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三名瘫痪患者通过神经电刺激,恢复行走

2018-11-02
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10 月 31 日,顶级期刊 Nature 杂志发表了一项重磅研究,来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究团队,通过有针对性的神经电刺激技术,帮助三名脊髓损伤患者恢复了对腿部肌肉的控制,改善了患者的行走康复。

 

没有参与这项研究的美国华盛顿大学康复医学研究员 Chet Morit 评价说:“这是一个巨大的进步。”


图 | 经神经电刺激和康复治疗,David 实现辅助下行走(来源:EPFL Hillary Sanctuary)


脊髓损伤会破坏大脑和脊髓神经元之间的联系,损伤以下的身体区域运动和感觉功能会发生缺陷甚至丧失,从而导致瘫痪。引起瘫痪的常见因素包括颅脑外伤、肿瘤、炎症、脑血管病、中毒以及某些内科疾病。

 

在大多数情况下,一些瘫痪患者的大脑和损伤后脊髓中的运动神经元之间仍然存在一些连接。虽然已经不能正常行走,但这些患者仍具备一些简单的移动能力。

 

一直以来,科学家们就希望通过神经电刺激,恢复这些患者的运动神经元信号连接,从而实现患者的行走康复。

 

在今年 9 月份,梅奥诊所物理医学与康复系的研究人员在 Nature Medicine 上就发表文章,通过 43 周的神经电刺激和康复训练,帮助一位脊髓损伤部位以下完全瘫痪的患者恢复了行走。

 

同样是在 9 月份,路易斯维尔大学的研究人员在 NEJM 发表文章,报告了他们通过持续硬膜外刺激,帮助 2 位患者实现了器具辅助下行走。

 

但是本次研究论文的通讯作者,瑞士联邦理工学院的神经科学家 Grégoire Courtine 表示,他们团队采用的精准定向定时的电刺激技术,比持续硬膜外刺激要更有效,因为连续刺激可能会阻止从腿部传回大脑的一些残余信号。


图丨研究人员在对神经电刺激进行研究(来源:EPFL Hillary Sanctuary)


为了更好地通过电刺激增强剩余运动神经元与大脑之间的信号,研究人员首先对人体运动神经元进行了更深的研究,他们确定了人体常规运动,比如弯曲髋部或伸展踝部,所涉及的脊髓区域

 

然后研究人员在 3 位患者体内植入电刺激器。这 3 位患者均发生了脊髓损伤,但腿部的运动损伤程度不同。由于确定了脊髓参与行走的部位,研究人员得以通过编程一系列电脉冲,在正确的时间和位置,对脊髓目标区域进行刺激

 

其实这种外在的神经电刺激,本身并不会导致机体运动,电刺激更多的是增强了患者本身试图运动的神经信号。Courtine 对此就说:“并不是说我们控制了腿部,而是必须病人他们这样做。”

 

研究人员表示,受试者们在 2 天后逐渐适应了电刺激的治疗,并在一周时就实现了运动设备辅助下一定程度的行走。这 3 位受试者中,有一位以前完全丧失了腿部活动,另一位是左腿完全瘫痪,而第三位腿部运动能力稍强,但在试图行走时无法自主抬腿。


图 | 硬膜外电刺激技术原理(来源:Nature)


经过五个多月的康复训练和电刺激治疗,参与者的恢复效果得到了进一步提升。重要的是,即使在刺激治疗停止后,所有参与者仍保持肌肉运动的一些改善,两名参与者能够用拐杖独立行走,受伤最严重的那位可以在躺下时移动先前瘫痪的腿。

 

在 Nature Neuroscience 发表的一篇评论文章中,Moritz 评价道,研究结果表明神经电刺激的确加强了大脑和脊髓神经元之间的联系。

 

同时 Moritz 说道,在神经系统科学中有一个基本假设,即“一起激活的细胞会连在一起(cells that fire together will wire together)”,所以,增强大脑和脊髓神经元之间的相互作用,能够进一步加强这些联系,是有道理的。

 

此外,研究团队还开发了一些设备,使参与者能够在实验室外使用硬膜外电刺激,包括触发刺激的可穿戴传感器,以及在语音控制手表上运行的应用程序,并且可以实现用户选择所需的精确刺激形式。


图 | 受试者在电刺激治疗后通过设备辅助行走(来源:EPFL Hillary Sanctuary)

 

但要说明的是,这种称为硬膜外电刺激的技术尚处于早期阶段,且目前为止只有那些在脊髓受伤后仍保持一定程度运动功能的人才能实现预期效果。

 

Courtine 表示,这些设备仍处于开发阶段,但参与者已经能够使用它们后在辅助设备的帮助下恢复行走。在接下来的三年里,他的目标是优化技术并验证其安全性和有效性。

 

对于这项最新进展,一些相关人士也发表了不同的看法。

 

佛罗里达州一家旨在对有神经系统疾病患者进行神经技术教育的非营利组织负责人 Jennifer French 表示这是一项令人兴奋的成果,但她也指出,患者仍需要设备辅助才能四处走动。

 

俄亥俄州凯斯西储大学脊髓损伤临床研究员 Kim Anderson 补充说,这项技术可能无法帮助每个瘫痪的人。这几位研究参与者其实都还保留了一定程度的运动功能,而大多数患有脊髓损伤的人具有“运动完全丧失”的损伤,没有运动能力。

 

而英国帝国理工学院的神经学家 Simone Di Giovanni 则乐观地认为,虽然目前尚不清楚它对严重受伤人群的效果如何,但这项技术有朝一日会得到更广泛的应用。


-End-


参考:

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0649-2

https://www.nature.com/articles/s41593-018-0264-4

https://www.nature.com/articles/d41586-018-07251-x#ref-CR2



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