ДолголетиеbioRxivWilliams, S. T., Li, G., Fregly, B. J.3 мин чтенияpreprint
Синергетическое управление с минимальной обратной связью предсказывает ходьбу на протяжении нескольких циклов
Synergy-based Feedforward with Minimal Feedback Control Predicts Walking Over Multiple Cycles
Карточка статьи
Рубрика
Долголетие
Источник
bioRxiv
DOI
10.64898/2026.03.02.709098
Дата
30.06.2026
Автор
Williams, S. T., Li, G., Fregly, B. J.
Время чтения
3 мин
Это предварительная публикация, она не прошла научное рецензирование.
Аннотация
Нейронная обратная связь играет важную роль в контроле движений, и множествоneurological расстройств (например, инсульт, детский церебральный паралич, болезнь Паркинсона, неполная травма спинного мозга) характеризуется измененной нейронной обратной связью. Исследователи создали множество вычислительных нейромышечно-скелетных моделей, контролируемых смоделированными механизмами нейронной обратной связи, но эти модели редко представляют реальных людей и, следовательно, не нашли практического клинического применения. В качестве шага к разработке персонализированных методов лечения для людей с неврологическими расстройствами это исследование использовалоPipeline моделирования нейромышечно-скелетной системы для разработки и оценки новой модели управления с синергией на основе прогноза (FF) + обратной связи (FB), используя персонализированную трехмерную модель ходьбы нейромышечно-скелетной системы реального человека после инсульта. Экспериментальные данные о ходьбе, собранные у испытуемого, использовались для создания персонализированной модели ходьбы. Затем для пяти циклов калибровки были созданы персонализированные модели управления синергией на основе FF + FB. Во-первых, персонализированная модель использовалась для оценки активации мышц нижней части тела, соответствующей электромиографическим данным испытуемого, данным о движении суставов и моментах суставов. Во-вторых, были рассчитаны пять активаций синергий на ногу с соответствующими векторами синергии, которые в точности воспроизводили активацию мышц испытуемого и моменты суставов одновременно. В-третьих, номинальные управления активацией синергии FF были рассчитаны путем усреднения активаций синергии для каждой ноги. В-четвертых, номинальные управления активацией синергии FF были масштабированы по 0, 25, 50, 75, 100 и 125%, и разрыв в воспроизведении активации мышц испытуемого был заполнен адаптацией управляющих активаций синергии FB в зависимости от положений суставов, скоростей и моментов в качестве суррогатов для длин мышц, скоростей мышц и сил сухожилий. Затем для трех циклов тестовой ходьбы шесть моделей FF + FB на основе синергии использовались для управления персонализированной моделью ходьбы испытуемого в предсказательных симуляциях. Модель 100% FF (которая все еще имела минимальную обратную связь) наиболее точно воспроизводила тестовые циклы ходьбы, и только модели 75%, 100% и 125% FF предсказали почти периодическое движение при использовании начальных условий, соответствующих экспериментальным значениям. Модели 0%, 25% и 50% FF могли генерировать почти периодические движения ходьбы только тогда, когда начальные условия позволяли значительно отклоняться от экспериментальных значений. Наши результаты предполагают, что предсказательные симуляции ходьбы могут требовать значительного управления с использованием прогноза при моделировании реального человека.
Краткое резюме
Исследование создало модель синергетического контроля за ходьбой человека после инсульта, которая использует небольшое количество обратной связи для прогнозирования движений. Результаты показывают, что для точного моделирования необходимых значительных контролей на основе прогноза.
Практический вывод
Разработка персонализированных методов лечения для пациентов с неврологическими расстройствами может быть улучшена за счет использования моделей, основанных на синергетическом управлении, что позволит лучше адаптировать терапию.
Ограничения
Это предварительная публикация, она не прошла научное рецензирование. Модели основаны только на данных одного пациента, что ограничивает их обобщаемость. Необходимы дополнительные исследования с участием большего количества субъектов для проверки полученных результатов.
Охраняемые территории не могут остановить утрату биоразнообразия в изоляции; интеграция их с окружающими территориями, подверженными человеческому воздействию, имеет решающее значение. Однако эта интеграция осложняется значительной гетерогенностью ландшафта на их границах, что затрудняет понимание трансграничных изменений в предоставлении экосистемных услуг. Мы представляем новую структуру для характеристики этих динамических процессов путем анализа градиентов экосистемных услуг вдоль границ охраняемых территорий. Для 16 охраняемых территорий во французских Альпах мы оценили 12 экосистемных услуг, используя сочетание устоявшихся биофизических моделей и новых моделей на основе связности для подвижных видов. Эти данные были сгруппированы в три области, ориентированные на заинтересованные стороны, отражающие соответственно сельские, культурные и городские приоритеты управления. Автоматизированный полиномиальный регрессионный анализ классифицировал границы на пять типов градиентов. Наиболее распространенными были Убывающие Градиенты, представляющие собой снижение экосистемных услуг за пределами охраняемой территории, и Возрастающие Градиенты, имеющие противоположный паттерн. Наш анализ показывает, что эти закономерности обусловлены специфическими конфигурациями ландшафта, выявляя частые компромиссы между тремя приоритетами управления, когда, например, ландшафты, поддерживающие сельские приоритеты, часто ухудшают культурные и городские. Мы также выделяем ключевые возможности для синергии, определяя области, где экосистемные услуги для всех трех приоритетных областей увеличиваются одновременно за пределами охраняемой территории. Эта пространственно явная типология предоставляет мощный диагностический инструмент для проектирования целевых интервенций, таких как приоритизация восстановления местообитаний там, где экосистемные услуги снижаются, или управление сельскохозяйственными ландшафтами для смягчения конфликтов между приоритетами управления, поддерживая более эффективную интеграцию охраняемых территорий в более широкий ландшафт.
Вирусная репликация демонстрирует значительную гетерогенность среди отдельных клеток. Хотя временные каскады экспрессии генов, как полагают, способствуют такой гетерогенности у ДНК-вирусов, остается неизвестным, регулируется ли их темп и как вариабельность между клетками влияет на результаты инфекции на уровне популяции. В данном исследовании мы разработали платформу для высокопроизводимого мониторинга живых клеток, чтобы отслеживать динамику экспрессии генов HSV-1 в отдельных клетках, и в сочетании с секвенированием РНК на уровне клетки определили кальмодулин (CaM) как регулятор темпа экспрессии генов HSV-1 в хозяине. CaM ускоряет переход от немедленного раннего к раннему и позднему фазам на уровне одной клетки, ускоряя их начало. Увеличивая долю клеток, производящих вирус, без изменения объема выброса, CaM изменяет распределение результатов инфекции, таким образом способствуя вирусной репликации на уровне популяции. Фармакологическая ингибация CaM защищает мышей от летальной инфекции, превышая эффективность ацикловира. Эти результаты подтверждают, что временной контроль, опосредуемый CaM, является ключевым фактором, определяющим вирусный выход на уровне популяции и регулирующим гетерогенность инфекции.
Болезнь Альцгеймера (БА) определяется и стадийно классифицируется на основе стереотипного, прогрессирующего накопления амилоид-бета (A{beta}) бляшек и гиперфосфорилированных тау (pTau) нейрофибриллярных клубков в различных областях мозга. Эти области существенно различаются по своей архитектуре и функциям, но в значительной степени сохраняют клеточный состав, с некоторой региональной спецификацией. Поскольку патология накапливается, определенные нейроны теряются, а не нейронные клетки переходят в состояния, ассоциированные с болезнью, но остается неясным, являются ли типы клеток, пораженные в одной области, такими же в других областях. Здесь мы расширили Атлас клеток мозга при болезни Альцгеймера в Сиэтле (SEA-AD) на десять неокортекальных и аллокортекальных областей, охватывающих кортикальную дугу канонического стадирования БА, профилируя приблизительно семь миллионов ядер от 84 доноров с помощью секвенирования РНК с одиночными ядрами, ATAC-seq и Multiome наряду с количественной нейропатологией и секвенированием всего генома. Ядра были сопоставлены с расширенной референсной таксономией Инициативы BRAIN, содержащей 207 типов клеток, иерархическая псевдо-прогрессия обеспечила непрерывные, донорные уровни оценки патологии БА в каждой области и по всему мозгу, совместно моделируя A{beta} и pTau. Изменения в клетках были как высокоспецифичными, так и поразительно последовательными: лишь около 30% типов клеток изменились в относительной частоте, но те, кто изменился, изменились в согласованном направлении в различных областях. Конкретные подмножества ингибирующих интернейронов Sst, Lamp5, Vip, Sncg и Pvalb, а также миелинизирующих олигодендроцитов были потеряны скорее всего на самых ранних стадиях у донора с минимальной патологией, наряду с первоначальным появлением ассоциированных с БА микроглией; потеря типов возбуждающих нейронов L2/3 и некоторых глубоких слоев, резкий рост микроглии и появление реактивных астроцитов последовали у доноров на более поздних стадиях. Регионально специализированные популяции также оказались уязвимыми, включая ожидаемые аллокортекальные типы, а также, неожиданно, специализированные возбуждающие нейроны слоя 4 (L4 IT) первичной зрительной коры (V1C) и смешанные ингибирующие интернейроны Sst и Pvalb. Ключевые изменения воспроизводились в трех независимых когортах, охватывающих более 700 дополнительных доноров. Мы исследовали два взаимодополняющих уязвимых населения в механистических подробностях: регионально специализированные нейроны V1C L4 IT, которые были потеряны поздно, несмотря на то, что их широко считали устойчивыми, и пан-кортикальные интернейроны Sst, которые потерялись в первые стадии болезни. Применяя многогранный ИИ-рабочий процесс, который конструировал гипотезы, основанные на литературе из дифференциального экспрессии для нейронов L4 IT, были выделены гипервозбудимость, частично опосредованная высоким уровнем экспрессии NMDA-рецепторов, как сходный фенотип уязвимости. Уязвимые интернейроны Sst сходились на гипервозбудимости через частично различные пути и обогащались экспрессией генов, приоритизированных в GWAS для БА, связывая их уязвимость с генетической архитектурой БА. Эти данные, доступные на SEA-AD.org, предоставляют многофункциональный региональный каркас для сообщества, чтобы исследовать молекулярные и клеточные изменения прогрессирования БА.
Глобальное старение населения и нехватка медицинских кадров увеличивают спрос на терапевтическую поддержку среди пожилых людей и детей. Роботы заботы, обобщающий термин для социально вспомогательных роботов, платформ-компаньонов и терапевтических гуманоидов с элементами социального взаимодействия, были предложены как воплощенные цифровые дополнения к здравоохранению. Однако предыдущие синтезы оставались специфичными для определенных популяций или платформ, не quantifying эффектов между популяциями и платформами. Этот обзор оценил агрегированные эффекты вмешательства роботов заботы по 7 предустановленным направлениям, исследовал модераторы по платформе робота, целевой популяции и длительности вмешательства, а также оценил степень надежности доказательств. В соответствии с руководством PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) 2020, мы искали в 5 базах данных (PubMed, включая MEDLINE, Embase, Cochrane CENTRAL, CINAHL, APA PsycINFO) и 2 реестрах испытаний (ClinicalTrials.gov; Всемирная организация здравоохранения Международная платформа регистрации клинических испытаний) до 29 апреля 2026 года без языковых ограничений. Допустимые исследования включали рандомизированные контролируемые испытания, сравнивающие воплощенных роботов заботы со стандартным уходом, активными контрольными группами или группами ожидания. Мета-анализ с случайными эффектами использовал коррекцию Хеджетса g с коррекцией Хартунга-Кнаппа-Сидика-Йонкмана; для направлений с k≥4 мы представили 95% доверительные интервалы и прогнозные интервалы (PI). Оценка риска смещения использовала инструмент Cochrane Risk of Bias 2; степень надежности использовала структурированный подход GRADE (Градация рекомендаций). Всего 34 рандомизированных контролируемых исследования (n=2476; 17 стран; 2015-2024) соответствовали критериям включения; 20 из них внесли вклад хотя бы в 1 мета-анализ, а 14 были включены в нарративный синтез. По данным анализа Хартунга-Кнаппа-Сидика-Йонкмана только неврологические симптомы достигли значимости: Hedges g=0.44 (95% CI 0.03-0.84; 95% PI -0.42 до 1.30; k=6; P=.04). Остальные 6 направлений были благоприятными, но незначительными: качество жизни Hedges g=0.15 (95% CI -0.41 до 0.71; 95% PI -0.86 до 1.16; k=5); депрессия Hedges g=0.20 (95% CI -0.08 до 0.49; 95% PI -0.36 до 0.76; k=7); агитация Hedges g=0.32 (95% CI -0.07 до 0.71; 95% PI -0.26 до 0.89; k=4); стресс и боль Hedges g=0.53 (95% CI -0.48 до 1.53; 95% PI -1.57 до 2.62; k=6); социальные коммуникативные навыки Hedges g=0.45 (95% CI -0.52 до 1.42; 95% PI -1.66 до 2.56; k=5); и когнитивная функция Hedges g=0.18 (95% CI -0.62 до 0.98; 95% PI -1.11 до 1.47; k=4). Все 7 PI охватывали нулевое значение, что указывает на отсутствие уверенного эффекта в новых условиях. Результат по неврологическим симптомам был неустойчивым: значимость потерялась в 5 из 6 итераций
Участники мероприятий Всемирного торгового центра (WTC) продолжают испытывать длительные психические расстройства, включая посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), депрессию, тревожность и нарушения сна. Увеличивается количество участников в Флориде, где препятствия, такие как стигма, ограниченный доступ к специализированной помощи и возрастные ограничения, способствуют сохраняющимся невыполненным потребностям в психическом здоровье. PTSD Coach, мобильное приложение, изначально разработанное для ветеранов, подвергшихся травме, показало многообещающие результаты, но не было оценено у участников WTC или адаптировано для испаноязычных ответчиков. Цель данного исследования состоит в том, чтобы оценить осуществимость, приемлемость и эффективность программы Clinician-Supported (CS) PTSD Coach для снижения симптомов ПТСР среди англоговорящих и испаноязычных участников WTC, проживающих во Флориде. Второстепенные цели включают оценку влияния на депрессию, тревожность и нарушения сна; сравнение CS PTSD Coach с Self-Managed (SM) PTSD Coach и контрольной группой в ожидании; а также адаптацию и предоставление испаноязычной версии интервенции. Это исследование представляет собой 3-arm рандомизированное контролируемое испытание, сравнивающее CS PTSD Coach, SM PTSD Coach и контрольную группу в ожидании для снижения ПТСР, депрессии, тревожности и нарушений сна среди англоговорящих и испаноязычных участников WTC во Флориде. В исследовании участвуют 120 участников, которые рандомизированы и оценены на начальном этапе, через 8 недель и в ходе 12-недельного контроля. CS PTSD Coach включает в себя 4 сеанса с поддержкой клинициста, интегрированные с активностями приложения, в то время как SM PTSD Coach включает одно ознакомительное занятие. Оценки результатов включают симптомы ПТСР (PTSD Checklist for DSM-5), депрессию (Patient Health Questionnaire-9), тревожность (Generalized Anxiety Disorder-7) и нарушения сна (Insomnia Severity Index). Осуществимость и приемлемость оцениваются с использованием данных о использовании приложения, оценками удовлетворенности и показателями удобства использования. Первичные анализы сосредоточены на различиях между группами после интервенции (через 8 недель), в то время как вторичные продольные анализы учитывают все точки оценки. Уведомление о гранте было получено в сентябре 2024 года, и одобрение институционального наблюдательного совета, включая поправки, было выдано в январе 2025 года. Набор участников начался в феврале 2025 года, сбор данных начат в марте 2025 года. На апрель 2026 года 63 участника были зарегистрированы, и сбор данных о результатах продолжается. Анализ данных начнется после завершения оценок контроля, а публикация результатов ожидается в 2027 году. Это испытание предоставит первую рандомизированную контролируемую оценку вмешательства с поддержкой клинициста для участников WTC, включая испаноязычных участников. Результаты помогут понять осуществимость, приемлемость и потенциальную масштабируемость поддерживаемых цифровых интервенций в области психического здоровья для стареющего, географически разбросанного населения, подвергшегося стихийным бедствиям.
Идиопатический легочный фиброз — это прогрессирующее и фатальное заболевание легких, характеризующееся необратимым рубцеванием ткани, структурными нарушениями и снижением функции дыхания. Хотя в настоящее время одобрены противофибротические терапии, которые могут замедлить прогрессирование заболевания, они не могут остановить или обратить рубцевание, что подчеркивает необходимость лучшего понимания механизмов болезни. Все больше доказательств указывает на то, что клеточный сенесценс является центральным биологическим процессом, связывающим старение, уязвимость эпителиальных клеток, митохондриальную дисфункцию и аномальное восстановление ткани при легочном фиброзе. Сенесцентные эпителиальные и мезенхимальные клетки остаются метаболически активными и выделяют широкий спектр секретируемых факторов, которые способствуют активации фибробластов, постоянству сократительных клеток и чрезмерной депозиции матрикса. Недавние достижения в использовании одноячеечных и трехмерных культурах дополнительно показывают накопление переходных состояний эпителиальных клеток, которые не завершают нормальную дифференциацию и вместо этого продолжают фиброзное ремоделирование. Эти выводы предполагают, что сенесценс представляет собой не просто следствие повреждения ткани, а самоподдерживающий механизм прогрессирования заболевания. Этот обзор объединяет современные механистические представления о том, как клеточный сенесценс координирует повреждение эпителия, дисфункцию иммунной системы иBiomechanical feedback для стимуляции легочного фиброза. Мы также обсуждаем новые терапевтические стратегии, направленные на сенесцентные клетки или их сигнальные пути, подчеркивая их потенциал дополнить существующие противофибротические лечения и обеспечить более эффективную модификацию заболевания.