讓癱瘓者恢復行走能力的新發現

脊髓損傷可導致永久癱瘓
脊髓損傷可導致永久癱瘓

脊髓損傷可導致永久癱瘓

「指揮」行走的神經元位於我們的腰椎脊髓。當我們走路時,大腦會通過腦幹發散出的通路發出指令,來激活這些神經元。當脊髓受到嚴重的損傷時,這個組織精妙的交流系統就會被打亂,從大腦和腦幹通向腰椎脊髓的通路也會被中斷。

如此一來,即便位於腰椎脊髓的神經元沒有直接受到損傷,也會造成癱瘓。從歷史上看,由脊髓損傷導致的癱瘓是永久性的、不可逆轉的。但令人難以置信的是,現在,這種情況可能將開始改變。

在一篇於近期發表在《自然》雜誌的研究中,一個國際研究團隊報告稱,因脊髓損傷而癱瘓的患者,在控制腿部運動的區域接受了有針對性的硬膜外電刺激(EES)後,能夠恢復部分運動功能。他們在9名患者身上證明了這種療法的有效性,並且還證明了在神經康復過程結束和關閉電刺激後,患者的運動功能也得到了改善

硬膜外電刺激可「重塑」脊髓

EES是50多年前發展起來的一種止痛方法,它需要在肌肉和骨骼下,在脊髓硬膜(包裹著神經系統的最外層膜)上方,植入含有多個電極的柔片。電極傳遞的電流可以激活脊髓附近的神經元,以及出入脊髓的神經元通路。

這種方法已經被證明在脊髓損傷的情況下,可以刺激仍然存活的神經元,改善運動功能。然而,當將這種方法作為治療癱瘓的手段時,仍然面臨一些挑戰,比如植入物本身的靈活性和刺激模式,都需得到進一步改善。

在新研究中,研究人員進行了一項臨床試驗,他們讓9名嚴重癱瘓的患者接受了EES,其中3名完全癱瘓的患者接受的治療中所使用的是新設計的電極。結果顯示,所有患者在刺激過程中,都立即恢復了一部分行走能力;其中4人甚至在EES植入物失效、不再發出電脈衝後,仍能行走。

新研究讓9名癱瘓者重新獲得部分行走能力。(圖/neurorestore.swiss)

在患者接受了5個月的康復治療後,他們的負重能力有了顯著提高,行走能力也有了持續的改善。研究人員推測,EES「重塑」了他們的脊髓,但他們並不清楚,EES治療是如何導致神經迴路重組的。

研究人員試圖在走路時的神經元活動中找到證據。他們獲取了這些患者在接受治療前和治療後的走路時的脊髓神經細胞活動圖像,意外地發現在接受了EES治療後,這些患者的脊柱腰椎區域的整體神經活動出現了減少這意味著,在幫助改善患者的行走功能的刺激中,可能被激活的只有一小部分特定的神經元

在小鼠模型中發現關鍵神經元

對於神經科學家來說,了解每個神經元在行走時中所扮演的具體角色是至關重要的。為了更好地了解發生了什麼,研究人員利用實驗室小鼠重複了這項研究。在一些脊髓受損的小鼠身上,他們重現了人類在接受EES治療時的許多關鍵特徵

團隊利用一種分析基因表達資料的機器學習方法,來識別能對生物刺激作出反應的細胞類型。通過這種方法,他們精確定位了在整個治療過程的不同階段中,哪些神經元是小鼠脊髓中最重要的,以及其中有哪些基因被激活了。

在電刺激下作出明顯反應的神經元。(圖/neurorestore.swiss)

他們發現了一種在急性和慢性電刺激下,都表現出明顯反應的神經元。這些神經元是脊椎動物的腦幹和脊髓中的V2a神經元的一種亞群,與運動和肢體活動等方面息息相關。

在小鼠身上進行了一系列實驗後,研究人員發現這類特定的神經元具有一種驚人特性:在脊髓受損後,即使沒有經過EES治療,僅僅激活這些神經元,也能幫助改善患者的行走功能。這些神經元對健康小鼠的行走來說並不必需;但對受到了脊髓損傷的小鼠在恢復運動功能時卻必不可少

向完全恢復行走邁出重要一步

這樣的實驗結果表明,在脊髓受損後,某些類型的脊髓神經元會失去與大腦「交流」的能力,但如果給予適當的刺激將它們「重新喚醒」,就有望幫助患者恢復運動功能

這項研究讓科學家對脊髓神經元的重組過程有了新的認識。通過發現這些對恢復癱瘓患者行走能力至關重要的神經元,新研究為給更多癱患者提供有針對性的治療、恢復行走能力帶來了希望。它表明,我們現在可以通過操縱這些神經元來再生脊髓

儘管距離完全恢復癱瘓者的行動能力仍有很長的一段路要走,許多挑戰仍然存在,但這項研究中所涉及的一些新技術將可以作為引導未來的關於運動恢復的研究的有效工具。這種生物學上的理解,將會是實現運動功能完全恢復的重要一步。

#創作團隊:

撰文:糖獸

排版:雯雯

#參考來源:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05385-7

https://www.science.org/content/article/study-pinpoints-neurons-may-help-paralyzed-people-walk-again

https://www.nature.com/articles/d41586-022-02234-5

https://futurism.com/neoscope/implant-walk-spinal-paralysis-why

https://medicalxpress.com/news/2022-11-scientists-neurons-paralysis.html

#圖片來源:

封面圖 & 首圖:Pixabay