Использование ТМС для измерения возбудимости моторики во время наблюдения за действием

Транскраниальная магнитная стимуляция, сокращенно ТМС, — это методика, которая может быть использована для исследования не только связей между мозгом и различными мышцами, но и того, как меняется активность мозга, когда человек наблюдает за движениями других.

Каждый день человек сознательно двигает своими мышцами для выполнения определенных действий, например, взмахивает правой рукой, чтобы ударить ракеткой по теннисному мячу.

Все такие произвольные движения мышц являются результатом возбуждения в моторной коре, которая расположена на поверхности мозга, прямо под кожей головы.

Важно отметить, что движение различных частей тела, будь то правая рука или левая нога, контролируется наборами нейронов в различных областях моторной коры.

Например, когда возбуждаются нейроны в верхней правой части головы, они могут производить электрические сигналы, которые проходят через мозг к позвоночному столбу, а затем к мышцам левой руки.

В ответ мышечные клетки вырабатывают собственные электрические сигналы, что приводит к сокращению и движению.

Интересно, что исследования показали, что области моторной коры активируются не только тогда, когда человек сам выполняет какое-то действие, но и когда он наблюдает за движением кого-то другого — подобно тому, как механик бьет машину левой рукой.

ТМС предоставляет исследователям способ исследовать содействие, которое наблюдение за действием вызывает в нейронах моторной коры.

С помощью методов ТМС Лучано Фадига и его коллег это видео демонстрирует, как исследовать взаимосвязь между наблюдением за действием, возбуждением моторной коры и мышечной активностью.

В этой процедуре участники подвергаются двум этапам? Локализация и калибровка ТМС, а также экспериментальная задача — определить, возбуждаются ли участки их моторной коры, когда они наблюдают за действием, выполняемым кем-то другим.

Цель первого этапа состоит в том, чтобы определить область мозга, ответственную за движение конкретной мышцы в правой руке участника – первую дорсальную межкостную мышцу, сокращенно FDI, расположенную между большим и указательным пальцами.

Затем катушка ТМС в форме восьмерки помещается на кожу головы над моторной корой. Он расположен слева от головы, так как это полушарие мозга направляет движения на правую сторону тела.

В то же время электроды располагаются над FDI и близлежащей костью на правой руке субъекта, так что любая электрическая активность в этой мышце может быть обнаружена и записана.

Затем катушка используется для подачи одного импульса на кожу головы, который создает кратковременное магнитное поле, которое через индукцию приводит к электрическому току в нижележащей нервной ткани.

Нейроны, в первую очередь те, которые находятся ниже центра катушки, активируются этим и в результате генерируют сигналы, которые — подобно тем, которые возникают при сознательных движениях — направляются к целевым мышцам.

В ответ на это создаются дополнительные электрические сигналы, называемые моторными потенциалами, которые могут быть записаны и визуализированы в виде пиков на графике, где милливольты нанесены на ось Y, а время — на ось X.

Эти MEP заставляют мышцы физически подергиваться – движения, которые можно наблюдать. Если такой спазм происходит в мышце, отличной от FDI, например, в верхней части руки, то правильная область моторной коры не локализована.

В этом случае катушка слегка перемещается и используется для подачи еще одного одиночного импульса, при этом любое результирующее движение фиксируется. Это повторяется до тех пор, пока в правом FDI не будут видны подергивания, указывающие на то, что его представительство в моторной коре найдено.

После того, как эта область локализована, сила стимула ТМС изменяется, вводится новый импульс, и результирующий MEP записывается. Особое внимание уделяется амплитуде, измеряемой от наивысшего положительного пика до самой низкой отрицательной точки этого сигнала.

Эти корректировки продолжаются до тех пор, пока не будет найдена настройка, которая создает MEP с амплитудами более 50 ? V в половине фаз – интенсивность стимула, называемая двигательным порогом участника.

Затем несколько отдельных импульсов ТМС на 120% от моторного порога вводятся выше правой области FDI моторной коры, и для каждого из них регистрируются исходные МЭП.

На втором этапе, экспериментальном задании, участников просят посмотреть три типа фильмов, в которых задействованы движения рук или кистей, при этом их собственные части тела остаются неподвижными.

Первый тип видео, называемый видео с действиями рук, показывает, как правая рука тянется к чашке и сжимает ее, что требует прямых иностранных инвестиций. Эти клипы позволят оценить, как наблюдение за движением, основанным на FDI, влияет на активность в области моторной коры, связанной с FDI.

В отличие от этого, видео с действиями рук включают в себя подъем правой руки и перемещение по области с помощью чашечных движений, которые не зависят от FDI. Эти кадры позволят оценить специфичность того, может ли область моторной коры, ответственная за правильное сокращение FDI, возбуждаться наблюдением за движениями, не затрагивающими эту мышцу.

Третий тип — это контрольные видео, которые показывают неподвижную правую руку, лежащую рядом с чашкой, без какого-либо движения мышц.

Когда фактическая задача выполнена, катушка ТМС снова помещается над областью мозга, отвечающей за правильное движение ПИИ. Затем участники смотрят видео в случайном порядке, причем каждый тип повторяется 10 раз.

Когда в отснятом материале происходит движение мышц — примерно через 2 секунды после начала видео действий кисти или руки — катушка ТМС используется для подачи одного электромагнитного импульса.

Точно так же, хотя в контрольных видеороликах не показано никакого движения, импульс подается через 2 с после начала таких клипов. Во всех случаях – будь то видео с управлением, рукой или рукой? Регистрируются депутаты Европарламента, полученные за счет правильных ПИИ.

В данном случае зависимая переменная — это амплитуды MEP. Основываясь на предыдущих работах, ожидается, что MEP, зарегистрированные в FDI при просмотре фильмов с участием рук, будут больше, чем те, которые были зарегистрированы при просмотре фильмов с участием рук или контрольных фильмов, что отражает более высокую активность FDI и, следовательно, большую возбудимость моторной коры.

Перед началом эксперимента наберите 20 правшей, имеющих нормальное зрение и не имеющих в анамнезе неврологических расстройств, и получить от них письменное согласие.

Они будут смотреть серию видеороликов, в течение которых области их мозга будут стимулироваться с помощью ТМС. Подчеркните, что они могут ощущать легкое постукивание по голове от катушки ТМС, но не должны испытывать большого дискомфорта.

Для начала предложите участнику сесть на стул, расположенный перед экраном компьютера. Направить их правый локоть в упор на 90? и убедитесь, что их правая рука и кисть удобно лежат.

Затем поместите их подбородок в подбородок так, чтобы их глаза находились на расстоянии не менее 50 см от экрана.

Для записи MEP промойте кожу правой руки участника спиртом и попросите его напрячь правую мышцу FDI, сжав указательный и большой пальцы вместе. Определите пиковое место мышечного напряжения и поместите на него записывающий электрод. После этого поместите электрод сравнения на ближайшую кость в руке. Также надежно закрепите заземляющий электрод на их правом локте.

После того, как электроды будут установлены, попросите участника расслабить руку, чтобы не было мышечного напряжения.

Затем приложите катушку ТМС в виде восьмерки к левой стороне кожи головы участника и используйте ее для определения места нужного представительства ПИИ в моторной коре. Когда это происходит, ожидайте наблюдать подергивание правого FDI, и стабильные MEP регистрируются из этой мышцы.

Для калибровки перейдите к настройке катушки TMS до тех пор, пока минимальная выходная мощность не составит более 50 ? Определяется V на 5 из 10 стимуляций.

Запишите это значение, которое представляет собой порог моторики участника. После того, как он будет определен, используйте эти настройки для доставки серии из 10 импульсов TMS, каждый из которых разделен 15 с, участнику, чтобы определить базовую амплитуду MEP.

После этого попросите участника выполнить экспериментальную задачу, показав ему три типа фильмов — действие рукой, действие рукой и управление — в случайном порядке. Между каждым из них предусматривается 15-секундный период отдыха.

Убедитесь, что каждое видео воспроизводится 10 раз, всего 30 фильмов. По мере того, как участник смотрит действие в каждом клипе, примерно через 2 секунды после начала фильма, подает импульс ТМС на уровне 120% от моторного порога.

Чтобы проанализировать данные, для каждого инженерного процессора, записанного (будь то исходный уровень, наблюдения за действиями или условия контрольного видео), вычислите амплитуду от пика до пика. Чтобы устранить ложные спайки, откажитесь от МЭП, которые возникают либо до стимуляции ТМС, либо более чем через 100 мс после стимуляции.

Рассчитайте среднюю амплитуду MEP для движений рук и рук, а также видео с подлокотниками и выразите их в процентах выше среднего базового уровня.

Обратите внимание, что для видео с действиями рук амплитуда MEP, записанная из мышцы FDI, была значительно больше по сравнению с амплитудой контроля, что предполагает эффект фасилитации, при котором моторная кора увеличивает возбудимость во время наблюдения за действием.

Тем не менее, MEP, записанные во время наблюдения за действиями рук, были намного меньше, чем те, которые были получены при просмотре видео с движениями рук. Это указывает на то, что фасилитирующий эффект является относительно избирательным и специфичен для области моторной коры, ответственной за наблюдаемые движения мышц.

Теперь, когда вы знаете, как исследователи используют ТМС для исследования возбудимости моторной коры головного мозга в ответ на наблюдение за действием, давайте рассмотрим, как этот метод применяется в других приложениях.

До сих пор мы фокусировались на взаимосвязи между наблюдением за движением и функцией моторной коры головного мозга. Тем не менее, некоторые исследователи изучают, может ли представление действия также повлиять на зарегистрированных депутатов Европарламента.

Такая работа требует, чтобы участник представлял себя физически двигающим частью тела, например, сгибающим правую руку, когда вводятся одиночные импульсы ТМС.

Когда оцениваются полученные МЭП из мышц, обнаруживается, что они больше, чем те, которые были зарегистрированы во время контрольных сценариев, когда участник не представляет себе такого движения.

Этот эффект еще больше облегчается, когда участник наблюдает за движением, которое он воображает. В совокупности эти результаты свидетельствуют о взаимосвязи между воображением и моторной активацией.

Другие нейропсихологи изучают, можно ли использовать модификации ТМС в терапевтических целях.

Например, существует интерес к тому, может ли ТМС помочь в лечении афазии – состояния, при котором пациенты испытывают трудности с передачей вербальной информации, такой как название объекта, в результате инсульта.

Здесь у пациентов с инсультом стимулировалась область мозга, называемая правой нижней лобной извилиной, с помощью повторяющегося метода ТМС, при котором импульсы многократно и быстро вводятся в действие.

Когда пациентов попросили вербально идентифицировать объекты, такие как омары или камины, через несколько месяцев после терапии, выяснилось, что повторяющаяся ТМС оказывает долгосрочное положительное воздействие на людей. Именование способностей, дающее представление о том, как этот метод может быть использован для лечения когнитивного дефицита.

Вы только что посмотрели видео JoVE о ТМС и наблюдении за действиями. К настоящему времени вы должны понять, как можно использовать ТМС для оценки активности в моторной коре головного мозга после просмотра движения мышц. Вы также должны знать, как стимулировать области мозга с помощью катушки ТМС, предъявлять стимулы наблюдения, а также собирать и интерпретировать данные MEP. Наконец, вы должны понимать, как ТМС используется в других приложениях, например, в терапии жертв инсульта.

Спасибо за просмотр!