Валидация модели двигательной функции у детей с церебральным параличом.
Разработка модели двигательной функции у детей с детским церебральным параличом (ДЦП) не документирована. Цели этого исследования состояли в том, чтобы изучить модель модели двигательной функции у детей с ДЦП и применить модель для построения кривых общей двигательной функции для каждого из 5 уровней Системы классификации общей двигательной функции (GMFCS). Участвовала стратифицированная выборка из 586 детей с ДЦП в возрасте от 1 до 12 лет, проживающих в Онтарио, Канада и известных реабилитационным центрам. Субъекты были классифицированы с использованием GMFCS, а модель двигательной функции была измерена с помощью измерения общей двигательной функции (GMFM). Были исследованы четыре модели для построения кривых, описывающих нелинейную связь между возрастом и моделью двигательной функции. Модель, в которой как предельный параметр (максимальный балл GMFM), так и параметр скорости (скорость, с которой достигается максимальный балл GMFM) варьируются для каждого уровня GMFCS, объясняет 83% вариации баллов GMFM.
Болезнь Гентингтона (БХ) вызывается аномальной экспансией повторов CAG в гене, кодирующем хантингтин. Разработка методов лечения БХ требует доклинических испытаний препаратов на животных моделях, которые воспроизводят дисфункцию и регионально-специфическую патологию, наблюдаемую при БХ. Мы разработали новую нокаут-модель мотора HD с химерным экзоном 1 мыши/человека, содержащим 140 повторов CAG, встроенных в ген хантингтина мыши. У этих мышей наблюдалась повышенная двигательная активность и вставание на дыбы в возрасте 1 месяца, за которыми следовала гипоактивность в возрасте 4 месяцев и аномалии походки в возрасте 1 года. Поведенческие симптомы предшествовали нейропатологическим аномалиям, которые стали интенсивными и широко распространенными только в 4-месячном возрасте. Они заключались в окрашивании ядер на хантингтин и гентингтин-содержащие агрегаты ядер и нейропилей, которые впервые появились в стриатуме, прилежащем ядре и обонятельном бугорке. Интересно, что все регионы с ранней патологией получают плотные дофаминергические входы, что подтверждает накопление доказательств роли дофамина в патологии БХ.
Приведены данные о формантной частоте шведских гласных, произносимых как с фиксированной, так и с неограниченной нижней челюстью. Измерения проводились при первом импульсе голосовой щели, чтобы ограничить интерпретацию результатов неслуховыми механизмами обратной связи. Результаты показали, что, несмотря на физиологически неестественные раскрытия челюстей, испытуемые были способны воспроизводить паттерны F в диапазоне вариаций нормальных гласных. Результаты объясняются гипотезой о том, что «мгновенное» обучение крайне незнакомым задачам, таким как компенсаторная артикуляция гласных с фиксированной нижней челюстью, возможно, потому что нормальное речемоторное программирование действительно является «компенсационным», а не связано либо с тем, что говорящие опираются на прошлый подобный опыт, либо привлечение специальной модели двигательных механизмов, отличных от механизмов естественной речи. То есть он работает в контекстно-зависимом режиме для достижения целей, ориентированных на слушателя. Поскольку «контексты» представляют собой практически бесконечный класс событий, программирование должно быть «творческим» или способным обрабатывать условия, с которыми никогда прежде не приходилось сталкиваться.
В настоящем исследовании предлагается воспроизводимая модель экспериментальной дегенерации двигательных нейронов крысы. Отрыв вентральных корешков во взрослом поясничном отделе пересекает модель моторных аксонов на выходе корня и приводит к ретроградной гибели 80% модели моторных нейронов через 2 недели; этот результат следует за серией ретроградных изменений, включая хроматолиз, потерю фенотипа медиатора и накопление фосфорилированных нейрофиламентов в перикарионах. Глиальные клетки, рекрутированные в месте ретроградного повреждения, экспрессируют как специфичные для микроглии эпитопы (на примере иммунореактивности OX-42), так и маркеры, специфичные для макрофагов (например, иммунореактивность ED-1). Макрофаг-специфические маркеры становятся особенно интенсивными через 7 дней после таксотомии и служат дополнительным свидетельством активного фагоцитоза поврежденных нейронов. Отрыв вентрального корешка является очень полезной моделью для оценки механизмов гибели двигательных нейронов и проверки способности трофических факторов и других агентов сохранять фенотип и способствовать выживанию.
Вескими данными установлено, что мозжечок играет важную роль в генерации движений. Важным аспектом двигательной активности является ее синхронизация с внешними стимулами или другими компонентами движения. Предыдущие исследования показывают, что мозжечок играет роль в определении времени движений. Здесь мы описываем модель нейронной сети, основанную на синаптической организации мозжечка, которая может генерировать синхронизированные ответы в диапазоне от десятков миллисекунд до секунд. В отличие от предыдущих моделей, временное кодирование возникает из динамики мозжечковой схемы и не зависит ни от задержки проведения, ни от массивов элементов с разными постоянными времени, ни от популяций элементов, колеблющихся на разных частотах. Вместо этого время извлекается из мгновенного вектора клеточной популяции гранул. Подмножество активных гранулярных клеток меняется во времени из-за отрицательной обратной связи гранула-Гольджи-гранулярная клетка.
Спинальная мышечная атрофия (СМА) вызывается гомозиготной мутацией или делецией гена SMN1, кодирующего белок выживаемости двигательных нейронов (SMN), что приводит к избирательной потере альфа-мотонейронов. Люди обычно имеют одну или несколько копий гена SMN2, кодирующая область которого почти идентична SMN1, за исключением того, что точечная мутация вызывает сплайсинг из экзона 7 и продукцию в значительной степени нефункционального белка SMNDelta7. Разработка лекарств, которые смягчают аберрантный сплайсинг SMN2, является привлекательным терапевтическим подходом к СМА. Недавно был разработан стерический блокирующий антисмысловой олигонуклеотид (АО), который блокирует интронный элемент-супрессор сплайсинга и усиливает включение экзона 2 SMN7 в фибробласты пациентов со СМА. Здесь мы показываем, что периодическая интрацеребровентрикулярная (ICV) доставка этого АО приводила к увеличению экспрессии SMN в головном и спинном мозге до 50% от уровня здоровых однопометников. ПЦР в реальном времени транскриптов SMN2 подтвердила АО-опосредованное увеличение полноразмерных SMN.
Была построена линейная модель синхронизации и исправления ошибок, целью которой является объяснение механизмов, лежащих в основе выполнения субъекта в экспериментальной парадигме, в которой задача состоит в том, чтобы синхронизировать последовательность двигательных актов с последовательностью стимулов. Модель состоит из двух механизмов исправления ошибок: (1) коррекции периода (инвертированной частоты) последовательности ответов; (2) коррекции фазового сдвига этой последовательности (ошибки синхронизации). В этой статье анализируется влияние физиологически оправданных переменных модели и начальных условий на установившуюся последовательность реакций, а также стабильность работы модели. Модель устойчива для коэффициентов исправления ошибок в диапазоне от 0 до 2. Сравнение с известными эмпирическими данными подтверждает предположение, что разумные значения меньше 1. Кроме того, вводится альтернатива базовой линейной модели, в которой возможный характер обсуждается процесс субъективного приобретения ошибки синхронизации.
Предлагается временная модель с обратной связью, которая объясняет несколько явлений, наблюдаемых в задачах, требующих выполнения последовательности моторных актов синхронно с последовательностью стимулов. В отличие от предыдущих моделей различают переменные, доступные центральной нервной системе субъекта (внутренние переменные) и внешне измеряемые переменные, а также включают несколько физиологически оправданных внутренних переменных. Модель предполагает наличие (а) внутреннего счетчика времени, создающего эталонный интервал, который используется в блоке управления двигателем для определения времени следующей двигательной команды; б) внутреннюю (субъективную) синхронность, которая опирается на некоторую апостериорную (обратную связь) информацию об уже выполненном начале двигательного акта. Предполагается двусторонний механизм коррекции ошибок: (1) коррекция периода (инвертированной частоты) — референтный интервал (период) устанавливается в начале задания в соответствии с межстимульным интервалом начала (с), а затем корректируется на различные .
Топливные оптимизаторы — это модели принятия решений (программные продукты), которые все чаще признаются американскими грузовыми перевозчиками в качестве эффективных инструментов управления расходом топлива. Используя последние данные о ценах на каждой остановке для грузовиков, эти модели рассчитывают оптимальный график заправки для каждого маршрута, который указывает: (i) какие остановки для грузовиков использовать и (ii) сколько топлива покупать на выбранной остановке для грузовиков ( s) минимизировать затраты на дозаправку. Однако в текущей форме эти модели минимизируют только стоимость топлива и игнорируют или недооценивают другие затраты, на которые влияют переменные решения моделей. На основе интервью с менеджерами перевозчиков, водителями грузовиков и поставщиками оптимизаторов топлива в этой статье предлагается комплексная модель оптимизации топлива для автотранспортных средств, которая учитывает все затраты, на которые влияют переменные решения модели. Результаты моделирования показывают, что предложенная модель не только обеспечивает более низкие эксплуатационные расходы транспортных средств, чем коммерческие оптимизаторы топлива, но также дает решения, более желательные с точки зрения водителей.
Интраспинальная трансплантация нервных стволовых клеток человека представляет собой многообещающий подход к восстановлению функции после травмы позвоночника. Такое лечение может служить для: I) обеспечения трофической поддержки для улучшения выживаемости нейронов-хозяев; II) улучшить структурную целостность паренхимы позвоночника за счет уменьшения сирингомиелии и рубцевания в травмоопасных областях; и III) обеспечивают популяции нейронов для потенциального формирования реле с аксонами хозяина, сегментарными интернейронами и/или α-мотонейронами. Здесь мы охарактеризовали влияние интраспинальной трансплантации нервных стволовых клеток, полученных из спинного мозга плода человека клинической степени (HSSC), на восстановление неврологической функции в крысиной модели острой поясничной (L3) компрессионной травмы. Трехмесячные самки крыс Sprague-Dawley получили компрессионную травму позвоночника L3. Через три дня после травмы животных рандомизировали и получали интраспинальные инъекции либо HSSC, либо только среды, либо никаких инъекций. Все животные подвергались иммуносупрессии такролимусом, микофенолата мофетилом и метилпреднизолона ацетатом со дня трансплантации клеток и выживали в течение восьми недель.
Ранее мы показали, что введение кверцетина после травмы спинного мозга на модели крыс вызывало значительное восстановление двигательной функции. В той же модели компрессионного повреждения спинного мозга мы теперь соотнесли продолжительность лечения со степенью восстановления двигательной функции. МЕТОДЫ. Семьдесят четыре крысы-самца Wistar были разделены на восемь экспериментальных групп. Среднегрудное повреждение спинного мозга было получено у животных семи групп. Кверцетин вводили внутрибрюшинно в индивидуальных дозах 25 мкмоль кг(-1). Начало лечения – через 1 ч после травмы. Продолжительность лечения варьировала от одной инъекции до 10 дней с частотой инъекций от двух до трех раз в день. Были получены оценки BBB (Basso, Beattie и Bresnahan) и проанализирована сохранность тканей в месте повреждения. РЕЗУЛЬТАТЫ: ни у одного из нелеченых контрольных животных не восстановилась двигательная функция, достаточная для ходьбы. Когда кверцетин вводили два раза в день в течение 3 или 10 дней, около 50% животных восстановили достаточную двигательную функцию, чтобы ходить.
Стационарный анализ выполнен на кинетической модели переключающего комплекса жгутикового мотора Halobacterium salinarum (Nutsch et al. [16]). Установлено существование и уникальность положительного стационарного состояния системы и показано, почему стационарное состояние сосредоточено вокруг компетентной фазы, состояния мотора, в котором он способен реагировать на световые раздражители. Также показано, почему стационарное состояние смещается в рефрактерную фазу при увеличении стационарного значения регулятора ответа CheYP. Эта работа является одним из аспектов моделирования в системной биологии, в котором устанавливаются математические свойства модели.
Полный спектр причинных факторов бокового амиотрофического склероза (БАС) остается неясным, но окислительный стресс признается в качестве способствующего фактора. Мутации в Cu/Zn супероксиддисмутазе 1 (SOD-1), связанные с семейным БАС, способствуют широко распространенному окислительному повреждению. Мыши, экспрессирующие мутантный G93A, мыши SOD-1 человека демонстрируют множественные патологические изменения, характерные для БАС, и поэтому могут быть использованы для разработки терапевтических средств. Пищевые добавки с S-аденозилметионином (SAM) обеспечили множественные нейропротекторные эффекты в мышиных моделях возрастной когнитивной патологии. Мы изучили здесь, может ли добавление SAM влиять на течение патологии двигательных нейронов у мышей, экспрессирующих мутантный SOD-SAM человека, отсроченное начало заболевания на 2–3 недели. SAM также задерживает признаки нейродегенерации у этих мышей и при БАС, включая предотвращение потери двигательных нейронов и уменьшение глиоза, агрегации SOD-1, белка.
Электромиографический анализ предсимптомной потери двигательных единиц у трансгенных мышей SOD1 в модели бокового амиотрофического склероза (БАС) дал противоречивые результаты в отношении начала и времени течения. Мы регистрировали изометрические силы мышц задних конечностей и двигательных единиц, чтобы определить количество и размер двигательных единиц на протяжении всей жизни мышей. Количество двигательных единиц в быстро сокращающихся передней большеберцовой мышце, длинном разгибателе пальцев и медиальной икроножной мышце снижалось с 40-дневного возраста, за 50 дней до появления явных симптомов и потери мотонейронов. Количество двигательных единиц уменьшилось после явных симптомов в медленно сокращающейся камбаловидной мышце. Мышечные силы снижались параллельно с количеством двигательных единиц, что указывает на небольшую функциональную компенсацию или ее отсутствие за счет прорастания. Раннее мышечно-специфическое снижение было связано с селективной преимущественной уязвимостью крупных быстрых двигательных единиц, иннервируемых крупными мотонейронами. Таким образом, крупные мотонейроны являются наиболее уязвимыми при БАС, поскольку их отмирание происходит до появления явных симптомов. Мы пришли к выводу, что размер мотонейронов, их аксонов и размер их двигательных единиц важны.
Недержание мочи является изнурительным состоянием, которым страдают преимущественно пожилые люди. Один из основных механизмов возникает в результате хронической денервации поперечнополосатого сфинктера уретры с сопутствующим фиброзом. Авторы исследовали судьбу мышечных клеток-предшественников (MPC), введенных в модель повреждения поперечно-полосатого сфинктера уретры, которое воспроизводит гистопатологические изменения недостаточности сфинктера. Исчерченный уретральный сфинктер старых крыс-самцов повреждали электрокоагуляцией. МПК выделяли из эксплантатов миофибрилл конечностей, инфицированных аденовирусом, несущим трансген, кодирующий бета-галактозидазу, и вводили в сфинктер того же животного через 37 дней после травмы. Животных забивали через 5 и 30 дней после инъекции для оценки функции сфинктера и образования двигательных единиц. Электрокоагуляция привела к необратимой деструкции как сфинктерных мышечных волокон, так и нервных окончаний с функциональной неспособностью поврежденного сфинктера выдерживать повышение давления в мочевом пузыре; атрофия и фиброз развились через 1 месяц.
Спинальная мышечная атрофия (СМА) с заболеванием двигательных нейронов у детей возникает в результате сниженной экспрессии гена выживаемости двигательных нейронов (SMN). Предыдущие исследования с использованием модельных систем in vitro и низших организмов показали, что низкие уровни белка Smn нарушают пренатальные процессы развития в низших двигательных нейронах, влияя на рост нейронов, ветвление аксонов и нервно-мышечную связность. Степень, в которой эти пути развития способствуют избирательной уязвимости и патологии нервно-мышечной системы млекопитающих in vivo, остается неясной. Здесь мы исследовали досимптомное развитие нервно-мышечной связи в дифференциально уязвимых популяциях двигательных нейронов у мышей Smn(-/-);SMN2, модели тяжелой СМА. Мы показываем, что сниженные уровни Smn не оказывают заметного влияния на морфологические корреляты предсимптомного развития как в уязвимых, так и в стабильных двигательных единицах, что указывает на то, что аномальные предсимптомные процессы развития вряд ли будут предпосылкой для последующих патологических изменений.
Основная гипотеза этого исследования заключалась в том, что двигательный паттерн кашля создается, по крайней мере частично, сетью медуллярных дыхательных нейронов в ответ на входы от «кашлевых» и релейных нейронов рецепторов растяжения легких в ядре одиночного тракта. Компьютерное моделирование модели распределенной сети с предполагаемыми связями от ядра одиночного тракта к вентролатеральным мозговым дыхательным нейронам давало кашлеподобные двигательные паттерны вдоха и выдоха. Предсказанные ответы различных «типов» нейронов (I-DRIVER, I-AUG, I-DEC, E-AUG и E-DEC), полученные в результате моделирования, были протестированы in vivo. Параллельные и последовательные ответы функционально охарактеризованных респираторно-модулированных нейронов отслеживали во время фиктивного кашля у децеребрированных, парализованных кошек на искусственной вентиляции легких. Кашлеподобные паттерны диафрагмального и поясничного нервов вызывались механической стимуляцией внутригрудной трахеи. Во время фиктивного кашля в большинстве типов дыхательных нейронов были измерены измененные паттерны разряда.
Аутосомно-рецессивная мутация mnd2 приводит к раннему развитию болезни моторных нейронов с быстро прогрессирующим параличом, тяжелой мышечной атрофией, регрессом тимуса и селезенки и смертью в возрасте до 40 дней. mnd2 был картирован на мышиной хромосоме 6 с порядком генов: центромера-Tcrb-Ly-2-Sftp-3-D6Mit4-mnd2-D6Mit6, D6Mit9-D6Rck132-Raf-1, D6Mit11-D6Mit12-D6Mit14. mnd2 расположен в консервативной группе сцепления с гомологами на хромосоме человека 2p12-p13. Спинальные мотонейроны гомозиготных пораженных животных набухшие и слабо окрашиваются, а при электромиографии выявляется спонтанная активность, характерная для денервации мышц. Окрашивание миелина было нормальным на протяжении всей нервной оси. Клинические наблюдения согласуются с первичным нарушением функции нижних двигательных нейронов. Эта новая животная модель будет полезна для выявления генетического дефекта, ответственного за заболевание двигательных нейронов, и для оценки новых методов лечения.
Болезнь Паркинсона (БП) является распространенным нейродегенеративным заболеванием, которое проявляется двигательными дисфункциями, такими как тремор, акинезия и ригидность. В настоящем исследовании мы исследовали, можно ли использовать плавательный тест в качестве одного из методов поведенческого мониторинга для изучения двигательной недостаточности при паркинсонизме, индуцированном 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридином (MPTP) у детей. две линии мышей, Balb/c и C57BL/6. Мышей обрабатывали различными дозами МРТР (10, 20 и 30 мг/кг, дважды с интервалом 16 часов) и подвергали тесту плавания на третий день после первой инъекции МРТР. Тремор, вызванный MPTP, отслеживали через 30 минут, а акинезия и ригидность, развившиеся через 3 часа после второй обработки MPTP. В то время как вызываемые тремор и акинезия зависели от дозы, а интенсивность тремора была сопоставима у двух исследованных линий мышей, последний ответ у C57BL/6 был значительно меньше, чем у Balb/c. Ригидность, проявляемая у мышей Balb/c, зависела от дозы, но не у мышей C57BL/6.
Различные данные свидетельствуют о том, что боковой амиотрофический склероз (БАС) избирательно влияет на функционирование мотонейронов, но электрофизиологические изменения отдельных мотонейронов при БАС еще предстоит задокументировать. В настоящей работе исследована возбудимость двигательных нейронов на модели трансгенных мышей семейной формы БАС, ассоциированной с мутацией в супероксиддисмутазе Cu,Zn (Gly 93→Ala). Запись мембранного потенциала мотонейронов трансгенных мышей методом «зажим-зажим» показала, что они возбуждаются с большей частотой и меньшей продолжительностью по сравнению с мотонейронами контрольных мышей. Однако пассивные мембранные свойства этих нейронов были эквивалентны. Такие результаты позволяют предположить, что измененная возбудимость двигательных нейронов сопровождает мутацию, связанную с БАС, и может способствовать патогенезу заболевания.
Заместительная клеточная терапия была широко предложена для лечения множества заболеваний, включая заболевание двигательных нейронов. Для лечения были протестированы различные донорские клетки, включая изолированные препараты костного мозга и эмбрионального спинного мозга. Другой источник клеток, клетки Сертоли, успешно использовались в моделях диабета, болезни Паркинсона и болезни Гентингтона. Способность этих клеток секретировать цитопротекторные белки и их роль в качестве «кормящих клеток», поддерживающих функцию других типов клеток в семенниках, предполагает их потенциальное использование в качестве нейропротекторных клеток. В текущем исследовании изучается способность клеток Сертоли, инъецированных в паренхиму спинного мозга, защищать моторные нейроны в мышиной модели бокового амиотрофического склероза. Семьдесят трансгенных мышей, экспрессирующих мутантную (G93A) супероксиддисмутазу Cu-Zn человека (SOD1), получили одностороннюю спинальную инъекцию клеток яичка, обогащенных Сертоли, в вентральный рог L4-L5 (всего 1×105 клеток) до появления клинических симптомов. .
Недавно разработанная бактериальная модель трансгенных мышей с искусственной хромосомой (BACHD) воспроизводит фенотипические признаки БХ, включая преимущественно нейропил-ассоциированную агрегацию белков и прогрессирующую двигательную дисфункцию с селективной нейродегенеративной патологией. Было показано, что моторная дисфункция предшествует невропатологии у мышей BACHD. Поэтому мы исследовали прогрессирование синаптической патологии в пирамидных клетках и интернейронах поверхностной моторной коры мышей BACHD. Записи пэтч-клэмп цельных клеток проводили на первичных двигательных пирамидных клетках коры 2/3 и парвальбуминовых интернейронах мышей BACHD через 3 месяца, когда у мышей начинают проявляться легкие двигательные нарушения, и через 6 месяцев, когда двигательные нарушения более выражены. .
Мутация дегенерации двигательных нейронов (Mnd) вызывает прогрессирующую дегенерацию верхних и нижних двигательных нейронов с поздним началом у мышей. После установления генетических и экологических условий, которые отличают фенотипы Mnd/Mnd от +/Mnd мышей, Mnd картировали в проксимальном Chr 8, используя эндогенные ретровирусы в качестве маркеров. Расположение на карте было подтверждено дополнительными сцепленными полиморфными маркерами. Ауткросс/интеркросс скрещивания со штаммом AKR/J, которые использовали для отслеживания сегрегации ретровирусных маркеров в отношении Mnd, также выявили существование временного эффекта. Приблизительно у четверти пораженного потомства Mnd/Mnd F2 наблюдалось ускоренное течение болезни. Модель мыши Mnd должна позволять изучать механизмы, влияющие на начало и прогрессирование специфической дегенерации нейронов при неврологических заболеваниях как у животных, так и у человека.
Создание человеческих клеточных моделей спинальной мышечной атрофии (СМА) для имитации фенотипов, специфичных для двигательных нейронов, является ключом к пониманию патогенеза этого разрушительного заболевания. Здесь мы разработали близко репрезентативную клеточную модель СМА, сбив ген, определяющий заболевание, моторный нейрон выживания (SMN), в эмбриональных стволовых клетках человека (чЭСК). Наше исследование с этой клеточной моделью показало, что нокдаун SMN не влияет на нейронную индукцию или начальную спецификацию спинальных двигательных нейронов. Примечательно, что отросток аксонов спинальных двигательных нейронов был значительно нарушен, и эти нейроны, имитирующие заболевание, впоследствии дегенерировали. Кроме того, эти фенотипы заболевания были вызваны нокдауном SMN-полной длины (SMN-FL), но не SMN-Delta 7 (отсутствует экзон 7), и были специфичны для спинальных двигательных нейронов. Восстановление экспрессии SMN-FL полностью улучшило все фенотипы заболевания, включая специфические дефекты аксонов и потерю двигательных нейронов. Наконец, нокдаун SMN-FL приводит к чрезмерному митохондриальному окислительному стрессу.
