Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

İnsan Üst Ekstremite Kaslarında Hızlı Visuomotor Tepkiler uyandırmak için Yükselen Bir Hedef Paradigma

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

Burada sunulan görsel güdümlü ulaşır sırasında insan üst ekstremite kasları üzerinde sağlam hızlı visuomotor tepkiler ortaya çıkarır bir davranış paradigmasıdır.

Abstract

Görülen bir nesneye ulaşmak için görsel bilgilerin motor komutlarına dönüştürülmesi gerekir. Nesnenin rengi, şekli ve boyutu gibi görsel bilgiler işlenir ve çok sayıda beyin alanına entegre edilir, daha sonra sonuçta motor çevreye aktarılır. Bazı durumlarda, bir reaksiyon mümkün olduğunca hızlı gereklidir. Bu hızlı visuomotor dönüşümler, ve altta yatan nörolojik yüzeyler, güvenilir bir biyomarker yoksun olduğu gibi insanlarda kötü anlaşılmaktadır. Uyarıcı kilitli yanıtlar (SLR) kısa gecikme (<100 ms) elektromiyografik (EMG) aktivitesi nin ilk dalgasını temsil eden ve görsel uyarıcı sunumundan etkilenen ilk kas alımını temsil eder. SLR hızlı visuomotor dönüşümlerin ölçülebilir bir çıkış sağlar, ancak SLR sürekli geçmiş çalışmalarda tüm konularda gözlenmemiştir. Burada, sürekli olarak sağlam SLR'leri çağrıştıran bir engelin altında hareket eden bir hedefin ani ortaya çıkışını içeren yeni, davranışsal bir paradigma tanımlıyoruz. Statik uyaranlar kullanılarak SLR'ları araştıran önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında, bu ortaya çıkan hedef paradigmasıyla uyarılmış SLR'ler daha büyüktü, daha erken evrimleşmiş ve tüm katılımcılarda mevcuttu. Erişim reaksiyon süreleri (RTs) da ortaya çıkan hedef paradigma hızlandırıldı. Bu paradigma, çeşitli duyusal, bilişsel ve motor manipülasyonların hızlı visuomotor tepkiler üzerindeki etkisinin sistematik olarak incelenmesine izin verebilecek çok sayıda modifikasyon fırsatı sağlar. Genel olarak, sonuçlarımız ortaya çıkan bir hedef paradigmasının hızlı bir visuomotor sistem içinde sürekli ve sağlam bir aktivite yitirme yeteneğine sahip olduğunu göstermektedir.

Introduction

Cep telefonumuzda bir mesaj fark ettiğimizde, telefonumuzu kaldırıp mesajı okumak için görsel olarak yönlendirilmiş bir erişim gerçekleştirmemiz istenir. Telefonun şekli ve boyutu gibi görsel özellikler, hedefe başarılı bir şekilde ulaşmamızı sağlayan motor komutlarına dönüştürülür. Bu tür visuomotor dönüşümler yüksek derecede kontrol sağlayan laboratuvar koşullarında incelenebilir. Ancak, yanıt süresinin önemli olduğu senaryolar vardır, örneğin, düşerse telefonu yakalamak. Hızlı visuomotor davranışların laboratuvar çalışmaları genellikle, hedef konumundaki bazı değişikliklerden sonra uçuş ortasında devam eden hareketlerin değiştirildiği yer değiştirmiş hedef paradigmalarına dayanır (örn. bkz. ref.1,2). Bu tür online düzeltmeler oluşabilir iken <150 ms3, bu kol düşük geçiş filtreleme özellikleri nedeniyle tek başına kinematik kullanarak hızlı visuomotor çıkış tam zamanlamasını tespit etmek zordur, ve hızlı visuomotor çıkış zaten orta uçuş bir hareket yerini çünkü. Bu tür komplikasyonlar hızlı visuomotor yanıtların altında yatan substratlar hakkında belirsizliğe yol açar (gözden geçirilmek üzere ref.4'e bakınız). Bazı çalışmalar, fronto-parietal kortikal alanlar yerine superior kolikulus gibi subkortikal yapıların çevrimiçi düzeltmeler başlatabileceğini düşündürmektedir5.

Altta yatan nöral yüzeylere ilişkin bu belirsizlik, en azından kısmen, hızlı visuomotor sistemin çıkışı için güvenilir bir biyomarker eksikliği nedeniyle olabilir. Son zamanlarda statik duruşlardan oluşabilen ve elektromiyografi (EMG) ile kaydedilen hızlı visuomotor yanıtların bir ölçüsünü tanımladık. Uyarıcı kilitli yanıtlar (SLR) gönüllühareketöncesinde EMG aktivitesizaman kilitli patlamaları 6,7, sürekli gelişen ~ 100 ms uyarıcı başlangıcından sonra. Adından da anlaşılacağı gibi, SLR uyarıcı başlangıçlı tarafından uyarılmış, nihai bir hareket8 tevkif veya ters yönde hareket etse bile devam9. Ayrıca, dinamik bir paradigma hedef deplasman tarafından uyarılmış SLR kısa gecikme online düzeltmeler ile ilişkilidir10. Böylece, SLR sistematik kısa gecikme RTs dahil hızlı visuomotor sistemin çıktısını incelemek için objektif bir önlem sağlamak, onlar statik bir duruş oluşturulan olabilir ve hızlı visuomotor yanıtın ilk aşaması ile ilgisi olmayan diğer EMG sinyalleri ayrıştırılmış.

Bu çalışmanın amacı, SLR'leri sağlam bir şekilde ortaya çıkan görsel güdümlü bir erişim paradigması sunmaktır. SLR araştıran önceki çalışmalarda katılımcılar arasında daha az% 100 algılama oranları bildirdin, hatta daha invaziv intramüsküler kayıtları kullanırken6,8,9. Düşük algılama oranları ve invaziv kayıtlara duyulan güven, hastalıkta veya yaşam süresi boyunca hızlı visuomotor sisteme yönelik gelecekteki araştırmalarda SLR önlemlerinin kullanışlılığını sınırlar. Bazı denekler sadece SLR ifade olmayabilir, uyaranlar ve davranış paradigmaları daha önce kullanılan SLR uyandırmak için ideal olmayabilir. SLR geçmiş raporlar genellikle katılımcıların statik doğru görsel güdümlü ulaşır oluşturmak paradigmalar kullanmış, aniden görünen hedefleri6,9. Ancak, hızlı bir visuomotor sistem büyük olasılıkla bir hızla düşen veya uçan bir nesne ile etkileşim gerekir senaryolarda gerekli olan, statik uyaranyerine hareket daha iyi slr uyandırmak eğer merak bir yol açan. Bu nedenle, göz hareketlerini incelemek için kullanılan hareketli bir hedef paradigma adapte ettik11, ve bir pro / anti görsel güdümlü erişim görevi ile birleştirilmiştir SLR9. Daha önce kullanılan paradigmaların sonuçları ile karşılaştırıldığında6,8,9, ortaya çıkan hedef paradigmasında ki SLR'lerin daha erken evrimleştiği, daha yüksek büyüklüklere ulaştığı ve katılımcı örneğimizde daha yaygın olduğu bulunmuştur. Genel olarak, ortaya çıkan hedef paradigma, nesnel EMG önlemlerinin yüzey kayıtları, klinik popülasyonlar içinde ve yaşam süresi boyunca güçbirlaltı çalışması yla güvenilir bir şekilde yapılabildiği kadar hızlı visuomotor yanıtların ekspresyonunu teşvik etmektedir. Ayrıca, ortaya çıkan hedef paradigma birçok farklı şekilde değiştirilebilir, duyusal içine daha ayrıntılı araştırmalar teşvik, bilişsel, ve hızlı visuomotor yanıtları değiştirmek veya değiştirmek motor faktörler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Tüm prosedürler Batı Ontario Üniversitesi Sağlık Bilimleri Araştırma Etik Kurulu tarafından onaylandı. Tüm katılımcılara bilgilendirilmiş onay sağlanmış, katılımları için ödeme yapıldı ve herhangi bir zamanda deneyden çekilmekte özgürdüler.

1. Katılımcı hazırlığı

NOT: Sağlıklı ve genç katılımcıların küçük bir örneği incelenmiştir (3 kadın, 2 erkek; ortalama yaş: 26 yıl +/- 3.5). Tüm katılımcılar sağ el ve normal veya düzeltilmiş-normal görme vardı, hiçbir mevcut görme, nörolojik, veya kas-iskelet sistemi bozuklukları. Kas-iskelet üst ekstremite yaralanması veya bozuklukları öyküsü olan katılımcılar hariç tutuldu.

  1. EMG sensörlerini incelenmekte olan ulaşma hareketinde yer alan hedeflenen üst ekstremite kaslarına uygulayın. Burada, EMG kayıtları sağ pektoralis majör kas clavicular başkanı yapıldı, hangi çapraz vücut için işe (sola) ulaşan.
    NOT: Kayıtlar üst ekstremitenin diğer kaslarından veya pektoralis ana kasının sternal veya lateral kısmından yapılabilir.
    1. İlgi kas işe bilinen bir eylem isteyerek hedef kas görselleştirin. Pektoralis majör kas clavicular başkanı için, yanlarında dirsekdinlenmek ve avuç içi birlikte itmek için katılımcı isteyin. Hedef kası görselleştirmekte güçlük çekiyorsanız, katılımcının istenen eylemi tekrar tekrar gerçekleştirmesini ve elektrot yerleşimi için kaslarda kayda değer değişiklikler olan alanları hedefledikten sonra ilgi alanını palpe edin.
      NOT: Görselleştirme hedef kas belirlenmesi anlamına gelir, katılımcı kas acemi bir eylem gerçekleştirir gibi üstteki deri yoluyla kas şeklini görerek. Görselleştirme hedef kanın lokalizasyonuna yardımcı olur.
    2. Alkol bezleri kullanarak, elektrotun yerleştirileceği hedef kasın ve ayrıca yer elektrotunun yer alacağı alanın üzerindeki cilt yüzeyini temizleyin.
    3. Yapıştırıcılar ve elektrot jeli uygulayarak yüzey sensörlerini hazırlayın.
    4. Katılımcıdan kas alımıyla ilgili eylemi tekrar gerçekleştirmesini isteyin ve sensörleri kas göbeğine yapıştırın ve onları hedeflenen kasın liflerinin yönüne paralel olarak konumlandırın. Köprücük kemiği kontralateral üzerinde ulaşan kol zemin elektrot yerleştirin. Tıbbi bantla çevredeki cilde sensörleri ve yer elektrotlarını sabitleyin. Deney boyunca EMG koleksiyonuna izin vermek için EMG sistemini açın.
      NOT: EMG elektrotlarının yerleştirildikten sonra, EMG verileri deney boyunca pasif ve sürekli olarak EMG sistemi üzerinden toplanır ve daha sonraki analizler için analog veri akışı olarak kaydedilir.
    5. EMG sistemine bağlı bir masaüstü monitör veya osiloskop kullanarak EMG sinyalinin kalitesini kontrol edin. Uygun kaliteyi belirlemek için, katılımcının ilgi kasının tercih edilen yönden içine veya zıt yönde bir erişim hareketi gerçekleştirmesini sağlamak ve EMG aktivitesinin sırasıyla artmasını veya azalmasını sağlamak. Istirahatte aktivite yoksa, tercih edilmeyen yönde hareket için EMG aktivitesinin artmayan emin olun.
      NOT: Yüzey elektrotlarından gelen kas sinyal kalitesi birçok özelliğe bağlıdır (örneğin, yağ dokusunun kendine özgü dağılımı, konu duruşu). Tercih edilen (sözleşme) yönde hareket ile ilişkili pik EMG aktivitesi en az 2kat istirahat aktivite düzeyi olması tavsiye edilir ama önemli ölçüde daha yüksek olmalıdır.
    6. Gerekirse elektrotları yeniden konumlandırın, bu aktivite düzeylerinin gözlenmesini sağlayın. EMG çıkışını sürekli olarak izlemek için izleme monitörünü veya osiloskopu deneme boyunca bağlı bırakın.
  2. Yatay düzlemde hareketlere ve manipulanduma kuvvet uygulamasına olanak tanıyan robotik bir erişim aparatında uygulanan EMG sensörleri ile özel katılımcıyı ayarlayın.
    NOT: İlgi kaslarına kuvvet eklemek arka plan aktivitesini arttırır ve slr'nin kas aktivitesinde sırasıyla tercih edilen veya tercih edilmeyen yönde uyarıcı sunumu takiben kas aktivitesinde artış veya azalma olarak ifade edilmesine olanak sağlar. Taban çizgisi aktivitesi özellikle tercih edilmeyen yönde yararlıdır, çünkü taban çizgisi ve tercih edilmeyen erişim etkinliği arka plan yükleme kuvveti olmadan ayırt edilemez olacaktır. 5N'nin sağına doğru uygulanan kuvvet ve 2N aşağı kuvvet (başlangıç pozisyonuna göre sola doğru sunulan hedefin karşısında), deneyin tamamı boyunca yeterli olabilir. Kuvvet deney boyunca sabit kalmalıdır, böylece gerekirse daha düşük kuvvetler kullanılabilir.
    1. Katılımcıyı deneysel sandalyeye oturtun, deney boyunca duruş değişikliklerini en aza indirmek için ekveğe karşı eklenen lere göre katılımcı konforuna öncelik verin.

2. Uyarıcı inşaat / cihazlar

  1. Dahili görsel ekran ile robotik erişim aparatıtüm deneysel prosedürleri ve uyaranları oluşturun.
    NOT: Robotik erişim aparatı, eşzamanlı analog (örneğin, manipulandum konumu, fotodiyot çıkışı) ve EMG kayıtlarına izin veren görsel çıkış ve manipulandum motor çıkışı arasında bir arayüzile donatılmıştır. Bu aygıtın, önceden programlanmış tüm görsel bileşenlerle bireysel, önceden programlanmış deneme bloklarını çalıştırabilen yazılımlarla donatılmış olduğundan emin olun. Dahili görsel ekran standart bir monitör veya özelleştirilmiş yüksek kaliteli projektör olabilir; ancak, görüntülenen hedefin zamansal ve görsel çözünürlüğünü sağlamak için daha kaliteli projektörler önerilir.
    1. Görsel ekranı yönlendiren yerleşik yazılımlar aracılığıyla ortaya çıkan hedef paradigmasının 4 birincil bileşenini (Bkz. Ek Şekil 1)oluşturun.
      NOT: Bileşenlerin tümü, her veri toplama oturumu sırasında belirtilen bileşenleri görsel ekrana projeleri yapan yerleşik yazılımlar aracılığıyla oluşturulmalıdır. Her bileşen, şekiller için giriş koordinatlarını görsel ekranda görülen şekillere dönüştüren yazılıma el ile girilir. Tüm bileşenlerin ve hedef hareketlerin tam bir kodlama veri toplama önce yapılır, bu nedenle, paradigma katılımcının yanıtları dayalı otomatik olarak çalışır gibi, veri toplama sırasında hiçbir deneyci müdahale gereklidir. Aşağıdaki koordinatlar (cm olarak bildirilen) mevcut el yazması katılımcılardan veri toplamak için kullanılan robotik erişim aparatı iki robot manipulandum kökeni orta noktası ile ilgili olarak başvurulan. Paradigmanın tüm bileşenleri, hareket eden hedefin ortaya çıkmasından sonra kaybolan başlangıç konumu dışında, her deneme boyunca katılımcı tarafından görülebilir. Farklı bir aygıt farklı bir başvuru çerçevesi kullanabilir.
      1. Aşağıdaki koordinatlara (y: - 19 (ters y'nin üst kısmı) veya -34 (ters y'nin alt kısmı), x:-/+2 (iç, alt ters y), -/+8 (dış alt ters y); genişlik .5 yükseklik: 20 (üst) veya 15 (alt)) ile altı dikdörtgenin koordinatlarını el ile girerek ters y yolu oluşturun.
      2. Ters y yolunun merkezini örten büyük bir dikdörtgenin koordinatlarını (ortalanmış: 0, -29; genişlik: 35 yükseklik: 15) ile elle karıştırarak bir oklüder oluşturun. Bu tıkanıklığın rengi denemeden deneme sürümüne farklılık göstererek katılımcıya bir yönerge sağlayabilir.
        NOT: Oklüder, iki çıkış (0, -29; genişlik: 5 yükseklik: 5) arasında orta alt kısımda bir çentik kesiği içerir: "hedef oklanın arkasındayken çentik sabitleme". Bunu yapmak, gözün hedef inde stabil olmasını sağlar. Oklüder her denemenin başında kırmızı veya yeşil renkte olacaktır.
      3. Ters y aşağı ve oklüder arkasında (başlangıç: 0, -17; yarıçap: 1; hız: 10 cm/s, oklüzder arkasında hız: 30 cm/ s) aşağı hareket edecek bir daire için manuel olarak koordinatları sokarak hareketli bir hedef oluşturun.
        NOT: Hareketli hedef (T1) her denemenin başında görünür ve sabittir.
      4. Hedef hareketin x ve y koordinatlarını belirterek hedefin yazılımda nasıl hareket edeceğini oluşturun.
        NOT: Hedefin hızı, birbirini izleyen x ve y koordinatlarının uzaklığı ile hesaplanır. Hedef hareketin doğru sunumu, yazılımın ve görsel ekranın her x ve y pozisyonunu hızlı bir şekilde düzgün bir şekilde güncelleme yeteneğine bağlıdır. Yazılımda, x ve y konumu oklüzeden tamamen çıkana kadar hedefin x ve y konumu oklüderin tamamen altına doğru hareket ettiğinde hareketli hedefin durumunu "katılımcıya görünmez" olarak değiştirin.
      5. Başlangıç pozisyonu (0, -42; yarıçap 1) oluşturun. Katılımcının her denemeyi başlatmak için bu pozisyonu alması gerekir.
    2. Katılımcının ekrandaki el konumunu gerçek zamanlı olarak temsil eden gerçek zamanlı bir imleç (RTC) oluşturun.
      NOT: Katılımcının eli/kolu deney sırasında yukarı dönük bir ayna ile aşağı yayılan hedefleri yansıtarak tıkanmış. Bu, bir hedefi sürekli güncellenen x ve y koordinatlarının üzerine yerleştiren cihaza özgü yazılım işlevleri nde yapılabilir.

3. Prosedür

  1. " seçeneğini tıklatınBaşlatmak" ile ilgili yazılım üzerinde deneyci nin ekranında sunulan, ilk deneme ve kuvvet katılımcının üst ekstremite uygulanan robotik erişim aparatı tarafından oluşturulan başlatılır.
    NOT: Deneyci tıklamaları başladıktan sonra, deneycinin yeniden başlaması gereken bloklar arasında başlanması gerekene kadar, deneyci tarafından herhangi bir müdahale gerekmez. EMG sinyali sürekli olarak izleniyorsa veya katılımcı deneyi tamamlayamıyorsa deneyci müdahalesi de gerekebilir. Acil bir durum ortaya çıkarsa tüm deneyler derhal durdurulmalıdır. Katılımcı, yerleşik görev programları aracılığıyla tutamacı bırakırsa, katılımcının eline uygulanan kuvvet otomatik olarak durdurulur. Acil durumlarda denemeyi sonlandırmak için düğmeli bir aparat kullanılması önerilir.
    1. Katılımcıya ilk denemeyi 1-1,5 s değişken bir süre için başlangıç pozisyonuna (T0) getirerek ilk denemeye başlamasını sözlü olarak öğretin. Oklüzder, yaklaşan denemenin bir pro- veya anti-reach gerektirdiğini konuya öğretmek için renk değiştirir.
      NOT: RTC'yi T0'a getirmek her denemeyi başlatır. Katılımcı t0 başlangıç pozisyonundan öngörülen süreden önce çıkarsa, RTC T0'a geri döndüğünde deneme yeniden başlar.
    2. Ters y'nin (2.1.1.3) üst kısmında sabit ve katılımcı tarafından görülebilen hareketli hedefin (T1), bir önceki adımda RTC'yi T0'ye getiren katılımcı tarafından başlatılan ters y yolu boyunca katılımcıya doğru hareket başlattığından emin olun.
      NOT: T1 hareket etmeye başladığında, T0 kaybolur. Bu süre den sonra katılımcının koluna herhangi bir kısıtlama getirilmese de, katılımcıya T0'ın hayali sınırları içinde kalması talimatı verilir.
    3. T1'in oklüzderin arkasında hareket ettiğinden ve katılımcı tarafından görülmediğinden emin olun. Bu aralıkta, katılımcı hayal edilen T0'da el pozisyonunu korur.
    4. T1'in oklüzonun arkasında n ekseni boyunca 30 cm/s sabit hızda katılımcıya doğru ilerler. T1 oklüderin uzunluğunun yarısına ulaştığında, ters y çıkışlarından biri boyunca ek bir x hız bileşeni ile ikiye katlar. Böylece y ekseni boyunca hız sabit tutulur. Hedef ~ 0,5 s sabit bir gecikme için kaybolur, gecikme oklüzder boyutu ve T1 hareketinin hızına bağlı olarak.
    5. T1 katılımcıya en yakın tıkanıklığın kenarına ulaştığında, yazılım programının t1'i oklüderin kenarına kaydırarak ortaya çıkan olarak sunmadığını, bunu yaparken de başlangıçta görme sistemine bir "yarım ay" uyarıcı sunmasını sağlayın. Bunun yerine, yazılım programının t1'i tam hedef ortaya çıkana kadar görünmez tutup, ardından katılımcıya sunup sunmayı kontrol edin.
      NOT: Bu, özellikle farklı zamanlarda sınırı geçecek farklı hedeflerin hızları kullanılıyorsa, kısmi uyaranların görsel işleme efektlerinin kontrol edilmesi için yapılır. Bir hedefin kısmi ortaya çıkışı (örneğin, yarım ay uyarıcı) daha yüksek bir mekansal frekanstan oluşan bir hedef üretir, önceki sonuçlara göre slr gecikmesi ve azalmış büyüklüğü10yol açacaktır .
    6. Katılımcının eli T0'da sabit kalırken, yazılım programının t1'i iki ters y yolundan birinde randomize bir tarafa sunsun.
      NOT: T1'in oklüder altından ortaya çıkmasıyla eş zamanlı olarak ekranın köşesinde fotodiyotun kapsadığı bir yerde ikincil bir hedef sunulur. Fotodiyota sunulan bu hedef konu tarafından görülmez, ancak robotik erişim cihazına entegre edilmiş bir fotodiyota analog sinyal sağlar. Bu fotodiyot sinyali, hedef görünümün kas aktivitesi ile hassas bir şekilde hizalanmasını sağlar ve robotik erişim aparatı içinde herhangi bir gecikme veya gecikme olmamasını sağlar.
    7. T1 oklüderin arkasından çıktığında, katılımcının oklüzonun rengine bağlı olarak görsel olarak yönlendirilmiş bir erişim oluşturap üretemeyeceğine bakın. Oklüzder yeşil olduğunda, katılımcıdan RTC ile T1'i durdurmasını isteyin. Oklüzder kırmızı olduğunda, katılımcıdan RTC'yi T1'den uzaklaştırmasını isteyin.
      NOT: Yeşil oklüder rengi (2.1.1.2) profesyonel bir erişim (yani, occulder doğru) ve kırmızı bir renk uzak hedef T1 (yani, bir anti-erişim) hareket gösterilir gösterir. Erişim ematür durumunda, doğru bir durdurma T1'in ayna görüntüsüne değil, T0'a göre yatay mesafeye dayanır.
    8. Erişim davranışlarına bağlı olarak, deneme ler arası aralıkta 'isabet' (doğru durdurma), 'yanlış yol' (pro/anti erişim için yanlış yön) veya 'yanlış' (algılanan doğru veya yanlış yanıtlar algılanan) olarak geri bildirim sağlayın. Bu geri bildirim, oklüder üzerine yazılmış metinden oluşur.
    9. Katılımcının erişim davranışı tamamlandıktan sonra T1 ve T0'ın kendi orijinal konumlarında 200 ms yeniden göründüğünden emin olun. Katılımcı RTC'yi T0'a getirdiğinde bir sonraki denemesürümünü başlatın.
  2. Her katılımcıdan, koşul başına 100 ulaşır vererek 100 denemeden oluşan 4 blok gerçekleştirmesini isteyin. Sol ve sağ uyaranlar sonra pro veya anti-reaches ile karışık deneme türleri randomize. Her bloğun tamamlanması yaklaşık 7,5 dakika sürer.
    NOT: Bir sonraki analiz adımı SLR algılaması için birçok denemeden elde edilen verilere dayandığından, yüzey kayıtları kullanılırken her koşulun en az ~80 tekrardan oluşması önerilir.
    1. Kayıtların tutarlılığını sağlamak için her blok arasındaki katılımcı hareketini en aza indirin. Katılımcının bir sonraki bloğu başlatmaya hazır olduğunu sözlü olarak doğruladıktan sonra, bir sonraki bloğu başlatın ve katılımcı performansını ve EMG çıktısını izlemeye devam edin.
      NOT: Yüzey EMG kayıtlarındaki sorunların tespit edilmesi için deneyci tarafından eMG çıkışının bir masaüstü monitör üzerinden sürekli izlenmesi gerekebilir. Örneğin, uzun süreli esneme hareketleri sırasında, yüzey EMG elektrotları terleme nedeniyle katılımcının derisinden çözülebilir.
  3. Verilerin ortaya çıkan hedef paradigmasında elde edilenverilerle karşılaştırılmasını sağlamak için bir kontrol statik paradigmasından veri toplayın.
    NOT: Bu, ortaya çıkan hedef paradigmadan önce veya sonra yapılabilir. Bir denetim statik paradigması oluşturmak için 2.1.1.3, 2.1.1.5, 2.2, 3.1, 3.1.1, 3.1.7, 3.2 ve 3.2.1 adımlarını yineleyin; ancak, adım 2.1.1.3'te ekranın üst kısmından başlayıp katılımcıya doğru ilerleyen T1 kodunu nitreyi kodlamayın. Bunun yerine, T1 konumunut T0'ın solunda veya sağında görünür. Ayrıca, T0 şimdi ya kırmızı ya da yeşil oklüder ortaya çıkan hedef paradigmakullanılan benzer. Duruşma aşağıda açıklandığı gibi devam eder.
    1. Katılımcıya RTC'yi T0'a getirmesi için sözlü olarak talimat ver, ki bu da ortaya çıkan hedef paradigmasında olduğu gibi ilk denemeyi başlatın.
    2. Yazılım programının t0'ı sırasıyla bir pro veya anti erişimi belirtmek için kırmızı veya yeşil olarak sunduğundan emin olun. Katılımcının RTC'yi T0'da tutması için 1-2'lik bekleme süresini randomize edin.
    3. Yazılım programının T0'dan 10 cm uzaklıkta, sola veya sağa statik bir hedef sunduğundan emin olun. Denemeler arasında hedef tarafı rastgele belirleyin.
    4. Ortaya çıkan hedef paradigmasında olduğu gibi, katılımcıdan T0 yeşilse bir hedefe ulaşmasını ve T0 kırmızıysa hedeften taban tabana zıt yöne ulaşmasını isteyin. Bir sonraki deneme, bir hedef veya hedef karşıtı konumla temas tan sonra devam eder.
    5. Her katılımcının, koşul başına 100 ulaşır vererek 100 denemeden oluşan 4 blok gerçekleştirdiğinden emin olun. Deneme türleri rastgele birbirine karışmıştı.

4. Analiz

  1. Çevrimdışı özel komut dosyalarındaki tüm verileri çözümle ve hata denemelerini atın.
    NOT: Hata denemeleri yanlış erişim yönleri (3,5 cm), uzun RT'ler (>500 ms) ile tanımlanır ve bu da beklentiyi gösteren dikkatsizlik veya kısa RT'ler (<120) olarak tahmin edilir.
    1. Hareketin en yüksek teğetsel hızın %8'ini aştığı zamanı belirleyerek her deneme için hareketlere ulaşmak için tepki süresini (RT) türetin.
      NOT: RT tanımlamak için başka yöntemler kullanılabilir.
    2. Kas etkinliğini analiz etmek için, EMG sinyallerini kaynak mikrovolta dönüştürmek, dc ofset'i kaldırmak, EMG sinyalini düzeltmek ve sinyali 7 noktalı hareketli ortalama filtreyle filtrelemek için çevrimdışı komut dosyaları kullanın.
    3. SLR6,7'ninvarlığını ve gecikme süresini tespit etmek için zaman serisi alıcı çalışma özelliği (ROC) analizini kullanın.
      NOT: SLR aktivitesinin zamana kilitlenmiş yapısını belirlemek için alternatif yöntemler kullanılabilir.
      1. Zaman serisi ROC analizini gerçekleştirmek için, EMG verilerini hedef sunum ve deneme koşulu nun yan tarafına göre ayırın(Şekil 1a, pro-reaches için sola karşı sağa karşı verileri gösterir).
      2. Hedef sunumdan sonra 100 ms'den 300 ms'e kadar her zaman numune (1 ms) için iki popülasyon için ROC eğrisi altındaki alanı hesaplayın (örn. Şekil 2c).
        NOT: 0,5 ROC değeri şans ayrımcılığını gösterirken, 1 veya 0 değerleri hedef sunuma göre mükemmel derecede doğru veya yanlış ayrımcılığı gösterir.
      3. 0,6 değerini aşan ardışık 10 noktanın 8'inin ilki olarak ayrımcılık gecikmesi belirlenir (Dikey kırmızı veya mavi çizgilerle gösterilenŞekil 2c).
        NOT: Eşik eşik ve eşik aşan puan sayısı yüzey veya kas içi EMG kayıtlarının kalitesi ve miktarına bağlı olarak değişebilir ve güven aralıklarını objektif olarak belirlemek için bir önyükleme analizi kullanılabilir. Geçmiş çalışmalar 0,6 değerinin yaklaşık %95 güven aralığına eşit olduğunu göstermiştir12.
    4. Pro-reach denemelerinde bir SLR'nin varlığını belirlemek için RT-split analizi (Bkz. Şekil 18), 4.1.3.2 ve 4.1.3.3 adımları rt'ye dayalı erişimlerin erken ve geç yarısında ayrı ayrı gerçekleştirilir(Şekil 1a mor denemeler ve yeşil denemeler).
      1. Arsa erken ayrımcılık zaman ve bir nokta olarak erken RT demek, sonra geç ayrımcılık zaman arsa ve aynı arsa üzerinde ikinci bir nokta olarak geç RT anlamına gelir. Bu iki noktayı bir çizgiyle bağlayın (Şekil 1c). Bu hattın eğimi 67.5°'yi aştığında SLR algılanır.
        NOT: Bu hat için, 90° eğimi, EMG ayrımcılık sürelerinin uyarıcı sunuma mükemmel bir şekilde kilitlenmiş olduğunu gösterir (emg aktivitesi aynı gecikme süresinde başlatıldığı için, takip eden hareket süresine bakılmaksızın), 45° eğimi ise EMG ayrımcılığının hareket başlangıcına mükemmel bir şekilde kilitlenmiş olduğunu gösterir. Uygulamada, bir SLR'nin mevcut olup olmadığını (eğim > 67,5°) (eğim < 67,5°) saptamak için 67,5° (45° ile 90°arasında) kesme eğimi kullanılır; Bu, EMG aktivitesinin hareket başlangıcından çok uyarıcıya kilitlenmiş olduğunu gösterir.
    5. SLR varlığı tespit edilirse, tüm çalışmalardaki ayrımcılık gecikmesi (4.1.3.3) ile SLR gecikmesini tanımlayın.
    6. SLR'nin büyüklüğünü, slr gecikmesinden 30 ms ayrımcılık sonrası gecikmeye kadar sol ve sağ ortalama EMG izleri (örneğin, Şekil 2c koyu kırmızıya karşı açık kırmızı veya açık maviye karşı açık mavi izler) arasındaki fark olarak tanımlayın.
      NOT: Büyüklük zaman değerleri uzatılabilir veya kısaltılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Uyarıcı kilitli tepkiler (SLR) hareket başlangıcı ile ilişkili kas işe büyük vole önce de gelişmeye uyarıcı başlangıçlı kilitli kas aktivitesi zaman kısa patlamalar vardır. SLR'nin zamana kilitlenmiş yapısı, reaksiyon süresi (RT) için sıralanmış tüm denemeleri görüntülerken ~100 ms'de görülebilen bir kas aktivitesi 'bantlama'yı üretti(Şekil 1a, gri kutularla vurgulanmıştır). Şekil 1a'dagösterildiği gibi, SLR'ler hedef konuma bağlıydı, sağ pektoralis'teki SLR'ler sırasıyla sola veya sağa doğru hedef sunumu ndan sonra kas alımlarında artış veya azalmadan oluşan majör slr'lar ile. SLR'ler RT split analizi (yöntem 4.1.4) ile saptanır ve erken ve geç RT çalışmalarında ayrı zaman serisi ROC analizleri yapılmıştır(Şekil 1b- mor karşı yeşil). Bu analiz, EMG başlangıcının, rt'nin bir fonksiyonu olarak çizilen erken ve geç ayrımcılık zamanlarını birbirine bağlayan hattın eğimi tarafından belirlenen uyarıcı veya hareket başlangıcına değişmez olup olmadığını gösterir(Şekil 1c). Statik uyaranlar kullanılarak SLR önceki çalışmalarda% 70 altında tüm katılımcılar arasında tespit oranları rapor8,9. Burada, slr'ları çağrıştıran ortaya çıkan hedef paradigmasının statik hedeflerle bir paradigma kullanılarak elde edilene göre bir karşılaştırma yapılmıştır.

Ortaya çıkan hedef paradigmasında(Ek Şekil 1),denekler sabit hedefler yerine gelişmekte olan hareketli hedeflere ulaşmıştır. Şekil 2, sabit bir hedefe (birinci ve üçüncü satır) veya bir oklaç (ikinci ve dördüncü satır) altında ortaya çıkan hareketli hedeflere ulaşan iki deneğin verilerini gösterir. Katılımcı 1 statik paradigmada SLR göstermez, ancak ortaya çıkan hedef paradigmasında net bir SLR sergiler; SLR'ler, ortaya çıkan hedefte uyarıcı başlangıcından sonra deneme-by-trial parsellerinde(Şekil 2a) ~100 ms'de dikey bir faaliyet bandı olarak belirgindi, statik paradigma da değil. SLR, ortaya çıkan hedefteki katılımcı 1 için ortalama EMG izlerinde(Şekil 2b)de belirgindi, ancak statik paradigma değildi (Şekil 2b'ninüst iki satırındaki kırmızı izler). Katılımcı 1, literatürde daha önce kullanılan statik bir paradigmada SLR göstermeyen, ancak ortaya çıkan hedef paradigmasında SLR sergileyen birine bir örnek verilmiştir. Buna karşılık, katılımcı 2 statik ve gelişmekte olan hedef paradigmaları hem de bir SLR sergiledi iken, SLR büyüklüğü çok daha büyük gelişmekte olan hedef paradigma, büyüklükleri hareket başlamadan hemen önce elde yaklaşıyor.

Ortaya çıkan hedeflerde gözlenen SLR'lerin özelliklerini, numune genelindeki statik paradigma ile karşılaştırdık ve pro-reach durumunda toplanan verileri inceledik. Şekil 3a'da (yeşil çizgiler) gösterildiği gibi ve Şekil 2'dekitemsili sonuçlarla tutarlı olarak, SLR büyüklüğü statik paradigmaya karşı ortaya çıkan hedefte önemli ölçüde daha büyüktü ve uyarıcı başlangıcından sonra 80-120 ms aralığında işe alım büyüklükleri ortalama beş kat artmıştır. SLR büyüklüğündeki bu tür sistematik değişikliklerin aksine, tespit edilen SLR'lerin gecikmesi statik ve ortaya çıkan hedef paradigmasında farklılık görmedi(Şekil 3a, mor çizgiler). Şekil 3b'de (mavi çubuklar) gösterildiği gibi, SLR'ler ortaya çıkan hedef paradigmasında ki beş katılımcıda da tespit edildi (örneğin, %100'lük bir yaygınlık), ancak statik hedeflere sahip bir paradigmadaki üç katılımcıda (yani, önceki raporlara benzeyen %60'lık bir yaygınlık)8,9). Ortaya çıkan hedef paradigmasında ki tüm katılımcılara SLR gözlemlemek, non-invaziv yüzey EMG kayıtlarına dayandığımızı göz önünde bulundurarak daha da etkileyiciydi, oysa önceki raporlar genellikle invaziv intramüsküler EMG kayıtlarına dayanıyordu. Daha da önemlisi, rts ulaşmak statik paradigma karşı ortaya çıkan hedef çok daha kısa olma eğiliminde iken(Şekil 3b, siyah çizgiler), SLR sadece hızlandırılmış RTs nedeniyle ortaya çıkan hedef paradigma ortaya değildir. Örneğin, Şekil 2'deki Katılımcı 1'e ait veriler, ortaya çıkan hedefte belirgin SLR'ler sergiledi, ancak erişim rt'lerinin üst üste binme aralıkları için statik paradigma değil. Son olarak, ortaya çıkan hedeften uzaklaşma talimatının SLR'leri nasıl etkilediğini de inceledik. Daha önce statik hedefler de bulunduğu gibi9, Anti-reach durumunda SLR büyüklükleri pro-reach durumuna göre kapatıldı (Şekil 3c, mavi çizgiler; ayrıca Şekil 2'dekiortalama EMG izlerine bakınız , Şekil 4). Bu, ortaya çıkan hedef paradigmasının bilişsel kontrolün yönlerini incelemek için kullanılabileceğini göstermektedir, bu durumda ortaya çıkan bir hedefe doğru veya uzak bir hedefe doğru veya uzak hareket etmek için öğretimin konsolidasyonu ile ilgili.

Pro-ve anti-reach koşullarında statik ve ortaya çıkan hedef paradigmalarında kaydedilen SLR'lerin karakteristiklerinin değişkenliğini göstermek için Şekil 4'teki beş katılımcıdan kaydedilen verileri gösteririz (Şekil 4'teki gri kutular SLR aralığını göstermektedir). Katılımcı 1'de olduğu gibi (Şekil 2'deüst iki satırda gösterilmiştir), katılımcı 5 de ortaya çıkan hedefte bir SLR sergiledi, ancak pro-reach durumunda statik paradigma sergilemedi. Katılımcı 2'de olduğu gibi (Şekil 2'dealt iki satırda gösterilmiştir), katılımcılar 3 ve 4 de pro-reach durumunda statik paradigmalara karşı ortaya çıkan hedefte çok daha büyük SLR'ler sergilediler. Şekil 4'te gösterilen verilerin diğer iki özelliği vurguyu hak eder. İlk olarak, 3, 4 ve 5'teki katılımcılarda, ortaya çıkan hedef görevin anti-erişim varyantında daha büyük bir SLR gözlemledik ve zaman serisi ROC 0,6'nın üzerine çıktı ve 0'a yakın seviyeleri varsayarak önce. Bir anti-reach durumda uyarıcı doğru bir SLR daha önce gözlenmiştir9, ve biz bir on-line düzeltme görevi bir anti-reach varyantı uyarıcı doğru elin kısa hareket ile ilgili var3. İkinci olarak, ortaya çıkan hedef görevdeki pro-reach durumunda, SLR ile bazı katılımcılarda hareket uyumlu etkinlik arasında belirgin bir ayrım gözlenmiştir (örneğin, katılımcılar 1, 3 ve 5; slr aralığında pik yaptıktan sonra zaman serisi ROC'un kısa bir süre nasıl düştüğünü görün), ancak SLR'nin diğerlerinde hareket hizalı aktiviteye karıştığını (örn. katılımcılar 2 ve 4) buldu. Aşağıda belirtildiği gibi, bu SLR algılamak için algoritmaların tasarımı ile ilgilidir.

Genel olarak, ortaya çıkan hedef paradigma statik hedefler kullanarak paradigmalar daha SLR ve kısa RTs çağrıştıran daha etkilidir. Bu, statik hedeflere göre SLR yaygınlığı, büyüklüğü ve daha kısa gecikme lir RT'lerindeki artışlarla gösterilmiştir.

Figure 1
Şekil 1: SLR algılama. Temsili bir katılımcıdan slr örneği, SLR için algılama kriterlerigösteren. (a) Sağ pektoralis majör kas için deneme-by-deneme işe pro-reach durumda ulaşır. Her satır farklı bir denemedir. Renk yoğunluğu EMG aktivitesinin büyüklüğünü taşır. Denemeler RT 'ye (beyaz kutular) ulaşılağa göre sıralandı ve uyarıcı başlangıçlı (siyah çizgi) hizalandı. SLR, gri kutular la vurgulanan dikey bir etkinlik bandı olarak ortaya çıktı; EMG aktivitesinin sırasıyla sola veya sağa doğru uyaran sunumundan sonra nasıl arttığını veya azaldığını (zamana kilitlenmiş ~90 ms) not edin. Mor veya yeşil çubuklar, denemelerin sırasıyla erken veya geç RT gruplarına katkıda bulunan denemeleri gösterir. (b)Erken (mor) ve geç (yeşil) çalışmalarda gösterilen EMG ayrımcılığının zamanını gösteren zaman serisi ROC analizi(a). (c)Erken (mor) ve geç (yeşil) gruplar için, RT ROC ayrımcılığının bir fonksiyonu olarak çizilmiştir anlamına gelir. Bu iki noktayı bağlayan hattın eğimi 83.7°'dir ve bu da EMG aktivitesinin hareket başlangıcından daha fazla uyarıcı sunuma uygun olduğunu gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Temsili sonuçlar. 1 ve 2' deki katılımcıların statik (1ve 3 sıra) varlığı veya yokluğundaki değişkenliği veya SLR'lerin değişkenliğini ve ortaya çıkan hedef paradigmalarında (2ve 4sıra) SLR varlığının tutarlılığını gösteren veriler. (a) Bu katılımcılar için sağ pektoralis majör kas için deneme-by-deneme işe (Şekil 1a ile aynı format). SLR gösteren koşullar mor(2,3ve 4satır) olarak özetlenmiştir. (b) Ortalama +/- EMG aktivitesinin hem pro (kırmızı) hem de anti (mavi) için SE'si, uyarıcı sunumun yan tarafından ayrılmış olarak ulaşır (tercih edilmeyen yöndeki hareketler için kullanılan sönük izler). (c) Pro (kırmızı) ve anti (mavi) için zaman serisi ROC analizi (b) olarak gösterilir. Gri kutuda vurgulanan SLR dönemi; 0,4 ve 0,6'da yatay kesik çizgiler. Dikey renkli çizgiler (pro durumda varsa) pro- (kırmızı) veya anti-(mavi) ulaşmak denemeler için ayrımcılık süresini gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Ortaya çıkan hedef paradigmasının SLR karakteristikleri üzerindeki etkileri ve RT'ye ulaşması. (a) SLR gecikme (mor) ve büyüklüğü (yeşil) pro için statik karşı gelişmekte olan hedef paradigmaları ulaşır. Gecikme, 0,6 ROC eşiğini aşan 10 sürekli veri noktasının ilk 8'i olarak tanımlanır (yöntemlere bakın). SLR'nin büyüklüğü, sola karşı sağ çalışmalarda ortalama EMG aktivitesi arasındaki SLR ayrımından sonra 30 ms'in üzerindeki entegre alan olarak tanımlanmıştır. Tüm büyüklükler koşullar arasında katılımcı için maksimum normale döndü (örn. 1 değeri maksimal yanıtı gösterir). (b) SLR prevalansı ve rt. (c) SLR büyüklüğü ve gecikme sonuçları ortaya çıkan hedef paradigmasında pro ve anti-reaches sonuçları. * p<.05'te, eşleşmemiş t-testine dayalı statik veya anti duruma göre anlamlıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Tüm katılımcılar için ortalama EMG ve zaman serisi ROC analizleri. Parsellerin sol sütunu: Hem pro (kırmızı) hem de anti (mavi) için EMG aktivitesinin ortalama +/- SE'si, uyarıcı sunumunun yan tarafından ayrılmış olarak ulaşır (tercih edilmeyen yöndeki hareketler için kullanılan sönük izler). Çizimlerin sağ sütunu: Pro (kırmızı) ve anti (mavi) için zaman serisi ROC analizi (çizimlerin sol sütununda) gösterilir ulaşır. Gri kutuda vurgulanan SLR dönemi; 0,4 ve 0,6'da yatay kesik çizgiler. Dikey renkli çizgiler (pro durumda varsa) pro- (kırmızı) veya anti-(mavi) ulaşmak denemeler için ayrımcılık süresini gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 1: Robotik erişim cihazındaki görevin en üst görünümü. Sol alt taraftaki büyük beyaz nokta fotodiyottemsil eder. Beyaz hedef (T1) sola ters 'y' yolundan çıkarken gösterilir. T1'in sağındaki beyaz nokta, görsel olarak yönlendirilmiş bir erişimin ortasında RTC'yi temsil eder. Oklüder burada yeşil olarak gösterilir, bir profesyonel ulaşmak gerekli olduğunu gösteren. T0 gösterilmez, hedef ortaya çıkması ile eşzamanlı kaybolması nedeniyle. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

İnsanlar, gerektiğinde, en az afferent ve efferent iletim gecikmelerine yaklaşan gecikme gevemelerinde hızlı, görsel güdümlü eylemler üretme kapasitesine sahiptir. Biz daha önce hızlı visuomotor yanıtlar 6 için yeni bir önlem olarak üst ekstremite uyarıcı kilitli yanıtları (SLR) tarif ettik6,9,10. Görme uyarıcıdan etkilenen üst ekstremite kas alımının ilk yönü için deneme-by-deneme kriter sağlamada yararlı iken, ekstremite SLR tüm konularda ifade edilmemiştir ve genellikle invaziv intramüsküler kayıtlara dayanıyordu. Burada, ortaya çıkan bir hedef paradigması(Ek dosya 1)açıklanır ve sonuçlar statik hedeflerle elde edilenlerle karşılaştırılır. Ortaya çıkan hedef paradigmasının yararları bireysel katılımcılar arasında belirgindir, çünkü statik bir paradigmada SLR'yi ifade etmeyen katılımcılar ortaya çıkan hedef paradigmasında (örneğin, Şekil 2, katılımcı 1- 1. satıra karşı 2. satır) ifade eder. Ayrıca, ortaya çıkan hedef paradigmasında ifade edilen SLR'ler diğer paradigmalara göre çok daha büyüktür, bazen iradesel büyüklüklere eşdeğer büyüklüklere ulaşMaktadırlar(Şekil 2, katılımcı 2; Şekil 4, katılımcı 5). Böylece, bu paradigma nın, statik hedefler kullanılarak yapılan bir paradigmaya kıyasla, SLR(Şekil3b)büyüklüğünü artırmada ve ~50 ms(Şekil 3b)ile daha kısa erişim rt'lerini teşvik etmede etkili olduğu kanıtlanmıştır. Ortaya çıkan hedef paradigması da orta uçuş düzeltmeleri gerektiren paradigmalar üzerinde avantajları vardır4, yeni bir uyarıcı sunulan bir erişim hareketi zaten uçuş ortasında iken. Uçuş un ortasında ki hareketlerde emg veya kinetik değişiklikler, mevcut el pozisyonunun görsel geri bildirimini tek başına veya hedef konumundaki değişikliklerle birlikte değiştiren deneyler sırasında da oluşabilir13. Yaygın hızlı visuomotor yanıtları incelemek için kullanılan iken, bu tür paradigmalarda EMG, kinetik, ve / veya kinematik aktivite yeni uyarıcı yanıt olarak tahrik orijinal hareket ile ilgili faaliyet üstüne gelişmeye. Buna karşılık, katılımcı ortaya çıkan hedef paradigmasında uyarıcı ortaya çıktığı sırada istikrarlı bir duruş içinde olduğundan, SLR'ler deneme bazında bile kolayca ayırt edilirler.

Ortaya çıkan hedef paradigmasının en kritik üç yönü, bir bariyerin arkasında zımni hareketin kullanılmasıdır (3.1.3), hedef görünümün zamanının kesinliği (3.1.4) ve bir tıkanıklığın arkasından tam hedef inin ortaya çıkmasıdır (3.1.5). Bu üç açıdan, zımni hareketin kullanımının en önemli olduğunu tahmin ediyoruz. Zımni hareket, dorsal görsel akışta hareketle ilgili alanlarda, görünür hareketli hedefler tarafından üretilenlerden ayırt edilemeyen güçlü sinyaller üretir14. Bu tür zımni hareketle birleştirildiğinde, engelin altında ortaya çıkan hedefin ani görünümünün statik hedef paradigmasından daha güçlü bir görsel geçici lik yarattığını tahmin ediyoruz. Ortaya çıkan hedef paradigmasını uygulamamız, hedefin yeniden ortaya çıkacağı zamana ilişkin yüksek derecede deneme-deneme kesinliğini de içeriyordu. Bariyerin arkasındaki hedefin kaybolması ve sonraki ortaya çıkışı, merkezi bir fiksasyonun mahsup edilmesi veya ani bir hedefin uyarılması ve çevresel hedefin sunumu arasında bir 'boşluk aralığına' benzer olabilir, bu da reaksiyon sürelerinihızlandırır 15 ve ekspres saccades ifadesini teşvik16, hızlı visuomotor tepki başka bir türüdür. Son olarak, bariyerin arkasından ortaya çıkan hedefin, bariyerin arkasından kayma olarak sunulmak yerine bütünüyle sunulması önemlidir. Hedef bariyer ilerler olsaydı, görme sistemi için mevcut erken uyarıcı daha önce ve daha güçlü ifade ekstremite teşvik etmek için bilinen düşük mekansal frekansları eksikliği bir 'yarım ay' uyarıcı olacaktır10. Bu kritik adımlara ek olarak, ortaya çıkan hedefleriçin çıkışları, çalışılmekte olan kasın tercih edilen veya tercih edilmeyen yönüyle ilişkili yerlerde konumlandırmak önemlidir. İlgi kas aktivitesini artırmak için bir arka plan yükleme kuvveti tanıtımı da ekstremite SLR tespitinde yararlıdır.

Sorun giderme açısından, hedef ortaya çıkma zamanı her denemede bilinen sağlamak için zorunludur, ekstremite kısa gecikme süresi göz önüne alındığında SLR. Bu, kas aktivitesinin kritik olaylara doğru hizalanmasını tehlikeye atabilecek uyarıcı sunumu zamanında sistematik olarak değişken gecikmelere neden olabilecek dijital monitör ekranları için özellikle önemlidir. Ortaya çıkan hedef deneyin herhangi bir şekilde uygulanmasından önce ve görsel ekran türüne bakılmaksızın, birden çok ekran noktasında (örneğin, 3.1.6'da başvurulan görünmeyen konumda ve T1'in ortaya çıkacağı yerlerde) uyarıcı görünümün zamanlamasını kaydetmek için birden fazla fotodiyot kullanılmasını öneririz. Bu iki konumdaki uyarıcı görünüm arasındaki aralık denemeler arasında değişmezse, görünmeyen konumdaki fotodiyot, T1'in görünebileceği farklı konumlara özgü gecikmeleriçin ayarlandıktan sonra gerçek deneme sırasında T1 görünümü için bir proxy görevi görebilir. Ayrıca deney sırasında EMG aktivitesinin yakın 'on-line' izlenmesini, hedef inortaya çıkmadan önce arka plan Daki EMG aktivitesindeki değişiklikleri veya kasın tercih edilen hareket yönünden zıt hareketlere ulaşmayla ilişkili EMG aktivitesindeki değişiklikleri izlemeyi teşvik ediyoruz.

Ortaya çıkan hedef paradigmasının değiştirilebileceği bir dizi yol vardır ve bunu yapmak hızlı visuomotor sistemi etkileyen duyusal, bilişsel ve hareketle ilgili faktörlerin anlaşılmasını daha da ileriye verebilir. Burada, deneklere, ortaya çıkan hedeften (bir anti-erişim) doğru veya uzak (bir anti-erişim) doğru hareket etmeye hazırlanmaları talimatını verdik. Önceki sonuçlardan beklendiği gibi9, Bu talimatın konsolidasyonu deneklerin SLR zamanlamasını değiştirmeden SLR büyüklüğünü azaltmalarını sağladı. Bu, SLR'ye aracılık eden sinir merkezlerinin, hedef inortaya çıkmadan önce görev kümesini oluşturan üst düzey alanlar tarafından önceden ayarlanabileceğini gösterir. Görevin bilişsel faktörleri manipüle etmek için değiştirilebileceği çok sayıda başka boyut vardır, örneğin, hedef görünümün öngörülebilirliğini değiştirerek (örneğin, ortaya çıkma nın zamanlamasını daha az öngörülebilir hale getirerek) veya uzay (yani, hedefin bir tarafa veya başka bir tarafa ortaya çıkmasını önyargılı hale getirmek veya ortaya çıkma tarafını göstermek için endojen ipuçları sağlamak). Ortaya çıkan hedefin duyusal parametrelerinin (örneğin, ortaya çıkan uyarıcının hızı, kontrastı, boyutu veya rengi veya rakip dikkat dağıtıcıların varlığı) manipülasyonları da altta yatan yüzeylere ilişkin öngörüler sağlayacaktır. Bariyerin altında hedef hareket yerine statik bir sunmak da ekstremite sağlamlığı üzerinde hedef hareketinin ve zamansal öngörülebilirlik etkileri ayrışma yardımcı olacaktır SLR. Son olarak, motor perspektifinden, ortaya çıkan hedef paradigmasının çerçevesi ikili erişim hareketlerine kadar genişletilebilir ve üst ekstremite kaslarında sağlam SLR'lerin varlığının kurulması, bu sinyallerin diğer gövde veya ekstremite kaslarına dağılımını güçlendirir.

Bu paradigma ile ilgili sınırlamalar biri, belki paradoksal olarak, rts ulaşmak derecesi kısaltılmış olmasıdır. SLR algılama kriterlerimiz, ortanca RT gruplarının daha kısa veya daha uzun zaman serisi ROC analizlerini yaptığımız için daha önce12kullanılana benziyordu. Bunu yapmak, rts ulaşmak bir dereceye kadar varyans gerektirir ve pratikte biz statik paradigma (279 +/- 58 ms (statik); 207 +/- 34 ms (ortaya çıkan hedef)) ile karşılaştırıldığında ortaya çıkan hedef paradigmasında rts ulaşmak daha kısa ve daha az değişken olduğunu bulduk. Nitekim, RTs bazen emg aktivitesinin hareket ile ilgili vole genellikle SLR aralığı içine harmanlanmış böyle bir dereceye kadar kısaltılmış edildi. Sonuç olarak, zaman serisi ROC genellikle ref.8'de tespit için gerekli olan SLR'den sonra kısa bir düşüş göstermeden 0,5'e yakın değerlerden 1,0'a yakın değerlere doğrudan yükselmektedir (bkz. Şekil 4, katılımcı 1,2,4,5). Daha da önemlisi, küçük RT varyansı eğimin algılanmasına zarar verir (Şekil 1c); bu şekilde RT'lerdeki değişkenlik eksikliği saptanabilir SLR seviyelerinin düşmesine neden olabilir. SLR'ler için algılama kriterlerinin gelişmeye devam etmesini ve büyük olasılıkla eldeki görevin özelliklerine göre optimize edilmesi gerektiğini bekliyoruz. Diğer görev manipülasyonları, belki de hedef yeniden ortaya çıkması zamansal belirsizlik artırarak ya da deneklerin hedef ortaya çıktıktan sonra kısa bir süre için hareket etmek için beklemek gerektiren (örneğin, ortaya çıkan hedef renk değiştirmek için bekleyerek), erişim RTs ortalama ve varyans ve hareket başlangıcı ile ilişkili SLR aralığı sırasında ayrı işe artırmaya yardımcı olabilir. Keşfedilmemiş ikinci bir sınırlama, bazı katılımcıların ortaya çıkan hedef paradigmasında SLR sergileyemeyebilir. Örneğimizin küçük olduğunun farkındayız ve gelecekteki çalışmalar, ortaya çıkan hedef paradigmayı daha büyük popülasyonlar üzerinde kullanmalı.

Kapanışta, ortaya çıkan hedef paradigmastatik hedefler kullanarak paradigmalar ile karşılaştırıldığında, SLR ortaya çıkarmak için daha güvenilir bir teknik sunuyor. Ortaya çıkan hedef paradigmanın çerçevesi, üst ekstremite SLR'lerinin sağlam bir ekspresyonunu elde etmek için bir araç sağlayarak hızlı visuomotor yanıtların incelenmesini ilerletecektir. Genç, yaşlı veya hasta gibi kas içi kayıt için daha az münasebetik kayıt için daha az münasimümkün olabilecek popülasyonlarda SLR'lerin incelenmesine olanak sağlayacağından, burada bildirilen tüm sonuçların yüzey kayıtlarıyla elde edilmiş olması özellikle dikkat çekicidir. Ayrıca, ortaya çıkan hedef paradigmanın insan olmayan primatlarda hayvan çalışmalarına genişletilmelerini ve potansiyel nöral yüzeyleri araştırmak için nörofizyolojik tekniklerle birleştirilmesini bekliyoruz. Görevin çok sayıda duyusal, bilişsel ve motor boyutlarını hızla keşfedebilen insanlarda gelecekteki çalışmalarla birlikte, ortaya çıkan hedef paradigması hızlı visuomotor sistemin hipotez odaklı keşiflerini güçlü bir şekilde etkileymelidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Bu çalışma, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi'nden (NSERC; RGPIN 311680) ve Kanada Sağlık Araştırma Enstitüleri'nden (CIHR; MOP-93796). RAK, Ontario Lisansüstü Bursu ile desteklendi ve ALC bir NSERC CREATE bursu ile desteklendi. Bu el yazmasında açıklanan deneysel cihaz Kanada Yenilik Vakfı tarafından desteklenmiştir. Ek destek Kanada İlk Araştırma Mükemmellik Fonu (BrainsCAN) geldi.

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

Nörobilim Sayı 162 uyarıcı-kilitli tepkiler tepki süresi görsel güdümlü ulaşır insanlar elektromiyografi hareketli hedefler sensorimotor dönüşüm
İnsan Üst Ekstremite Kaslarında Hızlı Visuomotor Tepkiler uyandırmak için Yükselen Bir Hedef Paradigma
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