猫总是落在脚,但是是什么使他们如此敏捷?他们独特的平衡感比它看上去与人类有更多的共同点。佐治亚理工学院的研究人员正在研究猫运动更好地理解脊髓如何帮助人类部分脊髓损伤行走,保持平衡。
使用混合的实验研究和计算模型,研究人员表明,躯体感觉反馈,或专门的神经信号传感器在猫的身体,帮助脊髓的持续的运动和协调四肢阻止猫下降时遇到障碍。研究表明,与那些motion-related感官信号动物可以走即使脊髓和大脑之间的连接部分断裂。
理解这种类型的平衡控制的机制尤为相关的老年人经常有平衡问题,在瀑布可以伤害自己。最终,研究人员希望这可能带来新的理解躯体感觉反馈在平衡控制的作用。它也可能导致脊髓损伤的治疗进展,因为研究表明躯体感觉神经元的激活可以改善脊髓神经网络的功能低于脊髓损伤的网站。
“我们一直感兴趣的机制,使它可以激活脊髓受伤的网络,”鲍里斯Prilutsky说生物科学学院的教授。从以前的研究,“我们知道躯体感觉反馈移动腿帮助激活脊髓网络控制运动,使稳定运动。”
研究人员展示了他们发现在《eNeuro。
协调的猫
尽管转基因小鼠模型最近已成为占主导地位的运动神经控制的研究中,猫的模型提供了一个重要的优势。当他们移动时,老鼠仍然蹲,这意味着他们不太可能有平衡问题即使躯体感觉反馈失败。人类和猫,另一方面,不能保持平衡,甚至如果他们失去了肢体运动感觉信息。这表明更大的物种,像猫和人类,可能有不同的组织的脊髓神经网络控制运动相比,啮齿动物。
佐治亚理工学院的研究人员与大学的路易斯塔里夫在加拿大和费城德雷克塞尔大学更好地了解感觉神经元的信号协调运动的四条腿。路易斯塔里夫实验室训练猫在跑步机上行走速度符合人类步态然后用电极刺激感觉神经。
研究人员专注于感觉神经,传递触觉从脚到脊髓。通过电刺激神经,研究人员模拟撞击障碍物,看到猫如何发现和纠正他们的运动响应。刺激是应用于步行周期的四个时期:mid-stance, stance-to-swing过渡,mid-swing, swing-to-stance过渡。从这个,他们得知mid-swing和stance-to-swing过渡是最重要的时期,因为刺激肌肉的活动增加了flex的膝盖和臀部关节,关节屈伸和脚趾身高、步长和时间步的刺激。
“为了保持平衡,动物必须协调运动的其他三个四肢,否则它将会下降,”Prilutsky说。“我们发现刺激的神经在摆动阶段增加其他肢体的立场阶段的持续时间和提高稳定。”
实际上,当猫绊跌在摆动阶段,感觉引发脊髓反射,确保其他三个四肢保持在地面上,使猫直立和平衡,而摆动肢体障碍步骤。
计算猫
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使用观察猫的肌肉骨骼的建立计算模型和脊髓神经控制系统。收集的数据被用来计算躯体感觉信号相关长度,速度,和肌肉的力量,以及在所有四肢皮肤的压力。这些信息形式运动感觉的动物的脊髓和脊髓导致interlimb协调的神经网络。
“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。“这是本研究的一个原因是,我们可以了解脊髓网络协调肢体运动和发展一个现实的脊髓控制运动的计算模型。这将帮助我们更好的了解脊髓控制运动。”
参考:Merlet Jehannin P,玛丽,et al。从下肢皮肤感觉扰动传入纤维产生协调功能反应在所有运动中四肢完整的猫。eNeuro。2022;9 (6)。doi:10.1523 / eneuro.0178 - 22.2022
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