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A informação motora é organizada de acordo com divisões anatômicas no córtex motor primário, criando um mapa topográfico no cérebro.
Localizado no giro pré-central, as representações corticais do corpo são organizadas em um homúnculo motor?" homenzinho"?e estão dispostos de forma invertida, de modo que as áreas que controlam os dedos dos pés se encontram na parede medial e a língua está localizada próxima ao sulco lateral.
Além disso, as partes do corpo que requerem controle motor voluntário mais preciso, como as mãos e seus dedos associados, têm representações maiores no córtex, em comparação com características anatômicas que não requerem manipulação tão precisa - como o quadril.
O homúnculo também é lateralizado, com neurônios no córtex motor primário esquerdo - mostrado aqui - controlando o lado direito do corpo e vice-versa. Assim, quando um indivíduo move o quadril direito, há aumento da ativação cortical no giro pré-central esquerdo dentro de uma região discreta.
Este vídeo detalha um experimento que usa neuroimagem funcional moderna para demonstrar a organização mapeada pelo corpo do córtex motor primário humano, incluindo como coletar e analisar a atividade cerebral quando os participantes movem as mãos ou os pés.
Neste experimento, a atividade cerebral é medida usando ressonância magnética funcional, abreviada como fMRI, enquanto os participantes são repetidamente orientados a mover diferentes partes do corpo - como os dedos da mão esquerda ou direita.
Essa técnica depende de mudanças nos níveis de oxigenação do sangue, conhecidas como BOLD? Resposta dependente do nível de oxigenação do sangue. Para uma análise aprofundada dos princípios por trás do método, consulte outro vídeo na coleção SciEd Essentials of Neuroscience do JOVE, fMRI: Functional Magnetic Resonance Imaging.
No contexto apresentado aqui, quando uma parte do corpo, como o pé esquerdo, está flexionando para frente e para trás, o fluxo sanguíneo cerebral oxigenado - fornecido pelas artérias do cérebro - aumenta para regiões neurais que estão ativas durante esse movimento, como o córtex motor primário.
No entanto, essa resposta hemodinâmica ocorre mais lentamente do que o movimento físico real, o que garante que as ações sejam separadas com períodos de descanso.
}Assim, cada movimento do corpo é precisamente cronometrado para distinguir as quatro condições umas das outras: mão esquerda, pé esquerdo, mão direita e pé direito.
Por exemplo, os participantes de uma máquina de ressonância magnética funcional são solicitados a começar a gesticular a mão esquerda quando uma aparece no lado esquerdo de uma tela de apresentação.
O movimento necessário da mão é realmente complexo e envolve tocar o polegar em cada dedo, em ordem, começando com o ponteiro. Em seguida, o participante deve repetir essas ações na direção oposta, começando pelo mindinho.
O movimento é interrompido quando a sugestão - neste caso, a imagem da mão esquerda - desaparece da tela.
Da mesma forma, quando veem um pé à direita, são instruídos a mover o pé direito empurrando-o para baixo repetidamente, até que a imagem desapareça.
Aqui, a variável dependente é a intensidade da resposta BOLD após um movimento da mão ou do pé, que pode então ser localizada em regiões específicas do cérebro.
Para um movimento da mão esquerda, a ativação cerebral é esperada principalmente na superfície dorsolateral direita do giro pré-central. Em contraste, para um movimento da mão direita, a ativação cerebral é antecipada na superfície dorsolateral esquerda. Esses resultados se alinhariam com o homúnculo motor lateralizado.
Antes do experimento, recrute participantes que sejam destros, tenham visão normal ou corrigida para normal, não tenham implantes metálicos em seu corpo ou sofram de claustrofobia por causa de controle experimental e preocupações de segurança.
Peça-lhes que preencham a papelada pré-exame, que inclui perguntas relacionadas a questões de saúde e segurança durante a sessão, como consentimento para um radiologista examinar suas imagens no caso de achados incidentais, além de detalhar os riscos e benefícios do estudo.
Peça ao participante para remover também todos os objetos de metal de seu corpo - incluindo relógios, telefones, carteiras, chaves, cintos e moedas - para se preparar para entrar na sala de digitalização.
Em seguida, explique as regras da tarefa: o apêndice que eles precisam mover - neste caso, o pé - aparecerá como uma dica visual no lado correspondente da tela. Demonstre como eles devem mover o pé pressionando-o repetidamente para baixo, como se estivessem pressionando um pedal imaginário.
Quando uma sugestão de mão aparece, eles devem tocar o polegar em cada dedo da mesma mão em ordem e, em seguida, repetir essa sequência ao contrário.
Agora, traga o participante para a sala de imagem. Forneça tampões de ouvido para proteger seus ouvidos de ruídos altos e fones de ouvido para que eles possam ouvir qualquer comunicação adicional durante a sessão. Peça-lhes que se deitem na cama com a cabeça na bobina e prenda-a com almofadas de espuma para evitar excesso de movimento e desfoque durante a varredura.
Acima dos participantes? olhos, coloque um espelho que reflita uma tela na parte de trás do orifício do scanner. Em seguida, dê-lhes uma bola de aperto para usar em caso de emergência. Lembre-os também de que é muito importante ficar o mais imóvel possível o tempo todo.
Depois de guiar o participante dentro da máquina, primeiro colete imagens anatômicas de alta resolução. Para iniciar a parte funcional, sincronize a apresentação do estímulo com o início do scanner.
Apresente as dicas visuais por meio de um laptop conectado a um projetor, cada um por 12 s, seguido por 12 s de linha de base em repouso. Alterne entre as quatro condições: mão esquerda, mão direita, pé esquerdo e pé direito?repetindo cada uma quatro vezes dentro de 6,5 min.
Assim que a varredura for concluída, direcione o participante para fora da sala. Questione-os e compense sua participação no estudo.
Como primeira etapa da análise, pré-processe os dados executando correção de movimento para reduzir artefatos, filtragem temporal para remover desvios de sinal e suavização espacial para aumentar a relação sinal-ruído.
Usando esses dados, crie um modelo da resposta hemodinâmica esperada para cada condição de tarefa. Em seguida, ajuste os dados a esse modelo, resultando em um mapa estatístico para cada sujeito, onde o valor em cada voxel - um pixel 3D de volume - representa a extensão em que esse voxel estava envolvido na condição da tarefa.
Registre o cérebro do participante em um atlas padrão para combinar dados de cada participante. Em seguida, combine todos os mapas estatísticos entre os participantes para uma análise em nível de grupo. Observe que as mudanças no fluxo sanguíneo são representadas por cores diferentes na superfície do cérebro.
Os movimentos da mão direita, mostrados em azul, produziram a maior ativação na superfície lateral esquerda do giro pré-central, enquanto o engajamento da mão esquerda, representado em verde, produziu a maior ativação na superfície lateral direita.
Além disso, a flexão do pé direito, indicada pelo azul claro, produziu ativação na face medial esquerda, enquanto a maior ativação para os movimentos do pé esquerdo, em amarelo, foi na face medial direita.
Esses resultados sugerem que as ações motoras podem ser localizadas em regiões discretas do córtex motor primário em ambos os hemisférios, suportando o homúnculo motor.
Agora que você está familiarizado com a execução de um experimento de fMRI para observar a organização do córtex motor primário, vamos considerar como o cérebro gerencia o movimento após o dano ou após a fixação de membros protéticos.
Danos ao giro pré-central esquerdo, como um derrame, podem levar à dificuldade em mover o lado direito do corpo.
Como você aprendeu neste vídeo, as partes específicas que são afetadas dependem da extensão da lesão: as deficiências podem ser pequenas e afetar um único dedo, ou grandes o suficiente para influenciar todos os dedos e todo o braço.
Embora as representações pareçam diretas, o córtex motor primário não funciona sozinho, pois é apenas um segmento dentro de uma rede mais ampla de regiões envolvidas na seleção, planejamento e coordenação do movimento. Assim, localizar danos pode não ser tão fácil quanto parece.
Uma abordagem terapêutica potencial para melhorar a função dos membros em amputados envolve interfaces cérebro-computador. Este método tecnicamente avançado é baseado em sinais eletromiográficos, ou EMG - a comunicação elétrica entre os neurônios motores e os movimentos musculares.
Os pesquisadores estão desenvolvendo maneiras de integrar gravações de EMG com próteses de membros para controlar mais perfeitamente os comportamentos motores, como ficar em pé ou até mesmo subir uma rampa.
Você acabou de assistir a introdução de JoVE aos mapas de motores. Agora você deve ter uma boa compreensão de como projetar e conduzir o experimento de fMRI e, finalmente, como analisar e interpretar os resultados da ativação cerebral.
Obrigado por assistir!
