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:
    10623241
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.1万
  • 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
一个篮球运动员如何可靠地将他的罚球降落在篮子里,而仍然偶尔会错过 名义上相同的情况?尽管这样的技能是运动专业知识的典范,但似乎 平凡的行动还需要惊喜灵巧。携带一杯咖啡时,我们展示电动机 远远超出实验室中通常研究的技能。具体而言,与对象交互时 - 任何工具使用的本质 - 成功的动作需要对相互作用的细粒度控制, 迄今为止,已经超出了神经科学的权限。拟议的研究检查神经元 通过将丰富的互动任务带入实验室,运动专业知识的基础。两个pis结合了他们的 在计算运动控制和神经生理学方面的长期经验,以研究新型行为 人类和非人类隐私的范式。以概念和计算重叠为基础 他们各自的研究,在高维度中,技能与低维结构有关 神经和行为冗余空间,他们将测试整体假设神经元的模式 活动表现出许多行为的特征。两个目标将研究两个电动机的例子 技能:扔一个物体并用内部动力传输对象,均以虚拟呈现 环境。人类和私人的并行实验将产生丰富的行为数据 与非人类隐私的大脑皮层中的皮质内记录相匹配。迄今为止,非人类 灵长类动物有必要使动物对简单行为进行几乎相同的重复 促进神经元活性的分析。现在,现代的多神经唱片技术使它成为可能 拥抱更复杂的现实世界行为并解决发现的运动的核心原则 在人类运动控制中:高维,冗余和不断存在的变异性。这项研究 将开发一套计算工具,可以通过 相称的技术和精致。这项研究将是变革性的 检查的运动挑战并带来了心脏内神经生理学的见解,更接近理解 人类运动专业知识。这些科学见解将引入各种外展活动 对公众产生更广泛的影响。 相关性(请参阅说明): 神经系统疾病(例如中风)的患者在日常活动中面临挑战,抓住杯子 让他们的嘴喝酒;这些操作本质上是交互式工具的使用。这项研究寻求 在这种熟练的动作和互动过程中,对神经激活的见解,以更加了解 在现实生活中相关的任务中的神经活动。从Pi Batista的经验,神经假说和 脑机界面是直接的临床应用,可以从我们的发现和恢复中受益

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Preparing to move: Setting initial conditions to simplify interactions with complex objects.
  • DOI:
    10.1371/journal.pcbi.1009597
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Nayeem R;Bazzi S;Sadeghi M;Hogan N;Sternad D
  • 通讯作者:
    Sternad D
Neural Encoding and Representation of Time for Sensorimotor Control and Learning
  • DOI:
    10.1523/jneurosci.1652-20.2020
  • 发表时间:
    2021-02-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Balasubramaniam, Ramesh;Haegens, Saskia;Song, Joo-Hyun
  • 通讯作者:
    Song, Joo-Hyun
Central nervous system physiology.
Inferring control objectives in a virtual balancing task in humans and monkeys.
在人类和猴子的虚拟平衡任务中推断控制目标。
  • DOI:
    10.1101/2023.05.02.539055
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sadeghi,Mohsen;Razavian,RezaSharif;Bazzi,Salah;Chowdhury,Raeed;Batista,Aaron;Loughlin,Patrick;Sternad,Dagmar
  • 通讯作者:
    Sternad,Dagmar
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    $ 39.1万
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