动觉帮助七鳃鳗从脊髓损伤恢复,研究表明

近50年来,一个叫七鳃鳗的无颌鱼感兴趣的科学家因其非凡的能力从脊髓损伤恢复。一个新的研究揭示了一个可能的技术七鳃鳗可能再次使用游泳,尽管稀疏的神经再生。

克里斯蒂娜哈姆雷特巴克内尔大学和合作者,包括詹妮弗·r·摩根海洋生物实验室(MBL),使用一个数学模型来说明七鳃鳗可以使用身体感应反馈恢复脊髓损伤后游泳的能力。这项研究在人类可以激发新的治疗方法或算法软机器人的运动。这篇论文发表在美国国家科学院院刊》上。

“论文的笑点是,即使没有下行命令在脊髓损伤,可以刺激感官的反馈和恢复运动,”摩根说,MBL资深科学家和MBL的尤金·贝尔中心主任再生生物学和组织工程。

与人类和其他哺乳动物不同的是,七鳃鳗几乎完全恢复迅速,即使在严重的脊髓损伤高。摩根此前发现,尽管神经再生并帮助恢复七鳃鳗,它并不是故事的全部。只有一小部分的神经元和神经元连接在脊髓损伤修复,所以他们必须使用另一种机制。

“我有所有这些问题可能是如何工作的。你怎么能得到一个功能和一些小稀疏连接神经系统吗?”摩根问道。

科学家们推测,七鳃鳗可能使用身体感应反馈(称为本体感受或动觉)来指导他们的动作除了在脊髓下行神经连接。摩根已经伸出手来讨论这个从MBL与她的一个老朋友,埃里克·泰特尔副塔夫茨大学的生物学教授、前MBL惠特曼中心研究员。埃里克已经与丽莎福奇博士合作,杜兰大学的数学教授,和克里斯蒂娜哈姆雷特是一个co-mentored在杜兰大学博士后。

泰特尔,福奇,哈姆雷特用数学模型来模拟运动七鳃鳗。他们联手“看看我们是否能模型的一些影响感官反馈游泳行为七鳃鳗,”哈姆雷特说,世卫组织目前正在巴克内尔大学的助理教授数学。

不同场景的团队开始脊髓受伤七鳃鳗,包括生理上的和难以置信的——所有这些假设没有在脊髓损伤神经再生。这是实用的建模,哈姆雷特说,“我们能将你不能拆下的东西打破在生物学。”模型考虑了曲线和伸展在身体上面创建的病变和发送信息到身体的其他部位的肌肉,而不是脊髓。

即使有适量的感觉反馈,该模型显示复苏惊人的游泳的模式生物的模型。更强的感官反馈导致更大的改进。

因为七鳃鳗做长回来后他们的一些神经元损伤,因此从大脑下行命令驱动运动,他们可能需要更少的感官反馈模型。团队希望增加神经元再生到模型和测试,如何影响运动和与感官的反馈。

“如果你有一个很好的计算模型,你可以浏览更多的场景比实际操作的实验,”摩根说。

本研究团队希望和未来的研究将有助于治疗人类脊髓损伤和疾病影响的运动。脑机接口和刺激器设备开始将身体传感反馈创建平滑运动受伤后,这项研究可以通知的数量和类型,人类需要的反馈。

”无论你是一个动物就像七鳃鳗(复苏)自然或人类需要药物或电刺激器设备,,你有几件事在正确的位置,然后重用已有的东西应该比试图概括可以实现相同的原始的突触连接模式和增长,”摩根说。

参考:哈姆雷特C, Fauci L,摩根JR,泰特尔。本体感受的反馈放大恢复有效运动neuromechanical七鳃鳗与脊髓损伤模型。PNAS。2023,120 (11):e2213302120。doi:10.1073 / pnas.2213302120

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