<p>貓總是用腳著地，但是什么讓它們如此敏捷呢?它們獨特的平衡感與人類的共同之處比表面上看起來的要多。佐治亞理工學院的研究人員正在研究貓的運動，以更好地了解脊髓是如何工作的，以幫助脊髓部分損傷的人類行走和保持平衡。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過混合實驗研究和計算模型，研究人員表明，體感反饋，或來自貓全身專門傳感器的神經信號，有助于將正在進行的運動通知脊髓，并協(xié)調四肢，以防止貓在遇到障礙時摔倒。研究表明，有了這些與運動相關的感覺信號，即使脊髓和大腦之間的連接部分斷裂，動物也能行走。</p> <p>&nbsp;</p> <p>了解這種類型的平衡控制機制對于經常有平衡問題并可能在摔倒中受傷的老年人特別重要。最終，研究人員希望這能給體感反饋在平衡控制中的作用帶來新的理解。它還可能導致脊髓損傷治療的進展，因為研究表明，體感神經元的激活可以改善脊髓損傷部位以下的脊髓神經網絡功能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>生物科學學院教授Boris Prilutsky說:&ldquo;我們一直對重新激活脊髓受損網絡的機制很感興趣。&rdquo;&ldquo;我們從之前的研究中了解到，來自移動腿部的體感反饋有助于激活控制運動的脊髓網絡，從而實現穩(wěn)定的運動。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員在《eNeuro》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現，題為&ldquo;來自后肢皮膚傳入的感覺擾動在完整貓的運動過程中產生所有四肢的協(xié)調功能反應&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>協(xié)調的貓</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然轉基因小鼠模型最近在運動神經控制研究中占據主導地位，但貓模型提供了一個重要的優(yōu)勢。當它們移動時，老鼠保持蹲伏狀態(tài)，這意味著即使體感反饋失敗，它們也不太可能出現平衡問題。另一方面，人類和貓如果失去了肢體運動的感覺信息，就無法保持平衡，甚至無法移動。這表明，較大的物種，如貓和人類，與嚙齒動物相比，控制運動的脊髓神經網絡組織可能不同。</p> <p>&nbsp;</p> <p>佐治亞理工學院與加拿大舍布魯克大學和費城德雷克塞爾大學的研究人員合作，以更好地了解感覺神經元的信號如何協(xié)調四條腿的運動。舍布魯克實驗室訓練貓以與人類步態(tài)一致的速度在跑步機上行走，然后用電極刺激它們的感覺神經。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員重點研究了將觸覺從足頂傳遞到脊髓的感覺神經。通過電刺激這條神經，研究人員模擬撞到障礙物，觀察貓是如何絆倒并糾正動作的。在行走周期的四個階段進行刺激:中間站姿、站姿到擺姿的過渡、中間擺姿和擺姿到擺姿的過渡。從中，他們了解到秋千的中期和姿勢到秋千的過渡是最重要的時期，因為刺激增加了彎曲膝關節(jié)和髖關節(jié)的肌肉活動，關節(jié)屈曲和腳趾高度，步長，以及受刺激肢體的步長。</p> <p>&nbsp;</p> <p>普里盧茨基說:&ldquo;為了保持平衡，動物必須協(xié)調其他三條四肢的運動，否則它就會摔倒。&rdquo;&ldquo;我們發(fā)現，在擺動階段刺激這條神經會增加其他四肢站立階段的持續(xù)時間，并提高穩(wěn)定性。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>實際上，當貓在搖擺階段跌倒時，這種感覺會觸發(fā)脊椎反射，確保其他三條肢體保持在地面上，使貓保持直立和平衡，而搖擺的肢體則跨越障礙。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>計算貓</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>通過這些加拿大實驗室實驗，佐治亞理工學院和德雷克塞爾大學的研究人員正在利用觀察結果開發(fā)貓的肌肉骨骼和脊髓神經控制系統(tǒng)的計算模型。收集到的數據用于計算與長度、速度和肌肉產生的力有關的體感信號，以及對所有四肢皮膚的壓力。這些信息在動物的脊髓中形成運動感覺，并有助于脊髓神經元網絡的肢間協(xié)調。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;為了幫助治療任何疾病，我們需要了解完整的系統(tǒng)是如何工作的。&rdquo;Prilutsky說。&ldquo;這是進行這項研究的原因之一，這樣我們就可以了解脊髓網絡如何協(xié)調肢體運動，并開發(fā)一個現實的脊髓控制運動的計算模型。這將幫助我們更好地了解脊髓如何控制運動。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>引用本文:Merlet AN, J&eacute;hannin P, Mari S, Lecomte CG, Audet J, Harnie J, Rybak IA, Prilutsky BI, Frigon A(2022)完整貓運動時來自后肢皮膚傳入的感覺擾動產生所有四肢的協(xié)調功能反應。eNeuro 9: 0178-22。</p> <p>&nbsp;</p> <p>DOI: 10.1523 / eneuro.0178 - 22.2022</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>