12年前,一场自行车事故让现年40岁的Gert-Jan Oskam颈部脊髓受损,导致双腿和部分手臂瘫痪。但这些日子以来,Oskam又能站起来走路了——多亏了一种设备在他的大脑和受伤部位以下的神经之间建立起了“数字桥梁”。Oskam说,这一植入物改变了生活。这个设备被称为脑脊接口,建立在瑞士洛桑理工学院的神经科学家Grégoire Courtine和同事此前工作的基础上。
2018年,他们表明,结合强化训练时,用电脉冲刺激下脊柱的技术能够帮助脊髓损伤人士重新行走。这一设备在大脑和脊髓之间提供了连接,让思维可以控制运动。Oskam是这个试验的参与者之一,但3年后,他情况的改善已经到了平台期。而这一新系统利用Oskam已有的脊髓植入物,将之与两个头部的碟形植入物匹配,让两个64个电极的网格置于覆盖大脑的膜上。
当Oskam思考走路时,头骨植入物检测到皮层(大脑外层)的电活动。这一信号被无线传输到Oskam背包里的计算机并解码,然后将信息传给脊髓的脉冲发生器。此前的设备“更多是一个预编程的刺激器”,产生机械的踏步动作,Courtine说,“现在则完全不同,因为Gert-Jan能完全控制刺激的参数,意味着他可以停下,可以走路,可以爬楼梯。
”“过去的刺激控制我,而现在我通过思维来控制刺激,”Oskam说,“我决定走一步,刺激就会启动,只要我想一想。”强化康复在使脑-脊界面做了40次康复训练后,Oskam重获了自主移动腿脚的能力。这类自主移动仅靠脊髓刺激是无法实现的,这意味着通过使用新设备的训练课程,他在事故中未被彻底切断的神经细胞得到了进一步恢复。Oskam还可以不靠设备,使用拐杖短距离行走。
新西兰奥克兰大学的Bruce Harland说,这一脊髓功能的持续改善,对于所有受到脊髓损伤的患者都是大好消息。“因为即使是长期慢性损伤,仍有几种不同方式能实现恢复。”“这显然是一大飞跃”,朝着改善脊髓损伤患者的功能的方向取得了进步,澳大利亚阿德莱德大学的神经科学家Anna Leonard说。她说,其他干预如干细胞等也仍有发展前景,以更进一步改善结局。
她补充说,虽然脑脊接口恢复了行走能力,其他功能,如膀胱和肠道控制,不是这类设备的目标。“所以,其他研究领域肯定仍有空间去改善这类方面的结果。”澳大利亚西悉尼大学的生物医学工程师Antonio Lauto说,理想情况下最好是非侵入性的设备。Oskam头骨里有一个植入物在植入5个月后因感染被移除了。
尽管如此,植入该设备的瑞士联邦理工学院神经外科学家Jocelyne Bloch说,风险和获益相比还是比较小。“总会有一些感染或出血的风险,但概率很小,值得冒这个险。”她说。当前,Courtine的团队正在招募3名参与者,研究一个类似的设备能否恢复手臂移动。