Важнейшие публикации сотрудников Института
Gerasimenko, Y. P. Noninvasive reactivation of motor descending control after paralysis / Y. P. Gerasimenko, D. C. Lu, M. Modaber, S. Zdunowski, P. Gad, D. G. Sayenko, E. Morikawa, P. Haakana, A. R. Ferguson, R. R. Roy, V. R. Edgerton // J. neurotrauma. – 2015. – V. 32, № 24. – P. 1968-1980. doi: 10.1089/neu.2015.4008. http://online.liebertpub.com/toc/neu/32/24
Minev I.R.*, Musienko P.* , et al. Electronic dura mater for long-term multimodal neural interfaces. // Science. - 2015. - Vol. 347, N 6218. - P.159-163.
[* contributed equally] http://www.sciencemag.org/content/347/6218/159
Краткая аннотация публикаций>>(показать/скрыть)
Новые технологии восстановления моторного контроля после паралича у человека и животных.
Разработана новая неинвазивная стратегия стимуляции спинного мозга, способная модулировать физиологическое состояние поврежденного спинного мозга. Показано, что чрескожная стимуляция спинного мозга может реактивировать нейронные локомоторные сети и облегчать выполнение произвольных движений у пациентов с полным моторным поражением спинного мозга. Созданы мягкие имплантаты с электродами для регистрации и стимуляции нейронов, а также микроканалы для инъекций. Показано, что комплексная стимуляция спинного мозга с помощью имплантатов восстанавливает локомоторную функцию у парализованных животных. Разработанные технологии открывают новые возможности для фундаментальных исследований механизмов регуляции движений и для использования их в двигательной нейрореабилитации. (ИФ РАН. Основные авторы: Герасименко Ю.П., Мусиенко П.Е.)
|
(А). Фото пациента, расположенного в устройстве горизонтальной вывески. ЭМГ активность мышц ног ( hamstringmedial ( HM ), tibialisanterior ( TA ), medialgastrocnemius ( MG )) и гониограмма движений в коленном суставе при стимуляции спинного мозга (Т11), копчика (С o 1) и при их комбинации ( T 11+ Co 1). Рисунок показывает, что стимуляция вызывает координированные шагательные движения, сопровождаемые ритмическим ЭМГ паттерном в мышцах ног.
(Б). Мягкий нейропротез для электрической и химической стимуляции. |
Alekseenko S.V. Neuronal Representation of 3-D Space in the Primary Visual Cortex and Control of Eye Movements. // Perception, 2015, V. 44, N 8–9 August–September. P . 995-1006. http://pec.sagepub.com/content/44/8-9/995.full.pdf+html
Краткая аннотация >>(показать/скрыть)
Показано построение нейронной сети монокулярного и бинокулярного представительства в зрительной коре V 1 и нейронной организации системы управления движениями глаз. В психофизических исследованиях выявлена зависимость между временной динамикой восприятия «двойственных изображений», обладающих монокулярными признаками глубины, в условиях монокулярного и бинокулярного наблюдения. Показано, что при бинокулярном наблюдении возрастает частота переключений восприятия, что может быть связано с физиологическим рассогласованием работы двух глаз при бинокулярном наблюдении «двойственных изображений». Проведенные морфологические и психофизические исследования важны для понимания работы бинокулярной зрительной системы и разработки методов восстановления при ее нарушениях.
|
На рисунке: проекции точечных объектов a и b на сетчатке и их представительства в слое IV корковой области V 1. N – назальная часть сетчатки, которая проецируется в противоположное полушарие; T – темпоральная часть сетчатки, которая проецируется в то же полушарие; D – центральная часть, имеющая проекции в обоих полушариях. TZ – переходная область V 1/ V 2. Участки коры, соответствующие проекциям от левого глаза, показаны в виде черных кружков на развернутой поверхности коры, а от правого – в виде белых кружков. Граница представительства области D сетчатки внутри корковой области показана пунктирной линией. |
N.Dominici, U.Keller, H.Vallery, L.Friedli, R.Van Den Brand, M.L.Starkey, P.Musienko , R. Riener and G. Courtine. Versatile robotic interface to evaluate, enable and train locomotion and balance after neuromotor disorders //Nature Medicine. 2012. vol. 18, num. 7. P. 1142-1147, http://www.nature.com/nm/journal/v18/n7/full/nm.2845.html
Краткая аннотация >>(показать/скрыть)
Универсальное робототехническое устройство для исследования, активации и тренировки постуральных и локомоторных нейронных сетей
Заболевания и травмы ЦНС могут приводить к разной степени нарушений локомоции и/или способности поддержания равновесия. Однако технические ограничения существующих подходов препятствуют проведению раздельного обследования и нейрореабилитации этих подфункций. В данном исследовании было разработано и протестировано универсальное роботизированное устройство, представляющее из себя систему поддержки веса тела и предназначенное для автономного исследования, активации и тренировки локомоторных и постуральных нейронных сетей. Технология основана на использовании мягких эластических силовых приводов и спиралей, которые устраняют инерционные влияния силовых воздействий на экспериментальное животное и дают возможность ее использования для поведенческих экспериментов. Робот обеспечивает контроль перемещения во фронтальной, сагиттальной, горизонтальной плоскостях, а также вокруг вертикальной оси, причем сила воздействия на животное по различным осям может меняться в зависимости от его собственных двигательных способностей и экспериментальной задачи.
В режиме исследования роботизированная система позволяла получить подробную характеристику локомоторных паттернов и динамического равновесия в норме, после повреждения спинного мозга и инсульта (Рис). В режиме активации устройство использовалось в качестве постурального нейропротеза, который активирует локомоторные способности, включая ходьбу по ровной поверхности после полного ПСМ, ходьбу по лестнице при половинном поражении спинного мозга (синдром Броун-Секара) и точное позиционирование лапы вскоре после инсульта. В режиме тренировки робототехнический нейропротез в сочетании с электрической и химической стимуляцией спинного мозга способствовал восстановлению локомоции с поддержкой веса тела, контроля направления ходьбы и способностей сохранения равновесия у парализованных крыс. Эта новая робототехническая технология и концепция ее применения имеет широкие возможности для оценки и восстановления моторной функции при нейромоторных расстройствах, как в эксперименте, так и в клинической практике. |
Рис. (A) Активация двигательных способностей при ходьбе по нерегулярно расположенным перекладинам при помощи робототехнического интерфейса у крыс с односторонним инсультом. (Б) Эффект тренировки с помощью роботизированного устройства после тяжелого повреждения спинного мозга (ПСМ). m . Soleus ( Sol ), m . Tibialisanterior ( Tib ). |
R. VanDenBrand, J. Heutschi, Q. Barraud, J. Digiovanna, K. Bartholdi, M. Huerlimann, L. Friedli, I. Vollenweider, E. M. Moraud, S. Duis, N. Dominici, S. Micera, P. Musienko and G. Courtine Restoring Voluntary Controlof Locomotion after Paralyzing Spinal CordInjury // Science. 2012. vol. 336, N 6085. P. 1182-1185. http://www.sciencemag.org/content/suppl/2012/05/30/336.6085.1182.DC1
Краткая аннотация >>(показать/скрыть)
Восстановление произвольного контроля локомоции после тяжелого повреждения спинного мозга
После спинальной травмы хронический паралич и обездвиженность со временем приводят к деградации нейрональных сетей спинного мозга, патологическому спрутингу, появлению нефункциональных связей между нейронами. Для улучшения моторной функции после тяжелой вертеброспинальной травмы требуются искусственные влияния, направляющие нейропластические процессы. В данной работе предложена новая парадигма мультисистемной нейрореабилитации, включающая электрохимическую стимуляцию спинного мозга и тренировку в робототехническом нейропротезе. Такой подход поддерживал активное участие крыс в процессе тренировки, а также
инициировал нейропластические изменения, которые восстанавливали
произвольное управление локомоторным поведением разной сложности после тяжелого повреждения спинного мозга, исходно вызывавшего хронический паралич. Результаты работы подтверждают способность внутриспинальных сетей обходить место повреждения и расширяют наши представления о терапевтическом потенциале таких обходных сетей для восстановления произвольного двигательного контроля после спинальных повреждений. |
Рис. (А) Мультисистемная нейрореабилитация инициирует многоуровневые нейропластические изменения и восстанавливает произвольный двигательный контроль за счет образования новых обходных связей в спинном мозге и стволе головного мозга. (Б) Схема робототехнического интерфейса поддержки веса тела и эффект тренировки. |
Wenger N., Moraud E.M., Gandar J., Musienko P. et al. Spatiotemporal neuromodulation therapies engaging muscle synergies improve motor control after spinal cord injury // Nature Medicine. 2016. - 22. P.138–145 doi:10.1038/nm.4025 http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/full/nm.4025.html#t
Шаповалова, К. Б. Неостриатум и регуляция произвольного движения / К. Б. Шаповалова. – СПб. : Наука, 2015. – 155 с.: ил.
|
|
|