Misurazione e manipolazione dei percorsi neurali funzionalmente specifici nel sistema motorio umano con stimolazione magnetica transcranica

Summary

Questo articolo descrive nuovi approcci per misurare e rafforzare i percorsi neurali funzionalmente specifici con la stimolazione magnetica transcranica. Queste metodologie avanzate di stimolazione cerebrale non invasiva possono fornire nuove opportunità per la comprensione delle relazioni cervello-comportamento e lo sviluppo di nuove terapie per il trattamento dei disturbi cerebrali.

Abstract

Comprendere le interazioni tra le aree del cervello è importante per lo studio del comportamento diretto agli obiettivi. La neuroimaging funzionale della connettività cerebrale ha fornito importanti informazioni sui processi fondamentali del cervello come la cognizione, l'apprendimento e il controllo motorio. Tuttavia, questo approccio non può fornire prove causali per il coinvolgimento delle aree cerebrali di interesse. La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è uno strumento potente e non invasivo per studiare il cervello umano che può superare questa limitazione modificando transitoriamente l'attività cerebrale. Qui, sottolineiamo i recenti progressi utilizzando un metodo TMS a doppio e doppio uso a impulsi accoppiati con due bobine che sonda causalmente le interazioni cortico-corticali nel sistema motorio umano durante diversi contesti di attività. Inoltre, descriviamo un protocollo TMS a doppio sito basato sulla stimolazione associativa accoppiata corticale (cPAS) che migliora transitoriamente l'efficienza sinaptica in due aree cerebrali interconnesse applicando coppie ripetute di stimoli corticali con due bobine. Questi metodi possono fornire una migliore comprensione dei meccanismi alla base della funzione cognitivo-motoria, nonché una nuova prospettiva sulla manipolazione di percorsi neurali specifici in modo mirato per modulare i circuiti cerebrali e migliorare il comportamento. Questo approccio può rivelarsi uno strumento efficace per sviluppare modelli più sofisticati di relazioni cervello-comportamento e migliorare la diagnosi e il trattamento di molti disturbi neurologici e psichiatrici.

Introduction

La stimolazione cerebrale non invasiva è uno strumento di valutazione promettente e trattamento per molti disturbi neurologici, come il morbo di Parkinson, il morbo di Alzheimer e l'ictus^1,2,3,4. Ci sono prove accumulatrici che stabiliscono la relazione tra le manifestazioni comportamentali delle malattie neurologiche e le anomalie dell'eccitabilità corticale, neuroplasticità, corticocortical e connettività cortico-subcorticale^5,6. Pertanto, le conoscenze di base sulle dinamiche dell....

Protocol

Di seguito sono descritti i tre metodi TMS riportati di seguito. In primo luogo, vengono descritti due metodi per misurare la connettività cortico-corticale utilizzando la stimolazione magnetica transcranica a doppio sito (dsTMS) mentre i partecipanti sono 1) a riposo (stato di riposo) o 2) che esegue un movimento reach-to-grasp diretto agli oggetti ( dipendente dall'attività). In secondo luogo, viene descritto un metodo di stimolazione associativa accoppiata corticale (cPAS) per modulare l'interazione tra due aree cerebrali in modo controllato associando stimoli corticali (ad esempio cortici parietali e motori primari) per rafforzare percorsi neurali specifici con TM....

Results

La figura 5 mostra le dimensioni di una risposta MEP esemplare suscitata nel muscolo FDI da TMS per uno stimolo di prova incondizionato (da TS a M1, traccia blu) o stimoli condizionati da PPC (CS-TS, traccia rossa) mentre il partecipante era a riposo (pannello superiore) o pianificaun'azione di presa diretta dall'obiettivo per un oggetto (pannello inferiore). A riposo, il PPC esercita un'influenza inibitoria sull'ipsilaterale M1, come dimostra la diminuzione delle ampiezze MEP potenziate da .......

Discussion

Il metodo TMS a doppio sito descritto qui può essere impiegato per studiare le interazioni funzionali tra diverse aree corticali interconnesse con la corteccia motoria primaria mentre un partecipante è a riposo o sta pianificando un'azione mirata. Mentre l'imaging cerebrale è correlato, le conoscenze di base dei metodi TMS a doppio sito possono rivelare relazioni causali cervello-comportamento associate ai cambiamenti nei circuiti cortico-corticali. Inoltre, la stimolazione associativa accoppiata corticale con due bobine.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bobina Alpha B.I. D50 (rivestita)	Bobina Magstim		da 50 mm
Software BrainSight 2.0 Software	Rogue Research		Software di neuronavigazione
BrainSight Sistema stereotassico frameless	Attrezzatura di neuronavigazione	Rogue Research
D702 Bobina	Magstim		bobina da 70 mm
Discovery MR750	Generale	Macchina per risonanza magnetica elettrica
Tappi per le orecchie monouso	Tappi per le orecchie in schiuma	3M
Elettrodi ECG 30 mm x 24 mm	Coviden-Kendall	H124SG	Elettrodi monouso
Amplificatore isolato a quattro canali	Intronix Technologies Corporation	Amplificatore EMG	2024F
gGAMMAcap	g.tec Medical Engineering		Cappuccio
Micro1401-3	Cambridge Electronic Design		Registratore ed elaboratore di dati scientifici
Nuprep Skin Prep Gel Weaver	and Company		Gel abrasivo per la preparazione della pelle
Signal v.7	Cambridge Electronic Design		Software di acquisizione e analisi dei dati
Magstim BiStim2	Magstim		Stimolatore magnetico transcranico (due unità 2002)