ZiMT Journal Club Januar 2021: Prof. Alessandro Del Vecchio / Schnittstelle zum intakten und beschädigten Nervensystem

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Motor unit discharge timings and smoothed discharge rates

Prof. Dr. Alessandro Del Vecchio, Junior Professor of Neuromuscular Physiology and Neural Interfacing, Department of Artificial Intelligence in Biomedical Engineering (AIBE), FAU

Schnittstelle zum intakten und beschädigten Nervensystem

Wir bewegen uns, essen und atmen durch die kombinierte Aktivierung von Muskelgruppen. Die Muskelkraft wird durch aufeinander abgestimmte Abfolgen von motoneuronalen Entladungszeitpunkten gesteuert. Alpha-Motoneuronen im Vorderhorn des Rückenmarks stellen dabei den «letzten gemeinsamen Weg» der Bewegung dar. Jedes Motoneuron innerviert eine spezifische Gruppe von Muskelfasern, welche zusammen eine motorische Einheit bilden, die das endgültige Ensemble aller motorischen Aktionen bildet.

Wir haben Methoden etabliert, um die Aktionspotentiale von Populationen einzelner motorischer Einheiten beim Menschen in-vivo zu identifizieren und zeigen, dass wir die Kinetik und Kinematik vor der Erzeugung einer beobachtbaren Muskelkraftleistung vorhersagen können (Farina & Holobar, 2016; Del Vecchio et al., 2018, 2019, 2020; Casolo et al., 2019). Diese Methoden ermöglichen es erstmals, die Gelenkkinetik auf robuste Weise vorherzusagen (Del Vecchio et al., 2018). Die Ausgabe der Sequenz von Entladungszeitpunkte der Motoneuronen ermöglicht daher, auf nicht-invasive Weise mit einzelnen Rückenmarkszellen in Kontakt zu treten, was verschiedene Anwendungen im klinischen und akademischen Bereich ermöglicht.

References

Casolo A, Farina D, Falla D, Bazzucchi I, Felici F & Del Vecchio A (2019). Strength Training Increases Conduction Velocity of High-Threshold Motor Units. Med Sci Sports Exerc.

Farina D & Holobar A (2016). Characterization of Human Motor Units from Surface EMG Decomposition. Proc IEEE 104, 353–373.

Del Vecchio A, Negro F, Holobar A, Casolo A, Folland JP, Felici F & Farina D (2019). You are as fast as your motor neurons: speed of recruitment and maximal discharge of motor neurons determine the maximal rate of force development in humans. J Physiol; DOI: 10.1113/JP277396.

Del Vecchio A, Sylos-Labini F, Mondì V, Paolillo P, Ivanenko Y, Lacquaniti F & Farina D (2020). Spinal motoneurons of the human newborn are highly synchronized during leg movements. Sci Adv 6, eabc3916.

Del Vecchio A, Úbeda A, Sartori M, Azorín JM, Felici F & Farina D (2018). Central nervous system modulates the neuromechanical delay in a broad range for the control of muscle force. J Appl Physiol 125, 1404–1410.