לואיזה סרטורי נתמכה על ידי מענק מאוניברסיטת דגלי סטודי די פדובה, בנדו ג'ובאני אולפני 2011, L. n.240/2010.

1. הכנת גירויי וידאו
<ol><li>הזמנת מודל לביצוע ארבעה רצפי פעולה.<ol>
<li>בשני רצפי הפעולה הראשונים, הושבה את הדגם ליד שולחן הפונה למצלמה. מניחים שלושה ספלים על השולחן לידה והרביעי רחוק יותר בצד השני של השולחן בחזית. הורה לדוגמנית להתחיל את פעולתה על ידי הושטת יד לכיוון ותפיסת כף סוכר.</li>
		<li>הורה לדוגמנית להתחיל את פעולתה על ידי שפיכת סוכר לשלושת הספלים. לאחר שתסיים לשפוך סוכר לתוך הספל השלישי, הורה לדוגמנית להזיז את פרק כף ידה כאילו בכוונתה לשפוך סוכר גם לתוך הספל הרביעי.</li>
		<li>הורה לדוגמנית להתחיל את פעולתה על ידי שפיכת סוכר לשלושת הספלים. לאחר שתסיים לשפוך סוכר לתוך הספל השלישי, גרמה לדגם להזיז את פרק כף ידה כדי להחזיר אותו למקומו המקורי.</li>
		<li>בשני רצפי הפעולה האחרונים, הושבה שוב את הדגם ליד שולחן הפונה למצלמה. מניחים שלוש כוסות קפה אספרסו על השולחן לידה והרביעי רחוק ממנה בצד השני של השולחן בחזית. הורה לדוגמנית להתחיל את פעולתה על ידי הושטת יד לכיוון ותפיסת תרמוס.</li>
		<li>הורה לדוגמנית להתחיל את פעולתה על ידי שפיכת קפה לשלוש כוסות קפה אספרסו. כשתסיים לשפוך קפה לתוך התספל השלישי, יש הדוגמנית להזיז את פרק כף ידה כאילו היא מתכוונת לשפוך קפה לתוך הכיפה הרביעית גם כן.</li>
		<li>הורה לדוגמנית להתחיל את פעולתה על ידי שפיכת קפה לשלוש כוסות קפה אספרסו. כשסיימה לשפוך קפה לתוך התספל השלישי, גרמה לדגם להזיז את פרק כף ידה כדי להחזיר אותו למקומו המקורי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הורה לדגם להרים ולהחזיק את כף הסוכר באמצעות אחיזה מדויקת (PG; כלומר ההתנגדות של האגודל עם האצבע המורה) ולהרים ולהחזיק את התרמוס בצורה טבעית באמצעות אחיזה של כל היד (WHG; כלומר התנגדות האגודל באצבעות האחרות).</li>
	<li>בתחילת כל סרטון, הורה לדוגמנית להראות כי ידה נמצאת במצב מועד על השולחן.<ol>
<li>סדר את המודל להתחיל תנועה להגיע להישג יד כ 900 msec מאוחר יותר.</li>
		<li>סדר את אצבעות הדגם ליצירת קשר עם האובייקט הראשון כ- 450 msec מאוחר יותר.</li>
		<li>יש המודל להתחיל להזיז את ידה כדי לבצע את הפעולה השנייה צעד 5,000 msec מאוחר יותר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>השתמש בטכניקת דיגיטציה כדי לבצע ניתוח קינמטי פוסט-הוק של תנועות המודל<ol>
<li>סמן כל תנועה, מסגרת אחר מסגרת, על-ידי הקצאה ידנית של סמן לפרק כף היד של הדגם.</li>
		<li>עקוב אחר תנועותיו של המודל. להצביע על סטיית המסלול: הרגע שבו מסלול היד מתחיל לגוון עבור תנאים חברתיים ולא חברתיים. נעלו את האירועים הקינטמטיים הבולטים ביותר המאפיינים את רצף הפעולה בתזמון גירוי TMS.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. הכנת כלי נגינה
<ol><li>חבר ארבע אלקטרודות משטח מונופולאריות של Ag/AgCl עם ארבעה שקעי Ag/AgCl דו-קוטביים (15 kΩ, 1.5 מ"מ עמיד למגע) עם אזור חיישן (בקוטר 9 מ"מ) לתיבת כניסה ניידת מבודדת של ExG המקושרת למגבר EMG הראשי. כבל סיב אופטי טווין להעברת אותות מומלץ, אך לא חובה.</li>
	<li>נהל סקריפט להערכת סף מנוע מנוחה (rMT), הצגת גירויי וידאו וגירוי TMS המסונכרנים עם רישום EMG על ידי תוכנת מצגת E-Prime הפועלת במחשב עם צג (רזולוציה של 1,280 x 1,024 פיקסלים, תדירות רענון 75 הרץ, זוהר רקע של 0.5 cd/m2) מוגדר בגובה העיניים.</li>
	<li>השג אפקט הנפשה על-ידי בחירת סידרה של מסגרות בודדות (30 אלפיות שניה כל אחת, 30 fps) והמסגרות הראשונה והאחרונה שנמשכות, בהתאמה, 500 ו- 1,000 msec.</li>
</ol>3. גיוס משתתפים
<ol><li>גייסו רק משתתפים ימניים עם ראייה רגילה או מתוקנת לנורמלית. בדוק אם יש ביד באמצעות שאלון מלאי מסירה סטנדרטי31.</li>
	<li>ודא אם לאחד מהמועמדים יש התוויות נגד ל- TMS32,33.<ol>
<li>אל תכלול נבדקים עם סיכון גבוה מהרגיל להתקף (בהתבסס על ההיסטוריה האישית/משפחתית של אפילפסיה, נוירוכירורגיה, פגיעה מוחית) או קבלת תרופות נוירואקטיביות לאור העובדה שהסיכון הבריאותי הידוע העיקרי של TMS הוא אינדוקציה של התקפים.</li>
		<li>אל תכלול נשים בהריון כמו הסיכונים של TMS לעובר שטרם נולד אינם ידועים.</li>
	</ol>
</li>
	<li>תן מידע בסיסי על המחקר לכל המשתתפים ובקש מהם לחתום על טפסי הסכמה מדעת בכתב.</li>
	<li>אולי לבצע ניסויים בחדר פאראדיי מוחלש קול: זה מומלץ, אבל לא חובה.</li>
	<li>יש למשתתף לשבת בכורסה נוחה.</li>
	<li>מקם את זרועו הימנית על תמיכה מלאה בזרוע.</li>
	<li>תקן את ראשו של המשתתף במנוחת ראש. מרחק העין מהמסך צריך להיקבע על בסיס גודל מצגת הגירוי.</li>
	<li>בקשו מהמשתתף להסיר את כל חפצי המתכת (עגילים, שרשראות וכו')וחפצים הרגישים לשדות מגנטיים (טלפונים ניידים, כרטיסי אשראי) מכיוון שקצב השינוי המהיר של הזרם בסליל מסוגל גרימת שדה מגנטי משתנה.</li>
	<li>הורה למשתתפים לצפות בגירויים החזותיים בזהירות ולשמור על רמה טובה של תשומת לב; להסביר כי הם ייחקרו מאוחר יותר על התוכן.</li>
</ol>4. גירוי TMS והקלטת MEP
<ol><li>לקבוע היכן האלקטרודות צריך להיות ממוקם מעל ADM ושרירי FDI על ידי מישוש במהלך הפעלת שרירים התנדבותית מקסימלית. נקה את העור עבור כל מיקומי האלקטרודה (גם עבור הקרקע). יש למרוח ג'ל להכנת עור שוחק על האתר כולו באמצעות כרית גזה. לשפשף אותו לתוך העור קלות ולהסיר כל עודף עם כרית גזה נקייה.</li>
	<li>מניחים שתי אלקטרודות פני השטח, שכל אחת מהן מכילה כמות קטנה של משחה מוליך EEG מסיס במים, מעל כל שריר ומחברת אותן לעור באמצעות רפידות הדבקה עצמית.<ol>
<li>בצע מונטאז' גיד הבטן על ידי הצבת האלקטרודות הפעילות על בטן השרירים של ADM ו- FDI הנכון ואת אלקטרודות התייחסות על המפרק metacarpophalangeal ipsilateral. חבר אלקטרודה קרקעית אחת המכילה משחה מוליך על פרק כף היד השמאלית של המשתתף.</li>
		<li>חבר את האלקטרודות לקלט המשותף של תיבת הקלט ExG ובדוק ערכי עכבה. במקרה שהם מעל הסף (>5 Ω), להכין את העור שוב.</li>
	</ol></li>
	<li>ספק TMS חד-פעמי לקרקפת מעל קליפת המוח המוטורית הראשית השמאלית (M1) המתאימה לאזור היד באמצעות סליל בגודל 70 מ"מ המחובר לממריץ Magstim 200. הערה: ממריץ TMS בסיסי מורכב ממקור הספק, רכיב אחסון אנרגיה ומתג בהספק גבוה הנשלט במדויק על-ידי מעבד המקבל קלט בקרה ממפעיל הציוד. מנגנון הפעולה הבסיסי של ממריץ TMS הוא ליצור שדה מגנטי משתנה שיכול לגרום לזרם בחומר מוליך סמוך (כגון רקמת קליפת המוח). גירוי רקמות הוא עורר על ידי גרימת זרם של צפיפות מספקת ברקמה, אשר פרופורציונלי לקצב הזמן של שינוי צפיפות השטף המגנטי34. עם סליל של דמות של שמונה, הקווים isopotential של השדה החשמלי המושרה ליצור אליפסה, אשר ציר ארוך מקביל לכיוון הזרימה הנוכחית בצומת סליל35.<ol>
<li>מניחים את הסליל בזווית של 45 מעלות ביחס לסדק הבין-פירמי וממקמים אותו בניצב ביחס לסולוקוס המרכזי: הסף המוטורי הנמוך ביותר מושג כאשר הזרם החשמלי המושרה במוח זורם בערך בניצב לסולקוס המרכזי36,37.</li>
		<li>יש את הידית מצביעה לרוחב ו caudally כדי לגרום לזרם המוח האחורי-anterior דרך gyrusprecentral 38. בעוצמות גירוי נמוכות, אך על-סף-על-סף, זרם TMS-induced מרגש אקסונים מועדפים של אינטראורונים אשר מקרינים במישרין או בעקיפין על נוירונים קורטיקוספיןליים. הן סינפסות מעכבות והן סינפסות מעוררות מופעלות, אך בעוצמות גירוי כאלה ההשפעה נטו היא של פוטנציאל פוסט-סינפטי מעורר בנוירונים קורטיקוספינליים.</li>
		<li>אתר את מיקום הקרקפת האופטימלי (OSP) מעל הניתוחים של התבליט הקדמי הנחות. גירויים של עוצמת suprathreshold מעט על OSP תמיד לייצר את הרמות הגבוהות ביותר של פעילות MEP משרירי ADM ו- FDI מנוגדים.</li>
		<li>השתמש במערכת בינלאומית 10-20 (האתר מגורה המתאים למיקום C3) כדי להקים את OSP עבור לעורר פוטנציאל מוטורי (MEPs) בשרירי היד, ולאחר מכן להזיז את הצומת של סליל כ 0.5 ס"מ צעדים סביב אזור היעד ולספק פולסים TMS בעוצמה קבועה.</li>
		<li>לאחר אזור היעד זוהה כראוי, לייצב את סליל באמצעות תמיכה מכנית כדי לשמור על מיקום עקבי.</li>
	</ol></li>
	<li>השתמש במערכת neuronavigation כדי לשמור על מיקום סליל מתמיד לאורך כל הניסוי ולמנוע כל הטיה עקב תנועות קטנות של ראשו של המשתתף במהלך איסוף נתונים.<ol>
<li>החל סמנים כדוריים פסיביים הן על סליל והן על ראשו של המשתתף.</li>
		<li>רשום מיקומי סמן באמצעות דיגיטייזר אופטי כדי לשחזר אותם על מסך המחשב.</li>
		<li>זהה כל הבדל במיקום ובכיוון של סליל מרחבי ואמץ עמידות של 2-3 מ"מ עבור כל אחד מקואורדינטות הקרטזיות.</li>
		<li>השתמש במידע מקוון תלת מימדי ביחס למיקומים הראשוניים והממשיים של סליל כדי לאפשר מיקום מדויק של סליל TMS בזמן אמת במהלך הפגישה הניסיונית, בעת הצורך.</li>
	</ol></li>
	<li>כדי לקבוע את "סף מנוע מנוחה בודד" (rMT) עבור כל משתתף ב- OSP, לזהות את עוצמת הגירוי המינימלית הדרושה כדי לייצר MEPs אמין (≥50 משרעת שיא לשיא) בשריר רגוע בחמישה מתוך עשרה ניסויים רצופים. לקבוע את OSP ואת rMT עבור שריר הסף גבוה יותר, כדי למנוע אובדן של אפנון דיפרנציאלי מעורבים השריר פחות נרגש.</li>
	<li>שמור על עוצמת הגירוי בערך קבוע (כלומר 110% מה- rMT) במהלך ההקלטה כולה.</li>
	<li>השתמש במסנן מעבר פס (20 הרץ-1 קילו-הרץ) כדי להקליט את האותות המיאלוגרפיים הגולמיים. לאחר הגברה דיגיטציה האותות (קצב דגימה של 5 kHz) ולאחסן במחשב לניתוח לא מקוון.</li>
	<li>הקלט 10 חברי פרלמנט בזמן שהמשתתף צופה באופן פסיבי בצלב קיבעון בצבע לבן על רקע שחור על מסך המחשב בתחילת הפגישה הניסיונית.</li>
	<li>הקלט 10 חברי פרלמנט נוספים בסוף הפגישה הניסיונית.</li>
	<li>רשום נתוני EMG משרירי ה- ADM וה- FDI הנכונים לאחר פעימת ה- TMS באחת מחמש נקודות הזמן האפשריות (איור 1) וזה:<ol>
<li>כאשר ידו של הדגם יוצרת לראשונה מגע עם כף הסוכר או התרמוס (T1).</li>
		<li>כאשר המודל מסיים לשפוך סוכר / קפה לתוך התספל השלישי / ספל (T2).</li>
		<li>כאשר הדוגמנית מתחילה למשוך את ידה מהספל / ספל השלישי (T3).</li>
		<li>כאשר זרועו של הדגם מתחילה לחזור לעמדת ההתחלה או מתחילה לנוע לעבר הספל/ספל הרביעי (בהתאמה, התנאים הלא חברתיים והחברתיים) (T4).</li>
		<li>כאשר זרועו של הדגם חוזרת לנקודת ההתחלה או כאשר היא מגיעה לתספל/ספל הרביעי (בהתאמה, התנאים הלא חברתיים והחברתיים) (T5).</li>
	</ol></li>
	<li>הוסף מרווח מנוחה של 10 שניות בין סרטוני הווידאו. יש הודעה להופיע במהלך חמש השניות הראשונות של מרווח המנוחה להזכיר למשתתפים לשמור על ידיהם נחות בשקט ונינוח לחלוטין. לאחר שההודעה נעלמת, ארגן צלב קיבעון שיופיע במשך חמש השניות הנותרות.</li>
</ol>5. תחקיר
<ol><li>ספק למשתתפים מידע מפורט על העיצוב הניסיוני בסוף הפגישה.</li>
</ol>6. ניתוח נתונים
<ol><li>בצע ניתוח קינמטי פוסט-הוק.<ol>
<li>הגדר מסגרת הפניה המזהה צירי x ו- y כהוראות אופקיות ואנכיות ונתח את דוגמת הווידאו תמונה אחר תמונה.</li>
		<li>השתמש באורך ידוע בשדה הראייה של המצלמה ובמישור התנועה כמדידת יחידת הייחוס.</li>
		<li>הקצה סמן לפרק כף היד של הדגם כדי למדוד קינמטיקה של הזרוע.</li>
		<li>הגדר את מיקום ההתחלה כזמן שבו יד ימין של הדגם מונחת במיקום נוטה על השולחן. עקוב אחר מסלול פרק כף היד במרחב ובזמן, חלץ את נתיב המסלול וזיהה את האירועים הקינטמטיים הבולטים המאפיינים את הפעולה הדו-שלבית של הדגם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>נתח נתוני EMG.<ol>
<li>פלח את המעקב EMG עבור כל שריר למקטעים שונים (תקופות) באותו אורך יחסית לסמן התייחסות (גירוי TMS). הגדר את חלון הזמן ב- 100 msec לפני העברת פולסים של TMS ו- 200 msec לאחר פולסים של TMS. פעולה זו תאפשר לך לבדוק אם יש פעילות רקע אפשרית.</li>
		<li>בכל ערוץ של EMG לבחור טווח מדויק של מסגרת זמן (למשל 10-40 msec) כדי לחפש פסגות בכל המקטעים.</li>
		<li>החל אלגוריתם שלוקח בחשבון את הפסגות החיוביות והשליליות בתוך כל מקטע וחשב את משרעת המרבית של עקומת EMG ב- μV משיא לשיא.</li>
		<li>לחסל ניסויים עם פעילות EMG ברקע גדול מ 100 μV, כדי למנוע מזהם מדידות MEP על ידי פעילות ברקע.</li>
	</ol>
</li>
	<li>חשב את משרעת MEP הממוצעת משיא לשיא בנפרד משרירי ה- ADM וה- FDI עבור כל תנאי, למעט אלה החרגו מ- 2 סטיות תקן מהממוצע (חריגים).</li>
	<li>השווה את שתי הסדרות של משרעת MEP שנרשמו מכל שריר בכל משתתף במהלך הקיבעון בין ניסויים בסיסיים בהתחלה ובסוף הפגישה הניסיונית כדי לבדוק וריאציות של רגישות קורטיקוספיןלית הקשורות ל- TMS כשלעצמה. משרעת הממוצעת של שתי הסדרות מאפשרת גם להגדיר את הערך הבסיסי הבודד עבור הליכי נרמול נתונים בכל שריר בנפרד39.</li>
	<li>חשב ערכי יחס באמצעות הערך הבסיסי הבודד של המשתתף (יחס MEP =MEPשהושג/MEP בסיסי ) 39.</li>
</ol>

אין מה לחשוף.

השלבים הקריטיים ביותר במדידת אפנון בהתרגשות CS בבני אדם במהלך תצפית פעולה הם: 1) עיצוב / צילום קטעי וידאו שגורמים לנטיית פעולה בצופה צופה תגובות אמוליטיביות ומשלימות; 2) קביעת האירועים הקינטמטיים המאפיינים את השלבים השונים של פעולות המודל לגירוי TMS של נעילת זמן בהתאם; 3) זיהוי תנוחת הקרקפת האופטימלית עבור כל שריר יד ושמירה על מיקום עקבי לאורך כל הניסוי; 4) כראוי רישום פעילות EMG מן השרירים מגורה.
מחקרים קודמים העושים שימוש בטכניקת TMS/MEP הראו כי הפעלה קורטיקוספינלית הנובעת מהתבוננות בפעולה אינה תמיד בעלת הטיה חיקוי, אך, בהתאם לגורמים הקשריים, יכולה גם הפעלה מוטורית ראשונית לפעולות משלימות29,30. מחקרי TMS חד-פעמיים הראו כי התבוננות ברצף פעולה דו-שלבי שבו מוטבעת בקשה משלימה מבקשת מעבר מחיקוי לתגובה בפעילות הקורטיקוספינלית של המשתתפים. מחקר זה הולך צעד אחד קדימה על ידי מראה מתי בדיוק המתג מתרחש ומדגים כי בני אדם מסוגלים לצפות את הכוונה החברתית של פעולה על ידי התבוננות רמזים קינמטיים מוקדם איתות הצורך / בקשה לתגובה משלימה. מידע על תנועה מתקדמת אכן מספיק לצופה כדי להסיק מסקנות לגבי הכוונה שמאחוריו. מנגנונים שבבסיס התבוננות בפעולה נראים אז כרגישים, מהירים ורגישים לבקשות מורכבות המוטמעות בהקשרים חברתיים. מחקר עתידי ימשיך לנתח אם העיבוד הוא סדרתי או מקבילי. מחקרי הדמיה מוחית המשתמשים בפרדיגמות כמו זו המשמשת כאן יוכלו להבהיר עוד יותר את התהליך הזה, תוך תיווי הרשתות הקליפתיות שבבסיס היכולת לעבור מהדמייה להדדיות.
תוצאות אלה יצביעו גם על הדרך עבור יישומים עתידיים של טכניקות TMS / EMG ללמוד רגישות CS וגמישות מערכת המנוע. מחקרים רבים כבר הראו כי מדידות TMS של תפקוד קליפת המוח המוטורית הן בטוחות, אמינות, ופוטנציאליות שימושיות בסביבה הקלינית40.46. השוואות אורך של משרעת MEP יכול, למעשה, לספק הערכה ישירה של השפעות פלסטיות קליפת המוח מוטורית.
מחקרים אחרונים דיווחו כי תצפית פעולה יש השפעה חיובית על שיקום שלאחר שבץ של גירעונות מוטוריים והוא יכול להיות מנוצל לטובה כדי להפעיל מחדש אזורים מוטוריים אצל אנשים הזקוקים לשקם שליטה מוטורית47. אסטרטגיה משלימה של טיפול בהתבוננות בפעולה יכולה, אם כן, להתפתח, העוזרת שימוש בהתבוננות במחוות משלימות כדי להפעיל מחדש מיומנויות מוטוריות לקויות. אם, כפי שזה נראה, התנהגות מוטורית היא תוצאה של גורמים פנימיים וחיצוניים כאחד, תצפית פעולה צריכה להיכלל בפרוטוקולי אימון שמטרתם לשקם סוג זה של חולה. התבוננות בפעולות יומיומיות יחד עם תרגול גופני יכולה לסלול את הדרך לאסטרטגיית שיקום יעילה יותר. עד כה, יתר על כן, רק אמצעים עקיפים כגון קשקשים פונקציונליים או סובייקטיביים שימשו להערכת שיפור קליני; בעתיד TMS / EMG הערכה ניתן להשתמש כדי למדוד שיפור תפקודי בחולים אלה.
לסיכום, מחקר זה מציין כיצד ומתי התבוננות בפעולותיו של אדם אחר מייצרת הנחיה מוטורית בשרירים המקבילים של הצופה ובאיזה אופן מעוררות קורטיקוספינלית מווסתת בהקשרים חברתיים. זה גם מאשר כי פוטנציאל המנוע עורר על ידי TMS הם בטוחים, אינדיקטורים אמינים של רגישות CS אפנון במהלך תצפית פעולה.

במהלך עשר השנים האחרונות מחקר מדעי המוח שינה במידה רבה את התפיסה המסורתית של המערכת המוטורית. כמות ניכרת של נתונים מרמזת כי התבוננות בתנועות הגוף של מישהו אחר מפעילה ייצוגים מוטוריים במוחו של הצופה (למשל1-3). מחקרים אלה הראו כי קליפת המוח המוטורית של צופה משכפלת באופן דינמי פעולות שנצפו כאילו אלה מבוצעות על ידי הצופה עצמו. גירוי מגנטי Transcranial (TMS) שימושי כדי להעריך את ההתרגשות קורטיקוספינל (CS) עם רזולוציה זמנית גבוהה יחסית על מנת לעקוב אחר שינויים מרגש בזמן שמישהו מתבונן מישהו אחר ביצוע פעולה.
העיקרון הבסיסי של תפקוד TMS הוא שזרם חשמלי ראשוני משתנה בסליל גירוי מייצר שדה מגנטי משתנה, אשר בתורו גורם לזרימה משנית של זרם חשמלי אצל מוליכים סמוכים - במקרה זה, רקמה קליפתית - כפי שנקבע בחוק4של פאראדיי . המוח הוא מוליך אינומוגניים המורכב מחומר לבן, חומר אפור ונוזל עמוד שדרה מוחי עם מוליכות 0.48, 0.7 ו 1.79 S/m, בהתאמה5. ניתוח מראה כי לצורך גירוי מגנטי, המוח יכול להיות מטופל כמו מוליך הומוגני5. דפולריזציה של נוירונים מיוצרת מכוח הזרם המושרה. בלב התהליך נמצאת העברת המטען על פני קרום העצבים על מנת להעלות את הפוטנציאל התאי שלו על 30-40 mV. בנקודה כי יונים חיוביים מונעים לתוך תא עצב, הפוטנציאל תאיים שלה יעלה, ואם העלייה מספיקה, פוטנציאל פעולה תוצאות5. פריורי ועמיתיו6 היו הראשונים להראות כי זרם חלש יכול לווסת את ההתרגשות של קליפת המוח המוטורית האנושית, כפי שנמדד על ידי משרעת הפוטנציאל המוטורי (MEP) מ- TMS. חלק גדול מהעבודה הכרוכה בגירוי מגנטי של קליפת המוח המוטורית האנושית אכן התמקד בתגובות EMG בשרירי היד המהותיים7. בשנת 2004 Uozomi ועמיתיו8 חשפו כי spTMS מעל אזור 44 יכול בקלות להפריע תנועות יד מונחה מטרה והפיק מנוע עורר פוטנציאל משרירי היד. לאזור האנושי 44 יש השפעות מנחות ומעכבות על תנועות אצבע טוניק ופאסיות9-10, ויש לו תחזיות קורטיקוספיןליות ישירות.
העדות הראשונה כי רגישות CS מווסת לא רק במהלך תנועות התנדבותיות, אלא גם במהלך תצפית פעולה הופק על ידי Fadiga ועמיתיו בשנת 19953. TMS הוחל על אזורי היד של קליפת המוח המוטורית העיקרית (M1) ו MEPs נרשמו משרירי יד מנוגדים בעוד מתנדב הונחה לצפות בתנועות ארעיות ותוך-עקשנות (הראשונים מכוונים למטרה, האחרונים אינם). משרעת של MEPs נרשם opponens pollicis (OP) ושרירי FDI נמצאה להיות מוגברת במהלך תצפית של פעולות אחיזה ביחס לזה רשום בתנאי שליטה. כך עלתה השאלה: האם השרירים המתאפשרים במהלך התבוננות בפעולה הם אותם השרירים המנוצלים במהלך ביצוע הפעולה? תגובות EMG בשרירי היד שנרשמו בזמן שאובייקט נתפס ובמהלך תנועות הרמת זרוע נמצאו כולן בדיוק לשכפל את התבנית של MEPs שעורר TMS במהלך תצפית פעולה. כמה קבוצות מחקר הצליחו לחזור על אותם ניסויים ותכננו אחרים11-16.
במהלך התבוננות בפעולה, המערכת המוטורית של הצופה בפועל "מהדהדת" עם התנועות שנצפו ומדמה מתחת לסף פעולות אלה בצורה תואמת לחלוטין. כמו השרירים המעורבים הצופה זהים לאלה המשמשים את האדם המבצע את הפעולה, הם בשילוב זמני עם הדינמיקה של הפעולה שנצפו. בשנת 2001 גנגיטנו ועמיתיו הראו כי מערכת התאמת ביצוע-תצפית קשורה לפעולה שנצפתה גם במונחים של קידוד זמנישלה 17. משרעת MEP גדלה ככל שצמצם האצבע גדל וקטן יותר בשלב הסגירה. קלארק ואח '. 18 יצאו להעריך את הספציפיות של הנחיית קורטיקוספינל (CS) בזמן שהמשתתפים צפו, התבקשו לדמיין, או הבחינו בפעולות שנאמר להם שמאוחר יותר הם יצטרכו לבצע. החוקרים דיווחו כי לא נראה שיש הבדלים מובהקים סטטיסטית בשלושת התנאים הללו.
יש לפחות שתי השערות המסבירות הנחיית MEP הנגרמת על ידי התבוננות בפעולה. על פי הראשון, השיפור של רגישות M1 מופק באמצעות קשרים קורטיקו קליפת המוח סינאפסות. על פי השני, TMS מגלה, באמצעות מטח יורד CS, הנחיה של motoneurons (MNs). אפנון משרעת MEP הנגרמת על ידי וריאציות M1 או MNs רגישות לא ניתן להבחין. כמו בלדייסרה ואח '. 19 רצו לחקור את רגישות חוט השדרה הקשורים להקלה MEP, הם החליטו למדוד את משרעת של רפלקס הופמן (עורר על ידי גירוי סיבים afferent בעצבים היקפיים) בשרירי האמה מכופף אצבע בעוד מתנדבים הבחינו פעולות יד מכוונת מטרה. הם דיווחו כי בעוד אפנון של רגישות קליפת המוח חיקה מקרוב את התנועות שנצפו כאילו אלה מבוצעים על ידי הצופה הוא / עצמה, רגישות חוט השדרה נראה מווסת הדדית. חוקרים אלה ראו בהשפעה ביטוי למנגנון החוסם ביצוע גלוי של פעולות שנצפו. אפנון של פוטנציאל מוטורי עורר על ידי TMS במהלך תצפית פעולה3,20,21 נראה ספציפי, ולאחר מכן, עבור השרירים המעורבים בביצוע פעולה3 ועוקב, באופן צפוי22, דפוס הפעלה זמנית זהה17,23. לאורך קווים אלה, Urgesi ועמיתיו24,25 מצאו לאחרונה כי התבוננות של שלבי התחלה ואמצע של פעולות אחיזה עוררה הנחיה מוטורית גבוהה משמעותית מאשר התבוננות בתנוחות הסופיות שלהם. ההנחיה המוטורית הייתה מקסימלית עבור התמונות שעוררו פעולות מתמשכות אך לא שלמות. התוצאות מספקות ראיות משכנעות לכך שהמרכיב הקדמי של מערכת התאמת התצפית-ביצוע ממלא תפקיד חשוב בקידוד החזוי של התנהגויות מוטוריות של אחרים.
עם זאת, אין להכחיש כי אינטראקציה מוצלחת בעולם האמיתי דורשת לעתים קרובות פעולות משלימות ולא אמולטיות26 וכי חיקוי אינו תמיד תגובה יעילה או מתאימה לתצפית פעולה. במקרים שבהם, למשל, מישהו מושיט למישהו אחר ספל המוחזק בידיתו, כולנו יודעים שהמקלט, בלי לחשוב, יתפוס את הספל בתנועת יד שלמה (היחידה שתתאים במצב זה). מעט מאוד ידוע לגבי האופן שבו הנטייה הבלתי גמישה להתאים פעולות שנצפו למערכת המוטורית שלנו יכולה להתפייס עם הבקשה להכין תגובות לא מזוהות. במובן זה, כמה חוקרים הראו כי ההשפעות האוטומטיות של שיקוף ניתן לבטל לאחר אימון לא תואם: מראה ותגובות נגד מראה נראה לעקוב אחר אותו timecourse27,28. מעניין, בניגוד למחקרים קודמים, MEPs המושרה על ידי spTMS שימשו לאחרונה כדי להעריך הפעלה קורטיקוספינלית ספונטנית בעוד קטעי וידאו מעוררים מחוות משלימות אמולטיביות או לא זהות היו פשוט נצפו29,30. התוצאות הראו מעבר טבעי מאמולטיב לפעולה הקשורה להקשר בפעילות קורטיקוספינלית. מנגנון התאמה בתחילת רצף פעולה הפך למנגנון משלים אם התבררה בקשה לפעולה הדדית.
תוך ניצול תוצאות אלה, המחקר הנוכחי תוכנן לקבוע באופן ספציפי, באמצעות טכניקת TMS / MEP המשולבת, באיזה שלב המעבר הספונטני מהחיקוי להדדיות מתרחש כאשר תצפית פעולה מעוררת תגובה משלימה. חברי פרלמנט נרשמו אז בחמישה רגעים שונים של הרצף משרירי היד FDI ו- ADM. אנו משערים כי חברי פרלמנט שנרשמו באותו זמן הצופה בתחילה לתפוס אחיזה ביד שלמה עלול לעורר הן ADM ו- FDI השרירים הקלה כי שרירים כאלה מגויסים בדרך כלל עבור אחיזה כזו. לעומת זאת, כאשר המחווה שנצפתה מעוררת מחווה משלימה לא מזוהה(כלומר PG) במשקיף, רק חברי פרלמנט שנרשמו משריר ה- FDI צריכים לחשוף עלייה בולטת בהפעלה. הסיבה לכך היא PG אינו מרמז על גיוס של שריר ADM. אנו גם צופים כי כאשר הפעולה שנצפו אינה מעבירה כל משמעות חברתית, השפעות הנחיה סימטריות פשוטות צריכות לצוץ במהלך כל רצף הפעולה.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="456">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Transcranial Magnetic Stimulator</td>
			<td style="width:115px;">Magstim</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BrainAmp MR system for EMG acquisition</td>
			<td style="width:115px;">Brain Products</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Softaxic Optic system for stereotaxic neuronavigation</td>
			<td style="width:115px;">E.M.S.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

corticospinal excitability modulation during action observation

מחקר זה השתמש בטכניקת הגירוי המגנטי הטרנס-קרנאלי/מנוע המעורר פוטנציאל (TMS/MEP) כדי לאתר במדויק מתי הנטייה האוטומטית לשקף פעולה של מישהו אחר הופכת לסימולציה של פעולה משלימה. TMS נמסר לקליפת המוח המוטורית העיקרית השמאלית המתאימה ליד כדי לגרום לרמה הגבוהה ביותר של פעילות MEP משרירי הדיגיטציה החוטפת (ADM; השריר המשרת חטיפת אצבע קטנה) כמו גם את שרירי האינטרוסאוס הגבי הראשון (FDI; השריר המשרת כיפוף/הרחבה של האצבע המורה). מערכת נוירונים שימשה לשמירה על המיקום של סליל TMS, ופעילות אלקטרומיוגרפית (EMG) נרשמה משרירי ה- ADM וה- FDI הנכונים. הפקת נתונים מקוריים לגבי תהודה מוטורית, טכניקת TMS / MEP המשולבת לקחה מחקר על מנגנון צימוד תפיסה-פעולה צעד אחד קדימה. באופן ספציפי, הוא ענה על השאלות כיצד ומתי התבוננות בפעולותיו של אדם אחר מייצרת הנחיה מוטורית בשרירים המתאימים של הצופה ובאיזה אופן עצביות קורטיקוספינלית מווסתת בהקשרים חברתיים.

היעילות של טכניקת TMS/MEP בהערכת רגישות CS במהלך תצפית פעולה תלויה באיתור מיקום הקרקפת האופטימלי הן לשרירי ה- ADM והן לשרירי ה- FDI. אלקטרודות פני השטח במונטאז'ים של גיד הבטן צריכות להיות מיושמות וחייבות להתאים לדפוסי גירוי רגילים של פעימה אחת.
במחקר זה, התוצאות התקבלו על מדגם של שלושים משתתפים (22 נקבות ו 8 גברים: גיל = 21±5 שנים), כל זכות על פי מלאי ידיים סטנדרטי31 ועם ראייה נורמלית או מתוקנת לנורמלי. לאף אחד מהם לא הייתה התווית נגד TMS32,33 וגם לא חוו אי נוחות במהלך הניסוי. ההליכים הניסיוניים שתוארו כאן קיבלו אישור אתי (ועדת האתיקה של אוניברסיטת פדובה) בהתאם לעקרונות הצהרת הלסינקי משנת 1964 וכל המשתתפים נתנו הסכמה מדעת בכתב.
על פי ההשערה שלנו, חברי הפרלמנט נרשמו כאשר הצורך בפעולה משלימה הופך להיות מווסת בהתאם לאובייקט ממוקם בחזית. כאשר הקפה4 מעוררת נטייה לבצע PG, רק את שריר FDI צריך להיות מופעל. אבל כאשר הפעולה של המודל כלפי ספל4 מעורר WHG, אז גם ADM וגם שרירי FDI צריך להימצא מופעל. כמו FDI גויס הן PG ו WHG, אפנון MEP לא היה צפוי במונחים של סוג של אחיזה שנצפו. MEPs להיות מוקלט מידו של הצופה בזמן המודל תופס בתחילה את התרמוס צריך, יתר על כן, להראות, למשל, הנחיה מוטורית הן ADM והן שרירי FDI, כלומר השרירים המעורבים קלאסית WHG. להיפך, התבוננות במודל כמו ידה נעה לכיוון הקפה הרביעית צריך לייצר רק הנחיית שריר FDI כמו רק שריר זה (ולא ADM) מעורב PG.
התבוננות ברצף פעולה דו-שלבי המכיל במרומז בקשה לתנועה משלימה גרמה למעבר מחיקוי להיענות בפעילות הקורטיקוספינלית של הצופה וציינה, בניסויים שבוצעו, בדיוק מתי התרחש השינוי (איור 2).
וריאציה המבשרת על פעולה הדדית התרחשה ב- ADM MEPs של הצופה ברגע שפרק כף היד של הדוגמנית החל לנוע לעבר הספל הרביעי (המצב החברתי). באופן הפוך, וריאציה המבשרת על פעולה אמולטיבית התרחשה ב- MEPs של הצופה ברגע שפרק כף היד של הדגם החל לחזור למקומו המקורי (המצב הלא חברתי, ראו איור 3). FDI, כצפוי, היה מעורב באופן פעיל בכל התנועות שנצפו ופעולות מדומה (ראה איורים 4 ו -5). נראה, אם כן, מתוצאות אלה כי בני אדם יכולים לקודד פעולה חברתית או לא חברתית עוד לפני שהיא הופכת מפורשת. ניתן להסיק כי משקיפים מכווננים לקדם מידע תנועה המסופק על ידי רמזים קינמטיים עדינים וכי הם מסוגלים להשתמש בו כדי לצפות דרך פעולה עתידית. במהלך המפגשים הניסיוניים המתוארים כאן המשתתפים הראו כי הם מסוגלים להפלות בין פעולות הנובעות מתנאים חברתיים או לא חברתיים פשוט על ידי התבוננות ברמזים קינמטיים כמעט בלתי מורגשים. במהלך הניסויים שבוצעו, אפנון של רגישות קורטיקוספינלית היה מדד אמין ועקיף של היכולת להפעיל תוכניות מוטוריות מתאימות בהקשר אינטראקטיבי.
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig1.jpg"> איור 1. כאן רצף האירועים המתרחשים במהלך כל ניסיון הוא סכמטי. הקו האלכסוני הרציף מייצג את כל מצגת סרטוני הווידאו. קווים אופקיים מציינים את נקודות הזמן שבהן נמסרו פולסים בודדים של TMS:ב- T 1 (כאשר ידה של הדוגמנית יוצרת קשר עם התספל/ספל), T2 (כאשר הדוגמנית מסיימת לשפוך סוכר/קפה), T3 (כאשר הדוגמנית מתחילה להזיז את ידה מהספל/ספל השלישי), T4 (T 4). כאשר ידו של הדגם מתחילה לחזור למקומו המקורי או לנוע לעבר התספל/ספל הרביעי – שנחשב לתחילתו של אות למחווה משלימה),ו-T 5 (כאשר זרועו של הדגם חוזרת בבירור למקומו המקורי או נעה לעבר התספל/ספל הרביעי – נחשב לסוף הסימן למחווה משלימה). המסגרות שאינן מוצגות באיור (הזמן בין פעולת המודל ליצירת קשר עם כף הסוכר/תרמוס לבין פעולת שפיכת הסוכר/קפה הושלמה) מיוצגות על ידי ברים אלכסוניים כפולים.
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig2.jpg"> איור 2. המסגרות שחולצו מתוך קטעי וידאו שצולמו למחקר זה ללוות את השורות של הגרף המייצגים את האמצעים של משרעת MEP מנורמל ADM. תנועות אחיזה חברתיות בכל הידיים הדורשות PG ותנועות אחיזה מדויקות חברתית הדורשות WHG מאוירות (שחור ולבן, בהתאמה). מייצגי פעילויות מייצגים את שגיאת התקן של אמצעים.
<img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig3.jpg"> איור 3. המסגרות שחולצו מתוך קטעי וידאו שצולמו למחקר זה ללוות את השורות של הגרף המייצגים את האמצעים של משרעת MEP מנורמל ADM. תנועות אחיזה לא חברתיות של כל היד הדורשות PG ותנועות אחיזה מדויקות לא חברתיות הדורשות WHG מאוירות (שחור ולבן, בהתאמה). מייצגי פעילויות מייצגים את שגיאת התקן של אמצעים.
<img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig4.jpg"> איור 4. המסגרות שחולצו מתוך קטעי וידאו שצולמו למחקר זה ללוות את השורות של הגרף המייצגים את האמצעים של משרעת MEP מנורמל FDI. תנועות אחיזה חברתיות בכל הידיים הדורשות PG ותנועות אחיזה מדויקות חברתית הדורשות WHG מאוירות (שחור ולבן, בהתאמה). מייצגי פעילויות מייצגים את שגיאת התקן של אמצעים.
<img alt="Figure 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig5.jpg"> איור 5. המסגרות שחולצו מתוך קטעי וידאו שצולמו למחקר זה ללוות את השורות של הגרף המייצגים את האמצעים של משרעת MEP מנורמל FDI. תנועות אחיזה לא חברתיות של כל היד הדורשות PG ותנועות אחיזה מדויקות לא חברתיות הדורשות WHG מאוירות (שחור ולבן, בהתאמה). מייצגי פעילויות מייצגים את שגיאת התקן של אמצעים.

Watch this Scientific Journal Video about Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation at JoVE.com

Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

במחקר זה נעשה שימוש בגירוי מגנטי טרנס-קרני חד-פעמי על קליפת המוח המוטורית העיקרית, נוירונו-ווגנציה ורישום הפעילות האלקטרומיוגרפית של שרירי היד כדי לחקור את ההתרגשות הקורטיקוספינלית בזמן שהמשתתפים צפו ברצפי פעולה.

אפנון רגישות קורטיקוספינלי במהלך תצפית פעולה

This study used the transcranial magnetic stimulation/motor evoked potential (TMS/MEP) technique to pinpoint when the automatic tendency to mirror someone ...

corticospinal-excitability-modulation-during-action-observation

Research

JoVE Journal

Behavior

8.7K Views.  Universita degli Studi di Padova. במחקר זה נעשה שימוש בגירוי מגנטי טרנס-קרני חד-פעמי על קליפת המוח המוטורית העיקרית, נוירונו-ווגנציה ורישום הפעילות האלקטרומיוגרפית של שרירי היד כדי לחקור את ההתרגשות הקורטיקוספינלית בזמן שהמשתתפים צפו ברצפי פעולה.

Video: Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

הנוהג קיים הטוב ביותר לקבלת נתונים EEG באיכות גבוהה במהלך fMRI סימולטני

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric currents through the scalp. This constant electric current induces shifts in neuronal membrane excitability, resulting in secondary changes in cortical activity. Although tDCS has most of its neuromodulatory effects on the underlying cortex, tDCS effects can also be observed in distant neural networks. Therefore, concomitant EEG monitoring of the effects of tDCS can provide valuable information on the mechanisms of tDCS. In addition, EEG findings can be an important surrogate marker for the effects of tDCS and thus can be used to optimize its parameters. This combined EEG-tDCS system can also be used for preventive treatment of neurological conditions characterized by abnormal peaks of cortical excitability, such as seizures. Such a system would be the basis of a non-invasive closed-loop device. In this article, we present a novel device that is capable of utilizing tDCS and EEG simultaneously. For that, we describe in a step-by-step fashion the main procedures of the application of this device using schematic figures, tables and video demonstrations. Additionally, we provide a literature review on clinical uses of tDCS and its cortical effects measured by EEG techniques.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive brain stimulation technique that has shown initial therapeutic effects in several neurological conditions. The main mechanism underlying these therapeutic effects is the modulation of cortical excitability. Therefore, online monitoring of cortical excitability would help guide stimulation parameters and optimize its therapeutic effects. In the present article we review the use of a novel device that combines simultaneous tDCS and EEG monitoring in real time.

ניטור EEG סימולטני במהלך גירוי מקומי ישיר Transcranial

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Irrelevant Stimuli and Action Control: Analyzing the Influence of Ignored Stimuli via the Distractor-Response Binding Paradigm

Selection tasks in which simple stimuli (e.g. letters) are presented and a target stimulus has to be selected against one or more distractor stimuli are frequently used in the research on human action control. One important question in these settings is how distractor stimuli, competing with the target stimulus for a response, influence actions. The distractor-response binding paradigm can be used to investigate this influence. It is particular useful to separately analyze response retrieval and distractor inhibition effects. Computer-based experiments are used to collect the data (reaction times and error rates). In a number of sequentially presented pairs of stimulus arrays (prime-probe design), participants respond to targets while ignoring distractor stimuli. Importantly, the factors response relation in the arrays of each pair (repetition vs. change) and distractor relation (repetition vs. change) are varied orthogonally. The repetition of the same distractor then has a different effect depending on response relation (repetition vs. change) between arrays. This result pattern can be explained by response retrieval due to distractor repetition. In addition, distractor inhibition effects are indicated by a general advantage due to distractor repetition. The described paradigm has proven useful to determine relevant parameters for response retrieval effects on human action.

The distractor-response binding paradigm is described. It can be used to shed light on the influence irrelevant stimuli, competing with targets for a response, can have on human action. Both response retrieval effects and distractor inhibition effects can be analyzed within the paradigm.

גירויים לא רלוונטיים ופעולת בקרה: ניתוח ההשפעה של גירויים שהתעלמו מן באמצעות המסיח-תגובת איגוד פרדיגמה

Selection tasks in which simple stimuli (e.g. letters) are presented and a target stimulus has to be selected against one or more distractor stimuli are ...

fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced version of the task using fMRI (functional magnetic resonance imaging). Recently, it has been shown that fNIRS can accurately record functional brain activities equivalent to those concurrently recorded with functional magnetic resonance imaging for classic psychophysical tasks and simple finger tapping paradigms. However, an often quoted benefit of fNIRS is that the technique allows for studying neural mechanisms of complex, naturalistic behaviors that are not possible using the constrained environment of fMRI. Our goal was to extend the findings of previous studies that have shown high correlation between concurrently recorded fNIRS and fMRI signals to compare neural recordings obtained in fMRI procedures to those separately obtained in naturalistic fNIRS experiments. Specifically, we developed a modified version of the dance video game Dance Dance Revolution (DDR) to be compatible with both fMRI and fNIRS imaging procedures. In this methodology we explain the modifications to the software and hardware for compatibility with each technique as well as the scanning and calibration procedures used to obtain representative results. The results of the study show a task-related increase in oxyhemoglobin in both modalities and demonstrate that it is possible to replicate the findings of fMRI using fNIRS in a naturalistic task. This technique represents a methodology to compare fMRI imaging paradigms which utilize a reduced-world environment to fNIRS in closer approximation to naturalistic, full-body activities and behaviors. Further development of this technique may apply to neurodegenerative diseases, such as Parkinson&#8217;s disease, late states of dementia, or those with magnetic susceptibility which are contraindicated for fMRI scanning.

We present a method to compare functional brain activity recorded during a naturalistic task using fNIRS with activity recorded during fMRI.

fMRI אישור של מדידות fNIRS במהלך משימה נטורליסטי

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced ...

Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning process. Here a method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process. This discovery-learning task uses an infant activated mobile that rotates and plays music based on specified leg action of infants. Supine infants activate the mobile by moving their feet vertically across a virtual threshold. This paradigm is unique in that as infants independently discover that their leg actions activate the mobile, the infants&#8217; leg movements are tracked using a motion capture system allowing for the quantification of the learning process. Specifically, learning is quantified in terms of the duration of mobile activation, the position variance of the end effectors (feet) that activate the mobile, changes in hip-knee coordination patterns, and changes in hip and knee muscle torque. This information describes infant exploration and exploitation at the interplay of person and environmental constraints that support task-specific action. Subsequent research using this method can investigate how specific impairments of different populations of infants at risk for movement disorders influence the discovery-learning process for task-specific action.

A method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process.

כימות למידה בתינוקות צעירים: פעולות מעקב רגלו במהלך משימה למידת גילוי

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning ...

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation (MUNE) Measuring Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse Hindlimb Muscles

Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the functional status of a motor unit pool in vivo. These measures can provide insight into the normal development and degeneration of the neuromuscular system. These measures have clear translational potential because they are routinely applied in diagnostic and clinical human studies. We present electrophysiological techniques similar to those employed in humans to allow recordings of mouse sciatic nerve function. The CMAP response represents the electrophysiological output from a muscle or group of muscles following supramaximal stimulation of a peripheral nerve. MUNE is an electrophysiological technique that is based on modifications of the CMAP response. MUNE is a calculated value that represents the estimated number of motor neurons or axons (motor control input) supplying the muscle or group of muscles being tested. We present methods for recording CMAP responses from the proximal leg muscles using surface recording electrodes following the stimulation of the sciatic nerve in mice. An incremental MUNE technique is described using submaximal stimuli to determine the average single motor unit potential (SMUP) size. MUNE is calculated by dividing the CMAP amplitude (peak-to-peak) by the SMUP amplitude (peak-to-peak). These electrophysiological techniques allow repeated measures in both neonatal and adult mice in such a manner that facilitates rapid analysis and data collection while reducing the number of animals required for experimental testing. Furthermore, these measures are similar to those recorded in human studies allowing more direct comparisons.

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation MUNE Measuring Compound Muscle Action Potential CMAP in Mouse Hindlimb Muscles

We present refined protocols that allow in vivo monitoring of motor unit function in the mouse. Techniques to measure compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) in the mouse hind limb muscles innervated by the sciatic nerve are described.

אלקטרו מנוע יחידת מספר הערכה (mune) מדידת פוטנציאל פעולה שרירים מתחם (מבנה מפת צבעים) בשרירי העכבר Hindlimb

Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the ...

Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, NEBS can be applied transcranially either as direct current stimulation (tDCS) or alternating current stimulation (tACS). These stimulation types exert time-, dose- and in the case of tDCS polarity-specific effects on motor function and skill learning in healthy subjects. Lately, tDCS has been used to augment the therapy of motor disabilities in patients with stroke or movement disorders. This article provides a step-by-step protocol for targeting the primary motor cortex with tDCS and transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range. The setup of two different stimulation montages is explained. In both montages the emitting electrode (the anode for tDCS) is placed on the primary motor cortex of interest. For unilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the contralateral forehead while for bilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the opposite primary motor cortex. The advantages and disadvantages of each montage for the modulation of cortical excitability and motor function including learning are discussed, as well as safety, tolerability and blinding aspects.

Non-invasive electrical brain stimulation can modulate cortical function and behavior, both for research and clinical purposes. This protocol describes different brain stimulation approaches for modulation of the human motor system.

מצרפי גירוי מוחי חשמל לא פולשני אפנון של תפקוד האדם מוטורי

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

Combining Multiple Data Acquisition Systems to Study Corticospinal Output and Multi-segment Biomechanics

Transcranial magnetic stimulation techniques allow for an in-depth investigation into the neural mechanisms that underpin human behavior. To date, the use of TMS to study human movement, has been limited by the challenges related to precisely timing the delivery of TMS to features of the unfolding movement and, also, by accurately characterizing kinematics and kinetics. To overcome these technical challenges, TMS delivery and acquisition systems should be integrated with an online motion tracking system. The present manuscript details technical innovations that integrate multiple acquisition systems to facilitate and advance the use of TMS to study human movement. Using commercially available software and hardware systems, a step-by-step approach to both the hardware assembly and the software scripts necessary to perform TMS studies triggered by specific features of a movement is provided. The approach is focused on the study of upper limb, planar, multi-joint reaching movements. However, the same integrative system is amenable to a multitude of sophisticated studies of human motor control.

The use of transcranial magnetic stimulation (TMS) to study human motor control requires the integration of data acquisition systems to control TMS delivery and simultaneously record human behavior. The present manuscript provides a detailed methodology for integrating data acquisition systems for the purpose of investigating human movement via TMS.

שילוב מערכות נתונים רכישה מרובות לחקר פלט corticospinal ורב-קטע ביומכניקה

Transcranial magnetic stimulation techniques allow for an in-depth investigation into the neural mechanisms that underpin human behavior. To date, the use ...

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to integrate cognitive neural processes. Transcranial alternating current stimulation (tACS) holds the promise to elucidate the causal link between specific frequencies of oscillatory brain activity and cognitive processes. Simultaneous electroencephalography (EEG) recording during tACS would offer an opportunity to directly explore immediate neurophysiological effects of tACS. However, it is not trivial to measure EEG signals during tACS, as tACS creates a huge artifact in EEG data. Here we explain how to set up concurrent tACS-EEG experiments. Two necessary considerations for successful EEG recording while applying tACS are highlighted. First, bridging of the tACS and EEG electrodes via leaking EEG gel immediately saturates the EEG amplifier. To avoid bridging via gel, the viscosity of the EEG gel is the most important parameter. The EEG gel must be viscous to avoid bridging, but at the same time sufficiently fluid to create contact between the tACS electrode and the scalp. Second, due to the large amplitude of the tACS artifact, it is important to consider using an EEG system with a high resolution analog-to-digital (A/D) converter. In particular, the magnitude of the tACS artifact can exceed 100 mV at the vicinity of a stimulation electrode when 1 mA tACS is applied. The resolution of the A/D converter is of importance to measure good quality EEG data from the vicinity of the stimulation site. By following these guidelines for the procedures and technical considerations, successful concurrent EEG recording during tACS will be realized.

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

In this article we explain how to set up a concurrent transcranial alternating current stimulation and EEG experiment.

Electroencephalography הקלטה במקביל במהלך Transcranial זרם חילופין גירוי (TACs)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to ...

Gaze in Action: Head-mounted Eye Tracking of Children's Dynamic Visual Attention During Naturalistic Behavior

Young children's visual environments are dynamic, changing moment-by-moment as children physically and visually explore spaces and objects and interact with people around them. Head-mounted eye tracking offers a unique opportunity to capture children's dynamic egocentric views and how they allocate visual attention within those views. This protocol provides guiding principles and practical recommendations for researchers using head-mounted eye trackers in both laboratory and more naturalistic settings. Head-mounted eye tracking complements other experimental methods by enhancing opportunities for data collection in more ecologically valid contexts through increased portability and freedom of head and body movements compared to screen-based eye tracking. This protocol can also be integrated with other technologies, such as motion tracking and heart-rate monitoring, to provide a high-density multimodal dataset for examining natural behavior, learning, and development than previously possible. This paper illustrates the types of data generated from head-mounted eye tracking in a study designed to investigate visual attention in one natural context for toddlers: free-flowing toy play with a parent. Successful use of this protocol will allow researchers to collect data that can be used to answer questions not only about visual attention, but also about a broad range of other perceptual, cognitive, and social skills and their development.

Gaze in Action: Head-mounted Eye Tracking of Children&#039;s Dynamic Visual Attention During Naturalistic Behavior

Young children do not passively observe the world, but rather actively explore and engage with their environment. This protocol provides guiding principles and practical recommendations for using head-mounted eye trackers to record infants' and toddlers' dynamic visual environments and visual attention in the context of natural behavior.

נצפה בפעולה: מעקב רכוב ראש העין של תשומת לב ויזואלית דינאמית לילדים במהלך התנהגות נטורליסטי

Young children's visual environments are dynamic, changing moment-by-moment as children physically and visually explore spaces and objects and interact ...