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: 本研究的更大目标是获得基础知识并证明其可行性 使用皮质内微刺激(ICMS)恢复手臂肌肉力量的感知 区域 3a。恢复这种特定的感官知觉对于瘫痪者尤为重要 使用大脑控制的周围神经功能性电刺激(FES)来 脊髓损伤后通过意念恢复手臂运动。适当平衡拮抗剂 该人群的肌肉力量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。在目标 1 中,我们将使用灵长类动物成像和手术规划软件 将定制的慢性微丝电极阵列植入到中央的肘部区域深处 两只恒河猴(总共四个半球)的沟,以瞄准难以到达的部位 体感区3a. 3a 区接收来自高尔基腱的一系列本体感觉信号 器官(传递肌肉力量)和肌梭纤维(传递肌肉长度和变化) 长度)并且应该提供与优化 FES 最直接相关的肌肉特异性感知 手臂运动恢复。然而,关于 3a 本体感受编码的大部分知识 是从急性录音中收集的。在本研究中,我们将使用慢性微电极 记录以及一系列主动和被动的感觉运动任务,可以更全面地进行几天的记录 表征 3a 编码。然后,这些数据将用于量化相关功能和 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 ICMS 恢复这些感觉相关。在第二个目标中,我们将使用一种新颖的力量 跟踪游戏,测试动物感知力主导电极位置 ICMS 的能力 作为肌肉力量的增加。这个游戏是为了防止动物们仅仅学习而设计的 对一些不自然的“感觉”做出反应以获得奖励,并验证受试者是否 实际上在他们的运动规划中利用了力感知。最后,我们将进行这些测试 使用一系列刺激参数来量化力感知的大小 刺激参数的函数。

项目成果

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