Målrettet rækkevidde er en grundlæggende motorisk adfærd, der gør det muligt for mennesker at interagere med og manipulere det ydre miljø. Undersøgelsen af at nå inden for motorfysiologi, psykologi og neurovidenskab har produceret rig og omfattende litteratur, der indeholder en række forskellige metoder. Tidlige undersøgelser af at nå brugte direkte neurale optagelser i ikke-menneskelige primater til at undersøge neural aktivitet på niveau med enkelte neuroner ^1,2. Nyere undersøgelser har undersøgt at nå ved hjælp af adfærdsparadigmer, der anvender sensorimotorisk tilpasning til at udforske karakteren af motorisk læring og kontrol ^3,4,5. Sådanne adfærdsmæssige opgaver kombineret med funktionel magnetisk resonansbilleddannelse og elektroencefalografi kan måle hele hjerneaktiviteten under opnåelse hos mennesker ^6,7. Andre undersøgelser har anvendt online TMS til at undersøge forskellige funktioner i forberedelse og udførelse af rækkevidde 8,9,10,11,12,13,14. Der er dog stadig behov for en open source og fleksibel tilgang, der kombinerer adfærdsvurderingen af at nå med TMS. Mens nytten af at kombinere TMS med adfærdsprotokoller er meget veletableret¹⁵, undersøger vi her specifikt anvendelsen af TMS inden for rammerne af at nå ved hjælp af en open source-tilgang. Dette er nyt, fordi andre grupper, der har offentliggjort ved hjælp af denne kombination af metoder, ikke har gjort deres værktøjer let tilgængelige og forbyder direkte replikation. Denne open source-tilgang letter replikering, datadeling og muligheden for undersøgelser på flere steder. Derudover, hvis andre ønsker at forfølge nye forskningsspørgsmål med lignende værktøjer, kan open source-koden fungere som en affyringsrampe for innovation, da den let kan tilpasses.

TMS tilbyder et ikke-invasivt middel til at undersøge motorsystemet på præcist kontrollerede tidspunkter¹⁶. Når TMS påføres over den primære motoriske cortex (M1), kan TMS fremkalde en målbar afbøjning i elektromyogrammet af en målrettet muskel. Amplituden af denne spændingsbølge, kendt som det motorfremkaldte potentiale (MEP), giver et indeks for den øjeblikkelige excitabilitetstilstand af den kortikospinale (CS) vej – en resulterende analog af alle excitatoriske og hæmmende påvirkninger på CS-vejen¹⁷. Ud over at give en pålidelig måling inden for emnet af iboende CS-excitabilitet kan TMS kombineres med andre adfærdsmæssige eller kinematiske målinger for at undersøge forholdet mellem CS-aktivitet og adfærd på en tidsmæssigt præcis måde. Mange undersøgelser har brugt en kombination af TMS og elektromyografi (EMG) til at løse en række spørgsmål om motorsystemet, især da denne kombination af metoder gør det muligt at undersøge MEP’er under en lang række adfærdsmæssige forhold¹⁵. Et område, hvor dette har vist sig særlig nyttigt, er i studiet af handlingsforberedelse, oftest gennem studiet af enkeltledsbevægelser¹⁸. Der er dog forholdsvis færre TMS-undersøgelser af naturalistiske flerledsbevægelser såsom at nå.

Det nuværende mål var at designe en forsinket respons nå opgave, der omfatter adfærdsmæssig kinematik, online single-pulse TMS administration og samtidig EMG optagelse fra flere muskler. Opgaven omfatter et todimensionelt punkt-til-punkt-nåparadigme med online visuel feedback ved hjælp af en vandret orienteret skærm, således at visuel feedback matcher rækkeviddebaner (dvs. et 1: 1-forhold under veridisk feedback og ingen transformation mellem visuel feedback og bevægelse). Det nuværende design omfatter også et sæt forsøg med en visuomotorisk forstyrrelse. I det angivne eksempel er dette et 20° rotationsskift i markørfeedbacken. Tidligere undersøgelser har brugt et lignende vidtrækkende paradigme til at løse spørgsmål om de mekanismer og beregninger, der er forbundet med sensorimotorisk tilpasning 19,20,21,22,23,24,25. Desuden gør denne tilgang det muligt at vurdere motorsystemets excitabilitetsdynamik på præcise tidspunkter under online motorisk læring.

Fordi opnåelse har vist sig at være en frugtbar adfærd til undersøgelse af læring / tilpasning, har vurdering af CS-spænding i sammenhæng med denne adfærd et enormt potentiale til at kaste lys over de neurale substrater, der er involveret i denne adfærd. Disse kan omfatte lokale hæmmende påvirkninger, ændringer i tuning egenskaber, timing af neurale begivenheder, etc., som er blevet fastslået i ikke-menneskelige primater forskning. Disse træk har imidlertid været vanskeligere at kvantificere hos mennesker og kliniske populationer. Neurale dynamikker kan også undersøges i fravær af åbenlys bevægelse hos mennesker ved hjælp af den kombinerede TMS- og EMG-tilgang (dvs. under forberedelse af bevægelse eller i hvile).

De præsenterede værktøjer er open source, og koden kan let tilpasses. Dette nye paradigme vil producere vigtig indsigt i de mekanismer, der er involveret i forberedelse, udførelse, afslutning og tilpasning af at nå bevægelser. Desuden har denne kombination af metoder potentialet til at afdække forholdet mellem elektrofysiologi og opnåelse af adfærd hos mennesker.