De perceptie van gewicht en de primaire somatosensore cortex

Het doel van het voorliggende project is om de bevindingen van het onderzoek
van Nikola Valchev en Alessio Avenanti (Valchev et.al., in prep) in the Center
for Cognitive Neurosciences at Cesena, University of Bologna, maart 2009 uit te
breiden.
In dat experiment onderzochten we de rol van de somatosensore cortex
(hersengebied S1) bij het waarnemen van gewicht. Aan de proefpersonen werden
video*s gepresenteerd van een hand die een doos optilt, waarbij hen werd
gevraagd het gewicht van de doos te schatten na TMS verstoring van S1, primaire
motor cortex (M1) of na een sham (d.i. geen stimulatie).
De resultaten laten zien dat een verstoring van S1 door TMS, maar niet de M1,
de precisie van de proefpersonen verzwakt om het gewicht van een opgetilde doos
in te schatten. Deze resultaten tonen aan dat de primaire somatosensore cortex
een rol speelt in onze waarneming van gewicht van een door een ander opgetild
voorwerp.
Bovendien ontdekten Pobric et al (2006) dat een verstoring van de premotore
cortex leidt tot een gelijke mate van verzwakking bij bovengenoemde taak .
Alaerts et al (2010) ontdekten dat de amplitude van de Motor Evoked Potential
(MEP) opgewekt door een enkele puls op M1, wordt gemoduleerd door te kijken
naar een voorwerp dat wordt opgetild. Met deze studie zouden wij willen
onderzoeken of de modulatie die door Alaerts et al is gevonden, wordt
veroorzaakt door de informatieoverdracht van S1 naar M1 en/of van de premotore
cortex.
Om dit te kunnen onderzoeken willen we de MEPs opnemen terwijl proefpersonen
naar voorwerpen kijken die worden opgetild na cTBS (continue theta burst
stimulatie) verstoring van S1, van de premotore cortex of van sham. De
resultaten van dit onderzoek werpen licht op de relatie tussen S1, de premotore
cortex en M1 tijdens het observeren en waarnemen van voorwerpen die worden
opgetild.

Onderzoek naar hoe S1 en de premotore cortex de cortico-spinale gebieden
moduleren, gemeten door enkelvoudige pulse TMS stimulatie van M1

De grootte van de MEPs, opgewekt door een enkele TMS pulse terwijl
proefpersonen verschillende video clips zien, waarin voorwerpen worden
opgetild, zal worden vergeleken na cTBS stimulatie over S1, de premotore cortex
of een sham.
Het onderzoek bestaat uit 4 sessies, op 4 verschillende dagen, met een totale
duur van 6,5 uur. Tussen de verschillende sessies zal telkens minstens een dag
zittten. Het schema voor een enkele proefpersoon is als volgt:

EERSTE sessie - dag 1
Een fMRI-sessie is nodig om de cTBS stimulatie m.b.v. een neuronavigatiesysteem
optimaal te kunnen lokaliseren.
Tijdens deze scan is nodig:
a) een anatomische scan ( ~ 8 min.) om het spiegelneuronensysteem te
lokaliseren;
b) een handelingstaak, om het S1 en de premotore cortex te lokaliseren van de
secties die betrokken zijn bij hand-hand-voorwerp interacties, waarvan
verondersteld wordt dat deze betrokken zijn bij het overbrengen van informatie
over waargenomen voorwerpen naar M1;
c) een handelings-observatietaak, om de gebieden in S1 en de premotore cortex
te lokaliseren, die zijn betrokken bij het waarnemen van het gewicht van een
doos die wordt opgetild door een ander. Proefpersonen zullen acteurs observeren
die voorwerpen van verschillend gewicht optillen (~8 min.).
De totale duur van de MRI-sessie zal 30 minuten zijn, incl. voorbereiding.

TWEEDE Sessie - dag 2
De totale duur van deze sessie zal ca. 2 uur zijn, en bestaat uit:
1) een voorbereiding, duur: ca. 20-30 minuten (huid voorbereiding, plaatsing
van electrodes, optimale positie van de schedel, motor threshold in rust en
registratie van 12 MEPs in rust)
2) ~15 min ontspanning voordat met cTBS stimulatie wordt begonnen.
3) een stimulatie van ca. 40 minuten, die bestaat uit:
i) 40 seconden cTBS stimulatie op gebieden A
ii) 5 minuten rust
iii) ~20-25 minuten van MEP registratie, tijdens welke video clips worden
gepresenteerd waarin voorwerpen worden opgetild.
iv) 12 nieuwe MEPs registratie in rust en debriefing

DERDE sessie - dag 3
Hetzelfde als dag 2, maar dan met cTBS op gebied B.

VIERDE sessie - dag 4:
Hetzelfde als dag 2 en 3, maar dan met cTBS op gebied C.

fMRI en rTMS zijn beide niet-invasieve technieken, er is daarom geen speciale
voorbereiding nodig van de proefpersoon.
fMRI:
Er zijn geen risico*s bekend verbonden aan fMRI. De proefpersonen zullen worden
blootgesteld aan een magnetisch veld van 3 Tesla en senl wisselende
magneetvelden en radiogolven. Dit veld wordt op routinmatige basis gebruikt in
fMRI en MRI onderzoek.
Er zijn geen schadelijke neveneffecten gerapporteerd. In zeldzame gevallen
wordt een perifere zenuw (abdomen) gestimuleerd door de wisselende
magneetvelden.
Dit kan een kriebelend gevoel geven maar is onschadelijk. Dat gegevens
verzameld tijdens de fMRI en MRI scans zullen alleen voor onderzoeksdoeleinden
worden gebruikt. Echter, als ernstige afwijkingen worden opgemerkt, zal na
beslissing door het onderzoeksteam een specialist (radioloog of psychiater)
voor advies worden benaderd. Als vervolgens wordt bevestigd door de specialist
dat medische behandeling noodzakelijk is, zal de huisarts van de proefpersoon
worden ingelicht.

TMS:
De veiligheid van rTMS zal uitgebreid worden gedemonstreerd (Gates, 1992;
Pascual-Leone et al., 1993; Wassermann et al., 1996; Wassermann, 1998).
Wanneer de internationale veiligheidsvoorschriften worden gevolgd, worden geen
schadelijke neveneffecten gerapporteerd (Wassermann, 1998).
De sterke magnetsiche velden van zowel rTMS als single pulse TMS kunnen
ferromagnetische deeltjes binnen de hersenen en de ogen laten verschuiven.
Daarom vragen wij van de proefpersonen een compleet ingevulde vragenlijst en
alleen als aan alle exclusiecriteria wordt voldaan, zal de proefpersoon
toegestaan worden deel te nemen aan het experiment.
Er zijn geen directe voordelen voor de proefpersonen door hun deelname aan dit
onderzoek. De resultaten zullen het ons echter mogelijk maken meer te begrijpen
van een functionerend menselijk brein.
Het effect van TMS stimulatie duurt ongeveer een uur en kan eenvoudig worden
verkort als de proefpersoon zich meer gaat bewegen en voldoende prikkels
ontvangt van de buitenwereld.