Name: assessing corticospinal excitability during goal-directed reaching behavior
Uploaded: 2022-12-02T12:40:00.000+00:00
Duration: 5 min 5 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior at JoVE.com

Bu araştırma kısmen Knight Campus Lisans Bursiyerleri programının ve Phil ve Penny Knight Vakfı'nın cömert finansmanıyla mümkün olmuştur.

Burada detaylandırılan tüm yöntemler IRB protokolüne ve onayına uygun olarak gerçekleştirilmiştir (Oregon Üniversitesi IRB protokol numarası 10182017.017). Tüm deneklerden bilgilendirilmiş onam alındı.
1. Aparata ulaşma
<ol><li>Büyük bir grafik tableti masaüstüne düz bir şekilde yerleştirin.</li>
	<li>Görev monitörü 6-8'i tabletin üstünde, ekran yukarı bakacak şekilde paralel olarak konumlandırmak için ayarlanabilir bir 80-20 alüminyum çerçeve kullanın (bir plan için burayı kontrol edin: https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS ve Ek Şekil 1). NOT: Bu kurulum, katılımcıların tablet boyunca uzanmalarına ve görev monitöründe sunulan hedefleri edinmelerine olanak tanırken, ulaşan kollarının vizyonunu engeller.</li>
	<li>Kim ve ark.3'te açıklanan kurulumu referans olarak kullanın.</li>
</ol>2. Makine arayüzleri
<ol><li>Tableti bir USB bağlantı noktası üzerinden bilgisayara bağlayın. Görev monitörünü HDMI bağlantı noktası üzerinden bilgisayara bağlayın. Arka TMS portunu bir DB-9 kablosuyla bilgisayara bağlayın.</li>
	<li>EMG sistemini PCI-6220 kartı DAQ ile bilgisayara bağlayın. Fotodiyotu bir BNC kablosuyla EMG sistemine bağlayın.</li>
</ol>3. Fotodiyot sensörü
<ol><li>BNC kablosuna bir fotodiyot sensörü takın. Fotodiyot sensörünü, bandla görev monitörünün sağ üst köşesine, sensör ekrana bakacak şekilde 1 cm uzağa ≤ sabitleyin. NOT: Bu, görev monitöründe bağımsız bir giriş kanalında analog veri olarak sunulan uyaranların zamanlamasını kaydeder.</li>
</ol>4. Yazılım
<ol><li>Veri toplama donanımıyla arayüz oluşturmak üzere MATLAB 2018 için VETA Toolbox26'yı (https://github.com/greenhouselab/Veta) indirin.</li>
	<li>Deneysel parametrelerin kontrolü ve tablet ile arayüz oluşturmak için geliştirilen erişim görev kodunu (https://github.com/greenhouselab/Reach_TMS) indirin.</li>
</ol>5. Katılımcı taraması ve bilgilendirilmiş onam
<ol><li>TMS'ye kontrendikasyonlar için konuyu tarayın. Dışlama kriterleri arasında kişisel veya ailevi nöbet, baş ağrısı, beyin travması, bayılma, kronik stres veya anksiyete, uyku sorunları ve herhangi bir nöroaktif ilaç öyküsü bulunur. Ek dışlama kriterleri, beyindeki veya kafatasındaki herhangi bir metal implantı ve testten önceki 24 saat içinde herhangi bir eğlence amaçlı uyuşturucu veya alkol kullanımını içerir. Dahil etme kriterleri sağ elini kullanma ve 18 ila 35 yaş arasındaki yaşları içeriyordu.</li>
	<li>Prosedürün ve ilgili risklerin yazılı bir açıklamasını sağlayın ve katılımcının sahip olabileceği diğer soruları açıklığa kavuşturun.</li>
	<li>Katılımcılardan bilgilendirilmiş onam alın.</li>
</ol>6. Konu kurulumu
<ol><li>Nesneyi tablete bakan rahat bir sandalyeye yerleştirin. Dizlerin, bacaklar masanın altındayken 90° 'ye kadar büküldüğünden emin olun.</li>
	<li>Cildi hazırlayın ve EMG elektrotlarını yerleştirin.<ol><li>TMS nabzı tarafından üretilen elektrik artefaktlarını tespit etmek için sağ ilk dorsal interossei (FDI), ekstansör carpi radialis ve anterior deltoid kasların bulunduğu yerde cildi nazikçe aşındırmak için ince taneli zımpara kağıdı ve boynun tabanındaki C4 belirginliğini kullanın. NOT: Kas kayıt siteleri kullanıcı ihtiyaçlarına göre uyarlanabilir.</li>
		<li>Temizlemek için her aşınmış bölgeyi elektrot bölgesi başına bir kez alkol hazırlama pedi ile sürün.</li>
		<li>Her bölgeye bir EMG elektrodu yerleştirin. Elektrotların kas liflerine dik olarak çalıştığından emin olun. Zemin elektrodunu sağ dirseğin kemikli belirginliğine yerleştirin.</li>
		<li>Her elektrodu tıbbi bantla sabitleyin.</li>
	</ol></li>
	<li>EMG kaydının kalitesini kontrol edin. Tüm EMG izlerini görselleştirmek ve eserlerden arındırılmış olduklarından emin olmak için VETA araç kutusunu kullanın. EMG izleri gürültülüyse, zeminin düzgün yerleştirildiğinden ve tüm elektrotların ciltle doğru temas ettiğinden emin olun.</li>
</ol>7. Transkraniyal manyetik stimülasyon
<ol><li>TMS makinesini açın.</li>
	<li>Sol M1'in uyarılmasıyla sağ FDI kasının TMS sıcak noktasını bulun.<ol><li>Bobini ~5 cm yanal ve başın köşesine 2 cm önde, orta hattan ~ 45 ° uzağa doğru yerleştirin.</li>
		<li>TMS darbelerini her 4 saniyede bir uygulayın ve bobini anterior-posterior ve medial-lateral düzlemde yaklaşık 5 mm'lik artışlarla yeniden konumlandırın.</li>
		<li>%30 maksimum uyarıcı çıkışından başlayarak, MEP'ler gözlemlenene kadar TMS yoğunluğunu kademeli olarak %2'lik artışlarla artırın.</li>
		<li>MEP'lerin darbelerin çoğunluğunda (~% 75) mümkün olan en düşük uyarıcı yoğunluğunda güvenilir bir şekilde elde edilebileceği optimum konum belirlendikten sonra, 10 darbeden beşinde >50 μV'luk bir tepeden tepeye genliğe sahip MEP'ler üreten yoğunluk seviyesini bularak dinlenme motor eşiğini (RMT) belirleyin.</li>
		<li>Bobinin çevresi boyunca katılımcının kafasına nazikçe ince yansıtıcı bant şeritleri yerleştirerek pozisyonu işaretleyin. Bobini manuel olarak tutarak veya desteklemek için bir stand kullanarak bobin konumlandırmasını koruyun.</li>
	</ol></li>
</ol>8. Görev kurulumuna ulaşma
<ol><li>Rahat bir güç kavrama duruşunu kolaylaştırmak için katılımcının sağ eline Velcro eldiven takın.</li>
	<li>Kalemi eldivene takın ve deneğe ulaşma hareketleri arasında elini rahat tutmasını tavsiye edin.</li>
	<li>Aşağıdaki gibi görev talimatlarını iletin: İmleci ekranın altındaki ana konuma getirin. İki hedef konumdan birinde bir ipucu göreceksiniz. Hedef renkle dolduğunda, hedefe mümkün olduğunca hızlı ve doğru bir şekilde ulaşın. Ardından ana pozisyona dönün. Ev konumlarının, ipuçlarının ve hedeflerin konumlarını belirtin (Şekil 1A).</li>
	<li>Katılımcıya, kalemle hedefleri mümkün olduğunca hızlı ve doğru bir şekilde dilimlemesi için koçluk yapın. Katılımcının kol hareketleri vizyonunu gizlemek ve görev monitörünün görünürlüğünü artırmak için görev odasındaki ışıkları kapatın.</li>
</ol>9. Görev tasarımı
<ol><li>Matlab 2018'de Psychtoolbox 3.0 ile görsel uyaran sunumunu kontrol edin (Ek Kodlama Dosyası 1).</li>
	<li>Mevcut verileri eşleştirmek için aşağıdaki parametreleri kullanın: 20 alıştırma denemesi; 270 test denemesi; Test çalışmalarının 4/5'inde TMS; TMS ya hazırlık ipucu başlangıcı (başlangıç TMS) ile çakışır ya da zorunlu ipucundan (gecikme TMS) 100 ms önce eşit sıklıkta çakışır; Toplam denemelerin 1 / 10'u, zorunlu ipucunun görünmediği yakalama denemeleridir; ev konumu, çalışma alanının alt ortasına yerleştirilmiş 2 cm yarıçaplı bir dairedir; 1 cm yarıçaplı iki dairesel hedef, orta hattan +45° ve -45° uzakta ana konumdan 15 cm uzağa konumlandırılmıştır.</li>
	<li>Olay sırasını ve sürelerini şu şekilde ayarlayın: 900 ms'de hazırlık ipucu ve 900 ms'de zorunlu ipucu.</li>
</ol>10. TMS yönetimi
<ol><li>VETA araç kutusu TMS'yi aynı anda yönetir ve EMG https://github.com/greenhouselab/Veta kaydeder.</li>
	<li>TMS darbelerinin zamanlamasını, seçilen davranışsal olaylarla (yani, hazırlık ipucunun başlangıcı veya hedef başlangıçtan 100 ms öncesi) çakışması için VETA araç kutusu ile kontrol edin.</li>
	<li>TMS'yi analiz için yeterli sayıda MEP sağlamak için yeterli sıklıkta teslim edin. NOT: Yazıldığı gibi, görev kodu, toplam denemelerin 4/5'inde bir TMS darbesi ya temel MEP'leri ortaya çıkarmak için hazırlık ipucunun başlangıcında ya da gecikmiş MEP'leri ortaya çıkarmak için zorunlu ipucundan 100 ms önce bir TMS darbesi verecektir. Parametreler kullanıcı ihtiyaçlarına göre kodda ayarlanabilir. TMS'siz denemeler, TMS'nin yokluğunda davranışsal performansı değerlendirmek için kullanılabilir. Bu, TMS'nin performans üzerindeki olası etkisini belirlemek için yararlıdır.</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. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invariant+errors+reveal+limitations+in+motor+correction+rather+than+constraints+on+error+sensitivity.">Invariant errors reveal limitations in motor correction rather than constraints on error sensitivity.</a> Communications Biology. 1, 19 (2018).</li><li>Huberdeau, D. M., Krakauer, J. W., Haith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-process+decomposition+in+human+sensorimotor+adaptation.">Dual-process decomposition in human sensorimotor adaptation.</a> Current Opinion in Neurobiology. 33, 71-77 (2015).</li><li>Shadmehr, R., Smith, M. A., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Error+correction,+sensory+prediction,+and+adaptation+in+motor+control.">Error correction, sensory prediction, and adaptation in motor control.</a> Annual Review of Neuroscience. 33 (1), 89-108 (2010).</li><li>Filimon, F., Nelson, J. D., Hagler, D. J., Sereno, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+cortical+representations+for+reaching:+Mirror+neurons+for+execution,+observation,+and+imagery.">Human cortical representations for reaching: Mirror neurons for execution, observation, and imagery.</a> NeuroImage. 37 (4), 1315-1328 (2007).</li><li>Hammon, P. S., Makeig, S., Poizner, H., Todorov, E., de Sa, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+reaching+targets+from+human+EEG.">Predicting reaching targets from human EEG.</a> IEEE Signal Processing Magazine. 25 (1), 69-77 (2008).</li><li>Busan, P., 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=Effect+of+transcranial+magnetic+stimulation+(TMS)+on+parietal+and+premotor+cortex+during+planning+of+reaching+movements.">Effect of transcranial magnetic stimulation (TMS) on parietal and premotor cortex during planning of reaching movements.</a> PloS One. 4 (2), 4621 (2009).</li><li>Busan, P., 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=Transcranial+magnetic+stimulation+and+preparation+of+visually-guided+reaching+movements.">Transcranial magnetic stimulation and preparation of visually-guided reaching movements.</a> Frontiers in Neuroengineering. 5, 18 (2012).</li><li>Lega, C., 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=The+topography+of+visually+guided+grasping+in+the+premotor+cortex:+a+dense-transcranial+magnetic+stimulation+(TMS)+mapping+study.">The topography of visually guided grasping in the premotor cortex: a dense-transcranial magnetic stimulation (TMS) mapping study.</a> The Journal of Neuroscience. 40 (35), 6790-6800 (2020).</li><li>Marigold, D. S., Lajoie, K., Heed, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=No+effect+of+triple-pulse+TMS+medial+to+intraparietal+sulcus+on+online+correction+for+target+perturbations+during+goal-directed+hand+and+foot+reaches.">No effect of triple-pulse TMS medial to intraparietal sulcus on online correction for target perturbations during goal-directed hand and foot reaches.</a> PloS One. 14 (10), 0223986 (2019).</li><li>Savoie, F. -. A., Dallaire-Jean, L., Thenault, F., Whittingstall, K., Bernier, P. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-pulse+TMS+over+the+parietal+cortex+does+not+impair+sensorimotor+perturbation-induced+changes+in+motor+commands.">Single-pulse TMS over the parietal cortex does not impair sensorimotor perturbation-induced changes in motor commands.</a> eNeuro. 7 (2), (2020).</li><li>Taga, M., 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=Motor+adaptation+and+internal+model+formation+in+a+robot-mediated+forcefield.">Motor adaptation and internal model formation in a robot-mediated forcefield.</a> Psychoradiology. 1 (2), 73-87 (2021).</li><li>Vesia, M., 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=Human+dorsomedial+parieto-motor+circuit+specifies+grasp+during+the+planning+of+goal-directed+hand+actions.">Human dorsomedial parieto-motor circuit specifies grasp during the planning of goal-directed hand actions.</a> Cortex. 92, 175-186 (2017).</li><li>Bestmann, S., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+uses+and+interpretations+of+the+motor-evoked+potential+for+understanding+behaviour.">The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour.</a> Experimental Brain Research. 233 (3), 679-689 (2015).</li><li>Rossini, P. M., 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=Non-invasive+electrical+and+magnetic+stimulation+of+the+brain,+spinal+cord,+roots+and+peripheral+nerves:+Basic+principles+and+procedures+for+routine+clinical+and+research+application.+An+updated+report+from+an+I.F.C.N.+Committee.">Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee.</a> Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1110 (2015).</li><li>Rothwell, J. C., Thompson, P. D., Boyd, S., Marsden, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulation+of+the+human+motor+cortex+through+the+scalp.">Stimulation of the human motor cortex through the scalp.</a> Experimental Physiology. 76 (2), 159-200 (1991).</li><li>Bestmann, S., Duque, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+magnetic+stimulation:+decomposing+the+processes+underlying+action+preparation.">Transcranial magnetic stimulation: decomposing the processes underlying action preparation.</a> The Neuroscientist. 22 (4), 392-405 (2016).</li><li>Kim, H. E., Avraham, G., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+psychology+of+reaching:+action+selection,+movement+implementation,+and+sensorimotor+learning.">The psychology of reaching: action selection, movement implementation, and sensorimotor learning.</a> Annual Review of Psychology. 72 (1), 61-95 (2021).</li><li>McDougle, S. D., Bond, K. M., Taylor, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explicit+and+implicit+processes+constitute+the+fast+and+slow+processes+of+sensorimotor+learning.">Explicit and implicit processes constitute the fast and slow processes of sensorimotor learning.</a> The Journal of Neuroscience. 35 (26), 9568-9579 (2015).</li><li>McDougle, S. D., Bond, K. M., Taylor, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implications+of+plan-based+generalization+in+sensorimotor+adaptation.">Implications of plan-based generalization in sensorimotor adaptation.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (1), 383-393 (2017).</li><li>McDougle, S. D., Ivry, R. B., Taylor, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Taking+aim+at+the+cognitive+side+of+learning+in+sensorimotor+adaptation+tasks.">Taking aim at the cognitive side of learning in sensorimotor adaptation tasks.</a> Trends in Cognitive Sciences. 20 (7), 535-544 (2016).</li><li>Morehead, J. R., Qasim, S. E., Crossley, M. J., Ivry, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Savings+upon+re-aiming+in+visuomotor+adaptation.">Savings upon re-aiming in visuomotor adaptation.</a> The Journal of Neuroscience. 35 (42), 14386-14396 (2015).</li><li>Taylor, J. A., Krakauer, J. W., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explicit+and+implicit+contributions+to+learning+in+a+sensorimotor+adaptation+task.">Explicit and implicit contributions to learning in a sensorimotor adaptation task.</a> The Journal of Neuroscience. 34 (8), 3023-3032 (2014).</li><li>Tsay, J. S., Kim, H. E., Parvin, D. E., Stover, A. R., Ivry, R. 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>

Tüm yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan eder

Yukarıda özetlenen yöntemler, davranışlara ulaşma bağlamında motor hazırlığı incelemek için yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Ulaşmak, motor kontrol ve öğrenme çalışmasında popüler bir model görevi temsil etse de, davranışa ulaşma ile ilişkili CS dinamiklerini tam olarak değerlendirmeye ihtiyaç vardır. TMS, ulaşma sırasında ayrı zaman noktalarında CS aktivitesini yakalamak için invaziv olmayan, geçici olarak hassas bir yöntem sunar. Burada açıklanan yaklaşım, iki ...

Hedefe yönelik erişim, insanların dış çevreyle etkileşime girmesini ve manipüle etmesini sağlayan temel bir motor davranıştır. Motor fizyolojisi, psikoloji ve sinirbilim alanlarına ulaşma çalışması, çeşitli metodolojileri içeren zengin ve kapsamlı literatür üretmiştir. Ulaşmanın erken çalışmaları, tek nöronlar düzeyinde nöral aktiviteyi araştırmak için insan olmayan primatlarda doğrudan nöral kayıtlar kullandı 1,2. Daha yeni çalışmalar, motor öğrenmenin doğasını keşfetmek ve kontroletmek için sensorimotor adaptasyonu kullanan davranışsal paradigmaları kullanarak ulaşmayı araştırmıştır 3,4,5. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme ve elektroensefalografi ile birleştirilen bu tür davranışsal görevler, insanlarda ulaşma sırasında tüm beyin aktivitesini ölçebilir 6,7. Diğer çalışmalar, erişim hazırlama ve yürütmenin çeşitli özelliklerini araştırmak için çevrimiçi TMS'yi uygulamıştır 8,9,10,11,12,13,14. Bununla birlikte, TMS ile ulaşmanın davranışsal değerlendirmesini birleştiren açık kaynaklı ve esnek bir yaklaşıma ihtiyaç vardır. TMS'yi davranışsal protokollerle birleştirmenin faydası çok iyi kurulmuş olsa da15, burada TMS'nin uygulanmasını açık kaynaklı bir yaklaşım kullanarak ulaşma bağlamında özel olarak inceliyoruz. Bu, bu yöntem kombinasyonunu kullanarak yayın yapan diğer grupların, araçlarını doğrudan çoğaltmayı yasaklayan hazır hale getirmedikleri için yenidir. Bu açık kaynaklı yaklaşım çoğaltmayı, veri paylaşımını ve çok siteli çalışma olasılığını kolaylaştırır. Ek olarak, başkaları benzer araçlarla yeni araştırma sorularını takip etmek isterlerse, açık kaynak kodu, kolayca uyarlanabildiği için inovasyon için bir fırlatma rampası görevi görebilir.
TMS, motor sistemini hassas bir şekilde kontrol edilen zaman noktalarında16 problamak için invaziv olmayan bir araç sunar. Birincil motor korteks (M1) üzerine uygulandığında, TMS hedeflenen bir kasın elektromiyogramında ölçülebilir bir sapma ortaya çıkarabilir. Motor uyarılmış potansiyel (MEP) olarak bilinen bu voltaj dalgasının genliği, kortikospinal (CS) yolun anlık uyarılabilirlik durumunun bir indeksini sağlar - CS yolu17 üzerindeki tüm uyarıcı ve inhibitör etkilerin bir analoğu. TMS, içsel CS uyarılabilirliğinin güvenilir bir denek içi ölçümünü sağlamanın yanı sıra, CS aktivitesi ve davranış arasındaki ilişkileri geçici olarak kesin bir şekilde araştırmak için diğer davranışsal veya kinematik metriklerle birleştirilebilir. Birçok çalışma, motor sistemle ilgili çeşitli soruları ele almak için TMS ve elektromiyografinin (EMG) bir kombinasyonunu kullanmıştır, özellikle de bu yöntem kombinasyonu, MEP'leri çok çeşitli davranışsal koşullar altında araştırmayı mümkünkıldığından15. Bunun özellikle yararlı olduğu kanıtlanan bir alan, çoğunlukla tek eklemli hareketlerin incelenmesi yoluyla eylem hazırlığı çalışmasıdır18. Bununla birlikte, natüralist çok eklemli hareketlere ulaşma gibi TMS çalışmaları nispeten daha azdır.
Mevcut amaç, davranışsal kinematik, çevrimiçi tek darbeli TMS uygulaması ve birden fazla kastan eşzamanlı EMG kaydını içeren gecikmeli bir yanıt ulaşma görevi tasarlamaktı. Görev, yatay olarak yönlendirilmiş bir monitör kullanarak çevrimiçi görsel geri bildirimle iki boyutlu bir noktadan noktaya ulaşma paradigması içerir, böylece görsel geri bildirim eşleşmeleri erişim yörüngelerine ulaşır (yani, gerçek geri bildirim sırasında 1: 1 ilişki ve görsel geri bildirim ile hareket arasında dönüşüm olmaz). Mevcut tasarım ayrıca visuomotor pertürbasyonlu bir dizi deneme içerir. Verilen örnekte bu, imleç geri bildiriminde 20° dönme kaymasıdır. Önceki çalışmalar, sensorimotor adaptasyon 19,20,21,22,23,24,25 ile ilişkili mekanizmalar ve hesaplamalar hakkındaki soruları ele almak için benzer bir erişim paradigması kullanmıştır. Ayrıca, bu yaklaşım, çevrimiçi motor öğrenimi sırasında motor sistemi uyarılabilirlik dinamiklerini hassas zaman noktalarında değerlendirmeyi mümkün kılar.
Ulaşmanın öğrenme/adaptasyonu araştırmak için verimli bir davranış olduğu kanıtlandığından, bu davranış bağlamında CS uyarılabilirliğini değerlendirmek, bu davranışlarda yer alan nöral substratlara ışık tutmak için muazzam bir potansiyele sahiptir. Bunlar, insan dışı primat araştırmalarında tespit edildiği gibi, lokal inhibitör etkileri, ayar özelliklerindeki değişiklikleri, nöral olayların zamanlamasını vb. İçerebilir. Bununla birlikte, bu özelliklerin insanlarda ve klinik popülasyonlarda ölçülmesi daha zor olmuştur. Nöral dinamikler, insanlarda açık hareketin yokluğunda, kombine TMS ve EMG yaklaşımı kullanılarak (yani, hareketin hazırlanması veya istirahat halinde) de araştırılabilir.
Sunulan araçlar açık kaynaklıdır ve kod kolayca uyarlanabilir. Bu yeni paradigma, erişim hareketlerinin hazırlanması, yürütülmesi, sonlandırılması ve uyarlanmasında yer alan mekanizmalar hakkında önemli bilgiler üretecektir. Dahası, bu yöntem kombinasyonu, elektrofizyoloji ile insanlarda davranışa ulaşma arasındaki ilişkileri ortaya çıkarma potansiyeline sahiptir.

<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

Ulaşmak, motor fizyoloji ve sinirbilim araştırmalarında yaygın olarak çalışılan bir davranıştır. Erişim, çeşitli davranışsal manipülasyonlar kullanılarak incelenmiş olsa da, erişim planlaması, yürütme ve kontrolünde yer alan sinirsel süreçlerin anlaşılmasında önemli boşluklar vardır. Burada açıklanan yeni yaklaşım, iki boyutlu bir ulaşma görevini, transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) ve çoklu kaslardan eşzamanlı elektromiyografi (EMG) kaydı ile birleştirir. Bu yöntem, ulaşan hareketlerin ortaya çıkması sırasında kesin zaman noktalarında kortikospinal aktivitenin noninvaziv tespitine izin verir. Örnek görev kodu, orta çizgiden 45° uzakta görüntülenen iki olası hedefe sahip gecikmeli yanıt ± görevi içerir. Tek darbeli TMS, görev denemelerinin çoğunda, hazırlık ipucunun başlangıcında (başlangıç) veya zorunlu ipucundan (gecikme) 100 ms önce teslim edilir. Bu örnek tasarım, erişim hazırlığı sırasında kortikospinal uyarılabilirlikteki değişiklikleri araştırmak için uygundur. Örnek kod ayrıca, erişim hazırlığı sırasında adaptasyonun kortikospinal uyarılabilirlik üzerindeki etkilerini araştırmak için bir visuomotor pertürbasyon (yani, ± 20 ° 'lik imleç rotasyonu) içerir. Görev parametreleri ve TMS dağıtımı, ulaşma davranışı sırasında motor sistemin durumu hakkındaki belirli hipotezleri ele almak için ayarlanabilir. İlk uygulamada, TMS denemelerinin% 83'ünde motor uyarılmış potansiyeller (MEP'ler) başarıyla elde edildi ve tüm denemelerde erişim yörüngeleri kaydedildi.

Açıklanan yöntemlerin başarılı bir şekilde uygulanması, tablet verilerinin kaydedilmesini, EMG izlerini ve MEP'lerin güvenilir bir şekilde çıkarılmasını içerir. TMS ile yapılan 270 test denemesini içeren bir deney, çalışmaların 4 / 5'inde (216 deneme) gerçekleştirildi.
Veriler, 25 ± 10 yaşları arasındaki 16 katılımcıdan (sekiz kadın; sekiz erkek) toplandı ve bunların hepsi sağ elini kullandığını bildirdi. Görsel pertürbasyonun davranışsal performans ?...

Watch this Scientific Journal Video about Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior at JoVE.com

Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

Ulaşmak, insanların çevre ile etkileşime girmesini sağlayan temel bir beceridir. Birçok çalışma, çeşitli metodolojiler kullanarak ulaşma davranışını karakterize etmeyi amaçlamıştır. Bu makale, görev performansına ulaşırken insanlarda kortikospinal uyarılabilirlik durumunu değerlendirmek için transkraniyal manyetik stimülasyonun açık kaynaklı bir uygulamasını sunmaktadır.

Hedefe Yönelik Ulaşma Davranışı Sırasında Kortikospinal Uyarılabilirliğin Değerlendirilmesi

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 Görüntüleme.  University of Oregon. Ulaşmak, insanların çevre ile etkileşime girmesini sağlayan temel bir beceridir. Birçok çalışma, çeşitli metodolojiler kullanarak ulaşma davranışını karakterize etmeyi amaçlamıştır. Bu makale, görev performansına ulaşırken insanlarda kortikospinal uyarılabilirlik durumunu değerlendirmek için transkraniyal manyetik stimülasyonun açık kaynaklı bir uygulamasını sunmaktadır.

Video: Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

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.

Eylem Gözlemi Sırasında Kortikospinal Uyarilebilirlik Modülasyonu

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

Davranış

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.

Motor Davranış Top-down Görsel Süreçlerin Etkisi keşfedin Yöntemleri

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.

İnsanlardaki Kuvvet ve Konum Kontrolü - Artırılmış Görüşleri Rolü

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.

Bir Robotik Manipulandum ile motor Beceri Öğrenme Süreçlerinin İncelenmesi

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.

Primer Motor korteks içinde intracortical inhibisyon ilgi odağı değiştirerek modüle

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.

Reaktif Dengede Yanıt İnhibisyonu ve Eylem Seçimini Vurgulamak Için Modifiye Yalın ve Serbest Bırakma Tekniği

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.

Transkraniyal Manyetik Stimülasyon ile İnsan Motor Sisteminde İşlevsel Olarak Spesifik Nöral Yolların Ölçülmesi ve Manipüle Edilmesi

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

Nörobilim

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.

İnsan Üst Ekstremite Kaslarında Hızlı Visuomotor Tepkiler uyandırmak için Yükselen Bir Hedef Paradigma

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.

İn Vivo Yetenekli Motor Davranışın Kablosuz Optogenetik Kontrolü

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>Tek Taraflı Sinir Yaralanmasında El Kullanımının Kantitatif Değerlendirilmesi

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>Blok Oluşturma Görevi, Tek Taraflı Periferik Sinir Yaralanmasından Sonra Farklı Sol/Sağ El Seçim Modelleri Gruplarını Tanımlar

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.

Blok Oluşturma Görevi, Tek Taraflı Periferik Sinir Yaralanmasından Sonra Farklı Sol/Sağ El Seçim Modelleri Gruplarını Tanımlar

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