猫的运动可以更好地治疗人类脊髓损伤

猫总是用脚着地，但是什么让它们如此敏捷呢?它们独特的平衡感与人类的共同之处比表面上看起来的要多。佐治亚理工学院的研究人员正在研究猫的运动，以更好地了解脊髓是如何工作的，以帮助脊髓部分损伤的人类行走和保持平衡。

通过混合实验研究和计算模型，研究人员表明，体感反馈，或神经信号遍布猫全身的专门传感器帮助将正在进行的运动通知脊髓，并协调四肢，以防止猫在遇到障碍时摔倒。研究表明，有了这些与运动相关的感觉信号，即使脊髓和大脑之间的连接部分断裂，动物也能行走。

了解这种类型的平衡控制机制对于经常有平衡问题并可能在摔倒中受伤的老年人特别重要。最终，研究人员希望这能给体感反馈在平衡控制中的作用带来新的理解。它还可能导致脊髓损伤治疗的进展，因为研究表明，体感神经元的激活可以改善脊髓损伤部位以下的脊髓神经网络功能。

生物科学学院教授Boris Prilutsky说:“我们一直对重新激活脊髓受损网络的机制很感兴趣。”“我们从之前的研究中了解到，来自移动腿部的体感反馈有助于激活控制运动的脊髓网络，从而实现稳定的运动。”

研究人员将他们的发现发表在来自后肢皮肤传入的感觉扰动在完整猫运动时产生所有四肢的协调功能反应在杂志上eNeuro．

协调的猫

虽然转基因小鼠模型最近在运动神经控制研究中占据主导地位，但猫模型提供了一个重要的优势。当它们移动时，老鼠保持蹲伏状态，这意味着即使体感反馈失败，它们也不太可能出现平衡问题。另一方面，人类和猫如果失去平衡，甚至无法移动感觉信息关于肢体运动。这表明，较大的物种，如猫和人类，与啮齿动物相比，控制运动的脊髓神经网络组织可能不同。

佐治亚理工学院与加拿大舍布鲁克大学和费城德雷塞尔大学的研究人员合作，以更好地了解信号是如何从感觉神经元四条腿协调动作。舍布鲁克实验室训练猫以与人类步态一致的速度在跑步机上行走，然后用电极刺激它们的感觉神经。

研究人员专注于感觉神经它将触觉从足顶传递到脊髓。通过电刺激这条神经，研究人员模拟撞击障碍物，并观察如何猫跌跌撞撞，纠正他们的动作作为回应。在行走周期的四个阶段进行刺激:中间站姿、站姿到摆姿的过渡、中间摆姿和摆姿到摆姿的过渡。从中，他们了解到秋千的中期和姿势到秋千的过渡是最重要的时期，因为刺激增加了弯曲膝关节和髋关节的肌肉活动，关节屈曲和脚趾高度，步长，以及受刺激肢体的步长。

普里卢茨基说:“为了保持平衡，动物必须协调其他三条四肢的运动，否则它就会摔倒。”“我们发现，在摆动阶段刺激这条神经会增加其他四肢站立阶段的持续时间，并提高稳定性。”

实际上，当猫在摇摆阶段跌倒时，这种感觉会触发脊椎反射，确保其他三条肢体保持在地面上，使猫保持直立和平衡，而摇摆的肢体则跨越障碍。

计算猫

通过这些加拿大实验室实验，佐治亚理工学院和德雷克塞尔大学的研究人员正在利用观察结果开发猫的肌肉骨骼和脊髓神经控制系统的计算模型。收集到的数据用于计算与长度、速度和肌肉产生的力有关的体感信号，以及对所有四肢皮肤的压力。这些信息在动物的脊髓中形成运动感觉，并有助于脊髓神经元网络的肢间协调。

“为了帮助治疗任何疾病，我们需要了解完整的系统是如何工作的，”Prilutsky说。“这是进行这项研究的原因之一，这样我们就可以了解脊髓网络如何协调肢体运动，并开发一个现实的脊髓控制运动的计算模型。这将帮助我们更好地了解脊髓控制运动。”