I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityI.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityЖурнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова0044-46773034-5316The Russian Academy of Sciences65205310.31857/S0044467723010100GJNJQXФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ: ВОСПРИЯТИЕ ВНЕШНИХ СТИМУЛОВ, ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ, ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ: ВОСПРИЯТИЕ ВНЕШНИХ СТИМУЛОВ, ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ, ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬWALKING OF A DECEREBRATE CAT AT SIMULTANEOUSLY DIFFERENT SPEEDS ON A SPLIT TREDBANХодьба децеребрированной кошки при одновременно различных скоростях на расщепленном тредбанеLyakhovetskiiV. A.ЛяховецкийВ. А.mer-natalia@yandex.ruShkorbatovaP. Y.ШкорбатоваП. Ю.mer-natalia@yandex.ruGorskiiO. V.ГорскийО. В.mer-natalia@yandex.ruMusienkoP. E.МусиенкоП. Е.mer-natalia@yandex.ruMerkulyevaN.S.МеркульеваН. С.mer-natalia@yandex.ruPavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Physiology of Movements lab.Институт физиологии им И.П. Павлова РАН, лаб. физиологии движенияPavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Neuromorphology lab.Институт физиологии им И.П. Павлова РАН, лаб. нейроморфологииInstitute of Translational Biomedicine, Saint-Petersburg State University, Neuroprostheses lab.Институт трансляционной биомедицины СПбГУ, лаб. нейропротезовPavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Neuromodulation of Motor and Visceral Functions lab.Институт физиологии им И.П. Павлова РАН, лаб. нейромодуляции двигательных и висцеральных функций01012023731768702022025Copyright ©; 2023, В.А. Ляховецкий, П.Ю. Шкорбатова, О.В. Горский, П.Е. Мусиенко, Н.С. МеркульеваCopyright ©; 2023, В.А. Ляховецкий, П.Ю. Шкорбатова, О.В. Горский, П.Е. Мусиенко, Н.С. Меркульева2023В.А. Ляховецкий, П.Ю. Шкорбатова, О.В. Горский, П.Е. Мусиенко, Н.С. МеркульеваВ.А. Ляховецкий, П.Ю. Шкорбатова, О.В. Горский, П.Е. Мусиенко, Н.С. Меркульеваhttps://innoscience.ru/0044-4677/article/view/652053

The decisive role of sensory input in the initiation and modulation of locomotion has been shown repeatedly. One way to explore this input is the “split” treadmill paradigm. In the present study, a comparative analysis of the walking of a decerebrate cat on a split treadmill was carried out, the belts of which moved not only at different speeds (differed by 3 times), but also in different directions (forward and backward). The reciprocal work of two limbs, as well as the flexor and extensor muscles of each limb, is shown in such a locomotor mode. Two main walking strategies were identified: in response to one step of the limb walking along the slow treadmill belt, the limb walking along the fast belt made either one (1 : 1 mode) or two steps (1 : 2); strategies could interchange. The results of the study suggest the preservation of the integration of the locomotor networks of the two limbs with a significant mismatch of their sensory inputs.

Определяющая роль сенсорного входа в инициации и модуляции локомоции показана неоднократно. Одним из способов изучения этого входа является парадигма “расщепленного” тредбана. В настоящем исследовании проведен сравнительный анализ ходьбы децеребрированной кошки по расщепленному тредбану, ленты которого двигались не только с разными скоростями (различались в 3 раза), но и в разных направлениях (вперед и назад). Показана реципрокная работа двух конечностей, а также мышц-сгибателей и разгибателей каждой конечности при таком локомоторном режиме. Выявлены две основные стратегии ходьбы: в ответ на один шаг конечности, идущей по медленной ленте тредбана, конечность, идущая по быстрой ленте, делала или один (стратегия 1 : 1), или два шага (стратегия 1 : 2); стратегии могли чередоваться. Результаты исследования позволяют предположить сохранение интеграции локомоторных сетей двух конечностей при значительном рассогласовании их сенсорных входов.

bidirectional walkingcentral pattern generatorsplit treadmillspinal corddecerebrationдвунаправленная ходьбацентральный генератор паттернарасщепленный тредбанспинной мозгдецеребрацияВещицкий А.А., Ляховецкий В.А., Горский О.В., Мусиенко П.Е., Меркульева Н.С. Что может рассказать двунаправленная ходьба о центральных генераторах паттерна? Журнал высш нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2022. 72 (2): 248–262.Кулагин А.С., Шик М.Л. Взаимодействие симметричных конечностей при управляемой локомоции. Биофизика. 1970. 15 (1): 164–170.Akay T., McVea D.A., Tachibana A., Pearson K.G. Coordination of fore and hind leg stepping in cats on a transversely-split treadmill. Exp Brain Res. 2006. 75 (2): 211–222.Buford J.A., Zernicke R.F., Smith J.L. Adaptive control for backward quadrupedal walking. I. Posture and hindlimb kinematics. J. Neurophysiol. 1990. 64 (3): 745–755.Choi J.T., Bastian A.J. Adaptation reveals independent control networks for human walking. Nat. Neurosci. 2007. 10 (8): 1055–1062.Forssberg H., Grillner S., Halbertsma J., Rossignol S. The locomotion of the low spinal cat. II. Interlimb coordination. Acta Physiol. Scand. 1980. 108 (3): 283–295.Frigon A. The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion. J. Neurophysiol. 2017. 117 (6): 2224–2241.Frigon A., Desrochers E., Thibaudier Y., Hurteau M.F., Dambreville C. Left-right coordination from simple to extreme conditions during split-belt locomotion in the chronic spinal adult cat. J. Physiol. 2017. 595 (1): 341–361.Gerasimenko Y., Musienko P., Bogacheva I., Moshonkina T., Savochin A., Lavrov I., Roy R.R., Edger-ton V.R. Propriospinal bypass of the serotonergic system that can facilitate stepping. J. Neurosci. 2009. 29 (17): 5681–5689.Halbertsma J. The stride cycle of the cat: the modelling of locomotion by computerized analysis of automatic recordings. Acta Physiol. Scand. Suppl. 1983. 521, 1–76.Kim S.A., Heinze K.G., Schwille P. Fluorescence correlation spectroscopy in living cells. Nat. Methods. 2007. 4 (11): 963–973.Kuczynski V., Telonio A., Thibaudier Y., Hurteau M.F., Dambreville C., Desrochers E., Doelman A., Ross D., Frigon A. Lack of adaptation during prolonged split-belt locomotion in the intact and spinal cat. J. Physiol. 2017. 595 (17): 5987–6006.Lyakhovetskii V., Merkulyeva N., Gorskii O., Musienko P. Simultaneous bidirectional hindlimb locomotion in decerebrate cats. Sci. Rep. 2021. 11 (1): 3252.Maxwell D.J., Soteropoulos D.S. The mammalian spinal commissural system: properties and functions. J. Neurophysiol. 2020. 123 (1): 4–21.Merkulyeva N., Veshchitskii A., Gorsky O., Pavlova N., Zelenin P.V., Gerasimenko Y., Deliagina T.G., Musienko P. Distribution of spinal neuronal networks controlling forward and backward locomotion. J. Neurosci. 2018. 38 (20): 4695–4707.Musienko P., Courtine G., Tibbs J.E., Kilimnik V., Savochin A., Garfinkel A., Roy R.R., Edgerton V.R., Gerasimenko Y. Somatosensory control of balance during locomotion in decerebrated cat. J. Neurophysiol. 2012. 107 (8): 2072–2082.Pearson K.G., Duysens J. Function of segmental reflexes in the control of stepping in cockroaches and cats. Neural control of locomotion. Advances in behavioral biology. Eds. Herman R.M., Grillner S., Stein P.S.G., Stuart D.G. Springer US, 1976. 519–537 pp.Reisman D.S., Block H.J., Bastian A.J. Interlimb coordination during locomotion: What can be adapted and stored? J. Neurophysiol. 2005. 94 (4): 2403–2415.Rossignol S., Dubuc R., Gossard J.-P. Dynamic sensorimotor interactions in locomotion. Physiol. Rev. 2006. 86 (1): 89–154.Shkorbatova P.Y., Lyakhovetskii V.A., Merkulyeva N.S., Veshchitskii A.A., Bazhenova E.Y., Laurens J., Pavlova N.V., Musienko P.E. Prediction algorithm of the cat spinal segments lengths and positions in relation to the vertebrae. Anat. Rec. 2019. 302 (9): 1628–1637.Shapkova E.Y. Spinal locomotor capability revealed by electrical stimulation of the lumbar enlargement in paraplegic patients. In: Latash M, Levin M, editors. Progress in Motor Control. Human Kinetics Publishers; 2004. 253–289.Thelen E., Ulrich B.D., Niles D. Bilateral coordination in human infants: stepping on a split-belt treadmill. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 1987. 13 (3): 405–410.Yanagihara D., Udo M., Kondo I., Yoshida T. A new learning paradigm: adaptive changes in interlimb coordination during perturbed locomotion in decerebrate cats. Neurosci Res. 1993. 18 (3): 241–244.Yang J.F., Lamont E.V., Pang M.Y. Split-belt treadmill stepping in infants suggests autonomous pattern generators for the left and right leg in humans. J. Neurosci. 2005. 25 (29): 6869–6876.