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

V. A. Lyakhovetskii; Ляховецкий В. А.; P. Y. Shkorbatova; Шкорбатова П. Ю.; O. V. Gorskii; Горский О. В.; P. E. Musienko; Мусиенко П. Е.; N.S. Merkulyeva; Меркульева Н. С.

doi:10.31857/S0044467723010100

Ходьба децеребрированной кошки при одновременно различных скоростях на расщепленном тредбане

Авторы: Ляховецкий В.А.¹, Шкорбатова П.Ю.²^,3, Горский О.В.⁴^,3, Мусиенко П.Е.⁴^,3, Меркульева Н.С.²
Учреждения:
1. Институт физиологии им И.П. Павлова РАН, лаб. физиологии движения
2. Институт физиологии им И.П. Павлова РАН, лаб. нейроморфологии
3. Институт трансляционной биомедицины СПбГУ, лаб. нейропротезов
4. Институт физиологии им И.П. Павлова РАН, лаб. нейромодуляции двигательных и висцеральных функций
Выпуск: Том 73, № 1 (2023)
Страницы: 76-87
Раздел: ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ: ВОСПРИЯТИЕ ВНЕШНИХ СТИМУЛОВ, ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ, ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
URL: https://ogarev-online.ru/0044-4677/article/view/136079
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044467723010100
EDN: https://elibrary.ru/GJNJQX
ID: 136079

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Определяющая роль сенсорного входа в инициации и модуляции локомоции показана неоднократно. Одним из способов изучения этого входа является парадигма “расщепленного” тредбана. В настоящем исследовании проведен сравнительный анализ ходьбы децеребрированной кошки по расщепленному тредбану, ленты которого двигались не только с разными скоростями (различались в 3 раза), но и в разных направлениях (вперед и назад). Показана реципрокная работа двух конечностей, а также мышц-сгибателей и разгибателей каждой конечности при таком локомоторном режиме. Выявлены две основные стратегии ходьбы: в ответ на один шаг конечности, идущей по медленной ленте тредбана, конечность, идущая по быстрой ленте, делала или один (стратегия 1 : 1), или два шага (стратегия 1 : 2); стратегии могли чередоваться. Результаты исследования позволяют предположить сохранение интеграции локомоторных сетей двух конечностей при значительном рассогласовании их сенсорных входов.

Ключевые слова

двунаправленная ходьба, центральный генератор паттерна, расщепленный тредбан, спинной мозг, децеребрация

Список литературы

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.
Кулагин А.С., Шик М.Л. Взаимодействие симметричных конечностей при управляемой локомоции. Биофизика. 1970. 15 (1): 164–170.
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.
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.
Choi J.T., Bastian A.J. Adaptation reveals independent control networks for human walking. Nat. Neurosci. 2007. 10 (8): 1055–1062.
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.
Frigon A. The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion. J. Neurophysiol. 2017. 117 (6): 2224–2241.
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.
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.
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.
Kim S.A., Heinze K.G., Schwille P. Fluorescence correlation spectroscopy in living cells. Nat. Methods. 2007. 4 (11): 963–973.
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.
Lyakhovetskii V., Merkulyeva N., Gorskii O., Musienko P. Simultaneous bidirectional hindlimb locomotion in decerebrate cats. Sci. Rep. 2021. 11 (1): 3252.
Maxwell D.J., Soteropoulos D.S. The mammalian spinal commissural system: properties and functions. J. Neurophysiol. 2020. 123 (1): 4–21.
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.
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.
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.
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.
Rossignol S., Dubuc R., Gossard J.-P. Dynamic sensorimotor interactions in locomotion. Physiol. Rev. 2006. 86 (1): 89–154.
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.
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.
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.
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.
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.