Targeting and Stimulating Cortical Area 3a to Restore Proprioception

瞄准并刺激皮质区域 3a 以恢复本体感觉

基本信息

  • 批准号:
    10675135
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-05-15 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract: The larger goal of this study is to gain foundational knowledge and demonstrate the feasibility of restoring percepts of arm muscle force using intracortical microstimulation (ICMS) in cortical area 3a. Restoring this specific sensory percept is particularly important to paralyzed individuals that use brain-controlled functional electrical stimulation (FES) of their peripheral nerves to restore arm movements by thought after spinal cord injury. Appropriate balancing of antagonist muscle forces in this population is critical for maintaining limb stability and minimizing muscle fatigue and battery drain. In Aim 1, we will use primate imaging and surgical planning software to implant custom chronic microwire electrode arrays deep into the elbow region of the central sulcus of two Rhesus macaques (four hemispheres total) to target the difficult-to-reach somatosensory area 3a. Area 3a receives a range of proprioceptive signals from Golgi tendon organs (conveys muscle force) and muscle spindle fibers (conveys muscle length and change in length) and should provide muscle-specific percepts most directly relevant to optimizing FES arm movement restoration. However, most of what is known about 3a proprioceptive encoding has been collected from acute recordings. In this study, we will use chronic microelectrode recordings and a range of active and passive sensorimotor tasks across days to more fully characterize 3a encoding. These data will then be used to quantify the relative function and spatial distribution of these different sensory encoding characteristics on the spatial scale relevant to restoring these sensations via ICMS. In the second aim, we will use a novel force tracking game to test the animals' ability to perceive ICMS of force-dominant electrode locations as an increase in muscle force. This game is designed to prevent the animals from just learning to respond to some unnatural `sensation' for a reward and will verify that the subjects are actually utilizing the force percepts in their motor planning. Finally, we will conduct these tests using a range of stimulus parameters to quantify the magnitude of the force percepts as a function of stimulation parameters.
项目摘要/摘要: 这项研究的更大目标是获得基础知识并证明 使用皮质内微刺激(ICM)恢复对臂肌力的感知 区域3A。恢复这种特定的感觉感知对瘫痪的个体尤其重要 使用其周围神经的脑控制功能电刺激(FES) 脊髓损伤后通过思考恢复手臂运动。适当的对手平衡 该人群中的肌肉力对于维持肢体稳定性和最小化肌肉至关重要 疲劳和电池耗尽。在AIM 1中,我们将使用灵长类动物成像和外科计划软件 植入定制的慢性微管电极阵列,深入中央肘部区域 两个恒河猕猴的沟(总共四个半球),以瞄准难以触及的 体感面积3A。区域3A接收来自高尔基肌腱的一系列本体感受信号 器官(传达肌肉力)和肌肉纺锤纤维(传达肌肉长度和变化 长度),并应提供与优化FES最直接相关的肌肉特定感知 手臂运动恢复。但是,关于3a本体感受编码的大多数已知 已从急性记录中收集。在这项研究中,我们将使用慢性微电极 录音以及一系列积极和被动的感觉运动任务,以更全面 表征3A编码。然后,这些数据将用于量化相对函数和 这些不同的感觉编码特征在空间尺度上的空间分布 与通过ICM恢复这些感觉有关。在第二个目标中,我们将使用一种新颖的力量 跟踪游戏,以测试动物感知力优势电极位置的ICM的能力 作为肌肉力量的增加。该游戏旨在防止动物仅学习 回应一些不自然的“感觉”以获得奖励,并将验证主题是 实际上利用了其运动计划中的力学感知。最后,我们将进行这些测试 使用一系列刺激参数来量化力的大小为a 刺激参数的功能。

项目成果

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