Uso de TMS para medir la excitabilidad motora durante la observación de la acción

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

Estimulación magnética transcraneal (TMS) es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que consiste en pasar actual a través de una bobina de aislamiento colocada contra el cuero cabelludo. Un breve campo magnético es creado por la corriente en la bobina, y por el proceso físico de la inducción, esto conduce a una corriente en el tejido de los nervios cercanos. Dependiendo de la duración, frecuencia y magnitud de estos pulsos electromagnéticos, el circuito neural subyacente puede ser afectado de muchas maneras diferentes. Aquí, demostramos que la técnica de TMS de pulso único, en el que un breve pulso magnético se utiliza para estimular el Neocórtex.

Un efecto observable de la EMT es que puede producir contracciones musculares cuando se aplica sobre la corteza de motor. Debido a la organización somatotópicos de la corteza de motor, pueden orientarse hacia diferentes músculos dependiendo de la colocación precisa de la bobina. Las señales eléctricas que causan estos espasmos musculares, llamados potenciales evocados motor, o los diputados, pueden ser registradas y cuantificadas por electrodos colocados en la piel sobre el músculo objetivo. La amplitud de los diputados puede interpretarse para reflejar la subyacente excitabilidad de la corteza de motor; por ejemplo, cuando se activa la corteza motora, los diputados observados son más grandes.

En este experimento, basado en un estudio realizado originalmente por Fadiga y colegas¹ y replicado desde entonces por muchos otros,² utilizar TMS de pulso único para probar la excitabilidad de la corteza de motor durante la observación de la acción. Se sabe que eso corteza del motor puede activarse no solo cuando nos movemos, pero cuando observamos a otros realizar los movimientos. Una interpretación común de este fenómeno es que refleja un proceso de simulación que puede desempeñar un papel en la comprensión de las demás acciones. Aquí registramos los diputados evocados por TMS sobre la corteza de motor primaria mientras que sujetos observan los movimientos de los demás en comparación con los estímulos de control.

1. reclutar a 20 participantes.

1. Los participantes deben ser diestros y no tienen antecedentes de trastornos neurológicos o psicológicos.
2. Los participantes deben tener visión normal o corregida a normal para que sean capaces de ver correctamente los estímulos visuales.

2. pre-experimento procedimientos

1. Obtener consentimiento por escrito de los participantes y explicar lo que está implicado en el experimento.
2. Explicar que el participante observará una serie de videos cortos mientras que TMS pulsos son entregados a su cerebro. El sujeto puede experimentar un ligero golpecito en la cabeza de la bobina TMS, pero no debe ser gran molestia asociada con participación.

3. preparar al tema para el TMS.

1. Coloque al sujeto en una silla cómoda frente a una pantalla de ordenador. El codo debe estar doblado en ángulo de 90 º y la mano debe mentir comfortablemente propensa.
2. Utilizar una mentonera para fijar el movimiento de la cabeza, asegurarse que los ojos del sujeto de unos 50 cm de la pantalla del ordenador.
3. Preparar la piel de la mano para la colocación de electrodo de EMG por la limpieza con alcohol.
4. Coloque dos electrodos de EMG en el primera dorsal músculo interosseous de la (IED) de la mano derecha.
   1. Localice la ubicación del pico de tensión muscular pidiendo al participante que flexione su músculo de IED y coloque el primer electrodo en esa ubicación.
   2. Colocar un segundo electrodo de referencia en el hueso de la mano.
5. Conecte los electrodos de EMG a un ordenador que digitaliza, amplifica, filtra y muestra la señal.

4. localizar y calibrar TMS.

1. Encomendamos a los participantes a relajar la mano, por lo que hay no hay tensión muscular.
2. Utilizar una bobina TMS de figura-8 para localizar la corteza primaria del motor.
   1. Coloque la bobina contra la superficie (izquierda) contralateral de la cabeza en la porción anterior del cuero cabelludo.
   2. Ofrecer una serie de pulsos individuales de TMS, sistemáticamente mover la ubicación de la bobina hasta contracciones son accesibles en el músculo de la IED y los diputados registrados están estable y confiable. La intensidad de estimulación puede ajustarse según sea necesario durante esta fase para ayudar en la localización del punto de acceso.
3. Determinar el umbral motor del sujeto.
   1. Encontrar la fuerza de salida del estimulador mínima que produce un MEP de más de 50 μV en 5 a 10 estimulaciones. Registrar este valor.
4. Medir la amplitud MEP descansa.
   1. Ofrecer una serie de pulsos de EMT 10, cada uno separado por 15 s, en ausencia de cualquier estímulo para medir la base amplitud MEP.

5. tarea experimental

1. Juega una serie de estímulos videos 5-s, uno por uno.
   1. Existen tres tipos de videos: movimiento observación, observación del movimiento de brazo y el control de la mano.
      1. En los videos de control, se presenta una taza sobre una mesa y una mano derecha se apoya cerca. No se hace ningún movimiento.
      2. En los videos de acción de mano, la mano derecha alcanza y agarra la Copa. Esta acción implica la contracción de la musculatura de la IED.
      3. En los videos de acción del brazo derecho brazo llega, se levanta y se mueve alrededor de la zona. No hay agarre acción realizada, y así el músculo de la IED no está implicado.
   2. Jugar cada vídeo 10 veces, con 15 s de descanso después de cada uno, para un total de 30 vídeos. Reproducir los vídeos en orden aleatorio.
2. Durante el vídeo, entrega un pulso TMS en el 120% del umbral motor.
   1. Tiempo el pulso para que coincida con la acción en el video. Para lograr esto, el pulso debe ocurrir 2 s después del comienzo del video.

6. analizar los datos.

1. Para cada diputado, calcular la amplitud de pico a pico.
2. Deseche los diputados que se producen antes estímulo de TMS, o más de 100 ms después del estímulo para eliminar picos espurios.
3. Para cada asignatura calcular la amplitud promedio del MEP para referencia, observación de la acción y las condiciones de control.
4. Realizar análisis de varianza (ANOVA) en los datos de grupo para probar la hipótesis que amplitud MEP está afectada por la observación de la acción.

Una comparación de amplitudes MEP revela un efecto de facilitación (Figura 1). Amplitud MEP grabada desde el músculo de la IED es significativamente mayor en los videos de acción de la mano en comparación con los videos de control. Este resultado sugiere que la corteza de motor aumenta la excitabilidad durante la observación de la acción.

Figura 1: Amplitud MEP durante la observación de la acción. Los potenciales evocados motor desde el músculo interosseous dorsal primero son más grandes cuando se observa un movimiento de mano, en comparación con un movimiento del brazo o un video de control que no muestra ninguna acción.

En particular, el efecto de facilitación es relativamente selectivo para los videos que implican una acción de agarrar, como los diputados registrados durante la observación del movimiento de brazo video diputados más pequeño en comparación con el vídeo de la acción de la mano. Esto sugiere que la facilitación del motor que ocurre durante la observación de la acción no afecta a la corteza de motor entera, pero en cambio es específica de los movimientos del músculo que se observan. De hecho, el efecto de facilitación motor parece ser específica no sólo para que los músculos se observaron, sino también cuando que se observa el músculo. Por ejemplo, Gangitano et al han demostrado la correlación temporal entre la dinámica de la acción observada y excitabilidad motor. ³

La técnica TMS de pulso único se presta bien al estudio de la corteza de motor, tanto por la ubicación de esta corteza en la superficie frontal del cerebro y también debido a la reacción directamente observable producido en el músculo en forma de los diputados. La medición de excitabilidad motor córtico-espinal ha proporcionado apoyo adicional para el fenómeno de la simulación de motor durante la observación de la acción de los seres humanos. Esta actividad motora resonante puede tener implicaciones para el comportamiento social, por ejemplo en contribuir al proceso de entender lo que otros están haciendo. Además, esta misma técnica ha proporcionado evidencia de activación del motor durante la imaginación de la acción,⁴ un proceso que puede ser importante para mejorar el rendimiento a través del ensayo mental.

La robustez y la especificidad del efecto de facilitación motor pueden reflejar la sofisticación de representaciones motor del individuo. Por ejemplo, la dinámica temporal de la facilitación del motor está directamente relacionados con conocimientos de motor. ⁵ este efecto también se interrumpe con trastornos del movimiento, abriendo la posibilidad de que medida de potenciales motor inducida por TMS puede utilizarse como forma de evaluar el estado de la corteza de motor, como en la recuperación de accidente cerebrovascular u otra enfermedad del cerebro. ⁶

1. Fadiga, L., Fogassi, L., Pavesi, G. & Rizzolatti, G. Motor facilitation during action observation: a magnetic stimulation study. J Neurophysiol 73, 2608-2611 (1995).
2. Fadiga, L., Craighero, L. & Olivier, E. Human motor cortex excitability during the perception of others' action. Curr Opin Neurobiol 15, 213-218 (2005).
3. Gangitano, M., Mottaghy, F.M. & Pascual-Leone, A. Phase-specific modulation of cortical motor output during movement observation. Neuroreport 12, 1489-1492 (2001).
4. Wright, D.J., Williams, J. & Holmes, P.S. Combined action observation and imagery facilitates corticospinal excitability. Front Hum Neurosci 8, 951 (2014).
5. Aglioti, S.M., Cesari, P., Romani, M. & Urgesi, C. Action anticipation and motor resonance in elite basketball players. Nat Neurosci 11, 1109-1116 (2008).
6. Koski, L., Lin, J.C., Wu, A.D. & Winstein, C.J. Reliability of intracortical and corticomotor excitability estimates obtained from the upper extremities in chronic stroke. Neurosci Res 58, 19-31 (2007).