Estimulação Combinada de Nervos Periféricos e Parâmetro de Pulso Controlável Estimulação Magnética Transcraniana para Sonda de Controle Sensório-Motor e Aprendizagem

Múltiplas alças sensório-motoras convergem no córtex motor para formar projeções do trato piramidal para neurônios motores espinhais e interneurônios¹. No entanto, como essas alças sensório-motoras interagem para moldar as projeções corticoespinhais e o comportamento motor permanece uma questão em aberto. A inibição aferente de curta latência (IAF) fornece uma ferramenta para sondar as propriedades funcionais de alças sensório-motoras convergentes na saída do córtex motor. A IAC combina estimulação magnética transcraniana cortical motora (EMT) com estimulação elétrica do nervo aferente periférico correspondente.

A EMT é um método não invasivo para estimular com segurança neurônios motores piramidais transsinapticamente no cérebro humano ^2,3. A EMT envolve a passagem de uma corrente elétrica grande e transitória através de um fio enrolado colocado no couro cabeludo. A natureza transitória da corrente elétrica cria um campo magnético em rápida mudança que induz uma corrente elétrica no cérebro⁴. No caso de um único estímulo da EMT, a corrente induzida ativa uma série de entradas excitatórias para os neurônios motores^{piramidais5-7}. Se a força das entradas excitatórias geradas for suficiente, a atividade descendente provoca uma resposta muscular contralateral conhecida como potencial evocado motor (PEmáx). A latência da PEmáx reflete o tempo de condução corticomotora⁸. A amplitude da PEmáx indexa a excitabilidade dos neurônios corticoespinhais⁹. O estímulo único da EMT que provoca a PEmáx também pode ser precedido por um estímulo condicionante^10,11,12. Esses paradigmas de pulso pareado podem ser usados para indexar os efeitos de vários pools de interneurônios sobre o débito corticoespinhal. No caso do IAF, o estímulo do condicionamento elétrico periférico é utilizado para sondar o impacto do voleio aferente sobre a excitabilidade cortical motora^11,13,14,15. O tempo relativo do estímulo da EMT e da estimulação elétrica periférica alinha a ação do estímulo da EMT no córtex motor com a chegada das projeções aferentes ao córtex motor. Para a IAC nos músculos distais dos membros superiores, o estímulo do nervo mediano tipicamente precede o estímulo da EMT em 18-24 ms11,13,15,16. Ao mesmo tempo, a IAC aumenta à medida que aumenta a força do voleio aferente induzido pelo estímulo periférico13,17,18.

Apesar de sua forte associação com as propriedades extrínsecas da projeção aferente para o córtex motor, a ISC é um fenômeno maleável implicado em muitos processos de controle motor. Por exemplo, o IAC é reduzido em músculos relevantes para a tarefa antes de um movimento iminente 19,20,21, mas é mantido em representações motoras irrelevantes para tarefas adjacentes^19,20,22. Hipotetiza-se que a sensibilidade à relevância da tarefa reflita um mecanismo de inibição surround²³ que visa reduzir o recrutamento indesejado de efetores. Mais recentemente, foi proposto que a redução do IAC no efetor relevante para a tarefa pode refletir um fenômeno de gating relacionado ao movimento projetado para suprimir a aferência sensorial esperada²¹ e facilitar correções durante o planejamento e execução sensório-motora²⁴. Independentemente do papel funcional específico, a ISC correlaciona-se com reduções na destreza manual e eficiência de processamento²⁵. A alteração da ISC também está associada ao aumento do risco de quedas em idosos 26 e comprometimento da função sensório-motora na doença de Parkinson 26,27,28 e em indivíduos com distonia focal das mãos ²⁹.

Evidências clínicas e farmacológicas indicam que as vias inibitórias mediadoras da ISC são sensíveis à modulação colinérgica central³⁰. Por exemplo, a administração do antagonista muscarínico do receptor de acetilcolina escopolamina reduz a ISC³¹. Em contraste, o aumento da meia-vida da acetilcolina via inibidores da acetilcolinesterase aumenta a ISC^32,33. Consistente com evidências farmacológicas, a ISC é sensível a vários processos cognitivos com envolvimento colinérgico central, incluindo excitação 34, recompensa³⁵, alocação de atenção 21,36,37 e memória^38,39,40. A ISC também está alterada em populações clínicas com déficits cognitivos associados à perda de neurônios colinérgicos, como doença de Alzheimer41,42,43,44,45,46,47, doença de Parkinson (com comprometimento cognitivo leve)^48,49,50 e comprometimento cognitivo ^leve47,51,52. A modulação diferencial da ISC por vários benzodiazepínicos com afinidades diferenciais para vários tipos de subunidades de receptores do ácido γ-aminobutírico tipo A (GABA_A) sugere que as vias inibitórias da ISC são distintas das vias que mediam outras formas de inibição do pulso pareado³⁰. Por exemplo, o lorazepam diminui o ISC, mas aumenta a inibição cortical de curto intervalo (SICI)⁵³. O zolpidem reduz a ISC, mas tem pouco efeito sobre a SICI⁵³. Diazepam aumenta SICI, mas tem pouco impacto sobre SAI⁵³. A redução do ISC por esses moduladores alostéricos positivos da função do receptor_{GABA A}, aliada à observação de que o GABA controla a liberação de acetilcolina no tronco cerebral e córtex⁵⁴, levou à hipótese de que o GABA modula a via colinérgica que se projeta para o córtex sensório-motor para influenciar a ISC⁵⁵.

Recentemente, a IAC tem sido utilizada para investigar interações entre as alças sensório-motoras que definem processos de controle motor de procedimentos e aquelas que alinham processos procedimentais a objetivos explícitos de cima para baixo e processos de controle cognitivo 21,36,37,38. O envolvimento colinérgico central na ISC³¹ sugere que a ISC pode indexar uma influência executiva sobre o controle sensório-motor e a aprendizagem do procedimento. É importante ressaltar que esses estudos começaram a identificar os efeitos únicos da cognição em circuitos sensório-motores específicos, avaliando a ISC usando diferentes direções de corrente da EMT. Os estudos de IAC tipicamente empregam corrente induzida póstero-anterior (PA), enquanto apenas alguns estudos de IAC empregaram corrente induzida anteroposterior (AP)⁵⁵. No entanto, o uso da EMT para induzir PA em comparação com a corrente PA durante a avaliação da IAC recruta circuitos sensório-motores distintos^16,56. Por exemplo, circuitos sensório-motores sensíveis ao PA, mas não sensíveis ao PA, são alterados pela modulação cerebelar ^37,56. Além disso, circuitos sensório-motores sensíveis ao PA, mas não sensíveis ao PA, são modulados pela carga de atenção³⁶. Finalmente, a atenção e as influências cerebelares podem convergir para os mesmos circuitos sensório-motores sensíveis ao PA, levando a alterações desadaptativas nesses circuitos³⁷.

Os avanços na tecnologia da EMT proporcionam flexibilidade adicional para manipular a configuração do estímulo da EMT empregado durante aplicações de pulso único, pulso pareado e repetitivas^57,58. Os estimuladores TMS (cTMS) de parâmetros de pulso controláveis estão agora comercialmente disponíveis para uso em pesquisa em todo o mundo, e fornecem controle flexível sobre a largura e a forma do pulso⁵⁷. O aumento da flexibilidade decorre do controle da duração da descarga de dois capacitores independentes, cada um responsável por uma fase separada do estímulo da EMT. A natureza bifásica ou monofásica do estímulo é governada pela amplitude relativa de descarga de cada capacitor, um parâmetro chamado razão M. Estudos de EMTc combinaram a manipulação da largura de pulso com diferentes direções de corrente para demonstrar que as larguras de pulso fixas usadas por estimuladores convencionais de EMT (70-82 μs)^59,60 provavelmente recrutam uma mistura de circuitos sensório-motores funcionalmente distintos durante a^ISC56. Portanto, a EMTc é uma ferramenta empolgante para desvendar ainda mais o significado funcional de várias alças sensório-motoras convergentes no desempenho sensório-motor e na aprendizagem.

Este manuscrito detalha uma abordagem única da ISC para estudar a integração sensório-motora que integra a estimulação elétrica periférica com a EMTc durante comportamentos sensório-motores. Essa abordagem melhora a abordagem típica da ISC ao avaliar o efeito de projeções aferentes em populações selecionadas de interneurônios no córtex motor que governam o débito corticoespinhal durante o comportamento sensório-motor contínuo. Embora relativamente nova, a EMTc oferece uma vantagem distinta no estudo da integração sensório-motora em populações típicas e clínicas. Além disso, a abordagem atual pode ser facilmente adaptada para uso com estimuladores convencionais de EMT e para quantificar outras formas de inibição e facilitação aferente, como a inibição aferente de longa latência (IAF)¹³ ou a facilitação aferente de curta latência (FAS)¹⁵.