Purpose : The purpose of this article was to review the literature on mirror neuron system with reference to its functional diversity in stroke rehabilitation.. Method : This review outlines scientific findings regarding different neurophysiological properties in mirror neurons, and discusses their involvement in process of stroke rehabilitation. Result & Conclusions : Mirror neurons were first discovered in macaque monkey. These neurons, like most neurons in F5 areas in premotor cortex, fired when an individual performs an action, as well as when he/she observes a similar action done by another individual, although originally fired only during action execution. Mirror neurons form a network for motor planning and initiating of motor action. Thus, in stroke rehabilitation based on the mirror neuron-action observation, motor imagery, observation with intent to imitate and imitation-may help activate mirror neuron system for improved outcome of physical therapy. These studies provide a scientific theoretical basis and discuss for the use of mirror neuron system as a complement to clinical physical therapy in stroke rehabilitation.
BCI(뇌-컴퓨터 인터페이스) 기술의 등장으로 거울 신경을 분석하는 것이 용이해졌다. 그러나 인간의 생각에 의존하는 BCI 시스템의 정확성을 평가하는 것은 그 질적 특성으로 인해 어려움을 겪는다. BCI의 잠재력을 활용하기 위해 우리는 움직임의 궁극적인 목표에 따라 발화 속도가 영향을 받는 인간의 거울 신경의 특성을 기반으로 정확도를 측정하는 새로운 접근법을 제안한다. 본 논문에 2장에서는 거울 신경을 소개한다. 또한, 거울 신경을 위한 인간 자세 추정에 대한 설명을 제시한다. 3장에서는 인간 자세 추정 기법을 활용하여 실시간 동적 환경에 적합한 강력한 포즈 추정 방법을 소개한다. 이어서 이러한 로봇 환경을 이용한 BCI의 정확성을 분석하는 방법을 제시한다.
Using 2 to 4 day-old postnatal rats, primary brain cell cultures were made from various brain regions (substantia nigra, hippocampus, striatum, and nucleus accumbens). Whole-cell patch clamp technique was used for electrophysiological studies. Neurons cultured from substantia nigra were characterized more in detail to test whether these cultured neurons were appropriate for physiological studies. Immunocytochemical and electrophysiological properties of these cultured neurons agreed with those from other in vivo or in vitro studies suggesting that cultured neurons maintained normal cytological and physiological conditions. Modulation of ionic channels through dopamine receptors were studied from brain areas where dopamine plays important roles on brain functions. When neurons were clamped near resting membrane potential (-74mV), R(+), R(+)-SKF 38393, a specific D$_1$receptor agonist, activated cultured striatal neurons, and dopamine itself produced biphasic responses. Responses of cultured hippocampal neurons to dopamine agonists were kinds of mirror images to those from striatal neurons; D$_1$receptor agonists inhibited hippocampal neurons but quinpirole, a D$_2$receptor agonist, activated them. Neurons cultured from nucleus accumbens were inhibited by dopamine.
The understanding of another's behavior is a fundamental cognitive ability for primates including humans. Recent neuro-physiological studies suggested that there is a direct matching algorithm from visual observation onto an individual's own motor repertories for interpreting cognitive ability. The mirror neurons are known as core regions and are handled as a functionality of intent recognition on the basis of imitative learning of an observed action which is acquired from visual-information of a goal-directed action. In this paper, we addressed previous works used to model the function and mechanisms of mirror neurons and proposed a computational model of a mirror neuron system which can be used in human-robot interaction environments. The major focus of the computation model is the reproduction of an individual's motor repertory with different embodiments. The model's aim is the design of a continuous process which combines sensory evidence, prior task knowledge and a goal-directed matching of action observation and execution. We also propose a biologically inspired plausible equation model.
Phantom limb pain is a painful sensation that is perceived in a body part that no longer exists. To control this pain, many methods have been used such as medication, physical treatment, nerve block, neuromodulation, surgical treatment and mirror therapy. However, until now, there effects have been uncertain. We report the successful reduction of phantom limb pain using mirror therapy when other treatments initially failed to control the pain.
Purpose: We compared the activation pattern of the mirror neurons (MN) between two types of hand movement according to action observation using functional MRI. Methods: Twelve right-handed healthy subjects (5 male and 7 female, mean age $21.92{\pm}2.02years$) participated in the experiment. During fMRI scanning, subjects underwent two different stimuli on the screen: 1) video clips showing repeated grasping and releasing of the ball via simple hand movement (SHM), and (2) video clips showing an actor performing a Purdue Pegboard test via complex hand movement (CHM). paired t-test in statistical parametric mapping (SPM) was used to compare the activation differences between the two types of hand movement. Results: CHM as compared with the SHM produced a higher blood oxygen level dependent (BOLD) signal response in the right superior frontal gyrus, left inferior and superior parietal lobules, and lingual gyrus. However, no greater BOLD signal response was found by SHM compared with CHM (FWE corrected, p<0.05). Conclusion: Our findings provided that the activation patterns for observation of SHM and CHM are different. CHM also elicited boarder or stronger activations in the brain, including inferior parietal lobule called the MN region.
우리는 모방하는 동물이다. '참된 모방(true imitation)'은 한 행위가 행해진 것을 보는 것으로부터 그 행위를 하는 법을 새롭게 배우는 것이라고 할 수 있다. 우리는 타 개체의 기술과 지식을 모방함으로써 다른 동물의 세계에서 찾아보기 힘든 문화와 문명을 이룩할 수 있었다. 이런 의미에서 모방 능력이 어떻게 진화하고 발달하는지를 묻는 것은 중요하다. 또한 인간이 아닌 다른 동물들이 참된 모방을 할 수 있는지, 그리고 모방 학습 측면에서 인간과 동물이 구체적으로 어떻게 다른지를 알아보는 작업도 매우 흥미로운 과제이다. 이 논문에서 나는 우선, 인간과 다른 동물들의 모방 능력에 대한 경험적 연구들을 검토해볼 것이다. 이런 비교 연구를 통해 동물과 인간의 모방 능력의 차이에 주목할 것이며, 그들에게서 보이는 복제 충실도의 차이가 왜 발생하는지에 대해 논의할 것이다. 그런 다음에 모방의 신경생물학적 메커니즘에 대한 최신 연구들을 검토할 것이다. 하전두회(inferior Frontal Gyrus, IFG)와 하두정엽(inferior Parietal Lobule, IPL)으로 구성된 인간의 거울 뉴런계(mirror neuron system)가 이 대목에서 가장 중요하게 등장한다. 거울 뉴런계는 타 개체의 행동을 이해하고 공감하고 따라하는 데에 필수적인 신경세포 다발이다. 나는 거울 뉴런계의 기능과 진화에 대한 최신 연구들을 소개할 것이다. 인간의 모방을 가능하게 하는 신경 메커니즘에 대한 연구는 처음에 거울 뉴런계와 후부상측두이랑(posterior Superior Temporal Sulcus, pSTS)로 구성된 '핵심 모방 회로'에 집중되어 있었다. 하지만 더 최신의 연구들은 핵심 모방 회로 밖에서도 모방의 신경 메커니즘이 작동한다는 사실을 말해준다. 마지막으로 나는 이러한 모방의 심리학과 생물학이 문화 진화에 어떤 함의를 지니는지를 탐구한다. 구체적으로 나는 밈과 거울뉴런계의 관계를 탐구한 최신 연구를 통해 문화 진화에 대한 밈학적 접근을 시도할 것이다.
Integrated circuit of a new neuron chain with a synapse function for Hodgkin-Huxley model which is a good electrical model about a real biological neuron is implemented in a $0.5{\mu}m$ 1 poly 2 metal CMOS technology. Pulse type neuron chain consist of series connected current controlled single neurons through synapses. For the realization of the single neuron, a pair of voltage mode oscillators using operational transconductance amplifiers and capacitors is used. The synapse block which is a connection element between neurons consist of a voltage-current conversion circuit using current mirror. SPICE simulation results of the proposed circuit show 160 mV amplitude pulse output and propagation of the signal through synapses. Measurements of the fabricated pulse type neuron chip in condition of ${\pm}2.5\;V$ power supply are shown and compared with the simulated results.
Purpose: The aim of this study was to compare EEG topographical maps in patients with chronic stroke after action observation physical training. Methods: Ten subjects were recruited from a medical hospital. Participants observed the action of transferring a small block from one box to another for 6 sessions of 1 minute each, and then performed the observed action for 3 minutes, 6 times. An EEG-based brain mapping system with 32 scalp sites was used to determine cortical reorganization in the regions of interest (ROIs) during observation of movement. The EEG-based brain mapping was comparison in within-group before and after training. ROIs included the primary sensorimotor cortex, premotor cortex, superior parietal lobule, inferior parietal lobule, superior temporal lobe, and visual cortex. EEG data were analyzed with an average log ratio in order to control the variability of the absolute mu power. The mu power log ratio was in within-group comparison with paired t-tests. Results: Participants showed activation prior to the intervention in all of the cerebral cortex, whereas the inferior frontal gyrus, superior frontal gyrus, precentral gyrus, and inferior parietal cortex were selectively activated after the training. There were no differences in mu power between each session. Conclusion: These findings suggest that action observation physical training contributes to attaining brain reorganization and improving brain functionality, as part of rehabilitation and intervention programs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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