[发明专利]一种实验性下肢节律运动大鼠模型的建立方法及其应用

说明书

本发明涉及生物学领域，尤其涉及一种实验性下肢节律运动大鼠模型的建立方法及其应用。所述建立方法包括以下步骤：S1：用电子学方法进行大鼠的脊髓神经下肢运动功能定位模拟；S2：进行三维扫描式电刺激，记载CPG的关键位点；S3：将穿有电极丝的硅胶管用牙科水泥固定于所述脊椎的棘突；S4：得到下肢运动相关的关键肌肉的肌电信号。本发明公开的方法通过脊髓内微刺激发现了CPG活动的关键位点，实现了对瘫痪下肢运动的调控，为以后临床实践中大大减少手术的复杂程度和减少植入神经电极的数量提供了研究基础。

技术领域

本发明涉及生物学领域，尤其涉及一种实验性下肢节律运动大鼠模型的建立方法及其应用。

背景技术

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。

近年来，世界各国纷纷制定一系列脑-脊髓相关的神经工程与智能康复计划为重建瘫痪肢体运动功能带来了希望。如2014年巴西世界杯的开幕式上，一位因车祸造成脊髓损伤、已经截瘫9年的患者在“重拾行走计划”的帮助下，实现了站立、行走、并开出第一脚球，令世界瞩目。2017年5月，同济大学成立关于“脑与脊髓”的基础研究及临床转化相关的“脑与脊髓创新研究中心”。2018 年2月6日，在首都医科大学宣武医院举办了我国“重拾行走计划”启动会，将重点探索外骨骼机器人在截瘫患者康复中的具体应用。

成人中枢系统损伤后，神经纤维很难为突触后神经元形成新的功能性的突触连接，这给重建脊髓损伤后的运动功能带来了挑战。生物学研究领域的学者们正在通过神经营养因子联合如基因诱导、干细胞移植、脊髓支架等技术治疗脊髓损伤。其中，采用干细胞移植修复脊髓损伤的研究取得了阶段性的成果，移植后的外源性干细胞存活良好，但存活的干细胞只能替换受损的神经元细胞，不能恢复因传导束中断而丧失的那部分功能。因此，用这种方法恢复行走过程中复杂的腿肌激活模式和协调性，一直以来都没有获得成功。

随着电子技术的不断发展，应用功能电激励(Functional electricalstimulation，FES)技术作为脊髓损伤患者潜在的功能重建方式已受到广泛关注。功能电激励是以一定序列的脉冲电流刺激肌肉或神经，从而恢复丧失或受损的运动功能，为实现瘫痪病人康复提供了新方法和新技术。Pcekham等学者利用多达62通道的针电FES系统成功控制后肢运动，国内也有学者成功设计了多通道体外功能性电刺激器用于康复训练，但由于这些设备结构复杂，算法繁琐，如果需要重建复杂运动，则需要更多电极刺激多块肌肉群，相应的协调问题也就更难解决。

CPG(中枢模式发生器)是中枢神经系统的一部分，由中间神经元组成的功能性网络。该网络使运动神经元发放节律性的神经信号和产生一定的运动模式，这儿“节律”运动是指广义上的伸缩交替运动。CPG的主要特点是1)与物理系统或输入信号耦合，在运动系统中传导节律运动；2)结构简单，适应性强；3)高级中枢命令和反馈信息分别对CPG起到控制和调节的作用，在缺乏中枢控制命令或反馈信息情况下进行稳定的节律输出；4)通过相位锁定，产生多种相位关系，从而实现多种运动模式。对于猫这样的哺乳动物，推测在脊髓中每个肢体至少有一个CPG。理论上，如果直接电刺激或感觉输入到脊髓中未受损的CPG环路，可以重建损伤部位以下的某些节律运动。因此发现并利用 CPG控制步态运动的机理，将会大大减少手术的复杂程度和植入神经电极的数量。

发明内容

有鉴于此，实验性下肢节律运动大鼠模型的建立方法及其应用，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：

一种实验性下肢节律运动大鼠模型的建立方法，所述的建立方法包括以下步骤：

S1：用电子学方法进行大鼠的脊髓神经下肢运动功能定位模拟；