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

La stimulation magnétique transcrânienne, abrégée en TMS, est une technique qui peut être utilisée pour étudier non seulement les connexions entre le cerveau et différents muscles, mais aussi comment l’activité cérébrale change lorsqu’une personne observe les mouvements des autres.

Tous les jours, une personne bouge consciemment ses muscles pour effectuer certaines actions, comme agiter son bras droit pour frapper une balle de tennis avec une raquette.

Tous ces mouvements musculaires volontaires sont le résultat d’une excitation dans le cortex moteur, qui est situé à la surface du cerveau, juste sous le cuir chevelu.

Il est important de noter que le mouvement des différentes parties du corps, qu’il s’agisse du bras droit ou de la jambe gauche, est contrôlé par des ensembles de neurones dans des régions distinctes du cortex moteur.

Par exemple, lorsque les neurones situés en haut à droite de la tête sont excités, ils peuvent produire des signaux électriques qui traversent le cerveau jusqu’à la colonne vertébrale, puis vers les muscles du bras gauche.

En réponse, les cellules musculaires produisent leurs propres signaux électriques, ce qui conduit à la contraction et au mouvement.

Il est intéressant de noter que des recherches ont montré que les régions du cortex moteur sont activées non seulement lorsqu’une personne effectue elle-même une action, mais aussi lorsqu’elle regarde quelqu’un d’autre bouger, comme un mécanicien frappant une machine avec son bras gauche.

La TMS fournit aux chercheurs un moyen de sonder la facilitation que l’observation de l’action provoque dans les neurones du cortex moteur.

À travers les techniques TMS de Luciano Fadiga et ses collègues, cette vidéo montre comment étudier la relation entre l’observation de l’action, l’excitation du cortex moteur et l’activité musculaire.

Dans cette procédure, les participants sont soumis à deux phases ? Localisation et étalonnage de la TMS, et une tâche expérimentale : identifier si des zones de leur cortex moteur sont excitées lorsqu’elles observent une action effectuée par quelqu’un d’autre.

L’objectif de la première phase est d’identifier la région cérébrale responsable du mouvement d’un muscle spécifique de la main droite du participant, l’interosseux dorsal premier, abrégé en FDI, situé entre le pouce et l’index.

Une bobine TMS en forme de huit est ensuite placée contre leur cuir chevelu au-dessus du cortex moteur. Il est positionné sur la gauche de leur tête, car cet hémisphère du cerveau dirige le mouvement sur le côté droit du corps.

Dans le même temps, des électrodes sont positionnées sur le FDI et l’os voisin de la main droite du sujet, de sorte que toute activité électrique dans ce muscle peut être détectée et enregistrée.

La bobine est ensuite utilisée pour délivrer une seule impulsion au cuir chevelu, ce qui crée un bref champ magnétique qui, par induction, conduit à un courant électrique dans le tissu neural sous-jacent.

Les neurones, principalement ceux situés sous le centre de la bobine, sont activés par cela et, par conséquent, génèrent des signaux qui, similaires à ceux des mouvements conscients, se déplacent vers les muscles cibles.

En réponse, des signaux électriques supplémentaires appelés potentiels évoqués par le moteur, MEP, sont créés et peuvent être enregistrés et visualisés sous forme de pics sur un graphique, où les millivolts sont tracés sur l’axe des Y et le temps sur l’axe des X.

Ces MEP provoquent des contractions physiques des muscles, mouvement que l’on peut observer. Si un tel spasme se produit dans un muscle autre que le FDI, comme dans la partie supérieure du bras, la région correcte du cortex moteur n’a pas été localisée.

Dans ce cas, la bobine est légèrement déplacée et utilisée pour délivrer une autre impulsion unique, tout mouvement résultant étant noté. Ceci est répété jusqu’à ce que des contractions soient observées dans le FDI droit, un indicateur que sa représentation dans le cortex moteur a été trouvée.

Une fois que cette région a été localisée, l’intensité du stimulus TMS est modifiée, une nouvelle impulsion est administrée et la MEP résultante est enregistrée. Une attention particulière est accordée à l’amplitude de ce signal, mesurée à partir du pic positif le plus élevé jusqu’au point négatif le plus bas.

Ces ajustements se poursuivent jusqu’à ce qu’un réglage soit trouvé qui produit des MEP avec des amplitudes supérieures à 50 ? V dans la moitié des phases – une intensité de stimulus appelée seuil moteur du participant.

Plusieurs impulsions TMS individuelles à 120 % du seuil moteur sont ensuite administrées au-dessus de la région FDI droite du cortex moteur, et des MEP de base sont enregistrées pour chacune d’elles.

Dans la deuxième phase, la tâche expérimentale, les participants sont invités à regarder trois types de films impliquant des mouvements de bras ou de main, tout en gardant leurs propres parties du corps immobiles.

Le premier type de séquences, appelées vidéos d’action de la main, montre une main droite tendant la main vers une tasse et la saisissant, une action qui nécessite l’IDE. Ces clips évalueront comment l’observation d’un mouvement basé sur le FDI affecte l’activité dans la région du cortex moteur associée au FDI.

En revanche, les vidéos d’action du bras impliquent un bras droit qui se lève et se déplace dans une zone avec des mouvements de tasse indépendants de l’IDE. Cette séquence évaluera la spécificité : si la zone du cortex moteur responsable de la contraction du FDI droit peut être excitée par l’observation de mouvements n’impliquant pas ce muscle.

Le troisième type est celui des vidéos de contrôle, qui montrent une main droite immobile posée à côté d’une tasse, sans aucun type de mouvement musculaire.

Lorsque la tâche réelle est effectuée, une bobine TMS est à nouveau placée au-dessus de la région du cerveau responsable du mouvement FDI droit. Ensuite, les participants regardent les vidéos dans un ordre aléatoire, chaque type étant répété 10 fois.

Lorsqu’un mouvement musculaire se produit dans la séquence – environ 2 s après le début d’une vidéo d’action de la main ou du bras – la bobine TMS est utilisée pour délivrer une seule impulsion électromagnétique.

De même, bien qu’aucun mouvement ne soit représenté dans les vidéos de contrôle, une impulsion est administrée 2 s après le début de ces clips. Dans tous les cas, qu’il s’agisse de vidéos de contrôle, de bras ou de mains ? Les MEP générés par les bons IDE sont enregistrés.

Ici, la variable dépendante est l’amplitude MEP. Sur la base de travaux antérieurs, on s’attend à ce que les PEM enregistrées à partir de l’IDE lors de l’observation de films d’action de la main soient plus importantes que celles enregistrées lors de l’observation de films d’action de bras ou de contrôle, reflétant une activité FDI plus élevée et donc une plus grande excitabilité du cortex moteur.

Avant le début de l’expérience, recrutez 20 participants qui sont droitiers, qui ont une vision normale et qui n’ont pas d’antécédents de troubles neurologiques et obtenez leur consentement écrit.

Expliquez-leur qu’ils regarderont une série de vidéos, au cours desquelles des régions de leur cerveau seront stimulées par TMS. Insistez sur le fait qu’ils peuvent ressentir une légère tape sur la tête de la bobine TMS, mais qu’ils ne doivent pas ressentir une grande gêne.

Pour commencer, demandez au participant de s’asseoir sur une chaise placée devant un écran d’ordinateur. Guider leur coude droit pour se reposer à un 90 ? et assurez-vous que leur bras droit et leur main sont confortablement allongés.

Ensuite, placez son menton dans une mentonnière, de sorte que ses yeux soient à au moins 50 cm de l’écran.

Pour l’enregistrement MEP, nettoyez la peau de la main droite du participant avec de l’alcool et demandez-lui de fléchir son muscle FDI droit en appuyant sur son index et son pouce ensemble. Identifiez l’emplacement du pic de tension musculaire et placez une électrode d’enregistrement dessus. Ensuite, placez une électrode de référence sur un os voisin de la main. Fixez également solidement l’électrode de terre à son coude droit.

Une fois les électrodes positionnées, demandez au participant de détendre sa main afin qu’il n’y ait pas de tension musculaire.

Ensuite, placez une bobine TMS en forme de 8 contre le côté gauche du cuir chevelu du participant et utilisez-la pour localiser la représentation FDI droite dans le cortex moteur. Lorsque cela se produit, attendez-vous à observer des contractions de l’IDE droit et des PEM stables enregistrées à partir de ce muscle.

Pour l’étalonnage, procédez au réglage des paramètres de la bobine TMS jusqu’à ce que la force de sortie minimale - celle qui produit une MEP supérieure à 50 ? V sur 5 stimulations sur 10 est déterminé.

Enregistrez cette valeur, qui représente le seuil moteur du participant. Une fois qu’il a été déterminé, utilisez ces paramètres pour délivrer une série de 10 impulsions TMS – chacune séparée par 15 s – au participant, afin de déterminer l’amplitude MEP de base.

Ensuite, demandez au participant d’effectuer la tâche expérimentale en lui montrant les trois types de films – action de la main, action du bras et contrôle – dans un ordre aléatoire. Entre chacun, prévoyez une période de repos de 15 secondes.

Assurez-vous que chaque vidéo est lue 10 fois, pour un total de 30 films. Au fur et à mesure que le participant visionne l’action dans chaque clip – environ 2 s après le début du film – administre une impulsion TMS à 120 % du seuil moteur.

Pour analyser les données, pour chaque MEP enregistré, qu’il s’agisse de la ligne de base, des observations d’action ou des conditions vidéo de contrôle, calculez l’amplitude crête à crête. Pour éliminer les pics parasites, éliminez les MEP qui se produisent soit avant la stimulation TMS, soit plus de 100 ms après la stimulation.

Calculez l’amplitude moyenne MEP pour les mouvements de la main et du bras, ainsi que pour les vidéos de repose-main, et exprimez-la en pourcentage au-dessus de la ligne de base moyenne.

Notez que, pour les vidéos d’action de la main, l’amplitude MEP enregistrée à partir du muscle FDI était significativement plus élevée par rapport à l’amplitude de contrôle, ce qui suggère un effet de facilitation par lequel le cortex moteur augmente l’excitabilité pendant l’observation de l’action.

Cependant, les MEP enregistrées lors de l’observation des mouvements de bras étaient beaucoup plus petites que celles générées par le visionnage de vidéos de mouvements de la main. Cela indique que l’effet de facilitation est relativement sélectif et qu’il est spécifique à la région du cortex moteur responsable des mouvements musculaires observés.

Maintenant que vous savez comment les chercheurs utilisent la TMS pour étudier l’excitabilité du cortex moteur en réponse à l’observation de l’action, voyons comment cette technique est appliquée dans d’autres applications.

Jusqu’à présent, nous nous sommes concentrés sur la relation entre l’observation d’un mouvement et le fonctionnement du cortex moteur. Cependant, certains chercheurs se demandent si le fait d’imaginer une action peut également avoir des effets sur les députés européens enregistrés.

Un tel travail exige qu’un participant s’imagine en train de bouger physiquement une partie du corps, comme plier son bras droit, lorsque des impulsions TMS uniques sont administrées.

Lorsque les MEP résultant des muscles sont évaluées, on constate qu’elles sont plus grandes que celles enregistrées lors de scénarios de contrôle, lorsque le participant n’imagine aucun mouvement de ce type.

Cet effet est encore plus facilité lorsque le participant observe le mouvement qu’il imagine. Collectivement, ces résultats fournissent des preuves d’une relation entre l’imagination et l’activation motrice.

D’autres neuropsychologues tentent de déterminer si les modifications de la SMT peuvent être utilisées à des fins thérapeutiques.

Par exemple, on s’intéresse à la question de savoir si la SMT peut aider à traiter l’aphasie – une condition où les patients ont du mal à transmettre des informations verbales, comme le nom d’un objet – résultant d’un accident vasculaire cérébral.

Ici, une région du cerveau appelée gyrus frontal inférieur droit a été stimulée chez des patients victimes d’un AVC à l’aide d’une TMS répétitive, une méthode où les pouls sont administrés de manière répétée et rapide.

Lorsqu’on a demandé aux patients d’identifier verbalement des objets – comme des homards ou des cheminées – des mois après la thérapie, cela a révélé que la TMS répétitive avait des effets positifs à long terme sur les individus. nommer les capacités, ce qui permet de mieux comprendre comment cette méthode peut être utilisée pour traiter les déficits cognitifs.

Vous venez de regarder la vidéo de JoVE sur le TMS et l’observation d’actions. À présent, vous devriez comprendre comment la TMS peut être utilisée pour évaluer l’activité du cortex moteur après avoir observé un mouvement musculaire. Vous devez également savoir comment stimuler des régions du cerveau avec une bobine TMS, présenter des stimuli d’observation, et collecter et interpréter des données MEP. Enfin, vous devriez vous rendre compte comment la TMS est utilisée dans d’autres applications, telles que les thérapies pour les victimes d’AVC.

Merci d’avoir regardé !