Articulo de referencia

Generador de patrones central

Los generadores centrales de patrones ( GCP ) son circuitos neuronales biológicos autoorganizados [ 1 ] [ 2 ] que producen salidas rítmicas en ausencia de entrada rítmica. [ 3 ]...

Los generadores centrales de patrones ( GCP ) son circuitos neuronales biológicos autoorganizados [ 1 ] [ 2 ] que producen salidas rítmicas en ausencia de entrada rítmica. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Son la fuente de los patrones de actividad neuronal estrechamente acoplados que impulsan comportamientos motores rítmicos y estereotipados como caminar, nadar, respirar o masticar. La capacidad de funcionar sin la entrada de áreas cerebrales superiores aún requiere entradas moduladoras , y sus salidas no son fijas. La flexibilidad en respuesta a la entrada sensorial es una cualidad fundamental del comportamiento impulsado por los GCP. [ 3 ] [ 4 ] Para ser clasificado como un generador rítmico, un GCP requiere:

  1. "dos o más procesos que interactúan de tal manera que cada proceso aumenta y disminuye secuencialmente, y
  2. que, como resultado de esta interacción, el sistema regresa repetidamente a su condición inicial." [ 3 ]

Los CPG se encuentran en humanos y en la mayoría de los demás vertebrados, y en algunos invertebrados. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Fisiología

neuronas CPG

Propiedades intrínsecas de las neuronas CPG. Adaptado de Marder y Bucher (2001). [ 12 ]

Las neuronas CPG pueden tener diferentes propiedades intrínsecas de membrana (véase el esquema). [ 12 ] Algunas neuronas disparan ráfagas de potenciales de acción, ya sea endógenamente o en presencia de sustancias neuromoduladoras. Otras neuronas son biestables y generan potenciales de meseta que pueden ser desencadenados por un pulso de corriente despolarizante y terminados por un pulso de corriente hiperpolarizante. Muchas neuronas CPG disparan después de ser liberadas de la inhibición (rebote postinhibitorio). Otra característica común de las neuronas CPG es una disminución en la frecuencia de disparo durante una despolarización constante (adaptación de la frecuencia de disparo).

Generación de ritmo

Mecanismos de generación de ritmo en CPG. Adaptado de Marder y Bucher (2001). [ 12 ]

La generación de ritmo en las redes CPG depende de las propiedades intrínsecas de las neuronas CPG y sus conexiones sinápticas. Existen dos mecanismos generales para la generación de ritmo: marcapasos/seguidor e inhibición recíproca (véase el esquema). [ 12 ]

En una red impulsada por un marcapasos, una o más neuronas actúan como un oscilador central (marcapasos) que impulsa a otras neuronas no activas (seguidoras) a un patrón rítmico. Ejemplos de redes impulsadas por marcapasos incluyen el ritmo pilórico del ganglio estomatogástrico de los crustáceos [ 13 ] y los ritmos respiratorios de los vertebrados [ 14 ] .

En una red impulsada por inhibición recíproca, dos (o grupos de) neuronas se inhiben mutuamente. Estas redes se conocen como osciladores de medio centro. Las neuronas no presentan actividad rítmica cuando están aisladas, pero pueden producir patrones de actividad alternantes cuando se acoplan mediante conexiones inhibitorias. (Las neuronas también pueden producir patrones de actividad con otras fases relativas, incluyendo sincronía, dependiendo de las propiedades sinápticas). Las transiciones entre los estados activado e inhibido pueden ocurrir a través de diversos mecanismos. Por ejemplo, la adaptación de la frecuencia de los picos en la (s) neurona (s) en ráfaga puede liberar lentamente a la(s) otra(s) neurona(s) de la inhibición. [ 15 ] La inhibición recíproca es una característica fundamental de muchos CPG, incluyendo aquellos involucrados en la locomoción. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]  

Las uniones comunicantes también contribuyen a las oscilaciones rítmicas y la sincronía neuronal en los CPG. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] Actúan como un filtro de paso bajo que permite que las fluctuaciones lentas del voltaje de la membrana pasen de manera más efectiva a través de las células. En ratones neonatos, el bloqueo de las uniones comunicantes produce una disminución de la actividad rítmica y puede abolir por completo la locomoción ficticia inducida por fármacos. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] En el pez cebra, las neuronas motoras controlan retrógradamente la frecuencia de natación a través de las uniones comunicantes. [ 26 ]

Dinámica sináptica a corto plazo

Las redes CPG poseen extensas conexiones sinápticas recurrentes, incluyendo excitación e inhibición recíprocas. Las sinapsis en las redes CPG están sujetas a modificaciones dependientes de la actividad a corto plazo. [ 27 ] [ 28 ] La depresión y facilitación sináptica a corto plazo pueden desempeñar un papel en las transiciones entre las fases activa e inactiva de las descargas y en la terminación de las mismas. [ 29 ] [ 30 ]

circuitos CPG

Los circuitos CPG que se cree que participan en el control de la locomoción constan de neuronas motoras e interneuronas espinales y se localizan en las regiones torácica inferior y lumbar de la médula espinal de los vertebrados , [ 31 ] y en cada neuromero del cordón nervioso ventral de los invertebrados . [ 32 ] Las neuronas CPG implicadas en la deglución se localizan en el tronco encefálico, específicamente en el núcleo hipogloso dentro del bulbo raquídeo. [ 33 ] [ 34 ]

Aunque a menudo se puede inferir la ubicación general de las neuronas CPG, la ubicación específica y la identidad de las neuronas participantes apenas comienzan a comprenderse. Las redes CPG suelen estar distribuidas y pueden reorganizarse de forma flexible, lo que dificulta la identificación de las interneuronas espinales. En las últimas décadas, se han utilizado programas moleculares y genéticos que controlan el patrón neuronal para dirigirse específicamente a las interneuronas espinales en ratones [ 35 ] y peces cebra. [ 36 ] El tubo neural en desarrollo del ratón embrionario muestra la expresión de distintos factores de transcripción en dominios a lo largo del eje dorsoventral de la médula espinal. [ 37 ] Estos dominios dan lugar a distintas poblaciones de neuronas que se han clasificado como clases cardinales dorsal (dI1-dI6) y ventral (V0-V3) de interneuronas espinales. [ 38 ] [ 39 ] [ 35 ] Las neuronas ventrales se consideran miembros de la red CPG espinal. [ 35 ] Cada una de estas clases de interneuronas puede dividirse a su vez en diversas subpoblaciones de neuronas con fenotipo de neurotransmisor, proyección axonal y función durante la locomoción distintos. [ 38 ] Por ejemplo, las interneuronas V2 se proyectan ipsilateralmente y pueden clasificarse además como V2a excitatorias y V2b inhibitorias. Las V2 son importantes para la alternancia flexora-extensidora y proporcionan excitación a las motoneuronas. [ 38 ]

Neuromodulación

Los organismos deben adaptar su comportamiento para satisfacer las necesidades de sus entornos internos y externos. Los generadores centrales de patrones, como parte del circuito neuronal de un organismo, pueden modularse para adaptarse a las necesidades y el entorno del organismo. Se han encontrado tres funciones de neuromodulación para los circuitos CPG: [ 3 ]

  1. La modulación es intrínseca a la red CPG o necesaria para su activación.
  2. La modulación cambia la configuración funcional de los CPG para producir diferentes resultados.
  3. La modulación altera el complemento neuronal del CPG mediante el intercambio de neuronas entre redes y la fusión de redes previamente separadas en entidades más grandes.

Las sinapsis neuromoduladoras pueden formar parte de la propia red CPG. [ 40 ] Por ejemplo, el CPG subyacente a la respuesta de natación de escape en Tritonia diomedea contiene neuronas neuromoduladoras intrínsecas. Estas neuronas neuromoduladoras pueden potenciar la liberación de neurotransmisores de otra neurona en el circuito y se cree que sus acciones neuromoduladoras son importantes para producir el programa motor de natación. [ 41 ] Las entradas neuromoduladoras también pueden activar redes CPG y pueden ser necesarias para la generación de una salida rítmica. La pérdida de entradas neuromoduladoras puede abolir la actividad rítmica de la red pilórica. [ 40 ] En vertebrados, se ha demostrado que la aplicación de neuromoduladores evoca actividad locomotora. [ 42 ]

Los neuromoduladores pueden alterar la fuerza sináptica, así como las propiedades intrínsecas de las neuronas. [ 43 ] Estas acciones pueden alterar la frecuencia y las relaciones de fase entre las neuronas y, por lo tanto, cambiar el patrón de salida del circuito. Por ejemplo, la aplicación exógena de varios neuromoduladores puede provocar un patrón motor trifásico en el STG, donde cada modulador genera un patrón motor diferente. [ 44 ] Las proyecciones neuromoduladoras que expresan un modulador común también pueden provocar diferentes patrones en la misma red. La estimulación de diferentes neuronas de proyección que contienen proctolina en el STG produce un patrón motor distinto en la misma red debido a las diferencias en el complemento de cotransmisores de estas neuronas de proyección. [ 45 ]

Los efectos de los neuromoduladores se distribuyen por toda la red CPG. En particular, se ha demostrado que la dopamina afecta las propiedades celulares y sinápticas de casi todos los componentes de la red pilórica de los crustáceos. Además, la dopamina puede tener efectos opuestos en diferentes componentes de la red. Por lo tanto, la respuesta final de la red refleja una combinación de acciones moduladoras sobre los componentes individuales. [ 46 ]

La modulación altera las neuronas del CPG.

La composición neuronal de los CPG puede variar según el estado del sistema. [ 47 ] Los neuromoduladores pueden activar o inhibir las neuronas de los CPG e incluso combinar diferentes redes en una sola. [ 44 ] Por ejemplo, en el sistema nervioso estomatogástrico de la langosta, el neuropéptido, la hormona concentradora del pigmento rojo, puede fortalecer las sinapsis entre dos redes diferentes para crear un ritmo único y combinado. [ 48 ] Los neuromoduladores también pueden provocar el cambio de neuronas de una red a otra. [ 49 ]

Retroalimentación sensorial

Aunque la teoría de la generación central de patrones postula que la ritmicidad y la organización básicas se generan centralmente, los CPG pueden responder a la retroalimentación sensorial para modificar la organización de forma conductualmente apropiada. La modificación del patrón es difícil porque la retroalimentación recibida durante una sola fase puede requerir cambios en el movimiento en otras partes del ciclo organizado para preservar ciertas relaciones de coordinación. Por ejemplo, caminar con una piedrecita en el zapato derecho altera toda la marcha, aunque el estímulo solo esté presente al apoyar el pie derecho. Incluso cuando el pie izquierdo está apoyado y la retroalimentación sensorial está inactiva, se produce una acción para prolongar el balanceo de la pierna derecha y extender el tiempo de apoyo del pie izquierdo, lo que provoca cojera. Este efecto podría deberse a efectos generalizados y duraderos de la retroalimentación sensorial sobre el CPG o a efectos a corto plazo sobre unas pocas neuronas que, a su vez, modulan las neuronas cercanas y propagan la retroalimentación por todo el CPG. Se requiere cierto grado de modulación para que un CPG pueda adoptar múltiples estados en respuesta a la retroalimentación. [ 3 ]

Además, el efecto de la información sensorial varía según la fase del patrón en la que se produce. Por ejemplo, al caminar, la resistencia aplicada al empeine del pie que se balancea (como la que proporciona un palo horizontal) hace que el pie se eleve más para pasar por encima del palo. Sin embargo, la misma información aplicada al pie que está apoyado no puede provocar que este se eleve, ya que la persona se desplomaría. Por lo tanto, según la fase, la misma información sensorial puede hacer que el pie se eleve más o que se mantenga más firmemente apoyado en el suelo. "Este cambio en la respuesta motora en función de la fase del patrón motor se denomina inversión refleja y se ha observado en invertebrados (DiCaprio y Clarac, 1981) y vertebrados (Forssberg et al., 1977). Aún no se comprende bien cómo ocurre este proceso, pero existen dos posibilidades. Una es que la información sensorial se dirija adecuadamente a diferentes neuronas del CPG en función de la fase del patrón motor. La otra es que la información llegue a las mismas neuronas en todas las fases, pero que, como consecuencia de la forma en que la red transforma la información, la respuesta de la red varíe adecuadamente en función de la fase del patrón motor." [ 3 ]

Un estudio realizado por Gottschall y Nichols examinó la extremidad posterior de un gato descerebrado durante la marcha (una función controlada por el CPG) en respuesta a cambios en la inclinación de la cabeza. Este estudio describe las diferencias en la marcha y la posición corporal de gatos que caminan cuesta arriba, cuesta abajo y en superficies planas. Los receptores propioceptivos (órganos tendinosos de Golgi y husos musculares) y exterorreceptores (ópticos, vestibulares y cutáneos) trabajan solos o en combinación para ajustar el CPG a la retroalimentación sensorial. El estudio exploró los efectos de los propioceptores del cuello (que brindan información sobre la ubicación relativa de la cabeza y el cuerpo) y los receptores vestibulares (que brindan información sobre la orientación de la cabeza con respecto a la gravedad). Se hizo caminar a gatos descerebrados en una superficie plana con la cabeza nivelada, inclinada hacia arriba o inclinada hacia abajo. La comparación de los gatos descerebrados con gatos normales mostró patrones de EMG similares durante la marcha en terreno llano y patrones de EMG que reflejaban la marcha cuesta abajo con la cabeza inclinada hacia arriba y la marcha cuesta arriba con la cabeza inclinada hacia abajo. Este estudio demostró que los propioceptores del cuello y los receptores vestibulares contribuyen a la retroalimentación sensorial que altera la marcha del animal. Esta información puede ser útil para el tratamiento de trastornos de la marcha. [ 50 ]

Funciones

Los generadores centrales de patrones (GCP) pueden desempeñar diversas funciones. Los GCP pueden intervenir en el movimiento, la respiración, la generación de ritmos y otras funciones oscilatorias . A continuación, se describen algunas funciones clave de los GCP.

Locomoción

Ya en 1911, los experimentos de Thomas Graham Brown reconocieron que el patrón básico de la marcha puede ser producido por la médula espinal sin necesidad de órdenes descendentes de la corteza. [ 51 ] [ 52 ]

La primera evidencia moderna del generador central de patrones se obtuvo al aislar el sistema nervioso de la langosta y demostrar que podía producir una respuesta rítmica aislada similar a la de la langosta en vuelo. Este descubrimiento fue realizado por Wilson en 1961. [ 3 ] Desde entonces, han surgido evidencias de la presencia de generadores centrales de patrones en animales vertebrados, comenzando con el trabajo realizado en el gato en la década de 1960 por Elzbieta Jankowska en Gotemburgo, quien proporcionó la primera evidencia de un generador central de patrones en la médula espinal. Esta sección aborda el papel del generador central de patrones en la locomoción de la lamprea y los humanos.

La lamprea se ha utilizado como modelo para los CPG de vertebrados porque, si bien su sistema nervioso tiene una organización de vertebrados, comparte muchas características positivas con los invertebrados. Cuando se extrae de la lamprea, la médula espinal intacta puede sobrevivir durante días in vitro . También tiene muy pocas neuronas y se puede estimular fácilmente para producir un movimiento de natación ficticio indicativo de un generador de patrones central. Ya en 1983, Ayers, Carpenter, Currie y Kinch propusieron que había un CPG responsable de la mayoría de los movimientos ondulantes en la lamprea, incluyendo nadar hacia adelante y hacia atrás, excavar en el lodo y arrastrarse sobre una superficie sólida, que aunque no era sorprendente que no coincidiera con la actividad en el animal intacto, no obstante proporcionaba la salida locomotora básica. [ 53 ] Se ha descubierto que los diferentes movimientos se alteran por neuromoduladores, incluyendo la serotonina en un estudio de Harris-Warrick y Cohen en 1985 [ 54 ] y la taquicinina en un estudio de Parker et al. [ 55 ] en 1998. El modelo de CPG de la lamprea para la locomoción ha sido importante para el estudio de los CPG. Aunque Sten Grillner afirma que la red locomotora está caracterizada, una afirmación que aparentemente ha sido aceptada sin crítica por el campo de la red locomotora de la médula espinal, de hecho hay muchos detalles faltantes y Grillner no puede proporcionar la evidencia que usa para respaldar sus afirmaciones (Parker 2006). [ 56 ] [ 57 ] Sin embargo, este modelo de circuito neuronal [ 58 ] del CPG de la lamprea, que incluye tres clases (una excitatoria y dos inhibitorias) de neuronas pero omite detalles subcelulares, proporciona una comprensión a nivel de sistema de la locomoción generada por el CPG cuya velocidad y dirección (nadar hacia adelante, hacia atrás o girar) están establecidas por entradas externas no rítmicas (del tronco encefálico ) al circuito. [ 58 ] Un esquema general del CPG de la lamprea se está utilizando ahora en la creación de CPG artificiales. Por ejemplo, Ijspeert y Kodjabachian utilizaron el modelo de Ekeberg para la lamprea para crear CPG artificiales y simular movimientos de natación en un sustrato similar al de la lamprea utilizando controladores basados ​​en una codificación SGOCE. [ 59 ] En esencia, estos son los primeros pasos hacia el uso de CPG para codificar la locomoción en robots. El modelo vertebrado de CPG también se ha desarrollado con el formalismo de Hodgkin-Huxley, [ 60 ] sus variantes [ 61 ] y enfoques de sistemas de control. [ 62 ] [ 63 ]Por ejemplo, Yakovenko y sus colegas desarrollaron un modelo matemático simple que describe los principios básicos propuestos por TG Brown con unidades de integración hasta el umbral organizadas con conexiones mutuamente inhibitorias. Este modelo es suficiente para describir propiedades complejas del comportamiento, como los diferentes regímenes de locomoción con predominio extensor y flexor observados durante la estimulación eléctrica de la región locomotora mesencefálica (MLR), y la locomoción ficticia inducida por MLR. [ 63 ]

Las conexiones entre los CPG que controlan cada extremidad gestionan la coordinación entre extremidades y, por lo tanto, las marchas en animales cuadrúpedos y posiblemente también bípedos. [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] La coordinación izquierda-derecha está mediada por interneuronas comisurales y anteroposteriores, así como la coordinación diagonal está mediada por interneuronas propiaspinales de larga proyección. [ 69 ] [ 70 ] El equilibrio de la alternancia izquierda-derecha (mediada por las clases de neuronas V0d y V0v identificadas genéticamente) con las interneuronas comisurales que promueven la sincronización izquierda (potencialmente mediadas por neuronas V3) determina si se expresan la marcha y el trote (marchas alternas) o el galope y el salto (marchas sincrónicas). [ 64 ] Este equilibrio cambia con el aumento de la velocidad, potencialmente debido a la modulación por impulso supraespinal del MLR y mediado por la formación reticular, y causa transiciones de marcha dependientes de la velocidad características de los animales cuadrúpedos. [ 64 ] [ 67 ] [ 71 ] La transición de caminar a trotar potencialmente ocurre debido a la disminución más fuerte de las duraciones de la fase de extensión que de la flexión con el aumento de la velocidad locomotora y podría estar mediada por la inhibición diagonal descendente a través de neuronas propioespinales largas V0d, [ 67 ] lo que conduce a una superposición progresivamente creciente entre las extremidades diagonales hasta la sincronización diagonal (trote). [ 64 ] Las neuronas comisurales y propioespinales largas son un objetivo probable de las entradas aferentes supraespinales y somatosensoriales para ajustar la coordinación entre extremidades y la marcha a diferentes condiciones ambientales y conductuales. [ 67 ]

Los generadores centrales de patrones también contribuyen a la locomoción en los humanos. En 1994, Calancie et al. describieron el primer ejemplo bien definido de un generador central de ritmo para la marcha en el ser humano adulto. El sujeto era un hombre de 37 años que había sufrido una lesión en la médula espinal cervical 17 años antes. Tras una parálisis total inicial por debajo del cuello, el sujeto recuperó con el tiempo cierto movimiento de brazos y dedos, y un movimiento limitado en las extremidades inferiores. No se había recuperado lo suficiente como para soportar su propio peso. Después de 17 años, el sujeto descubrió que, al tumbarse boca arriba y extender las caderas, sus extremidades inferiores realizaban movimientos similares a pasos mientras permanecía tumbado. Los movimientos (i) implicaban una flexión y extensión alternas de las caderas, las rodillas y los tobillos; (ii) eran suaves y rítmicos; (iii) eran lo suficientemente enérgicos como para que el sujeto pronto se sintiera incómodo debido a una excesiva tensión muscular y una temperatura corporal elevada; y (iv) no podían detenerse mediante esfuerzo voluntario. Después de un estudio exhaustivo del tema, los experimentadores concluyeron que "estos datos representan la evidencia más clara hasta la fecha de que existe una red [CPG] de este tipo en el ser humano". [ 72 ] Cuatro años después, en 1998, Dimitrijevic et al. demostraron que las redes generadoras de patrones lumbares humanas pueden activarse mediante la estimulación de aferentes sensoriales de gran diámetro de las raíces posteriores. [ 6 ] Cuando se aplica estimulación eléctrica tónica a estas fibras en individuos con lesión medular completa motora (es decir, individuos en quienes la médula espinal está funcionalmente aislada del cerebro), se puede obtener un movimiento rítmico, similar al de la locomoción, de las extremidades inferiores. Estas mediciones se realizaron en posición supina, minimizando así la retroalimentación periférica. Estudios posteriores demostraron que estos centros locomotores lumbares pueden formar una gran variedad de movimientos rítmicos al combinar y distribuir patrones estereotipados a los numerosos músculos de las extremidades inferiores. [ 7 ] Un tratamiento farmacológico activador de CPG llamado Spinalon, activo centralmente tras la administración oral, también ha demostrado reactivar parcialmente las neuronas locomotoras espinales en pacientes con lesión medular completa o motora completa. De hecho, un estudio doble ciego, aleatorizado y controlado con placebo en cuarenta y cinco voluntarios con lesiones crónicas AIS A/B (entre 3 meses y 30 años después del traumatismo) acostados en decúbito supino por razones de seguridad, reveló que Spinalon por debajo de la dosis máxima tolerada (DMT fue de 500/125/50  mg/kg de L-DOPA/carbidopa/buspirona) fue bien tolerado. También se encontró evidencia preliminar de eficacia utilizando grabaciones de vídeo y electromiográficas, ya que dosis por debajo de la DMT podían inducir de forma aguda movimientos rítmicos de piernas similares a la locomoción en los grupos con Spinalon, pero no en aquellos con placebo (almidón de maíz). [ 73 ]

Control de la locomoción

Si las duraciones del ciclo de pasos y las activaciones musculares fueran fijas, no sería posible cambiar la velocidad corporal y adaptarse a terrenos variables. Se ha sugerido que el CPG locomotor de los mamíferos comprende un "temporizador" (posiblemente en forma de osciladores acoplados) que genera ciclos de pasos de duraciones variables, y una " capa de formación de patrones ", que selecciona y gradúa la activación de los grupos motores . [ 60 ] [ 74 ] Aumentar el impulso neural desde la región locomotora del mesencéfalo (MLR) al CPG espinal aumenta la frecuencia del ciclo de pasos (la cadencia). [ 75 ] Las duraciones de las fases de balanceo y apoyo covarían en una relación bastante fija, con las fases de apoyo cambiando más que las fases de balanceo. [ 76 ]

La información sensorial de las extremidades puede acortar o extender la duración de las fases individuales en un proceso similar al control de estados finitos (en el que las reglas "si-entonces" determinan cuándo ocurren las transiciones de estado). [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] Por ejemplo, si una extremidad que se balancea hacia adelante alcanza el final del balanceo en menos tiempo que la duración de la fase flexora generada por el CPG actual, la información sensorial haría que el temporizador del CPG terminara el balanceo y comenzara la fase de apoyo. [ 80 ] [ 81 ] Además, a medida que aumenta la velocidad corporal, la capa de formación de patrones aumentaría la activación muscular de forma no lineal para proporcionar mayores fuerzas de carga y empuje. Se ha postulado que en movimientos bien predichos, las duraciones de fase y las fuerzas musculares generadas por el CPG coinciden estrechamente con las requeridas por los eventos biomecánicos en evolución, minimizando las correcciones sensoriales necesarias. El término "sintonización neuromecánica" se ha acuñado para describir este proceso. [ 63 ]

Fig. 1. Esquema del generador central de patrones locomotores en el sistema nervioso de los mamíferos. Una señal de comando que especifica una velocidad corporal creciente desciende desde los núcleos cerebrales profundos a través de la MLR hasta la médula espinal e impulsa el elemento de temporización del CPG locomotor espinal para generar ciclos de cadencia creciente. Las duraciones de las fases extensoras cambian más que las duraciones de las fases flexoras. La señal de comando también impulsa la capa de formación de patrones para generar la activación cíclica de las motoneuronas flexoras y extensoras. La carga de los músculos activados (por ejemplo, el soporte de la masa corporal en movimiento) es resistida por las propiedades elásticas intrínsecas de los músculos. Esto es equivalente a la retroalimentación de desplazamiento. La fuerza y ​​el desplazamiento detectados por las aferencias del huso muscular y del órgano tendinoso de Golgi activan reflejamente las motoneuronas. Una función clave de estas aferencias es ajustar la temporización de las transiciones de fase, presumiblemente influyendo o anulando el temporizador del CPG. Modificado de [ 82 ]

La figura 1 proporciona un esquema simplificado que resume estos mecanismos propuestos. Una orden que especifica la velocidad corporal deseada desciende desde centros superiores hasta el MLR, que impulsa el CPG locomotor espinal. El temporizador del CPG produce la cadencia y las duraciones de fase adecuadas, y la capa de formación de patrones modula las salidas motoneuronales. [ 82 ] Los músculos activados resisten el estiramiento a través de sus propias propiedades biomecánicas intrínsecas, proporcionando una forma rápida de control de retroalimentación de longitud y velocidad. Los reflejos mediados por el órgano tendinoso de Golgi y otras aferencias proporcionan una compensación de carga adicional, pero la función principal de la entrada sensorial puede ser ajustar o anular el CPG en las transiciones de apoyo-balanceo-apoyo. [ 83 ]

Como se describe en Neuromodulación , el CPG de la locomoción humana es muy adaptable y puede responder a la información sensorial. Recibe información del tronco encefálico y del entorno para mantener la red regulada. Estudios recientes no solo han confirmado la presencia del CPG para la locomoción humana, sino también su robustez y adaptabilidad. Por ejemplo, Choi y Bastian demostraron que las redes responsables de la marcha humana son adaptables en escalas de tiempo cortas y largas. Mostraron adaptación a diferentes patrones de marcha y diferentes contextos de caminar. Además, demostraron que diferentes patrones motores pueden adaptarse de forma independiente. Los adultos incluso podían caminar en cintas de correr yendo en una dirección diferente para cada pierna. Este estudio demostró que redes independientes controlan la marcha hacia adelante y hacia atrás, y que las redes que controlan cada pierna pueden adaptarse de forma independiente y ser entrenadas para caminar de forma independiente. [ 84 ] Por lo tanto, los humanos también poseen un generador central de patrones para la locomoción que es capaz no solo de generar patrones rítmicos, sino también de una notable adaptación y utilidad en una amplia variedad de situaciones.

Respiración

El modelo trifásico es la visión clásica del generador central de patrones respiratorio (GCP). Las fases del GCP se caracterizan por la actividad rítmica de: (1) el nervio frénico durante la inspiración; (2) las ramas del nervio laríngeo recurrente que inervan el músculo tiroaritenoideo durante la última fase de la espiración; (3) las ramas del nervio intercostal interno que inervan el músculo triangular del esternón durante la segunda fase de la espiración. Clásicamente, se considera que la ritmicidad de estos nervios se origina en un único generador de ritmo. En este modelo, la sincronización se produce por la inhibición sináptica recíproca entre grupos de interneuronas activas secuencialmente.

No obstante, se ha propuesto un modelo alternativo [ 85 ] reforzado por ciertos datos experimentales. Según este modelo, el ritmo respiratorio se genera mediante dos generadores de ritmo acoplados y anatómicamente distintos: uno en el complejo pre-Boetzinger [ 86 ] y el otro en el núcleo retrotrapezoidal / grupo respiratorio parafacial . Un estudio posterior aportó evidencia a la hipótesis de que una de las redes es responsable del ritmo inspiratorio y la otra del ritmo espiratorio. Por lo tanto, la inspiración y la espiración son funciones distintas y una no induce a la otra, como se cree comúnmente, sino que una de ellas predomina sobre la otra generando un ritmo más rápido.

Deglución

La deglución implica la contracción coordinada de más de 25 pares de músculos en la orofaringe, la laringe y el esófago, que se activan durante una fase orofaríngea, seguida de la peristalsis esofágica primaria. La deglución depende de un centro de deglución , un generador central de patrones (GCP) ubicado en el bulbo raquídeo , que involucra varios núcleos motores del tronco encefálico y dos grupos principales de interneuronas: un grupo dorsal de deglución (GDS) en el núcleo del tracto solitario y un grupo ventral de deglución (GVD) ubicado en la médula ventrolateral por encima del núcleo ambiguo. Las neuronas del GDS son responsables de la generación del patrón de deglución, mientras que las del GVD distribuyen las órdenes a los distintos grupos de motoneuronas. Como en otros GCP, el funcionamiento de la red central puede ser modulado por entradas periféricas y centrales, de modo que el patrón de deglución se adapta al tamaño del bolo.

Dentro de esta red, las conexiones inhibitorias centrales desempeñan un papel fundamental, generando una inhibición rostrocaudal que se corresponde con la anatomía rostrocaudal del tracto de deglución. Así, cuando las neuronas que controlan las partes proximales del tracto están activas, las que controlan las partes más distales se inhiben. Además del tipo de conexión entre las neuronas, las propiedades intrínsecas de estas, especialmente las de las neuronas del NTS, probablemente también contribuyen a la configuración y la sincronización del patrón de deglución.

El CPG de la deglución es un CPG flexible. Esto significa que al menos algunas de las neuronas de la deglución pueden ser neuronas multifuncionales y pertenecer a grupos de neuronas comunes a varios CPG. Un ejemplo de este tipo de CPG es el respiratorio, que se ha observado que interactúa con el CPG de la deglución. [ 87 ] [ 88 ]

Generadores de ritmo

Los generadores centrales de patrones también pueden desempeñar un papel en la generación de ritmos para otras funciones en los vertebrados. Por ejemplo, el sistema de vibrisas de la rata utiliza un CPG no convencional para los movimientos de los bigotes . "Al igual que otros CPG, el generador de bigotes puede funcionar sin entrada cortical ni retroalimentación sensorial. Sin embargo, a diferencia de otros CPG, las motoneuronas de las vibrisas participan activamente en la ritmogénesis al convertir las entradas serotoninérgicas tónicas en la salida motora con patrón responsable del movimiento de las vibrisas." [ 89 ] La respiración es otra función no locomotora de los generadores centrales de patrones. Por ejemplo, las larvas de anfibios realizan el intercambio de gases principalmente a través de la ventilación rítmica de las branquias. Un estudio mostró que la ventilación pulmonar en el tronco encefálico del renacuajo puede estar impulsada por un mecanismo similar a un marcapasos, mientras que el CPG respiratorio se adapta en la rana toro adulta a medida que madura. [ 90 ] Por lo tanto, los CPG tienen una amplia gama de funciones en el animal vertebrado y son ampliamente adaptables y variables con la edad, el entorno y el comportamiento.

Mecanismo

La ritmicidad en los CPG también puede resultar de propiedades celulares dependientes del tiempo, como la adaptación, la excitación retardada y el rebote postinhibitorio (PIR). El PIR es una propiedad intrínseca que genera actividad eléctrica rítmica al despolarizar la membrana una vez que desaparece el estímulo hiperpolarizante. Puede producirse mediante varios mecanismos, incluyendo la corriente catiónica activada por hiperpolarización (Ih), la corriente de calcio activada por bajo voltaje, [ 91 ] o la desinactivación de las corrientes de entrada activadas por despolarización. [ 92 ] Una vez que cesa la inhibición, este período de PIR puede explicarse como el tiempo con mayor excitabilidad neuronal. Es la propiedad de muchas neuronas del SNC que a veces produce "ráfagas" de potenciales de acción inmediatamente después de la entrada sináptica inhibitoria. "Debido a esto, se ha sugerido que la PIR puede contribuir al mantenimiento de la actividad oscilatoria en redes neuronales caracterizadas por conexiones inhibitorias mutuas, como las involucradas en comportamientos locomotores. Además, la PIR se incluye frecuentemente como un elemento en modelos computacionales de redes neuronales que implican inhibición mutua". [ 93 ] Por ejemplo, la "PIR en las neuronas receptoras de estiramiento del cangrejo de río se produce por la recuperación de la adaptación durante el curso de la hiperpolarización inhibitoria. Una característica de ese sistema es que la PIR solo ocurre si la hiperpolarización se impone sobre un fondo de excitación, causada en este caso por el estiramiento. También se descubrió que la PIR puede ser provocada en el receptor de estiramiento mediante pulsos de corriente hiperpolarizantes. Este fue un hallazgo importante porque demostró que la PIR es una propiedad intrínseca de la neurona postsináptica, relacionada con el cambio del potencial de membrana asociado con la inhibición, pero independiente de los receptores de neurotransmisores o las propiedades presinápticas. Esta última conclusión ha resistido el paso del tiempo, lo que marca a la PIR como una propiedad robusta de las neuronas del SNC en una amplia variedad de contextos". [ 94 ] Esta propiedad celular se puede observar más fácilmente en el circuito neuronal de la lamprea. El movimiento de natación se produce por la alternancia de la actividad neuronal entre el lado izquierdo y el derecho del cuerpo, lo que provoca que se incline hacia adelante y hacia atrás, creando movimientos oscilatorios. Mientras la lamprea se inclina hacia la izquierda, hay una inhibición recíproca en el lado derecho que provoca su relajación debido a la hiperpolarización. Inmediatamente después de este estímulo hiperpolarizante, las interneuronas utilizan el rebote postinhibitorio para iniciar la actividad en el lado derecho. La despolarización de la membrana provoca su contracción mientras se aplica la inhibición recíproca al lado izquierdo.

Funciones en invertebrados

Los CPG desempeñan un papel igualmente crítico en la coordinación de comportamientos en invertebrados, y el estudio de los CPG de invertebrados con menor número de neuronas ha ayudado a establecer principios generales de los CPG y su organización en el sistema nervioso. Un circuito modelo para estudiar los CPG es el ganglio estomatogástrico en cangrejos y langostas, un circuito de ~30 neuronas que contiene dos CPG que generan una salida motora rítmica para masticar y digerir los alimentos. [ 11 ] La disección de estos circuitos ha revelado mecanismos neuronales de los CPG. Por ejemplo, el CPG pilórico, que controla la contracción y dilatación del píloro , contiene un conjunto de neuronas oscilatorias condicionales y una neurona marcapasos que se dispara rítmicamente cuando se diseca fuera del circuito. [ 11 ] Los comportamientos rítmicos coordinados como caminar, volar y acicalarse también están controlados por CPG en algunos invertebrados. [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] La investigación continua sobre cómo los CPG controlan estos comportamientos ha revelado una arquitectura de CPG anidada para controlar comportamientos rítmicos en varias escalas de tiempo. [ 99 ] Otros ejemplos de CPG en animales invertebrados incluyen un CPG que modula la retirada refleja, la natación de escape y el arrastre en el molusco Tritonia, [ 100 ] y para controlar el latido cardíaco de las sanguijuelas. [ 101 ] Los generadores de patrones centrales juegan un papel amplio en todos los animales y muestran una variabilidad y adaptabilidad asombrosas en casi todos los casos.

Interpretaciones alternativas

Una teoría que concilia el papel de la retroalimentación sensorial durante la locomoción rítmica consiste en redefinir los CPG como "estimadores de estado" en lugar de generadores de ritmo. [ 102 ] Desde esta perspectiva, los CPG son un procesador espinal intrínseco que corrige la retroalimentación sensorial imperfecta y adapta la entrada central a esta entrada periférica optimizada. [ 4 ] Los modelos que utilizan este marco son capaces de lograr un comportamiento rítmico, así como una locomoción ficticia, sin incorporar generadores de ritmo independientes.

Referencias

  1. Wojcik, Jeremy; Clewley, Robert; Shilnikov, Andrey (16 de mayo de 2011). "Parámetro de orden para polirritmos en ráfagas en generadores de patrones centrales multifuncionales" . Physical Review E. 83 ( 5) 056209. Bibcode : 2011PhRvE..83e6209W . doi : 10.1103/PhysRevE.83.056209 . PMID 21728632 . 
  2. Ferrario, Andrea; Merrison-Hort, Robert; Soffe, Stephen R.; Li, Wen-Chang; Borisyuk, Roman (2018-07-18). " Bifurcaciones de ciclos límite en un modelo reducido del generador central de patrones del renacuajo de Xenopus" . The Journal of Mathematical Neuroscience . 8 (1): 10. doi : 10.1186/s13408-018-0065-9 . ISSN 2190-8567 . PMC 6051957. PMID 30022326 .   
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Hooper, Scott L. (1999–2010). «Generadores de patrones centrales». Enciclopedia de las ciencias de la vida . John Wiley & Sons. doi : 10.1038/npg.els.0000032 . ISBN 978-0-470-01590-2.
  4. 1 2 3 Kuo, AD (abril de 2002). "Los roles relativos de la anticipación y la retroalimentación en el control de los movimientos rítmicos". Motor Control . 6 (2): 129– 45. doi : 10.1123/mcj.6.2.129 . PMID 12122223 . 
  5. Guertin, PA. (enero de 2019). "Generadores de patrones centrales en el tronco encefálico y la médula espinal: una visión general de los principios básicos, similitudes y diferencias". Reviews in the Neurosciences . 30 (2): 107– 164. doi : 10.1515/revneuro-2017-0102 . PMID 30543520. S2CID 56493287 .  
  6. 1 2 Dimitrijevic MR, Gerasimenko Y, Pinter MM (noviembre de 1998). "Evidencia de un generador de patrones centrales espinales en humanos". Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York . 860 (1): 360– 76. Bibcode : 1998NYASA.860..360D . doi : 10.1111/j.1749-6632.1998.tb09062.x . PMID 9928325. S2CID 102514 .  
  7. 1 2 Danner SM, Hofstoetter US, Freundl B, Binder H, Mayr W, Rattay F, Minassian K (marzo de 2015). "El control locomotor espinal humano se basa en generadores de ráfagas organizados de forma flexible" . Brain . 138 ( Pt 3): 577–88 . doi : 10.1093/brain/awu372 . PMC 4408427. PMID 25582580 .  
  8. Minassian, Karen; Hofstoetter, Ursula S.; Dzeladini, Florin; Guertin, Pierre A.; Ijspeert, Auke (2017). "El generador central de patrones humanos para la locomoción: ¿Existe y contribuye a la marcha?" . The Neuroscientist . 23 (6): 649– 663. doi : 10.1177/1073858417699790 . PMID 28351197 . S2CID 33273662 .  
  9. Hultborn H, Nielsen JB (febrero de 2007). "Control espinal de la locomoción: del gato al hombre". Acta Physiologica . 189 (2): 111– 21. doi : 10.1111/j.1748-1716.2006.01651.x . PMID 17250563. S2CID 41080512 .  
  10. Guertin PA (diciembre de 2009). "El generador central de patrones de los mamíferos para la locomoción". Brain Research Reviews . 62 (4): 345– 56. doi : 10.1016/j.brainresrev.2009.08.002 . PMID 19720083. S2CID 9374670 .  
  11. 1 2 3 Selverston, Allen I. (2010-08-12). "Circuitos generadores de patrones centrales de invertebrados" . Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 365 (1551): 2329– 2345. doi : 10.1098 / rstb.2009.0270 . ISSN 0962-8436 . PMC 2894947. PMID 20603355 .   
  12. 1 2 3 4 Marder, Eve; Bucher, Dirk (27-11-2001). "Generadores de patrones centrales y el control de los movimientos rítmicos" . Current Biology . 11 (23): R986– R996. Bibcode : 2001CBio...11.R986M . doi : 10.1016/S0960-9822( 01 )00581-4 . ISSN 0960-9822 . PMID 11728329. S2CID 1294374 .   
  13. Marder, E.; Eisen, JS (junio de 1984). "Las neuronas marcapasos acopladas eléctricamente responden de manera diferente a las mismas entradas fisiológicas y neurotransmisores". Journal of Neurophysiology . 51 (6): 1362– 1374. doi : 10.1152/jn.1984.51.6.1362 . ISSN 0022-3077 . PMID 6145758 .  
  14. Smith, JC; Ellenberger, HH; Ballanyi, K.; Richter, DW; Feldman, JL (1991-11-01). "Complejo pre-Bötzinger: una región del tronco encefálico que puede generar ritmo respiratorio en mamíferos" . Science . 254 ( 5032): 726– 729. Bibcode : 1991Sci...254..726S . doi : 10.1126/science.1683005 . ISSN 0036-8075 . PMC 3209964. PMID 1683005 .   
  15. Wang, Xiao-Jing; Rinzel, John (enero de 1992). "Ritmos alternantes y sincrónicos en neuronas modelo de inhibición recíproca" . Neural Computation . 4 (1): 84– 97. doi : 10.1162/neco.1992.4.1.84 . ISSN 0899-7667 . S2CID 33448885 .  
  16. Brown, T. Graham (1914-03-31). "Sobre la naturaleza de la actividad fundamental de los centros nerviosos; junto con un análisis del condicionamiento de la actividad rítmica en progresión y una teoría de la evolución de la función en el sistema nervioso" . The Journal of Physiology . 48 (1): 18– 46. doi : 10.1113 / jphysiol.1914.sp001646 . ISSN 0022-3751 . PMC 1420503. PMID 16993247 .   
  17. Satterlie, Richard A. (1985-07-26). "La inhibición recíproca y el rebote postinhibitorio producen reverberación en un generador de patrones locomotores" . Science . 229 ( 4711): 402– 404. Bibcode : 1985Sci...229..402S . doi : 10.1126/science.229.4711.402 . PMID 17795901. S2CID 44315274 .  
  18. Roberts, A.; Soffe, SR; Wolf, ES; Yoshida, M.; Zhao, FY (1998-11-16). "Circuitos centrales que controlan la locomoción en renacuajos jóvenes". Annals of the New York Academy of Sciences . 860 (1): 19– 34. Bibcode : 1998NYASA.860...19R . doi : 10.1111/j.1749-6632.1998.tb09036.x . hdl : 2437/121359 . ISSN 0077-8923 . PMID 9928299 . S2CID 24563208 .   
  19. Grillner, S.; Wallén, P. (1999). «Capítulo 26 sobre las bases celulares de la locomoción de los vertebrados». Mecanismos periféricos y espinales en el control neural del movimiento . Progress in Brain Research. Vol. 123. pp. 297–309 . doi : 10.1016/s0079-6123(08)62865-4 . ISBN   978-0-444-50288-9ISSN 0079-6123 PMID 10635725  
  20. Beierlein, Michael; Gibson, Jay R.; Connors, Barry W. (septiembre de 2000). "Una red de interneuronas acopladas eléctricamente impulsa la inhibición sincronizada en la neocorteza" . Nature Neuroscience . 3 (9): 904– 910. doi : 10.1038/78809 . ISSN 1546-1726 . PMID 10966621 .  
  21. ^ Canción, Jianren; Ampatzis, Konstantinos; Björnfors, E. Rebecka; El Manira, Abdeljabbar (enero 2016). "Las neuronas motoras controlan la función del circuito locomotor de forma retrógrada a través de uniones comunicantes" . Naturaleza . 529 (7586): 399– 402. Bibcode : 2016Natur.529..399S . doi : 10.1038/naturaleza16497 . ISSN 1476-4687 . PMID 26760208 .  
  22. Choi, Ukjin; Wang, Han; Hu, Mingxi; Kim, Sungjin; Sieburth, Derek (2021-05-18). "El acoplamiento presináptico mediante sinapsis eléctricas coordina un comportamiento rítmico al sincronizar las actividades de un par de neuronas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 118 (20) e2022599118. Bibcode : 2021PNAS..11822599C . doi : 10.1073/pnas.2022599118 . ISSN 0027-8424 . PMC 8157971. PMID 33972428 .   
  23. Rancic, Vladimir; Gosgnach, Simon (enero de 2021). "Perspectivas recientes sobre el núcleo rítmico del CPG locomotor" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 22 (3): 1394. doi : 10.3390/ijms22031394 . ISSN 1422-0067 . PMC 7866530. PMID 33573259 .   
  24. Tresch, Matthew C.; Kiehn, Ole (junio de 2000). "Coordinación motora sin potenciales de acción en la médula espinal de los mamíferos" . Nature Neuroscience . 3 (6): 593– 599. doi : 10.1038/75768 . ISSN 1546-1726 . PMID 10816316 .  
  25. Wilson, JM; Cowan, AI; Brownstone, RM (octubre de 2007). "Acoplamiento electrotónico heterogéneo y sincronización de la actividad de descarga rítmica en interneuronas Hb9 de ratón" . Journal of Neurophysiology . 98 (4): 2370– 2381. doi : 10.1152/jn.00338.2007 . ISSN 0022-3077 . PMID 17715199 .  
  26. ^ Canción, Jianren; Ampatzis, Konstantinos; Björnfors, E. Rebecka; El Manira, Abdeljabbar (enero 2016). "Las neuronas motoras controlan la función del circuito locomotor de forma retrógrada a través de uniones comunicantes" . Naturaleza . 529 (7586): 399– 402. Bibcode : 2016Natur.529..399S . doi : 10.1038/naturaleza16497 . ISSN 1476-4687 . PMID 26760208 .  
  27. Nadim, Farzan; Manor, Yair (2000-12-01). "El papel de la dinámica sináptica a corto plazo en el control motor" . Current Opinion in Neurobiology . 10 (6): 683– 690. doi : 10.1016/S0959-4388(00)00159-8 . ISSN 0959-4388 . PMID 11240276. S2CID 19397634 .   
  28. Bucher, Dirk; Haspel, Gal; Golowasch, Jorge; Nadim, Farzan (23 de diciembre de 2015). «Generadores de patrones centrales». Enciclopedia de las ciencias de la vida . págs. 1–12 . doi : 10.1002/9780470015902.a0000032.pub2 . ISBN  978-0-470-01617-6.
  29. Li, Wen-Chang; Sautois, Bart; Roberts, Alan; Soffe, Stephen R. (2007-11-07). "Reconfiguración de una red motora de vertebrados: reclutamiento específico de neuronas y plasticidad sináptica dependiente del contexto" . Journal of Neuroscience . 27 (45): 12267– 12276. doi : 10.1523/JNEUROSCI.3694-07.2007 . ISSN 0270-6474 . PMC 6673254. PMID 17989292 .   
  30. Rubin, Jonathan E.; Hayes, John A.; Mendenhall, Jeffrey L.; Del Negro, Christopher A. (2009-02-24). "La corriente catiónica no específica activada por calcio y la depresión sináptica promueven oscilaciones de ráfaga dependientes de la red" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 106 (8): 2939– 2944. Bibcode : 2009PNAS..106.2939R . doi : 10.1073/pnas.0808776106 . ISSN 0027-8424 . PMC 2636730. PMID 19196976 .   
  31. Kiehn O, Butt SJ (julio de 2003). "Identificación fisiológica, anatómica y genética de neuronas CPG en la médula espinal de mamíferos en desarrollo". Prog . Neurobiol . 70 (4): 347– 61. doi : 10.1016/S0301-0082(03)00091-1 . PMID 12963092. S2CID 22793900 .  
  32. Bidaye, Salil S.; Bockemühl, Till; Büschges, Ansgar (2018-02-01). "Marcha de seis patas en insectos: cómo los CPG, la retroalimentación periférica y las señales descendentes generan ritmos motores coordinados y adaptativos" . Journal of Neurophysiology . 119 (2): 459– 475. doi : 10.1152/jn.00658.2017 . ISSN 1522-1598 . PMID 29070634 .  
  33. Jean A (abril de 2001). "Control del tronco encefálico de la deglución: red neuronal y mecanismos celulares". Physiol. Rev. 81 ( 2): 929– 69. doi : 10.1152/physrev.2001.81.2.929 . PMID 11274347. S2CID 17609854 .  
  34. Cunningham ET, Sawchenko PE (febrero de 2000). "Vías medulares dorsales que sirven a los reflejos oromotores en la rata: implicaciones para el control neural central de la deglución". J. Comp. Neurol . 417 (4): 448– 66. doi : 10.1002/(SICI)1096-9861(20000221)417:4 < 448::AID-CNE5 > 3.0.CO ; 2 -S . PMID 10701866. S2CID 2403930 .  
  35. 1 2 3 Goulding, Martyn (julio de 2009). " Circuitos que controlan la locomoción de los vertebrados: avanzando en una nueva dirección" . Nature Reviews Neuroscience . 10 (7): 507– 518. doi : 10.1038/nrn2608 . ISSN 1471-0048 . PMC 2847453. PMID 19543221 .   
  36. Berg, Eva M.; Björnfors, E. Rebecka; Pallucchi, Irene; Picton, Laurence D.; El Manira, Abdeljabbar (2018). "Principios que rigen la locomoción en vertebrados: lecciones del pez cebra" . Frontiers in Neural Circuits . 12 73. doi : 10.3389/fncir.2018.00073 . ISSN 1662-5110 . PMC 6146226. PMID 30271327 .   
  37. Jessell, Thomas M. (octubre de 2000). "Especificación neuronal en la médula espinal: señales inductivas y códigos transcripcionales" . Nature Reviews Genetics . 1 (1): 20– 29. doi : 10.1038/35049541 . ISSN 1471-0064 . PMID 11262869. S2CID 205012382 .   
  38. 1 2 3 Gosgnach, Simon; Bikoff, Jay B.; Dougherty, Kimberly J.; El Manira, Abdeljabbar; Lanuza, Guillermo M.; Zhang, Ying (2017-11-08). " Delimitando la diversidad de interneuronas espinales en circuitos locomotores" . The Journal of Neuroscience . 37 (45): 10835– 10841. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1829-17.2017 . ISSN 1529-2401 . PMC 6596484. PMID 29118212 .   
  39. Rybak, Ilya A.; Dougherty, Kimberly J.; Shevtsova, Natalia A. (2015-09-22). "Organización del CPG locomotor de mamíferos: revisión de modelos computacionales y arquitecturas de circuitos basados ​​en interneuronas espinales identificadas genéticamente" . eNeuro . 2 ( 5): ENEURO.0069–15.2015. doi : 10.1523/ENEURO.0069-15.2015 . ISSN 2373-2822 . PMC 4603253. PMID 26478909 .   
  40. 1 2 Harris-Warrick, Ronald M. (octubre de 2011). "Neuromodulación y flexibilidad en las redes generadoras de patrones centrales" . Current Opinion in Neurobiology . 21 (5): 685– 692. doi : 10.1016/j.conb.2011.05.011 . ISSN 0959-4388 . PMC 3171584. PMID 21646013 .   
  41. Katz, Paul S (1995-12-01). "Neuromodulación intrínseca y extrínseca de los circuitos motores". Current Opinion in Neurobiology . 5 (6): 799– 808. doi : 10.1016/0959-4388(95)80109-X . ISSN 0959-4388 . PMID 8805409 . S2CID 43818751 .   
  42. Schmidt, Brian J; Jordan, Larry M (2000-11-15). "El papel de la serotonina en la modulación refleja y la producción del ritmo locomotor en la médula espinal de los mamíferos" . Brain Research Bulletin . 53 (5): 689– 710. doi : 10.1016/S0361-9230(00)00402-0 . ISSN 0361-9230 . PMID 11165804. S2CID 20952920 .   
  43. Nadim, Farzan; Bucher, Dirk (1 de diciembre de 2014). "Neuromodulación de neuronas y sinapsis" . Current Opinion in Neurobiology . SI: Neuromodulación. 29 : 48–56 . doi : 10.1016/j.conb.2014.05.003 . ISSN 0959-4388 . PMC 4252488. PMID 24907657 .   
  44. 1 2 Marder, Eve (2012-10-04). " Neuromodulación de circuitos neuronales: de vuelta al futuro" . Neuron . 76 (1): 1– 11. doi : 10.1016/j.neuron.2012.09.010 . ISSN 0896-6273 . PMC 3482119. PMID 23040802 .   
  45. Blitz, Dawn M.; Christie, Andrew E.; Coleman, Melissa J.; Norris, Brian J.; Marder, Eve; Nusbaum, Michael P. (1999-07-01). " Diferentes neuronas de proctolina provocan patrones motores distintos a partir de una red neuronal multifuncional" . Journal of Neuroscience . 19 (13): 5449– 5463. doi : 10.1523/JNEUROSCI.19-13-05449.1999 . ISSN 0270-6474 . PMC 6782314. PMID 10377354 .   
  46. Harris-Warrick RM, Johnson BR, Peck JH, Kloppenburg P, Ayali A, Skarbinski J (noviembre de 1998). "Efectos distribuidos de la modulación de la dopamina en la red pilórica de los crustáceos". Annals of the New York Academy of Sciences . 860 (1 NeuronaL Mech): 155– 67. Bibcode : 1998NYASA.860..155H . doi : 10.1111/j.1749-6632.1998.tb09046.x . PMID 9928309. S2CID 23623832 .  
  47. Harris-Warrick, Ronald M. (octubre de 2011). "Neuromodulación y flexibilidad en las redes generadoras de patrones centrales" . Current Opinion in Neurobiology . 21 (5): 685– 692. doi : 10.1016/j.conb.2011.05.011 . ISSN 0959-4388 . PMC 3171584. PMID 21646013 .   
  48. Dickinson, Patsy S.; Mecsas, Carol; Marder, Eve (marzo de 1990). "Fusión de neuropéptidos de dos circuitos generadores de patrones motores" . Nature . 344 (6262): 155– 158. Bibcode : 1990Natur.344..155D . doi : 10.1038/344155a0 . ISSN 1476-4687 . PMID 2308633. S2CID 4260725 .   
  49. Hooper, Scott L.; Moulins, Maurice (1989-06-30). "Cambio de una neurona de una red a otra mediante cambios inducidos por estímulos sensoriales en las propiedades de la membrana" . Science . 244 (4912): 1587– 1589. Bibcode : 1989Sci...244.1587H . doi : 10.1126/science.2740903 . PMID 2740903 . 
  50. Gottschall JS, Nichols TR (septiembre de 2007). "La inclinación de la cabeza afecta la actividad muscular en la extremidad posterior del gato descerebrado durante la marcha" . Exp Brain Res . 182 (1): 131– 5. doi : 10.1007/s00221-007-1084-z . PMC 3064865. PMID 17690872 .  
  51. Graham-Brown, T. (1911). "Los factores intrínsecos en el acto de progresión en el mamífero". Philosophical Transactions of the Royal Society of London B . 84 (572): 308– 319. Bibcode : 1911RSPSB..84..308B . doi : 10.1098/rspb.1911.0077 .
  52. Whelan PJ (diciembre de 2003). "Aspectos del desarrollo de la función locomotora espinal: perspectivas a partir del uso de la preparación de médula espinal de ratón in vitro" . J. Physiol . 553 (Pt 3): 695–706 . doi : 10.1113/jphysiol.2003.046219 . PMC 2343637. PMID 14528025 .  
  53. Ayers J, Carpenter GA, Currie S, Kinch J (septiembre de 1983). "¿Qué comportamiento media el programa motor central de la lamprea?". Science . 221 (4617): 1312– 4. Bibcode : 1983Sci...221.1312A . doi : 10.1126/science.6137060 . PMID 6137060 . 
  54. Harris-Warrick R, Cohen A (1985) La serotonina modula el generador central de patrones para la locomoción en la médula espinal aislada de la lamprea. J Exp Biol 116:27-46.
  55. Parker D, Zhang W, Grillner S (1998). "La sustancia P modula las respuestas de NMDA y causa una modulación dependiente de la síntesis de proteínas a largo plazo de la red locomotora de la lamprea" . J Neurosci . 18 (12): 4800– 4813. doi : 10.1523/JNEUROSCI.18-12-04800.1998 . PMC 6792700. PMID 9614253 .  
  56. Parker D (enero de 2006). "Complejidades e incertidumbres de la función de las redes neuronales" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie B, Ciencias Biológicas . 361 ( 1465): 81– 99. doi : 10.1098/rstb.2005.1779 . PMC 1626546. PMID 16553310 .  
  57. Parker D (agosto de 2010). "Análisis de redes neuronales: premisas, promesas e incertidumbres" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie B, Ciencias Biológicas . 365 ( 1551): 2315–28 . doi : 10.1098/rstb.2010.0043 . PMC 2894952. PMID 20603354 .  
  58. 1 2 Zhaoping, Li; Lewis, Alex; Scarpetta, Silvia (2004-05-14). "Análisis matemático y simulaciones del circuito neuronal para la locomoción en lampreas" . Physical Review Letters . 92 (19) 198106. arXiv : q-bio/0404012 . Bibcode : 2004PhRvL..92s8106Z . doi : 10.1103/PhysRevLett.92.198106 . PMID 15169452. S2CID 7790379 .  
  59. Ijspeert, AJ; Kodjabachian, J (1999). "Evolución y desarrollo de un generador de patrones central para la natación de una lamprea" . Artificial Life . 5 (3): 247– 69. doi : 10.1162/106454699568773 . PMID 10648954 . 
  60. 1 2 Rybak IA, Shevtsova NA, Lafreniere-Roula M, McCrea DA (diciembre de 2006). "Modelado de circuitos espinales involucrados en la generación de patrones locomotores: perspectivas a partir de deleciones durante la locomoción ficticia" . The Journal of Physiology . 577 (Pt 2): 617– 39. doi : 10.1113/jphysiol.2006.118703 . PMC 1890439. PMID 17008376 .  
  61. Bashor DP, Dai Y, Kriellaars DJ, Jordan LM (noviembre de 1998). "Generadores de patrones para músculos que cruzan más de una articulación". Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York . 860 (1 Mecánica Neuronal): 444– 7. Bibcode : 1998NYASA.860..444B . CiteSeerX 10.1.1.215.3329 . doi : 10.1111 / j.1749-6632.1998.tb09071.x . PMID 9928334. S2CID 7322093 .   
  62. Yakovenko S, McCrea DA, Stecina K, Prochazka A (agosto de 2005). "Control de la duración del ciclo locomotor". Journal of Neurophysiology . 94 (2): 1057– 65. CiteSeerX 10.1.1.215.8127 . doi : 10.1152/jn.00991.2004 . PMID 15800075 .  
  63. 1 2 3 Prochazka A, Yakovenko S (2007). "La hipótesis de la sintonización neuromecánica". Neurociencia computacional: Perspectivas teóricas sobre la función cerebral . Avances en la investigación cerebral. Vol. 165. págs. 255–65 . doi : 10.1016/S0079-6123(06)65016-4 . ISBN   978-0-444-52823-0. PMID 17925251 . 
  64. 1 2 3 4 Danner SM, Wilshin SD, Shevtsova NA, Rybak IA (diciembre de 2016). "Control central de la coordinación intermiembros y expresión de la marcha dependiente de la velocidad en cuadrúpedos" . The Journal of Physiology . 594 (23): 6947– 6967. doi : 10.1113/JP272787 . PMC 5134391. PMID 27633893 .  
  65. Talpalar AE, Bouvier J, Borgius L, Fortin G, Pierani A, Kiehn O (agosto de 2013). "Funcionamiento de modo dual de redes neuronales involucradas en la alternancia izquierda-derecha". Nature . 500 ( 7460): 85–8 . Bibcode : 2013Natur.500...85T . doi : 10.1038/nature12286 . PMID 23812590. S2CID 4427401 .  
  66. Kiehn O (abril de 2016). "Decodificando la organización de los circuitos espinales que controlan la locomoción" . Nature Reviews. Neuroscience . 17 (4): 224– 38. doi : 10.1038/nrn.2016.9 . PMC 4844028. PMID 26935168 .  
  67. 1 2 3 4 Danner SM, Shevtsova NA, Frigon A, Rybak IA (noviembre de 2017). "Modelado computacional de circuitos espinales que controlan la coordinación de las extremidades y la marcha en cuadrúpedos" . eLife . 6 e31050 . doi : 10.7554/eLife.31050 . PMC 5726855. PMID 29165245 .  
  68. Ausborn, Jessica; Shevtsova, Natalia A.; Danner, Simon M. (25 de junio de 2021). "Modelado computacional de los circuitos locomotores espinales en la era de la genética molecular" . International Journal of Molecular Sciences . 22 (13): 6835. doi : 10.3390/ijms22136835 . PMC 8267724. PMID 34202085 .  
  69. Bellardita C, Kiehn O (junio de 2015). "Caracterización fenotípica de los cambios en la marcha asociados a la velocidad en ratones revela una organización modular de las redes locomotoras" . Current Biology . 25 (11): 1426–36 . Bibcode : 2015CBio...25.1426B . doi : 10.1016/j.cub.2015.04.005 . PMC 4469368. PMID 25959968 .  
  70. Ruder L, Takeoka A, Arber S (diciembre de 2016). "Las neuronas espinales descendentes de larga distancia aseguran la estabilidad locomotora cuadrúpeda" . Neuron . 92 (5): 1063– 1078. doi : 10.1016/j.neuron.2016.10.032 . PMID 27866798 . 
  71. Ausborn J, Shevtsova NA, Caggiano V, Danner SM, Rybak IA (enero de 2019). "Modelado computacional de circuitos del tronco encefálico que controlan la frecuencia locomotora y la marcha" . eLife . 8 e43587. doi : 10.7554/eLife.43587 . PMC 6355193. PMID 30663578 .  
  72. Calancie B, Needham-Shropshire B, Jacobs P, Willer K, Zych G, Green BA (octubre de 1994). "Pasos involuntarios después de una lesión crónica de la médula espinal. Evidencia de un generador de ritmo central para la locomoción en el hombre". Brain . 117 (Pt 5): 1143– 59. doi : 10.1093/brain/117.5.1143 . PMID 7953595 . 
  73. Radhakrishna M, Steuer I, Prince F, Roberts M, Mongeon D, Kia M, Dyck S, Matte G, Vaillancourt M, Guertin PA (diciembre de 2017). "Estudio doble ciego, controlado con placebo, aleatorizado de fase I/IIa (seguridad y eficacia) con buspirona/levodopa/carbidopa (Spinalon) en sujetos con lesión medular completa AIS A o AIS B motora completa". Current Pharmaceutical Design . 23 (12): 1789– 1804. doi : 10.2174/1381612822666161227152200 . PMID 28025945 . 
  74. Perret C, Cabelguen JM (1980). "Características principales del ciclo locomotor de las extremidades posteriores en el gato descorticado con especial referencia a los músculos bifuncionales". Brain Research . 187 (2): 333– 352. doi : 10.1016/0006-8993(80)90207-3 . PMID 7370734 . S2CID 44913308 .  
  75. Shik ML, Severin FV, Orlovsky GN (1966). "Control de la marcha y la carrera mediante estimulación eléctrica del mesencéfalo". Biofísica . 11 : 756–765 .
  76. Goslow GE Jr.; Reinking RM; Stuart DG (1973). "El ciclo de paso del gato: ángulos articulares de las extremidades posteriores y longitudes musculares durante la locomoción sin restricciones". Journal of Morphology . 141 (1): 1– 41. Bibcode : 1973JMorp.141....1G . doi : 10.1002/jmor.1051410102 . PMID 4727469 . S2CID 42918929 .  
  77. Cruse H (1990). "¿Qué mecanismos coordinan el movimiento de las patas en los artrópodos que caminan?" (PDF) . Trends in Neurosciences . 13 (1): 15– 21. doi : 10.1016 / 0166-2236(90)90057-h . PMID 1688670. S2CID 16401306 .  
  78. Hemami H, Tomovic R, Ceranowicz AZ (1978). "Control de estados finitos de bípedos planares con aplicación a la marcha y la sedestación". Journal of Bioengineering . 2 (6): 477– 494. PMID 753838 . 
  79. Prochazka A (1993). "Comparación del control natural y artificial del movimiento". IEEE Trans Rehabil Eng . 1 (1): 7– 17. Bibcode : 1993ITRE....1....7P . doi : 10.1109/86.242403 .
  80. Hiebert GW, Whelan PJ, Prochazka A, Pearson KG (1996). "Contribución de las aferencias de los músculos flexores de las extremidades posteriores a la sincronización de las transiciones de fase en el ciclo de la marcha del gato". Journal of Neurophysiology . 75 (3): 1126– 1137. doi : 10.1152/jn.1996.75.3.1126 . PMID 8867123 . 
  81. Guertin P, Angel MJ, Perreault MC, McCrea DA (1995). "Las aferencias del grupo I de extensores del tobillo excitan a los extensores de toda la extremidad posterior durante la locomoción ficticia en el gato" . Journal of Physiology . 487 (1): 197– 209. doi : 10.1113/jphysiol.1995.sp020871 . PMC 1156609. PMID 7473249 .  
  82. 1 2 Prochazka A, Ellaway PH (2012). "Sistemas sensoriales en el control del movimiento". Fisiología integral, suplemento 29: Manual de fisiología, ejercicio: regulación e integración de múltiples sistemas . Nueva York: John Wiley & Sons en colaboración con la Sociedad Americana de Fisiología. págs. 2615–2627 . 
  83. Donelan JM, McVea DA, Pearson KG (2009). "Regulación de la fuerza de la actividad del músculo extensor del tobillo en gatos que caminan libremente". J Neurophysiol . 101 (1): 360– 371. doi : 10.1152/jn.90918.2008 . PMID 19019974 . 
  84. Choi JT, Bastian AJ (agosto de 2007). "La adaptación revela redes de control independientes para la marcha humana". Nat . Neurosci . 10 (8): 1055– 62. doi : 10.1038/nn1930 . PMID 17603479. S2CID 1514215 .  
  85. Janczewski WA, Feldman JL (enero de 2006). "Generadores de ritmo distintos para la inspiración y la espiración en la rata juvenil" . The Journal of Physiology . 570 (Pt 2): 407–20 . doi : 10.1113/jphysiol.2005.098848 . PMC 1464316. PMID 16293645 .  
  86. Smith JC, Ellenberger HH, Ballanyi K, Richter DW, Feldman JL (noviembre de 1991). "Complejo pre-Bötzinger: una región del tronco encefálico que puede generar ritmo respiratorio en mamíferos" . Science . 254 ( 5032): 726–9 . Bibcode : 1991Sci...254..726S . doi : 10.1126/science.1683005 . PMC 3209964. PMID 1683005 .  
  87. Dick TE, Oku Y, Romaniuk JR, Cherniack NS (junio de 1993). "Interacción entre los generadores centrales de patrones para la respiración y la deglución en el gato" . The Journal of Physiology . 465 : 715–30 . doi : 10.1113/jphysiol.1993.sp019702 . PMC 1175455. PMID 8229859 .  
  88. Grélot L, Barillot JC, Bianchi AL (1989). "Motoneuronas faríngeas: actividad relacionada con la respiración y respuestas a las aferencias laríngeas en el gato descerebrado". Experimental Brain Research . 78 (2): 336– 44. doi : 10.1007/bf00228905 . PMID 2599043 . S2CID 605299 .  
  89. Cramer NP, Li Y, Keller A (marzo de 2007). "El generador del ritmo de los bigotes: una nueva red de mamíferos para la generación del movimiento" . Journal of Neurophysiology . 97 (3): 2148– 58. doi : 10.1152/jn.01187.2006 . PMC 1821005. PMID 17202239 .  
  90. Broch L, Morales RD, Sandoval AV, Hedrick MS (abril de 2002). "Regulación del generador de patrones centrales respiratorios por inhibición dependiente del cloruro durante el desarrollo en la rana toro (Rana catesbeiana)" . The Journal of Experimental Biology . 205 (Pt 8): 1161–9 . Bibcode : 2002JExpB.205.1161B . doi : 10.1242/jeb.205.8.1161 . PMID 11919275 . 
  91. Fan, Yi-Ping; Horn, Eric M.; Waldrop, Tony G. (2000-12-01). "Caracterización biofísica de las neuronas hipotalámicas caudales de la rata: contribución del canal de calcio a la excitabilidad" . Journal of Neurophysiology . 84 (6): 2896– 2903. doi : 10.1152/jn.2000.84.6.2896 . ISSN 0022-3077 . PMID 11110819. S2CID 1753434 .   
  92. Angstadt JD, Grassmann JL, Theriault KM, Levasseur SM (agosto de 2005). "Mecanismos de rebote postinhibitorio y su modulación por serotonina en neuronas motoras de natación excitatorias de la sanguijuela medicinal". Journal of Comparative Physiology A. 191 ( 8): 715–32 . doi : 10.1007/s00359-005-0628-6 . PMID 15838650. S2CID 31433117 .  
  93. Perkel DH, Mulloney B (julio de 1974). "Producción de patrones motores en neuronas inhibitorias recíprocas que exhiben rebote postinhibitorio". Science . 185 ( 4146): 181–3 . Bibcode : 1974Sci...185..181P . doi : 10.1126/science.185.4146.181 . PMID 4834220. S2CID 38173947 .  
  94. Gerasimov VD, Kostyuk PG, Maiskii VA (1966). "Reacciones de neuronas gigantes a la interrupción de la corriente hiperpolarizante". Federation Proceedings. Translation Supplement; Selected Translations from Medical-related Science . 25 (3): 438– 42. PMID 5222090 . 
  95. Mantziaris, Charalampos; Bockemühl, Till; Büschges, Ansgar (2020). "Redes centrales generadoras de patrones en la locomoción de insectos" . Neurobiología del desarrollo . 80 ( 1–2 ): 16–30 . doi : 10.1002/dneu.22738 . ISSN 1932-846X . PMID 32128970. S2CID 212407130 .   
  96. Rillich, Jan; Stevenson, Paul A.; Pflueger, Hans-Joachim (2013-05-09). "Vuelo y marcha en langostas: coactivación colinérgica, acoplamiento temporal y su modulación por aminas biogénicas" . PLOS ONE . 8 (5) e62899. Bibcode : 2013PLoSO...862899R . doi : 10.1371/ journal.pone.0062899 . ISSN 1932-6203 . PMC 3650027. PMID 23671643 .   
  97. Berkowitz, A.; Laurent, G. (1996-12-15). "Generación central de patrones motores de acicalamiento y coordinación intermiembros en langostas" . The Journal of Neuroscience . 16 (24): 8079– 8091. doi : 10.1523/JNEUROSCI.16-24-08079.1996 . ISSN 0270-6474 . PMC 6579234. PMID 8987833 .   
  98. Marder, E.; Bucher, D. (27 de noviembre de 2001). "Generadores de patrones centrales y el control de los movimientos rítmicos" . Current Biology . 11 (23): R986–996. Bibcode : 2001CBio...11.R986M . doi : 10.1016/ s0960-9822 (01)00581-4 . ISSN 0960-9822 . PMID 11728329. S2CID 1294374 .   
  99. Ravbar, Primoz; Zhang, Neil; Simpson, Julie H. (2021-07-05). "Evidencia conductual del control del acicalamiento de Drosophila por parte de un generador central de patrones anidado" . eLife . 10 e71508 : 2020.09.15.298679. bioRxiv 10.1101/2020.09.15.298679 . doi : 10.7554/eLife.71508 . PMC 8694699. PMID 34936550. S2CID 221823475 .    
  100. Popescu IR, Frost WN (marzo de 2002). " Comportamientos muy disímiles mediados por una red multifuncional en el molusco marino Tritonia diomedea" . J. Neurosci . 22 (5): 1985–93 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.22-05-01985.2002 . PMC 6758888. PMID 11880529 .  
  101. Norris, Brian J.; Weaver, Adam L.; Wenning, Angela; García, Paul S.; Calabrese, Ronald L. (2007-11-01). "Un generador de patrones central que produce salidas alternativas: relaciones de fase de las neuronas motoras del corazón de sanguijuela con respecto a la entrada sináptica premotora" . Journal of Neurophysiology . 98 (5): 2983– 2991. doi : 10.1152/jn.00407.2007 . ISSN 0022-3077 . PMID 17728387 .  
  102. Ryu, HX; Kuo, AD (23 de junio de 2021). "Un principio de optimalidad para los generadores centrales de patrones locomotores" . Scientific Reports . 11 (1): 13140. Bibcode : 2021NatSR..1113140R . doi : 10.1038/ s41598-021-91714-1 . PMC 8222298. PMID 34162903 .  
  • ¿Cómo funcionan los generadores de patrones centrales? @ www.bio.brandeis.edu
  • Reseña de Hooper sobre los generadores de patrones centrales (PDF)
  • Katz PS, Fickbohm DJ, Lynn-Bullock CP (2001). "Evidencia de que el generador central de patrones para la natación en Tritonia surgió de un sistema de activación neuromoduladora no rítmico: implicaciones para la evolución del comportamiento especializado". Am. Zool . 41 (4): 962– 975. CiteSeerX 10.1.1.526.3368 . doi : 10.1093/icb/41.4.962 . 
  • Carew JT (2000). Neurobiología del comportamiento . Sunderland, MA: Sinauer Associates. págs. 155–163 . 
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