Influence of Magnetic Fields and their Characteristics on cortical Excitability. Study on healthy adults and pathological aging

Abstract

[Resumen] Esta tesis doctoral pretende responder dos cuestiones relacionadas con la interacción de los campos magnéticos dinámicos y estáticos con el córtex motor. En los dos primeros experimentos se estudiaron factores que influyen en la reproducibilidad de la estimulación magnética transcraneal (TMS). Estas investigaciones demostraron que los efectos y la reproducibilidad de la TMS se ven afectados por dos tipos de factores relevantes: (1) factores técnicos o modificables, en particular la forma de onda y dirección de corriente de los pulsos de la TMS; y (2) factores fisiológicos, en concreto la influencia del envejecimiento fisiológico y de enfermedades relacionadas con el envejecimiento, como la demencia por enfermedad de Alzheimer y la Diabetes Mellitus tipo 2. En un segundo tipo de estudio se observó que la estimulación magnética estática transcraneal (tSMS) produce una reducción de la excitabilidad y reactividad del sistema motor. Sin embargo, esta reducción sólo se pudo captar por un tipo específico de forma de onda de TMS, indicando que la acción de la tSMS se centra sobre redes interneurales específicas. En los registros electroencefalográficos se cuantificó un aumento de las frecuencias del rango beta en regiones fronto-centrales, que está inversamente correlacionado con la disminución de la excitabilidad.

[Resumo] Esta tese de doutoramento pretende responder dúas cuestións relacionadas coa interacción dos campos magnéticos dinámicos e estáticos co córtex motor. Nos dous primeiros experimentos estudáronse factores que inflúen na reproducibilidade da estimulación magnética transcraneal (TMS). Estas investigacións demostraron que tanto os efectos como a reproducibilidade da TMS vense afectados por dous tipos de factores relevantes: (1) factores técnicos ou modificables, en particular a forma de onda e a dirección da corrente dos pulsos da TMS; e (2) factores fisiolóxicos, en concreto a influencia do envellecemento fisiolóxico e as enfermidades relacionadas co envellecemento, coma a demencia por enfermidade de Alzheimer e a Diabetes Mellitus tipo 2. Nun segundo tipo de estudo observouse que a estimulación magnética estática transcraneal (tSMS) produce unha redución da excitabilidade e reactividade do sistema motor. Porén, esta redución só puido ser capturada por un tipo específico de forma de onda de TMS, o que indica que a acción da tSMS céntrase en redes interneurais específicas. Nos rexistros electroencefalográficos cuantificouse un aumento das frecuencias do rango beta nas rexións fronto-centrais, que está inversamente correlacionado coa diminución da excitabilidade.

[Abstract] This doctoral thesis intended to answer two questions in relation to the interaction between dynamic and static magnetic fields, and the motor cortex. During the first two experiments, we studied factors that influence the reproducibility of transcranial magnetic stimulation (TMS). These investigations have shown that two types of relevant factors impact the effects and the reproducibility of the TMS: (1) technical or modifiable factors, in particular the TMS pulse waveform and current direction; and (2) physiological factors, specifically the influence of physiological aging and age-related diseases, such as Dementia due to Alzheimer's disease and type 2 Diabetes Mellitus. In a second type of study, a reduction of motor cortex excitability and reactivity was observed after applying transcranial static magnetic stimulation (tSMS). However, this reduction was only captured by a specific type of TMS waveform, indicating that the action of the tSMS is centered on specific cortical interneuron networks. Electroencephalographic recordings quantified an increase in the range of beta frequencies in fronto-central regions, this increase was negatively correlated with the reduction in cortical excitability.