同時執(zhí)行兩種不同的動作：在準備雙手運動的過程中，半球間相互作用的關(guān)鍵作用

1. 研究背景

雙手協(xié)調(diào)運動的能力對我們的日?；顒邮潜夭豢缮俚模驗樵S多日常任務(wù)（例如系鞋帶）需要雙手在時間和空間上的協(xié)調(diào)運動。越來越多的研究強調(diào)，更多的關(guān)鍵大腦區(qū)域在功能上參與了雙手協(xié)調(diào)的執(zhí)行，根據(jù)任務(wù)的復雜性和經(jīng)驗，這個基本的運動網(wǎng)絡(luò)動態(tài)地延伸到頂葉、顳葉和前額葉區(qū)域。盡管最近的一項功能磁共振成像（fMRI）研究顯示，在準備復雜的雙側(cè)協(xié)調(diào)任務(wù)時，雙側(cè)背外側(cè)前額葉皮層（DLPFC）和背側(cè)前運動皮層（PMd）參與其中，視覺前線索提供了即將到來的動作信息，也就是說DLPFC和PMd高度參與了雙手運動的規(guī)劃，但是其作用的確切性質(zhì)（促進或抑制）尚不清楚。

2. 研究方法

2.1 被試

15名年輕人（7名男性，平均年齡22.6±2.6歲）參與到這項研究中，所有被試均為右利手，沒有神經(jīng)損傷，視力正?；虺C正視力正常。

2.2 研究流程

雙手追蹤任務(wù)（BTT）目標是通過旋轉(zhuǎn)刻度盤，用光標精確跟蹤屏幕上的移動目標。被試舒服地坐在椅子上，雙臂放在他們面前的桌子上，手掌朝下放在手掌托上肘部在135度左右彎曲。在整個實驗過程中，手掌休息是為了幫助放松手部肌肉，并確保食指運動的自由。左（L）和右（R）刻度盤的旋轉(zhuǎn)分別與光標在縱坐標和橫坐標上的移動有關(guān)。尤其是被試僅能夠移動他們的食指來操縱旋轉(zhuǎn)表盤，因為皮質(zhì)脊髓投射到食指的主要運動，即第一骨間背?。‵DI），是TMS的目標。

圖1. 手掌托架的設(shè)計是為了幫助放松手部肌肉，并確保整個實驗過程中食指的自由運動。請注意，在實驗過程中，指針和刻度盤都被覆蓋了。B.在每個會話中，從兩個方向(即，右到左和左到右半球)檢查一個半球間的相互作用。每個方向由6個實驗塊組成。黑色線圈代表測試性刺激，灰色線圈代表調(diào)節(jié)性刺激。

圖2. 雙手任務(wù)(BTT)的試驗首先顯示一條藍色的目標線(目標模板，TT)，在整個試驗中都顯示這條線。聽覺命令刺激(IS, 525 Hz, 126 msec)被呈現(xiàn)在2000 msec (預(yù)備階段)在TT發(fā)病后。與IS同時，一個白色的目標點開始沿著目標線從TT的開始(屏幕中間)以恒定的速度移動到結(jié)束(持續(xù)時間約為7000毫秒)。參與者被要求通過同時旋轉(zhuǎn)左右兩個刻度盤來沿著目標線跟蹤移動的白點。

在每個療程中，評估rMT和刺激強度（激發(fā)每個半球約1mv的MEP振幅所需的刺激強度）之后，我們進行了兩個基線IHI評估，包括12個TS和12個CS-TS試次在每個ISI（僅PMd-M1和M1-M1）兩個方向靜止。我們進行了12個實驗組塊，其中6個連續(xù)組塊從左半球到右半球評估IHI, 6個連續(xù)組塊從右半球到左半球評估IHI。交互方向的順序（即從左到右和從右到左）在被試之間是平衡的，在交互的每個方向上，被試執(zhí)行3種不同運動頻率條件下的2組。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

皮質(zhì)脊髓興奮性是通過測試刺激的試驗中FDI肌肉的峰值-峰值MEP的平均值來確定的。運動誘發(fā)電位在所有的試次中，在每一個運動頻率條件下，在每個被試間進行平均。

3. 研究結(jié)果

本研究采用雙位點經(jīng)顱磁刺激（TMS）范式，研究了在操縱手間動作頻率的復雜協(xié)調(diào)任務(wù)準備過程中，DLPFC和PMd對對側(cè)初級皮質(zhì)（M1）的功能影響。只有左側(cè)PMd在與對側(cè)M1的相互作用中表現(xiàn)出手間頻率特異性的調(diào)節(jié)。在準備階段，當左手比右手移動更快時，左側(cè)PMd-右側(cè)M1相互作用變得更容易，而當運動頻率排列相反時，則出現(xiàn)抑制調(diào)節(jié)。有趣的是，只有在困難的條件下，雙側(cè)DLPFC與對側(cè)M1在準備期間表現(xiàn)出促進交互作用，而不考慮手間頻率比率，這表明在復雜的雙手動作的組織中具有較少的任務(wù)特異性作用。在準備過程中觀察到的DLPFC-M1和左PMd-右M1相互作用的任務(wù)相關(guān)調(diào)節(jié)與即將到來的表現(xiàn)（預(yù)測成功的雙手動作）顯著相關(guān)。

圖3. 左pmd -右M1 (A)和右pmd的nIHI平均值PMd在兩個TMS時間點為不同的頻率比離開M1連接(B)。所有包含值1(基線:虛線)的誤差條(95% CI)表示當時相對于基線靜止狀態(tài)無顯著差異。

圖4. 不同大腦區(qū)域之間的相互作用作為一個函數(shù)的運動頻率比率分配示意圖。在困難的雙手運動條件下(3:1和1:3)，雙側(cè)DLPFC產(chǎn)生促進性影響(綠色箭頭)對側(cè)M1，表明在復雜運動準備過程中招募了高階控制系統(tǒng)。相反，左PMd通過控制M1輸出，以一種運動速度相關(guān)的方式與對側(cè)M1相互作用。更具體地說，在3:1的條件下，左手需要比右手快三倍。

4. 結(jié)論

DLPFC和左PMd在準備需要不同肢體貢獻的雙手運動中具有獨特作用

5. 名稱及DOI號

Fujiyama, H., Van Soom, J., Rens, G., Cuypers, K., Heise, K. F., Levin, O., & Swinnen, S. P. (2016). Performing two different actions simultaneously: The critical role of interhemispheric interactions during the preparation of bimanual movement. Cortex, 77, 141-154.

Doi: 10.1016/j.cortex.2016.02.007