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Adaptive changes of locomotion after central and peripheral lesions

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Abstract:

This paper reviews findings on the adaptive changes of locomotion in cats after spinal cord or peripheral nerve lesions. From the results obtained after lesions of the ventral/ventrolateral pathways or the dorsal/dorsolateral pathways, we conclude that with extensive but partial spinal lesions, cats can regain voluntary quadrupedal locomotion on a treadmill. Although tract-specific deficits remain after such lesions, intact descending tracts can compensate for the lesioned tracts and access the spinal network to generate voluntary locomotion. Such neuroplasticity of locomotor control mechanisms is also demonstrated after peripheral nerve lesions in cats with intact or lesioned spinal cords. Some models have shown that recovery from such peripheral nerve lesions probably involves changes at the supra spinal and spinal levels. In the case of somesthesic denervation of the hindpaws, we demonstrated that cats with a complete spinal section need some cutaneous inputs to walk with a plantigrade locomotion, and that even in this spinal state, cats can adapt their locomotion to partial cutaneous denervation. Altogether, these results suggest that there is significant plasticity in spinal and supraspinal locomotor controls to justify the beneficial effects of early proactive and sustained locomotor training after central (Rossignol and Barbeau 1995; Barbeau et al. 1998) or peripheral lesions.Key words: spinal lesions, nerve lesions, locomotion, neuroplisticity, locomotor training.

Cet article passe en revue les observations faites sur les changements adaptatifs de la locomotion chez les chats après une lésion de la moelle épinière ou de nerfs périphériques. Les résultats obtenus après des lésions des voies ventrales et ventrolatérales ou des voies dorsales et dorsolatérales, nous permettent de conclure qu'avec des lésions importantes, mais partielles, les chats peuvent retrouver la locomotion quadrupède volontaire sur un tapis roulant. Bien qu'il subsiste des déficits spécifiques dûs aux lésions de certains faisceaux, il est proposé que les faisceaux descendants intacts peuvent compenser pour les faisceaux lesés et accéder au réseau spinal pour générer la locomotion volontaire. Cette neuroplasticité des mécanismes de contrôle locomoteurs est également démontrée chez des chats ayant subi des lésions de nerfs périphériques et dont la moelle épinière est intacte ou lesée. Il peut être montré, dans certains modèles, que la récupération suite à ces lésions de nerfs périphériques implique des modifications probablement aux niveaux spinal et supraspinal. Dans le cas de la dénervation somesthésique des pattes postérieures, nous avons montré qu'il faut aux chats spinaux certaines contributions cutanées pour la marche plantigrade et que, même à l'état spinal, les chats peuvent adapter leur locomotion à une dénervation cutanée partielle. Ensemble, ces résultats semblent indiquer l'existence d'une plasticité importante dans les contrôles locomoteurs spinal et supraspinal, pouvant justifier les effets bénéfiques d'un entraînement locomoteur proactif et soutenu après des lésions centrales ou périphériques (Rossignol et Barbeau 1995; Barbeau et coll. 1998).Mots clés : lésions spinales, lésions de nerfs, locomotion, neuroplasticité, entraînement locomoteur.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2004

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  • Published since 1929, this monthly journal reports current research in all aspects of physiology, nutrition, pharmacology, and toxicology, contributed by recognized experts and scientists. It publishes symposium reviews and award lectures and occasionally dedicates entire issues or portions of issues to subjects of special interest to its international readership.
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nrc/cjpp/2004/00000082/F0020008/art00013
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