Class Notes (811,170)
Canada (494,539)
Kinesiology (2,976)

Kinesiology 1080A/B Notes.docx

125 Pages
Unlock Document

Western University
Kinesiology 1080A/B
Matthew Heath

01/09/2013 What is psycho motor learning CNS + movement Plasticity in CNS Ability to learn and acquire new skills How CNS is laying down new neural connections 2010 technique of the year by Nature Methods Journal Optogenetics Using light to control behaviour of cells Algae where blue light opens channels Ability to target specific neurons in living things  Use different colour light to inhibit also Can be used for Parkinson’s and other applications Extrafugal muscle fibres Power producing muscle fibres Cause you to move Run in parallel dimensions stacked on top of each other Different from cardiac muscles which is smooth Intrafugal muscle fibres Proprioceptor sense Designed in particular to detect stretch in a muscle Tells your CNS where your limb is relative to body Ex. Know where foot is based on sensory information  Motor Learning A set of internal processes associated with practice or experience leading to a relatively permanent  gain in performance capability You can have a performance effect or a learning effect Ultimate goal is to have a learning effect Tai Chi routine you learned it in 20 minutes and you can perform 5 minute routine but after 24 hours you  don’t remember it at all If after 24 hours you can remember some critical parts of skill then it is learning effect Motor control An area of study dealing with the understanding of the neural, physical, behaviour, and cognitive aspects of  movement Historical Development of Motor Learning/Control Motor control developed from 4 “mother” fields Psychology, neuroscience, engineering, education People in this field in 1940s or so that realized we should be studying motor control Psycholoigy The brain as a computer: the serial nature of information processing Serial and discrete fashion Going to process new information entirely before more new information has even begun to be processed Can process one piece of information at any point in time Memory for different tasks: motor tasks versus cognitive tasks Richard Shifferin Interested in understanding how we learn and store information Came up with theory that there is short term memory system that consolidates information that will lead to it  being stored in long term memory Mainly how short term memory system affects our learning Interested in semantic information *define semantic learning CNS structures that allow us to acquire new movement are entirely different from CNS structures that allow  us to acquire semantic information Semantic memories supported by high level cortico structures Engineering Human Engineering Arthur Melton Pilots can be selected based on specific individual abilities Designed battery tests for 1000s of applicants like reaction times, etc.. and many selected based on this He was wrong but layed groundwork for how people process information can be used as a precursor for  selecting people for certain activities Paul Fitts Too many air plane accidents the result of faulty human/machine interface Forefather of the field ergonomics How we process information influences our interactions with machines and computers  Worked on P51 mustangs and wanted to figure out why a lot of fighter pilots were crashing on landing and  was supposed to figure out why  Lots of dials and stuff in cockpit Incompatible Spatial Mapping 2 warning lights  Warning light and process for warning light is opposite When light B is on they flipped the switch on same side but it was wrong flaps so it crashed Basically fitts swapped the process for warning lights and there was an 80% better landing rate First person/engineer to recognize and develop how humans can appropriately interact with machines Ergonomics Define Neuroscience Reciprocal innervation/inhibition First understood by C.S. Sherrington British neurologist Interested in structure and function and learning  Suppresses activity of an antagonist muscle when agonist active All movement under this reciprocal innervation Explains phenomenon such as walking and reaching Final common path at the spinal cord produce muscular contraction Stops cocontraction so that only one of agonist or antagonist contractions (other is inhibited) happen  otherwise limb would be locked in place MRI  Magnetic resonance image Everything innervated for neurologists (left is right etc..) Like to link how damage to an area of brain impacts body? fMRI functional MRI get individual to do tasks while in this machine and watch their brain light up as they do these cognitive  tasks Physical Education Franklin M. Henry Examined whole body movements and developed experimental approaches to understanding how we  “learn” to produce complex movements First person to appreciate gross (whole) body movements Started a systematic study of how people learn whole body techniques ▯ how we learn and produce  complex movements The nervous system  Divisions of the nervous system CNS Brain Spinal Cord PNS Somatic division Autonomic division CNS is a branch of the nervous system! Intrafugal stretch information get into somatic branch of PNS In this class only dealing with CNS and somatic division of PNS 01/09/2013 Cerebral Cortex Most advanced part of CNS Think of the cerebral cortex as the “big boss” it tells everyone else what to do and when to do it Think of the thalamus, basal ganglia, pons, and cerebellum as being second in command In classic view think of them modifying the signals that come from the cerebral cortex The brainstem is third in command Classic view here is that brainstem just relays the message from 1  and 2  commanders but doesn’t do  much else Moves message from high level structure to structures like spinal cord The spinal cord is a “slave” system to all the above Classic view just carry out signal In this classic view brain stem and spinal cord don’t do much in terms of modifying signals The above is the classic view where cerebral cortex is big boss NOT NECESSARILY correct or modern  view of the organization of the brain system Lesion to cortex like stroke ­ video Hand use may be limited to power grip (only moving hand like claw) Can lose a lot of pathways in brain to be able to do precision digit control As you get older your brain gets less plastic and so harder to regain this fine digit control Locked in syndrome What if lesion to midbrain and message can’t be relayed from high level structure to spinal cord  Person had stroke and initial diagnosis was that he is brain dead After a year and half he could blink an eye and he communicated to everyone using a board by blinking He gave his colleague a book on all his experiences Important to figure out if person in vegetative state or locked in syndrome (fully aware just cant move) Know that people with locked in syndrome have damage to their brain stem High level signals simply cannot access the spinal cord Luigi Galvani (1737 – 1798) Animal Electricity Was interested in how muscles contract 01/09/2013 Most people thought it was movement of fluid that allowed you to contract muscles  He used a spinally prepared frog (spinal cord exposed) He was also doing work on electricity and one day he touched frog with probe and noticed it twitched Hooked frog to lightning rod and found that electrical signals caused it to move Neuron – building block of the CNS In young children learning could be a result in generating new neurons In older people such as me could be laying down new neural pathways Increased dendritic arbirization  Means more dendritic branches or axonic branches so they can touch off and touch more neurons Repeated exposure to task there is less noise between the signals and you get better at the activity In humans myelin sheath allows for rapid conduction of neural responses (more myelin sheath = faster  neural time) Can look at thickness of sheath to tell how fast info communicated Travels at ¼ the speed of sound so very fast signals transmitted due to sheath Neurons and neuromuscular system Motor unit *know definitions Comprised of single alpha motor neuron and all the muscle fibres it innervates  Alpha motor neuron innervates extrafusal muscle fibres (power producing fibres) We can have direct communication between alpha motor neuron in brain and muscle fibres in spinal cord??  * ask him about this Important to human nervous system Speed of nerve conduction RT History Hemholtz (1850s) Interested in speed of nerve conduction Used isolated muscle (typically hymen) and motor nerve of a frog Measured time between electrical stimulation and muscle contraction Put charge close to the cell body and measure how long it takes to contract Then changed charge location of stimulus was able to estimate the speed that  can be relayed in the CNS 01/09/2013 Hemholtz (1850s) Estimate speed of human nerve conduction Measured reaction time in response to electrical stimulus to two points (eg. Foot, thigh) Nerve conduction velocity very fast (35 – 60 m/s) That speed is about 1/10 the speed of sound (speed of sound = 1238 km/h) Used EMG to measure times (can measure milliseconds) Diseases of the nerve 1. Disease of the nerve influences amplitude of nerve conduction E.g. Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) or more commonly referred to as Lou Gehrig’s disease (famous  baseball player arguably better than Babe Ruth) Side note: Lou Gehrig might not have even had ALS lol What happens when amplitude of nerve impulse is diminished A disease affecting amplitude is like radio signal as you drive away 2. Disease of the myelin influences conduction speed E.g. Multiple sclerosis (MS) Destroys the myelin in patches along the CNS Scarring can impede neural connections  In picture of damaged myelin note the cortical lesion it occurs along multiple points in CNS MS has systemic impact in nervous system Many different types of neurons 1. Motor (efferent) neurons Transmit motor commands down the spinal cord 2. Sensory (afferent) neurons Transmit signals to and up the spinal cord  Direction is important Alpha motor neuron disease OR Lower motor neuron disease are interchangeable! Know this. 01/09/2013 Different from upper neuron disease which arises directly from damage to neurons in cerebral cortex Ignore slid on neuron types important for motor control The cerebral cortex/cerebrum  3d view link Phrenology and Modern Neuroscience Theory that different parts of brain did specific functions In history they had subjective view on thousands of different stuff like moral courage based on stuff like  soldier coming home with spear in his head which was BS with no science  But now they use fMRI to link function and associated structure in CNS or in this case associated structure  in the cerebral nervous system MRI is simply just structure just picture fMRI is structure and function you see what part is active doing an activity MRI is used clinically and fMRI experimentally Cortical Structures Occipital Lobe/Cortex or Area V1 Primary visual cortex Contains primary visual cortex V1 as well as secondary visual areas Structure about size of credit card and most visual inputs our eyes end up in V1 Has phenomenon known as corticomagnification 01/09/2013 Palliodotomy? Procedure to hear activation of individual neuron Performed when pharmaceutical treatment of parkinson’s disease becomes ineffective Allows people to recover some of that freedom to move Hole in skull ▯ put in microelectrode probe ▯ can take hours to map brain Occipital Lobe The center of our visual perception Contains primary and secondary visual areas Primary visual cortex Very crude visual stuff? Such as Orientation, facial frequency, perhaps colour but not always V2 ▯ ask if this is secondary visual cortex? Binocular vision Will find binocular disparity neurons here Specialized neurons that allow you to perceive depth (3D) Hubel and Wiesel Kept patch on kitten for 6 weeks on both eyes The kitten never learned depth after it was taken off Demonstrated there is a critical development period for the binocular neurons If prevented from getting binocular images then the organism will never develop the ability to see in depth  called stereovision Important because if child has lazy eye then they may be at risk to not develop binocular disparity cells Important discovery to current care of opthamology of young children V3 is another distinct area in visual cortex Divided into two areas V3d  and V3v (d and v are supposed to be subscripts) Visual Information can go from V1 ▯ V3d ▯ parietal cortex Important because it is the visual pathway for action  Using vision to support action ex. Pen guided by your vision V3v ▯ temporal lobe 01/09/2013 Visual pathway for perception Using vision to make a judgement of something ex. Tell difference between different colours V4  Works in conjunction with V1 Does more sophisticated processing Able to make identifications of simple geometric shapes Ex. Lesion to V4 may not be able to distinguish triangle from square V5 aka Area MT Important for movement Either self motion or motion within external environment Sort of a motion detection system in visual cortex Ex. Detecting movement is critical for navigating Critical Motion Detection System Corticomagnification More neurons devoted to central vision than peripheral vision Allows us to look and read in high spatial resolution  David Hubel Single cell recording of V1 in the awake cat Binocular cells in V1 Came upon discovery of two cells and referred to them as Blobs and interblobs Blobs = color ensembles in cynlindrical shapes Interblobs = orientation sensitive Determining orientation of object being viewed Corticoblindness Lesion to V1 Unable to perceive visual stimuli 01/09/2013 Initial part of brain that takes in visual information is damaged so they literally see nothing However they can walk into a room without any difficulty Cant use vision to see objects but can use vision to navigate and even pick up an object in front of them  even though they cant tell there is an object in front of them Shows us difference in the different visual streams Vision for perception vs vision for action is shown well through Corticoblindness Parietal Lobe Contains primary somatosensory cortex (S1) Responsible for the planning and control of voluntary movement Visuospatial skills Plays pivotal role in visual and spatial skills S1 serves as interface between visual/proprio system to motor connects Inferior Parietal Lobe (IPL) Critical for planning a movement Ex. What you need to do to make a successful movement like swing a golf club Most sophisticated and recent in evolution of humans Superior Parietal Lobe Online and feedback control Ex. Going for cup of coffee but going to miss it so adjust your hand so you don’t miss it Uses feedback from environment to ensure you will have success People with lesions to IPL Difficulty to initiate movement People with lesions to SPL Can initiate movement but may not be able to successfully carry out movement Ex. 30 tries to grasp pen Stroke or Head Injury to Right Parietal Lobe Often have disorder of Visuospatial Neglect High level disorder Doesn’t have anything to do with basic processing of information Has to do with taking that information and putting it into a single picture 01/09/2013 Have difficulty putting it all together Note: information we take in through vision is flipped  If lesion on right side of brain then neglecting information taken in from left side Ex. Men may only shave one side or women may only put lipstick on one side easy to spot these individuals People can perfectly see information through left eye but just not attending to it Treatment Prison goggles Optical wedges that shift vision to left visual field  01/09/2013 Neglect and Blindsight continued… Gram’s damaged in his brain by car accident He could identify which way dot is moving  However couldn’t see the dot Parietal Lobe continued… Anterior Interparietal area (AIP) Supports action phase of movement Provides movement system with grasping Actually grabbing the pen  Parietal Occipital area (PO) Supports transport phase of movement Moving limb to area Move to area of pen Temporal Lobe Function in visual object recognition Plays critical role in visual object interpretation Ability to look at something and recognize what that something is Also when you touch something and recognize what that something is Visual and Haptic (touch) information  Contains primary auditory cortex Ability to comprehend speech In particular left hemisphere auditory cortex 90% population it is lateralized to left hemisphere Ex. Individual with left hemisphere in temporal lobe hemorrhage lesion they probably cant understand what  you are going to say so will use different way of communication  Location of the hippocampus (memory and learning) Hippocampus looks like seahorse so called seahorse in french Hippocampus + Temporal Lobe Critical role in formation of new explicit memories 01/09/2013 Explicit memories are factual or cognitive information Ex. Remembering on test it is using this interaction between hippocampus + temporal lobe Note: Explicit memories do not have to do with learning new motor skills (those are supported by  cerebellum) Damage to hippocampus Causes you to completely lose ability to form new long term explicit memories Frontal Lobe Functions in working memory Ex. Tell a bunch of words like “dog, cat, zebra” and then ask to recall it we will be repeating it in head Ex. Coach gives you adjustments to your golf swing you will be repeating that in further motions Frontal lobe is “who we are” Our personality and self awareness Ex. In old days drilling into frontal lobe would change people’s personality Phineas Gage Mining accident caused rod to go through his head Survived for 30 years after accident Had some numbness in face but striking thing was his change in personality Contains primary and secondary motor areas Right Pimary Motor Cortex Area (M1) Final motor pathway in the body Supplementary Motor Area (SMA) Premotor Area (PM) Subcortical Structures Brain stem Role in basic attention, arousal, and consciousness. All information to and from our body passes through  the brain stem on the way to or from the brain Also for autonomic processes like heart rate and respiration Descending information has to pass through from our cortex through the brain stem Superior Caviculus Responsible for making sacchades 01/09/2013 Sacchades are goal directed eye movement Ex. Person put hand up and eye goes there Debunks classical view of hierarchal control in CNS Cerebellum Involved in the coordination of voluntary motor movement, balance and equilibrium and muscle tone Possibly involved in forming long term implicit memories Implicit memories are motor memories which let you remember how to do a movement Ex. Lesion to cerebellum would not let you remember if a movement was taught like riding a bike Thought to be critically involved with the timing for movement Coordinating multiple muscles  Ex. When walking otherwise unable to perform that movement efficiently People with lesion to area can follow time when ticker but remove ticker and they cant repeat the same  pattern Soft Deficit To Cerebellum Individual with stuttering Speech language pathology  Tries to help people with issues like this Cerebellar Ataxia (disorder) Leads to movement deficit known as cerebellar gait Shows us that cerebellum performs this key role in timing of movement Basically very important structure in learning and producing movement Basal Ganglia Group of varied origin nuclei connected to thalamus and cerebral cortex Play an important role in excitation of M1 neurons Play role in excitation of primary motor cortex So if you can make M1 active then you can move  If lesion to basal ganglia you cannot activate M1 and will have difficulties moving Parkinson’s disease Basal ganglia deficit Tremor  Have extreme difficulty initiating movement Because basal ganglia wont allow activation of M1 Medication used to treat it is algopa Even after medication they will move very slow even though without tremors 01/09/2013 Guest Speaker – Prof Salmoni 01/09/2013 Testable! Topics Models of ergonomics SHERPA – an ergonomic tool Human error Kinesiology courses in ergonomics What is ergonomics? Ergonomics is a science concerned with the ‘fit’ between people and their work (in our case everyday  activities/live). It takes account of the person’s/worker’s capabilities and limitations in seeking to ensure that  task equipment, information and the environment suit each worker/person The science of designing the job, equipment, and workplace/living environment to fit the worker/person A matter of emphasis Physical ergonomics Cognitive ergonomics Optimize job, equipment for your thinking Make it more streamline Falls in nursing home ▯ trying to analyze old people in nursing homes to determine who will fall the most  and how to fix this?? Fitting abilities and tasks to your limitations Physical Ergonomics Concerns biomechanics (mechanics of the body) and physiology (how the body functions) Sport example Motor racing Designing the chair and steering wheel to fit the driver to have optimal performance Work example Desk, Keyboard, etc… Make people comfortable 01/09/2013 Triangle of ergonomics Equipment Task Environment Rmr these 3 factors for ergonomics Wicken’s Human Factors Cycle System Brain Body Design Equipment Task Environment Training Identify problem (system) and then implement solution (design)  SHERPA Systematic human error reduction approach Method used in ergonomics that lets you break down all the problems that could go wrong in an Identify task ▯ break down parts of an activity ▯ look at every small part ▯ come up with errors ▯  consequences and chances of error occurring ▯ how to fix possible errors and reduce chance of errors 9 steps in SHERPA HTA Hierarchial task analysis Overall goal broken down into subgoals Task classification Categories Action, Retreival, Check, Classifcation, Selection Identify likely errors 01/09/2013 For every task under HTA identify all the possible errors R1 error ▯ information was not obtained R2 error ▯ wrong information obtained Ex. Snowboarding and not dressing properly Identify consequences Ex. Getting too cold Recovery Immediate, None, Later task step Possible recovery time  Ex. Go to a heated place Probability Examine probability of occurrence If error has occurred a lot then High, if lesser then Low, etc.. High, Medium, Low Criticality Remedial Measures Review and Refine Analysis Ergonomics How to make everyday life safe and better basically Link to class An ergonomist would have to think of all the psychomotor connections in designing ergonomic equipment or  analyzing ergonomics Human Error Because safety is a primary concern of ergonomists, human error is a core concept in cognitive ergonomics Investigating falls Use ergonomic and gerontology concepts Treat them as airplane crashes If we can prevent falls then we can have some hope of not going bankrupt in Canada ▯ big challenge 01/09/2013 Falls are number 1 problem in seniors in Ontario Definitions For Human Errors Errors All occasions in which planned sequence of mental or physical activites fail to achieve intended outcome  and when these failures cannot be attributed to some chance agency Slips and Lapses happen to highly skilled people Ex. Taking 1000 foul shots and then mess up once (this if high skilled) Good plan but not carried out proper Mistakes happen to unskilled people Ex. Nurse giving shot but mess it up bad plan to start off Difference in mistakes and slips/lapses is different because the way you are going to solve them is different Potential Errors – 3 types Slips Attentional problem Execution failure/unintentional action Ex. Seniors that hit side of walker and fall ▯ not paying attention Lapses Memory problem Execution failure/unintentional action Ex. Rollers that seniors use to prevent falls also cause falls but when they sit down sometimes forget to lock  it and they fall This is a lapse because they forgot the sequence (lock it) and fell Mistakes Planning failure  Intentional but mistaken An information processing model As a model fwhat the nervous system does for movement control, this is where slips, lapses and  mistakes happen 01/09/2013 Lab Overview Will draw questions from lab assignment Don’t have to hand anything in Register  90210 zip Exact same multiple choice questions so memorize them!   Parkinson’s Characteristics Small steps If without line stripes on floor he cant move even a little bit Parkinsomian gate Stimulator  Has series of leads in his chest and head sending signals to his basal ganglia connected to a battery Allows person to have somewhat normal gate (walk) Basal Ganglia Group of varied origin nuclei connected to thalamus and cerebral cortex Have a strong connection to thalamus Send and receive many messages to cerebral cortex Play an important role in excitation of M1 neurons Structures Striatum Part that receives input from cortex Sends its output only to other basal ganglia and nuclei Globus Pallidus (on test it wil be GP) Receives input from striatum Sends out inhibitory input to movement related sensors Substantia Nigra (SN) Responsible for producing dopamine 01/09/2013 Dopamine is critical neurotransmitter that is lost as a result of parkinson’s disease Subthalamic Nuclei (STN) Critical for primary excitatory neurotransmitter Produces the primary excitatory neurotransmitter in the brain name of this neurotransmitter is glutamate (don’t need to know this) Direct Basal Ganglia Pathway Anytime you see red line it is an excitatory input  Activates something Blue line is inhibitatory input Surpresses something When striatum becomes active it sends inhibitatory to SN and GPi? Those two structures in turn inhibit the thalamus Inhibiting thalamus leads directly to excitation of motor units in cortex Inhibiting thalamus = Exciting motor units in cortex Supress thalamus = Excite motor unit So when thalamus is __________________ parkinson’s occurs ▯ google Basal Ganglian Disorders Too many concussions can have motivational deficit Can be thought of as a basal ganglia disorder Terrets syndrome Cannot do this action selection This is a basal ganglia disorder OCD Mild basal ganglia disorder Hemiballismus Another basal ganglia disorder Continuing producing ballistic rotatory movements only on one side of the body As day moves on it gets worse and worse Individuals who cannot inhibit movement on one side of their body Get very fatigued 01/09/2013 Generally if you can get them to perform normal movements like painting or walking it will lessen the  severity associated with their disorder What is a stroke? Importantce for our understanding of the brain? Usually when talking about head injury he is talking about stroke Stroke is disruption of blood flow to brain  Should be called similar to heart attack or brain attac Neurons need a continuos supply of blood and oxygen otherwise will have neuronal death Hemmorrhagic Stroke Rupture of arterial wall leading to bleeding within the brain Blood very toxic to neurons Cell bodies of neurons find blood to be very toxic when spilt over them Icschemic Stroke Blockage of artery to or within the brain Blood clot  Lack of oxygen (anoxia) leads to neuronal death After a stroke there will be neuronal death in your brain  The space that where your neuronal death occurred will get filled with cerebral spinal fluid Neurons will not regenerate Basically have hole in brain Localized lesions may impair very specific types of cognitive and cognitive­motor functions We can find out where the stroke is by MRI and figure out what kind of cognitive issues patient will have Can link structure and function Which structure does which movements can be learned like this The Primary Motor Cortex (M1) In picture the blue is M1 50% of neurons that make up descending motor pathway (pathway that extends into spinal cord) arise from  primary motor cortex (M1) This part of brain has direct control over how we move Important motor structure Movement can be directly produced only by a very specific region of the cortex – the Motor Cortex (MI) 01/09/2013 Fitzschit Would use electrical probe on dogs brain One specific part of brain would cause twitching move on dog’s hymen John Hewing’s Jackson Important figure in neurosciences and medical field British physician His wife had intractable epilepsy Would have 6 to 7 seizures per day No drugs to control the seizures Noticed something systematic of these seizures Would start from fingertips towards up the arm and into her face As a result said there must be some systematic way in how human cerebral cortex is organized to control  motor Wilder Penfield Considered father of modern neurosurgery Layed road map for organization of human brain Did it at montreal neurological institute helped found it Until him neurosurgeons would just cut open brain and cut out part they thought were have epilepsy Wanted to study systematically the brain He would have electrical stimulus Would probe the brain See what activity would be elicited when a part of brain is probed Ex. One area recalls a memory, one area can cause a twitch, etc… Probed and labeled brain Different areas of primary motor cortex probed Would cause different twitchng areas Fast Electrical Stimulation of (MI) Motor cortex elicit simple movements (ex. A twitch)  in response to mild electrical stimulations Human Homonculus Penfield came up with this 01/09/2013 Midline it is toes and going outwards towards face Very systematic fashion that’s why its homunculus Parts which we have fine motor control over have larger area on human homunculus Much more neurons on fingers vs on toes Face region is largest like speaking is the most sophisticated movements  We need lots and lots of neurons here Found human homunculus on M1 and Somatosensory Cortex as well Somatosensory inputs receives sensory inputs from various parts of body and transfers/conveys it to a  motor area Best way that these two areas can communicate efficiently is to have these two areas close together in  cortical space Allows for efficient connections in brain between these two regions This is not 100% correct however 01/09/2013 Ergonomics lecture mostly informational Basal Ganglia Just know how direct pathway operates American Journal of Geriatric Psychiatry Chronic Traumatic Encepholapathy (CTE) Looks at living retired NFL atheletes Essentially disorder that turns brain to mush th Control (didn’t play in NFL) and 1,2,3,4 linebackers and 5  is running back used positron emission technology (PET scan) All had atleast 2 concussions and were in NFL 6 + years Radioactive tracer which attaches to protein which causes plaque buildup Difference in colour is where there is a lot of plaque buildup Particularly in subcortical structures Study suggests that continuous mild concussions will lead to long term consequences in the brain Ex. Developing alzheimer’s  His old job Did concussion assessment at start of season (sports like NHL) and 24 hours after concussive episode Used IMPACT battery  Secondary impact syndrome If athlete goes to play when still concussive episode then higher risk for long term memory issues The human homunculus Motor cortex of monkeys study Electrodes are put into monkeys Different coloured sphere represents a different digit Ex. Yellow is thumb  Size of sphere represents intensity of activation Ex. When thumb is moved then we see a neuron get more active  01/09/2013 Important from this is the idea of homonculur representation Pennfield thought it was very precise of which part on homonuculus represented which part on body  However that is not the case  We can see that different neurons intermingle with one another Essentially the effectors (neurons associated with) are not stricitly delegated but instead they intermingle Pennfield thought that motor cortex just relayed information (classic view) Georgeopolous Monkey neurophysiologist ▯ put electrodes in monkeys and test Robotic arm  Monkey will grasp center part Each of the dots (8 targets) will light up When dot lights up monkey will move the arm to the target After couple weeks of training can get monkey to do the task While monkey performing this task he measured a single neuron in the cortex Raster plot  Simple way of depicting activation of single neuron over time Each tick represents depolarization (firing) of that single neuron rows means a single event/trial so 5 rows = 5 trials He found that certain neurons are tuned to direction of movemet If dark spot (lots of ticks) then highly activated neuron  If light spot (not too many ticks) then not great deal of activation Ex. There is one neuron that when moving to left it is very active but not for right He found class of neurons in primary motor cortex (M1) that are tuned to direction of response Rmr pennfield thought M1 is just final pathway to action but Georgopolous is questioning that view Neuroprosthetics Important for amputees to increase their mobility and connection between their mobility and asthetic device Monkey connected by electrodes Thoughts about moving are driving the robot as it goes for food (his actual arm is taped to the side of him) 01/09/2013 This is why we need to know human homunculus etc.. Provides basis to set up these neural interfaces Prolonged M1 Electrical Stimulation Prior to stimulation it put monkeys arm in any possible point (each point is starting point in A?) When researcher stimulated a specific motor cortex the monkey always brought hand to their mouth  (feeding behaviour) The neural assemble are cluttered on the level of the primary motor cortex Means sophisticated actions maintained within M1 Shows that some functional movement neurons exist on it? ▯ just shows it isn’t final pathway Corticomotorneuronal activity is movement specific Precision grip Grab something with opposing thumb and fore finger Very complicated activity Power grip Claw  Not nearly as complicated as precision grip Researcher measured single neuron when power grip and precision grip were performed  For precision grip the neuron was very highly active but for power grip it had almost no activation speaks to fact that neurons within M1 are specialized for different movement types groups of neurons that code/are active just for specific/specialized movements further evidence to bump classic view that M1 serves as final pathway to motor action  definetly doesn’t do that Thalidomide and development dysmelia Impact of cortical reorganization. Signs of phantom pain? Dysmelia is clinical term for incomplete development In 1960s drug called thalidomide helped women with morning sickness but had severe consequences like  dysmelia Aside: thalidomide now used in cancer treatment Can let us look at organization of the cortex when people have incomplete development 01/09/2013 Control vs Dysmelic Area of neurons with left hand dysmelia Neurons in that area are significantly reduced Speaks to plasticity of human brain Don’t need same number of neurons for 2 digits on their hand as someone with 5 digits  So they don’t need a sophisticated device on their M1 so they have a smaller representation on M1 for their  hand Studying dysmelia provides us with evidence for phenomenom of plasticity In particular of brain plasticity on primary motor cortex A lot of studies used to say that M1 is not very plastic but studies on dysmelia shows this to be untrue Important for when people involved in injuries so shows that this part of brain can be changed to improve  them Epilepsy Uncontrolled activation of neurons in brain Long term effect Can be addressed in studies using effects on rats Change the brain organization by providing chronic stimulation to the rat Create artificial epilepsy  Motor map of rat Different squares show areas (green and purple diagram) Can see that there is a significant change in rat’s M1 when its M1 has been kindled (subjected to long  electrical stimulation) For rat it was only a week but in epileptic patient itd be over years Shows that M1 can change in shape Because of this Pennfelds original human homonuclus could be wrong because he was dealing with  patients with chronic epilepsy 01/09/2013 Don’t worry about ergonomics lecture Human eye Asymmetry found in eye Retina Back of eye Contains all sorts of retinal ganglion cells Has asymmetry in horizontal axis/Horizontal Visual Field Asymmetry Much greater density of retinal cells in center of retina than in peripherals of retina Fovia = center of retina Has high concentration of retinal ganglion cells Provide us with high spatial resolution As you move away from fovia the density of retinal ganglion cells get less and less and less As a result in peripheral vision has much lower spatial resolution Ex. Looking directly at something its clear, look from corner of eye it is blurry Vertical Visual Field Asymmetry Split it into upper hemiretina and lower hemiretina Upper hemiretina Has greater density of retinal ganglion cells than lower hemiretina Doesn’t have to do with ability to read but has to do with ability to move Lower visual field Information from lower visual field projects onto upper hemiretina Ex. The space if im writing something is info from lower visual field Greater density of cells in upper hemiretina leads to giving more fast, effective, accurate movement in lower  visual field Ex. Test for person to fixate on top or lower plus sign and target is below or lower it and quicker to draw line  to middle which is faster?  So this is why we get so good at doing stuff in lower visual field There is an actual neurophysiological reason of why we are working at down here (desk) vs up here  (looking upwards). Has to do with the retinal ganglion cell density Upper visual field Information from upper visual field projects onto lower hemiretina Rmr less density of retinal ganglion cells here 01/09/2013 Kindling procedure Constantly stimulating cortex of rat Animal model for epilepsy Take away is there is dramatic change in motor map Could be case that epileptic brain is much different than normal brain Difficult to do because if person is fine then no reason to cut open their brain and start stimulating MRI image of person who had limb amputated as a result of cancer Look at mouth and thumb areas on brain Map these areas before surgery Intact hemisphere  Right hemisphere where mouth and arm are intact Amputated hemisphere Fact that their motor map changed from pre to post surgery Mouth representation moved into thumb representation area on motor map (labeled wrong in slides) Cortical plasticity Area that is growing into another area Interesting note: in this case and other cases it is thumb, mouth, chin seem to intermingle with one another  (for changing motor maps) Pennfeld’s homunculus is a bit wrong because orientation of face should be rotated a 180 degrees  Mainly because he was dealing with epileptic patients The above interesting note makes sense if the thumb, mouth, chin are relatively close together and that is  why modern view would be to rotate 180 the face Rameshandra Rockstar/athelete of neuroscience? Phantom Limb Pain On amputees who feel pain or limb there that is not there Your body image is constructed in your mind Touch test Touching cheek with Q tip can feel it on cheek and phantom left hand 01/09/2013 When ran it from cheek to chin area Provides evidence for the modern homoncular representation (180 rotate face) Did it for somatosensory?check but rmr directly relates to ____ homunculus also Part of brain when arm amputated no longer gets input so it is “hungry” so to speak Face part may move into arm part and that is why amputee felt activation of arm at times Intriguing before previous view was that once the mpa was laid it couldn’t be changed MRI showed this to be true Can get phantom sensations in any part of body Ex. Phantom appendix pain even after it has been removed Theoreticaly you can have phantom anywhere in body (where it is experienced it usually hurt) except brain How to treat phantom pain in limb that doesn’t exist? Arm hurts ▯ brain tells it to clench ▯ feedback that clenching too much ▯ but no feedback so brain keeps  sending signals and it hurts Treatment is to trick the brain by showing it visual feedback  Mirror box Gold standard now to treat phantom limb pain (Hallucery) Visual feedback of the phantom limb can reduce phantom limb pain Mirror neurons Group of neurons in frontal lobe Born with mirror neurons Thought to be very important in our ability to learn through observation Usually around 2­6 months age they will be able to reproduce simple movements  Typically facial expressions Thought that mirror neurons are precursor for language development Before Neanderthals teaching to use tools would use these mirror neurons Rizzolatti et al. 1986 Everytime he would grab food the monkey in lab hooked up would fire its neurons Had monkey watch another monkey grab banana chips Then had monkey grab the banana chips 01/09/2013 Same neuron was active when monkey sees a human or another monkey move and when the monkey  does the movement itself Mirror neurons are active regardless of moving yourself or watching somebody else move Think how difficult it would be to learn movements if neurons didn’t get excited when you watched others  move Important in children for development especially Thought that autistic children have underdeveloped mirror neuron system They try not to look directly at people and try to avoid social interaction May have reduced level to learn new motor skills because they have this underdeveloped mirror neuron  system Flip side of coin – Down syndrome people Are very good at developing visual learners of motor skills Usually very social It is thought that their mirror neurons are more overdeveloped and more expansive 01/09/2013 Only until Wednesday’s lecture Questions asked: What is function of PO PO is Parietal occipital junction  Responsible for compelling the limbs towards a target PO supports transport Separation in grasping control between PO and AIP Really cool functional separation in human cortex Blindsight Unique phenomenon with lesion to primary visual cortex They cant see anything but demonstrate ability to unconsciously see something Basal Ganglia on pathway Inhibitory control on thalamus Striatum projects onto GPI (inhib) which is also inhib to thalamus So striatum to thalamus is inhibitory Really just understand the direct pathways End questions Supplementary Motor Area (SMA) Classic view is all information in motor has to come from primary motor cortex Not true because there are other pathways that send projects to motor SMA has direct connection to neurons in spinal cord Functionally important Vast majority of projections terminate on alpha motor neurons for hand and finger musculature Involved in fine digit control Ex. Typing is being supported by neurons in SMA (fine digit control) 01/09/2013 Output to corticospinal pathway as well as M1 projections Projections terminate on hand and finger musculature Active for internally generated activities It is you that decides to move Ex. Internally generating desire to type and being supported by activation of SMA Sequence specific(some neurons fire only in relation to a specific movement sequence) Certain neurons that fire only when performing a movement sequence How we know this? Somebody who has SMA lesion  They can wag their finger but ask to do complicated sequence with their fingers instead of simple sequence  they have difficulty doing this Under MRI when doing simple sequence SMA is active and when doing complicated sequence SMA is very  active Lesion to SMA troubles people in stringing together sequence of movements Activity increases in relation to movement complexity SMA activity for “real” or “imagined” movements SMA is active when you think about moving If you put someone in scanner and they think of moving and then they actually do movement it will be same  area SMA that will light up Evidence for why motor imagery can support learning new motor skills Just thinking about the motor skill you want to do will lead to performance enhancement (extent of learning  is not nearly as great as actually doing physical skill) In monkeys damage to SMA produces deficits in bimanual coordination Can scoop out part of brain and see how monkey functions Removing SMA in monkey it is difficult for monkey to use two hands together (bimanual) Ex. Patting stomach and rubbing head cant do it Unilateral lesion Sheet of plastic with banana chip in a food well where you need two hands with different movements on  both sides but monkey cant do it instead will just poke at it and crush the chip Never seen it as profound in humans so may be some differences in human SMA vs monkey SMA Transcranial magnet TNS (not important) Use magnet to cause lesion on their brain Can make person move when they are thinking about moving by “zapping” them  01/09/2013 Premotor Area (PMA) Just like SMA and M1 send projections to spinal cord But not nearly as many Very small numbers end up in spinal cord Sends fewer outputs to spinal cord than SMA Triggered by external sensory events and delayed action rmr SMA is internal activities  This is based on visual input however Ex. Seeing a fly triggers PMA Ex. Look at something on desk, look away, without looking at it can pick it up Above example about desk and looking away is for delayed memory action  PMA important for visually guided movements Monkeys with PMA damage are unable to obstacles PMA damage in monkey elicits perseveration behaviour Single cell recordings show increased PMA activity 60 ms after visual stimuli presentation Rmr blinking eye takes 100ms So PMA are activated so quickly after visual stimulus must be involved in external visual stimulus and  visually guided movemnts PMA lesion has extreme difficulty in avoidance behaviour (keep crashing into stuff)  Unable to avoid obstacles Premotor neurons damaged are absolutely necessary determining where an object or person is So want to avoid placing these individuals where there a lot of obstacles Task for monkey Visual cue told monkey to move Internal stimulus monkey moved whenever it wanted to move Measuring activation of single neuron M1 is active in visual and internal so regardless of whether a cue from environment tells you to move or you  decide to move  PMA is only active when there is a visual stimuli because neuron only fired when visual stimuli (further  evidence for external visual stimuli is for PMA) Note: sopihistcated experiments external is right when food is put in front of monkey and internal monkey  has to wait and then ggo for it by itself SMA is only active when there is internal stimulus as evidenced by neurons lighting up when internal but  not when external cue Perseveration behaviour 01/09/2013 These people will just keep doing the same thing over and over Ex. Person finished soup but kept going Another disorder associated with lesion to PMA Can only tell they are doing it after someone points it out but not unless someone tells them  (the repetitive  task) M1­SMA­PMA All 3 regions project to spinal cord** Majority of connections originate from M1  About 50% come from M1 Also regions in parietal cortex that send projections to spinal cord* Not a lot but there are some So 4 things that project to spinal cord so far M1 SMA PMA Parietal cortex Corticoplasticity  Use it or Lose it phenomenon Important to recognize to keep people moving otherwise those neural areas associated with movement will  just disappear Density increase or cortical representation for a task if it is not used will disappear Task fMRI scanner to scan brains to see what they looked like before juggling told to go away practice juggling 20 minutes everyday for 3 months experimenters looking for changes in cortical density  told to go away and not to juggle for 6 months so scanned prior to juggling, after learning juggling, set period without juggling Significant increase in density of cortical region when learned juggling Then significant decrease after stopped juggling for months Significant increase in cortical volume after three months of tranining Increase in 2 very specific areas Bilateral V5/MT 01/09/2013 Area in occipital cortex, V5 and MT are same Involved in motion processing Makes sense for practicing juggling for 3 motnsh doing a lot of visual motion processing Left intraparietal sulcus Area within left parietal lobe got a lot more dense Following 6 months without training cortical volume returned to baseline More dense means that neurons in that area are sending more projections to other neurons They don’t lose ability to juggle after 6 months but not as well when practicing because less  connections in neurons 01/09/2013 Cerebral Asymmetries Two hemispheres of the cerebral cortex are linked by the corpus callosum (basically making two brains into  one) Corpus collosum is just axons aka. White matter These two hemispheres allow the two to communicate with each other Some people say it allows them to function as one but not exactly true Left hemisphere controls right side of body and vice versa ** Contralateral connections aka. Contralateral control Generally right brain has exclusive control over left and vice versa Left and right cerebral have specialized functions Some examples of specialized functions Haptic sense Touch information Haptic information is speacialized within right cerebral cortex Visospatial information Lateralized to right cerebral cortex Speech and language Lateralized to left hemisphere Praxis Ability to perform functional movement Strongly lateralized to left hemisphere Split Brain Syndrome Sparry and Gazzinga Won noble prize for looking at split brain syndrome Worked to see what happens when you sever the corpus collosum Did this because severing the corpus collosum it can decrease the effect of epileptic seizures Ex. Epileptic in right hemisphere then sever the corpus collosum so that it doesn’t affect the left Just like lungs and kidneys can operate separately so can brain They also cut optic chiasm in addition to corpus collosum Thought that cutting optic chiasm would make it so right side brain sees only right eye stuff and vice versa 01/09/2013 Didn’t see any behaviour change after cutting corpus collosum Made it so monkey can only grab food from either side In split brain monkey 2 halves have separate memories and perform independently* Don’t notice that right and left hemisphere are working independently but we just adapt to it Test on human who had corpus collosum severed When word/picture flashed on left side it can be processed on right side and vice versa Specialized role of each hemisphere demonstrated here where he could name stuff shown on right but only  draw stuff shown from left side Cerebral Asymmetries Brocas and Wernickes aphasia Difficulty or comlications in speaking and comprehension Speech and language are strongly lateralized to left side Nous parlons avec l’hemisphere gauche Our left hemisphere is specialized for understanding (ie. Perceiving) and producing speech Broca waited for people with difficulty in speech to die then examined them Found they generally had lesion in what is now referred to as “Broca’s area” in left hemisphere Broca’s aphasia People with lesion in Broca’s area Know what they want to say but difficult in saying it Ex. Asked a question, can understand the question, difficulty putting into words what they want to say Characterized with slow and laborious speech All about speech production deficit In conjunction with Broca’s aphasia might also have agraphia Agraphia is difficulty writing Because brocas and agraphia have similar areas Wernicke German physician Same thing as broca but individuals who had difficulty understanding language After post mortem he examined them Found in left temporal lobe was the pivotal structure in people who had language comprehension difficulties 01/09/2013 Area now reffered to as “Wernicke’s area” Wernicke’s aphasia Difficulty with comprehension Non fluent type of speech Stringing together random words because individuals lose appreciation for rules of grammar  No conscious appreciation for what hes saying or what hes being asked Tonal man Keeps repeating “tonal” All spontaneous speech is “tonal” More automated speech so things that you know very well can be lateralized to both hemispheres (also  right)  So that’s why he could say the numbers from 1 to 10 Apraxia A disorder of learned, skilled purposeful movement not related muscle paralysis or comprehension deficits Not related to aphasia or paralysis Disorder of learned skilled movement Ideational apraxia Inability to evoke the appropriate action representation from long term memory Ex. Ask somebody to pick up water but they have totally forgotten how to pick up glass of water People literally forget how to move Ideomotor apraxia Inability to translate the appropriate innervatory patterns into action Ex. Knows exactly how to reach out and grab the glass but cant use that knowledge to move their body Cant translate it into the neurosignals that are going to produce those signals 01/09/2013 01/09/2013 Lab 2 Select a topic that has to do with neuroscience and movement Ex. Baseball throw and combine with neuroscience Research article = researchers collected data and interpreted it Years for articles (pick 2) 198_ and 200_ (last digit of student number) Has to deal with same topic Write a 450 word summary associated with article from 1980s Start at Research ▯ program guide ▯ health sci ▯ kin Avoid the main page search box If cant get full text out of journal/database open up catalogue and type in name of journal (not title of article) Want to see if they carry the journal and what form its available in  Do the assignment early article might be in storage RACER ▯ interlibrary can use if article not at uwo PubMed  Everything searched is remembered in history So don’t type all at once Ex. First MS and then grip strength separately Separately serach concepts and if cant find then look for combined concepts Click advanced click on number 1 and select AND Remove limits before new search Click on get it at western A lot of times this wont work so do catalogue search Storage article Want desktop delivery Heath will look for if you have read the article from 80s and understand what that article is about Effective and efficient writing!* Find the articles this week 01/09/2013 Lab should do with movement like walking, running, etc.. and how they measure it neurologically 01/09/2013 Apraxia A disorder of learned, skilled purposeful movement not related muscle paralysis or comprehension deficits Not related to aphasia or paralysis Disorder of learned skilled movement Ideational and ideomotor are most frequently occurring types of apraxia Ideational apraxia Inability to evoke the appropriate action representation from long term memory Ex. Ask somebody to pick up water but they have totally forgotten how to pick up glass of water People literally forget how to move Ideomotor apraxia Inability to translate the appropriate innervatory patterns into action Ex. Knows exactly how to reach out and grab the glass but cant use that knowledge to move their body Cant translate it into the neurosignals that are going to produce those signals A new form of apraxia: The case of CK** get notes for this University student who had large stroke Somatosensory form of apraxia – new form of apraxia She knows how to do stuff like comb hair but when comb in head she cant Think its deficit associated with sensory to motor interface that has arisen due to lesion to right parietal lobe He follows impairments to see if its chronic or short term In her early 30s and still impacting her so def chronic Dyspraxia Developmental in nature Clumsy children Developmental coordinative disorder Impaired praxis system Clumsy and timing off 01/09/2013 Soft defcit of __ Delay in development of sophisticated praxis system Identified because physician can see very clear timing disorder Ex. Video asked to say “brush” but getting syllables all messed up Gtting them to move everyday helps them Since developmental they can grow out of it as cortex grows Cerebral asymmetries in down syndrome Persons with down syndrome “perceive” speech with their right cerebral hemisphere Probably not a good thing because that hemisphere is not optimized for speech perception 3 chromosmal pair is down syndrome much smaller brain than age match/weight match controls cerebellum is much smaller in down syndrome people 90% from general population are right handed 99% of these have speech and language lateralized to left hemisphere 10% lefties 90% lateralized speech and language to left th **** get the notes! Wednesday feb 6   01/09/2013 talking about tracts going down last class? Parametal tract Has corticobulbar tract and corticospinal tract  **need notes last class On diagram red is upper motor neuron Green is lower motor neuron CC modulates action of motor neurons in brain stem and spinal cord:corticobulbar tract Motor neuron activity organized by cerebral cortex Corticobulbar fibrers – extend from the motor cortex to the “bulb” (ie. The brain stem) Control facial musculature and muscles of mastication Upper­ and lower­ motorneurons Corticoulbar tract Facial nuleus is divided into rostral (innervates forehead) and caudal (innervates mouth) parts Can split it into two components Rostral part innervated bilaterally Innervates muscles of forehead Sends its facial projections bilaterally So projects to both left and right side of body Caudal part innervated from contralateral cortex Innervates mouth/jaw area Sends its projections contralaterally Only to one side What is the impact of an upper vs. lower motorneuron lesion? Upper motormeuron lesion Asymmetrical innervation of lower facial musculature Paralysis on contralesional side 01/09/2013 Paralysis on side opposite to tumor/lesion can still move upper facial musculature and not in state of paralysis because of the bilateral projections from  rostral part  Infection of mastoid process In bell’s palsy some people have paralysis on their face Here it is lower motorneuron injury Get complete paralysis on one side of the face When lower motorneurons are impaired you cant innervate any muscle Corticospinal tract Can be split into two parts as well Ventral corticospinal tract Originates from M1, SMA, PMA Vast majority of projections are M1 Descend “uncrossed” in ventral columns of the spinal cord, forming ventral corticospinal tract Innervate axial musculature The ventral corticospinal tract innervates large muscles of the body such as back, trunk muscles Importantly the axon descends uncrossed This is a Ipsilateral connection This is the type of connection that forms the ventral corticospinal tract Propriospinal neurons *introduced on wednesday Allow for communication of neurons between segments in the spinal cord Between segment communication Important because single propriospinal neuron receiving connections from ventral corticospinal tract can  send projections to different alphamotor neurons at different levels in the spinal cord So those alphamotor neurons can go and innervate other muscles Propriospinal neurons allow for communication and coordination between multiple muscle groups Ex. Bend trunk Simple but needs a lot of coordination between spinal tracts Ventral corticospinal tract is the “simple” one to speak compared to lateral 01/09/2013 Lateral corticospinal tract Originate from M1, SMA, PMA, and Parietal cortex 75% of fibers cross at pyramidal decussation majority of the fibers that make up the lateral corticospinal tract cross over at the level of the pyramids pyramids are at the brainstem contralateral pathway if it crosses over monosynaptic connections  Really important feature** This pathway has primary monosynaptic connections Sophistication with lateral corticospinal tract is probably why humans are at top of food chain Precision grip absolutely requires having monosynaptic connections Allow for precise and independent digit control Can move each digit separately Easy way to show this: People with hand injuries who can only do power grip have serious difficulties carrying out everyday tasks goal­directed actions Schematic looking at index of dexterity of different organisms The higher the number the more dexterous the species is How independently can move the digits of the hand Reason why this is because we have largest number of fibres  Humans have million fibres A lot of those fibres merge onto single alphamotor neuron Important to have this monosynaptic connections to a single alphamotor neuron Absolutely essential Video Detect, transport, withdraw Frank uses precision grip Rat uses power grip If frank was a neuronsurgeon wouldn’t want him using power grip all the time 01/09/2013 Rat’s lateral corticospinal tract isn’t as sophisticated that’s why it doesn’t have this Important difference between ventral and lateral corticospinal tracts Lateral corticospinal tract connects (ie synapses) with a motorneuron Ventral corticospinal tract connects to propriospinal neurons, which ultimately synapse with motorneurons Propriospinal neurons allow coordination between multiple motorneurons (muscles – specifically axial  muscles not muscles like digits of hands) Propriospinal motorneuron Can send signals up or down spinal cord and between segments Ablation study Selectively impair a single compartment In this case lesion to the lateral corticospinal tract Impairs fine coordination of individual finger fingers In monkeys (cant be in humans) because cut of part of brain or use probe to cool area down so neurons are  inactive Persons with stroke often have difficulty performing daily living activites such as buttoning a shirt ­ they can  only make a fist when manipulating objects Takes monkey about 5 minutes to get the food pellet Not very successful at performing this task This type of ablation study: inability to perform a precision grip Chronic deficit Long term deficit Rehab cant help much Important because have to have impact lateral corticospinal tract to perform precision grip Any damage to it will impair ability to perform this task no matter the amount of rehab Can quickly tell what side lesion (in brain) is to because it will be contralateral to impaired hand Startle reflex*wont test on this Relfexes in children Neat phenomenon Get contraction of sternoclavoid muscle Tend to flex fists 01/09/2013 Stored in subcortical areas  Occur in 70 ms Very fast compared to the usual 200 ms we take for movements We know based on studying startle reflex that movements can be stored at part of brainstem?  Iunno doesn’t matter Important Terms Innervation  Distribution of nerves to a part of the body Innervation ratio The number of muscle fibers innervated by a single alpha (greek alpha) motorneuron; can very from a few  to over a thousand Forgot to include gamma motor neurons and intrafusal fibers Same innervation ratio principle applies Can have very different innervation ration for extrafusal fibers Difference in innervation ratio tell you how precise movements have to be Ex. Eye movements have low innervation ratio ▯ need to be very precise Ex. Quads have high innervation ration ▯ need to be not very precise Extrafusal fibers Power producing muscle fibers external with respect to muscle spindles Intrafusal fibers  In the slides grab this definition Gamma motorneuron (y­motorneuron) Motor Neurons and Motor Units Alpha motorneurons (a­motorneuron) A neuron innervating power­producing,e xtrafusal fiber Motor unit Alpha motorneuron and all the muscles it innervates; a unit of force production in skeletal muscle Basic unit of force production Muche larger than y­motorneurons 01/09/2013 # of muscle fibers associated with a motor unit ranges from 10 (eye) to thousands (back musculature) size of fiber determines how quick the signals are sent a­motorneurons are much thicker and larger than y­motorneurons send signals much faster Know this schematic on the slide important* Motor neurons and Motor units This is an example of a small motor unit with only three muscle fibers Single a­motorneuron and all the muscle fibres it innervates Motorunit pool Bunch of a­motorneurons and all the muscle fibers that they innervate Fusi­motor neurons Y­motorneurons  Small neurons innervating intrafusal fibers and changing sensitivity of muscle response to dynamic stretch Intrafusal fibers oriented in parallel with extrafusal fibers When extrafusal stretch then so do intrafusal Designed to detect stretch Gives us cues as to where limbs are in space Polar connections between intrafusal and extrafusal fibers Run entire length of muscle so highly sensitive to detect stretch information Without intrafusal muscle fibers would have no idea where feet are right now 01/09/2013 Neuropsychology and neurophysiology of thymus? Wants athletes to be very hydrated and them to wear something constricting neck so blood builds up and  concussions are prevented Collar around neck would restrict venous return to neck Concussions Tearing or shearing of some axons/neurons Brain moving to opposite side of cortex Helmets only really help with head trauma Background info on concussions – don’t need to know any of these points* CDC estimates between 50k and 300k concussion in sport/year in NA Two forms of sport concussion Simple Complex Continued symptoms during recovery period Symptoms persist over many months In NCAA football athlete with previous concussion is 5.8 times more likely to sustain multiple concussions Athletes with multiple concussions recover much slower than athletes who have experienced only a single  concussion Athletes with multi concusions show poorer memory recall than single concussion athlete when tested 2  days post concussion Athletes with multiple concussion show 7.7 worse on memory recall test than single concussion athlete Problem with concussions Being able to determine when athlete should go back to play If go back too soon Can get secondary impact syndrome Want to be able to rate concussion and return them to play when safe IMPACT battery Gold standard for checking when athlete can come back Checks athletes motor, sensory, etc.. abilities Compare athletes performance before and after concussion 01/09/2013 Ex. Take battery for all players at start of season Can use to see when their neuropsych profile has returned to baseline Neuropsychological test Measure of behaviours How fast or accurately you can do something Typical thing evaluated in neuropsych tests May be the case that IMPACT isn’t the most sensitive test for measuring in athlete ERP meausures of cognitive processing His old advisor did work on ERP – studying neurophysiological side Event­related potentials (ERPs) are averaged electrical brain responses to time locked stimuli 2 types of ERP  N2pc P300 N2pc = ERP component related to the focusing of visuspatial attention P300 = measure of stimulus classification processing speed ERP measured with an EEG EEG measures neuronal activation of cortex Why is ERP important If athlete gets a second concussion after return to play Maybe their visuospatial info is thrown off so bumping into player So perhaps their original concussion is limiting their visuospatial attention Maybe just very poor at classifying stimuli Opposing player coming at you teammate or opponent Maybe cant classify that information quick enough Can use N2pc and P300 what specific consequence of their concussion is Study by De Beaumont Slide Tests associated with IMPACT battery 01/09/2013 12 tests variety of tests like colour trails path randomized colours and numbers provides stimulus and tests how quick can identify 3 groups of athletes non concussed single concussed 2 or + concussed all athletes were 9 months removed from concussive event so quite on their way to recovery all athletes had same IMPACT battery results so means that theres no harm to multiple concussions De Beaumont and ___ wanted to check this Not only from neuropsych profile but also neurophysiological profile Came up with a test Depending on where box’s open end they had to click button Participants had to classify target (red box) and then classify the appropriate response based on box  opening Do hundreds of trials Found that speed of decision making didn’t defer across none to 2+ concussions In other words behaviours are the same Alternate part is measuring the ERP 3 groups of active neurons big negative bump is N2pc N2pc didn’t defer across 3 groups studied (0,1,2+ concussions) Size of it was the same Says that no difference in the speed of visual spatial attention just as well no matter how many concussions However looking at P300  Can see largest line is for nonconcussed Middle line is for single concussion 01/09/2013 Line at bottom is multiple concussion In other words amplitude of response (P300) decreased as the frequency of concussion increased Represents the very first study that shows that there is a difference in the neurophysiological and  neuropsychological state of the athlete due to concussion Long term effects on athletes due to concussion Concussed individuals’ neurons not firing as effectively as individuals who have not been concussed  Summary of study Equivalent neurospsych test profiles of non concussed, concussed, and multiple concussed athletes No difference in N2pc in non concussed, concussed and multiple concussed athletes Surpressed P300 activity in multiple concussed athletes Robust difference here The specificity of the long term effect of concussion prvides a framework to pinpoint the cognitive system  impaired in multiple concussion Their ability to classify something may be limited as a function of their concussion Ultimately study is important because shows dissertation between neuropsychological battery vs  neurophysiolocal battery This study has been used and more have been done to pinpoint where it shows what precise  neurophysiological parts are damaged due to concussion Using MRIs IMPACT battery’s are good but might not be the best ERP is brain imaging technology Portable and relatively inexpensive Sensitive measure for assessing concussion Picture of big guy vs small guy (both strong) Different types of motor units Motor Unit Types Don’t forget motor unit is connected to muscle?? 1. Fast twitch, fatigabe (FF) (Fast Motor Unit) characterized by highest conduction velocity (approx. 100 m/s) large fiber diameter large fiber diameter so very fast conduction innervate fast twitch muscle fibers 01/09/2013 particulary fast twitch extrafusal muscle fibers 2. Fast twitch, fatigue resistant (FR) characterized by medium conduction velocity (60 m/s) medium fiber diameter innervate fast and/or slow twitch muscle fibers this is why its fatigue resistant 3. Slow twitch, fatigue resistant (SR) (slow Motor Unit) characterized by slow conduction velocity (40 m/s) small fiber diameter innervate slow twitch muscle fiber everybody has different ratios associated with motor unit types ex. Usain Bolt more FF ex. 800 m runner FR Ex. Marathoner SR No one will have a pure FF but will be a compositional ratio across these motor unit types Motor unit and Muscle Fiber Types in Athletes Muscle biopsy What is white stuff? It is muscle Dark red is slow twitch muscle fibers Lots of oxygen Light ones Loss of oxygen Chicken breast? Muscle physioligists Can take muscle biopsy and count different motor units  01/09/2013 Sprinter 80% fast and 20% slow motor units this one is for NCAA athletes … Usain bolt has more than this Marathoner 20% fast and 80% slow motor units Average person 50% fast and 50 slow Couch potato 60% fast and 40% slow Spinal injury 96% fast and 4% slow motor units someone whos parapalegic or quadrapalegic even individual cant sustain repeated movements can do some movements even some that are considered as twitching movement Can training alter motor unit and muscle fiber types Plasticity associated with motor unit types within CNS Not born with this ratio As a result of training For ex. Perhaps possible that athletes can have a slow motor types to transition into fast motor types with  extensive training Older adults Primary motor unit type is slow motor units Not fast because not like spinal injury Ex. Grandparents are slower This is bad because only practicing slow motor units Only 30 m/s Postral ability breaks down So if slip cant counteract it because not enough fast twitch units Much worse if older adult falls than if younger one falls Need to get older adults into fast twitch environment Koceja study 01/09/2013 Found that with wobble board training  If put frail old adults on wobble board Train for 6 weeks Get increase in ratio of fast twitch Also improved their balance Before training give push on board might fall but after training wont Point being get older adults to move and encourage fast twitch fatiguable motor units 01/09/2013 Pro saccades and anti saccades Prosaccade When you look at an object Lets say you have an experiment and experimenter flashes light at you and you look directly at it Direct facial overlap between stimulus and response Stimulus driven Onset of stimulus triggers prosaccade Often reflexive Basically it takes a very short period of time to trigger or initiate a prosaccade Brain doesn’t have to process a lot of information to initiate it Prosaccade take around 180 ms to initiate Blink eye is 120 ms So it is very fast Antisaccade When looking near symmetrical to location of stimulus Ex. Flash on right but look symmetrical to it on left even though no stimulus there Antisaccades provide us with a measure of talk down inhibitory control In order to complete a successful antisaccade First have to inhibit normally reflexive stimulus driven prosaccade Response suppression first Vector inversion process second Process where you have to perform a 180 degree spatial transformation of the target’s location So antisaccade is a 2 component process As a result might have reaction time of 300 ms Much longer to initiate Increased reaction time associated with antisaccades is thought to be directly response suppression and  vector inversion Antisaccades provide a window for studying inhibitory neural control When antisaccades operate they entail the same basic cortical and subcortical networks as prosaccades In particular like frontal cortex Important difference is that neurons in that area are much more active for antisaaccade task than for a  prosaccade task 01/09/2013 Increased frontal activation during antisaccades is thought to be related to response suppression Brain needs to work a lot harder to suppress a response so get more neurons working  Lateral intraparietal cortex activation for antisaccades This activation has been shown to be tied to process of vector inversion Provides us a window into why certain people have inhibitory difficulties Ex. Schizophrenic people have difficulty with impulse control ▯ diff inhibiting actions Antisaccade task is used as a battery of tests to check this Ex. Flash light and schizo people will always perform prosaccades have diff performing antisaccades Frontal lobe is not performing properly Rmr this is when schizo people ar
More Less

Related notes for Kinesiology 1080A/B

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.