猫运动可以解锁更好的人类脊髓损伤治疗

猫总是用脚着地，但是是什么让它们如此敏捷呢?他们独特的平衡感与人类的共同点比看起来更多。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患有部分脊髓损伤的人行走和保持平衡。

研究人员结合实验研究和计算模型表明，体感反馈或来自整个猫全身的专门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时跌倒障碍。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。

了解这种类型的平衡控制机制对于经常有平衡问题并且可能在跌倒时受伤的老年人尤其重要。最终，研究人员希望这能为体感反馈在平衡控制中的作用带来新的认识。它还可能导致脊髓损伤治疗取得进展，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。

“我们一直对能够重新激活脊髓中受损网络的机制感兴趣，”生物科学学院教授 Boris Prilutsky 说。“我们从之前的研究中知道，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杂志上发表了他们的研究结果，“后肢皮肤传入的感觉扰动在完整猫的运动过程中在所有四肢中产生协调的功能反应” 。

协调的猫

尽管转基因小鼠模型最近在运动研究的神经控制中占据主导地位，但猫模型提供了一个重要的优势。当它们移动时，老鼠会保持蹲伏状态，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关于肢体运动的感官信息，就无法保持平衡甚至无法移动。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。Sherbrooke 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的顶部传递到脊髓的感觉神经。通过电刺激这条神经，研究人员模拟撞到障碍物，观察猫是如何跌跌撞撞并纠正它们的动作作为回应的。在步行周期的四个阶段应用刺激：中间站立、站立到摆动的过渡、中间摆动和摆动到站立的过渡。从中，他们了解到挥杆中期和从站姿到挥杆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、步长和步长受刺激的肢体。

“为了保持平衡，动物必须协调其他三肢的运动，否则它就会摔倒，”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。”

实际上，当猫在摆动阶段绊倒时，这种感觉会触发脊髓反射，确保其他三个肢体保持在地面上并使猫保持直立和平衡，同时摆动肢跨过障碍物。

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克塞尔大学的研究人员正在利用观察结果开发猫的肌肉骨骼和脊髓神经控制系统的计算模型。收集的数据用于计算与肌肉的长度、速度和产生的力量以及四肢皮肤压力相关的体感信号。该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，因此我们可以了解脊柱网络如何协调肢体运动并开发脊柱运动控制的真实计算模型。这将帮助我们更好地了解脊髓如何控制运动。”

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