במחקר זה נעשה שימוש בגירוי מגנטי טרנס-קרני חד-פעמי על קליפת המוח המוטורית העיקרית, נוירונו-ווגנציה ורישום הפעילות האלקטרומיוגרפית של שרירי היד כדי לחקור את ההתרגשות הקורטיקוספינלית בזמן שהמשתתפים צפו ברצפי פעולה.
מחקר זה השתמש בטכניקת הגירוי המגנטי הטרנס-קרנאלי/מנוע המעורר פוטנציאל (TMS/MEP) כדי לאתר במדויק מתי הנטייה האוטומטית לשקף פעולה של מישהו אחר הופכת לסימולציה של פעולה משלימה. TMS נמסר לקליפת המוח המוטורית העיקרית השמאלית המתאימה ליד כדי לגרום לרמה הגבוהה ביותר של פעילות MEP משרירי הדיגיטציה החוטפת (ADM; השריר המשרת חטיפת אצבע קטנה) כמו גם את שרירי האינטרוסאוס הגבי הראשון (FDI; השריר המשרת כיפוף/הרחבה של האצבע המורה). מערכת נוירונים שימשה לשמירה על המיקום של סליל TMS, ופעילות אלקטרומיוגרפית (EMG) נרשמה משרירי ה- ADM וה- FDI הנכונים. הפקת נתונים מקוריים לגבי תהודה מוטורית, טכניקת TMS / MEP המשולבת לקחה מחקר על מנגנון צימוד תפיסה-פעולה צעד אחד קדימה. באופן ספציפי, הוא ענה על השאלות כיצד ומתי התבוננות בפעולותיו של אדם אחר מייצרת הנחיה מוטורית בשרירים המתאימים של הצופה ובאיזה אופן עצביות קורטיקוספינלית מווסתת בהקשרים חברתיים.
במהלך עשר השנים האחרונות מחקר מדעי המוח שינה במידה רבה את התפיסה המסורתית של המערכת המוטורית. כמות ניכרת של נתונים מרמזת כי התבוננות בתנועות הגוף של מישהו אחר מפעילה ייצוגים מוטוריים במוחו של הצופה (למשל1-3). מחקרים אלה הראו כי קליפת המוח המוטורית של צופה משכפלת באופן דינמי פעולות שנצפו כאילו אלה מבוצעות על ידי הצופה עצמו. גירוי מגנטי Transcranial (TMS) שימושי כדי להעריך את ההתרגשות קורטיקוספינל (CS) עם רזולוציה זמנית גבוהה יחסית על מנת לעקוב אחר שינויים מרגש בזמן שמישהו מתבונן מישהו אחר ביצוע פעולה.
העיקרון הבסיסי של תפקוד TMS הוא שזרם חשמלי ראשוני משתנה בסליל גירוי מייצר שדה מגנטי משתנה, אשר בתורו גורם לזרימה משנית של זרם חשמלי אצל מוליכים סמוכים – במקרה זה, רקמה קליפתית – כפי שנקבע בחוק4של פאראדיי . המוח הוא מוליך אינומוגניים המורכב מחומר לבן, חומר אפור ונוזל עמוד שדרה מוחי עם מוליכות 0.48, 0.7 ו 1.79 S/m, בהתאמה5. ניתוח מראה כי לצורך גירוי מגנטי, המוח יכול להיות מטופל כמו מוליך הומוגני5. דפולריזציה של נוירונים מיוצרת מכוח הזרם המושרה. בלב התהליך נמצאת העברת המטען על פני קרום העצבים על מנת להעלות את הפוטנציאל התאי שלו על 30-40 mV. בנקודה כי יונים חיוביים מונעים לתוך תא עצב, הפוטנציאל תאיים שלה יעלה, ואם העלייה מספיקה, פוטנציאל פעולה תוצאות5. פריורי ועמיתיו6 היו הראשונים להראות כי זרם חלש יכול לווסת את ההתרגשות של קליפת המוח המוטורית האנושית, כפי שנמדד על ידי משרעת הפוטנציאל המוטורי (MEP) מ- TMS. חלק גדול מהעבודה הכרוכה בגירוי מגנטי של קליפת המוח המוטורית האנושית אכן התמקד בתגובות EMG בשרירי היד המהותיים7. בשנת 2004 Uozomi ועמיתיו8 חשפו כי spTMS מעל אזור 44 יכול בקלות להפריע תנועות יד מונחה מטרה והפיק מנוע עורר פוטנציאל משרירי היד. לאזור האנושי 44 יש השפעות מנחות ומעכבות על תנועות אצבע טוניק ופאסיות9-10, ויש לו תחזיות קורטיקוספיןליות ישירות.
העדות הראשונה כי רגישות CS מווסת לא רק במהלך תנועות התנדבותיות, אלא גם במהלך תצפית פעולה הופק על ידי Fadiga ועמיתיו בשנת 19953. TMS הוחל על אזורי היד של קליפת המוח המוטורית העיקרית (M1) ו MEPs נרשמו משרירי יד מנוגדים בעוד מתנדב הונחה לצפות בתנועות ארעיות ותוך-עקשנות (הראשונים מכוונים למטרה, האחרונים אינם). משרעת של MEPs נרשם opponens pollicis (OP) ושרירי FDI נמצאה להיות מוגברת במהלך תצפית של פעולות אחיזה ביחס לזה רשום בתנאי שליטה. כך עלתה השאלה: האם השרירים המתאפשרים במהלך התבוננות בפעולה הם אותם השרירים המנוצלים במהלך ביצוע הפעולה? תגובות EMG בשרירי היד שנרשמו בזמן שאובייקט נתפס ובמהלך תנועות הרמת זרוע נמצאו כולן בדיוק לשכפל את התבנית של MEPs שעורר TMS במהלך תצפית פעולה. כמה קבוצות מחקר הצליחו לחזור על אותם ניסויים ותכננו אחרים11-16.
במהלך התבוננות בפעולה, המערכת המוטורית של הצופה בפועל “מהדהדת” עם התנועות שנצפו ומדמה מתחת לסף פעולות אלה בצורה תואמת לחלוטין. כמו השרירים המעורבים הצופה זהים לאלה המשמשים את האדם המבצע את הפעולה, הם בשילוב זמני עם הדינמיקה של הפעולה שנצפו. בשנת 2001 גנגיטנו ועמיתיו הראו כי מערכת התאמת ביצוע-תצפית קשורה לפעולה שנצפתה גם במונחים של קידוד זמנישלה 17. משרעת MEP גדלה ככל שצמצם האצבע גדל וקטן יותר בשלב הסגירה. קלארק ואח ‘. 18 יצאו להעריך את הספציפיות של הנחיית קורטיקוספינל (CS) בזמן שהמשתתפים צפו, התבקשו לדמיין, או הבחינו בפעולות שנאמר להם שמאוחר יותר הם יצטרכו לבצע. החוקרים דיווחו כי לא נראה שיש הבדלים מובהקים סטטיסטית בשלושת התנאים הללו.
יש לפחות שתי השערות המסבירות הנחיית MEP הנגרמת על ידי התבוננות בפעולה. על פי הראשון, השיפור של רגישות M1 מופק באמצעות קשרים קורטיקו קליפת המוח סינאפסות. על פי השני, TMS מגלה, באמצעות מטח יורד CS, הנחיה של motoneurons (MNs). אפנון משרעת MEP הנגרמת על ידי וריאציות M1 או MNs רגישות לא ניתן להבחין. כמו בלדייסרה ואח ‘. 19 רצו לחקור את רגישות חוט השדרה הקשורים להקלה MEP, הם החליטו למדוד את משרעת של רפלקס הופמן (עורר על ידי גירוי סיבים afferent בעצבים היקפיים) בשרירי האמה מכופף אצבע בעוד מתנדבים הבחינו פעולות יד מכוונת מטרה. הם דיווחו כי בעוד אפנון של רגישות קליפת המוח חיקה מקרוב את התנועות שנצפו כאילו אלה מבוצעים על ידי הצופה הוא / עצמה, רגישות חוט השדרה נראה מווסת הדדית. חוקרים אלה ראו בהשפעה ביטוי למנגנון החוסם ביצוע גלוי של פעולות שנצפו. אפנון של פוטנציאל מוטורי עורר על ידי TMS במהלך תצפית פעולה3,20,21 נראה ספציפי, ולאחר מכן, עבור השרירים המעורבים בביצוע פעולה3 ועוקב, באופן צפוי22, דפוס הפעלה זמנית זהה17,23. לאורך קווים אלה, Urgesi ועמיתיו24,25 מצאו לאחרונה כי התבוננות של שלבי התחלה ואמצע של פעולות אחיזה עוררה הנחיה מוטורית גבוהה משמעותית מאשר התבוננות בתנוחות הסופיות שלהם. ההנחיה המוטורית הייתה מקסימלית עבור התמונות שעוררו פעולות מתמשכות אך לא שלמות. התוצאות מספקות ראיות משכנעות לכך שהמרכיב הקדמי של מערכת התאמת התצפית-ביצוע ממלא תפקיד חשוב בקידוד החזוי של התנהגויות מוטוריות של אחרים.
עם זאת, אין להכחיש כי אינטראקציה מוצלחת בעולם האמיתי דורשת לעתים קרובות פעולות משלימות ולא אמולטיות26 וכי חיקוי אינו תמיד תגובה יעילה או מתאימה לתצפית פעולה. במקרים שבהם, למשל, מישהו מושיט למישהו אחר ספל המוחזק בידיתו, כולנו יודעים שהמקלט, בלי לחשוב, יתפוס את הספל בתנועת יד שלמה (היחידה שתתאים במצב זה). מעט מאוד ידוע לגבי האופן שבו הנטייה הבלתי גמישה להתאים פעולות שנצפו למערכת המוטורית שלנו יכולה להתפייס עם הבקשה להכין תגובות לא מזוהות. במובן זה, כמה חוקרים הראו כי ההשפעות האוטומטיות של שיקוף ניתן לבטל לאחר אימון לא תואם: מראה ותגובות נגד מראה נראה לעקוב אחר אותו timecourse27,28. מעניין, בניגוד למחקרים קודמים, MEPs המושרה על ידי spTMS שימשו לאחרונה כדי להעריך הפעלה קורטיקוספינלית ספונטנית בעוד קטעי וידאו מעוררים מחוות משלימות אמולטיביות או לא זהות היו פשוט נצפו29,30. התוצאות הראו מעבר טבעי מאמולטיב לפעולה הקשורה להקשר בפעילות קורטיקוספינלית. מנגנון התאמה בתחילת רצף פעולה הפך למנגנון משלים אם התבררה בקשה לפעולה הדדית.
תוך ניצול תוצאות אלה, המחקר הנוכחי תוכנן לקבוע באופן ספציפי, באמצעות טכניקת TMS / MEP המשולבת, באיזה שלב המעבר הספונטני מהחיקוי להדדיות מתרחש כאשר תצפית פעולה מעוררת תגובה משלימה. חברי פרלמנט נרשמו אז בחמישה רגעים שונים של הרצף משרירי היד FDI ו- ADM. אנו משערים כי חברי פרלמנט שנרשמו באותו זמן הצופה בתחילה לתפוס אחיזה ביד שלמה עלול לעורר הן ADM ו- FDI השרירים הקלה כי שרירים כאלה מגויסים בדרך כלל עבור אחיזה כזו. לעומת זאת, כאשר המחווה שנצפתה מעוררת מחווה משלימה לא מזוהה(כלומר PG) במשקיף, רק חברי פרלמנט שנרשמו משריר ה- FDI צריכים לחשוף עלייה בולטת בהפעלה. הסיבה לכך היא PG אינו מרמז על גיוס של שריר ADM. אנו גם צופים כי כאשר הפעולה שנצפו אינה מעבירה כל משמעות חברתית, השפעות הנחיה סימטריות פשוטות צריכות לצוץ במהלך כל רצף הפעולה.
השלבים הקריטיים ביותר במדידת אפנון בהתרגשות CS בבני אדם במהלך תצפית פעולה הם: 1) עיצוב / צילום קטעי וידאו שגורמים לנטיית פעולה בצופה צופה תגובות אמוליטיביות ומשלימות; 2) קביעת האירועים הקינטמטיים המאפיינים את השלבים השונים של פעולות המודל לגירוי TMS של נעילת זמן בהתאם; 3) זיהוי תנוחת הקרקפת האופטימלית עבור כל שריר יד ושמירה על מיקום עקבי לאורך כל הניסוי; 4) כראוי רישום פעילות EMG מן השרירים מגורה.
מחקרים קודמים העושים שימוש בטכניקת TMS/MEP הראו כי הפעלה קורטיקוספינלית הנובעת מהתבוננות בפעולה אינה תמיד בעלת הטיה חיקוי, אך, בהתאם לגורמים הקשריים, יכולה גם הפעלה מוטורית ראשונית לפעולות משלימות29,30. מחקרי TMS חד-פעמיים הראו כי התבוננות ברצף פעולה דו-שלבי שבו מוטבעת בקשה משלימה מבקשת מעבר מחיקוי לתגובה בפעילות הקורטיקוספינלית של המשתתפים. מחקר זה הולך צעד אחד קדימה על ידי מראה מתי בדיוק המתג מתרחש ומדגים כי בני אדם מסוגלים לצפות את הכוונה החברתית של פעולה על ידי התבוננות רמזים קינמטיים מוקדם איתות הצורך / בקשה לתגובה משלימה. מידע על תנועה מתקדמת אכן מספיק לצופה כדי להסיק מסקנות לגבי הכוונה שמאחוריו. מנגנונים שבבסיס התבוננות בפעולה נראים אז כרגישים, מהירים ורגישים לבקשות מורכבות המוטמעות בהקשרים חברתיים. מחקר עתידי ימשיך לנתח אם העיבוד הוא סדרתי או מקבילי. מחקרי הדמיה מוחית המשתמשים בפרדיגמות כמו זו המשמשת כאן יוכלו להבהיר עוד יותר את התהליך הזה, תוך תיווי הרשתות הקליפתיות שבבסיס היכולת לעבור מהדמייה להדדיות.
תוצאות אלה יצביעו גם על הדרך עבור יישומים עתידיים של טכניקות TMS / EMG ללמוד רגישות CS וגמישות מערכת המנוע. מחקרים רבים כבר הראו כי מדידות TMS של תפקוד קליפת המוח המוטורית הן בטוחות, אמינות, ופוטנציאליות שימושיות בסביבה הקלינית40.46. השוואות אורך של משרעת MEP יכול, למעשה, לספק הערכה ישירה של השפעות פלסטיות קליפת המוח מוטורית.
מחקרים אחרונים דיווחו כי תצפית פעולה יש השפעה חיובית על שיקום שלאחר שבץ של גירעונות מוטוריים והוא יכול להיות מנוצל לטובה כדי להפעיל מחדש אזורים מוטוריים אצל אנשים הזקוקים לשקם שליטה מוטורית47. אסטרטגיה משלימה של טיפול בהתבוננות בפעולה יכולה, אם כן, להתפתח, העוזרת שימוש בהתבוננות במחוות משלימות כדי להפעיל מחדש מיומנויות מוטוריות לקויות. אם, כפי שזה נראה, התנהגות מוטורית היא תוצאה של גורמים פנימיים וחיצוניים כאחד, תצפית פעולה צריכה להיכלל בפרוטוקולי אימון שמטרתם לשקם סוג זה של חולה. התבוננות בפעולות יומיומיות יחד עם תרגול גופני יכולה לסלול את הדרך לאסטרטגיית שיקום יעילה יותר. עד כה, יתר על כן, רק אמצעים עקיפים כגון קשקשים פונקציונליים או סובייקטיביים שימשו להערכת שיפור קליני; בעתיד TMS / EMG הערכה ניתן להשתמש כדי למדוד שיפור תפקודי בחולים אלה.
לסיכום, מחקר זה מציין כיצד ומתי התבוננות בפעולותיו של אדם אחר מייצרת הנחיה מוטורית בשרירים המקבילים של הצופה ובאיזה אופן מעוררות קורטיקוספינלית מווסתת בהקשרים חברתיים. זה גם מאשר כי פוטנציאל המנוע עורר על ידי TMS הם בטוחים, אינדיקטורים אמינים של רגישות CS אפנון במהלך תצפית פעולה.
The authors have nothing to disclose.
לואיזה סרטורי נתמכה על ידי מענק מאוניברסיטת דגלי סטודי די פדובה, בנדו ג’ובאני אולפני 2011, L. n.240/2010.
Transcranial Magnetic Stimulator | Magstim |
BrainAmp MR system for EMG acquisition | Brain Products |
Softaxic Optic system for stereotaxic neuronavigation | E.M.S. |