运动时,脑部活动控制着我们的腿是往后蹬还是往前伸。脊椎正是承担了传输并处理脑内信号,刺激运动所需肌群的任务。但对于脊椎受损的动物而言,信号的传输被中断了。通过大脑植入技术使无线信号绕过受损的神经,科学家们终于让因脊椎受伤而瘫痪的猴子再次学会了行走。这是首次使用植入技术令瘫痪的灵长类动物恢复行动的能力,同时也为脊椎受伤患者的治愈带来了新的希望。
通过植入技术,一只猕猴在控制右后肢的脊椎神经被部分切断的6天之后便恢复了行动能力。“这真是太令人震惊了”,瑞士联邦理工学院的神经学家Grégoire Courtine说道,“虽然(恢复的)步态称不上完美,但是已经和正常的行走差不多了。脚步不拖沓,且能充分地承受自身重力。”实验中的另一只猴子脊椎神经受损更加严重,但在接受大脑植入手术的两周之后,也恢复了行走能力。
该研究成果于11月11日发表于Nature。这种“脑-椎接口”可以说是高速发展的神经义肢领域最具突破性的进展。该领域的科学家希望通过读取脑部活动信息,对计算机、机械臂乃至瘫痪的四肢进行控制。
Courtine的团队历时七年研发出的系统由四部分构成:1)大脑植入物记录猴子大脑中50~100个控制右后肢的神经元的活动信息;2)这些活动信息将被实时地无线传输至计算机;3)计算机将信号译码成活动意图,并发送至脉冲发生器;4)脉冲被送至埋在猴子脊椎中的另一个植入物,刺激脊椎神经使对应的肌群活动。
由于这套恢复运动的系统中很多组件已被批准在人类身上使用,Courtine相信五年内系统将能为人类服务,且最有可能率先被应用在医院的康复部门。一直以来,帮助双腿瘫痪的病人进行走路训练都是一个巨大的挑战,对康复系统的平衡性与便携性都有很高的要求。大多数脊椎受伤的患者,其脊椎并没有完全断开,只是不能像以前一样自如地移动四肢。
通过“脑-椎接口”,让剩余的神经元加强大脑与脊椎间的联系,并最终重新获得对躯体的控制功能。换句话说,如果病人的受损情况不是特别严重(比如完全断裂),使用该系统进行一段时间的康复训练,就能恢复自主的运动能力,而不需在使用配套的设备了。如今,该系统对于人类患者的疗效测评正在瑞士洛桑大学进行。