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

La estimulación magnética transcraneal, abreviada como TMS, es una técnica que se puede utilizar para investigar no solo las conexiones entre el cerebro y los diferentes músculos, sino también cómo cambia la actividad cerebral cuando una persona observa movimientos en los demás.

Todos los días, una persona mueve conscientemente sus músculos para realizar ciertas acciones, como agitar el brazo derecho para golpear una pelota de tenis con una raqueta.

Todos estos movimientos musculares voluntarios son el resultado de la excitación en la corteza motora, que se encuentra en la superficie del cerebro, justo debajo del cuero cabelludo.

Es importante destacar que el movimiento de diferentes partes del cuerpo, ya sea el brazo derecho o la pierna izquierda, está controlado por conjuntos de neuronas en distintas regiones de la corteza motora.

Por ejemplo, cuando las neuronas cerca de la parte superior derecha de la cabeza se excitan, pueden producir señales eléctricas que viajan a través del cerebro a la columna vertebral y luego a los músculos del brazo izquierdo.

En respuesta, las células musculares producen sus propias señales eléctricas, lo que conduce a la contracción y el movimiento.

Curiosamente, la investigación ha demostrado que las regiones de la corteza motora se activan no solo cuando una persona realiza alguna acción por sí misma, sino también cuando observa a otra persona moverse, como un mecánico golpeando una máquina con su brazo izquierdo.

La EMT proporciona a los investigadores una forma de investigar la facilitación que la observación de la acción causa en las neuronas de la corteza motora.

A través de las técnicas de TMS de Luciano Fadiga y sus colegas, este video demuestra cómo investigar la relación entre la observación de la acción, la excitación de la corteza motora y la actividad muscular.

En este procedimiento, los participantes son sometidos a dos fases. Localización y calibración de TMS, y una tarea experimental: identificar si áreas de su corteza motora se excitan cuando observan una acción realizada por otra persona.

El objetivo de la primera fase es identificar la región cerebral responsable del movimiento de un músculo específico en la mano derecha del participante, el primer interóseo dorsal, abreviado como FDI, ubicado entre el pulgar y el índice.

A continuación, se coloca una bobina TMS en forma de ocho contra el cuero cabelludo por encima de la corteza motora. Se coloca a la izquierda de su cabeza, ya que este hemisferio del cerebro dirige el movimiento en el lado derecho del cuerpo.

Al mismo tiempo, se colocan electrodos sobre el FDI y el hueso cercano en la mano derecha del sujeto, de modo que se pueda detectar y registrar cualquier actividad eléctrica en este músculo.

A continuación, la bobina se utiliza para enviar un solo pulso al cuero cabelludo, lo que crea un breve campo magnético que, a través de la inducción, conduce a una corriente eléctrica en el tejido neural subyacente.

Las neuronas, principalmente las que se encuentran debajo del centro de la bobina, se activan por esto y, como resultado, generan señales que, similares a las de los movimientos conscientes, viajan a los músculos objetivo.

En respuesta, se crean señales eléctricas adicionales llamadas potenciales evocados por motor, MEP, que se pueden registrar y visualizar como picos en un gráfico, donde los milivoltios se trazan en el eje Y y el tiempo en el eje X.

Estos MEP hacen que los músculos se contraigan físicamente, movimiento que se puede observar. Si tal espasmo ocurre en un músculo distinto del FDI, como en la parte superior del brazo, la región correcta de la corteza motora no ha sido localizada.

En este caso, la bobina se mueve ligeramente y se utiliza para emitir otro pulso único, y se anota cualquier movimiento resultante. Esto se repite hasta que se observan espasmos en la FDI derecha, un indicador de que se ha encontrado su representación en la corteza motora.

Una vez que se ha localizado esta región, se modifica la fuerza del estímulo TMS, se administra un nuevo pulso y se registra el MEP resultante. Se presta especial atención a la amplitud, medida desde el pico positivo más alto hasta el punto negativo más bajo, de esta señal.

Estos ajustes continúan hasta que se encuentra un ajuste que produce MEP con amplitudes superiores a 50 ? V en la mitad de las fases, intensidad del estímulo denominada umbral motor del participante.

A continuación, se administran varios impulsos individuales de TMS al 120% del umbral motor por encima de la región FDI derecha de la corteza motora, y se registran los MEP de referencia para cada uno.

En la segunda fase, la tarea experimental, se les pide a los participantes que vean tres tipos de películas que involucran movimientos de brazos o manos, mientras mantienen quietas sus propias partes del cuerpo.

El primer tipo de imágenes, llamadas videos de acción manual, muestran una mano derecha que se acerca y agarra una taza, una acción que requiere la IED. Estos clips evaluarán cómo la observación de un movimiento basado en FDI afecta la actividad en la región asociada a FDI de la corteza motora.

Por el contrario, los videos de acción del brazo involucran a un brazo derecho levantándose y moviéndose alrededor de un área con movimientos de copa que son independientes de la IED. Este metraje evaluará la especificidad de si el área de la corteza motora responsable de la contracción de la FDI derecha puede ser excitada por la observación de movimientos que no involucran a este músculo.

El tercer tipo son los videos de control, que muestran una mano derecha quieta descansando junto a una taza, sin ningún tipo de movimiento muscular.

Cuando se realiza la tarea real, se vuelve a colocar una bobina TMS sobre la región del cerebro responsable del movimiento correcto de la IED. Luego, los participantes ven los videos en un orden aleatorio, y cada tipo se repite 10 veces.

Cuando se produce un movimiento muscular en el metraje, aproximadamente 2 segundos después de que comienza un video de acción con la mano o el brazo, la bobina TMS se utiliza para emitir un solo pulso electromagnético.

Del mismo modo, aunque no se muestra ningún movimiento en los vídeos de control, se administra un pulso 2 s después del inicio de dichos clips. En todos los casos, ya sea videos de control, de brazo o de acción con la mano. Se registran los diputados al Parlamento Europeo generados por la IED adecuada.

En este caso, la variable dependiente son las amplitudes del MEP. Sobre la base de trabajos anteriores, se espera que los MEP registrados desde la FDI tras la observación de películas de acción manual sean mayores que los grabados mientras ven películas de acción o de control del brazo, lo que refleja una mayor actividad de la FDI y, por lo tanto, una mayor excitabilidad de la corteza motora.

Antes de que comience el experimento, reclute a 20 participantes que sean diestros, tengan visión normal y no tengan antecedentes de trastornos neurológicos y obtenga su consentimiento por escrito.

Explique que verán una serie de videos, durante los cuales se estimularán regiones de su cerebro a través de la EMT. Enfatice que pueden sentir un ligero golpecito en la cabeza de la bobina TMS, pero no deben experimentar grandes molestias.

Para comenzar, haga que el participante se siente en una silla colocada frente a la pantalla de una computadora. ¿Guiar su codo derecho para que descanse a 90? ángulo, y asegúrese de que su brazo y mano derechos estén cómodamente inclinados.

Luego, coloque su barbilla en un mentonero, de modo que sus ojos estén al menos a 50 cm de la pantalla.

Para la grabación MEP, limpie la piel de la mano derecha del participante con alcohol y pídale que flexione su músculo FDI derecho presionando el dedo índice y el pulgar juntos. Identifique la ubicación máxima de la tensión muscular y coloque un electrodo de registro en ella. A continuación, coloque un electrodo de referencia en un hueso cercano de la mano. También sujete firmemente el electrodo de tierra a su codo derecho.

Una vez que se hayan colocado los electrodos, indique al participante que relaje la mano para que no haya tensión muscular.

Luego, coloque una bobina TMS en forma de 8 contra el lado izquierdo del cuero cabelludo del participante y utilícela para ubicar la representación correcta de FDI en la corteza motora. Cuando esto ocurre, espere observar espasmos de la FDI derecha y se registrarán MEP estables de este músculo.

Para la calibración, proceda a ajustar la configuración de la bobina TMS hasta que la fuerza de salida mínima, una que produzca un MEP superior a 50 ? Se determina V en 5 de cada 10 estimulaciones.

Registre este valor, que representa el umbral motor del participante. Una vez que se ha determinado, utilice estos ajustes para entregar una serie de 10 pulsos TMS, cada uno separado por 15 segundos, al participante, con el fin de determinar la amplitud MEP de referencia.

Después, pida al participante que realice la tarea experimental mostrándole los tres tipos de películas (acción de la mano, acción del brazo y control) en un orden aleatorio. Entre cada uno, incluya un período de descanso de 15 s.

Asegúrese de que cada vídeo se reproduzca 10 veces, para un total de 30 películas. A medida que el participante ve la acción en cada clip, aproximadamente 2 segundos después del inicio de la película, administre un pulso TMS al 120% del umbral motor.

Para analizar los datos, para cada MEP registrado, ya sea a partir de la línea de base, observaciones de acción o condiciones de video de control, calcule la amplitud de pico a pico. Para eliminar los picos espurios, descarte los MEP que se produzcan antes de la estimulación de la EMT o más de 100 ms después de la estimulación.

Calcule la amplitud media de la MEP para los movimientos de las manos y los brazos, así como los vídeos de los reposamanos, y expréselos como un porcentaje por encima de la media de referencia.

Nótese que, para los videos de acción manual, la amplitud MEP registrada desde el músculo FDI fue significativamente mayor en comparación con la amplitud de control, lo que sugiere un efecto de facilitación por el cual la corteza motora aumenta su excitabilidad durante la observación de la acción.

Sin embargo, los eurodiputados grabados durante la observación de la acción del brazo fueron mucho más pequeños que los generados al ver vídeos de movimiento de la mano. Esto indica que el efecto de facilitación es relativamente selectivo y es específico de la región de la corteza motora responsable de los movimientos musculares observados.

Ahora que ya sabes cómo los investigadores están utilizando la EMT para investigar la excitabilidad de la corteza motora en respuesta a la observación de la acción, veamos cómo se aplica esta técnica en otras aplicaciones.

Hasta ahora, nos hemos centrado en la relación entre observar un movimiento y la función de la corteza motora. Sin embargo, algunos investigadores están estudiando si imaginar una acción también puede tener efectos en los eurodiputados registrados.

Este tipo de trabajo requiere que el participante se imagine a sí mismo moviendo físicamente una parte del cuerpo, como doblar el brazo derecho, cuando se administran pulsos individuales de EMT.

Cuando se evalúan los MEPs resultantes de los músculos, se encuentra que son mayores que los registrados durante los escenarios de control, cuando el participante no imagina tal movimiento.

Este efecto se facilita aún más cuando el participante observa el movimiento que está imaginando. En conjunto, estos resultados proporcionan evidencia de una relación entre la imaginación y la activación motora.

Otros neuropsicólogos están explorando si las modificaciones de la EMT pueden utilizarse con fines terapéuticos.

Por ejemplo, existe interés en si la EMT puede ayudar a tratar la afasia, una afección en la que los pacientes tienen dificultades para transmitir información verbal, como el nombre de un objeto, como resultado de un accidente cerebrovascular.

Aquí, se estimuló una región del cerebro llamada circunvolución frontal inferior derecha en pacientes con accidente cerebrovascular utilizando TMS repetitivo, un método en el que los pulsos se administran repetida y rápidamente.

Cuando se les pidió a los pacientes que identificaran verbalmente objetos, como langostas o chimeneas, meses después de la terapia, esto reveló que la EMT repetitiva tenía efectos positivos a largo plazo en los individuos. Capacidades de denominación, proporcionando información sobre cómo se puede utilizar este método para tratar los déficits cognitivos.

Acabas de ver el video de JoVE sobre TMS y observación de acción. A estas alturas, debería comprender cómo se puede usar TMS para evaluar la actividad en la corteza motora después de ver un movimiento muscular. También debe saber cómo estimular regiones del cerebro con una bobina TMS, presentar estímulos de observación y recopilar e interpretar datos MEP. Por último, debe darse cuenta de cómo se está utilizando la TMS en otras aplicaciones, como en las terapias para las víctimas de accidentes cerebrovasculares.

¡Gracias por mirar!