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

Эта работа поддерживается грантом Discovery BDC от Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (NSERC; RGPIN 311680) и операционный грант BDC от Канадских институтов медицинских исследований (CIHR; MOP-93796). RAK была поддержана стипендией для выпускников Онтарио, а ALC была поддержана грантом NSERC CREATE. Экспериментальный аппарат, описанный в этой рукописи, был поддержан Канадским фондом инноваций. Дополнительная поддержка была сшата Канадским фондом первого научного мастерства (BrainsCAN).

Все процедуры были одобрены Советом по этике научных исследований в области здравоохранения при Университете Западного Онтарио. Все участники дали информированное согласие, получили оплату за свое участие и могут в любое время выйти из эксперимента.
1. Подготовка участн?...

<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>

Люди имеют замечательную способность, когда это необходимо, для создания быстрых, визуально управляемых действий на решетки, которые приближаются к минимальным афферентным и эфферентным задержкам проведения. Ранее мы описали стимул-заблокированных ответов (SLRs) на верхней конечности ?...

Когда мы замечаем сообщение на нашем мобильном телефоне, нам предложено выполнить визуально управляемый охват, чтобы забрать наш телефон и прочитать сообщение. Визуальные функции, такие как форма и размер телефона преобразуются в моторные команды, позволяющие нам успешно достичь цели. Такие висумоторные преобразования могут быть изучены в лабораторных условиях, которые позволяют высокую степень контроля. Тем не менее, есть сценарии, когда время отклика важно, например, ловить телефон, если он должен был упасть. Лабораторные исследования быстрого висуомоторного поведения часто опираются на смещенные целевые парадигмы, в которых движения в полете модифицируются в середине полета после некоторого изменения целевого положения (например, см.справку 1,2). В то время как такие онлайн-коррекции могут произойти в Lt;150 мс3, трудно установить точные сроки быстрого вывода visuomotor с использованием кинематики только из-за низкой проходимой фильтрации характеристик руки, и потому, что быстрый выход visuomotor завершает движение уже в середине полета. Такие осложнения приводят к неопределенности в отношении субстратов, лежащих в основе быстрых висумоторных ответов (см.справку 4 для обзора). Некоторые исследования показывают, что подкоркальные структуры, такие как превосходный колликул, а не фронто-париетальных корковых областях, может инициировать онлайнкоррекции 5.
Эта неопределенность в отношении основных нейронных субстратов может быть обусловлена, по крайней мере частично, отсутствием надежного биомаркера для вывода быстрой висумоторной системы. Недавно мы описали меру быстрых висумоторных реакций, которые могут быть получены из статических поз и записаны с помощью электромиографии (ЭМГ). Стимул-заблокированные ответы (SLRs) время заблокированных очередей активностиЭМГ,которыепредшествуют добровольному движению 6,7, развивается последовательно 100 мс после начала стимула. Как следует из названия, SLRs вызваны стимулом начала, сохраняясь, даже если в конечном итоге движениеудерживается 8 или движется в противоположном направлении9. Кроме того, СЛР, вызванные целевым перемещением в динамической парадигме, связаны с более короткой задержкой онлайн-коррекции10. Таким образом, СЛР обеспечивают объективную меру для систематического изучения вывода быстрой висумоторной системы, участвуют в короткой задержке RTs, так как они могут быть получены из статической осанки и разобран из других сигналов ЭМГ, не связанных с начальной фазой быстрого висумоторного ответа.
Цель нынешнего исследования состоит в том, чтобы представить визуально управляемую парадигму достижения, которая надежно вызывает SLRs. Предыдущие исследования, исследуя SLR сообщили менее 100% обнаружения ставок среди участников, даже при использовании болееинвазивных внутримышечных записей 6,8,9. Низкие показатели обнаружения и зависимость от инвазивных записей ограничивают полезность зеркальных мер в будущих исследованиях быстрой висумоторной системы при заболеваниях или на протяжении всей жизни. Хотя некоторые предметы могут просто не выражать SLRs, стимулы и поведенческие парадигмы, используемые ранее, возможно, не были идеальными, чтобы вызвать SLR. Прошлые отчеты о СЛР, как правило, использовали парадигмы, в которых участники генерируют визуально управляемые достигает статических, внезапно появляющихсяцелей 6,9. Тем не менее, быстрая система visuomotor является наиболее вероятным необходимым в сценариях, где нужно быстро взаимодействовать с падающим или летающим объектом, что приводит к удивлению, если перемещение, а не статические стимулы могут лучше вызвать SLRs. Таким образом, мы адаптировали движущийся целевой парадигмы,используемой для изучения движения глаз 11, и в сочетании с про / анти визуально руководствоваться достижения задачи, используемой для изучения SLR9. По сравнению с результатами парадигм, используемыхранее 6,8,9, было установлено, что SLRs в формирующейся целевой парадигмы развивались раньше, достигли более высоких величин, и были более распространены в нашей выборке участников. В целом, формирующаяся целевая парадигма способствует выражению быстрых висумоторных реакций до такой степени, что объективные меры ЕМГ могут быть сделаны надежно с помощью поверхностных записей, потенцируя исследования в клинических популяциях и на протяжении всей жизни. Кроме того, формирующаяся целевая парадигма может быть изменена по-разному, способствуя более тщательным исследованиям сенсорных, когнитивных и двигательных факторов, способствующих или изменяющих быстрые висумоторные реакции.

<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

Чтобы добраться до увиденного объекта, визуальная информация должна быть преобразована в моторные команды. Визуальная информация, такая как цвет, форма и размер объекта, обрабатывается и интегрируется в многочисленные области мозга, а затем в конечном итоге передается на периферию двигателя. В некоторых случаях реакция необходима как можно быстрее. Эти быстрые висумоторные преобразования и лежащие в их основе неврологические субстраты плохо понимаются в организме человека, поскольку им не хватает надежного биомаркера. Стимул-заблокированные ответы (SLRs) являются короткой задержкой (Lt;100 ms) всплески электромиографической (EMG) деятельности, представляющие первую волну мышечного набора под влиянием визуального стимулирования презентации. СЛР обеспечивают поддающийся количественной оценке результат быстрых висумоторных преобразований, однако в прошлых исследованиях СЛР не наблюдались последовательно во всех предметах. Здесь мы описываем новую, поведенческую парадигму, отличающуюся внезапным появлением движущийся цели ниже препятствия, которое постоянно вызывает надежные SLRs. Человеческие участники, генерируемые визуально управляемыми достигает или от формирующейся цели с помощью роботизированного манипуланда, в то время как поверхностные электроды зафиксировали активность ЭМГ от основной мышцы пекторалиса. По сравнению с предыдущими исследованиями, которые исследовали СЛР с использованием статических стимулов, СЛР, вызванные этой формирующейся целевой парадигмой, были больше, развивались раньше и присутствовали у всех участников. Время реакции (RTs) также было ускорено в формирующейся целевой парадигме. Эта парадигма предоставляет многочисленные возможности для модификации, которые могли бы позволить систематическое изучение влияния различных сенсорных, когнитивных и двигательных манипуляций на быстрые висумоторные реакции. В целом, наши результаты показывают, что формирующаяся целевая парадигма способна последовательно и надежно вызывать активность в быстрой висумоторной системе.

Стимул заблокирован ответы (SLRs) являются краткие всплески мышечной активности время заблокировано на стимул начала, которые развиваются задолго до большего залпа мышечной набора, связанные с движением начала. Запираемый временем характер SLR произвел 'бандирование' мышечной активност?...

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

Представлено здесь поведенческая парадигма, которая вызывает надежные быстрые visuomotor ответы на мышцы верхней конечности человека во время визуально управляемых достигает.

Новые целевые парадигмы, чтобы вызвать быстрые visuomotor ответы на человека верхней конечности мышц

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

Запись поведенческих реакций на Отражение в раков

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 нейронов из кусочков мозга грызунов по изучению синаптической передачи изображения и пресинаптические терминалы

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

Соотнося поведенческих реакций на МРТ Сигналы от человека префронтальной коры: Изучение когнитивных процессов с помощью Task Analysis

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

Подготовка Awake мыши для записи нервных реакций и инъекционных Трейсеры

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

Травма Paradigm по расследованию центральной нервной системы в ремонт<em&gt; Drosophila</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

Электрофизиологические Способ записи ответов внутриклеточный амперных<em&gt; Drosophila</em&gt; Фоторецепторов и Интернейроны к световой раздражитель<em&gt; В Vivo</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

Компьютеризированная тест батареи для изучения фармакодинамических эффектов на центральной нервной системы холинергических препаратов в ранней стадии разработки лекарственных средств

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

Модель в Ovo для тестирования инсулин подражательный соединений

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

Изоляция мозгового капилляров из ткани свежий человеческого мозга

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