Cognitive mechanisms and motor control during a saccadic eye movement task: evidence from quantitative electroencephalography / Mecanismos cognitivos e controle motor durante uma tarefa de movimento sacádico dos olhos: evidências de eletroencefalografia quantitativa

The saccadic movement is an important behavioral measure used to investigate several cognitive processes, including attention and sensorimotor integration. The present study aimed at investigating changes in beta coherence over frontal, motor, occipital, and parietal cortices during the performance of two different conditions of a prosacadic paradigm. The conditions involved a different pattern of stimulus presentation: a fixed and random stimulus presentation. Twelve healthy volunteers (three male, mean age of 26.25 (SD=4.13) performed the task, while their brain activity pattern was recorded using quantitative electroencephalography. The results showed an interaction between factors condition and moment for the pair of electrode C3/C4. We observed a main effect for moment to CZ/C4, FZ/F3, and P3/PZ. We also found a main effect for condition to FZ/F4, P3/P4, and O1/O2. Our results demonstrated an important role of the inter-connection of the two hemispheres in visual search and movement preparation. The study demonstrates an automation of action and reduction of the focus of attention during the task. We also found that the inter-hemispheric beta coherence plays an important role in the differentiation of the two conditions, and that beta in the right frontal cortex is able to differentiate the conditions, demonstrating a greater involvement of procedural memory in fixed condition. Our results suggest a neuronal specialization in the execution of prosacadic paradigm involving motor task sequence.

O movimento sacádico é uma importante medida de comportamento usada para investigar vários processos cognitivos, incluindo atenção e integração sensório-motora. O presente estudo teve como objetivo investigar as mudanças na coerência em beta nos córtices frontal, motor, parietal e occipital durante a realização de duas condições diferentes de um paradigma do movimento sacádico. As condições envolveram um padrão diferente de apresentação do estímulo: a apresentação do estímulo fixo e do aleatório. Doze voluntários saudáveis ​​(três do sexo masculino, com idade média de 26,25; DP=4,13) realizaram a tarefa, enquanto o seu padrão de atividade cerebral era monitorado, usando eletroencefalografia quantitativa. Os resultados mostraram uma interação entre condição dos fatores e momento para o par de eletrodos C3/C4. Observou-se um efeito principal ao momento para CZ/C4, FZ/F3 e P3/PZ. Encontrou-se também um efeito principal à condição para FZ/F4, P3/P4 e O1/O2. Os resultados demonstram um importante papel da ligação interconexão entre os dois hemisférios, em busca visual e preparação do movimento. O estudo demonstra uma automatização da ação e uma redução do foco de atenção durante a tarefa. Identificou-se também que a coerência em beta entre regiões inter-hemisféricas desempenha um papel importante na diferenciação entre as duas condições. Ainda, beta no córtex frontal direito é capaz de diferenciar as condições, demonstrando-se um maior envolvimento da memória de procedimento em condição fixa. Sendo assim, os presentes resultados sugerem especialização neuronal na execução do paradigma prossacádico envolvendo sequência de tarefa motora.

Gamma band oscillations in parietooccipital areas during performance of a sensorimotor integration task: a qEEG coherence study / Oscilações na banda gama em áreas parieto-occipitais durante desempenho de uma tarefa sensório-motora: um estudo de coerência na EEGq

This study aimed to elucidate cortical mechanisms involved in anticipatory actions when 23 healthy right-handed subjects had to catch a free falling object through quantitative electroencephalogram (qEEG). For this reason, we used coherence that represents a measurement of linear covariation between two signals in the frequency domain. In addition, we investigated gamma-band (30-100 Hz) activity that is related to cognitive and somatosensory processes. We hypothesized that gamma coherence will be increase in both parietal and occipital areas during moment after ball drop, due to their involvement in manipulation of objects, visuospatial processing, visual perception, stimuli identification and attention processes. We confirmed our hypothesis, an increase in gamma coherence on P3-P4 (t= -2.15; p=0.033) and PZ-OZ (t= -2.16; p=0.034) electrode pairs was verified for a paired t-test. We conclude that to execute tasks involving anticipatory movements (feedforward mechanisms), like our own task, probably, there is no need of a strong participation of visual areas in the process of information organization to manipulate objects and to process visuospatial information regarding the contact hand-object.

Este estudo teve como objetivo elucidar os mecanismos corticais envolvidos em ações antecipatórias quando 23 indivíduos saudáveis destros tinham que apreender um objeto em queda livre, através da eletroencefalografia quantitativa (EEGq). Por esta razão, usamos a coerência que representa a covariação linear entre dois sinais no domínio da frequência. Além disso, investigamos a atividade da banda gama (30-100 Hz), que está relacionada à processos cognitivos e somato-sensoriais. Nossa hipótese é que a coerência de gama estará aumentada em ambas as áreas parietais e occipitais durante o momento pós-queda da bola, devido ao seu envolvimento na manipulação de objetos, processamento visuo-espacial, percepção visual, identificação de estímulos e processos de atenção. Confirmamos nossa hipótese. Um aumento de coerência em gama nos pares de eletrodos P3-P4 (t= -2,15; p=0,033) e PZ-OZ (t= -2,16; p=0,034) foi verificado por teste-t pareado. Conclui-se que, para executar tarefas que envolvem movimentos de antecipação (mecanismos de retro-alimentação) como a nossa própria tarefa, provavelmente, não há necessidade de forte participação de áreas visuais no processo de organização da informação como para manipular objetos e processar a informação visuo-espacial no contato mão-objeto.

Effects of a cognitive modulator in the theta and alpha asymmetry during a typewriting task: a sensorimotor integration perspective / Efeitos de um modulador cognitivo na assimetria de teta e alfa durante uma tarefa de datilografia: uma perspectiva da integração sensório-motora

This study aimed to elucidate cortical mechanisms and to identify the areas where occur such mechanisms due to interaction between bromazepam and motor learning. The sample was composed of 45 healthy subjects randomly distributed in 3 groups: placebo (n=15), bromazepam 3 mg (n=15) or bromazepam 6 mg (n=15). To perform the experimental task, subjects sat comfortably at a distance of approximately 20 cm from the typewriter. The typewriter keyboard was covered with a wooden box to avoid visual information about the hands' position. The typewriting task was performed concomitantly with EEG recording. ANOVA two-way results indicated a decreased asymmetry in sensorimotor areas in the experimental groups. Our interpretation is that moderate doses of bromazepam may improve performance on tasks with predictable elements to promote stability of psychomotor functions, but may also impair performance on tasks executed in unpredictable environments.

O objetivo do estudo foi elucidar mecanismos corticais e identificar as áreas onde estas ocorrem tais mecanismos devido à interação entre bromazepam e aprendizagem motora. A amostra compreendeu 45 sujeitos hígidos distribuídos randomicamente em 3 grupos: placebo (n=15), bromazepam 3 mg (n=15) ou bromazepam 6 mg (n=15). Para a realização da tarefa experimental, sujeitos sentaram-se confortavelmente a uma distância de aproximadamente 20 cm da máquina de escrever. O teclado da máquina foi coberto com uma caixa de madeira para evitar informações visuais sobre a posição das mãos. O registro do EEGq ocorreu simultaneamente à tarefa de datilografia. Os resultados da ANOVA two-way indicaram menor assimetria em áreas sensório-motoras nos grupos experimentais. Nossa interpretação é que doses moderadas de bromazepam podem melhorar o desempenho em tarefas previsíveis por promover estabilidade das funções psicomotoras, mas pode prejudicar o desempenho em tarefas realizadas em ambientes imprevisíveis.

Alpha absolute power: motor learning of practical pistol shooting / Potência absoluta de alfa: aprendizagem motora do tiro prático de pistola

The present study aimed at investigating changes in behavior (shooting precision) and electrophysiological variables (absolute alpha power) during the motor learning of practical pistol shooting. The sample was composed of 23 healthy subjects, right-handed, male, between 18 and 20 years of age. The task consisted of four learning blocks. A One-way ANOVA with repeated measures and a post hoc analysis were employed to observe modifications on behavioral and electrophysiological measures (p<0.05). The results showed significative differences between blocks according to motor learning, and a significant improvement in shooting's accuracy from both blocks. It was observed a decrease in alpha power in all electrodes examined during task execution when compared with baseline and learning control blocks. The findings suggest that alpha power decreases as the function of the motor learning task when subjects are engaged in the motor execution.

O presente estudo teve por objetivo investigar alterações nas variáveis comportamentais (precisão do tiro) e eletrofisiológicas (potência absoluta de alfa) durante o aprendizado motor do tiro prático de pistola. A amostra constituiu-se de 20 sujeitos saudáveis, destros, sexo masculino, faixa etária entre 18 e 20 anos. A tarefa consistiu de quatro blocos de aprendizagem. A análise estatística das variáveis comportamentais e eletrofisiológicas foram realizadas por meio de uma ANOVA one-way e uma análise post hoc (p<0,05). Os resultados demonstraram diferenças significativas entre os blocos em função do aprendizado motor, bem como uma sensível melhora na precisão do tiro de ambos os blocos. Foi observada uma diminuição na potência de alfa em todos os eletrodos analisados durante a execução da tarefa, quando comparados aos blocos de linha de base e controle da aprendizagem. Os achados sugerem que a potência em alfa diminui devido o aprendizado motor quando sujeitos estão engajados na execução de uma tarefa motora complexa.

Posterior parietal cortex role in a sensorimotor task performance / Papel do córtex parietal posterior na realização de uma tarefa sensório-motora

This study aimed to elucidate electrophysiological and cortical mechanisms involved in anticipatory actions when individuals had to catch balls in free drop; specifically through quantitative electroencephalography (qEEG) alpha absolute power changes. The sample was composed for 23 health subjects, both sexes, with ages varying between 25 and 40 years, absence of mental and physical illness, right handed and don't make use of any psychoactive or psychotropic substance at the time of the study. The experiment consisted of a task of catching balls in free drop. The three-way ANOVA analysis demonstrated an interaction between moment and position factors in left parietal posterior cortex (PPC) (p=0.001). Through the experimental task employed, this area demonstrated a differentiated activity involving expectation, planning and preparedness in the ball's drop task.

O estudo tentou elucidar mecanismos eletrofisiológicos e corticais envolvidos em ações antecipatórias quando os sujeitos testados tiveram que apreender bolas em queda livre; especificamente através de mudanças na potência absoluta na banda alfa da eletrencefalografia quantitativa (EEGq). A amostra foi composta por 23 sujeitos sadios, ambos os sexos, idade entre variando entre 25 e 40 anos, sem comprometimento físico e mental, destros, e não fazer uso de nenhuma substância psicoativa ou psicotrópicos até o momento do estudo. O experimento consistiu de uma tarefa de apreensão de bolas em queda livre. A análise three-way ANOVA demonstrou uma interação entre os fatores momento e posição no córtex parietal posterior (CPP) esquerdo (p=0,001). Através da tarefa experimental empregada, esta área demonstrou uma atividade diferenciada envolvendo expectativa, planejamento e prontidão na tarefa de queda de bolas.

Motor learning processes: an electrophysiologic perspective

The goal of the present study was to investigate electrophysiologic, qEEG, changes when individuals were exposed to a motor task. Subjects’ brain electrical activity was analyzed before and after the typewriting training task. For the neurophysiological variable asymmetry, a paired t-test was performed to compare each moment, pre and post-task, in the beta bands. The findings showed a change for the qEEG variable in each scalp site, F3/F4; C3/C4 and P3/P4. These results suggest an adaptation of pre-frontal, sensory-motor and parietal cortex, as a consequence of the typewriting training.

O objetivo do presente estudo foi investigar mudanças eletrofisiológicas através do EEGq quando indivíduos são expostos a uma tarefa motora. A atividade elétrica no córtex dos sujeitos foi analisada antes e após o treinamento da tarefa motora. Para a variável neurofisiológica assimetria, um teste t foi implementado para comparar cada momento, pré e pós-tarefa, na banda beta. Os achados demonstraram mudança em assimetria para as seguintes regiões no escalpo: F3/F4, C3/C4 e P3/P4. Estes resultados sugerem uma adaptação das regiões pré-frontal, somatosensorial e parietal como conseqüência do treinamento de datilografia.

Cortical asymmetry: catching an object in free fall

The main goal of the present study was to analyze theta asymmetry through quantitative electroencephalography (qEEG) when individuals were exposed to a sequential motor task, i.e. catching a ball. The sample was composed of 23 healthy subjects, male and female, between 25 and 40 years of age. A two-way factor Anova was applied to compare pre and post moments related to the balls' drop and scalp regions (i.e., frontal and parieto-occipital cortices). The first analysis of the frontal region compared electrodes in the left, right and left/right hemispheres combined, with the frontal midline electrode (FZ) included in the analysis. The results showed moment and region main effects. The second analysis compared left versus right hemisphere without the FZ site. The findings demonstrated an interaction effect between moment and region. The first parieto-occipital analysis, comparing left, right and central regions, with PZ included in all regions, showed main effects of moment and region. The second analysis, comparing left, right (without Pz) and central regions strictly demonstrated a region main effect. Thus, we observed an asymmetric pattern in the frontal cortex (i.e., planning and response selection) when the subjects were waiting for the balls' drop. Moreover, the left hemisphere seems to engage differently from the other regions when the central nervous system needs to prepare for a motor action. On the other hand, the parieto-occipital cortex, which is related to attentive processes, demonstrated a more asymmetric activity towards the right region which implies a participation of this area in cognitive strategies in this particular task. Taken together, we concluded that the adopted experimental approach can be useful to explore several others directions combining sensorimotor integration tasks with different pathologies, such as depression, Alzheimer's and Parkinson's diseases.

O objetivo do presente experimento foi avaliar medidas de assimetria na banda teta através da electroencefalografia quantitativa (EEGq) durante a realização da atividade motora de apreensão de uma bola em queda livre. A amostra constituiu-se de 23 sujeitos saudáveis de ambos os sexos, faixa etária entre 25 e 40 anos. Anova two-way foi utilizada para comparar os momentos pré e pós relacionados à queda da bola, e às regiões do escalpo (córtex frontal e parieto-occipital). A primeira análise da região frontal comparou eletrodos nos hemisférios esquerdo, direito e esquerdo/direito combinados, incluindo na análise o eletrodo frontal mediano (FZ). O resultado demonstrou um efeito principal para momento e região. A segunda análise comparou os hemisférios direito e esquerdo, sem o eletrodo FZ. Neste achado verificou-se um efeito principal para a interação entre os fatores momento e região. A primeira análise realizada na região parieto-occipital comparou as regiões esquerda, direita e central, com PZ incluídos em todas as áreas, demonstrou efeito principal para momento e região. A segunda análise comparou as regiões esquerda, direita (sem PZ) e central, e verificou-se um efeito principal para região. Tais achados indicaram um padrão de assimetria no córtex frontal (ex., planejamento e seleção de resposta) no momento em que os sujeitos esperavam a queda da bola. Além disso, o hemisfério esquerdo parece engajar-se diferentemente em relação às outras regiões quando o sistema nervoso central necessita se preparar para uma ação motora. Por outro lado, o córtex parieto-occipital, o qual está envolvido com processos de atenção, demonstrou uma maior assimetria no hemisfério direito, o que implica uma participação dessa área em estratégias cognitivas para uma tarefa particular. Então, podemos concluir que o procedimento experimental adotado pode ser utilizado para explorar diferentes direções combinando tarefas de integração sensório-motora com diferentes...

Changes in cortical relative power in patients submitted to a tendon transfer: a pre and post surgery study

The aim of this study is analyze possible modifications in the cerebral cortex, through quantitative electroencephalography (qEEG) in patients submitted to a tendon transfer procedure (posterior tibialis) by the Srinivasan's technique. Four subjects (2 men and 2 women), 49.25 age average (SD±21.4) were studied. All subjects have been through surgical procedure due to leprosy and had, at least, two years of drop foot condition. The qEEG measured the electrocortical activity (relative power) between 8 and 25 Hz frequencies pre and post surgery. A paired t test analyzed all data (p<0,05). The results show significant alterations in the alpha relative power, electrodes F7 (p=0.01) and F8 (p=0.021). Altogether, based on findings of the current literature, we can conclude that the tendon transfer procedure suggests electrocortical alterations sensitive to specific qEEG bands.

O objetivo deste estudo é analisar possíveis modificações no córtex cerebral, através da electrencefalografia quantitativa (EEGq), em pacientes submetidos a um procedimento de transferência de tendão (tibial posterior) pela técnica de Srinivasan. Quatro sujeitos (2 homens e 2 mulheres), com média de idade de 49,25 anos (±21,4 DP) foram estudados. Todos os sujeitos realizaram o procedimento cirúrgico devido a hanseníase e tinham, pelo menos, dois anos de pé caído. O EEGq mediu a atividade electrocortical (potencia relativa) entre freqüências de 8 e 25 Hz, no pré e pós-operatório. Um teste t pareado analisou todos os dados (p<0,05). Os resultados mostram alterações significativas na potência relativa em alfa, nos elétrodos F7 (p=0,01) e F8 (p=0,021). Baseados em recentes achados na literatura, podemos concluir que o procedimento de transferência de tendão sugere alterações eletrocorticais sensíveis às freqüên-cias específicas do EEGq.

Changes in quantitative EEG absolute power during the task of catching an object in free fall

The aim of this study was to verify changes in absolute power (qEEG), in theta, during the catch of a free falling object. The sample consisted of 10 healthy individuals, of both genders, with ages between 25 and 40 years. A three-way ANOVA followed by Post-Hoc analysis was applied. The results demonstrated main effects for time and position. In conclusion, a motor task that involves expectation produces deactivation of non-relevant areas in the ipsilateral hemisphere of the active limb. On the other hand, the patterns of results showed activation in areas responsible for planning and selection of motor repertories in the contralateral hemisphere.

O objetivo deste estudo foi verificar mudanças na potência absoluta (EEGq), em teta, durante a pegada de objeto em queda livre. A amostra consistiu de 20 indivíduos saudáveis, de ambos os gêneros, com idade entre 25 e 40 anos. Foi utilizada uma ANOVA three-way seguida de uma análise Post-Hoc. Os resultados demonstraram efeito principal para momento e posição. Concluindo, uma tarefa motora que envolve expectativa produz desativação de áreas não-relevantes no hemisfério ipsilateral do membro ativo. Por outro lado, o padrão dos resultados mostrou ativação em áreas responsáveis por planejamento e seleção de repertórios motores no hemisfério contralateral.

Os efeitos da estimulação elétrica funcional na assimetria cortical inter-hemisférica / The effects of functional electrical stimulation on cortical interhemispheric asymmetry

O objetivo do presente estudo foi avaliar os efeitos da estimulação elétrica funcional na assimetria cortical inter-hemisférica. Para tal, simultaneamente ao registro da atividade eletroencefalográfica, realizou-se eletroestimulação no antebraço direito para estimulação da extensão do indicador. A amostra consistiu de 45 sujeitos randomizados em 3 grupos de 15 sujeitos cada: grupo controle (submetido a 24 blocos de estimulação com intensidade de corrente zero), grupo 1 (24 blocos) e grupo 2 (36 blocos). A assimetria entre os pares de eletrodos F3-F4, C3-C4 e P3-P4 foi analisada ao longo dos grupos através de uma Anova. Os resultados apontaram para uma interação grupo x eletrodo e uma tendência de diminuição da assimetria inter-hemisférica após a eletroestimulação.

The aim of the present study was to assess the effects of functional electrical stimulation (FES) on cortical interhemispheric asymmetry. Electrostimulation was performed on the right forearm to stimulate the extension of the index finger. EEG activity was recorded simultaneously. The sample included 45 subjects randomly divided into 3 groups of 15 subjects each: control group (submitted to 24 blocks of stimulation at a null intensity current), group 1 (24 blocks) and group 2 (36 blocks). Interhemispheric asymmetry between F3-F4, C3-C4 and P3-P4 was analyzed through an Anova. Results pointed out to a group x electrode interaction and a general tendency of asymmetry decrease after stimulation.