Efecto de la estimulación magnética sobre la corteza visual

[Resumen]Las técnicas de neuromodulación con campos magnéticos son una herramienta fundamental para estudiar los mecanismos de activación e inhibición cortical y la influencia que tiene la corteza sobre las estructuras subcorticales. En este trabajo se han utilizado las dos técnicas de neuromodulación con campos magnéticos desarrolladas hasta el momento: la estimulación magnética transcraneal con campos magnéticos estáticos (SMS) y la estimulación magnética transcraneal con pulsos de campo(TMS). Mediante la ejecución de un conjunto de experimentos que combinaron registros extracelulares unitarios y estimulación visual, se demostró que la SMS produce un decremento de la actividad cortical que se reflejó en un déficit en la realización de una tarea psicofísica de detección de estímulos. Estos resultados ampliaron el potencial de la SMS como herramienta neuromoduladora. La TMS se utilizó de manera repetitiva (rTMS) para deprimir la actividad de la Corteza Visual Primaria (V1) y estudiar el papel de las conexiones feedback en el procesamiento visual. La inactivación de una zona de V1 mostró, principalmente, una disminución de la respuesta, tanto visual como espontánea, en el Núcleo Geniculado Lateral (NGL). Además, la “lesión” transitoria creada por la rTMS en V1 provocó una reorganización topológica en el NGL desplazando la posición de los campos receptores (CR) talámicos una distancia media de 4,53o. Estos resultados demostraron que los CR poseen una naturaleza dinámica controlada en todo momento por V1 a través del feedback corticotalámico.[Resumo]As técnicas de neuromodulación con campos magnéticos son unha ferramenta fundamental para estudar os mecanismos de activación e inhibición cortical e a influenza que ten a corteza sobre as estructuras subcorticais. Neste traballo usáronse as dúas técnicas de neuromodulación con campos magnéticos desenvoltas ata o momento: a estimulación magnética transcranial con campos magnéticos estáticos (SMS) e a estimulación magnética transcranial con pulsos de campo (TMS). Mediante a execución dun conxunto de experimentos que combinaron rexistros extracelulares unitarios e estimulación visual, demostrouse que a SMS produce un decremento da actividade cortical que se veu reflectida nun déficit na realización dunha tarefa psicofísica de detección de estímulos. Estes resultados ampliaron o potencial da SMS como ferramenta neuromoduladora. A TMS usouse de maneira repetitiva (rTMS) para deprimir a actividade da Cortiza Visual Primaria (V1) e estudar o papel das conexións cara atrás no procesamento visual. A inactivación dunha zona de V1 mostrou, principalmente, unha diminución da resposta, tanto visual como espontánea, no Núcleo Xeniculado Lateral (NXL). Ademáis, a “lesión” transitoria creada pola rTMS en V1 provocou unha reorganización topolóxica no NXL desprazando a posición dos campos receptores (CR) talámicos unha distancia media de 4,53o. Estes resultados demostraron que os CR posúen unha natureza dinámica controlada en todo momento por V1 a través da vía corticotalámica.[Abstract]Neuromodulatory techniques using magnetic fields are a fundamental tool for studying the mechanisms of both cortical activation and inhibition and the influence of cortical feedback on subcortical structures. In this work, we have used two neuromodulatory tools using magnetic fields: transcranial static magnetic stimulation (SMS) and transcranial magnetic stimulation using pulsed magnetic fields (TMS). In a series of experiments combining single-unit extracellular recordings in the Primary Visual Cortex (V1) and visual stimulation, we demonstrated that the SMS produces a decrease of cortical activity, detectable also as a deficit in the performance of a stimuli detection task. These results expand the potential of SMS as a neuromodulator tool. Low frequency repetitive TMS (rTMS) was used in order to depress V1 activity. This allow us to study the role of feedback connections in visual processing in awake animals. Inactivation of V1 produced, mainly, a decreased in visual and spontaneous activity at the lateral geniculate nucleus (LGN). Furthermore, this cortical “virtual lesion” caused by the rTMS over V1, produced a topological reorganization at the LGN that modifies the position of the thalamic receptive fields (RF) an average distance of 4,53o. These results demonstrated that RF have a dynamic nature, under cortical control through corticothalamic feedback

Effects of static magnetic fields on the visual cortex: reversible visual deficits and reduction of neuronal activity

[Abstract] Noninvasive brain stimulation techniques have been successfully used to modulate brain activity, have become a highly useful tool in basic and clinical research and, recently, have attracted increased attention due to their putative use as a method for neuro-enhancement. In this scenario, transcranial static magnetic stimulation (SMS) of moderate strength might represent an affordable, simple, and complementary method to other procedures, such as Transcranial Magnetic Stimulation or direct current stimulation, but its mechanisms and effects are not thoroughly understood. In this study, we show that static magnetic fields applied to visual cortex of awake primates cause reversible deficits in a visual detection task. Complementary experiments in anesthetized cats show that the visual deficits are a consequence of a strong reduction in neural activity. These results demonstrate that SMS is able to effectively modulate neuronal activity and could be considered to be a tool to be used for different purposes ranging from experimental studies to clinical applications.Ministerio de Ciencia e Innovación; BFU2013-45343-P

New tools for old problems: magnetic stimulation to study (and help) the brain

[Abstract] Magnetic stimulation techniques, either repetitive TMS (rTMS) or Static Magnetic Fields, allow to modulate brain activity through the skull in a non invasive and painless way. When rTMS is used, low frequencies of stimulation (≤1 Hz) produce inhibitory changes in excitability whilst higher rates (above 5 Hz) appear to produce increasing excitability Pascual-Leone et al. (J. Clin. Neurophysiol. 15(4):333–343, 1998) [1]. By using two different experimental approaches (anaestethetized cat and monkey) to study the early visual system, we show here that rTMS applied at low and high frequency has opposing effects on the EEG. These effects can be detected locally but also in a wider spatial extent. Further, we report data supporting the suppressive nature of the static magnetic stimulation. It supports the idea that static magnets could be used for different purposes ranging from experimental studies to clinical applications