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  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Raggiungere è un'abilità fondamentale che consente all'uomo di interagire con l'ambiente. Diversi studi hanno mirato a caratterizzare il raggiungimento del comportamento utilizzando una varietà di metodologie. Questo articolo offre un'applicazione open-source della stimolazione magnetica transcranica per valutare lo stato di eccitabilità corticospinale negli esseri umani durante il raggiungimento delle prestazioni del compito.

Abstract

Raggiungere è un comportamento ampiamente studiato nella fisiologia motoria e nella ricerca neuroscientifica. Mentre il raggiungimento è stato esaminato utilizzando una varietà di manipolazioni comportamentali, rimangono lacune significative nella comprensione dei processi neurali coinvolti nella pianificazione, esecuzione e controllo della portata. Il nuovo approccio qui descritto combina un compito di raggiungimento bidimensionale con la stimolazione magnetica transcranica (TMS) e la registrazione elettromiografica simultanea (EMG) da più muscoli. Questo metodo consente il rilevamento non invasivo dell'attività corticospinale in punti temporali precisi durante lo svolgimento dei movimenti di raggiungimento. Il codice dell'attività di esempio include una risposta ritardata che raggiunge l'attività con due possibili destinazioni visualizzate ± 45° dalla linea mediana. La TMS a impulso singolo viene erogata nella maggior parte delle prove di attività, sia all'inizio del segnale preparatorio (linea di base) o 100 ms prima del segnale imperativo (ritardo). Questo disegno di esempio è adatto per studiare i cambiamenti nell'eccitabilità corticospinale durante la preparazione della portata. Il codice di esempio include anche una perturbazione visuomotoria (cioè una rotazione del cursore di ± 20°) per studiare gli effetti dell'adattamento sull'eccitabilità corticospinale durante la preparazione della portata. I parametri dell'attività e la consegna TMS possono essere regolati per affrontare ipotesi specifiche sullo stato del sistema motorio durante il raggiungimento del comportamento. Nell'implementazione iniziale, i potenziali evocati motori (MEP) sono stati ottenuti con successo nell'83% degli studi TMS e le traiettorie di raggiungimento sono state registrate in tutti gli studi.

Introduction

Il raggiungimento diretto all'obiettivo è un comportamento motorio fondamentale che consente agli esseri umani di interagire e manipolare l'ambiente esterno. Lo studio del raggiungimento nei campi della fisiologia motoria, della psicologia e delle neuroscienze ha prodotto una letteratura ricca e ampia che include una varietà di metodologie. I primi studi sul raggiungimento hanno utilizzato registrazioni neurali dirette in primati non umani per studiare l'attività neurale a livello di singoli neuroni 1,2. Studi più recenti hanno studiato il raggiungimento utilizzando paradigmi comportamentali che impiegano l'ad....

Protocol

Tutti i metodi qui descritti sono stati eseguiti in conformità con il protocollo IRB e l'approvazione (numero di protocollo IRB dell'Università dell'Oregon 10182017.017). Il consenso informato è stato ottenuto da tutti i soggetti.

1. Apparato di raggiungimento

  1. Posizionare una tavoletta grafica di grandi dimensioni su un desktop.
  2. Utilizzare un telaio regolabile in alluminio 80-20 per posizionare il monitor di 6-8 pollici sopra il tablet in parallelo, con .......

Representative Results

L'esecuzione di successo dei metodi descritti include la registrazione dei dati delle compresse, le tracce EMG e l'elicitazione affidabile dei deputati al Parlamento europeo. È stato completato un esperimento che comprendeva 270 prove di prova con TMS consegnato su 4/5 delle prove (216 prove).

I dati sono stati raccolti da 16 partecipanti (otto femmine; otto maschi) di età compresa tra 25 ± 10 anni, tutti auto-segnalati come destrorsi. Abbiamo valutato l'efficacia della perturbazione visiva.......

Discussion

I metodi sopra descritti offrono un nuovo approccio allo studio della preparazione motoria nel contesto del raggiungimento dei comportamenti. Sebbene il raggiungimento rappresenti un compito modello popolare nello studio del controllo motorio e dell'apprendimento, è necessario valutare con precisione le dinamiche CS associate al raggiungimento del comportamento. TMS offre un metodo non invasivo e temporalmente preciso per catturare l'attività CS in punti temporali discreti durante il raggiungimento. L'.......

Disclosures

Tutti gli autori dichiarano che non ci sono conflitti di interesse

Acknowledgements

Questa ricerca è stata resa possibile in parte dal generoso finanziamento del programma Knight Campus Undergraduate Scholars e della Phil and Penny Knight Foundation

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
2-Port Native PCI Express StarTech.comRS232 Card with 16950 UART Must be compatible with desktop computer
Adjustable 80-20 aluminum frameany
Alcohol prep padsanyEMG preparation
Bagnoli Bipolar ElectrodesDelsysDE 2.1
Bagnoli Reference ElectrodeDelsysUSX20002” (5cm) Round
Bagnoli-8 EMG SystemDelsys
Chairany
Computer monitor for EMG/TMSn/a
Deskany
Desktop ComputerDellxps 8930RAM: 16 GB, Storage: 1TB, Graphics: 1060 6GB 
EMG electrodesDelsysSensor Adhesive Interface
Fine grain sandpaperanyEMG preparation
Graphics tabletWacomIntuos-4 XL
Handle of paint rolleranyto be used as stylus handle, hollowed out center must be large enough for stylus to sit securely inside 
Medical tapeanyTo secure EMG electrodes
PCI-6220 card DAQNational InstrumentsTo interface EMG system
Photodiode SensorVishayBPW21RTo record timing of task events into EMG trace.
Rear TMS portMagstimIncluded with TMS machine
Right-handed polyethylene gloveanyCut out thumb and index finger of glove to expose FDI muscle
Sensory Adhesive Interface, 2-slotDelsysSC-F01
StylusWacomIntuos-4 grip pen
Tablet-to-Computer USB cable anyIncluded in Tablet purchase
Task MonitorAsusVG248
TMS coilMagstimD70 Remote Coil7cm diameter, figure-of-eight coil
TMS machineMagstim200-2
TMS-to-Computer DB9 cableanyConnects to PCIe Serial Card
VelcroanyTo be placed on glove and stylus handle

References

  1. Georgopoulos, A. P., Kalaska, J. F., Caminiti, R., Massey, J. T. On the relations between the direction of two-dimensional arm movements and cell discharge in primate motor cortex. The Journal of Neuroscience. 2 (11), 1527-1537 (1982).
  2. Georgopoulous, A. P., Schwartz, A. B., Kettner, R. E.

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