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利用经颅磁刺激在行动观察测量运动兴奋性

Overview

资料来源: 乔纳斯 · 卡普兰和莎拉一、 贝尔实验室 — — 南加利福尼亚大学

经颅磁刺激 (TMS) 是一种非侵入性大脑刺激技术,涉及到通过的电流通过绝缘线圈安置反对头皮。一个简短的磁场由线圈中的电流和感应的物理过程,因为这会导致当前在附近的神经组织。根据持续时间、 频率和幅度,这些磁脉冲,可以在许多不同的方式影响潜在的神经回路。在这里,我们表明单脉冲 TMS,用一个简短的磁脉冲刺激大脑皮层的技术。

TMS 可观察到影响之一是它可以产生肌肉抽搐时应用运动皮层。由于运动皮层皮层组织,可以根据线圈精确地放置针对性不同部位的肌肉。导致这些肌肉抽搐,称为运动诱发的电位或欧洲议会议员,电气信号可以记录和通过有针对性的肌肉在皮肤上放置电极来量化。欧洲议会议员的振幅可以被解释为反映底层运动皮质兴奋性的;例如,当运动皮层被激活时,观察到欧洲议会议员较大。

在这个实验,最初由上场和同事1 ,因为由许多其他人仿效,2研究的基础使用单脉冲经颅磁刺激在行动观察期间测试的运动皮质兴奋性。众所周知,运动皮层可以激活不只当我们移动,但当我们观看他人执行动作时。对这种现象的一般理解是,它反映了一个模拟过程可能在理解其他人的行动中发挥作用。在这里我们将记录欧洲议会议员在初级运动皮层诱发 TMS 虽然受试者观察别人相比控制刺激的运动。

Procedure

1.招募 20 名学员。

  1. 参与者应是右手坐标系和没有的神经或精神疾病史。
  2. 与会者应该有正常或更正正常的视觉,以确保能够正确地看到视觉刺激。

2.预试验程序

  1. 从参与者获得书面的同意和解释什么参与实验。
  2. 解释参与者将观看一系列的短视频,虽然 TMS 脉冲传递到大脑。主体可能体验轻敲了敲头从经颅磁刺激线圈,但应与参与关联没有极不舒服。

3.准备 TMS 的主题。

  1. 坐在舒适的椅子上,在计算机屏幕前主题。应该在 90 º 角,弯曲自己的手肘和手应该舒舒服服地趴。
  2. 使用腮托来修复运动中的头,确保主体的眼睛从电脑屏幕约 50 厘米。
  3. 准备置入电极肌电图的手部皮肤用酒精清洗。
  4. 将两个肌电电极放在第一背侧骨间 (FDI) 肌肉的右手。
    1. 通过询问参与者 flex 其外国直接投资肌肉并将该第一电极放在该位置找到肌张力的峰值位置。
    2. 第二次的参比电极附近骨之上的手的地方。
  5. EMG 电极连接到计算机,将数字化、 放大、 过滤和显示的信号。

4.本地化和校准经颅磁刺激。

  1. 指导学员放松他们的手,这样就没有肌肉紧张。
  2. 图 8 经颅磁刺激线圈用于查找初级运动皮层。
    1. 地方卷反对前部分的头皮头侧 (左) 表面。
    2. 提供一系列的个别经颅磁刺激脉冲,系统地移动线圈的位置,直到抽搐中是可见的外国直接投资的肌肉和记录的 MEPs 稳定、 可靠。根据需要在这一阶段期间协助寻找热点,可能调整刺激强度。
  3. 确定主题的电机阈值。
    1. 发现生产的大于 50 µ V 上 5 出 10 刺激 MEP 的最小刺激器输出强度。记录此值。
  4. 休息的 MEP 振幅的测量。
    1. 提供一系列的 10 经颅磁刺激脉冲,彼此相隔 15 s,在没有任何刺激来衡量基线 MEP 振幅。

5.实验任务

  1. 玩一系列 5 s 视频刺激,一次一个。
    1. 有三种视频: 手运动观测、 手臂运动观察和控制。
      1. 在控制视频中,一杯在桌子上,给出了和一只右手在于附近。是的没有运动。
      2. 在手的动作影片,右手达到和掌握杯。这一行动涉及外国直接投资肌肉收缩。
      3. 手臂动作影片,右臂了上游,是提升,和周围移动。还有执行,没有把握操作,所以不涉及外国直接投资肌肉。
    2. 15 10 次,玩的每个视频 s 之后每个,30 个视频共休息。按随机顺序播放视频。
  2. 在视频中,交付 TMS 脉冲电机阈值的 120%。
    1. 时间配合行动,在视频的脉冲。要实现这一目标,脉冲应该发生 2 s 后视频的开始。

6.分析数据。

  1. 对于每个 MEP,计算峰峰值振幅。
  2. 丢弃后刺激来删除假穗状花序出现要么前 TMS 的刺激或超过 100 ms 的欧洲议会议员。
  3. 每个主题,计算出平均的 MEP 振幅的基线、 行动观察和控制条件。
  4. 对组数据来检验假设 MEP 振幅受行动观察执行方差分析 (ANOVA)。

Results

MEP 波幅比较揭示了促进效应(图 1)。MEP 振幅记录从外国直接投资肌肉时相比控制视频手动作影片明显更大。这一结果表明,兴奋性行动观察时,运动皮层增加。

Figure 1
图 1:MEP 振幅在行动观察。从第一背侧骨间肌运动诱发的电位时观察手的动作,手臂运动或显示没有行动控制视频相比,最大。

值得注意的是运动的,促进效应是运动的相对选择性的视频的涉及抓取的行动,正如欧洲议会议员在手臂视频观察记录显示小 MEPs 相比手行动视频。这表明,电机的便利化行动观察期间发生不会影响整个的运动皮层,但相反的是特定于观察到的肌肉运动。事实上,电机便利化效果似乎不只针对哪些肌肉观察,但也观察到的肌肉。例如,甘吉塔诺等人已经证明运动兴奋性和观察的行为动力学之间的时间相关性。3

Application and Summary

单脉冲经颅磁刺激技术适合于研究运动皮层,既因为这皮层的大脑额叶表面上的可访问位置和生产形式的欧洲议会议员在肌肉中的直接观测到反应。测量的皮质脊髓运动兴奋性现象的过程中人类行动观察电机模拟提供了进一步的支持。此谐振的运动可能会影响社会的行为,例如在了解其他人在做的过程作出贡献。此外,这项技术提供了电机激活期间的行动,4可能是重要的提高性能通过心理排练过程想象的证据。

鲁棒性和特异性的电机的促进效应可能反映个人电机申述的复杂性。例如,电机便利化的时空动力学是直接关系到运动专长。5这种效应是也打乱了疾病的运动,开放的经颅磁刺激诱发运动电位测量可以用作评估的运动皮层,在从中风或其他脑疾病恢复健康的方法的可能性。6

Tags

TMSTranscranial Magnetic StimulationMotor ExcitabilityAction ObservationBrain ActivityMuscle ExcitationMotor CortexNeuronsElectrical SignalsContractionMovement

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Overview

1:53

Experimental Design

7:24

Running the Experiment

10:27

Representative Results

11:51

Applications

13:54

Summary

此集合中的视频:

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Now Playing

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