Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Elana  R. Goldenkoff; Amir Mashni; Katherine  J. Michon; Hannah Lavis; Michael Vesia

doi:10.3791/60706

Messung und Manipulation funktionell spezifischer neuronaler Bahnen im menschlichen Motorsystem m...

JoVE Journal
Neuroscience

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Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Messung und Manipulation funktionell spezifischer neuronaler Bahnen im menschlichen Motorsystem mit transkranieller Magnetstimulation

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09:52 min

February 23, 2020

DOI: 10.3791/60706-v

Elana R. Goldenkoff¹, Amir Mashni¹, Katherine J. Michon¹, Hannah Lavis¹, Michael Vesia¹

¹School of Kinesiology, Brain Behavior Laboratory,University of Michigan

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article describes innovative techniques to measure and enhance specific neural pathways through transcranial magnetic stimulation (TMS). These non-invasive methodologies enable researchers to explore brain-behavior relationships and potential therapeutic applications for brain disorders.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Brain Stimulation
Neurological Disorders

Background

Focus on understanding dysfunctional brain circuits in psychiatric and neurological conditions.
Importance of causation in neuroscience, shifting from simple observation.
Non-invasive techniques for evaluating and treating neurological disorders.

Purpose of Study

To enhance the understanding of brain-behavior relations.
To develop new therapies for brain disorders through improved neural pathway manipulation.
To assess and treat altered connectivity patterns in various networks.

Methods Used

This study utilized transcranial magnetic stimulation (TMS) as the main platform.
The biological model included participants screened for neurological conditions and handedness.
Key steps involved neuro-navigation and localization of motor and non-motor areas for stimulation.
Electromyography (EMG) was used to measure muscle response to neuronal activation.

Main Results

The findings emphasize the ability of TMS to generate measurable motor-evoked potentials.
Demonstrates potential to address connectivity in motor and cognitive networks.
Highlights method’s application in refining diagnoses and therapies based on individual brain behavior connections.

Conclusions

This study illustrates how TMS can effectively assess and influence specific brain circuits.
The insights gained can enhance therapeutic approaches for various neurological disorders.
Implications for understanding neuronal mechanisms and improving interventions related to brain behavior.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using TMS in neuroscience research?

TMS offers a non-invasive method to stimulate specific brain regions, allowing researchers to study the causal relationships between brain activity and behavior in real-time.

How is participant screening conducted for TMS studies?

Participants are screened based on handedness and potential contraindications to TMS and MRI, ensuring safety and protocol adherence.

What types of data are obtained from TMS?

TMS provides data on muscle responses, specifically motor-evoked potentials, which reflect the excitability and connectivity of targeted brain circuits.

How can TMS techniques be adapted for clinical applications?

TMS techniques can be tailored based on individual neurological profiles, enabling targeted treatments for disorders such as depression and motor impairments.

What are the limitations of TMS?

While TMS is a powerful tool, its effectiveness can be influenced by factors such as individual anatomy, depth of stimulation, and the need for precise targeting of brain regions.

What changes in neural circuits can be measured using TMS?

TMS can reveal alterations in excitability and connectivity within motor and cognitive networks, pertinent to various psychiatric and neurological disorders.

Dieser Artikel beschreibt neue Ansätze zur Messung und Stärkung funktional spezifischer neuronaler Bahnen mit transkranieller magnetischer Stimulation. Diese fortschrittlichen nichtinvasiven Methoden zur Hirnstimulation können neue Möglichkeiten für das Verständnis von Beziehungen zwischen Gehirn und Verhalten und die Entwicklung neuer Therapien zur Behandlung von Hirnerkrankungen bieten.

Diese Technik gibt Einen Einblick in die Art und Weise, wie Gehirnkreise schief gehen, bei psychiatrischen und neurologischen Störungen. Und wie wir Gehirnaktivität manipulieren können, um diese dysfunktionalen Schaltkreise zu reparieren, um das Verhalten zu verbessern. Durch die direkte Aktivierung und Hemmung der Erregbarkeit und Schaltung des Gehirns ermöglicht diese Technik die Verschiebung des neurowissenschaftlichen Fokus von der Beobachtung zur Kausalität und ermöglicht ein tieferes Verständnis des Gehirns und des Verhaltens.

Nicht-invasive Hirnstimulation kann sowohl zur Beurteilung als auch zur Behandlung vieler neurologischer Erkrankungen verwendet werden und kann dazu beitragen, Diagnosen und Therapien zu verbessern, basierend auf komplexeren Modellen von Gehirnverhaltensverbindungen. Diese Methode kann nicht nur veränderten Konnektivitätsmustern im motorischen System entgegenwirken, sondern auch in kognitiven Netzwerken, die mit physiologischem Altern, psychiatrischen und neurologischen Störungen verbunden sind. Nachdem die Teilnehmer auf Rechtshändigkeit und etwaige Kontraindikationen für TMS und MRT überprüft wurden, informieren Sie jeden Teilnehmer über die vom lokalen institutionellen Prüfungsausschuss genehmigten Studienziele, Verfahren und Risiken und erhalten eine schriftliche Zustimmung.

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