Fizyolojik olarak makul bir nöromekanik model kullanarak insan hareketinin kontrolü ve modülasyonunda reflekslerin ve merkezi model oluşturucuların rollerinin araştırılması
İnsan hareketinde hareketi düzenleyen nöral bileşenlerin incelenmesi, invaziv deneysel kayıt yapamama nedeniyle engellenir. Nöromekanik simülasyonlar, lokomotor devrelerini modelleyerek içgörü sağlayabilir. Geçmiş nöromekanik modeller, basit duyusal komutlarla merkezi model üreteçleri (CPG’ler) tarafından veya durum makinesi mekanizmaları tarafından düzenlenen tamamen refleks tabanlı bir ağ tarafından yürütülen hareketin kontrolünü önerdi. Bununla birlikte, bu durum makinelerinin fizyolojik yorumu belirsizliğini koruyor. Burada, insan hareketinin spinal kontrolünü ve modülasyonunu araştırmak için fizyolojik olarak makul bir model sunuyoruz. Ritmi ve modeli üreten iki eşleştirilmiş merkezi model üreticisinden (CPG’ler) ve düşük seviyeli refleks yollarını ve Renshaw hücrelerini simüle eden refleks tabanlı bir ağdan oluşan biyo-ilhamlı bir denetleyici öneriyoruz. Bu refleks ağı, sızdıran entegrasyon nöronlarına dayanır ve tüm sistem, yürüyüş döngüsü durumuna göre değişen refleks kazanımlarına dayanmaz. Bir durum makinesi mekanizmasını koruyan denetleyicinin tek bileşeni, ana hattın denge denetleyicisidir. Kas-iskelet modeli, bir iskelet yapısından ve sagittal düzlemde hareket oluşturan bacak başına 9 kastan oluşur. Açık parametreleri optimize ettikten sonra, insan hareketini kopyalayan kinematik ve kas aktivasyonu doğal olarak ortaya çıktı. Ayrıca, CPG’ler etkinleştirilmediğinde, optimizasyon yoluyla kararlı ve fizyolojik olarak makul yürüyüşler elde edilemedi; bu, refleks aktivasyonunu düzenleyen bir durum makinesi mekanizması olmadan ritmik davranış oluşturmak için bu bileşenin gerekliliğini ortaya koyuyor. Denetleyici, 0,3 ile 1,9 m/s arasında geniş bir hız aralığı üretebilir. Sonuçlar ayrıca, bozulmuş hareket sırasında motonöronlar üzerindeki geribildirimin net etkisinin ağırlıklı olarak inhibe edici olduğunu ve CPG ağının, belirli yürüyüş fazlarında kasları heyecanlandırarak veya inhibe ederek motor nöronların aktivasyonunun zamanlamasını sağladığını gösterdi. Önerilen biyo-ilhamlı denetleyici, bozulmamış omuriliğin lokomotor devrelerini anlamamıza katkıda bulunabilir ve nöromotor bozuklukları incelemek için kullanılabilir.
