电刺激让瘫痪者重新行走原理找到了:3人已治疗成功

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  电刺激为什么能让瘫痪者重新行走?

  原理刚被破译,且目前已有应用,3位完全瘫痪受试者,经短短数月治疗,只需助行器就能撑起自身重量并行走。

  该成果来自瑞士洛桑联邦理工学院一个神经科学研究团队。

  他们发现了脊髓里一个神经元亚群,连接着运动和感觉神经元细胞。通过用电刺激该部分,结合强化训练,他们已经达成不俗的治疗效果。

  

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  该研究相关报道这两天已登上Nature网站头条。

  研究脊髓损伤的神经学家评价此成果:

  它给脊髓损伤患者带来的希望之大,简直令人难以置信。

  

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  那么,研究者如何发现其中原理的?

  一起来看看。

  连接感觉与运动的神经元

  事实上,早在2018年该团队就发现了电刺激能治疗下半身行动不便的患者。

  当时,他们依靠硬膜外电刺激 (EES) 技术,将电脉冲传导到脊柱神经,再结合强化训练,让运动麻痹、腿部知觉微小的患者实现了独立行走或借助工具的行走。

  但是,关于该方式为什么能帮助患者康复?原理尚未揭开。

  这回,研究者以小鼠为实验对象,测量了它们脊髓组织样本中数千个单神经元活动情况。

  有意思的是,电刺激下,经治疗的活跃神经元数量在减少,如下图g与i的EES*REHAB部分,反而是脊髓受损下(SCI—EES样本),部分神经元细胞表现更活跃:

  

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  由此,研究者认为有一部分神经元专门负责受损状态下的工作,而在健康状态下,保持静默。

  接下来,科学家应用UMAP降维算法,以可视化方式从36个神经元亚群中锁定5个与本次研究有关的亚群,并锁定它们的位置。

  

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  通过观察EES电刺激及治疗前后的神经元响应情况,研究者确定了一个兴奋性中间神经元亚群:

  

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  针对该亚群,研究者进一步观察其特征。

  在脊髓受损下,他们使该部分神经元失活,即便使用电刺激治疗也无法让受伤小鼠恢复行走,见下图红色样本表现。

  

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  这证明了该部分对小鼠恢复行动能力起着关键作用。

  反之,如果激活该部分神经元,即便不施加EES电刺激,脊髓受损的小鼠行动力依然有所恢复,见下图红色样本:

  

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  值得一提的是,研究者又在健康小鼠身上实验,当使得这部分神经元亚群失活,小鼠行走并未受到影响,这说明了该部分神经元仅与脊髓受损后行动力恢复有关。

  更进一步,研究者邀请9名脊髓损伤的人类受试者参与恢复治疗实验,其中有3人完全瘫痪,在历经5个月治疗后,行动力均有上升。起码,他们都能做到在辅助装置帮助下的独立行走。

  

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  关于未来规划,研究者称他们已经在用电刺激方法帮助猴子恢复手臂运动和握力,探索更多运动能力丧失的治疗。

  另一方面,他们认为,此项研究还能用于探究和改善人体膀胱肠道控制、性功能丧失问题。

  团队介绍

  最后认识一下团队成员。

  Claudia Kathe、Michael A. Skinnider、Thomas H. Hutson三人对论文有同等贡献,均来自瑞士联邦理工学院的生命科学学院 NeuroX 研究所和大脑思维研究所。

  本文指导老师为Grégoire Courtine教授。

  

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  他在该领域深耕多年,2018年的成功治疗研究也由这位科学家主导。

  此外,Grégoire Courtine还成立了一家总部位于荷兰的初创公司ONWARD,着手将神经科学研究的成果进行商业转化。


标签: 电刺激 瘫痪

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