Abstracts Biological Sciences

Development of a magnetic resonance compatible wrist device for the analysis of movement encoding in the brain

by Diogo Filipe Duarte

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016 A interação com o mundo é feita através de movimento - desde a locomoção até à comunicação verbal - tornando o controlo de movimento um dos aspectos fundamentais de maior interesse em neurociência. O controlo de movimento tem sido alvo de observação desde cedo em estudos comportamentais e neurofisiológicos, e sabemos hoje que os movimentos voluntários resultam de padrões de impulsos elétricos gerados no sistema nervoso. Contudo, não conhecemos ainda os aspetos mais precisos da geração de padrões de movimento nem a sua relação com parâmetros como direção, velocidade, etc. Uma característica importante do controlo de movimento é a existência de tuning direcional - que consiste numa resposta neuronal preferencial a uma direção de movimento. Ao executar movimentos numa direção preferida, alguns neurónios despolarizam a uma frequência máxima, e a mesma diminui gradualmente à medida que o movimento se afasta da direção preferida. Este fenómeno foi caracterizado em 1982 em áreas motoras (córtex motor primário) ao serem executados movimentos direcionais do braço contralateral. Contudo, estudos recentes mostram a existência de tuning direcional não só para o membro contralateral, mas também para o membro ipsilateral. Estas representações direcionais foram encontradas com medições electrofisiológicas ao nível celular, e também com técnicas modernas de imagiologia que medem sinal proveniente de volumes da ordem de mm3, como ressonância magnética funcional. Com recurso a ambos os tipos de técnicas foram encontradas representações ipsilaterais bem estruturadas para movimentos ao nível do braço bem como dos dedos. Desta forma, ambos os hemisférios cerebrais codificam movimentos direccionais de ambas as mãos. Sabemos também, por experiência quotidiana, que os movimentos bimanuais são bem coordenados, o que sugere que os mesmos são gerados tomando em conta informação de ambas as mãos. No entanto, a relação entre os padrões neuronais de movimentos bimanuais e unimanuais ainda não é clara. Nesta dissertação pretende-se localizar e caracterizar tuning direcional durante movimentos unimanuais e bimanuais no cérebro humano. Desta forma temos como objectivo procurar quais as regiões corticais que codificam movimentos direcionais da mão contralateral, da mão ipsilateral, bem como as representações de movimentos bimanuais e a sua relação com movimentos unimanuais. Para tal, foi desenhada uma experiência motora para testar movimentos direcionais, que foi executada em simultâneo com a aquisição de imagens de ressonância magnética funcional. Foi desenvolvido um dispositivo para monitorizar de forma precisa movimentos da mão. De forma a assegurar compatibilidade com o ambiente em ressonância magnética, foram construídos dois manípulos ergonómicos com recurso a impressão 3D em nylon. Os manípulos foram equipados com sensores de rotação resistivos, e foram montados numa mesa de suporte desenvolvida para o… Advisors/Committee Members: Diedrichsen, Jörn, Ferreira, Hugo Alexandre.