El alcance dirigido a objetivos es un comportamiento motor fundamental que permite a los humanos interactuar y manipular el entorno externo. El estudio del alcance en los campos de la fisiología motora, la psicología y la neurociencia ha producido una literatura rica y extensa que incluye una variedad de metodologías. Los primeros estudios de alcance utilizaron grabaciones neuronales directas en primates no humanos para investigar la actividad neuronal a nivel de neuronas individuales ^1,2. Estudios más recientes han investigado el alcance utilizando paradigmas conductuales que emplean la adaptación sensoriomotora para explorar la naturaleza del aprendizaje motor y el control ^3,4,5. Tales tareas conductuales combinadas con imágenes de resonancia magnética funcional y electroencefalografía pueden medir la actividad cerebral total durante la llegada en humanos ^6,7. Otros estudios han aplicado TMS en línea para investigar diversas características de la preparación y ejecución del alcance 8,9,10,11,12,13,14. Sin embargo, sigue siendo necesario un enfoque flexible y de código abierto que combine la evaluación conductual de alcanzar con TMS. Si bien la utilidad de combinar TMS con protocolos de comportamiento está muy bien establecida¹⁵, aquí, examinamos específicamente la aplicación de TMS en el contexto de alcanzar un enfoque de código abierto. Esto es novedoso en el sentido de que otros grupos que han publicado utilizando esta combinación de métodos no han hecho que sus herramientas estén fácilmente disponibles, prohibiendo la replicación directa. Este enfoque de código abierto facilita la replicación, el intercambio de datos y la posibilidad de estudios de múltiples sitios. Además, si otros desean realizar nuevas preguntas de investigación con herramientas similares, el código de fuente abierta puede actuar como una plataforma de lanzamiento para la innovación, ya que es fácilmente adaptable.

TMS ofrece un medio no invasivo de sondeo del sistema motor en puntos de tiempo controlados con precisión¹⁶. Cuando se aplica sobre la corteza motora primaria (M1), TMS puede provocar una desviación medible en el electromiograma de un músculo objetivo. La amplitud de esta onda de voltaje, conocida como potencial evocado motor (MEP), proporciona un índice del estado de excitabilidad momentánea de la vía corticoespinal (CS), un análogo resultante de todas las influencias excitatorias e inhibitorias en la vía CS¹⁷. Además de proporcionar una medición confiable dentro del sujeto de la excitabilidad intrínseca de CS, TMS se puede combinar con otras métricas conductuales o cinemáticas para investigar las relaciones entre la actividad de CS y el comportamiento de una manera temporalmente precisa. Muchos estudios han utilizado una combinación de EMT y electromiografía (EMG) para abordar una variedad de preguntas sobre el sistema motor, particularmente porque esta combinación de métodos hace posible investigar los MEP bajo una amplia gama de condiciones de comportamiento¹⁵. Un área donde esto ha demostrado ser particularmente útil es en el estudio de la preparación de la acción, más a menudo a través del estudio de los movimientos de una sola articulación¹⁸. Sin embargo, hay comparativamente menos estudios de TMS de movimientos multiarticulares naturalistas como alcanzar.

El objetivo actual era diseñar una tarea de respuesta retardada que incluyera cinemática conductual, administración de TMS de pulso único en línea y registro simultáneo de EMG de múltiples músculos. La tarea incluye un paradigma de alcance bidimensional punto a punto con retroalimentación visual en línea utilizando un monitor orientado horizontalmente de modo que la retroalimentación visual coincida con las trayectorias de alcance (es decir, una relación 1: 1 durante la retroalimentación verídica y sin transformación entre la retroalimentación visual y el movimiento). El diseño actual también incluye un conjunto de ensayos con una perturbación visuomotora. En el ejemplo proporcionado, se trata de un desplazamiento de rotación de 20° en la retroalimentación del cursor. Estudios previos han utilizado un paradigma de alcance similar para abordar preguntas sobre los mecanismos y cálculos asociados con la adaptación sensoriomotora 19,20,21,22,23,24,25. Además, este enfoque permite evaluar la dinámica de excitabilidad del sistema motor en puntos de tiempo precisos durante el aprendizaje motor en línea.

Debido a que alcanzar ha demostrado ser un comportamiento fructífero para investigar el aprendizaje / adaptación, evaluar la excitabilidad de CS en el contexto de este comportamiento tiene un enorme potencial para arrojar luz sobre los sustratos neuronales involucrados en estos comportamientos. Estos pueden incluir influencias inhibitorias locales, cambios en las propiedades de sintonización, el momento de los eventos neuronales, etc., como se ha establecido en la investigación de primates no humanos. Sin embargo, estas características han sido más difíciles de cuantificar en humanos y poblaciones clínicas. La dinámica neuronal también se puede investigar en ausencia de movimiento manifiesto en humanos utilizando el enfoque combinado TMS y EMG (es decir, durante la preparación del movimiento o en reposo).

Las herramientas presentadas son de código abierto y el código es fácilmente adaptable. Este novedoso paradigma producirá importantes conocimientos sobre los mecanismos involucrados en la preparación, ejecución, terminación y adaptación de los movimientos de alcance. Además, esta combinación de métodos tiene el potencial de descubrir relaciones entre la electrofisiología y el comportamiento alcanzado en humanos.