Spinal Neuromodulation to Promote Physiologic and Molecular Plasticity in theInjured Spinal Cord

脊髓神经调节促进受损脊髓的生理和分子可塑性

基本信息

  • 批准号:
    10805726
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.94万
  • 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:
    2023-09-20 至 2028-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract There is growing interest in the use of electrical stimulation to promote the recovery of sensorimotor and autonomic function after neural injury. Previous research from our lab and others has demonstrated that stimulation of spinal lumbar segments activates central pattern generators, which, in turn, facilitates standing and walking. However, while there is extensive animal, pre-clinical, and clinical data examining the impact of lumbar stimulation, studies that apply neuromodulation to the cervical spinal cord for upper limb are very limited. Here, we propose that fundamental blind spots exist in the field of neuromodulation for upper limb, including where to stimulate anatomically, how to dose and, especially, mechanisms of action. The Horner lab has developed a clinically relevant rat model of cervical spinal cord injury and engineered a self-contained epidural stimulation device that can be deployed in freely behaving rats to stimulate sensorimotor circuitry from multiple surfaces of the spinal cord. Hence, we are well positioned to test critically important hypotheses on the role of cervical stimulation in the restoration of upper limb function. We present exciting preliminary data demonstrating that epidural stimulation of the cervical spinal cord improves forelimb function. The rationale for the proposed research is that the site of epidural stimulation provides unique access to motor circuitry. We hypothesize that ventral positioning of electrodes (VSS) will provide access to stimulate motor circuitry at the site of lesion that are inaccessible from the more common dorsal approach (DSS). Further, we propose that VSS will produce novel mechanisms of function plasticity that can amplify recovery when combined with DSS. To test this hypothesis, we propose the following aims: Aim 1: Determine acute molecular and physiological mechanisms of VSS when applied to subacute cervical spinal cord injury. Aim 2: Establish the functional impact of site of stimulation and rehabilitative training on recovery from early chronic cervical spinal cord injury. Aim 3: Establish the synergistic effects of combined VSS and DSS after cervical spinal cord injury. These studies will explore an exciting new approach to promote neural recovery of the upper limb, an area of research that has had limited investigation, but remains a primary concern for the patient. Our approach will rigorously establish the physiological and functional effects of the site of stimulation on the molecular and physiological mechanisms of upper limb plasticity.
抽象的 人们对使用电刺激来促进感觉运动恢复和 神经损伤后的自主功能。我们实验室和其他人的先前研究表明 刺激脊柱腰部片段会激活中心模式发生器,从而促进站立 和走路。但是,尽管有广泛的动物,临床前和临床数据,以研究 腰刺激,将神经调节应用于上肢的脊髓脊髓的研究非常有限。 在这里,我们建议在上肢神经调节领域存在基本盲点,包括 在解剖学上,如何剂量,尤其是作用机理。霍纳实验室有 开发了与颈椎损伤的临床相关大鼠模型,并设计了一个独立的硬膜外麻醉 刺激装置可以在自由行为的大鼠中部署以刺激多个的感觉运动电路 脊髓的表面。因此,我们在检验至关重要的假设方面的好处 上肢功能的恢复中的颈刺激。我们提供令人兴奋的初步数据 硬膜外刺激颈脊髓可以改善前肢功能。提议的理由 研究是硬膜外刺激的部位为电动电路提供了独特的访问。我们假设这一点 电极的腹侧定位(VSS)将提供刺激电路电路的访问 与更常见的背态方法(DSS)无法获得的病变。此外,我们建议 VSS将产生功能可塑性的新型机制,与结合使用时可以放大恢复 DSS。为了检验该假设,我们提出以下目的:目标1:确定急性分子和生理 VSS的机制应用于亚急性宫颈脊髓损伤。目标2:建立功能影响 刺激和康复训练的部位,从早期慢性宫颈脊髓损伤中恢复。目标3: 在脊髓损伤后建立组合VSS和DSS的协同作用。这些研究会 探索一种令人兴奋的新方法来促进上肢的神经恢复,这是一个研究领域 研究有限,但仍然是患者的主要问题。我们的方法将严格建立 刺激部位对分子和生理机制的生理和功能作用 上肢可塑性。

项目成果

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