Una metodologia innovativa che combina EMG, TMS e FNIRS per esplorare le dinamiche dell'inibizione interemisferica

Abstract

Lo scopo di questo lavoro era di valutare i correlati corticali del periodo silente ipsilaterale (iSP). Per raggiungere questo scopo è stata utilizzata la Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) per stimolare l’emisfero sinistro, la Spettroscopia Funzionale del Vicino Infrarosso (fNIRS) per registrare l’attivazione corticale dell’emisfero destro e l’elettromiografia (EMG) per acquisire l’attivazione muscolare. L'esperimento ha coinvolto un totale di 15 soggetti, ai quali è stato chiesto di eseguire una contrazione isometrica massima del primo muscolo interosseo dorsale (FDI) del pollice con la mano sinistra o con entrambe le mani. Dai dati EMG è stata analizzata l'area iSP, mentre dai dati fNIRS sono state calcolate le risposte funzionali emodinamiche delle venti aree di Brodmann. Confermando la letteratura, i risultati dell’EMG hanno mostrato un’area iSP più elevata quando entrambe le mani erano contratte. I risultati della fNIRS hanno mostrato diverse aree attive durante una contrazione isometrica massima che coinvolge non solo la corteccia motoria ma anche le aree parietali. La presenza di iSP ha ridotto l'attivazione dei BA. La correlazione tra i risultati dell'EMG e della fNIRS ha mostrato una maggiore inibizione con un'attività BA4 più elevata. È interessante notare che questi risultati potrebbero essere giustificati considerando la conseguente attivazione di BA4 come la combinazione di diverse popolazioni neuronali (piramidali e interinibitori). Inoltre, l'area iSP era spiegata solo da aree parietali quando era contratta solo la mano sinistra, anche da aree motorie con entrambe le mani. In generale, il contributo dell'area parietale all'area iSP potrebbe essere spiegato da un meccanismo di feedback, mentre il contributo BA4 da un meccanismo di forward. Per concludere, queste scoperte aprono la strada a numerose strade di ricerca futura e servono come base primaria per svelare le dinamiche dell’ iSP, un fenomeno che rimane in gran parte inesplorato.

The aim of this work was to evaluate the cortical correlates of the ipsilateral silent period (iSP). To achieve this aim, the Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) was used to stimulate the left hemisphere, the functional Near InfraRed Spectroscopy (fNIRS) to record cortical activation of the right hemisphere and the electromyography (EMG) to acquire the muscle activation. The experiment involved a total of 15 subjects, who were asked to perform a maximal isometric contraction of the first dorsal interosseous (FDI) muscle of the thumb with the left hand or with both hands. From the EMG data, the iSP area was performed, while, from the fNIRS data, the hemodynamic functional responses of the twenty Brodmann areas was calculated. Confirming the literature, EMG results showed a higher iSP area when both hands were contracted. fNIRS results showed different active areas during a maximal isometric contraction which involves not only the motor cortex but also parietal areas. The presence of iSP reduced BAs activation. The correlation between EMG and fNIRS results showed a higher inhibition with a higher BA4 activity. Interestingly, these results could be justified by considering the resulting BA4 activation as the combination of different neuronal population (i.e., pyramidal neuron and inter-inhibitory neurons). Moreover, the iSP area was explained by parietal areas when only the left hand was contracted, while by motor and parietal areas when both hands were contracted. In general, the contribution of parietal area to iSP area could be explained by a feedback mechanism, while the BA4 contribution by a forward mechanism. To conclude, these finding pave the way for numerous avenues of future research and serve as a prime foundation for unraveling the dynamics of the ipsilateral silent period, a phenomenon that remains largely unexplored.