Avaliação de alterações ligadas aos alunos na excitação mediada por Locus Coeruleus provocada pela estimulação trigeminal

Summary

Para verificar se os efeitos trigeminal no desempenho cognitivo envolvem a atividade do locus coeruleus, dois protocolos são apresentados que visam avaliar possíveis correlações entre o desempenho e as mudanças de tamanho da pupila relacionadas à tarefa induzidas pela mastigação. Esses protocolos podem ser aplicados a condições em que se suspeita a contribuição locus coeruleus.

Abstract

A literatura científica atual fornece evidências de que a atividade sensorimotora trigeminal associada à mastigação pode afetar a excitação, a atenção e o desempenho cognitivo. Estes efeitos podem ser devido a conexões generalizadas do sistema trigeminal para o sistema de ativação reticular ascendente (ARAS), ao qual os neurônios noradrenergic do locus coeruleus (LC) pertence. Os neurônios LC contêm projeções para todo o cérebro, e sabe-se que sua descarga co-varia com o tamanho da pupila. A ativação da LC é necessária para obter midrase relacionada à tarefa. Se os efeitos de mastigação no desempenho cognitivo são mediados pela LC, é razoável esperar que as mudanças no desempenho cognitivo estejam correlacionadas a mudanças na midriose relacionada à tarefa. Dois novos protocolos são apresentados aqui para verificar essa hipótese e documentar que os efeitos de mastigação não são atribuíveis à ativação motora específica. Em ambos os protocolos, as mudanças de desempenho e tamanho do aluno observadas durante tarefas específicas são registradas antes, logo depois, e meia hora após um período de 2 min de qualquer um: a) sem atividade, b) rítmica, aperto de mão bilateral, c) mastigação bilateral de pelotas macias e d) mastigação bilateral de pelotas duras. O primeiro protocolo mede o nível de desempenho na detecção de números-alvo exibidos dentro de matrizes numéricas. Uma vez que as gravações do tamanho dos alunos são gravadas por um alunocômetro apropriado que impede a visão para garantir níveis constantes de iluminação, a midrase relacionada com a tarefa é avaliada durante uma tarefa háptica. Os resultados deste protocolo revelam que 1) as mudanças induzidas por mastigação no desempenho e a midrase relacionada à tarefa estão correlacionadas e 2) nem o desempenho nem a midrase são reforçadas pelo aperto de mão. No segundo protocolo, o uso de um pupilômetro vestível permite a medição de mudanças de tamanho e desempenho do aluno durante a mesma tarefa, permitindo assim que evidências ainda mais fortes sejam obtidas sobre o envolvimento da LC nos efeitos trigeminal na atividade cognitiva. Ambos os protocolos foram executados no escritório histórico do Prof. Giuseppe Moruzzi, o descobridor do ARAS, da Universidade de Pisa.

Introduction

Em seres humanos, sabe-se que mastigar acelera o processamento cognitivo^1,2 e melhora a excitação^3,4,atenção^5,aprendizagem e memória^6,7. Esses efeitos estão associados ao encurtamento das latências dos potenciais corticais relacionados ao evento⁸ e ao aumento da perfusão de várias estruturas corticais e subcorticais^2,9.

Dentro dos nervos cranianos, a informação mais relevante que sustenta a dessincronização e a excitação cortical é transportada por fibras trigeminal^10,provavelmente devido a fortes conexões trigeminal ao sistema de ativação reticular ascendente (ARAS)¹¹. Entre as estruturas aras, o locus coeruleus (LC) recebe insumos trigeminal¹¹ e modula a excitação^12,13,e sua atividade covaries com o tamanho da pupila^{14,15,16,17,18}. Embora a relação entre a atividade de repouso lc e desempenho cognitivo seja complexa, o aprimoramento da atividade lc relacionada à tarefa leva à micria^{20 associada} à excitação e ao desempenho cognitivo aprimorado^21. Há uma covariação confiável entre a atividade lc e o tamanho do aluno, e este último é atualmente considerado um proxy da atividade noradrenergic central^{22,23,24,25,26}.

A ativação assimétrica de ramos trigemina sensório-motor induz as simetrias pupilas (anisocoria)^27,28,confirmando a força da conexão trigemino-coerulear. Se a LC participar dos efeitos estimulantes da mastigação no desempenho cognitivo, ela pode afetar a midrase relacionada à tarefa paralela, que é um indicador de ativação de fásicos lc durante uma tarefa. Também pode afetar o desempenho, de modo que uma correlação pode ser esperada entre mudanças induzidas por mastigação no desempenho e midrase. Além disso, se os efeitos trigeminal são específicos, os efeitos de mastigação devem ser maiores do que aqueles eliciados por uma outra tarefa rítmica do motor. A fim de testar essas hipóteses, dois protocolos experimentais são apresentados. Eles são baseados em medições combinadas de desempenho cognitivo e tamanho da pupila, realizadas antes e após um curto período de atividade de mastigação. Esses protocolos utilizam um teste que consiste em encontrar números-alvo exibidos em matrizes numéricas e atenciosas^29,juntamente com números não-alvo. Este teste verifica o desempenho atento e cognitivo.

O objetivo geral desses protocolos é ilustrar que a estimulação trigeminal provoca mudanças específicas no desempenho cognitivo, que não podem ser atribuídas especificamente à geração de comandos motores e estão relacionadas a mudanças ligadas ao aluno na mediada por LC Excitação. As aplicações dos protocolos se estendem a todas as condições comportamentais em que o desempenho pode ser medido e o envolvimento da LC é suspeito.

Protocol

Todas as etapas seguem as diretrizes do Comitê de Ética da Universidade de Pisa. 1. Recrutamento de participantes Recrutar uma população sujeita de acordo com o objetivo específico do estudo (ou seja, indivíduos normais e/ou pacientes, homens e/ou mulheres, jovens e/ou idosos). 2. Preparação material Prepare uma pelota macia; use chiclete comercialmente disponível(Mesa de Materiais; dureza inicial = 20 Shore OO).</…

Representative Results

A figura 4 mostra um exemplo representativo dos resultados obtidos quando o protocolo 1 foi aplicado a um único sujeito (46 anos, do sexo feminino). Pi foi aumentada logo após ter mastigado (T7) tanto um duro (de 1,73 dormente / s para 2,27 dormente / s) e pelota macia (de 1,67 dormente / s para 1,87 numb / s) (Figura 4A). No entanto, 30 min mais tarde (T37), o aumento do desempenho persistiu apenas para a pelota dura. Por outro lado, tanto a …

Discussion

Os protocolos apresentados neste estudo abordam os efeitos agudos da atividade trigeminal sensorimotor a performance cognitiva e o papel da LC nesse processo. Este tema tem alguma relevância, considerando que 1) durante o envelhecimento, a deterioração da atividade masticária correlaciona-se com^adecadência cognitiva^32,33,34; as pessoas que preservam a saúde bucal são menos propensas a fenômenos neurodegenerativos; 2) a e…

Materials

Anti-stress ball	Artengo, Decathlon, France	TB600
Chewing gum	Vigorsol, Perfetti, Italy	Commercially available product
Infrared Camera-Wearable pupillometer	Pupil Labs, Berlin, Germany	Pupil Labs headset
Pupillographer	CSO, Florence, Italy	MOD i02, with chin support
Silicon rubber	Prochima, Italy	gls50
Software for pupil detection – wearable pupillometer	Pupil Labs, Berlin, Germany	Pupil Labs headset
Tangram Puzzle	Città del Sole srl, Milano, Italy	Tangram Puzzle
Wearable pupillometer	Pupil Labs, Berlin, Germany	Pupil labs model	Dimension of the frame: 13.5 x 15.5cm