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

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

Primer Motor korteks içinde intracortical inhibisyon ilgi odağı değiştirerek modüle

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

Summary

İki farklı Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) iletişim kurallarını kullanarak, bu el yazması ölçmek ve karşılaştırmak içinde birincil motor korteks kortikal inhibisyonu için farklı dikkatte foci benimseyerek açıklar.

Abstract

Bu iyi bir iç ilgi odağı ile (Eğer) göre dış bir odak (EF) motor öğrenme ve performansı artıracak tanınır. Çalışmalar atlama performans, hareket hızı, oksijen tüketimi ve görev zahmetli üretim, doğruluk, denge, faydaları zorlamak belirttiler. Her ne kadar bir EF strateji kullanımının davranışsal sonuçları de incelenmiştir, temel sinir mekanizmaları bilinmeyen kalır. TMS çalışmada etkinliği bir EF ve IF arasında Primer motor korteks (M1) ile karşılaştırıldığında. Daha doğrusu, ne zaman bir EF benimseyerek, intracortical inhibitör devreleri aktivite gelişmiş, bu çalışma gösterdi.

Davranışsal düzeyde, mevcut Protokolü dikkatte foci etkisi Görev hatası (TTF) zamanında ilk dorsal interosseöz (FDI) submaximal kasılmalar gerçekleştirirken sınar. Ayrıca, geçerli kağıt dikkatte koşulları etkisi kortikal inhibitör devreleri M1 içinde faaliyet değerlendirmek için iki TMS iletişim kurallarını açıklar. Böylece, mevcut makale tek darbe TMS yoğunluklarda motor eşiğin (subTMS) ve kısa-Aralık intracortical inhibisyon (SICI) için M1 uygulandığında inducing eşleştirilmiş-nabız TMS nasıl kullanılacağını açıklar. Bu yöntemler tarafından spinal refleks circuitries etkilenmeden GABAergic inhibitör nöronlar, yanıt yansıtmak için kabul edilir gibi onlar M1 içinde intracortical inhibitör devreleri etkinliğini ölçmek için de uygundur.

Katılımcı görev hatası zaman uzatmak başardık gibi sonuçlar dikkat dışarıdan yönetmenlik motor performansı artırır gösterir. Ayrıca, sonuçları daha büyük bir subTMS kaynaklı Elektromiyografi bastırma ve SICI tarafından ne zaman bir IF karşılaştırıldığında bir EF benimseyerek eşlik etti. M1 içinde kortikal inhibisyon düzeyini daha önce motor performansını etkilemeye gösterilmiştir gibi bir EF ile gelişmiş inhibisyonu ile uzun süreli bir TTF tarafından belirtilen davranış görev içinde gözlenen daha iyi hareket verimlilik katkıda bir EF.

Introduction

Şimdi genel olarak bir EF benimseyen bir IF karşılaştırıldığında veya motor performans ve öğrenmeyi çok sayıda ayarları1ilgi tarafsız odağı destekler kabul. Bu, örneğin, bir EF benimseyerek doğruluğu2,3faydaları yol açar gösterilmiştir,4,5,6dengelemek, üretim7,8performans atlama, güç 7 , 9 , 10 , 11, hareket hızı12, oksijen tüketimi13,14ve zahmetli görev15,16.

Beyin harekete geçirmek tüm hareketleri, temeli olduğundan diğer tarafta nöral denetim hareketinin çeşitli yönleri araştırdı. Örneğin, düzey ve M1 içinde intracortical inhibisyon modüle yeteneği kanıtlanmıştır interlimb koordinasyon17, Postür denetim18ve maharet19gibi motor işlevleri üzerinde güçlü bir etkiye sahip için. Ayrıca, nüfus yaşlı konular veya çocuk (d. erken20), gibi genç yetişkin daha yoksul motor kontrol yetenekleri ile genellikle daha az belirgin inhibitör denetim göster. İnhibitör süreçleri rolü olmamasına rağmen böylece, henüz iyi anlaşılan, inhibitör işlemleri yine de genel olarak motor yürütme kalitesini önemli görünmektedir.

Bir olasılık intracortical inhibitör circuitries araştırmak için non-invaziv Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) kullanmaktır. En sık kullanılan stimülasyon Protokolü SICI ikna etmek için eşleştirilmiş-nabız TMS (ppTMS) uygulanır. 1-5 ms21,22,23 interstimulus bir aralıkta elde edildi suprathreshold denetim uyarıcı yanıt genliğini azaltmak için bir Klima uyarıcı motor eşiğin altında bu iletişim kuralını kullanır , 24. o zaman, denetim uyarıcı yüzdesi olarak bildirilen, motor uyarılmış potansiyeller (milletvekilleri) genlikleri koşullarında, kortikal inhibitör etkinliği ve modülasyon M1 içinde ilgili bilgi veren karşılaştırılabilir.

İntractortical inhibitör devreleri etkinliğini değerlendirmek için başka bir stimülasyon protokolü tüm uyaranlara yoğunluklarda motor eşiğin (Örneğin, subTMS), teslim edildiği tek bakliyat geçerlidir. Bu iletişim kuralı devam eden EMG aktivite18,25,26bastırma neden olmaktadır. Bu sözde subTMS kaynaklı EMG bastırma miktarı ve süresi açısından karşılaştırılabilir. Bu iletişim kuralı çok sık kullanılmaz rağmen standart SICI protokole göre bazı avantajları vardır. Suprathreshold uyaranlar teşvik değil gibi bu protokolü motor yürütme, rahatsız etmez. Her iki yöntem intracortical gama – beyaz aminobütirikasit (GABA) inhibitör interneurons23,27yanıt sınayın.

Bir IF motor performans1karşılaştırıldığında bir EF kullanarak iyi bilinen faydaları rağmen temel sinirsel süreçleri büyük ölçüde bilinmeyen kalır. Bir eski fMRI çalışma28, bu kan oksijen düzeyi-bağımlı (kalın) etkinleştirme M1, birincil somatosensor, geliştirilmiş oldu ve konular bir parmak çalıştırıldığında ada cortices sıra ve bir IF karşılaştırıldığında bir EF kabul gösterilmiştir. Eksitatör ve inhibitör etkinliği fMRI29tarafından ayrıştırılan gibi bir EF ile ilişkili M1 gelişmiş etkinliğinde aslında, intracortical gelişmiş etkinliği nedeniyle olabilir başka bir son çalışmada16 öngörüldüğü inhibitör devreleri. Daha doğrusu, bu çalışma inhibitör GABAergic nöronlar uyarılabilirlik anında dikkatte odak bir ve aynı kişi kabul türüne göre modüle gösterdi.

Amacı mevcut protokolü, bilişsel manipülasyon (Yani, dikkat yönergeleri odak noktası) hemen etkileri karşılaştırmak için iki olası yolları üzerinde intracortical inhibitör devreleri M1 içinde faaliyet göstermektir. SubTMS ve ppTMS her ikisi de kullanılır. Buna ek olarak, bu iletişim kuralını dikkatte foci etkisi motor davranış çok kontrollü bir şekilde FDI submaximal izometrik sürekli daralma TTF inceleyerek keşfetmek için bir şekilde gösterir.

Protocol

Bu iletişim kuralı yerel Etik Komitesi tarafından onaylanmış ve Helsinki Deklarasyonu (1964) uygun olarak deneyler vardır. 1. etik onay ve konu öğretim Ölçüm başlamadan önce tüm katılımcıların olası risk faktörleri ve çalışma amacı hakkında talimat. Bu sonuçları etkileyebilir gibi dikkatte resimde hakkında bilgi vermek değil. TMS uygulamada araştırma ayarları 30 güvenlik yönergeleri takip sağlamak. Not: TMS uygulark…

Representative Results

Dikkatte Foci Motor performansı üzerinde etkisi: Çalışmada davranış testlerde motor görev fizibilite kanıtlamak ve olumlu bir EF uygularken tepki konuları belirlemek için kullanılmıştır. Doğrultusunda ile önceki çalışmalar (bkz:1 için bir daha gözden geçirme), ne zaman bir IF karşılaştırıldığında bir EF katılımcıların kabul uzun süreli TTF bizim sonuçları göster (bkz. <…

Discussion

Bu iletişim kuralı TMS kullanarak inhibitör devreleri M1 içinde faaliyet araştırmak için iki yöntemden gösterir. Daha doğrusu, bu iki protokol bu çalışmada M1 içinde inhibitör devreleri etkinlikte dikkatte foci etkisini araştırmak için kullanılmıştır.

Bir sunulan yöntem her zaman bir subTMS kaynaklı EMG bastırma kendisinden önce bir kolaylaştırma neden mümkün olmadığını kısıtlamasıdır. Onlar herhangi bir tutarlı subTMS kaynaklı EMG bastırma yoktu gibi b…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar hiçbir katkıda bulunanlar var.

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