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Comprender el movimiento de los gatos podría ayudar a desarrollar un mejor tratamiento para la lesión de la médula espinal humana

Los gatos siempre caen de pie, pero ¿qué los hace tan móviles? Su sentido único del equilibrio tiene más en común con los humanos de lo que parece. Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia están estudiando la locomoción felina para comprender mejor cómo funciona la médula espinal para ayudar a los humanos con daños parciales en la médula espinal a caminar y mantener el equilibrio.

Usando una combinación de estudios experimentales y modelos computacionales, los investigadores demostraron que la retroalimentación somatosensorial, o señales nerviosas de sensores especializados en todo el cuerpo de un gato, ayudan a informar a la médula espinal sobre el movimiento continuo y la coordinación de las cuatro extremidades para evitar que los gatos se caigan cuando se encuentran con obstáculos Las investigaciones indican que al usar esas señales sensoriales relacionadas con el movimiento, un animal puede caminar incluso si la conexión entre la médula espinal y el cerebro está parcialmente rota.

Comprender la mecánica de este tipo de control del equilibrio es especialmente importante para los adultos mayores que a menudo tienen problemas de equilibrio y pueden lesionarse si se caen. En última instancia, los investigadores esperan que esto conduzca a una nueva comprensión del papel de la retroalimentación somatosensorial en el control del equilibrio. También podría conducir a avances en el tratamiento de lesiones de la médula espinal porque la investigación indica que la activación de las neuronas somatosensoriales puede mejorar la función de las redes neuronales de la columna debajo del sitio del daño de la médula espinal.

Estábamos interesados ​​en los mecanismos que hacen posible la reactivación de redes lesionadas en la médula espinal. Sabemos por estudios anteriores que la retroalimentación somatosensorial de las piernas en movimiento ayuda a activar las redes espinales que controlan el movimiento, lo que permite una locomoción estable.

Boris Prilutsky, Profesor, Facultad de Ciencias Biológicas

Los investigadores presentaron sus hallazgos en la revista «Los trastornos sensoriales de los efectos cutáneos de las extremidades manuales generan respuestas funcionales coordinadas en las cuatro extremidades durante la locomoción en gatos sanos». eNeuro.

gatos coordinados

Aunque los modelos de ratones transgénicos se han vuelto recientemente dominantes en el control neuronal en la investigación del movimiento, el modelo de gato ofrece una ventaja importante. Cuando se mueven, los ratones permanecen agachados, lo que significa que es menos probable que tengan problemas de equilibrio incluso si falla la retroalimentación somatosensorial. Por otro lado, los humanos y los gatos no pueden mantener el equilibrio o incluso moverse si han perdido la información sensorial sobre el movimiento de las extremidades. Esto indica que las especies más grandes, como los gatos y los humanos, pueden tener una organización diferente de la red neuronal espinal que controla la locomoción en comparación con los roedores.

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Georgia Tech se ha asociado con investigadores de la Universidad de Sherbrooke en Canadá y la Universidad de Drexel en Filadelfia para comprender mejor cómo las señales de las neuronas sensoriales coordinan los movimientos de las cuatro patas. El laboratorio de Sherbrooke entrenó a gatos para que caminaran en una cinta rodante a un ritmo consistente con el paso de un humano y luego usó electrodos para estimular sus nervios sensoriales.

Los investigadores se centraron en el nervio sensorial, que transmite el sentido del tacto desde la parte superior del pie hasta la médula espinal. Al estimular eléctricamente este nervio, los investigadores simularon golpear un obstáculo y vieron cómo los gatos tropezaban y corregían su movimiento en respuesta. La estimulación se aplicó en cuatro períodos del ciclo de la marcha: transición de la posición media, transición de la postura al balanceo, mitad del balanceo y transición del balanceo a la posición de pie. A partir de esto, aprendieron que el período medio de balanceo y la transición de pararse a balancearse eran los períodos más significativos porque la estimulación aumentaba la actividad de los músculos que flexionan las articulaciones de la rodilla y la cadera, la flexión de las articulaciones y la altura de los dedos de los pies, la longitud de la zancada y la zancada. duración. fiesta motivadora.

«Para mantener el equilibrio, el animal debe coordinar el movimiento de las otras tres extremidades, de lo contrario se caerá», dijo Prilutsky. «Descubrimos que estimular este nervio durante la fase de balanceo aumenta la duración de la fase de pie de las otras extremidades y mejora la estabilidad».

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De hecho, cuando el gato tropieza durante la fase de balanceo, la sensación desencadena reflejos en la columna que aseguran que las otras tres extremidades permanezcan en el suelo y mantengan al gato erguido y equilibrado, mientras que la extremidad oscilante supera el obstáculo.

gatos de la computadora

A través de estos experimentos de laboratorio canadienses, los investigadores de Georgia Tech y la Universidad de Drexel están utilizando las observaciones para desarrollar un modelo computacional de los sistemas de control musculoesquelético del gato. Los datos recopilados se utilizan para calcular señales somatosensoriales relacionadas con la longitud, la velocidad y la fuerza que producen los músculos, así como la presión sobre la piel en todas las extremidades. Esta información forma sensaciones de movimiento en la médula espinal del animal y contribuye a la coordinación entre las extremidades a través de redes neuronales en la columna.

«Para ayudar a tratar cualquier enfermedad, necesitamos entender cómo funciona el sistema adecuado», dijo Prilutsky. «Esta fue una de las razones para realizar este estudio, para que podamos entender cómo las redes espinales coordinan los movimientos de las extremidades y desarrollar un modelo computacional realista para controlar el movimiento de la columna vertebral. Esto nos ayudará a comprender mejor cómo la médula espinal controla el movimiento. «

Fuente:

Referencia de la revista:

Merlette, AN, et al. (2022) Las alteraciones sensoriales de los efectos cutáneos de las extremidades posteriores generan respuestas funcionales coordinadas en las cuatro extremidades durante la locomoción en gatos sanos. eNeuro. doi.org/10.1523/ENEURO.0178-22.2022.