Name: an emerging target paradigm to evoke fast visuomotor responses on human upper limb muscles
Uploaded: 2020-08-25T13:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Emerging Target Paradigm to Evoke Fast Visuomotor Responses on Human Upper Limb Muscles at JoVE.com

ويدعم هذا العمل من قبل منحة اكتشاف لBDC من العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث في كندا (NSERC; RGPIN 311680) ومنحة تشغيلية إلى BDC من المعاهد الكندية للبحوث الصحية (CIHR؛ (1) MOP-93796). وقد تم دعم رأس الخيمة من خلال منحة للدراسات العليا في أونتاريو، وتم دعم ALC من قبل منحة NSERC CREATE. وقد دعمت المؤسسة الكندية للابتكار الجهاز التجريبي الموصوف في هذه المخطوطة. وجاء دعم إضافي من صندوق كندا الأول للتميز البحثي (BrainsCAN).

وقد وافق مجلس أخلاقيات بحوث العلوم الصحية في جامعة ويسترن أونتاريو على جميع الإجراءات. وقد قدم جميع المشاركين موافقة مستنيرة، وكانوا يتقاضون أجرا مقابل مشاركتهم، ولهم حرية الانسحاب من التجربة في أي وقت.
1- إعداد المشاركين
ملاحظة: تمت دراسة عينة صغيرة من المشا?...

<ol>
	<li>Veerman, M. M., Brenner, E., Smeets, J. B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+latency+for+correcting+a+movement+depends+on+the+visual+attribute+that+defines+the+target.">The latency for correcting a movement depends on the visual attribute that defines the target.</a> Experimental Brain Research. 187 (2), 219-228 (2008).</li><li>Soechting, J. F., Lacquaniti, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modification+of+trajectory+of+a+pointing+movement+in+response+to+a+change+in+target+location.">Modification of trajectory of a pointing movement in response to a change in target location.</a> Journal of Neurophysiology. 49 (2), 548-564 (1983).</li><li>Day, B. L., Lyon, I. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+modification+of+automatic+arm+movements+evoked+by+motion+of+a+visual+target.">Voluntary modification of automatic arm movements evoked by motion of a visual target.</a> Experimental Brain Research. 130 (2), 159-168 (2000).</li><li>Gaveau, V., 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=Automatic+online+control+of+motor+adjustments+in+reaching+and+grasping.">Automatic online control of motor adjustments in reaching and grasping.</a> Neuropsychologia. 55 (1), 25-40 (2014).</li><li>Day, B. L., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+subcortical+involvement+in+the+visual+control+of+human+reaching.">Evidence for subcortical involvement in the visual control of human reaching.</a> Brain A Journal of Neurology. 124, 1832-1840 (2001).</li><li>Pruszynski, A. J., 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=Stimulus-locked+responses+on+human+arm+muscles+reveal+a+rapid+neural+pathway+linking+visual+input+to+arm+motor+output.">Stimulus-locked responses on human arm muscles reveal a rapid neural pathway linking visual input to arm motor output.</a> European Journal of Neuroscience. 32 (6), 1049-1057 (2010).</li><li>Corneil, B. D., Olivier, E., Munoz, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+responses+on+neck+muscles+reveal+selective+gating+that+prevents+express+saccades.">Visual responses on neck muscles reveal selective gating that prevents express saccades.</a> Neuron. 42 (5), 831-841 (2004).</li><li>Wood, D. K., Gu, C., Corneil, B. D., Gribble, P. L., Goodale, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+visual+responses+reset+the+phase+of+low-frequency+oscillations+in+the+skeletomotor+periphery.">Transient visual responses reset the phase of low-frequency oscillations in the skeletomotor periphery.</a> European Journal of Neuroscience. 42 (3), 1919-1932 (2015).</li><li>Gu, C., Wood, D. K., Gribble, P. L., Corneil, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Trial-by-Trial+Window+into+Sensorimotor+Transformations+in+the+Human+Motor+Periphery.">A Trial-by-Trial Window into Sensorimotor Transformations in the Human Motor Periphery.</a> Journal of Neuroscience. 36 (31), 8273-8282 (2016).</li><li>Kozak, R. A., Kreyenmeier, P., Gu, C., Johnston, K., Corneil, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulus-locked+responses+on+human+upper+limb+muscles+and+corrective+reaches+are+preferentially+evoked+by+low+spatial+frequencies.">Stimulus-locked responses on human upper limb muscles and corrective reaches are preferentially evoked by low spatial frequencies.</a> eNeuro. 6 (5), (2019).</li><li>Kowler, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+expectations,+not+habits,+control+anticipatory+smooth+oculomotor+pursuit.">Cognitive expectations, not habits, control anticipatory smooth oculomotor pursuit.</a> Vision Research. 29 (9), 1049-1057 (1989).</li><li>Goonetilleke, S. 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=Cross-species+comparison+of+anticipatory+and+stimulus-driven+neck+muscle+activity+well+before+saccadic+gaze+shifts+in+humans+and+nonhuman+primates.">Cross-species comparison of anticipatory and stimulus-driven neck muscle activity well before saccadic gaze shifts in humans and nonhuman primates.</a> Journal of Neurophysiology. 114 (2), 902-913 (2015).</li><li>Franklin, D. W., Reichenbach, A., Franklin, S., Diedrichsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+evolution+of+spatial+computations+for+visuomotor+control.">Temporal evolution of spatial computations for visuomotor control.</a> Journal of Neuroscience. 36 (8), 2329-2341 (2016).</li><li>Krekelberg, B., Vatakis, A., Kourtzi, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implied+motion+from+form+in+the+human+visual+cortex.">Implied motion from form in the human visual cortex.</a> Journal of Neurophysiology. 94 (6), 4373-4386 (2005).</li><li>Gribble, P. L., Everling, S., Ford, K., Mattar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hand-eye+coordination+for+rapid+pointing+movements:+Arm+movement+direction+and+distance+are+specified+prior+to+saccade+onset.">Hand-eye coordination for rapid pointing movements: Arm movement direction and distance are specified prior to saccade onset.</a> Experimental Brain Research. 145 (3), 372-382 (2002).</li><li>Par&#233;, M., Munoz, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Saccadic+reaction+time+in+the+monkey:+advanced+preparation+of+oculomotor+programs+is+primarily+responsible+for+express+saccade+occurrence.">Saccadic reaction time in the monkey: advanced preparation of oculomotor programs is primarily responsible for express saccade occurrence.</a> Journal of Neurophysiology. 76 (6), 3666-3681 (1996).</li></ol>

البشر لديهم قدرة ملحوظة، عند الحاجة، لتوليد إجراءات سريعة، موجهة بصريا في latencies التي تقترب من الحد الأدنى من التأخير في الاتصال الرنانة والرافضة. لقد سبق أن وصفنا الردود المقفلة على التحفيز (SLRs) على الطرف العلوي كتدبير جديد للاستجابات السريعة فيشوماتور6،9<su...

عندما نلاحظ رسالة على الهاتف المحمول لدينا، ونحن مطالبة لأداء الوصول الموجهة بصريا لالتقاط الهاتف وقراءة الرسالة. يتم تحويل الميزات البصرية مثل شكل وحجم الهاتف إلى أوامر السيارات مما يسمح لنا للوصول بنجاح إلى الهدف. ويمكن دراسة هذه التحولات في المختبرات، مما يسمح بدرجة عالية من السيطرة. ومع ذلك، هناك سيناريوهات حيث وقت الاستجابة مهم، على سبيل المثال، اصطياد الهاتف إذا كان لسقوط. غالباً ما تعتمد الدراسات المختبرية للسلوكيات السريعة على النماذج المستهدفة المهجّرة حيث يتم تعديل الحركات الجارية في منتصف الرحلة بعد بعض التغيير في موضع الهدف (على سبيل المثال، انظر المرجع1،2). في حين أن مثل هذه التصحيحات على الانترنت يمكن أن تحدث في <150 مللي ثانية3، فمن الصعب التأكد من التوقيت الدقيق للإخراج فيسوموتور سريع باستخدام kinematics وحدها بسبب خصائص التصفية تمرير منخفضة من الذراع ، ولأن الإخراج فيشوتور سريع يحل محل حركة بالفعل في منتصف الرحلة. وتؤدي هذه التعقيدات إلى عدم اليقين بشأن الركائز الكامنة في الاستجابات السريعة للاستجابات في فيشوتور (انظر المرجع4 للاطلاع عليه). وتشير بعض الدراسات إلى أن الهياكل تحت القشرية مثل الكوليكولوس المتفوق، بدلاً من المناطق القشرية الجدارية الأمامية، قد تبدأ التصحيحات عبر الإنترنت5.
قد يكون هذا عدم اليقين بشأن الركائز العصبية الكامنة بسبب، على الأقل جزئيا، إلى عدم وجود علامة حيوية موثوقة لإنتاج نظام فيشووموتور سريع. في الآونة الأخيرة ، وصفنا مقياسًا للاستجابات السريعة التي قد يتم إنشاؤها من المواقف الثابتة وتسجيلها عن طريق التصوير الكهربائي (EMG). الردود المقفلة على التحفيز (إس إل آر إس) هي رشقات نارية مؤمنة من وقت EMG التي تسبق الحركة الطوعية6،7، تتطور باستمرار ~ 100 مللي ثانية بعد بدء التحفيز. كما يوحي الاسم ، يتم استحضار SLRs من قبل بداية التحفيز ، وتستمر حتى لو تم حجب حركة في نهاية المطاف8 أو يتحرك في الاتجاه المعاكس9. وعلاوة على ذلك، ترتبط SLRs التي أثارها النزوح المستهدف في نموذج ديناميكي مع أقصر تصحيحات عبر الإنترنت الكمون10. وهكذا، توفر SLRs مقياسًا موضوعيًا لدراسة إخراج نظام فيشووموتور سريعًا يشارك في RTs قصيرة الكمون، حيث قد يتم إنشاؤها من وضع ثابت وتحليلها من إشارات EMG أخرى لا علاقة لها بالمرحلة الأولية للاستجابة السريعة للـ visuomotor.
الهدف من الدراسة الحالية هو تقديم نموذج الوصول الموجه بصريا التي تثير بقوة SLRs. وقد أبلغت الدراسات السابقة التي تحقق SLR أقل من 100٪ معدلات الكشف عبر المشاركين، حتى عند استخدام أكثر غزوا التسجيلاتالعضلية 6،8،9. انخفاض معدلات الكشف والاعتماد على التسجيلات الغازية تحد من فائدة التدابير SLR في التحقيقات المستقبلية في نظام فيشووموتور سريع في المرض أو عبر العمر. في حين أن بعض المواضيع قد لا تعبر ببساطة عن SLRs ، فإن المحفزات والنماذج السلوكية المستخدمة سابقًا قد لا تكون مثالية لاستحضار SLR. وقد استخدمت التقارير السابقة من SLRs عادة نماذج حيث يقوم المشاركون توليد تصل موجهة بصريا نحو ثابت، فجأة تظهر الأهداف6،9. ومع ذلك ، فإن نظام visomotor السريع هو الأكثر احتمالاً في السيناريوهات التي يجب على المرء أن يتفاعل فيها بسرعة مع جسم متساقط أو طائر ، مما يؤدي إلى التساؤل عما إذا كان المحفزات المتحركة بدلاً من المحفزات الثابتة قد تثير أفضل SRS. ولذلك، قمنا تكييفها نموذج الهدف المتحركة المستخدمة لدراسة حركات العين11،والجمع بين ذلك مع الموالية / مكافحة موجهة بصريا الوصول مهمة تستخدم لدراسة SLR9. بالمقارنة مع النتائج من النماذج المستخدمة سابقا6،8،9، فقد وجد أن SLRs في النموذج المستهدف الناشئة تطورت عاجلا ، وحققت مقادير أعلى ، وكانت أكثر انتشارا عبر عينة المشاركين لدينا. وعموما، فإن نموذج الهدف الناشئ يعزز التعبير عن الاستجابات السريعة للfaceomotor لدرجة أنه يمكن إجراء تدابير EMG الموضوعية بشكل موثوق به مع التسجيلات السطحية، ودراسة قوية داخل السكان السريريين وعبر العمر. علاوة على ذلك، يمكن تعديل نموذج الهدف الناشئ بطرق مختلفة كثيرة، مما يعزز إجراء تحقيقات أكثر شمولاً في العوامل الحسية والمعرفية والحركية التي تعزز أو تعدل الاستجابات السريعة.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bagnoli-8 Desktop Surface EMG System</td>
			<td>Delsys Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Another reaching apparatus may be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kinarm End-Point Robot</td>
			<td>Kinarm, Kingston, Ontario, Canada</td>
			<td></td>
			<td>Another reaching apparatus may be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB (version R2016a) Stateflow and Simulink applications</td>
			<td>The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, United States</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PROPixx projector</td>
			<td>VPIXX Saint-Bruno, QC, Canada</td>
			<td></td>
			<td>This is a custom built addon for the Kinarm. Other displays may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Resolution: 1920 x 1080. Standard viewing monitors may also be used.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an emerging target paradigm to evoke fast visuomotor responses on human upper limb muscles

للوصول إلى كائن ينظر، والمعلومات البصرية يجب أن تتحول إلى أوامر السيارات. تتم معالجة المعلومات البصرية مثل لون الجسم وشكله وحجمه ودمجها داخل العديد من مناطق الدماغ ، ثم يتم نقلها في نهاية المطاف إلى محيط المحرك. في بعض الحالات، هناك حاجة إلى رد فعل في أسرع وقت ممكن. هذه التحولات الحشوية السريعة ، وركائزها العصبية الكامنة ، غير مفهومة بشكل جيد في البشر لأنها تفتقر إلى علامة حيوية موثوقة. الردود المقفلة على التحفيز (إس إل آر إس) هي زمن قصير (<100 مللي ثانية) رشقات نارية من نشاط الكهرmyographic (EMG) تمثل الموجة الأولى من توظيف العضلات المتأثرة بعرض التحفيز البصري. توفر الـ SLRs ناتجاً قابلاً للقياس الكمي من التحولات السريعة في فيشوتور، ولكن لم يتم رصد هذه النتائج باستمرار في جميع المواد في الدراسات السابقة. هنا نصف نموذج سلوكي جديد يتميز بالظهور المفاجئ لهدف متحرك تحت عقبة تثير باستمرار SLRs قوية. بالمقارنة مع الدراسات السابقة التي حققت في SLRs باستخدام المحفزات الثابتة، فإن الـ SLRs التي أثارتها هذه النماذج المستهدفة الناشئة كانت أكبر، وتطورت في وقت سابق، وكانت موجودة في جميع المشاركين. كما تم تسريع أوقات رد الفعل (RTs) في نموذج الهدف الناشئ. يوفر هذا النموذج العديد من الفرص للتعديل التي يمكن أن تسمح بإجراء دراسة منهجية لتأثير مختلف التلاعب الحسي والمعرفي والحركي على الاستجابات السريعة في فيشوتور. وعموما، فإن نتائجنا تبين أن نموذج الهدف الناشئ قادر على استحضار النشاط باستمرار وبصلابة داخل نظام فيشومتور سريع.

الردود المقفلة التحفيز (SLRs) هي رشقات نارية قصيرة من وقت النشاط العضلي مؤمن على بداية التحفيز التي تتطور جيدا قبل الطائرة أكبر من توظيف العضلات المرتبطة بداية الحركة. أنتجت الطبيعة المقفلة للوقت لـ SLR "النطاقات" لنشاط العضلات المرئية في ~ 100 مللي ثانية عند عرض جميع التجارب التي تم فرزها لوقت ?...

Watch this Scientific Journal Video about An Emerging Target Paradigm to Evoke Fast Visuomotor Responses on Human Upper Limb Muscles at JoVE.com

An Emerging Target Paradigm to Evoke Fast Visuomotor Responses on Human Upper Limb Muscles

المعروض هنا هو نموذج السلوك الذي يثير ردود قوية visuomotor سريع على عضلات الأطراف العليا البشرية خلال تصل الموجهة بصريا.

نموذج الهدف الناشئ لاستحضار استجابات Visuomotor السريع على عضلات الأطراف العليا البشرية

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, ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Recording Behavioral Responses to Reflection in Crayfish

تسجيل الاستجابات السلوكية للتفكير في جراد البحر

Social behavior depends on sensory input from the visual, mechanical and olfactory systems.  One important issue concerns the relative roles of each ...

Vibrodissociation of Neurons from Rodent Brain Slices to Study Synaptic Transmission and Image Presynaptic Terminals

Vibrodissociation من الخلايا العصبية من الدماغ القوارض شرائح لدراسة نقل صورة متشابك ومحطات قبل المشبكي

Mechanical dissociation of neurons from the central nervous system has the advantage that presynaptic boutons remain attached to the isolated neuron of ...

Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

ربط الاستجابات السلوكية لإشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي من قشرة الفص الجبهي الإنسان: دراسة العمليات المعرفية عن طريق تحليل المهمة

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

Preparation of an Awake Mouse for Recording Neural Responses and Injecting Tracers

إعداد الفأر استيقظ لتسجيل الردود العصبية وحقن الراسمات

It is well known that anesthesia alters neural response properties in various regions of the brain.13.  In the auditory system, fundamental response ...

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

والنموذج الإصابات المعنية بالتحقيق في وسط الجهاز العصبي في إصلاح<em&gt; ذبابة الفاكهة</em

An experimental method has been developed to investigate the cellular responses to central nervous system (CNS) injury using the fruit-fly Drosophila. ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

الطريقة الكهربية لالردود تسجيل بين الخلايا الجهد ل<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; خلايا مستقبلة للضوء وInterneurons إلى النور المحفزات<em&gt; في فيفو</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

A Computerized Test Battery to Study Pharmacodynamic Effects on the Central Nervous System of Cholinergic Drugs in Early Phase Drug Development

بطارية اختبار محوسبة لدراسة تأثيرات ميكروبيولوجية على الجهاز العصبي المركزي المخدرات اتروبين في المرحلة المبكرة من تطوير العقاقير

Investigating potential pharmacodynamic effects in an early phase of central nervous system (CNS) drug research can provide valuable information for ...

An In Ovo Model for Testing Insulin-mimetic Compounds

An In Ovo Model for Testing Insulin-mimetic Compounds

في Ovo نموذجية لاختبار مركبات الأنسولين ميميتيك

Elevated blood glucose levels in type 2 diabetes mellitus (T2DM), a complex and multifactorial metabolic disease, are caused by insulin resistance and ...

Isolation of Cerebral Capillaries from Fresh Human Brain Tissue

عزل من الشعيرات الدموية الدماغية من أنسجة المخ البشري الطازج

Understanding blood-brain barrier function under physiological and pathophysiological conditions is critical for the development of new therapeutic ...