دوره 31، شماره 250: هفته چهارم مهرماه 1392:1324-1338

بازیابی حرکت شبه گام برداشتن در رت قطع نخاع شده با استفاده از تحریک الکتریکی میکرونی بلوک‌های پایه‌ای حرکتی درون نخاع

علیرضا اسدی, عباس عرفانیان امیدوار

چکیده


مقدمه: در دهه‌ی گذشته، تحریک الکتریکی درون نخاع به عنوان یک روش موفق در بازیابی حرکت اندام‌های معلول شناخته شده است. وجود شبکه‌هایی از نرون‌های واسطه‌ای در نخاع نشان داده شده است (ساختارهای پایه‌ای حرکت یا استخرهای حرکتی) که امکان فعال‌سازی گروه هماهنگی از ماهیچه‌‌ها را به عهده دارند. در این مقاله، امکان فعال‌سازی این واحدهای حرکتی با استفاده از تحریک الکتریکی میکرونی درون نخاع مورد بررسی قرار گرفت.

روش‌ها: آزمایشات بر روی سه رت بالغ ویستار انجام شد. با لامینکتومی موضعی، استخوان‌های روی مهره‌های T13 تا L4 برداشته شد. حیوانات بر روی یک استریوتکس قرار داده شدند، به طوری که پای حیوان به راحتی قابلیت حرکت داشته باشد؛ در حالی که سر حیوان و مهره‌‌های T12 و L5 به وسیله‌ی گیره‌های نخاعی استریوتکس ثابت شده بود. برنامه‌ای در محیط LabVIEW برای تخمین بی‌درنگ زوایای مفاصل گسترش داده شد. برای تحریک نخاع، یک تحریک کننده‌ی میکرونی قابل برنامه‌ریزی 16 کاناله مورد استفاده قرار گرفت. دامنه، فرکانس و عرض پالس سیگنال تحریک به صورت بی‌درنگ امکان تغییر داشت. نقاط مختلف درون نخاع بین مهره‌‌های T13 تا L4 تحریک و زاویه مفصل‌های مچ، زانو و ران اندازه‌ گیری شد.

یافته‌ها: امکان فعال‌سازی بلوک‌های پایه‌ی حرکتی گام برداشتن در نخاع با استفاده از تحریک میکرونی مشاهده شد. با تعریف مناسب الگوهای تحریک بلوک‌های پایه‌ی حرکتی می‌توان حرکت شبه گام برداشتن را به وجود آمد. منحنی به کار گیری ساختارهای پایه‌ی حرکتی بیانگر رابطه‌ی خطی بین شدت تحریک و اندازه‌ی جابه‌جایی مفاصل بود.

نتیجه‌گیری: نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که می‌توان با ترکیب بلوک‌های پایه‌ی‌ حرکتی، حرکت شبه گام برداشتن را در رت قطه نخاع شده با استفاده از تحریک میکرونی درون نخاع ایجاد کرد.


واژگان کلیدی


تحریک الکتریکی عملکردی؛ تحریک میکرونی درون نخاع؛ بلوک‌های پایه‌ی‌ حرکت؛، منحنی به کار گیری؛ حرکت شبه گام برداشتن

تمام متن:

PDF

مراجع


Crago PE, Lan N, Veltink PH, Abbas JJ, Kantor C. New control strategies for neuroprosthetic systems. J Rehabil Res Dev 1996; 33(2): 158-72.

Yarkony GM, Roth EJ, Cybulski G, Jaeger RJ. Neuromuscular stimulation in spinal cord injury: I: Restoration of functional movement of the extremities. Arch Phys Med Rehabil 1992; 73(1): 78-86.

Popovic DB. Neural prostheses for movement restoration. In: Moore J, Zouridakis G, editors. Biomedical technology and devices Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press; 2004.

Kanchiku T, Lynskey JV, Protas D, Abbas JJ, Jung R. Neuromuscular electrical stimulation induced forelimb movement in a rodent model. J Neurosci Methods 2008; 167(2): 317-26.

Ichihara K, Venkatasubramanian G, Abbas JJ, Jung R. Neuromuscular electrical stimulation of the hindlimb muscles for movement therapy in a rodent model. J Neurosci Methods 2009; 176(2): 213-24.

Loeb GE. Learning from the spinal cord. J Physiol 2001; 533(Pt 1): 111-7.

Cohen A, Boothe D. Sensorimotor interactions during locomotion: principles derived from biological systems. Autonomous Robots 1999; 7(3): 239-45.

Rybak IA, Stecina K, Shevtsova NA, McCrea DA. Modelling spinal circuitry involved in locomotor pattern generation: insights from the effects of afferent stimulation. J Physiol 2006; 577(Pt 2): 641-58.

Guevremont L, Renzi CG, Norton JA, Kowalczewski J, Saigal R, Mushahwar VK. Locomotor-related networks in the lumbosacral enlargement of the adult spinal cat: activation through intraspinal microstimulation. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 2006; 14(3): 266-72.

Tresch MC, Saltiel P, d'Avella A, Bizzi E. Coordination and localization in spinal motor systems. Brain Res Brain Res Rev 2002; 40(1-3): 66-79.

Aoyagi Y, Mushahwar VK, Stein RB, Prochazka A. Movements elicited by electrical stimulation of muscles, nerves, intermediate spinal cord, and spinal roots in anesthetized and decerebrate cats. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 2004; 12(1): 1-11.

Bizzi E, Cheung VC, d'Avella A, Saltiel P, Tresch M. Combining modules for movement. Brain Res Rev 2008; 57(1): 125-33.

Cheung VC, d'Avella A, Bizzi E. Adjustments of motor pattern for load compensation via modulated activations of muscle synergies during natural behaviors. J Neurophysiol 2009; 101(3): 1235-57.

Hart CB, Giszter SF. A neural basis for motor primitives in the spinal cord. J Neurosci 2010; 30(4): 1322-36.

Wolpert DM, Diedrichsen J, Flanagan JR. Principles of sensorimotor learning. Nat Rev Neurosci 2011; 12(12): 739-51.

Kargo WJ, Ramakrishnan A, Hart CB, Rome LC, Giszter SF. A simple experimentally based model using proprioceptive regulation of motor primitives captures adjusted trajectory formation in spinal frogs. J Neurophysiol 2010; 103(1): 573-90.

Tresch MC, Bizzi E. Responses to spinal microstimulation in the chronically spinalized rat and their relationship to spinal systems activated by low threshold cutaneous stimulation. Exp Brain Res 1999; 129(3): 401-16.

Asadi AR, Erfanian A. Adaptive neuro-fuzzy sliding mode control of multi-joint movement using intraspinal microstimulation. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 2012; 20(4): 499-509.

Righetti L, Ijspeert AJ. Programmable central pattern generators: an application to biped locomotion control. Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation 2006; 2006 May 15-19; Orlando, FL, USA.

Ijspeert AJ, Crespi A, Cabelguen JM. Simulation and robotics studies of salamander locomotion: applying neurobiological principles to the control of locomotion in robots. Neuroinformatics 2005; 3(3): 171-95.

Giszter SF, Davies MR, Graziani V. Motor strategies used by rats spinalized at birth to maintain stance in response to imposed perturbations. J Neurophysiol 2007; 97(4): 2663-75.

Kargo WJ, Giszter SF. Afferent roles in hindlimb wipe-reflex trajectories: free-limb kinematics and motor patterns. J Neurophysiol 2000; 83(3): 1480-501.

Thota AK, Watson SC, Knapp E, Thompson B, Jung R. Neuromechanical control of locomotion in the rat. J Neurotrauma 2005; 22(4): 442-65.




Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License which allows users to read, copy, distribute and make derivative works for non-commercial purposes from the material, as long as the author of the original work is cited properly.