TIME COURSE AND VISUAL PRESENTATION EFFECTS ON THE MOTOR MIRROR NEURON SYSTEM INDUCED BY TRANSCRANIAL MAGNETIC STIMULATION

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The study of mirror neurons (MN) has a long way since its discovery on monkeys and later on humans. However, there are inconsistencies on the way that stimuli are presented and on the time of stimuli presentation. Which is the optimal way to present motor movement stimuli? Is it possible to estimate the time course of the mirror neurons effect by using transcranial magnetic stimulation at specific time windows? In the current study we investigated different type of stimuli presentation (photo and video of hand movements) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation of the dominant primary motor cortex (M1) at different time windows (0, 320, 640 ms). Motor evoked potentials from FDI (index finger muscle) and ADM (little finger muscle) were recorded on 11 healthy subjects at rest with their hands in orthogonal position while only observing the visual stimuli in three different presentation conditions. Our results showed that Video presentation induces the strongest mirror effect at 320 ms from the movement onset. This effect is muscle specific. The current evidence provides an optimal protocol for the investigation of the mirror neurons system in humans and pave the way for future clinical application and rehabilitation.

About the authors

K. Nietto-Doval

Institute for Cognitive Neuroscience, HSE University

Email: mfeurra@hse.ru
Russia, Moscow

A. A. Ragimova

Institute for Cognitive Neuroscience, HSE University

Email: mfeurra@hse.ru
Russia, Moscow

M. Feurra

Institute for Cognitive Neuroscience, HSE University

Author for correspondence.
Email: mfeurra@hse.ru
Russia, Moscow

References

  1. Barker A.T., Freeston I.L., Jalinous R., Jarratt J.A. Magnetic stimulation of the human brain and peripheral nervous system: an introduction and the results of an initial clinical evaluation. Neurosurgery. 1987. 20 (1): 100–109. https://doi.org/10.1097/00006123-198701000-00024
  2. Barchiesi G., Cattaneo L. Early and late motor responses to action observation. Social cognitive and affective neuroscience 2013. 8 (6): 711–719.
  3. Bianco G., Feurra M., Fadiga L, Rossi A., Rossi S. Bi-hemispheric effects on corticospinal excitability induced by repeated sessions of imagery versus observation of actions. Restor. Neurol. Neurosci. 2012. 30: 481–9. https://doi.org/10.3233/RNN-2012-120241
  4. Brighina F., La Bua V., Oliveri M., Piazza A., Fierro B. Magnetic stimulation study during observation of motor tasks. 2000. 174: 122–126.
  5. Catmur C., Mars R.B., Rushworth M.F., Heyes C. Making mirrors: premotor cortex stimulation enhances mirror and counter-mirror motor facilitation. Journal of Cognitive Neuroscience. 2011. 23 (9): 2352–2362.
  6. Catmur C., Walsh V., Heyes C. Sensorimotor Learning Configures the Human Mirror System. Current Biology. 2007. 17: 1527–31.https://doi.org/10.1016/j.cub.2007.08.006
  7. Colomer C., Noé E., Lorens Rodríguez R. Mirror therapy in chronic stroke survivors with severely impaired upper limb function: a randomized controlled trial. European journal of physical and rehabilitation medicine. 2016. 52 (3): 271–278.
  8. Dechent P., Frahm J. Functional somatotopy of finger representations in human primary motor cortex. Human brain mapping. 2003. 18 (4): 272–283.
  9. Di Pellegrino G., Fadiga L., Fogassi L., Gallese V., Rizzolatti G. Understanding motor events: a neurophysiological study. Experimental brain research. 1992. 91 (1): 176–180.
  10. Errante A., Fogassi L. Activation of cerebellum and basal ganglia during the observation and execution of manipulative actions. Scientific reports. 2020. 10 (1): 1–15.
  11. Fadiga L., Craighero L., Olivier E. Human motor cortex excitability during the perception of others’ action. Current Opinion in Neurobiology. 2005. 15: 213–218. https://doi.org/10.1016/j.conb.2005.03.013
  12. Fadiga L., Fogassi L., Pavesi G., Rizzolatti G. Motor facilitation during action observation: A magnetic stimulation study. Journal of Neurophysiology. 1995. 73: 2608–2611. https://doi.org/10.1152/jn.1995.73.6.2608
  13. Feurra M., Blagovechtchenski E., Nikulin V.V., Nazarova M., Lebedeva A., Pozdeeva D., Yurevich M., Rossi S. State-Dependent Effects of Transcranial Oscillatory Currents on the Motor System during Action Observation. Sci. Rep. 2019. 9: 12858. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49166-1
  14. Fogassi L., Gallese V., Di Pellegrino G., Fadiga L., Gentilucci M., Luppino G., Rizzolatti G. Space coding by premotor cortex. Experimental Brain Research. 1992. 89 (3): 686–690.
  15. Fogassi L., Ferrari P., Gesierich B., Rozzi S., Chersi F., Rizzolatti G. Parietal Lobe: From Action Organization to Intention Understanding. Science. 2005. 308: 662–7. https://doi.org/10.1126/science.1106138
  16. Gandhi D.B., Sterba A., Khatter H., Pandian J.D. Mirror therapy in stroke rehabilitation: current perspectives. Therapeutics and clinical risk management. 2020. 16: 75.
  17. Oztop E., Kawato M., Arbib M. Mirror neurons and imitation: a computationally guided review. Neural Networks. 2006. 19: 254–271.
  18. Press C., Catmur C., Cook R., Widmann H., Heyes C., Bird G. fMRI evidence of “mirror” responses to geometric shapes. PLoS One. 2012. 7 (12): e51934.
  19. Rizzolatti G., Fadiga L., Gallese V., Fogassi L. Premotor cortex and the recognition of motor actions. Brain Res Cogn Brain Res. 1996. 3: 131–41.
  20. Rizzolatti G., Ferrari P.F., Rozzi S., Fogassi L. The inferior parietal lobule: where action becomes perception. Novartis Found Symp. 2006. 270: 129–40; discussion. 140–5, 164–169.
  21. Rizzolatti G., Craighero L. The Mirror-Neuron System. Annual Review of Neuroscience. 2004. 27: 169–192. https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.27.07020-3.144230
  22. Rossini P.M., Barker A.T., Berardelli A., Caramia M.D., Caruso G., Cracco R.Q., Tomberg C. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalography and clinical neurophysiology. 1994. 91 (2): 79–92.
  23. Rothgangel A.S., Braun S.M., Beurskens A.J., Seitz R.J., Wade D.T. The clinical aspects of mirror therapy in rehabilitation: a systematic review of the literature. International Journal of Rehabilitation Research. 2011. 34 (1): 1–13.
  24. Schneider W., Eschman A., Zuccolotto A. E-Prime User’s Guide 2012. Pittsburgh: Psychology Software Tools, Inc.
  25. Strafella A., Paus T. Modulation of cortical excitability during action observation: A transcranial magnetic stimulation study. Neuroreport. 2000. 11: 2289–2292. https://doi.org/10.1097/00001756-200007140-00044
  26. Taschereau-Dumouchel V., Hétu S., Michon P.E., Vachon-Presseau E., Massicotte E., De Beaumont L., Fecteau S., Poirier J., Mercier C., Chagnon Y.C., Jackson P.L. BDNF Val66Met polymorphism influences visuomotor associative learning and the sensitivity to action observation. Scientific reports. 2016. 6 (1): 1–10.
  27. Thieme H., Mehrholz J., Pohl M., Behrens J., Dohle C. Mirror therapy for improving motor function after stroke. Cochrane database of systematic reviews. 2012. (3).
  28. Ubaldi S., Barchiesi G., Cattaneo L. Bottom-up and top-down visuomotor responses to action observation. Cerebral cortex. 2015. 25 (4): 1032–1041.
  29. Umiltà M., Kohler E., Gallese V., Fogassi L., Fadiga L., Keysers Ch., Rizzolatti G. I know what you are doing. A neurophysiological study. Neuron. 2001. 31: 155–165. https://doi.org/10.1016/S0896-6273(01)00337-3
  30. Urgesi C., Moro V, Candidi M., Aglioti S. Mapping Implied Body Actions in the Human Motor System. The Journal of neuroscience: the official Journal of the Society for Neuroscience. 2006. 26: 7942–9. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1289-06.2006
  31. Wagner T., Valero-Cabre A., Pascual-Leone A. Noninvasive human brain stimulation. Annual Review of Biomedical Engineering. 2007. 9: 527–565. https://doi.org/10.1146/annurev.bioeng.9.06120-6.133100

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (726KB)
Indexing metadata
3.

Download (37KB)
Indexing metadata
4.

Download (38KB)
Indexing metadata
5.

Download (87KB)
Indexing metadata
6.

Download (34KB)
Indexing metadata
7.

Download (34KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 К. Ньето-Доваль, А.А. Рагимова, М. Феурра

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».