CAPES, CNPq / O equilíbrio estático corporal é comandado por três sistemas sensoriais: o sistema vestibular, responsável pelas informações sobre a posição e os movimentos da cabeça; o sistema visual, que informa a posição espacial dos objetos em relação ao nosso corpo; e o sistema proprioceptivo, que controla a postura e a movimentação corporal. Estes três sistemas devem funcionar sempre em sintonia, caso contrário, o indivíduo apresentará problemas de equilíbrio. Dessa forma, é importante caracterizar as regiões corticais, bem como suas interações, envolvidas neste processo. Para isto, é necessário a utilização de técnicas de neuroimagem funcional, sendo a ressonância magnética funcional (RMf) uma das técnicas mais utilizadas neste campo nos dias de hoje. Entretanto, uma grande parte dos experimentos de RMf requer o uso de aparelhos eletrônicos para produzir estimulações somatosensoriais no corpo humano, onde a principal dificuldade é o seu ambiente hostil aos circuitos eletrônicos. A estimulação galvânica vestibular é um dos métodos mais utilizados para estimular o sistema vestibular. Esta consiste em fornecer uma corrente de baixa amplitude diretamente nas aferências vestibulares, a qual atua no disparo dos neurônios vestibulares primários atingindo principalmente as aferências otolíticas e as fibras dos canais semicirculares. O objetivo deste trabalho é analisar e avaliar as áreas cerebrais envolvidas com as estimulações visual e galvânica vestibular e suas interações, utilizando a técnica de RMf e um estimulador galvânico vestibular. Para tanto, como primeira etapa desta pesquisa, validou-se in vivo um estimulador galvânico vestibular. O estimulador elétrico não interferiu de forma significativa na qualidade das imagens de ressonância magnética e pode ser utilizado com segurança nos experimentos de RMf. Testes foram realizados para determinar um eletrodo suficientemente confortável para o voluntário durante a estimulação galvânica vestibular e que não causasse artefato nas imagens. Após estas etapas concluídas, 24 voluntários foram selecionados para realizarem três tarefas: uma puramente visual (um tabuleiro de xadrez piscante no centro da tela), uma puramente vestibular (pela aplicação da estimulação galvânica vestibular) e uma simultânea, com a apresentação em conjunto dos estímulos visual e vestibular. A estimulação puramente visual mostrou ativação dos córtices visual primário e associativo, enquanto que a estimulação puramente vestibular levou a ativação das principais áreas envolvidas com a função multimodal do sistema vestibular, como o córtex parietoinsular vestibular, o lóbulo parietal inferior, o giro temporal superior, o giro pré-central e o cerebelo. A estimulação simultânea dos sistemas visual e vestibular resultou na ativação dos giros frontal médio e inferior. Além do padrão de interação visual-vestibular inibitório recíproco ter sido mais evidente durante a condição simultânea, observou-se que as regiões frontais (córtex dorsomedial pré-frontal e giro frontal superior) estão envolvidas com o processamento da função executiva quando existem informações conflitantes dos sistemas visual e vestibular. / The static body equilibrium is controlled by three sensory systems: the vestibular system, responsible for informing the position and the movements of the head; the visual system, which informs the spatial objects position relative to the body; and the proprioceptive system, which controls posture and body movements. These three systems must always work in harmony, otherwise the individual will present balance problems. Thus, it is important to characterize the cortical regions, as well as their interactions, involved in this process. For this it is necessary to use functional neuroimaging techniques, the functional magnetic resonance imaging (fMRI) is one of the most used techniques in this field nowadays. However, a large fMRI experiments require the use of electronic devices for producing somatosensory stimulation in the human body, where the main difficulty is its hostile environment for electronic circuits. The galvanic vestibular stimulation is one of the most used methods to stimulate the vestibular system. This stimulation consist of applying a low current amplitude directly on vestibular afferents, which acts firing the primary vestibular neurons, affecting the otolithic afferents and the semicircular canals fibers. The objective of this work is to evaluate and analyze the brain areas involved with visual and galvanic vestibular stimulations and their interactions using fMRI. Therefore, as a first step of this research, a galvanic vestibular stimulator was validated in vivo. The electrical stimulator did not interfere in a significance way on magnetic resonance images quality and could be safely used in fMRI experiments. Tests were performed to select an electrode sufficiently comfortable for the volunteer during the galvanic vestibular stimulation and that do not cause artifacts in the images. After completed these steps, 24 subjects were selected to perform three tasks: a purely visual (a flashing checkerboard in the center of the screen), a purely vestibular (with application of galvanic vestibular stimulation) and a simultaneous, presenting the visual and vestibular stimuli together. The purely visual stimulation showed activation of the primary and associative visual cortices, while the purely vestibular stimulation led to activation of areas involved in multimodal function of the vestibular system, such as the parieto-insular vestibular cortex, the inferior parietal lobe, the superior temporal gyrus, the precentral gyrus and the cerebellum. The simultaneous stimulation of visual and vestibular systems resulted in activation of the middle and inferior frontal gyri. In addition to the reciprocal inhibitory visualvestibular interaction pattern had been more evident during the simultaneous condition, it was observed that frontal regions (dorsomedial prefrontal cortex and superior frontal gyrus) are involved with the executive function processing when there is conflicting information of visual and vestibular systems.

CAPES, CNPq / O equilíbrio estático corporal é comandado por três sistemas sensoriais: o sistema vestibular, responsável pelas informações sobre a posição e os movimentos da cabeça; o sistema visual, que informa a posição espacial dos objetos em relação ao nosso corpo; e o sistema proprioceptivo, que controla a postura e a movimentação corporal. Estes três sistemas devem funcionar sempre em sintonia, caso contrário, o indivíduo apresentará problemas de equilíbrio. Dessa forma, é importante caracterizar as regiões corticais, bem como suas interações, envolvidas neste processo. Para isto, é necessário a utilização de técnicas de neuroimagem funcional, sendo a ressonância magnética funcional (RMf) uma das técnicas mais utilizadas neste campo nos dias de hoje. Entretanto, uma grande parte dos experimentos de RMf requer o uso de aparelhos eletrônicos para produzir estimulações somatosensoriais no corpo humano, onde a principal dificuldade é o seu ambiente hostil aos circuitos eletrônicos. A estimulação galvânica vestibular é um dos métodos mais utilizados para estimular o sistema vestibular. Esta consiste em fornecer uma corrente de baixa amplitude diretamente nas aferências vestibulares, a qual atua no disparo dos neurônios vestibulares primários atingindo principalmente as aferências otolíticas e as fibras dos canais semicirculares. O objetivo deste trabalho é analisar e avaliar as áreas cerebrais envolvidas com as estimulações visual e galvânica vestibular e suas interações, utilizando a técnica de RMf e um estimulador galvânico vestibular. Para tanto, como primeira etapa desta pesquisa, validou-se in vivo um estimulador galvânico vestibular. O estimulador elétrico não interferiu de forma significativa na qualidade das imagens de ressonância magnética e pode ser utilizado com segurança nos experimentos de RMf. Testes foram realizados para determinar um eletrodo suficientemente confortável para o voluntário durante a estimulação galvânica vestibular e que não causasse artefato nas imagens. Após estas etapas concluídas, 24 voluntários foram selecionados para realizarem três tarefas: uma puramente visual (um tabuleiro de xadrez piscante no centro da tela), uma puramente vestibular (pela aplicação da estimulação galvânica vestibular) e uma simultânea, com a apresentação em conjunto dos estímulos visual e vestibular. A estimulação puramente visual mostrou ativação dos córtices visual primário e associativo, enquanto que a estimulação puramente vestibular levou a ativação das principais áreas envolvidas com a função multimodal do sistema vestibular, como o córtex parietoinsular vestibular, o lóbulo parietal inferior, o giro temporal superior, o giro pré-central e o cerebelo. A estimulação simultânea dos sistemas visual e vestibular resultou na ativação dos giros frontal médio e inferior. Além do padrão de interação visual-vestibular inibitório recíproco ter sido mais evidente durante a condição simultânea, observou-se que as regiões frontais (córtex dorsomedial pré-frontal e giro frontal superior) estão envolvidas com o processamento da função executiva quando existem informações conflitantes dos sistemas visual e vestibular. / The static body equilibrium is controlled by three sensory systems: the vestibular system, responsible for informing the position and the movements of the head; the visual system, which informs the spatial objects position relative to the body; and the proprioceptive system, which controls posture and body movements. These three systems must always work in harmony, otherwise the individual will present balance problems. Thus, it is important to characterize the cortical regions, as well as their interactions, involved in this process. For this it is necessary to use functional neuroimaging techniques, the functional magnetic resonance imaging (fMRI) is one of the most used techniques in this field nowadays. However, a large fMRI experiments require the use of electronic devices for producing somatosensory stimulation in the human body, where the main difficulty is its hostile environment for electronic circuits. The galvanic vestibular stimulation is one of the most used methods to stimulate the vestibular system. This stimulation consist of applying a low current amplitude directly on vestibular afferents, which acts firing the primary vestibular neurons, affecting the otolithic afferents and the semicircular canals fibers. The objective of this work is to evaluate and analyze the brain areas involved with visual and galvanic vestibular stimulations and their interactions using fMRI. Therefore, as a first step of this research, a galvanic vestibular stimulator was validated in vivo. The electrical stimulator did not interfere in a significance way on magnetic resonance images quality and could be safely used in fMRI experiments. Tests were performed to select an electrode sufficiently comfortable for the volunteer during the galvanic vestibular stimulation and that do not cause artifacts in the images. After completed these steps, 24 subjects were selected to perform three tasks: a purely visual (a flashing checkerboard in the center of the screen), a purely vestibular (with application of galvanic vestibular stimulation) and a simultaneous, presenting the visual and vestibular stimuli together. The purely visual stimulation showed activation of the primary and associative visual cortices, while the purely vestibular stimulation led to activation of areas involved in multimodal function of the vestibular system, such as the parieto-insular vestibular cortex, the inferior parietal lobe, the superior temporal gyrus, the precentral gyrus and the cerebellum. The simultaneous stimulation of visual and vestibular systems resulted in activation of the middle and inferior frontal gyri. In addition to the reciprocal inhibitory visualvestibular interaction pattern had been more evident during the simultaneous condition, it was observed that frontal regions (dorsomedial prefrontal cortex and superior frontal gyrus) are involved with the executive function processing when there is conflicting information of visual and vestibular systems.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um estimulador galvânico vestibular para ser usado em experimentos de imageamento por ressonância magnética funcional (fMRI). Em experiências de fMRI é necessário a produção de estímulos somatossensoriais no paciente. Os estímulos devem ser sincronizados com a sequência de pulsos da fMRI. O estimulador foi dividido em circuitos analógicos (colocados dentro da sala do magneto) e circuitos digitais (sala de comando do sistema de MRI). A comunicação entre os circuitos é feita através de fibra óptica. Experimentos de fMRI realizados com voluntários demonstraram que o estimulador proposto é capaz de manter a sincronização com sistema de fMRI e pode ser usado para localizar as áreas do cérebro que são ativados pelo sistema vestibular. / This work presents the development of a galvanic vestibular stimulator to be used in functional magnetic resonance imaging experiments (fMRI). In fMRI experiments it is required the production of somatosensory stimuli in the patient must be sincronized with the fMRI pulse sequence. The stimulator circuits were divided in analog circuits (placed within the magnet room) and digital circuits (placed in the MRI command room). The communication between the circuits is made through optical fiber. fMRI experiments performed with volunteers demonstrated that the proposed stimulator is able to keep the sincronization with the MRI system and can be used to locate the brain areas that are activated by the vestibular system.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um estimulador galvânico vestibular para ser usado em experimentos de imageamento por ressonância magnética funcional (fMRI). Em experiências de fMRI é necessário a produção de estímulos somatossensoriais no paciente. Os estímulos devem ser sincronizados com a sequência de pulsos da fMRI. O estimulador foi dividido em circuitos analógicos (colocados dentro da sala do magneto) e circuitos digitais (sala de comando do sistema de MRI). A comunicação entre os circuitos é feita através de fibra óptica. Experimentos de fMRI realizados com voluntários demonstraram que o estimulador proposto é capaz de manter a sincronização com sistema de fMRI e pode ser usado para localizar as áreas do cérebro que são ativados pelo sistema vestibular. / This work presents the development of a galvanic vestibular stimulator to be used in functional magnetic resonance imaging experiments (fMRI). In fMRI experiments it is required the production of somatosensory stimuli in the patient must be sincronized with the fMRI pulse sequence. The stimulator circuits were divided in analog circuits (placed within the magnet room) and digital circuits (placed in the MRI command room). The communication between the circuits is made through optical fiber. fMRI experiments performed with volunteers demonstrated that the proposed stimulator is able to keep the sincronization with the MRI system and can be used to locate the brain areas that are activated by the vestibular system.