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TMS를 사용한 동작 관찰 중 운동 흥분성 측정

Overview

출처: 조나스 T. 카플란과 사라 I. 짐벨의 연구소 - 서던 캘리포니아 대학

경두개 자기 자극 (TMS)은 두피에 대해 배치 된 절연 코일을 통해 전류를 통과하는 비 침습적 뇌 자극 기술입니다. 간단한 자기장은 코일의 전류에 의해 생성되며, 유도의 물리적 과정 으로 인해, 이것은 가까운 신경 조직의 전류로 이어집니다. 이러한 자기 펄스의 지속 시간, 주파수 및 크기에 따라 기본 신경 회로는 여러 가지 방법으로 영향을 받을 수 있습니다. 여기서, 우리는 하나의 간단한 자기 펄스가 신피질을 자극하기 위하여 이용되는 단 하나 펄스 TMS의 기술을 보여줍니다.

TMS의 한 가지 관찰 가능한 효과는 모터 피질 위에 적용될 때 근육 경련을 일으킬 수 있다는 것입니다. 모터 피질의 소토토피 조직으로 인해 코일의 정확한 배치에 따라 다른 근육을 표적으로 삼을 수 있습니다. 이러한 근육 경련을 일으키는 전기 신호, 모터 는 잠재력을 불러 일으켰다, 또는 MEP, 기록 및 대상 된 근육을 통해 피부에 배치 전극에 의해 정량화 될 수있다. MEP의 진폭은 모터 피질의 근본적인 흥분성을 반영하도록 해석될 수 있다; 예를 들어, 모터 피질이 활성화되면 관찰된 MEP가 더 큽습니다.

이 실험에서는, Fadiga와동료에 의해 원래 수행된 연구 결과에 근거하여 1 그리고 많은 다른 사람에 의해 복제된 이후,2 우리는 행동 관측 도중 모터 피질의 흥분성을 시험하기 위하여 단 하나 펄스 TMS를 이용합니다. 우리가 움직일 때뿐만 아니라 다른 사람들이 움직임을 수행하는 것을 볼 때 모터 피질을 활성화 할 수 있다고 알려져 있습니다. 이 현상의 일반적인 해석은 다른 사람의 행동을 이해하는 데 역할을 할 수있는 시뮬레이션 프로세스를 반영한다는 것입니다. 여기서 우리는 주 모터 피질에 TMS에 의해 연상 된 MEP를 기록할 것이고 피험자는 제어 자극에 비해 다른 사람의 움직임을 관찰합니다.

Procedure

1. 20명의 참가자를 모집합니다.

  1. 참가자는 오른손잡이여야 하며 신경학적 또는 심리적 장애의 병력이 없어야 합니다.
  2. 참가자는 시각적 자극을 제대로 볼 수 있도록 정상 또는 수정된 정상 시야를 가져야 합니다.

2. 실험 전 절차

  1. 참가자의 서면 동의를 얻고 실험에 관련된 내용을 설명합니다.
  2. TMS 펄스가 뇌로 전달되는 동안 참가자는 일련의 짧은 비디오를 볼 것이라고 설명합니다. 피사체는 TMS 코일에서 머리에 가벼운 탭을 경험할 수 있지만 참여와 관련된 큰 불편함은 없어야합니다.

3. TMS에 대한 주제를 준비합니다.

  1. 컴퓨터 화면 앞에 편안한 의자에 피사체를 앉히면 됩니다. 그들의 팔꿈치는 90º 각도로 구부러져야하며, 손은 편안하게 경향이 있어야합니다.
  2. 턱받이를 사용하여 머리의 움직임을 고치면 피사체의 눈이 컴퓨터 화면에서 약 50cm입니다.
  3. 알코올로 세척하여 EMG 전극 배치를 위해 손의 피부를 준비합니다.
  4. 오른손의 제1-등간 중구(FDI) 근육에 EMG 전극 2개를 놓습니다.
    1. 참가자에게 FDI 근육을 구부리고 첫 번째 전극을 해당 위치에 배치하도록 요청하여 근육 긴장의 피크 위치를 찾습니다.
    2. 두 번째 참조 전극을 가까운 손 뼈에 놓습니다.
  5. EMG 전극을 신호를 디지털화, 증폭, 필터 및 표시하는 컴퓨터에 연결합니다.

4. TMS를 현지화하고 보정합니다.

  1. 참가자들에게 근육 긴장이 없도록 손을 이완하도록 지시하십시오.
  2. 그림-8 TMS 코일을 사용하여 기본 모터 피질을 찾습니다.
    1. 코일을 두피의 전방 부분에 머리의 모순(왼쪽) 표면에 대고 놓습니다.
    2. 일련의 개별 TMS 펄스를 전달하여, Twitches가 FDI 근육에서 볼 수 있고 기록된 MEP가 안정적이고 신뢰할 수 있습니다 때까지 코일의 위치를 체계적으로 이동시합니다. 자극 강도는 핫스팟 을 찾는 데 도움이이 단계에서 필요에 따라 조정할 수 있습니다.
  3. 피사체의 모터 임계값을 결정합니다.
    1. 자극 10개 중 5개에서 50 μV 이상의 MEP를 생성하는 최소 자극기 출력 강도를 찾습니다. 이 값을 기록합니다.
  4. 휴식 MEP 진폭을 측정합니다.
    1. 기준선 MEP 진폭을 측정하는 자극이 없는 경우 각각 15s로 분리된 일련의 10TMS 펄스를 전달합니다.

5. 실험 작업

  1. 한 번에 하나씩 5s 비디오 자극 시리즈를 재생합니다.
    1. 손 이동 관찰, 팔 움직임 관찰 및 제어 : 비디오의 세 가지 종류가 있습니다.
      1. 컨트롤 비디오에서는 테이블에 컵이 표시되고 오른손이 근처에 놓여 있습니다. 무브먼트는 이루어지지 않습니다.
      2. 핸드 액션 비디오에서 오른손이 컵을 잡고 잡습니다. 이 작업은 FDI 근육의 수축을 포함.
      3. 팔 액션 비디오에서 오른팔이 손을 뻗고 들어 올려 주변으로 이동합니다. 수행 하는 손잡이 작업, 그래서 FDI 근육은 관련 되지 않습니다.
    2. 각 비디오를 10번 재생하고, 각 동영상마다 15분의 휴식과 함께 총 30개의 동영상을 재생합니다. 임의의 순서로 비디오를 재생합니다.
  2. 비디오 동안 모터 임계값의 120%에서 TMS 펄스를 제공합니다.
    1. 펄스가 비디오의 동작과 일치하는 시간입니다. 이를 위해 펄스는 비디오 시작 후 2초 후에 발생해야 합니다.

6. 데이터를 분석합니다.

  1. 각 MEP에 대해 피크-피크-피크 진폭을 계산합니다.
  2. TMS 자극 전에 발생하는 MEP를 폐기하거나 자극 후 100ms 이상에서 발생하여 스퓨리어스 스파이크를 제거하십시오.
  3. 각 피사체에 대해 기준선, 작업 관찰 및 제어 조건에 대한 평균 MEP 진폭을 계산합니다.
  4. MEP 진폭이 작업 관찰에 의해 영향을 받는가 가설을 테스트하기 위해 그룹 데이터에 분산(ANOVA)의 분석을 수행합니다.

Results

MEP 진폭의 비교는 촉진 효과를 나타낸다(도 1). FDI 근육에서 기록된 MEP 진폭은 제어 비디오와 비교하여 손 동작 비디오 중에 상당히 큽힙시다. 이 결과는 운동 피질이 행동 관찰 도중 흥분성에 있는 증가한다는 것을 건의합니다.

Figure 1
그림 1: 작업 관찰 중에 MEP 진폭. 첫 번째 등쪽 중내 근육에서 발신된 모터는 손 의 움직임을 관찰할 때 가장 큰 것으로, 팔의 움직임이나 아무런 동작도 보이지 않는 제어 비디오와 비교할 때 가장 큽습니다.

특히, 암 이동 비디오를 관찰하는 동안 기록된 MEP가 손 동작 비디오에 비해 더 작은 MEP를 보여주기 때문에 손 잡기 동작을 포함하는 비디오에 대해 촉진 효과는 상대적으로 선택적입니다. 이것은 행동 관측 도중 생기는 모터 촉진이 전체 모터 피질에 영향을 미치지 않는다는 것을 건의합니다, 대신 관찰되는 근육 운동에 특정합니다. 사실, 모터 촉진 효과는 근육이 관찰되는 것뿐만 아니라 근육이 관찰될 때에 특정한 것으로 보입니다. 예를 들어, Gangitano 외. 모터 흥분성과 관찰 된 작업 역학 사이의 시간적 상관 관계를 입증했다. 3

Application and Summary

단일 펄스 TMS 기술은 뇌의 정면 표면에이 피질의 접근 위치, 또한 MEP의 형태로 근육에서 생성 된 직접 관찰 반응 때문에, 모터 피질의 연구에 잘 빌려준다. 코르티코 척추 모터 흥분성의 측정은 인간의 행동 관찰 중에 모터 시뮬레이션의 현상에 대한 추가 지원을 제공하고 있습니다. 이 공명모터 활동은 예를 들어 다른 사람들이 하는 일을 이해하는 과정에 기여하는 사회적 행동에 영향을 미칠 수 있습니다. 더욱이, 이 같은 기술은 행동의 상상력 동안 모터 활성화에 대한 증거를 제공하고있다,4 정신 리허설을 통해 성능을 향상에 중요 할 수있는 과정.

모터 촉진 효과의 견고성과 특이성은 개인의 모터 표현의 정교함을 반영할 수 있습니다. 예를 들어 모터 촉진의 시간역학은 모터 전문 지식과 직접 관련이 있습니다. 5 이 효과는 또한 운동의 무질서로 중단되고, TMS 유도모터 잠재력의 측정이 치기 또는 그밖 뇌질환에서 회복에서와 같이 모터 피질의 건강을 평가하는 쪽으로 사용될 수 있는 가능성을 열어. 6

References

  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).

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

이 컬렉션의 비디오:

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