Preparatory activity of spinal cord neuronal circuits for voluntary contraction

Antecedendo movimentos voluntariamente gerados, existe atividade neuronal encefálica que se inicia alguns segundos antes da execução deste movimento. Esta atividade preparatória é responsável pela elaboração de um plano de execução que alcança a via final comum para realização de um ato motor voluntário, os motoneurônios. Entretanto, na última década, evidências apontam para a participação de circuitos neuronais na medula espinhal apresentando padrão de atividade similar aos padrões observados em áreas encefálicas e que, possivelmente, estaria relacionado a uma atividade preparatória para o movimento voluntariamente gerado. Por este motivo, o presente trabalho teve por objetivo verificar a atividade de circuitos neuronais na medula espinhal durante diferentes instantes de proximidade da ação voluntariamente gerada em paradigma de tarefa motora com período de instrução. Para isso, inicialmente, 15 sujeitos saudáveis, sem histórico de doença neuromuscular foram submetidos ao protocolo experimental. O protocolo experimental constituiu-se do processo de recrutamento dos sujeitos, sua preparação para o ensaio dentro do ambiente experimental, bem como as orientações necessárias para execução dos procedimentos e paradigmas. Os procedimentos referem-se às etapas realizadas para captação do reflexo H, bem como desta captação sob a influência de técnica de condicionamento por inibição pré-sináptica. Essa captação ocorreu em janelas de aquisição em que o sujeito encontrava-se em repouso e em três instantes de expectativa para a execução de ação voluntária, estando o músculo sóleo atuando como agonista (flexão plantar) ou antagonista (dorsiflexão), em paradigma de tarefa motora voluntária com período de instrução. Após os registros, por meio de processamento dos sinais coletados, foi possível se calcular a amplitude pico-a-pico do reflexo H nas diferentes condições experimentais de proximidade da execução (1000, 600 e 200 milissegundos) e de atuação do músculo sóleo (agonista e antagonista) que foi usado para: (1) análise da variação da excitabilidade reflexa, em porcentagem da onda M máxima, (2) análise da ocorrência de inibição pré-sináptica e (3) análise da variação da inibição pré-sináptica, em porcentagem de inibição. Os resultados mostram que a porcentagem da onda M máxima aumentou significativamente nos três instantes de proximidade com os sujeitos estando em expectativa da execução da tarefa motora quando o músculo sóleo atuaria como agonista da contração, quando comparados com os registros obtidos nas mesmas condições em repouso. Contudo, somente a 200 ms da execução é que foi observado aumento da porcentagem da onda M máxima quando o músculo sóleo atuaria como antagonista. Inibição pré-sináptica ocorreu em todas as condições experimentais, contudo aumento significativo da porcentagem de inibição pré-sináptica foi somente observado a 200 ms da execução da tarefa motora em que o músculo sóleo atuaria como antagonista. Diferenças entre agonista e antagonista com relação ao padrão de excitabilidade reflexa foi somente observado a 600 ms de proximidade da execução da tarefa e essas diferenças com relação à porcentagem de inibição pré-sináptica foi somente detectada a 200 ms. Nossos resultados nos permitem concluir que circuitos neuronais na medula espinhal apresentam atividade no período preparatório para a execução de tarefa motora voluntária que podem estar relacionadas ao comportamento de expectativa da realização de uma ação motora eminente, bem como relacionada ao planejamento motor para a ação a longa proximidade da execução de movimentos.There is brain activity preceding voluntary movements a few seconds before the execution of the movement. This preparatory activity is responsible for the execution plan that reaches the final common pathway, i.e., the motoneurons. In the last decade, there have been reports indicating the involvement of spinal cord circuits in the preparatory activity for movement. The present work has the objective of verifying the activity of spinal cord neuronal circuits at different times preceding a voluntary action, under an instructed delay period paradigm. Fifteen healthy subjects participated in the study. The protocol included an explanation of the experimental tasks. Electrophysiological recordings of the H reflex with and without presynaptic inhibition conditioning were employed. The epochs of H reflex recording were associated either with a resting period or with one of three pre-action periods. The subject received a cue at an appropriate time about the type of contraction: plantarflexion or dorsiflexion. Peak to peak H reflex values were computed in the control resting period and at 1000 ms, 600 ms and 200 ms before the action. Percent values of H amplitude with respect to maximum M values were computed as well as the level of presynaptic inhibition. The results have shown that the relative H reflex value increased significantly at the three premovement times for the soleus under an agonist contraction (i.e., plantarflexion) when compared to control. However, when the soleus was an antagonist to the contraction (i.e., dorsiflexion) there was a statistical difference in the H amplitude only at 200 ms before movement. Presynaptic inhibition occurred in all experimental conditions, however only at 200 ms before contraction there was a significant increase. Differences in reflex excitability between agonist and antagonist activity were only observed at 600 ms before action. On the other hand, differences in presynaptic inhibition were only found at 200 ms before contraction. The results indicated that spinal cord neuronal circuits are activated during the preparatory period preceding a voluntary action. These may be correlated with an expectancy behavior for the execution of an imminent motor action and also with the planning of a motor action at larger times preceding movement execution