Dalam studi terbaru yang dipublikasikan di Nature Journal, para peneliti melakukan pemetaan fungsional presisi (PFM) dan pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI) untuk memetakan organisasi fungsional korteks motorik (M1) otak manusia.
Studi: Jaringan aksi somato-kognitif bergantian dengan daerah efektor di korteks motorik. Kredit Gambar: r.classen/Shutterstock.com
Latar belakang
Korteks motorik manusia pada awalnya digambarkan sebagai homunculus yang terus hadir. Sebaliknya, studi primata non-manusia (NHP) membagi M1 menjadi regio anterior dan posterior, dengan tubuh diwakili di regio anterior dan efektor motorik di posterior.
Gerakan sukarela diatur oleh jaringan cingulo-opercular (CON). Penelitian pada hewan telah menunjukkan korteks motorik anterior yang diproyeksikan ke organ internal yang terlibat dalam kebangkitan simpatik, menunjukkan bahwa CON, dengan M1, mungkin tidak hanya memediasi tindakan abstrak tetapi juga mengoordinasikan gerakan.
Tentang penelitian
Dalam penelitian ini, para peneliti mempresentasikan sistem ganda yang memadukan aksi dan kontrol tubuh ke dalam sirkuit umum dan ditandai dengan jaringan aksi somato-kognitif (SCAN) bergantian dengan daerah efektor M1.
Tim melakukan PFM resolusi tinggi (2,40 mm) dengan nilai konektivitas fungsional keadaan istirahat (RSFC) 172,0 hingga 1.813,0 menit per peserta (tugas: 353,0 menit per individu) dan memanfaatkan informasi difusi untuk memetakan jaringan fungsional otak.
Untuk memverifikasi temuan penelitian, data diperoleh dari tiga studi fMRI besar, yaitu studi Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD), studi United Kingdom Biobank (UKB), dan studi Human Connectome Project (HCP), dan studi saat ini temuan dibandingkan.
Secara total, kumpulan data terdiri dari data dari hampir 50.000 individu. Selanjutnya, temuan ditempatkan dalam konteks antar-spesies (kera vs. manusia), klinis (stroke pascapersalinan), dan perkembangan (neonatal, infantil, masa kanak-kanak, dan dewasa), menggunakan informasi pemetaan fungsional presisi (PFM).
Tim menggunakan baterai tugas MRI fungsional motor dan aksi untuk merekam somatotop efektor berbentuk konsentris, yang digambarkan oleh daerah antar-efektor (IER) terkait-CON. Pengaturan waktu relatif dari sinyal MRI fungsi keadaan istirahat untuk wilayah M1 dibandingkan.
Data MRI fungsional diperoleh dari dua peserta dengan sampel tinggi (64,0 lari, 244,0 menit per individu) selama kinerja 25 gerakan yang diblokir dan tugas terkait peristiwa baru dengan fase berbeda untuk perencanaan dan pelaksanaan gerakan tangan-kaki (12,0 lari, 132,0 menit per individu).
Untuk pengujian formal pengaturan konsentris, kurva Gaussian puncak tunggal dan ganda dipasang ke profil aktivasi tugas di sepanjang sumbu dorsomedial-ke-ventrolateral M1.
Data MRI fungsional terkait tugas juga diperoleh sementara individu berulang kali membuat suara ‘ee’ untuk mengisolasi gerakan laring sambil meminimalkan gerakan dan pernapasan lidah dan rahang. Stimulasi motorik dianalisis ulang menggunakan data dari studi skala besar sebelumnya dengan memetakannya ke korteks.
Hasil
Daerah dengan konektivitas, struktur, dan fungsi yang berbeda menginterupsi homunculus klasik, bergantian dengan area khusus efektor (tangan, mulut, dan kaki). Pola neuroimaging yang diharapkan terdiri dari tiga area yang ditentukan RSFC di setiap belahan otak, dengan konektivitas terbatas pada korteks motorik kontralateral homotopik dan korteks somatosensori primer yang berdekatan.
Daerah berhubungan dengan aktivitas yang menimbulkan tugas selama gerakan lidah, tangan, dan kaki. Tiga wilayah dengan koneksi fungsional ipsilateral dan kontralateral yang kuat terjalin antara area spesifik efektor. Ini menghasilkan rantai interdigitated yang memanjang dari korteks motorik primer (gyrus precentral) yang belum teridentifikasi sebelumnya.
Motif terdeteksi di antara semua orang dewasa yang sangat sampel dan dapat direproduksi pada tingkat intra-individu. Tiga set data studi memverifikasi interdigitasi wilayah terkait kontrol aksi dan efektor motorik.
Selain itu, IER yang terhubung secara fungsional menunjukkan ketebalan kortikal yang lebih rendah tetapi anisotropi fraksional yang lebih besar dan konten mielin intrakortikal daripada daerah kaki.
IER menunjukkan konektivitas fungsional yang kuat ke CON, yang penting untuk tindakan dan kontrol fisiologis, gairah simpatik, rasa sakit, dan mencapai kontrol kognitif yang diarahkan pada tujuan. fMRI presisi kera dan pediatrik menunjukkan homolog lintas spesies dan prekursor sistem IER perkembangan.
IER terdeteksi pada bayi berusia 11,0 bulan dan sebanding dengan yang diamati pada anak usia sembilan tahun. Pola tersebut dapat diidentifikasi bahkan di antara individu dengan stroke pascapersalinan bilateral yang parah.
Selanjutnya, motor dan aksi baterai tugas fMRI menunjukkan somatotop efektor yang diatur secara konsentris yang dipisahkan oleh IER terkait-CON. IER sangat terhubung dengan area motorik tambahan (SMA) dan zona cingulate yang terletak di bagian kaudal dari korteks cingulate anterior dorsal (dACC) dan dihubungkan ke insula dan aspek anterior dari korteks prefrontal.
Di striatum, IER menunjukkan hubungan yang kuat dengan putamen dorsolateral. Konektivitas IER thalamic terutama diamati dengan nukleus centromedian dan nuklei posteromedial, intermediate, dan posteroinferior pada aspek ventral.
IER juga terkait erat dengan area serebelum di sekitarnya dan fundus sulkus sentral, area Brodmann (BA) 3a, yang terlibat dalam propriosepsi.
Selain itu, IER dihubungkan dengan insula tengah, yang terlibat dalam pemrosesan sinyal interoseptif dan nyeri; lateral vermis Crus II; lobulus cerebellar V, VIIb, dan VIIIa; dan putamen dorsolateral, yang sangat penting untuk fungsi motorik.
Temuan menunjukkan bahwa aktivitas delta frekuensi tinggi mungkin terjadi lebih awal di CON daripada di M1 dan bahwa IER M1 sebagian memungkinkan pelaksanaan rencana tindakan. Topografi gerakan yang disukai, kurva pengikat puncak ganda, dan representasi laring ganda mendukung organisasi konsentris distal-proksimal (kecuali gerakan tangan pada peserta kedua), dikonfirmasi dengan menganalisis ulang temuan elektrofisiologis yang diterbitkan sebelumnya.
Akhirnya, IER tidak spesifik untuk gerakan dan diaktifkan bersama selama perencanaan tindakan (koordinasi tangan dan kaki) dan gerakan tubuh aksial (termasuk gerakan alis).
Kesimpulan
Studi ini menunjukkan bahwa sistem perencanaan tindakan seluruh tubuh menusuk M1, jaringan tindakan samato-kognitif.
Di M1, dua sistem paralel terjalin, membentuk pola integrasi-isolasi dari wilayah spesifik efektor yang penting untuk kontrol motorik halus, terkait dengan SCAN, penting untuk mengintegrasikan tujuan, gerakan tubuh, dan fisiologi.
SCAN juga memungkinkan pernapasan antisipatif, kardiovaskular, dan perubahan postural. Jaringan ganda mengintegrasikan pikiran dan tubuh, selaras dengan sistem sensorik.