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# 生物学# 神経科学

脊髄損傷が動きに与える影響

研究が、脊髄損傷後の調整に対する皮膚の信号の影響を探ってる。

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脊髄損傷が猫の動きに与える脊髄損傷が猫の動きに与える影響射神経を妨げるんだって。研究によると、脊髄のケガが猫の協調性や反
目次

歩くとき、私たちの体は皮膚や筋肉から地面や障害物についての信号を受け取るんだ。この情報はバランスを保ったり、動き方を調整したりするのに重要。猫や人間みたいな動物では、皮膚の特定の神経が手足の位置をガイドして、歩くときの安定性を維持してる。でも、脊髄に怪我があると、このコミュニケーションが壊れちゃって、動きや協調に困難が出るんだ。

動きにおける皮膚信号の重要性

歩いてる間、特に足の皮膚からの信号が、動きをどう調整するかに大事な役割を果たしてる。これらの信号は、デコボコの地面や障害物に反応する手助けをしてくれる。たとえば、猫が動いてるときに足が物に触れると、つまずかないようにすぐに脚の動きを調整できる。この反応はバランスを保ったり、転倒を防ぐのに重要だよ。

研究によれば、これらの皮膚信号、つまり皮膚からの入力は、猫と人間の両方にとって大事みたい。足の裏の皮膚が刺激されると、手足の動きが修正される。この反応を「つまずき修正反応」って呼んでて、動物が障害物を避けるために手足の軌道を変えることなんだ。

脊髄損傷の影響

脊髄の怪我は、動物や人間の動きに深刻な影響を与えることがある。これらの怪我は、脳と手足の間の信号を運ぶ経路を壊しちゃうんだ。怪我の重さによって、バランスや協調に問題が出ることもある。

脊髄が傷つくと、脳から手足へのメッセージの流れが崩れちゃう。この崩れ方は、怪我の症状や場所によって全然違う。これらの怪我が皮膚反射、つまり感覚情報への自動反応にどう影響するかを理解することは、脊髄損傷のある人たちが動きやコントロールを取り戻す手助けを見つけるために重要なんだ。

研究の目的

この研究では、猫の前足の皮膚を刺激することで、脊髄損傷前後の反射反応にどう影響するかを調べることを目指してた。反射の変化を見ることで、脊髄損傷が動きや協調にどう影響するかをもっと知りたいって考えてる。

研究で使った方法

この研究は、動物の福祉を確保するために厳しい倫理ガイドラインに従った。7匹の猫がこの研究に使われた。実験前と後で、厳しく管理された環境で大切にされてたよ。

手術手続き

すべての手術は無菌環境で行われた。猫たちは手術中に落ち着いていられるように鎮静されてた。手術後は意識が戻るまでしっかりと観察されてた。

具体的な手術は脊髄に切り込みを入れるもので、これによって研究者はこの怪我が動きや反射にどう影響するかを調べることができたんだ。

データ収集

猫が異なる刺激にどう反応するかを理解するために、研究者たちは筋肉の電気活動を測定するための電極を使った。猫は一定の速度で歩くように訓練されてたよ。

このセッション中、研究者たちは猫の前足の神経に電気パルスを送った。これによって、猫の筋肉が歩行サイクルのいろんなポイントでどう反応するかを見ることができたんだ。

反応の分析

研究者は猫の筋肉の電気活動をよく分析して、神経刺激に対する猫の動きの変化が時間と脊髄損傷後にどうなったかを見たんだ。

研究の結果

データを分析した結果、脊髄損傷によって猫の反射がどう変わったかについていくつかの重要な発見があったよ。

反射反応の変化

脊髄損傷前後の反射反応を比べると、後ろ足の筋肉が効果的に反応する能力が目に見えて減少してた。特に、前足と後ろ足の協調を含む反射が大きく影響を受けてたよ。

回復パターン

興味深いことに、最初の怪我の後、一部の反射反応には回復の兆しが見えたけど、2回目の怪我の後はその回復が減少してた。最初の怪我では神経系にいくらか再組織化が見られて、猫たちが反射反応をある程度取り戻すのを助けてた。しかし、2回目の怪我の後は、これらの反応が多く失われたんだ。

骨格間の協調

この研究では、前足と後ろ足の協調が減少して、前足と後ろ足の動きのタイミングが同期しなくなったことが明らかになった。この協調の欠如は、歩行中のバランスを保つのに難しくなる可能性があるんだ。

関与しているメカニズムの理解

脊髄損傷後の反射の変化を説明するために、研究者たちは神経系で起こっているいくつかのメカニズムを提案したよ。

脊髄経路

健康な動物では、手足からの感覚信号が脊髄を通って脳に届き、脳から手足へと行く経路もある。でも脊髄の怪我の場合、これらの経路が中断されて、反射反応が変化したり障害を受けたりすることがあるんだ。

怪我後の可塑性

神経系にはある程度の可塑性があって、怪我の後に再組織化できる可能性がある。最初の怪我の後、神経系は適応して反射能力の一部を維持する兆しを見せたけど、2回目の怪我の後はこの適応があまり効果的じゃなくなっちゃった。再組織化できる限界があるってことを示してるよ。

研究結果の意味

この研究の結果は、脊髄損傷後に前足からの皮膚信号が後ろ足の動きや協調にどう影響するかを示してる。

リハビリの可能性

これらの反射がどう機能するかを理解することで、脊髄損傷後のリハビリの新しい道が開けるかもしれない。これらの経路を刺激したり、神経系が適応できるように手助けする戦略が、影響を受けた人たちの回復結果を改善する可能性があるんだ。

結論

要するに、この研究は動きの中での協調とバランスを保つための皮膚反射の重要な役割を強調してる。脊髄損傷がこれらの反射に大きな影響を与え、特に前足と後ろ足の協調に影響を与えることが分かった。研究は、神経系の適応能力を利用して回復を促進するためのリハビリテクニックのさらなる調査の必要性を強調してるよ。

オリジナルソース

タイトル: Changes in intra- and interlimb reflexes from forelimb cutaneous afferents after staggered thoracic lateral hemisections during locomotion in cats

概要: In quadrupeds, such as cats, cutaneous afferents from the forepaw dorsum signal external perturbations and send signals to spinal circuits to coordinate the activity in muscles of all four limbs. How these cutaneous reflex pathways from forelimb afferents are reorganized after an incomplete spinal cord injury is not clear. Using a staggered thoracic lateral hemisections paradigm, we investigated changes in intralimb and interlimb reflex pathways by electrically stimulating the left and right superficial radial nerves in seven adult cats and recording reflex responses in five forelimb and ten hindlimb muscles. After the first (right T5-T6) and second (left T10-T11) hemisections, forelimb-hindlimb coordination was altered and weakened. After the second hemisection, cats required balance assistance to perform quadrupedal locomotion. Short-, mid- and long- latency homonymous and crossed reflex responses in forelimb muscles and their phase modulation remained largely unaffected after staggered hemisections. The occurrence of homolateral and diagonal mid- and long-latency responses in hindlimb muscles evoked with left and right superficial radial nerve stimulation was significantly reduced at the first time point after the first hemisection, but partially recovered at the second time point with left superficial radial nerve stimulation. These responses were lost or reduced after the second hemisection. When present, all reflex responses, including homolateral and diagonal, maintained their phase-dependent modulation. Therefore, our results show a considerable loss in cutaneous reflex transmission from cervical to lumbar levels after incomplete spinal cord injury, albeit with preservation of phase modulation, likely affecting functional responses to external perturbations. Key pointsO_LICutaneous afferent inputs coordinate muscle activity in the four limbs during locomotion when the forepaw dorsum contacts an obstacle. C_LIO_LIThoracic spinal cord injury disrupts communication between spinal locomotor centers located at cervical and lumbar levels, impairing balance and limb coordination. C_LIO_LIWe investigated cutaneous reflexes from forelimb afferents during quadrupedal locomotion by electrically stimulating the superficial radial nerve bilaterally, before and after staggered lateral thoracic hemisections in cats. C_LIO_LIWe showed a loss/reduction of mid- and long-latency homolateral and diagonal reflex responses in hindlimb muscles early after the first hemisection that partially recovered with left superficial radial nerve stimulation, before being reduced after the second hemisection. C_LIO_LITargeting cutaneous reflex pathways from forelimb afferents projecting to the four limbs could help develop therapeutic approaches aimed at restoring transmission in ascending and descending spinal pathways. C_LI Figure Abstract O_FIG O_LINKSMALLFIG WIDTH=200 HEIGHT=76 SRC="FIGDIR/small/590723v1_ufig1.gif" ALT="Figure 1"> View larger version (22K): [email protected]@[email protected]@d5ce21_HPS_FORMAT_FIGEXP M_FIG C_FIG Contacting an obstacle during locomotion activates cutaneous afferents to maintain balance and coordinate all four limbs. Spinal cord injuries disrupt neural communications between spinal networks controlling the fore- and hindlimbs, impairing balance and limb coordination. Cutaneous reflex pathways can be used to develop therapeutic approaches for restoring ascending and descending transmission to facilitate locomotor recovery.

著者: Alain Frigon, S. Mari, C. G. Lecomte, A. N. Merlet, J. Audet, S. Yassine, R. Al Arab, J. Harnie, I. A. Rybak, B. Prilutsky

最終更新: 2024-04-23 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.23.590723

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.23.590723.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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