CMC学习系列 (8):动态力输出期间的伽马范围皮质相干性

CMC学习系列:动态力输出期间的伽马范围皮质相干性

0. 引言
1. 主要贡献
2. 方法
3. 结果
4. 讨论
5. 总结
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论文地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1053811906010238
论文题目：Gamma-range corticomuscular coherence during dynamic force output
论文代码：无

0. 引言

脑电图/MEG-肌电图相干性揭示的皮层运动和肌肉活动之间的 β 范围同步已被广泛研究用于稳态运动输出。然而，缺乏关于调节皮质脑膜相干性与动态力输出的信息。我们解决了这个问题，在视觉运动任务中比较了八名健康受试者的脑电图-肌电图相干性和皮质运动谱功率，其中受试者用右手食指施加稳态或周期性调制的动态等长力输出，以将视觉光标保持在目标区域内。在静态条件下，显著的相干性仅限于β范围。在动态条件下，最明显的相干性出现在伽马范围，而显着的β范围相干性显着降低。在动态力输出期间，β-范围内的皮层运动功率降低，而γ-范围内的功率保持不变，没有显着变化。我们得出的结论是，在动态力期间，感觉运动系统的皮质脊髓振荡模式向更高（主要是伽马）频率转变，以快速整合产生适当运动命令所需的视觉和体感信息。

1. 主要贡献

缺乏关于CMC与动态力的调节的信息。本研究通过比较静态和动态条件下的脑电图-肌电图相干性来解决这个问题
我们假设动态等距力输出可能需要更复杂的感觉运动处理，因此也伴随着伽马频率的皮质脊髓振荡。
我们清楚地表明，在静态力条件下，显着的相干性仅限于β范围，而在动态力条件下，最明显的相干性被转移到高β或低伽马范围。

2. 方法

研究方法同上一篇内容相似，区别在于本文多加了动态力的研究，具体内容如下：
在给定的记录会话中研究了两种不同的实验条件：
•静态力输出条件：在此条件下，机械手在实验前确定的最大自主收缩（MVC）的 4% 处产生稳定力（图 1d）。
•动态力输出条件：在此条件下，机械装置以 0.7 Hz 的频率和 1.6% MVC 的峰值振幅产生 4% MVC 力的正弦调制（图 1e）。
在这里插入图片描述

3. 结果

图 2 显示了两个代表性受试者（受试者 1 和 2）的静态（左列）和动态（右列）条件下的 CMC 原始曲线。
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对象 1 在静态力条件下出现 β-范围 CMC;在低伽马范围内也出现了显著的相干性，但程度较低。在动态力条件下，CMC发生在伽马范围内，β范围CMC几乎完全消失。

下图显示了与图 2 相同的两个代表性受试者的静态和动态条件下皮质运动 皮层运动频谱功率（SP） 的原始曲线。对于受试者 1，β 范围同步仅在静态力输出期间出现。对于受试者 2，在动态力条件下观察到 β 范围皮质 SP 的幅度显着降低，尽管仍然存在一个小峰值。
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4. 讨论

先前的研究表明，静力输出伴随着 β 范围皮质脉搏一致性。根据这些结果，我们在静力输出过程中发现了显著的宽带β范围CMC。然而，目前的结果扩展了我们对等长运动任务期间皮质脊髓相互作用的了解，涉及以下新方面：动态力调制的等长补偿伴随着 CMC 向更高（主要是伽马）频率的偏移，而低 β 波段的 CMC 显着减少。

CMC还反映了分离的皮层神经元集合彼此之间的同步性。特别是伽马波段振荡被认为为功能相关的皮层元素结合在一起提供了一种机制，例如视觉注意，运动计划，感觉，感觉运动以及视觉运动整合 和认知 。与静态力相比，在我们的研究中，周期性调制力的精确等距跟踪需要分配更高的注意力资源以及视觉和体感信息的更复杂和连续的动态整合。在这方面，主要相干性向更高频率的转变可能反映了复杂的触觉、本体感觉和视觉信息结合在一起，形成一个适当的运动程序，并将其有效地传递到随后的脊髓运动神经元。

在伽马频率下，每个皮层或脊髓神经元在每个时间单位的兴奋性峰值比在β频率下共振时具有更多。因此，当相干的皮质脊髓网络在更高频率下相干时，整合与任务相关的体感和视觉信息的潜力要高得多，因为一个单独的神经元可以在皮质或脊髓神经元的兴奋性峰值的各种组合下发射，以将其信息传达到目标网络。因此，皮质脊髓网络在更高频率下的振荡可能有助于我们研究的动态力条件所要求的感觉运动系统的快速重新校准。

在稳态力任务中，β CMC 与皮层运动 β 带功率一致，从而降低皮质兴奋性。动态条件下的β CMC降低伴随着β SP的降低。相比之下，尽管在8名受试者中有6名观察到伽马SP的增加，但在动态条件下，伽马SP没有受到显着影响。这表明伽马波段CMC与伽马波段SP的相关性低于β CMC与β SP的相关性。

我们认为，较高频率（γ 或高 β）的皮质神经连贯性主要参与动态和可预测的力输出，作为结合视觉，特别是认知和体感反馈信息的机制，以确保适当的运动反应。所有这些发现都对皮质脉络相干性在精细和精确运动控制中的作用有影响。