电刺激有助于瘫痪者重新行走

神经科学家已经确定了负责帮助瘫痪者重新行走的神经细胞，这为有针对性的治疗提供了可能，从而使更多的脊柱受伤者受益1。

严重的脊柱损伤会破坏大脑与下脊柱中控制行走的神经细胞网络之间的联系。2018年，瑞士洛桑联邦理工学院的神经科学家Grégoire Courtine和他的同事表明，向这些下脊柱神经提供电脉冲--一种被称为硬膜外电刺激(EES)的技术--当与强化训练相结合时，可以让这种脊柱脊髓损伤的人重新行走2。在一项试验中，所有三名参与者都从严重或完全的运动麻痹和腿部的最小感觉变成了能够自己走动，或使用助行器或拐杖。当年还有两个团队显示了类似的结果3,4。

Courtine的团队现在扩展了这项工作，表明该系统对腿部完全失去感觉的人也有效。该小组今天在《自然》杂志上报告说，在同一试验中的9名参与者--其中3人完全瘫痪，腿部没有感觉--在与植入其脊柱的设备提供的EES相配的训练后，重新获得了行走能力。试验进行了5个月后，所有参与者都能承受自己的体重并迈出步伐，使用助行器来保持稳定。

四人不再需要开启EES来行走。这种持续的恢复表明，刺激触发了脊柱神经元的重塑，使运动网络恢复正常。

"澳大利亚布里斯班昆士兰大学研究脊髓损伤的神经学家Marc Ruitenberg说："它给脊髓损伤患者带来的希望之大令人难以置信。

活动受阻

Courtine的团队还发现了负责康复增强的神经元。与直觉相反的是，当人们开启EES时，刺激部位的神经细胞活动减少。研究小组利用这一线索对这一过程进行了更彻底的调查。首先，研究人员在小鼠身上模拟了治疗的每一个方面--从受伤和电刺激到用特制的机器人支撑进行稳定训练。结果模仿了人的情况。

接下来，研究人员测量了小鼠脊柱组织样本中数以千计的单个神经元的基因活动。这产生了一个非常详细的下层脊髓的神经细胞类型图。然后，他们使用机器学习算法搜索小鼠神经元，这些神经元在EES辅助康复的特定阶段显示出基因活动的变化，与在人类参与者的行走能力中观察到的变化相一致。

该算法确定了一个兴奋性中间神经元的亚群--连接运动和感觉神经元的神经细胞--似乎适合。当Courtine和他的团队在受伤的小鼠身上沉默这些细胞时，他们发现EES不再使受伤的动物能够行走。

Courtine说，康复期间该部位神经活动的整体减少反映了一个学习过程。"他说："当你想到这一点时，这不应该是一个惊喜，"因为在大脑中，当你学习一项任务时，这正是你所看到的--随着你变得更好，激活的神经元越来越少了。

接下来的步骤

目前还没有技术可以在人身上收集这种直接证据。但加利福尼亚州拉霍亚的索尔克生物研究所的神经科学家艾曼-阿齐姆说，同样的神经元可能是造成这种效果的原因，因为包括人类和小鼠在内的脊椎动物的脊柱结构非常相似。

阿齐姆说，最终，对脊柱电路的详细了解可以让神经科学家直接用其他治疗方法操纵特定神经元的活动，如基因疗法。鲁滕伯格说，干细胞疗法有朝一日可以取代在脊髓损伤中受损的关键神经元群体。

Courtine和他的同事们还使用EES来恢复猴子的手臂运动和手部握力5。西雅图华盛顿大学的一个小组也为六名脊柱受伤的人做了同样的工作，使用非侵入性的带电皮肤贴片放置在颈部6。

尽管看到脊柱脊髓受伤的人重新行走很壮观，但鲁滕贝格说，行走往往不是人们的首要任务。丧失膀胱控制、肠道控制和性功能会对生活质量产生更大影响。"他说："看看这些功能是否也能通过这项技术得到改善，这将非常有趣。

Courtine说，既然他已经有了详细的分子图，那么确定负责这些功能的神经就在他下一步的工作清单上。他还成立了一家初创公司--位于荷兰的ONWARD公司--以使该技术商业化。该公司将于2024年开始在招募70-80名参与者进行新的试验。