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La información motora se organiza de acuerdo con las divisiones anatómicas en la corteza motora primaria, creando un mapa topográfico en el cerebro.
Ubicadas en la circunvolución precentral, las representaciones corticales del cuerpo están organizadas en un homúnculo motor. y están dispuestos de manera invertida, de modo que las áreas que controlan los dedos se encuentran en la pared medial y la lengua se encuentra cerca del surco lateral.
Además, las partes del cuerpo que requieren un control motor voluntario más fino, como las manos y sus dedos asociados, tienen representaciones más grandes en la corteza, en comparación con las características anatómicas que no requieren una manipulación tan precisa, como la cadera.
El homúnculo también está lateralizado, con neuronas en la corteza motora primaria izquierda, que se muestra aquí, controlando el lado derecho del cuerpo, y viceversa. Por lo tanto, cuando un individuo mueve su cadera derecha, hay una mayor activación cortical en su giro precentral izquierdo dentro de una región discreta.
Este video detalla un experimento que utiliza neuroimágenes funcionales modernas para demostrar la organización mapeada del cuerpo de la corteza motora primaria humana, incluida la forma de recopilar y analizar la actividad cerebral cuando los participantes mueven las manos o los pies.
En este experimento, la actividad cerebral se mide mediante imágenes de resonancia magnética funcional, abreviada como fMRI, mientras que los participantes reciben indicaciones repetitivas para mover diferentes partes del cuerpo, como los dedos de sus manos izquierda o derecha.
Esta técnica se basa en cambios en los niveles de oxigenación de la sangre, lo que se conoce como BOLD? Respuesta dependiente del nivel de oxigenación de la sangre. Para obtener una visión en profundidad de los principios detrás del método, consulte otro video en la colección SciEd Essentials of Neuroscience de JOVE, fMRI: Functional Magnetic Resonance Imaging.
En el contexto presentado aquí, cuando una parte del cuerpo, como el pie izquierdo, se flexiona hacia adelante y hacia atrás, el flujo sanguíneo cerebral oxigenado, suministrado por las arterias del cerebro, aumenta a las regiones neuronales que están activas durante este movimiento, como la corteza motora primaria.
Sin embargo, esta respuesta hemodinámica ocurre más lentamente que el movimiento físico real, lo que justifica que las acciones se separen con períodos de descanso.
Por lo tanto, cada movimiento del cuerpo está sincronizado con precisión para distinguir las cuatro condiciones entre sí: mano izquierda, pie izquierdo, mano derecha y pie derecho.
Por ejemplo, a los participantes en una máquina de resonancia magnética funcional se les pide que comiencen a hacer gestos con la mano izquierda cuando aparece una en el lado izquierdo de una pantalla de presentación.
El movimiento requerido de la mano es en realidad complejo e implica tocar el pulgar con cada dedo, en orden, comenzando con el índice. Luego, el participante debe repetir estas acciones en la dirección opuesta, comenzando por el meñique.
El movimiento se detiene cuando la señal, en este caso, la imagen de la mano izquierda, desaparece de la pantalla.
Del mismo modo, cuando ven un pie a la derecha, se les indica que muevan su pie derecho empujándolo hacia abajo repetidamente, hasta que la imagen desaparezca.
Aquí, la variable dependiente es la intensidad de la respuesta BOLD después de un movimiento de la mano o el pie, que luego puede localizarse en regiones específicas del cerebro.
Para un movimiento de la mano izquierda, la activación cerebral se espera principalmente en la superficie dorsolateral derecha de la circunvolución precentral. Por el contrario, para un movimiento de la mano derecha, se anticipa la activación cerebral en la superficie dorsolateral izquierda. Estos resultados se alinearían con el homúnculo motor lateralizado.
Antes del experimento, reclute participantes que sean diestros, que tengan una visión normal o corregida a normal, que no tengan implantes metálicos en su cuerpo o que sufran de claustrofobia debido al control experimental y a las preocupaciones de seguridad.
Pídales que completen la documentación previa a la exploración, que incluye preguntas relacionadas con cuestiones de salud y seguridad durante la sesión, como el consentimiento para que un radiólogo observe sus imágenes en caso de hallazgos incidentales, además de detallar los riesgos y beneficios del estudio.
Pida al participante que también se quite todos los objetos metálicos de su cuerpo, incluidos relojes, teléfonos, billeteras, llaves, cinturones y monedas, para prepararse para ingresar a la sala de escaneo.
A continuación, explique las reglas de la tarea: el apéndice que necesitan mover, en este caso su pie, aparecerá como una señal visual en el lado correspondiente de la pantalla. Demuéstrele cómo debe mover el pie presionándolo repetidamente hacia abajo, como si estuviera empujando un pedal imaginario.
Cuando aparece una señal de mano, deben tocar con el pulgar cada dedo de la misma mano en orden y luego repetir esta secuencia a la inversa.
Ahora, lleve al participante a la sala de imágenes. Proporcione tapones para los oídos para proteger sus oídos de los ruidos fuertes y auriculares para que puedan escuchar cualquier comunicación adicional durante la sesión. Pídeles que se acuesten en la cama con la cabeza en la bobina y asegúrala con almohadillas de espuma para evitar el movimiento excesivo y el desenfoque durante la exploración.
Sobre los ojos de los participantes, coloque un espejo que refleja una pantalla en la parte posterior del orificio del escáner. Luego, dales una pelota de compresión para que la usen en caso de emergencia. También recuérdeles que es muy importante permanecer lo más quieto posible todo el tiempo.
Después de guiar al participante dentro de la máquina, primero recopile imágenes anatómicas de alta resolución. Para comenzar la parte funcional, sincronice la presentación del estímulo con el inicio del escáner.
Presente las señales visuales a través de una computadora portátil conectada a un proyector, cada una durante 12 s, seguidas de 12 s de línea de base en reposo. Alterna entre las cuatro condiciones: mano izquierda, mano derecha, pie izquierdo y pie derecho, repitiendo cada una cuatro veces en 6,5 minutos.
Una vez que se complete el escaneo, dirija al participante fuera de la habitación. Interrogarlos y proporcionar una compensación por su participación en el estudio.
Como primer paso del análisis, preprocese los datos realizando la corrección de movimiento para reducir los artefactos, el filtrado temporal para eliminar las derivas de la señal y el suavizado espacial para aumentar la relación señal-ruido.
Con estos datos, cree un modelo de la respuesta hemodinámica esperada para cada condición de la tarea. A continuación, ajuste los datos a este modelo, lo que da como resultado un mapa estadístico para cada sujeto, donde el valor de cada vóxel (un píxel 3D de volumen) representa el grado en que ese vóxel estuvo involucrado en la condición de la tarea.
Registre el cerebro del participante en un atlas estándar para combinar los datos de cada participante. A continuación, combine todos los mapas estadísticos de los participantes para realizar un análisis a nivel de grupo. Tenga en cuenta que los cambios en el flujo sanguíneo están representados por diferentes colores en la superficie del cerebro.
Los movimientos de la mano derecha, mostrados en azul, produjeron la mayor activación en la superficie lateral izquierda de la circunvolución precentral, mientras que el involucramiento de la mano izquierda, representada en verde, produjo la mayor activación en la superficie lateral derecha.
Además, la flexión del pie derecho, indicada en azul claro, produjo activación en la superficie medial izquierda, mientras que la mayor activación para los movimientos del pie izquierdo, en amarillo, se produjo en la superficie medial derecha.
Estos resultados sugieren que las acciones motoras pueden localizarse en regiones discretas de la corteza motora primaria en ambos hemisferios, apoyando al homúnculo motor.
Ahora que está familiarizado con la ejecución de un experimento de resonancia magnética funcional para observar la organización de la corteza motora primaria, consideremos cómo el cerebro maneja el movimiento después de un daño o después de la unión de extremidades protésicas.
El daño en la circunvolución precentral izquierda, como el de un accidente cerebrovascular, puede provocar dificultad para mover el lado derecho del cuerpo.
Como ha aprendido en este video, las partes específicas que se ven afectadas dependen del grado de la lesión: las discapacidades pueden ser pequeñas y afectar a un solo dedo, o lo suficientemente grandes como para influir en todos los dedos y en todo el brazo.
Si bien las representaciones parecen sencillas, la corteza motora primaria no funciona sola, ya que es solo un segmento dentro de una red más amplia de regiones que participan en la selección, planificación y coordinación del movimiento. Por lo tanto, localizar el daño puede no ser tan fácil como parece.
Un posible enfoque terapéutico para mejorar la función de las extremidades en los amputados implica interfaces cerebro-computadora. Este método técnicamente avanzado se basa en señales electromiográficas o EMG, la comunicación eléctrica entre las neuronas motoras y los movimientos musculares.
Los investigadores están desarrollando formas de integrar las grabaciones de EMG con prótesis de extremidades para controlar de manera más fluida los comportamientos motores, como estar de pie o incluso subir una rampa.
Acabas de ver la introducción de JoVE a los mapas de motores. Ahora debería tener una buena comprensión de cómo diseñar y llevar a cabo el experimento de resonancia magnética funcional y, finalmente, cómo analizar e interpretar los resultados de la activación cerebral.
¡Gracias por mirar!
