他，狂发Nature！电刺激一下，可以让完全瘫痪患者重新站起来！

小奇

2022-11-14

协调行走的神经元位于腰脊髓中。走路时，大脑通过从脑干级联的下行通路传播命令以激活这些神经元。严重的脊髓损伤 (SCI) 会分散这个精心组织的通信系统。虽然位于腰脊髓的神经元没有受到损伤的直接损伤，但基本的脊髓上命令的耗竭使其失去功能。结果是永久性瘫痪。

试想一下，如果能让腿部完全失去知觉的人重新有感觉地站起来，而且不再需要辅助工具，那将是一个创举！

2018年，瑞士洛桑联邦理工学院Grégoire Courtine等人在Nature上表明，将电脉冲传递到这些下脊柱神经——一种称为硬膜外电刺激 (Epidural Electrical Stimulation, EES) 的技术——与强化训练相结合，可以获得这种脊髓损伤的人重新行走。试验中的所有三名参与者都从严重或完全的运动麻痹和腿部感觉最小的状态转变为能够自己行走，或者借助助行器或拐杖行走。那年，另外两个团队也表现出类似的结果。

EES系统

成果简介

近日，Grégoire Courtine团队对先前的工作进行拓展，对系统进行了进一步的改进，研究表明该神经康复期间应用的腰椎时空硬膜外电刺激系统（EES^REHAB）适用于腿部失去所有感觉的人。成果再次发表在Nature上。

视频|修复脊柱损伤患者

恢复行走能力！

同一试验中的九名参与者（其中三人完全瘫痪，腿部没有感觉）在与植入脊椎的设备提供的EES配对训练后，恢复了行走能力。试验开始五个月后，所有参与者都可以承受自己的体重并采取行动，使用助行器保持稳定。值得注意的是，四人不再需要开启 EES 才能行走。这种持续的恢复表明，刺激会触发脊髓神经元的重塑，使运动网络恢复正常。

图|EES^REHAB重塑人类和小鼠的脊髓

发现关键神经元

该团队还发现了负责促进康复的神经元。与直觉相反，当人们开启 EES 时，刺激部位的神经细胞活动减少。该团队利用这一线索更彻底地调查了这一过程。首先，研究人员在小鼠身上模拟了治疗的各个方面——从损伤和电刺激到使用专用机器人支持进行训练以保持稳定性。这一结果与人类的结果相似。

接下来，研究人员测量了小鼠脊髓组织样本中数千个单个神经元的基因活动。这产生了一个非常详细的脊髓下部神经细胞类型图。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 辅助康复的设定阶段显示出基因活动的变化，这些变化与人类参与者步行能力中观察到的变化平行。

图|EES^REHAB的分子绘图

该算法确定了一个似乎合适的兴奋性中间神经元亚群（SC^Vsx2::Hoxa10）——连接运动和感觉神经元的神经细胞。当该团队使受伤小鼠体内的这些细胞沉默时，他们发现 EES 不再可以使受伤的动物能够行走。此外，康复期间该部位神经活动的总体减少反映了一个学习过程。比如，在大脑中，当你学习一项任务时，随着你越来越擅长它，激活的神经元越来越少。

图|SC^Vsx2::Hoxa10神经元是瘫痪后步行恢复所必需的

小结：

综上所述，该研究展示了EES^REHAB恢复了行走并改善了 9 名长期SCI 患者的神经状态。这种恢复证明了 EES^REHAB 对大量在 SCI 后表现出跨越整个严重程度的神经功能缺损的人的治疗效果，从而为这种疗法的临床部署开辟了道路。

尽管看到脊髓损伤的人再次行走是一件非常壮观的事情，但是呢，步行通常不是人们的首要任务。相对而言，膀胱控制、肠道控制和性功能的丧失会对生活质量产生更大的影响。如果可以通过这项技术对这些功能进行改进，这将是非常有趣的。

参考文献：

1. 1.   Kathe, C., Skinnider, M.A., Hutson, T.H. et al. The neurons that restore walking after paralysis. Nature (2022).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05385-7

1. 2.   https://doi.org/10.1038/d41586-022-03605-8

个人简介

Grégoire Courtine，瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 教授，担任国际截瘫基金会 (IRP) 神经假体中心和脑心智研究所脊髓修复领域的主席。他的课题组致力于设计创新的干预措施，以恢复 CNS 疾病（尤其是脊髓损伤）后的感觉运动功能，并将研究结果转化为能够改善神经运动障碍患者生活质量的有效临床应用。他提出了脊髓损伤后恢复功能的全新方法，并在全球范围内引起广泛讨论。

该课题组在Nature、Nature Medicine、Nature Nanotechnology、Nature Biotechnology等期刊发表多篇研究论文。Courtine教授还获得了许多荣誉和奖项，如2007年加州大学洛杉矶分校校长博士后研究优秀奖和2009年国际截瘫研究基金会颁发的谢伦伯格脊髓损伤创新研究奖。