이 연구는 부분적으로 나이트 캠퍼스 학부 장학생 프로그램과 필 앤 페니 나이트 재단의 관대 한 자금 지원으로 가능했습니다.

여기에 설명 된 모든 방법은 IRB 프로토콜 및 승인 (University of Oregon IRB 프로토콜 번호 10182017.017)에 따라 수행되었습니다. 모든 피험자로부터 정보에 입각 한 동의를 얻었다.
1. 도달 장치
<ol><li>대형 그래픽 태블릿을 바탕 화면에 평평하게 놓습니다.</li>
	<li>조정 가능한 80-20 알루미늄 프레임을 사용하여 화면이 위쪽을 향하도록 작업 모니터를 태블릿 위에 6-8을 평행하게 배치합니다(청사진은 여기에서 확인: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS 및 보충 그림 1). 알림: 이 설정을 통해 참가자는 태블릿을 가로질러 손을 뻗어 작업 모니터에 표시된 대상을 획득하면서 도달하는 팔의 시야를 가릴 수 있습니다.</li>
	<li>Kim et al.3 에 설명된 설정을 참조로 사용하십시오.</li>
</ol>2. 기계 인터페이스
<ol><li>USB 포트를 통해 태블릿을 컴퓨터에 연결합니다. HDMI 포트를 통해 작업 모니터를 컴퓨터에 연결합니다. DB-9 케이블을 통해 후면 TMS 포트를 컴퓨터에 연결합니다.</li>
	<li>PCI-6220 카드 DAQ를 통해 EMG 시스템을 컴퓨터에 연결합니다. BNC 케이블을 통해 광 다이오드를 EMG 시스템에 연결합니다.</li>
</ol>3. 포토다이오드 센서
<ol><li>광 다이오드 센서를 BNC 케이블에 연결합니다. 포토다이오드 센서를 테이프로 작업 모니터의 오른쪽 상단 모서리에 고정하고 센서가 화면을 향하도록 ≤ 1cm 거리에 둡니다. 알림: 이렇게 하면 작업 모니터에 표시된 자극의 타이밍이 독립적인 입력 채널에 아날로그 데이터로 기록됩니다.</li>
</ol>4. 소프트웨어
<ol><li>MATLAB2018 용 VETA 툴박스 26 (https://github.com/greenhouselab/Veta)을 다운로드하여 데이터 수집을 위한 하드웨어와 인터페이스하십시오.</li>
	<li>실험 파라미터를 제어하고 태블릿과의 인터페이스를 위해 개발된 도달 작업 코드(https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS)를 다운로드하십시오.</li>
</ol>5. 참가자 심사 및 사전 동의
<ol><li>TMS에 대한 금기 사항에 대해 피험자를 선별하십시오. 제외 기준에는 발작, 두통, 뇌 외상, 실신, 만성 스트레스 또는 불안, 수면 문제 및 신경 활성 약물의 개인 또는 가족력이 포함됩니다. 추가 제외 기준에는 뇌 또는 두개골의 금속 임플란트와 테스트 전 24시간 동안의 기분 전환용 약물 또는 알코올 사용이 포함됩니다. 포함 기준에는 오른손잡이와 18세에서 35세 사이의 연령이 포함되었습니다.</li>
	<li>절차 및 관련 위험에 대한 서면 설명을 제공하고 참가자가 가질 수 있는 추가 질문을 명확히 합니다.</li>
	<li>참가자로부터 정보에 입각한 동의를 얻습니다.</li>
</ol>6. 주제 설정
<ol><li>태블릿을 향한 편안한 의자에 피사체를 놓습니다. 다리를 책상 아래에 두고 무릎이 90°로 구부러져 있는지 확인합니다.</li>
	<li>피부를 준비하고 EMG 전극을 배치하십시오.<ol><li>미세한 사포를 사용하여 오른쪽 첫 번째 등쪽 골간(FDI), 신근 카르피 요골 및 전방 삼각근 부위의 피부와 목 기저부의 C4 돌출부를 부드럽게 연마하여 TMS 펄스에 의해 생성된 전기 인공물을 감지합니다. 알림: 근육 기록 사이트는 사용자 요구에 따라 조정할 수 있습니다.</li>
		<li>각 마모 부위를 전극 부위당 한 번씩 알코올 준비 패드로 면봉으로 닦아 청소합니다.</li>
		<li>각 부위에 하나의 EMG 전극을 배치합니다. 전극이 근육 섬유에 수직으로 움직이는지 확인하십시오. 접지 전극을 오른쪽 팔꿈치의 뼈 돌출부에 놓습니다.</li>
		<li>의료용 테이프로 각 전극을 고정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>EMG 녹음 품질을 확인하십시오. VETA 도구 상자를 사용하여 모든 EMG 추적을 시각화하고 아티팩트가 없는지 확인하십시오. EMG 흔적에 노이즈가 있는 경우 접지가 올바르게 배치되고 모든 전극이 피부에 적절하게 접촉하는지 확인하십시오.</li>
</ol>7. 경두개 자기 자극
<ol><li>TMS 기기를 켭니다.</li>
	<li>왼쪽 M1의 자극을 통해 오른쪽 FDI 근육의 TMS 핫스팟 을 찾으십시오.<ol><li>코일을 정중선에서 ~5° 떨어진 방향으로 머리의 정점 가장자리 ~5cm 및 앞쪽 ~45cm에 놓습니다.</li>
		<li>4초마다 한 번씩 TMS 펄스를 투여하면서 전방-후방 및 내측 측면 평면에서 약 5mm 단위로 코일을 재배치합니다.</li>
		<li>최대 자극기 출력의 30%에서 시작하여 MEP가 관찰될 때까지 TMS 강도를 2%씩 점진적으로 증가시킵니다.</li>
		<li>MEP가 가능한 가장 낮은 자극기 강도에서 펄스의 대부분(~75%)에서 안정적으로 유도될 수 있는 최적의 위치가 식별되면 10개의 펄스 중 5개에서 피크 대 피크 진폭이 >50μV인 MEP를 생성하는 강도 수준을 찾아 휴식 모터 임계값(RMT)을 결정합니다.</li>
		<li>코일 둘레를 따라 참가자의 머리에 얇은 반사 테이프 스트립을 부드럽게 배치하여 위치를 표시하십시오. 코일을 수동으로 잡거나 스탠드를 사용하여 코일을 지지하여 코일 위치를 유지하십시오.</li>
	</ol></li>
</ol>8. 작업 설정에 도달
<ol><li>참가자의 오른손에 벨크로 장갑을 끼고 편안한 파워 그립 자세를 취하십시오.</li>
	<li>스타일러스를 장갑에 부착하고 피사체에게 손을 뻗는 움직임 사이에 손을 편안하게 유지하도록 조언하십시오.</li>
	<li>다음과 같은 작업 지침을 전달합니다. 커서를 화면 하단의 홈 위치로 안내합니다. 두 대상 위치 중 하나에 신호가 표시됩니다. 대상이 색상으로 채워지면 가능한 한 빠르고 정확하게 대상을 통과하십시오. 그런 다음 홈 위치로 돌아갑니다. 홈 위치, 큐 및 대상의 위치를 나타냅니다(그림 1A).</li>
	<li>참가자가 스타일러스로 가능한 한 빠르고 정확하게 대상을 절단하도록 코치하십시오. 작업실의 조명을 꺼서 참가자의 팔 움직임에 대한 시야를 가리고 작업 모니터의 가시성을 향상시킵니다.</li>
</ol>9. 작업 설계
<ol><li>Matlab 2018에서 Psychtoolbox 3.0으로 시각 자극 프레젠테이션을 제어합니다(보충 코딩 파일 1).</li>
	<li>다음 매개 변수를 사용하여 현재 데이터를 일치시킵니다. 20번의 연습 시도; 270 번의 시험 시험; 시험 시험의 4/5에 대한 TMS; TMS는 동일한 주파수로 준비 큐 시작(기준 TMS) 또는 명령형 큐 (지연 TMS) 100ms 전에 일치합니다. 전체 시행의 1/10은 명령형 단서가 나타나지 않는 캐치 시행입니다. 홈 위치는 작업 공간의 하단 중앙에 위치한 반경 2cm의 원입니다. 반경이 1cm 인 두 개의 원형 대상은 홈 위치에서 15cm 떨어진 정중선에서 + 45 ° 및 -45 ° 떨어져 있습니다.</li>
	<li>이벤트 순서와 기간을 준비 신호는 900ms, 명령적 신호는 900ms로 설정합니다.</li>
</ol>10. TMS 관리
<ol><li>VETA 도구 상자는 TMS를 동시에 관리하고 EMG https://github.com/greenhouselab/Veta 기록합니다.</li>
	<li>선택한 행동 이벤트(즉, 준비 큐의 시작 또는 목표 시작 100ms 이전)와 일치하도록 VETA 도구 상자로 TMS 펄스의 타이밍을 제어합니다.</li>
	<li>분석을 위한 충분한 수의 MEP를 보장하기 위해 충분한 빈도로 TMS를 제공합니다. 참고: 작성된 대로 작업 코드는 기준 MEP를 유도하기 위한 준비 단서가 시작될 때 또는 지연된 MEP를 유도하기 위한 명령적 단서 100ms 전에 총 시험의 4/5에 대해 TMS 펄스를 전달합니다. 매개 변수는 사용자 요구에 따라 코드에서 조정할 수 있습니다. TMS가 없는 시험은 TMS가 없는 경우 행동 수행을 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 TMS가 성능에 미칠 수 있는 영향을 결정하는 데 유용합니다.</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. 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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>

모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.

위에서 설명한 방법은 행동에 도달하는 맥락에서 운동 준비를 연구하는 새로운 접근 방식을 제공합니다. 도달은 운동 제어 및 학습 연구에서 인기 있는 모델 작업이지만 도달 행동과 관련된 CS 역학을 정확하게 평가할 필요가 있습니다. TMS는 도달하는 동안 개별 시점에서 CS 활동을 캡처하는 비침습적이고 시간적으로 정확한 방법을 제공합니다. 여기에 설명된 접근 방식은 TMS와 도달?...

목표 지향적 도달은 인간이 외부 환경과 상호 작용하고 조작할 수 있도록 하는 기본적인 운동 행동입니다. 운동 생리학, 심리학 및 신경 과학 분야의 도달 연구는 다양한 방법론을 포함하는 풍부하고 광범위한 문헌을 생산했습니다. 도달에 대한 초기 연구는 단일 뉴런 수준에서 신경 활동을 조사하기 위해 인간이 아닌 영장류에서 직접 신경 기록을 사용했습니다 1,2. 보다 최근의 연구에서는 운동 학습 및 제어 3,4,5의 본질을 탐구하기 위해 감각 운동 적응을 사용하는 행동 패러다임을 사용하여 도달하는 것을 조사했습니다. 기능적 자기 공명 영상 및 뇌파 검사와 결합 된 이러한 행동 작업은 인간에 도달하는 동안 전체 뇌 활동을 측정 할 수 있습니다 6,7. 다른 연구에서는 도달 준비 및 실행 8,9,10,11,12,13,14의 다양한 기능을 조사하기 위해 온라인 TMS를 적용했습니다. 그러나 도달에 대한 행동 평가와 TMS를 결합한 오픈 소스의 유연한 접근 방식이 여전히 필요합니다. TMS와 행동 프로토콜을 결합하는 유용성은 매우 잘 확립되어 있지만15, 여기에서는 오픈 소스 접근 방식을 사용하여 도달하는 맥락에서 TMS의 적용을 구체적으로 검토합니다. 이 방법의 조합을 사용하여 출판 한 다른 그룹이 도구를 쉽게 사용할 수 없게하여 직접 복제를 금지한다는 점에서 이것은 참신합니다. 이 오픈 소스 접근 방식은 복제, 데이터 공유 및 다중 사이트 연구의 가능성을 용이하게 합니다. 또한 다른 사람들이 유사한 도구를 사용하여 새로운 연구 질문을 추구하려는 경우 오픈 소스 코드는 쉽게 적용할 수 있으므로 혁신을 위한 발판 역할을 할 수 있습니다.
TMS는 정밀하게 제어된 시점(16)에서 모터 시스템을 프로빙하는 비침습적 수단을 제공한다. 일차 운동 피질 (M1)에 적용될 때, TMS는 표적 근육의 근전도에서 측정 가능한 편향을 유도 할 수 있습니다. 모터 유발 전위 (MEP)로 알려진이 전압 파의 진폭은 피질 척수 (CS) 경로의 순간 흥분성 상태의 지표 - CS 경로(17)에 대한 모든 흥분성 및 억제 영향의 결과적인 유사체)를 제공한다. TMS는 내재적 CS 흥분성에 대한 신뢰할 수 있는 피험자 내 측정을 제공하는 것 외에도 다른 행동 또는 운동학적 메트릭과 결합하여 CS 활동과 행동 간의 관계를 시간적으로 정확한 방식으로 조사할 수 있습니다. 많은 연구에서 TMS와 근전도 검사(EMG)의 조합을 활용하여 운동 시스템에 대한 다양한 질문을 해결했으며, 특히 이러한 방법의 조합으로 인해 광범위한 행동 조건에서 MEP를 조사할 수 있기 때문에15. 이것이 특히 유용한 것으로 입증 된 한 영역은 행동 준비 연구이며, 대부분 단일 관절 운동18에 대한 연구를 통해 이루어집니다. 그러나 도달과 같은 자연주의적 다관절 운동에 대한 TMS 연구는 비교적 적습니다.
현재 목표는 행동 운동학, 온라인 단일 펄스 TMS 관리 및 여러 근육의 동시 EMG 기록을 포함하는 지연 응답 도달 작업을 설계하는 것이 었습니다. 이 작업에는 시각적 피드백이 궤도에 도달하도록 수평 방향 모니터를 사용하는 온라인 시각적 피드백을 사용하는 2차원 지점 간 도달 패러다임이 포함됩니다(즉, 실제 피드백 동안 1:1 관계이며 시각적 피드백과 모션 간의 변환이 없음). 현재 설계에는 시각 운동 섭동이 있는 일련의 시도도 포함됩니다. 제공된 예에서 이는 커서 피드백의 20° 회전 이동입니다. 이전 연구에서는 감각 운동 적응 19,20,21,22,23,24,25와 관련된 메커니즘 및 계산에 대한 질문을 해결하기 위해 유사한 도달 패러다임을 사용했습니다. 또한 이 접근 방식을 통해 온라인 운동 학습 중 정확한 시점에서 운동 시스템 흥분성 역학을 평가할 수 있습니다.
도달은 학습 / 적응을 조사하는 데 유익한 행동으로 입증 되었기 때문에이 행동의 맥락에서 CS 흥분성을 평가하는 것은 이러한 행동과 관련된 신경 기질을 밝힐 수있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 여기에는 비인간 영장류 연구에서 확립 된 바와 같이 국소 억제 영향, 튜닝 특성의 변화, 신경 사건의시기 등이 포함될 수 있습니다. 그러나 이러한 특징은 인간 및 임상 집단에서 정량화하기가 더 어려웠습니다. 신경 역학은 또한 결합 된 TMS 및 EMG 접근법을 사용하여 인간의 명백한 움직임이없는 경우 (즉, 운동 준비 중 또는 휴식시) 조사 할 수 있습니다.
제시된 도구는 오픈 소스이며 코드는 쉽게 적용 할 수 있습니다. 이 새로운 패러다임은 도달 운동의 준비, 실행, 종료 및 적응과 관련된 메커니즘에 대한 중요한 통찰력을 생성합니다. 더욱이, 이러한 방법의 조합은 전기 생리학과 인간의 도달 행동 사이의 관계를 밝힐 가능성이 있습니다.

<table><tbody><tr><td>2-Port Native PCI Express&amp;nbsp;</td><td>StarTech.com</td><td>RS232 Card with 16950 UART&amp;nbsp;</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&amp;rdquo; (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&amp;nbsp;</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&amp;nbsp;</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&amp;nbsp;</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

도달은 운동 생리학 및 신경 과학 연구에서 널리 연구 된 행동입니다. 도달은 다양한 행동 조작을 사용하여 조사되었지만 도달 계획, 실행 및 제어와 관련된 신경 과정에 대한 이해에는 상당한 차이가 남아 있습니다. 여기에 설명된 새로운 접근 방식은 2차원 도달 작업과 경두개 자기 자극(TMS) 및 여러 근육의 동시 근전도(EMG) 기록을 결합합니다. 이 방법은 도달 운동이 펼쳐지는 동안 정확한 시점에서 피질 척수 활동의 비 침습적 감지를 허용합니다. 예제 작업 코드에는 두 개의 가능한 대상이 중간선에서 45° ± 표시된 지연 응답 도달 작업이 포함되어 있습니다. 단일 펄스 TMS는 준비 단서가 시작될 때(기준선) 또는 명령형 단서(지연) 100ms 전에 대부분의 작업 시도에서 전달됩니다. 이 샘플 디자인은 도달 범위 준비 중 피질 척수 흥분성의 변화를 조사하는 데 적합합니다. 샘플 코드에는 도달 준비 중 피질 척수 흥분성에 대한 적응의 영향을 조사하기 위한 시운동 섭동(즉, ± 20°의 커서 회전)도 포함됩니다. 작업 매개 변수 및 TMS 전달은 도달 동작 중 모터 시스템 상태에 대한 특정 가설을 해결하도록 조정할 수 있습니다. 초기 구현에서 TMS 시험의 83%에서 운동 유발 전위(MEP)를 성공적으로 유도했으며 모든 시험에서 도달 궤적이 기록되었습니다.

설명 된 방법의 성공적인 실행에는 태블릿 데이터 기록, EMG 추적 및 MEP의 안정적인 유도가 포함됩니다. 시험의 4/5 (216 시험)에서 TMS가 전달 된 270 건의 시험 시험을 포함하는 실험이 완료되었습니다.
데이터는 25 세±에서 10 세 사이의 16 명의 참가자 (여성 8 명, 남성 8 명)로부터 수집되었으며, 모두 오른 손잡이라고보고했습니다. 우리는 한 명의 대표 참가자에 대한 학습 함수를...

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Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

도달은 인간이 환경과 상호 작용할 수 있도록하는 기본 기술입니다. 여러 연구에서 다양한 방법론을 사용하여 도달 행동을 특성화하는 것을 목표로 했습니다. 이 논문은 작업 수행에 도달하는 동안 인간의 피질 척수 흥분성 상태를 평가하기 위해 경두개 자기 자극의 오픈 소스 응용 프로그램을 제공합니다.

목표 지향적 도달 행동 중 피질 척수 흥분성 평가

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 조회수.  University of Oregon. 도달은 인간이 환경과 상호 작용할 수 있도록하는 기본 기술입니다. 여러 연구에서 다양한 방법론을 사용하여 도달 행동을 특성화하는 것을 목표로 했습니다. 이 논문은 작업 수행에 도달하는 동안 인간의 피질 척수 흥분성 상태를 평가하기 위해 경두개 자기 자극의 오픈 소스 응용 프로그램을 제공합니다.

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Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

This study used the transcranial magnetic stimulation/motor evoked potential (TMS/MEP) technique to pinpoint when the automatic tendency to mirror someone else's action becomes anticipatory simulation of a complementary act. TMS was delivered to the left primary motor cortex corresponding to the hand to induce the highest level of MEP activity from the abductor digiti minimi (ADM; the muscle serving little finger abduction) as well as the first dorsal interosseus (FDI; the muscle serving index finger flexion/extension) muscles. A neuronavigation system was used to maintain the position of the TMS coil, and electromyographic (EMG) activity was recorded from the right ADM and FDI muscles. Producing original data with regard to motor resonance, the combined TMS/MEP technique has taken research on the perception-action coupling mechanism a step further. Specifically, it has answered the questions of how and when observing another person's actions produces motor facilitation in an onlooker's corresponding muscles and in what way corticospinal excitability is modulated in social contexts.

Single-pulse transcranial magnetic stimulation over the primary motor cortex, neuronavigation, and registration of electromyographic activity of hand muscles were used in this study to explore corticospinal excitability while participants were observing action sequences.

행동 관찰 중 코르티코피날 흥분성 변조

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

연구

행동분석학

Methods to Explore the Influence of Top-down Visual Processes on Motor Behavior

Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are deliberately planned, while others spontaneously occur below conscious awareness. The deliberate component of this dichotomy has been studied extensively in several contexts, while the spontaneous component remains largely under-explored. Moreover, how perceptual processes modulate these movement classes is still unclear. In particular, a currently debated issue is whether the visuomotor system is governed by the spatial percept produced by a visual illusion or whether it is not affected by the illusion and is governed instead by the veridical percept. Bistable percepts such as 3D depth inversion illusions (DIIs) provide an excellent context to study such interactions and balance, particularly when used in combination with reach-to-grasp movements. In this study, a methodology is developed that uses a DII to clarify the role of top-down processes on motor action, particularly exploring how reaches toward a target on a DII are affected in both deliberate and spontaneous movement domains.

It is unclear how top-down signals from the ventral visual stream affect movement. We developed a paradigm to test motor behavior towards a target on a 3D depth inversion illusion. Significant differences are reported in both deliberate, goal-directed movements and automatic actions under illusory and veridical viewing conditions.

모터 동작 톱 다운 비주얼 프로세스의 영향을 탐색하는 방법

Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are ...

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

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

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

인간의 힘과 위치 제어 - 증강 피드백의 역할

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

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be time-intensive and ambiguous to quantify beyond simple success rates. Here, we describe the training procedure for reach-and-pull tasks with ETH Pattus, a robotic platform for automated forelimb reaching training that records pulling and hand rotation movements in rats. Kinematic quantification of the performed pulling attempts reveals the presence of distinct temporal profiles of movement parameters such as pulling velocity, spatial variability of the pulling trajectory, deviation from midline, as well as pulling success. We show how minor adjustments in the training paradigm result in alterations in these parameters, revealing their relation to task difficulty, general motor function or skilled task execution. Combined with electrophysiological, pharmacological and optogenetic techniques, this paradigm can be used to explore the mechanisms underlying motor learning and memory formation, as well as loss and recovery of function (e.g. after stroke).

A paradigm is presented for training and analysis of an automated skilled reaching task in rats. Analysis of pulling attempts reveals distinct subprocesses of motor learning.

로봇 형 조작기와 모터 스킬 학습 과정 조사

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

Intracortical Inhibition Within the Primary Motor Cortex Can Be Modulated by Changing the Focus of Attention

It is well recognized that an external focus (EF) compared with an internal focus (IF) of attention improves motor learning and performance. Studies have indicated benefits in accuracy, balance, force production, jumping performance, movement speed, oxygen consumption, and fatiguing task. Although behavioral outcomes of using an EF strategy are well explored, the underlying neural mechanisms remain unknown. A recent TMS study compared the activity of the primary motor cortex (M1) between an EF and an IF. More precisely, this study showed that, when adopting an EF, the activity of intracortical inhibitory circuits is enhanced.
On the behavioral level, the present protocol tests the influence of attentional foci on the time to task failure (TTF) when performing submaximal contractions of the first dorsal interosseous (FDI). Additionally, the current paper describes two TMS protocols to assess the influence of attentional conditions on the activity of cortical inhibitory circuits within the M1. Thus, the present article describes how to use single-pulse TMS at intensities below the motor threshold (subTMS) and paired-pulse TMS, inducing short-interval intracortical inhibition (SICI) when applied to the M1. As these methods are assumed to reflect the responsiveness of GABAergic inhibitory neurons, without being affected by spinal reflex circuitries, they are well suited to measuring the activity of intracortical inhibitory circuits within the M1.
The results show that directing attention externally improves motor performance, as participants were able to prolong the time to task failure. Moreover, the results were accompanied by a larger subTMS-induced electromyography suppression and SICI when adopting an EF compared to an IF. As the level of cortical inhibition within the M1 was previously demonstrated to influence motor performance, the enhanced inhibition with an EF might contribute to the better movement efficiency observed in the behavioral task, indicated by a prolonged TTF with an EF.

Using two different transcranial magnetic stimulation (TMS) protocols, this manuscript describes how to measure and compare cortical inhibition within the primary motor cortex when adopting different attentional foci.

기본 모터 피 질 내에서 intracortical 저해 관심의 초점을 변경 하 여 변조 될 수 있습니다.

It is well recognized that an external focus (EF) compared with an internal focus (IF) of attention improves motor learning and performance. Studies have ...

A Modified Lean and Release Technique to Emphasize Response Inhibition and Action Selection in Reactive Balance

Assessment of reactive balance traditionally imposes some type of perturbation to upright stance or gait followed by measurement of the resultant corrective behavior. These measures include muscle responses, limb movements, ground reaction forces, and even direct neurophysiological measures such as electroencephalography. Using this approach, researchers and clinicians can infer some basic principles regarding how the nervous system controls balance to avoid a fall. One limitation with the way in which these assessments are currently used is that they heavily emphasize reflexive actions without any need to revise automatic postural reactions. Such an exclusive focus on these highly stereotypical reactions would fail to adequately address how we can modify these reactions should the need arise (e.g., avoiding an obstacle with a recovery step). This would appear to be a glaring omission when one considers the enormous complexity of the environments we face daily. Overall, the status quo when evaluating the neural control of balance fails to truly expose how higher brain resources contribute to preventing falls in complex settings. The present protocol offers a way to require suppression of automatic, but inappropriate corrective balance reactions, and force a selection among alternative action choices to successfully recover balance following postural perturbation.

Here we offer a protocol that allows the user to selectively change affordances and/or constraints on movements that are relevant for recovering balance after postural perturbation.

반응성 균형에서 반응 억제 및 행동 선택을 강조하는 수정된 린 및 방출 기술

Assessment of reactive balance traditionally imposes some type of perturbation to upright stance or gait followed by measurement of the resultant ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has provided important insights into fundamental processes of the brain like cognition, learning, and motor control. However, this approach cannot provide causal evidence for the involvement of brain areas of interest. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a powerful, noninvasive tool for studying the human brain that can overcome this limitation by transiently modifying brain activity. Here, we highlight recent advances using a paired-pulse, dual-site TMS method with two coils that causally probes cortico-cortical interactions in the human motor system during different task contexts. Additionally, we describe a dual-site TMS protocol based on cortical paired associative stimulation (cPAS) that transiently enhances synaptic efficiency in two interconnected brain areas by applying repeated pairs of cortical stimuli with two coils. These methods can provide a better understanding of the mechanisms underlying cognitive-motor function as well as a new perspective on manipulating specific neural pathways in a targeted fashion to modulate brain circuits and improve behavior. This approach may prove to be an effective tool to develop more sophisticated models of brain-behavior relations and improve diagnosis and treatment of many neurological and psychiatric disorders.

This article describes new approaches to measure and strengthen functionally specific neural pathways with transcranial magnetic stimulation. These advanced noninvasive brain stimulation methodologies can provide new opportunities for the understanding of brain-behavior relations and development of new therapies to treat brain disorders.

경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...

신경과학

An Emerging Target Paradigm to Evoke Fast Visuomotor Responses on Human Upper Limb Muscles

To reach towards a seen object, visual information has to be transformed into motor commands. Visual information such as the object&#8217;s color, shape, and size are processed and integrated within numerous brain areas, then ultimately relayed to the motor periphery. In some instances, a reaction is needed as fast as possible. These fast visuomotor transformations, and their underlying neurological substrates, are poorly understood in humans as they have lacked a reliable biomarker. Stimulus-locked responses (SLRs) are short latency (&#60;100 ms) bursts of electromyographic (EMG) activity representing the first wave of muscle recruitment influenced by visual stimulus presentation. SLRs provide a quantifiable output of rapid visuomotor transformations, but SLRs have not been consistently observed in all subjects in past studies. Here we describe a new, behavioral paradigm featuring the sudden emergence of a moving target below an obstacle that consistently evokes robust SLRs. Human participants generated visually guided reaches toward or away from the emerging target using a robotic manipulandum while surface electrodes recorded EMG activity from the pectoralis major muscle. In comparison to previous studies that investigated SLRs using static stimuli, the SLRs evoked with this emerging target paradigm were larger, evolved earlier, and were present in all participants. Reach reaction times (RTs) were also expedited in the emerging target paradigm. This paradigm affords numerous opportunities for modification that could permit systematic study of the impact of various sensory, cognitive, and motor manipulations on fast visuomotor responses. Overall, our results demonstrate that an emerging target paradigm is capable of consistently and robustly evoking activity within a fast visuomotor system.

Presented here is a behavioral paradigm that elicits robust fast visuomotor responses on human upper limb muscles during visually guided reaches.

인간의 상반신 근육에 빠른 Visuomotor 응답을 불러 일으키는 신흥 대상 패러다임

To reach towards a seen object, visual information has to be transformed into motor commands. Visual information such as the object&#8217;s color, shape, ...

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior

Fine motor skills are essential in everyday life and can be compromised in several nervous system disorders. The acquisition and performance of these tasks require sensory-motor integration and involve precise control of bilateral brain circuits. Implementing unimanual behavioral paradigms in animal models will improve the understanding of the contribution of brain structures, like the striatum, to complex motor behavior as it allows manipulation and recording of neural activity of specific nuclei in control conditions and disease during the performance of the task. 
Since its creation, optogenetics has been a dominant tool for interrogating the brain by enabling selective and targeted activation or inhibition of neuronal populations. The combination of optogenetics with behavioral assays sheds light on the underlying mechanisms of specific brain functions. Wireless head-mounted systems with miniaturized light-emitting diodes (LEDs) allow remote optogenetic control in an entirely free-moving animal. This avoids the limitations of a wired system being less restrictive for animals' behavior without compromising light emission efficiency. The current protocol combines a wireless optogenetics approach with high-speed videography in a unimanual dexterity task to dissect the contribution of specific neuronal populations to fine motor behavior.

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior

The present protocol describes how to use wireless optogenetics combined with high-speed videography in a single pellet reach-to-grasp task to characterize the neural circuits involved in the performance of skilled motor behavior in freely moving mice.

생체 내 숙련 된 운동 행동의 무선 광유전학 제어

Fine motor skills are essential in everyday life and can be compromised in several nervous system disorders. The acquisition and performance of these ...

<meta charset="utf8"></head><body>편측성 신경 손상에서 손 사용에 대한 정량적 평가

Block Building Task Identifies Distinct Groups of Left/Right-hand Choice Patterns After Unilateral Peripheral Nerve Injury

Numerous methods exist to assess hand and arm function after upper extremity peripheral nerve injury, but peripheral injuries are often unilateral, and few existing methods are designed to capture the unique consequences of unilateral injury. Unilateral impairment of an upper extremity can lead to increased or decreased use of the dominant hand, and either change may be adaptive or maladaptive depending on the individual patient&#8217;s needs. To identify atypical hand usage (left/right choices), researchers and clinicians need to measure it. However, hand usage is traditionally assessed with self-report surveys, which do not necessarily reflect actual left/right-hand choices. Here, this gap in knowledge is addressed with the Block Building Task (BBT), which provides a rapid, quantitative, inexpensive assessment of left/right-hand choices in an unconstrained environment. In the BBT, participants build abstract shapes with interlocking plastic bricks, with no instructions about hand usage. The primary outcome is the fraction of reaches (i.e., for the initial pickup of each brick) made with each hand. After unilateral peripheral nerve injury, patients fell into three clusters: approximately typical hand use (44%), always use the dominant hand (44%), or never use the dominant hand (13%). Even among patients with an injured dominant hand, atypically elevated use of the dominant hand occurred regularly (36%). Notably, hand usage was not predicted by clinical characteristics, so the BBT provides an objective measurement of left/right-hand choices that are not otherwise predictable from the clinical characteristics of patients with peripheral nerve injury. The BBT protocol will be of interest to researchers or clinicians interested in the assessment of conditions with asymmetric effects on the upper limb.

<meta charset="utf8"></head><body>Block Building Task는 편측성 말초 신경 손상 후 왼손/오른손 선택 패턴의 뚜렷한 그룹을 식별합니다.

The block-building task provides a rapid, objective, quantitative measurement of how often individuals choose to use their left versus right hand for reach-to-grasp action. After unilateral peripheral nerve injury, patients often shift to near-total usage of one hand, the direction of which is not predictable from other clinical factors.

Block Building Task는 편측성 말초 신경 손상 후 왼손/오른손 선택 패턴의 뚜렷한 그룹을 식별합니다.

Numerous methods exist to assess hand and arm function after upper extremity peripheral nerve injury, but peripheral injuries are often unilateral, and ...