Somatosensorinen stimulus alaraajasta aistimukseksi : MEG-tutkimus

Abstract

Somatosensorinen poikkeavuus- eli mismatch-vaste on yhdistetty aivojen varhaiseen, prekognitiiviseen prosessointiin. Säännönmukaisesta aistiärsykkeestä poikkeava stimulus saa aikaan aivosähkökäyrällä mismatch-vasteen, joka ilmenee aktivaation lisääntymisenä verrattuna standardiin ärsykkeeseen. Vasteen syntymiseen aivokuorella ei tarvita ärsykkeen tiedollista prosessointia. Mismatch-vastetta on tutkittu laajasti auditiivisessa järjestelmässä, mutta raportit somatosensorisen järjestelmän mismatch-vasteesta, erityisesti alaraajassa, ovat vähäisiä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia, saadaanko alaraajan sähköisellä tai paineilmastimuloinnilla mismatch-vaste näkyviin magnetoenkefalografialla (MEG). MEG-tutkimus tehtiin kuudelle terveelle nuorelle aikuiselle Jyväskylän yliopiston Monitieteisessä aivotutkimuskeskuksessa. Somatosensorista mismatch-vastetta tutkittiin kahdessa eri mittausasetelmassa käyttäen ärsykkeenä taktiilistimulusta, joka toteutettiin kosketuksenomaisena paineilmapulssina ja sähköstimulusta. Varpaisiin I ja IV annettiin molemmissa mittausasetelmissa 1000 stimulusta, joista 10% oli poikkeavia. Aivokuoren aktivaatiota tarkasteltiin MEG-signaalien sensorianalyysillä ja tilastollisesti parittaisilla t- testeillä. Tulokset osoittivat eroja poikkeavan ja standardin ärsykkeen välillä. Aikainen aktivaatio (77 ms ± 10,2) osoitti stimulusten saapuvan primaarille somatosensoriselle korteksille samanlaisina, mutta myöhemmän prosessoinnin eroavan poikkeavan stimuluksen osalta. Sensoritason analyysissä poikkeava ärsyke sai aikaan voimakkaamman aktivaation aivokuorella noin 170 ms (± 15,8) stimuluksen jälkeen verrattuna standardiin ärsykkeeseen. Mismatch-vaste ilmeni sekä taktiilin että sähköisen stimulaation jälkeen. Tutkimuksessa käytetyt stimulaatiomenetelmät osoittivat aivojen automaattisen järjestelmän somatosensorisen muutoksen havaitsemiseen alaraajasta. Moniin kehityksellisiin häiriöihin liittyy somatosensorisen erottelukyvyn häiriöitä ja näissä tiloissa myös mismatch-vaste saattaa olla heikentynyt. Tulevaisuudessa somatosensorisen mismatch-vasteen rekisteröinti saattaisi tarjota objektiivisen mittarin kehityksellisten somatosensoristen häiriöiden vakavuusasteen arvioinnissa.

Somatosensory mismatch response (SMMR) has been linked to early pre-cognitive cortical processing. SMMR is elicited when an infrequent deviant stimulus appears in a train of standard stimuli. Cortical response does not depend on attention or cognitive processing. MMR has been widely studied in auditory modality but reports on somatosensory modality are scarce. Response from lower limb has not yet been studied. The aim of this study was to find out if tactile and electrical stimulation of lower limb will elicit somatosensory mismatch response on cortical level. A MEG-recording was performed for six healthy adults in Centre for Interdisciplinary Brain Research, Jyväskylä. SMMR was studied in two conditions using tactile air buff and electrical stimulation. Altogether 1000 stimuli were given to toes I and IV in both conditions, 10% of which were deviants. Cortical activation was observed in MEG sensor-level analysis and statistical testing was performed using paired t-tests. The results revealed differences between standard and deviant stimuli. Early activation (77 ms ± 10,2) indicated that both stimuli are first processed alike. Compared to standard stimulus, deviant stimulus elicited stronger activation by approximately 170 ms (± 15,8) post stimulus. SMMR was observed after tactile and electrical stimuli. The stimulation method used in present study revealed an automatic cortical process for detecting change in the ascending somatosensory volleys from lower limb. Tactile and electrical stimulation are useful methods for investigating the somatosensory change detection system. Somatosensory impairments are manifested in several developmental disorders. In these conditions SMMR might be attenuated in amplitude or delayed. SMMR could thus be a promising clinical tool for investigating the severity of specific conditions. It could also serve as a measure of response to different therapeutic approaches.