Usando TMS para medir a excitabilidade motora durante a observação de ação

Fonte: Laboratórios de Jonas T. Kaplan e Sarah I. Gimbel - Universidade do Sul da Califórnia

Estimulação Magnética Transcraniana (TMS) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva que envolve a passagem da corrente através de uma bobina isolada colocada contra o couro cabeludo. Um breve campo magnético é criado pela correnteza na bobina, e devido ao processo físico de indução, isso leva a uma corrente no tecido neural próximo. Dependendo da duração, frequência e magnitude desses pulsos magnéticos, os circuitos neurais subjacentes podem ser afetados de muitas maneiras diferentes. Aqui, demonstramos a técnica de TMS de pulso único, na qual um breve pulso magnético é usado para estimular o neocórtex.

Um efeito observável do TMS é que ele pode produzir contrações musculares quando aplicado sobre o córtex motor. Devido à organização somatotópica do córtex motor, diferentes músculos podem ser direcionados dependendo da colocação precisa da bobina. Os sinais elétricos que causam esses contratempos musculares, chamados potenciais evocados motores, ou MEPs, podem ser registrados e quantificados por eletrodos colocados na pele sobre o músculo alvo. A amplitude dos deputados pode ser interpretada para refletir a excitabilidade subjacente do córtex motor; por exemplo, quando o córtex motor é ativado, os MEPs observados são maiores.

Neste experimento, baseado em um estudo originalmente realizado por Fadiga e colegas¹ e desde que replicado por muitos outros,² usamos TMS de pulso único para testar a excitabilidade do córtex motor durante a observação de ação. Sabe-se que o córtex motor pode ser ativado não só quando nos movemos, mas quando vemos outros realizarem movimentos. Uma interpretação comum desse fenômeno é que ele reflete um processo de simulação que pode desempenhar um papel na compreensão das ações dos outros. Aqui registraremos os deputados evocados pelo TMS sobre o córtex motor primário, enquanto os sujeitos observam os movimentos de outros em comparação com os estímulos de controle.

1. Recrute 20 participantes.

1. Os participantes devem ser destros e não ter histórico de distúrbios neurológicos ou psicológicos.
2. Os participantes devem ter uma visão normal ou corrigida para garantir que eles possam ver os estímulos visuais corretamente.

2. Procedimentos pré-experimento

1. Obtenha consentimento por escrito do participante e explique o que está envolvido no experimento.
2. Explique que o participante assistirá a uma série de vídeos curtos enquanto os pulsos TMS são entregues em seu cérebro. O sujeito pode ter um leve toque na cabeça da bobina TMS, mas não deve haver grande desconforto associado à participação.

3. Prepare o assunto para TMS.

1. Sente o assunto em uma cadeira confortável em frente a uma tela de computador. Seu cotovelo deve ser dobrado em um ângulo de 90º, e a mão deve ficar confortavelmente propensa.
2. Use um encosto de queixo para corrigir o movimento da cabeça, garantindo que os olhos do sujeito estejam a cerca de 50 cm da tela do computador.
3. Prepare a pele da mão para a colocação do eletrodo EMG limpando com álcool.
4. Coloque dois eletrodos EMG no músculo interosseous da primeira dorsal (IED) da mão direita.
   1. Local de pico de tensão muscular pedindo ao participante para flexionar seu músculo FDI e colocar o primeiro eletrodo naquele local.
   2. Coloque um segundo eletrodo de referência no osso próximo da mão.
5. Conecte os eletrodos EMG a um computador que digitaliza, amplifica, filtra e exibe o sinal.

4. Localizar e calibrar TMS.

1. Instrua os participantes a relaxar em suas mãos, para que não haja tensão muscular.
2. Use uma bobina TMS de figura 8 para localizar o córtex do motor primário.
   1. Coloque a bobina contra a superfície contralateral (esquerda) da cabeça na porção anterior do couro cabeludo.
   2. Entregue uma série de pulsos TMS individuais, movendo sistematicamente a localização da bobina até que os contrações sejam visíveis no músculo FDI e os MEPs registrados sejam estáveis e confiáveis. A intensidade de estimulação pode ser ajustada conforme necessário durante esta fase para auxiliar na localização do hotspot.
3. Determine o limiar motor do sujeito.
   1. Encontre a força mínima de produção estimuladora que produz um MEP superior a 50 μV em 5 de 10 estímulos. Registo esse valor.
4. Meça a amplitude do EURO descansando.
   1. Entregar uma série de 10 pulsos TMS, cada um separado por 15 s, na ausência de qualquer estímulo para medir a amplitude mep da linha de base.

5. Tarefa experimental

1. Reprodução uma série de estímulos de vídeo 5-s, um de cada vez.
   1. Existem três tipos de vídeos: observação do movimento da mão, observação do movimento do braço e controle.
      1. Nos vídeos de controle, um copo é apresentado em uma mesa, e uma mão direita descansa nas proximidades. Nenhum movimento é feito.
      2. Nos vídeos de ação manual, a mão direita alcança e agarra o copo. Esta ação envolve contração do músculo FDI.
      3. Nos vídeos de ação do braço, o braço direito alcança, é levantado e movido ao redor da área. Não há ação de apreensão realizada, e por isso o músculo FDI não está envolvido.
   2. Reproduza cada vídeo 10 vezes, com 15 s de descanso após cada um, para um total de 30 vídeos. Reprodução os vídeos em ordem aleatória.
2. Durante o vídeo, entregue um pulso TMS a 120% do limiar do motor.
   1. Cronometre o pulso para coincidir com a ação no vídeo. Para isso, o pulso deve ocorrer 2 s após o início do vídeo.

6. Analise os dados.

1. Para cada deputado, calcule a amplitude de pico ao pico.
2. Descarte os meps que ocorram antes da estimulação do TMS ou mais de 100 ms após a estimulação para remover picos espúrios.
3. Para cada sujeito, calcule a amplitude média do MEP para as condições de base, observação da ação e controle.
4. Realizar a análise da variância (ANOVA) nos dados do grupo para testar a hipótese de que a amplitude do MEP é afetada pela observação da ação.

A comparação das amplitudes do MEP revela um efeito de facilitação (Figura 1). A amplitude do MPE registrada a partir do músculo FDI é significativamente maior durante os vídeos de ação manual em comparação com vídeos de controle. Este resultado sugere que o córtex motor aumenta na excitabilidade durante a observação de ação.

Figura 1: Amplitude do MEP durante a observação da ação. Os potenciais evocados pelo motor do músculo interosseos do primeiro dorsal são maiores ao observar um movimento da mão, em comparação com um movimento do braço ou um vídeo de controle que não exibe nenhuma ação.

Notavelmente, o efeito de facilitação é relativamente seletivo para os vídeos que envolvem uma ação de apreensão, uma vez que os deputados gravados durante a observação do vídeo de movimento do braço mostram deputados menores em comparação com o vídeo de ação manual. Isso sugere que a facilitação motora que ocorre durante a observação de ação não afeta todo o córtex motor, mas sim específica para os movimentos musculares observados. Na verdade, o efeito de facilitação motora parece ser específico não apenas para qual músculo é observado, mas também para quando o músculo é observado. Por exemplo, Gangitano et al. demonstraram correlação temporal entre excitabilidade motora e dinâmica de ação observada. ³

A técnica TMS de pulso único se presta bem ao estudo do córtex motor, tanto pela localização acessível deste córtex na superfície frontal do cérebro, quanto pela reação diretamente observável produzida no músculo na forma de MEPs. A medição da excitabilidade motora cortico-espinhal forneceu apoio ainda maior para o fenômeno da simulação motora durante a observação de ação em humanos. Essa atividade motora ressonante pode ter implicações para o comportamento social, por exemplo, em contribuir para o processo de compreensão do que os outros estão fazendo. Além disso, essa mesma técnica forneceu evidências para a ativação motora durante a imaginação da ação,⁴ um processo que pode ser importante para melhorar o desempenho através do ensaio mental.

A robustez e a especificidade do efeito de facilitação motora podem refletir a sofisticação das representações motoras de um indivíduo. Por exemplo, a dinâmica temporal da facilitação motora está diretamente relacionada à perícia motora. ⁵ Este efeito também é interrompido com distúrbios de movimento, abrindo a possibilidade de que a medição de potenciais motores induzidos pelo TMS possa ser usada como forma de avaliar a saúde do córtex motor, como na recuperação de acidente vascular cerebral ou outra doença cerebral. 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).