- Спинной мозг содержит высокоинтегрированные нейронные сети, ответственные за генерацию постуральных реакций при стоянии, за контроль мышечного тонуса и баланса при ходьбе. В норме работа этих сетей активируется и модулируется сигналами из головного мозга, которые при патологии могут быть заменены искусственной электрической и химической стимуляцией.
- Динамический постуральный контроль при ходьбе может достигаться интеграцией нейронных механизмов, работающих в различные фазы локомоторного цикла на основе соматосенсорной информации от конечностей и туловища. Эти механизмы компенсируют отклонение из состояния равновесия, обеспечивая стандартное медиолатеральное положение конечностей относительно туловища, регулируя биомеханическую жесткость конечностей и уровень тонической активности мышц спины.
- При спинальном повреждении комбинация электрической стимуляции спинного мозга, фармакологической стимуляции нейрорецепторов и тренировки специфических двигательных задач активирует и направляет нейропластические процессы в спинном мозге. Структурная и функциональная перестройка нейронных центров ствола мозга и их спинальных проекций вносит вклад в компенсацию передачи информации в обход повреждения с постепенным восстановлением постуральной, локомоторной функций и их произвольного контроля.
1.Мусиенко П.Е., Богачева И. Н., Герасименко Ю. П. Значение периферической обратной связи в генерации шагательных движений при эпидуральной стимуляции спинного мозга // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2005. – Т. 91. – № 12. – С. 1407-1420.
2.Богачева И.Н., Кучер В.И., Щербакова Н.А., Мусиенко П.Е., & Герасименко Ю.П. Математическое моделирование процессов формирования локомоторных паттернов при эпидуральной стимуляции спинного мозга с учетом периферической обратной связи // Биофизика. – 2005. – Т. 50. – № 6. – С. 1125-1130.
3.Никитин О.А., Богачева И.Н., Мусиенко П.Е., Савохин А.А., Герасименко Ю.П. Афферентная активация генератора шагательных движений у спинализированной кошки в ранний период после спинализации // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. – 2007. – № 6. – C. 22-33.
4.Мусиенко П.Е., Павлова Н.В., Селионов В.А., Герасименко Ю.П. Локомоция, вызванная эпидуральной стимуляцией у децеребрированной кошки, после повреждения спинного мозга // Биофизика. – 2009. – Т. 54. – № 2. – C.293-300.
5.Богачева И.Н., Никитин О.А., Мусиенко П.Е., Савохин А.А., Герасименко Ю.П. Механизмы формирования шагательной ритмики, вызванной эпидуральной стимуляцией спинного мозга у децеребрированных и спинализированных кошек // Биофизика. – 2009. – Т. 54, № 3. – С.529-536.
6.Богачева И.Н., Мусиенко П.Е., Щербакова Н.А., Мошонкина Т.Р., Савохин А.А., Герасименко Ю.П. Анализ локомоторной активности у децеребрированных кошек при электромагнитной и эпидуральной электрической стимуляции спинного мозга // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2012. – Т. 98, № 9. – С. 1079-1093.
7.Мошонкина Т. Р., Мусиенко П. Е., Богачева И. Н., Щербакова Н. А., Никитин О.А., Савохин А.А., Герасименко Ю. Регуляция локомоторной активности при помощи эпидуральной и чрескожной электрической стимуляции спинного мозга у животных и человека // Ульяновский медико-биологический журнал. – 2012, № 3. – С. 129-137.
8.Герасименко Ю.П., Мусиенко П.Е., Мошонкина Т.Р., Эджертон Р.В. Роль серотонинэргической системы в регуляции спинальной локомоции // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. – 2012. – № 25. – C. 7-18.
9. Мусиенко П.Е., Богачева И.Н., Савохин А.А., Килимник В.А., Горский О.В., Никитин О.А., Герасименко Ю.П. Инициация локомоторной активности у децеребрированных и спинальных кошек при неинвазивной чрескожной электрической стимуляции спинного мозга // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2013. – Т. 99, № 8. – С. 917-927.
10.Musienko P.E., Zelenin P.V., Lyalka V.F., Orlovsky G.N., Deliagina T.G. Postural performance in decerebrated rabbit // Behavioural Brain Research. – 2008. – Vol. 190, № 1. – P. 124-134.
11.Lyalka V.F., Musienko P.E., Orlovsky G.N., Grillner S., and Deliagina T.G. Effect of intrathecal administration of serotoninergic and noradrenergic drugs on postural performance in rabbits with spinal cord lesions // Journal of Neurophysiology. – 2008. – Vol. 100, № 2. – P. 723-732.
12.Courtine G., Gerasimenko Y., van den Brand R., Yew A., Musienko P., Zhong H., Song B., Ao Y., Ichiyama R.M., Lavrov I., Roy R.R., Sofroniew M.V., Edgerton V.R. Transformation of nonfunctional spinal circuits into functional states after the loss of brain input // Nature Neuroscience. – 2009. – Vol. 12, № 10. – P. 1333-1342.
13.Musienko P., van den Brand R., Maerzendorfer O., Larmagnac A., Courtine G. Combinatory electrical and pharmacological neuroprosthetic interfaces to regain motor function after spinal cord injury // Biomedical Engineering, IEEE Transactions on. – 2009. – Vol. 56, № 11. – P. 2707-2711. Review.
14.Gerasimenko Y., Musienko P., Bogacheva I., Moshonkina T., Savochin A., Lavrov I., Roy R.R., Edgerton V.R. Propriospinal bypass of the serotonergic system that can facilitate stepping // The Journal of Neuroscience. – 2009. – Vol. 29, № 17. – P. 5681-5689.
15.Musienko P.E., Zelenin P.V., Orlovsky G.N., Deliagina T.G. Facilitation of postural limb reflexes with epidural stimulation in spinal rabbits // Journal of Neurophysiology. – 2010. – Vol. 103, №2. – P. 1080-1092.
16.Musienko P., van den Brand R., Marzendorfer O., Roy R.R., Gerasimenko Y., Edgerton V.R., Courtine G. Controlling specific locomotor behaviors through multidimensional monoaminergic modulation of spinal circuitries // The Journal of Neuroscience. – 2011. – Vol. 31, № 25. – P. 9264-9278.
17.van den Brand R., Heutschi J., Barraud Q., DiGiovanna J., Bartholdi K., Huerlimann M., Friedli L., Vollenweider I., Moraud E.M., Duis S., Dominici N., Micera S., Musienko P., Courtine G. Restoring voluntary control of locomotion after paralyzing spinal cord injury // Science. – 2012. – Vol. 336, № 6085. – P. 1182-1185.
18.Dominici N., Keller U., Vallery H., Friedli L., van den Brand R., Starkey M.L., Musienko P., Riener R., Courtine G. Versatile robotic interface to evaluate, enable and train locomotion and balance after neuromotor disorders // Nature medicine. – 2012. – Vol. 18, № 7. – P. 1142-1147.
19.Musienko P., Courtine G., Tibbs J.E., Kilimnik V., Savochin A., Garfinkel A., Roy R.R., Edgerton VR, Gerasimenko Y. Somatosensory control of balance during locomotion in decerebrated cat // Journal of Neurophysiology. – 2012. – Vol. 107, № 8. – P. 2072-2082.
20.Musienko P.E., Zelenin P.V., Lyalka V.F., Gerasimenko Y.P., Orlovsky G. N., & Deliagina T.G. Spinal and supraspinal control of the direction of stepping during locomotion // The Journal of Neuroscience. – 2012. – Vol. 32, № 48. – P. 17442-17453.
21.Musienko P., Heutschi J., Friedli L., den Brand R.V., Courtine G. Multisystem neurorehabilitative strategies to restore motor functions following severe spinal cord injury // Experimental Neurology. – 2012. – Vol. 235, № 1. – P. 100-109. Review.
22.Capogrosso M., Wenger N., Raspopovic S., Musienko P., Beauparlant J., Bassi Luciani L., Courtine G., Micera S. A computational model for epidural electrical stimulation of spinal sensorimotor circuits // The Journal of Neuroscience. – 2013. – Vol. 33, № 49. – P. 19326-19340.
23.Beauparlant J., van den Brand R., Barraud Q., Friedli L., Musienko P., Dietz V., Courtine G. Undirected compensatory plasticity contributes to neuronal dysfunction after severe spinal cord injury // Brain. – 2013. – Vol. 136, № 11. – P. 3347-3361.
24.Borton D., Bonizzato M., Beauparlant J., Digiovanna J., Moraud E.M., Wenger N., Musienko P., Minev I.R., Lacour S.P., Millán J.D., Micera S., Courtine G. Corticospinal neuroprostheses to restore locomotion after spinal cord injury // Neuroscience Research. – 2014 – Vol. 78. – P. 21–29. Review.
Публикации в материалах конференций и сборниках научных трудов:
1.Larmagnac A., Vörös J., Musienko P., Courtine G. Skin-like pdms-based multi-electrode array for epidural electrical stimulation to promote locomotion in paralyzed rats // В сборнике: IFMBE Proceedings Сер. "5th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering: 14a "18 Sept. 2011, Budapest, Hungary". – 2011 - P. 1180-1181.
2.Zelenin P.V., Musienko P.E., Gerasimenko Y.P., Orlovsky G.N., Deliagina T.G. Mechanisms of balance control during locomotion // Neuroscience, SFN’s Annual Meeting. San Diego, USA. – 2013. – Abstract № 832.06.
3.Moraud E.M., Wenger N., Gandar J., DiGiovanna J., Musienko P., Courtine G., Micera S. A real-time platform for studying the modulatory capacity of epidural stimulation after spinal cord injury // В сборнике: Neural Engineering (NER) Proceedings. 6th International IEEE/EMBS Conference. San Diego. USA. – 2013. – P. 1449 – 1452.
Изобретения и патенты:
1. Пат. 2418319 Российская Федерация, МПК G 09 В 23/28, A 61 N 1/32. Способ моделирования и обучения лечению больных с хроническим поражением спинного мозга [Текст] / Герасименко Ю.П., Мусиенко П.Е., Мошонкина Т.Р., Макаровский А.Н.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН. - № 2008115819/14; заявл. 21.04.2008; опубл. 27.10.2009, Бюл. № 13. – 7 с.
2. Пат. 2393761 Российская Федерация, МПК А 61 В 5/04, A 61 В 5/024532. Способ исследования поддержания равновесия у децеребрированных животных [Текст] / Мусиенко П.Е., Килимник В.А., Мошонкина Т.Р., Герасименко Ю.П.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН. -
№2009107477/14; заявл. 30.06.2009; опубл. 02.03.2009, Бюл. № 19. – 10 с.
3.Пат. 2411589 Российская Федерация, МПК G 09 В 23/28, A 61 N 1/32. Способ моделирования хронического поражения спинного мозга и обучение его лечению [Текст] / Герасименко Ю.П., Мусиенко П.Е., Мошонкина Т.Р., Макаровский А.Н., Эджертон Р., Куртине Г.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН. - № 2009125133/14; заявл. 30.06.2009; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 4. – 9 с.
4.Пат. 2466756 Российская Федерация, МПК А 61 N 1/32, G 09 В 23/28. Способ моделирования лечения больных с хроническим поражением спинного мозга на лабораторных животных [Текст] / Мусиенко П.Е., Савохин А.А., Никитин О.А., Герасименко Ю.П.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН. - № 2011131805/14; заявл. 28.07.2011; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 32. – 7 с.
5.Pat. US20130303873-A1; WO2011157714-A1; EP2582289-A1, IPC А 61 В 5/04, A 61 N 1/05, H 05 K 1/00. PDMS-Based Stretchable Multi-Electrode and Chemotrode Array for Epidural and Subdural Neuronal Recording, Electrical Stimulation and Drug Delivery [Text] / Voeroes J., Courtine, G., Larmagnac A., Musienko P.; Patent Assignee ETH Zurich; University of Zurich. - № PCT/EP2011/059855; International Filing Date 14.06.2011; Publication Date 22.12.2011.