Name: corticospinal excitability modulation during action observation
Uploaded: 2013-12-31T20:00:00
Duration: 12 min 33 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation at JoVE.com

Луиза Сартори была поддержана грантом от Университета Дери Студи ди Падова, Бандо Джовани Studiosi 2011, L. n.240/2010.

Раскрывать нечего.

Наиболее важными шагами в измерении модуляции в ВОЗбудимости CS у людей во время наблюдения за действиями являются: 1) проектирование/съемка видеоклипов, которые вызывают тенденцию действия у наблюдателя, предвосхищая как эмулятивные, так и дополнительные ответы; 2) определение кинематических событий, характеризующих различные фазы действий модели, для соответствующей стимуляции блокировки времени TMS; 3) определение оптимального положения кожи головы для каждой мышцы руки и поддержание последовательного позиционирования на протяжении всего эксперимента; 4) правильно регистрировать активность ЭМГ из стимулируемых мышц.
Предыдущие исследования с использованием метода TMS/MEP показали, что кортикоспинальная активация в результате наблюдения за действиями не всегда обладает имитационным уклоном, но, в зависимости от контекстуальных факторов, может также премьер активации двигателя для дополнительныхдействий 29,30. Однотупенчатые исследования TMS показали, что наблюдение за двухшаговой последовательностью действий, в которую встроен дополнительный запрос, подсказывает переход от эмуляции к отзывчивости в кортикоспинальной активности участников. Это исследование идет еще дальше, показывая, когда именно происходит переключатель и показывает, что люди способны предвидеть социальные намерения действия, наблюдая преждевременной кинематические сигналы сигнализации необходимость / запрос на дополнительный ответ. Предварительная информация о движении действительно достаточна для того, чтобы наблюдатель сделал вывод о намерении, стоящем за ней. Механизмы, лежащие в основе наблюдения за действиями, кажутся тогда податливыми, оперативными и чувствительными к сложным запросам, встроенным в социальные контексты. Будущие исследования будут продолжаться, чтобы проанализировать, если обработка является последовательной или параллельной. Нейровизуальные исследования с использованием парадигм, таких как тот, который используется здесь, смогут еще больше прояснить этот процесс, разграничив корковые сети, лежащие в основе способности переходить от эмуляции к взаимности.
Эти результаты также указать путь для будущего применения методов TMS / EMG для изучения ВОЗбудимости и пластичности двигательной системы. Многочисленные исследования уже показали, что измерения TMS функции моторной коры являются безопасными, надежными и потенциально полезными в клиническихусловиях 40,46. Продольные сравнения амплитуды MEP могут, по сути, дать прямую оценку воздействия моторной корковой пластичности.
Недавние исследования сообщили, что наблюдение за действиями положительно влияет на послеиголюю реабилитацию дефицита двигателя и может быть выгодно использовано для реактивации моторных зон у людей, нуждающихся в восстановленииуправления двигателем 47. Таким образом, можно было бы разработать стратегию дополнительной терапии наблюдений за действиями, которая использует наблюдение за дополнительными жестами для активизации нарушенных моторных навыков. Если, как представляется, моторное поведение является результатом как внутренних, так и внешних факторов, наблюдение за действиями должно быть включено в учебные протоколы, направленные на реабилитацию этого типа пациента. Наблюдение за повседневными действиями вместе с физической практикой может проложить путь к более эффективной стратегии реабилитации. Кроме того, до настоящего времени для оценки клинического улучшения использовались лишь косвенные меры, такие, как функциональные или субъективные масштабы; в будущем оценка TMS/EMG может быть использована для измерения функционального улучшения у этих пациентов.
В заключение, это исследование разграничивает, как и при наблюдении действия другого человека производит моторопрофрикции в соответствующих мышц зрителя и каким образом кортикоспинальной возбудимости модулируется в социальных контекстах. Он также подтверждает, что моторные потенциалы, вызванные TMS являются безопасными, надежными показателями возбудимости CS и модуляции во время наблюдения действия.

За последние десять лет исследования в области неврологии в значительной степени изменили традиционный взгляд на двигательную систему. Значительный объем данных свидетельствует о том, что наблюдение за чьими-то движениями тела активизирует моторные представления в мозге зрителя(например,1-3). Эти исследования показали, что моторная кора наблюдателя динамически повторяет действия, наблюдаемые, как если бы они выполнялись самим наблюдателем. Транскраниальная магнитная стимуляция (TMS) полезна для оценки возбудимости кортикоспинального (CS) с относительно высоким временным разрешением для отслеживания возбудимости изменений, в то время как кто-то наблюдает за тем, как кто-то другой выполняет действие.
Основополагающим принципом функционирования TMS является то, что изменение первичного электрического тока в катушке стимуляции производит изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, вызывает вторичный поток электрического тока в близлежащих проводниках - в данном случае, корковых тканей, как предписано закономФарадея 4. Мозг является неоднородным проводником, состоящим из белого вещества, серого вещества и спинномозговой жидкости с проводимости 0,48, 0,7 и 1,79С/м, соответственно 5. Анализ показывает, что для целей магнитной стимуляции, мозг может рассматриваться как однородный проводник5. Деполяризация нейронов производится в силу индуцированного тока. В основе процесса находится передача заряда через нервную мембрану, соизмеримую для повышения его внутриклеточного потенциала около 30-40 мВ. В тот момент, когда положительные ионы загоняются в нервную клетку, ее внутриклеточный потенциал будет расти, и если рост достаточен, потенциальное действиеприводит к 5. Приори и егоколлеги 6 были первыми, кто прояснел, что слабый ток может модулировать возбудимость коры головного мозга человека, измеряемую амплитудой мотор-вызванного потенциала (MEP) от TMS. Большая часть работы, связанной с магнитной стимуляции коры головного мозга человека, действительно, сосредоточены на реакции ЭМГ в внутренних мышцах рук7. В 2004 году Уозомии его коллеги 8 обнаружили, что spTMS над областью 44 может легко прервать целевые движения рук и производить двигатель, вызывающий потенциал из мышц рук. Человеческая область 44 имеет фасилитаторное и ингибирующее воздействие на движениятонизирующих и фазовых пальцев 9-10и имеет прямые быстро проводящие кортикоспинальные проекции.
Первое доказательство того, что ВОЗ возбудимость CS модулируется не только во время добровольных движений, но и во время наблюдения за действиями, было получено Фадигой и его коллегами в 1995году 3. TMS был применен к области рук первичных моторных кортиков (M1) и ЕВРОДЕПУТАТ были записаны из контралатеральных мышц рук в то время как доброволец был проинструктирован, чтобы наблюдать транзитных и непереводимых движений (первые цели направлены, в последнее нет). Амплитуда евродепутатов, зарегистрированных из оппоненс pollicis (OP) и ПИИ мышц было установлено, что увеличение во время наблюдения захвата действия в отношении, зарегистрированных в условиях контроля. Таким образом, возник вопрос: являются ли мышцы, которые облегчаются во время наблюдения за действиями, теми же, которые используются во время выполнения действия? EMG ответы в мышцах рук, записанных в то время как объект был схваты и во время движения подъема рук все было установлено, точно повторить шаблон евродепутатов, вызвано TMS во время наблюдения действий. Некоторые исследовательские группы смогли повторить эти же эксперименты и разработали другие11-16.
Во время наблюдения за действиями двигательная система наблюдателя на практике «резонирует» с наблюдаемыми движениями и имитирует под порогом эти действия строго конгруэнтно. Поскольку мышцы, участвующие в наблюдении, такие же, как и мышцы, используемые человеком, осуществляющим действие, они временно сочетаются с динамикой наблюдаемого действия. В 2001 году Гангитано и его коллеги продемонстрировали, что система сопоставления исполнения-наблюдения связана с наблюдаемым действием даже с точки зрения ее временногокодирования 17. Амплитуды MEP становятся больше по мере увеличения диафрагмы пальцев и меньше во время фазы закрытия. Кларк и др. 18 намеревались оценить специфику кортикоспинального (CS) содействия в то время как участники наблюдали, было предложено представить себе, или наблюдаемые действия, которые они сказали, что они будут впоследствии придется выполнять. Эти исследователи сообщили, что, как представляется, в этих трех условиях не было каких-либо статистически значимых различий.
Есть по крайней мере две гипотезы, объясняющие упрощение евродепутата, вызванное наблюдением за действиями. Согласно первому, повышение возбудимости M1 производится через возбуждаемые кортико-кортикальные соединения. Согласно второму, TMS показывает, через CS нисходящие залпы, содействие motoneurons (MNs). Нельзя различить модуляции амплитуд MEP, вызванные вариациями в М1 или МН возбудимости. Как Балдиссера и др. 19 хотел исследовать возбудимость спинного мозга, связанную с упрощением MEP, они решили измерить амплитуду рефлекса Гофмана (вызывается путем стимулирования афферентных волокон в периферических нервах) в мышцах сгибателя пальцев предплечья, в то время как добровольцы наблюдали направленные цели действия рук. Они сообщили, что в то время как модуляция корковой возбудимости тесно имитирует движения, наблюдаемые, как если бы они выполнялись наблюдателем его / себя, возбудимость спинного мозга, как представляется, взаимно модулируется. Эти следователи сочли этот эффект выражением механизма, блокирующего явную исполнение наблюдаемых действий. Модуляция моторных потенциалов, вызванных TMS вовремя наблюдения действия 3,20,21, как представляется, конкретные, то, для мышц, участвующих ввыполнении действия 3 и следует, вупреждающий моды 22, тот же временноймодели активации 17,23. В этом направлении, Urgesi и коллеги24,25 недавно обнаружили, что наблюдение за началом и средней фазы захвата действия породили значительно более высокое облегчение двигателя, чем наблюдение за их окончательные позы. Моторная упрощение было максимальным для снимков, вызывающих текущие, но неполные действия. Результаты убедительно свидетельствуют о том, что фронтальный компонент системы сопоставления наблюдения и выполнения играет важную роль в прогностический кодирование поведения других двигателей.
Вместе с тем нельзя отрицать, что успешное взаимодействие в реальном мире часто требует взаимодополняющих, а неэмулятивных действий 26 и что имитация не всегда является эффективным или надлежащим ответом на наблюдение за действиями. В тех случаях, когда, например, кто-то вручает кому-то еще кружку, утаив ее за ручку, мы все знаем, что приемник, не задумываясь, схватит кружку жестом всей руки (единственный, который был бы уместным в этой ситуации). Мало что известно о том, как негибкой тенденции к матчу наблюдаемых действий на нашей двигательной системы могут быть согласованы с просьбой подготовить неидентичные ответы. В этой связи некоторые исследователи показали, что автоматические эффекты зеркального отражение могут быть отменены после несовместимой подготовки: зеркальные и контр-зеркальные ответы, кажется, следуют затем же временем 27,28. Интересно, что в отличие от предыдущих исследований, евродепутаты, вызванные spTMS были недавно использованы для оценки спонтанной кортикоспинальной активации в то время как видеоклипы, вызывающие эмулятивные или неидентичные дополнительные жестыбыли просто наблюдается 29,30. Результаты показали естественный переход от эмулятивного к контексту, связанного с действием в кортикоспинальной деятельности. Механизм сопоставления в начале последовательности действий превратился в дополнительный, если стала очевидной просьба о принятии ответных мер.
Используя эти результаты, настоящее исследование было разработано специально для определения, используя комбинированный метод TMS/MEP, на каком этапе происходит спонтанный переход от эмуляции к взаимности, когда наблюдение за действиями вызывает дополнительный ответ. Депутаты Европарламента были затем записаны в пять различных моментов последовательности от ПИИ и ADM мышц рук. Мы предполагаем, что депутаты Европарламента, записанные в то время, когда наблюдатель первоначально воспринимает цельную хватку, могут вызвать как упрощение АДМ, так и упрощения пиИ, потому что такие мышцы обычно набираются для такого захвата. И наоборот, когда наблюдаемый жест вызывает неидентичный дополнительный жест(т.е. PG) у наблюдателя, только евродепутаты, записанные из мышц ПИИ, должны выявить выраженное увеличение активации. Это потому, что PG не подразумевает набор мышц ADM. Мы также прогнозируем, что, когда наблюдаемое действие не передает никакого социального смысла, простые симметричные эффекты упрощения должны возникать во время всей последовательности действий.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="456">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Transcranial Magnetic Stimulator</td>
			<td style="width:115px;">Magstim</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BrainAmp MR system for EMG acquisition</td>
			<td style="width:115px;">Brain Products</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Softaxic Optic system for stereotaxic neuronavigation</td>
			<td style="width:115px;">E.M.S.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

corticospinal excitability modulation during action observation

Это исследование использовало транскраниальную магнитную стимуляцию/моторную технику ,TMS/MEP), чтобы определить, когда автоматическая тенденция к зеркалу чужого действия становится упреждающим моделированием дополнительного акта. TMS был доставлен в левую первичную моторную кору, соответствующую руке, чтобы вызвать самый высокий уровень активности MEP от похитителя digiti minimi (ADM; похищение мышц, обслуживающих мизинец), а также первые спинные interosseus (FDI; мышцы, обслуживающие сгибание/расширение указательного пальца). Для поддержания положения катушки TMS использовалась нейронавигация, а электромиографическая (ЭМГ) активность была зафиксирована из правой мышцы АДМ и ПИИ. Производя исходные данные в отношении резонанса двигателя, комбинированный метод TMS/MEP сделал исследование механизма соединения восприятия и действия на шаг дальше. В частности, он ответил на вопросы о том, как и при наблюдении действия другого человека производит моторопрофрикции в соответствующих мышц зрителя и каким образом кортикоспинальной возбудимости модулируется в социальных контекстах.

Эффективность метода TMS/MEP в оценке возбудимости CS во время наблюдения за действиями зависит от определения оптимального положения кожи головы как для мышц АДМ, так и для пиИ. Поверхностные электроды в монтажах живота и сухожилий должны быть применены и должны соответствовать регулярным одноимпульсовой модели стимуляции.
В этом исследовании, результаты были получены на выборке из тридцати участников (22 женщин и 8 мужчин: возраст 21±5 лет), все право передал в соответствии со стандартной рукиинвентаризации 31 и с нормальным или исправленным к нормальному зрению. Ни у кого не было противопоказаний к TMS32,33 и не испытывал дискомфорта во время эксперимента. Изложенные здесь экспериментальные процедуры получили этичное одобрение (Комитет по этике Падовского университета) в соответствии с принципами Хельсинкской декларации 1964 года, и все участники дали письменное информированное согласие.
Согласно нашей гипотезе, евродепутаты, записанные, когда становится очевидной необходимость в дополнительном действии, должны модулироваться в зависимости от объекта, помещенного на передний план. Когда4-я кофейная чашка вызывает тенденцию к работе PG, только мышцы ПИИ должны быть активированы. Но когда действие модели к4-й кружке вызывает WHG, то и ADM и ПИИ мышцы должны быть найдены активированными. Поскольку ПИИ были набраны как для ПГ, так и для ВГС, не ожидается модуляции МЕП с точки зрения наблюдаемого типа захвата. Депутаты Европарламента, записанные из рук наблюдателя в то время, когда модель изначально захватывает термос, должны, кроме того, показывать, например, моторное упрощение как в мышцах ADM, так и в мышцах ПИИ, то есть мышцах, классически участвующих в WHG. Напротив, наблюдая за моделью, как ее рука движется к четвертой чашки кофе должны производить только ПИИ мышечной упрощения, как только, что мышцы (а не ADM) участвует в PG.
Наблюдение за двухшаговой последовательностью действий, неявно содержащей запрос на дополнительное движение, вызвало переход от эмуляции к отзывчивости в кортикоспинальной активности наблюдателя и указало в проведенных испытаниях именно тогда, когда произошла смена(рисунок 2).
Вариация предвещая взаимные действия состоялась в АДМ наблюдателей евродепутатов момент запястье модели начали двигаться в направлении четвертой кружки (социальное состояние). Обратно, вариация предвещая эмультивное действие произошло в евродепутатов наблюдателя момент запястье модели начали возвращаться в исходное положение (несоциальное состояние, см. Рисунок 3). ПИИ, как и ожидалось, активно участвовали во всех наблюдаемых движениях и смоделированных действиях (см. рисунки 4 и 5). Казалось бы, из этих результатов, что люди могут код действий, как социальные или несоциальные еще до того, как она становится явной. Можно сделать вывод о том, что наблюдатели настроены на продвижение информации о движении, предоставляемой тонкими кинематических сигналами, и что они могут использовать ее для прогнозирования будущего курса действий. В ходе описанных здесь экспериментальных сессий участники показали, что они способны дискриминировать действия, вызванные социальными или несоциальными условиями, просто наблюдая почти незаметные кинематические сигналы. В ходе проведенных экспериментов модуляция кортикоспинальной возбудимости была надежным косвенным показателем способности активировать соответствующие моторные программы в интерактивном контексте.
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig1.jpg"> Рисунок 1. Здесь схематичной является последовательность событий, происходящих во время каждого испытания. Непрерывная косая линия представляет собой всю презентацию видеоклипа. Горизонтальные линии обозначаютточки времени, когда были доставлены одиночные импульсы TMS: на T1 (когда рука модели соединяться с чашкой/кружкой), T 2 (когда модель заканчивает заливку сахара/кофе), T3 (когда модель начинает двигать рукой от третьей чашки/муги), T4 (когда рука модели начинает возвращаться в исходное положение или двигаться в направлении четвертой чашки / кружки - считается начало кий для дополнительного жеста), и T5 (когда рука модели явно возвращается в исходное положение или движется к четвертой чашке / кружке - считается конец сигнала для дополнительного жеста). Кадры, не показанные на рисунке (время между действием модели при соприкосновении с сахарной ложкой/термосом и действием заливки сахара/кофе) представлены двойными косыми барами.
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig2.jpg"> Рисунок 2. Кадры, извлеченные из видеоклипов, снятых для этого исследования, сопровождают строки графика, которые представляют собой средства нормализации Амплитуды ЕВРОПАРЛАМЕНТА. Иллюстрируются движения социального захвата всей руки, требующие движения PG и социальной точности захвата, требующие WHG (черный и белый, соответственно). Бары представляют собой стандартную ошибку средств.
<img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig3.jpg"> Рисунок 3. Кадры, извлеченные из видеоклипов, снятых для этого исследования, сопровождают строки графика, которые представляют собой средства нормализованных Амплитуды MEP. Иллюстрируются несоциальные движения захвата всей руки, требующие движения PG и несоциальной точности захвата, требующие WHG (черный и белый, соответственно). Бары представляют собой стандартную ошибку средств.
<img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig4.jpg"> Рисунок 4. Кадры, извлеченные из видеоклипов, снятых для этого исследования, сопровождают строки графика, которые представляют собой средства нормализации Амплитуды MEP. Иллюстрируются движения социального захвата всей руки, требующие движения PG и социальной точности захвата, требующие WHG (черный и белый, соответственно). Бары представляют собой стандартную ошибку средств.
<img alt="Figure 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51001/51001fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51001/51001fig5.jpg"> Рисунок 5. Кадры, извлеченные из видеоклипов, снятых для этого исследования, сопровождают строки графика, которые представляют собой средства нормализации Амплитуды MEP. Иллюстрируются несоциальные движения захвата всей руки, требующие движения PG и несоциальной точности захвата, требующие WHG (черный и белый, соответственно). Бары представляют собой стандартную ошибку средств.

Watch this Scientific Journal Video about Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation at JoVE.com

Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

Однолучевая транскраниальная магнитная стимуляция первичной моторной коры, нейронавигация и регистрация электромиографической активности мышц рук были использованы в этом исследовании для изучения кортикоспинаальной возбудимости, в то время как участники наблюдали последовательности действий.

Модуляция кортикоспинальной возбудимости во время наблюдения за действиями

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

Research

JoVE Journal

Behavior

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Лучшая современная практика для получения высокого качества данных ЭЭГ во время Одновременное МРТ

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Одновременный мониторинг ЭЭГ при транскраниальной стимуляции постоянным током

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Irrelevant Stimuli and Action Control: Analyzing the Influence of Ignored Stimuli via the Distractor-Response Binding Paradigm

Ненужные Стимулы и управления Действие: Анализ влияния Игнорируется стимулов через дистрактор-отклика Связывание Paradigm

Selection tasks in which simple stimuli (e.g. letters) are presented and a target stimulus has to be selected against one or more distractor stimuli are ...

fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

МРТ Проверка fNIRS измерений Во время натуралистического задачи

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced ...

Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task

Количественная Обучение в маленьких детей: Отслеживание Leg действия Во время Discovery обучения Задача

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning ...

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation (MUNE) Measuring Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse Hindlimb Muscles

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation MUNE Measuring Compound Muscle Action Potential CMAP in Mouse Hindlimb Muscles

Электрофизиологические двигателя Блок Количество Оценка (MUNE) Измерение Соединение мышц потенциала действия (CMap) у мыши задних конечностей Мышцы

Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the ...

Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

Неинвазивного Электрическая стимуляция мозга Монтажи для модуляции человеческого двигательной функции

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

Combining Multiple Data Acquisition Systems to Study Corticospinal Output and Multi-segment Biomechanics

Объединение нескольких систем сбора данных для изучения кортикоспинальных выход и Multi-сегмента биомеханику

Transcranial magnetic stimulation techniques allow for an in-depth investigation into the neural mechanisms that underpin human behavior. To date, the use ...

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

Одновременно Электроэнцефалография Запись Во транскраниальной стимуляции переменный ток (ПВР)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to ...

Gaze in Action: Head-mounted Eye Tracking of Children's Dynamic Visual Attention During Naturalistic Behavior

Взгляд в действии: руководитель монтируется глаз отслеживания динамического визуального внимания детей во время натуралистический поведение

Young children's visual environments are dynamic, changing moment-by-moment as children physically and visually explore spaces and objects and interact ...