JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

يمكن عن طريق تغيير تركيز الاهتمام التضمين تثبيط إينتراكورتيكال داخل قشرة المحرك الأساسي

Published: September 11, 2017
doi:
10.3791/55771
, , ,
1Department of Medicine, Movement and Sport Sciences,University of Fribourg

Summary

استخدام اثنين من البروتوكولات المختلفة transcranial التحفيز المغناطيسي (TMS)، وهذه المخطوطة يصف كيفية قياس ومقارنة تثبيط القشرية داخل قشرة المحرك الأساسي عند اعتماد البؤر أتينتيونال مختلفة.

Abstract

من المسلم به أيضا أن تركيز خارجي (الإنكليزية والفرنسية) بالمقارنة مع تركيز داخلي (إذا كان) الاهتمام بتحسين التعلم الحركي والأداء. أشارت الدراسات إلى فوائد في الدقة، والتوازن، وقوة الإنتاج والقفز على الأداء، وسرعة الحركة، واستهلاك الأكسجين، ومتعب المهمة. على الرغم من أن يتم أيضا استكشاف النتائج السلوكية لاستخدام استراتيجية EF، الآليات العصبية الأساسية لا تزال مجهولة. دراسة أجراها مؤخرا مركز التقنيات التربوية بالمقارنة مع نشاط القشرة الحركية الأولية (M1) بين الإنكليزية والفرنسية، وإذا كان. وأظهرت هذه الدراسة أكثر دقة، أنه، عند اعتماد الإنكليزية والفرنسية، هو تعزيز نشاط الدوائر المثبطة إينتراكورتيكال.

هذا البروتوكول على المستوى السلوكي، اختبارات تأثير البؤر أتينشونال الوقت الذي فشل المهمة (الصناديق الاستئمانية) عندما أداء تقلصات سوبماكسيمال الأولى الظهرية إينتيروسيوس (الاستثمار الأجنبي المباشر). بالإضافة إلى ذلك، تصف الورقة الحالية البروتوكولين مركز التقنيات التربوية لتقييم تأثير الظروف أتينتيونال على نشاط الدوائر المثبطة القشرية داخل M1. وهكذا، هذه المادة وصف كيفية استخدام TMS نبض واحد في كثافات عتبة الحركية (سوبتمس)، وإقران نبض مركز التقنيات التربوية، الذي يحفز تثبيط إينتراكورتيكال فاصل زمني قصير (سيسي) عندما تطبق على M1. هذه الأساليب يفترض أن تعكس استجابة الخلايا العصبية المثبطة جابايرجيك، دون التأثر بالعمود الفقري سيركويتريس لا إرادي، فمناسبة تماما لقياس نشاط الدوائر المثبطة إينتراكورتيكال داخل M1.

وتظهر النتائج أن توجيه اهتمام خارجياً يحسن أداء المحرك، كما تمكن المشاركون إطالة الوقت إلى فشل المهمة. وعلاوة على ذلك، النتائج كانت مصحوبة قمع الكهربائي الناجم عن سوبتمس أكبر وسيسي عند اعتماد EF المقارنة مع IF. كما بينت سابقا مستوى تثبيط القشرية داخل M1 للتأثير على الأداء الحركي، تثبيط معززة مع الإنكليزية والفرنسية قد تسهم في كفاءة حركة أفضل في المهمة السلوكية، المشار إليها بالصناديق طويلة مع الإنكليزية والفرنسية.

Introduction

هو الآن المقبولة عموما أن تبني الإنكليزية والفرنسية بالمقارنة مع IF أو محايدة محط اهتمام يعزز أداء المحرك والتعلم في العديد من إعدادات1. فقد ثبت، على سبيل المثال، أن اعتماد EF يؤدي إلى منافع في دقة2،3، التوازن4،،من56، قوة الإنتاج7،8، قفز الأداء 7 , 9 , 10 , 11و سرعة حركة12،13،استهلاك الأوكسجين14ومتعب المهام15،16.

على الجانب الآخر، منذ تنشيط الدماغ هو الأساس لجميع الحركات، تم تحري جوانب عدة لمراقبة الحركة العصبية. على سبيل المثال، قد ثبت المستوى وقدرة على تثبيط إينتراكورتيكال داخل M1 تعدل ليكون لها تأثير قوي على وظيفة الحركة، مثل التنسيق إينتيرليمب17ومراقبة الوضعي18المهارة19. وعلاوة على ذلك، والسكان مع قدرات التحكم في المحركات الأكثر فقراً من البالغين الشباب، مثل مواضيع المسنين أو الأطفال (المولودين قبل الأوان20)، عادة ما تظهر أقل وضوحاً التحكم المثبطة. هكذا، على الرغم من أن ليس من دور العمليات المثبطة بعد العمليات المثبطة مفهومة جيدا، ومع ذلك يبدو أن هامة لجودة التنفيذ السيارات عموما.

وهناك إمكانية للتحقيق في إينتراكورتيكال سيركويتريس المثبطة استخدام التحفيز المغناطيسي transcranial غير الغازية (TMS). ويسري البروتوكول التحفيز الأكثر استخداماً بإقران نبض TMS (بطمس) للحث على سيسي. يستخدم هذا البروتوكول حافزا تكييف عتبة السيارات إلى تقليل السعة للاستجابة حافز التحكم سوبراثريشولد أثارت في فاصل زمني إينتيرستيمولوس من 1-5 مللي ثانية21،،من2223 , 24-ثم ذكرت كنسبة مئوية حافز التحكم، ستريك إمكانيات أثارت المحرك (MEPs) يمكن مقارنة عبر الظروف، إعطاء معلومات حول النشاط المثبطة القشرية والتحوير داخل M1.

ينطبق البروتوكول تنشيط آخر لتقييم نشاط الدوائر المثبطة إينتراكتورتيكال البقول واحد، التي يتم فيها تسليم جميع المحفزات في كثافات عتبة الحركية (أي، سوبتمس). هذا البروتوكول الحث على قمع في الجارية فريق الإدارة البيئية نشاط18،،من2526. ويمكن مقارنة هذا قمع ما يسمى فريق الإدارة البيئية الناجمة عن سوبتمس من حيث المبلغ والمدة. على الرغم من أن هذا البروتوكول لا يستخدم ذلك عادة، لها مزايا معينة مقارنة ببروتوكول سيسي القياسية. هذا البروتوكول لا يعوق التنفيذ السيارات، كما أنه لا يحفز المحفزات سوبراثريشولد. كلا أساليب اختبار مدى استجابة23،إينتيرنيورونس المثبطة غاما إينتراكورتيكال – حمض أمينوبوتيريك (GABA)27.

على الرغم من فوائد استخدام EF المقارنة إلى إذا كان الأداء الحركي1معروفة، تظل العمليات العصبية الأساسية غير معروف إلى حد كبير. في سابق الرنين المغناطيسي الوظيفي دراسة28، تبين أن الدم الأكسجين تعتمد على مستوى التنشيط (غامق) تعززت في M1، الأولية somatosensory، والجزر كورتيسيس عند تنفيذ مواضيع إصبع تسلسل واعتمدت EF المقارنة مع IF. كما لا يمكن أن تكون متباينة النشاط ضادات والمثبطة بالرنين المغناطيسي الوظيفي29، آخر من الدراسة الأخيرة16 ينص على تعزيز النشاط في M1 المقترنة الإنكليزية والفرنسية، في الواقع، أن سبب زيادة نشاط إينتراكورتيكال الدارات المثبطة. وأظهرت هذه الدراسة أكثر دقة، أن استثارة الخلايا العصبية جابايرجيك المثبطة يمكن التضمين على الفور بنوع التركيز أتينشونال المعتمد في شخص واحد.

والهدف الرئيسي من هذا البروتوكول لإظهار طريقتين المحتملة لمقارنة الآثار المباشرة للتلاعب الإدراكي (أي تركيز الاهتمام تعليمات) عن نشاط الدوائر المثبطة إينتراكورتيكال داخل M1. استخدام سوبتمس وبطمس. وبالإضافة إلى ذلك، يظهر هذا البروتوكول أحد السبل الممكنة استكشاف تأثير البؤر أتينشونال على السلوك الحركي بطريقة جداً الخاضعة للرقابة بالتحقيق في الصندوق الاستئماني المواضيعي للانكماش المطرد متساوي القياس سوبماكسيمال الاستثمار الأجنبي المباشر.

Protocol

هذا البروتوكول قد أقرته لجنة الأخلاقيات المحلية، والتجارب وفقا “إعلان هلسنكي” (1964)- 1-الموافقة الأخلاقية وتعليم هذا الموضوع قبل البدء القياس، إصدار تعليمات إلى جميع المشاركين حول عوامل الخطر المحتملة، والغرض من هذه الدراسة. لا تعطي معلومات حول البؤر أتينتيونال، كما ي…

Representative Results

تأثير البؤر أتينتيونال على الأداء الحركي: واستخدمت الاختبارات السلوكية في الدراسة الحالية لإثبات جدوى المهمة الحركية وتحديد المواضيع التي رد فعل إيجابيا عند تطبيق الإنكليزية والفرنسية. وتمشيا مع الدراسات السابقة (انظر1 لمرا…

Discussion

ويبين هذا البروتوكول طريقتين المحتملة للتحقيق في نشاط الدوائر المثبطة داخل M1 باستخدام مركز التقنيات التربوية. أكثر دقة، قد استخدمت هذين البروتوكولين في هذه الدراسة للتحقيق في أثر البؤر أتينشونال على نشاط الدوائر المثبطة داخل M1.

واحد الحد من طريقة عرض أنه ليس دائماً إمكاني…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

المؤلفين قد لا شكر وتقدير.

Materials

MC3A-100 Advanced Mechanical Technologies Inc., Watertown, MA, USA – Force transducer
BlueSensor P Ambu A/S, Bellerup, Denmark – Ag/AgCl surface electrodes for EMG
Polaris Spectra Northern Digital, Waterloo, ON, Canada – neuronavigation system, active or passive markers tracker
Localite TMS Navigator Version 2.0.5 LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany – navigation system for transcranial magnetic stimulation (TMS)
MagVenture MagPro X100 MagVenture A/S, Farum, Denmark 9016E0711 Transcranial magnetic stimulator
MagVenture D-B80 MagVenture A/S, Farum, Denmark 9016E0431 TMS coil (figure of eight)
Goniometer N/A – Custom-made goniometer
Othopedic splint N/A – Custom-made splint
Recording software LabView based – Custom-made script
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wulf, G. Attentional focus and motor learning: a review of 15 years. Int Rev Sport Exerc Psychol. 6 (1), 77-104 (2012).
  2. Perkins-Ceccato, N., Passmore, S. R., Lee, T. D. Effects of focus of attention depend on golfers’ skill. J Sports Sci. 21 (8), 593-600 (2003).
  3. Marchant, D. C., Clough, J. C., Crawshaw, M. The effects of attentional focusing strategies on novice dart throwing performance and their task experiences. Int Rev Sport Exerc Psychol. 5 (3), 291-303 (2007).
  4. Oliveira, R. M., Gurd, J. M., Nixon, P., Marshall, J. C., Passingham, R. E. Micrographia in Parkinson’s disease: the effect of providing external cues. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 63 (4), 429-433 (1997).
  5. Landers, M., Wulf, G., Wallmann, H., Guadagnoli, M. An external focus of attention attenuates balance impairment in patients with Parkinson’s disease who have a fall history. Physiotherapy. 91 (3), 152-158 (2005).
  6. Wulf, G., Landers, M., Lewthwaite, R., Töllner, T. External focus instructions reduce postural instability in individuals with Parkinson disease. Phys Ther. 89 (2), 162-168 (2009).
  7. Wulf, G., Dufek, J. S. Increased jump height with an external focus due to enhanced lower extremity joint kinetics. J Mot Behav. 41 (5), 401-409 (2009).
  8. Marchant, D. C. Attentional Focusing Instructions and Force Production. Front Psychol. 1, 1-9 (2011).
  9. Wälchli, M., Ruffieux, J., Bourquin, Y., Keller, M., Taube, W. Maximizing Performance: Augmented Feedback, Focus of Attention, and/or Reward?. Med Sci Sports Exerc. 48 (4), 714-719 (2015).
  10. Keller, M., Lauber, B., Gottschalk, M., Taube, W. Enhanced jump performance when providing augmented feedback compared to an external or internal focus of attention. J Sports Sci. 33 (10), 1067-1075 (2015).
  11. Wulf, G., Dufek, J. S., Lozano, L., Pettigrew, C. Increased jump height and reduced EMG activity with an external focus. Hum Mov Sci. 29 (3), 440-448 (2010).
  12. Fasoli, S. E., Trombly, C. A., Tickle-Degnen, L., Verfaellie, M. H. Effect of instructions on functional reach in persons with and without cerebrovascular accident. Am J Occup Ther. 56 (4), 380-390 (2002).
  13. Schücker, L., Anheier, W., Hagemann, N., Strauss, B., Völker, K. On the optimal focus of attention for efficient running at high intensity. Sport Exerc Perform Psychol. 2 (3), 207-219 (2013).
  14. Schücker, L., Hagemann, N., Strauss, B., Völker, K. The effect of attentional focus on running economy. J Sports Sci. 27 (12), 1241-1248 (2009).
  15. Lohse, K. R., Sherwood, D. E. Defining the focus of attention: effects of attention on perceived exertion and fatigue. Front Psychol. 2, 332 (2011).
  16. Kuhn, Y. A., Keller, M., Ruffieux, J., Taube, W. Adopting an external focus of attention alters intracortical inhibition within the primary motor cortex. Acta Physiol (Oxf). , (2016).
  17. Fujiyama, H., Hinder, M. R., Schmidt, M. W., Garry, M. I., Summers, J. J. Age-related differences in corticospinal excitability and inhibition during coordination of upper and lower limbs. Neurobiol Aging. 33 (7), (2012).
  18. Papegaaij, S., et al. Postural challenge affects motor cortical activity in young and old adults. Exp Gerontol. 73, 78-85 (2016).
  19. Heise, K. -. F., et al. The Aging Motor System as a Model for Plastic Changes of GABA-Mediated Intracortical Inhibition and Their Behavioral Relevance. J Neurosci. 33 (21), 9039-9049 (2013).
  20. Flamand, V. H., Nadeau, L., Schneider, C. Brain motor excitability and visuomotor coordination in 8-year-old children born very preterm. Clin Neurophysiol. 123 (6), 1191-1199 (2012).
  21. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
  22. Wassermann, E. M., et al. Responses to paired transcranial magnetic stimuli in resting, active, and recently activated muscles. Exp Brain Res. 109 (1), 158-163 (1996).
  23. Di Lazzaro, V., et al. Magnetic transcranial stimulation at intensities below active motor threshold activates intracortical inhibitory circuits. Exp Brain Res. 119 (2), 265-268 (1998).
  24. Chen, R. Interactions between inhibitory and excitatory circuits in the human motor cortex. Exp Brain Res. 154 (1), 1-10 (2004).
  25. Lauber, B., Keller, M., Leukel, C., Gollhofer, A., Taube, W. Specific interpretation of augmented feedback changes motor performance and cortical processing. Exp Brain Res. 227 (1), 31-41 (2013).
  26. Lauber, B., Leukel, C., Gollhofer, A., Taube, W. Time to task failure and motor cortical activity depend on the type of feedback in visuomotor tasks. PLoS One. 7 (3), e32433 (2012).
  27. Davey, N. J., Romaiguère, P., Maskill, D. W., Ellaway, P. H. Suppression of voluntary motor activity revealed using transcranial magnetic stimulation of the motor cortex in man. J Physiol. 477 (2), 223-235 (1994).
  28. Zentgraf, K., et al. Neural correlates of attentional focusing during finger movements: A fMRI study. J Mot Behav. 41 (6), 535-541 (2009).
  29. Arthurs, O. J., Boniface, S. How well do we understand the neural origins of the fMRI BOLD signal?. Trends Neurosci. 25 (1), 27-31 (2002).
  30. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  31. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clin Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  32. Seifert, T., Petersen, N. C. Changes in presumed motor cortical activity during fatiguing muscle contraction in humans. Acta Physiol (Oxf). 199, 317-325 (2010).
  33. Sidhu, S. K., Cresswell, A. G., Carroll, T. J. Short-interval intracortical inhibition in knee extensors during locomotor cycling. Acta Physiol (Oxf). 207 (1), 194-201 (2013).
  34. Zuur, A. T., et al. Contribution of afferent feedback and descending drive to human hopping. J Physiol. 588 (Pt 5), 799-807 (2010).
  35. Konrad, P. . The ABC of EMG: A practical introduction to kinesiological electromyography. , (2005).
  36. Roshan, L., Paradiso, G. O., Chen, R. Two phases of short-interval intracortical inhibition. Exp Brain Res. 151 (3), 330-337 (2003).
  37. Kojima, S., et al. Modulation of the cortical silent period elicited by single- and paired-pulse transcranial magnetic stimulation. BMC Neurosci. 14, 43 (2013).
  38. McNevin, N., Shea, C. H., Wulf, G. Increasing the distance of an external focus of attention enhances learning. Psychol Res. 67 (1), 22-29 (2003).
  39. Hummel, F. C., et al. Deficient intracortical inhibition (SICI) during movement preparation after chronic stroke. Neurology. 72 (20), 1766-1772 (2009).
  40. Mall, V., et al. Low level of intracortical inhibition in children shown by transcranial magnetic stimulation. Neuropediatrics. 35 (2), 120-125 (2004).
  41. Walther, M., et al. Maturation of inhibitory and excitatory motor cortex pathways in children. Brain Dev. 31 (7), 562-567 (2009).
  42. van de Laar, M. C., van den Wildenberg, W. P., van Boxtel, G. J., Huizenga, H. M., van der Molen, M. W. Lifespan changes in motor activation and inhibition during choice reactions: a Laplacian ERP study. Biol Psychol. 89 (2), 323-334 (2012).
  43. Papegaaij, S., Taube, W., Baudry, S., Otten, E., Hortobagyi, T. Aging causes a reorganization of cortical and spinal control of posture. Front Aging Neurosci. 6 (28), (2014).
  44. Kwong, K. K., et al. Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 89 (12), 5675-5679 (1992).
  45. Ziemann, U., Rothwell, J. C., Ridding, M. C. Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex. J Physiol. 496 (Pt 3), 873-881 (1996).
  46. Petersen, N. T., et al. Suppression of EMG activity by transcranial magnetic stimulation in human subjects during walking. J Physiol. 537 (Pt 2), 651-656 (2001).
  47. Butler, J. E., Larsen, T. S., Gandevia, S. C., Petersen, N. T. The nature of corticospinal paths driving human motoneurones during voluntary contractions. J Physiol. 584 (Pt 2), 651-659 (2007).
  48. Ortu, E., Deriu, F., Suppa, A., Tolu, E., Rothwell, J. C. Effects of volitional contraction on intracortical inhibition and facilitation in the human motor cortex. J Physiol. 586 (21), 5147-5159 (2008).
  49. Roy, F. D. Suppression of EMG activity by subthreshold paired-pulse transcranial magnetic stimulation to the leg motor cortex. Exp Brain Res. 193 (3), 477-482 (2009).
  50. Di Lazzaro, V., et al. Direct demonstration of the effect of lorazepam on the excitability of the human motor cortex. Clin Neurophysiol. 111 (5), 794-799 (2000).
  51. Classen, J., Benecke, R. Inhibitory phenomena in individual motor units induced by transcranial magnetic stimulation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 97 (5), 264-274 (1995).
  52. Binkofski, F., et al. Neural activity in human primary motor cortex areas 4a and 4p is modulated differentially by attention to action. J Neurophysiol. 88 (1), 514-519 (2002).
  53. Strafella, A. P., Paus, T. Cerebral blood-flow changes induced by paired-pulse transcranial magnetic stimulation of the primary motor cortex. J Neurophysiol. 85 (6), 2624-2629 (2001).
  54. Hunter, S. K., McNeil, C. J., Butler, J. E., Gandevia, S. C., Taylor, J. L. Short-interval cortical inhibition and intracortical facilitation during submaximal voluntary contractions changes with fatigue. Exp Brain Res. 234 (9), 2541-2551 (2016).
  55. Zimmermann, K., et al. Neural Correlates of Switching Attentional Focus during Finger Movements: An fMRI Study. Front Psychol. 3 (555), (2012).

Tags

Intracortical InhibitionPrimary Motor CortexAttentional FocusTranscranial Magnetic StimulationSubTMSSICIMotor PerformanceInhibitory CircuitsGABAergicMaximal Voluntary ContractionsForce Transducer

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Kuhn, Y., Keller, M., Ruffieux, J., Taube, W. Intracortical Inhibition Within the Primary Motor Cortex Can Be Modulated by Changing the Focus of Attention. J. Vis. Exp. (127), e55771, doi:10.3791/55771 (2017).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image