CRCNS Research Proposal: Collaborative Research: Neural Basis of Motor Expertise

CRCNS 研究提案:合作研究:运动专业知识的神经基础

基本信息

  • 批准号:
    10405066
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.12万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-15 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

How can a basketball player reliably land his free throw in the basket, and yet still miss occasionally under nominally identical circumstances? While such skills are a paragon of motor expertise, even seemingly mundane actions also require surprising dexterity. When carrying a full cup of coffee, we exhibit motor skill that is far beyond what is typically studied in the laboratory. Specifically, when interacting with objects - the essence of any tool use -, successful actions require fine-grained control of interaction forces that have been beyond the purview of neuroscience to date. The proposed research examines the neural basis of motor expertise by bringing rich interactive tasks into the laboratory. The two PIs combine their long-standing experience in computational motor control and neurophysiology to study novel behavioral paradigms both in humans and non-human primates. Building on conceptual and computational overlap in their respective research, where skill is associated with low-dimensional structure in high-dimensional neural and behavioral redundant spaces, they will test the overall hypothesis that patterns of neural activity exhibit many of the characteristics of the behavior. Two aims will study two examples of motor skill: throwing an object and transporting an object with internal dynamics, both rendered in virtual environments. Parallel experiments in humans and primates will generate rich behavioral data that will be matched with intracortical recordings in the cerebral cortex of non-human primates. To date, non-human primate studies have necessitated that animals perform near-identical repetitions of simple behaviors to facilitate the analysis of neural activity. Now, modern multi-neuronal recording techniques make it possible to embrace more sophisticated real-world behaviors and address core principles of movement discovered in human motor control: high dimensionality, redundancy, and the ever-present variability. This research will develop a suite of computational tools that afford the analysis of behavioral and neural data with commensurate techniques and sophistication. This research will be transformative as it advances the motor challenges examined and brings insights from intracortical neurophysiology closer to understanding of human motor expertise. These scientific insights will channel into a large range of outreach activities to achieve broader impacts for the general public. RELEVANCE (See instructions): Patients with neurological disorders such as stroke face challenges in their daily activities, grasping a cup to bring to their mouths to drink; these actions are essentially interactive tool use. This research seeks insights into neural activation during such skilled actions and interactions to get closer to understand neural activity in tasks relevant in real life. Extending from PI Batista’s experience, neuroprosthetics and brain-machine interfaces are direct clinical application that may benefit from our findings and recovery
一名篮球运动员如何能够可靠地将罚球命中篮筐,但仍然偶尔会失手? 名义上相同的情况?虽然这些技能是运动专业知识的典范,即使看起来如此 平凡的动作也需要惊人的灵活性。当我们端着一杯咖啡时,我们会表现出运动的能力。 具体来说,在与物体交互时,这种技能远远超出了实验室通常研究的范围。 - 任何工具使用的本质 - 成功的行动需要对相互作用力进行细粒度的控制 迄今为止,这项研究已经超出了神经科学的范围。 通过将丰富的互动任务带入实验室,两位 PI 结合了他们的运动专业知识。 在计算运动控制和神经生理学研究新行为方面拥有长期经验 人类和非人类灵长类动物的范式建立在概念和计算重叠的基础上。 他们各自的研究,其中技能与高维中的低维结构相关 神经和行为冗余空间,他们将测试神经模式的总体假设 活动许多表现出行为特征的两个目的将研究运动的两个例子。 技能:通过内部动态投掷物体和运输物体,两者均以虚拟方式呈现 人类和灵长类动物的并行实验将产生丰富的行为数据。 与非人类灵长类动物大脑皮层的皮质内记录相匹配。 灵长类动物的研究表明,动物必须重复执行几乎相同的简单行为,才能 现在,现代多神经元记录技术使之成为可能。 接受更复杂的现实世界行为并解决发现的运动的核心原则 人类运动控制:高维性、冗余性和始终存在的可变性。 将开发一套计算工具,用于分析行为和神经数据 这项研究将具有变革性的技术和复杂性。 对运动挑战进行了检查,使皮质内神经生理学的见解更接近于理解 这些科学见解将转化为广泛的外展活动 为公众带来更广泛的影响。 相关性(参见说明): 患有中风等神经系统疾病的患者在日常活动中面临着抓杯子的挑战 送到嘴里喝;这些行为本质上是互动工具的使用。 在这种熟练的动作和交互过程中深入了解神经激活,以更深入地理解 源自 PI Batista 的经验、神经假体和现实生活中相关任务中的神经活动。 脑机接口是直接的临床应用,可能会受益于我们的发现和康复

项目成果

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    $ 39.12万
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