人们可以想象这样一个场景:先进技术和康复手段能帮助脊髓损伤患者从轮椅上站起来,并开始走路。脊髓损伤破坏了大脑和脊髓神经元之间的连接,在损伤下方的身体区域产生运动和感觉缺陷,从而导致基本神经功能丧失和瘫痪。几个世纪以来,人们认为脊髓损伤导致的瘫痪无药可医。但最近,瑞士研究人员通过定向硬膜外电刺激(EES)和密集的物理治疗等手段,帮助脊髓损伤患者再次行走。
该研究为增强脊髓损伤后的神经功能恢复确立了一个技术框架。未参与该研究的美国西雅图华盛顿大学的Chet Mortiz说:“该研究组的结果清晰地展示了治疗脊髓损伤的光明前景。”
Grégoire Courtine团队与中国合作者成功地利用一种无线大脑植入物——通过再现大脑记录的信号刺激腿部的电极——使脊髓损伤的猴子重新行走。研究小组首先分析了健康猴子在跑步机上行走时,大脑如何将电信号发送到腿部肌肉。
之后,他们记录了脊髓里的电信号,这里是大脑信号到达腿部之前的“中转站”。然后,研究人员在被切断脊髓的猴子身上重现了这些信号。他们将微电极阵列植入瘫痪猕猴的大脑中,获取并解码与腿部运动相关的信号。这些信号被发送到位于低位脊柱的电脉冲发生装置,从而触发猕猴腿部肌肉运动。
研究人员在10月30日发表于《自然—神经学》的论文中指出,先前的恢复行走的刺激方案之所以效果欠佳,可能是因为它们干扰了患者对肢体位置的感知,而短促的刺激既促进了运动,同时也保留了来自腿部的感觉信号。终于,研究人员建立了一个新的治疗框架,以促进脊髓损伤患者的恢复。他们对3名患有慢性脊髓损伤和下肢局部或完全瘫痪的男性患者施用了定向EES。
他们采用了运动神经元激活图和模拟模型,以鉴定针对不同肌肉群的最佳刺激模式。
中国香港大学医学院解剖学系教授、暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院副院长吴武田告诉《中国科学报》记者:“脊髓负责将大脑对身体各个部位的运动控制传达到身体各部分,其中充满了大量上行和下行的传导通路。一旦受损,这些神经纤维很难再生,重新恢复支配原来的靶细胞是治疗上的难点。
”目前,各国研究人员一直在努力寻找帮助脊髓损伤患者重新行走的方法,提出了从电刺激、药物到干细胞等一系列潜在疗法。崔翯提到:“脊髓损伤治疗一个方面是通过神经康复、干细胞修复或者脊髓搭桥(Courtine团队的做法)来重建神经信号通路,另一个是通过脑机接口直接解码大脑运动指令,驱动外部装置代偿身体的运动功能。”