Mapas de motor

Fuente: Laboratorios de Jonas T. Kaplan y Sarah I. Gimbel, University of Southern California

Un principio de organización del cerebro es el mapeo topográfico de información. Especialmente en las cortezas sensoriales y motoras, las regiones adyacentes del cerebro tienden a representar la información de las partes adyacentes del cuerpo, resultando en mapas del cuerpo expresado en la superficie del cerebro. Los mapas sensoriales y del motores primarios en el cerebro alrededor de un surco prominente conocido como el surco central. La corteza anterior del surco central se conoce como la convolución del cerebro precentral y contiene la corteza primaria del motor, mientras que se conoce como la convolución del cerebro poscentral de la corteza posterior del surco central y contiene la corteza sensorial primaria (figura 1).

Figura 1: los mapas sensoriales y del motores alrededor del surco central. La corteza primaria del motor, que contiene un mapa motor de efectores del cuerpo, es anterior al surco central, en la convolución del cerebro precentral del lóbulo frontal. La corteza (sensorial) somesthetic primaria, que recibe el tacto, el dolor y la información de temperatura de las partes externas del cuerpo, se encuentra posterior al surco central, en la convolución del cerebro poscentral del lóbulo parietal.

En este experimento, neuroimagen funcional se utiliza para demostrar el mapa motor de la convolución del cerebro precentral. Este mapa se llama a menudo el homúnculo motor, que es latín para "poco hombre", porque es como si hay una versión pequeña de una que auto representado en esta parte del cerebro de una persona. Una propiedad interesante de este mapa es que se dedica más espacio cortical a partes del cuerpo que requieren un control más fino, como las manos y la boca, que se traduce en la representación desproporcionada de los apéndices en la corteza. También, debido a la anatomía del sistema del motor, las neuronas que controlan el lado derecho del cuerpo están en la corteza de motor primaria izquierda y viceversa. Por lo tanto, cuando un participante en el experimento se le pide que mueva su pie o mano derecha, se espera una mayor activación en la convolución del cerebro precentral izquierda.

En este experimento, se piden a los participantes moverse alternativamente las manos y los pies, en los lados izquierdo y derecho, mientras que se mide su actividad cerebral con la fMRI. Puesto que la señal del fMRI se basa en cambios en la oxigenación de la sangre, que son lentos en comparación con los movimientos que hacen los participantes, los períodos de movimiento se separan con períodos de quietud para asegurar que las varias condiciones pueden distinguirse unos de otros y de la línea base descansa. Para lograr la exacta sincronización de los movimientos, los participantes aprenden cuando comenzar y terminar cada movimiento con una señal visual. Los métodos en este video son similares a los utilizados por diversos estudios de fMRI que han demostrado somatotopy en corteza primaria del motor. ^{1, 2}

1. reclutar a 20 participantes.

1. Confirmar que los participantes no tienen antecedentes de trastornos neurológicos o psicológicos.
2. Confirmar que los participantes son todos diestros usando el cuestionario de uso de las manos.
3. Para asegurar que los participantes pueden ver los indicios visuales correctamente, asegúrese de que tienen normal o corregida a la visión normal.
4. Asegúrese de que los participantes no tienen ningún metal en su cuerpo. Se trata de un requisito de seguridad debido al alto campo magnético en fMRI.
5. Puesto que el fMRI requiere tumbado en el pequeño espacio del escáner del alesaje, confirmar que los participantes no sufren de claustrofobia.

2. analizar los procedimientos

1. Llenar el papeleo de la exploración.
2. Cuando los participantes su análisis de fMRI, ellos tienen primero llene una forma metálica para asegurarse de que tienen no hay contraindicaciones para la RM, una forma de resultados fortuitos, dar su consentimiento para su exploración a ser analizado por un radiólogo y un formulario de consentimiento que detalla los riesgos y beneficios del estudio.
3. Que los participantes Retire todo metal de su cuerpo (incluyendo cinturones, carteras, teléfonos, hebillas, monedas y todas las joyas) para prepararse para entrar en el escáner.

3. proporcionar instrucciones para el participante.

1. Dígale a los participantes que cuando ven una mano en la pantalla, son empezar a mover su mano hasta que desaparezca la señal visual. Informar a los participantes que implica el movimiento de la mano tocando el pulgar a cada dedo de la misma mano y repetir esta secuencia a la inversa. Cuando la señal aparece en el lado izquierdo de la pantalla, son mover su mano izquierda, y cuando la señal aparece en el lado derecho de la pantalla, son mover su mano derecha.
2. Dígale a los participantes que cuando ven un pie en la pantalla, son comenzar a mover su pie y continuar haciéndolo hasta que desaparezca la señal visual. Informar al participante que consiste en el movimiento del pie presionando repetidamente el pie hacia abajo, como si presionando en un imaginario pedal. Cuando la señal aparece en el lado izquierdo de la pantalla, son mover su pie izquierdo, y cuando la señal aparece en el lado derecho de la pantalla, son mover su pie derecho.
3. Estrés al participante la importancia de mantener su cabeza quieta, incluso mientras está moviendo su mano o pie.

4. Guía del participante en el escáner.

1. Dan el participante tapones para los oídos (para proteger sus oídos del ruido del escáner) y auriculares (para usar para que pueden escuchar al experimentador durante la exploración) y tenerlas tumbadas en la cama con su cabeza en la bobina.
2. Dar al participante la bola del apretón emergencia e instruirlos para apretar en caso de emergencia durante la exploración.
3. Fije la cabeza del participante en la bobina con almohadillas de espuma para evitar el exceso de movimiento durante la exploración y recordar al participante que es muy importante que permanezca todavía como posible durante la exploración, como incluso los movimientos más pequeño desdibujan de las imágenes.

5. recolección de datos

1. Recoger una exploración anatómica de alta resolución.
2. Comenzar la exploración funcional.
   1. Sincronizar el inicio de la presentación del estímulo con el inicio del escáner.
   2. Presente las señales visuales a través de un ordenador portátil conectadas a un proyector. El participante debe tener un espejo por encima de sus ojos, lo que refleja que una pantalla en la parte posterior del escáner del alesaje.
   3. Presentar cada referencia visual para 12 s, seguido de 12 s de referencia en reposo. Alternar entre la mano izquierda, mano derecha, pie izquierdo y pie derecho.
   4. Repita cuatro repeticiones de cada condición, para un total de 6,5 min.

6. analizar los procedimientos

1. Traer al participante fuera el escáner.
2. Debrief el participante.
3. Pagar al participante.

7. Análisis de datos

1. Preprocesar los datos.
   1. Realizar corrección de movimiento para reducir artefactos de movimiento.
   2. Realizar el filtrado temporal para quitar señal derivas.
   3. Suavizar los datos para aumentar la relación señal a ruido.
2. Modelo de los datos para cada participante.
   1. Crear un modelo de lo que debería ser la respuesta hemodinámica esperada para cada condición de trabajo.
   2. Ajustar los datos a este modelo, dando como resultado un mapa estadístico, donde el valor en cada voxel representa la medida en que ese voxel estuvo implicado en la condición de la tarea.
   3. Registro de cerebro de los participantes de un atlas estándar para combinar datos entre los participantes.
3. Combinar mapas estadísticos a través de temas para un análisis de los datos del nivel de grupo.

En este experimento, los investigadores midieron la actividad cerebral con la fMRI, mientras los participantes mueve sus manos o pies. Análisis estadístico de los cambios en el flujo sanguíneo está representado por diferentes colores en la superficie del cerebro atlas estándar. Los colores identifican los vóxeles, cuyo curso de tiempo mejor había emparejado el curso del tiempo previsto para una condición específica.

Los resultados demuestran focos de activación diferentes dentro de la convolución del cerebro precentral para el movimiento de las diferentes extremidades (figura 2). Movimiento de la mano derecha produjo la mayor activación en la superficie lateral izquierda de la convolución del cerebro (azul), mientras que el movimiento de la mano izquierda produce la activación más grande en la superficie lateral derecha (verde). Cuando los participantes movió sus pies, activación era más grande que la convolución del cerebro precentral se extiende alrededor de la superficie medial del cerebro. Movimientos del pie lado derecho producen activación en la superficie medial izquierda (cian), mientras que la mayor activación de movimientos del pie izquierdo en la superficie medial derecho (amarillo).

Figura 2: resultante del movimiento de las manos y los pies en los participantes las activaciones del cerebro. Azul = movimiento de la mano derecha; Verde = movimiento de la mano izquierda; Cyan = movimiento del pie derecho; Amarillo = movimiento del pie izquierdo.

Estos resultados demuestran la somatotópicos, u organización asignada a cuerpo de la corteza primaria humana del motor. Esta asignación tiene implicaciones para cómo daño cerebral afecta el movimiento. Por ejemplo, daño a la convolución del cerebro precentral izquierda conduce a dificultad para mover el lado derecho del cuerpo y las partes específicas de la corteza de motor primaria afectado pueden conducir a problemas en el control de partes específicas del cuerpo. Sin embargo, también es importante tener en cuenta que la corteza de motor primaria es sólo una de muchas regiones del cerebro implicadas en el control de movimiento. La convolución del cerebro precentral es parte de una red más amplia de las regiones del cerebro que participan en la selección, planificación y coordinación del movimiento.

La capacidad para medir la actividad de efectores específicos en la corteza motora también conduce a la posibilidad de interfaces cerebro-computadora, como los que permiten el control de la prótesis. Por ejemplo, usando grabaciones directas de neuronas en la corteza primaria del motor, los investigadores han demostrado que los monos pueden controlar una prótesis para alimentarse. ³