电刺激让瘫痪者重新行走原理找到了，3人已治疗成功 | Nature

詹士 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

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。

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。

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：

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。

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：

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。

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：

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。

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。

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。

参考链接：
[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/

— 完 —

「2022人工智能年度评选」火热报名中

倒计时两周，量子位「2022人工智能年度评选」即将截止报名！本次评选将从企业、人物、产品/解决方案三大维度设置5类奖项，抓紧时间参与吧！

更多关于评选标准、榜单报名欢迎扫描下方二维码～

点这里关注我 👇 记得标星噢 ~

一键三连「分享」、「点赞」和「在看」

科技前沿进展日日相见 ~