Usando TMS para medir a excitabilidade motora durante a observação de ação

A Estimulação Magnética Transcraniana, abreviada como TMS, é uma técnica que pode ser usada para investigar não apenas as conexões entre o cérebro e os diferentes músculos, mas também como a atividade cerebral muda quando uma pessoa observa movimentos em outras pessoas.

Todos os dias, uma pessoa move conscientemente seus músculos para realizar certas ações, como acenar com o braço direito para bater em uma bola de tênis com uma raquete.

Todos esses movimentos musculares voluntários são o resultado da excitação no córtex motor, que está localizado na superfície do cérebro, logo abaixo do couro cabeludo.

É importante ressaltar que o movimento de diferentes partes do corpo - seja o braço direito ou a perna esquerda - é controlado por conjuntos de neurônios em regiões distintas do córtex motor.

Por exemplo, quando os neurônios próximos ao canto superior direito da cabeça estão excitados, eles podem produzir sinais elétricos que viajam pelo cérebro até a coluna vertebral e, em seguida, para os músculos do braço esquerdo.

Em resposta, as células musculares produzem seus próprios sinais elétricos, o que leva à contração e ao movimento.

Curiosamente, a pesquisa mostrou que regiões do córtex motor são ativadas não apenas quando uma pessoa executa alguma ação, mas também quando observa outra pessoa se mover - como um mecânico batendo em uma máquina com o braço esquerdo.

A EMT fornece aos pesquisadores uma maneira de investigar a facilitação que a observação da ação causa nos neurônios do córtex motor.

Por meio das técnicas de EMT de Luciano Fadiga e colegas, este vídeo demonstra como investigar a relação entre observação da ação, excitação do córtex motor e atividade muscular.

Neste procedimento, os participantes são submetidos a duas fases? Localização e calibração do TMS e uma tarefa experimental para identificar se as áreas de seu córtex motor são excitadas quando observam uma ação realizada por outra pessoa.

O objetivo da primeira fase é identificar a região do cérebro responsável por mover um músculo específico da mão direita do participante - o primeiro interósseo dorsal, abreviado como FDI - localizado entre o polegar e o indicador.

Uma bobina TMS em forma de oito é então colocada contra o couro cabeludo acima do córtex motor. Ele está posicionado à esquerda da cabeça, pois esse hemisfério do cérebro direciona o movimento do lado direito do corpo.

Ao mesmo tempo, os eletrodos são posicionados sobre o FDI e o osso próximo à mão direita do sujeito, para que qualquer atividade elétrica nesse músculo possa ser detectada e registrada.

A bobina é então usada para fornecer um único pulso ao couro cabeludo, o que cria um breve campo magnético que, por meio da indução, leva a uma corrente elétrica no tecido neural subjacente.

Os neurônios, principalmente aqueles abaixo do centro da bobina, são ativados por isso e, como resultado, geram sinais que - semelhantes aos dos movimentos conscientes - viajam para os músculos-alvo.

Em resposta, sinais elétricos adicionais chamados potenciais evocados por motores, MEPs, são criados e podem ser registrados e visualizados como picos em um gráfico, onde milivolts são plotados no eixo Y e o tempo no eixo X.

Esses MEPs fazem com que os músculos se contraiam fisicamente - movimento que pode ser observado. Se tal espasmo ocorrer em um músculo diferente do FDI - como na parte superior do braço - a região correta do córtex motor não foi localizada.

Nesse caso, a bobina é movida ligeiramente e usada para fornecer outro pulso único, com qualquer movimento resultante sendo observado. Isso é repetido até que contrações sejam vistas no FDI direito - um indicador de que sua representação no córtex motor foi encontrada.

Uma vez que essa região tenha sido localizada, a força do estímulo TMS é modificada, um novo pulso é administrado e o MEP resultante é registrado. É dada muita atenção à amplitude - medida do pico positivo mais alto ao ponto negativo mais baixo - deste sinal.

Esses ajustes continuam até que seja encontrada uma configuração que produza MEPs com amplitudes superiores a 50 ? V na metade das fases?intensidade de estímulo denominada limiar motor do participante.

Vários pulsos individuais de EMT a 120% do limiar motor são então administrados acima da região direita do FDI do córtex motor, e os MEPs basais são registrados para cada um.

Na segunda fase, a tarefa experimental, os participantes são convidados a assistir a três tipos de filmes envolvendo movimentos de braços ou mãos, mantendo suas próprias partes do corpo imóveis.

O primeiro tipo de filmagem, chamado de vídeos de ação manual, mostra uma mão direita estendendo a mão e segurando um copo - uma ação que requer o FDI. Esses clipes avaliarão como a observação de um movimento baseado em FDI afeta a atividade na região associada ao FDI do córtex motor.

Em contraste, os vídeos de ação do braço envolvem um braço direito levantando e movendo-se em torno de uma área com movimentos de copo que são independentes do FDI. Esta filmagem avaliará a especificidade - se a área do córtex motor responsável pela contração direita do FDI pode ser excitada pela observação de movimentos que não envolvem esse músculo.

O terceiro tipo são os vídeos de controle, que mostram uma mão direita imóvel descansando ao lado de um copo, sem nenhum tipo de movimento muscular.

Quando a tarefa real é executada, uma bobina TMS é novamente colocada acima da região do cérebro responsável pelo movimento FDI direito. Em seguida, os participantes assistem aos vídeos em ordem aleatória, com cada tipo sendo repetido 10 vezes.

Quando o movimento muscular ocorre na filmagem - aproximadamente 2 s após o início de um vídeo de ação com a mão ou o braço - a bobina TMS é usada para fornecer um único pulso eletromagnético.

Da mesma forma, embora nenhum movimento seja representado nos vídeos de controle, um pulso é administrado 2 s após o início de tais clipes. Em todos os casos, sejam vídeos de ação de controle, braço ou mão? Os MEPs gerados pelo IDE certo são registrados.

Aqui, a variável dependente são as amplitudes MEP. Com base em trabalhos anteriores, espera-se que os MEPs gravados a partir do FDI após a observação de filmes de ação com as mãos sejam maiores do que aqueles gravados enquanto assistem a filmes de ação com o braço ou controle, refletindo maior atividade do FDI e, portanto, maior excitabilidade do córtex motor.

Antes do início do experimento, recrute 20 participantes destros, com visão normal e sem histórico de distúrbios neurológicos e obtenha consentimento por escrito deles.

Explique que eles assistirão a uma série de vídeos, durante os quais regiões de seu cérebro serão estimuladas via TMS. Enfatize que eles podem sentir um leve toque na cabeça da bobina TMS, mas não devem sentir grande desconforto.

Para começar, peça ao participante que se sente em uma cadeira posicionada em frente a uma tela de computador. Guie o cotovelo direito para descansar em 90? e certifique-se de que o braço e a mão direitos estejam confortavelmente deitados.

Em seguida, coloque o queixo em um apoio de queixo, de modo que os olhos fiquem a pelo menos 50 cm da tela.

Para gravação MEP, limpe a pele da mão direita do participante com álcool e faça com que ele flexione o músculo FDI direito pressionando o indicador e o polegar juntos. Identifique a localização do pico de tensão muscular e coloque um eletrodo de registro sobre ele. Em seguida, posicione um eletrodo de referência em um osso próximo da mão. Além disso, prenda firmemente o eletrodo de aterramento ao cotovelo direito.

Uma vez posicionados os eletrodos, instrua o participante a relaxar a mão para que não haja tensão muscular.

Em seguida, coloque uma bobina TMS em forma de 8 contra o lado esquerdo do couro cabeludo do participante e use-a para localizar a representação FDI direita no córtex motor. Quando isso ocorrer, espere observar espasmos do FDI direito e MEPs estáveis registrados a partir desse músculo.

Para calibração, prossiga para ajustar as configurações da bobina TMS até a intensidade mínima de saída - aquela que produz um MEP superior a 50 ? V em 5 de 10 estímulos?é determinado.

Registre esse valor, que representa o limiar motor do participante. Uma vez determinado, use essas configurações para fornecer uma série de 10 pulsos TMS - cada um separado por 15 s - para o participante, a fim de determinar a amplitude MEP basal.

Depois, peça ao participante que execute a tarefa experimental, mostrando-lhes os três tipos de filmes - ação da mão, ação do braço e controle - em uma ordem aleatória. Entre cada um, inclua um período de descanso de 15 s.

Certifique-se de que cada vídeo seja reproduzido 10 vezes, para um total de 30 filmes. À medida que o participante visualiza a ação em cada clipe - cerca de 2 s após o início do filme - administre um pulso TMS a 120% do limiar motor.

Para analisar os dados, para cada MEP gravado - seja da linha de base, observações de ação ou condições de vídeo de controle - calcule a amplitude pico a pico. Para eliminar picos espúrios, descarte os MEPs que ocorrem antes da estimulação da EMT ou mais de 100 ms após a estimulação.

Calcule a amplitude média do MEP para os movimentos das mãos e dos braços, bem como os vídeos de apoio para as mãos, e expresse-os como a porcentagem acima da linha de base média.

Observe que, para vídeos de ação manual, a amplitude MEP registrada do músculo FDI foi significativamente maior em comparação com a amplitude de controle, o que sugere um efeito de facilitação pelo qual o córtex motor aumenta a excitabilidade durante a observação da ação.

No entanto, os MEPs gravados durante a observação da ação do braço foram muito menores do que aqueles gerados pela exibição de vídeos de movimentos das mãos. Isso indica que o efeito de facilitação é relativamente seletivo e é específico para a região do córtex motor responsável pelos movimentos musculares observados.

Agora que você sabe como os pesquisadores estão usando a EMT para investigar a excitabilidade do córtex motor em resposta à observação da ação, vejamos como essa técnica é aplicada em outras aplicações.

Até agora, nos concentramos na relação entre observar um movimento e a função do córtex motor. No entanto, alguns pesquisadores estão analisando se imaginar uma ação também pode ter efeitos sobre os MEPs registrados.

Esse trabalho exige que o participante se imagine movendo fisicamente uma parte do corpo - como dobrar o braço direito - quando pulsos únicos de EMT são administrados.

Quando os PEmáx resultantes dos músculos são avaliados, eles são maiores do que os registrados durante os cenários de controle - quando o participante não imagina tal movimento.

Este efeito é ainda mais facilitado quando o participante observa o movimento que está imaginando. Coletivamente, esses resultados fornecem evidências de uma relação entre imaginação e ativação motora.

Outros neuropsicólogos estão explorando se as modificações da EMT podem ser usadas para fins terapêuticos.

Por exemplo, há interesse em saber se a EMT pode ajudar a tratar a afasia - uma condição em que os pacientes têm dificuldade em transmitir informações verbais, como o nome de um objeto - resultante de um acidente vascular cerebral.

Aqui, uma região do cérebro chamada giro frontal inferior direito foi estimulada em pacientes com AVC usando TMS repetitivo - um método em que os pulsos são administrados repetidamente e rapidamente.

Quando os pacientes foram solicitados a identificar verbalmente objetos - como lagostas ou lareiras - meses após a terapia, isso revelou que a EMT repetitiva teve efeitos positivos de longo prazo nos indivíduos? capacidades de nomenclatura, fornecendo informações sobre como esse método pode ser usado para tratar déficits cognitivos.

Você acabou de assistir ao vídeo de JoVE sobre TMS e observação de ação. Até agora, você deve entender como o TMS pode ser usado para avaliar a atividade no córtex motor após visualizar um movimento muscular. Você também deve saber como estimular regiões do cérebro com uma bobina TMS, apresentar estímulos de observação e coletar e interpretar dados MEP. Finalmente, você deve perceber como a EMT está sendo usada em outras aplicações, como em terapias para vítimas de derrame.

Obrigado por assistir!