CRCNS: Modeling Neuromusculoskeletal Alterations after Spinal Cord Injury
CRCNS:脊髓损伤后神经肌肉骨骼变化建模
基本信息
- 批准号:7109161
- 负责人:
- 金额:$ 31.12万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2005
- 资助国家:美国
- 起止时间:2005-08-15 至 2009-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
DESCRIPTION (provided by applicant): The interaction between neural and musculoskeletal systems enables us to perform a variety of motor tasks, such as locomotion, in a robust and adaptable manner. Damage to one system component, e.g. traumatic spinal cord injury, can lead to long-term secondary changes in other system components due to their close interactions and their inherent plasticity. In some instances, these secondary changes may be maladaptive, and therefore result in further reduction in functional capacity; in other instances, the changes may be favorable, and therefore result in recovery of function. In this work, a series of experimental studies in uninjured and incomplete spinal cord inured (iSCI) rodents will drive the development of a detailed mathematical model of the biomechanics and neural control of the rodent hindlimb. This model will be used to investigate the role of complex interactions amongst impaired central drive, spinal reflexes and musculoskeletal changes after iSCI in the design of appropriate therapy.
Specifically, a chronic rodent thoracic contusion spinal cord injury preparation will be used to investigate the intrinsic intracellular electrophysiology of spinal motoneurons and their afferent control and the intrinsic musculoskeletal properties present after iSCl. The experimental data will guide development of a computational model with neural and dynamic musculoskeletal components. Hodgkin-Huxley type neuron representations will be used to model the local spinal neural circuits that include motoneurons, interneurons and afferents involved in specific spinal reflexes. The musculoskeletal model will incorporate experimentally-determined geometrical musculotendon paths, inertial properties, muscle fiber properties, and 3D laser scanned bony surface geometries. The comprehensive model will consequently be used to test hypotheses regarding the roles of specific ionic currents, altered central drive, altered musculoskeletal properties and altered sensory reflex gain on control of limb movement after iSCI. Successful completion of the work will provide novel information that could help guide the development of efficient treatment techniques and appropriate rehabilitative therapies for enhancing functional locomotor recovery and quality of life for some of the 200,000 people currently living with spinal cord injury related mobility, employability and secondary health related limitations in the United States of America.
描述(由申请人提供):神经系统和肌肉骨骼系统之间的相互作用使我们能够以稳健且适应性强的方式执行各种运动任务,例如运动。一个系统组件损坏,例如创伤性脊髓损伤,由于其他系统组件的密切相互作用和固有的可塑性,可能导致其他系统组件的长期继发性变化。在某些情况下,这些继发性变化可能会产生适应不良,从而导致功能能力进一步下降;在其他情况下,这些变化可能是有利的,因此会导致功能恢复。在这项工作中,对未受伤和不完全脊髓损伤(iSCI)啮齿动物进行的一系列实验研究将推动啮齿动物后肢生物力学和神经控制的详细数学模型的开发。该模型将用于研究 iSCI 后受损的中枢驱动、脊髓反射和肌肉骨骼变化之间复杂相互作用的作用,以设计适当的治疗。
具体来说,慢性啮齿动物胸椎挫伤脊髓损伤制剂将用于研究脊髓运动神经元的内在细胞内电生理学及其传入控制以及 iSCl 后存在的内在肌肉骨骼特性。实验数据将指导具有神经和动态肌肉骨骼组件的计算模型的开发。 Hodgkin-Huxley 型神经元表示将用于模拟局部脊髓神经回路,包括运动神经元、中间神经元和参与特定脊髓反射的传入神经元。肌肉骨骼模型将结合实验确定的几何肌腱路径、惯性特性、肌纤维特性和 3D 激光扫描骨表面几何形状。因此,该综合模型将用于测试有关特定离子电流、中枢驱动改变、肌肉骨骼特性改变和感觉反射增益改变对 iSCI 后肢体运动控制的作用的假设。这项工作的成功完成将提供新颖的信息,有助于指导开发有效的治疗技术和适当的康复疗法,以增强目前患有脊髓损伤相关活动能力、就业能力和继发性损伤的 20 万名患者中的一些人的功能性运动恢复和生活质量。美利坚合众国的健康相关限制。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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