Univerza v Ljubljani, skupni interdisciplinarni program druge stopnje Kognitivna znanost, v sodelovanju z Universität Wien, Sveučilište u Zagrebu,

Univerzita Komenského v Bratislave in Eötvös Loránd Tudományegyetem

NINA MAJCEN

Vpliv pozornosti na vzdražljivost primarne motorične skorje – študija s transkranialno magnetno stimulacijo

Magistrsko delo

Ljubljana, 2016

Univerza v Ljubljani, skupni interdisciplinarni program druge stopnje Kognitivna znanost, v sodelovanju z Universität Wien, Sveučilište u Zagrebu,

Univerzita Komenského v Bratislave in Eötvös Loránd Tudományegyetem

NINA MAJCEN

Vpliv pozornosti na vzdražljivost primarne motorične skorje – študija s transkranialno magnetno stimulacijo

Magistrsko delo

Mentor: dr. med. doc. dr. Maja Kojović

Ljubljana, 2016

Zahvala

Zahvaljujem se mentorici doc. dr. Maji Kojović za pomoč in nasvete pri izdelavi magistrske naloge. Zahvaljujem se tudi Rubenu Alfonsu Perellonu, ki je nesebično pomagal pri izvedbi eksperimenta in bil ves čas na voljo za morebitna vprašanja in nasvete. Hvala vsem, ki so pomagali pri sami izvedbi raziskave, Kaji Kolmančič, Federicu Marroniju in vsem prostovoljcem. Ker magistrska naloga ne bi nastala brez podpore družine, gre velik »Hvala!« tudi njim. Prav posebna zahvala pa gre Vidu Govejšku, ki je nesebično pomagal pri celotni raziskavi in bil z mano med jokom in smehom.

IV

Vpliv pozornosti na vzdražljivost primarne motorične skorje – študija s transkranialno magnetno stimulacijo Povzetek Povezava med osnovno fiziologijo in različnimi kognitivnimi stanji, kot je pozornost, ni povsem razumljena in pojasnjena. Dosti študij je sicer proučevalo vpliv pozornosti na senzorični sistem, vpliv pozornosti na motorični sistem pa ni tako jasen. Pozornost ima pomemben vpliv na motorični sistem, in sicer na sam proces gibanja, na motorično učenje in na motorični spomin. Opažanja pri zdravih ljudeh, pri profesionalnih športnikih ter klinična opažanja pri nevroloških bolnikih nakazujejo, da je vpliv pozornosti na gibanje kompleksen in večplasten. Pri zdravih ljudeh gibanje večinoma poteka brez vpliva pozornosti na izvajanje giba oz. »avtomatično«, pri čemer lahko ima zavestno usmerjanje pozornosti na neko nalogo negativen vpliv na motoriko. Pri nevroloških bolnikih z motnjami gibanja odvračanje pozornosti od nehotenih zgibkov le-te poudari, medtem ko usmerjanje pozornosti na hoteno gibanje izboljša hojo in pospeši gibe, ki so zaradi bolezni upočasnjeni. Primarna motorična skorja je osnovna živčna enota za izvajanje hotenih gibov, in sicer na osnovi informacij, ki jih dobiva iz drugih delov možganov. Pozornost lahko vpliva na motorično skorjo preko povezav z drugimi področji možganske skorje in povezav z bazalnimi gangliji, prav tako pa tudi preko difuznih modulatornih sistemov, ki skrbijo za povečanje splošne vzburjenosti možganov. Transkranialna magnetna stimulacija (TMS) je nevrofiziološka metoda, s katero lahko preučujemo vpliv pozornosti na motoriko preko spremljanja elektrofizioloških parametrov primarne motorične skorje, odvisno od eksperimentalnega manipuliranja s pozornostjo. Zanimalo nas je, ali različne oblike selektivne pozornosti vplivajo na TMS-parametre vzdražljivosti primarne motorične skorje in ali je kakšna razlika med različnimi senzoričnimi modalnostmi. V ta namen so zdravi preiskovanci pozornost usmerjali na vidno, slušno in somatosenzorično nalogo za pozornost (naloga »oddball«). Medtem smo izvedli različne TMS-meritve, kot so motorični evocirani potenciali, motorični prag v mirovanju in aktivni motorični prag, krivulja vzdražljivosti, parametri intrakortikalne inhibicije in facilitacije. Ugotovili smo, da različne senzorične modalnosti selektivne pozornosti v mirovanju nimajo pomembnega vpliva na TMS-parametre primarne motorične skorje. Naša preliminarna raziskava nakazuje, da je motorična kontrola relativno neobčutljiva na dražljaje iz okolja, ki niso relevantni za gibanje. Ključne besede: transkranialna magnetna stimulacija, pozornost, primarni motorični korteks, vzdražljivost, senzorične modalnosti

V

Effects of attention on primary motor cortex excitability – a transcranial magnetic stimulation study Abstract The link between basic physiology and its modulation by cognitive states, such as attention, is poorly understood. There have been a large number of studies of the effects of attention on sensory systems but the effects of attention on motor system are not well known. Attention modulates motor system through movement processing, motor learning and motor memory. In healthy people everyday movements and motor actions usually don't require much attention and can happen »automatically«; excessive focus on the details of a task can acutally be associated with poor performance. The effetct of attention on motor system becomes apparent when patients with movement disorders or professional sportsmen describe experiences with changing their attention focus and the fundamental effect that this has on their motor movement. Some people with movement disorders can actually minimize tremors and improve movements when they pay attention to the affected part of the body. The primary motor cortex (M1) lies along the precentral gyrus, and generates signals that control the execution of movements. Attention can affect primary motor cortex through its connections to other brain regions, thorugh connections to basal ganglia pr through diffuse modulatory brain systems. Transcranial magnetic stimulation is a neurophysiological method that allows us to investigate whether attention does have an impact on motor system – by observing changes of electrophysiological parameters of M1 in different conditions. In our study we investigated whether different sensory modalities of selective attention have an influence on M1 excitability (by looking at basic TMS parameters) and whether this influence differs between modalities. Healthy participants had to focus ther attention on three-stimuli oddball tasks while basic TMS measurements were taken. Visual oddball task, auditory oddball task and somatosensory oddball task were compared to control condition (no attention was required). For each condition different TMS parameters were measured: motor evoked potentials, recruitment curve, active recruitment curve, cortical silent period, short interval intracortical inhibition and intracortical facilitation. We concluded that different sensory modalities of selective attention do not have significant influence on primary motor cortex excitability parameters. Preliminary results show that motor control is relatively unaffected by stimuli from environment, if the stimuli is not relevant to the movement.

Keywords: transcranial magnetic stimulation, attention, primary motor cortex, excitability, sensory modalities

VI

Kazalo vsebine:

1. UVOD ........................................................................................................................................... 10

2. TRANSKRANIALNA MAGNETNA STIMULACIJA .................................................................... 11

2.1. Zgodovinsko ozadje TMS .................................................................................................. 11

2.2. Tehnični aspekti TMS ......................................................................................................... 13

Kako deluje naprava? ............................................................................................................ 13

2.3. TMS in motorični korteks ................................................................................................... 15

2.3.1. Spremljanje električne aktivnosti mišice – elektromiografija ................................ 17

2.3.2. Motorični evocirani potencial (MEP) ........................................................................ 18

2.3.3. Motorični prag v mirovanju ........................................................................................ 18

2.3.4. Aktivni motorični prag ................................................................................................. 19

2.3.5. Krivulja vzdražnosti ..................................................................................................... 19

2.3.6. Tiha perioda ................................................................................................................. 19

2.3.7. Kratkointervalna kortikalna inhibicija ........................................................................ 19

2.3.8. Intrakortikalna facilitacija............................................................................................ 20

3. POZORNOST .............................................................................................................................. 22

3.1. Modeli pozornosti ................................................................................................................ 23

3.2. Funkcijska anatomija pozornosti ...................................................................................... 26

3.3. Modalnosti pozornosti, naloga ‘oddball’ .......................................................................... 28

4. POZORNOST IN MOTORIKA .................................................................................................. 30

5. CILJI IN HIPOTEZE ................................................................................................................... 33

6. METODOLOGIJA ....................................................................................................................... 33

6.1. Udeleženci ........................................................................................................................... 34

6.2. Merski instrumentarji .......................................................................................................... 34

6.3. Postopek .............................................................................................................................. 35

6.4. Naloge ‘oddball’ ................................................................................................................... 37

VII

7. ANALIZA PODATKOV ............................................................................................................... 38

8. REZULTATI ............................................................................................................................. 40

Vpliv različnih pogojev na variabilnost meritev .......................................................................... 46

9. DISKUSIJA .................................................................................................................................. 47

Omejitve raziskave ......................................................................................................................... 49

Pomembnost za bodoče raziskave .............................................................................................. 50

10. ZAKLJUČEK ............................................................................................................................ 50

Literatura .............................................................................................................................................. 51

IZJAVA O ZAVESTNI IN SVOBODNI PRIVOLITVI K SODELOVANJU V RAZISKAVI:

“Vpliv pozornosti na vzdražljivost primarne motorične skorje - študija s transkranialno

magnetno stimulacijo” .................................................................................................................... 58

SPLOŠNI VPRAŠALNIK GLEDE PRIMERNOSTI SODELOVANJA V RAZISKAVI S

TRANSKRANIALNO MAGNETNO STIMULACIJO ................................................................... 59

Edinburgh Test Ročnosti ............................................................................................................... 60

Kazalo slik: Slika 1: Silvanus P. Thompson med poskusom stimuliranja možganov z magnetno

stimulacijo, London 1910 ......................................................................................................12

Slika 2: Barker leta 1985 s prvo klinično preizkušeno in uporabno TMS napravo .................13

Slika 3: Princip delovanja TMS .............................................................................................14

Slika 4: Prostorska porazdelitev induciranega el. polja je odvisna od oblike tuljave ..............15

Slika 5: Kortikalna stimulacija lahko na kortikospinalne nevrone deluje na dva načina,

direktno (preko D-valov) ali posredno (preko I-valov)............................................................16

Slika 6: Transkranialna magnetna stimulacija na motorični skorji je izvedena preko območja

tarčne mišice na M1, reprezentacije mišic ležijo na motoričnem homunkulusu .....................17

Slika 7: Kratkointervalna kortikalna inhibicija ........................................................................20

Slika 8: Krivulja na grafu prikazuje razliko med kratkointervalno kortikalno inhibicijo in

intrakortikalno facilitacijo .......................................................................................................21

Slika 9: Pozornost je postala v drugi polovici 20. stoletja izjemno zanimiva raziskovalna tema,

kot je razvidno tudi po številu izdanih publikacij ....................................................................23

VIII

Slika 10: Po Broadbentovi teoriji pozornost deluje v obliki zgodnjega filtra. ..........................24

Slika 11: Treismanova teorija slabitve ..................................................................................25

Slika 12: Noradrenergični nevroni, locirani v locus coeruleus, regulirajo našo pozornost,

vplivajo pa tudi na druge možganske sisteme ......................................................................26

Slika 13: Shematski prikaz komponent dorzalnega in ventralnega sistema, ki sodelujeta pri

usmerjanju pozornosti ..........................................................................................................27

Slika 14: Grobi prikaz anatomskih struktur treh funkcijskih sistemov pozornosti ...................28

Slika 15: Magstim BiStim² stimulator. (vir: Magistm Company ..............................................34

Slika 16: El. stimulatorji, ki so bili uporabljeni za somatosenzorično nalogo ‘oddball’. ...........35

Slika 17: Pred pričetkom izvajanja meritev in nalog ‘oddball’ smo udeležencem namestili

devet elektrod .......................................................................................................................36

Slika 18: Udeleženci so svojo pozornost usmerili v različne senzorične modalnosti, med

izvajanjem nalog ‘oddball’ pa smo izvajali TMS meritve. .......................................................37

Slika 19: Shematski prikaz nalog 'oddball', ki so bile uporabljene v naši raziskavi. ...............38

Slika 20: Dolžino kortikalne tihe periode smo določali ročno za vsak pulz posebej. ..............39

Slika 21: Povprečje napak pri zaznavi tarčnih dražljajev glede na vrstni red nalog 'oddball'..40

Slika 22: Povprečje napak glede na senzorično modalnost naloge 'oddball'. ........................40

Slika 23: Povprečene amplitude MEP-ov za vsakega posameznika pri meritvah krivulje

vzdražnosti v vseh štirih pogojih. ..........................................................................................41

Slika 24: Krivulje vzdražnosti za vsako senzorično modalnost naloge 'oddball'.....................41

Slika 25: Grafični prikaz povprečnih vrednosti RC s standardnimi napakami ........................42

Slika 26: Aktivne krivulje vzdražnosti (s standardnimi napakami) pri različnih pogojih (vidna,

somatosenzorična, slušna naloga in kontrolni pogoj) ............................................................42

Slika 27: Povprečno trajanje kortikalne tihe periode za vsakega posameznika in vsak pogoj

posebej pri treh različnih intenzitetah (140% AMT, 150% AMT, 160% AMT) ........................43

Slika 28: Trajanje kortikalne tihe periode (CSP)....................................................................44

Slika 29: Učinki različnih nalog 'oddball' na motorične evocirane potenciale (MEP), izzvane z

dvojnima TMS pulzoma pri 2 ms in 4 ms ISI (interstimulus interval) .....................................44

Slika 30: Velikosti MEP-ov (testni, 2 ms SICI in 4 ms SICI) se niso statistično pomembno

razlikovale med štirimi različnimi pogoji ................................................................................45

Slika 32: Pri meritvah intrakortikalne inhibicije smo ugotovili, da pogoj ni imel statistično

pomembnega vpliva na spremembo velikosti MEP amplitude.. ............................................45

IX

Okrajšave in kratice:

TMS – transkranialna magnetna stimulacija Hz – herc, osnovna enota za frekvenco A – amper, osnovna enota za električni tok FDA – Ameriška agencija za hrano in zdravila M1 – primarna motorična skorja EMG – elektromiografija EEG – elektroencefalografija IPSP – inhibitorni postsinaptični potencial ERP – evocirani odzivi (ang. event related potential) MEP – motorični evocirani odzivi (ang. motor evoked potential) FDI – mišica na roki (ang. first dorsal interosseous) SICI – kratkointervalna intrakortikalna inhibicija ICF – intrakortikalna facilitacija RC – krivulja vzdražnosti ARC – aktivna krivulja vzdražnosti PAS – eksperimentalni protokol električne stimulacije, uporabljen za preiskave plastičnosti možganov (ang. paired associative stimulation) Ag/AgCl – srebro/srebrov klorid SMA – suplementarna motorična skorja PET – pozitronska emisijska tomografija fMRI – funkcijska magnetna resonanca SPECT – enofotonska emisijska tomografija

10

1. UVOD

Do nedavnega so se motorične in spoznavne funkcije preučevale ločeno, danes pa postaja vedno bolj pomembno preučevanje njihovih povezav. Da ima pozornost velik vpliv na senzorični sistem, je dokazalo že mnogo raziskav, dosti manj študij pa je usmerjenih v raziskovanje vpliva pozornosti na motorični sistem, zato slabo razumemo, kako različna kognitivna stanja, vključno s pozornostjo, vplivajo na osnovno fiziologijo motorične skorje (Ruge in sod., 2014). Vemo, da ima pozornost pomemben vpliv na motorični sistem, in sicer na sam proces gibanja, na motorično učenje in na motorični spomin (Gilbert in sod., 2000; Ruge in sod., 2014). Pri zdravih ljudeh gibanje večinoma poteka brez vpliva pozornosti na izvajanje giba oz. »avtomatično«. Kadar zdravi mladi ljudje med gibanjem usmerjajo pozornost v druge naloge (deljena pozornost), to večinoma ne moti gibanja, vendar pa nekatere eksperimentalne študije kažejo, da so ob deljeni pozornosti tako gibi kot tudi sekundarne naloge lahko slabše izvedeni (Yogev-Seligmann in sod., 2008). Slikovne študije možganov, opravljene v mirovanju, nakazujejo, da je usmerjanje pozornosti specifično in odvisno od modalnosti dražljaja – specifične modalnosti dražljajev bodo povečale aktivnost specifičnih tarčnih nevronskih populacij (Kastner in sod., 1999; Hopfinger in sod., 2000). Po mnenju nekaterih raziskovalcev tako med usmerjanjem pozornosti ne gre za splošno povečanje aktivnosti možganov oz. splošno možgansko vzburjenost zaradi aktivacije difuznih modulatornih sistemov (Rowe in sod., 2002). Pozornost, usmerjena na dražljaj, misel ali gibanje, poveča nevronsko aktivnost prefrontalnih delov možganov (ta vodi usmerjanje aktivnosti) ter nevronsko aktivnost funkcionalno pripadajočih senzoričnih področij možganov (in motoričnih, v kolikor je pozornost usmerjena na gibanje) (Rowe in sod., 2002). Raziskave, ki z metodo TMS preučujejo vzdražljivost primarne motorične skorje med usmerjanjem pozornosti, so skope, rezultati pa v nekaterih primerih celo nasprotni (Ruge in sod., 2014; Conte in sod., 2008; Thomson in sod., 2008).

V magistrski nalogi smo z uporabo transkranialne magnetne stimulacije (TMS) raziskovali, ali različne modalnosti senzorične pozornosti vplivajo na funkcijsko stanje motoričnega korteksa v mirovanju in v kakšni meri. Preverjali smo, ali imajo različne oblike selektivne pozornosti, kot so vidna, slušna in somatosenzorična pozornost, različen ali enak vpliv na vzdražljivost motoričnega korteksa in posledično na parametre, ki jih merimo s TMS, med-tem ko preiskovanec miruje oziroma ne izvaja nobenih gibov.

V magistrski tezi je preko teoretičnih postavk najprej opisana transkranialna magnetna stimulacija in njena uporabnost v raziskovalne ter druge namene. Sledi poglavje o pozornosti, kjer so opisani modeli pozornosti in nevroanatomska razlaga pozornosti. Kakšen vpliv ima pozornost na primarni motorični korteks, je opisano v četrtem poglavju 'Pozornost in motorika', kjer so opisane dosedanje raziskave na področju vpliva pozornosti na motorični sistem. Sledi opis magistrske raziskave, izvedba meritev in analiza končnih podatkov. V poglavju 'Diskusija' je zapisana interpretacija dobljenih podatkov in napotki za možne izboljšave ter predlogi za možne bodoče raziskave na področju interakcije pozornosti in gibanja.

11

2. TRANSKRANIALNA MAGNETNA STIMULACIJA

2.1. Zgodovinsko ozadje TMS

Transkranialna magnetna stimulacija (TMS) je neinvazivna metoda, s katero stimuliramo možganske celice oz. nevrone in je primerna za stimulacijo površinskih delov možganov, kot je možganska skorja ali mali možgani. Metoda je bila prvič uporabljena leta 1985, ko so jo opisali Barker in sod. (Barker in sod., 1985). TMS se v nevrologiji uporablja predvsem kot raziskovalna metoda in za diagnosticiranje okvare kortikospinalne proge, vse bolj pa tudi za zdravljenje raznih nevroloških obolenj (Fitzgerald in sod., 2002). V podobne namene je bila v uporabi sprva električna stimulacija, vendar je bila ta metoda izjemno boleča, saj je aktivirala površinske živčne končiče, prav tako pa dostikrat ni dosegla želenega odziva. TMS med stimulacijo ne povzroča bolečine, saj električne tokove inducira magnetno polje in ne elektrika, ki povzroča bolečino (Merton in Morton, 1980). Pojav elektromagnetne indukcije je matematično prvi opisal Michael Faraday leta 1831 na Kraljevem inštitutu v Angliji. Eksperiment, na podlagi katerega se je razvil tretji temeljni zakon elektromagnetizma, je nastal, ko je Faraday ovil dva izolirana kolobarja žice okoli železnega obroča. Ugotovil je, da se ob prehodu električnega

toka skozi eno tuljavo inducira električni tok v drugi tuljavi - nastane vzajemna

indukcija. Električno polje prve tuljave namreč inducira magnetni tok, ta pa inducira električno polje v drugi tuljavi. Ker je železni obroč služil le za pozicioniranje obeh tuljav, je Faraday nekaj tednov kasneje ponovil eksperiment in ugotovil, da lahko doseže isti učinek tudi, kadar postavi tuljavi tesno eno ob drugo v zraku brez železnega obroča (Jalinous in Hovey, 2006). TMS dosežemo s pomočjo hitrega praznjenja električnega toka iz kondenzatorja v tuljavo. Če je kratek tokovni pulz, ki steče skozi tuljavo, prislonjeno na glavo preiskovanca dovolj močan in dovolj kratek, potem bo nastalo hitro spreminjajoče se magnetno polje. S tem se inducira napetost (poveča se jakost električnega polja), ki ob dovolj veliki vrednosti lahko vzbudi nevronske celice. Sproženi signal se tako prenese na druge nevronske celice, ki se tudi aktivirajo in pošljejo signal še naprej (Simon, 2015). Z neinvazivno magnetno stimulacijo torej tuljava, ki je prislonjena na glavo, deluje kot prva tuljava, zrak in povrhnji deli glave so medij za pretok magnetnega polja, druga tuljava pa je pravzaprav električno prevodno možgansko tkivo, ki ga stimuliramo (Jalinous in Hovey, 2006). Prvi zapisi o magnetni stimulaciji živčnega sistema segajo v leto 1896, ko je Jacques d’Arsonval poročal o migetajoči svetlobi in svetlobnih prebliskih v vidnem polju. Glavo posameznika je izpostavil močnemu spreminjajočemu se magnetnemu polju, med dve tuljavi (110 V, 30 A, 42 Hz) in s tem direktno stimuliral očesno retino. Njegovo poročilo vključuje opis “fosfenov in vrtoglavice, v nekaterih primerih celo omedlevice” (Jalinous in Hovey, 2006). Ta poskus je nekaj let kasneje ponovil Silvanus P. Thompson, kot je razvidno iz spodnje slike, vendar ni povsem jasno, ali so bili fosfeni rezultat stimulacije okcipitalnega režnja ali retine (Jalinous in Hovey, 2006).

12

Slika 1: Silvanus P. Thompson med poskusom stimuliranja možganov z magnetno stimulacijo, London

1910 (vir: Barker, 1991)

Leta 1959 je Kolin skupaj s svojimi sodelavci dokazal, da lahko z magnetno stimulacijo vplivajo na periferno živčevje, eksperiment je bil izveden na žabi (Jalinous in Hovey, 2006). Kmalu zatem, leta 1965, sta Bickford in Fremming uspešno prikazala stimulacijo obraznega živca. Minilo je še nadaljnjih sedemnajst let, preden je trojica Polson, Barker in Freeston leta 1982 objavila prvo uspešno magnetno stimulacijo perifernega živčnega tkiva pri človeku, kjer so zabeležili tudi motorične evocirane potenciale (Jalinous in Hovey, 2006). Glavni preboj na področju transkranialne magnetne stimulacije je bil leta 1985, ko je bila narejena prva uspešna klinična študija magnetne stimulacije možganov, ki so jo predstavili Anthony Barker in njegovi kolegi v eni izmed angleških bolnišnic v Sheffieldu (George in Belmaker, 2007). Prikazali so prevajanje živčnih signalov od motorične skorje do hrbtenjače ter posledično krčenje mišic v roki. Ta študija je zaradi uporabe elektromagnetnega polja bistveno zmanjšala občutek neugodja v primerjavi z električno stimulacijo, hkrati pa omogočila raziskovanje povezav med motorično skorjo in ostalimi deli živčnega sistema (Barker in sod., 1985). Po letu 1985 je sledil hiter napredek na področju uporabe TMS, izboljšala se je oprema in njena zanesljivost, razvili so boljše stimulatorje, ki so bili zmožni spreminjati svojo izhodno moč, razvili so tudi različne oblike tuljav, povečali natančnost in ponovljivost raziskav in izboljšali lokalizacijo možganskih področij ter uvedli nevronavigacijo (Jalinous in Hovey, 2006).

13

Slika 2: Barker leta 1985 s prvo klinično preizkušeno in uporabno TMS napravo, ki je imela okroglo

tuljavo (vir: Barker, 1985)

2.2. Tehnični aspekti TMS

Magnetni stimulatorji so sestavljeni iz dveh glavnih delov, iz električnega generatorja in iz tuljave. Električni generatorji so zmožni proizvesti električni tok, ki dosega več kot 5000 amperov, jakost magnetnega polja, ki jo proizvede tuljava, pa je lahko tudi 3 tesle, kar povzroči električno polje in tok v tkivu z magnitudo 500 V/m in 15 mA/cm2. Trajanje pulza je odvisno od tipa stimulatorja, traja lahko vse od 100 μs do 1 ms (Jalinous in Hovey, 2006). Med stimulacijo direkten stik z glavo ni potreben, lobanja in koža pravzaprav nimata učinka na magnetno polje (Ilmoniemi, 2002). Glavni dejavnik, ki vpliva na moč magnetnega polja, je razdalja – jakost magnetnega polja z razdaljo eksponentno upada, največja jakost je torej tik ob površini tuljave. Magnetno polje ne prodre v globoke možganske strukture, ampak le v zgornjih nekaj centimetrov, in tako direktno stimulira le površinske možganske strukture. Pri običajnih TMS stimulacijah se aktivira nekaj kvadratnih centimetrov površine korteksa, v globino stimulacija seže od 2 do 3 cm (Jalinous in Hovey, 2006).

Kako deluje naprava?

Med TMS postopkom je magnetna tuljava postavljena nad lobanjo, nad območje, kjer želimo doseči možgansko stimulacijo. Električni tok steče skozi magnetno tuljavo, s čimer povzroči nastanek magnetnega polja, to magnetno polje pa povzroči spremenjeno sekundarno električno polje v tkivu, bodisi koži, kosteh, mišicah ali živčevju. V kolikor je to sekundarno električno polje dovolj veliko in dolgo, bo povzročilo depolarizacijo celičnih membran, odprli se bodo ionski kanalčki in nastali bodo akcijski potenciali (Jalinous in Hovey, 2006). Transkranialna magnetna stimulacija lahko na korteksu povzroči različne spremembe, lahko aktivira, inhibira ali pa na kakšen drug način spremeni aktivnosti kortiko-subkortikalnih omrežij (Lefaucheur, 2009). Na kakšen način se bo korteks odzval, je odvisno tako od jakosti

14

in frekvence stimulacije, mesta stimulacije, polarnosti toka, lege tuljave in orientacije magnetnega polja ter konfiguracije sekundarnega električnega polja (Lefaucheur, 2009; Ilmoniemi in Kičić, 2010), kot tudi od fiziološkega stanja korteksa (Ilmoniemi, 2002). Mikroskopske spremembe, ki nastanejo kot odziv motoričnega korteksa na TMS, se kažejo v makroskopskem odzivu, ki ga raziskovalci podrobno preučujejo. Makroskopski odziv lahko spremljamo z različnimi raziskovalnimi tehnikami – preko elektroencefalografije (EEG) lahko beležimo spremenjeno nevronsko aktivnost, spremembe v metabolizmu in v pretoku krvi lahko zaznamo s PET, fMRI, SPECT, mišični odziv lahko spremljamo preko elektromiografije (EMG), prav tako pa je pri transkranialni magnetni stimulaciji moč zaznati vedenjske spremembe (Pascual-Leone in sod., 2002).

Slika 3: Princip delovanja TMS. Električni tok I(t) v tuljavi povzroči nastanek magnetnega polja B, ki

inducira električno polje E. Silnice magnetnega polja B gredo skozi tuljavo, silnice električnega polja E tvorijo sklenjen tokokrog. Na zgornji desni sliki je shematični prikaz lateralnega pogleda na

precentralni girus desne hemisfere. Prikazana sta dva piramidalna aksona in tipična orientacija sekundarnega električnega polja E. Električno polje vpliva na transmembranski potencial, kar

posledično vpliva na lokalno membransko depolarizacijo in proženje nevrona. Makroskopske odzive lahko opazujemo z različnimi tehnikami (vir: Pascual-Leone in sod., 2002)

Med TMS postopkom lahko s spreminjanjem jakosti električnega toka, ki steče skozi tuljavo, spreminjamo intenzivnost magnetnega polja, ki nastane v tuljavi (Kobayashi in Pascual-Leone, 2003). Jakosti magnetnih polj, ki jih oddaja TMS, so sicer nižje ali enake jakostim, ki jih zaznamo pri modernih magnetnih resonancah. Glede na znana

15

dejstva kratki magnetni pulzi, tako kot statična magnetna polja, niso škodljivi in za človeka ne predstavljajo nobene nevarnosti (Ilmoniemi, 2002). V večini sodobnih študij so uporabljene tuljave oblike 8 oz. metuljaste tuljave, ki so sestavljene iz dveh vzporedno postavljenih okroglih bakrenih tuljav, s čimer omogočajo bolj natančno in usmerjeno stimulacijo. Porazdelitev magnetnega polja je drugačna kot pri okrogli tuljavi, najvišje inducirano magnetno polje je točno na njeni sredini, kar je razvidno na sliki 7. Takšno tuljavo uporabljamo takrat, ko želimo dražiti ciljno tkivo manjšega obsega. Okrogla in metuljasta tuljava sta v današnji uporabi magnetne stimulacije najpomembnejši, obstajajo pa tudi druge oblike tuljav – dvojno-stožčasta tuljava, štirilistnata tuljava in H-tuljava (Jalinous in Hovey, 2006).

Slika 4: Prostorska porazdelitev induciranega električnega polja je odvisna od oblike tuljave (vir:

Ilmoniemi, 1999)

V medicini se transkranialna magnetna stimulacija uporablja v raziskovalne, terapevtske in diagnostične namene. Najpomembnejši preboj na področju zdravljenja s pomočjo TMS je bil leta 2008, ko je Ameriška agencija za hrano in zdravila (FDA) odobrila uporabo rTMS (repetitive TMS) za zdravljenje depresije, prav tako se TMS uporablja pri zdravljenju migren in nevropatske bolečine. Ostale možnosti uporabe TMS kot metode zdravljenja so v raziskovalnih fazah, nekaj uspeha pa TMS kaže kot diagnostično in prognostično orodje. V diagnostične namene se najpogosteje uporablja pri meritvah povezav med primarno motorično skorjo in mišico za oceno okvare kortikospinalne proge, ki jo lahko povzročijo možganska kap, multipla skleroza ali amiotrofična lateralna skleroza. Nekatere ugotovitve TMS so lahko koristne za zgodnje diagnosticiranje (npr. multipla skleroza, Bellova paraliza, psihogena pareza) in prognostične napovedi (npr. multipla skleroza, možganska kap) (Kobayashi in Pascual-Leone, 2003).

2.3. TMS in motorični korteks

Dosedanje raziskave s TMS so omogočile razumevanje delovanja motorične skorje tako pri zdravih ljudeh kot tudi pri različnih nevroloških in psihiatričnih boleznih ter nam omogočile karakterizacijo inhibitornih in ekscitatornih povezav znotraj primarnega motoričnega korteksa (M1). Pulz, ki ga pošljemo preko TMS, aktivira kortikospinalne nevrone na dva načina: direktno preko aksonov (D-valovi) in posredno preko transsinaptične aktivacije nevronov (I1-, I2- in I3-valovi) (Patton in Amassian, 1954). Direktne električne meritve piramidalnega trakta pri opicah so

16

pokazale, da pride do D-valov po 0.5 ms, I-valovi pa sledijo v 1.5 ms intervalih (Patton in Amassian, 1954). Podobne epiduralne meritve pri ljudeh so prav tako pokazale, da se pri kortikalni stimulaciji D- in I-valovi pojavijo v različnih časovnih obdobjih (Berardelli in sod., 1990, Nakamura in sod., 1996).

Slika 5: Kortikalna stimulacija lahko na kortikospinalne nevrone deluje na dva načina, direktno (preko

D-valov) ali posredno (preko I-valov).

D-valove lahko zaznamo pri nižji stimulaciji kot I-valove, saj je prag, ki izzove I-valove, višji. Pri tem, kakšne valove bomo zaznali, igra pomembno vlogo tudi orientacija tuljave. Pri postavitvi tuljave, ki inducira posteriorno anteriorno aktivacijo (ali anteriorno posteriorno), najprej zaznamo I-valove, če tuljavo postavimo v lateralno medialno smer (na stran glave), pa so primarno aktivirani D-valovi (Sakai in sod., 1997). Zelo pomembna lastnost primarne motorične skorje je somatotopičnost, kar pomeni, da je kontrola gibanja specifičnih delov telesa vezana na specifične dele primarne motorične skorje. Ta koncept je prvič predstavil Hughlins Jackson leta 1863 (Jackson, 1931), kasneje pa sta Penfield in Boldrey (1937) izvedla tarčno električno stimulacijo na možganih in kot prva opisala motorični homunkulus (Z’Graggen in sod., 2009). Čeprav so novejše raziskave pokazale, da motorična skorja primatov ni popolnoma somatotopično organizirana, znanje o organizaciji motoričnega homunkulusa omogoča lažje iskanje področja, ki ga želimo stimulirati s TMS (Z’Graggen in sod., 2009).

17

Slika 6: Transkranialna magnetna stimulacija na motorični skorji je izvedena preko območja tarčne

mišice na M1, reprezentacije mišic ležijo na motoričnem homunkulusu, kot sta ga opisala Penfield in Rasmussen leta 1950 (vir: Penfield in Rasmussen, 1950)

Kadar določeno področje motorične skorje stimuliramo s posameznim TMS-pulzom, lahko izzovemo aktivacijo določene periferne mišice (največkrat na nogi ali roki), kar lahko zabeležimo in izmerimo z elektromiografijo. Elektromiografija beleži t. i. motorične evocirane potenciale (MEP), njihova amplituda, latenca, območje, dolžina trajanja pa so parametri, ki omogočajo raziskavo kortikospinalnih poti in motoričnih pragov motoričnega korteksa (Farzan in sod., 2012). TMS-EMG tehnika s pomočjo posameznih ali večkratnih TMS-pulzov omogoča raziskovanje kortikospinalne vzdražljivosti in vzdražljivostnih intrakortikalnih procesov (inhibitornih in facilitatornih), plastičnosti motorične skorje ter raziskovanje kortikokortikalne povezljivosti. Integracija EMG s TMS je posledično postala pomembno orodje za ocenjevanje patoloških procesov, ki so povezani z nekaterimi nevrološkimi in psihiatričnimi obolenji, kot so Parkinsonova bolezen, distonija, kap, Alzheimerjeva bolezen, shizofrenija in depresija (Farzan in sod., 2012).

2.3.1. Spremljanje električne aktivnosti mišice – elektromiografija

Ime elektromiografija izhaja iz besed »elektro« – elektrika, »myo« – mišica in »graf« – zapis. EMG je torej posnetek akcijskih potencialov, ki se širijo vzdolž sarkoleme od motorične ploščice proti koncema mišičnih vlaken (Enoka, 2002). EMG signal nastane z električno aktivnostjo mišičnih vlaken med krčenjem, v principu je torej elektromiografija ekstracelularno merjenje seštetih akcijskih potencialov iz več motoričnih enot. Izvori signala so od elektrod ločeni z biološkim tkivom, ki deluje kot prostorski filter, prepusten za nizke frekvence in na ta način pomembno vpliva na zajeti signal EMG (Štirn, 2009). EMG posnamemo z elektrodami, ki merijo spremembo napetosti, ki nastane kot posledica širjenja akcijskega potenciala po mišičnem vlaknu. Posnamemo ga z eno ali z dvema aktivnima površinskima elektrodama in eno referenčno elektrodo (Štirn, 2009).

18

Osnovni elektrofiziološki parametri, ki jih merimo z uporabo TMS-EMG tehnike in ki nam omogočajo kvantifikacijo funkcijskega stanja motorične skorje, so: (i) parametri kortikospinalne vzdražljivosti:

MEP – motorični evocirani potenciali ('motor evoked potential'), RMT– motorični prag v mirovanju ('resting motor threshold' ), AMT – aktivni motorični prag ('active motor threshold'), RC – krivulja vzdražljivosti ('recruitment curve'), ARC – aktivna krivulja vzdražljivosti ('active recruitment curve'),

(ii) parametri intrakortikalne inhibicije in facilitacije:

SICI – kratkointervalna intrakortikalna facilitacija ('short interval intracortical inhibition'),

LICI – dolgointervalna intrakortikalna inhibicija ('long interval intracortical inhibition'),

ICF – intrakortikalna facilitacija ('intracortical facilitation'), CSP – tiha perioda ('cortical silent period),

(iii) odgovori motorične skorje na različne eksperimentalne protokole plastičnosti.

2.3.2. Motorični evocirani potencial (MEP)

Motorični evocirani potencial (MEP) je odziv kontralateralne mišice na TMS-stimulacijo, to vzburjenje mišičnih vlaken pa lahko klinično ali raziskovalno merimo z elektromiografijo (EMG). TMS-pulz mora biti dovolj močan, da izzove motorični evocirani potencial, intenziteta mora biti enaka ali višja motoričnemu pragu (Kobayashi in sod., 2003). Posamezen TMS-pulz, katerega intenziteta je dovolj visoka, da lahko depolarizira nevrone, povzroči nastanek akcijskega potenciala, ki potuje po kortikospinalnem traktu proti tarčni mišici (Hallet, 2007). Ko akcijski potencial preči hrbtenjačo in doseže mišico, se kalcij v presinaptičnih nevronih sprosti in povzroči sproščanje acetilholina v živčno-mišični stik, to pa posledično privede do krčenja mišice. Amplituda MEP-a, ki jo merimo od spodnjega do zgornjega vrha, je najpogosteje uporabljena meritev aktivnosti kortikospinalnih in hrbtenjačnih motonevronov. Večja kot je amplituda, večja je vzdražljivost nevronov in obratno – manjša kot je amplituda, manjša je nevronska vzdražljivost. Amplitude MEP-ov pri napeti mišici so večje kot pri mišici v mirovanju, saj so motorični nevroni že aktivirani, posledično pa je lažje izzvati večjo aktivnost (Hallett, 2007).

2.3.3. Motorični prag v mirovanju

Motorični prag je meritev membranske ekscitabilnosti, natančneje membranske vzdražljivosti kortikospinalnih nevronov in hrbtenjačnih nevronov (Rossini in sod., 1994), odvisen pa je predvsem od glutaminergične sinaptične vzdražljivosti kortikospinalnih nevronov (Day in sod. 1989). Motorični prag se lahko pri določenih

19

bolezenskih stanjih spremeni in je tako pomemben parameter v kliničnih študijah (Kobayashi in sod., 2003). Motorični prag v mirovanju (RMT, ang. resting motor threshold) je definiran kot najnižja intenziteta stimulacije, ki je potrebna, da izzove motorične evocirane potenciale (MEP), katerih minimalna amplituda mora biti 50 µV v vsaj petih od desetih zaporednih meritev, pri čemer je mišica ves čas sproščena (Rossini in Rossi, 2007).

2.3.4. Aktivni motorični prag

Aktivni motorični prag je definiran kot najnižja intenziteta stimulacije, ki izzove motorične evocirane potenciale z minimalno amplitudo 200 µV v vsaj petih od desetih zaporednih meritev pri napeti mišici. Tarčna mišica med meritvami ni sproščena, ampak je ves čas napeta – običajno nekje med 15–20 % maksimalne mišične napetosti (Rossini in Rossi, 2007). Kadar je mišica napeta, je večino kortikospinalnih nevronov in motonevronov hrbtenjače zelo blizu praga sproženja, zato je tudi intenziteta stimulacije pri aktivnem motoričnem pragu nižja kot pri motoričnem pragu v mirovanju, ponavadi za 10 %.

2.3.5. Krivulja vzdražnosti

Krivulja vzdražnosti je krivulja, ki nakazuje povečanje amplitude motoričnih evociranih potencialov zaradi povečane intenzitete TMS-stimulacije. Ta meritev vključuje nevrone tarčne regije (tj. tiste, ki so aktivirani pri motoričnem pragu v mirovanju in so najbolj vzdražljivi), s povečevanjem intenzitete stimulacije pa vključi tudi nevrone, ki so sicer manj vzdražljivi ali pa so bolj oddaljeni od centra TMS-stimulacije (Hallett in sod., 1999). Pri odraslih je oblika krivulje praviloma sigmoidne oblike, njeni glavni značilnosti pa sta strmina krivulje in plato (zravnani del krivulje). Sam mehanizem, ki je odgovoren za končno obliko krivulje, še ni povsem znan, vendar razne farmakološke študije nakazujejo, da je strmina krivulje tistih ljudeh, ki jemljejo zdravila za povečan adrenergični prenos, zmanjšana pa pri vnosu zaviralcev natrijevih in kalcijevih kanalov, kot tudi pri zdravilih, ki povečujejo učinke GABA (Chen, 2000).

2.3.6. Tiha perioda

Kadar pride do pulza TMS med mišično aktivnostjo (preiskovanec ima napeto tarčno mišico), motoričnemu evociranemu potencialu, ki ga sproži TMS, sledi obdobje EMG neaktivnosti oz. “tišine” (Calancie in sod., 1987), ki lahko traja do nekaj sto milisekund. Ta negativni pojav je funkcionalni pokazatelj inhibitornih kortikalnih povezav, delovanje pa uravnavajo GABA-B receptorji (Ziemann, 2004).

2.3.7. Kratkointervalna kortikalna inhibicija

Kratkointervalna kortikalna inhibicija je dobro raziskan inhibitorni mehanizem, pri katerem je amplituda, ki jo povzroči testni TMS-pulz, zmanjšana zaradi predhodnega pogojnega TMS-pulza (Kujirai in sod., 1993, Kobayashi in sod., 2003, Di Lazzaro in

20

sod., 2000). Oba TMS-pulza stimulirata isto področje preko iste tuljave, vendar je med njima časovni interval, dolg 1–5 ms (Kujirai in sod., 1993). Do inhibitornega učinka pride samo, kadar je prvi dražljaj (pogojni TMS-pulz) nižji od motoričnega praga oz. podpražni, drugi (testni TMS-pulz) pa višji oz. nadpražni (Kujirai in sod., 1993). Meritve hrbtenjačnih refleksov niso pokazale nobenih sprememb med meritvami SICI, kar nakazuje na to, da se spremembe sinaptične vzdražljivosti zgodijo na kortikalnem nivoju (Kujirai in sod., 1993). Pogojni TMS-pulz v kortikospinalnih nevronih izzove inhibitorne postsinaptične potenciale (IPSP), posledično pa se zmanjša število akcijskih potencialov, ki jih lahko izzove drugi, testni TMS-pulz (Ilic in sod., 2002). Kratkointervalno kortikalno inhibicijo dokazano uravnavajo GABA-A receptorji v možganih (Ilic in sod., 2002), pri različnih nevroloških boleznih pa pride do zmanjšane inhibicije pri SICI (možganska kap, multipla skleroza, amiotrofična lateralna skleroza, distonija, Parkinsonova bolezen) (Hummel in sod., 2009, Vucic in sod., 2011, Vucic in sod., 2012).

Slika 7: Kratkointervalna kortikalna inhibicija je dosežena, kadar podpražnemu pogojnemu TMS-pulzu

sledi nadpražni testni TMS-pulz, časovni interval med njima pa je 1 – 5 ms, amplituda motoričnega evociranega potenciala, ki ga izzove testni TMS-pulz, je zmanjšana (slika modificirana po Kobayashi

in sod., 2003)

2.3.8. Intrakortikalna facilitacija

Kadar pogojnemu TMS-pulzu sledi daljši časovni interval, ki je dolg 8–30 ms, je moč zaznati povečanje odziva na testni TMS-pulz. Amplituda motoričnega evociranega potenciala pri ICF je večja od amplitude MEP-a, ki jo običajno izzove posamezen TMS-pulz s takšno intenziteto. Intrakortikalna facilitacija je pokazatelj, da so v motorični skorji prisotni tudi vzdražljivostni mehanizmi (poleg inhibitornih, ki jih dokazuje SICI) (Ziemann in sod., 1996), Ziemann in sod. pa so dokazali tudi, da NMDA antagonisti in GABA-A agonisti zmanjšujejo učinek ICF, GABA-B agonisti pa ga povečujejo (Ziemann, 2004).

21

Slika 8: Krivulja na grafu prikazuje razliko med kratkointervalno kortikalno inhibicijo in intrakortikalno

facilitacijo – intenziteta pulzov je v obeh primerih enaka, spremeni se le časovni interval med pogojnim in testnim TMS-pulzom. Pri intrakortikalni facilitaciji je časovni interval med pulzoma večji,

zelo je opazno povečanje MEP (vir: Kujirai in sod., 1993)

22

3. POZORNOST

"Vsakdo ve, kaj pozornost je. Je proces, v katerem eden izmed mnogih hkrati močnih objektov ali tokov misli prevzame um v jasni in živi obliki. Izostritev, koncentracija zavesti predstavljata njeno

bistvo. Pomeni odmik od nekaterih stvari, da bi lahko bolj učinkovito obravnavali druge." (William James, 1890, str. 403–404)

Kompleksni organizmi z višjo inteligenco imajo vgrajen “mehanizem za odločanje”, s katerim v danem trenutku usmerjajo pozornost. Brez pozornosti bi bila bitja nenehno preobremenjena z dražljaji, to pa bi škodovalo njihovim zmožnostim, optimalnemu izvajanju nalog, sposobnostim odločanja in odzivanju na okolje. Resnični svet namreč vsebuje več informacij, kot jih lahko posamezno inteligentno bitje v danem trenutku procesira, naravna pozornost pa da živalim zmožnost, da fokusirajo svoje omejene zmožnosti na stvari, ki so za njihov obstoj pomembne. Človeška pozornost je dobro raziskan predmet na področju kognitivne psihologije in je ključna lastnost človeške inteligence. Prvi poglobljeni opisi pozornosti se pojavljajo v zapisih filozofov iz 18. stoletja, vendar so na začetku pozornost enačili s percepcijo. Stoletje kasneje so bili glavni teoretiki na tem področju Titchener, Külpe in James (Pashler, 1998). William James je kot prvi predlagal, da je pozornost sestavljena iz več sistemov. Kot pravi, ima pozornost omejeno kapaciteto in vključuje selektivnost in kontrolo pozornosti (James, 1890). Njegova opredelitev je podobna današnjim definicijam, ki pozornost označujejo kot spoznavni proces, pri čemer so določeni dražljaji, misli ali predmeti obravnavani prednostno, medtem ko so nepomembni ali moteči dražljaji prezrti (Carr, 2004; Klein, 2004). Pozornost je definirana tudi kot način razporeditve omejenih sredstev procesiranja (Anderson, 2004) oz. kot izbira nekaterih informacij iz okolja na račun ostalih informacij (Pashler, 1998). V začetku 20. stoletja je bilo proučevanje pozornosti za nekaj časa postavljeno na stranski tir, saj se je prevladujoči behaviorizem osredotočal predvsem na odnose med dražljajem in odgovorom ter na druge “mentalistične” pojme (Pashler, 1998; Repovš, 1999). Pozornost je bila pri takšnem konceptu proučevanja odveč, vendar je sčasoma postalo jasno, da behaviorizem ne zmore razložiti, kako npr. več sočasnih dražljajev tekmuje za pozornost. V petdesetih letih 20. stoletja se je z razvojem kognitivne psihologije zanimanje za raziskovanje pozornosti preporodilo (Pashler, 1998; Repovš, 1999).

23

Slika 9: Pozornost je postala v drugi polovici 20. stoletja izjemno zanimiva raziskovalna tema, kot je razvidno tudi po številu izdanih publikacij. Na področju kognitivne psihologije proučevanje pozornosti močno izstopa od proučevanja ostalih kognitivnih procesov (po letu 2000 so zajete samo publikacije,

izdane do leta 2003; štete so publikacije, dostopne na PubMed). (vir: Raz, 2004)

Psihologi so v zadnjem stoletju izraz pozornost uporabljali za vsaj tri različne vrste mentalnih aktivnosti (Moran, 1996). Kadar se pozornost enači z zavestnim usmerjanjem mentalnega napora na neko specifično nalogo, govorimo o selektivni pozornosti (npr. usmerjamo pozornost na branje knjige ali poslušamo predavanja, medtem ko ignoriramo dražljaje, kot je bližnji radio ali televizor ali zamudniki na predavanja). Dostikrat se soočamo s situacijami, kjer naše umske zmogljivosti usmerimo v več različnih dejavnosti, ki potekajo sočasno. Sposobnost opravljanja več nalog hkrati je domena deljene pozornosti, razvije pa se z odraščanjem in vajo (npr. med vožnjo s kolesom lahko pojemo ali kuhamo kosilo, medtem ko govorimo po telefonu). Tretji pomen pozornosti je stanje vzburjenosti oz. stanje pripravljenosti za akcijo, korenine te pozornosti pa so v evolucijski teoriji, saj nam takšno delovanje omogoča obstoj v novem okolju, kjer je vsaka sprememba potencialna nevarnost (Čebulc, 2009).

3.1. Modeli pozornosti

V času razvoja kognitivne psihologije je Donald Broadbent (1958; po Pashler, 1998) predstavil izredno vpliven model, s katerim je postavil temelje paradigmi informacijskega procesiranja. Predpostavil je, da lahko kognitivni sistem pojmujemo kot informacijski kanal omejenih zmogljivosti. Takšen sistem ni zmožen procesirati vseh informacij iz okolja, zato je izjemno pomembna izbira oz. selekcija pomembnih informacij (Repovš, 1999). To nalogo naj bi opravljala pozornost v obliki zgodnjega filtra, ki k nadaljnji obdelavi v zaznavnem sistemu prepušča zgolj dražljaje, ki v svojih lastnostih ustrezajo izbranim nastavitvam filtra (Repovš, 1999). Poleg dražljajev iz okolja lahko procesiramo tudi notranje psihične vsebine (reševanje problemov, spominjanje, odločanje itd.) (Gasar, 1996).

24

Slika 10: Po Broadbentovi teoriji pozornost deluje v obliki zgodnjega filtra, ki v nadaljnje procesiranje

prepušča le določene informacije iz okolja.

Broadbentova teorija je temeljila na slušni pozornosti, predvsem dihotičnem poslušanju (tj. sočasno poslušanje dveh stavkov). Raziskovalci so v levo in desno uho predvajali različna sporočila in ob tem ugotovili, da lahko slišimo stavek le na eni strani (Eysenck in Keane, 1990). Raziskovalec Colin Cherryl je leta 1953 izvedel poskus, ki prav tako potrjuje opisano teorijo, poudaril pa je, da lahko v množici glasov razpoznamo določen zvok le na podlagi njegovih fizikalnih lastnosti (položaj, intenziteta, spol govorca, karakteristike zvoka, …) (Eysenck in Keane, 1990). Selektivna pozornost torej temelji na filtru za dražljaje, s katerim usmerjamo pozornost. Broadbentov model pravi, da je ta filter oz. selekcija dražljajev na podlagi fizikalnih lastnosti postavljen zelo zgodaj, še pred semantično analizo. Treismanova (1964) se s tem ni strinjala povsem, saj smo ljudje dokazano zmožni procesirati in obdelati nekatere dražljaje, ki se jih ne zavedamo ali pa nanje nismo pozorni. Postavila je nov model, t. i. teorijo slabitve, pri kateri filter nepomembne informacije postopoma oslabi (in ne izloči takoj) (Treisman, 1964). Treismanova pravi, da analiza dražljajev poteka stopenjsko in sistematično, najprej se obdelajo fizične lastnosti, nato vzorci zlogov in posameznih besed, nazadnje sledi semantična analiza govora. Preko večstopenjske analize pride do postopne selekcije dražljaja, teorija pa dopušča, da se v določeni meri obdelajo tudi dražljaji, na katere nismo pozorni (Repovš, 1999). Skoraj istočasno s Treismanovo sta svojo teorijo postavila tudi Deutsch in Deutsch (1963), ki sta v svojo teorijo prav tako vključila procesiranje nezavednih dražljajev. Prva dva modela pozornosti trdita, da se selekcijski filter pojavi pred prepoznavo vzorcev in izbiro dražljajev, Deutsch in Deutsch pa v svojem modelu poznega filtra predpostavljata, da se selekcija zgodi šele po fazi prepoznavanja vzorcev, najprej se vsi dražljaji povsem analizirajo (Eysenck in Keane, 1990).

25

Slika 11: Treismanova teorija slabitve pravi, da so informacije, ki jim ne posvečamo pozornosti, postopno oslabljene. V določeni meri se procesirajo tudi dražljaji, ki se jih sploh ne zavedamo.

Novejše teorije selektivne pozornosti se ne osredotočajo več toliko na način selekcije dražljajev, ampak na omejene resurse, ki so na voljo za izvajanje kognitivnih operacij. Raziskovalce zanima, kako ekonomično se prerazporejajo resursi pozornosti med selektivno pozornostjo – podatki se lahko procesirajo po več vzporednih kanalih, pasovna širina pa je omejena. Pri selektivni pozornosti torej preprečujemo, da bi nepomembne senzorične informacije prodrle v zavest, hkrati pa postanemo bolj vzburjeni in pozorni na tarčne dražljaje. Takšna prilagoditev organizma na dražljaje je sestavljena iz najmanj štirih komponent:

- receptorne, - posturalne, - mišične in - centralne prilagoditve (Pečjak, 1977).

Pri receptorni komponenti se glava in oči usmerjajo proti predmetu opazovanja, na podoben način se prilagaja tudi slušni organ. Posturalna komponenta omogoča, da z gibanjem telesa in spreminjanjem drže čim bolj učinkovito zaznavamo dražljaje. Med pozornim opazovanjem je mišičevje napeto, tj. mišična komponenta. V Freemanovem eksperimentu so osebam merili napetost mišic pri dveh pogojih – ob komaj zaznavnem šumu in ob jasno zaznavnem šumu–, rezultati pa so pokazali, da je bila v prvem primeru pozornost večja, zvečala pa se je tudi napetost mišic (Pečjak, 1977). Med pozornostjo se razen povečane napetosti mišic (mišična prilagoditev) pojavljajo še nekatere periferne spremembe, npr. galvanska reakcija kože, ki nakazujejo vzburjenost organizma. Periferne prilagoditve so povezane s centralnimi živčnimi procesi (centralna prilagoditev), od katerih so najvažnejši procesi v retikularni formaciji in možganski skorji (Pečjak, 1977).

26

3.2. Funkcijska anatomija pozornosti

Zelo podrobno in vplivno taksonomijo pozornosti je postavil raziskovalec Posner s sodelavci (Fan in sod., 2002; Posner in Petersen, 1990). Leta 1990, ko so bile tehnike slikanja možganov še v povojih, sta Posner in Peterson v obširnem članku povzela dotedanje znanje o pozornosti na bolj nevroznanstven način. Na podlagi tedanjih vedenjskih raziskav in PET-slikovne metode sta predlagala tri osnovne koncepte pozornosti, ki so postali izjemno zanimivi za proučevanje, prvotni članek pa je bil v znanstveni literaturi citiran skoraj šesttisočkrat (Petersen in Posner, 2012). Posner namreč trdi, da obstajajo trije koncepti pozornosti:

- prvi koncept pozornosti: pozornost je anatomsko ločena od ostalih sistemov, ki procesirajo vhodne dražljaje, sprejemajo odločitve in tvorijo odgovore,

- drugi koncept pozornosti: pozornost uporablja mrežo večih anatomskih področij,

- tretji koncept pozornosti: te anatomske strukture so odgovorne za različne kognitivne funkcije (Posner in Petersen, 1990).

Posnerjeva ideja o pozornosti je edinstvena zato, ker pojasnjuje anatomsko zasnovo pozornosti. Pozornost omogočajo tri anatomsko ločena omrežja v možganih, ki se razlikujejo v svojih vlogah pri procesih pozornosti (Posner in Petersen, 1990). Te tri vloge oz. funkcije so: priprava, usmerjanje in izvršilna pozornost. Omrežje, odgovorno za pripravo oz. ‘opozarjanje’ (ang. alerting), nadzira splošno stanje odzivnosti in skrbi, da postanemo in ostanemo pozorni na senzorične dražljaje. Anatomsko se to funkcijsko omrežje pozornosti pripisuje talamusu ter frontalnemu in parietalnemu režnju desne hemisfere, modulira pa ga noradrenalin (Coull in sod., 1996; Marrocco in sod., 1996; Posner in Petersen, 2012).

Slika 12: Noradrenergični nevroni, locirani v locus coeruleus, regulirajo našo pozornost, vplivajo pa

tudi na druge možganske sisteme, na primer na osnovi povezave z malimi možgani poteka regulacija motorične kontrole (prikazani so možgani opice makaki). (vir: Aston-Jones in Cohen, 2005)

Drugo anatomsko ločeno omrežje pozornosti je odgovorno za usmerjanje pozornosti (ang. orienting), saj izbere, katere senzorične informacije se bodo sploh procesirale. Pri proučevanju tega sistema so raziskovalci ugotovili, da obstajata dva anatomsko in funkcijsko ločena sistema za usmerjanje pozornosti. Dorzalni frontoparietalni sistem

27

je odgovoren za prostovoljno vodeno top-down pozornost, ko se zavestno odločamo, kam ali na kaj bomo pozorni. Ventralni frontoparietalni sistem pa sodeluje pri zaznavi spregledanih ali nepričakovanih dražljajev in sproža nehotene premike pozornosti (bottom-up pozornost) (Vossel in sod., 2013; Petersen in Posner, 2012; Corbetta in Shulman, 2002). Čeprav se je večina raziskav osredotočala predvsem na vidno-prostorsko pozornost, je bilo usmerjanje pozornosti preko dveh sistemov dokazano tudi pri drugih senzoričnih modalnostih (sluh, dotik), kar nakazuje, da je usmerjanje pozornosti supramodalni mehanizem (Macaluso, 2010), moduliran preko nevrotransmiterja acetilholina (Posner in Rothbart, 2007).

Slika 13: Shematski prikaz komponent dorzalnega in ventralnega sistema, ki sodelujeta pri usmerjanju

pozornosti. Dorzalni sistem je aktiven bilateralno, ventralni sistem pa kaže lateralizacijo na desni hemisferi. FEF = frontalno polje za pogled; IPS = intraparietalni sulkus; SPL = superiorni parietalni reženj; VFC = ventralni frontalni reženj; TPJ = tempoparietalni stik (vir: Petersen in Posner, 2012)

Tretja funkcionalna komponenta pozornosti je izvršilna pozornost (ang.executive attention), ki se nanaša na nadzorni pozornostni sistem, ki zavira neprimerne odzive in izbira primerne odzive. Naloga izvršilne pozornosti je, da kontrolira naše misli in obnašanje, nujna je pri planiranju in odločanju, pri popravljanju napak, pri soočanju z novimi situacijami in novimi odzivi ter pri soočanju z nevarnimi situacijami (Posner in Petersen, 2012). Ta sistem pride v veljavo, kadar pride do konflikta med večimi reprezentacijami, ki med sabo tekmujejo za dostop do centralnega sistema z omejeno kapaciteto. Anatomsko se izvršilna pozornost pripisuje anteriornemu cingulatnemu korteksu in lateralnim področjem prefrontalnega režnja (Fan in sod., 2001; Posner in Petersen, 2012), modulacija pa poteka preko nevrotransmiterja dopamina (Posner in Rothbart, 2007).

28

Slika 14: Grobi prikaz anatomskih struktur treh funkcijskih sistemov pozornosti, izvršilno pozornost

(modri trikotnik) omogočata anteriorni cingulatni korteks in medialna področja prefrontalnega režnja. (vir: Posner in Rothbart, 2007)

3.3. Modalnosti pozornosti, naloga ‘oddball’

Ker je v okolju ogromno senzoričnih dražljajev, ki tekmujejo za našo pozornost, je pomembna naloga možganov filtriranje nepomembnih informacij in izbira informacij, ki imajo za naše obnašanje in delovanje določen pomen. Selektivno pozornost lahko opišemo kot zbirko filtrov (Hansen in Hillyard, 1983; Heslenfeld, 1998), ki omogočajo različne stopnje selekcije. Na prvi stopnji pride do senzorne inhibicije oz. selekcije med senzoričnimi modalnostmi, kot so vidna, slušna ali čutna modalnost (Talsma in Kok, 2001), med temi modalnostmi pa pogosto prihaja do interakcij oz. t. i. intermodalnosti. Iz ekološkega stališča je čas, ki ga organizem potrebuje za odgovor na zunanji dražljaj, izjemnega pomena (Hanson in sod., 2009). V naravi in potencialno nevarnem okolju namreč preživijo organizmi, ki imajo zelo hiter reakcijski čas in ne rabijo veliko časa za procesiranje senzoričnih informacij. Hitrost obdelave informacij je odvisna predvsem od fiziologije mehanizmov, ki procesirajo senzorične informacije (Hanson in sod., 2009). Na primer proces spreminjanja zvočnih valov v nevronske signale v kohlei traja približno 40 µs (Corey in Hudspeth, 1979), transdukcija čutnih dražljajev preko mehanoreceptorjev traja 2 ms (Mizobuchi in sod. 2000), transdukcija vidnih dogodkov na retini pa v dobro osvetljenih pogojih traja približno 50 ms (Schnapf, 1987). Skozi leta raziskav se je izkazalo, da ljudje svojo pozornost največkrat usmerjajo v vidno modalnost (Posner in sod., 1976, Spence in sod., 2001), vendar je senzorična dominanca odvisna od okoliščin in zanesljivosti modalnosti (Ernst in Banks, 2002). Na kakšen način in kako hitro se možgani odzovejo na določen dražljaj, je predmet številnih študij, ki se ukvarjajo z elektroencefalografijo in izvabljenimi odzivi oz. t. i. ERP-ji (ang. event related potential), te metode pa se že nekaj časa uporabljajo tudi za proučevanje selektivne in vzdrževane pozornosti. Za raziskovanje izvabljenih

29

odzivov je velikokrat uporabljena naloga ‘oddball’, saj je izjemno preprosta in občutljiva na spreminjanje pogojev (Rugg in sod., 1993). V svoji najosnovnejši obliki je naloga ‘oddball’ sestavljena iz pogostih (standardnih) dražljajev, med katere so naključno porazdeljeni manj pogosti (tarčni) dražljaji, v nekaterih izvedbah pa so dodani še manj pogosti netarčni (distraktorski) dražljaji (Brown in sod., 2007). Standardne naloge ‘oddball’ vsebujejo dražljaje ene senzorične modalnosti – slušna naloga ‘oddball’ je sestavljena iz zvokov, ki se lahko razlikujejo v višini, trajanju, intenziteti ali frekvenci zvoka; v vidni nalogi ‘oddball’ se lahko tarčni dražljaji razlikujejo od standardnih v svetlosti, obliki, velikosti ali barvi; pri čutni oz. somatosenzorični nalogi ‘oddball’ pa se lahko tarčni dražljaji določijo glede na lokacijo, intenziteto ali frekvenco stimulacije (Brown in sod., 2007). V splošnem se v eksperimentalne namene uporabljata dva tipa nalog ‘oddball’. Pasivna oblika naloge (ni uporabljena v tej raziskavi) od udeležencev zahteva izvajanje nepomembnega opravila (npr. branje knjige) in ignoriranje dražljajev, s čimer se raziskuje avtomatično senzorično procesiranje. Pri aktivni nalogi ‘oddball’ (uporabljena v naši raziskavi) pa udeleženci svojo pozornost usmerijo v samo nalogo ‘oddball’ in so pozorni na tarčne dražljaje (lahko v obliki tihega štetja ali pritiska na gumb) (Brown in sod., 2007).

30

4. POZORNOST IN MOTORIKA Ogromno študij je proučevalo, kakšen vpliv ima pozornost na senzorični sistem. V splošnem je znano, da pozornost, ki je usmerjena na dražljaj določene modalnosti, povečuje možgansko aktivnost v primarnem senzoričnem korteksu (območje je odvisno od modalnosti), ki procesira senzorične informacije, in v frontoparietalnih asociacijskih območjih, ki imajo kontrolo nad fokusiranjem pozornosti (Behrman in sod., 2004, Ptak, 2012). Dosti manj študij je usmerjenih v raziskovanje vpliva pozornosti na motorični sistem, zato slabo razumemo, kako različna kognitivna stanja, vključno s pozornostjo, vplivajo na osnovno fiziologijo motorične skorje (Ruge in sod., 2014). Pozornost lahko vpliva na motorično skorjo preko povezav z frontoparietalnimi asociacijskimi področji, preko povezav z bazalnimi gangliji in preko RAS-a in talamusa (Rizzolatti in sod. 1998). Glavno področje, ki je odgovorno za selektivno pozornost oz. zaznavo tarčnih dražljajev, povezanih z določeno nalogo, je prefrontalni korteks, saj s kontrolo ‘od zgoraj navzdol’ (ang. top-down) kontrolira senzorična in druga območja možganov (Miller in Cohen, 2001; Schouwenburg in sod., 2013). Nedavni modeli nakazujejo interakcijo prefrontalnega korteksa z bazalnimi gangliji pri nadzoru pozornosti (Hazy in sod., 2007). Bazalni gangliji dobijo informacije iz praktično vseh možganskih struktur (vključno z limbičnim sistemom), posledično tako dobijo vse informacije, ki so potrebne za določanje vedenjskega odziva na zunanji dražljaj glede na trenutno stanje telesa in okolja (Schouwenburg in sod., 2013). Anatomsko je prefrontalni korteks povezan z bazalnimi gangliji preko funkcionalnih omrežij oz. zank, ki omogočajo prenos kortikalnih signalov do bazalnih ganglijev, in preko talamusa nazaj do korteksa (Alexander in sod., 1986). V te zanke sodijo motorična zanka, limbična zanka in kognitivna oz. asociacijska zanka. Danes je najbolj sprejet model bazalnih ganglijev, ki pravi, da imajo bazalni gangliji vlogo filtra, ki omogoča selektivno izbiro želenih odzivov (misli, občutkov, pozornosti ali gibov), medtem ko istočasno zavirajo nepomembne odzive (Mink, 1996; Surmeier, 2013; Schouwenburg in sod., 2013). Bazalni gangliji imajo torej preko povezav s prefrontalnim korteksom vlogo v modulaciji pozornosti in verjetno tudi pomembno vlogo pri interakciji pozornosti in gibanja. Do nedavnega je veljalo prepričanje, da nekatere gibe, kot je npr. hoja, izvajamo popolnoma avtomatizirano in z minimalnim vključevanjem višjih kognitivnih procesov (Yogev-Seligmann in sod., 2008), vendar se to stališče nekoliko spreminja (Montero-Odasso in sod., 2012). Pri kompleksnem gibanju, kot je hoja, je namreč ključno, da se človek zaveda okolice, je sposoben ustreznega nadzora gibov in se v kompleksni okolici znajde ter pride do cilja. Zato ne preseneča, da so slikovne študije med lokomocijo dokazale aktivnost frontalnih in parietalnih območij v možganih (Malouin in sod., 2003), kar govori, da je pozornost pomemben faktor pri izvajanju gibov (Yogev-Seligmann in sod., 2008). Kadar med gibanjem usmerjamo pozornost na neko sekundarno nalogo, pride med dvema procesoma do tekmovanja za pozornost (vključita se prefrontalni korteks in anteriorni cingulatni korteks), možgani pa morajo prednostno obravnavati dve nalogi hkrati (Yogev-Seligmann in sod., 2008). Takrat

31

govorimo o deljeni pozornosti. Tako so različne študije preverjale, ali se med usmerjanjem pozornosti na sekundarno nalogo spremeni hoja (Yogev-Seligmann in sod., 2008). Raziskovalci so ugotovili, da se že pri mladih zdravih ljudeh hoja nekoliko upočasni, prav tako pri kognitivnih nalogah dosegajo slabše rezultate (Montero-Odasso in sod., 2012). Rezultati sicer niso kazali velikega odklona od optimalnih rezultatov, saj večino gibov ljudje izvajamo avtomatično ne glede na dejavnike v okolju, kar nam omogoča običajno in predvidljivo delovanje brez interference nepomembnih dražljajev. Pri starejših ljudeh, kjer pride do strukturnih sprememb v možganih (predvsem v prefrontalnih regijah) in posledično do slabšanja izvršilnih funkcij, so raziskovalci zaznali upočasnjeno hojo in slabše reakcijske čase pri reševanju nalog, če je pozornost »deljena« med nalogami (Yogev-Seligmann in sod., 2008). Pri nevroloških bolnikih (Parkinsonova bolezen, Alzheimerjeva bolezen, možganska kap) je problem sočasnega izvajanja gibov in usmerjanja pozornosti v sekundarne naloge še bolj izražen. Tako hoja bolnikov postane bolj prizadeta, koraki krajši, prav tako pride do večjih kognitivnih deficitov pri istočasnem reševanju nalog (Montero-Odasso in sod., 2012). Pozornost kaže tudi vodilno vlogo pri ohranjanju oz. vzdrževanju kakovosti izvedbe motoričnih dejanj. Kadar ljudje niso sposobni usmeriti pozornosti v določeno nalogo, lahko to privede do zanemarjanja cilja (ang. goal neglect), tj. nezmožnosti izvedbe vseh zahtev, ki so potrebne za dosego cilja ali za vzdrževanje rezultata (Duncan in sod., 1996). Takšne okvare je moč opaziti pri starostnikih in raznih bolezenskih stanjih (Duncan in sod., 1996), pa tudi pri zdravih, mlajših populacijah v zahtevnih in ponavljajočih se okoliščinah (van der Linden in sod., 2003). Omeniti je treba tudi interakcijo pozornostnih in čustvenih procesov (Liotti in Mayberg, 2001; Pochon in sod., 2002) – gre za dinamičen sklop, zaradi katerega lahko motivacija vpliva na izvedbo oz. gibanje, in sicer preko usmerjanja in stopnje pozornosti (Sarter in sod., 2006). Pozornost naj bi po mnenju mnogih modulirala nastanek zaznavnih spominov, kaže pa se tudi njena vloga pri motoričnem spominu (Crist in sod., 2001; Gilbert in sod., 2000). V motoričnem sistemu je učenje sekvenc motoričnih dejanj odvisno od razpoložljivosti pozornosti (Hazeltine in sod., 1997; Nissen in Bullemer 1987), vendar pa se potrebe po pozornosti zmanjšujejo z utrjevanjem oz. ponavljanjem koordiniranih dejanj (Temprado in sod., 2002). Učenje motoričnih veščin vključuje primarni motorični korteks (M1) (Hikosaka in sod., 2002), sploh kadar se spreminjajo kinematične spremenljivke, kot so smer, hitrost in pospeški (Classen in sod., 1998), pozornost pa dokazano močno izboljšuje kvaliteto gibov (Eysenck in Thompson, 1966). Študija, ki so jo s stimulacijo PAS (ang. paired associative stimulation) in TMS izvedli Stefan in sodelavci (Stefan in sod., 2004), prav tako nakazuje vlogo pozornosti v modulaciji primarnega motoričnega korteksa. Ugotovili so, da lahko asociativno plastičnost (ki je oblika motoričnega spomina) v tem področju dosežejo le, če so osebe pozorne na PAS stimulacijo tarčne roke (Stefan in sod., 2004). V kolikor osebe svojo pozornost usmerjajo na drugo roko ali pa v kakšne zahtevne kognitivne naloge, plastične spremembe v motoričnem korteksu niso inducirane (Stefan in sod., 2004). Da ima pozornost pomembno vlogo v motoričnem spominu (Passingham, 1996), nakazujejo tudi bolniki, ki imajo zaradi kapi del telesa paraliziran – njihovo okrevanje je v veliki meri odvisno od njihove zmožnosti usmerjanja pozornosti v disfunkcionalno stran telesa (Denes in sod, 1982). Kljub opisanim povezavam obstaja temeljna

32

razlika med zaznavnimi in motoričnimi spomini, motorični spomini namreč zahtevajo dejansko izvajanje prostovoljnih gibov (Lotze in sod., 2003). Klinične študije in poročila pacientov z nevrološkimi obolenji namigujejo, da je pozornost precej velik modulator motoričnih simptomov. Pozornost lahko vpliva tako na hotene gibe kot tudi na nehotene gibe (zgibke). Ta vpliv je običajno nasproten. Pri Parkinsonovi bolezni distrakcija pozornosti stran od tremorja le-tega ojača, medtem ko usmerjanje pozornosti na hoteno gibanje izboljša upočasnjenost, ki je značilna za to bolezen (Rowe in sod., 2002, Brown in sod., 2003). Pri bolnikih s psihogenimi motnjami gibanja pa je zaznati poslabšanje stanja, kadar pacient svojo pozornost usmerja v tremor oz. v prizadeti del telesa (Edwards in Schrag, 2011). Znano je tudi, da nekateri pacienti, ki so zboleli za glasbeno distonijo, lahko ublažijo bolezenske simptome tako, da pozornost preusmerijo stran od igranja instrumenta in v času igranja instrumenta niso fokusirani na gibe (Ruge in sod., 2014). Usmerjanje pozornosti na gibanje lahko ima pozitiven ali negativen učinek, odvisno od fokusa pozornosti in od fiziološkega stanja organizma. Ko hodimo po ledeni cesti in smo pozorni na to, da nam ne spodrsne in da ne pademo, naša hoja ni več avtomatično dejanje, ampak poteka pod nadzorom pozornosti. V tej situaciji postane hoja zelo popačena in nefiziološka. Športna literatura poudarja pomembnost fokusa pozornosti – če so športniki preveč osredotočeni na samo gibanje oz. telesno mehaniko (notranji fokus), rezultat ne bo optimalen, v kolikor pa pozornost usmerijo na posledice dejanja (zunanji fokus), bodo športni rezultati boljši (Wulf in Prinz, 2001, Beilock in sod., 2002). Vpliv pozornosti na motorično skorjo lahko preučujemo v mirovanju ali med gibanjem, in sicer lahko pozornost manipuliramo tako, da jo usmerjamo v različne naloge, stran od tarčne roke/giba, ali nasprotno, pozornost usmerjamo v tarčno roko/gib. Ob tem gre za tako imenovani zunanji ali notranji fokus pozornosti. TMS-študije, ki so raziskovale vpliv pozornosti na vzdražljivost motorične skorje, so pokazale, da lahko pozornost, usmerjena na tarčno mišico roke, poveča vzdražljivost kortikospinalnega odgovora za to mišico, kar se kaže z zvečano amplitudo MEP-a (Gandevia in Rothwell, 1987). Raziskave, ki se osredotočajo na vpliv pozornosti na inhibitorne mehanizme motorične skorje, so skope, rezultati pa celo nasprotni. Conte in sodelavci navajajo, da se stanje intrakortikalne inhibicije in facilitacije v motorični skorji v mirovanju ne spreminja, kadar pozornost usmerjamo k tarčni roki (kjer se izvajajo meritve) ali k nasprotni roki (Conte in sod., 2008), kar nakazuje stabilnost mehanizmov intrakortikalne vzdražljivosti motorične skorje. Ruge in sodelavci poročajo, da vidna pozornost (usmerjena bodisi v vidno nalogo ali v tarčno roko) zmanjšuje intrakortikalno inhibicijo (SICI) motorične v stanju mirovanja (Ruge in sod., 2014), medtem ko Thomson in sodelavci (Thomson in sod., 2008) ugotavljajo zmanjšanje intrakortikalne inhibicije pod vplivom pozornosti le med gibanjem. Verjetno je, da so nasprotni rezultati posledica precejšnjih metodoloških razlik, ki so posledica izbire oblik selektivne pozornosti, izbire fokusa pozornosti ter stanja aktivacije mišic. Slikovne študije, ki so raziskovale posledice pozornosti na motorični sistem, so ugotovile, da se med gibanjem z usmerjanjem pozornosti v samo gibanje poveča aktivacija primarnega motoričnega korteksa (M1) in sekundarnih motoričnih področij,

33

medtem ko se z usmerjanjem pozornosti stran od gibanja v sekundarno nalogo aktivacija omenjenih področij zmanjšuje (Rowe in sod., 2002).

5. CILJI IN HIPOTEZE Zanimalo nas je, kako v mirovanju različne oblike selektivne pozornosti – v našem primeru vidna pozornost, slušna pozornost in somatosenzorična pozornost – vplivajo na vzdražljivost motoričnega korteksa. Glede na dosedanje raziskave na področju vpliva selektivne pozornosti na tarčna področja možganske skorje, ki so vpletena v zaznavo dražljajev, bi lahko pričakovali, da selektivna pozornost, usmerjena v različne senzorične modalnosti, ne bo vplivala na spremembo vzdražljivosti motorične skorje v mirovanju pri zdravih mladih preiskovancih. Po drugi strani lahko pozornost vpliva na možgane neselektivno, preko retikularnega aktivirajočega sistema (RAS) možganskega debla in talamusa (Woldorff in sod., 1991; Lehmann in Schönwiesner, 2014; Posner in Petersen, 2012), tako da privede možgane v stanje »splošne zbujenosti«. Posledično bi pričakovali vpliv tudi na motorično skorjo, kar bi se kazalo s povečano osnovno vzdražljivostjo motorične skorje, ki »pripravi« telo na gibanje. Pričakujemo, da bodo imele različne oblike pozornost podoben vpliv na vzdražljivost motoričnega korteksa, a ne vemo, kakšen. Spoznanja o mehanizmu vpliva pozornosti na motorično funkcijo bodo pripomogla k razumevanju različnih situacij v vsakdanjem življenju ter razumevanju spremenljivosti motoričnih simptomov nevroloških bolezni. Natančne raziskave o vplivu pozornosti imajo tudi metodološki pomen za TMS raziskave, saj bodo morda poudarile morebitno potrebo po kontroli kognitivnega stanja preiskovanca pri standardnih TMS meritvah.

6. METODOLOGIJA V raziskavi so udeleženci svojo pozornost usmerjali v reševanje raznih nalog ‘oddball’. Naloge ‘oddball’ so od njih zahtevale pozornost različnih senzoričnih modalnosti – slušna, vidna in somatosenzorična. Med nalogo so morali preiskovanci potihoma šteti tarčne dražljaje, medtem pa smo preko primarnega motoričnega korteksa izvajali meritve s transkranialno magnetno stimulacijo. Merili smo različne TMS parametre – krivulja vzdražnosti v mirovanju, aktivna krivulja vzdražnosti, tiha perioda, SICI in ICF. Te parametre smo primerjali s kontrolnimi parametri, izmerjenimi takrat, ko udeleženci svoje pozornosti niso usmerjali v nobeno specifično nalogo.

34

6.1. Udeleženci

V raziskavi je sodelovalo 12 mladih, zdravih udeležencev (4 ženske, 8 moških), vendar sta bili iz končne analize zaradi tehnične napake pri meritvah izključeni dve osebi. V končno analizo podatkov je bilo torej zajetih 10 oseb (4 ženske, 6 moških), povprečna starost udeležencev je bila 25 let (SD = 4,5). Pogoj za udeležbo na raziskavi je bila desnoročnost, kar smo preverjali z Edinburghovim testom ročnosti (v prilogi), s čimer smo zagotovili homogenost znotraj skupine. Poleg tega so morali biti udeleženci zdravi, tako da smo izključili vse, ki niso ustrezali pogojem Splošnega vprašalnika glede primernosti sodelovanja v raziskavi s transkranialno magnetno stimulacijo (v prilogi). Udeleženci niso smeli jemati raznih zdravil, imeti zgodovine epileptičnih napadov, imeti raznih slušnih vsadkov in kovinskih predmetov v telesu, izključene so bile tudi nosečnice itd. Vsi udeleženci so imeli normalen (barvni) vid in sluh, kar je bil pogoj za normalno izvajanje nalog ‘oddball’, pred pričetkom pa so podpisali tudi Izjavo o zavestni in svobodni privolitvi k sodelovanju v raziskavi (v prilogi).

6.2. Merski instrumentarji

Za TMS stimulacijo smo uporabili Magstim BiStim² stimulator (Magstim Company Ltd., Dyfed, Anglija), ki preko povezovalnega modula povezuje dva 200² monofazična stimulatorja, s čimer je omogočena tudi transkranialna magnetna stimulacija z dvema pulzoma, med katerima je časovni interval izjemno kratek (2, 4 ali 12 ms). Magnetni pulz je bil sprožen iz metuljaste 70 mm tuljave.

Slika 15: Za transkranialno magnetno stimulacijo je bil uporabljen Magstim BiStim² stimulator.

(vir: Magistm Company, http://www.magstim.com/product/20/magstim-bistim2)

Za elektromiografijo so bile uporabljene tri standardne površinske Ag/AgCl elektrode za večkratno uporabo, snemale pa so aktivnost FDI (ang. first dorsal interosseous) mišice desne roke. Elektrode so bile pripete na ojačevalec Digitimer D360 (Digitimer Ltd., Hertfordshire, Anglija), preko programske opreme je bil spodnji frekvenčni filter nastavljen na 20 Hz, zgornji pa na 2000 Hz. Frekvenca zajemanja podatkov je bila nastavljena na 5000 Hz, mišično aktivnost pa smo preko vmesnika 1401 beležili v programski opremi Signal 5.01, ki omogoča tudi direktno kontrolo parametrov stimulatorja (nastavitev intenzitete, čas proženja).

35

Za električno stimulacijo, ki je bila izvedena pri somatosenzorični nalogi ‘oddball’, smo uporabili šest površinskih Ag/AgCl elektrod za enkratno uporabo, na katere je že predhodno nameščen 20 mm elektro-prevodni gel (Natus Neurology Incorporated, Wisconsin, Združene države Amerike). Ker smo električno stimulacijo izvajali na treh različnih mestih, smo uporabili tri električne stimulatorje, ki so preko elektrod na površino kože dovajali šibke električne pulze. Uporabljena sta bila dva električna stimulatorja Digitimer DS7A (s konstantnim električnim tokom) in en stimulator Digitimer D185-Mark IIA (s konstantno napetostjo).

Slika 16: Električni stimulatorji, ki so bili uporabljeni za somatosenzorično nalogo ‘oddball’.

Za izvajanje vidne naloge ‘oddball’ smo uporabili računalniški monitor Benq resolucije 1920 x 1200, za izvajanje slušne naloge ‘oddball’ pa zvočnike Genius SP-G06. Naloge ‘oddball’ so bile izdelane v programskem orodju E-Prime® 2.0 Professional software (Psychology Software Tools, Inc., Pensilvanija, Združene države Amerike).

6.3. Postopek

Preiskovanci so bili najprej seznanjeni s celotnim potekom raziskave in z raziskovalnimi tehnikami. Najprej so podali pisno izjavo o sodelovanju v raziskavi in izpolnili splošni zdravstveni vprašalnik glede primernosti sodelovanja v TMS raziskavi ter Edinburghov test ročnosti, s čimer smo zagotovili, da udeleženci izpolnjujejo vse potrebne pogoje (so desničarji in nimajo zdravstvenih težav). Nato smo jih posedli na udoben stol, ki je bil obrnjen proti računalniškemu ekranu in zvočnikom, ter jim razložili navodila za izvajanje nalog ‘oddball’. Na desno roko, natančneje preko mišice FDI, smo namestili površinsko elektrodo za EMG, namestili pa smo še elektrode za somatosenzorično nalogo ‘oddball’ (na sredinec in mezinec desne roke ter na levo nogo).

36

Slika 17: Pred pričetkom izvajanja meritev in nalog ‘oddball’ smo udeležencem namestili devet elektrod. Za EMG meritve smo potrebovali tri elektrode (prva slika), za električno stimulacijo,

uporabljeno pri somatosenzorični nalogi ‘oddball’, pa smo potrebovali šest elektrod (druga in tretja slika).

TMS meritve smo izvajali na levi hemisferi preko območja primarne motorične skorje. Preiskovancem smo dali na glavo kapo in poiskali ter označili točko na glavi, ki je preko EMG in TMS kazala največjo aktivacijo FDI mišice. Najprej smo izvedli osnovne meritve TMS in za vsakega posameznika določili njegov motorični prag (najnižja intenziteta TMS, ki v 3 od 6 pulzov prikaže viden odziv), aktivni motorični prag (najnižja intenziteta, ki ob napeti mišici sproži viden odziv) ter intenziteto, ki v povprečju izzove mišični odziv velikosti 1 mV. Prav tako smo izmerili, kakšna je maksimalna kontrakcija tarčne mišice – udeleženci so morali z vso močjo napeti tarčno FDI mišico. Udeleženci so med raziskavo usmerjali pozornost v aktivne naloge ‘oddball’, ki so se nanašale na vidno, slušno in somatosenzorično modalnost. Vsaka naloga ‘oddball’ določene modalnosti je bila ponovljena štirikrat za posamezni pogoj, saj smo med izvajanjem naloge določene modalnosti s TMS in EMG merili štiri različne parametre – aktivno krivuljo vzdražnosti, krivuljo vzdražnosti v mirovanju ter SICI in ICF. Poleg tega smo meritve izvajali še v četrtem pogoju, ki od udeležencev ni zahteval nobene pozornosti, udeležencem smo naročili le, naj bodo kar se da sproščeni in naj pogled usmerjajo v ekran s svetlo piko na sredini (oči niso smele biti zaprte). Krivuljo vzdražnosti v mirovanju smo merili z enojnim pulzom pri šestih različnih intenzitetah – na 80 %, 100 %, 120 %, 140 %, 150 % in 160 % motoričnega praga v mirovanju (RMT). Aktivno krivuljo vzdražnosti smo merili na enak princip, z 80 %, 100 %, 120 %, 140 %, 150 % in 160 % aktivnega motoričnega praga (AMT), pri čemer so imeli udeleženci tarčno mišico ves čas napeto (na 20 % maksimalne prostovoljne kontrakcije). Za vsako intenziteto smo sprožili 5 zaporednih enojnih pulzov, med katerimi je bilo 4 sekunde premora. SICI in ICF smo merili preko dveh zaporednih pulzov, med katerima so bili različni časovni intervali. Prvi od dveh zaporednih pulzov je imel intenziteto 80 % aktivnega motoričnega praga (AMT), drugi pulz pa intenziteto, za katero smo na začetku določili, da v povprečju izzove MEP amplitudo velikosti 1 mV. Za kratkointervalno intrakortikalno inhibicijo (SICI) smo uporabili časovni interval 2 ms in 4 ms, za intrakortikalno facilitacijo (ICF) pa časovni interval 12 ms. Za SICI 2 ms smo naredili

37

10 meritev, prav tako tudi za SICI 4 ms in ICF, ob tem pa smo izmerili še 10 testnih pulzov (enojni pulz intenzitete, ki v povprečju izzove MEP amplitudi v velikosti 1 mV).

Slika 18: Udeleženci so svojo pozornost usmerili v različne senzorične modalnosti, med izvajanjem

nalog ‘oddball’ pa smo izvajali TMS meritve.

6.4. Naloge ‘oddball’

Naloge ‘oddball’ so bile sestavljene za tri senzorične modalnosti, udeleženci so torej reševali aktivno slušno nalogo ‘oddball’, aktivno vidno nalogo ‘oddball’ in aktivno somatosenzorično nalogo ‘oddball’. Aktivna naloga ‘oddball’ določene modalnosti je bila sestavljena iz štirih blokov, posamezen blok pa je trajal dobrih 5 min (skupno približno 25 minut reševanja nalog ‘oddball’ za eno senzorično modalnost). Vse naloge ‘oddball’ so bile sestavljene iz treh različnih dražljajev (ang. three-stimuli oddball task) – standardnega, tarčnega in distraktorskega dražljaja. Standardni dražljaj se je pojavil v 70 % primerov, tarčni v 15 %, prav tako se je v 15 % primerov pojavil distraktorski dražljaj, pojavnost dražljajev pa je bila psevdo-randomizirana. Skupno se je tako v štirih blokih naloge posamezne modalnosti pojavilo 387 pogostih dražljajev (98 + 107 + 103 + 89), 85 tarčnih dražljajev (21 + 23 + 22 + 19) in 85 distraktorskih dražljajev (21 + 23 + 22 + 19). Pred pričetkom posamezne naloge ‘oddball’ smo udeleženca seznanili s principom naloge in razložili, na katere tarčne dražljaje se mora osredotočiti in jih potihoma šteti. V ta namen smo pred vsakim pričetkom naloge nove senzorične modalnosti izvedli poskusno nalogo ‘oddball’, ki je trajala 2 minuti. Vaja je vključevala 40 dražljajev: 24 standardnih, 8 distraktorskih in 8 tarčnih dražljajev. Udeleženec je dobil navodilo, naj v vsakem bloku potihoma šteje tarčne dražljaje, na koncu vsakega bloka pa poroča, koliko tarčnih dražljajev je zaznal. Rezultat smo zabeležili, nakar smo udeležencu podali povratno informacijo o dejanskem številu tarčnih dražljajev, tako da je udeleženec izvedel, kako dobro mu gre, s čimer smo ohranjali višjo raven motivacije za reševanje naloge ‘oddball’.

38

Slika 19: Shematski prikaz nalog 'oddball', ki so bile uporabljene v naši raziskavi.

Vrstni red senzoričnih modalnosti se je med udeleženci spreminjal oz. je bil psevdo-randomiziran, prav tako se je spreminjal vrstni red merjenja TMS parametrov pri nalogah ‘oddball’ določene modalnosti. TMS meritve, ki smo jih izvajali med nalogami ‘oddball’, so bile: krivulja vzdražnosti v mirovanju, aktivna krivulja vzdražnosti in parametri intrakortikalne inhibicije in facilitacije. S spreminjanjem vrstnega reda nalog in meritev smo kontrolirali možni dodatni vpliv utrudljivosti na meritve.

7. ANALIZA PODATKOV

Prvotna analiza podatkov je bila izvedena s programsko opremo MATLAB (The MathWorks, Inc., Massachusetts, Združene države Amerike). V program smo naložili vse .cnt datoteke, nato pa preko skript pretvorili grafične amplitude MEP-ov v numerične vrednosti. Vsak MEP je dobil svojo amplitudo izraženo v numerični vrednosti (mV), izračunano od spodnjega do zgornjega vrha.

Vsak TMS pulz se je začel na 2,00 sekundi posameznega okvirja, zajem podatkov smo posledično pričeli na 2,010 sekunde in končali na 2,50 sekunde. Za vsako osebo smo imeli zbranih 400 meritev, skupno torej 4000 vzorcev, ki smo jih uporabili za nadaljnjo obdelavo. Vsi MEP-i so bili ročno pregledani, pri velikih odstopanjih smo vrednost določenih amplitud preverili na originalnih grafih v programu Signal, nato pa

39

amplitude povprečili za vsakega posameznika (in za vsako intenziteto). Ob povprečenju smo računali tudi standardne napake, s katerimi smo lahko nadalje računali variabilnost meritev med različnimi pogoji.

Pri SICI in ICF je bila amplituda nadalje še normalizirana z amplitudo testnega MEP-a (tj. testni MEP smo spremenili na velikost 1 mV, ostale amplitude SICI in ICF pa primerno sorazmerno spremenili). Vpliv pozornosti na amplitude MEP-ov smo preverjali s testom ANOVA za ponovljene meritve s faktorjema pogoj (določa tip pozornosti) in intenziteta.

Pri tihi kortikalni periodi (CSP) smo trajanje tihe periode pregledovali in določali ročno, od TMS pulza naprej. Tiho kortikalno periodo smo preverjali pri meritvah aktivne krivulje vzdražnosti, in sicer pri 140 %, 150 % in 160 % AMT in 20 % napetosti FDI mišice.

Zaradi lažje predstave so absolutne vrednosti merjenih TMS parametrov (pri vseh pogojih) predstavljene na grafih, kjer so povprečne vrednosti prikazane skupaj s standardnimi napakami. V poglavje 'Rezultati' smo sicer vključili tabele povprečnih absolutnih vrednosti pri dveh merjenih TMS parametrih, tj. krivulja vzdražnosti v mirovanju (RC) in kortikalna tiha perioda (CSP), pri ostalih TMS parametrih so absolutne vrednosti razvidne iz pripadajočih grafov.

Slika 20: Dolžino kortikalne tihe periode (CSP) smo določali ročno za vsak pulz posebej.

40

8. REZULTATI

Udeleženci so morali med raziskavo svojo pozornost usmerjati v različne naloge 'oddball' in na koncu vsakega bloka poročati število tarčnih dražljajev. Vrstni red nalog je bil psevdo-randomiziran, s čimer smo želeli izničiti vpliv utrudljivosti na meritve. Rezultate smo ves čas beležili in na koncu preverili, ali vrstni red nalog vpliva na število pravilno preštetih tarčnih dražljajev. Pri prvi nalogi 'oddball' (ne glede na senzorično modalnost) je bilo povprečje napačnih odgovorov 2,67 (SD = 1,58), pri drugi nalogi je bilo povprečje 1,12 (SD = 1,83), pri tretji nalogi pa 1,89 (SD = 1,45). V SPSS smo z ANOVA testom preverili, ali ima vrstni red statistično pomemben vpliv na reševanje naloge, in ugotovili, da vrstni red ni vplival na pozornost oz. da pozornost s časom ni upadala (p = 0,368).

Slika 21: Povprečje napak pri zaznavi tarčnih dražljajev glede na vrstni red nalog 'oddball'.

Preverili smo tudi, ali so bile naloge 'oddball' enako težavne v vseh senzoričnih modalnostih, in ugotovili, da senzorična modalnost nima statistično pomembnega vpliva na povprečno število napak (p = 0,538). Pri vidni nalogi je bilo napačno preštetih tarčnih dražljajev v povprečju 1,34 (SD = 1,5), pri slušni 1,89 (SD = 2,2), pri somatosenzorični nalogi 'oddball' pa 2,23 (SD = 1,48).

Slika 22: Povprečje napak glede na senzorično modalnost naloge 'oddball'.

41

Vpliv selektivne pozornosti (v različnih senzoričnih modalnostih) na vzdražljivost primarne motorične skorje smo preverjali preko krivulje vzdražnosti. Povprečne velikosti amplitud MEP pri šestih intenzitetah (80 %, 100 %, 120 %, 140 %, 150 % in 160 % RMT) se pri različnih pogojih niso statistično razlikovale (p = 0,270). Intenziteta je pričakovano imela v vseh pogojih statistično pomemben vpliv (p = 0,008). Interakcija intenzitete in pogoja ni pokazala statistično pomembnega vpliva (p = 0,096).

Slika 23: Povprečene amplitude MEP-ov za vsakega posameznika pri meritvah krivulje vzdražnosti v vseh štirih pogojih.

Slika 24: Krivulje vzdražnosti za vsako senzorično modalnost naloge 'oddball'.

42

Primerjava kontrolne skupine s posameznimi pogoji (pri krivulji vzdražnosti) je sicer pokazala precej veliko razliko med slušno pozornostjo in kontrolo (p = 0,066), kar nakazuje trend večje vzdražljivosti primarne motorične skorje med slušno nalogo 'oddball'. Vidna naloga 'oddball' je imela precej manj vpliva na krivuljo vzdražnosti (p = 0,105), somatosenzorična naloga pa praktično ni imela opaznega vpliva na krivuljo vzdražnosti (p = 0,470) v primerjavi s kontrolnim pogojem. Od pogojev, ki so zahtevali pozornost, sta se zelo razlikovali tudi slušna in somatosenzorična pozornost (p = 0,051).

Slika 25: Grafični prikaz povprečnih vrednosti RC s standardnimi napakami; krivulje vzdražnosti se glede na pogoj niso statistično pomembno razlikovale, se pa nakazuje trend naraščanja MEP amplitud

pri slušni pozornosti.

Pri aktivni krivulji vzdražnosti je imela intenziteta prav tako v vseh pogojih statistično pomemben vpliv (p = 0,005), aktivna krivulja vzdražnosti pa se glede na pogoj pozornosti ni statistično pomembno spreminjala (p = 0,716). Interakcija pogoja in intenzitete ni imela statistično pomembnega vpliva (p = 0,900).

Slika 26: Aktivne krivulje vzdražnosti (s standardnimi napakami) pri različnih pogojih (vidna, somatosenzorična, slušna naloga in kontrolni pogoj) niso pokazale statistično pomembnih razlik.

43

Pri meritvah aktivne krivulje vzdražnosti smo merili tudi kortikalno tiho periodo (CSP). Podobno kot pri prejšnjih dveh meritvah selektivna pozornost ni imela statistično pomembnega vpliva na čas trajanja kortikalne tihe periode (p = 0,613), intenziteta pa je statistično pomembno vplivala na trajanje tihe periode (p = 0,000), ker se je z večanjem intenzitete daljšalo tudi trajanje tihe periode. Interakcija intenzitete in pogoja ni imela statistično pomembnega vpliva (p = 0,167). Glede na kontrolni pogoj se je čas trajanja tihe periode najbolj razlikoval pri pogoju slušne pozornosti (p = 0,251), s čimer se nakazuje trend večje vzdražljivosti oz. moči inhibitornih

povezav med slušno pozornostjo. Med vidno in somatosenzorično nalogo 'oddball' ni bilo nobenih opaznih razlik s kontrolnim pogojem (p = 0,969; p = 0,986).

Slika 27: Povprečno trajanje kortikalne tihe periode za vsakega posameznika in vsak pogoj posebej pri treh različnih intenzitetah (140% AMT, 150% AMT, 160% AMT). Primerjava trajanja tihe periode

glede na pogoj je bolj razvidna na grafu (glej sliko 28).

44

Slika 28: Trajanje kortikalne tihe periode (CSP) glede na različne pogoje ni pokazalo statistično pomembnih razlik, se pa nakazuje trend povečevanja obdobja tihe periode pri slušni pozornostni

nalogi. Na grafu so prikazane povprečne vrednosti s standardnimi napakami.

ANOVA test je bil uporabljen tudi pri analizi TMS z dvojnima pulzoma. Pri kratkointervalni intrakortikalni inhibiciji (SICI) faktor 'pogoj' ni imel statistično pomembnega vpliva na inhibicijo oz. zmanjšanje amplitude MEP (p = 0,631), faktor 'časovnega intervala' pa je statistično pomembno vplival na amplitudo MEP oz. na intrakortikalno inhibicijo – časovni interval (2 ms, 4 ms) je namreč imel statistično pomemben vpliv na velikost amplitude (p = 0,008), ker je bila SICI bolj izražena pri ISI 2 ms v primerjavi z ISI 4 ms. Interakcija pogoja in intenzitete statistično ni pomembno vplivala na rezultate (p = 0,633).

Slika 29: Učinki različnih nalog 'oddball' na motorične evocirane potenciale (MEP), izzvane z dvojnima TMS pulzoma pri 2 ms in 4 ms ISI (interstimulus interval). Za lažjo predstavo smo vse testne pulze

povprečili na vrednost 1 mV in sorazmerno spremenili ostale vrednosti MEP.

45

Slika 30: Velikosti MEP-ov (testni, 2 ms SICI in 4 ms SICI) se statistično niso pomembno razlikovale

med štirimi različnimi pogoji (vidna, somatosenzorična, slušna naloga 'oddball' in kontrolni pogoj). Prikazane so absolutne MEP vrednosti.

Podobne meritve smo izvedli za intrakortikalno facilitacijo, kjer je bil časovni interval med dvema pulzoma (prvi pulz 80 % AMT, drugi pa takšen, ki izzove MEP amplitude velikosti približno 1 mV) dolg 12 ms. Z enosmernim ANOVA testom smo preverili vpliv pogoja na amplitudo MEP in ugotovili, da pogoj ni statistično pomembno vplival na velikost MEP-a (p = 0,286).

Slika 31: Pri meritvah intrakortikalne inhibicije smo ugotovili, da pogoj ni imel statistično pomembnega vpliva na spremembo velikosti MEP amplitude. Na grafu so zajeti podatki, pri katerih je testni pulz

spremenjen na vrednost 1 mV, ostali so sorazmerno spremenjeni.

46

Vpliv različnih pogojev na variabilnost meritev

ANOVA test za ponovljene meritve na standardnih napakah

Pri krivulji vzdražnosti (RC) različni pogoji niso statistično pomembno vplivali na variabilnost rezultatov (p = 0,352), sprememba intenzitete pa je imela velik vpliv (p = 0,013), saj so bili rezultati z višanjem intenzitete bolj variabilni. Pri aktivni krivulji vzdražnosti (ARC) ravno tako ni bilo variabilnosti meritev (p = 0,707), intenziteta pa je ponovno pokazala statistično pomemben vpliv (p = 0,004) – večjo variabilnost je bilo zaznati pri višjih intenzitetah. Med posameznimi pogoji ni bilo očitnih razlik.

Tudi pri meritvah kortikalne tihe periode (CSP) pogoj ni imel vpliva na variabilnost meritev (p = 0,490), prav tako pa na variabilnost meritev ni imela vpliva intenziteta (p = 0,983). Pri SICI in ICF meritvah ni bilo opaziti statistično pomembnih razlik v variabilnosti meritev med štirimi pogoji (p = 0,348 za SICI; p = 0,332 za ICF).

.

47

9. DISKUSIJA

V naši raziskavi nismo ugotovili pomembnega vpliva selektivne pozornosti na elektrofiziološke parametre vzdražljivosti motorične skorje v mirovanju. Naši rezultati so tako v skladu s slikovnimi študijami, ki so v mirovanju proučevale kortikalno aktivnost med usmerjanjem pozornosti in so opisovale povečano aktivnost le specifičnih nevronskih populacij – katera območja bodo aktivna, je bilo odvisno od modalnosti in vrste tarčnih dražljajev (Kastner in sod., 1999; Hopfinger in sod., 2000). Pozornost, usmerjena na dražljaj, misel ali gibanje, poveča nevronsko aktivnost prefrontalnih delov (ta vodi usmerjanje pozornosti) ter nevronsko aktivnost funkcionalno pripadajočih senzoričnih področij možganov (in motoričnih, v kolikor je pozornost usmerjena na gibanje) (Rowe in sod., 2002). Udeleženci so sodelovali v reševanju nalog 'oddball'. Ker so bile naloge prirejene za vsako senzorično modalnost posebej, nas je zanimalo, ali obstajajo razlike v uspešnosti reševanja nalog med temi modalnostmi. Statistični testi so pokazali, da vrsta senzorične modalnosti nima velikega vpliva na uspešnost reševanja. To pomeni, da so bile naloge dovolj jasne in preproste, pripomoglo pa je verjetno tudi to, da so udeleženci že pred pričetkom bloka reševali vajo, da so se bolje naučili prepoznavati tarčne dražljaje. Ker je celoten eksperiment trajal nekaj ur, nas je zanimalo tudi, kakšen vpliv ima čas in z njim povezana utrudljivost na reševanje nalog 'oddball' in vzdrževanje pozornosti. Vrstni red nalog 'oddball' je bil pri vsakem udeležencu naključen, s čimer smo želeli izničiti morebiten vpliv utrudljivosti na rezultate. Ugotovili smo, da vrstni red nalog 'oddball' ni imel velikega vpliva na uspešnost reševanja nalog, saj so bile razlike v številu nepravilnih odgovorov med udeleženci (ne glede na vrstni red) podobne in minimalne. Tako lahko trdimo, da so bile naloge 'oddball' primerne in dobro izbrane, saj so udeleženci naloge ves čas dobro reševali, ne glede na vrstni red ali senzorično modalnost. Prvi TMS parameter, ki smo ga merili, je bila krivulja vzdražnosti v mirovanju (v vseh štirih pogojih). Rezultati so pokazali, da je imela intenziteta pričakovano velik vpliv na velikost amplitude MEP – večja kot je bila intenziteta, večji je bil mišični odziv. Vse krivulje nakazujejo pričakovano sigmoidno obliko, saj od določene intenzitete naprej ni več opaznega velikega naraščanja velikosti amplitude MEP. Najbolj sta se krivulji vzdražnosti razlikovali med slušno pozornostjo in kontrolo, kar nakazuje, da je bila primarna motorična skorja med nalogo, ki je zahtevala slušno pozornost, bolj vzdražena. Intenziteta TMS je imela tudi pričakovano velik in statistično pomemben vpliv na velikost amplitude MEP pri aktivni krivulji vzdražnosti, vendar pa se med različnimi pogoji aktivne krivulje niso razlikovale oz. so bile skoraj enake (pričakovano so vse imele tudi sigmoidno obliko). V primerjavi s krivuljami vzdražnosti v mirovanju so bile aktivne krivulje vzdražnosti skoraj homogene, izmerjene amplitude MEP-ov pa dosti večje – kar je pričakovano, saj se s hoteno aktivacijo mišice vzdraži primarni motorični korteks, posledično pa se poveča vzdražnost korteksa. Pomembno dejstvo je tudi, da so preiskovanci med meritvami aktivne vzdražnostne krivulje pravzaprav vzdrževali deljeno pozornost (in ne le selektivno), saj so del pozornosti usmerjali v

48

reševanje naloge 'oddball', del pozornosti pa so posvečali vzdrževanju konstantne mišične napetosti (ki se ni smela pretirano spreminjati). Tako smo pri meritvah aktivne krivulje vzdražnosti pravzaprav opazovali, kako deljena pozornost vpliva na vzdražljivost primarne motorične skorje – kot opisano, ni bilo vidnega vpliva na vzdražljivost M1. Pri TMS meritvah z dvojnim pulzom smo ugotovili, da selektivna pozornost (ne glede na senzorično modalnost) nima vpliva na aktivnost intrakortikalnih inhibitornih in vzdražnostnih povezav (SICI in ICF), kar je tudi v skladu z nekaterimi prejšnjimi raziskavami (Conte in sod., 2008). Sicer je bila kratkointervalna intrakortikalna inhibicija (SICI) jasno in močno izražena v vseh pogojih, pri časovnem intervalu 2 ms je bila amplituda za več kot polovico manjša od testnega pulza. Tudi pri časovnem intervalu 4 ms je bila intrakortikalna inhibicija močno izražena v vseh pogojih, a pričakovano manj kot pri intervalu 2 ms. Razlog za to, da je bila intrakortikalna inhibicija tako dobro izražena, je najverjetneje v tem, da so bili vsi udeleženci mladi in zdravi ljudje, prav tako pa smo meritve opravljali le na dominantni možganski hemisferi desnoročnih udeležencev (kar smo potrdili z Edinburghovim testom ročnosti). SICI je namreč močnejši in bolj izražen v dominantni hemisferi (Hammond in sod., 2004). Pri zdravih ljudeh SICI prispeva k selektivni aktivaciji različnih mišic (frakcioniranje) in k oblikovanju ter fokusiranju motoričnega odziva (Gilio in sod., 2003), spremenjen SICI pa lahko opazimo pri raznih nevroloških obolenjih (npr. fokalna distonija) (Gilio in sod., 2003). Pri meritvah SICI smo opazili precej veliko variabilnost med preiskovanci (inter-individualna variabilnost), saj je imelo 6 preiskovancev pričakovan odziv, torej so se njihove amplitude MEP pri vseh SICI protokolih zmanjšale, pri treh preiskovancih pa rezultati niso vedno pokazali pričakovane inhibicije odziva (namesto zmanjšanja se je amplituda MEP celo povečala). Za boljši vpogled v kratkointervalno intrakortikalno inhibicijo bi morali povečati število preiskovancev, s čimer bi se posledično zmanjšala tudi variabilnost podatkov. Literatura je pojav variabilnosti pri SICI sicer opisala že večkrat – dostikrat se namreč nekaj preiskovancev obnaša drugače od pričakovanega in namesto inhibicije pri njih zaznamo celo facilitacijo. Rezultati so sicer v skladu z drugimi raziskavami, ki so proučevale SICI, predvsem v variabilnosti podatkov. Pričakovano je namreč, da je variabilnost med preiskovanci zelo velika, medtem ko je intra-individualna variabilnost ponavadi precej majhna (Du in sod., 2013) – pri posamezniku se SICI med različnimi pogoji ne spreminja dosti. Trdimo lahko, da se fiziološki mehanizmi inhibicije (in facilitacije) med usmerjanjem pozornosti niso zelo spreminjali in da je stanje inhibicije (in facilitacije) ostalo stabilno ne glede na čas meritev ali na spreminjanje pozornosti. Z dvojnim pulzom TMS in s časovnim intervalom 12 ms smo preverjali tudi intrakortikalno facilitacijo (ICF) – rezultati so pokazali, da je bila intrakortikalna facilitacija prisotna v vseh pogojih, vendar se glede na pogoj ni statistično pomembno razlikovala, kar pomeni, da selektivna pozornost nima velikega vpliva na ICF. Pokazatelj kortikalnih inhibitornih mehanizmov v možganih je tudi kortikalna tiha perioda (CSP), ki smo jo merili vzporedno z meritvami aktivne krivulje vzdražnosti. Kortikalno tiho periodo smo preverjali pri treh različnih intenzitetah (140 %, 150 % in 160 % AMT) – torej pri višjih intenzitetah, kjer je tiha kortikalna perioda izražena. Rezultati so bili pričakovani – večja kot je bila intenziteta, daljša je bila kortikalna tiha

49

perioda, vendar pa različni pogoji niso imeli statistično pomembnega vpliva na trajanje CSP.

Zanimalo nas je še, ali so morda meritve bolj variabilne v nekaterih pogojih, in ugotovili, da pogoj nima vpliva na variabilnost meritev.

Rezultati raziskave so torej pri vseh meritvah s TMS pokazali, da v mirovanju selektivna pozornost različnih senzoričnih modalnosti (vidna, slušna, somatosenzorična modalnost) nima statistično pomembnega vpliva na vzdražljivost primarnega motoričnega korteksa. Prav tako ni opaznih razlik med vrstami senzoričnih modalnosti. Sicer se pri nekaterih parametrih TMS nakazujejo trendi naraščanja vzdražljivosti primarne motorične skorje, predvsem pri slušni nalogi 'oddball'. Iz tega lahko sklepamo, da ima selektivna pozornost določenih modalnosti vpliv le na tarčne dele možganov, ki so specifični za te senzorične modalnosti, in da selektivna pozornost pri zdravih preiskovancih ne spreminja aktivnosti drugih delov možganov (nima vpliva na primarno motorično skorjo). Aktivnost možganskih področij je torej odvisna predvsem od modalnosti in vrste tarčnih dražljajev (Kastner in sod., 1999; Hopfinger in sod., 2000; Rowe in sod., 2002), pomembno pa je tudi dejstvo, da pozornost očitno ne vpliva pomembno na splošno povečano vzburjenost celotnih možganov (npr. preko difuznih modulatornih možganskih sistemov). Verjetno bi bili rezultati drugačni, če bi bile izbrane drugačne naloge, saj so bili tarčni dražljaji v naši raziskavi usmerjeni le na senzorične modalnosti. V kolikor bi bili dražljaji pomembni za motorični sistem in motoriko, bi bil vpliv pozornosti na vzdražljivost primarne motorične skorje verjetno večji.

Naša preliminarna raziskava nakazuje, da je motorična kontrola relativno neobčutljiva na dražljaje iz okolja, ki niso relevantni za gibanje, kar je iz evolucijskega in ekonomičnega vidika vsekakor prednost. To nam namreč omogoča manjšo porabo energije med gibanjem in procesiranjem informacij, ki jih je v okolju ogromno. Pravilno smo predpostavljali, da bodo imele različne oblike pozornosti podoben vpliv na vzdražljivost motoričnega korteksa, saj so bili rezultati pri vseh pogojih podobni – senzorični dražljaji torej nimajo bistvenega vpliva na vzdražljivost primarne motorične skorje, ker se procesirajo v drugih (modalnostno specifičnih) delih možganov. Rezultati tako nakazujejo tudi, da kognitivno stanje preiskovanca med meritvami s transkranialno magnetno stimulacijo nima (pre)velikega vpliva na dobljene rezultate, kar je z metodološkega stališča precej pomemben in dobrodošel podatek, saj pri standardnih raziskavah s TMS ni potrebno dodatno kontrolirati kognitivnega stanja udeležencev.

Omejitve raziskave

Za raziskavo smo imeli precej majhen vzorec, saj je bilo preiskovancev le 10, kar je lahko vplivalo na končen rezultat. Raziskavo bi lahko izboljšali z večjim številom udeležencev (20–30 ljudi), prav tako pa bi lahko v raziskavo poleg mladih ljudi vključili druge starostne populacije. Za mlade in zdrave ljudi je namreč znano, da so zmožni dobro in dolgo usmerjati (in vzdrževati) svojo pozornost, zanimivo pa bi bilo videti, kako se v istih nalogah znajdejo starostniki ali ljudje z motnjami pozornosti. Možno je namreč, da bi bili rezultati precej drugačni pri starostnikih, pri katerih je

50

znan upad izvršilnih funkcij (slabša aktivnost prefrontalnega režnja), saj starejši ljudje dosti težje delijo pozornost. Pri boleznih, ki prizadenejo izvršilne funkcije (ekstrapiramidalne bolezni, demence), bi bil vpliv pozornosti verjetno najbolj izrazit in drugačen v primerjavi z mladimi zdravimi preiskovanci.

Za izboljšanje raziskave bi lahko spremenili tudi protokole za merjenje nekaterih TMS parametrov in tako dodali več intenzitet, večje število pulzov, dodatne časovne intervale.

Pomembnost za bodoče raziskave

V naši raziskavi smo ugotovili, da selektivna pozornost nima pomembnega vpliva na elektrofiziološke parametre vzdražljivosti motorične skorje v mirovanju. Naslednji korak v raziskovanju vpliva pozornosti na motoriko pa bi bilo proučevanje vpliva pozornosti na M1 med izvajanjem avtomatičnih gibov. Prav tako bi bilo zanimivo izvesti podobno raziskavo o vplivu pozornosti na še bolj kompleksne in k določenemu cilju usmerjene gibe – kadar med gibanjem usmerjamo pozornost na neko nalogo, pride med dvema procesoma do tekmovanja za pozornost (deljena pozornost), možgani pa morajo prednostno obravnavati dve nalogi hkrati (Yogev-Seligmann in sod., 2008). Zasnova našega eksperimenta je primerna za proučevanje interakcij med pozornostjo in gibanjem. Metodologijo bi bilo možno še dodatno izboljšati z uvedbo spremljanja elektrofiziološkega parametra pozornosti, kot je P300, in preko spremljanja kinematičnih parametrov gibanja, skupaj s spremljanjem TMS parametrov.

10. ZAKLJUČEK

V raziskavi smo preverjali, ali ima med mirovanjem usmerjena selektivna pozornost vpliv na vzdražljivost primarne motorične skorje. Naša ugotovitev je, da usmerjanje pozornosti na dražljaje različnih senzoričnih modalnosti nima velikega vpliva na vzdražljivost primarne motorične skorje. Kje v možganih se bodo dražljaji procesirali, je v veliki meri odvisno od modalnosti dražljaja – v kolikor dražljaji niso pomembni za motoriko, ne bo opaznega vpliva oz. sprememb vzdražljivosti v motoričnem sistemu. Sklepamo lahko tudi, da se z usmerjanjem pozornosti splošna vzburjenost celotnih možganov bistveno ne poveča. Nobena od vseh treh vrst senzoričnih dražljajev (vidni, slušni, senzomotorični), ki smo jih uporabili v raziskavi, ni pokazala statistično pomembnega vpliva na vzdražljivost primarne motorične skorje.

Literatura

Adler, C. H., Crews, D., Hentz, J. G., Smith, A. M., Caviness, J.N. (2005). Abnormal co-contraction in yips-affected but not unaffected golfers: evidence for focal dystonia. Neurology, 64, 1813–1814

Alexander, G. E., Delong, M. R., Strick, P. L. (1986). Parallel Organization of Functionally Segregated Circuits Linking Basal Ganglia and Cortex. Annu. Rev. Neurosci. Annual Review of Neuroscience, 9(1), 357–381

Anderson, J. R. (2004). Cognitive psychology and its implications. New York: Worth Publishers

Aron, A. R. (2007). The Neural Basis of Inhibition in Cognitive Control. The Neuroscientist, 13(3), 214-228

Aston-Jones, G., Cohen, J.D. (2005). An integrative theory of locus coeruleus-norepinephrine function: adaptive gain and optimal performance. Annu Rev Neurosci., 28, 403–50

Barker, A. T. (1991). An introduction to the basic principles of magnetic nerve stimulation. J Clin Neurophysiology, 8: 26-37

Barker, A. T., Jalinous, R., Freeston, I. L. (1985). Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet, 11; 1 (8437): 1106-7

Bear, M. F., Connors, B. W., Paradiso, M. A. (2007). Neuroscience: Exploring the brain. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins

Behrmann, M., Geng, J.J., Shomstein, S. (2004). Parietal cortex and attention. Curr. Opin. Neurobiol., 14, 212–217

Behuret, S., Deleuze, C., Gomez, L., Fregnac, Y., Bal, T. (2013). Cortically-controlled population stochastic facilitation as a plausible substrate for guiding sensory transfer across the thalamic gateway. PLoS Computational Biology 9(12)

Beilock, S. L., Carr, T. H., MacMahon, C., Starkes, J. L. (2002). When paying attention becomes counterproductive: Impact of divided versus skill-focused attention on novice and experienced performance of sensorimotor skills. Journal of Experimental Psychology: Applied, 8, 6–16

Berardelli, A., Inghilleri, M., Cruccu, G., Manfredi, M. (1990). Descending volley after electrical and magnetic transcranial stimulation in man. Neurosci Lett 112, 54-58

Blischke, K., Reiter, C. (2002). Bewegungsautomatisierung durch Doppeltaetig-keitsueben. Spectr. d. Sportw., 14, 8–19

Brown, C., Clarke, A., Barry, R. (2007). Auditory processing in an inter-modal oddball task: Effects of a combined auditory/visual standard on auditory target ERPs. International Journal of Psychophysiology, 65(2), 122-131

Brown, P. (2003). Oscillatory nature of human basal ganglia activity: relationship to the pathophysiology of parkinson’s disease. Movement disorders, 18(4): 357–363

Calancie, B., Nordin, M., Wallin, U., Hagbarth, K. E. (1987). Motor-unit responses in human wrist flexor and extensor muscles to transcranial cortical stimuli. J Neurophysiol 58, 1168-1185

Carr, T. H. (2004). A multilevel approach to selective attention: Monitoring environmental space, choosing stimuli for deep processing, and retrieving information from memory. V Posner M. I., Cognitive Neuroscience of Attention (56-70). New York: The Guilford Press

Chen, R. (2000). Studies of human motor physiology with transcranial magnetic stimulation. Muscle and Nerve Suppl 9, 26-32

Cherry, E. C. (1953). Some experiments on the recognition of speech with one and two ears. Journal of the Acoustical Society of America, 25, 975-979

Classen, J., Liepert, A., Wise, S.P., Hallett, M., Cohen, L.G. (1998). Rapid plasticity of human cortical movement representation induced by practice. J. Neurophysiol. 79, 1117-1123

Corbetta, M., Shulman, G. L. (2002). Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat Rev Neurosci. 3, 201–215

Corey, D.P., Hudspeth, A.J. (1979). Response latency of vertebrate hair cells. Biophys J, 26, 499–506

Coull, J. T., Frith, C. D., Frackowiak, R. S., Grasby, P. M. (1996). A fronto-parietal network for rapid visual information processing: A PET study of sustained attention and working memory. Neuropsychologia 34 (11), 1085–1095

Crist, R.E., Li, W., Gilbert, C.D. (2001). Learning to see: experience and attention in primary visual cortex. Nat Neurosci 4, 519-525

Cunnington, R., Windischberger, C., Robinson, S., Moser, E., (2006). The selection of intended actions and the observation of others’ actions: a time-resolved fMRI study. NeuroImage 29, 1294–1302

Čebulc, M. (2009). Glasbeno udejstvovanje ter koncentracija in dosežki učencev. Doktorska disertacija. Ljubljana: Oddelek za specialno in rehabilitacijsko pedagogiko, Pedagoška fakulteta

Day, B. L., Dressler, D., Maertens de, N.A., Marsden, C. D., Nakashima, K., Rothwell, J. C., Thompson, P. D. (1989). Electric and magnetic stimulation of human motor cortex: surface EMG and single motor unit responses. J Physiol 412, 449-473

Debaere, F., Wenderoth, N., Sunaert, S., Van Hecke, P., Swinnen, S.P., (2004). Changes in brain activation during the acquisition of a new bimanual coordination task. Neuropsychologia 42, 855–867

Dehaene, S., Kerszberg, M., Changeux, J.P., (1998). A neuronal model of a global workspace in effortful cognitive tasks. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95, 14529–14534

Denes, G., Semenza, C., Stoppa, E., Lis, A. (1982). Unilateral spatial neglect and recovery from hemiplegia: a follow-up study. Brain, 105, 543-552

determine the locus of motor-sequence encoding. A PET study. Brain, 120(1), 123–140 Di Lazzaro, V., Oliviero, A., Meglio, M., Cioni, B., Tamburrini, G., Tonali, P., Rothwell, J. C.

(2000). Direct demonstration of the effect of lorazepam on the excitability of the human motor cortex. Clin Neurophysiol 111, 794-799

Du, X., Summerfelt, A., Chiappelli, J., Holcomb, H. H., Hong, L. E. (2013). Individualized Brain Inhibition and Excitation Profile in Response to Paired-Pulse TMS. Journal of Motor Behavior, 46(1), 39-48

Duncan, J., Emslie, H., Williams, P., Johnson, R., Freer, C., (1996). Intelligence and the frontal lobe: the organization of goal-directed behavior. Cognit. Psychol. 30, 257–303

Edwards, M. J., Schrag A. (2011). Hyperkinetic psychogenic movement disorders. Handb Clin Neurol, 100, 719–729

Eimer, M., Van Velzen, J., Gherri, E., Press, C., (2006). Manual response preparation and saccade programming are linked to attention shifts: ERP evidence for covert attentional orienting and spatially specific modulations of visual processing. Brain Res. 1105, 7–19

Enoka, R. M. (2002). Neuromechanics of human movement. Champaign, Illinois: Human Kinetics

Ernst, M. O., & Banks, M. S. (2002). Humans integrate visual and haptic information in a statistically optimal fashion. Nature, 415, 429-433

Eysenck, H.J., Thompson, W. (1966). The effects of distraction on pursuit rotor learning, performance and reminiscence. Br J Psychol, 57, 99-106

Eysenck, M. W., Keane, T. M. (1990). Cognitive psychology: a student's handbook. London: Lawrence Erlbaum Associates

Fan J., McCandliss, B. D., Flombaum, J. I., Thomas, K. M., Posner, M. I. (2001). Comparing images of conflict in frontal cortex. Annual meeting of the Cognitive Neuroscience Society, New York

Fan J., McCandliss, B. D., Sommer, T., Raz, A., Posner, M. I. (2002). Testing the efficiency and independence of attentional networks. Journal of Cognitive Neuroscience, 14(3), 340-347

Farzan, F., Barr, M. S., Fitzgerald, P. B., Daskalakis, Z. J. (2012). Combination of Transcranial Magnetic Stimulation with Electromyography and Electroencephalography: Application in Diagnosis of Neuropsychiatric Disorders, EMG Methods for Evaluating Muscle and Nerve Function, InTech Europe

Fitzgerald, P. B., Brown, T. L., Daskalakis, Z. J. (2002). The application of transcranial magnetic stimulation in psychiatry and neurosciences research. Acta Psychiatr Scand; 1005(5): 324-340

Gandevia, S. C, Rothwell, J. C. (1987). Knowledge of motor commands and the recruitment of human motoneurons. Brain, 110(5), 1117–1130

Gasar, S. (1996). Odvisnost hitrosti procesiranja informacij od nekaterih osebnostnih lastnosti. Magistrsko delo. Ljubljana: Filozofska fakulteta

George, M. S., Belmaker, R. H. (2007). Transcranial magnetic stimulation in clinical psychiatry. Arlington: American Psychiatric Publishing, Inc.

Gilio, F., Currà, A., Inghilleri, M., Lorenzano, C., Suppa, A., Manfredi, M., Berardelli, A. 2003. Abnormalities of motor cortex excitability preceding movement in patients with dystonia. Brain, 126, 1745–1754

Hallett, M. (2007). Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron 55, 187-199 Hallett, M., Chen R., Ziemann U., Cohen L. G. (1999). Reorganization in motor cortex in

amputees and in normal volunteers after ischemic limb deafferentation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol Suppl 51, 183-187

Hammond, G., Faulkner, D., Byrnes, M., Mastaglia, F., Thickbroom, G. 2004. Transcranial magnetic stimulation reveals asymmetrical efficacy of intracortical circuits in primary motor cortex. Exp Brain Res, 155, 19–23

Hansen, J. C., Hillyard, S. A. (1983). Selective attention to multidimensional auditory stimuli. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 9, 1–19

Hanson, J. V., Whitaker, D., Heron, J. (2009). Preferential processing of tactile events under conditions of divided attention. NeuroReport, 20(15), 1392-1396

Hazeltine, E., Grafton, S.T., Ivry, R. (1997). Attention and stimulus characteristics determine the locus of motor-sequence encoding. A PET study. Brain 120(1), 123-140

Hazeltine, E., Grafton, S.T., Ivry, R. (1997). Attention and stimulus characteristics

Hazy, T. E., Frank, M. J., O’Reilly, R. C. (n.d.). Toward an executive without a homunculus: Computational models of the prefrontal cortex/basal ganglia system. Modelling Natural Action Selection, 239-263

Heslenfeld, D. (1998). Features and attention in vision: An analysis of electromagnetic brain responses. Doktorska dizertacija, Univerza v Amsterdamu

Hikosaka, O., Wurtz, R.H. (1989). The basal ganglia. Rev Oculomot Res, 3, 257-281

Hikosaka, O., Nakamura, K., Sakai, K., Nakahara, H. (2002). Central mechanisms of motor skill learning. Curr Opin Neurobiol, 12, 217-222

Hopfinger, J. B., Buonocore, M. H., Mangun, G. R. (2000). The neural mechanisms of top-down attentional control. Nat. Neurosci. 3, 284–291

Hummel, F. C., Steven B., Hoppe J., Heise K., Thomalla G., Cohen L. G., Gerloff C. (2009). Deficient intracortical inhibition (SICI) during movement preparation after chronic stroke. Neurology 72, 1766-1772

Ilic, T. V., Meintzschel, F., Cleff, U., Ruge, D., Kessler, K. R., Ziemann, U. (2002). Short-interval paired-pulse inhibition and facilitation of human motor cortex: the dimension of stimulus intensity. J Physiol 545, 153-167

Ilmoniemi, R. J. (2002). Transcranial magnetic stimulation – new modality in brain mapping. Business Briefing. Global Healthcare, 46–49

Ilmoniemi, R. J. in Kičić, D. (2010). Methodology for combined TMS and EEG. Brain Topography, 22(4), 233–248

Jackson, J. H. (1931). Selected Writings of John Hughlings Jackson, vol. 1. London: Hodder and Stoughton

Jalinous, R., Hovey, C. (2006). The guide to magnetic stimulation. The Magstim Company Limited

James, W. (1890). The Principles of Psychology, New York: Henry Holt and Company Kahneman, D. (1973). Attention and Effort. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall Kastner, S., Pinsk, M. A., De Weerd, P., Desimone, R., Ungerleider, L. G. (1999). Increased

activity in human visual cortex during directed attention in the absence of visual stimulation. Neuron 22, 751–761

Kawashima, R., Inoue, K., Sugiura, M., Okada, K., Ogawa, A., Fukuda, H., (1999). A positron emission tomography study of self-paced finger movements at different frequencies. Neuroscience 92, 107–112

Klein, R. M. (2004). On the control of visual orienting. V Posner M. I., Cognitive Neuroscience of Attention (29-44). New York, NY: The Guilford Press

Kobayashi, M., Ng, J., Theoret, H., Pascual-Leone, A. (2003). Modulation of intracortical neuronal circuits in human hand motor area by digit stimulation. Exp Brain Res 149, 1-8

Kobayashi, M., Pascual-Leone, A. (2003). Transcranial magnetic stimulation in neurology. Lancet Neurology 2, 145–156

Kujirai, T., Caramia, M. D., Rothwell, J. C., Day, B. L., Thompson, P. D., Ferbert, A., Wroe, S., Asselmann, P., Marsden, C. D. (1993). Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol 471, 501-519

Lau, H.C., Rogers, R.D., Haggard, P., Passingham, R.E., (2004). Attention to intention. Science 303, 1208–1210

Lavie, N., Hirst, A., de Fockert, J. W., Viding, E. (2004). Load theory of selective attention and cognitive control. Journal of Experimental Psychology: General, 133(3), 339-354

Lefaucheur, J.P.(2009). Methods of therapeutic cortical stimulation. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology, 39(1), 1–14

Lehmann, A., Schönwiesner, M. (2014). Selective Attention Modulates Human Auditory Brainstem Responses: Relative Contributions of Frequency and Spatial Cues. PLoS ONE, 9(1)

Liotti, M., Mayberg, H.S., (2001). The role of functional neuroimaging in the neuropsychology of depression. J. Clin. Exp. Neuropsychol. 23, 121–136

Lotze, M., Braun, C., Birbaumer, N., Anders, S., Cohen, L.G. (2003). Motor learning elicited by voluntary drive. Brain, 126, 866-872

Luck, S. J., Vecera S. P. (2002). Attention: Hoboken, New York: John Wiley and Sons, Inc. Macaluso, E. (2010). Orienting of spatial attention and the interplay between the senses.

Cortex 46(3), 282–297 Malouin, F., Richards, C.L., Jackson, P.L., Dumas, F., Doyon, J. (2003). Brain activations

during motor imagery of locomotor-related tasks: a PET study. Hum Brain Mapp, 19, 47–62

Mangun, G. R., Hillyard, S. A. (1991). Modulations of sensory-evoked brain potentials indicate changes in perceptual processing during visual-spatial priming. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 17(4), 1057-1074

Marrocco, R. T., Witte, E. A., Davidson, M. C. (1994). Arousal systems. Current opinion in neurobiology 4(2), 166–170

McDaniel, K.D., Cummings, J.L., Shain, S. (1989). The “yips”: a focal dystonia of golfers. Neurology, 39, 192–195

Merton, P. A., Morton, H. B. (1980). Stimulation of the cerebral cortex in the intact human subject. Nature, 285(227), 227

Miller, E.K., (1999). The prefrontal cortex: complex and neural properties for complex behavior. Neuron 22, 15–17

Miller, E.K., Cohen, J.D. (2001). An integrative theory of prefrontal cortex function. Annu Rev Neurosci, 24, 167-202

Mizobuchi, K., Kuwabara, S., Toma, S., Nakajima,Y., Ogawara, K., Hattori. T. (2000) Single unit responses of human cutaneous mechanoreceptors to air-puff stimulation. Clin Neurophysiol,111, 1577–1581

Montero-Odasso, M., Verghese, J., Beauchet, O., Hausdorff, J. M. (2012). Gait and Cognition: A Complementary Approach to Understanding Brain Function and the Risk of Falling. Journal of the American Geriatrics Society J Am Geriatr Soc.

Moran, A. P. (1996). The psychology of concentration in sport performers – A cognitive analysis. Hove: Psychology Press

Müller-Dahlhaus, F., Peurala, S., Arai, N., Ziemann, U. (2008). Interference of short-interval intracortical inhibition (SICI) and short-interval intracortical facilitation (SICF). Brain Stimulation, 1(3), 277

Nakamura, H., Kitagawa, H., Kawaguchi, Y., Tsuji, H. (1996). Direct and indirect activation of human corticospinal neurons by transcranial magnetic and electrical stimulation. Neurosci Lett 210, 45-48

Nambu, A., Tokuno, H.,Takada, M. (2002). Functional significance of the cortico–subthalamo–pallidal ‘hyperdirect’ pathway. Neuroscience Research, 43(2), 111-117

Nideffer, R.M. (1976). Test of attentional and interpersonal style. J. Pers. Soc. Psychol., 34, 394–404

Nissen, M.J.,Bullemer, P. (1987). Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures. Cognitive Psychology 19, 1-32

Osman, A., Moore, C. M. (1993). The locus of dual-task interference: Psychological refractory effects on movement-related brain potentials. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 19(6), 1292-1312

Pascual-Leone, A., Davey, N.J., Rothwell, J. (2002). Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. New York, NY: Arnold

Pashler, H. E. (1998). Introduction. V. Pashler H. , Attention (1-12). Hove: Psychology Press Ltd.

Pashler, H. E. (1998). The psychology of attention. Cambridge, MA: The MIT Press Passingham, R.E. (1996). Attention to action. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 351,

1473-1479 Patton, H. D., Amassian, V. E. (1954). Single and multiple-unit analysis of cortical stage of

pyramidal tract activation. J Neurophysiol 17, 345-363 Pečjak, V. (1977). Psihologija spoznanja. Ljubljana: Državna založba Slovenije Penfield, W., Rasmussen, T. (1950). The cerebral cortex of man. New York: Macmillan;

1950. 44, 56, 214–5 Petersen, S. E., Posner, M. I. (2012). The Attention System of the Human Brain: 20 Years

After. Annu. Rev. Neurosci. Annual Review of Neuroscience, 35(1), 73-89 Posner M. I., Petersen, S. E. (1990). The attention system of the human brain. Annual

Review of Neuroscience, 13, 25-42

Posner, M. I., Nissen, M. J., Klein, R. M. (1976). Visual dominance: An information-processing account of its origins and significance. Psychological Review, 83, 157-171

Posner, M. I., Rothbart, M. K. (2007). Research on attention networks as a model for the integration of psychological science. Ann Rev of Psychology 58, 1-23

Ptak, R. (2012). The frontoparietal attention network of the human brain: action, saliency, and a priority map of the environment. Neuroscientist, 18, 502–515

Raz, A. (2004). Anatomy of attentional networks. Anat. Rec. The Anatomical Record, 281(1), 21-36

Repovš, G. (1999). Semantični spomin in vidna pozornost v shizofreniji. Magistrsko delo. Ljubljana: Filozofska fakulteta, Oddelek za psihologijo.

Rizzolatti, G., Luppino, G., Matelli, M. (1998). The organization of the cortical motor system: new concepts. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 106, 283–296

Rossini, P. M., Barker, A. T., Berardelli, A., Caramia, M. D., Caruso, G., Cracco, R. Q., Dimitrijevic, M. R., Hallett, M., Katayama, Y., Lucking, C. H. (1994). 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. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 91, 79-92

Rossini, P. M., Rossi, S. (2007). Transcranial magnetic stimulation: diagnostic, therapeutic, and research potential. Neurology 68, 484-488

Rowe, J., Stephan, K. E., Friston, K., Frackowiak, R., Lees, A., Passingham, R. (2002). Attention to action in Parkinson’s disease. Brain, 125(2), 276 –289

Rowe, J.B., Friston, K., Frackowiak, R.S.J., Passingham, R.E., (2002). Attention to action: specific modulation of corticocortical interactions in humans. NeuroImage 17, 988–998

Ruge, D., Muggleton, N., Carroni, A., Rothwell, JC. (2014). An unavoidable modulation? Sensory attention and human primary motor cortex excitability. European Journal of Neuroscience, 40(5), 2850–2588

Rugg, M. D., Pickles, C. D., Potter, D. D., Doyle, M. C., Pentland, B., Roberts, R. C. (1993).Cognitive brain potentials in a 3-stimulus auditory oddball task after closed head-Injury.Neuropsychologia, 31(4), 373-393

Sakai, K., Ugawa, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Furubayashi, T., Kanazawa, I. (1997). Preferential activation of different I waves by transcranial magnetic stimulation with a figure-of-eight-shaped coil. Exp Brain Res 113, 24-32

Sarter, M., Gehring, W.J., Kozak, R., (2006). More attention must be paid: the neurobiology of attentional effort. Brain Res. Brain Res. Rev. 51, 145–160

Schnapf, J.L., Kraft, T.W., Baylo,r D.A. (1987) Spectral sensitivity of human cone photoreceptors. Nature 1987; 325, 439–441

Schneider, L., Goldsworthy, M., Cole, J., Ridding, M., Pitcher, J. (2016). The influence of short-interval intracortical facilitation when assessing developmental changes in short-interval intracortical inhibition.Neuroscience, 312, 19-25

Schouwenburg, M. R., Ouden, H. E., Cools, R. (2013). Selective Attentional Enhancement and Inhibition of Fronto-Posterior Connectivity by the Basal Ganglia During Attention Switching. Cerebral Cortex, 25(6), 1527-1534

Serrien, D. J., Ivry, R. B., Swinnen, S. P. (2007). The missing link between action and cognition.Progress in Neurobiology, 82(2), 95-107

Simon, M. (2015). Magnetno polje v okolici s prevodno ploščo zastrte tuljave za transkranialno magnetno stimulacijo. Diplomsko delo. Ljubljana: Fakulteta za elektrotehniko

Song, S. (2009). Consciousness and the consolidation of motor learning. Behav. Brain Res., 196, 180–186

Spence, C., Shore, D. I., Klein, R. M. (2001). Multisensory prior entry. Journal of Experimental Psychology: General, 130, 799-832

Stefan, K., Wycislo, M., Classen, J. (2004). Modulation of Associative Human Motor Cortical Plasticity by Attention. Journal of Neurophysiology, 92(1), 66-72

Štirn, I. (2009). Vrednotenje mišičnega utrujanja z analizo površinskega elektromiograma. Doktorska disertacija. Ljubljana: Fakulteta za šport

Talsma, D., Kok, A. (2001). Nonspatial intermodal selective attention is mediated by sensory brain areas: Evidence from event-related potentials. Psychophysiology, 38(5), 736-751

Temprado, J.J., Monno, A., Zanone, P.G., Kelso, J.A. (2002). Attentional demands reflect learning-induced alterations of bimanual coordination dynamics. Eur J Neurosci, 16, 1390- 1394

Thomson, R.H., Garry, M.I., Summers, J.J. (2008) Attentional influences on short-interval intracortical inhibition. Clin. Neurophysiol., 119, 52–62

Treisman, A. (1964). Selective attention in man. British Medical Bulletin, 20, 12-16 Turner, R.S., Grafton, S.T., Votaw, J.R., Delong, M.R., Hoffman, J.M., (1998). Motor

subcircuits mediating the control of movement velocity: a PET study. J. Neurophysiol. 80, 2162–2176

van der Linden, D., Frese, M., Meijman, T.F., (2003). Mental fatigue and the control of cognitive processes: effects on perseveration and planning. Acta Psychol. 113, 45–65

Vossel S., Geng, J. J., Fink, G. R. (2013). Dorsal and Ventral Attention Systems: Distinct Neural Circuits but Collaborative Roles. The Neuroscientist, 20(2), 150-159

Vucic, S., Burke, T., Lenton, K., Ramanathan, S., Gomes, L., Yannikas, C, Kiernan, M. C. (2012). Cortical dysfunction underlies disability in multiple sclerosis. Mult Scler 18, 425-432

Vucic, S., Cheah, B. C., Yiannikas, C., Kiernan, M. C. (2011). Cortical excitability distinguishes ALS from mimic disorders. Clin Neurophysiol 122, 1860-1866

West, R., Alain, C., (2000). Evidence for the transient nature of a neural system supporting goal-directed action. Cereb. Cortex 10, 748–752

Woldorff, M.G., Hillyard, S.A. (1991) Modulation of early auditory processing during selective listening to rapidly presented tones. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 79, 170–191

Wulf, G., Prinz, W. (2001). Directing attention to movement effects enhances learning: a review. Psychon. B. Rev., 8, 648–660

Yogev-Seligmann, G., Hausdorff, J. M., Giladi, N. (2008). The role of executive function and attention in gait. Movement Disorders Mov Disord., 23(3), 329-342

Z’Graggen, W. J., Conforto, A. B., Wiest, R., Remonda, L., Hess, C. W., Kaelin-Lang, A. (2009). Mapping of direction and muscle representation in the human primary motor coretx controlling thumb movements. J Physiol 587(9), 1977-1987

Ziemann, U. (2004). TMS and drugs. Clin Neurophysiol 115, 1717-1729 Ziemann, U., Rothwell J. C., Ridding M. C. (1996). Interaction between intracortical inhibition

and facilitation in human motor cortex. J Physiol, 496(3), 873-881

PRILOGE:

IZJAVA O ZAVESTNI IN SVOBODNI PRIVOLITVI K SODELOVANJU V

RAZISKAVI: “Vpliv pozornosti na vzdražljivost primarne motorične skorje -

študija s transkranialno magnetno stimulacijo”

Vabimo vas k sodelovanju v raziskavi, ki preučuje odziv možganov in mišic roke na transkranialno magnetno stimulacijo (TMS) pri zdravih ljudeh, ob različni selektivni pozornosti. Če boste sodelovali v raziskavi, vam bomo postavili različna vprašanja in vaše odgovore zabeležili. Poleg tega boste sodelovali tudi pri snemanju elektromiografskih in elektroencefalografskih odzivov na stimuliranje možganov s transkranialno magnetno stimulacijo, kar vse predstavlja neinvazivne metode za stimuliranje in snemanje električne aktivnosti možganov in mišic.

Svoj pristanek na sodelovanje v raziskavi lahko kadarkoli umaknete, ne da bi imeli zaradi tega kake slabe posledice. Vaši podatki, ki jih bomo zbrali v raziskavi, so zaupni, pred nepooblaščenim razkritjem so zavarovani z osebno šifro, v nobenem primeru ne morejo biti dostopni drugim nepoklicanim osebam brez vašega privoljenja. Hranjeni bodo samo za namene te raziskave.

Predvidevamo, da vam sodelovanje v raziskavi ne bo povzročilo nobenih posebnih nevšečnosti. Posamezen eksperiment bo trajal približno 3 ure, ne bo zahteval posebnega miselnega napora in nima posebnih stranskih učinkov, razen občasnih pojavov neugodnega občutka na koži glave ali blagega glavobola. V redkih primerih so med TMS raziskavami ali zdravljenjiporočali o epileptičnih napadih, ki pa so bili povezani z uporabo intenzivnih stimulacijskih protokolov, ki jih v tej raziskavi ne uporabljamo.

Vašo primernost za raziskavo in vašo varnost bomo zagotovili s predhodnim preverjanjem, ali ustrezate varnostnim omejitvam za preiskave s TMS. Če bi vas sodelovanje pri kliničnem pregledu ali ob izvajanju TMS in snemanju elektrofizioloških odzivov preveč obremenilo, to povejte prisotnemu raziskovalcu, ki bo takoj ukrepal na primeren način.

Vsa vprašanja v zvezi z raziskavo lahko kadarkoli naslovite na odgovornega raziskovalca: asist.mag. Jurij Bon, dr.med.spec. psihiater Klinični oddelek za bolezni živčevja, Nevrološka klinika Zaloška 2, 1000 Ljubljana

Elektronski naslov : jure.bon@kclj.si Telefon : 01 5872 264

Pristajam na sodelovanje v raziskavi. Razlago sem prebral/a oziroma mi je bila podana ustno in jo razumem.

Datum in podpis preiskovanca: _______________________________________________

Datum in podpis odgovorne osebe: ____________________________________________

Raziskava: Vpliv pozornosti na vzdražljivost primarne motorične skorje - študija s transkranialno magnetno stimulacijo

SPLOŠNI VPRAŠALNIK GLEDE PRIMERNOSTI SODELOVANJA V RAZISKAVI S

TRANSKRANIALNO MAGNETNO STIMULACIJO

Ime in priimek: ___________________________ Datum: ___________________

1. Ali se zdravite zaradi epilepsije oziroma ste kdaj imeli epileptični napad ali druge vrste

napad s krči? Ne ☐ Da ☐

2. Ste kdaj izgubili zavest ali omedleli? Ne ☐ Da ☐

Če ste, prosimo opišite, kaj se je zgodilo: __________________________________________________________________________

3. Ste kdaj doživeli hujšo poškodbo glave z nezavestjo? Ne ☐ Da ☐

4. Imate kakšne težave s sluhom, oziroma vam šumi v ušesih? Ne ☐ Da ☐

5. Ali ste noseči? Bi bilo možno, da ste noseči, pa se tega še ne zavedate? Ne ☐

Da ☐

6. Ali imate kovinske delce v možganih ali lobanji (razen delcev iz titana), na primer drobce

ali kose kovine, sponke po operativnih posegih? Ne ☐ Da ☐

7. Ali imate vstavljene slušne vsadke (kohlearne implantate) v ušesih? Ne ☐ Da ☐

8. Ali imate vstavljen spodbujevalec centralnega živčevja (naprimer globoko možgansko

stimulacijo/DBS, stimulator živca vagusa)? Ne ☐ Da ☐

9. Ali imate vstavljen srčni spodbujevalec ali druge vrste žic/ kovin v srcu ali kje drugje? Ne

☐ Da ☐

10. Ali imate vstavljeno napravo za infuzijo zdravil? Ne ☐ Da ☐

11. Ali jemljete kakšna zdravila? Ne ☐ Da ☐

Naštejte zdravila, če jih jemljete: _____________________________________

12. So vam kdaj operirali hrbtenico? Ne ☐ Da ☐

13. Ali imate vstavljen spinalni ali ventrikularni odvod tekočine (šant)? Ne ☐ Da

☐

14. Ste v preteklosti že kdaj imeli poseg s TMS? Ne ☐ Da ☐

15. Ste v preteklosti že kdaj bili na preiskavi z magnetno resonanco? Ne ☐ Da

☐

Edinburgh Test Ročnosti

Ime___________________________________

Datum rojstva________________________ Spol___________________________

Prosimo vas, da označite, s katero roko opravljate navedene aktivnosti oz. držite navedene objekte. V primerno okence vpišite +, v kolikor pa je preferenca roke tako močna, da nikoli ne bi uporabili druge roke (razen pod prisilo), vpišite ++. Če se ne morete odločiti, vpišite + v obe okenci.

Nekatere aktivnosti zahtevajo obe roki. V tem primeru se osredotočite na tisti del aktivnosti, ki na določeni stopnji zahteva preferenco roke (napisano v oklepajih).

Prosimo, da poskusite odgovoriti na vsa vprašanja, okenca pustite prazna samo v primeru, da niste seznanjeni z aktivnostjo/objekti.

Leva Desna

1. Pisanje

2. Risanje

3. Met

4. Rezanje s škarjami

5. Zobna ščetka

6. Nož (brez vilice)

7. Žlica

8. Metla (zgornja roka)

9. Prižiganje vžigalice (vžigalica)

10. Odpiranje škatle (pokrov)

i. S katero nogo ponavadi brcnete?

ii. Katero oko uporabljate, kadar gledate samo z enim očesom?

IZJAVA O AVTORSTVU

Podpisana Nina Majcen izjavljam:

– da sem magistrsko delo z naslovom Vpliv pozornosti na ekscitabilnost primarne motorične skorje - študija s transkranialno magnetno stimulacijo izdelala samostojno pod mentorstvom doc. dr. Maja Kojović in – da Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani dovoljujem objavo elektronske oblike svojega dela na spletnih straneh.

Ljubljana, april 2016

Podpis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .