Summary
المعروض هنا هو نموذج السلوك الذي يثير ردود قوية visuomotor سريع على عضلات الأطراف العليا البشرية خلال تصل الموجهة بصريا.
Abstract
للوصول إلى كائن ينظر، والمعلومات البصرية يجب أن تتحول إلى أوامر السيارات. تتم معالجة المعلومات البصرية مثل لون الجسم وشكله وحجمه ودمجها داخل العديد من مناطق الدماغ ، ثم يتم نقلها في نهاية المطاف إلى محيط المحرك. في بعض الحالات، هناك حاجة إلى رد فعل في أسرع وقت ممكن. هذه التحولات الحشوية السريعة ، وركائزها العصبية الكامنة ، غير مفهومة بشكل جيد في البشر لأنها تفتقر إلى علامة حيوية موثوقة. الردود المقفلة على التحفيز (إس إل آر إس) هي زمن قصير (<100 مللي ثانية) رشقات نارية من نشاط الكهرmyographic (EMG) تمثل الموجة الأولى من توظيف العضلات المتأثرة بعرض التحفيز البصري. توفر الـ SLRs ناتجاً قابلاً للقياس الكمي من التحولات السريعة في فيشوتور، ولكن لم يتم رصد هذه النتائج باستمرار في جميع المواد في الدراسات السابقة. هنا نصف نموذج سلوكي جديد يتميز بالظهور المفاجئ لهدف متحرك تحت عقبة تثير باستمرار SLRs قوية. بالمقارنة مع الدراسات السابقة التي حققت في SLRs باستخدام المحفزات الثابتة، فإن الـ SLRs التي أثارتها هذه النماذج المستهدفة الناشئة كانت أكبر، وتطورت في وقت سابق، وكانت موجودة في جميع المشاركين. كما تم تسريع أوقات رد الفعل (RTs) في نموذج الهدف الناشئ. يوفر هذا النموذج العديد من الفرص للتعديل التي يمكن أن تسمح بإجراء دراسة منهجية لتأثير مختلف التلاعب الحسي والمعرفي والحركي على الاستجابات السريعة في فيشوتور. وعموما، فإن نتائجنا تبين أن نموذج الهدف الناشئ قادر على استحضار النشاط باستمرار وبصلابة داخل نظام فيشومتور سريع.
Introduction
عندما نلاحظ رسالة على الهاتف المحمول لدينا، ونحن مطالبة لأداء الوصول الموجهة بصريا لالتقاط الهاتف وقراءة الرسالة. يتم تحويل الميزات البصرية مثل شكل وحجم الهاتف إلى أوامر السيارات مما يسمح لنا للوصول بنجاح إلى الهدف. ويمكن دراسة هذه التحولات في المختبرات، مما يسمح بدرجة عالية من السيطرة. ومع ذلك، هناك سيناريوهات حيث وقت الاستجابة مهم، على سبيل المثال، اصطياد الهاتف إذا كان لسقوط. غالباً ما تعتمد الدراسات المختبرية للسلوكيات السريعة على النماذج المستهدفة المهجّرة حيث يتم تعديل الحركات الجارية في منتصف الرحلة بعد بعض التغيير في موضع الهدف (على سبيل المثال، انظر المرجع1،2). في حين أن مثل هذه التصحيحات على الانترنت يمكن أن تحدث في <150 مللي ثانية3، فمن الصعب التأكد من التوقيت الدقيق للإخراج فيسوموتور سريع باستخدام kinematics وحدها بسبب خصائص التصفية تمرير منخفضة من الذراع ، ولأن الإخراج فيشوتور سريع يحل محل حركة بالفعل في منتصف الرحلة. وتؤدي هذه التعقيدات إلى عدم اليقين بشأن الركائز الكامنة في الاستجابات السريعة للاستجابات في فيشوتور (انظر المرجع4 للاطلاع عليه). وتشير بعض الدراسات إلى أن الهياكل تحت القشرية مثل الكوليكولوس المتفوق، بدلاً من المناطق القشرية الجدارية الأمامية، قد تبدأ التصحيحات عبر الإنترنت5.
قد يكون هذا عدم اليقين بشأن الركائز العصبية الكامنة بسبب، على الأقل جزئيا، إلى عدم وجود علامة حيوية موثوقة لإنتاج نظام فيشووموتور سريع. في الآونة الأخيرة ، وصفنا مقياسًا للاستجابات السريعة التي قد يتم إنشاؤها من المواقف الثابتة وتسجيلها عن طريق التصوير الكهربائي (EMG). الردود المقفلة على التحفيز (إس إل آر إس) هي رشقات نارية مؤمنة من وقت EMG التي تسبق الحركة الطوعية6،7، تتطور باستمرار ~ 100 مللي ثانية بعد بدء التحفيز. كما يوحي الاسم ، يتم استحضار SLRs من قبل بداية التحفيز ، وتستمر حتى لو تم حجب حركة في نهاية المطاف8 أو يتحرك في الاتجاه المعاكس9. وعلاوة على ذلك، ترتبط SLRs التي أثارها النزوح المستهدف في نموذج ديناميكي مع أقصر تصحيحات عبر الإنترنت الكمون10. وهكذا، توفر SLRs مقياسًا موضوعيًا لدراسة إخراج نظام فيشووموتور سريعًا يشارك في RTs قصيرة الكمون، حيث قد يتم إنشاؤها من وضع ثابت وتحليلها من إشارات EMG أخرى لا علاقة لها بالمرحلة الأولية للاستجابة السريعة للـ visuomotor.
الهدف من الدراسة الحالية هو تقديم نموذج الوصول الموجه بصريا التي تثير بقوة SLRs. وقد أبلغت الدراسات السابقة التي تحقق SLR أقل من 100٪ معدلات الكشف عبر المشاركين، حتى عند استخدام أكثر غزوا التسجيلاتالعضلية 6،8،9. انخفاض معدلات الكشف والاعتماد على التسجيلات الغازية تحد من فائدة التدابير SLR في التحقيقات المستقبلية في نظام فيشووموتور سريع في المرض أو عبر العمر. في حين أن بعض المواضيع قد لا تعبر ببساطة عن SLRs ، فإن المحفزات والنماذج السلوكية المستخدمة سابقًا قد لا تكون مثالية لاستحضار SLR. وقد استخدمت التقارير السابقة من SLRs عادة نماذج حيث يقوم المشاركون توليد تصل موجهة بصريا نحو ثابت، فجأة تظهر الأهداف6،9. ومع ذلك ، فإن نظام visomotor السريع هو الأكثر احتمالاً في السيناريوهات التي يجب على المرء أن يتفاعل فيها بسرعة مع جسم متساقط أو طائر ، مما يؤدي إلى التساؤل عما إذا كان المحفزات المتحركة بدلاً من المحفزات الثابتة قد تثير أفضل SRS. ولذلك، قمنا تكييفها نموذج الهدف المتحركة المستخدمة لدراسة حركات العين11،والجمع بين ذلك مع الموالية / مكافحة موجهة بصريا الوصول مهمة تستخدم لدراسة SLR9. بالمقارنة مع النتائج من النماذج المستخدمة سابقا6،8،9، فقد وجد أن SLRs في النموذج المستهدف الناشئة تطورت عاجلا ، وحققت مقادير أعلى ، وكانت أكثر انتشارا عبر عينة المشاركين لدينا. وعموما، فإن نموذج الهدف الناشئ يعزز التعبير عن الاستجابات السريعة للfaceomotor لدرجة أنه يمكن إجراء تدابير EMG الموضوعية بشكل موثوق به مع التسجيلات السطحية، ودراسة قوية داخل السكان السريريين وعبر العمر. علاوة على ذلك، يمكن تعديل نموذج الهدف الناشئ بطرق مختلفة كثيرة، مما يعزز إجراء تحقيقات أكثر شمولاً في العوامل الحسية والمعرفية والحركية التي تعزز أو تعدل الاستجابات السريعة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
وقد وافق مجلس أخلاقيات بحوث العلوم الصحية في جامعة ويسترن أونتاريو على جميع الإجراءات. وقد قدم جميع المشاركين موافقة مستنيرة، وكانوا يتقاضون أجرا مقابل مشاركتهم، ولهم حرية الانسحاب من التجربة في أي وقت.
1- إعداد المشاركين
ملاحظة: تمت دراسة عينة صغيرة من المشاركين الأصحاء والشباب (3 إناث، و2 ذكر؛ متوسط العمر: 26 سنة +/- 3.5). كان جميع المشاركين يمنى و لديهم رؤية طبيعية أو مصححة إلى طبيعية، مع عدم وجود اضطرابات بصرية أو عصبية أو عضلية العضلاتية حالية. تم استبعاد المشاركين الذين يعانون من إصابة الأطراف العضلية الهيكلية العظمية أو اضطرابات.
- تطبيق أجهزة الاستشعار EMG على العضلات الطرف العلوي المستهدفة المشاركة في الوصول إلى الحركة التي تدرس. هنا، تم إجراء تسجيلات EMG من الرأس الترافيك من العضلات الرئيسية الصدرية اليمنى، والتي يتم تجنيدها لعبور الجسم (إلى اليسار) الوصول.
ملاحظة: يمكن إجراء التسجيلات من عضلات أخرى في الطرف العلوي، أو من الجزء القطري أو الجانبي من العضلات الرئيسية الصدرية.- تصور العضلات الهدف عن طريق طلب عمل معروف لتجنيد العضلات من الفائدة. لرئيس الترانزيت من العضلات الرئيسية الصدرية، اطلب من المشارك الاسترخاء المرفقين على الجانبين ودفع راحتيهما معا. إذا كان وجود صعوبة في تصور العضلات المستهدفة، palpate منطقة الاهتمام في حين وجود المشارك مرارا وتكرارا تنفيذ العمل المطلوب، والمناطق المستهدفة مع تغييرات ملحوظة في العضلات لوضع القطب.
ملاحظة: يشير التصور إلى تحديد العضلات المستهدفة، من خلال رؤية شكل العضلات من خلال الجلد المُبالغ بينما يقوم المشارك بعمل يجند العضلات. يساعد التصور على توطين العضلات المستهدفة. - باستخدام مسحات الكحول، وتنظيف سطح الجلد على العضلات المستهدفة حيث سيتم وضع القطب الكهربائي، وأيضا على المنطقة التي سيكون فيها القطب الأرض.
- إعداد أجهزة استشعار السطح عن طريق تطبيق المواد اللاصقة وجل القطب.
- اطلب من المشارك تنفيذ الإجراء المرتبط بالتوظيف العضلي مرة أخرى، والتزم بأجهزة الاستشعار فوق بطن العضلات، ووضعها على الكذب بالتوازي مع اتجاه ألياف العضلات المستهدفة. وضع القطب الأرضي على الترقوة contralateral إلى الذراع الوصول. أجهزة استشعار آمنة وأقطاب أرضية على الجلد المحيط مع الشريط الطبي. قم بتشغيل نظام EMG للسماح بجمع EMG طوال التجربة.
ملاحظة: بعد وضع أقطاب EMG، يتم جمع بيانات EMG بشكل سلبي ومستمر طوال التجربة عبر نظام EMG ويتم حفظها كمصب بيانات تناظري للتحليل لاحقًا. - تحقق من جودة إشارة EMG باستخدام جهاز عرض سطح المكتب أو منظار سطح المكتب المتصل بنظام EMG. لتحديد الجودة المناسبة، يجب أن يقوم المشارك بحركة وصول إلى أو عكس الاتجاه المفضل لعضلات الفائدة، والتأكد من أن نشاط EMG يزيد أو ينخفض، على التوالي. إذا لم يكن هناك أي نشاط في الراحة، ثم تأكد من أن نشاط EMG لا يزيد للحركة في الاتجاه غير المفضل.
ملاحظة: جودة إشارة العضلات من الأقطاب الكهربائية السطحية تعتمد على العديد من الخصائص (على سبيل المثال، التوزيع الخاص للأنسجة الدهنية، وضعية الموضوع). يُوصى بأن يكون نشاط ذروة EMG المرتبط بالحركة في الاتجاه (المقاول) المفضل على الأقل 2x مستوى النشاط في الراحة ولكن يجب أن يكون أعلى بكثير. - قم بتغيير موضع الأقطاب الكهربائية إذا لزم الأمر، لضمان مراعاة مستويات النشاط هذه. اترك شاشة العرض أو منظار العرض متصلاً طوال التجربة لمراقبة إخراج EMG باستمرار.
- تصور العضلات الهدف عن طريق طلب عمل معروف لتجنيد العضلات من الفائدة. لرئيس الترانزيت من العضلات الرئيسية الصدرية، اطلب من المشارك الاسترخاء المرفقين على الجانبين ودفع راحتيهما معا. إذا كان وجود صعوبة في تصور العضلات المستهدفة، palpate منطقة الاهتمام في حين وجود المشارك مرارا وتكرارا تنفيذ العمل المطلوب، والمناطق المستهدفة مع تغييرات ملحوظة في العضلات لوضع القطب.
- إعداد المشارك المحدد مع أجهزة الاستشعار EMG التطبيقية في جهاز وصول الروبوتية التي تسمح الوصول إلى الحركات في مستوى أفقي، وتطبيق القوة على manipulandum.
ملاحظة: إضافة قوة ضد العضلات من الفائدة يزيد من النشاط الخلفية, السماح للتعبير عن SLR كز ستزيد أو نقصان في نشاط العضلات بعد عرض التحفيز في اتجاه العضلات المفضل أو غير المفضل, على التوالي. 10 - إن مستوى نشاط خط الأساس مفيد بصفة خاصة في الاتجاه غير المفضل، حيث أن النشاط الأساسي وغير المفضل للوصول سيكون لا يمكن تمييزه بدون قوة تحميل للخلفية. قوة تطبيقية من 5N إلى اليمين و 2N من القوة إلى أسفل (عكس إلى هدف إلى اليسار المقدمة نسبة إلى موقف البداية)، في جميع أنحاء التجربة بأكملها يمكن أن تكون كافية. يجب أن تبقى القوة ثابتة طوال التجربة ، لذلك يمكن استخدام قوات أقل إذا لزم الأمر.- مقعد المشارك في كرسي تجريبي، وإعطاء الأولوية راحة المشارك فيما يتعلق المضافة القسري ضد الطرف لتقليل التغييرات في الموقف طوال التجربة.
2. المحفزات البناء / الجهاز
- توليد جميع الإجراءات التجريبية والمحفزات في الجهاز الروبوتية الوصول مع المدمج في العرض البصرية.
ملاحظة: تأكد من أن جهاز الوصول الروبوتي مجهز بواجهة بين الإخراج المرئي وإخراج المحرك الماينبونلاندوم الذي يسمح بالتناظرية المتزامنة (مثل موضع manipulandum، إخراج الصمام الضوئي) وتسجيلات EMG. تأكد من أن هذا الجهاز مجهز ببرامج قادرة على تشغيل كتل من التجارب الفردية المبرمجة مسبقًا مع جميع المكونات البصرية المبرمجة مسبقًا. قد تكون الشاشة المرئية المضمنة شاشة قياسية أو جهاز عرض عالي الجودة مخصص؛ ومع ذلك، يوصى بأجهزة عرض ذات جودة أعلى لضمان الدقة الزمنية والبصرية للهدف المعروض.- إنشاء المكونات الأساسية 4 من نموذج الهدف الناشئة (انظر الشكل التكميلي 1) عن طريق بنيت في البرامج التي تدفع الشاشة البصرية.
ملاحظة: يجب أن يتم إنشاء كافة المكونات عبر المضمنة في البرامج التي مشاريع المكونات المحددة على العرض المرئي أثناء كل جلسة جمع البيانات. يتم إدخال كل مكون يدويًا في البرنامج، الذي يحول إحداثيات الإدخال للأشكال إلى أشكال تُرى على الشاشة المرئية. ويتم ترميز كامل لجميع المكونات والحركات المستهدفة قبل جمع البيانات، وبالتالي، لا يلزم أي تدخل تجريبي للنموذج أثناء جمع البيانات، حيث أن النموذج يعمل تلقائياً استناداً إلى استجابات المشارك. يشار إلى الإحداثيات التالية (المبلغ عنها بالمتر الطول) فيما يتعلق بنقطة الوسط في أصلين من أصلين من أصل المينيبولاندوم الآلي في جهاز الوصول الروبوتي المستخدم لجمع البيانات من المشاركين في المخطوطة الحالية. جميع مكونات النموذج مرئية للمشارك في جميع أنحاء كل تجربة، باستثناء موقف البداية الذي يختفي بعد ظهور الهدف المتحرك. قد يستخدم جهاز مختلف إطار مرجعي مختلف.- إنشاء مسار ص مقلوب يدوياً بإدخال إحداثيات لستة مستطيلات مع الإحداثيات التالية (ص: - 19 (أعلى y مقلوب) أو -34 (أسفل y مقلوب)، x:-/+2 (الداخلية، السفلي مقلوب ص)، -/+8 (y مقلوب من الأسفل الخارجي)؛ العرض .5 الارتفاع: 20 (أعلى) أو 15 (سف).
- إنشاء occluder يدوياً إدخال إحداثيات مستطيل كبير واحد (توسيط في: 0، -29؛ العرض: 35 ارتفاع: 15) تراكب مركز مسار y المقلوب. قد يختلف لون هذا الانسداد من تجربة إلى أخرى، مما يوفر تعليمات للمشارك.
ملاحظة: يحتوي occluder على قطع درجة على الجزء السفلي من المركز بين المخرجات اثنين (0، -29؛ العرض: 5 ارتفاع: 5). يتم توجيه المشارك إلى: "تثبيت الشق في حين أن الهدف وراء occluder". وبذلك يضمن استقرار العين عند ظهور الهدف. وسوف يكون إما الملونة occluder الأحمر أو الأخضر في بداية كل محاكمة. - توليد هدف متحرك عن طريق إدخال إحداثيات يدويا لدائرة واحدة والتي سوف تتحرك في نهاية المطاف أسفل y مقلوب وخلف occluder (ابدأ: 0، -17؛ نصف قطرها: 1؛ سرعة: 10 سم / الثانية، والسرعة وراء occluder: 30 سم / s).
ملاحظة: الهدف المتحرك (T1) مرئي و ثابت في بداية كل تجربة. - إنشاء كيفية انتقال الهدف في البرنامج عن طريق تحديد إحداثيات س و ص للحركة الهدف.
ملاحظة: يتم حساب سرعة الهدف بواسطة المسافة من إحداثيات س و ص متتالية. العرض السليم للحركة الهدف يعتمد على قدرة البرنامج والعرض المرئي لتحديث كل موقف س و ص بشكل صحيح في تعاقب سريع. في البرنامج ، وتغيير حالة الهدف المتحرك إلى "غير مرئية للمشارك" عندما س و ص موقف الهدف قد انتقلت تماما تحت occluder حتى العاشر و ص موقف قد خرجت تماما من occluder. - إنشاء موضع بدء (0، -42؛ نصف قطر 1). سوف يحتاج المشارك إلى الحصول على هذا المنصب لبدء كل تجربة.
- إنشاء مؤشر الوقت الحقيقي (RTC) يمثل موضع يد المشارك على الشاشة في الوقت الحقيقي.
ملاحظة: تم غلق يد/ذراع المشارك أثناء التجربة عبر مرآة مواجهه لأعلى تعكس الأهداف المعروضة إلى الأسفل. ويمكن أن يتم ذلك عن طريق بنيت في وظائف البرامج المحددة للجهاز، الذي يضع الهدف overtop من إحداثيات س و ص المحدثة باستمرار من ناحية.
- إنشاء المكونات الأساسية 4 من نموذج الهدف الناشئة (انظر الشكل التكميلي 1) عن طريق بنيت في البرامج التي تدفع الشاشة البصرية.
3- الإجراءات
- انقر على "بدء" على البرنامج المرتبط المقدم على شاشة المجرب ، والذي يبدأ التجربة الأولى والقوة التي تم إنشاؤها بواسطة جهاز الوصول الروبوتي المطبق على الطرف العلوي للمشارك.
ملاحظة: بعد بدء النقرات المجرب لا يتطلب تدخل من قبل المجرب حتى بين الكتل حيث يجب أن اضغط على المجرب بدء مرة أخرى. قد يكون التدخل المُجرّب مطلوبًا أيضًا إذا كانت إشارة EMG تخضع باستمرار للتغييرات، أو إذا كان المشارك غير قادر على إكمال التجربة. وينبغي وقف جميع التجارب على الفور إذا نشأت حالة طوارئ. يتم إيقاف القوة المطبقة على يد المشارك تلقائيًا إذا ترك المشارك المقبض عبر برامج المهام المضمنة. من المستحسن استخدام جهاز مع زر لإنهاء التجربة في حالات الطوارئ.- تعليمات شفهية للمشارك لبدء المحاكمة الأولى عن طريق جلب RTC (المشار إليها من قبل موقف manipulandum) في موقف البداية (T0) لمدة متغيرة من 1-1.5 s. يتغير لون occluder لإرشاد الموضوع الذي تتطلبه التجربة القادمة مؤيدًا أو مضادًا للوصول.
ملاحظة: إحضار RTC إلى T0 يبدأ كل محاكمة. إذا خرج المشارك من وضع بدء T0 قبل الوقت المحدد، ستبدأ التجربة مرة أخرى بمجرد عودة RTC إلى T0. - تأكد من أن الهدف المتحرك (T1) الذي كان ثابتاً ومرئياً للمشارك في أعلى y المقلوب (2.1.1.3)، يبدأ التحرك نحو المشارك على طول مسار y المقلوب، الذي بدأه المشارك في إحضار RTC إلى T0 في الخطوة السابقة.
ملاحظة: عند بدء T1 الانتقال، T0 يختفي. لا يتم وضع أي قيود على ذراع المشارك بعد هذا الوقت ، ومع ذلك ، يتم توجيه المشارك بالبقاء داخل الحدود المتخيلة لـ T0. - تأكد من أن T1 يتحرك خلف occluder وغير مرئي للمشارك. خلال هذه الفترة، يحافظ المشارك على موضع اليد في T0 المتخيلة.
- تأكد من أن T1 يسافر خلف occluder بسرعة ثابتة من 30 سم / س على طول محور y نحو المشارك. مرة واحدة T1 يصل إلى نصف طول occluder، فإنه bifurcates على طول واحد من المخرجات ص مقلوب مع عنصر سرعة x إضافية. وهكذا، يتم الاحتفاظ بالسرعة على طول محور y ثابتة. يختفي الهدف لتأخير مستمر من ~ 0.5 s، مع التأخير اعتمادا على حجم occluder وسرعة الحركة T1.
- عندما T1 يصل إلى حافة occluder الأقرب إلى المشارك ، وضمان أن البرنامج لا يقدم T1 كما الناشئة عن طريق الانزلاق الماضي حافة occluder ، وذلك من شأنه أن يقدم في البداية "نصف القمر" التحفيز إلى النظام البصري. بدلاً من ذلك، تحقق من أن البرنامج يبقى T1 غير مرئي حتى يظهر الهدف الكامل، ثم يعرضه على المشارك.
ملاحظة: يتم ذلك للتحكم في تأثيرات المعالجة المرئية للمحفزات الجزئية، خاصة إذا تم استخدام سرعات مختلفة من الأهداف التي من شأنها أن تعبر الحدود في أوقات مختلفة. 10 - ينتج ظهور جزئي للهدف (مثل حافز نصف القمر) هدفا يتألف في البداية من تردد مكاني أعلى، والذي من شأنه أن يؤدي إلى زيادة الكمون SLR وانخفاضحجمها 10. - تحقق من أن البرنامج يقدم T1 إلى جانب عشوائي في أحد مساري y المقلوبين بينما يبقى يد المشارك ثابتًا في T0.
ملاحظة: في وقت واحد مع ظهور T1 من تحت occluder، يتم عرض هدف ثانوي في زاوية الشاشة، في موقع مغطى بالصمام الضوئي. لا يرى هذا الهدف المقدم للصمام الضوئي من قبل هذا الموضوع ولكنه يوفر إشارة تناظرية إلى الصمام الضوئي المدمج في الجهاز الروبوتية الوصول. تسمح إشارة الصمام الضوئي هذه بالمحاذاة الدقيقة للمظهر المستهدف مع نشاط العضلات وتضمن عدم وجود أي تأخير أو تأخير داخل جهاز الوصول الروبوتي. - عندما يخرج T1 من وراء occluder، معرفة ما إذا كان المشارك قادرا على توليد وصول موجهة بصريا اعتمادا على لون occluder. عندما يكون occluder الأخضر، اطلب من المشارك لاعتراض T1 مع RTC. عندما يكون occluder أحمر، اطلب من المشارك نقل RTC بعيداً عن T1.
ملاحظة: يشير لون الانسداد الأخضر (2.1.1.2) إلى الوصول للمحترفين (أي نحو العضد) ولون أحمر مُشار إليه بعيدًا عن الهدف المتحرك T1 (أي مضاد للمدى). في حالة مكافحة الوصول، لا يستند اعتراض الصحيح على صورة معكوسة من T1، ولكن بدلاً من المسافة الأفقية نسبة إلى T0. - اعتمادا على سلوك الوصول، وتقديم ردود الفعل إما 'ضرب' (اعتراض الصحيح)، 'خاطئ' (الاتجاه غير صحيح لpro/anti الوصول)، أو 'miss' (لا صحة ولا الردود غير صحيحة الكشف عن) خلال الفاصل الزمني بين المحاكمات. تتكون هذه الملاحظات من نص مكتوب على occluder.
- تأكد من أن T1 و T0 تظهر مرة أخرى في مواقعها الأصلية 200 مللي ثانية بعد اكتمال سلوك الوصول إلى المشارك. بدء المحاكمة التالية عندما يحضر المشارك RTC إلى T0.
- تعليمات شفهية للمشارك لبدء المحاكمة الأولى عن طريق جلب RTC (المشار إليها من قبل موقف manipulandum) في موقف البداية (T0) لمدة متغيرة من 1-1.5 s. يتغير لون occluder لإرشاد الموضوع الذي تتطلبه التجربة القادمة مؤيدًا أو مضادًا للوصول.
- اطلب من كل مشارك إجراء 4 كتل من 100 تجربة ، مما يؤدي إلى وصول 100 إلى كل حالة. معشّاة أنواع التجارب المتشابكة مع الموالية أو المضادة للروافد بعد المحفزات اليسار واليمين. كل كتلة يستغرق حوالي 7.5 دقيقة لإكمال.
ملاحظة: يوصى بأن تتكون كل حالة من 80 تكراراً على الأقل عند استخدام التسجيلات السطحية، حيث تعتمد خطوة التحليل التالية على بيانات من العديد من التجارب للكشف عن SLR.- تقليل حركة المشاركين بين كل كتلة لضمان اتساق التسجيلات. بعد تأكيد شفهي أن المشارك جاهز لبدء الكتلة التالية، قم ببدء الكتلة التالية والاستمرار في مراقبة أداء المشاركين وإخراج EMG.
ملاحظة: قد تكون هناك حاجة إلى المراقبة المستمرة لإخراج EMG عبر جهاز مراقبة سطح المكتب من قبل المُجرب للكشف عن مشكلات تسجيلات EMG السطحية. على سبيل المثال، خلال فترات طويلة من الوصول إلى الحركات، قد تصبح أقطاب EMG السطحية غير عالقة من جلد المشارك بسبب التعرق.
- تقليل حركة المشاركين بين كل كتلة لضمان اتساق التسجيلات. بعد تأكيد شفهي أن المشارك جاهز لبدء الكتلة التالية، قم ببدء الكتلة التالية والاستمرار في مراقبة أداء المشاركين وإخراج EMG.
- جمع البيانات من نموذج ثابت عنصر تحكم لتمكين مقارنة البيانات إلى تلك التي تم الحصول عليها في نموذج الهدف الناشئة.
ملاحظة: قد يتم ذلك قبل أو بعد نموذج الهدف الناشئة. لإنشاء نموذج ثابت عنصر تحكم، كرر الخطوات 2.1.1.3 و 2.1.1.5 و 2.2 و 3.1 و 3.1.1 و 3.1.7 و 3.2 و 3.2.1; ومع ذلك، في الخطوة 2.1.1.3، لا رمز T1 بدءاً من أعلى الشاشة والانتقال نحو المشارك. بدلاً من ذلك، ضع T1 لتظهر إما إلى اليسار أو اليمين من T0. وعلاوة على ذلك، T0 الآن إما الأحمر أو الأخضر أقرب إلى occluder المستخدمة في نموذج الهدف الناشئة. وتسير المحاكمة على النحو المبين أدناه.- توجيه شفهيا للمشارك لجلب RTC في T0 لبدء المحاكمة الأولى، التي هي في نفس الموقع كما هو الحال في النموذج المستهدف الناشئة.
- تأكد من أن البرنامج يقدم T0 إما الأحمر أو الأخضر للإشارة إلى الموالية أو مكافحة الوصول على التوالي. العشوائية فترة عقد من 1-2s للمشارك لعقد RTC في T0.
- تأكد من أن البرنامج يقدم هدفا ثابتا إما إلى اليسار أو اليمين، 10 سم من T0. تعشّم الجانب المستهدف عبر التجارب.
- كما هو الحال في نموذج الهدف الناشئة، اطلب من المشارك الوصول إلى هدف إذا كان T0 أخضر، والوصول في الاتجاه المعاكس تمامًا بعيدًا عن الهدف إذا كان T0 أحمرًا. تستمر المحاكمة التالية بعد الاتصال مع موقع الهدف أو الهدف المضاد.
- تأكد من أن كل مشارك أجرى 4 كتل من 100 تجربة، مما أدى إلى بلوغ 100 تجربة لكل حالة. تم تشابك أنواع التجارب بشكل عشوائي.
4- التحليل
- تحليل كافة البيانات في البرامج النصية المخصصة دون اتصال وتجاهل تجارب الأخطاء.
ملاحظة: يتم تعريف تجارب الأخطاء بواسطة اتجاهات الوصول غير صحيحة (3.5 سم) أو RTs طويلة (> 500 مللي ثانية) تشير إلى عدم الانتباه المفترض أو RTs قصيرة (- اشتقاق وقت التفاعل (RT) للوصول إلى حركات لكل تجربة من خلال تحديد الوقت الذي تجاوزت فيه الحركة 8٪ من السرعة الظلية القصوى.
ملاحظة: قد يتم استخدام أساليب أخرى لتعريف RT.- لتحليل نشاط العضلات، استخدم البرامج النصية غير المتصلة بالإنترنت لتحويل إشارات EMG إلى ميكروفولت مصدر، وإزالة أي إزاحة التيار المستمر، وتصحيح إشارة EMG، وتصفية الإشارة مع مرشح متوسط متحرك من 7 نقاط.
- استخدام سلسلة زمنية المتلقي التشغيل التحليل المميزة (ROC) للكشف عن وجود و الكمون من SLR6،7.
ملاحظة: يمكن استخدام طرق بديلة لتحديد الطابع المقفل للوقت لنشاط SLR.- لإجراء تحليل سلسلة زمنية ROC، فصل بيانات EMG استناداً إلى جانب العرض التقديمي الهدف وحالة التجربة(يظهر الشكل 1a البيانات اليسرى مقابل البيانات اليمنى للمؤيدين للوصول).
- حساب المنطقة تحت منحنى ROC للسكان اثنين، لكل مرة عينة (1 مللي ثانية) من 100 مللي ثانية قبل إلى 300 مللي ثانية بعد العرض الهدف (على سبيل المثال، الشكل 2c).
ملاحظة: تشير قيمة ROC 0.5 إلى التمييز في الصدفة، في حين تشير قيم 1 أو 0 إلى تمييز صحيح تماماً أو غير صحيح بالنسبة للعرض المستهدف، على التوالي. - تحديد زمن الوصول إلى التمييز كأول من 8 من 10 نقاط متتالية التي تجاوزت قيمة 0.6(الشكل 2 ج المشار إليها من قبل الخطوط العمودية الحمراء أو الزرقاء).
ملاحظة: قد تتغير العتبة وعدد النقاط التي تتجاوز العتبة حسب نوعية وكمية تسجيلات EMG السطحية أو العضلية، ويمكن استخدام تحليل الإطلاق لتحديد فترات الثقة بشكل موضوعي. وقد أظهرت العمل السابق أن قيمة 0.6 يعادل تقريبا فاصل الثقة 95٪12.
- لتحديد وجود SLR على التجارب المؤيدة للوصول، استخدم تحليل RT-split (انظر الشكل 18)، حيث يتم تنفيذ الخطوات 4.1.3.2 و 4.1.3.3 بشكل منفصل على النصف المبكر والمتأخر من الوصولات على أساس RT (الشكل 1a التجارب الأرجواني، والتجارب الخضراء).
- مؤامرة وقت التمييز المبكر ويعني RT في وقت مبكر كنقطة واحدة، ثم مؤامرة وقت التمييز في وقت متأخر ويعني RT في وقت متأخر كنقطة ثانية على نفس المؤامرة. ربط هاتين الذّرقين بخط(الشكل 1c). يتم الكشف عن SLR عندما يتجاوز ميل هذا الخط 67.5 درجة.
ملاحظة: بالنسبة لهذا الخط، فإن منحدر 90 درجة يشير إلى أن أوقات التمييز في EMG مقفلة تمامًا على عرض التحفيز (حيث يتم بدء نشاط EMG في نفس وقت الوصول ، بغض النظر عن وقت الحركة اللاحقة) ، في حين أن منحدرًا من 45 درجة يشير إلى أن التمييز في EMG مؤمن تمامًا على بداية الحركة. في الممارسة العملية، يتم استخدام منحدر قطع من 67.5 درجة (في منتصف الطريق بين 45 درجة و 90 درجة) للكشف عما إذا كان SLR موجود (المنحدر > 67.5 درجة) أم لا (المنحدر < 67.5 درجة)؛ حيث أن هذا يشير إلى أن نشاط EMG أكثر غلقاً على التحفيز بدلاً من بداية الحركة.
- إذا تم تحديد وجود SLR، حدد زمن الوصول SLR بواسطة زمن الوصول التمييزي من كافة التجارب (4.1.3.3).
- تحديد SLR حجم الفرق بين اليسار واليمين يعني آثار EMG (على سبيل المثال، الشكل 2c الظلام الأحمر مقابل آثار حمراء فاتحة، أو الأزرق الداكن مقابل آثار زرقاء فاتحة) من الكمون SLR إلى 30 مللي ثانية بعد وقت الوصول التمييز.
ملاحظة: قد يتم توسيع قيم وقت حجم أو تقصير. - اشتقاق وقت التفاعل (RT) للوصول إلى حركات لكل تجربة من خلال تحديد الوقت الذي تجاوزت فيه الحركة 8٪ من السرعة الظلية القصوى.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
الردود المقفلة التحفيز (SLRs) هي رشقات نارية قصيرة من وقت النشاط العضلي مؤمن على بداية التحفيز التي تتطور جيدا قبل الطائرة أكبر من توظيف العضلات المرتبطة بداية الحركة. أنتجت الطبيعة المقفلة للوقت لـ SLR "النطاقات" لنشاط العضلات المرئية في ~ 100 مللي ثانية عند عرض جميع التجارب التي تم فرزها لوقت رد الفعل(الشكل 1a، تم تمييزه بواسطة مربعات رمادية). كما هو مبين في الشكل 1a، SLRs كان يعتمد على الموقع المستهدف ، مع SLRs على اليمين pectoralis الرئيسية التي تتكون من زيادة أو نقصان في توظيف العضلات بعد عرض الهدف اليمين أو اليسار ، على التوالي. تم الكشف عن SLRs مع تحليل انقسام RT (الطرق 4.1.4)، حيث تم إجراء تحليلات منفصلة للسلسلة الزمنية ROC في التجارب المبكرة والمتأخرة لRT(الشكل 1b- الأرجواني مقابل الأخضر). يشير هذا التحليل إلى ما إذا كان ظهور EMG الثابت للمحفزات أو بداية الحركة ، والذي تم تحديده من خلال منحدر الخط الذي يربط بين أوقات التمييز المبكرة والمتأخرة التي تم رسمها كدالة RT (الشكل 1c). الدراسات السابقة من SLR باستخدام المحفزات الثابتة ذكرت معدلات الكشف عن جميع المشاركين أقل من 70٪8،9. وقد أجريت هنا مقارنة لفعالية نموذج مستهدف ناشئ في استحضار تقارير الأداء الخاصة إلى تلك التي تم الحصول عليها باستخدام نموذج مع أهداف ثابتة.
في نموذج الهدف الناشئ(الشكل التكميلي 1)،تم الوصول إلى الموضوعات نحو الأهداف المتحركة الناشئة بدلاً من الأهداف الثابتة. ويبين الشكل 2 بيانات من موضوعين يصلان إلى هدف ثابت (الصفان الأول والثالث) أو أهداف متحركة تظهر تحت أحد الأعمدة (الصفان الثاني والرابع). المشارك 1 لا يعرض SLR في النموذج الثابت، ولكن يعرض SLR واضحة في نموذج الهدف الناشئة؛ كانت SLRs واضحة كـ نطاق عمودي من النشاط في المؤامرات المحاكمة على سبيل التجربة(الشكل 2a)~ 100 مللي ثانية بعد ظهور التحفيز في الهدف الناشئة ولكن ليس نموذج ثابت. وكان SLR واضحا أيضا في متوسط آثار EMG(الشكل 2b)للمشارك 1 في الهدف الناشئة ولكن ليس نموذج ثابت (آثار حمراء في الصفوف العلوية من الشكل 2B). قدم المشارك 1 مثالاً لشخص لا يعرض SLR في نموذج ثابت كان يستخدم سابقاً في المؤلفات، ولكنه يعرض SLR في نموذج الهدف الناشئ. وعلى النقيض من ذلك، ففي حين أظهر المشارك 2 نموذجًا من SLR في كل من نماذج الأهداف الثابتة والناشئة، كان حجم SLR أكبر بكثير في نموذج الهدف الناشئ، مع اقتراب المقادير التي تم تحقيقها قبل بدءالحركة.
قارنا خصائص SLRs لوحظ في الأهداف الناشئة مقابل نموذج ثابت عبر العينة، وفحص البيانات التي تم جمعها في حالة الموالية للوصول. كما هو مبين في الشكل 3a (خطوط خضراء) ، وتمشيا مع النتائج التمثيلية في الشكل 2، كان حجم SLR أكبر بكثير في الهدف الناشئ مقابل النموذج الساكن ، مع مقادير التوظيف في الفترة 80-120 مللي بعد ظهور التحفيز زيادة خمسة أضعاف في المتوسط. وعلى النقيض من هذه التغيرات المنهجية في حجم SLR، فإن زمن الوصول إلى SRS المكتشفة لم يختلف في نموذج الهدف الثابت مقابل الناشئة(الشكل 3a، الخطوط الأرجوانية). وكما هو مبين في الشكل 3ب (الشرائط الزرقاء)، فقد تم الكشف عن معدلات الثبات في المدى الثابت لدى جميع المشاركين الخمسة في نموذج الهدف الناشئ (أي انتشار 100 في المائة)، ولكن فقط في ثلاثة مشاركين في نموذج ذي أهداف ثابتة (أي انتشار 60 في المائة، يشبه التقارير السابقة8،9). كان رصد SLRs على جميع المشاركين في نموذج الهدف الناشئ أكثر إثارة للإعجاب بالنظر إلى أننا اعتمدنا على تسجيلات EMG السطحية غير الغازية ، في حين اعتمدت التقارير السابقة بشكل عام على تسجيلات EMG العضلية الغازية. الأهم من ذلك ، في حين أن الوصول RTs يميل إلى أن يكون أقصر بكثير في الهدف الناشئ مقابل النموذج الساكن(الشكل 3B، الخطوط السوداء) ، لا تنشأ SLRs ببساطة في نموذج الهدف الناشئ بسبب RTs المعجل. على سبيل المثال، أظهرت بيانات المشارك 1 في الشكل 2 تقارير تحليلية بارزة في الهدف الناشئ ولكن ليس نموذج ثابت لنطاقات التداخل من RTs الوصول. وأخيراً، درسنا أيضاً كيف أثرت التعليمات المتعلقة بالابتعاد عن الهدف الناشئ على الـ SLRs. كما وجدت سابقا مع أهداف ثابتة9، SLR المقادير في حالة مكافحة الوصول كانت صامتة مقارنة مع ذلك في حالة الموالية للوصول (الشكل 3C، خطوط زرقاء ؛ انظر أيضا يعني آثار EMG في الشكل 2، الشكل 4). وهذا يدل على أن النموذج الناشئة الهدف يمكن استخدامها لدراسة جوانب السيطرة المعرفية, التي تتعلق في هذه الحالة إلى توحيد التعليمات للتحرك إما نحو أو بعيدا عن هدف الناشئة.
نعرض البيانات المسجلة من جميع المشاركين الخمسة في الشكل 4، من أجل توضيح التباين في خصائص SLR المسجلة في نماذج الأهداف الثابتة مقابل الناشئة في الظروف المؤيدة والمناهضة للوصول (المربعات الرمادية في الشكل 4 تصور الفاصل الزمني لـ SLR). كما هو الحال مع المشارك 1 (مبين في الصفوف العلوية في الشكل 2)، كما عرضت المشارك 5 SLR في الهدف الناشئة ولكن ليس نموذج ثابت في حالة الموالية للوصول. وكما هو الحال مع المشارك 2 (المبين في صفين أدنى في الشكل 2)،فإن المشاركين 3 و4 أظهروا أيضاً مستويات إس إل إس إل أكبر بكثير في الهدف الناشئ مقابل النماذج الثابتة في الحالة المؤيدة للوصول. اثنين من السمات الأخرى للبيانات المبينة في الشكل 4 تستحق التركيز. أولاً، في المشاركين 3 و4 و5، لاحظنا SLR أكبر في البديل المضاد للوصول للمهمة المستهدفة الناشئة، مع ذروة سلسلة زمنية ROC فوق 0.6 قبل افتراض مستويات قرب 0. وقد لوحظ SLR نحو التحفيز في حالة مكافحة الوصول سابقا9، ونحن قد تتصل هذا إلى الحركة وجيزة من ناحية نحو التحفيز في البديل المضادة للانتهاء من مهمة التصحيح على الخط3. ثانياً، في الحالة المؤيدة للوصول في المهمة الناشئة المستهدفة، لوحظ فصل متميز بين SLR والنشاط المتوائم للحركة الذي أعقب ذلك في بعض المشاركين (على سبيل المثال، المشاركون 1 و3 و5؛ انظر كيف تنخفض سلسلة الـ (ROC) لفترة وجيزة بعد بلوغها ذروتها خلال الفاصل الزمني لـ SLR)، ولكن وجدت أن SLR مزجت في نشاط متوائم الحركة في الآخرين (على سبيل المثال، المشاركين 2 و4). وكما هو مذكور أدناه، يتعلق هذا بتصميم خوارزميات للكشف عن SLR.
وعموماً، فإن نموذج الأهداف الناشئة أكثر فعالية في استحضار هذه العمليات القصيرة الأجل وأفرقة العمل القطرية القصيرة من النماذج التي تستخدم أهدافاً ثابتة. ويتضح ذلك من خلال الزيادات في انتشار SLR، وحجمها، وأقصر فترات الاستجابة فيما يتعلق بالأهداف الثابتة.
الشكل 1: كشف SLR. مثال لـ SLR من مشارك تمثيلي، يوضح معايير الكشف عن SLRs. (أ)التوظيف التجريبية للمحاكمة للعضلات الرئيسية الصدرية اليمنى لليمين أو اليسار تصل في الحالة الموالية للوصول. كل صف هو محاكمة مختلفة. كثافة اللون ينقل حجم نشاط EMG. تم فرز التجارب حسب الوصول RT (صناديق بيضاء) ومحاذية لظهور التحفيز (الخط الأسود). وبدت SLR كزدّة رأسية للنشاط الذي أبرزته الصناديق الرمادية؛ لاحظ كيف زاد نشاط EMG أو انخفض (الوقت - مؤمن ~ 90 مللي ثانية) بعد عرض التحفيز اليمين أو اليمين أو اليسار ، على التوالي. تشير الأشرطة الأرجوانية أو الخضراء إلى التجارب التي تساهم في مجموعات RT المبكرة أو المتأخرة، على التوالي. (ب)تحليل سلسلة زمنية من قائمة الـ ROC يشير إلى وقت التمييز في فريق الإدارة البيئية في التجارب المبكرة (الأرجواني) والمتأخرة (الخضراء) الموضحة في (أ). (ج)بالنسبة للمجموعات المبكرة (الأرجواني) والمتأخرة (الخضراء)، كان يعني RT رسمها كدالة للتمييز ROC. إن انحدار الخط الذي يربط هاتين النقيتين هو 83.7 درجة، مما يشير إلى أن نشاط EMG كان أكثر محاذاة لعرض التحفيز من بداية الحركة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: النتائج التمثيلية. البيانات من المشاركين 1 و 2 تبين التباين في الحضور أو الغياب أو SLRs في ثابت (1st و 3الصفوف rd)، وتناسق وجود SLR في النماذج المستهدفة الناشئة (الصفين2 و4). (أ) التوظيف في محاكمة على سبيل المحاكمة من أجل الحصول على عضلات كبرى من النوع الـ 1 (أ) الصحيح لهؤلاء المشاركين (نفس الشكل الذي يُعرف به الشكل 1أ). وترد الشروط التي تعرض SLR في الأرجواني(2nd،3و 4 الصفوف). (ب)متوسط +/- SE لنشاط EMG لكل من الموالية (الأحمر) ومكافحة (الأزرق) تصل، وفصلها من جانب العرض التحفيزي (آثار أضعف المستخدمة للحركات في الاتجاه غير المفضل). (ج) تحليل الـ ROC للسلسلة الزمنية لـ Pro (أحمر) و Anti (أزرق) يصل إلى الموضح في (ب). SLR عصر أبرز في مربع رمادي; خطوط أفقية متقطعة عند 0.4 و 0.6. خطوط ملونة عمودية (إذا كان موجودا في حالة الموالية) تظهر وقت التمييز لpro-- (أحمر) أو المضادة (الأزرق) الوصول إلى المحاكمات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: آثار نموذج مستهدف ناشئ على خصائص SLR والوصول إلى RT. (أ) استتار SLR (أرجواني) وحجم (أخضر) للوصول إلى pro في نماذج الأهداف الثابتة مقابل الناشئة. زمن الوصول المعرّف على أنه أول 8 من أصل 10 نقاط بيانات مستمرة تتجاوز عتبة ROC 0.6 (انظر الطرق). تم تعريف حجم SLR على أنها المنطقة المتكاملة أكثر من 30 مللي بعد التمييز SLR بين متوسط نشاط EMG على التجارب من اليسار مقابل اليمين. تم تطبيع جميع المقادير إلى الحد الأقصى للمشارك عبر الظروف (على سبيل المثال، تشير قيمة 1 إلى الاستجابة القصوى). (ب)SLR انتشار والوصول RT. (ج) SLR حجم ونتوء النتائج من الموالية ومكافحة الوصول في النموذج المستهدف الناشئة. * يدل على أهمية في p<.05 مقارنة مع حالة ثابتة أو المضادة استناداً إلى اختبار t غير مفّادل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: متوسط تحليل فريق الإدارة البيئية وسلسلة زمنية من التحليلات الخاصة بـ ROC لجميع المشاركين. العمود الأيسر من المؤامرات: متوسط +/- SE من نشاط EMG لكل من الموالية (الأحمر) ومكافحة (الأزرق) تصل، وفصلها من جانب العرض التحفيزي (آثار باهتة تستخدم للحركات في الاتجاه غير المفضل). العمود الأيمن من المؤامرات: تحليل سلسلة زمنية ROC للمحترفين (الأحمر) والمناهضة (الأزرق) يصل إلى موضح في (العمود الأيسر من المؤامرات). SLR عصر أبرز في مربع رمادي; خطوط أفقية متقطعة عند 0.4 و 0.6. خطوط ملونة عمودية (إذا كان موجودا في حالة الموالية) تظهر وقت التمييز لpro-- (أحمر) أو المضادة (الأزرق) الوصول إلى المحاكمات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل التكميلي 1: عرض أعلى للمهمة في الجهاز الروبوتي للوصول. نقطة بيضاء كبيرة على الجانب الأيسر السفلي يمثل الصمام الضوئي. يظهر الهدف الأبيض (T1) وهو يخرج من مسار 'y' المقلوب إلى اليسار. نقطة بيضاء إلى يمين T1 يمثل RTC في خضم الوصول الموجه بصريا. يظهر occluder هنا باللون الأخضر ، مما يشير إلى وجود حاجة إلى وصول المحترفين. T0 لا تظهر، وذلك بسبب الاختفاء المتزامن مع ظهور الهدف. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
البشر لديهم قدرة ملحوظة، عند الحاجة، لتوليد إجراءات سريعة، موجهة بصريا في latencies التي تقترب من الحد الأدنى من التأخير في الاتصال الرنانة والرافضة. لقد سبق أن وصفنا الردود المقفلة على التحفيز (SLRs) على الطرف العلوي كتدبير جديد للاستجابات السريعة فيشوماتور6،9،10. في حين أن مفيدة في توفير معيار المحاكمة على سبيل التجربة للجانب الأول من التوظيف العضلات الطرف العلوي تتأثر التحفيز البصري، لم يتم التعبير عن الأطراف SLRs في جميع المواضيع وغالبا ما تعتمد على التسجيلات العضلية الغازية. هنا، يتم وصف نموذج هدف الناشئة(الملف التكميلي 1)ويتم مقارنة النتائج مع تلك التي تم الحصول عليها مع أهداف ثابتة. وتظهر فوائد نموذج الهدف الناشئ في إطار فرادى المشاركين، حيث أن المشاركين الذين لا يعبرون عن SLR في نموذج ثابت يعبرون عن واحد في نموذج الهدف الناشئ (على سبيل المثال، الشكل 2، المشارك من الصف الأول مقابل الصف الثاني). وعلاوة على ذلك، فإن الفئات المسلّية المعبّر عنها في نموذج الأهداف الناشئة أكبر بكثير مما هي عليه في نماذج أخرى، حيث تصل أحياناً إلى مقادير تعادل المقادير الرادية(الشكل 2،المشارك 2؛ 2). الشكل 4،المشارك 5). وهكذا، أثبت هذا النموذج فعاليته في زيادة حجم (الشكل 3a) ، قابلية الكشف عن SLR (الشكل 3b) ، وتعزيز RTs أقصر الوصول بمقدار 50 مللي ثانية تقريبًا (الشكل 3b) ، مقارنةً بنموذج يستخدم أهداف ثابتة. كما يتمتع نموذج الهدف الناشئ بمزايا على النماذج التي تتطلب تصحيحات منتصف الرحلة4، حيث يتم تقديم حافز جديد في حين أن الحركة الوصولة هي بالفعل في منتصف الرحلة. يمكن أن تحدث EMG أو التغيرات الحركية للحركات التي تم القيام بها بالفعل في منتصف الرحلة أيضًا أثناء التجارب التي تغير الملاحظات البصرية للموقف الحالي في اليد ، إما بمفردها أو بالتزامن مع التغييرات في الموضع المستهدف13. في حين تستخدم عادة لدراسة الاستجابات فيشوتور سريع، في مثل هذه النماذج EMG، الحركية، و / أو النشاط الكينمي مدفوعة استجابة للحافز الجديد تتطور على رأس النشاط المتصل بالحركة الأصلية. وعلى النقيض من ذلك، بما أن المشارك في وضع مستقر في وقت ظهور التحفيز في النموذج المستهدف الناشئ، فإن المستويات المتوسطة هي التي يسهل تمييزها، حتى على أساس المحاكمة على حدة.
الجوانب الثلاثة الأكثر أهمية لنموذج الهدف الناشئ هي استخدام الحركة الضمنية خلف حاجز (3.1.3)، واليقين في وقت ظهور الهدف (3.1.4)، والظهور المستهدف الكامل من وراء الانسداد (3.1.5). ومن بين هذه الجوانب الثلاثة، نتكهن بأن استخدام الاقتراح الضمني هو الأهم. ينتج الحركة الضمنية إشارات قوية في المناطق ذات الصلة بالحركة في التيار البصري الظهري التي لا يمكن تحديدها عن تلك التي تنتجها الأهداف المتحركة المرئية14. ونحن نتكهن بأنه عندما يقترن ذلك بالحركة الضمنية، فإن الظهور المفاجئ للهدف الناشئ تحت العقبة يخلق عابرة بصرية أقوى مما هي عليه في نموذج الهدف الثابت. كما أن تنفيذنا لنموذج الهدف الناشئ تضمن أيضا درجة عالية من اليقين في كل محاكمة على حدى من الوقت الذي سيعاد فيه ظهور الهدف. قد يكون اختفاء وظهور الهدف وراء الحاجز أقرب إلى "فاصل الفجوة" بين إزاحة تثبيت مركزي أو عقد التحفيز وعرض هدف محيطي ، مما يعجل أيضًا بالوصول إلى أوقات التفاعل15 ويعزز التعبير عن saccades16السريع ، والتي هي نوع آخر من الاستجابة السريعة فيموموتور. وأخيرا، من المهم أن يتم عرض الهدف الناشئ من وراء الحاجز بأكمله، بدلا من أن يُعرض على أنه ينزلق من وراء الحاجز. إذا كان الهدف من الانزلاق بعد الحاجز ، فإن أقرب حافز متاح للنظام البصري سيكون حافز "نصف القمر" الذي سيفتقر إلى الترددات المكانية المنخفضة المعروفة بالترويج للتعبير السابق والأقوى عن الأطراف SLRs10. وبالإضافة إلى هذه الخطوات الحاسمة، من المهم وضع منافذ للأهداف الناشئة في المواقع المرتبطة بالاتجاه المفضل أو غير المفضل للعضلات (العضلات) قيد الدراسة. إدخال قوة تحميل الخلفية لزيادة نشاط العضلات من الفائدة مفيد أيضا في الكشف عن الأطراف SLRs.
من حيث استكشاف الأخطاء وإصلاحها، لا بد من التأكد من أن الوقت من ظهور الهدف هو معروف على كل تجربة، نظراً للكمون قصير من SLR الطرف. وهذا أمر مهم بشكل خاص بالنسبة لشاشات العرض الرقمية، والتي قد تؤدي بشكل منهجي إلى تأخير متغير في وقت عرض التحفيز الذي يمكن أن يعرض محاذاة دقيقة لنشاط العضلات للأحداث الحرجة. قبل أي تنفيذ للتجربة المستهدفة الناشئة، وبغض النظر عن نوع العرض المرئي، نشجع استخدام أجهزة تصوير ضوئية متعددة لتسجيل توقيت ظهور التحفيز في مواقع متعددة على الشاشة (على سبيل المثال، في الموقع غير المرئي المشار إليه في 3.1.6، وفي المواقع التي ستظهر فيها T1). إذا كان الفاصل الزمني بين ظهور التحفيز في هذين الموقعين غير ثابتة عبر التجارب ، ثم الصمام الضوئي في موقع الغيب يمكن أن تكون بمثابة وكيل لظهور T1 أثناء التجربة الفعلية ، بعد ضبط أي تأخر محدد إلى المواقع المختلفة التي قد تظهر T1. كما نشجع على مراقبة "مباشرة" قريبة لنشاط EMG أثناء التجربة، لمراقبة أي تغييرات في نشاط EMG الخلفية قبل ظهور الهدف، أو للتغيرات في نشاط EMG المرتبطة بالوصول إلى حركات في عكس اتجاه الحركة المفضل في العضلات.
هناك عدد من الطرق التي يمكن من خلالها تعديل نموذج الهدف الناشئ ويمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة فهم العوامل الحسية والمعرفية والحركية التي تؤثر على نظام فيشووموتور السريع. هنا، أصدرنا تعليمات إلى الأشخاص بالاستعداد للتحرك نحو (مؤيد للوصول) أو بعيدًا (مضادًا للوصول) من الهدف الناشئ. كما هو متوقع من النتائج السابقة9، دمج هذه التعليمات تمكين المواضيع للحد من حجم SLR دون تغيير توقيت SLR. وهذا يدل على أن المراكز العصبية التي تقوم بوساطة SLR يمكن تعيينها مسبقًا من قبل مناطق ذات ترتيب أعلى لإنشاء مجموعة المهام ، قبل ظهور الهدف. وهناك العديد من الأبعاد الأخرى التي يمكن فيها تعديل المهمة للتلاعب بالعوامل المعرفية، على سبيل المثال عن طريق تغيير إمكانية التنبؤ بالمظهر المستهدف في أي وقت (أي جعل توقيت الظهور أقل قابلية للتنبؤ) أو الفضاء (أي الانحياز للظهور المستهدف إلى جانب أو آخر، أو توفير إشارات داخلية تشير إلى جانب الظهور). كما أن التلاعب بالمعلمات الحسية للهدف الناشئ (مثل سرعة أو تباين أو حجم أو لون التحفيز الناشئ أو وجود تشتيتات متنافسة) ستوفر رؤى حول الركائز الأساسية. ومن شأن تقديم هدف ثابت بدلاً من التحرك تحت الحاجز أن يساعد أيضاً في تحليل آثار الحركة المستهدفة مقابل القدرة على التنبؤ الزمني على قوة الطرف SLR. وأخيرا، من منظور المحرك، يمكن توسيع إطار النموذج الهدف الناشئة إلى حركات الوصول الثنائية، وإنشاء وجود SLRs قوية على عضلات الطرف العلوي قوة التحقيق توزيع هذه الإشارات إلى عضلات الجذع أو الأطراف الأخرى.
ولعل من بين القيود المرتبطة بهذا النموذج، ربما كان من المفارقات، مدى تقصير درجة الوصول إلى التكنولوجيات الراديوية. تشبه معايير الكشف SLR التي استخدمت سابقا12، حيث أجرينا تحليلات منفصلة للسلسلة الزمنية ROC لمجموعات RT الأقصر أو الأطول من المتوسط. ويتطلب القيام بذلك درجة من التباين في الوصول إلى RTs، وفي الممارسة العملية وجدنا أن الوصول إلى RTs أقصر وأقل متغيرة في نموذج الهدف الناشئ مقارنة بالنموذج الثابت (279 +/- 58 مللي ثانية (ثابت)؛ 207 +/- 34 مللي ثانية (الهدف الناشئ)). في الواقع، تم أحياناً اختصار RTs لدرجة أن الطائرة ذات الصلة بالحركة من نشاط EMG غالباً ما مزجت في الفاصل الزمني SLR. وبالتالي، فإن سلسلة زمنية ROC غالباً ما ارتفعت مباشرة من القيم بالقرب من 0.5 إلى القيم بالقرب من 1.0، دون عرض النقصان الموجز بعد SLR المطلوبة للكشف في المرجع8 (انظر الشكل 4، المشارك 1،2، 4، 5). والأهم من ذلك، فإن التباين الأصغر لـ RT يضر باكتشاف المنحدر(الشكل 1 ج)؛ حيث أن عدم وجود تباين في RTs قد يؤدي إلى مستويات أقل من SLRs يمكن الكشف عنها. ونتوقع أن تستمر معايير الكشف عن حالات السلولات في التطور، ومن المرجح أن يكون من الممكن تحسينها إلى أقصى حد لخصائص المهمة المطروحة. وقد تساعد عمليات التلاعب الأخرى في المهام، ربما بزيادة عدم اليقين الزمني في إعادة ظهور الهدف أو اشتراط أن ينتظر الأشخاص للتحرك لفترة قصيرة بعد ظهور الهدف (مثلاً، عن طريق انتظار تغيير الهدف الناشئ لتغيير اللون)، في زيادة متوسط وتباين الوصول إلى RTs وفصل التوظيف أثناء الفاصل الزمني لـ SLR عن ذلك المرتبط ببداية الحركة. 13- وقد يكون القيد الثاني، الذي لم يتم استكشافه، هو أن بعض المشاركين قد لا يعرضون على نموذج الهدف الناشئ. ونحن ندرك أن عينة لدينا صغيرة وينبغي أن تستخدم الدراسات المستقبلية نموذج الهدف الناشئ بشأن عدد أكبر من السكان.
وفي الختام، يقدم نموذج الأهداف الناشئة تقنية أكثر موثوقية للحصول على SLR، إذا ما قورنت بالنماذج التي تستخدم أهدافا ثابتة. وسينهض إطار نموذج الأهداف الناشئة بدراسة الاستجابات السريعة للسلّانات، من خلال توفير وسيلة للحصول على تعبير قوي عن حالات الـ SLRs العلوية. ومن الجدير بالذكر على وجه الخصوص أن جميع النتائج المذكورة هنا تم الحصول عليها مع التسجيلات السطحية، لأن هذا سيمكن من دراسة حالات السلّم السلّمية في السكان التي قد تكون أقل قابلية للتسجيل العضلي، مثل الشباب أو كبار السن أو العجزة. ونتوقع أيضا أن يتم توسيع نطاق النموذج المستهدف الناشئ ليشمل الدراسات الحيوانية في الرئيسيات غير البشرية وأن يُدمج مع التقنيات الفيزيولوجية العصبية لاستكشاف الركائز العصبية المحتملة. جنبا إلى جنب مع العمل المستقبلي في البشر التي يمكن أن تستكشف بسرعة العديد من الأبعاد الحسية والمعرفية والحركية لهذه المهمة ، فإن نموذج الهدف الناشئ يجب أن يعمل على تحفيز الاستكشافات التي تحركها الفرضية لنظام فيشووموتور سريع.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
ويدعم هذا العمل من قبل منحة اكتشاف لBDC من العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث في كندا (NSERC; RGPIN 311680) ومنحة تشغيلية إلى BDC من المعاهد الكندية للبحوث الصحية (CIHR؛ (1) MOP-93796). وقد تم دعم رأس الخيمة من خلال منحة للدراسات العليا في أونتاريو، وتم دعم ALC من قبل منحة NSERC CREATE. وقد دعمت المؤسسة الكندية للابتكار الجهاز التجريبي الموصوف في هذه المخطوطة. وجاء دعم إضافي من صندوق كندا الأول للتميز البحثي (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. |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- Gaveau, V., et al. Automatic online control of motor adjustments in reaching and grasping. Neuropsychologia. 55 (1), 25-40 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kowler, E. Cognitive expectations, not habits, control anticipatory smooth oculomotor pursuit. Vision Research. 29 (9), 1049-1057 (1989).
- 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).
- 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).
- Krekelberg, B., Vatakis, A., Kourtzi, Z. Implied motion from form in the human visual cortex. Journal of Neurophysiology. 94 (6), 4373-4386 (2005).
- 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).
- 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).
