Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát triển mô hình thần kinh - cơ - xương cho con người nhằm nghiên cứu chấn thương tủy sống
Tóm tắt
Bài báo này mô tả một mô hình thần kinh - cơ - xương của cơ thể dưới của con người được phát triển với mục tiêu nghiên cứu tác động của chấn thương tủy sống lên khả năng vận động. Mô hình này đại diện cho các mô-đun điều kiển thần kinh tủy sống tương ứng với các máy phát mẫu trung tâm, các con đường phản xạ dựa trên thoi cơ, các con đường dựa trên cơ quan gân golgi và các con đường phản xạ của da, mà được kết nối với động lực học cơ - xương của cơ thể dưới. So với các mô hình thần kinh - cơ - xương khác nhằm cung cấp một mô tả về các cơ chế có thể liên quan trong việc sản xuất vận động, mục tiêu của mô hình này là hiểu rõ vai trò của các con đường tủy sống đã biết trong vận động. Do đó, trong khi các mô hình khác tập trung chủ yếu vào chức năng ở mức độ hệ thống tổng thể, mô hình này nhấn mạnh sự tương ứng về chức năng và hình thái với hệ thống sinh học ở mức độ các thành phần phụ đại diện cho các con đường tủy sống. Một mô hình như vậy thích hợp hơn cho việc điều tra chi tiết các câu hỏi lâm sàng liên quan đến kiểm soát tủy sống đối với vận động. Mô hình này được sử dụng ở đây để thực hiện các thí nghiệm sơ bộ giải quyết các vấn đề sau: (1) tầm quan trọng của các mô hình phản xạ tủy sống đối với việc đi bộ và (2) tính quan trọng tương đối của các mô hình phản xạ khác nhau. Kết quả của các thí nghiệm này làm sáng tỏ vai trò có thể của các mô hình phản xạ trong việc điều chỉnh tư thế và tốc độ đi bộ. Kết quả cũng cho thấy việc sử dụng mô hình này để tạo ra các giả thuyết có thể hướng dẫn thí nghiệm lâm sàng. Trong tương lai, một mô hình như vậy có thể có ứng dụng trong chẩn đoán lâm sàng, vì nó có thể được sử dụng để xác định trạng thái bên trong của hệ thống mà cung cấp sự khớp hành vi gần nhất với tình trạng bệnh lý của bệnh nhân.
Từ khóa
#Mô hình thần kinh - cơ - xương #chấn thương tủy sống #khả năng vận động #phản xạ tủy sống #nghiên cứu lâm sàngTài liệu tham khảo
Aubert X (1956) Le couplage de la contraction musculaire. Edition Arscia Brussels, Thesis
TG Brown (1914) ArticleTitleOn the nature of the fundamental activity of the nervous centers; together with an analysis of the conditioning of rhythmic activity in progression, and a theory of the evolution of function in the nervous system. J Physiol Lond 48 18–46
B Calancie B Needham-Shropshire P Jacobs K Willer G Zych BA Green (1994) ArticleTitleInvoluntary stepping after chronic spinal cord injury Evidence for a central rhythm generator for locomotion in man. Brain 117 IssueID5 1143–1159
CP Chou H Hannaford (1997) ArticleTitleStudy of human forearm posture maintenance with a physiologically based robotic arm and spinal level neural controller Biol Cybern 76 285–298
G Colombo M Joerg R Schreier V Dietz (2001) ArticleTitleTreadmill training of paraplegic patients with a robotic orthosis J Rehabil Res Dev 37 693–700
F Delcomyn (1980) ArticleTitleNeural basis of rhythmic behavior in animals Science 210 IssueID4469 492–498
V Dietz G Colombo L Jensen (1994) ArticleTitleLocomotor activity in spinal man Lancet 344 1260 Occurrence Handle10.1016/S0140-6736(94)90751-X Occurrence Handle7967986
Dietz V (2002a) Do human bipeds use quadrupedal coordination? Trends Neurosci 25(9):462–467
Dietz V, Mueller R, Colombo G (2002b) Locomotor activity in spinal man: significance of afferent input from joint and load receptors. Brain 125:2626–2634
S Grillner (1985) ArticleTitleNeurological Bases of Rhythmic Motor Acts in Vertebrates Science 228 143 Occurrence Handle3975635
Günther M (1997) Computersimulationen zur Synthetisierung des muskulär erzeugten menschlichen Gehens unter Verwendung eines biomechanischen Mehrkf7rpermodells, Dissertation of the University of Tubingen
H Hatze (2001) ArticleTitleAn efficient simulation method for discrete-value controlled large scale neuromyoskeletal system models J Biomech 34 267–271 Occurrence Handle10.1016/S0021-9290(00)00175-5 Occurrence Handle11165293
AV Hill (1938) ArticleTitleThe heat of shortening and the dynamic constants of Muscle Proc Roy Soc 126 IssueIDB 136–195
S Jezernik G Colombo T Keller H Frueh M Morari (2003) ArticleTitleRobotic Orthosis Lokomat: A Rehabilitation and Research Tool Neuromodulation 6 IssueID2 108–115 Occurrence Handle10.1046/j.1525-1403.2003.03017.x
ER Kandel JH Schwartz TM Jessell (1991) Principles of neural science Elsevier Science Publishing Co. New York
TA McMahon (1984) Muscles, reflexes, and locomotion Princeton University Press Princeton
N Ogihara N Yamazaki (2001) ArticleTitleGeneration of human bipedal locomotion by a bio-mimetic neuro-musculo-skeletal model Biol Cybern 84 1–11
KG Pearson (1995) ArticleTitleProprioceptive regulation of locomotion Curr Opin Neurobiol 5 786–791 Occurrence Handle10.1016/0959-4388(95)80107-3 Occurrence Handle8805415
KG Pearson JM Ramirez (1997) Sensory modulation of pattern generating circuits PSG Stein S Grillner A Selverston DG Stuart (Eds) Neurons, networks and motor behavior MIT Press Cambridge 225–236
SD Prentice AE Patla DA Stacey (1998) ArticleTitleSimple artificial neural network models can generate basic muscle activity patterns for human locomotion at different speeds Exp Brain Res 123 474–480 Occurrence Handle10.1007/s002210050591 Occurrence Handle9870606
CA Pratt (1995) ArticleTitleEvidence of positive force feedback among hindlimb extensors in the intact standing cat J Neurophysiol 73 IssueID6 2578–83 Occurrence Handle7666164
Prochazka A, Gillard D, Bennett DJ (1997a) Positive force feedback control of muscles. J Neurophysiol 77(6):3226–3236
Prochazka A, Gillard D, Bennett DJ (1997b) Implications of positive feedback in the control of movement. J Neurophysiol 77(6):3237–3251
A Prochazka V Gritsenko S Yakovenko (2002) Sensory control of locomotion: reflexes versus higher-level control SG Gandevia U Proske DG Stuart (Eds) Sensorimotor control Kluwer London
R Riener T Edrich (1999) ArticleTitleIdentification of passive elastic joint moments in the lower extremities J Biomech 32 539–544 Occurrence Handle10.1016/S0021-9290(99)00009-3 Occurrence Handle10327008
S Rossignol (2000) ArticleTitleLocomotion and its recovery after spinal injury Curr Opin Neurobiol 10 IssueID6 708–716
Rybak IA, Ivashko DG, Prilutsky BI, Lewis MA, Chapin JK (2002) Modeling Neural Control of Locomotion: Integration of Reflex Circuits with CPG. In: Proceedings of international conference on artificial neural networks 2002, pp 99–104
M Schieppati P Crenna (1984) ArticleTitleNatural cutaneous stimulation induces late and long-lasting facilitation of extensor motoneurons in the cat Brain Res 293 IssueID2 259–267 Occurrence Handle10.1016/0006-8993(84)91233-2 Occurrence Handle6697219
ED Schomburg N Petersen I Barajon H Hultborn (1998) ArticleTitleFlexor reflex afferents reset the step cycle during fictive locomotion in the cat Exp Brain Res 122 339–350 Occurrence Handle10.1007/s002210050522 Occurrence Handle9808307
ML Shik FV Severin GN Orlovskii (1966) ArticleTitleControl of walking and running by means of electric stimulation of the midbrain Biofyzika 11 659
RB Stein C Capaday (1988) ArticleTitleThe modulation of human reflexes during functional motor tasks Trends Neurosci 11 328–332 Occurrence Handle10.1016/0166-2236(88)90097-5 Occurrence Handle2465639
G Taga Y Yamaguchi H Shimizu (1991) ArticleTitleSelf-organized control of bipedal locomotion by neural oscillators in unpredictable environment Biol Cybern 65 147–159 Occurrence Handle10.1007/BF00198086 Occurrence Handle1912008
G Taga (1995) ArticleTitleA model of the neuro-musculo-skeletal system for human locomotion Biol Cybern 73 97–111
Wadden T, Ekeberg O (1998) A neuro-mechanical model of legged locomotion: single leg control In: Biol Cybern 79:161–173
D Winter (1990) Biomechanics and motor control of human movement, 2nd edn Wiley New York
FE Zajac (1989) ArticleTitleMuscle and Tendon: properties, models, scaling and applications to biomechanics and motor control CRC Crit Rev Biomed Eng 17 359–419