인간의 힘과 위치 제어 - 증강 피드백의 역할
Summary
Controlling an identical movement with position or force feedback results in different neural activation and motor behavior. This protocol describes how to investigate behavioral changes by looking at neuromuscular fatigue and how to evaluate motor cortical (inhibitory) activity using subthreshold TMS with respect to the interpretation of augmented feedback.
Abstract
During motor behaviour, humans interact with the environment by for example manipulating objects and this is only possible because sensory feedback is constantly integrated into the central nervous system and these sensory inputs need to be weighted in order meet the task specific goals. Additional feedback presented as augmented feedback was shown to have an impact on motor control and motor learning. A number of studies investigated whether force or position feedback has an influence on motor control and neural activation. However, as in the previous studies the presentation of the force and position feedback was always identical, a recent study assessed whether not only the content but also the interpretation of the feedback has an influence on the time to fatigue of a sustained submaximal contraction and the (inhibitory) activity of the primary motor cortex using subthreshold transcranial magnetic stimulation. This paper describes one possible way to investigate the influence of the interpretation of feedback on motor behaviour by investigating the time to fatigue of submaximal sustained contractions together with the neuromuscular adaptations that can be investigated using surface EMG. Furthermore, the current protocol also describes how motor cortical (inhibitory) activity can be investigated using subthreshold TMS, a method known to act solely on the cortical level. The results show that when participants interpret the feedback as position feedback, they display a significantly shorter time to fatigue of a submaximal sustained contraction. Furthermore, subjects also displayed an increased inhibitory activity of the primary cortex when they believed to receive position feedback compared when they believed to receive force feedback. Accordingly, the results show that interpretation of feedback results in differences on a behavioural level (time to fatigue) that is also reflected in interpretation-specific differences in the amount of inhibitory M1 activity.
Introduction
감각 피드백은 운동을 수행 할 중요합니다. 일상적인 활동은 감수 하나의 부재에 거의 불가능하다. 또한, 모터의 학습은 고유 수용성 통합이 피부 또는 지각 (3)에 의해 영향을 받는다. 그대로 감각과 건강한 인간은 상황 별 요구 (4)를 충족하기 위해 다양한 감각 소스에서 발생하는 감각 입력을 가중 할 수있다. 계량이 감각은 (어둠 속에서 또는 눈을 감고 함께 걷고, 예를 들어) 감각 정보의 일부 측면은 신뢰할 수없는 또는없는 경우에도 높은 정밀도로 어려운 작업을 수행 할 사람을 수 있습니다.
또한, 다양한 증거는 의견을 증강 (또는 추가)을 제공하는 것이 더 모터 제어 및 / 또는 운동 학습을 향상 것이 좋습니다. 증강 피드백은 감각에서 발생하는 작업 고유 (감각) 피드백에 추가 할 수있는 외부 소스에 의한 추가 정보를 제공합니다시스템 5,6. 특히, 모터 제어 및 학습 증강 피드백 내용의 효과가 최근 큰 관심이되고있다. 질문 중 하나 해결 제어 힘과 위치 7,8을 인간 방법이었다. 초기 조사는 위치 또는 부하 준수 피드백과 차이점을 강제를 사용하여 지속적인 준 최대 수축의 피로 시간의 차이를 확인 (예 : 9-12). 피험자는 힘 피드백이 제공되었을 때, 지속적인 수축 피로 시간은 상당히 길어 위치 피드백이 제공 될 때와 비교 하였다. 동일한 현상은 모터 유닛 채용 더 큰 속도 (평가 13) 위치 제어 수축 동안 H 반사 영역에서의 더 큰 감소를 포함하여, 다양한 근육과 다리의 다양한 위치 및 신경근 메커니즘 다수 관찰되었다. 그러나, 이들 연구에서, 시각적 피드백뿐만 아니라 물리적 C뿐만근육 수축의 haracteristics (예., 측정 장치의 준수)가 변경되었다. 따라서, 우리는 최근에 준수를 변경하지 않는 연구를 수행하지만 일차 운동 피질 (M1) 내에서 억제 활성의 차이가 발생할 수 있습니다 피드백을 증강하고 지속적인 준 최대 수축하는 동안 증거에게 힘과 단독으로 위치 피드백의 제공을 제공했다. 이것은 피질 레벨 (14), 즉 서브 드레시 홀드 두개 자기 자극 (subTMS)에서 단독으로 작용하는 것으로 알려져 자극 기법을 이용하여 도시 하였다. 초과 임계 TMS는 달리, subTMS에 의해 유발 응답은 척추 α-의 motoneurons과 흥분 흥분성 신경 세포 및 / 또는 대뇌 피질 세포 15-17의 흥분이 아니라 전적으로 억제 intracortical 신경 세포의 흥분에 의해 변조되지 않습니다. 이 자극 기법 뒤에 가정기구는 모터가 잠재적 유발 연상하는 임계 값보다 강도에 적용되는 것입니다(MEP). 그것은 자극이 유형의 모든 내림차순 활동을 생성하지 않습니다 경부 수준에서 이식 된 전극을 갖는 환자에 나타내었다하지만 그것은 주로 일차 운동 피질 14,18,19 내에서 억제의 interneurons을 활성화합니다. 억제의 interneurons이 활성화가 진행중인 EMG 활성의 저하를 일으키는 자극없이 시험에서 수득 된 EMG 활성 비교 EMG 억제의 양에 의해 정량화 될 수있다. 이 점에서 우리는 환자들이 피드백 (20)를 제공 한 강제하는 시험과 비교하여 위치 피드백을 수신하는 시험에서 상당히 큰 저해 활성을 표시 것으로 나타났다. 또한, 우리는 또한 다른 피드백 양식 (위치 제어 대 힘)뿐만 아니라 피드백의 해석의 표현뿐만 아니라,이 행동 및 신경 생리 학적 데이터에 매우 유사한 효과를 가질 수 있음을 보여 주었다. 우리는 참가자 말했을 때보다 구체적으로는, 페이지를받을osition 피드백 (가 힘 피드백을했다하더라도) 그들은 또한 피로 짧은 시간뿐만 아니라 억제 M1 활동 (21)의 증가 수준을 표시뿐만 아닙니다. 콘텐츠에 대해 서로 다른 정보와 같은 피드백하지만 항상 제공되는 방식을 사용하여 작업 제약, 즉 피드백의 제공, 피드백의 게인이나 부하의 컴플라이언스 때문에 조건과 동일한 장점을 갖는다 성능 및 신경 활동의 차이는 상기 피드백의 해석에 차이가 명확하게 관련되어 있으며 다른 시험 조건에 의해 바이어스되지 않은 것이다. 따라서, 현재의 연구는 하나의 다른 해석과 같은 피드백이 지속 준 최대 수축의 지속 시간에 영향을하고 또한 일차 운동 피질의 억제 활성의 활성화에 영향이 있는지 조사 하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
증강 피드백의 해석은 지속적인 준 최대 수축의 피로와 일차 운동 피질의 신경 처리 시간에 영향을 미치는 경우 본 연구는 조사 하였다. 결과는 즉시 참가자가 위치 피드백과 의견을 해석으로 (피드백을 강제로 비교) 보여, 피로에 시간이 크게 단축하고 (subTMS에 의한 EMG 억제의 양 측정) 운동 피질의 억제 활성되어 있었다 더. 태스크 상태 사이에서 변경되지 않은 때, 현재의 결과는 피드백의 소스?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| torquemeter | LCB 130, ME-Mebsysteme, Neuendorf, Germany | Part of robotic device built for force and position recordings | |
| potentiometer | type 120574, Megatron, Putzbrunn, Germany | Part of robotic device built for force and position recordings | |
| EMG electrodes | Blue sensor P, Ambu, Bad Nauheim, Germany | ||
| TMS coil | Magstim | ||
| TMS machine | Magstim Company Ltd., Whitland, UK | ||
| Recording software | Labview-Based | custom written software |
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