腦-脊髓接口在幫助四肢癱瘓者重新站立和行走的應(yīng)用

早在30年前，就有臨床前和臨床研究表明，在腰骶脊髓上進(jìn)行硬膜外電刺激（ESS）可以恢復(fù)脊髓損傷患者的的行走能力。但這需要數(shù)名理療師的協(xié)助，經(jīng)過數(shù)月高強(qiáng)度訓(xùn)練才行，而且成功案例極其有限。如果將這些復(fù)雜的、罕見的案例轉(zhuǎn)化為一種可普遍應(yīng)用的治療方法，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

 

2018年10月，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 Grégoire Courtine 博士和洛桑大學(xué)醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生 Jocelyne Bloch 開發(fā)了一種靶向神經(jīng)技術(shù)，通過硬膜外電刺激（EES）重新激活脊髓神經(jīng)元，讓3名慢性截癱患者重新獲得了行走的能力，該研究以封面論文形式發(fā)表于 Nature 期刊。

 

2022年2月8日，該團(tuán)隊(duì)在 Nature Medicine 期刊發(fā)表論文，開發(fā)了由人工智能軟件控制的個(gè)性化脊髓電刺激電極，在植入后通過電刺激激活軀干和腿部肌肉的脊髓區(qū)域，3名完全癱瘓的脊髓損傷患者，在接受治療后幾小時(shí)，就恢復(fù)了獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力，能夠站立、行走、騎自行車、游泳和控制軀干運(yùn)動(dòng)。

 

2022年11月，該團(tuán)隊(duì)在 Nature 期刊發(fā)表論文，通過硬膜外電刺激（EES）幫助9名因脊髓損傷引起的嚴(yán)重或完全癱瘓的患者成功恢復(fù)行走能力，并明確了脊髓神經(jīng)重塑過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的神經(jīng)元類型，該研究增進(jìn)了我們對癱瘓后如何恢復(fù)移動(dòng)能力的認(rèn)識。

 

2023年5月24日，該團(tuán)隊(duì)在 Nature 期刊發(fā)表了題為：Walking naturally after spinal cord injury using a brain–spine interface 的研究論文。

 

該研究開發(fā)了一種腦-脊髓接口（BSI），能讓大腦和參與行走的脊髓區(qū)域連接起來，該設(shè)備可在幾分鐘內(nèi)完成校準(zhǔn)，能維持一年以上的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。該設(shè)備成功幫助慢性四肢癱患患者自然控制腿部在站立、行走、爬樓梯甚至是經(jīng)過復(fù)雜地形時(shí)的運(yùn)動(dòng)。

 

更重要的是，該BSI支持的神經(jīng)康復(fù)能促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)，即使BSI關(guān)閉，患者也能重新掌握用拐杖在地面行走的能力。這種在大腦和脊髓間搭建數(shù)字橋梁的概念或有助于改善對神經(jīng)系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)障礙的治療。

 

 

一種能恢復(fù)大腦和脊髓間通信的植入裝置被證明能幫助手臂和腿部癱瘓患者自然站立和行走。該裝置還被發(fā)現(xiàn)能促進(jìn)神經(jīng)恢復(fù)，這位患者在植入裝置關(guān)閉后仍能使用拐杖行走。研究結(jié)果為恢復(fù)癱瘓后的自然運(yùn)動(dòng)控制力搭建了一個(gè)框架。

 

脊髓損傷會(huì)破壞大腦與控制行走的脊髓區(qū)域之間的通信，導(dǎo)致癱瘓。之前恢復(fù)這類癱瘓患者運(yùn)動(dòng)能力的技術(shù)需要對脊髓區(qū)域進(jìn)行電刺激，來實(shí)現(xiàn)站立和行走。

 

然而，這不僅需要患者佩戴運(yùn)動(dòng)傳感器，而且患者的腿部運(yùn)動(dòng)適應(yīng)不斷變化的地形和需求的能力也很有限。實(shí)現(xiàn)大腦和脊髓的數(shù)字化連接或能增加對肌肉活動(dòng)時(shí)間和幅度的控制，讓這些患者更好地恢復(fù)對站立和行走的自然、自適應(yīng)控制。

 

研究團(tuán)隊(duì)測試了一種腦-脊髓接口（BSI），這種接口由一個(gè)植入的記錄和刺激系統(tǒng)組成，能讓大腦和參與行走的脊髓區(qū)域連接起來。這種腦-脊髓接口（BSI）能在幾分鐘內(nèi)完成校準(zhǔn)，能維持一年以上的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行，包括當(dāng)患者在家中無人監(jiān)督時(shí)。

 

BSI的設(shè)計(jì)、技術(shù)和植入

 

現(xiàn)年40歲的Gert-Jan Oskam在12年前因自行車事故而頸部脊髓受損，導(dǎo)致雙腿癱瘓，雙手部分癱瘓，腦-脊髓接口（BSI）在他的大腦和脊髓神經(jīng)之間建立了“數(shù)字橋梁”，幫助他重新站立和行走。

 

 

該患者報(bào)告了這種腦-脊髓接口（BSI）能讓其自然控制腿部在站立、行走、爬樓梯甚至是經(jīng)過復(fù)雜地形時(shí)的運(yùn)動(dòng)。此外，該BSI支持的神經(jīng)康復(fù)能促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)，即使BSI關(guān)閉，患者也能重新掌握用拐杖在地面行走的能力。

 

在沒有刺激的情況下，BSI支持的神經(jīng)康復(fù)還能促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)

 

論文中的治療技術(shù)，由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 、洛桑大學(xué)醫(yī)院和 Onward Medical 公司合作進(jìn)行，該公司于2014年成立，致力于開發(fā)用于恢復(fù)脊髓損傷患者運(yùn)動(dòng)、獨(dú)立和健康的療法。該公司已有多款治療設(shè)備被FDA授予突破性設(shè)備稱號，并在美國、加拿大、歐洲等地進(jìn)行臨床試驗(yàn)。論文的通訊作者 Grégoire Courtine 和 Jocelyne Bloch 是公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。該公司于2021年10月在荷蘭阿姆斯特丹泛歐交易所上市。

 

Grégoire Courtine（右）和 Jocelyne Bloch（左）

 

 

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