인간의 상반신 근육에 빠른 Visuomotor 응답을 불러 일으키는 신흥 대상 패러다임
Summary
여기에 제시 시각적으로 유도 도달 하는 동안 인간의 상부 사지 근육에 강력한 빠른 visuomotor 응답을 유도 하는 행동 패러다임.
Abstract
볼 수 있는 물체를 향해 도달하려면 시각적 정보를 모터 명령으로 변환해야 합니다. 물체의 색상, 모양 및 크기와 같은 시각적 정보는 수많은 뇌 영역 내에서 처리되고 통합된 다음 궁극적으로 모터 주변으로 전달됩니다. 어떤 경우에는 가능한 한 빨리 반응이 필요합니다. 이러한 빠른 visuomotor 변환, 그리고 그들의 근본적인 신경 기질, 그들은 신뢰할 수 있는 바이오 마커 부족으로 인간에서 제대로 이해. 자극-잠긴 응답(SR)은 시각 자극 프리젠테이션에 의해 영향을 받은 근육 모집의 첫 번째 물결을 나타내는 짧은 대기 시간(&100 ms) 전동(EMG) 활동의 파열입니다. SR은 급속한 바이저모터 변환의 정량화 가능한 출력을 제공하지만, SR은 과거 연구의 모든 과목에서 일관되게 관찰되지 않았습니다. 여기서 우리는 지속적으로 강력한 SR을 연상시키는 장애물 아래 움직이는 대상의 갑작스런 출현을 특징으로하는 새로운 행동 패러다임을 설명합니다. 인간 참가자는 표면 전극이 가슴 주요 근육에서 EMG 활동을 기록하는 동안 로봇 매니풀란덤을 사용하여 신흥 대상을 향해 또는 멀리 유도 생성. 정적 자극을 사용하여 SR을 조사한 이전 연구와 비교하여, 이 새로운 표적 패러다임으로 불러온 SR은 더 크고, 더 일찍 진화했으며, 모든 참가자에게 존재했습니다. 도달 반응 시간(RTs)도 신흥 표적 패러다임에서 신속히 처리되었다. 이 패러다임은 다양한 감각, 인지 및 모터 조작이 빠른 visuomotor 반응에 미치는 영향에 대한 체계적인 연구를 허용할 수 있는 수많은 수정 기회를 제공합니다. 전반적으로, 우리의 결과는 새로운 표적 패러다임이 빠른 visuomotor 시스템 내에서 일관되고 강력하게 활동을 불러 올 수 있다는 것을 보여줍니다.
Introduction
핸드폰에 메시지를 받으면 시각적으로 안내된 연락을 수행하여 휴대폰을 수령하고 메시지를 읽으라는 메시지가 표시됩니다. 휴대 전화의 모양과 크기와 같은 시각적 기능은 모터 명령으로 변환되어 목표에 성공적으로 도달 할 수 있습니다. 이러한 visuomotor 변환 은 높은 수준의 제어를 허용하는 실험실 조건에서 연구 될 수있다. 그러나 응답 시간이 중요한 시나리오(예: 넘어질 경우 전화 잡기)가 있습니다. 빠른 visuomotor 행동의 실험실 연구는 종종 대상 위치의 일부 변화에 따라 비행 중 에서 진행 중인 움직임이 수정되는 변위 대상 패러다임에 의존합니다 (예 : 참조1,2). 이러한 온라인 보정은 & 150 ms3에서발생할 수 있지만, 팔의 로우 패스 필터링 특성으로 인해 운동학을 사용하여 빠른 visuomotor 출력의 정확한 타이밍을 확인하기가 어렵고 빠른 visuomotor 출력은 비행 중 이미 움직임을 대체하기 때문에. 이러한 합병증은 빠른 visuomotor 반응의 근본적인 기판에 대한 불확실성으로 이끌어 내습니다 (검토를 위한 참조4 참조). 일부 연구에 따르면 전두엽 피질 영역이 아닌 우수한 콜리큘러스와 같은 하위 구조가 온라인 보정을 시작할 수 있다고5.
근본적인 신경 기판에 관하여 이 불확실성은, 적어도 부분적으로, 빠른 visuomotor 시스템의 출력을 위한 믿을 수 있는 biomarker의 부족에 기인할 수 있습니다. 최근에는 정전기촬영(EMG)을 통해 정적 자세에서 생성되고 기록될 수 있는 빠른 바이저모터 반응의 측정을 설명했습니다. 자극-잠긴 응답(SR)은 자극 개시 후 지속적으로 ~100ms를 진화시키는 자발적 운동6,7,진화를 앞둔 EMG 활동의 시간 잠긴 버스트이다. 이름에서 알 수 있듯이, SLA는 자극 개시에 의해 연상되며, 최종 움직임이8을 보류하거나 반대 방향으로 이동하더라도지속됩니다 9. 또한 동적 패러다임에서 표적 변위로 인해 유발되는 SR은 짧은 대기 시간 온라인보정(10)과연관된다. 따라서, SR은 짧은 대기 시간 RT에 관여하는 빠른 바이저모터 시스템의 출력을 체계적으로 연구하기 위한 객관적인 측정을 제공하며, 이는 정적 자세로부터 생성되고 빠른 visuomotor 반응의 초기 단계와 관련이 없는 다른 EMG 신호로부터 구문 분석될 수 있기 때문에.
현재 연구의 목표는 SLA를 강력하게 유도하는 시각적으로 유도된 도달 패러다임을 제시하는 것입니다. SLR을 조사하는 이전 연구는 더 침략적인 근육 내 기록을 사용하는 경우에도 참가자에 걸쳐 100 % 미만의검출률을보고6,8,9. 낮은 검출 률과 침습적 기록에 대한 의존도는 질병 또는 수명 전반에 걸친 빠른 visuomotor 시스템에 대한 향후 조사에서 SLR 조치의 유용성을 제한합니다. 일부 과목은 단순히 SLR을 표현하지 않을 수 있지만, 이전에 사용 된 자극과 행동 패러다임은 SLR을 연상이상하지 않았을 수 있습니다. SR의 과거 보고서는 일반적으로 참가자가 갑자기 나타나는 대상6,9를향해 시각적으로 유도 된 도달을 생성하는 패러다임을 사용했다. 그러나 빠른 바이저모터 시스템은 낙하 또는 비행 물체와 빠르게 상호 작용해야 하는 시나리오에서 가장 필요한 시스템이며, 정적 자극보다는 움직이는 것이 SR을 더 잘 불러일으킬 수 있는지 궁금해합니다. 따라서, 우리는 눈 의 움직임을 연구하는 데 사용되는움직이는 대상 패러다임을 적응하고, SLR9을검사하는 데 사용되는 프로 / 안티 시각적으로 유도 도달 작업과 결합했다. 이전에 사용 된 패러다임의 결과와 비교했을 때6,8,9,신흥 대상 패러다임의 SLA가 더 빨리 진화하고, 더 높은 크기를 달성했으며, 참가자 샘플 전반에 걸쳐 더 널리 퍼졌다는 것을 발견했습니다. 전반적으로, 신흥 표적 패러다임은 객관적인 EMG 측정이 표면 기록, 임상 인구 내 및 수명 전반에 걸쳐 전능한 연구 결과로 안정적으로 이루어질 수 있는 정도로 빠른 visuomotor 반응의 표현을 촉진합니다. 또한, 새로운 표적 패러다임을 여러 가지 방법으로 수정하여 빠른 visuomotor 응답을 촉진하거나 수정하는 감각, 인지 및 모터 요인에 대한 보다 철저한 조사를 촉진할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
인간은 필요한 경우 최소한의 방신 및 효능 전도 지연에 접근하는 신속하고 시각적으로 유도된 행동을 생성할 수 있는 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 앞서 상측에 자극-잠긴 응답(SR)을 빠른 바이저모터 응답6,9,10에대한 새로운 척도로 기술하였다. 시각적 자극에 의해 영향을 받는 상반신 근육 모집의 첫 번째 측면에 대 한 재…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 위원회 (NSERC)에서 BDC에 디스커버리 그랜트에 의해 지원됩니다; RGPIN 311680) 및 건강 연구의 캐나다 연구소에서 BDC에 운영 보조금 (CIHR; MOP-93796). RAK는 온타리오 대학원 장학금의 지원을 받았으며, ALC는 NSERC CREATE 보조금의 지원을 받았습니다. 이 원고에 설명된 실험 장치는 캐나다 혁신 재단에 의해 지원되었다. 추가 지원은 캐나다 제1 연구 우수 기금 (BrainsCAN)에서 왔다.
Materials
| Bagnoli-8 Desktop Surface EMG System | Delsys Inc. | Another reaching apparatus may be used | |
| Kinarm End-Point Robot | Kinarm, Kingston, Ontario, Canada | Another reaching apparatus may be used | |
| MATLAB (version R2016a) Stateflow and Simulink applications | The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, United States | ||
| PROPixx projector | VPIXX Saint-Bruno, QC, Canada | This is a custom built addon for the Kinarm. Other displays may be used. | |
| Resolution: 1920 x 1080. Standard viewing monitors may also be used. |
References
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