WALKING OF A DECEREBRATE CAT AT SIMULTANEOUSLY DIFFERENT SPEEDS ON A SPLIT TREDBAN

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The decisive role of sensory input in the initiation and modulation of locomotion has been shown repeatedly. One way to explore this input is the “split” treadmill paradigm. In the present study, a comparative analysis of the walking of a decerebrate cat on a split treadmill was carried out, the belts of which moved not only at different speeds (differed by 3 times), but also in different directions (forward and backward). The reciprocal work of two limbs, as well as the flexor and extensor muscles of each limb, is shown in such a locomotor mode. Two main walking strategies were identified: in response to one step of the limb walking along the slow treadmill belt, the limb walking along the fast belt made either one (1 : 1 mode) or two steps (1 : 2); strategies could interchange. The results of the study suggest the preservation of the integration of the locomotor networks of the two limbs with a significant mismatch of their sensory inputs.

About the authors

V. A. Lyakhovetskii

Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Physiology of Movements lab.

Email: mer-natalia@yandex.ru
Russia, St. Petersburg

P. Y. Shkorbatova

Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Neuromorphology lab.; Institute of Translational Biomedicine, Saint-Petersburg State University, Neuroprostheses lab.

Email: mer-natalia@yandex.ru
Russia, St. Petersburg; Russia, St. Petersburg

O. V. Gorskii

Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences,
Neuromodulation of Motor and Visceral Functions lab.; Institute of Translational Biomedicine, Saint-Petersburg State University, Neuroprostheses lab.

Email: mer-natalia@yandex.ru
Russia, St. Petersburg; Russia, St. Petersburg

P. E. Musienko

Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences,
Neuromodulation of Motor and Visceral Functions lab.; Institute of Translational Biomedicine, Saint-Petersburg State University, Neuroprostheses lab.

Email: mer-natalia@yandex.ru
Russia, St. Petersburg; Russia, St. Petersburg

N.S. Merkulyeva

Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Neuromorphology lab.

Author for correspondence.
Email: mer-natalia@yandex.ru
Russia, St. Petersburg

References

  1. Вещицкий А.А., Ляховецкий В.А., Горский О.В., Мусиенко П.Е., Меркульева Н.С. Что может рассказать двунаправленная ходьба о центральных генераторах паттерна? Журнал высш нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2022. 72 (2): 248–262.
  2. Кулагин А.С., Шик М.Л. Взаимодействие симметричных конечностей при управляемой локомоции. Биофизика. 1970. 15 (1): 164–170.
  3. Akay T., McVea D.A., Tachibana A., Pearson K.G. Coordination of fore and hind leg stepping in cats on a transversely-split treadmill. Exp Brain Res. 2006. 75 (2): 211–222.
  4. Buford J.A., Zernicke R.F., Smith J.L. Adaptive control for backward quadrupedal walking. I. Posture and hindlimb kinematics. J. Neurophysiol. 1990. 64 (3): 745–755.
  5. Choi J.T., Bastian A.J. Adaptation reveals independent control networks for human walking. Nat. Neurosci. 2007. 10 (8): 1055–1062.
  6. Forssberg H., Grillner S., Halbertsma J., Rossignol S. The locomotion of the low spinal cat. II. Interlimb coordination. Acta Physiol. Scand. 1980. 108 (3): 283–295.
  7. Frigon A. The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion. J. Neurophysiol. 2017. 117 (6): 2224–2241.
  8. Frigon A., Desrochers E., Thibaudier Y., Hurteau M.F., Dambreville C. Left-right coordination from simple to extreme conditions during split-belt locomotion in the chronic spinal adult cat. J. Physiol. 2017. 595 (1): 341–361.
  9. Gerasimenko Y., Musienko P., Bogacheva I., Moshonkina T., Savochin A., Lavrov I., Roy R.R., Edger-ton V.R. Propriospinal bypass of the serotonergic system that can facilitate stepping. J. Neurosci. 2009. 29 (17): 5681–5689.
  10. Halbertsma J. The stride cycle of the cat: the modelling of locomotion by computerized analysis of automatic recordings. Acta Physiol. Scand. Suppl. 1983. 521, 1–76.
  11. Kim S.A., Heinze K.G., Schwille P. Fluorescence correlation spectroscopy in living cells. Nat. Methods. 2007. 4 (11): 963–973.
  12. Kuczynski V., Telonio A., Thibaudier Y., Hurteau M.F., Dambreville C., Desrochers E., Doelman A., Ross D., Frigon A. Lack of adaptation during prolonged split-belt locomotion in the intact and spinal cat. J. Physiol. 2017. 595 (17): 5987–6006.
  13. Lyakhovetskii V., Merkulyeva N., Gorskii O., Musienko P. Simultaneous bidirectional hindlimb locomotion in decerebrate cats. Sci. Rep. 2021. 11 (1): 3252.
  14. Maxwell D.J., Soteropoulos D.S. The mammalian spinal commissural system: properties and functions. J. Neurophysiol. 2020. 123 (1): 4–21.
  15. Merkulyeva N., Veshchitskii A., Gorsky O., Pavlova N., Zelenin P.V., Gerasimenko Y., Deliagina T.G., Musienko P. Distribution of spinal neuronal networks controlling forward and backward locomotion. J. Neurosci. 2018. 38 (20): 4695–4707.
  16. Musienko P., Courtine G., Tibbs J.E., Kilimnik V., Savochin A., Garfinkel A., Roy R.R., Edgerton V.R., Gerasimenko Y. Somatosensory control of balance during locomotion in decerebrated cat. J. Neurophysiol. 2012. 107 (8): 2072–2082.
  17. Pearson K.G., Duysens J. Function of segmental reflexes in the control of stepping in cockroaches and cats. Neural control of locomotion. Advances in behavioral biology. Eds. Herman R.M., Grillner S., Stein P.S.G., Stuart D.G. Springer US, 1976. 519–537 pp.
  18. Reisman D.S., Block H.J., Bastian A.J. Interlimb coordination during locomotion: What can be adapted and stored? J. Neurophysiol. 2005. 94 (4): 2403–2415.
  19. Rossignol S., Dubuc R., Gossard J.-P. Dynamic sensorimotor interactions in locomotion. Physiol. Rev. 2006. 86 (1): 89–154.
  20. Shkorbatova P.Y., Lyakhovetskii V.A., Merkulyeva N.S., Veshchitskii A.A., Bazhenova E.Y., Laurens J., Pavlova N.V., Musienko P.E. Prediction algorithm of the cat spinal segments lengths and positions in relation to the vertebrae. Anat. Rec. 2019. 302 (9): 1628–1637.
  21. Shapkova E.Y. Spinal locomotor capability revealed by electrical stimulation of the lumbar enlargement in paraplegic patients. In: Latash M, Levin M, editors. Progress in Motor Control. Human Kinetics Publishers; 2004. 253–289.
  22. Thelen E., Ulrich B.D., Niles D. Bilateral coordination in human infants: stepping on a split-belt treadmill. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 1987. 13 (3): 405–410.
  23. Yanagihara D., Udo M., Kondo I., Yoshida T. A new learning paradigm: adaptive changes in interlimb coordination during perturbed locomotion in decerebrate cats. Neurosci Res. 1993. 18 (3): 241–244.
  24. Yang J.F., Lamont E.V., Pang M.Y. Split-belt treadmill stepping in infants suggests autonomous pattern generators for the left and right leg in humans. J. Neurosci. 2005. 25 (29): 6869–6876.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (663KB)
3.

Download (150KB)
4.

Download (102KB)
5.

Download (145KB)
6.

Download (283KB)

Copyright (c) 2023 В.А. Ляховецкий, П.Ю. Шкорбатова, О.В. Горский, П.Е. Мусиенко, Н.С. Меркульева

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».