Neural effects of short term motor learning

Neurale effekter af kortvarrig motorisk indlæring

Gøthgen, Christoffer ; Sørensen, Mathias Brønd

4. term

Biomedical Engineering and Informatics, Master

2017

2017-06-07

102

At lære nye bevægelser er vigtigt i hverdagen og i genoptræning. Men bedre præstation siger ikke nødvendigvis noget om, hvordan hjernen ændrer sig, og forbedringer kan være kortvarige eller svære at overføre til andre opgaver. Denne undersøgelse havde til formål at se, om kortvarig motorisk læring kunne kvantificeres i EEG (elektroencefalografi) ved hjælp af velkendte mål. Vi undersøgte flere EEG-funktioner: bevægelsesrelateret kortikalt potentiale (MRCP), inklusive Bereitschaftspotential (et langsomt forberedelsessignal før bevægelse), dets negative hældning og toppotentiale; event-relateret desynkronisering/synkronisering (ERD/ERS), som beskriver fald/stigning i rytmeaktivitet ved bevægelse; kortikomuskulær koherens, der afspejler synkroni mellem hjerne- og muskelsignaler; samt hjernerytmer i hvile-EEG via fordelingen af spektral effekt. I alt deltog 19 personer, som udførte forskellige motoriske opgaver med deres ikke-dominerende hånd og gennemførte hvile-EEG-sessioner. Vi sammenlignede data før og efter interventionen. Deltagerne begik færre fejl undervejs, hvilket tyder på forbedret præstation. Alligevel fandt vi kun én signifikant ændring i EEG: en bagudrettet forskydning (mod baghovedet) af tyngdepunktet i effektdistributionen i beta-båndet under hvile med lukkede øjne. Der sås ingen signifikante ændringer i MRCP, ERD/ERS eller kortikomuskulær koherens. Hvis kortvarig motorisk læring blev induceret, kunne den ikke kvantificeres med de anvendte EEG-mål og udstyr. Den store variation på tværs af deltagere antyder, at EEG muligvis ikke er tilstrækkeligt følsomt til at fange de underliggende neurofysiologiske ændringer ved kortvarig motorisk læring. Yderligere studier med andre EEG-funktioner er nødvendige.

Learning new movements is essential for daily life and for rehabilitation, but better performance does not necessarily reveal how the brain changes, and improvements may be short-lived or fail to transfer to related tasks. This project examined whether short-term motor learning can be quantified in EEG (electroencephalography) using established features. We investigated several EEG features: the movement-related cortical potential (MRCP), including the Bereitschaftspotential (a slow preparatory signal before movement), its negative slope, and peak movement potential; event-related desynchronization/synchronization (ERD/ERS), which capture decreases/increases in rhythmic power during movement; corticomuscular coherence, reflecting synchrony between brain and muscle signals; and resting EEG rhythms via the distribution of spectral power. Nineteen participants performed various motor tasks with their non-dominant hand and completed resting EEG sessions. Data were compared before and after the intervention. Participants made fewer errors, indicating improved task performance. However, we found only one significant EEG change: a posterior shift (toward the back of the head) in the center of mass of spectral power in the beta band during the eyes-closed rest condition. No significant changes were observed in MRCP, ERD/ERS, or corticomuscular coherence. If short-term motor learning occurred, it could not be quantified with the features and equipment used. The large variability suggests that EEG may not be sensitive enough to detect the underlying neurophysiological changes associated with short-term motor learning. Further studies using other EEG features are needed.

[This abstract was generated with the help of AI]

Motor learning ; motor training ; EEG ; MRCP ; ERD ; ERS ; corticomuscular coherence ; brain waves

Download
View record in AAU Student Projects