反応バランスにおける反応抑制と行動選択を強調する変更されたリーンおよびリリース技術

すべての手続きはユタ州立大学の機関審査委員会から承認を受け、ヘルシンキ宣言に従って行われました。 1. 参加者の審査 テストの前に、参加者に手続きに対する書面によるインフォームド・コンセントを提供してもらいます。 TMS を使用したテストでは、専門家グループ20によって開発されたガイドラインを使用して TMS に対する適合性を評価するために、テストの前にスクリーン参加者が 2. データ取得:電図(EMG) EMGを表面電極を使用して記録し、信号を増幅します(ゲイン = 1,000;材料表を参照)。 データ収集インターフェースと適切なソフトウェアを使用して、データおよびバンドパスフィルタ(10~1,000 Hz)を取得します(資料表を参照)。このデバイスとソフトウェアを使用して、方法の後半で説明するように、各種モータ、ケーブルリリース、オクルージョンゴーグルを制御します。 皮膚表面を優しくブラドし、ターゲットの筋肉の位置にアルコールで拭きます。両面テープを使用してターゲット筋肉にEMG電極を表面に固定し、特に腕と脚との迅速な応答中に電極が固定されたままであることを確認するために、プリラップを使用してさらに安全にします。 右手の2つの固有の手筋(最初の背部インターソセウス、FDIおよびオポネーンのポリカス、OP)および両足の足首背反射体(脛眼前部、TA)からEMGデータを収集する。注:これらの特定の筋肉は、リーチ・ツー・ラニクションまたはフォワードステップとの関連性に基づいて選択されましたが、必要に応じて他の筋肉を選択することができます。 3. バランス試験装置 図 1.足ブロックを備えたリーン&リリース設定。この例では、片方の脚ブロックが開いた位置に設定され、もう一方の脚ブロックはステップを防ぐために設定されています。これらのブロックはコンピュータ制御のモーター(サポートポストに取り付けられた灰色の箱)によって動かされる。ハンドルカバーは、ブロックに移動するか、または把握に到達する応答を可能にします。ここでは、カバーがハンドルの完全なビューを許可するために切り離されています。剥離磁石は後壁に見える。すべての配線は木製のプラットフォーム自体を通して供給し、バックコーナーにある灰色の回路ボックスに入ります。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 図 2.リーン&フォースプレートでセットアップをリリースします。この図は、3つのフォースプレートをオプションで木製のプラットフォームに埋め込むことができる方法を示しています。力の版が要求されない場合は、所定の位置に木製のプラグを置くことができる。これらのプラグは、側面壁に寄りかかって、目に見える。この画像は、参加者が着用する安全ハーネスも示しています。このハーネスは、参加者が自分でバランスを回復できなかった場合に安全メカニズムとして機能するために天井に固定されています。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 変更されたリーンおよびリリースシステム カスタムメイドのリーン&リリースケーブルシステムを使用して、前方摂動を課します(図1および図2を参照)。 参加者は、足のヒップ幅をほぼ離れて前方のリーン位置に立たせている(図3参照)。ケーブルに取り付けられたボディハーネスを使用して、この前方リーンを維持し、その後、その後の壁に固定します。ケーブルをハーネスの背面(ほぼ中間部レベル)に接続します。支線を磁石で壁に固定します。磁石はケーブルを解放するために一時的に非アクティブ化されます。 特定の試用手順(ケーブルが解放され、ケーブルリリースが始まったとき)を参加者に予測しないでください。ソフトウェア構成にプリセットされたコンピュータコマンドを介してケーブルリリースの正確なタイミングを制御します。この設定により、ケーブルリリースのタイミングを制御できるため、試行間でランダム化することができます。注: すべての実験デバイスを制御するソフトウェア構成(例えば、脚ブロックを配置するモーターをトリガする)は、特定の試行条件(例えば、脚ブロックが存在する場合)を設定します。これは、条件をランダム化するか、ブロックで提供して予測可能性のレベルを制御するようにプログラムできます。 ハーネスの背面に取り付けられたこのリリースケーブルに加えて、天井から吊り下げられたサポートケーブルに参加者を固定します。このフェイルセーフケーブルは、絶対に必要でない限り、体重をサポートしません。参加者が自分でバランスを取り戻すことができない場合、ケーブルは地面に落ちる前にそれらをキャッチします。 信頼性の高い視覚情報の重要性のために、参加者が実際にゴーグルを着用するときにハンドルと脚のブロックを見ることができることを確認してください。各試験を開始し、参加者は快適な位置に頭を保持しながら、床の上の固定点、約3mの前を直接見るように指示します。周辺視野と障害物の上部にハンドルを表示するように、参加者を配置します。 ハンドルが把握可能な範囲内になるように本体を配置します。両足を床に接触させながら、参加者に身を乗り出してもらいます。これは、体の残りの部分が直線に残っている間、足首の周りの回転を必要とします。 ケーブルが解放されたときにバランスを回復するために前進ステップが必要な最小のリーン角度として、特定のリーン位置を決定します。これは足首関節のしきい値の無駄のない角度を見つけるための反復的なプロセスであり、これは参加者がフィートインプレース反応を使用して前方落下を防ぐことができなくなった角度です。これが確立されたら、ゴニオメトリーを使用してテスト全体を通して無駄のない角度を確認します。 補償残高の対応に対するアフォーダンスと制約 右側の参加者の横にある壁に安全ハンドルを固定します。このハンドルへのアクセスを制御するには、電動カバーを使用します。ハンドルが発見された場合、参加者がサポートされている前方リーンから解放されると、バランスを取り戻すために使用できます。 ハンドルが発見された試験の間、参加者の足の前に脚ブロックを置きます。脚ブロックはステップを妨げるが、所定の位置に固定されていないので、蹴ったときに変位する可能性があります。自由な動きを可能にし、損傷を避けるために準拠材料とそれを構築するように脚ブロックをプログラムします。注:脚ブロックは、地面からほぼ30インチ(ほとんどの個人では太もものレベルの中間)に上昇することを考えると、「オールオア・ノー」ステップの決定を強制するために構築されています。回復ステップのより微妙な封鎖に興味を持つ研究者のために、これらのデバイスは、それらをクリアするための適応ステップを可能にする小さい/短い障害物を使用するように変更することができます。 黒いタープを使用してハンドルを覆い、特定のトライアルで視界からブロックします。ハンドルは同じ場所に取り付けられたままですが、物理的に覆われ、直接の視覚的アクセスを防ぎ、支持的な把握を防ぎます。このサポートハンドルがカバーされている場合は、必要に応じてステップの反応を可能にするために脚ブロックを取り外します。 ビジョンの制御 液晶ゴーグルを介して姿勢摂動と制御の直前の時間枠にビジョンを制限します(材料表を参照)。閉じると、ゴーグルはビジュアルシーンへのアクセスを妨げるので、参加者は今後の応答条件に気づいていません。 ゴーグルが閉じている間に脚ブロックの特定の構成を変更し、各トライアルの可用性を処理して、参加者がゴーグルが開いたら環境を素早く認識する必要があります。各試験の開始時に、コンピュータトリガのサーボモーターを介して、ハンドルカバーと脚ブロックを位置に移動します。参加者に耳栓を着用させ、視覚的な閉塞の期間中にモーターを継続的に動かして、今後の状態に対する高度な手がかりを避けます。 4. 実験計画 テストの前に、参加者にハンドルに到達する方法を簡単に理解し、傾いた位置から前進してください。 今後の練習状況を完全に把握し、不確実性がないことを確認します。ゴーグルが開いたらハンドルが覆われて、ステップパスがはっきりすることを参加者に指示します。その直後に、サポートケーブルがリリースされ、彼らは前方に落ちないように迅速にステップする必要があります。 ステップを回避するためにハンドルを把握できるかどうかに関して同様の指示を使用します。 テストと練習を通して、突然のケーブルの解放によって動くように促されない限り、参加者はリラックスしたままにするように指示します。注: 参加者は、正式なテストを開始する前に、平均して約 10 回の実習を行う必要があります。 試行間の応答設定をランダムに変更します。サポートケーブルから解放された場合、参加者は壁に取り付けられた安全ハンドルに手を伸ばすか、ステップパスが明確であれば前進することによって安定性を取り戻す必要があります。 各試行の開始時に必ずオクルージョンゴーグルを閉じ、その時点で応答設定が変更されます。設定を変更できるように、ランダム化された期間(通常は約 3 ~ 4 s)のゴーグルを閉じます。 ゴーグルが開いているときに、(1)脚ブロックが存在し、サポートハンドルが存在するか、(2)脚ブロックが存在しない、サポートハンドルが存在しない、2つの可能な応答設定のいずれかを提供します。注:最初の条件では、サポートハンドルは快適な到達距離で利用可能であり、脚ブロックはステップを防ぎます。この設定は、使用可能な唯一のオプションは、使用可能なサポート ハンドルを右腕で素早く把握する場合に適用されます。2 番目の条件では、サポート・ハンドルの使用を妨げながら、リカバリー・ステップを実行できます。 摂動が起こる試験では、ゴーグルが開いた直後にケーブルを放します。この遅延期間は学習要件によって異なりますが、200 ~ 1,000 ミリ秒の範囲です。 一部の試験では、キャッチトライアルとして機能するようにリリースしないでください。これは、ビジョンのみに基づく予想応答を避けるのに役立ちます。 各トライアルを最後の10 sにし、トライアルの間に短い休止を行い、参加者が必要に応じてリセットできるようにします。各テストブロックの間に参加者に短い休息期間を与え、座ることができるようにします。基本的な実験計画は図3(下)に示されています。注: 試験回数の合計は、各試験のニーズに合わせて変化しますが、3~4個のテストブロックに分けて約100回の試験が含まれる傾向があります。 図 3.TMSベースの手法は、モータの準備に対する環境アフォーダンスや制約の認識の影響を調査する。トップ。リーン&リリース装置は、予測不可能な方法で参加者を解放しました(摂動テストブロックのみ)。摂動の大きさは、腕または脚のいずれかを使用して、安全なハンドホールドに到達するか、前進することによって、サポートの安定した基盤を再確立するために、迅速な支持の変更反応を必要としました。試験の合間に、液晶閉塞眼鏡を使用して視力を閉塞させ、前景の物体を無作為に再配置した。下。タイムラインは、環境へのビジュアルアクセスが利用可能になった時期と、視覚的アクセスと摂動の両方に関連するTMSプローブのタイミングを示しています。TMSに対する筋肉応答のピークからピークへの振幅(すなわち、運動誘発電位、MEP)は摂動前の期間におけるコルチコ脊髄興奮性の指標を提供した。この図は、手の行動(実線、青線)とハンドルが覆われている試行(点線、赤い線)のアフォーダンスの仮説的な影響を示す理論的な応答データを示しています。この図では、両方の試験/条件が、特定の環境コンテキストに基づいて潜在的な作用を促進または抑制するためにモーター出力を準備することの仮説的な効果を示すために重ね合わせられています。ボルトンらの図1から適応した.なお、この例では、TMSを用い、コルチコ脊髄興奮性を調査した。ただし、これは、この変更されたリーン & リリースを使用して、イベントのシーケンスの基本的な表現を提供することを目的としています。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 5. TMS プロトコル(オプション) 参加者が前方リーンでサポートされている間、手の運動皮質表現の上に単一パルスTMSを提供する。ゴーグルを開いた直後にTMSパルスを送り、動きの前に、環境を見ることはモーターセットにどのような影響を与えるのかを調査します。TMS が配信されるタイミングを含め、トライアル中のイベントのシーケンスを視覚化するには、図 3を参照してください。 研究の質問に従ってTMS配信のタイミングを設定します。代表的な結果では、刺激は100 msと200 msポストビジョンの間で変化した。上記の応答設定に加えて、テスト中に「ビジョンなし」のリファレンス試験がランダムに散在し、ゴーグルを開かずにTMSを提供します。この条件の目的は、運動活動におけるタスク関連の変化(例えば、覚醒の増加)のベースラインを提供することにある。注:特定のTMS手順の詳細については、ボルトンら21とGoodeら22を参照してください。 磁気刺激を一次運動皮質(M1)に、約45°の方向の刺激コイルを矢状平面に送り出します(材料表を参照)。最適な位置で刺激を適用して、右手のFDI筋肉に運動誘発電位(MEP)を得る(すなわち、モーターの「ホットスポット」)。 「ホットスポット」が見つかると、テスト刺激強度が決定される決定します。現在の研究目的では、平均MEPが約1〜1.5mVのピークからピークまでの刺激強度です。この位置にTMSコイルを固定し、ヘッドモーションが発生した場合(例えば、ケーブルリリース後)コイルの位置をリセットします。被験者が前方に傾いている間にテスト刺激強度を決定し、コルチコ脊髄興奮性に対する姿勢状態の影響を説明する。