Verwendung von TMS zur Messung motorischer Erregbarkeit während der Beobachtung einer Handlung

Quelle: Laboratorien der Jonas T. Kaplan und der Sarah I. Gimbel-Universität von Südkalifornien

Transcranial magnetische Anregung (TMS) ist eine nicht-invasive Gehirn Stimulationstechnik, die vorbeifahrenden Strom durch eine isolierte Spule gegen die Kopfhaut gesetzt beinhaltet. Eine kurze Magnetfeld entsteht durch Strom in der Spule, und wegen den physikalischen Prozess der Induktion, dies führt zu einem Strom in das nahe gelegene Nervengewebe. Je nach Dauer, Häufigkeit und Ausmaß dieser magnetische Impulse kann die zugrunde liegende neuronale Schaltkreise in vielfältiger Weise beeinflusst werden. Hier zeigen wir die Technik des Single-Puls TMS, in dem eine kurze Magnetpuls verwendet wird, um den Neocortex zu stimulieren.

Eine bewirkt beobachtbare TMS, dass es Muskelzuckungen bei Anwendung über den motorischen Kortex zu produzieren. Durch die Somatotopic Gestaltung der motorischen Kortex können verschiedene Muskeln je nach der genauen Platzierung der Spule ausgerichtet werden. Die elektrischen Signale, die diese Muskelzuckungen, motorische evozierte Potentiale oder Abgeordneten, genannt verursachen können aufgezeichnet und durch die Elektroden auf der Haut über den gezielten Muskel quantifiziert. Die Amplitude der Abgeordneten des Europäischen Parlaments kann interpretiert werden, um die zugrunde liegenden Erregbarkeit des motorischen Kortex zu reflektieren; Wenn die motorischen Kortex aktiviert ist, sind zum Beispiel beobachteten Abgeordneten größer.

In diesem experiment, basierend auf einer Studie von Fadiga und Kollegen¹ ursprünglich durchgeführt und seitdem von vielen anderen,² repliziert verwenden wir Single-Puls TMS, um die Erregbarkeit des motorischen Kortex bei der Aktion Beobachtung zu testen. Es ist bekannt, dass die motorischen Kortex aktiviert werden kann, nicht nur wenn wir uns bewegen, aber wenn wir beobachten, dass andere Bewegungen auszuführen. Eine gemeinsame Interpretation dieses Phänomens ist, dass es einen Simulationsprozess widerspiegelt, die in das Verständnis der anderen Maßnahmen eine Rolle spielen kann. Hier erfassen wir Abgeordneten hervorgerufen durch TMS über den primären motorischen Kortex, während Themen die Bewegungen der anderen gegenüber Kontrolle Reize zu beobachten.

1. 20 Teilnehmer zu rekrutieren.

1. Teilnehmer sollten Rechtshänder und haben keine Geschichte der neurologische oder psychische Störungen.
2. Teilnehmer müssen normal oder korrigiert-zu-normale Vision um sicherzustellen, dass sie in der Lage, die visuellen Reize richtig zu sehen sein werden.

2. Pre-Experiment-Verfahren

1. Schriftliche Einwilligung des Teilnehmers und erklären, was an dem Experiment beteiligt ist.
2. Erklären Sie, dass der Teilnehmer wird eine Reihe von kurzen Videos zu sehen, während TMS Impulse an ihr Gehirn übermittelt werden. Das Thema kann einen leichten Schlag auf den Kopf von der TMS-Spule erleben, aber es dürfen keine großen Beschwerden mit Beteiligung.

3 das Thema TMS vorbereiten.

1. Sitzen Sie das Thema in einem bequemen Sessel vor einem Computerbildschirm. Ihre Ellenbogen sollte in einem Winkel von 90° gebogen werden, und die Hand sollte liegen bequem anfällig.
2. Verwenden Sie einen Kinnhalter, die Bewegung des Kopfes, um sicherzustellen, dass die Augen der Person ca. 50 cm vom Computerbildschirm sind zu beheben.
3. Bereiten Sie die Haut der Hand für die Platzierung der EMG-Elektrode durch Reinigung mit Alkohol.
4. Legen Sie zwei EMG-Elektroden auf der ersten Rückenflosse Membrana (FDI) Muskel der rechten Hand.
   1. Suchen Sie die Peak Position der Muskelspannung mit der Frage der Teilnehmers zu beugen ihre FDI-Muskel und die erste Elektrode an diesem Ort zu platzieren.
   2. Legen Sie eine zweite Referenzelektrode auf den nahe gelegenen Knochen der Hand.
5. Schließen Sie die EMG-Elektroden an einen Computer, der digitalisiert, verstärkt, gefiltert und zeigt das Signal an.

4. lokalisieren und TMS zu kalibrieren.

1. Weisen Sie Teilnehmer um ihre Hand zu entspannen, so dass es keine Verspannungen der Muskulatur.
2. Verwenden Sie eine Abbildung 8 TMS Spule, um den primären motorischen Kortex zu finden.
   1. Legen Sie Spule gegen die kontralateralen (links) Oberfläche des Kopfes auf den vorderen Teil der Kopfhaut.
   2. Eine Reihe von TMS Einzelimpulse systematisch verschieben die Lage der Spule bis Zuckungen sichtbar in den FDI-Muskel sind und die aufgezeichneten Abgeordneten stabil und zuverlässig sind zu liefern. Reizintensität kann angepasst werden, da in dieser Phase benötigt, um zu helfen bei der Suche nach dem Hotspot.
3. Das Thema motor Schwellenwert zu bestimmen.
   1. Finden Sie die minimale Stimulator Ausgabe Kraft, die ein Abgeordneter von mehr als 50 µV auf 5 von 10 Stimulationen produziert. Notieren Sie sich diesen Wert.
4. Messen Sie die ruhende MEP-Amplitude.
   1. Eine Reihe von 10 TMS Impulse liefern, jeweils getrennt durch 15 s, in Ermangelung jeder Impuls, die Grundlinie MEP Amplitude zu messen.

5. experimentelle Aufgabe

1. Spielen Sie eine Reihe von 5 s video Reize, einzeln nacheinander.
   1. Es gibt drei Arten von Videos: hand Bewegung Beobachtung, Arm-Bewegung-Beobachtung und Kontrolle.
      1. In der Kontrolle Videos eine Tasse wird auf einem Tisch dargestellt, und eine Rechte Hand ruht in der Nähe. Es erfolgt keine Bewegung.
      2. In der Hand-Action-Videos die Rechte Hand erreicht und greift den Cup. Diese Aktion beinhaltet Kontraktion des Muskels FDI.
      3. Den rechten arm in Arm-Action-Videos erreicht, gehoben, und zog in die Gegend. Gibt es keine greifende Maßnahmen durchgeführt und so der FDI-Muskel ist nicht beteiligt.
   2. Spielen Sie jedes Video 10 Mal mit 15 s Rest nach jeweils, für eine Gesamtmenge von 30 Videos. Wiedergeben Sie die Videos in zufälliger Reihenfolge.
2. Während das Video liefern Sie einen TMS-Puls bei 120 % des motorischen Schwelle.
   1. Zeit der Puls zeitgleich mit der Aktion im Video. Um dies zu erreichen, sollte der Puls auftreten 2 s nach dem Start des Videos.

(6) die Daten zu analysieren.

1. Berechnen Sie für jedes Mitglied des Europäischen Parlaments die Spitze-Spitze-Amplitude.
2. Mitglieder des Europäischen Parlaments, die entweder vor dem TMS Stimulation oder mehr als 100 ms nach Stimulation, unechte Stacheln entfernen auftreten zu verwerfen.
3. Berechnen Sie für jedes Fach die durchschnittliche MEP-Amplitude für die Basislinie, Aktion Beobachtung und Kontrolle Bedingungen.
4. Führen Sie Varianzanalyse (ANOVA) auf das Gruppieren von Daten die Hypothese zu testen, dass MEP Amplitude durch Aktion Beobachtung beeinträchtigt wird.

Ein Vergleich der MEP Amplituden zeigt eine Erleichterung Wirkung (Abbildung 1). MEP-Amplitude, aufgenommen von der FDI-Muskel ist während der Hand-Action-Videos im Vergleich mit Kontrolle Videos deutlich größer. Dieses Ergebnis legt nahe, dass den motorischen Kortex in Erregbarkeit während der Aktion Beobachtung erhöht.

Abbildung 1: MEP-Amplitude in Aktion beobachten. Motorische evozierte Potentiale aus der ersten-Membrana Rückenmuskel sind größte, wenn eine Handbewegung, verglichen mit einer Armbewegung oder ein Steuerelement-Video, die zeigt keine Wirkung zu beobachten.

Insbesondere ist die Erleichterung Wirkung relativ selektiv für die Videos, die einen greifen Maßnahmen beinhalten, wie Mitglieder des Europäischen Parlaments bei der Beobachtung der Armbewegung video aufgezeichnet kleinere Abgeordneten im Vergleich mit der Hand-Action-video zeigen. Dies deutet darauf hin, dass die motor Erleichterung bei der Aktion Beobachtung hat keinen Einfluss auf den gesamten motorischen Kortex, sondern ist speziell für die Muskelbewegungen, die beobachtet werden. In der Tat scheint der motor Erleichterung Effekt spezifisch nicht nur für die Muskeln sondern auch, Wenn beobachtet wird, was der Muskel zu beobachten ist. Zum Beispiel haben Jason Et Al. zeitliche Korrelation zwischen motorischen Erregbarkeit und beobachteten Aktion Dynamik gezeigt. ³

Die Single-Puls-TMS-Technik eignet sich gut für die Untersuchung von den motorischen Kortex, sowohl aufgrund der zugänglichen Ort dieser Rinde auf die vordere Oberfläche des Gehirns, als auch wegen der direkt beobachtbare Reaktion produziert in der Muskulatur in Form von Abgeordneten des Europäischen Parlaments. Die Messung des Cortico-spinalen motorischen Erregbarkeit hat weiter das Phänomen der motor Simulation während der Aktion Beobachtung beim Menschen unterstützt. Diese Resonanz Motorik möglicherweise Auswirkungen auf soziales Verhalten, zum Beispiel in einen Beitrag zu verstehen, was andere tun. Darüber hinaus hat die gleiche Technik für motorische Aktivierung während die Phantasie der Aktion,⁴ ein Prozess belegt, die zur Verbesserung der Leistung durch Geisteswiederholung wichtig sein kann.

Die Robustheit und die Spezifität des Effekts motor Erleichterung können die Raffinesse der motor Darstellungen eines Individuums widerspiegeln. Beispielsweise sind die zeitliche Dynamik der motor Erleichterung in direktem Zusammenhang mit motorischen Kompetenz. ⁵ dieser Effekt wird auch gestört, mit Störungen der Bewegung, eröffnen die Möglichkeit, dass die Messung der TMS-induzierte motorische Potentiale als Weg, um die Integrität des motorischen Kortex, wie Erholung von Schlaganfall oder andere Hirnerkrankungen bewerten genutzt werden kann. ⁶

1. Fadiga, L., Fogassi, L., Pavesi, G. & Rizzolatti, G. Motor facilitation during action observation: a magnetic stimulation study. J Neurophysiol 73, 2608-2611 (1995).
2. Fadiga, L., Craighero, L. & Olivier, E. Human motor cortex excitability during the perception of others' action. Curr Opin Neurobiol 15, 213-218 (2005).
3. Gangitano, M., Mottaghy, F.M. & Pascual-Leone, A. Phase-specific modulation of cortical motor output during movement observation. Neuroreport 12, 1489-1492 (2001).
4. Wright, D.J., Williams, J. & Holmes, P.S. Combined action observation and imagery facilitates corticospinal excitability. Front Hum Neurosci 8, 951 (2014).
5. Aglioti, S.M., Cesari, P., Romani, M. & Urgesi, C. Action anticipation and motor resonance in elite basketball players. Nat Neurosci 11, 1109-1116 (2008).
6. Koski, L., Lin, J.C., Wu, A.D. & Winstein, C.J. Reliability of intracortical and corticomotor excitability estimates obtained from the upper extremities in chronic stroke. Neurosci Res 58, 19-31 (2007).