लक्ष्य-निर्देशित पहुंच व्यवहार के दौरान कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना का आकलन करना

Summary

पहुंचना एक मौलिक कौशल है जो मनुष्यों को पर्यावरण के साथ बातचीत करने की अनुमति देता है। कई अध्ययनों ने विभिन्न पद्धतियों का उपयोग करके पहुंचने वाले व्यवहार को चिह्नित करने का लक्ष्य रखा है। यह पेपर कार्य प्रदर्शन तक पहुंचने के दौरान मनुष्यों में कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना की स्थिति का आकलन करने के लिए ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना का एक ओपन-सोर्स अनुप्रयोग प्रदान करता है।

Abstract

पहुंचना मोटर फिजियोलॉजी और तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान में एक व्यापक रूप से अध्ययन किया गया व्यवहार है। जबकि विभिन्न प्रकार के व्यवहार जोड़तोड़ का उपयोग करके पहुंचने की जांच की गई है, पहुंच योजना, निष्पादन और नियंत्रण में शामिल तंत्रिका प्रक्रियाओं की समझ में महत्वपूर्ण अंतराल बने हुए हैं। यहां वर्णित उपन्यास दृष्टिकोण कई मांसपेशियों से ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) और समवर्ती इलेक्ट्रोमोग्राफी (ईएमजी) रिकॉर्डिंग के साथ दो-आयामी पहुंच कार्य को जोड़ता है। यह विधि पहुंच आंदोलनों के प्रकटहोने के दौरान सटीक समय बिंदुओं पर कॉर्टिकोस्पाइनल गतिविधि का गैर-आक्रामक पता लगाने की अनुमति देती है। उदाहरण कार्य कोड में मध्य रेखा से 45° ± प्रदर्शित दो संभावित लक्ष्यों के साथ विलंबित प्रतिक्रिया पहुंच कार्य शामिल है। एकल पल्स टीएमएस को अधिकांश कार्य परीक्षणों पर वितरित किया जाता है, या तो प्रारंभिक क्यू (बेसलाइन) की शुरुआत में या अनिवार्य क्यू (देरी) से 100 एमएस पहले। यह नमूना डिजाइन पहुंच तैयारी के दौरान कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना में परिवर्तन की जांच के लिए उपयुक्त है। नमूना कोड में पहुंच तैयारी के दौरान कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना पर अनुकूलन के प्रभावों की जांच करने के लिए एक विसुओमोटर गड़बड़ी (यानी, ± 20 ° का कर्सर रोटेशन) भी शामिल है। कार्य मापदंडों और टीएमएस वितरण को पहुंच व्यवहार के दौरान मोटर सिस्टम की स्थिति के बारे में विशिष्ट परिकल्पनाओं को संबोधित करने के लिए समायोजित किया जा सकता है। प्रारंभिक कार्यान्वयन में, टीएमएस परीक्षणों के 83% पर मोटर इवोकेटेड पोटेंशियल (एमईपी) सफलतापूर्वक प्राप्त किए गए थे, और सभी परीक्षणों पर पहुंच प्रक्षेपपथ दर्ज किए गए थे।

Introduction

लक्ष्य-निर्देशित पहुंच एक मौलिक मोटर व्यवहार है जो मनुष्यों को बाहरी वातावरण के साथ बातचीत करने और हेरफेर करने की अनुमति देता है। मोटर फिजियोलॉजी, मनोविज्ञान और तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र में पहुंचने के अध्ययन ने समृद्ध और व्यापक साहित्य का उत्पादन किया है जिसमें विभिन्न प्रकार के तरीके शामिल हैं। पहुंचने के शुरुआती अध्ययनों ने एकल न्यूरॉन्स ^1,2 के स्तर पर तंत्रिका गतिविधि की जांच करने के लिए गैर-मानव प्राइमेट्स में प्रत्यक्ष तंत्रिका रिकॉर्डिंग का उपयोग किया। हाल के अध्ययनों ने व्यवहार प्रतिमानों का उपयोग करके पहुंचने की जांच की है जो मोटर सीखने और नियंत्रण ^3,4,5 की प्रकृति का पता लगाने के लिए सेंसरिमोटर अनुकूलन को नियोजित करते ^हैं। कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी के साथ संयुक्त ऐसे व्यवहार कार्य मनुष्यों में पहुंचने^के दौरान पूरे मस्तिष्क की गतिविधि को माप ^{सकते हैं}। अन्य अध्ययनों ने पहुंच तैयारी और निष्पादन ^{8,9,10,11,12,13,14} की विभिन्न विशेषताओं की जांच के लिए ऑनलाइन टीएमएस लागू किया है। हालांकि, एक ओपन-सोर्स और लचीले दृष्टिकोण की आवश्यकता बनी हुई है जो टीएमएस के साथ पहुंचने के व्यवहार मूल्यांकन को जोड़ती है। जबकि व्यवहार प्रोटोकॉल के साथ टीएमएस के संयोजन की उपयोगिता बहुत अच्छी तरह से स्थापित है^, यहां, हम विशेष रूप से ओपन-सोर्स दृष्टिकोण का उपयोग करके पहुंचने के संदर्भ में टीएमएस के आवेदन की जांच करते हैं। यह उपन्यास है कि अन्य समूह जिन्होंने विधियों के इस संयोजन का उपयोग करके प्रकाशित किया है, उन्होंने अपने उपकरणों को आसानी से उपलब्ध नहीं कराया है, जिससे प्रत्यक्ष प्रतिकृति पर प्रतिबंध लगाया गया है। यह ओपन-सोर्स दृष्टिकोण प्रतिकृति, डेटा साझाकरण और बहु-साइट अध्ययन की संभावना की सुविधा प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, यदि अन्य लोग इसी तरह के उपकरणों के साथ नए शोध प्रश्नों को आगे बढ़ाना चाहते हैं, तो ओपन-सोर्स कोड नवाचार के लिए लॉन्च पैड के रूप में कार्य कर सकता है, क्योंकि यह आसानी से अनुकूलनीय है।

टीएमएस ठीक नियंत्रित समय बिंदु¹⁶ पर मोटर सिस्टम की जांच करने का एक गैर-आक्रामक साधन प्रदान करता है। जब प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स (एम 1) पर लागू किया जाता है, तो टीएमएस एक लक्षित मांसपेशी के इलेक्ट्रोमायोग्राम में एक औसत दर्जे का विक्षेपण प्राप्त कर सकता है। इस वोल्टेज तरंग का आयाम, जिसे मोटर इवोकेटेड पोटेंशियल (एमईपी) के रूप में जाना जाता है, कॉर्टिकोस्पाइनल (सीएस) मार्ग की क्षणिक उत्तेजना स्थिति का एक सूचकांक प्रदान करता है- सीएस मार्ग¹⁷ पर सभी उत्तेजक और निरोधात्मक प्रभावों का एक परिणामी एनालॉग। आंतरिक सीएस उत्तेजना के एक विश्वसनीय भीतर-विषय माप प्रदान करने के अलावा, टीएमएस को अस्थायी रूप से सटीक तरीके से सीएस गतिविधि और व्यवहार के बीच संबंधों की जांच करने के लिए अन्य व्यवहार या किनेमेटिक मैट्रिक्स के साथ जोड़ा जा सकता है। कई अध्ययनों ने मोटर सिस्टम के बारे में विभिन्न प्रश्नों को संबोधित करने के लिए टीएमएस और इलेक्ट्रोमोग्राफी (ईएमजी) के संयोजन का उपयोग किया है, खासकर जब से विधियों का यह संयोजन^{व्यवहार स्थितियों} की एक विशाल सरणी के तहत एमईपी की जांच करना संभव बनाता है। एक क्षेत्र जहां यह विशेष रूप से उपयोगी साबित हुआ है, कार्रवाई की तैयारी के अध्ययन में है, अक्सर एकल-संयुक्त^{आंदोलनों} के अध्ययन के माध्यम से। हालांकि, पहुंच जैसे प्राकृतिक बहु-संयुक्त आंदोलनों के तुलनात्मक रूप से कम टीएमएस अध्ययन हैं।

वर्तमान लक्ष्य एक विलंबित-प्रतिक्रिया पहुंच कार्य को डिजाइन करना था जिसमें व्यवहार किनेमेटिक्स, ऑनलाइन सिंगल-पल्स टीएमएस प्रशासन और कई मांसपेशियों से एक साथ ईएमजी रिकॉर्डिंग शामिल है। कार्य में क्षैतिज रूप से उन्मुख मॉनिटर का उपयोग करके ऑनलाइन दृश्य प्रतिक्रिया के साथ एक द्वि-आयामी बिंदु-से-बिंदु पहुंच प्रतिमान शामिल है जैसे कि दृश्य प्रतिक्रिया पहुंच प्रक्षेपपथ से मेल खाती है (यानी, वेरिडिकल फीडबैक के दौरान 1: 1 संबंध और दृश्य प्रतिक्रिया और गति के बीच कोई परिवर्तन नहीं)। वर्तमान डिजाइन में विसुओमोटर गड़बड़ी के साथ परीक्षणों का एक सेट भी शामिल है। प्रदान किए गए उदाहरण में, यह कर्सर फीडबैक में 20 ° घूर्णी बदलाव है। पिछले अध्ययनों ने सेंसरिमोटर अनुकूलन 19,20,21,22,23,24,25 से जुड़े तंत्र और गणनाओं के बारे में सवालों को संबोधित करने ^के लिए एक समान पहुंच प्रतिमान का उपयोग किया है। इसके अलावा, यह दृष्टिकोण ऑनलाइन मोटर सीखने के दौरान सटीक समय बिंदुओं पर मोटर सिस्टम उत्तेजना गतिशीलता का आकलन करना संभव बनाता है।

क्योंकि पहुंचने सीखने / अनुकूलन की जांच के लिए एक उपयोगी व्यवहार साबित हुआ है, इस व्यवहार के संदर्भ में सीएस उत्तेजना का आकलन करने से इन व्यवहारों में शामिल तंत्रिका सब्सट्रेट्स पर प्रकाश डालने की भारी क्षमता है। इनमें स्थानीय निरोधात्मक प्रभाव, ट्यूनिंग गुणों में परिवर्तन, तंत्रिका घटनाओं का समय आदि शामिल हो सकते हैं, जैसा कि गैर-मानव प्राइमेट अनुसंधान में स्थापित किया गया है। हालांकि, इन विशेषताओं को मनुष्यों और नैदानिक आबादी में मापना अधिक कठिन रहा है। संयुक्त टीएमएस और ईएमजी दृष्टिकोण (यानी, आंदोलन की तैयारी के दौरान या आराम से) का उपयोग करके मनुष्यों में ओवरट आंदोलन की अनुपस्थिति में तंत्रिका गतिशीलता की भी जांच की जा सकती है।

प्रस्तुत उपकरण ओपन-सोर्स हैं, और कोड आसानी से अनुकूलनीय है। यह उपन्यास प्रतिमान पहुंच आंदोलनों की तैयारी, निष्पादन, समाप्ति और अनुकूलन में शामिल तंत्र में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि उत्पन्न करेगा। इसके अलावा, विधियों के इस संयोजन में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और मनुष्यों में पहुंचने वाले व्यवहार के बीच संबंधों को उजागर करने की क्षमता है।

Protocol

यहां विस्तृत सभी विधियों को आईआरबी प्रोटोकॉल और अनुमोदन (ओरेगन विश्वविद्यालय आईआरबी प्रोटोकॉल संख्या 10182017.017) के अनुपालन में किया गया था। सभी विषयों से सूचित सहमति प्राप्त की गई थी।

1. उपकरण तक पहुंचना

1. डेस्कटॉप पर एक बड़ा ग्राफिक्स टैबलेट फ्लैट रखें।
2. टेबलेट के ऊपर टास्क मॉनिटर को समानांतर में 6-8 में रखने के लिए समायोज्य 80-20 एल्यूमीनियम फ्रेम का उपयोग करें, स्क्रीन को ऊपर की ओर मुख करके (ब्लूप्रिंट के लिए, यहां देखें: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS और पूरक चित्रा 1)।
   नोट: यह सेटअप प्रतिभागियों को टैबलेट तक पहुंचने और उनके पहुंचने वाले हाथ की दृष्टि को बाधित करते हुए टास्क मॉनिटर पर प्रस्तुत लक्ष्यों को प्राप्त करने की अनुमति देता है।
3. संदर्भ के रूप में किम एट ^अल.3 में वर्णित सेटअप का उपयोग करें।

2. मशीन इंटरफेस

1. टैबलेट को USB पोर्ट के माध्यम से कंप्यूटर से कनेक्ट करें। कार्य मॉनिटर को HDMI पोर्ट के माध्यम से कंप्यूटर से कनेक्ट करें। रियर टीएमएस पोर्ट को डीबी -9 केबल के माध्यम से कंप्यूटर से कनेक्ट करें।
2. PCI-6220 कार्ड DAQ के माध्यम से ईएमजी सिस्टम को कंप्यूटर से कनेक्ट करें। फोटोडायोड को बीएनसी केबल के माध्यम से ईएमजी सिस्टम से कनेक्ट करें।

3. फोटोडायोड सेंसर

1. बीएनसी केबल के लिए एक फोटोडायोड सेंसर संलग्न करें। टास्क मॉनिटर के ऊपरी-दाएं कोने में टेप के साथ फोटोडायोड सेंसर को सुरक्षित करें, सेंसर स्क्रीन के सामने, 1 सेमी दूर ≤।
   नोट: यह एक स्वतंत्र इनपुट चैनल में एनालॉग डेटा के रूप में टास्क मॉनिटर पर प्रस्तुत उत्तेजनाओं के समय को रिकॉर्ड करेगा।

4. सॉफ्टवेयर

1. डेटा संग्रह के लिए हार्डवेयर के साथ इंटरफ़ेस करने के लिए MATLAB 2018 के लिए VETA टूलबॉक्स²⁶ (https://github.com/greenhouselab/Veta) डाउनलोड करें।
2. प्रयोगात्मक मापदंडों के नियंत्रण और टैबलेट के साथ इंटरफेसिंग के लिए विकसित पहुंच कार्य कोड (https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS) डाउनलोड करें।

5. प्रतिभागी स्क्रीनिंग और सूचित सहमति

1. टीएमएस को मतभेदों के लिए विषय को स्क्रीन करें। बहिष्करण मानदंडों में दौरे, सिरदर्द, मस्तिष्क आघात, बेहोशी, पुरानी तनाव या चिंता, नींद के साथ समस्याएं और किसी भी न्यूरोएक्टिव दवा का व्यक्तिगत या पारिवारिक इतिहास शामिल है। अतिरिक्त बहिष्करण मानदंडों में मस्तिष्क या खोपड़ी में कोई भी धातु प्रत्यारोपण और परीक्षण से पहले 24 घंटे में कोई मनोरंजक दवा या शराब का उपयोग शामिल है। समावेश मानदंडों में दाएं हाथ से काम करना और 18 से 35 वर्ष के बीच की आयु शामिल थी।
2. प्रक्रिया और संबंधित जोखिमों की एक लिखित व्याख्या प्रदान करें, प्रतिभागी के किसी भी और प्रश्न को स्पष्ट करें।
3. प्रतिभागियों से सूचित सहमति प्राप्त करें।

6. विषय सेटअप

1. विषय को टैबलेट के सामने एक आरामदायक कुर्सी पर रखें। सुनिश्चित करें कि घुटनों को डेस्क के नीचे पैरों के साथ 90 ° तक फ्लेक्स किया गया है।
2. त्वचा तैयार करें और ईएमजी इलेक्ट्रोड रखें।
   1. टीएमएस पल्स द्वारा उत्पादित विद्युत कलाकृतियों का पता लगाने के लिए, दाहिने पहले पृष्ठीय इंटरोस्सी (एफडीआई), एक्सटेंसर कार्पी रेडियलिस, और पूर्ववर्ती डेल्टोइड मांसपेशियों के साथ-साथ गर्दन के आधार पर सी 4 प्रमुखता की साइट पर त्वचा को धीरे से हटाने के लिए बारीक-अनाज सैंडपेपर का उपयोग करें।
      नोट: मांसपेशी रिकॉर्डिंग साइटों को उपयोगकर्ता की जरूरतों के आधार पर अनुकूलित किया जा सकता है।
   2. प्रत्येक इलेक्ट्रोड साइट को साफ करने के लिए एक बार अल्कोहल प्रेप पैड के साथ प्रत्येक क्षेत्र को स्वैब करें।
   3. प्रत्येक साइट पर एक ईएमजी इलेक्ट्रोड रखें। सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रोड मांसपेशियों के तंतुओं के लंबवत चलते हैं। जमीन इलेक्ट्रोड को दाहिनी कोहनी की बोनी प्रमुखता पर रखें।
   4. प्रत्येक इलेक्ट्रोड को मेडिकल टेप से सुरक्षित करें।
3. ईएमजी रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता की जांच करें। सभी ईएमजी निशान की कल्पना करने के लिए वीईटीए टूलबॉक्स का उपयोग करें और सुनिश्चित करें कि वे कलाकृतियों से मुक्त हैं। यदि ईएमजी के निशान शोर हैं, तो सुनिश्चित करें कि जमीन ठीक से रखी गई है और सभी इलेक्ट्रोड त्वचा के साथ उचित संपर्क करते हैं।

7. ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना

1. TMS मशीन चालू करें।
2. बाएं एम 1 की उत्तेजना के माध्यम से दाएं एफडीआई मांसपेशी के टीएमएस हॉट स्पॉट का पता लगाएं।
   1. कुंडल ~ 5 सेमी पार्श्व और 2 सेमी पूर्ववर्ती को सिर के शीर्ष पर रखें, मध्य रेखा से ~ 45 ° उन्मुख।
   2. टीएमएस दालों को हर 4 सेकंड में एक बार प्रशासित करें, जबकि कॉइल को पूर्ववर्ती-पीछे और मध्यवर्ती-पार्श्व विमान में लगभग 5 मिमी की वृद्धि में पुनर्स्थापित करें।
   3. 30% अधिकतम उत्तेजक उत्पादन से शुरू होकर, धीरे-धीरे टीएमएस तीव्रता को 2% की वृद्धि करें जब तक कि एमईपी नहीं देखा जाता है।
   4. एक बार इष्टतम स्थान की पहचान हो जाने के बाद, जिस पर एमईपी को सबसे कम संभव उत्तेजक तीव्रता पर अधिकांश (~ 75%) दालों पर विश्वसनीय रूप से प्राप्त किया जा सकता है, तो 10 दालों में से पांच पर >50 μV के पीक-टू-पीक आयाम के साथ एमईपी का उत्पादन करने वाली तीव्रता स्तर का पता लगाकर रेस्टिंग मोटर थ्रेशोल्ड (आरएमटी) निर्धारित करें।
   5. कॉइल की परिधि के साथ प्रतिभागी के सिर पर प्रतिबिंबित टेप की पतली पट्टियों को धीरे से रखकर स्थिति को चिह्नित करें। कॉइल पोजिशनिंग को मैन्युअल रूप से पकड़कर या इसका समर्थन करने के लिए स्टैंड का उपयोग करके बनाए रखें।

8. कार्य सेटअप तक पहुंचना

1. आराम से पावर ग्रिप मुद्रा की सुविधा के लिए प्रतिभागी के दाहिने हाथ पर वेल्क्रो दस्ताने रखें।
2. स्टाइलस को दस्ताने से जोड़ें और विषय को सलाह दें कि पहुंचने के आंदोलनों के बीच हाथ को आराम से रखें।
3. कार्य निर्देशों को संप्रेषित करें, जो निम्नानुसार हैं: स्क्रीन के निचले भाग पर होम पोजीशन के लिए कर्सर का मार्गदर्शन करें। आपको दो लक्षित स्थानों में से एक पर एक संकेत दिखाई देगा। जब लक्ष्य रंग से भर जाता है, तो लक्ष्य के माध्यम से जितनी जल्दी हो सके और सटीक रूप से पहुंचें। फिर घर की स्थिति में लौटें। घर की स्थिति, संकेत और लक्ष्यों के स्थानों को इंगित करें (चित्रा 1 ए)।
4. प्रतिभागी को स्टाइलस के साथ लक्ष्यों को जल्द से जल्द और यथासंभव सटीक रूप से काटने के लिए प्रशिक्षित करें। हाथ के आंदोलनों के प्रतिभागी की दृष्टि को अस्पष्ट करने और कार्य मॉनिटर की दृश्यता में सुधार करने के लिए टास्क रूम में रोशनी बंद करें।

9. कार्य डिजाइन

1. Matlab 2018 (पूरक कोडिंग फ़ाइल 1) में साइकोलबॉक्स 3.0 के साथ दृश्य उत्तेजना प्रस्तुति को नियंत्रित करें।
2. वर्तमान डेटा से मेल खाने के लिए निम्नलिखित मापदंडों का उपयोग करें: 20 अभ्यास परीक्षण; 270 परीक्षण परीक्षण; परीक्षण परीक्षणों के 4/5 पर टीएमएस; टीएमएस या तो प्रारंभिक क्यू ऑनसेट (बेसलाइन टीएमएस) या समान आवृत्ति के साथ अनिवार्य क्यू (देरी टीएमएस) से पहले 100 एमएस के साथ मेल खाता है; कुल परीक्षणों का 1/10 कैच ट्रायल हैं, जिसमें अनिवार्य संकेत दिखाई नहीं देता है; घर की स्थिति एक वृत्त है जिसमें कार्यस्थान के निचले केंद्र में 2 सेमी त्रिज्या स्थित है; 1 सेमी त्रिज्या वाले दो वृत्ताकार लक्ष्य घर की स्थिति से 15 सेमी +45° और मध्य रेखा से -45° दूर स्थित हैं।
3. इवेंट ऑर्डर और अवधि निम्नानुसार सेट करें: 900 एमएस पर प्रारंभिक क्यू और 900 एमएस पर अनिवार्य क्यू।

10. टीएमएस प्रशासन

1. वीईटीए टूलबॉक्स समवर्ती रूप से टीएमएस का प्रबंधन करता है और ईएमजी https://github.com/greenhouselab/Veta रिकॉर्ड करता है।
2. चुने हुए व्यवहार संबंधी घटनाओं (यानी, प्रारंभिक क्यू की शुरुआत या 100 एमएस पूर्ववर्ती लक्ष्य शुरुआत) के साथ मेल खाने के लिए वीईटीए टूलबॉक्स के साथ टीएमएस दालों के समय को नियंत्रित करें।
3. विश्लेषण के लिए पर्याप्त संख्या में एमईपी सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त आवृत्ति के साथ टीएमएस वितरित करें।
   नोट: जैसा कि लिखा गया है, टास्क कोड कुल परीक्षणों के 4/5 पर टीएमएस पल्स प्रदान करेगा या तो प्रारंभिक क्यू की शुरुआत में - बेसलाइन एमईपी प्राप्त करने के लिए - या अनिवार्य क्यू से 100 एमएस पहले - विलंबित एमईपी प्राप्त करने के लिए। पैरामीटर को उपयोगकर्ता की जरूरतों के अनुसार कोड में समायोजित किया जा सकता है। टीएमएस के बिना परीक्षणों का उपयोग टीएमएस की अनुपस्थिति में व्यवहार प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए किया जा सकता है। यह प्रदर्शन पर टीएमएस के किसी भी संभावित प्रभाव को निर्धारित करने के लिए उपयोगी है।

Representative Results

वर्णित विधियों के सफल निष्पादन में टैबलेट डेटा, ईएमजी निशान और एमईपी की विश्वसनीय जानकारी की रिकॉर्डिंग शामिल है। एक प्रयोग पूरा किया गया था जिसमें टीएमएस के साथ 270 परीक्षण परीक्षण शामिल थे, जो 4/5 परीक्षणों (216 परीक्षणों) पर वितरित किए गए थे।

2 ±5 से 10 वर्ष की आयु के 16 प्रतिभागियों (आठ महिलाएं; आठ पुरुष) से डेटा एकत्र किया गया था, जिनमें से सभी ने स्वयं को दाएं हाथ से रिपोर्ट किया था। हमने एक प्रतिनिधि प्रतिभागी के लिए एक सीखने के कार्य को प्राप्त करके व्यवहार प्रदर्शन पर दृश्य गड़बड़ी की प्रभावशीलता का आकलन किया। ये डेटा चित्रा 1 बी में प्रस्तुत किए गए हैं और दिखाते हैं कि प्रतिभागी के हाथ लक्ष्य त्रुटि को उम्मीद के अनुसार गड़बड़ी और वॉशआउट स्थितियों में समायोजित किया गया है। हमने बेसलाइन पहुंच के दौरान लक्ष्य त्रुटि के मानक विचलन का भी मूल्यांकन किया, जो अनुमानित 4.5 ° (चित्रा 1 बी) था। यह पिछले^{अध्ययनों के} अनुरूप है।

प्रत्येक परीक्षण पर एक टीएमएस पल्स वितरित किया गया था। आधी दालों को बेसलाइन पर वितरित किया गया था, और आधे को प्रारंभिक देरी अवधि (चित्रा 2 ए) के दौरान वितरित किया गया था। औसतन 91 ± 23 बेसलाइन और 88 ± 20 देरी एमईपी क्रमशः 84% और 81% सफलता दर के अनुरूप प्रति प्रतिभागी सफलतापूर्वक दर्ज किए गए थे। एमईपी को केवल तभी गिना जाता था जब आयाम .05 एमवी से अधिक होते थे। कैच ट्रायल (यानी, ऐसे परीक्षण जिनमें "गो" क्यू प्रस्तुत नहीं किया गया था और परीक्षण जिसमें प्रतिभागी या तो पहुंच शुरू करने में विफल रहे या अनिवार्य संकेत से पहले शुरू किए गए) को छोड़कर सभी परीक्षणों पर ग्राफिक्स टैबलेट से रीच ट्रैजेक्टरीज को सफलतापूर्वक कैप्चर किया गया।

औसत देरी अवधि (प्रारंभिक और अनिवार्य संकेत के बीच की अवधि) 915 ± 0.5 एमएस (औसत ± मानक विचलन) थी। बेसलाइन टीएमएस को प्रारंभिक क्यू की शुरुआत के बाद 26 ± 8 एमएस प्रशासित किया गया था, और टीएमएस अनिवार्य क्यू शुरुआत से पहले 126 ± 3 एमएस था (चित्रा 2 बी)। प्रत्येक मामले में इच्छित टीएमएस प्रशासन समय से लगातार विचलन इंगित करता है कि हार्डवेयर या सॉफ़्टवेयर घटकों द्वारा पेश की गई अवांछित देरी के लिए आगे अनुकूलन की आवश्यकता है। हालांकि, इन विलंबों में अपेक्षाकृत कम आनुपातिक भिन्नता से पता चलता है कि ये ज्यादातर निश्चित देरी हैं जिन्हें अतिरिक्त पायलट परीक्षण के साथ नियंत्रित किया जा सकता है और संकेत देता है कि घटनाओं का समय आम तौर पर परीक्षणों में विश्वसनीय है।

चित्र 1: टैबलेट से एकत्र किए गए व्यवहार संबंधी डेटा। (A) कार्यस्थान में घर की स्थिति (गहरा नीला), दो लक्ष्य (सियान), और एक एकल प्रतिभागी के पूर्व-एक्सपोज़र ब्लॉक से पहुंच प्रक्षेपपथ का एक प्रतिनिधि सेट शामिल है। (बी) लक्ष्य त्रुटि की गणना पहुंच के समापन बिंदु से लक्ष्य के केंद्र तक डिग्री में दूरी के रूप में की गई थी। ट्रायल बिन प्रति बिन लगातार दो परीक्षणों का औसत है, और डेटा को प्रयोगात्मक ब्लॉकों द्वारा अलग किया जाता है: प्री-एक्सपोज़र (अनशेडेड), एक्सपोज़र (लाल), फीडबैक की अनुपस्थिति में वॉशआउट (हरा), और वेरिडिकल फीडबैक (अनशैडेड) के साथ वॉशआउट। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2: उदाहरण एमईपी निशान( ए) प्रतिनिधि एमईपी और संबंधित फोटोडायोड ट्रेस दोनों प्रयोगात्मक युगों (बेसलाइन और देरी) के लिए। (बी) नकारात्मक बेसलाइन एमईपी विलंबता (-26 ± 8 एमएस) इंगित करता है कि टीएमएस उत्तेजना प्रारंभिक संकेत के बाद आई, जबकि सकारात्मक देरी एमईपी विलंबता (126 ± 3 एमएस) इंगित करती है कि टीएमएस उत्तेजना वांछित समय बिंदु (अनिवार्य संकेत से 100 एमएस पहले) से पहले आ गई थी। लेटेंसी सभी प्रतिभागियों (एन = 16) में औसत है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक चित्र 1: पहुंच तंत्र का ब्लूप्रिंट। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 1: दृश्य उत्तेजना के लिए कोड। delayed_reach_TMS.एम फ़ाइल में टैबलेट, उत्तेजना प्रस्तुति, ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना और इलेक्ट्रोमोग्राफी रिकॉर्डिंग को नियंत्रित करने के लिए एक कार्य कोड होता है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

ऊपर उल्लिखित विधियां व्यवहार तक पहुंचने के संदर्भ में मोटर तैयारी का अध्ययन करने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदान करती हैं। यद्यपि पहुंचना मोटर नियंत्रण और सीखने के अध्ययन में एक लोकप्रिय मॉडल कार्य का प्रतिनिधित्व करता है, लेकिन पहुंच व्यवहार से जुड़े सीएस गतिशीलता का सटीक मूल्यांकन करने की आवश्यकता है। टीएमएस पहुंचने के दौरान असतत समय बिंदुओं पर सीएस गतिविधि को कैप्चर करने का एक गैर-आक्रामक, अस्थायी रूप से सटीक तरीका प्रदान करता है। यहां वर्णित दृष्टिकोण दो स्वतंत्र उपक्षेत्रों-टीएमएस को जोड़ता है और एक एकल प्रतिमान तक पहुंचता है जिसमें किनेमेटिक और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल मैट्रिक्स की एक साथ रिकॉर्डिंग शामिल है।

जबकि वर्णित विधियों में पहुंचने के संदर्भ में कार्रवाई नियंत्रण में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रकट करने की क्षमता है, कुछ सीमाएं और विचार हैं। सबसे महत्वपूर्ण बात, एमईपी माप की विश्वसनीयता टीएमएस प्रशासन से पहले ईएमजी गतिविधि की स्थिरता पर निर्भर करती है, साथ ही साथ^{एमईपी की संख्या 27} पर कब्जा कर ली जाती है। यह महत्वपूर्ण है कि डेटा संग्रह से पहले ईएमजी डेटा गुणवत्ता का आकलन किया जाए। पर्याप्त सांख्यिकीय शक्ति के लिए, प्रति कार्य स्थिति में न्यूनतम 20 एमईपी माप की सिफारिश की जाती है। इसके अतिरिक्त, जबकि एमईपी में परिवर्तन सीएस उत्तेजना में मात्रात्मक परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करते हैं, टीएमएस की प्रकृति और परिणामस्वरूप एमईपी सीएस गतिविधि का एक कच्चा, सारांश मीट्रिक उत्पन्न करता है, और व्यवहार के लिए उनके कारण संबंध को सावधानी¹⁵ के साथ व्याख्या की जानी चाहिए। इसके अलावा, ग्राफिक्स टैबलेट के लिए आवश्यक है कि स्टाइलस टैबलेट की सतह के साथ संपर्क बनाए रखें, जो पहुंचने वाले कार्यों और ग्रिप एपर्चर की सीमा को सीमित करता है जिसे नियोजित किया जा सकता है।

इस विशिष्ट प्रोटोकॉल की सीमाओं के बावजूद, पहुंचने के अलावा व्यवहार संबंधी कार्यों के दौरान मोटर सिस्टम उत्तेजना को इंडेक्स करने के लिए टीएमएस और ईएमजी का संयोजन अच्छी तरह^{से स्थापित है}। इस संयुक्त दृष्टिकोण के लाभों में ओवरट आंदोलन की अनुपस्थिति में भी सीएस उत्तेजना गतिशीलता को मापने की क्षमता शामिल है, साथ ही साथ कार्य-अप्रासंगिक मांसपेशियों में भी। यह दृष्टिकोण मिलीसेकंड के क्रम में उच्च अस्थायी परिशुद्धता भी प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, यहां वर्णित प्रोटोकॉल को किसी भी संख्या में ईएमजी उपकरणों के साथ काम करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है जो सूचीबद्ध इनपुट / आउटपुट उपकरणों के माध्यम से सीधे उत्तेजना प्रस्तुति कंप्यूटर के साथ इंटरफ़ेस करते हैं।

इन फायदों को देखते हुए, प्रोटोकॉल मानव और पशु अध्ययन के बीच की खाई को पाटने में मदद कर सकता है। गैर-मानव प्राइमेट्स में अनुसंधान के एक बड़े निकाय ने पहुंच के संदर्भ में पहुंचने और मोटर सीखने से जुड़े इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल तंत्र की जांच की है। संयुक्त टीएमएस और ईएमजी दृष्टिकोण का उपयोग करके मनुष्यों में आगे की जांच गैर-मानव इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और मानव व्यवहार निष्कर्षों को पुल करने में मदद कर सकती है। पहुंच के संदर्भ में एमईपी के पिछले अध्ययनों ने पहुंच और समझ तैयारी के दौरान टीएमएस का एक सहायक प्रभाव दिखाया है जब पार्श्विका कॉर्टेक्स, प्रीमोटर कॉर्टेक्स और पार्श्विका-एम 1 सर्किट आंदोलन ^8,14 से पहले उत्तेजित होते थे। हालांकि, एम 1 पर टीएमएस के बाद इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी 75 से 150 एमएस के साथ मापा गया आराम करने के आयाम ों को बल क्षेत्र एडपेटेशन¹³ के बाद कम कर दिया गया था। सीएस में तैयारी, अनुकूलन और परिवर्तन तक पहुंचने के बीच सूक्ष्म संबंध आगे की जांच की आवश्यकता है। इसके अलावा, प्रयोगशालाओं में उपकरणों और विधियों के एक ही सेट का उपयोग करके, प्रतिकृति अधिक प्राप्त करने योग्य होगी, और यह अध्ययन परिणामों की व्याख्या में सहायता करेगी।

जबकि यहां ध्यान एम 1 के टीएमएस पर है, कई अध्ययनों ने कॉर्टिकल क्षेत्रों (जैसे, पार्श्विका कॉर्टेक्स और एम 1) के बीच बातचीत की जांच करने के लिए दोहरी साइट टीएमएस का उपयोग किया है। जबकि इनमें से कई अध्ययन आराम के दौरान आयोजित किए गए थे, मुट्ठी भर अध्ययनों ने पहुंच योजना और निष्पादन के संदर्भ में कॉर्टिको-कॉर्टिकल इंटरैक्शन की जांच की। दोहरी साइट टीएमएस ने दिखाया कि पीछे के पार्श्विका कॉर्टेक्स की उत्तेजना ने 50 एमएस और ~ 100 एमएस पर एम 1 उत्तेजना को एक श्रवण "गो" क्यू के बाद एक तैयार विपरीत पहुंच²⁸ शुरू करने की सुविधा प्रदान की। दोहरे कॉइल टीएमएस दृष्टिकोणों के लिए अतिरिक्त तरीके स्थापित किए गए हैं जिनमें लक्ष्य-निर्देशित पहुंच-से-समझ व्यवहार के दौरान अनुप्रयोग शामिल^हैं। यहां वर्णित प्रोटोकॉल इन पिछले अध्ययनों और विधियों का पूरक है और दोहरी साइट टीएमएस अध्ययनों के लिए भी आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है।

उदाहरण कार्य कोड में दो संभावित लक्ष्यों के साथ एक विलंबित प्रतिक्रिया कार्य होता है। परीक्षण संख्या, लक्ष्य और कर्सर विशेषताओं, दृश्य प्रतिक्रिया और टीएमएस वितरण जैसे मापदंडों को विभिन्न प्रकार के शोध प्रश्नों को संबोधित करने के लिए समायोजित किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण के साथ दर्ज किए गए डेटा में टैबलेट से व्यवहार किनेमेटिक्स और ईएमजी से इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल माप शामिल हैं। प्रारंभिक परिणामों से पता चला है कि टीएमएस और व्यवहार माप परीक्षणों में पहुंच दिशाओं में परिवर्तनशीलता के लिए विश्वसनीय समय और पर्याप्त संवेदनशीलता प्रदर्शित करते हैं। ये विधियां और परिणाम इस दृष्टिकोण का उपयोग करके टीएमएस के माध्यम से पहुंचने के तंत्रिका तंत्र में भविष्य की जांच के लिए अवधारणा के प्रमाण के रूप में खड़े हैं।

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-Port Native PCI Express	StarTech.com	RS232 Card with 16950 UART	Must be compatible with desktop computer
Adjustable 80-20 aluminum frame	any
Alcohol prep pads	any		EMG preparation
Bagnoli Bipolar Electrodes	Delsys	DE 2.1
Bagnoli Reference Electrode	Delsys	USX2000	2” (5cm) Round
Bagnoli-8 EMG System	Delsys
Chair	any
Computer monitor for EMG/TMS	n/a
Desk	any
Desktop Computer	Dell	xps 8930	RAM: 16 GB, Storage: 1TB, Graphics: 1060 6GB
EMG electrodes	Delsys	Sensor Adhesive Interface
Fine grain sandpaper	any		EMG preparation
Graphics tablet	Wacom	Intuos-4 XL
Handle of paint roller	any		to be used as stylus handle, hollowed out center must be large enough for stylus to sit securely inside
Medical tape	any		To secure EMG electrodes
PCI-6220 card DAQ	National Instruments		To interface EMG system
Photodiode Sensor	Vishay	BPW21R	To record timing of task events into EMG trace.
Rear TMS port	Magstim		Included with TMS machine
Right-handed polyethylene glove	any		Cut out thumb and index finger of glove to expose FDI muscle
Sensory Adhesive Interface, 2-slot	Delsys	SC-F01
Stylus	Wacom	Intuos-4 grip pen
Tablet-to-Computer USB cable	any		Included in Tablet purchase
Task Monitor	Asus	VG248
TMS coil	Magstim	D70 Remote Coil	7cm diameter, figure-of-eight coil
TMS machine	Magstim	200-2
TMS-to-Computer DB9 cable	any		Connects to PCIe Serial Card
Velcro	any		To be placed on glove and stylus handle