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世界首例!下肢完全瘫痪的他,通过电子设备重获行走

2018-09-27来源: 来源:环球科学微信公众号 关键字:脊髓损伤  瘫痪  电子设备  电极

Jered Chinnock在协助下站立(图片来源:梅奥诊所)

  “‘抬腿、踢脚,抬腿、踢脚……’当我每走出一步,我都在心理默念。”这是Jered Chinnock近年康复训练的一部分。

  2013年2月的一次意外事故让Jered Chinnock下半身完全瘫痪,他失去了曾经理所应当的站立和行走能力。在那次意外中,他驾驶着雪地摩托发生了撞击事故,被甩下来之后又遭受了紧随其后的雪地摩托的二次伤害,这造成他多根肋骨断裂、脊柱骨折。他被迅速送往医院急诊,虽然进行了手术,但是却无法改变脊髓受损的状况,他瘫痪了。“我觉得我下半辈子都离不开轮椅了,”Jered Chinnock说,“我一直都希望能够重新走路,如果是你因为意外再也无法站起来了,你一定也希望能够再次行走。”

Jered Chinnock脊柱受伤术后X光(来源:梅奥诊所)

  脊髓损伤导致的瘫痪常常是因意外事故而发生,身强力壮的、身为家庭支柱的年轻人是高发群体,但是脊髓损伤导致的瘫痪却一直以来都令医生束手无策,使得很多家庭陷入了几乎灾难的境地。

  2016年,Jered Chinnock加入了一项开创性的医疗试验项目,利用硬脊膜电刺激系统和不断重复的康复训练,与他合作的研究小组希望能够让他恢复站立和行走能力。2018年9月24日这项研究结果在《自然·医学》杂志上报道。

  Jered Chinnock是第一位注册该项目的被试,同时他也成为了世界上第一个下半身完全瘫痪后,能够重新自主站立和行走的人,虽然现在他还需要在助行器和康复师的略微帮助下行走,但是这已经是一个历史性的突破。电子设备将他的大脑与腿部神经元“重新连接”,当电刺激系统处于开启状态的时候,Jered Chinnock的下肢立刻恢复了运动能力,他只需要考虑走路或站着,他就能够做到。而将系统关闭,他又回到了瘫痪状态。“目前的研究结果让我们非常兴奋,因为这超出了我们之前的预期,”美国梅奥诊所的神经外科医生Kendall Lee说,“未来,我们不仅希望它能够控制运动,还希望能够看到它控制其它自主功能,比如膀胱功能、性功能等等。”

  同一天,《新英格兰医学报道》亦报道了另外一个研究小组用同样的方式,使得两名截瘫患者重新获得站立行走能力的案例。两个团队的研究项目是分别、独立进行的。

  恢复行动能力

  当Jered Chinnock来到梅奥诊所的时候,他已经瘫痪差不多三年时间了,在这期间他只有在最初手术后进行过8周住院康复和5周门诊康复,以使他获得在轮椅上进行各项活动的能力。接下来的132周,也就是两年多的时间中,他没有再进行任何康复训练。

  因此,在植入手术前,研究团队花了6个月的时间,在康复师和跑步机的帮助下,使用标准的康复方式,对Jered Chinnock进行站立和行走训练,恢复他的肌肉和关节功能。

  之后,研究团队对Jered Chinnock进行了手术,将电极阵列植入受伤部位下方、腰骶部脊髓背侧硬膜外表面,将脉冲发生器植入其右上腹的皮下,大小与心脏起搏器相当,电极阵列与脉冲发生器相连接。

在受伤处下方植入电极阵列(来源:梅奥诊所)

  在植入手术后的几周,Jered Chinnock就可以躺着完成类似踏步的动作,并能够依靠胳膊掌握平衡独立站立。“病人脑中的想法就可以让他获得对腿部运动的自主控制,”Kendall Lee说,“当他想到站立或者迈步的时候,植入的电极就能够让神经元获得信号。”

植入电极阵列及脉冲发生器示意图(来源:梅奥诊所)

  接下来的任务对于Jered Chinnock来说更为艰难,在诊所进行了100多个训练疗程,并针对不同运动和肌肉群进行了43周重复练习之后,Chinnock终于实现了他的下一个目标,他能够慢慢的走路。据研究人员的介绍,在一次训练中,他通过独立移动腿部进行行走,一次能够走16分钟,距离达到了111码(约100米)。虽然他能够独立迈步,但是他依然还需要助行器和训练师帮助他保持平衡。如果体内的植入设备被关闭,他就无法完成这些动作了。这表明他所获得的站立和行走能力完全依赖于电刺激。

  “我觉得这有点像科幻。”Jered Chinnock笑称。

  在Jered Chinnock体内植入的原是美国FDA批准用于治疗疼痛的电子设备,此次,针对此项试验,FDA进行了特别批准。

  未解之题

  与此同时,在美国路易斯维尔,23岁的大学生Kelly Thomas和35岁的Jeff Marquis参与了路易斯维尔大学的研究,接受了与Chinnock同样的电子设备植入与训练,亦走出了他们瘫痪后的第一步。

  虽然研究人员已经实现了让瘫痪患者重新站立和行走,但是似乎没有人知道恢复患者行动力的过程为什么会成功。植入物由植入脊柱的电极组成,它与腹部的计算机控制装置相连接,该装置可以向脊髓传输电信号。但是研究者并不知道神经是如何“通过电刺激再次唤醒,以便再次从大脑中获取信息,并利用这些信息移动双腿的。”研究人员说。

  有一种理论认为,损伤部位下方神经的“电路”只是处于休眠状态,它其实仍然存在。用定制模式施加电流可以唤醒一些“电路”,通过严格的康复来恢复已经“生锈”的连接,最终使它们能够接收简单的命令。

  “在适当的条件下,才能够恢复行动能力,”路易斯维尔大学教授Susan Harkema称,“脊髓重新开始工作,可能不像它以前做的那么好,但是还是可以起作用的。”

  四年前,Susan Harkema教授的团队就上过新闻头条,他们给一些脊髓损伤的瘫痪患者植入电刺激器后,瘫痪患者的脚趾可以活动,腿部可以移动,也能短暂的站立,但是不能走路。

  在独立进行的Susan Harkema教授团队的试验中,此次报告了四名被试中有两人重新获得了自主站立和行走的能力,但是另外两位被试并没有,目前并不清楚为什么另外两人没有获得同样的成功。在研究人员的报告中,说明了一个关于安全性的重要警告:即使在小心翼翼的支撑和保护下,其中一名患者在跑步机康复锻炼过程中出现了髋关节骨折。

  研究人员称,目前的这个方法依然需要更长时间以及更大范围的研究,不仅要看它能否帮助其它患者,而且还要对风险进行分级。

  “研究结果非常令人兴奋,但是这项研究目前还处于早期阶段,”Kendall Lee医生说。

  原始论文:

  https://www.nature.com/articles/s41591-018-0175-7

  https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1803588?query=main_nav_lg

  参考资料:

  https://www.youtube.com/watch?v=Gn9bi8rzulA

  https://www.scientificamerican.com/article/after-years-of-paralysis-a-man-walks-the-length-of-a-football-field/

  https://www.cbsnews.com/news/electrical-implant-helps-paralyzed-patients-walk-again/


关键字:脊髓损伤  瘫痪  电子设备  电极

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2018/ic-news09279012.html
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