Cartes moteurs

Neuropsychology

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Overview

Source : Laboratoires de Jonas T. Kaplan et Sarah I. Gimbel — University of Southern California

Un principe d’organisation du cerveau est la cartographie topographique de l’information. Surtout dans le cortex sensoriel et moteur, les régions adjacentes du cerveau ont tendance à représenter des informations provenant des régions adjacentes de l’organisme, entraînant des cartes du corps exprimée à la surface du cerveau. Les cartes sensorielles et motrices primaires du cerveau entourent un sulcus proéminent, connu comme le sillon central. Le cortex antérieur le sillon central est connu comme le gyrus précentral et contient le cortex moteur primaire, tandis que le cortex postérieur pour le sillon central est connu comme le gyrus postcentral et contient le cortex sensoriel primaire (Figure 1).

Figure 1
Figure 1 : cartes sensorielles et motrices autour du sillon central. Le cortex moteur primaire, qui contient une carte moteur des effecteurs de l’organisme, est antérieur au sillon central, dans le gyrus précentral du lobe frontal. Le primaire cortex somesthésique (sensoriels), qui reçoit les toucher, douleur et informations de température de parties externes du corps, se trouve derrière le sillon central, dans le gyrus postcentral du lobe pariétal.

Dans cette expérience, neuro-imagerie fonctionnelle est utilisée pour démontrer la carte moteur dans le gyrus précentral. Cette carte est souvent appelée l’homoncule moteur, qui signifie en Latin « petit homme », parce que c’est comme si il y a une version un peu de son que soi représenté dans cette partie du cerveau d’une personne. Une propriété intéressante de cette carte, c’est que plus cortical espace est consacré aux parties du corps nécessitant un contrôle précis, tels que les mains et la bouche, qui se traduit par une représentation disproportionnée de ces appendices dans le cortex. En outre, en raison de l’anatomie du système moteur, les neurones qui contrôlent le côté droit du corps sont à la gauche du cortex moteur primaire et vice versa. Par conséquent, lorsqu’un participant à l’expérience est invité à déplacer leur main droite ou le pied, une augmentation de l’activation sur leur gauche gyrus précentral est prévue.

Dans cette expérience, les participants sont priés de passer tour à tour leurs mains et leurs pieds, sur les côtés gauche et droit, alors que leur activité cérébrale est mesurée avec l’IRMf. Puisque le signal IRMf s’appuie sur l’oxygénation du sang, des changements qui sont lents en comparaison avec les mouvements que font les participants, les périodes de mouvement sont séparés par des périodes de calme pour s’assurer que les différentes conditions se distinguées les uns des autres et de la ligne de base au repos. Pour obtenir un calendrier précis des mouvements, les participants sont chargés sur le moment commencer et finir chaque mouvement avec un repère visuel. Les méthodes dans cette vidéo sont semblables à ceux utilisés par plusieurs études d’IRMf qui ont démontré la somatotopie dans le cortex moteur primaire. 1, 2

Cite this Video

JoVE Science Education Database. L'essentiel de la neuropsychologie. Cartes moteurs. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Procedure

1. recruter 20 participants.

  1. Confirmer que les participants n’ont pas d’antécédents de troubles neurologiques ou psychologiques.
  2. Confirmer que les participants sont tous droitiers en utilisant le questionnaire gaucher/droitier.
  3. Pour que les participants peuvent voir les repères visuels correctement, assurez-vous qu’ils ont normal ou corrigé à une vision normale.
  4. Assurez-vous que les participants n’ont aucun métal dans leur corps. Il s’agit d’une exigence de sécurité importante due au champ magnétique élevé impliqué en IRMf.
  5. Étant donné que l’IRMf exige se trouvant dans le petit espace du scanner d’alésage, confirment que les participants ne souffrent de claustrophobie.

2. l’analyse préalable des procédures

  1. Remplir les formulaires de pré-scan.
  2. Lorsque les participants viennent leur Scan IRMf, demandez-leur de première remplir un formulaire de grille métallique pour s’assurer qu’ils n’ont aucune contre-indications pour l’IRM, une forme de découvertes fortuites, donner son consentement pour leur analyse être regardé par un radiologue et un formulaire de consentement précisant les risques et les avantages de l’étude.
  3. Ont les participants de retirer tous les métaux de leur corps (y compris les ceintures, portefeuilles, téléphones, pinces à cheveux, pièces de monnaie et tous les bijoux) pour vous préparer à aller dans le scanner.

3. fournir des instructions pour le participant.

  1. Dire le participant que quand ils voient une main sur l’écran, ils sont d’abord passer sa main jusqu'à ce que le repère visuel disparaît. Informer le participant que le mouvement de la main consiste à toucher le pouce à chacun des doigts de la main même dans l’ordre et de répéter cette séquence dans l’ordre inverse. Lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté gauche de l’écran, ils doivent déplacer leur main gauche, et lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté droit de l’écran, ils doivent déplacer leur main droite.
  2. Dire le participant que quand ils voient un pied sur l’écran, ils veulent commencer à déplacer leurs pieds et continuent de le faire jusqu'à ce que le repère visuel disparaît. Informer le participant que le mouvement de pied implique appuyant répétitivement sur pied vers le bas, comme s’appuyant sur une pédale imaginaire. Lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté gauche de l’écran, ils doivent déplacer leur pied gauche, et lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté droit de l’écran, ils doivent déplacer leur pied droit.
  3. Insister sur l’importance de garder leur tête toujours, même quand ils sont déplacent leur main ou du pied au participant.

4. guide du participant dans le scanneur.

  1. Donner les bouchons d’oreilles participants (pour protéger leurs oreilles contre le bruit du scanner) et écouteurs (de porter afin qu’ils peuvent entendre l’expérimentateur lors de l’analyse) et demandez-leur de s’allonger sur le lit avec leur tête dans la bobine.
  2. Donner au participant la balle d’urgence squeeze et indiquez-lui à le presser en cas d’urgence pendant l’analyse.
  3. Fixer la tête du participant dans la bobine avec coussinets en mousse pour éviter le mouvement excessif pendant le balayage et rappeler le participant qu’il est très important de rester aussi immobile que possible lors de l’analyse, que même les plus petits mouvements brouiller les images.

5. collecte des données

  1. Recueillir un scan haute résolution anatomique.
  2. Commence l’analyse fonctionnelle.
    1. Coïncider le début de la présentation du stimulus avec le début du scanner.
    2. Présenter les repères visuels via un ordinateur portable connecté à un projecteur. Le participant doit avoir un miroir au-dessus de leurs yeux, reflétant qu'un écran à l’arrière du scanneur d’alésage.
    3. Présenter chaque repère visuel pour 12 s, suivi par 12 s de base de repos. Alterner entre la main gauche, main droite, pied gauche et pied droit.
    4. Répétez les quatre répétitions de chaque condition, pour un total de 6,5 min.

6. après analyse des procédures

  1. Amener le participant sur le scanner.
  2. Debrief du participant.
  3. Payer le participant.

7. analyse de données

  1. Les données de prétraitement.
    1. Effectuer la correction de mouvement pour réduire les artefacts de mouvement.
    2. Effectuer un filtrage temporel pour supprimer les dérives de signal.
    3. Lisser les données afin d’augmenter le rapport signal-sur-bruit.
  2. Modéliser les données pour chaque participant.
    1. Créer un modèle de ce que la réponse hémodynamique attendue devrait être pour chaque condition de travail.
    2. Ajuster les données à ce modèle, ayant pour résultat une carte statistique, où la valeur à chaque voxel représente l’étendue à laquelle ce voxel a participé à la condition de la tâche.
    3. S’inscrire à cerveau du participant à un atlas standard afin de combiner les données sur les participants.
  3. Combiner des cartes statistiques dans l’ensemble de sujets pour un groupe de niveau analyse des données.

Informations moteurs sont organisées selon des divisions anatomiques dans le cortex moteur primaire, création d’une carte topographique dans le cerveau.

Situé dans le gyrus précentral, représentations corticales du corps sont organisées en un homoncule moteur — « petit homme » — et sont disposés de manière inversée, tels que les zones qui contrôlent les orteils sont trouvent dans la paroi médiale et la langue est située à proximité du Sillon latéral.

En outre, parties du corps qui nécessitent un contrôle moteur volontaire, telles que les mains et leurs chiffres associés, ont des représentations plus grandes dans le cortex, par rapport aux caractéristiques anatomiques qui ne nécessitent pas cette manipulation précise — comme la hanche.

L’homoncule est également latéralisée, avec les neurones dans le cortex moteur primaire gauche — ici — contrôle le côté droit du corps et vice versa. Ainsi, en cas de déménagement leur hanche droite, il y a augmentation de l’activation corticale sur leur gauche gyrus précentral dans une région discrète.

Cette vidéo décrit en détail une expérience qui utilise la neuro-imagerie fonctionnelle moderne afin de démontrer l’organisation mappé en corps de l’humain cortex moteur primaire, y compris la façon de recueillir et d’analyser l’activité cérébrale lorsque les participants se déplacent leurs mains ou des pieds.

Dans cette expérience, l’activité cérébrale est mesurée à l’aide d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, abrégé en IRMf, tandis que les participants sont repérées répétitivement pour déplacer les différentes parties du corps, comme les chiffres sur leur gauche ou la main droite.

Cette technique s’appuie sur les changements dans les niveaux d’oxygénation sanguine, dénommés "BOLD" — dépendante du sang-oxygénation-niveau — réponse. Pour un regard en profondeur sur les principes qui sous-tendent la méthode, veuillez vous référer à une autre vidéo SciEd Essentials of Neuroscience Collection de JOVE, IRMf : imagerie de résonance magnétique fonctionnelle.

Dans le cadre présenté ici, quand une partie du corps, tels que le pied gauche, est la flexion en arrière, le débit sanguin cérébral oxygénés — fournie par les artères dans le cerveau — augmentations aux régions neurales qui sont actives au cours de ce mouvement, comme le cortex moteur primaire.

Cependant, cette réponse hémodynamique se produit plus lentement que le mouvement physique réel, qui garantit que les actions être séparés avec des périodes de repos.

Ainsi, chaque mouvement du corps est précisément chronométré pour distinguer les quatre conditions de l’autre : pied droit, pied gauche, main droite et main gauche.

Par exemple, les participants dans une machine d’IRMf sont invités à commencer gesticulant leur main gauche lorsqu’on s’affiche sur le côté gauche d’un écran de présentation.

Le mouvement de la main requis est effectivement complex et consiste à toucher le pouce à chaque doigt, dans l’ordre, en commençant par le pointeur. Ensuite, le participant doit répéter ces actions dans la direction opposée, commençant par l’auriculaire.

Mouvement est arrêté quand le cue — dans ce cas, l’image de la main gauche — disparaît de l’écran.

Même, quand ils voient un pied sur la droite, ils sont invités à déplacer leur pied droit en le poussant vers le bas à plusieurs reprises, jusqu'à ce que l’image disparaisse.

Ici, la variable dépendante est l’intensité de la réponse "BOLD" après un mouvement de la main ou du pied, qui peut ensuite être localisé à certaines régions du cerveau.

Pour un mouvement de la main gauche, activation cérébrale devrait principalement sur la surface droite dorso-latérale du gyrus précentral. En revanche, pour un mouvement de la main droite, activation cérébrale est prévue sur la surface dorso-latérale gauche. Ces résultats seraient alignerait sur l’homoncule moteur latéralisée.

Avant l’expérience, recruter les participants, qui sont droitiers, ont une vision normale ou corrigée-à la normale, n’ont pas des implants métalliques dans leur corps ou souffrent de claustrophobie en raison de préoccupations expérimentales de régulation et de sécurité.

Demandez-leur de remplir la paperasse pré-scan, qui inclut des questions liées aux questions de santé et de sécurité au cours de la session, par exemple de consentement pour un radiologue à regarder leurs images dans le cas de découvertes fortuites, en plus de détailler les risques et les avantages de l’étude.

Demander au participant de supprimer également tous les objets métalliques de leur corps, y compris les montres, téléphones, portefeuilles, clés, ceintures et pièces — se préparer à entrer dans la salle d’examen.

Ensuite, expliquer les règles de la tâche : l’appendice dont ils ont besoin de déplacer — dans ce cas, leur pied — apparaîtra comme un repère visuel sur le côté correspondant de l’écran. Démontrer comment ils doivent déplacer leurs pieds en appuyant à plusieurs reprises vers le bas, comme s’appuyant sur une pédale imaginaire.

Lorsqu’un repère de main apparaît, ils doivent toucher le pouce à chacun des doigts de la main même dans l’ordre et puis répétez cette séquence dans l’ordre inverse.

Maintenant, apporter le participant dans la salle d’imagerie. Fournir les bouchons d’oreilles pour protéger leurs oreilles des écouteurs et des bruits forts afin qu’ils peuvent entendre toute communication supplémentaire au cours de la session. Demandez-leur de s’allonger sur le lit avec leur tête dans la bobine et le fixer avec des coussinets en mousse pour éviter les mouvement excessif et flou lors de l’analyse.

Au-dessus des yeux des participants, placez un miroir qui reflète qu'un écran à l’arrière du scanneur d’alésage. Ensuite, leur donner une boule de squeeze à utiliser en cas d’urgence. Aussi leur rappeler qu’il est très important de rester comme toujours que possible tout le temps.

Après guidant le participant à l’intérieur de la machine, d’abord rassembler des images haute résolution et anatomiques. Pour commencer la partie fonctionnelle, synchroniser la présentation du stimulus avec le début du scanner.

Actuellement les repères visuels via un ordinateur portable connectés à un projecteur, chacune de 12 s, suivi par 12 s de base de repos. Alterner entre les quatre conditions : pied droit, pied gauche, main gauche et main droite — répéter chacun quatre fois moins de 6,5 min.

Une fois le scan terminé, diriger le participant hors de la salle. Debrief eux et fournir une compensation pour leur participation à l’étude.

Comme la première étape de l’analyse, les données de prétraitement en effectuant la correction de mouvement pour réduire les artefacts, filtrage pour supprimer les dérives signal temporels et spatiaux lissage pour augmenter le rapport signal-bruit.

En utilisant ces données, créer un modèle de la réponse hémodynamique attendu pour chaque condition de travail. Fixez ensuite, les données de ce modèle, ce qui entraîne une carte statistique pour chaque sujet, où la valeur à chaque voxel — un pixel 3D du volume — représente l’étendue à laquelle ce voxel a participé à la condition de la tâche.

S’inscrire à cerveau du participant à un atlas standard afin de combiner les données de chaque participant. Combinez alors, cartes statistiques tous les participants pour une analyse au niveau groupe. Notez que les changements dans la circulation sanguine sont représentés par des couleurs différentes sur la surface du cerveau.

Mouvements de la main droite, en bleu, a provoqué l’activation plus grande sur la face latérale gauche du gyrus précentral, alors que s’engager de la main gauche, représentée en vert, produit l’activation plus grande sur la surface latérale droite.

En outre, la flexion du bon pied, indiqué en bleu clair, produit l’activation sur la surface médiane gauche, tandis que l’activation plus grande pour les mouvements du pied gauche, en jaune, étaient sur la surface médiale droite.

Ces résultats suggèrent que des actions moteurs peuvent être localisées aux régions discrètes du cortex moteur primaire dans les deux hémisphères, soutenant l’homoncule moteur.

Maintenant que vous êtes familier avec l’exécution d’une expérience d’IRMf afin d’observer l’organisation du cortex moteur primaire, nous allons examiner comment le cerveau gère les mouvements après des dommages, ou la fixation des prothèses.

Dommage pour le gyrus précentral gauche, comme un accident vasculaire cérébral, peut conduire à des difficultés à se déplacer du côté droit du corps.

Comme vous avez appris dans cette vidéo, les parties qui sont touchées dépendent de l’étendue de la lésion : déficiences pourraient être petit et affectent un seul doigt, ou assez grande d’influencer tous les chiffres et le bras entier.

Alors que les représentations semblent simples, le cortex moteur primaire ne travaille pas seul, car il est juste un segment au sein d’un vaste réseau de régions qui sont impliqués dans la sélection, la planification et la coordination des mouvements. Ainsi, localisation des dommages peut-être pas aussi facile qu’il paraît.

Une approche thérapeutique potentielle pour l’amélioration de la fonction membre chez amputés implique des interfaces cerveau-ordinateur. Cette avancée techniquement méthode repose sur électromyographique ou des signaux EMG — la communication électrique entre les neurones moteurs et les mouvements des muscles.

Les chercheurs mettent au point des moyens d’intégrer des enregistrements EMG avec prothèses de membre à plus parfaitement contrôler moteur comportements, comme permanent, ou même marcher sur une rampe.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE aux cartes moteurs. Maintenant vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de concevoir et de mener l’expérience de l’IRMf et enfin comment analyser et interpréter les résultats d’activation de cerveau.

Merci de regarder !

Results

Dans cette expérience, les chercheurs ont mesuré l’activité cérébrale avec IRMf, tandis que les participants ont déplacé leurs mains ou des pieds. Analyse statistique des variations de débit sanguin est représentée par différentes couleurs sur la surface du cerveau atlas standard. Les couleurs identifient les voxels, dont cours de temps meilleurs correspondait à l’évolution prévue pour une affection spécifique.

Les résultats démontrent des foyers d’activation différents dans le gyrus précentral pour le mouvement des membres différents (Figure 2). Mouvement de la main droite produit l’activation plus grande sur la face latérale gauche du gyrus (bleu), tandis que le mouvement de la main gauche produit l’activation plus grande sur la surface latérale droite (vert). Lorsque les participants ont déplacé leurs pieds, activation est maximale lorsque le gyrus précentral s’étend autour de la surface médiane du cerveau. Mouvements de pied côté droit produisent l’activation sur la surface médiale gauche (cyan), tandis que l’activation plus grande pour les mouvements du pied gauche était sur la surface médiale droite (jaune).

Figure 2
Figure 2 : cerveau résultant du mouvement des mains et des pieds à travers les participants les activations. Bleu = mouvement de la main droite ; Vert = mouvement de la main gauche ; Cyan = mouvement du pied droit ; Jaune = mouvement du pied gauche.

Applications and Summary

Ces résultats démontrent le somatotopique, ou l’organisation mappé en corps du cortex moteur primaire humain. Ce mappage a des implications pour la façon dont des dommages au cerveau affectent le mouvement. Par exemple, les dommages pour le gyrus précentral gauche conduit à des difficultés à se déplacer du côté droit du corps, et les parties du cortex moteur primaire affectées peuvent mener aux problèmes dans le contrôle des parties spécifiques du corps. Toutefois, il est également important de noter que le cortex moteur primaire n'est qu’une des nombreuses régions du cerveau impliquées dans le contrôle du mouvement. Le gyrus précentral fait partie d’un vaste réseau de régions du cerveau qui participent à la sélection, la planification et la coordination des mouvements.

La capacité de mesurer l’activité des effecteurs spécifiques dans le cortex moteur mène également à la possibilité des interfaces cerveau-ordinateur, telles que celles permettant de contrôler des prothèses. Par exemple, en utilisant des enregistrements directs des neurones dans le cortex moteur primaire, les chercheurs ont montré que les singes peuvent contrôler un membre pour se nourrir. 3

References

  1. Lotze, M., et al. fMRI evaluation of somatotopic representation in human primary motor cortex. Neuroimage 11, 473-481 (2000).
  2. Rao, S.M., et al. Somatotopic mapping of the human primary motor cortex with functional magnetic resonance imaging. Neurology 45, 919-924 (1995).
  3. Velliste, M., Perel, S., Spalding, M.C., Whitford, A.S. & Schwartz, A.B. Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding. Nature 453, 1098-1101 (2008).

1. recruter 20 participants.

  1. Confirmer que les participants n’ont pas d’antécédents de troubles neurologiques ou psychologiques.
  2. Confirmer que les participants sont tous droitiers en utilisant le questionnaire gaucher/droitier.
  3. Pour que les participants peuvent voir les repères visuels correctement, assurez-vous qu’ils ont normal ou corrigé à une vision normale.
  4. Assurez-vous que les participants n’ont aucun métal dans leur corps. Il s’agit d’une exigence de sécurité importante due au champ magnétique élevé impliqué en IRMf.
  5. Étant donné que l’IRMf exige se trouvant dans le petit espace du scanner d’alésage, confirment que les participants ne souffrent de claustrophobie.

2. l’analyse préalable des procédures

  1. Remplir les formulaires de pré-scan.
  2. Lorsque les participants viennent leur Scan IRMf, demandez-leur de première remplir un formulaire de grille métallique pour s’assurer qu’ils n’ont aucune contre-indications pour l’IRM, une forme de découvertes fortuites, donner son consentement pour leur analyse être regardé par un radiologue et un formulaire de consentement précisant les risques et les avantages de l’étude.
  3. Ont les participants de retirer tous les métaux de leur corps (y compris les ceintures, portefeuilles, téléphones, pinces à cheveux, pièces de monnaie et tous les bijoux) pour vous préparer à aller dans le scanner.

3. fournir des instructions pour le participant.

  1. Dire le participant que quand ils voient une main sur l’écran, ils sont d’abord passer sa main jusqu'à ce que le repère visuel disparaît. Informer le participant que le mouvement de la main consiste à toucher le pouce à chacun des doigts de la main même dans l’ordre et de répéter cette séquence dans l’ordre inverse. Lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté gauche de l’écran, ils doivent déplacer leur main gauche, et lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté droit de l’écran, ils doivent déplacer leur main droite.
  2. Dire le participant que quand ils voient un pied sur l’écran, ils veulent commencer à déplacer leurs pieds et continuent de le faire jusqu'à ce que le repère visuel disparaît. Informer le participant que le mouvement de pied implique appuyant répétitivement sur pied vers le bas, comme s’appuyant sur une pédale imaginaire. Lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté gauche de l’écran, ils doivent déplacer leur pied gauche, et lorsque la file d’attente s’affiche sur le côté droit de l’écran, ils doivent déplacer leur pied droit.
  3. Insister sur l’importance de garder leur tête toujours, même quand ils sont déplacent leur main ou du pied au participant.

4. guide du participant dans le scanneur.

  1. Donner les bouchons d’oreilles participants (pour protéger leurs oreilles contre le bruit du scanner) et écouteurs (de porter afin qu’ils peuvent entendre l’expérimentateur lors de l’analyse) et demandez-leur de s’allonger sur le lit avec leur tête dans la bobine.
  2. Donner au participant la balle d’urgence squeeze et indiquez-lui à le presser en cas d’urgence pendant l’analyse.
  3. Fixer la tête du participant dans la bobine avec coussinets en mousse pour éviter le mouvement excessif pendant le balayage et rappeler le participant qu’il est très important de rester aussi immobile que possible lors de l’analyse, que même les plus petits mouvements brouiller les images.

5. collecte des données

  1. Recueillir un scan haute résolution anatomique.
  2. Commence l’analyse fonctionnelle.
    1. Coïncider le début de la présentation du stimulus avec le début du scanner.
    2. Présenter les repères visuels via un ordinateur portable connecté à un projecteur. Le participant doit avoir un miroir au-dessus de leurs yeux, reflétant qu'un écran à l’arrière du scanneur d’alésage.
    3. Présenter chaque repère visuel pour 12 s, suivi par 12 s de base de repos. Alterner entre la main gauche, main droite, pied gauche et pied droit.
    4. Répétez les quatre répétitions de chaque condition, pour un total de 6,5 min.

6. après analyse des procédures

  1. Amener le participant sur le scanner.
  2. Debrief du participant.
  3. Payer le participant.

7. analyse de données

  1. Les données de prétraitement.
    1. Effectuer la correction de mouvement pour réduire les artefacts de mouvement.
    2. Effectuer un filtrage temporel pour supprimer les dérives de signal.
    3. Lisser les données afin d’augmenter le rapport signal-sur-bruit.
  2. Modéliser les données pour chaque participant.
    1. Créer un modèle de ce que la réponse hémodynamique attendue devrait être pour chaque condition de travail.
    2. Ajuster les données à ce modèle, ayant pour résultat une carte statistique, où la valeur à chaque voxel représente l’étendue à laquelle ce voxel a participé à la condition de la tâche.
    3. S’inscrire à cerveau du participant à un atlas standard afin de combiner les données sur les participants.
  3. Combiner des cartes statistiques dans l’ensemble de sujets pour un groupe de niveau analyse des données.

Informations moteurs sont organisées selon des divisions anatomiques dans le cortex moteur primaire, création d’une carte topographique dans le cerveau.

Situé dans le gyrus précentral, représentations corticales du corps sont organisées en un homoncule moteur — « petit homme » — et sont disposés de manière inversée, tels que les zones qui contrôlent les orteils sont trouvent dans la paroi médiale et la langue est située à proximité du Sillon latéral.

En outre, parties du corps qui nécessitent un contrôle moteur volontaire, telles que les mains et leurs chiffres associés, ont des représentations plus grandes dans le cortex, par rapport aux caractéristiques anatomiques qui ne nécessitent pas cette manipulation précise — comme la hanche.

L’homoncule est également latéralisée, avec les neurones dans le cortex moteur primaire gauche — ici — contrôle le côté droit du corps et vice versa. Ainsi, en cas de déménagement leur hanche droite, il y a augmentation de l’activation corticale sur leur gauche gyrus précentral dans une région discrète.

Cette vidéo décrit en détail une expérience qui utilise la neuro-imagerie fonctionnelle moderne afin de démontrer l’organisation mappé en corps de l’humain cortex moteur primaire, y compris la façon de recueillir et d’analyser l’activité cérébrale lorsque les participants se déplacent leurs mains ou des pieds.

Dans cette expérience, l’activité cérébrale est mesurée à l’aide d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, abrégé en IRMf, tandis que les participants sont repérées répétitivement pour déplacer les différentes parties du corps, comme les chiffres sur leur gauche ou la main droite.

Cette technique s’appuie sur les changements dans les niveaux d’oxygénation sanguine, dénommés "BOLD" — dépendante du sang-oxygénation-niveau — réponse. Pour un regard en profondeur sur les principes qui sous-tendent la méthode, veuillez vous référer à une autre vidéo SciEd Essentials of Neuroscience Collection de JOVE, IRMf : imagerie de résonance magnétique fonctionnelle.

Dans le cadre présenté ici, quand une partie du corps, tels que le pied gauche, est la flexion en arrière, le débit sanguin cérébral oxygénés — fournie par les artères dans le cerveau — augmentations aux régions neurales qui sont actives au cours de ce mouvement, comme le cortex moteur primaire.

Cependant, cette réponse hémodynamique se produit plus lentement que le mouvement physique réel, qui garantit que les actions être séparés avec des périodes de repos.

Ainsi, chaque mouvement du corps est précisément chronométré pour distinguer les quatre conditions de l’autre : pied droit, pied gauche, main droite et main gauche.

Par exemple, les participants dans une machine d’IRMf sont invités à commencer gesticulant leur main gauche lorsqu’on s’affiche sur le côté gauche d’un écran de présentation.

Le mouvement de la main requis est effectivement complex et consiste à toucher le pouce à chaque doigt, dans l’ordre, en commençant par le pointeur. Ensuite, le participant doit répéter ces actions dans la direction opposée, commençant par l’auriculaire.

Mouvement est arrêté quand le cue — dans ce cas, l’image de la main gauche — disparaît de l’écran.

Même, quand ils voient un pied sur la droite, ils sont invités à déplacer leur pied droit en le poussant vers le bas à plusieurs reprises, jusqu'à ce que l’image disparaisse.

Ici, la variable dépendante est l’intensité de la réponse "BOLD" après un mouvement de la main ou du pied, qui peut ensuite être localisé à certaines régions du cerveau.

Pour un mouvement de la main gauche, activation cérébrale devrait principalement sur la surface droite dorso-latérale du gyrus précentral. En revanche, pour un mouvement de la main droite, activation cérébrale est prévue sur la surface dorso-latérale gauche. Ces résultats seraient alignerait sur l’homoncule moteur latéralisée.

Avant l’expérience, recruter les participants, qui sont droitiers, ont une vision normale ou corrigée-à la normale, n’ont pas des implants métalliques dans leur corps ou souffrent de claustrophobie en raison de préoccupations expérimentales de régulation et de sécurité.

Demandez-leur de remplir la paperasse pré-scan, qui inclut des questions liées aux questions de santé et de sécurité au cours de la session, par exemple de consentement pour un radiologue à regarder leurs images dans le cas de découvertes fortuites, en plus de détailler les risques et les avantages de l’étude.

Demander au participant de supprimer également tous les objets métalliques de leur corps, y compris les montres, téléphones, portefeuilles, clés, ceintures et pièces — se préparer à entrer dans la salle d’examen.

Ensuite, expliquer les règles de la tâche : l’appendice dont ils ont besoin de déplacer — dans ce cas, leur pied — apparaîtra comme un repère visuel sur le côté correspondant de l’écran. Démontrer comment ils doivent déplacer leurs pieds en appuyant à plusieurs reprises vers le bas, comme s’appuyant sur une pédale imaginaire.

Lorsqu’un repère de main apparaît, ils doivent toucher le pouce à chacun des doigts de la main même dans l’ordre et puis répétez cette séquence dans l’ordre inverse.

Maintenant, apporter le participant dans la salle d’imagerie. Fournir les bouchons d’oreilles pour protéger leurs oreilles des écouteurs et des bruits forts afin qu’ils peuvent entendre toute communication supplémentaire au cours de la session. Demandez-leur de s’allonger sur le lit avec leur tête dans la bobine et le fixer avec des coussinets en mousse pour éviter les mouvement excessif et flou lors de l’analyse.

Au-dessus des yeux des participants, placez un miroir qui reflète qu'un écran à l’arrière du scanneur d’alésage. Ensuite, leur donner une boule de squeeze à utiliser en cas d’urgence. Aussi leur rappeler qu’il est très important de rester comme toujours que possible tout le temps.

Après guidant le participant à l’intérieur de la machine, d’abord rassembler des images haute résolution et anatomiques. Pour commencer la partie fonctionnelle, synchroniser la présentation du stimulus avec le début du scanner.

Actuellement les repères visuels via un ordinateur portable connectés à un projecteur, chacune de 12 s, suivi par 12 s de base de repos. Alterner entre les quatre conditions : pied droit, pied gauche, main gauche et main droite — répéter chacun quatre fois moins de 6,5 min.

Une fois le scan terminé, diriger le participant hors de la salle. Debrief eux et fournir une compensation pour leur participation à l’étude.

Comme la première étape de l’analyse, les données de prétraitement en effectuant la correction de mouvement pour réduire les artefacts, filtrage pour supprimer les dérives signal temporels et spatiaux lissage pour augmenter le rapport signal-bruit.

En utilisant ces données, créer un modèle de la réponse hémodynamique attendu pour chaque condition de travail. Fixez ensuite, les données de ce modèle, ce qui entraîne une carte statistique pour chaque sujet, où la valeur à chaque voxel — un pixel 3D du volume — représente l’étendue à laquelle ce voxel a participé à la condition de la tâche.

S’inscrire à cerveau du participant à un atlas standard afin de combiner les données de chaque participant. Combinez alors, cartes statistiques tous les participants pour une analyse au niveau groupe. Notez que les changements dans la circulation sanguine sont représentés par des couleurs différentes sur la surface du cerveau.

Mouvements de la main droite, en bleu, a provoqué l’activation plus grande sur la face latérale gauche du gyrus précentral, alors que s’engager de la main gauche, représentée en vert, produit l’activation plus grande sur la surface latérale droite.

En outre, la flexion du bon pied, indiqué en bleu clair, produit l’activation sur la surface médiane gauche, tandis que l’activation plus grande pour les mouvements du pied gauche, en jaune, étaient sur la surface médiale droite.

Ces résultats suggèrent que des actions moteurs peuvent être localisées aux régions discrètes du cortex moteur primaire dans les deux hémisphères, soutenant l’homoncule moteur.

Maintenant que vous êtes familier avec l’exécution d’une expérience d’IRMf afin d’observer l’organisation du cortex moteur primaire, nous allons examiner comment le cerveau gère les mouvements après des dommages, ou la fixation des prothèses.

Dommage pour le gyrus précentral gauche, comme un accident vasculaire cérébral, peut conduire à des difficultés à se déplacer du côté droit du corps.

Comme vous avez appris dans cette vidéo, les parties qui sont touchées dépendent de l’étendue de la lésion : déficiences pourraient être petit et affectent un seul doigt, ou assez grande d’influencer tous les chiffres et le bras entier.

Alors que les représentations semblent simples, le cortex moteur primaire ne travaille pas seul, car il est juste un segment au sein d’un vaste réseau de régions qui sont impliqués dans la sélection, la planification et la coordination des mouvements. Ainsi, localisation des dommages peut-être pas aussi facile qu’il paraît.

Une approche thérapeutique potentielle pour l’amélioration de la fonction membre chez amputés implique des interfaces cerveau-ordinateur. Cette avancée techniquement méthode repose sur électromyographique ou des signaux EMG — la communication électrique entre les neurones moteurs et les mouvements des muscles.

Les chercheurs mettent au point des moyens d’intégrer des enregistrements EMG avec prothèses de membre à plus parfaitement contrôler moteur comportements, comme permanent, ou même marcher sur une rampe.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE aux cartes moteurs. Maintenant vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de concevoir et de mener l’expérience de l’IRMf et enfin comment analyser et interpréter les résultats d’activation de cerveau.

Merci de regarder !

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