Wykorzystanie TMS do pomiaru pobudliwości motorycznej podczas obserwacji działania

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna, w skrócie TMS, to technika, którą można wykorzystać nie tylko do zbadania połączeń między mózgiem a różnymi mięśniami, ale także tego, jak zmienia się aktywność mózgu, gdy dana osoba obserwuje ruchy u innych.

Każdego dnia człowiek świadomie porusza mięśniami, aby wykonać określone czynności, takie jak machanie prawą ręką, aby uderzyć piłkę tenisową rakietą.

Wszystkie takie dobrowolne ruchy mięśni są wynikiem pobudzenia w korze ruchowej, która znajduje się na powierzchni mózgu, tuż pod skórą głowy.

Co ważne, ruch różnych części ciała – niezależnie od tego, czy jest to prawa ręka, czy lewa noga – jest kontrolowany przez zestawy neuronów w różnych obszarach kory ruchowej.

Na przykład, gdy neurony w pobliżu prawego górnego rogu głowy są pobudzone, mogą wytwarzać sygnały elektryczne, które przemieszczają się przez mózg do kręgosłupa, a następnie do mięśni lewego ramienia.

W odpowiedzi komórki mięśniowe wytwarzają własne sygnały elektryczne, co prowadzi do skurczu i ruchu.

Co ciekawe, badania wykazały, że obszary kory ruchowej są aktywowane nie tylko wtedy, gdy dana osoba sama wykonuje jakąś czynność, ale także wtedy, gdy obserwuje, jak ktoś inny się porusza – jak mechanik uderzający w maszynę lewą ręką.

TMS zapewnia naukowcom sposób na zbadanie ułatwień, jakie obserwacja działania powoduje w neuronach kory ruchowej.

Dzięki technikom TMS Luciano Fadigi i współpracowników, ten film pokazuje, jak badać związek między obserwacją działania, pobudzeniem kory ruchowej i aktywnością mięśni.

W tej procedurze uczestnicy są poddawani dwóm fazom? Lokalizacja i kalibracja TMS oraz zadanie eksperymentalne - określenie, czy obszary ich kory ruchowej są pobudzone, gdy obserwują czynność wykonywaną przez kogoś innego.

Celem pierwszej fazy jest zidentyfikowanie obszaru mózgu odpowiedzialnego za poruszanie określonym mięśniem w prawej ręce uczestnika – pierwszym grzbietowym międzykostnym, w skrócie FDI – znajdującym się między kciukiem a palcem wskazującym.

Cewka TMS w kształcie ósemki jest następnie umieszczana na ich skórze głowy powyżej kory ruchowej. Znajduje się on po lewej stronie głowy, ponieważ ta półkula mózgu kieruje ruchem po prawej stronie ciała.

W tym samym czasie elektrody są umieszczane nad FDI i pobliską kością po prawej ręce badanego, dzięki czemu można wykryć i zarejestrować każdą aktywność elektryczną w tym mięśniu.

Cewka jest następnie używana do dostarczania pojedynczego impulsu do skóry głowy, który wytwarza krótkie pole magnetyczne, które - poprzez indukcję - prowadzi do prądu elektrycznego w leżącej poniżej tkance nerwowej.

Neurony, głównie te znajdujące się poniżej środka cewki, są przez to aktywowane i w rezultacie generują sygnały, które - podobne do tych dla świadomych ruchów - podróżują do docelowych mięśni.

W odpowiedzi tworzone są dodatkowe sygnały elektryczne zwane potencjałami wywołanymi silnikiem, MEP, które mogą być rejestrowane i wizualizowane jako piki na wykresie, gdzie miliwolty są wykreślane na osi Y, a czas na osi X.

Ci posłowie do PE powodują fizyczne drganie mięśni – ruch, który można zaobserwować. Jeśli taki skurcz występuje w mięśniu innym niż FDI – podobnie jak w górnej części ramienia – właściwy obszar kory ruchowej nie został zlokalizowany.

W tym przypadku cewka jest lekko przesuwana i wykorzystywana do dostarczenia kolejnego pojedynczego impulsu, przy czym każdy wynikający z tego ruch jest odnotowywany. Powtarza się to, dopóki drgania nie zostaną zauważone w prawym FDI, co wskazuje, że znaleziono jego reprezentację w korze ruchowej.

Po zlokalizowaniu tego regionu modyfikuje się siłę bodźca TMS, podaje się nowy impuls i rejestruje się wynikowy MEP. Szczególną uwagę zwraca się na amplitudę - mierzoną od najwyższego dodatniego piku do najniższego ujemnego punktu - tego sygnału.

Korekty te są kontynuowane do momentu znalezienia ustawienia, które tworzy MEP o amplitudach większych niż 50 ? V w połowie faz – intensywność bodźca określana jako próg motoryczny uczestnika.

Kilka pojedynczych impulsów TMS przy 120% progu motorycznego jest następnie podawanych powyżej prawego obszaru FDI kory ruchowej, a dla każdego z nich rejestrowane są podstawowe MEP.

W drugiej fazie, zadaniu eksperymentalnym, uczestnicy są proszeni o obejrzenie trzech rodzajów filmów obejmujących ruchy ramion lub dłoni, przy jednoczesnym utrzymaniu własnych części ciała w bezruchu.

Pierwszy rodzaj materiału filmowego, zwany filmami z ruchami rąk, pokazuje prawą rękę sięgającą w kierunku kubka i chwytającą go – czynność, która wymaga BIZ. Klipy te ocenią, w jaki sposób obserwacja ruchu opartego na FDI wpływa na aktywność w regionie kory ruchowej związanym z FDI.

W przeciwieństwie do tego, filmy z ruchami ramion obejmują unoszenie prawej ręki i poruszanie się po obszarze za pomocą miseczki – ruchy, które są niezależne od BIZ. Ten materiał filmowy oceni swoistość – czy obszar kory ruchowej odpowiedzialny za prawy skurcz FDI może być wzbudzony przez obserwację ruchów nieangażujących tego mięśnia.

Trzeci rodzaj to filmy kontrolne, które pokazują nieruchomą prawą rękę spoczywającą obok kubka, bez żadnego ruchu mięśni.

Kiedy właściwe zadanie jest wykonywane, cewka TMS jest ponownie umieszczana nad obszarem mózgu odpowiedzialnym za prawy ruch FDI. Następnie uczestnicy oglądają filmy w losowej kolejności, przy czym każdy typ jest powtarzany 10 razy.

Gdy w materiale filmowym pojawia się ruch mięśni – około 2 sekundy po rozpoczęciu filmu z akcją ręki lub ramienia – cewka TMS jest używana do dostarczania pojedynczego impulsu elektromagnetycznego.

Podobnie, chociaż na filmach kontrolnych nie jest pokazany żaden ruch, impuls jest podawany 2 s po rozpoczęciu takich klipów. We wszystkich przypadkach - niezależnie od tego, czy są to filmy z akcją sterowania, ramienia czy ręki? Rejestrowane są posłowie do PE wygenerowani przez odpowiednie BIZ.

Tutaj zmienną zależną są amplitudy MEP. Na podstawie wcześniejszych prac oczekuje się, że liczba posłów do PE nagranych z BIZ na podstawie obserwacji filmów z akcją dłoni będzie większa niż tych zarejestrowanych podczas oglądania filmów z akcją ramion lub filmów kontrolnych, co odzwierciedla wyższą aktywność BIZ, a tym samym większą pobudliwość kory ruchowej.

Przed rozpoczęciem eksperymentu zrekrutuj 20 uczestników, którzy są praworęczni, mają normalny wzrok i nie mają żadnej historii zaburzeń neurologicznych i uzyskaj od nich pisemną zgodę.

Wyjaśnij, że będą oglądać serię filmów, podczas których obszary ich mózgu będą stymulowane za pomocą TMS. Podkreśl, że mogą odczuwać lekkie stuknięcie w głowę ze strony cewki TMS, ale nie powinni odczuwać dużego dyskomfortu.

Na początek poproś uczestnika, aby usiadł na krześle ustawionym przed ekranem komputera. Poprowadź prawy łokieć, aby odpoczął przy 90? pod kątem i upewnij się, że prawe ramię i ręka są wygodnie leżące.

Następnie umieść ich podbródek w podbródku, tak aby ich oczy znajdowały się co najmniej 50 cm od ekranu.

W przypadku nagrania MEP oczyść skórę prawej ręki uczestnika alkoholem i poproś go, aby napiął prawy mięsień FDI, ściskając do siebie palec wskazujący i kciuk. Zidentyfikuj szczytowe miejsce napięcia mięśniowego i umieść na nim elektrodę rejestrującą. Następnie umieść elektrodę referencyjną na pobliskiej kości dłoni. Bezpiecznie przymocuj również elektrodę uziemiającą do prawego łokcia.

Po ustawieniu elektrod poinstruuj uczestnika, aby rozluźnił rękę, aby nie było napięcia mięśni.

Następnie umieść cewkę TMS z cyfrą 8 po lewej stronie skóry głowy uczestnika i użyj jej do zlokalizowania prawej reprezentacji FDI w korze ruchowej. Kiedy tak się stanie, spodziewaj się zaobserwowania drgań prawego BIZ i stabilnych MEP zarejestrowanych z tego mięśnia.

W celu kalibracji przystąp do regulacji ustawień cewki TMS, aż minimalna siła wyjściowa - taka, która wytwarza MEP większy niż 50 ? V na 5 z 10 stymulacji?jest określony.

Zapisz tę wartość, która reprezentuje próg motoryczny uczestnika. Po ustaleniu użyj tych ustawień, aby dostarczyć uczestnikowi serię 10 impulsów TMS - każdy oddzielony o 15 s - w celu określenia podstawowej amplitudy MEP.

Następnie poproś uczestnika, aby wykonał zadanie eksperymentalne, pokazując mu trzy rodzaje filmów – akcję ręką, akcję ramienia i kontrolę – w losowej kolejności. Pomiędzy każdym z nich uwzględnij 15-sekundowy okres odpoczynku.

Upewnij się, że każdy film został odtworzony 10 razy, co daje w sumie 30 filmów. Gdy uczestnik ogląda akcję w każdym klipie - około 2 sekundy po rozpoczęciu filmu - podaj impuls TMS na poziomie 120% progu motorycznego.

Aby przeanalizować dane, dla każdego zarejestrowanego MEP – niezależnie od tego, czy pochodzą one z linii bazowej, obserwacji działań czy kontrolnych warunków wideo – należy obliczyć amplitudę między szczytami. Aby wyeliminować fałszywe skoki, odrzuć MEP, które występują przed stymulacją TMS lub więcej niż 100 ms po stymulacji.

Oblicz średnią amplitudę MEP dla ruchów dłoni i ramienia, a także filmów z odpoczynkiem rąk i wyraź je jako wartość procentową powyżej średniej wartości wyjściowej.

Zauważ, że w przypadku filmów z ruchem ręki amplituda MEP zarejestrowana z mięśnia FDI była znacznie większa w porównaniu z amplitudą kontrolną, co sugeruje efekt ułatwienia, dzięki któremu kora ruchowa zwiększa pobudliwość podczas obserwacji działania.

Jednak MEP zarejestrowane podczas obserwacji ruchów ramion były znacznie mniejsze niż te wygenerowane podczas oglądania filmów z ruchami rąk. Wskazuje to, że efekt ułatwienia jest stosunkowo selektywny i jest specyficzny dla obszaru kory ruchowej odpowiedzialnego za obserwowane ruchy mięśni.

Teraz, gdy już wiesz, w jaki sposób naukowcy wykorzystują TMS do badania pobudliwości kory ruchowej w odpowiedzi na obserwację działania, przyjrzyjmy się, jak ta technika jest stosowana w innych zastosowaniach.

Do tej pory skupialiśmy się na związku między obserwowaniem ruchu a funkcjonowaniem kory ruchowej. Niektórzy badacze zastanawiają się jednak, czy wyobrażenie sobie działania może mieć również wpływ na nagranych posłów do Parlamentu Europejskiego.

Taka praca wymaga od uczestnika wyobrażenia sobie, że fizycznie porusza częścią ciała - na przykład zgina prawą rękę - gdy podawane są pojedyncze impulsy TMS.

Kiedy oceniane są wynikowe MEP z mięśni, okazuje się, że są one większe niż te zarejestrowane podczas scenariuszy kontrolnych - gdy uczestnik nie wyobraża sobie takiego ruchu.

Efekt ten jest dodatkowo ułatwiony, gdy uczestnik obserwuje ruch, który sobie wyobraża. Podsumowując, wyniki te dostarczają dowodów na związek między wyobraźnią a aktywacją motoryczną.

Inni neuropsycholodzy badają, czy modyfikacje TMS mogą być wykorzystywane do celów terapeutycznych.

Na przykład istnieje zainteresowanie tym, czy TMS może pomóc w leczeniu afazji – stanu, w którym pacjenci mają trudności z przekazywaniem informacji werbalnych, takich jak nazwa przedmiotu – wynikającego z udaru.

W tym przypadku obszar mózgu zwany prawym dolnym zakrętem czołowym był stymulowany u pacjentów po udarze za pomocą powtarzalnej metody TMS – metody, w której impulsy są podawane wielokrotnie i szybko.

Kiedy pacjentów poproszono o werbalne zidentyfikowanie obiektów – takich jak homary lub kominki – kilka miesięcy po terapii, okazało się, że powtarzające się TMS miały długotrwały, pozytywny wpływ na osoby. zdolności nazywania, dostarczając wglądu w to, w jaki sposób ta metoda może być stosowana w leczeniu deficytów poznawczych.

Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat TMS i obserwacji akcji. Do tej pory powinieneś zrozumieć, w jaki sposób TMS może być używany do oceny aktywności w korze ruchowej po obejrzeniu ruchu mięśni. Powinieneś także wiedzieć, jak stymulować obszary mózgu za pomocą cewki TMS, prezentować bodźce obserwacyjne oraz zbierać i interpretować dane MEP. Na koniec należy zdać sobie sprawę, w jaki sposób TMS jest wykorzystywany w innych zastosowaniach, takich jak terapie dla ofiar udaru.

Dzięki za oglądanie!