Neural mechanisms underlying the recovery of voluntary control of motoneurons after paralysis with spinal cord stimulation

脊髓 神经科学 麻痹 刺激 抑制性突触后电位 阈下传导 电动机控制 病变 电生理学 电动机系统 功能性电刺激 残余物 心理学 运动神经元 集合(抽象数据类型) 神经生理学 神经调节 医学 神经活动 肌电图 中枢神经系统 中心图形发生器
作者
Josep-Maria Balaguer,Genís Prat-Ortega,Julia Ostrowski,Luigi Borda,Nikhil Verma,Prakarsh Yadav,Erynn Sorensen,Roberto de Freitas,Scott Ensel,Serena Donadio,Lucy Liang,Jonathan Ho,Arianna Damiani,Erinn M. Grigsby,Daryl P. Fields,Jorge González-Martínez,Peter C. Gerszten,Lee E. Fisher,Douglas J. Weber,Elvira Pirondini
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:113 (22): 3846-3862.e6 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2025.08.023
摘要

Spinal cord stimulation (SCS) improves motor control after paralysis. This evidence led to the hypothesis that SCS facilitates residual supraspinal inputs to spinal motoneurons. Here, we demonstrate that this hypothesis is not supported by experimental evidence. Instead, we show that residual supraspinal inputs modulate motoneurons' membrane potential to transform subthreshold SCS pulses into suprathreshold action potentials, thereby entraining motoneuron activity to SCS. Despite this entrainment, residual supraspinal inputs can control motoneuron firing rates by modulating the number of subthreshold SCS pulses transformed into action potentials, resulting in volitional modulation of motor output for a restricted set of SCS parameters. Furthermore, we predict that residual supraspinal inhibitory drive can silence unwanted suprathreshold motoneuron activity, enlarging the functional set of SCS parameters. Finally, we demonstrate that this set of functional stimulation parameters is further restricted by lesion severity, highlighting an intrinsic limitation of SCS in cases of severe injury.
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