Abstract:

Versione in italiano:

Nel corso della vita, il sistema neuromuscolare (SNM) mostra una notevole plasticità, sottoponendosi a continui cicli di rimodellamento e adattamenti. Nella presente proposta, intendiamo esaminare la plasticità del SNM osservando la locomozione e il controllo motorio degli arti inferiori in diversi gruppi di età. In particolare, studieremo nei bambini, nei giovani e negli anziani i modelli di attività muscolare (distribuzione spaziale e temporale) registrando simultaneamente da più muscoli e seguendo i pool di motoneuroni (MN) lungo la loro distribuzione rostro-caudale (lombosacrale), osservando le corrispondenti mappe spinali e le caratteristiche meccaniche (movimento del centro di massa corporea) associate sia durante la stazione eretta che durante la camminata. La plasticità del SNM sarà anche investigata, nei giovani e negli anziani, considerando il comportamento delle unità motorie (MU) registrate con elettromiografia ad alta densità (HD-EMG) dai muscoli degli arti inferiori (con distinta distribuzione rostro-caudale della colonna vertebrale) durante contrazioni isometriche e durante la stazione eretta in condizioni di quiete e di disturbo. La valutazione del comportamento delle MU sarà anche replicata dopo un intervento di allenamento delle abilità della durata di 12 settimane.
Il presente progetto quindi si concentrerà su 2 obiettivi principali, perseguiti da due unità di ricerca e realizzati attraverso il completamento dei seguenti 6 compiti interrelati (0-5):
Compito 0: Approvazione etica e reclutamento dei soggetti nelle due unità di ricerca. Obiettivo 1. Definire l'evoluzione della plasticità del SNM nella locomozione e nel controllo motorio nell'uomo in diverse fasce di età
Compito 1: Investigare le mappe spaziali e temporali dell'attività dei MN e l'evoluzione delle differenze rostro-caudali dall'infanzia alla vecchiaia.
Compito 2: Investigare l'evoluzione del comportamento delle MU e delle loro proprietà nei partecipanti giovani e anziani.
Compito 3: Valutazione simultanea dell'attivazione spinale e del comportamento delle MU in bambini, giovani e anziani.
Obiettivo 2. Definire la plasticità/adattabilità del SNM in risposta a un intervento di allenamento delle abilità nei diversi gruppi di età
Compito 4: Intervento di allenamento delle abilità e risposta di modulazione del comportamento delle MU.
Compito 5: Analisi dei dati, integrazione dei compiti e diffusione dei risultati.
Questa proposta si basa su: (i) un team che copre un'ampia gamma di competenze complementari nello studio del sistema neuromuscolare, da quello integrato a quello clinico; (ii) l'analisi del corso temporale dei fenomeni (plasticità neuromuscolare) in tre gruppi di età differenti (bambini, giovani e anziani); (iii) un ampio spettro di analisi eseguite sugli stessi soggetti che combinano analisi elettrofisiologiche e biomeccaniche avanzate in vivo; (iv) l'analisi delle risposte in termini di plasticità del SNM all'aumento dell'attività fisica (allenamento delle abilità; partecipanti giovani e anziani).

English version:

Throughout life, the neuromuscular system (NMS) exhibits a remarkable plasticity undergoing to continuous cycles of remodelling and adaptations. In the present proposal we intend to examine NMS plasticity looking at locomotion and motor control of the lower limbs in different age groups. In particular, we will study in children, young, and older subjects, the muscle activity patterns output (spatiotemporal distribution) by recording concurrently from several muscles and following the ɑ-motoneurons (MN) pools along their
rostro-caudal (lumbosacral) distribution, looking at the corresponding spinal maps and the associated mechanical (center-of-body-mass motion) features both during standing and walking. NMS plasticity will be also investigated, in young and elderly individuals, considering the motor units (MUs) behaviour recorded with high density electromyography (HD-EMG) from muscles of the lower limb (with distinct rostro-caudal spinal distribution) during isometric contractions and during standing in quiet and perturbed conditions. The MUs behaviour assessment will be also replicated after a 12 weeks supervised skill training intervention.
The present project will, therefore, cover 2 main aims, pursued by two research units and executed through the completion of the following interrelated 6 tasks (0-5):
Task 0 Ethical approval and subjects’ recruitment across the two research units.
Aim 1. Define the time course of NMS plasticity of locomotion and motor control in humans at different ages
Task 1. Investigate the spatiotemporal maps of MN activity and the evolution of rostrocaudal differences from childhood to old age
Task 2. Investigate the evolution of MUs behaviour and their properties in young and elderly participants
Task 3. Concurrent assessment of spinal activation and MUs behaviour in children, young and elderly participants
Aim 2. Define the NMS plasticity/adaptability in response to a skill training intervention across different age groups
Task 4 Skill training intervention and MUs behaviour modulation response.
Task 5 Data Analysis, integration of tasks and dissemination.
This proposal is built on: (i) a team covering a complementary range of expertise in the study of neuromuscular system, from
integrative to clinical; (ii) analysis of the time course of the phenomena (neuromuscular plasticity) across three different age groups (children, young, and elderly); (iii) a wide range of analyses performed on the same subjects which combine in vivo state of the art
electrophysiological and biomechanical analyses; (iv) analysis of the responses in terms of NMS plasticity to an increase in physical
activity (skill training; young, and elderly participants).

Contatti: giuseppe.devito@unipd.it