Viele von uns nicht verbringen viel Zeit draußen in letzter Zeit, aber es gibt noch viele Hindernisse für uns zu navigieren, als wir herum gehen: der Rand der Kaffee-Tisch, kleine Kinder, der Hund der Familie. Wie sich unser Gehirn anpassen, um änderungen in unseren Fuß-Schritten? Forscher am Wyss-Institut für Biologisch Inspirierte Engineering an der Harvard University und der Bewegungs-Analyse-Labor am Spaulding Rehabilitation Hospital verwendet Roboter, um zu versuchen, diese Frage zu beantworten, und entdeckt, dass die Mechanismen in beiden Kleinhirn und das Rückenmark zu bestimmen, wie das Nervensystem reagiert auf Roboter-induzierte Veränderungen in der Schrittlänge. Die neue Studie ist veröffentlicht in der aktuellen Ausgabe von Wissenschaftlichen Berichten, und weist den Weg in Richtung Verbesserung der Roboter-basierten physischen Rehabilitationsprogramme für Patienten.
„Unser Verständnis der neuronalen Mechanismen der motorischen Anpassung ist noch begrenzt. Insbesondere, wie Verhaltens -, funktionale und physiologische Prozesse arbeiten im Konzert zu erreichen, die Anpassung während der Fortbewegung blieb schwer zu Datum“, sagte Paolo Bonato, Ph. D., ein Assoziiertes Mitglied der Fakultät an der Wyss Institut und Direktor der Spaulding-Bewegungs-Analyse-Labor, der die Studie leitete. „Unser Ziel ist es, ein besseres Verständnis dieses Prozesses und damit auch mehr entwickeln effektive klinische Interventionen.“
Für die Studie nutzte das team einen Roboter zu veranlassen, zwei entgegengesetzte einseitige mechanische Störungen an menschlichen Probanden als Sie unterwegs waren, dass die betroffenen Ihre Schritt-Länge über mehrere Gang-Zyklen. Elektrische Signale von Muskeln wurden gesammelt und analysiert, um zu bestimmen, wie Muskel Synergien (die Aktivierung einer Gruppe von Muskeln zu erstellen, die eine bestimmte Bewegung) ändern, in Reaktion auf die Störung. Die Ergebnisse zeigten eine Kombination von feedforward-control-Signale aus dem Kleinhirn und feedback-gesteuerte Steuersignale, die sich im Rückenmark während der Anpassung. Die relative Seite-spezifische Beiträge der beiden Prozesse zu motor-output-Anpassungen, jedoch hing die Art der Störung geliefert wurde. Insgesamt lassen die Beobachtungen den Nachweis, dass in den Menschen, absteigender und Afferenten Laufwerke Projekt auf die gleichen spinalen interneuronalen Netzwerke Kodieren, Bewegungsapparat-Muskel Synergien.
Diese Ergebnisse spiegeln frühere Beobachtungen aus Tierversuchen, stark darauf hindeutet, das Vorhandensein einer definierten Bevölkerung von spinalen interneuronen der Regulierung der Muskel-Koordination, die zugegriffen werden kann, indem sowohl kortikale und Afferenten Antriebe im Menschen. „Unser team hofft, dass auf dieser Arbeit aufbauen, um die Entwicklung neuer Konzepte für die Konstruktion von robot-assisted gait rehabilitation Verfahren für spezifische absteigende – und afferente-gesteuerte Reaktionen in den Muskeln Synergien im kommenden Jahr“, sagte Bonato.