Cette recherche a été rendue possible en partie grâce au généreux financement du programme Knight Campus Undergraduate Scholars et de la Phil and Penny Knight Foundation.

Toutes les méthodes détaillées ici ont été effectuées conformément au protocole IRB et à l’approbation (numéro de protocole IRB de l’Université de l’Oregon 10182017.017). Le consentement éclairé a été obtenu de tous les sujets.
1. Appareil d’atteinte
<ol><li>Placez une grande tablette graphique à plat sur un ordinateur de bureau.</li>
	<li>Utilisez un cadre réglable en aluminium 80-20 pour positionner le moniteur de tâches 6-8 au-dessus de la tablette en parallèle, avec l’écran tourné vers le haut (pour un plan, vérifiez ici: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS et Figure supplémentaire 1). REMARQUE: Cette configuration permet aux participants d’atteindre à travers la tablette et d’acquérir des cibles présentées sur le moniteur de tâches tout en occlusant la vision de leur bras tendu.</li>
	<li>Utilisez la configuration décrite dans Kim et al.3 comme référence.</li>
</ol>2. Interfaces machine
<ol><li>Connectez la tablette à l’ordinateur via un port USB. Connectez le moniteur de tâches à l’ordinateur via le port HDMI. Connectez le port TMS arrière à l’ordinateur via un câble DB-9.</li>
	<li>Connectez le système EMG à l’ordinateur via une carte d’acquisition de données PCI-6220. Connectez la photodiode au système EMG via un câble BNC.</li>
</ol>3. Capteur de photodiode
<ol><li>Connectez un capteur de photodiode au câble BNC. Fixez le capteur à photodiodes avec du ruban adhésif dans le coin supérieur droit du moniteur de tâche, avec le capteur tourné vers l’écran, à ≤ 1 cm de distance. REMARQUE: Cela enregistrera la synchronisation des stimuli présentés sur le moniteur de tâche en tant que données analogiques dans un canal d’entrée indépendant.</li>
</ol>4. Logiciel
<ol><li>Téléchargez VETA Toolbox26 (https://github.com/greenhouselab/Veta) pour MATLAB 2018 afin de vous interfacer avec le matériel de collecte de données.</li>
	<li>Téléchargez le code de tâche d’atteinte (https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS) développé pour le contrôle des paramètres expérimentaux et l’interfaçage avec la tablette.</li>
</ol>5. Présélection des participants et consentement éclairé
<ol><li>Dépister le sujet pour les contre-indications à la SMT. Les critères d’exclusion comprennent des antécédents personnels ou familiaux de convulsions, de maux de tête, de traumatismes crâniens, d’évanouissements, de stress chronique ou d’anxiété, de problèmes de sommeil et de tout médicament neuroactif. Les critères d’exclusion supplémentaires comprennent tout implant métallique dans le cerveau ou le crâne et toute consommation de drogue ou d’alcool à des fins récréatives dans les 24 heures précédant le test. Les critères d’inclusion comprenaient l’autoritarisme et l’âge entre 18 et 35 ans.</li>
	<li>Fournir une explication écrite de la procédure et des risques associés, en clarifiant toute autre question que le participant pourrait avoir.</li>
	<li>Obtenir le consentement éclairé des participants.</li>
</ol>6. Configuration du sujet
<ol><li>Placez le sujet dans une chaise confortable face à la tablette. Assurez-vous que les genoux sont fléchis à 90° avec les jambes sous le bureau.</li>
	<li>Préparez la peau et placez des électrodes EMG.<ol><li>Utilisez du papier de verre à grain fin pour abraser doucement la peau au site du premier interossei dorsal droit (FDI), de l’extenseur carpi radialis et des muscles deltoïdes antérieurs, ainsi que la proéminence C4 à la base du cou, pour détecter les artefacts électriques produits par l’impulsion TMS. REMARQUE: Les sites d’enregistrement musculaire peuvent être adaptés en fonction des besoins de l’utilisateur.</li>
		<li>Écouvillonner chaque zone abrasée avec un tampon de préparation à l’alcool une fois par site d’électrode à nettoyer.</li>
		<li>Placez une électrode EMG sur chaque site. Assurez-vous que les électrodes sont perpendiculaires aux fibres musculaires. Placez l’électrode de masse sur la proéminence osseuse du coude droit.</li>
		<li>Fixez chaque électrode avec du ruban adhésif médical.</li>
	</ol></li>
	<li>Vérifiez la qualité de l’enregistrement EMG. Utilisez la boîte à outils VETA pour visualiser toutes les traces EMG et vous assurer qu’elles sont exemptes d’artefacts. Si les traces EMG sont bruyantes, assurez-vous que la masse est correctement placée et que toutes les électrodes entrent en contact avec la peau.</li>
</ol>7. Stimulation magnétique transcrânienne
<ol><li>Mettez l’ordinateur TMS sous tension.</li>
	<li>Trouvez le point chaud TMS du muscle FDI droit via la stimulation du M1 gauche.<ol><li>Placez la bobine ~5 cm latéralement et 2 cm avant le sommet de la tête, orientée ~45° hors de la ligne médiane.</li>
		<li>Administrer des impulsions TMS une fois toutes les 4 s tout en repositionnant la bobine par incréments d’environ 5 mm dans le plan antéro-postérieur et médial-latéral.</li>
		<li>En commençant à 30 % de la production maximale du stimulateur, augmenter progressivement l’intensité du SMT par incréments de 2 % jusqu’à ce que des MEP soient observées.</li>
		<li>Une fois l’emplacement optimal identifié, auquel les MEP peuvent être obtenus de manière fiable sur la majorité (~75%) des impulsions à l’intensité la plus faible possible, déterminez le seuil moteur au repos (RMT) en trouvant le niveau d’intensité qui produit des MEP avec une amplitude crête à crête de >50 μV sur cinq impulsions sur 10.</li>
		<li>Marquez la position en plaçant doucement de fines bandes de ruban réfléchissant sur la tête du participant le long du périmètre de la bobine. Maintenez le positionnement de la bobine en tenant manuellement la bobine ou en utilisant un support pour la soutenir.</li>
	</ol></li>
</ol>8. Atteindre la configuration des tâches
<ol><li>Mettez un gant Velcro sur la main droite du participant pour faciliter une posture de prise en main détendue.</li>
	<li>Attachez le stylet au gant et conseillez au sujet de garder la main détendue entre les mouvements d’attelage.</li>
	<li>Communiquez les instructions de tâche, qui sont les suivantes : Guidez le curseur sur la position d’accueil en bas de l’écran. Vous verrez un signal à l’un des deux emplacements cibles. Lorsque la cible se remplit de couleur, atteignez la cible aussi rapidement et aussi précisément que possible. Revenez ensuite à la position d’accueil. Indiquez l’emplacement des positions d’origine, des indices et des cibles (figure 1A).</li>
	<li>Entraînez le participant à découper les cibles avec le stylet aussi rapidement et aussi précisément que possible. Éteignez les lumières dans la salle des tâches pour masquer la vision du participant des mouvements des bras et améliorer la visibilité du moniteur de tâches.</li>
</ol>9. Conception des tâches
<ol><li>Contrôlez la présentation du stimulus visuel avec Psychtoolbox 3.0 dans Matlab 2018 (fichier de codage supplémentaire 1).</li>
	<li>Utilisez les paramètres suivants pour faire correspondre les données actuelles : 20 essais pratiques; 270 essais expérimentaux; TMS sur 4/5 des essais; La SMT coïncide soit avec le début du signal préparatoire (TMS de base), soit 100 ms avant le signal impératif (TMS de retard) avec une fréquence égale ; 1/10 des essais totaux sont des essais de capture, dans lesquels le signal impératif n’apparaît pas; la position d’accueil est un cercle d’un rayon de 2 cm positionné en bas au centre de l’espace de travail; Deux cibles circulaires d’un rayon de 1 cm sont positionnées à 15 cm de la position d’origine à +45° et -45° de la ligne médiane.</li>
	<li>Définissez l’ordre et la durée des événements comme suit : signal préparatoire à 900 ms et signal impératif à 900 ms.</li>
</ol>10. Administration du TMS
<ol><li>La boîte à outils VETA administre simultanément TMS et enregistre les https://github.com/greenhouselab/Veta EMG.</li>
	<li>Contrôlez le moment des impulsions TMS avec la boîte à outils VETA pour qu’elle coïncide avec les événements comportementaux choisis (c.-à-d. le début du signal préparatoire ou 100 ms précédant l’apparition de la cible).</li>
	<li>Fournir TMS avec une fréquence suffisante pour assurer un nombre suffisant de députés européens pour l’analyse. REMARQUE: Tel qu’il est écrit, le code de tâche délivrera une impulsion TMS sur 4/5 des essais totaux, soit au début du signal préparatoire - pour obtenir des MEP de base - ou 100 ms avant le signal impératif - pour obtenir des MEP retardés. Les paramètres peuvent être ajustés dans le code en fonction des besoins de l’utilisateur. Les essais sans SMT peuvent être utilisés pour évaluer les performances comportementales en l’absence de SMT. Ceci est utile pour déterminer toute influence possible de TMS sur les performances.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Georgopoulos, A. P., Kalaska, J. F., Caminiti, R., Massey, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+relations+between+the+direction+of+two-dimensional+arm+movements+and+cell+discharge+in+primate+motor+cortex.">On the relations between the direction of two-dimensional arm movements and cell discharge in primate motor cortex.</a> The Journal of Neuroscience. 2 (11), 1527-1537 (1982).</li><li>Georgopoulous, A. P., Schwartz, A. B., Kettner, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+population+coding+of+movement+direction.">Neuronal population coding of movement direction.</a> Science. 233 (4771), 1416-1419 (1986).</li><li>Kim, H. E., Morehead, J. R., Parvin, D. E., Moazzezi, R., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invariant+errors+reveal+limitations+in+motor+correction+rather+than+constraints+on+error+sensitivity.">Invariant errors reveal limitations in motor correction rather than constraints on error sensitivity.</a> Communications Biology. 1, 19 (2018).</li><li>Huberdeau, D. M., Krakauer, J. W., Haith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-process+decomposition+in+human+sensorimotor+adaptation.">Dual-process decomposition in human sensorimotor adaptation.</a> Current Opinion in Neurobiology. 33, 71-77 (2015).</li><li>Shadmehr, R., Smith, M. A., Krakauer, J. 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S., Lajoie, K., Heed, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=No+effect+of+triple-pulse+TMS+medial+to+intraparietal+sulcus+on+online+correction+for+target+perturbations+during+goal-directed+hand+and+foot+reaches.">No effect of triple-pulse TMS medial to intraparietal sulcus on online correction for target perturbations during goal-directed hand and foot reaches.</a> PloS One. 14 (10), 0223986 (2019).</li><li>Savoie, F. -. A., Dallaire-Jean, L., Thenault, F., Whittingstall, K., Bernier, P. -. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implications+of+plan-based+generalization+in+sensorimotor+adaptation.">Implications of plan-based generalization in sensorimotor adaptation.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (1), 383-393 (2017).</li><li>McDougle, S. D., Ivry, R. B., Taylor, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Taking+aim+at+the+cognitive+side+of+learning+in+sensorimotor+adaptation+tasks.">Taking aim at the cognitive side of learning in sensorimotor adaptation tasks.</a> Trends in Cognitive Sciences. 20 (7), 535-544 (2016).</li><li>Morehead, J. R., Qasim, S. E., Crossley, M. J., Ivry, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Savings+upon+re-aiming+in+visuomotor+adaptation.">Savings upon re-aiming in visuomotor adaptation.</a> The Journal of Neuroscience. 35 (42), 14386-14396 (2015).</li><li>Taylor, J. A., Krakauer, J. W., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explicit+and+implicit+contributions+to+learning+in+a+sensorimotor+adaptation+task.">Explicit and implicit contributions to learning in a sensorimotor adaptation task.</a> The Journal of Neuroscience. 34 (8), 3023-3032 (2014).</li><li>Tsay, J. S., Kim, H. E., Parvin, D. E., Stover, A. R., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+differences+in+proprioception+predict+the+extent+of+implicit+sensorimotor+adaptation.">Individual differences in proprioception predict the extent of implicit sensorimotor adaptation.</a> Journal of Neurophysiology. 125 (4), 1307-1321 (2021).</li><li>Jackson, N., Greenhouse, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VETA:+An+open-source+matlab-based+toolbox+for+the+collection+and+analysis+of+electromyography+combined+with+transcranial+magnetic+stimulation.">VETA: An open-source matlab-based toolbox for the collection and analysis of electromyography combined with transcranial magnetic stimulation.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 975 (2019).</li><li>Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minimum+number+of+trials+required+for+within-+and+between-session+reliability+of+TMS+measures+of+corticospinal+excitability.">Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability.</a> Neuroscience. 320, 205-209 (2016).</li><li>Koch, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+interplay+between+posterior+parietal+and+ipsilateral+motor+cortex+revealed+by+twin-coil+transcranial+magnetic+stimulation+during+reach+planning+toward+contralateral+space.">Functional interplay between posterior parietal and ipsilateral motor cortex revealed by twin-coil transcranial magnetic stimulation during reach planning toward contralateral space.</a> The Journal of Neuroscience. 28 (23), 5944-5953 (2008).</li><li>Goldenkoff, E. R., Mashni, A., Michon, K. J., Lavis, H., Vesia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+and+manipulating+functionally+specific+neural+pathways+in+the+human+motor+system+with+transcranial+magnetic+stimulation.">Measuring and manipulating functionally specific neural pathways in the human motor system with transcranial magnetic stimulation.</a> Journal of Visualized Experiments. (156), e60706 (2020).</li></ol>

Tous les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts

Les méthodes décrites ci-dessus offrent une nouvelle approche pour étudier la préparation motrice dans le contexte de l’atteinte des comportements. Bien que l’atteinte représente une tâche modèle populaire dans l’étude du contrôle moteur et de l’apprentissage, il est nécessaire d’évaluer avec précision la dynamique CS associée au comportement d’atteinte. TMS offre une méthode non invasive et temporellement précise pour capturer l’activité CS à des points temporels discrets ...

L’atteinte orientée vers un but est un comportement moteur fondamental qui permet aux humains d’interagir avec l’environnement extérieur et de le manipuler. L’étude de la portée dans les domaines de la physiologie motrice, de la psychologie et des neurosciences a produit une littérature riche et étendue qui comprend une variété de méthodologies. Les premières études sur l’atteinte utilisaient des enregistrements neuronaux directs chez des primates non humains pour étudier l’activité neuronale au niveau de neurones uniques 1,2. Des études plus récentes ont étudié l’atteinte en utilisant des paradigmes comportementaux qui utilisent l’adaptation sensorimotrice pour explorer la nature de l’apprentissage moteur et du contrôle 3,4,5. De telles tâches comportementales combinées à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et à l’électroencéphalographie peuvent mesurer l’activité cérébrale totale lors de l’atteinte chez l’homme 6,7. D’autres études ont appliqué la SMT en ligne pour étudier diverses caractéristiques de la préparation et de l’exécution de la portée 8,9,10,11,12,13,14. Cependant, il reste nécessaire d’adopter une approche open source et flexible qui combine l’évaluation comportementale de la portée avec la TMS. Bien que l’utilité de combiner TMS avec des protocoles comportementaux soit très bien établie15, ici, nous examinons spécifiquement l’application de TMS dans le contexte de l’atteinte en utilisant une approche open-source. C’est nouveau dans la mesure où d’autres groupes qui ont publié en utilisant cette combinaison de méthodes n’ont pas rendu leurs outils facilement accessibles, interdisant la réplication directe. Cette approche open source facilite la réplication, le partage de données et la possibilité d’études multi-sites. En outre, si d’autres souhaitent poursuivre de nouvelles questions de recherche avec des outils similaires, le code open source peut servir de rampe de lancement pour l’innovation, car il est facilement adaptable.
TMS offre un moyen non invasif de sonder le système moteur à des points de temps contrôlés avec précision16. Lorsqu’elle est appliquée sur le cortex moteur primaire (M1), la SMT peut provoquer une déviation mesurable dans l’électromyogramme d’un muscle ciblé. L’amplitude de cette onde de tension, connue sous le nom de potentiel évoqué moteur (MEP), fournit un indice de l’état d’excitabilité momentanée de la voie corticospinale (CS) - un analogue résultant de toutes les influences excitatrices et inhibitrices sur la voie CS17. En plus de fournir une mesure fiable de l’excitabilité intrinsèque du CS à l’intérieur du sujet, la SMT peut être combinée à d’autres mesures comportementales ou cinématiques pour étudier les relations entre l’activité et le comportement du CS d’une manière temporellement précise. De nombreuses études ont utilisé une combinaison de TMS et d’électromyographie (EMG) pour répondre à une variété de questions sur le système moteur, d’autant plus que cette combinaison de méthodes permet d’étudier les MEP dans un large éventail de conditions comportementales15. Un domaine où cela s’est avéré particulièrement utile est l’étude de la préparation à l’action, le plus souvent par l’étude des mouvements uniarticulaires18. Cependant, il y a comparativement moins d’études TMS sur les mouvements multi-articulaires naturalistes tels que l’atteinte.
L’objectif actuel était de concevoir une tâche d’atteinte à réponse retardée qui comprend la cinématique comportementale, l’administration en ligne de TMS à impulsion unique et l’enregistrement simultané d’EMG à partir de plusieurs muscles. La tâche comprend un paradigme d’atteinte point à point bidimensionnel avec rétroaction visuelle en ligne à l’aide d’un moniteur orienté horizontalement de sorte que la rétroaction visuelle corresponde aux trajectoires de portée (c.-à-d. une relation 1:1 pendant la rétroaction véridique et aucune transformation entre la rétroaction visuelle et le mouvement). La conception actuelle comprend également un ensemble d’essais avec une perturbation visuo-motrice. Dans l’exemple fourni, il s’agit d’un décalage de rotation de 20° dans la rétroaction du curseur. Des études antérieures ont utilisé un paradigme de portée similaire pour répondre aux questions sur les mécanismes et les calculs associés à l’adaptation sensorimotrice 19,20,21,22,23,24,25. De plus, cette approche permet d’évaluer la dynamique d’excitabilité du système moteur à des moments précis au cours de l’apprentissage moteur en ligne.
Parce que l’atteinte s’est avérée être un comportement fructueux pour étudier l’apprentissage / l’adaptation, l’évaluation de l’excitabilité CS dans le contexte de ce comportement a un énorme potentiel pour faire la lumière sur les substrats neuronaux impliqués dans ces comportements. Ceux-ci peuvent inclure des influences inhibitrices locales, des changements dans les propriétés de réglage, le moment des événements neuronaux, etc., comme cela a été établi dans la recherche sur les primates non humains. Cependant, ces caractéristiques ont été plus difficiles à quantifier chez les humains et les populations cliniques. La dynamique neuronale peut également être étudiée en l’absence de mouvement manifeste chez les humains à l’aide de l’approche combinée TMS et EMG (c.-à-d. pendant la préparation du mouvement ou au repos).
Les outils présentés sont open-source, et le code est facilement adaptable. Ce nouveau paradigme produira des informations importantes sur les mécanismes impliqués dans la préparation, l’exécution, la fin et l’adaptation des mouvements d’atteinte. De plus, cette combinaison de méthodes a le potentiel de découvrir les relations entre l’électrophysiologie et le comportement chez l’homme.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Port Native PCI Express&#160;</td>
			<td>StarTech.com</td>
			<td>RS232 Card with 16950 UART&#160;</td>
			<td>Must be compatible with desktop computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adjustable 80-20 aluminum frame</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol prep pads</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>EMG preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bagnoli Bipolar Electrodes</td>
			<td>Delsys</td>
			<td>DE 2.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bagnoli Reference Electrode</td>
			<td>Delsys</td>
			<td>USX2000</td>
			<td>2&#8221; (5cm) Round</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bagnoli-8 EMG System</td>
			<td>Delsys</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chair</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer monitor for EMG/TMS</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desk</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desktop Computer</td>
			<td>Dell</td>
			<td>xps 8930</td>
			<td>RAM: 16 GB, Storage: 1TB, Graphics: 1060 6GB&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMG electrodes</td>
			<td>Delsys</td>
			<td>Sensor Adhesive Interface</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine grain sandpaper</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>EMG preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphics tablet</td>
			<td>Wacom</td>
			<td>Intuos-4 XL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handle of paint roller</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>to be used as stylus handle, hollowed out center must be large enough for stylus to sit securely inside&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical tape</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>To secure EMG electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCI-6220 card DAQ</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>To interface EMG system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodiode Sensor</td>
			<td>Vishay</td>
			<td>BPW21R</td>
			<td>To record timing of task events into EMG trace.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rear TMS port</td>
			<td>Magstim</td>
			<td></td>
			<td>Included with TMS machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right-handed polyethylene glove</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>Cut out thumb and index finger of glove to expose FDI muscle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensory Adhesive Interface, 2-slot</td>
			<td>Delsys</td>
			<td>SC-F01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stylus</td>
			<td>Wacom</td>
			<td>Intuos-4 grip pen</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tablet-to-Computer USB cable&#160;</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>Included in Tablet purchase</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Task Monitor</td>
			<td>Asus</td>
			<td>VG248</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMS coil</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>D70 Remote Coil</td>
			<td>7cm diameter, figure-of-eight coil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMS machine</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>200-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMS-to-Computer DB9 cable</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>Connects to PCIe Serial Card</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Velcro</td>
			<td>any</td>
			<td></td>
			<td>To be placed on glove and stylus handle</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing corticospinal excitability during goal-directed reaching behavior

L’atteinte est un comportement largement étudié en physiologie motrice et en neurosciences. Bien que la portée ait été examinée à l’aide de diverses manipulations comportementales, il reste des lacunes importantes dans la compréhension des processus neuronaux impliqués dans la planification, l’exécution et le contrôle de la portée. La nouvelle approche décrite ici combine une tâche d’atteinte bidimensionnelle avec la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) et l’enregistrement par électromyographie simultanée (EMG) de plusieurs muscles. Cette méthode permet la détection non invasive de l’activité corticospinale à des moments précis pendant le déroulement des mouvements d’atteinte. L’exemple de code de tâche inclut une tâche d’atteinte de réponse différée avec deux cibles possibles affichées ± 45° de la ligne médiane. La TMS à impulsion unique est délivrée sur la majorité des essais de tâches, soit au début du signal préparatoire (ligne de base), soit 100 ms avant le signal impératif (retard). Ce plan d’échantillonnage convient à l’étude des changements dans l’excitabilité corticospinale pendant la préparation de la portée. L’exemple de code comprend également une perturbation visuomotrice (c.-à-d. rotation du curseur de ± 20°) pour étudier les effets de l’adaptation sur l’excitabilité corticospinale pendant la préparation de la portée. Les paramètres de la tâche et la livraison TMS peuvent être ajustés pour répondre à des hypothèses spécifiques sur l’état du système moteur lors du comportement d’atteinte. Lors de la mise en œuvre initiale, les potentiels évoqués moteurs (MEP) ont été obtenus avec succès dans 83% des essais TMS, et des trajectoires de portée ont été enregistrées sur tous les essais.

L’exécution réussie des méthodes décrites comprend l’enregistrement des données des tablettes, les traces EMG et l’obtention fiable des MEP. Une expérience a été réalisée qui comprenait 270 essais de test avec TMS livrés sur 4/5 des essais (216 essais).
Les données ont été recueillies auprès de 16 participants (huit femmes; huit hommes) âgés de 25 ± 10 ans, qui se sont tous déclarés droitiers. Nous avons évalué l’efficacité de la perturbation visuelle sur la perf...

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Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

Atteindre est une compétence fondamentale qui permet aux humains d’interagir avec l’environnement. Plusieurs études ont visé à caractériser le comportement d’atteinte en utilisant une variété de méthodologies. Cet article propose une application open source de la stimulation magnétique transcrânienne pour évaluer l’état d’excitabilité corticospinale chez l’homme lors de l’exécution de la tâche.

Évaluation de l’excitabilité corticospinale au cours d’un comportement d’atteinte d’un objectif

Reaching is a widely studied behavior in motor physiology and neuroscience research. While reaching has been examined using a variety of behavioral ...

assessing-corticospinal-excitability-during-goal-directed-reaching

Research

JoVE Journal

Neuroscience

1.6K vues.  University of Oregon. Atteindre est une compétence fondamentale qui permet aux humains d’interagir avec l’environnement. Plusieurs études ont visé à caractériser le comportement d’atteinte en utilisant une variété de méthodologies. Cet article propose une application open source de la stimulation magnétique transcrânienne pour évaluer l’état d’excitabilité corticospinale chez l’homme lors de l’exécution de la tâche.

Vidéo: Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

Cryopreservation of Cortical Tissue Blocks for the Generation of Highly Enriched Neuronal Cultures

In this study, we outline a standardized protocol for the successful cryopreservation and thawing of cortical brain tissue blocks to generate highly enriched neuronal cultures. For this protocol the freezing medium used is 10% dimethyl sulfoxide (DMSO) diluted in Hank's Buffered Salt Solution (HBSS). Blocks of cortical tissue are transferred to cryovials containing the freezing medium and slowly frozen at -1&deg;C/min in a rate-controlled freezing container. Post-thaw processing and dissociation of frozen tissue blocks consistently produced neuronal-enriched cultures which exhibited rapid neuritic growth during the first 5 days in culture and significant expansion of the neuronal network within 10 days. Immunocytochemical staining with the astrocytic marker glial fibrillary acidic protein (GFAP) and the neuronal marker beta-tubulin class III, revealed high numbers of neurons and astrocytes in the cultures. Generation of neural precursor cell cultures after tissue block dissociation resulted in rapidly expanding neurospheres, which produced large numbers of neurons and astrocytes under differentiating conditions. This simple cryopreservation protocol allows for the rapid, efficient, and inexpensive preservation of cortical brain tissue blocks, which grants increased flexibility for later generation of neuronal, astrocyte, and neuronal precursor cell cultures.

Here, we describe a method for efficient cryopreservation and thawing of cortical brain tissue blocks to generate highly enriched neuronal cultures. This simple protocol provides flexibility for later generation of neuronal, astrocyte, and neuronal precursor cell cultures.

La cryoconservation de tissu cortical Blocs pour la génération des cultures de neurones hautement enrichi

In this study, we outline a standardized protocol for the successful cryopreservation and thawing of cortical brain tissue blocks to generate highly ...

Recherche

Neurosciences

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in rodents. In our laboratory, we evaluated the two types of memory in more than 30 strains of genetically engineered mice using the automated version of this apparatus. Here, we present the modified T-maze apparatus operated by a computer with a video-tracking system and our protocols in a movie format. The T-maze apparatus consists of runways partitioned off by sliding doors that can automatically open downward, each with a start box, a T-shaped alley, two boxes with automatic pellet dispensers at one side of the box, and two L-shaped alleys. Each L-shaped alley is connected to the start box so that mice can return to the start box, which excludes the effects of experimenter handling on mouse behavior. This apparatus also has an advantage that in vivo microdialysis, in vivo electrophysiology, and optogenetics techniques can be performed during T-maze performance because the doors are designed to go down into the floor. In this movie article, we describe T-maze tasks using the automated apparatus and the T-maze performance of &alpha;-CaMKII+/- mice, which are reported to show working memory deficits in the eight-arm radial maze task. Our data indicated that &alpha;-CaMKII+/- mice showed a working memory deficit, but no impairment of reference memory, and are consistent with previous findings using the eight-arm radial maze task, which supports the validity of our protocol. In addition, our data indicate that mutants tended to exhibit reversal learning deficits, suggesting that &alpha;-CaMKII deficiency causes reduced behavioral flexibility. Thus, the T-maze test using the modified automatic apparatus is useful for assessing working and reference memory and behavioral flexibility in mice.

This article presents the protocol of T-maze tests using a modified automated apparatus for assessing the learning and memory functions in mice.

T-labyrinthe alternance forcé et des tâches de discrimination gauche-droite pour l&#39;évaluation de travail et de la mémoire de référence chez la souris

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

Nerve Excitability Assessment in Chemotherapy-induced Neurotoxicity

Chemotherapy-induced neurotoxicity is a serious consequence of cancer treatment, which occurs with some of the most commonly used chemotherapies1,2. Chemotherapy-induced peripheral neuropathy produces symptoms of numbness and paraesthesia in the limbs and may progress to difficulties with fine motor skills and walking, leading to functional impairment. In addition to producing troubling symptoms, chemotherapy-induced neuropathy may limit treatment success leading to dose reduction or early cessation of treatment. Neuropathic symptoms may persist long-term, leaving permanent nerve damage in patients with an otherwise good prognosis3. As chemotherapy is utilised more often as a preventative measure, and survival rates increase, the importance of long-lasting and significant neurotoxicity will increase.
There are no established neuroprotective or treatment options and a lack of sensitive assessment methods. Appropriate assessment of neurotoxicity will be critical as a prognostic factor and as suitable endpoints for future trials of neuroprotective agents. Current methods to assess the severity of chemotherapy-induced neuropathy utilise clinician-based grading scales which have been demonstrated to lack sensitivity to change and inter-observer objectivity4. Conventional nerve conduction studies provide information about compound action potential amplitude and conduction velocity, which are relatively non-specific measures and do not provide insight into ion channel function or resting membrane potential. Accordingly, prior studies have demonstrated that conventional nerve conduction studies are not sensitive to early change in chemotherapy-induced neurotoxicity4-6. In comparison, nerve excitability studies utilize threshold tracking techniques which have been developed to enable assessment of ion channels, pumps and exchangers in vivo in large myelinated human axons7-9.
Nerve excitability techniques have been established as a tool to examine the development and severity of chemotherapy-induced neurotoxicity10-13. Comprising a number of excitability parameters, nerve excitability studies can be used to assess acute neurotoxicity arising immediately following infusion and the development of chronic, cumulative neurotoxicity. Nerve excitability techniques are feasible in the clinical setting, with each test requiring only 5 -10 minutes to complete. Nerve excitability equipment is readily commercially available, and a portable system has been devised so that patients can be tested in situ in the infusion centre setting. In addition, these techniques can be adapted for use in multiple chemotherapies.
In patients treated with the chemotherapy oxaliplatin, primarily utilised for colorectal cancer, nerve excitability techniques provide a method to identify patients at-risk for neurotoxicity prior to the onset of chronic neuropathy. Nerve excitability studies have revealed the development of an acute Na+ channelopathy in motor and sensory axons10-13. Importantly, patients who demonstrated changes in excitability in early treatment were subsequently more likely to develop moderate to severe neurotoxicity11. However, across treatment, striking longitudinal changes were identified only in sensory axons which were able to predict clinical neurological outcome in 80% of patients10. These changes demonstrated a different pattern to those seen acutely following oxaliplatin infusion, and most likely reflect the development of significant axonal damage and membrane potential change in sensory nerves which develops longitudinally during oxaliplatin treatment10. Significant abnormalities developed during early treatment, prior to any reduction in conventional measures of nerve function, suggesting that excitability parameters may provide a sensitive biomarker.

This abstract describes a novel method to assess the development of neurotoxicity in patients receiving chemotherapy treatment. While conventional assessment methods are limited in their ability to detect early changes in nerve function, nerve excitability techniques provide early identification of patients at risk of severe neurotoxicity and insight into pathophysiology.

Évaluation excitabilité nerveuse dans induits par la chimiothérapie Neurotoxicité

Chemotherapy-induced neurotoxicity is a serious consequence of cancer treatment, which occurs with some of the most commonly used chemotherapies1,2. ...

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by repeated, time-lapse in vivo imaging in live rodents. These studies were made possible by straightforward surgical procedures, which enabled optical access for a prolonged period of time without repeat surgical procedures. In contrast, analogous studies of the spinal cord have been previously limited to only a few imaging sessions, each of which required an invasive surgery. As previously described, we have developed a spinal chamber that enables continuous optical access for upwards of 8 weeks, preserves mechanical stability of the spinal column, is easily stabilized externally during imaging, and requires only a single surgery. Here, the design of the spinal chamber with its associated surgical implements is reviewed and the surgical procedure is demonstrated in detail. Briefly, this video will demonstrate the preparation of the surgical area and mouse for surgery, exposure of the spinal vertebra and appropriate tissue debridement, the delivery of the implant and vertebral clamping, the completion of the chamber, the removal of the delivery system, sealing of the skin, and finally, post-operative care. The procedure for chronic in vivo imaging using nonlinear microscopy will also be demonstrated. Finally, outcomes, limitations, typical variability, and a guide for troubleshooting are discussed.

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

In this video, we describe a procedure for implanting a chronic optical imaging chamber over the dorsal spinal cord of a live mouse. The chamber, surgical procedure, and chronic imaging are reviewed and demonstrated.

Une procédure pour l&#39;implantation d&#39;une chambre pour la colonne vertébrale longitudinale<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagerie du cordon spinal de souris

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by ...

Assays to Detect UV-reflecting Structures and Determine their Importance in Mate Preference using the Sailfin Molly Poecilia latipinna

Many organisms use cues and signals beyond human sensitivity during social interactions. It is important to take into account how organisms perceive their worlds when trying to understand their behavior and ecology. Sensitivity to the ultraviolet spectrum (UV; 300 - 400 nm) is found across multiple genera of birds, fish, reptiles, amphibians, and even mammals. This protocol describes a technique for examining organisms for the presence of UV-reflecting structures and a method for testing whether these cues are used as social signals in the context of mate choice. A spectrophotometer is used to detect the presence of UV reflectance and variation in reflective intensity between individuals and sexes. An example of this technique is presented in which a dichotomous mate choice test exposes sexually receptive individuals to opposite sex individuals whose visual appearance can be manipulated by filters that either transmit full spectrum or block UV wavelengths. This system allowed for the determination that female, but not male, sailfin mollies (Poecilia latipinna) were using UV markings as part of their mating decisions. These types of studies serve to expand our knowledge of the range of organisms that utilize UV and provide insight into how UV plays a role in their lives.

Assays to Detect UV-reflecting Structures and Determine their Importance in Mate Preference using the Sailfin Molly Poecilia latipinna

This protocol outlines the use of spectrophotometry to detect ultraviolet-reflecting structures on organisms (in this example, the sailfin molly Poecilia latipinna) and describes dichotomous choice tests for fish that allow inferences to be made on the role of ultraviolet cues during mate selection.

Des essais pour détecter des structures réfléchissant les UV et de déterminer leur importance dans Maté préférence en utilisant la Sailfin Molly<em&gt; Poecilia latipinna</em

Many organisms use cues and signals beyond human sensitivity during social interactions. It is important to take into account how organisms perceive their ...

In Vivo Electrophysiological Measurement of the Rat Ulnar Nerve with Axonal Excitability Testing

Electrophysiology enables the objective assessment of peripheral nerve function in vivo. Traditional nerve conduction measures such as amplitude and latency detect chronic axon loss and demyelination, respectively. Axonal excitability techniques &#34;by threshold tracking&#34; expand upon these measures by providing information regarding the activity of ion channels, pumps and exchangers that relate to acute function and may precede degenerative events. As such, the use of axonal excitability in animal models of neurological disorders may provide a useful in vivo measure to assess novel therapeutic interventions. Here we describe an experimental setup for multiple measures of motor axonal excitability techniques in the rat ulnar nerve.
The animals are anesthetized with isoflurane and carefully monitored to ensure constant and adequate depth of anesthesia. Body temperature, respiration rate, heart rate and saturation of oxygen in the blood are continuously monitored. Axonal excitability studies are performed using percutaneous stimulation of the ulnar nerve and recording from the hypothenar muscles of the forelimb paw. With correct electrode placement, a clear compound muscle action potential that increases in amplitude with increasing stimulus intensity is recorded. An automated program is then utilized to deliver a series of electrical pulses which generate 5 specific excitability measures in the following sequence: stimulus response behavior, strength duration time constant, threshold electrotonus, current-threshold relationship and the recovery cycle.
Data presented here indicate that these measures are repeatable and show similarity between left and right ulnar nerves when assessed on the same day. A limitation of these techniques in this setting is the effect of dose and time under anesthesia. Careful monitoring and recording of these variables should be undertaken for consideration at the time of analysis.

In Vivo Electrophysiological Measurement of the Rat Ulnar Nerve with Axonal Excitability Testing

Axonal excitability techniques provide a powerful tool to examine pathophysiology and biophysical changes that precede irreversible degenerative events. This manuscript demonstrates the use of these techniques on the ulnar nerve of anesthetized rats.

In Vivo Mesures électrophysiologiques du nerf cubital Rat avec test d’excitabilité axonale

Electrophysiology enables the objective assessment of peripheral nerve function in vivo. Traditional nerve conduction measures such as amplitude and ...

Operant Protocols for Assessing the Cost-benefit Analysis During Reinforced Decision Making by Rodents

Reinforcement-guided decision making is the ability to choose between competing courses of action based on the relative value of the benefits and their consequences. This process is integral to the normal human behavior and has been shown to be disrupted by neurological and psychiatric disorders such as addiction, schizophrenia, and depression. Rodents have long been used to uncover the neurobiology of human cognition. To this end, several behavioral tasks have been developed; however, most are non-automated and are labor-intensive. The recent development of the open-source microcontroller has enabled researchers to automate operant-based tasks for assessing a variety of cognitive tasks, standardizing the stimulus presentation, improving the data recording and consequently, improving the research output. Here, we describe an automated delay-based reinforcement-guided decision-making task, using an operant T-maze controlled by custom-written software programs. Using these decision-making tasks, we show the changes in the local field potential activities in the anterior cingulate cortex of a rat whilst it performs a delay-based cost-and-benefit decision-making task.

A cost-benefit analysis is a weighing-scale approach that the brain performs during the course of decision making. Here, we propose a protocol to train rats on an operant-based decision-making paradigm where rats choose higher rewards at the expense of waiting for 15 s to receive them.

Opérante protocoles d’évaluation de l’analyse coûts-avantages au cours de la prise de décision renforcée par les rongeurs

Reinforcement-guided decision making is the ability to choose between competing courses of action based on the relative value of the benefits and their ...

Generation of 3-D Collagen-based Hydrogels to Analyze Axonal Growth and Behavior During Nervous System Development

This protocol uses natural type I collagen to generate three-dimensional (3-D) hydrogel for monitoring and analyzing the axonal growth. The protocol is centered on culturing small pieces of embryonic or early postnatal rodent brains inside a 3-D hydrogel formed by the rat tail tendon-derived type I collagen with specific porosity. Tissue pieces are cultured inside the hydrogel and confronted to specific brain fragments or genetically-modified cell aggregates to produce and secrete molecules suitable for creating a gradient inside the porous matrix. The steps of this protocol are simple and reproducible but include critical steps to be considered carefully during its development. Moreover, the behavior of growing axons can be monitored and analyzed directly using a phase-contrast microscope or mono/multiphoton fluorescence microscope after fixation by immunocytochemical methods.

Here, we provide a method for analyzing the behavior of growing axons in 3D matrices, mimicking their natural development.

Génération d'hydrogels à base de collagène 3D pour analyser la croissance et le comportement axonal pendant le développement du système nerveux

This protocol uses natural type I collagen to generate three-dimensional (3-D) hydrogel for monitoring and analyzing the axonal growth. The protocol is ...

Measuring Neural Mechanisms Underlying Sleep-Dependent Memory Consolidation During Naps in Early Childhood

Sleep is critical for daily functioning. One important function of sleep is the consolidation of memories, a process that makes them stronger and less vulnerable to interference. The neural mechanisms underlying the benefit of sleep for memory can be investigated using polysomnography (PSG). PSG is a combination of physiological recordings including signals from the brain (EEG), eyes (EOG), and muscles (EMG) that are used to classify sleep stages. In this protocol, we describe how PSG can be used in conjunction with behavioral memory assessments, actigraphy, and parent-report to examine sleep-dependent memory consolidation. The focus of this protocol is on early childhood, a period of significance as children transition from biphasic sleep (consisting of a nap and overnight sleep) to monophasic sleep (overnight sleep only). The effects of sleep on memory performance are measured using a visuospatial memory assessment across periods of sleep and wakeful-rest. A combination of actigraphy and parent report is used to assess sleep rhythms (i.e., characterizing children as habitual or non-habitual nappers). Finally, PSG is used to characterize sleep stages and qualities of those stages (such as frequencies and the presence of spindles) during naps. The advantage of using PSG is that it is the only tool currently available to assess sleep quality and sleep architecture, pointing to the relevant brain state that supports memory consolidation. The main limitations of PSG are the length of time it takes to prepare the recording montage and that recordings are typically taken over one sleep bought. These limitations can be overcome by engaging young participants in distracting tasks during application and combining PSG with actigraphy and self/parent-report measures to characterize sleep cycles. Together, this unique combination of methods allows for investigations into how naps support learning in preschool children.

This protocol describes methods used to examine neural mechanisms underlying sleep-dependent memory consolidation during naps in early childhood. It includes procedures for examining the effect of sleep on behavioral memory performance, as well as the application and recording of both polysomnography and actigraphy.

Mesure des mécanismes neuronaux sous-jacents à la consolidation de la mémoire dépendante du sommeil pendant les naps dans la petite enfance

Sleep is critical for daily functioning. One important function of sleep is the consolidation of memories, a process that makes them stronger and less ...

Determining the Functional Status of the Corticospinal Tract Within One Week of Stroke

High interindividual variability in the recovery of upper limb (UL) function after stroke means it is difficult to predict an individual&#39;s potential for recovery based on clinical assessments alone. The functional integrity of the corticospinal tract is an important prognostic biomarker for recovery of UL function, particularly for those with severe initial UL impairment. This article presents a protocol for evaluating corticospinal tract function within 1 week of stroke. This protocol can be used to select and stratify patients in trials of interventions designed to improve UL motor recovery and outcomes after stroke. The protocol also forms part of the PREP2 algorithm, which predicts UL function for individual patients 3 months poststroke. The algorithm sequentially combines a UL strength assessment, age, transcranial magnetic stimulation, and stroke severity, within a few days of the stroke. The benefits of using PREP2 in clinical practice are described elsewhere. This article focuses on the use of a UL strength assessment and transcranial magnetic stimulation to evaluate corticospinal tract function.

This protocol is for evaluating corticospinal tract function within 1 week of stroke. It can be used to select and stratify patients in trials of interventions designed to improve upper limb motor recovery and outcomes and in clinical practice for predicting upper limb functional outcomes 3 months after stroke.

Détermination de l’état fonctionnel de la tractaire corticospinal dans une semaine d’AVC

High interindividual variability in the recovery of upper limb (UL) function after stroke means it is difficult to predict an individual&#39;s potential ...