Temporal dynamics of the mirror neurons effect and its stimuli dependent modulation: TMS study

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The study of mirror neurons (MN) has made significant progress since human studies commenced. However, when using transcranial magnetic stimulation (TMS), there are inconsistencies in the literature regarding stimulus presentation, duration of presentation, and timing of TMS pulses.

The study assessed the effects of stimuli presentations, using both pictures and videos of hand movements. To accomplish this, single-pulse TMS was applied to the dominant primary motor cortex (M1) during varying time frames (0, 320, 640 ms). Motor evoked potentials were then recorded from the FDI (index finger) and ADM (little finger) muscles of 29 healthy participants via adhesive electrodes. Subjects’ hands were positioned perpendicular to each other, and visual stimuli were presented under three varying conditions. The TMS coil was accurately repositioned using an Axilum Cobot robotic arm and navigation stimulation system to maintain consistency throughout the experiment.

The aim of this study is to provide a comprehensive analysis of stimulus presentation and stimulation timeframes to achieve optimal settings. This paper describes the two most commonly used stimulus modalities, namely, picture and video [1–4], and the frequently employed timeframes for TMS: from movement initiation (picture and video condition) to offset (post-video condition), with different timings (0, 320, and 640 ms) [1, 2, 5]. Notably, the stimulation at the offset of the movement is a novel concept in literature. We conducted three distinct three-way repeated measures ANOVAs employing independent variables. The collected data indicate that the two types of stimulation during the onset of movement, i.e., photograph and video, display varying changes over time. At 320 ms, MEPs increase for the related muscles while nonrelated muscles exhibit inhibitory effects at 640 ms. In the condition of stimulation during movement offset (post-video), this double dissociation is present across all stimulation time frames. Hence, the majority of mirror response can be attributed to inhibition of nonrelated muscles. This study displays the temporal progression of the mirror effect and its impact on both related and unrelated muscles throughout time.

The obtained data illuminates unresolved inquiries in human mirror neuron research and details the impacts of diverse stimuli presentations and TMS stimulation durations. With this information, an ideal protocol can be established to examine the human mirror neuron system tailored to specific research needs. Furthermore, these outcomes can foster the creation of enhanced rehabilitation protocols for patients with movement disorders in clinical settings.

Texto integral

The study of mirror neurons (MN) has made significant progress since human studies commenced. However, when using transcranial magnetic stimulation (TMS), there are inconsistencies in the literature regarding stimulus presentation, duration of presentation, and timing of TMS pulses.

The study assessed the effects of stimuli presentations, using both pictures and videos of hand movements. To accomplish this, single-pulse TMS was applied to the dominant primary motor cortex (M1) during varying time frames (0, 320, 640 ms). Motor evoked potentials were then recorded from the FDI (index finger) and ADM (little finger) muscles of 29 healthy participants via adhesive electrodes. Subjects’ hands were positioned perpendicular to each other, and visual stimuli were presented under three varying conditions. The TMS coil was accurately repositioned using an Axilum Cobot robotic arm and navigation stimulation system to maintain consistency throughout the experiment.

The aim of this study is to provide a comprehensive analysis of stimulus presentation and stimulation timeframes to achieve optimal settings. This paper describes the two most commonly used stimulus modalities, namely, picture and video [1–4], and the frequently employed timeframes for TMS: from movement initiation (picture and video condition) to offset (post-video condition), with different timings (0, 320, and 640 ms) [1, 2, 5]. Notably, the stimulation at the offset of the movement is a novel concept in literature. We conducted three distinct three-way repeated measures ANOVAs employing independent variables. The collected data indicate that the two types of stimulation during the onset of movement, i.e., photograph and video, display varying changes over time. At 320 ms, MEPs increase for the related muscles while nonrelated muscles exhibit inhibitory effects at 640 ms. In the condition of stimulation during movement offset (post-video), this double dissociation is present across all stimulation time frames. Hence, the majority of mirror response can be attributed to inhibition of nonrelated muscles. This study displays the temporal progression of the mirror effect and its impact on both related and unrelated muscles throughout time.

The obtained data illuminates unresolved inquiries in human mirror neuron research and details the impacts of diverse stimuli presentations and TMS stimulation durations. With this information, an ideal protocol can be established to examine the human mirror neuron system tailored to specific research needs. Furthermore, these outcomes can foster the creation of enhanced rehabilitation protocols for patients with movement disorders in clinical settings.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding sources. The research was conducted using the HSE automated system of non-invasive brain stimulation with the possibility of synchronous registration of brain activity and registration of eye movements, with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, grant No. 075-15-2021-673.

×

Sobre autores

C. Nieto Doval

National Research University “Higher School of economics”

Autor responsável pela correspondência
Email: carlosnietodoval@gmail.com
Rússia, Moscow

A. Ragimova

National Research University “Higher School of economics”

Email: carlosnietodoval@gmail.com
Rússia, Moscow

M. Feurra

National Research University “Higher School of economics”

Email: carlosnietodoval@gmail.com
Rússia, Moscow

Bibliografia

  1. Barchiesi G, Cattaneo L. Early and late motor responses to action observation. Social cognitive and affective neuroscience. 2013;8(6):711–719. doi: 10.1093/scan/nss049
  2. Catmur C, Walsh V, Heyes C. Sensorimotor Learning Configures the Human Mirror System. Current Biology. 2007;17(17):1527–1531. doi: 10.1016/j.cub.2007.08.006
  3. Errante A, Fogassi L. Activation of cerebellum and basal ganglia during the observation and execution of manipulative actions. Scientific reports. 2020;10(1):12008. doi: 10.1038/s41598-020-68928-w
  4. Received: 15.05.2023 Accepted: 26.11.2023 Published online: 20.01.2024
  5. Taschereau-Dumouchel V, Hétu S, Michon PE, et al. BDNF Val66Met polymorphism influences visuomotor associative learning and the sensitivity to action observation. Scientific reports. 2016;6:34907. doi: 10.1038/srep34907
  6. Catmur C, Walsh V, Heyes C. Associative sequence learning: the role of experience in the development of imitation and the mirror system. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2009;364(1528):2369–2380. doi: 10.1098/rstb.2009.0048

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © Eco-Vector, 2023

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–NãoComercial–SemDerivações 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».