[发明专利]脊髓神经运动信息信号处理大鼠模型的建立方法

说明书

本发明涉及生物学领域，尤其涉及一种脊髓神经运动信息信号处理大鼠模型的建立方法。所述脊髓神经运动信息信号处理大鼠模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对大鼠脊髓进行了形态学测定，选择控制后肢运动的腰髓L2作为建模节段；S2：建立所述大鼠脊髓的神经组织体积导体模型；S3：构建CPG网络模型；S4：构建运动信息处理数字单元，实现所述大鼠脊髓的神经元群体从刺激模式到不同模式的步态动作的转换。该方法通过腰髓L2作为建模节段，构建运动信息处理数字单元，实现了所述大鼠脊髓的神经元群体刺激模式到不同模式的步态动作的转换，为以后临床实践研究提供了理论基础，也使进一步地研究成为可能。

技术领域

本发明涉及生物学领域，尤其涉及一种脊髓神经运动信息信号处理大鼠模型的建立方法。

背景技术

近年来，脊髓损伤患者越来越多。脊髓损伤导致损伤节段以下肢体运动功能障碍，不仅会给患者本人带来身心伤害，还会对家庭及整个社会造成巨大的经济负担。因此，重建瘫痪下肢运动功能一直是神经科学研究中的一项重要课题。

动物的下肢节律运动是一个有反馈的闭环控制网络，高层控制是脑，控制生物体的高级运动步态；中枢模式发生器由低级中枢脊髓中的神经元回路组成，完成生物体的基本步态；效应器由肌肉－骨骼等执行机构组成，完成生物体的运动输出。由大脑、小脑等高级神经中枢发送出来的运动控制指令，可直接作用在脊髓等低级中枢上对节律运动的开始和停止进行控制，还能够接收环境及执行机构和低级中枢反馈的信息，通过对中枢模式发生器、肌肉骨骼等效应器反馈回来的信息进行分析，达到对运动进行监控调节的目的。

已经有研究人员设法通过激活CPG网络的方式实现下肢运动的功能，Gerasimenko等对胸髓完全横断的大鼠进行脊髓硬膜外电刺激，成功诱发了后肢的行走运动，证明了大鼠的脊髓中存在控制下肢行走运动的CPG网络。Susan Harkema等通过在腰骶段施加合适参数的脊髓硬膜外刺激使得截瘫患者能站立和步行样的运动模式，说明了脊髓硬膜外刺激需要施加合适的参数才能诱发步行运动模式。Ichiyama等人对完全脊髓损伤的大鼠实施硬膜外脊髓电刺激，并辅助减重跑台训练，发现在大鼠脊髓L2节段使用频率为40～50Hz的硬膜外脊髓电刺激能诱发产生双侧后肢自主运动，说明了激励位置、激励频率参数与步行模式也有关系。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种脊髓神经运动信息信号处理大鼠模型的建立方法，该方法可建立稳定的实验性下肢节律运动大鼠模型，为重建瘫痪下肢运动机制的进一步研究奠定实验基础。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种脊髓神经运动信息信号处理大鼠模型的建立方法，包括以下步骤：

S1：对大鼠脊髓进行了形态学测定，选择控制后肢运动的腰髓L2作为建模节段。

S2：建立所述大鼠脊髓的神经组织体积导体模型；

S3：构建CPG(中枢模式发生器)网络模型；

S4：构建运动信息处理数字单元，实现所述大鼠脊髓的神经元群体从刺激模式到不同模式的步态动作的转换。

优选的，在S1中，根据所述腰髓L2节段的切片所测得的形态学尺寸在Maxwell 3D电场模块中创建脊髓节段模型。

优选的，其特征在于，在S3中，构建CPG网络模型之前，设置电导率属性。

更优选的，所述脊髓内部组织中的灰质电导率为0.23S/m，白质的横向和纵向电导率分别为0.083S/m和0.60S/m。

优选的，在S3中，所述CPG网络模型为三单元耦合步态CPG网络模型，所述三单元由髋关节单元、膝关节单元和踝关节单元组成。

更优选的，所述三单元耦合步态CPG网络模型的构建方法为：