Prämotorische Modulation des kortikalen Erregungsniveaus bei Willkürreaktionen: eine TMS-Studie

Zusammenfassung

Das Ziel der vorliegenden Studie ist die Analyse der prämotorischen Veränderungen der Erregbarkeit der motorischen Hirnrinde vor einer ballistischen Willkürreaktion mit der rechten (dominaten) Hand (isometrische Abduktion des Zeigefingers) in einem Reaktionszeitexperiment. Dazu wurde die transkranielle Magnetstimulation (TMS) verwendet, wobei sowohl Einzelimpuls- als auch Doppelimpuls-TMS-Reize mit unterschiedlicher Verzögerung nach dem Erscheinen des visuellen go signal über der linken motorischen Hirnrinde appliziert wurden. Die Intensität der TMS-Test-Reize betrug 120 % der motorischen Schwelle, die der konditionierenden Reize bei Doppelimpuls-TMS war 70 %, und als Interstimulusintervall (ISI) wurden 3 ms bzw. 13 ms verwendet. Gemessen wurden das EMG des M. interosseus dorsalis I und die laterale Kraft. Die Parameter des TMS-induzierten motorisch-evozierten Potenzials (MEP) wurden zur Beschreibung der kortikalen Erregbarkeit bestimmt. Im prämotorischen Zeitbereich, etwa 80 ms vor dem Einsetzen der Willkürreaktion im EMG (burst), findet man generell deutlich vergrößerte MEP-Amplituden. Gegenüber der Situation bei Einzelimpuls-TMS, tritt bei Doppelimpuls-TMS mit ISI = 13 ms diese kortikale Fazilitation etwas früher, aber mit geringerer Stärke auf; bei ISI = 3 ms ist erwartungsgemäß zunächst die intrakortikale Inhibition zu beobachten, die aber dann ebenfalls übergeht in eine Fazilitation, wobei diese im Vergleich zur Einzelimpuls-TMS etwas mehr zum Einsatzzeitpunkt des burst hin verschoben ist. In allen TMS-Experimenten ist ein minimales Intervall (dead band) zwischen dem Beginn des MEP und des burst erkennbar. Weiterhin zeigt sich ein wesentlicher Einfluss der TMS-Applikation auf die Verteilungseigenschaften der Reaktionszeiten.

Abstract

The aim of the present study was to investigate the effect of transcranial magnetic stimulation (TMS) on reaction time (RT) and on motor cortex excitability preceding voluntary movements. Single pulse and paired-pulse TMS with two interstimulus intervals (ISI) of 3 and 13 ms were applied to the left motor cortex at different delays after a visual go command for a voluntary isometric index finger abduction of the right (dominant) hand. The intensity of the testing and conditioning stimuli were 120 % and 70 % of motor threshold at rest, respectively. Changes of the parameters of motor evoked potentials (MEP) recorded from the first dorsal interosseous muscle (FDI) were used to assess motor cortex excitability. The MEPs in response to single pulse TMS were augmented in a period around 80 ms before the voluntary myoelectrical activity (EMG) onset. In paired-pulse TMS at an ISI of 13 ms, the MEP augmentation was smaller but started earlier before the voluntary EMG. In case of ISI = 3 ms, the expected intracortical inhibition was evident only when TMS preceded the voluntary muscle activity by a premovement interval of more than 80 ms, but at shorter intervals, rather some MEP augmentation was observed. In all TMS experiments, a minimum interval between MEP onset and burst onset of the voluntary response was observed (dead band). Moreover, TMS influence on RT was accompanied by essential changes of RT distribution.

Key words

Transcranial magnetic stimulation - reaction times - motor evoked potentials - intracortical inhibition - intracortical facilitation

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