补偿区域的自我组织招募最大限度地提高了中风后的残余运动性能

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 发动机控制器的控制器
• 计算生物学 计算生物学

背景情况:

• 脑卒中引起的运动皮层损伤导致可预测的补偿性大脑区域的招募,以恢复手臂和手的运动.
• 驱动这种神经重组的基本机制在很大程度上是未知的.

研究的目的:

• 研究一项假设,即中风后补偿区域的招募结果来自运动系统的目标,即在解剖学约束下优化性能.
• 阐明平静调节和强化学习在运动恢复中的作用.

主要方法:

• 开发一种神经肌肉骨模型,控制一个平面手臂,并具有详细的皮质网络,模拟完整和受损的大脑.
• 实施强化学习用于皮质区域的突触更新和脊髓运动神经元活动的恒常调节.
• 模型与来自非损伤和损伤状态的神经,肌肉和行为数据的验证.

主要成果:

• 该模型准确地复制了完整和受损的大脑的结果,显示了运动皮质,前运动皮质和缩皮质的系统招募,随着病变大小的增加.
• 前运动皮质作为精细运动控制的储备,而缩皮质则有助于防止,以牺牲关节控制为代价.
• 脊柱运动神经元的可塑性在显著的皮质损伤后促进了力量产生,并且随着时间的推移,由于尽量减少了努力,补偿性皮质活动减少了.

结论:

• 脑中风后脑中补偿区域的有序招募是由生物学上可信的局部塑性过程驱动的.
• 这些过程通过最大化信息传输和最大限度地减少运动错误和努力来优化运动系统的性能,无论病变的大小如何.