Mechanisms of electrical stimulation of a canonical motor microcircuit

典型电机微电路的电刺激机制

基本信息

  • 批准号:
    10468871
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51.21万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-30 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The neural circuitry of the spinal cord has a unique, repetitive structure that forms an especially promising target for control via electrical stimulation. Furthermore, this structure allows the essential circuits for generation of movements to be preserved below the level of a spinal cord injury (SCI). Electrical stimulation techniques targeted at these remaining sensorimotor circuits are thus becoming highly promising therapies. These approaches usually take advantage of another basic aspect of spinal anatomy, that all sensory axons enter the cord via a highly accessible location, its dorsal surface. Thus dorsal electrical stimulation (DES) via surface electrodes provides effective activation of sensory axons without the need for penetrating electrodes. The spinal connections of these sensory axons mediate potent effects on spinal motor circuits. In this proposal, we examine the neural mechanisms of DES to clearly define its potential for controlling motor output and to create a rational basis for improving its therapeutic implementation. The basic goal of DES is to recreate key functions of the descending inputs from the brain to the cord, which are of course damaged or lost in SCI. Thus a fundamental question is, how well can DES of sensory axons replicate the effects of descending inputs on spinal neurons. To address this question, we focus on the canonical motor microcircuit (CMM), which comprises a single set of antagonist motor pools and the local circuits that process their sensory feedback about muscle length and velocity. The group Ia axons conveying this information are large and likely to be more sensitive to DES than any other type of sensory input. We apply multiple techniques, including intra-axonal recording in sensory axons, extracellular recording of interneurons and voltage clamp in motoneurons. Our Aims are to map the distribution of excitatory and inhibitory synaptic input generated in the CMM by DES, identify the roles of the intrinsic electrical properties of spinal neurons in processing these inputs, assess whether DES activation of sensory axons interferes with their normal function and probe the mechanism that underlie the stability and focus of the CMM when driven by DES or normal sensory inputs. The proposed studies will provide a fundamental underpinning for DES of the spinal cord and are likely to identify new opportunities for improvement its therapeutic effectiveness.
脊髓的神经回路具有独特的重复结构,形成了特别有前途的 通过电刺激进行控制的目标。此外,这种结构允许基本电路 要保留的运动生成以下脊髓损伤(SCI)的水平。电刺激 因此,针对这些剩余的感觉运动电路的技术正成为高度有希望的疗法。 这些方法通常利用脊柱解剖的另一个基本方面,所有感觉轴突 通过高度可访问的位置进入绳索,其背面。因此,背刺激(DES)通过 表面电极提供了无需穿透电极而无需穿透电极的感觉轴突的有效激活。 这些感觉轴突的脊柱连接介导了对脊柱运动电路的有效作用。在这个 提案,我们检查了DES的神经机制,以明确定义其控制电机输出的潜力 并为改善其治疗性实施创建合理的基础。 DES的基本目标是 重新创建从大脑到电线的下降输入的关键功能,当然是损坏或丢失的 在科幻。因此,一个基本的问题是,感觉轴突的DES如何复制 对脊柱神经元的输入下降。为了解决这个问题,我们专注于规范的电动机微电路 (CMM),其中包括一组拮抗剂电机池和处理其感觉的本地电路 有关肌肉长度和速度的反馈。传达此信息的IA组轴突很大,并且可能 比其他任何类型的感觉输入更敏感。我们采用多种技术,包括 感觉轴突中的轴内记录,中间神经元的细胞外记录和电压夹在 运动神经元。我们的目的是绘制在该中产生的兴奋性和抑制性突触输入的分布 CMM由DES确定脊柱神经元在处理这些方面的内在电气特性的作用 输入,评估感觉轴突的激活是否会干扰其正常功能并探测 当DES或正常感觉输入驱动时,CMM的稳定性和焦点是基于CMM的机制。 拟议的研究将为脊髓的DES提供基本的基础 确定改善其治疗效果的新机会。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
It takes a circuit to develop a mature motoneuron.
  • DOI:
    10.1113/jp280707
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mahrous AA;Heckman CJ
  • 通讯作者:
    Heckman CJ
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Charles Heckman其他文献

Charles Heckman的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Charles Heckman', 18)}}的其他基金

Supercomputer-based Models of Motoneurons for Estimating Their Synaptic Inputs in Humans
基于超级计算机的运动神经元模型,用于估计人类突触输入
  • 批准号:
    10789100
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Supercomputer-based Models of Motoneurons for Estimating Their Synaptic Inputs in Humans
基于超级计算机的运动神经元模型,用于估计人类突触输入
  • 批准号:
    10467557
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Supercomputer-based Models of Motoneurons for Estimating Their Synaptic Inputs in Humans
基于超级计算机的运动神经元模型,用于估计人类突触输入
  • 批准号:
    10612448
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Research Training in Sensorimotor Neurorehabilitation
感觉运动神经康复研究培训
  • 批准号:
    10672172
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Research Training in Sensorimotor Neurorehabilitation
感觉运动神经康复研究培训
  • 批准号:
    10397095
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Research Training in Sensorimotor Neurorehabilitation
感觉运动神经康复研究培训
  • 批准号:
    10836628
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Research Training in Sensorimotor Neurorehabilitation
感觉运动神经康复研究培训
  • 批准号:
    10204569
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Mechanisms of electrical stimulation of a canonical motor microcircuit
典型电机微电路的电刺激机制
  • 批准号:
    10247044
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
The Human Motor Output Map
人体运动输出图
  • 批准号:
    9301664
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
The Human Motor Output Map
人体运动输出图
  • 批准号:
    9188215
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:

相似国自然基金

海洋缺氧对持久性有机污染物入海后降解行为的影响
  • 批准号:
    42377396
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
氮磷的可获得性对拟柱孢藻水华毒性的影响和调控机制
  • 批准号:
    32371616
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
还原条件下铜基催化剂表面供-受电子作用表征及其对CO2电催化反应的影响
  • 批准号:
    22379027
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CCT2分泌与内吞的机制及其对毒性蛋白聚集体传递的影响
  • 批准号:
    32300624
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
在轨扰动影响下空间燃料电池系统的流动沸腾传质机理与抗扰控制研究
  • 批准号:
    52377215
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Fluency from Flesh to Filament: Collation, Representation, and Analysis of Multi-Scale Neuroimaging data to Characterize and Diagnose Alzheimer's Disease
从肉体到细丝的流畅性:多尺度神经影像数据的整理、表示和分析,以表征和诊断阿尔茨海默病
  • 批准号:
    10462257
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Genetics of Extreme Phenotypes of OSA and Associated Upper Airway Anatomy
OSA 极端表型的遗传学及相关上呼吸道解剖学
  • 批准号:
    10555809
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Focused ultrasound for memory disorders
聚焦超声治疗记忆障碍
  • 批准号:
    10638189
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Designing novel therapeutics for Alzheimer’s disease using structural studies of tau
利用 tau 蛋白结构研究设计治疗阿尔茨海默病的新疗法
  • 批准号:
    10678341
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
Mechanistic characterization of vaginal microbiome-metabolome associations and metabolite-mediated host inflammation
阴道微生物组-代谢组关联和代谢物介导的宿主炎症的机制特征
  • 批准号:
    10663410
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了