Interações corticais entre face e mão reveladas através da inibição aferente

Orientanda: Bia Ramalho
Ano: 2019

Tese de Doutorado em Ciências Biológicas – Fisiologia, no Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, na Universidade Federal do Rio de Janeiro. Defendida no Rio de Janeiro em 26 de novembro de 2019.

RESUMO

Os territórios que representam a face e a mão no córtex sensório-motor de primatas são topograficamente separados. No entanto, as interações físicas entre as mãos e a face surgem logo cedo na ontogenia e são cruciais para vários comportamentos inatos, como a alimentação. Experimentalmente, sabemos que a desaferentação permanente (ex: amputação) ou temporária (ex: anestesia local) da mão impacta a representação da face no córtex sensório-motor, com importantes correlatos psicofísicos. Apesar da importância desses achados para o nosso entendimento da organização sensório-motora cortical, sabemos pouco a respeito dos mecanismos fisiológicos subjacentes. O objetivo deste trabalho foi investigar as interações sensório-motora entre as representações da face e da mão no córtex humano usando um paradigma de inibição aferente. Mais especificamente, investigamos se a atividade motora da mão pode ser inibida ao realizarmos estimulação tátil da face. O desenho experimental consistiu em ativar a representação da mão em M1 usando estimulação magnética transcraniana (EMT). EMT induziria um potencial motor evocado (PEM), mensurado por registro eletromiográfico no músculo primeiro interósseo dorsal direito contralateral à estimulação por EMT. Logo antes do pulso EMT, realizamos uma eletroestimulação cutânea periférica da face (lábio superior direito ou bochecha direita) com objetivo de simular uma estimulação tátil. A estimulação somatossensorial se deu ipsilateralmente à mão estimulada. A nossa hipótese era que o PEM na mão sofreria uma inibição se precedido de uma estimulação tátil na face (i.e. uma inibição aferente). A confirmação desta hipótese apoiaria a premissa de que as representações da mão e da face no córtex sensório-motor estão funcionalmente acopladas, apesar de anatomicamente segregadas. Os resultados mostraram que tanto a estimulação do lábio superior quanto da bochecha inibiu o PEM por EMT no músculo do primeiro interósseo dorsal da mão direita. Três experimentos controles confirmaram a especificidade da estimulação tátil da face na inibição aferente do músculo da mão. A eletroestimulação cutânea (realizada ipsilateramente ao músculo da mão estimulado) do dedo indicador inibiu os PEMs da mão, porém a eletroestimulação cutânea do antebraço e braço não conseguiram inibir o PEM no músculo da mão. Em conclusão, dentre as regiões do córtex sensório-motor, a região da representação da face parece estar acoplada à representação da mão, apesar de ambas encontrarem-se anatomicamente separadas. Esta interação foi observada na forma de uma inibição aferente (i.e. estimulação sensória na face) da atividade do córtex motor que controla a atividade muscular da mão ipsilateral. Este resultado pode ser a base dos efeitos de desinibição das representações da face após amputação ou desaferentação temporária da mão.

 

Palavras-chave: inibição aferente, face, interações sensório-motoras, mão, reorganização.

 

ABSTRACT

Territories representing the face and the hand in the primate primary sensorimotor cortex are topographically separated. However, physical interactions between the hands and face arise early in ontogeny and are crucial for a variety of innate behaviors such as feeding. Experimentally, we know that permanent (e.g., amputation) or temporary (e.g., local anesthesia) deafferentation of the hand impacts the representation of the face in the sensorimotor cortex, with important psychophysical correlates. Despite the importance of these findings for our understanding of cortical sensorimotor organization, we know little about the underlying physiological mechanisms. The aim of this study was to investigate the sensorimotor interactions between the face and hand representations in the human cortex using an afferent inhibition paradigm. More specifically, we investigated whether hand motor activity can be inhibited with tactile stimulation of the face. The experimental design consisted of activating the hand representation in M1 using transcranial magnetic stimulation (TMS). TMS would induce a motor evoked potential (MEP), as measured by electromyographic recording in the right first dorsal interosseous muscle, contralateral to the TMS stimulation site. Right before the TMS pulse, we performed peripheral cutaneous electrostimulation of the face (right upper lip or right cheek) to simulate tactile stimulation. Somatosensory stimulation was applied ipsilaterally to the stimulated hand. Our hypothesis was that MEP in the hand would be inhibited if preceded by tactile stimulation on the face (i.e. afferent inhibition). Confirmation of this hypothesis would support the premise that hand and face representations in the sensorimotor cortex are functionally coupled, although anatomically segregated. The results showed that both upper lip and cheek stimulation inhibited MEP by TMS in the first dorsal interosseous muscle of the right hand. Three control experiments confirmed the specificity of tactile stimulation of the face as responsible for afferent inhibition of the hand muscle. Cutaneous electrostimulation of the index finger (performed ipsilaterally to the stimulated hand muscle) inhibited the MEPs of the hand, but cutaneous electrostimulation of the forearm and arm did not inhibit MEP of the hand. In conclusion, among the regions of the sensorimotor cortex, the face representation region appears to be coupled to the hand representation, although both are anatomically separated from each other. This interaction was observed in the form of afferent inhibition (i.e. sensory stimulation on the face) of motor cortex activity that controls ipsilateral hand muscle activity. This result may be the basis of the disinhibiting effects of face representations after temporary hand amputation or deafferentation.

Keywords: afferent inhibition, face, sensorimotor interactions, hand, reorganization.

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