電刺激讓癱瘓者重新行走原理找到了，3人已治療成功 | Nature

詹士 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

電刺激為什么能讓癱瘓者重新行走？

原理剛被破譯，且目前已有應用，3位完全癱瘓受試者，經短短數月治療，只需助行器就能撐起自身重量并行走。

該成果來自瑞士洛桑聯邦理工學院一個神經科學研究團隊。

他們發現了脊髓里一個神經元亞群，連接著運動和感覺神經元細胞。通過用電刺激該部分，結合強化訓練，他們已經達成不俗的治療效果。

該研究相關報道這兩天已登上Nature網站頭條。

研究脊髓損傷的神經學家評價此成果：

它給脊髓損傷患者帶來的希望之大，簡直令人難以置信。

那么，研究者如何發現其中原理的？

一起來看看。

連接感覺與運動的神經元

事實上，早在2018年該團隊就發現了電刺激能治療下半身行動不便的患者。

當時，他們依靠硬膜外電刺激 (EES) 技術，將電脈沖傳導到脊柱神經，再結合強化訓練，讓運動麻痹、腿部知覺微小的患者實現了獨立行走或借助工具的行走。

但是，關于該方式為什么能幫助患者康復？原理尚未揭開。

這回，研究者以小鼠為實驗對象，測量了它們脊髓組織樣本中數千個單神經元活動情況。

有意思的是，電刺激下，經治療的活躍神經元數量在減少，如下圖g與i的EES*REHAB部分，反而是脊髓受損下（SCI—EES樣本），部分神經元細胞表現更活躍：

由此，研究者認為有一部分神經元專門負責受損狀態下的工作，而在健康狀態下，保持靜默。

接下來，科學家應用UMAP降維算法，以可視化方式從36個神經元亞群中鎖定5個與本次研究有關的亞群，并鎖定它們的位置。

通過觀察EES電刺激及治療前后的神經元響應情況，研究者確定了一個興奮性中間神經元亞群：

針對該亞群，研究者進一步觀察其特征。

在脊髓受損下，他們使該部分神經元失活，即便使用電刺激治療也無法讓受傷小鼠恢復行走，見下圖紅色樣本表現。

這證明了該部分對小鼠恢復行動能力起著關鍵作用。

反之，如果激活該部分神經元，即便不施加EES電刺激，脊髓受損的小鼠行動力依然有所恢復，見下圖紅色樣本：

值得一提的是，研究者又在健康小鼠身上實驗，當使得這部分神經元亞群失活，小鼠行走并未受到影響，這說明了該部分神經元僅與脊髓受損后行動力恢復有關。

更進一步，研究者邀請9名脊髓損傷的人類受試者參與恢復治療實驗，其中有3人完全癱瘓，在歷經5個月治療后，行動力均有上升。起碼，他們都能做到在輔助裝置幫助下的獨立行走。

關于未來規劃，研究者稱他們已經在用電刺激方法幫助猴子恢復手臂運動和握力，探索更多運動能力喪失的治療。

另一方面，他們認為，此項研究還能用于探究和改善人體膀胱腸道控制、性功能喪失問題。

團隊介紹

最后認識一下團隊成員。

Claudia Kathe、Michael A. Skinnider、Thomas H. Hutson三人對論文有同等貢獻，均來自瑞士聯邦理工學院的生命科學學院 NeuroX 研究所和大腦思維研究所。

本文指導老師為Grégoire Courtine教授。

他在該領域深耕多年，2018年的成功治療研究也由這位科學家主導。

此外，Grégoire Courtine還成立了一家總部位于荷蘭的初創公司ONWARD，著手將神經科學研究的成果進行商業轉化。

參考鏈接：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-03605-8
[2]https://www.nature.com/articles/s41586-022-05385-7
[3]https://bigthink.com/neuropsych/epidural-electrical-stimulation-paralysis-walk/

— 完 —

量子位 QbitAI · 頭條號簽約

關注我們，第一時間獲知前沿科技動態