Avaliando a excitabilidade corticoespinhal durante o comportamento de alcance direcionado a objetivos

Resumo

Alcançar é uma habilidade fundamental que permite que os seres humanos interajam com o ambiente. Diversos estudos têm como objetivo caracterizar o comportamento de alcance utilizando uma variedade de metodologias. Este artigo oferece uma aplicação de código aberto de estimulação magnética transcraniana para avaliar o estado de excitabilidade corticoespinhal em humanos durante o desempenho da tarefa.

Resumo

Alcançar é um comportamento amplamente estudado em fisiologia motora e pesquisa em neurociências. Embora o alcance tenha sido examinado usando uma variedade de manipulações comportamentais, ainda existem lacunas significativas na compreensão dos processos neurais envolvidos no planejamento, execução e controle do alcance. A nova abordagem descrita aqui combina uma tarefa de alcance bidimensional com estimulação magnética transcraniana (EMT) e eletromiografia simultânea (EMG) gravação de múltiplos músculos. Este método permite a detecção não invasiva da atividade corticoespinhal em pontos de tempo precisos durante o desdobramento dos movimentos de alcance. O código de tarefa de exemplo inclui uma tarefa de resposta atrasada com dois possíveis destinos exibidos ± 45° fora da linha média. A EMT de pulso único é entregue na maioria dos ensaios de tarefa, seja no início da sugestão preparatória (linha de base) ou 100 ms antes da sugestão imperativa (atraso). Este desenho amostral é adequado para investigar alterações na excitabilidade corticoespinhal durante a preparação do alcance. O código de amostra também inclui uma perturbação visuomotora (ou seja, rotação do cursor de ± 20°) para investigar os efeitos da adaptação na excitabilidade corticoespinhal durante a preparação do alcance. Os parâmetros da tarefa e a entrega da EMT podem ser ajustados para abordar hipóteses específicas sobre o estado do sistema motor durante o comportamento de alcance. Na implementação inicial, os potenciais evocados motores (PEmáx) foram obtidos com sucesso em 83% dos ensaios de EMT, e as trajetórias de alcance foram registradas em todos os ensaios.

Introdução

O alcance direcionado a metas é um comportamento motor fundamental que permite que os seres humanos interajam e manipulem o ambiente externo. O estudo do alcance nos campos da fisiologia motora, psicologia e neurociência produziu uma literatura rica e extensa que inclui uma variedade de metodologias. Os primeiros estudos de alcance utilizaram registros neurais diretos em primatas não humanos para investigar a atividade neural no nível de neurônios individuais ^1,2. Estudos mais recentes têm investigado o alcance utilizando paradigmas comportamentais que empregam a adaptação sensório-motora para explorar

Protocolo

Todos os métodos aqui detalhados foram realizados em conformidade com o protocolo IRB e aprovação (University of Oregon IRB protocol number 10182017.017). O consentimento informado foi obtido de todos os sujeitos.

1. Aparelhos de alcance

1. Coloque um tablet gráfico grande em uma área de trabalho.
2. Use uma estrutura de alumínio ajustável de 80 a 20 para posicionar o monitor de tarefas de 6 a 8 acima do tablet em paralelo, com a tela voltada para cima (para obter uma planta, confira aqui: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS e Figura 1 Suplementar).
   NOTA: Esta configuração permite qu....

Resultados

A execução bem-sucedida dos métodos descritos inclui o registro de dados do tablet, traços EMG e elicitação confiável de eurodeputados. Um experimento foi concluído que incluiu 270 ensaios de teste com TMS entregues em 4/5 dos ensaios (216 ensaios).

Os dados foram coletados de 16 participantes (oito mulheres; oito homens) com idades entre 25 ± 10 anos, todos autodeclarados destros. Avaliamos a eficácia da perturbação visual no desempenho comportamental derivando uma função de apr.......

Discussão

Os métodos descritos acima oferecem uma nova abordagem para estudar a preparação motora no contexto de alcançar comportamentos. Embora o alcance represente uma tarefa de modelo popular no estudo do controle motor e da aprendizagem, há uma necessidade de avaliar com precisão a dinâmica da SC associada ao comportamento de alcance. O TMS oferece um método não invasivo e temporalmente preciso de capturar a atividade de CS em pontos de tempo discretos durante o alcance. A abordagem aqui descrita comb.......

Materiais

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