Utilisation du TMS pour mesurer l'excitabilité motrice pendant l'observation de l'action

Source : Laboratoires de Jonas T. Kaplan et Sarah I. Gimbel — University of Southern California

La Stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui implique le passage de courant dans une bobine isolée placée contre le cuir chevelu. Un bref champ magnétique est créé par le courant dans la bobine, et en raison du processus physique de l’induction, cela conduit à un courant dans le tissu neural à proximité. Selon la durée, la fréquence et la magnitude de ces impulsions magnétiques, les circuits neuronaux sous-jacents peuvent être affectée de différentes manières. Ici, nous démontrons la technique de la seule impulsion TMS, dont une brève impulsion magnétique est utilisée pour stimuler le néocortex.

Un des effets observables de TMS sont qu’elle peut produire des secousses musculaires lorsqu’elle est appliquée sur le cortex moteur. En raison de l’organisation somatotopique du cortex moteur, muscles différents peuvent être ciblées selon le positionnement précis de la bobine. Les signaux électriques qui provoquent ces secousses musculaires, appelés moteurs potentiels évoqués, ou députés, peuvent être enregistrés et quantifiés par électrodes placées sur la peau sur le muscle ciblé. L’amplitude des députés peut être interprétée pour refléter l’excitabilité sous-jacente du cortex moteur ; par exemple, lorsque le cortex moteur est activé, les députés ont observé sont plus volumineux.

Dans cette expérience, basé sur une étude initialement réalisée par Fadiga et collègues¹ et répliquées depuis par beaucoup d’autres,² nous utilisons seule impulsion TMS pour tester l’excitabilité du cortex moteur au cours de l’observation de l’action. On sait que cortex de moteur peut être activé non seulement lorsque nous passons, mais quand on regarde d’autres effectuer des mouvements. Une interprétation commune de ce phénomène est qu’elle reflète un processus de simulation qui peut jouer un rôle dans la compréhension des actions d’autrui. Ici, nous allons enregistrer les députés évoquées par TMS sur le cortex moteur primaire, tandis que les sujets observent les mouvements des autres par rapport à des stimuli de contrôle.

1. recruter 20 participants.

1. Les participants devraient être droitier et ont pas d’antécédents de troubles neurologiques ou psychologiques.
2. Les participants devront avoir une vision normale ou corrigée à la normale pour s’assurer qu’ils seront en mesure de bien voir les stimuli visuels.

2. expérience préalable des procédures

1. Obtenir le consentement écrit du participant et d’expliquer ce qui est impliqué dans l’expérience.
2. Expliquer que le participant veillera à une série de courtes vidéos tandis que les impulsions TMS sont livrées à leur cerveau. L’objet peut-être éprouver un robinet lumineux sur la tête de la bobine TMS, mais il ne devrait y avoir aucun grand inconfort associé à la participation.

3. préparer le sujet à TMS.

1. Le siège de l’objet dans un confortable fauteuil devant un écran d’ordinateur. Leur coude doit être plié à un angle de 90 °, et la main doit se trouver confortablement sujette.
2. Utilisez une mentonnière pour fixer le mouvement de la tête, en veillant à ce que les yeux du sujet sont environ 50 cm de l’écran de l’ordinateur.
3. Préparer la peau de la main pour le placement des électrodes EMG en nettoyant avec de l’alcool.
4. Placer les deux électrodes EMG sur le muscle interosseux dorsal-première de (IED) de la main droite.
   1. Rechercher l’emplacement du pic de tension musculaire en demandant le participant à flex leur muscle IED et placer l’électrode premier sur cet emplacement.
   2. Placez une deuxième électrode de référence sur l’os à proximité de la main.
5. Connecter les électrodes EMG à un ordinateur qui numérise, amplifie, filtres et affiche le signal.

4. localiser et calibrer les TMS.

1. Instruire les participants pour se détendre de leur main, alors qu’il n’y a aucune tension musculaire.
2. Une bobine TMS figure-8 permet de localiser le cortex moteur primaire.
   1. Placer la bobine contre la surface controlatérale (gauche) de la tête sur la partie antérieure du cuir chevelu.
   2. Offrir une série d’impulsions TMS individuelles, systématiquement déplacer l’emplacement de la bobine jusqu'à ce que les secousses sont visibles dans le muscle de l’IED et les députés enregistrées sont stables et fiables. Intensité de stimulation peut être ajustée selon les besoins au cours de cette phase pour aider à localiser la zone réactive.
3. Déterminer le seuil moteur du sujet.
   1. Trouver la force de sortie minimale stimulateur qui produit un député de plus de 50 µV sur 5 des 10 stimulations. Enregistrer cette valeur.
4. Mesurer l’amplitude MEP au repos.
   1. Offrir une série de 10 impulsions TMS, séparés par 15 s, en l’absence de tout stimulus pour mesurer le niveau de référence amplitude MEP.

5. expérimental tâche

1. Jouer une série de stimuli vidéo 5-s, un à la fois.
   1. Il existe trois types de vidéos : observation de mouvement, l’observation de mouvement de bras et contrôle de la main.
      1. Dans les vidéos de contrôle, une tasse est présentée sur une table, et une main droite repose à proximité. Aucun mouvement n’est effectuée.
      2. Dans les vidéos d’action de main, la main droite atteint et saisit la coupe. Cette action implique la contraction du muscle IED.
      3. Dans les vidéos d’action de bras, le droit du bras atteint, est levée et s’installe autour de la zone. Il n’y a aucune action de préhension effectuée, et donc le muscle de l’IED n’est pas impliqué.
   2. Chaque vidéo de jouer 10 fois, avec 15 s de repos après chacun d’eux, pour un total de 30 vidéos. Lire les vidéos dans un ordre aléatoire.
2. Au cours de la vidéo, fournir une impulsion TMS à 120 % du seuil moteur.
   1. Le temps de l’impulsion pour coïncider avec l’action dans la vidéo. Pour y parvenir, l’impulsion doit avoir lieu à 2 s après le début de la vidéo.

6. analyser les données.

1. Pour chaque député européen, calculer l’amplitude crête à crête.
2. Jeter les députés qui se produisent avant la stimulation TMS, ou plus de 100 ms après stimulation pour enlever les pointes fallacieux.
3. Pour chaque sujet, calculer l’amplitude moyenne de MEP pour la base, observation de l’action et les conditions de contrôle.
4. Effectuer l’analyse de variance (ANOVA) sur les données de groupe pour vérifier l’hypothèse que l’amplitude MEP est affectée par observation de l’action.

Une comparaison des amplitudes MEP révèle un effet de facilitation (Figure 1). MEP amplitude enregistrée à partir du muscle de l’IED est significativement plus élevée pendant les vidéos d’action de main par rapport aux vidéos de contrôle. Ce résultat suggère que le cortex moteur augmente excitabilité durant l’observation de l’action.

Figure 1 : Amplitude MEP au cours de l’observation de l’action. Moteurs potentiels évoqués du muscle interosseux dorsal-premier sont plus importants lors de l’observation d’un mouvement de la main, par rapport à un mouvement de bras ou d’une vidéo de contrôle qui n’affiche aucune action.

Notamment, l’effet de facilitation est relativement sélectif pour les vidéos qui impliquent une action de préhension, comme les députés enregistrées durant l’observation du mouvement du bras vidéo montrent plus petites députés par rapport à l’action de la main vidéo. Ceci suggère que la facilitation du moteur qui se produit au cours de l’observation de l’action n’affecte pas le cortex moteur entier, mais au contraire est spécifique aux mouvements musculaires qui sont observés. En fait, l’effet de facilitation du moteur semble être spécifique non seulement pour quel muscle est observé, mais aussi quand que le muscle est observé. Par exemple, Gangitano et coll. ont démontré une corrélation temporelle entre l’excitabilité moteur et dynamique de l’action observée. ³

La technique TMS seule impulsion se prête bien à l’étude du cortex moteur, tant en raison de l’emplacement accessible de ce cortex sur la surface frontale du cerveau et aussi la réaction directement observable produite dans le muscle sous forme de députés. La mesure de l’excitabilité moteur cortico-spinal a appuyé davantage le phénomène de simulation automobile au cours de l’observation de l’action chez les humains. Cette résonance de l’activité motrice peut avoir des implications pour le comportement social, par exemple en contribuant au processus de la compréhension de ce que font les autres. En outre, cette même technique a fourni des preuves pour l’activation du moteur au cours de l’imagination de l’action,⁴ un processus qui peut être important pour l’amélioration des performances par le biais de la répétition mentale.

La robustesse et la spécificité de l’effet de facilitation du moteur peuvent refléter la complexité des représentations de moteur de l’individu. Par exemple, la dynamique temporelle de la facilitation du moteur est directement liée à l’expertise automobile. ⁵ cet effet est également perturbé avec troubles du mouvement, ouvrant la possibilité que la mesure des potentiels moteurs induite par le TMS peut être utilisée comme moyen d’évaluer la santé du cortex moteur, comme la récupération de l’accident vasculaire cérébral ou d’autres maladies du cerveau. ⁶