Limb coordination during locomotion before and after spinal cord injury

脊髓损伤前后运动过程中的肢体协调性

基本信息

  • 批准号:
    10559679
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55.56万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-02-15 至 2025-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary The ability to coordinate movements of the limbs is one of the main features of locomotion in mammals. Interlimb coordination is essential for maintaining balance when navigating in complex and/or changing environments. It involves complex dynamic interactions between neural circuits at different levels of the nervous system and biomechanical properties of the musculoskeletal system to allow animals to adjust locomotor speed and gait for goal-oriented behaviors. Interactions within the nervous system include those between the spinal circuits controlling each limb, supraspinal inputs and sensory feedback from the limbs. Neurological disorders resulting from spinal cord injury (SCI) and other diseases disrupt limb coordination in humans and animal models, thus impairing locomotion. Despite their obvious importance, the mechanisms that control interlimb coordination and contribute to locomotor recovery following SCI and other neurological disorders remain poorly understood. To address this gap in knowledge, we will integrate multiple experimental and modeling approaches to investigate the neural and biomechanical mechanisms controlling interlimb coordination in a feline model before and after SCI disrupting neural communication between the brain and spinal cord and/or between the circuits controlling fore- and hindlimb movements. The project will be performed in close interactive collaboration between three groups of investigators with strong and complementary expertise in the experimental study of cat locomotion, including SCI models (Alain Frigon, Université de Sherbrooke), biomechanics of cat locomotion (Boris Prilutsky, Georgia Tech) and neural control of locomotion (Ilya Rybak, Drexel University). The project has the following Specific Aims: (1) Characterize muscle synergies and limb kinematics in intact and spinal cats during locomotion on regular and split-belt treadmills; (2) Extend and refine the current computational model of neural circuits and spinal central pattern generators involved in the control of locomotion; (3) Develop an integrated quadrupedal neuromechanical model of cat locomotion Develop an integrated quadrupedal neuromechanical model of cat locomotion; (4) Investigate the neural and biomechanical control of interlimb coordination during locomotion using interrelated and complementary experimental and modeling studies. Results obtained from these studies will have an important theoretical impact on our understanding of how the limbs are coordinated during locomotion and how this coordination is altered and adjusted after disruption of spinal pathways between left-right or cervical-lumbar circuits. The results will identify neural pathways and biomechanical mechanisms that could be targeted to improve interlimb coordination in people with various movement disorders, such as SCI, stroke, and Parkinson's disease.
项目摘要 协调四肢运动的能力是哺乳动物运动的主要特征之一。 在复杂和/或不断变化的环境中导航时保持平衡至关重要。它涉及 神经系统不同级别的神经回路与生物力学的复杂动态相互作用 肌肉骨骼系统的特性使动物可以调节运动速度并满足目标的行为。 神经系统内的相互作用包括控制每个肢体的脊柱回路, 和四肢的感觉反馈。由脊髓损伤(SCI)和其他疾病引起的神经系统疾病 破坏人类和动物模型中的肢体协调,从而损害了运动。尽管它们的重要性很明显,但 控制Interb协调的机制并有助于SCI和其他之后的运动恢复 神经系统疾病的理解仍然很差。 为了解决知识中的这一差距,我们将整合多种实验和建模方法来研究 在SCI破坏之前和之后,控制猫模型中的跨层配位的神经和生物力学机制 大脑和脊髓之间的神经通信和/或控制前肢和后肢的电路之间 动作。该项目将在三组调查员之间与 在包括SCI模型在内的CAT运动实验研究中的强大和完成者专业知识(Alain Frigon, SherbrookeUniversité),猫运动的生物力学(Boris Prilutsky,Georgia Tech)和神经控制 运动(Drexel大学Ilya Rybak)。 该项目具有以下具体目的:(1)在完整和 脊柱猫在常规带和脱皮带跑步机上的脊柱猫; (2)扩展并完善当前的计算模型 涉及移动控制的神经回路和脊柱中央模式发生器; (3)开发一个集成的 猫运动的四倍体神经力学模型发展了猫的综合四倍体神经力学模型 运动; (4)研究使用在运动期间对跨登录协调的神经和生物力学控制 相互关联和互补的实验和建模研究。 从这些研究获得的结果将对我们对四肢的理解产生重要的理论影响 在运动过程中进行协调,以及在脊柱途径中断后如何改变和调整这种配位 在左右或宫颈宽头电路之间。结果将确定神经通路和生物力学机制 这可能是针对改善各种运动障碍的人的跨越协调的目标,例如SCI,中风, 和帕金森氏病。

项目成果

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