Decreased corticospinal excitability after the illusion of missing part of the arm

Previous studies on body ownership illusions have shown that under certain multimodal conditions, healthy people can experience artificial body-parts as if they were part of their own body, with direct physiological consequences for the real limb that gets ‘substituted.’ In this study we wanted to assess (a) whether healthy people can experience ‘missing’ a body-part through illusory ownership of an amputated virtual body, and (b) whether this would cause corticospinal excitability changes in muscles associated with the ‘missing’ body-part. Forty right-handed participants saw a virtual body from a first person perspective but for half of them the virtual body was missing a part of its right arm. Single pulse transcranial magnetic stimulation was applied before and after the experiment to left and right motor cortices. Motor evoked potentials (MEPs) were recorded from the first dorsal interosseous (FDI) and the extensor digitorum communis (EDC) of each hand. We found that the stronger the illusion of amputation and arm ownership, the more the reduction of MEP amplitudes of the EDC muscle for the contralateral sensorimotor cortex. In contrast, no association was found for the EDC amplitudes in the ipsilateral cortex and for the FDI amplitudes in both contralateral and ipsilateral cortices. Our study provides evidence that a short-term illusory perception of missing a body-part can trigger inhibitory effects on corticospinal pathways and importantly in the absence of any limb deafferentation or disuse.

身体所有の錯覚に関するこれまでの研究から、あるマルチモーダルな条件下では、健常者は人工的な身体部品を自分の身体の一部であるかのように体験でき、「代替」される実際の手足に直接的な生理的影響を与えることが明らかになっている。本研究では、（a）健常者が切断された仮想体を錯覚的に所有することで、体の一部が「失われた」ことを経験できるか、（b）それが「失われた」体の一部に関連する筋肉に皮質脊髄興奮性変化を引き起こすか、を評価したいと考えた。40名の右利き参加者は、一人称視点で仮想身体を見たが、その半数には右腕の一部が欠損していた。実験の前後に、左右の運動野に単パルス経頭蓋磁気刺激を与えた。運動誘発電位（MEP）は両手の第一背側骨間部（FDI）と外側指腹伸筋（EDC）から記録された。その結果、切断や腕の所有の錯覚が強いほど、対側の感覚運動野に対するEDC筋のMEP振幅の減少が大きいことがわかった。一方、同側皮質のEDC振幅、対側皮質と同側皮質のFDI振幅には関連性が見られなかった。本研究は、身体部位を失ったという短期間の錯覚が、皮質脊髄路への抑制作用を引き起こすという証拠を提供するものである。