Name: an emerging target paradigm to evoke fast visuomotor responses on human upper limb muscles
Uploaded: 2020-08-25T13:15:00
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这项工作得到了加拿大自然科学和工程研究理事会（NSERC;RGPIN 311680）和加拿大卫生研究所（CIHR;澳门币-93796）。RAK 由安大略省研究生奖学金支持，ALC 则由 NSERC CREATE 资助。本手稿中描述的实验仪器得到了加拿大创新基金会的支持。加拿大第一研究卓越基金（BrainsCAN）提供了额外的支持。

所有程序都得到西安大略大学健康科学研究伦理委员会的批准。所有参与者都提供了知情的同意，并支付了参与费用，并可随时退出实验。
1. 学员准备
注：对一小组健康、年轻的参与者进行了研究（3名女性，2名男性;平均年龄：26岁+/- 3.5岁）。所有参与者都是右手，视力正常或矫正到正常，没有当前的视觉、神经或肌肉骨骼疾病。有肌肉骨骼损伤或紊乱?...

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	<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>

人类有非凡的能力，如果需要，产生快速，视觉引导的延迟，接近最小的发向和发速延迟。我们以前曾描述过上肢的刺激锁定反应（SRS）是快速视觉运动反应的新措施6，9，10。虽然有利于提供一个试验基准的上肢肌肉招募的第一个方面受视觉刺激的影响，肢体SRS并没有在所有受试者中表达，并往往依赖于侵入性肌肉内记录。?...

当我们注意到手机上的消息时，系统会提示我们执行视觉引导的到达，以拿起手机并阅读消息。视觉功能，如手机的形状和大小被转换成电机命令，使我们能够成功地达到目标。这种粘胶电机转换可以研究在实验室条件下，这允许高度控制。但是，在某些情况下，响应时间很重要，例如，如果手机要掉下去，则抓住电话。快速视觉运动行为的实验室研究通常依赖于置换目标范式，在目标位置发生一些变化后，在飞行中对移动进行修改（例如，见参考文献1，2）。虽然这种在线修正可能发生在 <150 ms3中，但由于手臂的低通滤波特性，并且由于快速粘胶运动输出取代已在飞行中的运动，因此很难确定仅使用运动学技术进行快速粘热电机输出的确切时间。这种并发症导致快速粘附运动反应的基质的不确定性（见参考4，供审查）。一些研究表明，皮下结构，如优越的胶合体，而不是前皮皮质区域，可以启动在线修正5。
这种关于基础神经基质的不确定性可能是由于，至少部分是由于缺乏一个可靠的生物标志物，为快速视觉运动系统的输出。最近，我们描述了一种快速的视觉运动响应的测量方法，这些反应可能由静态姿势产生，并通过肌电图 （EMG） 进行记录。刺激锁定响应 （SRS） 是时间锁定的 EMG 活动爆发之前自愿运动6，7，在刺激启动后持续演变约 100 ms.正如这个名字所暗示的，SRS是由刺激的开始唤起的，即使最终的移动被隐瞒8或向相反的方向9移动，SRS也持续存在。此外，动态范式中目标位移所唤起的 SL 与较短的延迟在线修正10 相关。因此，SRS 提供了一个客观的衡量标准，用于系统地研究短延迟 RT 中涉及的快速粘性电机系统的输出，因为它们可能来自静态姿势，并且从与快速粘性电机响应的初始阶段无关的其他 EMG 信号中解析。
当前研究的目标是呈现一个视觉引导的到达范式，有力地引出 SR。先前研究单反的研究报告说，参与者的检测率低于100%，即使使用更具侵入性的肌肉内记录6，8，9。低检测率和对侵入性记录的依赖限制了单反措施在未来对疾病或整个生命周期的快速视觉运动系统的调查中的有用性。虽然有些受试者可能根本无法表达单反，但以前使用的刺激和行为范式可能并不理想地唤起单反。过去关于 SRS 的报告通常使用范例，其中参与者生成视觉引导到达到静态，突然出现目标6，9。然而，在必须快速与坠落或飞行物体交互的情况下，最可能需要的快速视觉运动系统，导致人们怀疑移动而不是静态刺激是否能更好地唤起SLR。因此，我们调整了用于研究眼动11的移动目标范式，并结合一个亲/反视觉引导的到达任务，用于检查单反9。与以前使用的6、8、9的范式结果相比，发现新兴目标范式中的SR进化得更快，达到更高的幅度，在我们的参与者样本中更为普遍。总体而言，新兴目标范式促进快速视觉运动反应的表达，使目标E动量测量可以通过表面记录进行可靠，在临床人群中和整个生命周期内进行有效的研究。此外，新兴的目标范式可以通过许多不同的方式进行修改，促进对促进或改变快速视觉运动反应的感官、认知和运动因素进行更彻底的调查。

<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

要到达看到的对象，视觉信息必须转换为电机命令。视觉信息，如物体的颜色、形状和大小，被处理并整合到许多大脑区域中，然后最终传递到运动外围。在某些情况下，需要尽可能快的反应。这些快速的粘膜运动转化，及其潜在的神经基质，在人类中知之甚少，因为它们缺乏可靠的生物标志物。刺激锁定响应 （SRS） 是短延迟 （<100 ms） 的肌电学 （EMG） 爆发活动，代表受视觉刺激演示影响的第一波肌肉招募。SRS 提供快速粘胶电机变换的可量化输出，但在过去研究中，所有受试者的 SRS 都未得到一致观察到。在这里，我们描述了一个新的行为范式，其中一个移动目标突然出现在一个障碍之下，这个障碍始终唤起着强大的SRS。 人类参与者使用机器人男力表，在表面电极记录从胸托利斯主要肌肉的E姆格活动时，产生的视觉引导到达或远离新兴目标。与以前使用静态刺激调查单位比的研究相比，使用这种新兴目标范式调用的 SR 更大，进化得更早，并且存在于所有参与者中。在新兴的目标范式中，到达反应时间（RT）也加快了。这种模式提供了许多修改的机会，可以系统研究各种感官、认知和运动操纵对快速视觉运动反应的影响。总体而言，我们的结果表明，新兴的目标范式能够在快速的 visuomotor 系统中持续而有力地唤起活动。

刺激锁定反应 （SRS） 是肌肉活动时间短暂爆发锁定到刺激发作之前， 进化的肌肉招募与运动开始相关的大排球。单反的时锁性质产生了一个"带状"的肌肉活动可见在+100 ms时，查看所有试验排序的反应时间（RT）（图1a，突出显示的灰色框）。如图1a所示，SRS 取决于目标位置，右胸腔上的 SRS 主要包括左向或右向目标呈现后肌肉招募的增加或减少。使用R...

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

这里展示的是一种行为范式，在视觉引导的到达过程中，它能对人类上肢肌肉产生强大的快速视觉运动反应。

唤起人类上肢肌肉快速视觉运动反应的新兴目标范式

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

小龙虾的反思记录行为反应

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

科研

神经科学

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

Vibrodissociation从啮齿动物脑切片的神经元，研究突触传递和图像突触前的码头

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

关联从人类前额叶皮层的fMRI信号的行为反应：检查的认知过程，使用任务分析

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

记录神经反应和注射示踪剂一个清醒小鼠的制备

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

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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

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为记录细胞内电压响应电法<em&gt;果蝇</em&gt;光感受器和中间对光刺激<em&gt;在体内</em

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