猫运动可以解锁更好的人类脊髓损伤治疗

猫总是站起来，但是什么让它们如此敏捷?它们独特的平衡感与人类的共同点比看起来要多。

佐治亚理工学院的研究人员正在研究猫的运动，以更好地了解脊髓如何帮助部分脊髓损伤的人类行走和保持平衡。

研究人员通过实验研究和计算模型的混合，表明体感反馈或来自猫全身专用传感器的神经信号有助于告知脊髓正在进行的运动，并协调四肢以防止猫在遇到障碍物时跌倒。

研究表明，有了这些与运动相关的感觉信号，即使脊髓和大脑之间的连接部分断裂，动物也可以行走。

了解这种平衡控制的机制与经常有平衡问题并可能在跌倒时受伤的老年人特别相关。最终，研究人员希望这可以为体感反馈在平衡控制中的作用带来新的理解。

这也可能导致脊髓损伤治疗的进展，因为研究表明，体感神经元的激活可以改善脊髓损伤部位以下的脊髓神经网络功能。

“我们一直对重新激活脊髓中受伤网络的机制感兴趣，”生物科学学院教授Boris Prilutsky说。“我们从以前的研究中知道，来自移动腿的体感反馈有助于激活控制运动的脊柱网络，从而实现稳定的运动。

研究人员在eNeuro杂志上的“来自后肢皮肤传入的感觉扰动在完整猫运动期间在所有四个肢体中产生协调的功能反应”中介绍了他们的发现。

协调猫

尽管转基因小鼠模型最近在运动的神经控制研究中占主导地位，但猫模型提供了一个重要的优势。当它们移动时，小鼠保持蹲伏状态，这意味着即使体感反馈失败，它们也不太可能出现平衡问题。

另一方面，如果人类和猫失去了有关肢体运动的感官信息，它们就无法保持平衡甚至移动。这表明，与啮齿动物相比，较大的物种，如猫和人类，可能具有不同的脊髓神经网络组织来控制运动。

佐治亚理工学院与加拿大舍布鲁克大学和费城德雷塞尔大学的研究人员合作，以更好地了解来自感觉神经元的信号如何协调四条腿的运动。舍布鲁克实验室训练猫以与人类步态一致的速度在跑步机上行走，然后使用电极刺激它们的感觉神经。

研究人员专注于将触觉从脚顶传递到脊髓的感觉神经。通过电刺激这种神经，研究人员模仿撞到障碍物，观察猫是如何绊倒的，并纠正它们的运动作为回应。

在步行周期的四个时期施加刺激：中间站姿、站姿到摆动过渡、中摆动和摆动到站位过渡。从中，他们了解到中摆动和站姿到摆动的过渡是最重要的时期，因为刺激增加了弯曲膝关节和髋关节的肌肉的活动，关节屈曲和脚趾高度，步长和受刺激肢体的步长和步长。

“为了保持平衡，动物必须协调其他三个肢体的运动，否则它会掉下来，”Prilutsky说。“我们发现，在摆动阶段刺激这条神经会增加其他肢体站立阶段的持续时间并提高稳定性。

当猫在摆动阶段绊倒时，这种感觉会触发脊椎反射，确保其他三个肢体留在地面上并保持猫直立和平衡，而摆动肢体则跨过障碍物。

计算猫

通过这些加拿大实验室实验，佐治亚理工学院和德雷塞尔大学的研究人员正在利用观察来开发猫的肌肉骨骼和脊柱神经控制系统的计算模型。

收集的数据用于计算与肌肉长度、速度和产生力相关的躯体感觉信号，以及所有肢体对皮肤的压力。这些信息在动物的脊髓中形成运动感觉，并有助于脊髓神经元网络的肢间协调。

“为了帮助治疗任何疾病，我们需要了解完整的系统是如何工作的，”Prilutsky说。“这就是进行这项研究的原因之一：了解脊柱网络如何协调肢体运动，并开发脊柱运动控制的现实计算模型。这将帮助我们更好地了解脊髓如何控制运动。

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