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La stimolazione magnetica transcranica, abbreviata in TMS, è una tecnica che può essere utilizzata per studiare non solo le connessioni tra il cervello e i diversi muscoli, ma anche come cambia l'attività cerebrale quando una persona osserva i movimenti negli altri.
Ogni giorno, una persona muove consapevolmente i muscoli per eseguire determinate azioni, come agitare il braccio destro per colpire una pallina da tennis con una racchetta.
Tutti questi movimenti muscolari volontari sono il risultato dell'eccitazione nella corteccia motoria, che si trova sulla superficie del cervello, appena sotto il cuoio capelluto.
È importante sottolineare che il movimento di diverse parti del corpo, che si tratti del braccio destro o della gamba sinistra, è controllato da insiemi di neuroni in regioni distinte della corteccia motoria.
Ad esempio, quando i neuroni vicino alla parte superiore destra della testa sono eccitati, possono produrre segnali elettrici che viaggiano attraverso il cervello fino alla colonna vertebrale e quindi ai muscoli del braccio sinistro.
In risposta, le cellule muscolari producono i propri segnali elettrici, che portano alla contrazione e al movimento.
È interessante notare che la ricerca ha dimostrato che le regioni della corteccia motoria si attivano non solo quando una persona esegue un'azione da sola, ma anche quando guarda qualcun altro muoversi, come un meccanico che colpisce una macchina con il braccio sinistro.
La TMS fornisce ai ricercatori un modo per sondare la facilitazione che l'osservazione dell'azione provoca nei neuroni della corteccia motoria.
Attraverso le tecniche TMS di Luciano Fadiga e colleghi, questo video dimostra come indagare la relazione tra osservazione dell'azione, eccitazione della corteccia motoria e attività muscolare.
In questa procedura, i partecipanti sono sottoposti a due fasi? Localizzazione e calibrazione TMS e un compito sperimentale per identificare se le aree della loro corteccia motoria sono eccitate quando osservano un'azione eseguita da qualcun altro.
Lo scopo della prima fase è identificare la regione del cervello responsabile del movimento di un muscolo specifico nella mano destra del partecipante – il primo interosseo dorsale, abbreviato in FDI – situato tra il pollice e l'indice.
Una bobina TMS a forma di otto viene quindi posizionata contro il cuoio capelluto sopra la corteccia motoria. È posizionato a sinistra della testa, poiché questo emisfero del cervello dirige il movimento sul lato destro del corpo.
Allo stesso tempo, gli elettrodi vengono posizionati sopra l'FDI e l'osso vicino sulla mano destra del soggetto, in modo che qualsiasi attività elettrica in questo muscolo possa essere rilevata e registrata.
La bobina viene quindi utilizzata per fornire un singolo impulso al cuoio capelluto, che crea un breve campo magnetico che, attraverso l'induzione, porta a una corrente elettrica nel tessuto neurale sottostante.
I neuroni, principalmente quelli sotto il centro della bobina, vengono attivati da questo e, di conseguenza, generano segnali che, simili a quelli per i movimenti coscienti, viaggiano verso i muscoli bersaglio.
In risposta, vengono creati segnali elettrici aggiuntivi chiamati potenziali evocati dal motore, MEP, che possono essere registrati e visualizzati come picchi su un grafico, in cui i millivolt sono tracciati sull'asse Y e il tempo sull'asse X.
Questi MEP causano la contrazione fisica dei muscoli, movimento che può essere osservato. Se un tale spasmo si verifica in un muscolo diverso dall'FDI, come nella parte superiore del braccio, la regione corretta della corteccia motoria non è stata localizzata.
In questo caso, la bobina viene spostata leggermente e utilizzata per fornire un altro singolo impulso, con l'eventuale movimento risultante che viene annotato. Questo viene ripetuto fino a quando non si vedono contrazioni nell'FDI destro, un indicatore che la sua rappresentazione nella corteccia motoria è stata trovata.
Una volta che questa regione è stata localizzata, la forza dello stimolo TMS viene modificata, viene somministrato un nuovo impulso e viene registrato il MEP risultante. Particolare attenzione è rivolta all'ampiezza, misurata dal picco positivo più alto al punto negativo più basso, di questo segnale.
Queste regolazioni continuano fino a quando non viene trovata un'impostazione che produce MEP con ampiezze superiori a 50 ? V nella metà delle fasi, un'intensità di stimolo indicata come soglia motoria del partecipante.
Diversi singoli impulsi TMS al 120% della soglia motoria vengono quindi somministrati al di sopra della regione FDI destra della corteccia motoria e per ciascuno di essi vengono registrati i MEP al basale.
Nella seconda fase, il compito sperimentale, ai partecipanti viene chiesto di guardare tre tipi di film che coinvolgono movimenti delle braccia o delle mani, mantenendo ferme le proprie parti del corpo.
Il primo tipo di filmato, chiamato video di azione manuale, mostra una mano destra che si allunga verso e afferra una tazza, un'azione che richiede l'IDE. Queste clip valuteranno come l'osservazione di un movimento basato su FDI influenzi l'attività nella regione della corteccia motoria associata a FDI.
Al contrario, i video con azione del braccio coinvolgono un braccio destro che solleva e si muove intorno a un'area con movimenti a tazza indipendenti dall'IDE. Questo filmato valuterà la specificità se l'area della corteccia motoria responsabile della contrazione destra dell'FDI può essere eccitata dall'osservazione di movimenti che non coinvolgono questo muscolo.
Il terzo tipo sono i video di controllo, che mostrano una mano destra ferma appoggiata accanto a una coppetta, senza alcun tipo di movimento muscolare.
Quando viene eseguito il compito vero e proprio, una bobina TMS viene nuovamente posizionata sopra la regione del cervello responsabile del movimento corretto degli IDE. Quindi, i partecipanti guardano i video in ordine casuale, con ogni tipo ripetuto 10 volte.
Quando si verifica un movimento muscolare nel filmato, circa 2 secondi dopo l'avvio di un video d'azione con la mano o il braccio, la bobina TMS viene utilizzata per erogare un singolo impulso elettromagnetico.
Allo stesso modo, sebbene nei video di controllo non sia raffigurato alcun movimento, viene somministrato un impulso 2 secondi dopo l'inizio di tali clip. In tutti i casi, che si tratti di video d'azione di controllo, braccio o mano? I deputati MEP generati dagli IDE corretti sono registrati.
Qui, la variabile dipendente sono le ampiezze MEP. Sulla base di lavori precedenti, si prevede che i MEP registrati dall'FDI dopo l'osservazione di filmati d'azione con le mani saranno maggiori di quelli registrati durante la visione di film d'azione con le braccia o di controllo, riflettendo una maggiore attività degli IDE e quindi una maggiore eccitabilità della corteccia motoria.
Prima dell'inizio dell'esperimento, recluta 20 partecipanti che sono destrimani, hanno una vista normale e non hanno alcuna storia di disturbi neurologici e ottieni il consenso scritto da loro.
Spiegano che... guarderanno una serie di video, durante i quali le regioni del loro cervello saranno stimolate tramite TMS. Sottolinea che potrebbero sentire un leggero colpetto sulla testa dalla bobina TMS, ma non dovrebbero provare grande disagio.
Per iniziare, chiedi al partecipante di sedersi su una sedia posizionata davanti allo schermo di un computer. Guidare il gomito destro a riposare a un 90? e assicurarsi che il braccio destro e la mano siano comodamente proni.
Quindi, posiziona il mento in una mentoniera, in modo che i loro occhi siano ad almeno 50 cm dallo schermo.
Per la registrazione MEP, pulire la pelle della mano destra del partecipante con alcol e fargli flettere il muscolo FDI destro premendo insieme l'indice e il pollice. Identificare la posizione del picco di tensione muscolare e posizionare un elettrodo di registrazione su di essa. Successivamente, posizionare un elettrodo di riferimento su un osso vicino della mano. Fissare saldamente anche l'elettrodo di terra al gomito destro.
Una volta posizionati gli elettrodi, istruire il partecipante a rilassare la mano in modo che non ci siano tensioni muscolari.
Quindi, posiziona una bobina TMS a forma di 8 contro il lato sinistro del cuoio capelluto del partecipante e usala per individuare la corretta rappresentazione dell'FDI nella corteccia motoria. Quando ciò si verifica, aspettatevi di osservare contrazioni dell'FDI destro e MEP stabili registrati da questo muscolo.
Per la calibrazione, procedere alla regolazione delle impostazioni della bobina TMS fino alla forza di uscita minima, che produce un MEP superiore a 50 ? V su 5 stimolazioni su 10.
Registrare questo valore, che rappresenta la soglia motoria del partecipante. Una volta determinato, utilizzare queste impostazioni per erogare una serie di 10 impulsi TMS, ciascuno separato da 15 s, al partecipante, al fine di determinare l'ampiezza MEP di base.
Successivamente, chiedi al partecipante di eseguire il compito sperimentale mostrandogli i tre tipi di film - azione delle mani, azione delle braccia e controllo - in ordine casuale. Tra ciascuno, includi un periodo di riposo di 15 secondi.
Assicurati che ogni video venga riprodotto 10 volte, per un totale di 30 filmati. Mentre il partecipante visualizza l'azione in ogni clip, circa 2 secondi dopo l'inizio del film, somministra un impulso TMS al 120% della soglia motoria.
Per analizzare i dati, per ogni MEP registrato, sia dalla linea di base, dalle osservazioni dell'azione o dalle condizioni video di controllo, calcolare l'ampiezza picco-picco. Per eliminare i picchi spuri, scartare i MEP che si verificano prima della stimolazione TMS o più di 100 ms dopo la stimolazione.
Calcola l'ampiezza MEP media per i movimenti delle mani e delle braccia, nonché per i video del poggiamani, ed esprimila come percentuale superiore alla linea di base media.
Si noti che, per i video di azione manuale, l'ampiezza MEP registrata dal muscolo FDI era significativamente maggiore rispetto all'ampiezza del controllo, il che suggerisce un effetto di facilitazione per cui la corteccia motoria aumenta di eccitabilità durante l'osservazione dell'azione.
Tuttavia, i deputati registrati durante l'osservazione delle braccia erano molto più piccoli di quelli generati guardando i video dei movimenti delle mani. Ciò indica che l'effetto di facilitazione è relativamente selettivo ed è specifico per la regione della corteccia motoria responsabile dei movimenti muscolari osservati.
Ora che sai come i ricercatori stanno utilizzando la TMS per studiare l'eccitabilità della corteccia motoria in risposta all'osservazione dell'azione, diamo un'occhiata a come questa tecnica viene applicata in altre applicazioni.
Fino ad ora, ci siamo concentrati sulla relazione tra l'osservazione di un movimento e la funzione della corteccia motoria. Tuttavia, alcuni ricercatori stanno cercando di capire se l'immaginazione di un'azione possa avere effetti anche sui deputati registrati.
Tale lavoro richiede che un partecipante si immagini mentre muove fisicamente una parte del corpo, come piegare il braccio destro, quando vengono somministrati singoli impulsi TMS.
Quando si valutano i MEP risultanti dai muscoli, si scopre che sono maggiori di quelli registrati durante gli scenari di controllo, quando il partecipante non immagina tale movimento.
Questo effetto è ulteriormente facilitato quando il partecipante osserva il movimento che sta immaginando. Collettivamente, questi risultati forniscono la prova di una relazione tra immaginazione e attivazione motoria.
Altri neuropsicologi stanno esplorando se le modifiche della TMS possono essere utilizzate per scopi terapeutici.
Ad esempio, c'è interesse per il fatto che la TMS possa aiutare a trattare l'afasia, una condizione in cui i pazienti hanno difficoltà a trasmettere informazioni verbali, come il nome di un oggetto, derivanti dall'ictus.
Qui, una regione del cervello chiamata giro frontale inferiore destro è stata stimolata nei pazienti con ictus utilizzando la TMS ripetitiva, un metodo in cui gli impulsi vengono somministrati ripetutamente e rapidamente.
Quando ai pazienti è stato chiesto di identificare verbalmente oggetti – come aragoste o caminetti – mesi dopo la terapia, questo ha rivelato che la TMS ripetitiva aveva effetti positivi a lungo termine sugli individui? capacità di denominazione, fornendo informazioni su come questo metodo può essere utilizzato per trattare i deficit cognitivi.
Hai appena visto il video di JoVE sulla TMS e l'osservazione dell'azione. A questo punto, dovresti capire come la TMS può essere utilizzata per valutare l'attività nella corteccia motoria dopo aver visto un movimento muscolare. Dovresti anche sapere come stimolare le regioni del cervello con una bobina TMS, presentare stimoli di osservazione e raccogliere e interpretare i dati MEP. Infine, dovresti renderti conto di come la TMS viene utilizzata in altre applicazioni, come nelle terapie per le vittime di ictus.
Grazie per l'attenzione!
