Eylem Gözlemi Sırasında Kortikospinal Uyarilebilirlik Modülasyonu

Özet

Bu çalışmada katılımcılar eylem sekanslarını gözlemlerken kortikospinal uyarilebilirliği araştırmak için birincil motor korteks üzerinde tek darbeli transkraniyal manyetik stimülasyon, nöronavigasyon ve el kaslarının elektromiyografik aktivitesinin kaydı kullanılmıştır.

Özet

Bu çalışma, transkraniyal manyetik stimülasyon/motor çağrıştırılan potansiyel (TMS/MEP) tekniğini kullanarak, otomatik olarak başka birinin eylemini yansıtma eğiliminin tamamlayıcı bir eylemin beklenti simülasyonu haline geldiğini tespit etti. TMS, kaçırılan digiti minimi (ADM; az parmak kaçırmaya hizmet eden kas) ve ilk dorsal interosseus (DDY; işaret parmağı fleksiyon / uzatmaya hizmet eden kas) kaslarından en yüksek mep aktivitesini teşvik etmek için ele karşılık gelen sol birincil motor kortekse teslim edildi. TMS bobininin pozisyonunu korumak için nöronavigasyon sistemi kullanıldı ve sağ ADM ve DDY kaslarından elektromiyografik (EMG) aktivite kaydedildi. Motor rezonansı ile ilgili orijinal veriler üreten kombine TMS/MEP tekniği, algı-eylem kavrama mekanizması üzerine araştırmaları bir adım öteye taşımıştır. Özellikle, başka bir kişinin eylemlerini gözlemlemenin bir izleyicinin karşılık gelen kaslarında motor kolaylaştırmayı nasıl ve ne zaman ürettiği ve kortikospinal eksistikliğin sosyal bağlamlarda ne şekilde modüle edildiği sorularını cevaplamıştır.

Giriş

Son on yılda nörobilim araştırmaları motor sisteminin geleneksel görünümünü büyük ölçüde değiştirdi. Önemli miktarda veri, başka birinin vücut hareketlerini gözlemlemenin izleyicinin beynindeki motor gösterimleri aktive ettiğini göstermektedir(örneğin^1-3). Bu çalışmalar, bir gözlemcinin motor korteksinin, izleyenin kendisi tarafından yürütülüyormuş gibi gözlemlenen eylemleri dinamik olarak çoğaltır olduğunu göstermiştir. Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS), kortikospinal (CS) uyarilebilirliği nispeten yüksek bir zamansal çözünürlükle değerlendirmek için yararlıdır.

TMS'nin çalışmasının temel prensibi, bir stimülasyon bobininde değişen birincil elektrik akımının değişen bir manyetik alan üretmesi ve bu da yakındaki iletkenlerde ikincil bir elektrik akımı akışına neden olmasıdır - bu durumda, kortikal doku - Faraday yasasının öngördüğü gibi⁴. Beyin, sırasıyla 0.48, 0.7 ve 1.79 S/m iletkenlikleri olan beyaz madde, gri madde ve serebral spinal sıvıdan oluşan inhomogeneöz bir^iletkendir. Analizler, manyetik stimülasyon amacıyla beynin homojen bir iletken olarak tedavi edilebileceğini göstermektedir⁵. Nöronların depolarizasyonu, indüklenen akım sayesinde üretilir. Sürecin merkezinde, hücre içi potansiyelini yaklaşık 30-40 mV yükseltmek için sinir zarı boyunca yük transferi vardır. Pozitif iyonların bir sinir hücresine sürülmesi noktasında, hücre içi potansiyeli yükselecek ve yükseliş yeterliyse, bir eylem potansiyeli⁵. Priori ve meslektaşları^6, zayıf bir akımın, TMS'nin motor çağrıştırılan potansiyelinin (MEP) genliği ile ölçüldüğü gibi, insan motor korteksinin heyecanlanabilirliğini modüle edebileceğini gösteren ilk kişilerdi. İnsan motor korteksinin manyetik uyarılmasını içeren çalışmaların çoğu, gerçekten de, iç el kaslarındaki EMG yanıtlarına odaklanmıştır⁷. 2004 yılında Uozomi ve^{meslektaşları 8,} alan 44 üzerindeki SPTMS'nin hedef odaklı el hareketlerini kolayca kesebileceğini ve el kaslarından motor uyandırıcı potansiyel ürettiğini ortaya çıkardı. İnsan bölgesi 44, hem tonik hem de phasic parmak hareketleri^9-10üzerinde kolaylaştırıcı ve inhibitör etkilere sahiptir ve doğrudan hızlı hareket eden kortikospinal projeksiyonlara sahiptir.

CS'nin heyecanlanabilirliğinin sadece gönüllü hareketler sırasında değil, eylem gözlemi sırasında da modüle edildiğine dair ilk kanıt 1995 yılında Fadiga ve meslektaşları tarafından üretildi³. Birincil motor kortikallerin (M1) el bölgelerine TMS uygulandı ve MEP'ler kontrallateral el kaslarından kaydedilirken, bir gönüllüye geçişli ve geçişsiz hareketleri izlemesi talimatı verildi (birincisi hedef yönlendirildi, ikincisi değil). Opponens Pollicis (OP) ve DDY kaslarından kaydedilen MEP'lerin genliğinin, kontrol koşullarında kaydedilenlerle ilgili kavrayıcı eylemlerin gözlemlenmesi sırasında arttığı bulunmuştur. Böylece soru ortaya çıktı: eylem gözlemi sırasında kolaylaştırılan kaslar, eylem yürütme sırasında kullanılan kaslarla aynı mı? Bir nesne kavranırken ve kol kaldırma hareketleri sırasında kaydedilen el kaslarındaki EMG yanıtlarının, eylem gözlemi sırasında TMS tarafından ortaya çıkan MEP'lerin desenini tam olarak kopyalediği bulunmuştur. Bazı araştırma grupları aynı deneyleri tekrarlayabildiler ve diğerlerini^{tasarladılar 11-16}.

Eylem gözlemi sırasında, gözlemcinin uygulamadaki motor sistemi gözlemlenen hareketlerle "yankılanır" ve bu eylemleri kesinlikle uyumlu bir şekilde eşik altında simüle eder. Gözlemcide yer alan kaslar, eylemi gerçekleştiren kişi tarafından kullanılanlarla aynı olduğundan, gözlemlenen eylemin dinamikleriyle zamansal olarak birleştiğinde. 2001 yılında Gangitano ve meslektaşları, yürütme-gözlem eşleştirme sisteminin zamansal kodlaması açısından bile gözlemlenen eylemle bağlantılı olduğunu gösterdi¹⁷. MEP genlikleri, parmak diyaframı arttıkça daha büyük ve kapanma aşamasında küçülr. Clark ve diğerleri. ^18, katılımcılar daha sonra gerçekleştirmeleri gereken eylemleri izlerken, hayal etmeleri istenirken veya gözlemlenirken kortikospinal (CS) kolaylaştırmanın özgüllüğünü değerlendirmek için yola çıktı. Bu müfettişler, bu üç koşulda istatistiksel olarak anlamlı bir fark olmadığını bildirdiler.

Eylem gözlemi ile indüklenen MEP kolaylaştırmayı açıklayan en az iki hipotez vardır. İlkine göre, M1 heyecan vericiliğinin geliştirilmesi, uyarıcı kortiko-kortikal bağlantılar yoluyla üretilir. İkincisine göre, TMS, CS'nin alçalan voleleri aracılığıyla motonörlerin (MN' ler) kolaylaştırılmasını ortaya koyuyor. M1 veya MNs uyarılabilirliğindeki varyasyonların neden olduğu MEP genliklerindeki modülasyonlar ayırt edilemez. Baldissera ve arkadaşları gibi. ^19, MEP kolaylaştırması ile bağlantılı omurilik uyarilebilirliğini araştırmak istedi, gönüllüler hedefe yönelik el eylemlerini gözlemlerken, hoffmann refleksinin (periferik sinirlerdeki afferent lifleri uyararak çağrıştırılan) parmak fleksörü forearm kaslarındaki genliğini ölçmeye karar verdiler. Kortikal uyarılabilirliğin modülasyonu, gözlemci tarafından kendisi tarafından yapılıyormuş gibi gözlemlenen hareketleri yakından taklit ederken, omurilik uyarılabilirliğinin karşılıklı olarak modüle edilmiş gibi göründüğünü bildirdiler. Bu araştırmacılar, etkiyi gözlemlenen eylemlerin açık bir şekilde yürütülmesini engelleyen bir mekanizmanın ifadesi olarak değerlendirdiler. Eylem gözlemi sırasında TMS tarafından uyandırılan motor potansiyellerinin modülasyonu^3,20,21 spesifik görünüyor, daha sonra, bir eylemin yürütülmesinde rol oynayan kaslar için³ ve takip ediyor, beklentisel bir şekilde²², aynı zamansal aktivasyon deseni^17,23. Bu hatlar boyunca, Urgesi ve meslektaşları^24,25 son zamanlarda kavrama eylemlerinin başlangıç ve orta aşamalarının gözlemlenmesinin, son duruşlarını gözlemlemekten önemli ölçüde daha yüksek bir motor kolaylığı doğurdığını buldu. Motor kolaylaştırma, devam eden ancak tamamlanmamış eylemleri çağrıştıran anlık görüntüler için maksimum düzeydeydi. Sonuçlar, gözlem yürütme eşleştirme sisteminin ön bileşeninin başkalarının motor davranışlarının tahmine dayalı kodlandırılmasında önemli bir rol oynadığına dair ikna edici kanıtlar sunun.

Bununla birlikte, gerçek dünyadaki başarılı etkileşimin genellikle emülatif eylemler yerine tamamlayıcı eylemler^{gerektirdiği} ve taklitin eylem gözlemine her zaman etkili veya uygun bir yanıt olmadığı yadsınamaz. Örneğin, birinin başkasına sapından tutulan bir kupa verdiği durumlarda, hepimiz alıcının düşünmeden kupayı bütün bir el hareketiyle (bu durumda uygun olacak tek kupa) tutacağını biliyoruz. Gözlemlenen eylemleri motor sistemimize eşleştirmek için esnek olmayan eğilimin, nonidentical yanıtlar hazırlama isteğiyle nasıl uzlaşabileceği hakkında çok az şey bilinmektedir. Bu bakımdan, bazı araştırmacılar aynalamanın otomatik etkilerinin uyumsuz eğitimin ardından kaldırılabileceğini gösterdi: ayna ve karşı ayna yanıtları aynı zaman dilimini takip ediyor gibi görünüyor^27,28. İlginçtir ki, önceki çalışmaların aksine, spTMS tarafından indüklenen MEP'ler son zamanlarda emülatif veya nonidentical tamamlayıcı hareketleri çağrıştıran video klipler basitçe gözlenirken spontan kortikospinal aktivasyonu değerlendirmek için kullanıldı^29,30. Sonuçlar, kortikospinal aktivitede emülatiften bağlamla ilgili bir eyleme doğal bir geçiş olduğunu gösterdi. Bir eylem dizisinin başındaki eşleşen bir mekanizma, karşılıklı eylem isteği belirginleşirse tamamlayıcı bir mekanizmaya dönüştü.

Bu sonuçlardan yararlanarak, bu çalışma, kombine TMS / MEP tekniğini kullanarak, eylem gözlemi tamamlayıcı bir yanıt uyandırdığında öykünmeden karşılıklılığa spontan kaymanın hangi aşamada gerçekleştiğini belirlemek için tasarlanmıştır. MEP'ler daha sonra DDY ve ADM el kaslarından dizinin beş farklı anlarında kaydedildi. Gözlemcinin başlangıçta tüm elle kavrayışı algıladığı sırada kaydedilen MEP'lerin hem ADM hem de DDY kaslarının kolaylaşmasına neden olabileceğini vardır, çünkü bu tür kaslar genellikle böyle bir kavrama için işe alınmaktadır. Tersine, gözlemlenen hareket gözlemcide nonidentical tamamlayıcı bir hareket(yani bir PG) ortaya çıkardığında, sadece DDY kasından kaydedilen MEP'ler aktivasyonda belirgin bir artış göstermelidir. Bunun nedeni, PG'nin ADM kasının işe alımını ima etmemeleridir. Ayrıca, gözlemlenen eylem herhangi bir sosyal anlam taşımadığında, tüm eylem dizisi sırasında basit simetrik kolaylaştırma etkilerinin ortaya çıkması gerektiğini öngörüyoruz.

Protokol

1. Video Uyaranlarının Hazırlanması

1. Dört eylem dizisi gerçekleştirmek için bir model görevlendirme.
   1. İlk iki eylem dizisinde, modeli kameraya bakan bir masaya oturt. Ona yakın masaya üç kupa ve ön planda masanın diğer tarafına dördüncü bir kupa yerleştirin. Modele bir şeker kaşığına uzanarak ve kavrayarak eylemine başlamasını söyleyin.
   2. Modele üç kupaya şeker dökerek eylemine başlamasını söyleyin. Üçüncü kupaya şeker dökmeyi bitirdiğinde, modele bileğini 4.
   3. Modele üç kupaya şeker dökerek eylemine başlamasını söyleyin. Üçüncü kupaya şeker dökmeyi bitirdiğinde, modelin bileğini hareket ettirerek orijinal konumuna getirmesini sorun.
   4. Son iki aksiyon dizisinde, modeli bir kez daha kameraya bakan bir masaya oturt. Ona yakın masaya üç espresso kahve fincanı ve ön planda masanın diğer tarafında ondan dördüncü bir tane daha yerleştirin. Modele bir termosa doğru uzanarak ve kavrayarak eylemine başlamasını söyleyin.
   5. Modele üç espresso kahve fincanına kahve dökerek eylemine başlamasını söyleyin. Üçüncü bardağa kahve dökmeyi bitirdiğinde, modelin bileğini dördüncü bardağa kahve dökmeyi düşünüyormuş gibi hareket ettirmesini isteyin.
   6. Modele üç espresso kahve fincanına kahve dökerek eylemine başlamasını söyleyin. Üçüncü fincana kahve dökmeyi bitirdiğinde, modelin bileğini orijinal konumuna getirmek için hareket ettirmesini yapın.
2. Modele hassas bir kavrama kullanarak şeker kaşığını alıp tutmasını söyleyin (PG; yani başparmağın işaret parmağıyla karşı çıkması) ve termos'u tüm elle kavrayış (WHG) kullanarak doğal bir şekilde alıp tutmak; yani başparmağın diğer parmaklarla karşı çıkması).
3. Her video klibin başında, modele elinin masaya yaslanmaya eğilimli bir konumda olduğunu göstermesini söyleyin.
   1. Modelin yaklaşık 900 milis sonra kavramaya ulaşma hareketine başlamasını ayarlayın.
   2. Modelin parmaklarının yaklaşık 450 milisaniye sonra ilk nesneyle temas etmesini ayarlayın.
   3. Modelin ikinci eylem adımını gerçekleştirmek için elini hareket ettirmeye başlamasını sağla 5.000 milis daha sonra.
4. Modelin hareketlerinin geçici kinematik analizini yapmak için dijitalleştirme tekniği kullanın
   1. Modelin bileğine manuel olarak bir işaretleyici atayarak her hareketi kare kare işaretleyin.
   2. Modelin hareketlerini takip edin. Yörünge Sapmasını kesin olarak tespit edin: el yörüngesinin sosyal ve sosyal olmayan koşullar için çeşitlenmeye başladığı an. Eylem dizisini karakterize eden en belirgin kinematik olayları TMS stimülasyon zamanlaması ile kilitleyin.

2. Enstrüman Hazırlama

1. Sensör alanına (9 mm çapında) sahip dört sinterli Ag/AgCl bipolar ve bir monopolar yüzey elektrotunu (15 kΩ, 1,5 mm dokunmatik güvenlik soketi) ana EMG amplifikatörüne bağlı izole taşınabilir bir ExG giriş kutusuna bağlayın. Sinyal iletimi için ikiz fiber optik kablo önerilir, ancak zorunlu değildir.
2. Monitörlü bir PC'de çalışan E-Prime sunum yazılımı tarafından EMG kaydı ile senkronize edilen bireysel dinlenme motoru eşiği (rMT) değerlendirmesi, video uyaranlarının ve TMS stimülasyonunun sunumu (çözünürlük 1.280 x 1.024 piksel, yenileme sıklığı 75 Hz, arka plan parlaklığı 0,5 cd/m²⁾göz hizasına ayarlanmıştır.
3. Sırasıyla 500 ve 1.000 milislik bir dizi tek kare (her biri 30 milis, 30 fps) ve ilk ve son kareleri seçerek bir animasyon efekti elde edin.

3. Katılımcı Alımı

1. Normal veya düzeltilmiş-normal görüşe sahip sadece sağ elini kullanan katılımcıları işe alın. Standart Teslim Envanteri anketi^31'ikullanarak el olup olmadığını denetleyin.
2. Adaylardan herhangi birinin TMS^32,33'ekontrendikasyonları olup olmadığını doğrulayın.
   1. Normalden daha yüksek nöbet riski olan (epilepsi, nöroşirurji, beyin hasarı kişisel/aile öyküsüne dayanarak) veya TMS'nin bilinen başlıca sağlık riskinin nöbet indüksiyonu olduğu gerçeği göz önüne alınarak nöroaktif ilaç alan denekler hariç tutulmalıdır.
   2. Doğmamış bir fetüs için TMS'nin riskleri bilinmediğinden hamile kadınları hariç tutun.
3. Tüm katılımcılara çalışma hakkında temel bilgiler verin ve yazılı bilgilendirilmiş onay formlarını imzalamalarını isteyin.
4. Muhtemelen ses zayıflatılmış bir Faraday odasında deneyler yapın: bu önerilir, ancak zorunlu değildir.
5. Katılımcının rahat bir koltuğa oturmasını uzatır.
6. Sağ kolunu tam kol desteğine yerleştirin.
7. Katılımcının kafasını bir kafa dayanasına sabitle. Ekrandan göz mesafesi, uyaran sunumunun büyüklüğüne göre belirlenmelidir.
8. Bobinde akımın hızlı değişim hızı değişen bir manyetik alana neden olduğundan, katılımcıdan tüm metal nesneleri (küpeler, kolyeler vb.)ve manyetik alanlara (cep telefonları, kredi kartları) duyarlı nesneleri kaldırmasını isteyin.
9. Katılımcılara görsel uyaranları dikkatle izlemelerini ve iyi bir dikkat seviyesini korumalarını söyleyin; daha sonra içerik hakkında sorgulanacaklarını açıklayın.

4. TMS Stimülasyon ve MEP Kaydı

1. Maksimum gönüllü kas aktivasyonu sırasında elektrotların ADM ve DDY kasları üzerinde palpasyon ile nereye yerleştirilmesi gerektiğini belirleyin. Cildi tüm elektrot konumları için temizleyin (zemin için de). Gazlı bez kullanarak tüm bölgeye aşındırıcı bir cilt hazırlama jeli uygulayın. Cilde hafifçe sürün ve temiz bir gazlı bezle fazlalıkları giderin.
2. Her biri az miktarda suda çözünür EEG iletken macunu içeren iki yüzey elektrotunu her bir kasın üzerine yerleştirin ve kendinden yapışmış pedler kullanarak cilde takın.
   1. Aktif elektrotları sağ ADM ve DDY'nin kas karınlarının üzerine ve referans elektrotları ipsilateral metakarpophalangeal eklemin üzerine yerleştirerek göbek tendonu montajı gerçekleştirin. Katılımcının sol bileğine iletken macun içeren tek bir yer elektrodu takın.
   2. Elektrotları ExG giriş kutusunun ortak girişine bağlayın ve empedans değerlerini kontrol edin. Eşiğin üzerinde olmaları durumunda (>5 Ω), cildi tekrar hazırlayın.
3. Magstim 200 stimülatöre bağlı 70 mm'lik sekiz bobin kullanarak el bölgesine karşılık gelen sol birincil motor korteksi (M1) üzerinden saç derisine tek darbeli TMS sunun.
   Not: Temel bir TMS uyarıcı, bir güç kaynağı, bir enerji depolama elemanı ve ekipman operatöründen kontrol girişini kabul eden bir işlemci tarafından hassas bir şekilde kontrol edilen yüksek güç anahtarı tarafından oluşur. Bir TMS stimülatörunun temel çalışma mekanizması, bitişik iletken malzemede (kortikal doku gibi) akım oluşturabilecek değişen bir manyetik alan oluşturmaktır. Doku stimülasyonu, manyetik akı yoğunluğunun değişim süresi ile orantılı olan dokuda yeterli yoğunlukta bir akıma neden olarak kışkırtılır³⁴. Sekiz bobin şeklinde, indüklenen elektrik alanının izopotential hatları, uzun ekseni bobin kavşağında akım akışının yönüne paralel olan bir oval oluşturur³⁵.
   1. Bobini interhemisferik fissür ile ilgili olarak 45 ° açıyla yerleştirin ve merkezi sülküse göre dik olarak konumlandırın: beyindeki indüklenen elektrik akımı yaklaşık olarak merkezi sülküseye dik aktığında en düşük motor eşiğine ulaşılır^36,37.
   2. Ön girus³⁸üzerinden bir posterior-ön beyin akımını indük etmek için sapın yanal ve kaudally işaret etmesini sağla. Düşük, ancak supra eşiği, stimülasyon yoğunluklarında, TMS kaynaklı akım, doğrudan veya dolaylı olarak kortikospinal nöronlara projelenen internöronların tercihen aksonlarını heyecanlandırır. Hem inhibitör hem de uyarıcı sinapslar aktive edilir, ancak bu tür stimülasyon yoğunluklarında net etki kortikospinal nöronlarda uyarıcı bir post-sinaptik potansiyeldir.
   3. Alt frontal girus pars opercularis üzerinde optimal kafa derisi pozisyonunu (OSP) bulun. OSP'de hafif bir suprathreshold yoğunluğunun uyaranları, her zaman karşıt ADM ve DDY kaslarından en yüksek MEP aktivitesi seviyelerini üretir.
   4. El kaslarında motorla uyarılmış potansiyelleri (MEP' ler) ortaya çıkarmak için OSP'yi kurmak için 10-20 Uluslararası Sistem (C3 konumuna karşılık gelen uyarılmış alan) kullanın, ardından bobinin kesişimini hedef alanın etrafında yaklaşık 0,5 cm adımda hareket ettirin ve sabit yoğunlukta TMS darbeleri verin.
   5. Hedef alan doğru şekilde belirlendikten sonra, tutarlı konumlandırmayı korumak için mekanik bir destek kullanarak bobini stabilize edin.
4. Tüm deney boyunca sabit bobin konumlandırmasını korumak ve veri toplama sırasında katılımcının kafasının küçük hareketleri nedeniyle herhangi bir önyargıyı önlemek için bir nöronavigasyon sistemi kullanın.
   1. Hem bobinin üzerine hem de katılımcının kafasına pasif küresel belirteçler uygulayın.
   2. İşaretçi konumlarını bilgisayar ekranında yeniden oluşturmak için optik sayısallaştırıcı kullanarak kaydedin.
   3. Mekansal bobin konumu ve yöneliminde herhangi bir farkı tespit edin ve Kartezyen koordinatlarının her biri için 2-3 mm tolerans benimseyin.
   4. Gerektiğinde, deneysel oturum sırasında TMS bobininin gerçek zamanlı olarak tam olarak yeniden konumlandırılmasına izin vermek için ilk ve gerçek bobin yerleşimleri ile ilgili üç boyutlu çevrimiçi bilgileri kullanır.
5. OSP'deki her katılımcı için "bireysel dinlenme motoru eşiğini" (rMT) belirlemek için, ardışık on denemeden beşinde rahat bir kasta güvenilir MEP'ler (≥50 μV tepe-tepe genliği) üretmek için gereken minimum stimülasyon yoğunluğunu tespit edin. Daha az heyecan verici kası içeren diferansiyel modülasyonların kaybını önlemek için daha yüksek eşik kası için OSP ve rMT'yi belirleyin.
6. Tüm kayıt oturumu boyunca stimülasyon yoğunluğunu sabit bir değerde(yani rMT'nin %110'u) tutun.
7. Ham miyografik sinyalleri kaydetmek için bir bandpass filtresi (20 Hz-1 kHz) kullanın. Amplifikasyondan sonra sinyalleri dijitalleştirin (5 kHz örnekleme hızı) ve çevrimdışı analiz için bilgisayarda saklayın.
8. Katılımcı deneysel oturumun başında bilgisayar ekranında siyah bir arka plan üzerinde beyaz renkli bir sabitleme haçını pasif olarak izlerken 10 MEP kaydedin.
9. Deneysel oturumun sonunda 10 MEP daha kaydedin.
10. EMG verilerini TMS darbesinden sonra doğru ADM ve DDY kaslarından beş olası zaman noktasından birine kaydedin (Şekil 1) ve yani:
    1. Modelin eli şeker kaşığı veya termos (T₁₎ile ilk temas ettiğinde.
    2. Model üçüncü fincana / kupaya şeker / kahve dökmeyi bitirdiğinde (T_2).
    3. Model elini üçüncü fincandan / kupadan (T₃₎çekmeye başladığında.
    4. Modelin kolu başlangıç pozisyonuna dönmeye başladığında veya dördüncü fincana / kupaya doğru hareket etmeye başladığında (sırasıyla, sosyal olmayan ve sosyal koşullar) (T_4).
    5. Modelin kolu başlangıç noktasına döndüğünde veya dördüncü fincana/ kupaya ulaştığında (sırasıyla, sosyal olmayan ve sosyal koşullar) (T_5).
11. Videolar arasına 10 saniyelik bir dinlenme aralığı ekleyin. Dinlenme aralığının ilk beş saniyesi sırasında katılımcılara ellerini sessizce ve tamamen rahat tutmalarını hatırlatan bir mesaj görünmesini sağlayın. İleti kaybolduktan sonra, kalan beş saniye boyunca bir sabitleme çaprazı ayarlayın.

5. Sorgulama

1. Oturum sonunda katılımcılara deneysel tasarım hakkında detaylı bilgi verin.

6. Veri Analizi

1. Geçici kinematik sonrası analiz yapın.
   1. X ve y eksenlerini yatay ve dikey yönler olarak tanımlayan bir referans çerçevesi ayarlayın ve video örneğini kare kare analiz edin.
   2. Referans birim ölçümü olarak kameranın görüş alanında ve hareketin düzleminde bilinen bir uzunluk kullanın.
   3. Kol kinematiği ölçmek için modelin bileğine bir işaretleyici atayın.
   4. Başlangıç konumunu, modelin sağ elinin masada eğilimli bir konumda dinlenirken olduğu zaman olarak tanımlayın. Uzay ve zamanda bilek yörüngesini izleyin, yörünge yolunu çıkarın ve modelin çift adımlı eylemini karakterize eden belirgin kinematik olayları tanımlayın.
2. EMG verilerini analiz edin.
   1. Her kas için EMG izlemeyi bir referans işaretçisine (TMS uyaranı) göre aynı uzunlukta farklı segmentlere (dönemler) bölün. TMS darbeleri teslim etmeden önce zaman penceresini 100 milis ve TMS darbelerinden sonra 200 milis olarak ayarlayın. Bu, olası arka plan etkinliğini kontrol etmenizi sağlayacaktır.
   2. EMG'nin her kanalında, tüm segmentlerdeki zirveleri aramak için kesin bir zaman aralığı (örneğin 10-40 milis) seçin.
   3. Her segmentteki pozitif ve negatif zirveleri dikkate alan ve EMG eğrisinin maksimum genliğini μV'de zirveden tepeye kadar hesaplayan bir algoritma uygulayın.
   4. MEP ölçümlerinin arka plan etkinliğine göre kirlenmesini önlemek için 100 μV'den büyük arka plan EMG etkinliği ile denemeleri ortadan kaldırın.
3. Ortalamadan 2'den fazla standart sapma (aykırı değerleri) hariç tutan her durum için ortalama zirveden tepeye MEP genliklerini ADM ve DDY kaslarından ayrı olarak hesaplayın.
4. TMS ile ilgili kortikospinal eksitability varyasyonlarını kontrol etmek için deneysel seansın başında ve sonundaki fiksasyon çapraz taban çizgisi denemeleri sırasında her katılımcıdaki her bir kastan kaydedilen iki dizi MEP genliğini karşılaştırın. İki serinin ortalama genliği ayrıca her bir kastaki veri normalleştirme prosedürleri için ayrı taban çizgisi değerinin ayrı ayrı ayarlamasına izin verir³⁹.
5. Katılımcının tek tek taban çizgisi değerini kullanarak hesaplama oranı değerleri (MEP oranı =_{elde edilen}MEP /MEP_{taban çizgisi)} ³⁹.

Sonuçlar

TMS/MEP tekniğinin etki gözlemi sırasında CS'nin heyecanlanabilirliğini değerlendirmedeki etkinliği, hem ADM hem de DDY kasları için en uygun kafa derisi pozisyonunun bulunmasına bağlıdır. Göbek-tendon montajlarındaki yüzey elektrotları uygulanmalı ve düzenli tek darbeli stimülasyon kalıplarına uygun olmalıdır.

Bu çalışmada, standart ellilik envanteri 31'e göre ve normal veya normale düzeltilmiş bir görüşe sahip otuz katılımcıdan (22 kadın ve 8 erkek: yaş =^21±5 yıl) bir örneklem üzerinde sonuçlar elde edilmiştir. Hiçbiri TMS^32,33'e kontrendikasyon yapmadı veya deney sırasında rahatsızlık yaşamadı. Burada özetlenen deneysel prosedürler, 1964 Helsinki Bildirgesi ilkelerine uygun olarak etik onay (Padova Üniversitesi Etik Kurulu) verildi ve katılımcıların tümü yazılı bilgilendirilmiş onay verdi.

Hipotezimize göre, tamamlayıcı bir eyleme ihtiyaç ortaya çıktığında kaydedilen MEP'ler ön plana yerleştirilen nesneye bağlı olarak modüle edilmelidir. ^4. kahve fincanı PG yapma eğilimi uyandırdığında, sadece DDY kası aktive edilmelidir. Ancak modelin^4. kupaya doğru hareketi bir WHG'yi çağrıştırdığında, hem ADM hem de DDY kasları aktive edilmelidir. DDY hem PG hem de WHG için işe alındığı için, gözlemlenen kavrama türü açısından MEP modülasyonu beklenmiyordu. Modelin başlangıçta termos'u kavradığı sırada gözlemcinin elinden kaydedilen MEP'ler, örneğin hem ADM hem de DDY kaslarında motor kolaylaştırma göstermelidir, yani klasik olarak bir WHG'ye dahil olan kaslardır. Aksine, eli dördüncü kahve fincanı doğru ilerlerken modeli gözlemlemek, sadece bu kasın (ADM'nin değil) bir PG'ye dahil olması nedeniyle sadece DDY kas kolaylaştırıcılığı üretmelidir.

Tamamlayıcı bir hareket isteği içeren iki adımlı bir eylem dizisinin gözlemlenmesi, izleyicinin kortikospinal aktivitesinde öykünmeden yanıt verme hızına geçişe neden oldu ve yapılan denemelerde, değişimin tam olarak ne zaman gerçekleştiğini belirtti (Şekil 2).

Modelin bileği dördüncü kupaya (sosyal durum) doğru hareket etmeye başladığı anda gözlemcinin ADM MEP'lerinde karşılıklı bir eylemi müjdeleyen bir varyasyon gerçekleşti. Tersine, modelin bileği orijinal konumuna dönmeye başladığı anda gözlemcinin MEP'lerinde emülatif bir eylemi müjdeleyen bir varyasyon gerçekleşti (sosyal olmayan durum, bkz. Şekil 3). DDY, beklendiği gibi, gözlemlenen tüm hareketlerde ve simüle edilmiş eylemlerde aktif olarak yer aldı (bkz. Şekil 4 ve 5). O zaman, bu sonuçlardan, insanlar bir eylemi açık olmadan önce bile sosyal veya sosyal olmayan olarak kodlayabilirler. Gözlemcilerin ince kinematik ipuçları tarafından sağlanan hareket bilgilerini ilerletmek için ayarlandıkları ve gelecekteki bir hareket seyrini tahmin etmek için kullanabilecekleri sonucuna varılabilir. Burada açıklanan deneysel oturumlar sırasında katılımcılar, neredeyse algılanamayan kinematik ipuçlarını gözlemleyerek sosyal veya sosyal olmayan koşulların neden olduğu eylemler arasında ayrım yapabileceklerini gösterdiler. Yapılan deneyler sırasında kortikospinal uyarilebilirliğin modülasyonu, uygun motor programlarını etkileşimli bir bağlamda etkinleştirme kapasitesinin güvenilir, dolaylı bir ölçüsüydü.

Şekil 1. Burada, her deneme sırasında gerçekleşen olayların sırası şematize edilir. Sürekli eğik çizgi, tüm video klip sunusunu temsil eder. Yatay çizgiler, tek TMS darbelerinin teslim edildiği zaman noktalarını gösterir: T_1'de (modelin eli fincan / kupa ile temas ettiğinde), T₂ (model şeker / kahve dökmeyi bitirdiğinde), T₃ (model elini üçüncü fincandan / kupadan uzaklaştırmaya başladığında), T₄ (modelin eli orijinal konumuna dönmeye veya tamamlayıcı bir hareket için bir ipucunun başlangıcı olarak kabul edilen dördüncü fincana / kupaya doğru hareket etmeye başladığında) ve T₅ (modelin kolu açıkça orijinal konumuna döndüğünde veya dördüncü fincan / kupaya doğru hareket ettiğinde - tamamlayıcı bir hareket için ipucunun sonu olarak kabul edilir). Şekilde gösterilmeyen çerçeveler (modelin şeker kaşığı/termos ile temas etme eylemi ile şeker/kahve dökme eylemi arasındaki süre tamamlandı) çift eğik çubuklarla temsil edilir.

Şekil 2. Bu çalışma için çekilen video kliplerden çıkarılan kareler, ADM normalleştirilmiş MEP genliklerinin araçlarını temsil eden grafiğin çizgilerine eşlik eder. PG gerektiren sosyal tüm el kavrama hareketleri ve WHG gerektiren sosyal hassas kavrama hareketleri gösterilmiştir (sırasıyla siyah ve beyaz). Çubuklar standart araç hatasını temsil eder.

Şekil 3. Bu çalışma için çekilen video kliplerden çıkarılan kareler, ADM normalleştirilmiş MEP genliklerinin araçlarını temsil eden grafiğin çizgilerine eşlik eder. PG gerektiren sosyal olmayan tüm el kavrama hareketleri ve WHG gerektiren sosyal olmayan hassas kavrama hareketleri gösterilmiştir (sırasıyla siyah ve beyaz). Çubuklar standart araç hatasını temsil eder.

Şekil 4. Bu çalışma için çekilen video kliplerden çıkarılan kareler, DDY normalleştirilmiş MEP genliklerinin araçlarını temsil eden grafiğin çizgilerine eşlik eder. PG gerektiren sosyal tüm el kavrama hareketleri ve WHG gerektiren sosyal hassas kavrama hareketleri gösterilmiştir (sırasıyla siyah ve beyaz). Çubuklar standart araç hatasını temsil eder.

Şekil 5. Bu çalışma için çekilen video kliplerden çıkarılan kareler, DDY normalleştirilmiş MEP genliklerinin araçlarını temsil eden grafiğin çizgilerine eşlik eder. PG gerektiren sosyal olmayan tüm el kavrama hareketleri ve WHG gerektiren sosyal olmayan hassas kavrama hareketleri gösterilmiştir (sırasıyla siyah ve beyaz). Çubuklar standart araç hatasını temsil eder.

Tartışmalar

Eylem gözlemi sırasında insanlarda CS uyarabilirliğinde modülasyonu ölçmede en kritik adımlar şunlardır: 1) hem emülatif hem de tamamlayıcı yanıtları öngören bir gözlemcide eylem eğilimi uyandıran video klipler tasarlamak / çekmek; 2) modelin eylemlerinin çeşitli aşamalarını karakterize eden kinematik olayların belirlenmesi, TMS stimülasyonunu buna göre zaman kilidine almak; 3) her el kası için en uygun kafa derisi pozisyonunu belirlemek ve deney boyunca tutarlı konumlandırmayı korumak; 4) uyarılmış kaslardan EMG aktivitesini düzgün bir şekilde kaydetmek.

TMS/ MEP tekniğini kullanan önceki çalışmalar, eylem gözleminden kaynaklanan kortikospinal aktivasyonun her zaman taklit edici bir önyargıya sahip olmadığını, ancak bağlamsal faktörlere bağlı olarak, tamamlayıcı eylemler için motor aktivasyonu da primer olabileceğini göstermiştir^29,30. Tek darbeli TMS çalışmaları, tamamlayıcı bir isteğin gömüldür olduğu iki adımlı bir eylem dizisini gözlemlemenin, katılımcıların kortikospinal aktivitesinde öykünmeden yanıt vermeye geçiş yaptığını göstermiştir. Bu çalışma, anahtarın tam olarak ne zaman gerçekleştiğini göstererek bir adım daha ileri gider ve insanların tamamlayıcı bir yanıt için ihtiyaç / istek gösteren erken kinematik ipuçlarını gözlemleyerek bir eylemin sosyal amacını tahmin edebildiklerini göstermektedir. Önceden hareket bilgileri, gerçekten de, bir gözlemcinin arkasındaki niyet hakkında çıkarımlarda bulunmak için yeterlidir. Eylem gözleminin altında kalan mekanizmalar, daha sonra sosyal bağlamlara gömülü karmaşık isteklere karşı dövülebilir, hızlı ve hassas görünüyor. Gelecekteki araştırmalar, işlemenin seri mi yoksa paralel mi olduğunu analiz etmeye devam edecektir. Burada kullanılan gibi paradigmaları kullanan nörogörüntüleme çalışmaları, öykünmeden karşılıklılığa geçme yeteneğinin altında kalan kortikal ağları sınırlayarak bu süreci daha da netleştirebilecektir.

Bu sonuçlar ayrıca CS eksite edilebilirliği ve motor sistem plastisitesini incelemek için TMS / EMG tekniklerinin gelecekteki uygulamalarının yolunu açacaktır. Çok sayıda çalışma, motor korteks fonksiyonunun TMS ölçümlerinin güvenli, güvenilir ve klinik ortamda potansiyel olarak yararlı olduğunu göstermiştir^40.46. MEP genliğinin boyuna karşılaştırmaları, aslında motor kortikal plastisite etkilerinin doğrudan değerlendirilmesini sağlayabilir.

Son çalışmalar, eylem gözleminin motor açıklarının inme sonrası rehabilitasyonu üzerinde olumlu bir etkiye sahip olduğunu ve motor kontrolünü rehabilite etmesi gereken bireylerde motor alanlarını yeniden etkinleştirmek için faydalı bir şekilde kullanılabileceğini bildirmektedir⁴⁷. Bu nedenle, bozulmuş motor becerileri yeniden etkinleştirmek için tamamlayıcı jestlerin gözlemlenmesinden yararlanılan tamamlayıcı bir eylem gözlem terapisi stratejisi geliştirilebilir. Göründüğü gibi, motor davranış hem iç hem de dış faktörlerin bir sonucuysa, bu tür bir hastayı rehabilite etmeyi amaçlayan eğitim protokollerine eylem gözlemi dahil edilmelidir. Günlük eylemlerin fiziksel pratikle birlikte gözlemlenmesi, daha etkili bir rehabilitasyon stratejisine giden yolu açabilir. Şimdiye kadar, klinik iyileşmeyi değerlendirmek için sadece fonksiyonel veya öznel ölçekler gibi dolaylı önlemler kullanılmıştır; gelecekte bu hastalarda fonksiyonel iyileşmeyi ölçmek için TMS/EMG değerlendirmesi kullanılabilir.

Sonuç olarak, bu çalışma, başka bir kişinin eylemlerini gözlemlerken bir izleyicinin karşılık gelen kaslarında motor kolaylaştırmayı nasıl ve ne şekilde ürettiğini ve kortikospinal ekscitability'nin sosyal bağlamlarda ne şekilde modüle edildiğini tanımlamamaktadır. Ayrıca, TMS tarafından uyandırılan motor potansiyellerin, eylem gözlemi sırasında CS uyarilebilirliği ve modülasyonunun güvenli ve güvenilir göstergeleri olduğunu doğrular.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Transcranial Magnetic Stimulator	Magstim
BrainAmp MR system for EMG acquisition	Brain Products
Softaxic Optic system for stereotaxic neuronavigation	E.M.S.