Lo studio della locomozione dei felini può essere usata per un migliore trattamento delle lesioni del midollo spinale umano.

 

 

I ricercatori del Georgia Institute of Technology stanno studiando la locomozione del gatto per capire meglio come funziona il midollo spinale per aiutare gli esseri umani con danni parziali al midollo a camminare e mantenere l’equilibrio.

Utilizzando un mix di studi sperimentali e modelli computazionali, i ricercatori dimostrano che il feedback somatosensoriale, o segnali neurali provenienti da sensori specializzati in tutto il corpo di un gatto, aiutano a informare il midollo spinale sul movimento in corso e coordinano i quattro arti per impedire ai gatti di cadere quando incontrano ostacoli.

La ricerca suggerisce che con quei segnali sensoriali legati al movimento l’animale può camminare anche se la connessione tra il midollo spinale e il cervello è parzialmente interrotta.

Comprendere i meccanismi di questo tipo di controllo dell’equilibrio è particolarmente rilevante per le persone anziane che spesso hanno problemi di equilibrio e possono ferirsi nelle cadute.

I ricercatori sperano che questo possa portare una nuova comprensione al ruolo del feedback somatosensoriale nel controllo dell’equilibrio.

Potrebbe anche portare a progressi nel trattamento delle lesioni del midollo spinale perché la ricerca suggerisce che l’attivazione dei neuroni somatosensoriali può migliorare la funzione delle reti neurali spinali sotto il sito del danno del midollo spinale.

“Siamo stati interessati ai meccanismi che rendono possibile riattivare le reti danneggiate nel midollo spinale”, ha detto il professor Boris Prilutsky della School of Biological Sciences. “Sappiamo da studi precedenti che il feedback somatosensoriale delle gambe in movimento aiuta ad attivare le reti spinali che controllano la locomozione, consentendo un movimento stabile”.

I ricercatori hanno presentato i loro risultati sulla rivista eNeuro.

Sebbene i modelli murini geneticamente modificati siano recentemente diventati dominanti nel controllo neurale della ricerca sulla locomozione, il modello di gatto offre un importante vantaggio.

Quando si muovono, i topi rimangono accovacciati, il che significa che hanno meno probabilità di avere problemi di equilibrio anche se il feedback somatosensoriale fallisce.

Gli esseri umani e i gatti non possono mantenere l’equilibrio o addirittura muoversi se perdono informazioni sensoriali sul movimento degli arti.

Ciò suggerisce che le specie più grandi, come i gatti e gli esseri umani, potrebbero avere una diversa organizzazione della rete neurale spinale che controlla la locomozione rispetto ai roditori.

Georgia Tech ha collaborato con ricercatori dell’Università di Sherbrooke in Canada e della Drexel University di Philadelphia per capire meglio come i segnali provenienti dai neuroni sensoriali coordinano i movimenti delle quattro gambe.

Il laboratorio di Sherbrooke ha addestrato i gatti a camminare su un tapis roulant a un ritmo coerente con l’andatura umana e poi ha usato elettrodi per stimolare il loro nervo sensoriale.

I ricercatori si sono concentrati sul nervo sensoriale che trasmette la sensazione tattile dalla parte superiore del piede al midollo spinale. Stimolando elettricamente questo nervo, i ricercatori hanno imitato il colpire un ostacolo e hanno visto come i gatti inciampavano e correggevano il loro movimento in risposta. Le stimolazioni sono state applicate in quattro periodi del ciclo di camminata.

“Per mantenere l’equilibrio, l’animale deve coordinare il movimento degli altri tre arti, altrimenti cadrebbe”, ha detto Prilutsky. “Abbiamo scoperto che la stimolazione di questo nervo durante la fase di oscillazione aumenta la durata della fase di posizione degli altri arti e migliora la stabilità”.

In effetti, quando il gatto inciampa durante la fase di oscillazione, la sensazione innesca riflessi spinali che assicurano che gli altri tre arti rimangano a terra e mantengano il gatto in posizione eretta ed equilibrata, mentre l’arto oscillante scavalca l’ostacolo.

Con questi esperimenti di laboratorio, i ricercatori della Georgia Tech e della Drexel University stanno usando le osservazioni per sviluppare un modello computazionale dei sistemi di controllo neurale muscoloscheletrico e spinale del gatto.

I dati raccolti vengono utilizzati per calcolare i segnali somatosensoriali relativi alla lunghezza, alla velocità e alla forza prodotta dei muscoli, nonché alla pressione sulla pelle in tutti gli arti.

Queste informazioni formano sensazioni di movimento nel midollo spinale dell’animale e contribuiscono alla coordinazione interlimb da parte delle reti neuronali spinali.

“Per aiutare a trattare qualsiasi malattia, dobbiamo capire come funziona il sistema intatto”, ha detto Prilutsky. “Questo è stato uno dei motivi per cui è stato eseguito questo studio, in modo da poter capire come le reti spinali coordinano i movimenti degli arti e sviluppare un modello computazionale realistico del controllo spinale della locomozione. Questo ci aiuterà a sapere meglio come il midollo spinale controlla la locomozione”.



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