Aprender a associar estímulos visuais a ações motoras, como travar ao ver um sinal ou clicar num ícone, é uma capacidade essencial para a vida moderna. Este processo, conhecido como mapeamento visuomotor arbitrário (AVMM), permite-nos adaptar rapidamente a ambientes novos e complexos. Compreender de que forma o cérebro realiza esta transformação tem sido um desafio central na investigação em neurociências. Uma equipa de investigadores liderada por Alessio Avenanti recorreu à estimulação magnética transcraniana (TMS) para explorar o papel do córtex pré-motor ventral (PMv) e da sua ligação ao córtex motor primário (M1) neste tipo de aprendizagem. Utilizando uma técnica avançada de estimulação cerebral não invasiva, chamada de Estimulação Associativa Emparelhada Córtico-Cortical (ccPAS), os cientistas conseguiram reforçar ou inibir seletivamente a comunicação entre estas áreas enquanto os participantes realizavam tarefas visuomotoras. Os resultados foram claros: quando a ligação PMv-M1 foi reforçada durante a execução da tarefa, o desempenho melhorou; quando foi inibida, piorou. Estes efeitos foram mais evidentes para estímulos visuais relevantes, sugerindo que o cérebro ativa circuitos motores específicos para transformar o que vê em ações. Este estudo revela não só a plasticidade destas vias neuronais, mas também como o cérebro reutiliza redes motoras para aprender novas associações, uma prova da sua notável capacidade de adaptação. Este trabalho foi publicado na revista científica Science Advances, no artigo State-dependent associative plasticity highlights function-specific premotor-motor pathways crucial for arbitrary visuomotor mapping, no âmbito do projeto de investigação 304/22 - Boosting and hindering action imitation by modulating spike-timing dependent plasticity, apoiado pela Fundação BIAL.
ABSTRACT
Arbitrary visuomotor mapping (AVMM) showcases the brain’s ability to link sensory inputs with actions. The ventral premotor cortex (PMv) is proposed as central to sensorimotor transformations, relaying descending motor commands through the primary motor cortex (M1). However, direct evidence of this pathway’s involvement in AVMM remains elusive. In four experiments, we used cortico-cortical paired associative stimulation (ccPAS) to enhance (ccPASPMv-M1) or inhibit (ccPASM1-PMv) PMv-to-M1 connectivity via Hebbian plasticity. Leveraging state-dependent properties of transcranial magnetic stimulation, we targeted function-specific visuomotor neurons within the pathway, testing their physiological/behavioral relevance to AVMM. State-dependent ccPASPMv-M1, applied during motor responses to target visual cues, enhanced neurophysiological and behavioral indices of AVMM, while ccPASM1-PMv had an opposite influence, with the effects being more pronounced for target relative to control visual cues. These results highlight the plasticity and causal role of spatially overlapping but functionally specific neural populations within the PMv-M1 pathway in AVMM and suggest state-dependent ccPAS as a tool for targeted modulation of visuomotor pathways.
