Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

En emerging Target Paradigm at fremkalde Hurtig Visuomotor Svar på Human Upper Limb Muskler

Published: August 25, 2020 doi: 10.3791/61428
Automatic Translation
1,4, 2,4, 1,2,3,4
1Graduate Program in Neuroscience, Western University, 2Department of Physiology and Pharmacology, Western University, 3Department of Psychology, Western University, 4Robarts Research Institute

Summary

Præsenteret her er en adfærdsmæssig paradigme, der fremkalder robust hurtig visuomotor svar på menneskelige øvre lemmer muskler under visuelt guidede rækker.

Abstract

For at nå frem til et set objekt skal visuelle oplysninger omdannes til motorkommandoer. Visuelle oplysninger såsom objektets farve, form og størrelse behandles og integreres inden for mange hjerneområder, så i sidste ende videresendes til motorens periferi. I nogle tilfælde er der behov for en reaktion så hurtigt som muligt. Disse hurtige visuomotoriske transformationer, og deres underliggende neurologiske substrater, er dårligt forstået hos mennesker, da de har manglet en pålidelig biomarkør. Stimulus-låste responser (SPEJLrefleksangivelser) er korte latenstid (<100 ms) byger af elektromyografisk (EMG) aktivitet, der repræsenterer den første bølge af muskelrekruttering påvirket af visuel stimulus præsentation. Spejlrefleksler giver en kvantificerbar produktion af hurtige visuomotoriske transformationer, men spejlrefleksler er ikke blevet konsekvent observeret i alle forsøgspersoner i tidligere undersøgelser. Her beskriver vi et nyt, adfærdsmæssigt paradigme med den pludselige fremkomsten af et bevægeligt mål under en forhindring, der konsekvent fremkalder robuste spejlrefleksler. Menneskelige deltagere genereret visuelt guidede når mod eller væk fra det nye mål ved hjælp af en robot manipulandum, mens overfladeelektroder registreres EMG aktivitet fra pectoralis store muskel. I forhold til tidligere undersøgelser, der undersøgte spejlrefleksler ved hjælp af statiske stimuli, de spejlrefleksler fremkaldt med denne nye målparadigme var større, udviklet sig tidligere, og var til stede i alle deltagere. Nå reaktionstider (RTs) blev også fremskyndet i den nye mål paradigme. Dette paradigme giver mange muligheder for ændring, der kunne tillade systematisk undersøgelse af virkningen af forskellige sensoriske, kognitive, og motoriske manipulationer på hurtige visuomotoriske reaktioner. Samlet set viser vores resultater, at et spirende målparadigme er i stand til konsekvent og robust at fremkalde aktivitet inden for et hurtigt visuomotorisk system.

Introduction

Når vi bemærker en besked på vores mobiltelefon, bliver vi bedt om at udføre en visuelt guidet rækkevidde for at hente vores telefon og læse beskeden. Visuelle funktioner såsom formen og størrelsen af telefonen er omdannet til motorkommandoer giver os mulighed for at nå målet. Sådanne visuomotoriske omdannelser kan undersøges under laboratorieforhold, som muliggør en høj grad af kontrol. Der er dog scenarier, hvor responstid er vigtig, f.eks. Laboratorieundersøgelser af hurtig visuomotorisk adfærd er ofte afhængige af fordrevne målparadigme, hvor de fordrivlede bevægelser ændres midt i flyvningen efter en vis ændring i målpositionen (f.eks. se ref.1,2). Mens sådanne online korrektioner kan forekomme i <150 ms3, er det vanskeligt at fastslå den nøjagtige timing af hurtig visuomotorouting ved hjælp af kinematik alene på grund af den lave-pass filtrering egenskaber af armen, og fordi hurtig visuomotorout udgang erstatter en bevægelse allerede i midten af flyvningen. Sådanne komplikationer fører til usikkerhed om de underlag, der ligger til grund for hurtige visuomotoriske reaktioner (se ref.4 til gennemsyn). Nogle undersøgelser tyder på, at subkortikale strukturer såsom den overlegne colliculus, snarere end fronto-parietal kortikale områder, kan indlede online korrektioner5.

Denne usikkerhed med hensyn til de underliggende neurale substrater kan skyldes, i det mindste delvist, manglen på en pålidelig biomarkør for produktionen af det hurtige visuomotoriske system. For nylig har vi beskrevet et mål for hurtige visuomotoriske reaktioner, der kan genereres fra statiske stillinger og registreres via elektromyografi (EMG). Stimulus-låste svar (SPEJLreflekser) er tid låst byger af EMGaktivitet,der går forud for frivillig bevægelse6,7, udvikler sig konsekvent ~ 100 ms efter stimulus debut. Som navnet antyder, er spejlrefleksler fremkaldt af stimulus debut, vedvarende, selv om en eventuel bevægelse tilbageholdes8 eller bevæger sig i den modsatte retning9. Desuden er spejlrefleksler fremkaldt af målforskydning i et dynamisk paradigme forbundet med kortere latenstid online korrektioner10. Spejlrefleksanordning udgør således en objektiv foranstaltning til systematisk at undersøge produktionen af et hurtigt visuomotorisk system, der er involveret i korte latency RT'er, da de kan genereres fra en statisk kropsholdning og fortolkes fra andre EMG-signaler, der ikke er relateret til den indledende fase af den hurtige visuomotoriske reaktion.

Målet med den nuværende undersøgelse er at præsentere en visuelt styret nå paradigme, der robust fremkalder spejlrefleksler. Tidligere undersøgelser af SLR har rapporteret mindre end 100% påvisning satser på tværs af deltagerne, selv når du bruger mere invasive intramuskulæreoptagelser 6,8,9. Lave detektionsrater og en afhængighed af invasive optagelser begrænser nytten af SLR-foranstaltninger i fremtidige undersøgelser af det hurtige visuomotoriske system ved sygdom eller i hele levetiden. Mens nogle emner kan simpelthen ikke udtrykke spejlrefleksler, stimuli og adfærdsmæssige paradigmer, der anvendes tidligere, kan ikke have været ideel til at fremkalde SLR. Tidligere rapporter om spejlrefleksler har typisk brugt paradigmer, hvor deltagerne genererer visuelt guidede når mod statisk, pludselig optræder mål6,9. Men, en hurtig visuomotor system er den mest sandsynlige behov for scenarier, hvor man skal hurtigt interagere med en faldende eller flyvende objekt, fører en til at spekulere på, om at flytte snarere end statisk stimuli bedre kan fremkalde spejlrefleksler. Derfor har vi tilpasset et bevægeligt målparadigme, der bruges til at studere øjenbevægelser11, og kombineret det med en pro/anti visuelt styret nå opgave, der anvendes til at undersøge SLR9. Sammenlignet med resultater fra paradigmer, deranvendes tidligere 6,8,9, blev det konstateret, at spejlrefleksler i den nye målparadigme udviklet sig hurtigere, nået højere størrelser, og var mere udbredt på tværs af vores deltager prøve. Samlet set fremmer det nye målparadigme udtryk for hurtige visuomotoriske reaktioner i en sådan grad, at objektive EMG-foranstaltninger kan gøres pålideligt med overfladeoptagelser, forstærkende undersøgelse inden for kliniske populationer og i hele levetiden. Yderligere, den nye målparadigme kan ændres på mange forskellige måder, fremme mere grundige undersøgelser af de sensoriske, kognitive, og motoriske faktorer, der fremmer eller ændrer hurtige visuomotoriske reaktioner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle procedurer blev godkendt af Health Science Research Ethics Board ved University of Western Ontario. Alle deltagere gav informeret samtykke, blev betalt for deres deltagelse og kunne til enhver tid trække sig ud af eksperimentet.

1. Forberedelse af deltager

BEMÆRK: En lille stikprøve af raske, unge deltagere blev undersøgt (3 kvinder, 2 mandlige; gennemsnitsalder: 26 år +/- 3,5). Alle deltagere var højrehåndede og havde normal eller korrigeret til normal syn, uden nuværende visuelle, neurologiske eller bevægeapparatet lidelser. Deltagere med en historie af muskel-og knogleoverekstremiteter skade eller lidelser blev udelukket.

  1. Påfør EMG sensorer til den målrettede øvre lemmer muskel involveret i at nå bevægelse, der studeres. Her blev EMG-optagelser lavet af clavicular lederen af højre pectoralis store muskel, som er rekrutteret til cross-body (venstre) nå.
    BEMÆRK: Optagelser kan foretages fra andre muskler i overlestremterne, eller fra den sternal eller laterale del af pectoralis store muskel.
    1. Visualisere målet muskel ved at anmode om en handling kendt for at rekruttere muskel af interesse. For clavicular hovedet af pectoralis store muskel, bede deltageren til at slappe af deres albuer på deres sider og skubbe deres håndflader sammen. Hvis der har svært ved at visualisere målet muskel, palpere det område af interesse, mens deltageren gentagne gange udføre den ønskede handling, og målrette områder med bemærkelsesværdige ændringer i musklen for elektrode placering.
      BEMÆRK: Visualisering refererer til identifikation af målmusklen, via at se musklens form gennem den overliggende hud, da deltageren udfører en handling, der rekrutterer musklen. Visualisering hjælper lokalisering af målet muskel.
    2. Brug alkohol svaberprøver, rense hudens overflade over målet muskel, hvor elektroden vil blive placeret, og også over det område, hvor en jord elektrode vil blive placeret.
    3. Forbered overfladesensorerne ved at anvende klæbemidler og elektrodegel.
    4. Bed deltageren om at udføre den handling, der er forbundet med muskelrekrutteringen igen, og klæbe sensorer over muskelmaven, placere dem til at ligge parallelt med retningen af fibrene i den målrettede muskel. Læg jordelektroden på kravebenet kontralateralt til den nånde arm. Sikre sensorer og jordelektroder til den omgivende hud med medicinsk tape. Tænd for EMG-systemet for at give mulighed for EMG-samling under hele eksperimentet.
      BEMÆRK: Efter placeringen af EMG-elektroderne indsamles EMG-data passivt og kontinuerligt under hele eksperimentet via EMG-systemet og gemmes som en analog datastrøm til senere analyse.
    5. Kontroller kvaliteten af EMG-signalet ved hjælp af en skrivebordsskærm eller et oscilloskop, der er tilsluttet EMG-systemet. For at bestemme den passende kvalitet skal deltageren udføre en nånde bevægelse ind i eller modsat fra den foretrukne retning af interessemusklen og sikre, at EMG-aktiviteten stiger eller falder. Hvis der ikke er nogen aktivitet i hvile, skal du sikre dig, at EMG-aktiviteten ikke øges for bevægelse i den ikke-foretrukne retning.
      BEMÆRK: Muskelsignalkvaliteten fra overfladeelektroder afhænger af mange egenskaber (f.eks. idiosynkratisk fordeling af fedtvæv, emnestilling). Den maksimale EMG-aktivitet i forbindelse med bevægelse i den foretrukne (kontraherende) retning anbefales at være mindst 2 x aktivitetsniveauet i hvile, men bør være betydeligt højere.
    6. Flyt elektroderne, hvis det er nødvendigt, for at sikre, at disse aktivitetsniveauer overholdes. Lad visningsmonitoren eller oscilloskopet være tilsluttet under hele eksperimentet for løbende at overvåge EMG-output.
  2. Opsæt den specifikke deltager med de anvendte EMG-sensorer i et robotgående apparat, der gør det muligt at nå bevægelser i et vandret plan og anvendelse af kraft på manipulandum.
    BEMÆRK: Tilføjelse kraft mod muskel af interesse øger baggrundsaktiviteten, giver mulighed for udtryk for SLR som en stigning eller fald i muskelaktivitet efter stimulus præsentation i musklen foretrukne eller ikke-foretrukne retning, henholdsvis. Et niveau af basisaktivitet er især nyttigt i den ikke-foretrukne retning, da baseline og ikke-foretrukne målaktivitet ikke kan skelnes uden en baggrundsbelastningskraft. En anvendt kraft på 5N til højre og 2N kraft ned (modsat et venstremål præsenteret mål i forhold til startpositionen) i hele eksperimentet kan være tilstrækkelig. Kraften skal forblive konstant under hele forsøget, så lavere kræfter kan anvendes, hvis det er nødvendigt.
    1. Sæde deltageren i den eksperimentelle stol, prioritering deltager komfort med hensyn til den ekstra tvunget mod lemmer for at minimere ændringer i kropsholdning i hele forsøget.

2. Stimuli konstruktion / apparat

  1. Generer alle eksperimentelle procedurer og stimuli i robotopnåetapparatet med et indbygget visuelt display.
    BEMÆRK: Sørg for, at robotudgangsapparatet er udstyret med en grænseflade mellem visuel udgang og manipulandummotoroutput, der muliggør samtidig analog (f.eks. manipulandum-position, fotodiodeudgang) og EMG-optagelser. Sørg for, at dette apparat er udstyret med software, der kan køre blokke af individuelle, forprogrammerede forsøg med alle forprogrammerede visuelle komponenter. Den indbyggede visuelle skærm kan være en standardskærm eller en tilpasset projektor af høj kvalitet. Projektorer af højere kvalitet anbefales dog for at sikre tidsmæssig og visuel opløsning af det viste mål.
    1. Generer de 4 primære komponenter i det nye målparadigme (se Supplerende figur 1) via indbygget software, der driver det visuelle display.
      BEMÆRK: Komponenter bør alle genereres via indbygget software, der projicerer de angivne komponenter på det visuelle display under hver dataindsamlingssession. Hver komponent indtastes manuelt i softwaren, som transformerer inputkoordinater for figurer til figurer, der ses på det visuelle display. En komplet kodning af alle komponenter og målbevægelser sker før dataindsamlingen, derfor kræves der ingen experimenter intervention af paradigmet under dataindsamlingen, da paradigmet kører automatisk baseret på deltagerens svar. Der henvises til følgende koordinater (rapporteret i cm) i forhold til midtpunktet af de to robot manipulandum-oprindelser i det robotoprækkende apparat, der anvendes til at indsamle data fra deltagere i det aktuelle manuskript. Alle komponenter i paradigmet er synlige for deltageren under hvert forsøg, bortset fra startpositionen, som forsvinder efter udseendet af det bevægelige mål. Et andet apparat kan bruge en anden referenceramme.
      1. Generér en omvendt y-sti ved manuelt at indtaste koordinater for seks rektangler med følgende koordinater (y: - 19 (toppen af omvendt y) eller -34 (nederst i omvendt y), x:-/+2 (indre, nederst omvendt y), -/+8 (ydre bund omvendt y); bredde 0,5 højde: 20 (øverst) eller 15 (nederst)).
      2. Generer en okklusivere ved manuelt at indtaste koordinater for et stort rektangel (centreret ved: 0, -29; bredde: 35 højde: 15) overlejring af midten af den omvendte y-sti. Farven på denne okklusiv kan variere fra prøveversion til retssag, hvilket giver en instruktion til deltageren.
        BEMÆRK: Okkluderen indeholder et hak skåret ud på midten bunden mellem de to udgange (0, -29; bredde: 5 højde: 5). Deltageren instrueres i at: "fiksere hakket, mens et mål er bag okkluderen". Dette sikrer øjet er stabilt på mål fremkomsten. Okkluderen vil enten være farvet rød eller grøn i begyndelsen af hver retssag.
      3. Generer et bevægeligt mål ved manuelt at indtaste koordinater for en cirkel, som i sidste ende vil bevæge sig ned ad den omvendte y og bag okklyden (start: 0, -17; radius: 1; hastighed: 10 cm/s, hastighed bag okklyd: 30 cm/s).
        BEMÆRK: Det bevægelige mål (T1) er synligt og stationært i begyndelsen af hvert forsøg.
      4. Generer, hvordan målet vil bevæge sig i softwaren ved at angive x og y koordinater for målbevægelse.
        BEMÆRK: Målhastigheden beregnes ud fra afstanden mellem de efterfølgende x- og y-koordinater. Korrekt præsentation af målbevægelse afhænger af softwarens og det visuelle displays evne til at opdatere hver x og y position korrekt hurtigt efter hinanden. I softwaren skal du ændre status for det bevægelige mål til "usynlig for deltageren", når målets x- og y-position er flyttet helt under okkluderen, indtil x- og y-positionen er helt kommet ud af okkluderen.
      5. Generér en startposition (0, -42; radius 1). Deltageren skal erhverve denne stilling for at indlede hvert forsøg.
    2. Generer en realtidsmarkør (RTC), der repræsenterer deltagerens håndposition på skærmen i realtid.
      BEMÆRK: Deltagerens hånd/arm blev tilstukne under forsøget via et opadvendt spejl, der afspejlede nedadgående mål. Dette kan gøres via indbyggede softwarefunktioner, der er specifikke for apparatet, hvilket placerer et mål over toppen af de løbende opdaterede x- og y-koordinater for hånden.

3.

  1. Klik på "Starte" på den tilhørende software, der præsenteres på eksperimentatorens skærm, som igangsætter den første prøveperiode og kraft, der genereres af det robotoprækkende apparat, der anvendes på deltagerens overekstremitet.
    BEMÆRK: Når eksperimentatoren klikker, kræves der ingen indgriben af eksperimentatoren, før mellem blokke, hvor eksperimentatoren skal trykke på start igen. Forsøgsintervention kan også være påkrævet, hvis EMG-signalet konstant overvåges, eller hvis deltageren ikke er i stand til at gennemføre forsøget. Alle forsøg bør stoppes øjeblikkeligt, hvis der opstår en nødsituation. Kraft, der anvendes på deltagerens hånd, stoppes automatisk, hvis deltageren slipper håndtaget via indbyggede opgaveprogrammer. Det anbefales, at der anvendes et apparat med en knap til at afslutte forsøget i nødsituationer.
    1. Mundtligt instruere deltageren til at starte den første retssag ved at bringe RTC (angivet ved placeringen af manipulandum) i startpositionen (T0) for en variabel varighed på 1- 1,5 s. Den okkluder skifter farve til at instruere emnet, at den kommende retssag kræver en pro- eller anti-reach.
      BEMÆRK: At bringe RTC ind i T0 indleder hvert forsøg. Hvis deltageren forlader T0-startpositionen før det foreskrevne tidspunkt, starter forsøget igen, når RTC er tilbage i T0.
    2. Sørg for, at det bevægelige mål (T1), som stod stille og synligt for deltageren øverst på det omvendte y (2.1.1.3), begynder at bevæge sig mod deltageren langs den omvendte ys vej, som blev indledt af deltageren, der bragte RTC ind i T0 i det foregående trin.
      BEMÆRK: Når T1 begynder at bevæge sig, forsvinder T0. Der er ingen begrænsninger på deltagerens arm efter dette tidspunkt, men deltageren er instrueret om at holde sig inden for de forestillede rammer T0.
    3. Sørg for, at T1 bevæger sig bag okkluderet og er usynlig for deltageren. I løbet af dette interval fastholder deltageren håndposition ved forestillet T0.
    4. Sørg for, at T1 bevæger sig bag okkluderet med en konstant hastighed på 30 cm/s langs y-aksen mod deltageren. Når T1 når halvdelen af okkluderens længde, bifurcates den langs en af de omvendte y-udgange med en ekstra x-hastighedskomponent. Således er hastigheden langs y aksen holdes konstant. Målet forsvinder for en konstant forsinkelse på ~ 0,5 s, med forsinkelsen afhængigt af størrelsen af okkluderen og hastigheden af T1 bevægelse.
    5. Når T1 når kanten af okkluderen tættest på deltageren, skal du sikre dig, at softwareprogrammet ikke præsenterer T1 som spirende ved at glide forbi kanten af okkluderen, da det i første omgang ville udgøre en "halvmåne"-stimulus til det visuelle system. I stedet skal du kontrollere, at programmet holder T1 usynlig, indtil det fulde mål er opstået, og derefter præsenterer det for deltageren.
      BEMÆRK: Dette gøres for at kontrollere for visuelle behandlingseffekter af delvise stimuli, især hvis der anvendes forskellige hastigheder af mål, som ville krydse grænsen på forskellige tidspunkter. En delvis fremkomst af et mål (f.eks halvmåne stimulus) producerer et mål, der oprindeligt består af en højere rumlig frekvens, som baseret på tidligere resultater ville føre til øget SLR latenstid og nedsat størrelsesorden10.
    6. Kontroller, at programmet præsenterer T1 for en randomiseret side ved en af de to omvendte y-stier, mens deltagerens hånd forbliver stationær ved T0.
      BEMÆRK: Samtidig med fremkomsten af T1 nedefra okkluderen præsenteres et sekundært mål i hjørnet af skærmen på et sted, der er dækket af en fotodiode. Dette mål præsenteret for fotodiode er ikke set af emnet, men giver et analogt signal til en fotodiode integreret i robot nå enhed. Dette fotodiodesignal giver mulighed for præcis justering af måludseendet med muskelaktivitet og sikrer, at der ikke er forsinkelser eller forsinkelser i robotopretningsapparatet.
    7. Når T1 kommer ud bag okkluden, se om deltageren er i stand til at generere en visuelt guidet rækkevidde afhængigt af farven på okkluderen. Når okkluderen er grøn, skal du bede deltageren om at opfange T1 med RTC. Når okkluderet er rødt, skal du bede deltageren om at flytte RTC væk fra T1.
      BEMÆRK: En grøn okklusiv farve (2.1.1.2) angiver en pro rækkevidde (dvs. mod okkulder) og en rød farve angivet væk fra bevægelige mål T1 (dvs. en anti-reach). I anti-reach-betingelsen er en korrekt aflytning ikke baseret på spejlbilledet af T1, men snarere den vandrette afstand i forhold til T0.
    8. Afhængigt af deres opnånde adfærd, give feedback som enten en 'hit' (korrekt aflytning), 'wrongway' (forkert retning for pro / anti rækkevidde), eller 'miss' (hverken korrekte eller forkerte svar opdaget) i løbet af inter-trial interval. Denne feedback består af tekst skrevet på okkluderen.
    9. Sørg for, at T1 og T0 vises igen på deres respektive oprindelige placeringer 200 ms, når deltagerens funktionsmåde for rækkevidde er fuldført. Start den næste prøveversion, når deltageren bringer RTC til T0.
  2. Bed hver deltager om at udføre 4 blokke af 100 forsøg, hvilket giver 100 rækker pr. betingelse. Randomisere forsøgstyperne blandet med pro eller anti-reaches efter venstre og højre stimuli. Hver blok tager ca. 7,5 min. at fuldføre.
    BEMÆRK: Det anbefales, at hver betingelse består af mindst ~ 80 gentagelser, når du bruger overfladeoptagelser, da det næste analysetrin er baseret på data fra mange forsøg til spejlrefleksgenkendelse.
    1. Minimer deltagerbevægelsen mellem hver blok for at sikre ensartethed i optagelserne. Efter verbal bekræftelse af, at deltageren er klar til at starte den næste blok, skal du starte den næste blok og fortsætte med at overvåge deltagerens præstationer og EMG-output.
      BEMÆRK: Fortsat overvågning af EMG-output via en skrivebordsskærm fra eksperimentatorens skærm kan være nødvendig for at opdage problemer med EMG-overfladeoptagelser. For eksempel, i længere perioder med at nå bevægelser, overflade EMG elektroder kan blive galt fra deltagerens hud på grund af svedtendens.
  3. Indsamle data fra en kontrol statisk paradigme for at muliggøre sammenligning af data til dem, der opnås i den nye målparadigme.
    BEMÆRK: Dette kan gøres før eller efter det nye målparadigme. Hvis du vil oprette et statisk styreparadigme, skal du gentage trin 2.1.1.3, 2.1.1.5, 2.2, 3.1, 3.1.1, 3.1.7, 3.2 og 3.2.1; I trin 2.1.1.3 skal T1 dog ikke kodes fra toppen af skærmen og bevæge sig mod deltageren. Placer i stedet T1 til at blive vist enten til venstre eller højre for T0. Desuden er T0 nu enten rød eller grøn beslægtet med okklyden, der anvendes i det nye målparadigme. Retssagen fortsætter som beskrevet nedenfor.
    1. Verbalt instruere deltageren til at bringe RTC i T0 for at starte den første retssag, som er på samme sted som i den nye målparadigme.
    2. Sørg for, at programmet præsenterer T0 som enten rød eller grøn for at angive en pro eller anti rækkevidde henholdsvis. Randomisere hold periode på 1-2s for deltageren at holde RTC i T0.
    3. Sørg for, at programmet præsenterer et statisk mål enten til venstre eller højre, 10 cm fra T0. Randomisere målsiden på tværs af forsøg.
    4. Som i det nye målparadigme skal du bede deltageren om at nå mod et mål, hvis T0 er grønt, og nå i den diametralt modsatte retning væk fra et mål, hvis T0 er rød. Den næste prøveperiode fortsætter efter kontakt med et mål eller en måladresseplacering.
    5. Sørg for, at hver deltager udførte 4 blokke af 100 forsøg, hvilket giver 100 når ud over tilstanden. Forsøgstyper blev tilfældigt blandet.

4. Analyse

  1. Analysér alle data i brugerdefinerede offlinescripts, og slet fejlprøver.
    BEMÆRK: Fejlforsøg defineres ved forkerte rækkeviddesanvisninger (3,5 cm), lange 3'er (>500 ms), der angiver formodet uopmærksomhed eller korte RT'er (<120), der angiver forventning.
    1. Udlede reaktionstiden (RT) for at nå bevægelser for hvert forsøg ved at identificere det tidspunkt, hvor bevægelsen oversteg 8% af den maksimale tangential hastighed.
      BEMÆRK: Der kan anvendes andre metoder til definition af RT.
    2. Hvis du vil analysere muskelaktiviteten, skal du bruge offlinescripts til at konvertere EMG-signalerne til kilde-mikrovolts, fjerne enhver DC-forskydning, rette EMG-signalet og filtrere signalet med et glidende gennemsnitsfilter på 7-punkts bevægelsesgennemsnit.
    3. Brug en timeserie-analyse af modtager-driftskarakteristika (ROC) til at registrere tilstedeværelsen og ventetiden af SLR6,7.
      BEMÆRK: Der kan anvendes alternative metoder til bestemmelse af SLR-aktivitetens tidslåste karakter.
      1. For at udføre time-serie ROC analyse, adskille EMG data baseret på siden af målet præsentation og retssag betingelse(Figur 1a viser venstre versus højre data for pro-rækker).
      2. Området under ROC-kurven for de to populationer beregnes for hver prøve (1 ms) fra 100 ms før til 300 ms efter målpræsentationen (f.eks. figur 2c).
        BEMÆRK: ROC-værdien på 0,5 angiver chancediskrimination, mens værdier på henholdsvis 1 eller 0 angiver fuldstændig korrekt eller ukorrekt forskelsbehandling i forhold til målpræsentationen.
      3. Bestem ventetiden for forskelsbehandling som den første af 8 ud af 10 på hinanden følgende punkter, der oversteg en værdi på 0,6(Figur 2c angivet med lodrette røde eller blå linjer).
        BEMÆRK: Tærskelværdien og antallet af punkter, der overskrider tærsklen, kan ændre sig afhængigt af kvaliteten og kvantiteten af overflade- eller intramuskulære EMG-optagelser, og der kan anvendes en bootstrapping-analyse til objektivt at bestemme konfidensintervallerne. Tidligere arbejde har vist , at en værdi på 0,6 svarer omtrent til et konfidensinterval på 95 %12.
    4. For at bestemme tilstedeværelsen af en SLR på pro-reach forsøg, skal du bruge en RT-split analyse (se figur 18), hvor trin 4.1.3.2 og 4.1.3.3 udføres separat på den tidlige og sene halvdel af når baseret på RT (Figur 1a lilla forsøg, og grønne forsøg).
      1. Plot den tidlige diskrimination tid og betyde tidlig RT som et punkt, derefter plot sen diskrimination tid og betyde sent RT som et andet punkt på samme plot. Forbind disse to punkter med en linje( Figur 1c). Der registreres en SLR, når hældningen på denne linje overstiger 67,5°.
        BEMÆRK: For denne linje, en hældning på 90 ° tyder på, at EMG diskrimination gange er helt låst til stimulus præsentation (som EMG aktivitet er indledt på samme latenstid, uanset efterfølgende bevægelse tid), mens en hældning på 45 ° tyder på, at EMG forskelsbehandling er perfekt låst til bevægelse debut. I praksis anvendes en afskæringsskråning på 67,5° (halvvejs mellem 45° og 90°) til at detektere, om der var en SLR-hældning (hældning > 67,5°) eller ej (hældning < 67,5°); da dette indikerer, at EMG aktivitet er mere låst for stimulus snarere end bevægelse debut.
    5. Hvis der bestemmes slr-tilstedeværelse, skal du definere slr-ventetiden ved at forskelsbehandlingen fra alle forsøg (4.1.3.3).
    6. Definer SLR-størrelsesordenen som forskellen mellem venstre og højre gennemsnitlige EMG-spor (f.eks. figur 2c mørkerød versus lyserøde spor eller mørkeblå versus lyseblå spor) fra SLR-ventetid til 30 ms post diskriminationsventetid.
      BEMÆRK: Størrelsestidsværdierne kan forlænges eller forkortes.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Stimulus låste svar (spejlrefleksler) er korte byger af muskelaktivitet tid låst til stimulus debut, der udvikler sig længe før de større volley af muskel rekruttering forbundet med bevægelse debut. Slr'ens tidslåste karakter gav en »banding« af muskelaktivitet, der er synlig ved ~100 ms, når alle forsøg blev sorteret efter reaktionstid (RT) (Figur 1a, fremhævet med grå bokse). Som vist i figur 1avar spejlrefleksionsrammen afhængige af målplacering, hvor spejlrefleksionsrammer på højre pectoralis major bestod af en stigning eller et fald i muskelrekruttering efter henholdsvis venstre- eller højremålspræsentation. Der blev påvist spejlrefleksionsprøver med en RT split-analyse (metode 4.1.4), hvor der blev udført separate ROC-analyse af tidsserier på tidlige og sene RT-forsøg (Figur 1b- lilla versus grøn). Denne analyse viser, om EMG debut var invariant til stimulus eller bevægelse debut, som blev bestemt af hældningen af den linje, der forbinder tidlig og sen diskrimination gange afbildet som en funktion af RT (figur 1c). Tidligere undersøgelser af SLR ved hjælp af statiske stimuli rapporterede detektionsrater på tværs af alle deltagere under 70 %8,9. Her blev der foretaget en sammenligning med effektiviteten af et spirende målparadigme i fremmanende spejlrefleksler til det, der opnås ved hjælp af et paradigme med statiske mål.

I det nye målparadigme (supplerende figur 1) nåede emnerne frem mod nye bevægelige mål i stedet for stationære mål. Figur 2 viser data fra to personer, der når mod et stationært mål (første og tredje række) eller bevægelige mål, der opstår under en okkluder (anden og fjerde række). Deltager 1 udviser ikke en SLR i det statiske paradigme, men udviser en klar SLR i det nye målparadigme; Spejlrefleksler var synlige som en lodret bånd af aktivitet i trial-by-trial parceller (Figur 2a) ~ 100 ms efter stimulus debut i det nye mål, men ikke statisk paradigme. Slr var også tydelig i den gennemsnitlige EMG-spor (figur 2b) for deltager 1 i det nye mål, men ikke statisk paradigme (røde spor i de to øverste rækker i figur 2b). Deltager 1 gav et eksempel på en person, der ikke udviser en SLR i et statisk paradigme, der tidligere blev brugt i litteraturen, men som udviser en SLR i det nye målparadigme. I modsætning hertil, mens deltager 2 udstillet en SLR i både den statiske og nye mål paradigmer, omfanget af SLR var meget større i den nye målparadigme, med størrelser nærmer sig, der opnås lige før bevægelse debut.

Vi sammenlignede egenskaberne af de spejlrefleksler observeret i de nye mål versus statisk paradigme på tværs af prøven, undersøge data indsamlet i pro-reach tilstand. Som vist i figur 3a (grønne linjer), og i overensstemmelse med de repræsentative resultater i figur 2, SLR størrelsesorden var betydeligt større i det nye mål versus statisk paradigme, med rekruttering størrelsesordener i intervallet 80-120 ms efter stimulus debut stigende femdoblet i gennemsnit. I modsætning til sådanne systematiske ændringer i SLR størrelsesorden, latenstid af det fundne spejlrefleksler var ikke forskellig i den statiske versus nye mål paradigme(Figur 3a, lilla linjer). Som vist i figur 3b (blå bjælker) blev der opdaget spejlrefleksionslinjer hos alle fem deltagere i det nye målparadigme (dvs. en prævalens på 100 %), men kun hos tre deltagere i et paradigme med statiske mål(dvs.en prævalens på 60 %, der ligner tidligererapporter 8,9 ). Observation slrs på alle deltagere i den nye mål paradigme var endnu mere imponerende i betragtning af, at vi stolede på ikke-invasive overflade EMG optagelser, mens tidligere rapporter generelt har påberåbt sig invasive intramuskulære EMG optagelser. Vigtigere, mens nå RTs tendens til at være meget kortere i den nye mål versus statisk paradigme(Figur 3b, sorte linjer), spejlrefleksler ikke blot opstår i den nye målparadigme på grund af fremskyndet RTs. F.eks. udstillede dataene for deltager 1 i figur 2 fremtrædende spejlrefleksler i det nye mål, men ikke statisk paradigme for overlappende intervaller af reach-RT'er. Endelig undersøgte vi også, hvordan instruktionen om at bevæge sig væk fra det nye mål påvirkede spejlrefleksanerne. Som tidligere fundet med statiskemål 9blev SLR-størrelserne i anti-reach-tilstanden dæmpet i forhold til i pro-reach-tilstanden (figur 3c,blå linjer; se også betyde SPOR AF EMG i figur 2, figur 4). Dette viser, at nye mål paradigme kan bruges til at studere aspekter af kognitiv kontrol, som i dette tilfælde relateret til konsolidering af instruktionen til at bevæge sig enten mod eller væk fra et spirende mål.

Vi viser data, der er registreret fra alle fem deltagere i figur 4, for at illustrere variabiliteten i de specifikationer for spejlrefleksionsstoffer, der er registreret i det statiske versus nye målparadigmer i pro- og anti-reach-betingelserne (de grå bokse i figur 4 viser SLR-intervallet). Som med deltager 1 (vist i de øverste to rækker i figur 2) udstillede deltager 5 også en SLR i det nye mål, men ikke statisk paradigme i pro-reach-betingelsen. Som med deltager 2 (vist i nederste to rækker i figur 2) udstillede deltager 3 og 4 også betydeligt større spejlrefleksionss i det nye mål versus statiske paradigmer i pro-reach-betingelsen. To andre elementer i de data, der er vist i figur 4, fortjener at blive fremhævet. For det første observerede vi i deltagerne 3, 4 og 5 en større SLR i anti-reach-varianten af den nye målopgave, hvor tidsseriens ROC toppede over 0,6, før vi påtog os niveauer nær 0. En SLR mod stimulus i en anti-reach tilstand er blevet observerettidligere 9, og vi har relateret dette til den korte bevægelse af hånden mod stimulus i en anti-reach variant af en on-line korrektion opgave3. For det andet blev der i den pro-reach-betingelse i den nye målopgave observeret en tydelig adskillelse mellem SLR og den deraf følgende bevægelsesjusterede aktivitet hos nogle deltagere (f.eks. deltager 1, 3 og 5; se, hvordan tidsseriernes ROC falder kortvarigt efter at have toppet i SLR-intervallet), men fandt ud af, at SLR blandede sig i bevægelsesjusteret aktivitet i andre (f.eks. deltager 2 og 4). Som nævnt nedenfor, dette vedrører udformningen af algoritmer til påvisning af SLR.

Samlet set er det nye målparadigme mere effektivt til at fremkalde spejlrefleksler og korte RT'er end paradigmer ved hjælp af statiske mål. Dette fremgår af stigninger i SLR prævalens, størrelsesorden, og kortere latenstid RTs med hensyn til statiske mål.

Figure 1
Figur 1: Spejlingsdetektering. Eksempel på en SLR fra en repræsentativ deltager, der illustrererdetektionskriterierne for spejlrefleksler. Hver række er en anden prøveversion. Intensiteten af farve formidler omfanget af EMG aktivitet. Forsøg blev sorteret efter nå RT (hvide bokse) og tilpasset stimulus debut (sort linje). SLR optrådte som en lodret stribe af aktivitet fremhævet af grå bokse; bemærk, hvordan EMG aktivitet steg eller faldt (tidslåst ~ 90 ms) efter venstre eller højre stimulus præsentation, henholdsvis. Lilla eller grønne bjælker angiver de forsøg, der bidrager til de tidlige eller sene RT grupper, henholdsvis. b) Timeserie ROC-analyse, der angiver tidspunktet for emg-forskelsbehandling for tidlige (lilla) og sene (grønne) forsøg, vist i litra a). c) For de tidlige (lilla) og sene (grønne) grupper blev gennemsnitlig RT afbildet som en funktion af ROC-diskrimination. Hældningen af den linje, der forbinder disse to punkter er 83,7 °, hvilket indikerer, at EMG aktivitet var mere afstemt til stimulus præsentation end bevægelse debut. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Repræsentative resultater. Data fra deltagerne 1 og 2, der viser variabiliteten i nærvær eller fravær eller spejlrefleksler i statiske (1m og 3rd rækker) og konsistensen af SLR tilstedeværelse i de nye målparadigmer (2.og 4. rækker). a) Rekruttering for hver forsøg for højre pectoralis-hovedmuskel for disse deltagere (samme format som figur 1a). Betingelser, der udviser en SLR, er skitseret i lilla (2.nd,3.og 4. rækker). b) Gennemsnitlig +/- SE af EMG-aktivitet for både pro (rød) og anti (blå) når, adskilt ved siden af stimuluspræsentationen (svagere spor, der anvendes til bevægelser i den ikke-foretrukne retning). c) Time-serie ROC analyse for pro (rød) og anti (blå) når vist i litra b). SLR epoke fremhævet i grå boks; vandrette stiplede linjer ved 0,4 og 0,6. Lodrette farvede linjer (hvis de findes i pro-tilstand) viser diskriminationstiden for pro- (rød) eller anti- (blå) nå forsøg. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Virkninger af et nyt målparadigme på SPEJLREFLEKSegenskaber og nå RT. (a)SLR latenstid (lilla) og størrelsesorden (grøn) for pro når i statisk versus nye mål paradigmer. Ventetid defineret som første 8 ud af 10 kontinuerlige datapunkter, der overstiger ROC-tærsklen på 0,6 (se metoder). Slr-størrelsesordensstørrelsen blev defineret som det integrerede område på over 30 ms efter slr-forskelsbehandling mellem den gennemsnitlige EMG-aktivitet på venstre mod højre forsøg. Alle størrelser blev normaliseret til det maksimale for deltageren på tværs af betingelser (f.eks. angiver en værdi på 1 det maksimale respons). b) Forekomsten af slrr og nå RT.c) slrsk-størrelse og latenstid fra pro- og anti-reach i det nye målparadigme. * betegner betydning ved p<.05 sammenlignet med statisk eller anti tilstand baseret på ikke-baseret t-test. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Gennemsnitlig EMG- og timeserie ROC-analyser for alle deltagere. Venstre kolonne af observationsområder: Gennemsnitlig +/- SE af EMG-aktivitet for både pro (rød) og anti (blå) når, adskilt ved siden af stimuluspræsentationen (svagere spor, der anvendes til bevægelser i den ikke-foretrukne retning). Højre kolonne af plots: Time-serie ROC analyse for pro (rød) og anti (blå) når vist i (venstre kolonne af plots). SLR epoke fremhævet i grå boks; vandrette stiplede linjer ved 0,4 og 0,6. Lodrette farvede linjer (hvis de findes i pro-tilstand) viser diskriminationstiden for pro- (rød) eller anti- (blå) nå forsøg. Klik her for at se en større version af dette tal.

Supplerende figur 1: Øverste visning af opgaven i robotudse-enheden. Stor hvid prik nederst til venstre repræsenterer fotodioden. Hvidt mål (T1) vises, når du forlader den omvendte 'y'-sti til venstre. Hvid prik til højre for T1 repræsenterer RTC midt i en visuelt guidet rækkevidde. Okkluderet vises her som grøn, hvilket indikerer en pro rækkevidde var påkrævet. T0 ikke vist, på grund af den samtidige forsvinden med mål fremkomsten. Klik her for at downloade dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Mennesker har en bemærkelsesværdig evne, når det er nødvendigt, til at generere hurtige, visuelt guidede handlinger på latencies, der nærmer minimal afferent og efferent ledning forsinkelser. Vi har tidligere beskrevet stimulus-låste reaktioner (spejlreflekser) på overekstremiteterne som en ny foranstaltning for hurtige visuomotoriskereaktioner 6,9,10. Mens gavnligt i at give en trial-by-trial benchmark for det første aspekt af overekstremiteterne muskel rekruttering påvirket af den visuelle stimulus, lemmer spejlrefleksler er ikke blevet udtrykt i alle og ofte påberåbt invasive intramuskulære optagelser. Her beskrives et nyt målparadigme (supplerende fil 1), og resultaterne sammenlignes med dem, der opnås med statiske mål. Fordelene ved det fremspirende målparadigme er tydelige hos de enkelte deltagere, da deltagere, der ikke udtrykker SLR i et statisk paradigme, udtrykker et i det spirende målparadigme (f.eks. figur 2, deltager 1-1. række versus 2. række). Desuden er spejlrefleksionsrammer udtrykt i det nye målparadigme meget større end i andre paradigmer, undertiden opnå størrelser, der svarer til viljesbestemte størrelser (figur 2, deltager 2; Figur 4, deltager 5). Således har dette paradigme vist sig at være effektiv til at øge omfanget (Figur 3a), detekterbarhed af SLR (Figur 3b), og fremme kortere rækkevidde RTs med ~ 50 ms (Figur 3b), sammenlignet med et paradigme ved hjælp af statiske mål. Den nye målparadigme har også fordele i forhold til paradigmer, der kræver mid-flightkorrektioner 4, hvor en ny stimulus præsenteres, mens en nå bevægelse er allerede i midten af flyvningen. EMG eller kinetiske ændringer i bevægelser, der allerede er midt i flyvningen, kan også forekomme under forsøg, der ændrer den visuelle feedback fra den aktuelle håndposition, enten alene eller i forbindelse med ændringer i målposition13. Mens almindeligt anvendt til at studere hurtige visuomotoriske reaktioner, i sådanne paradigmer EMG, kinetisk, og / eller kinematisk aktivitet drevet som reaktion på den nye stimulus udvikle sig på toppen af aktivitet relateret til den oprindelige bevægelse. I modsætning hertil, da deltageren er i en stabil kropsholdning på tidspunktet for stimulus fremkomsten i den nye målparadigme, spejlrefleksler er let skelnes, selv på en trial-by-trial basis.

De tre mest kritiske aspekter af det nye målparadigme er brugen af stiltiende bevægelse bag en barriere (3.1.3), sikkerhed for tidspunktet for målets udseende (3.1.4) og fuld måloptræden bag en okklusivitet (3.1.5). Af disse tre aspekter spekulerer vi i, at brugen af stiltiende forslag er det vigtigste. Stiltiende bevægelse frembringer stærke signaler i bevægelsesrelaterede områder i den dorsale visuelle strøm, der ikke kan skelnes fra dem, der produceres af synlige bevægeligemål 14. Vi spekulerer på, at når det kombineres med en sådan underforstået bevægelse, den pludselige udseende af det nye mål under forhindringen skaber en stærkere visuel forbigående end i den statiske mål paradigme. Vores gennemførelse af det nye målparadigme omfattede også en høj grad af sikkerhed for forsøg for forsøg af det tidspunkt, hvor målet ville dukke op igen. Forsvinden og efterfølgende fremkomsten af målet bag barrieren kan være beslægtet med en "mellemrum" mellem offset af en central fiksering eller holde stimulus og præsentation af en perifer mål, som også fremskynder nå reaktionstider15 og fremmer udtryk for udtrykkelige saccades16, som er en anden form for hurtig visuomotor reaktion. Endelig er det vigtigt, at målet bag barrieren præsenteres i sin helhed i stedet for at blive præsenteret som glidende bag barrieren. Var målet at glide forbi barrieren, ville den tidligste stimulus til rådighed for det visuelle system være en 'halvmåne' stimulus, der ville mangle de lavere rumlige frekvenser kendt for at fremme tidligere og stærkere udtryk for lemmer spejlrefleksler10. Ud over disse kritiske trin er det vigtigt at placere afsætningsmulighederne for de nye mål på steder, der er forbundet med den foretrukne eller ikke-foretrukne retning af de muskler, der undersøges. Indførelse af en baggrund lastning kraft til at øge aktiviteten af muskel af interesse er også gavnligt i påvisning af lemmer spejlrefleksler.

Med hensyn til fejlfinding, er det bydende nødvendigt at sikre, at tidspunktet for målet fremkomsten er kendt på hvert forsøg, i betragtning af den korte latenstid af lemmer SLR. Dette er især vigtigt for digitale skærme, som systematisk kan fremkalde variable forsinkelser i tidspunktet for stimulus præsentation, der kan kompromittere nøjagtig tilpasning af muskelaktivitet til kritiske begivenheder. Forud for enhver gennemførelse af det nye måleksperiment, og uanset typen af visuel visning, opfordrer vi brugen af flere fotodioder til at registrere timingen af stimulus udseende på flere skærm steder (f.eks på det usete sted, der henvises til i 3.1.6, og på de steder, hvor T1 vil opstå). Hvis intervallet mellem stimulus udseende på disse to steder er invariant på tværs af forsøg, så fotodiode på det usete sted kan tjene som en proxy for T1 udseende under selve eksperimentet, efter justering for eventuelle forsinkelser er specifikke for de forskellige steder, hvor T1 kan forekomme. Vi opfordrer også til tæt "on-line" overvågning af EMG aktivitet under eksperimentet, at se for eventuelle ændringer i baggrunden EMG aktivitet forud for målet fremkomsten, eller til ændringer i EMG aktivitet i forbindelse med at nå bevægelser i modsætning til musklen foretrukne bevægelsesretning.

Der er en række måder, hvorpå den nye mål paradigme kunne ændres, og dermed kan fremme forståelsen af de sensoriske, kognitive, og bevægelse-relaterede faktorer, der påvirker den hurtige visuomotorsystem. Her instruerede vi forsøgspersonerne til at forberede sig på at bevæge sig mod (en pro-reach) eller væk (en anti-reach) fra det nye mål. Som forventet fra tidligere resultater9gjorde konsolidering af denne instruktion det muligt for emner at dæmpe SLR-størrelsesordenen uden at ændre slr-timingen. Dette viser, at de neurale centre mægle slr kan forudindstilles ved højere orden områder oprettelse af opgave sæt, før målet fremkomsten. Der er mange andre dimensioner, hvor opgaven kan ændres til at manipulere kognitive faktorer, for eksempel ved at ændre forudsigeligheden af målet udseende i begge tider (dvs. hvilket gør timingen af fremkomsten mindre forudsigelig) eller rum (dvs. skæve mål fremkomsten til den ene eller anden side, eller give endogene signaler til at angive den side af fremkomsten). Manipulationer af de sensoriske parametre for det nye mål (f.eks. hastigheden, kontrasten, størrelsen eller farven på den spirende stimulus eller tilstedeværelsen af konkurrerende distraktorer) vil også give indsigt i underliggende underlag. Præsentere en statisk snarere end at flytte mål under barrieren ville også hjælpe analysere virkningerne af målet bevægelse versus tidsmæssige forudsigelighed på robustheden af lemmer SLR. Endelig, fra et motorisk perspektiv, kan rammerne for den nye målparadigme udvides til bilaterale nå bevægelser og oprettelse af tilstedeværelsen af robuste spejlreflekser på overekstremiteterne muskler forstærker undersøgelsen fordelingen af sådanne signaler til andre stammen eller lemmer muskler.

En af de begrænsninger, der er forbundet med dette paradigme, måske paradoksalt nok, er i hvilken grad nå RTs blev forkortet. Vores SLR-detektionskriterier lignede dem, dertidligere blev brugt 12,da vi kørte separate TIME-serie ROC-analyser for de kortere eller længere end median RT-grupper. Dette kræver en vis grad af varians i rækkevidde RTs, og i praksis har vi konstateret, at nå RTs er kortere og mindre varierende i den nye målparadigme i forhold til det statiske paradigme (279 +/- 58 ms (statisk); 207 +/- 34 ms (nye mål)). RT'er blev undertiden forkortet i en sådan grad, at EMG-aktivitetens bevægelsesrelaterede volley ofte blev blandet ind i SLR-intervallet. Derfor steg time-series ROC ofte direkte fra værdier nær 0,5 til værdier nær 1,0, uden at vise det korte fald efter SLR, der var nødvendig for detektion i ref.8 (se figur 4, deltager 1,2,4,5). Endnu vigtigere er det, at den mindre RT-varians er skadelig for påvisning af hældning (figur 1c); hvorved manglende variabilitet i RT'er kan føre til lavere niveauer af påviselige spejlrefleksler. Vi forventer, at detektionskriterierne for spejlrefleksler kan fortsætte med at udvikle sig og sandsynligvis skal optimeres til detaljerne i den pågældende opgave. Andre opgave manipulationer, måske ved at øge den tidsmæssige usikkerhed mål genopståen eller kræver, at emner vente med at bevæge sig i et kort interval efter målet fremkomsten (f.eks ved at vente på det viste mål at skifte farve), kan bidrage til at øge den gennemsnitlige og varians af rækkevidde RTs og adskille rekruttering i løbet af SLR interval fra den, der er forbundet med bevægelse debut. En anden begrænsning, som ikke er blevet undersøgt, kan være, at nogle deltagere ikke kan udstille en SLR i den nye målparadigme. Vi erkender, at vores stikprøve er lille, og fremtidige undersøgelser bør anvende det nye målparadigme på større populationer.

Til sidst, den nye målparadigme tilbyder en mere pålidelig teknik til at fremkalde SLR, sammenlignet med paradigmer ved hjælp af statiske mål. Rammerne for det nye mål paradigme vil fremme studiet af hurtige visuomotoriske reaktioner, ved at give et middel til at opnå robust udtryk for overekstremiteterne spejlrefleksler. Det er især bemærkelsesværdigt, at alle de resultater, der er rapporteret her, er opnået med overfladeoptagelser, da dette vil gøre det muligt at studere spejlrefleksler i populationer, der kan være mindre modtagelige for intramuskulær optagelse, som de unge, ældre eller svagelige. Vi forventer også, at det nye målparadigme kan udvides til dyreforsøg med ikke-menneskelige primater og kombineres med neurofysiologiske teknikker til at udforske potentielle neurale substrater. Sammen med fremtidige arbejde i mennesker, der hurtigt kan udforske de mange sensoriske, kognitive og motoriske dimensioner af opgaven, bør det nye målparadigme forstærke hypotese-drevet udforskninger af det hurtige visuomotoriske system.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde støttes af et Discovery Grant til BDC fra Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC; RGPIN 311680) og et driftstilskud til BDC fra Canadian Institutes of Health Research (CIHR; MOP-93796). RAK blev støttet af en Ontario Graduate Scholarship, og ALC blev støttet af en NSERC CREATE tilskud. Det eksperimentelle apparat, der er beskrevet i dette manuskript, blev støttet af Canada Foundation for Innovation. Yderligere støtte kom fra Canada First Research Excellence Fund (BrainsCAN).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bagnoli-8 Desktop Surface EMG System Delsys Inc. Another reaching apparatus may be used
Kinarm End-Point Robot Kinarm, Kingston, Ontario, Canada Another reaching apparatus may be used
MATLAB (version R2016a) Stateflow and Simulink applications The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, United States
PROPixx projector VPIXX Saint-Bruno, QC, Canada This is a custom built addon for the Kinarm. Other displays may be used. Resolution: 1920 x 1080. Standard viewing monitors may also be used.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Veerman, M. M., Brenner, E., Smeets, J. B. J. The latency for correcting a movement depends on the visual attribute that defines the target. Experimental Brain Research. 187 (2), 219-228 (2008).
  2. Soechting, J. F., Lacquaniti, F. Modification of trajectory of a pointing movement in response to a change in target location. Journal of Neurophysiology. 49 (2), 548-564 (1983).
  3. Day, B. L., Lyon, I. N. Voluntary modification of automatic arm movements evoked by motion of a visual target. Experimental Brain Research. 130 (2), 159-168 (2000).
  4. Gaveau, V., et al. Automatic online control of motor adjustments in reaching and grasping. Neuropsychologia. 55 (1), 25-40 (2014).
  5. Day, B. L., Brown, P. Evidence for subcortical involvement in the visual control of human reaching. Brain A Journal of Neurology. 124, Pt 9 1832-1840 (2001).
  6. Pruszynski, A. J., et al. Stimulus-locked responses on human arm muscles reveal a rapid neural pathway linking visual input to arm motor output. European Journal of Neuroscience. 32 (6), 1049-1057 (2010).
  7. Corneil, B. D., Olivier, E., Munoz, D. P. Visual responses on neck muscles reveal selective gating that prevents express saccades. Neuron. 42 (5), 831-841 (2004).
  8. Wood, D. K., Gu, C., Corneil, B. D., Gribble, P. L., Goodale, M. A. Transient visual responses reset the phase of low-frequency oscillations in the skeletomotor periphery. European Journal of Neuroscience. 42 (3), 1919-1932 (2015).
  9. Gu, C., Wood, D. K., Gribble, P. L., Corneil, B. D. A Trial-by-Trial Window into Sensorimotor Transformations in the Human Motor Periphery. Journal of Neuroscience. 36 (31), 8273-8282 (2016).
  10. Kozak, R. A., Kreyenmeier, P., Gu, C., Johnston, K., Corneil, B. D. Stimulus-locked responses on human upper limb muscles and corrective reaches are preferentially evoked by low spatial frequencies. eNeuro. 6 (5), (2019).
  11. Kowler, E. Cognitive expectations, not habits, control anticipatory smooth oculomotor pursuit. Vision Research. 29 (9), 1049-1057 (1989).
  12. Goonetilleke, S. C., et al. Cross-species comparison of anticipatory and stimulus-driven neck muscle activity well before saccadic gaze shifts in humans and nonhuman primates. Journal of Neurophysiology. 114 (2), 902-913 (2015).
  13. Franklin, D. W., Reichenbach, A., Franklin, S., Diedrichsen, J. Temporal evolution of spatial computations for visuomotor control. Journal of Neuroscience. 36 (8), 2329-2341 (2016).
  14. Krekelberg, B., Vatakis, A., Kourtzi, Z. Implied motion from form in the human visual cortex. Journal of Neurophysiology. 94 (6), 4373-4386 (2005).
  15. Gribble, P. L., Everling, S., Ford, K., Mattar, A. Hand-eye coordination for rapid pointing movements: Arm movement direction and distance are specified prior to saccade onset. Experimental Brain Research. 145 (3), 372-382 (2002).
  16. Paré, M., Munoz, D. P. Saccadic reaction time in the monkey: advanced preparation of oculomotor programs is primarily responsible for express saccade occurrence. Journal of Neurophysiology. 76 (6), 3666-3681 (1996).

Tags

Neurovidenskab stimulus-låste reaktioner reaktionstid visuelt guidede når mennesker elektromyografi bevægelige mål sensorisk transformation
En emerging Target Paradigm at fremkalde Hurtig Visuomotor Svar på Human Upper Limb Muskler
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kozak, R. A., Cecala, A. L.,… More

Kozak, R. A., Cecala, A. L., Corneil, B. D. An Emerging Target Paradigm to Evoke Fast Visuomotor Responses on Human Upper Limb Muscles. J. Vis. Exp. (162), e61428, doi:10.3791/61428 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter