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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Questo lavoro è supportato da un Discovery Grant al BDC del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC; RGPIN 311680) e una sovvenzione operativa al BDC del Canadian Institutes of Health Research (CIHR; MOP-93796). RAK è stato supportato da una borsa di studio per laureati dell'Ontario e ALC è stato supportato da una sovvenzione NSERC CREATE. L'apparato sperimentale descritto in questo manoscritto è stato supportato dalla Canada Foundation for Innovation. Ulteriore sostegno è arrivato dal Canada First Research Excellence Fund (BrainsCAN).

Tutte le procedure sono state approvate dal Health Science Research Ethics Board dell'Università dell'Ontario occidentale. Tutti i partecipanti hanno fornito il consenso informato, sono stati pagati per la loro partecipazione e sono stati liberi di ritirarsi dall'esperimento in qualsiasi momento.
1. Preparazione dei partecipanti
NOTA: È stato studiato un piccolo campione di giovani partecipanti sani (3 femmine, 2 maschi; età media: 26 anni +/- 3,5). Tutti i parteci...

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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>

Gli esseri umani hanno una notevole capacità, quando necessario, di generare azioni rapide e visivamente guidate a latenze che si avvicinano a ritardi di conduzione afferenti ed efferenti minimi. In precedenza abbiamo descritto le risposte bloccate da stimoli (SRS) sull'arto superiore come una nuova misura per le risposte rapide del visuomotor6,9,10. Sebbene utile nel fornire un benchmark trial-by-trial per il primo aspetto del...

Quando notiamo un messaggio sul nostro cellulare, ci viene richiesto di eseguire una copertura visivamente guidata per prendere il nostro telefono e leggere il messaggio. Caratteristiche visive come la forma e le dimensioni del telefono vengono trasformate in comandi motori che ci consentono di raggiungere con successo l'obiettivo. Tali trasformazioni visuomotor possono essere studiate in condizioni di laboratorio, che consentono un alto grado di controllo. Tuttavia, ci sono scenari in cui il tempo di risposta è importante, ad esempio, catturare il telefono se dovesse cadere. Gli studi di laboratorio sui comportamenti visuomotor veloci spesso si basano su paradigmi bersaglio spostati in cui i movimenti in corso vengono modificati a metà volo a seguito di alcuni cambiamenti nella posizione del bersaglio (ad esempio, vedi rif.1,2). Sebbene tali correzioni online possano verificarsi in <150 ms3, è difficile accertare la tempistica esatta dell'uscita rapida del visuomotor utilizzando la cinematica da sola a causa delle caratteristiche filtranti a passaggio basso del braccio e perché l'uscita rapida del visuomotor sostituisce un movimento già a metà volo. Tali complicazioni portano all'incertezza sui substrati alla base delle risposte rapide del visuomotor (vedi rif.4 per la revisione). Alcuni studi suggeriscono che strutture subcorticali come il collicolo superiore, piuttosto che aree corticali fronto-parietali, possono avviare correzioni online5.
Questa incertezza riguardo ai substrati neurali sottostanti può essere dovuta, almeno in parte, alla mancanza di un biomarcatore affidabile per l'uscita del sistema di visuomotor veloce. Recentemente, abbiamo descritto una misura di risposte visuomotor veloci che possono essere generate da posture statiche e registrate tramite elettromiografia (EMG). Le risposte bloccate da stimoli (SRS) sono raffiche di attività EMG bloccate nel tempo che precedono ilmovimento volontario 6,7, evolvendosi costantemente ~ 100 ms dopo l'inizio dello stimolo. Come suggerisce il nome, gli S SLR sono evocati dall'inizio dello stimolo, persistendo anche se un eventuale movimento vienetrattenuto 8 o si muove nella direzione opposta9. Inoltre, gli SLA evocati dallo spostamento del bersaglio in un paradigma dinamico sono associati a correzioni online di latenza piùbreve 10. Pertanto, gli SLA forniscono una misura oggettiva per studiare sistematicamente l'output di un sistema di visuomotor veloce coinvolto in TT a breve latenza, in quanto possono essere generati da una postura statica e analizzati da altri segnali EMG non correlati alla fase iniziale della risposta rapida del visuomotor.
L'obiettivo dello studio attuale è quello di presentare un paradigma di raggiungimento visivamente guidato che suscita robustamente gli SVOL. Studi precedenti che hanno studiato la SLR hanno riportato tassi di rilevamento inferiori al 100% tra i partecipanti, anche quando si utilizzano registrazioni intramuscolari più invasive6,8,9. Bassi tassi di rilevamento e il ricorso a registrazioni invasive limitano l'utilità delle misure SLR nelle future indagini sul sistema di visuomotor rapido nella malattia o per tutta la durata della vita. Mentre alcuni soggetti potrebbero semplicemente non esprimere SLR, gli stimoli e i paradigmi comportamentali usati in precedenza potrebbero non essere stati ideali per evocare la SLR. I rapporti passati degli SLA hanno in genere utilizzato paradigmi in cui i partecipanti generano raggiungementi guidati visivamente verso obiettivistatici,che appaiono improvvisamente 6,9. Tuttavia, un sistema di visuomotor veloce è il più probabile necessario in scenari in cui si deve interagire rapidamente con un oggetto che cade o vola, portando a chiedersi se lo spostamento piuttosto che gli stimoli statici possano evocare meglio gli S SLR. Pertanto, abbiamo adattato un paradigma target mobile utilizzato per studiare i movimentioculari 11e lo abbiamo combinato con un compito di raggiungimento guidato pro / anti visivamente utilizzato per esaminare l'SLR9. Rispetto ai risultati dei paradigmi utilizzati inprecedenza 6,8,9, è stato scoperto che gli SLA nel paradigma target emergente si sono evoluti prima, hanno raggiunto magnitudini più elevate e sono stati più diffusi nel campione dei partecipanti. Nel complesso, il paradigma target emergente promuove l'espressione di risposte visuomotor veloci a tal punto che le misure oggettive EMG possono essere fatte in modo affidabile con registrazioni superficiali, potenziando lo studio all'interno delle popolazioni cliniche e per tutta la durata della vita. Inoltre, il paradigma target emergente può essere modificato in molti modi diversi, promuovendo indagini più approfondite sui fattori sensoriali, cognitivi e motori che promuovono o modificano risposte visuomotor veloci.

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	<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

Le risposte bloccate allo stimolo (SRS) sono brevi raffiche di tempo di attività muscolare bloccate all'inizio dello stimolo che si evolvono ben prima della più grande raffica di reclutamento muscolare associata all'insorgenza del movimento. La natura time-locked della SLR ha prodotto una "fascia" di attività muscolare visibile a ~ 100 ms durante la visualizzazione di tutte le prove ordinate per il tempo di reazione (RT) (Figura 1a, evidenziata da scatole grigie). Come mostrato nella <str...

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

Presentato qui è un paradigma comportamentale che suscita solide risposte visuomotor veloci sui muscoli degli arti superiori umani durante i raggiungeli visivamente guidati.

Un paradigma bersaglio emergente per evocare risposte visuomotor veloci sui muscoli degli arti superiori umani

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