The authors have no acknowledgements.

Das hier beschriebene Protokoll folgte den Richtlinien der Ethikkommission der Universität Freiburg und wurde in Übereinstimmung mit der Erklärung von Helsinki (1964). 1. Ethische Genehmigung - Subject Instruction <ol><li> Vor dem eigentlichen Experiment, anweisen, alle Probanden über den Zweck der Studie und potenziellen Risikofaktoren. Bei der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) Anwendung, gibt es einige medizinische Risiken einschließlich der Geschichte von epileptischen Anfällen, Metallimplantaten in die Augen und / oder Kopf, Erkrankungen des Herz-Kreislauf-System und Schwangerschaft. Ausschließen jedes Thema zu einer dieser Risikofaktoren aus der Studie bekräftigen. </li><li> Fügen Sie nur gesunde Personen in der Studie. Ausschließen Personen mit irgendwelchen neurologischen, psychischen und / oder orthopädischen Erkrankungen. </li></ol> 2. Gegenstand Vorbereitung <ol><li> Betreff Platzierung <ol><li> Während des gesamten Experiments Sitz Probanden in einem bequemen Stuhl. Befestigen Sie den Kopfdes Teilnehmers eine Besetzung umfassen den Hals verwenden, um eine stabile Kopfposition zu sichern und alle Bewegungen des Kopfes relativ TMS Spule zu vermeiden. </li><li> Legen Sie den rechten Arm der Probanden in einem speziell angefertigten Armlehne Bewegungen des Handgelenks zu minimieren. Befestigen Sie den rechten Zeigefinger unterliegen einer Schiene an den Arm eines Roboters montiert. Ausrichten der Drehachse des Roboterarms mit dem metacarpophangeal Gelenk der rechten Hand, so dass das Gelenkzentrum des Rotationszentrum des Roboters übereinstimmt. </li></ol></li><li> Force-Aufnahmen <ol><li> Messen die aufgebrachte Kraft durch die Gegenstände durch einen Drehmomentmesser in dem Roboterarm montiert und messen die Position des Roboterarms (entsprechend der Position des Zeigefinger) von einem Potentiometer zur Drehachse des Roboters 22 verbunden. </li></ol></li><li> Elektromyographie (EMG) <ol><li> Verwenden Sie eine bipolare Konfiguration von Oberflächenelektroden durch TMS ausgelöst elektrophysiologischen Reaktionen zu messen sowie muscular Aktivierung durch die Gegenstände hergestellt. <ol><li> Vor dem Anbringen der Elektroden an die Haut über dem ersten Rücken interosseus Muskel (FDI) und der Entführer pollicis brevis (APB) von der rechten Hand, rasieren die Haut der Probanden, dann ist es leicht abreiben Sandpapier oder Gel Abschleifen und desinfizieren sie mit Propanol . </li><li> Im Anschluss daran befestigen Selbstklebe-EMG-Elektroden auf die Haut über die Muskelbäuche der FDI und APB. Legen Sie eine zusätzliche Referenzelektrode auf der olecranon des gleichen Arm. </li><li> Kabel verbinden alle Elektroden mit einer EMG-Verstärker und an einen Analog-Digital-Wandler. Amplify die EMG-Signale (x 1000), Bandpass-Filter (10 - 1000 Hz) und Probe bei 4 kHz. Speichern Sie die EMG-Signale für die Offline-Analyse. </li></ol></li></ol></li><li> TMS <ol><li> Verwenden Sie eine Zahl von acht Spule mit einem TMS-Stimulator angebracht, um den kontralateralen Motor kortikalen Handbereich zu stimulieren. </li><li> Finden, die optimale Position der Spule relativ zu der Kopfhaut zum Hervorrufenmotorisch evozierte Potentiale (MEP) in der FDI-Muskel durch ein Mapping-Verfahren: <ol><li> Platzieren der Spule ungefähr 0,5 cm vor dem Scheitelpunkt und über der Mittellinie mit dem Griff um 45 ° gegen den Uhrzeigersinn relativ zu der Sagittalebene weist, eine posterior-anteriore Fluss des Stroms in der Mitte der Spule zu induzieren. </li><li> Zu Beginn wählen Sie eine kleine Stimulation (zB unter 30% maximalen Stimulator - Ausgang, MSO) Intensität die Themen an die magnetischen Impulse zu gewöhnen. </li><li> Anschließend erhöhen Sie die Intensität Stimulation in kleinen Schritten, zum Beispiel 2 - 3% maximale Stimulator Ausgang (MSO) und die Spule in der frontalen-rostral und medio-lateraler Richtung, um den optimalen Standort zu finden bewegen (Hotspot) für die FDI stimulierenden Muskel. Der Hotspot wird als der Ort definiert, wo die größte MEP bei einer gegebenen Stimulationsintensität beobachtet werden. </li></ol></li><li> Nach dem FDI-Hotspot zu finden, bestimmen Motor Schwelle (MT) als minimu Ruhem Intensität erforderlich MEP Spitze-Spitze - Amplituden in der EMG zu evozieren größer als 50 &amp; mgr ; V in drei von fünf aufeinander folgenden Studien 18. Überprüfen Sie die Größe der Online auf dem Computerbildschirm angezeigt MEPs. </li><li> Nach dem Hervorrufen MEPs mit 1,0 * MT, verringern ständig die Stimulationsintensität der TMS-Maschine in Schritten von 2% MSO, bis die MEP nicht mehr beobachtet werden kann und eine EMG Unterdrückung der laufenden Muskelaktivität deutlich. Hinweis: Um die TMS-induzierte EMG Unterdrückung darzustellen es notwendig ist, eine hohe Anzahl von Stimulationen anzuwenden (siehe Abschnitt 5. &quot;Datenverarbeitung&quot;) </li></ol></li></ol> 3. Feedback zur Präsentation <ol><li> Teilen Sie die Teilnehmer in drei Gruppen (pF, fF, CON). </li><li> Instruieren Themen aus der Position Feedback-Gruppe (pF) in der Hälfte der Versuche Feedback über die Position des Zeigefingers (Position Feedback) zu erhalten, wenn sie durch Drücken gegen die Roboter-Vorrichtung mit dem Zeigefinger zu bewegen. &lt;/ Li&gt; <li> In der anderen Hälfte der Versuche, anweisen Themen Feedback über die ausgeübte Kraft zu empfangen, während die Roboter-Vorrichtung (Force-Feedback) bewegt. Hinweis: In Wirklichkeit aber sie erhalten immer die gleiche Rückmeldung (Position Feedback). </li><li> Instruieren Themen aus der Force-Feedback-Gruppe (fF) Force-Feedback in der Hälfte der Studien erhalten und Positionsrückmeldung in der anderen Hälfte erhalten. Hinweis: In der Tat ist diese Gruppe nur mit Force-Feedback zur Verfügung gestellt. </li><li> Sie nicht die Kontrollgruppe (CON) über die Quelle des Feedback anweisen. Hinweis: Die Kontrollgruppe erhält Force-Feedback in einer Hälfte ihrer Studien und Positionsrückmeldung in der anderen Hälfte. </li><li> ändern in zufälliger Reihenfolge die Reihenfolge der Sitzungen, das heißt, ob Studien mit Kraft oder Position Feedback zu starten, in allen Gruppen. </li><li> Optisch zeigen die Kraft und die Positionsrückmeldung auf einem Computer-Bildschirm 1 m vor der Probanden platziert. </li><li> In jedem Zustand präsentieren eine Linie Ziel entsprechend30% der individuellen maximalen freiwilligen Kraft des Subjekts oder der Finger Winkel des Zeigefingers bei 30% maximal freiwillige Kontraktion (MVC), auf dem Computerbildschirm und anweisen, die Gegenstand der Ziellinie möglichst genau übereinstimmen. </li></ol> 4. Maximal isometrischen Kraft <ol><li> Nach dem Subjekt (EMG) vorbereitet wird, führen drei isometrischen Maximal freiwilligen Kontraktionen (MVC), gehalten in der isometrischen Kraft einer allmählichen Zunahme bestehend aus Null bis Maximum über 3 sec Zeitspanne und die maximale Kraft für 2 sec 20,21. </li><li> Verbal das Thema fördern maximale Kraft zu erreichen. Nach jedem Versuch erlauben die Probanden für 90 Sekunden ruhen Müdigkeit zu vermeiden. </li></ol> 5. Versuchsdurchführung <ol><li> Ermüdenden Motor Task- Kontraktionen Sustained. Hinweis: Die ermüdende Aufgabe besteht aus zwei nachhaltig an unterschiedlichen Tagen durchgeführt Kontraktionen. <ol><li> Weisen Sie die Themen der Ziellinie von 30% MVC passen fürso lange wie möglich mit einer Linie zu der aufgebrachten Kraft oder die Position ihrer Finger entsprechend einem Kraftniveau von 30% MVC entspricht. Hinweis: Die Ziellinie bei der Positionsrückkopplungsbedingung (pF-Gruppe) ist daher die Finger Winkel entspricht, wenn die Probanden die Kraftniveau von 30% MVC entsprechen. </li><li> Fragen Sie die Themen die Kontraktionen bis Aufgabe Versagen zu halten, der als der Punkt definiert wird, in dem die Themen sind nicht mehr in der Lage, die Zielkraft in einem 5% Fenster der Zielkraft über einen Zeitraum von 5 Sekunden (FF-Gruppe) zu halten. Für die pF-Gruppe definieren Aufgabe Scheitern als wenn die Teilnehmer nicht in der Lage mit dem Finger Winkel innerhalb von 5% des gewünschten Zielwinkel zu halten für 5 s 12,23. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die beiden anhaltenden Kontraktionen von mindestens 48 Stunden voneinander getrennt sind. </li></ol></li><li> TMS-protocol Hinweis: Die unterschwellige TMS Experiment wird an die ermüdende Kontraktionen auf separaten Tag durchgeführt. Dies ist wichtig, da Müdigkeit einen Einfluss hatauf die Unterdrückung EMG durch subTMS 24,25 so Unterschiede zwischen Kraft und Position eindeutig identifiziert werden kann nicht hervorgerufen. Trennen der ermüdenden Kontraktionen von den TMS-Messungen hat den Vorteil, dass Unterschiede in der EMG Unterdrückung kann nun deutlich die unterschiedliche Auslegung der Rückkopplung zurückgeführt werden, sondern muss die Einschränkung, dass die Ergebnisse können nicht direkt auf die Unterschiede in der Zeit zu Ermüdungs ​​verbunden werden der erlittenen Kontraktionen. <ol><li> das Teil des Experiments Verhalten TMS auf einem separaten Anlass als die ermüdende Experimente (siehe auch Abschnitt 3. &quot;Feedback-Präsentation&quot; sehen). Zunächst folgen die exakt gleiche Verfahren wie für die ermüdenden Kontraktion (zB MVC Kontraktionen) , aber dieses Mal, fragen Sie die Themen , um die Kontraktionen halten nur so lange , wie die TMS Stimulation dauert. Somit werden die Kontraktionen nicht fatigable und nur für ungefähr 100 sec während jedes TMS Studie gehalten. </li><li> Geben Sie eine Pause von 3 min zwischen Trials jede Vorspannung von Ermüdung zu minimieren. </li></ol></li></ol> 6. Datenverarbeitung <ol><li> TMS <ol><li> Tragen Sie insgesamt 100 Sweeps 50 Durchläufe mit und 50 Sweeps ohne Stimulation mit einem Inter-Stimulus - Intervall von 0,8 bis 1,1 s 20,21,25,26 reichen. Dieser kurze Interstimulus Intervall stellt sicher, dass die Probanden nicht brauchen die Kontraktionen zu lange so ermüdend Effekte minimiert werden kann zu halten. </li><li> Um zu analysieren , ob die TMS - Stimulation eine Erleichterung (MEP) oder eine EMG Unterdrückung verursacht, subtrahieren die gleichgerichtet und dann durchschnittlich 50 Sweeps mit Stimulation (stimulierte EMG) von den 50 Sweeps ohne Stimulation (Kontrolle EMG) 20,21,25-27. Hinweis: Das Einsetzen der EMG-Unterdrückung wird als Zeitpunkt definiert, in dem der gemittelte EMG für die Durchläufe mit der Stimulations kleiner ist als der Steuer EMG für mindestens 4 msec in einem Zeitrahmen von 20 bis 50 msec nach dem TMS Puls. Das Ende der Unterdrückung wird als t definierter sofort , wenn die stimulierte EMG größer als die Steuer EMG für mindestens 1 ms und das Ausmaß der Unterdrückung ist , wird als prozentuale Veränderung berechnet (Kontrolle-stimulierte / mittlere Steuer * 100). </li><li> Verwenden Sie die Sweeps ohne TMS Stimulation für die Berechnung der Hintergrund EMG Aktivierung und durchschnittlich sie im gleichen Zeitfenster wie die Versuche mit Stimulation 20,21,25,26. </li></ol></li><li> EMG <ol><li> Bestimmen Sie die maximale Aktivität EMG durch die root mean square - Wert in einem 0,5s Zeitfenster gemessen während der MVC - Tests 20,21 um die Spitzenkraft aufgezeichnet zu berechnen. </li><li> Für die anhaltende Kontraktionen, analysieren die EMG durch den Bau von 8 Sekunden langen Behälter , wo das root mean square des berichtigten EMG berechnet und normiert auf die EMG - Aktivität während der MVC - Studien 20,21 erhalten. </li></ol></li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Die vorliegende Studie untersucht, ob die Interpretation von Augmented-Feedback die Zeit zu Ermüdungs ​​einer anhaltenden submaximalen Kontraktion und das neuronale Verarbeitung des primären Motorkortex beeinflußt. Die Ergebnisse zeigen, dass, sobald die Teilnehmer die Feedback als Stellungsrückmeldung (im Vergleich zu Kraftrückmeldung) interpretiert, war die Zeit zu Ermüdungs ​​wesentlich kürzer und die inhibitorische Aktivität des motorischen Cortex (als die Menge an EMG-Unterdrückung durch subTMS ver...

Sensorisches Feedback ist entscheidend, Bewegungen auszuführen. Tägliche Aktivitäten sind kaum möglich , in Abwesenheit von Propriozeption 1. Darüber hinaus wird das motorische Lernen durch propriozeptive Integration 2 oder kutane Wahrnehmung 3 beeinflusst. Gesunde Menschen mit intakter Empfindung sind in der Lage , die sensorischen Inputs aus verschiedenen sensorischen Quellen , um situationsspezifische Bedürfnisse zu erfüllen 4 ergeben , zu gewichten. Diese sensorischen Wiegen ermöglicht Menschen schwierige Aufgaben mit hoher Präzision durchzuführen , auch wenn einige Aspekte der sensorischen Informationen sind unzuverlässig oder gar nicht vorhanden (zB im Dunkeln zu Fuß oder mit geschlossenen Augen). Darüber hinaus schlägt verschiedene Hinweise darauf, dass (oder zusätzlich) Feedback verbessert weiter die Motorsteuerung und / oder motorischen Lernens erweitert bereitstellt. Augmented Feedback liefert zusätzliche Informationen, die von einer externen Quelle, die zur Aufgabe intrinsische (sensorischen) Feedback hinzugefügt werden können, von der sensorischen entstehenSystem 5,6. Vor allem die Wirkung des Inhalts von Augmented Feedback über die Motorsteuerung und Lernen hat sich in den letzten Jahren von großem Interesse gewesen. Eine der Fragen war es, wie Steuerkraft Mensch und Position 7,8. Erste Untersuchungen festgestellten Unterschiede in der Zeit zu Ermüdung eines nachhaltigen submaximalen Kontraktion entweder Position oder Force - Feedback und Unterschiede in der Belastung Compliance (zB 9-12). Bei Probanden mit Force-Feedback zur Verfügung gestellt wurden, wurde die Zeit zur Ermüdung der anhaltende Kontraktion signifikant länger im Vergleich zu, wenn die Positionsrückmeldung zur Verfügung gestellt wurde. Das gleiche Phänomen wurde für eine Vielzahl von verschiedenen Muskeln und Gliedpositionen und einer Anzahl von neuromuskulären Mechanismen beobachtet, einschließlich einer größeren Rate der Motoreinheit Einstellungs- und eine größere Abnahme der H-Reflex - Bereich während der Position gesteuert Kontraktion (zur Übersicht 13). Jedoch in diesen Studien nicht nur die visuelle Rückkopplung, sondern auch die physikalische cERKMALE der Muskelkontraktion (dh., die die Einhaltung der Messvorrichtung) wurde geändert. Deshalb führten wir vor kurzem eine Studie nicht die Einhaltung zu verändern, sondern nur Feedback ergänzt und Beweise allein, dass die Bereitstellung von Kraft und Position vorgesehen Feedback während einer anhaltenden submaximalen Kontraktion innerhalb des primären motorischen Kortex (M1) in hemmende Aktivität Unterschiede verursachen. Dies wurde unter Verwendung einer Stimulationstechnik gezeigt , die ausschließlich auf der kortikalen Ebene 14, nämlich unterschwelligen transkranielle Magnetstimulation (subTMS) zu handeln , ist bekannt. Im Gegensatz überschwellige TMS, wird die Antwort durch subTMS evozierten, wird nicht durch die Erregbarkeit der spinalen α-Motoneuronen und die Erregbarkeit exzitatorischer Neuronen und / oder Rindenzellen 15-17 moduliert , sondern allein durch die Erregbarkeit von inhibitorischen intrakortikale Neuronen. Der postulierte Mechanismus hinter dieser Stimulationstechnik ist, dass es mit Intensitäten unterhalb des Schwellenwerts angelegt wird, ein Motor zu evozieren evozierte Potentiale(MEP). Es wurde bei Patienten gezeigt , Elektroden an der zervikalen Ebene implantiert hat, die diese Art der Stimulation keine absteigenden Aktivität produziert , sondern dass es aktiviert in erster Linie hemmende Interneurone im primären motorischen Kortex 14,18,19. Diese Aktivierung der inhibitorischen Inter bewirkt eine Abnahme in der laufenden Aktivität EMG und kann in Versuchen ohne Stimulation, die durch die Menge an EMG-Unterdrückung im Vergleich zu der EMG-Aktivität quantifiziert werden. In dieser Hinsicht haben wir gezeigt , dass Probanden eine deutlich höhere inhibitorische Aktivität in Studien , in denen angezeigt sie Positionsrückmeldung erhielten , im Vergleich mit Studien , in denen Force - Feedback wurden 20 zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus haben wir auch gezeigt , dass nicht nur die Präsentation von verschiedenen Feedback Modalitäten (Kraft-Ort - Kontrolle) , sondern auch die Interpretation von Feedback sehr ähnliche Auswirkungen auf die Verhaltens- und neurophysiologische Daten haben kann. Genauer gesagt, wenn wir die Teilnehmer gesagt p erhaltenosition Feedback (auch wenn es Force - Feedback war) sie auch nicht nur eine kürzere Zeit bis zur Ermüdung angezeigt , sondern auch ein erhöhtes Maß an hemmenden M1 Aktivität 21. Aber ein Ansatz , wo die gleiche Rückmeldung mit unterschiedlichen Informationen über den Inhalt ist immer zur Verfügung gestellt hat den Vorteil , dass die Aufgabe Zwänge, dh die Präsentation des Feedback, die Verstärkung der Rückkopplung oder die Einhaltung der Last sind identisch zwischen den Bedingungen so daß Unterschiede in der Leistung und neuronaler Aktivität deutlich zu Unterschieden in der Auslegung des Rückkopplungs verwandten und nicht von unterschiedlichen Testbedingungen vorgespannt ist. So untersuchte die vorliegende Studie, ob eine andere Interpretation von ein und derselben Rückkopplungs die Dauer einer anhaltenden submaximalen Kontraktion beeinflusst und darüber hinaus wirkt sich auf die Aktivierung der inhibitorischen Aktivität des primären Motorkortex.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="796">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">torquemeter</td>
			<td>LCB 130, ME-Mebsysteme, Neuendorf, Germany</td>
			<td></td>
			<td style="width:167px;">Part of robotic device built for force and position recordings</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">potentiometer</td>
			<td>type 120574, Megatron, Putzbrunn, Germany</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Part of robotic device built for force and position recordings</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">EMG electrodes</td>
			<td>Blue sensor P, Ambu, Bad Nauheim, Germany</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TMS coil</td>
			<td>Magstim</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TMS machine</td>
			<td>Magstim Company Ltd., Whitland, UK</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Recording software</td>
			<td style="width:295px;">Labview-Based</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>custom written software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

force and position control in humans - the role of augmented feedback

During motor behaviour, humans interact with the environment by for example manipulating objects and this is only possible because sensory feedback is constantly integrated into the central nervous system and these sensory inputs need to be weighted in order meet the task specific goals. Additional feedback presented as augmented feedback was shown to have an impact on motor control and motor learning. A number of studies investigated whether force or position feedback has an influence on motor control and neural activation. However, as in the previous studies the presentation of the force and position feedback was always identical, a recent study assessed whether not only the content but also the interpretation of the feedback has an influence on the time to fatigue of a sustained submaximal contraction and the (inhibitory) activity of the primary motor cortex using subthreshold transcranial magnetic stimulation. This paper describes one possible way to investigate the influence of the interpretation of feedback on motor behaviour by investigating the time to fatigue of submaximal sustained contractions together with the neuromuscular adaptations that can be investigated using surface EMG. Furthermore, the current protocol also describes how motor cortical (inhibitory) activity can be investigated using subthreshold TMS, a method known to act solely on the cortical level. The results show that when participants interpret the feedback as position feedback, they display a significantly shorter time to fatigue of a submaximal sustained contraction. Furthermore, subjects also displayed an increased inhibitory activity of the primary cortex when they believed to receive position feedback compared when they believed to receive force feedback. Accordingly, the results show that interpretation of feedback results in differences on a behavioural level (time to fatigue) that is also reflected in interpretation-specific differences in the amount of inhibitory M1 activity.

Interpretation von Feedback Im hier beschriebenen Verfahren wurden die Probanden in einer Weise angewiesen, die sie in die Hälfte ihrer Versuche glaubte an Position Feedback und in der anderen Hälfte der Force-Feedback erhalten haben Studien erhalten haben. In der Tat wurden sie in die Hälfte ihrer Versuche, wie sie die pF-Gruppe immer Positionsrückmeldung erhalten betrogen und die fF-Gruppe immer Force-Feedback e...

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Force and Position Control in Humans - The Role of Augmented Feedback

Controlling an identical movement with position or force feedback results in different neural activation and motor behavior. This protocol describes how to investigate behavioral changes by looking at neuromuscular fatigue and how to evaluate motor cortical (inhibitory) activity using subthreshold TMS with respect to the interpretation of augmented feedback.

Steuerkraft und Position in Humans - Die Rolle der Augmented Feedback

During motor behaviour, humans interact with the environment by for example manipulating objects and this is only possible because sensory feedback is ...

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Research

JoVE Journal

Behavior

7.7K Aufrufe.  University of Freiburg. Controlling an identical movement with position or force feedback results in different neural activation and motor behavior. This protocol describes how to investigate behavioral changes by looking at neuromuscular fatigue and how to evaluate motor cortical (inhibitory) activity using subthreshold TMS with respect to the interpretation of augmented feedback. 

Serie: Force and Position Control in Humans - The Role of Augmented Feedback

Stereotaxic Microinjection of Viral Vectors Expressing Cre Recombinase to Study the Role of Target Genes in Cocaine Conditioned Place Preference

Microinjecting recombinant adenoassociated viral (rAAV) vectors expressing Cre recombinase into distinct mouse brain regions to selectively knockout genes of interest allows for enhanced temporally- and regionally-specific control of gene deletion, compared to existing methods. While conditional deletion can also be achieved by mating mice that express Cre recombinase under the control of specific gene promoters with mice carrying a floxed gene, stereotaxic microinjection allows for targeting of discrete brain areas at experimenter-determined time points of interest. In the context of cocaine conditioned place preference, and other cocaine behavioral paradigms such as self-administration or psychomotor sensitization that can involve withdrawal, extinction and/or reinstatement phases, this technique is particularly useful in exploring the unique contribution of target genes to these distinct phases of behavioral models of cocaine-induced plasticity. Specifically, this technique allows for selective ablation of target genes during discrete phases of a behavior to test their contribution to the behavior across time. Ultimately, this understanding allows for more targeted therapeutics that are best able to address the most potent risk factors that present themselves during each phase of addictive behavior.

This article describes how to microinject viral vectors into mouse brain and then test in a conditioned place preference paradigm that includes an acquisition, extinction and reinstatement phase.

Stereotaktische Mikroinjektion von viralen Vektoren ausdrücken Cre-Rekombinase, um die Rolle der Zielgene in Cocaine konditionierte Platzpräferenz Studieren

Microinjecting recombinant adenoassociated viral (rAAV) vectors expressing Cre recombinase into distinct mouse brain regions to selectively knockout genes ...

Forschung

Verhalten

Studying Food Reward and Motivation in Humans

A key challenge in studying reward processing in humans is to go beyond subjective self-report measures and quantify different aspects of reward such as hedonics, motivation, and goal value in more objective ways. This is particularly relevant for the understanding of overeating and obesity as well as their potential treatments. In this paper are described a set of measures of food-related motivation using handgrip force as a motivational measure. These methods can be used to examine changes in food related motivation with metabolic (satiety) and pharmacological manipulations and can be used to evaluate interventions targeted at overeating and obesity. However to understand food-related decision making in the complex food environment it is essential to be able to ascertain the reward goal values that guide the decisions and behavioral choices that people make. These values are hidden but it is possible to ascertain them more objectively using metrics such as the willingness to pay and a method for this is described. Both these sets of methods provide quantitative measures of motivation and goal value that can be compared within and between individuals.

This article describes a set of methods for the measurement of food related motivation and food related goal values in humans.

Studieren Essen Belohnung und Motivation in Humans

A key challenge in studying reward processing in humans is to go beyond subjective self-report measures and quantify different aspects of reward such as ...

Measurement of Neurophysiological Signals of Ignoring and Attending Processes in Attention Control

Attention control is the ability to selectively attend to some sensory signals while ignoring others. This ability is thought to involve two processes: enhancement of sensory signals that are to be attended and the attenuation of sensory signals that are to be ignored. The overall strength of attentional modulation is often measured by comparing the amplitude of a sensory neural response to an external input when attended versus when ignored. This method is robust for detecting attentional modulation, but precludes the ability to assess the separate dynamics of attending and ignoring processes. Here, we describe methodology to measure independently the neurophysiological signals of attending and ignoring using the intermodal attention task (IMAT). This task, when combined with electroencephalography, isolates neurophysiological sensory responses in auditory and visual modalities, when either attending or ignoring, with respect to a passive control. As a result, independent dynamics of attending and of a ignoring can be assessed in either modality. Our results using this task indicate that the timing and cortical sources of attending and ignoring effects differ, as do their contributions to the attention modulation effect, pointing to unique neural trajectories and demonstrating sample utility of measuring them separately.

Attention control comprises enhancement of target signals and attenuation of distractor signals. We describe an approach to measure separately but concurrently, the neurophysiology of attending and ignoring in sustained intermodal attention, utilizing a passive control condition during which neither process is continuously engaged.

Die Messung der neurophysiologischen Signale zu ignorieren und Teilnahme an Prozesse in Aufmerksamkeitssteuerung

Attention control is the ability to selectively attend to some sensory signals while ignoring others. This ability is thought to involve two processes: ...

Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) for extracting crucial information about the mechanism of the human brain, such methods remain insufficient to provide information about physiological processes reflecting cognitive and emotional functions at the subcortical level. In this respect, modern invasive clinical approaches in humans, such as deep brain stimulation (DBS), offer a tremendous possibility to record subcortical brain activity, namely local field potentials (LFPs) representing coherent activity of neural assemblies from localized basal ganglia or thalamic regions. Notwithstanding the fact that invasive approaches in humans are applied only after medical indication and thus recorded data correspond to altered brain circuits, valuable insight can be gained regarding the presence of intact brain functions in relation to brain oscillatory activity and the pathophysiology of disorders in response to experimental cognitive paradigms. In this direction, a growing number of DBS studies in patients with Parkinson&#39;s disease (PD) target not only motor functions but also higher level processes such as emotions, decision-making, attention, memory and sensory perception. Recent clinical trials also emphasize the role of DBS as an alternative treatment in neuropsychiatric disorders ranging from obsessive compulsive disorder (OCD) to chronic disorders of consciousness (DOC). Consequently, we focus on the use of combined invasive (LFP) and non-invasive (EEG) human brain recordings in assessing the role of cortical-subcortical structures in cognitive and emotional processing trough experimental paradigms (e.g. speech stimuli with emotional connotation or paradigms of cognitive control such as the Flanker task), for patients undergoing DBS treatment.

The present protocol aims at assessing cognitive-emotional functions in the basal ganglia by simultaneous neurophysiological recording of local field potentials and non-invasive brain cortical activity (EEG). The procedure is exemplified by the use of paradigms involving speech stimuli with emotional connotation or the Flanker task involving cognitive control.

Kombinierte Invasive Subcortical und Nicht-invasive Oberflächenneurophysiologische Aufnahmen zur Beurteilung von kognitiven und emotionalen Funktionen beim Menschen

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging ...

A Protocol of Manual Tests to Measure Sensation and Pain in Humans

Numerous qualitative and quantitative techniques can be used to test sensory nerves and pain in both research and clinical settings. The current study demonstrates a quantitative sensory testing protocol using techniques to measure tactile sensation and pain threshold for pressure and heat using portable and easily accessed equipment. These techniques and equipment are ideal for new laboratories and clinics where cost is a concern or a limiting factor. We demonstrate measurement techniques for the following: cutaneous mechanical sensitivity on the arms and legs (von-Frey filaments), radiant and contact heat sensitivity (with both threshold and qualitative assessments using the Visual Analog Scale (VAS)), and mechanical pressure sensitivity (algometer, with both threshold and the VAS). The techniques and equipment described and demonstrated here can be easily purchased, stored, and transported by most clinics and research laboratories around the world. A limitation of this approach is a lack of automation or computer control. Thus, these processes can be more labor intensive in terms of personnel training and data recording than the more sophisticated equipment. We provide a set of reliability data for the demonstrated techniques. From our description, a new laboratory should be able to set up and run these tests and to develop their own internal reliability data.

The goal of this procedure is to demonstrate a battery of quantitative techniques for sensory and pain measurement in humans. The equipment and techniques described are commonly found in pain clinics or are easy to obtain.

Ein Protokoll von manuellen Tests zu messen Sensation und Schmerzen beim Menschen

Numerous qualitative and quantitative techniques can be used to test sensory nerves and pain in both research and clinical settings. The current study ...

A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often stereotyped actions elicited in response to innately aversive sensory stimuli, but their success requires enough flexibility for adapting to different spatial environments, which can change rapidly. Here, we describe a behavioral assay to evaluate the influence of learned spatial knowledge on defensive behaviors in mice. We have adapted the widely used Barnes maze spatial memory assay to investigate how mice navigate to a shelter during escape responses to innately aversive sensory stimuli in a novel environment, and how they adapt to acute changes in the environment. This new assay is an ethological paradigm that does not require training and exploits the natural exploration patterns and navigation strategies in mice. We propose that the set of protocols described here are a powerful means of studying goal-directed behaviors and stimulus-triggered navigation, which should be of interest to both the fields of instinctive behaviors and spatial memory.

This protocol describes a behavioral assay, based on the Barnes maze test, to study how instinctive defensive actions are modified by the knowledge of spatial environment.

Ein Verhaltens-Assay für die Untersuchung der Rolle des räumlichen Gedächtnisses während der instinktiven Verteidigung bei Mäusen

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often ...

Control of Eating Behavior Using a Novel Feedback System

Subjects eat food from a plate that sits on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal and makes up a curve of food intake, meal duration and rate of eating modeled by a quadratic equation. The purpose of the method is to change eating behavior by providing visual feedback on the computer screen that the subject can adapt to because her/his own rate of eating appears on the screen during the meal. The data generated by the method is automatically analyzed and fitted to the quadratic equation using a custom made algorithm. The method has the advantage of recording eating behavior objectively and offers the possibility of changing eating behavior both in experiments and in clinical practice. A limitation may be that experimental subjects are affected by the method. The same limitation may be an advantage in clinical practice, as eating behavior is more easily stabilized by the method. A treatment that uses this method has normalized body weight and restored the health of several hundred patients with anorexia nervosa and other eating disorders and has reduced the weight and improved the health of severely overweight patients.

Subjects eat food from a plate placed on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal. Feedback on the computer screen allows the subject to adapt her/his eating behavior to reference curves thus normalizing body weight.

Kontrolle über das Essverhalten mit einem neuartigen Feedbacksystem

Subjects eat food from a plate that sits on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal and makes up a curve ...

A Vibrotactile Feedback Device for Seated Balance Assessment and Training

Postural perturbations, motion tracking, and sensory feedback are modern techniques used to challenge, assess, and train upright sitting, respectively. The goal of the developed protocol is to construct and operate a sitting platform that can be passively destabilized while an inertial measurement unit quantifies its motion and vibrating elements deliver tactile feedback to the user. Interchangeable seat attachments alter the stability level of the device to safely challenge sitting balance. A built-in microcontroller allows fine-tuning of the feedback parameters to augment sensory function. Posturographic measures, typical of balance assessment protocols, summarize the motion signals acquired during timed balance trials. No dynamic sitting protocol to date provides variable challenge, quantification, and sensory feedback free of laboratory constraints. Our results demonstrate that non-disabled users of the device exhibit significant changes in posturographic measures when balance difficulty is altered or vibrational feedback provided. The portable, versatile device has potential applications in rehabilitation (following skeletal, muscular, or neurological injury), training (for sports or spatial awareness), entertainment (via virtual or augmented reality), and research (of sitting-related disorders).

A sitting platform has been developed and assembled that passively destabilizes sitting posture in humans. During the user&#39;s stabilizing task, an inertial measurement unit records the device&#39;s motion, and vibrating elements deliver performance-based feedback to the seat. The portable, versatile device may be used in rehabilitation, assessment, and training paradigms.

Ein Vibrotactile Feedback-Gerät für sitzende Balance Assessment und Training

Postural perturbations, motion tracking, and sensory feedback are modern techniques used to challenge, assess, and train upright sitting, respectively. ...

Using Facial Electromyography to Assess Facial Muscle Reactions to Experienced and Observed Affective Touch in Humans

"Affective" touch is believed to be processed in a manner distinct from discriminatory touch and to involve activation of C-tactile (CT) afferent fibers. Touch that optimally activates CT fibers is consistently rated as hedonically pleasant. Patient groups with impaired social-emotional functioning also show disordered affective touch ratings. However, relying on self-reported ratings of touch has many limitations, including recall bias and communication barriers. Here, we describe a methodological approach to study affective responses to touch via facial electromyography (EMG) that circumvents the reliance on self-report ratings. Facial EMG is an objective, quantitative, and non-invasive method to measure facial muscle activity indicative of affective responses. Responses can be assessed across healthy and patient populations without the need for verbal communication. Here, we provide two separate datasets demonstrating that CT-optimal and non-optimal touch elicit distinct facial muscle reactions. Moreover, facial EMG responses are consistent across stimulus modalities, e.g. tactile (experienced touch) and visual (observed touch). Finally, the temporal resolution of facial EMG can detect responses on timescales that supersede that of verbal reporting. Together, our data suggest that facial EMG is a suitable methodology for use in affective tactile research that can be used to supplement, or in some cases, supplant, existing measures.

We describe a protocol to assess facial muscle activity in response to experienced and observed tactile stimulation using facial electromyography.

Verwendung von Gesichts Elektromyographie Gesichtsmuskel Reaktionen auf erfahrene und beobachteten affektive Berührung beim Menschen bewerten

"Affective" touch is believed to be processed in a manner distinct from discriminatory touch and to involve activation of C-tactile (CT) afferent fibers. ...

Defining the Role Of Language in Infants' Object Categorization with Eye-tracking Paradigms

Assessing infant category learning is a challenging but vital aspect of studying infant cognition. By employing a familiarization-test paradigm, we straightforwardly measure infants&#8217; success in learning a novel category while relying only on their looking behavior. Moreover, the paradigm can directly measure the impact of different auditory signals on the infant categorization across a range of ages. For instance, we assessed how 2-year-olds learn categories in a variety of labeling environments: in our task, 2-year-olds successfully learned categories when all exemplars were labeled&#160;or the first two exemplars were labeled, but they failed to categorize when no exemplars were labeled or only the final two exemplars were labeled. To determine infants&#8217; success in such tasks, researchers can examine both the overall preference displayed by infants in each condition and infants&#8217; pattern of looking over the course of the test phase, using an eye-tracker to provide fine-grained time-course data. Thus, we present a powerful paradigm for identifying the role of language, or any auditory signal, in infants&#8217; object category learning.

Here we present a protocol for familiarization-test paradigms which provide a direct test of infant categorization and help to define the role of language in early category learning.

Bestimmung der Rolle der Sprache bei Säuglingen Objekt Kategorisierung mit Eyetracking-Paradigmen

Assessing infant category learning is a challenging but vital aspect of studying infant cognition. By employing a familiarization-test paradigm, we ...