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(yīng)用，3 位完全癱瘓受試者，經(jīng)短短數(shù)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(lián)邦理工學(xué)院一個神經(jīng)科學(xué)研究團(tuán)隊。
他們發(fā)現(xiàn)了脊髓里一個神經(jīng)元亞群，連接著運動和感覺神經(jīng)元細(xì)胞。通過用電刺激該部分，結(jié)合強化訓(xùn)練，他們已經(jīng)達(dá)成不俗的治療效果。
該研究相關(guān)報道這兩天已登上 Nature 網(wǎng)站頭條。
研究脊髓損傷的神經(jīng)學(xué)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(fā)現(xiàn)其中原理的？
一起來看看。
連接感覺與運動的神經(jīng)元
事實上，早在 2018 年該團(tuán)隊就發(fā)現(xiàn)了電刺激能治療下半身行動不便的患者。
當(dāng)時，他們依靠硬膜外電刺激 (EES) 技術(shù)，將電脈沖傳導(dǎo)到脊柱神經(jīng)，再結(jié)合強化訓(xùn)練，讓運動麻痹、腿部知覺微小的患者實現(xiàn)了獨立行走或借助工具的行走。
但是，關(guān)于該方式為什么能幫助患者康復(fù)？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(shù)千個單神經(jīng)元活動情況。
有意思的是，電刺激下，經(jīng)治療的活躍神經(jīng)元數(shù)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(jīng)元細(xì)胞表現(xiàn)更活躍：
由此，研究者認(rèn)為有一部分神經(jīng)元專門負(fù)責(zé)受損狀態(tài)下的工作，而在健康狀態(tài)下，保持靜默。
接下來，科學(xué)家應(yīng)用 UMAP 降維算法，以可視化方式從 36 個神經(jīng)元亞群中鎖定 5 個與本次研究有關(guān)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(jīng)元響應(yīng)情況，研究者確定了一個興奮性中間神經(jīng)元亞群：
針對該亞群，研究者進(jìn)一步觀察其特征。
在脊髓受損下，他們使該部分神經(jīng)元失活，即便使用電刺激治療也無法讓受傷小鼠恢復(fù)行走，見下圖紅色樣本表現(xiàn)。
這證明了該部分對小鼠恢復(fù)行動能力起著關(guān)鍵作用。
反之，如果激活該部分神經(jīng)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(fù)，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(dāng)使得這部分神經(jīng)元亞群失活，小鼠行走并未受到影響，這說明了該部分神經(jīng)元僅與脊髓受損后行動力恢復(fù)有關(guān)。
更進(jìn)一步，研究者邀請 9 名脊髓損傷的人類受試者參與恢復(fù)治療實驗，其中有 3 人完全癱瘓，在歷經(jīng) 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(guān)于未來規(guī)劃，研究者稱他們已經(jīng)在用電刺激方法幫助猴子恢復(fù)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(rèn)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(tuán)隊介紹
最后認(rèn)識一下團(tuán)隊成員。
Claudia Kathe、Michael A. Skinnider、Thomas H. Hutson 三人對論文有同等貢獻(xiàn)，均來自瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的生命科學(xué)學(xué)院 NeuroX 研究所和大腦思維研究所。
本文指導(dǎo)老師為 Grégoire Courtine 教授。
他在該領(lǐng)域深耕多年，2018 年的成功治療研究也由這位科學(xué)家主導(dǎo)。
此外，Grégoire Courtine 還成立了一家總部位于荷蘭的初創(chuàng)公司 ONWARD，著手將神經(jīng)科學(xué)研究的成果進(jìn)行商業(yè)轉(zhuǎn)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/
本文來自微信公眾號：量子位 （ID：QbitAI），作者：詹士
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