한 걸음 더 나아가 인간이 보완적인 반응의 필요성/요청을 알리는 조숙한 운동 신호를 관찰하여 행동의 사회적 의도를 예상할 수 있음을 보여줍니다. 사전 이동 정보는 실제로 관찰자가 그 뒤에 의도에 대한 추론을하기에 충분합니다. 기본 행동 관찰 메커니즘은 사회적 맥락에 포함된 복잡한 요청에 가단적이고, 신속하고, 민감해 보입니다. 향후 연구는 처리가 직렬 또는 병렬인지 분석하기 위해 계속될 것입니다. 여기에 사용된 것과 같은 패러다임을 사용하는 신경 이미징 연구는 이 과정을 더욱 명확히 할 수 있을 것이며, 에뮬레이션에서 상호주의로 이동하는 능력의 근간이 되는 피질 네트워크를 분리할 수 있을 것입니다.

이러한 결과는 또한 CS 흥분성 및 모터 시스템 가소성을 연구하기 위해 TMS/EMG 기술의 향후 응용 프로그램에 대한 방법을 가리킬 것입니다. 수많은 연구는 이미 모터 피질 기능의 TMS 측정이 안전하고 신뢰할 수 있으며 임상 설정40.46에서잠재적으로 유용하다는 것을 보여주었습니다. MEP 진폭의 종방향 비교는 실제로 모터 피질 가소성 효과에 대한 직접적인 평가를 제공할 수 있습니다.

최근 연구에 따르면 행동 관찰은 운동 적자의 뇌졸중 후 재활에 긍정적인 영향을 미치며, 운동제어(47)를재활해야 하는 개인의 모터 영역을 재활성화하는 데 유익하게 활용될 수 있다고 보고했습니다. 상호 보완적인 행동 관찰 치료 전략은, 이렇게, 손상된 운동 기술을 재활성화하기 위하여 보완적인 제스처의 관찰의 사용을 만드는 개발될 수 있었습니다. 운동 동작이 내부 및 외부 요인의 결과인 경우 이러한 유형의 환자를 재활하는 것을 목표로 하는 교육 프로토콜에 작업 관찰을 포함시켜야 합니다. 일상적인 행동과 신체 적 실천을 관찰하면 보다 효과적인 재활 전략으로 가는 길을 열 수 있습니다. 지금까지, 더욱이, 기능적 또는 주관적인 스케일과 같은 간접적인 측정만이 임상 개선을 평가하기 위해 사용되었습니다. 향후 TMS/EMG 평가에서는 이들 환자의 기능적 개선을 측정하는 데 활용할 수 있다.

결론적으로, 이 연구는 다른 사람의 행동을 관찰할 때 구경꾼의 해당 근육과 어떤 방식으로 피시코피탈 흥분성이 사회적 맥락에서 변조되는지를 묘사합니다. 또한 TMS에 의해 발생되는 모터 잠재력이 작업 관찰 중에 CS 흥분성 및 변조의 안전하고 신뢰할 수 있는 지표임을 확인합니다.

Disclosures

공개할 것은 없습니다.

Acknowledgments

루이사 사르토리는 유니버시타 데글리 스튜디 디 파도바, 반도 조바니 스튜디오시 2011, L. n.240/2010의 보조금으로 지원되었다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Transcranial Magnetic Stimulator Magstim
BrainAmp MR system for EMG acquisition Brain Products
Softaxic Optic system for stereotaxic neuronavigation E.M.S.

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Sartori, L., Betti, S., Castiello, U. Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation. J. Vis. Exp. (82), e51001, doi:10.3791/51001 (2013).

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