लकवाग्रस्त लोगों को फिर से चलने में मदद करने के लिए इलेक्ट्रिकल जैप्स निष्क्रिय न्यूरॉन्स को जगाते हैं

विज्ञान कथा क्या थी अब वैज्ञानिक वास्तविकता है: रीढ़ की हड्डी के लिए लक्षित विद्युत झटकों की एक श्रृंखला के साथ, नौ लकवाग्रस्त लोग तुरंत एक रोबोट की मदद से फिर से चले गए। पांच महीने बाद, आधे प्रतिभागियों को चलने के लिए उन झटकों की जरूरत नहीं रह गई।

क्या वाक्य थोड़ा परिचित लगता है? अपने आप में, परिणाम - जबकि निर्विवाद रूप से प्रभावशाली और पूरी तरह से जीवन बदल रहा है - पुरानी खबर की तरह लग सकता है। मस्तिष्क प्रत्यारोपण डिजाइन में सुधार के लिए धन्यवाद, पिछले दशक में पक्षाघात वाले लोगों को गतिशीलता बहाल करने में आश्चर्यजनक प्रगति देखी गई। 2018 में, एक 29 वर्षीय व्यक्ति लंबाई चला गया एक स्नोमोबाइल दुर्घटना से वर्षों के पक्षाघात के बाद, उसकी रीढ़ की हड्डी में कुछ झटकों के लिए एक पूरे फुटबॉल मैदान का धन्यवाद। पिछले साल, रीढ़ की हड्डी उत्तेजना कई लोगों की मदद की पूर्ण पक्षाघात के साथ एक व्यस्त शहर क्षेत्र में एक वॉकर और कश्ती के साथ चिकने पानी में टहलने के लिए।

इसमें कोई संदेह नहीं है कि रीढ़ की हड्डी की उत्तेजना ने एक बार अपूरणीय चोट को एक में बदल दिया जिसे अब उलटा किया जा सकता है। लेकिन एक बड़ा सवाल बना हुआ है: यह काम क्यों करता है?

A नए अध्ययन in प्रकृति बस हमें कुछ सुराग दिए। चोट से उबरने के दौरान रीढ़ की हड्डी के 3डी आणविक मानचित्र का निर्माण करते हुए, टीम को इसके बाहरी इलाके में स्थित न्यूरॉन्स का एक रहस्यमय समूह मिला। वे अजीबोगरीब हैं। आम तौर पर चलने के लिए इन न्यूरॉन्स की आवश्यकता नहीं होती है। लेकिन रीढ़ की हड्डी की चोट के मामलों में, कुछ बिजली के झटकों के बाद वे गतिविधि के साथ फट जाते हैं, नए तंत्रिका राजमार्गों में पुनर्गठित होते हैं जो आंदोलनों को बहाल करने में मदद करते हैं।

इन न्यूरॉन्स को इंगित करना सिर्फ एक वैज्ञानिक जिज्ञासा नहीं है। यह समझकर कि वे कैसे काम करते हैं, हम पक्षाघात के लिए और भी अधिक परिष्कृत उपचार विकसित करने के लिए उनके विद्युत संचार और आंतरिक आणविक कामकाज में टैप कर सकते हैं।

"रीढ़ की हड्डी की चोट वाले लोगों को यह आशा की मात्रा अविश्वसनीय है," कहा क्वींसलैंड विश्वविद्यालय में डॉ मार्क रुइटेनबर्ग, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे।

डॉ. को. साल्क इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल साइंसेज में की वूई हुआंग और ईमान अजीम, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, परिणाम बताते हैं कि रीढ़ की हड्डी की चोट से निपटने के लिए कई कोणों को अपनाने की आवश्यकता होती है: इम्प्लांट तकनीक में सुधार- पिछले प्रयासों का दिल-केवल एक तरफ है कहानी की। पुनर्प्राप्ति के तंत्रिका जीव विज्ञान को पार्स करना अन्य महत्वपूर्ण आधा है।

नया अध्ययन पता चलता है कि "तंत्रिका तंत्र के उच्च-रिज़ॉल्यूशन आणविक मानचित्र उत्तरार्द्ध प्रदान करने लगे हैं।"

अंतर को पूरा

मैं रीढ़ की हड्डी को एक गुलजार अंतरराज्यीय राजमार्ग के रूप में चित्रित करना पसंद करता हूं। प्रत्येक खंड में कई छोटे क्षेत्रीय तंत्रिका मार्ग होते हैं जो शरीर के विभिन्न भागों तक ले जाते हैं। मुख्य सूचना के माध्यम से, रीढ़ की हड्डी मस्तिष्क से आपके शरीर के बाकी हिस्सों में संकेतों को प्रसारित करती है। एक खराब गिरावट, एक कार दुर्घटना, या एक खेल चोट उस राजमार्ग को नुकसान पहुंचा सकती है। एक रोडब्लॉक के समान, विद्युत यातायात मांसपेशियों को आदेश भेज रहा है-और संवेदी प्रतिक्रिया प्राप्त कर रहा है-अब प्रवाह नहीं हो सकता है।

लेकिन क्या होगा अगर हम कृत्रिम रूप से एक इम्प्लांट के साथ उन सड़कों को ढहा सकते हैं?

लगभग आधा दशक पहले, वैज्ञानिकों ने एपिड्यूरल इलेक्ट्रिकल स्टिमुलेशन (EES) नामक तकनीक के साथ प्रयोग करना शुरू किया। डिवाइस कई इलेक्ट्रोड से बना है और सबसे बाहरी झिल्ली के ठीक ऊपर डाला गया है जो रीढ़ की हड्डी को घेरता है और उसकी रक्षा करता है। यह एक कृत्रिम पुल के रूप में कार्य करता है जो घायल स्थान को बायपास करता है। कुछ झटके रीढ़ की हड्डी के स्वस्थ भागों में न्यूरॉन्स को सक्रिय कर सकते हैं और आस-पास के तंत्रिका मार्गों को संकेत दे सकते हैं।

हालांकि यह कुछ उपचारों में से एक है जिसने "प्रदर्शन में उल्लेखनीय परिवर्तन" हासिल किया है, ईईएस को कई असफलताओं का सामना करना पड़ा है, हुआंग और अजीम ने कहा। एक सब-इष्टतम प्रत्यारोपण डिजाइन था, जिसमें वे चलने के लिए आवश्यक रीढ़ की हड्डी के कुछ हिस्सों को लक्षित नहीं कर सकते थे। एक और सॉफ्टवेयर था जो एल्गोरिदम द्वारा संचालित था जो रीढ़ की हड्डी को इस तरह से उत्तेजित नहीं करता था जो उसके प्राकृतिक विद्युत दालों की नकल करता था। विडंबना यह है कि उन डिजाइनों में "संवेदी संकेतों को बाधित किया जा सकता है जो वसूली को बढ़ावा देते हैं," हुआंग और अजीम ने कहा।

पुरुषों से चूहों तक

ईईएस लोगों को पक्षाघात से उबरने में कैसे मदद करता है, इस पर ध्यान देने के लिए, नए अध्ययन ने एक अपरंपरागत दृष्टिकोण लिया: उन्होंने पहले पक्षाघात वाले रोगियों में एक उपकरण और उत्तेजना पैटर्न का परीक्षण किया। उनके सुधार की पुष्टि करने के बाद, टीम ने ठीक होने के लिए जिम्मेदार कोशिकाओं को ठीक करने के लिए समान चोटों वाले चूहों में उपचार को फिर से बनाया। प्रतिमान विशिष्ट शोध कार्यवाहियों से एक क्रांतिकारी प्रस्थान है, जो मनुष्यों में जाने से पहले चूहों के मॉडल से शुरू होता है।

लेकिन डॉ के नेतृत्व वाली टीम। EPFL में न्यूरोसाइंस के प्रोफेसर ग्रेजायर कोर्टाइन और लॉज़ेन यूनिवर्सिटी हॉस्पिटल (CHUV) में न्यूरोसर्जन जॉक्लीने बलोच के अपने कारण हैं। पक्षाघात का मुकाबला करने के लिए दोनों वैज्ञानिक कोई अजनबी नहीं हैं। नेतृत्व कर रहा है न्यूरोरेस्टोर कार्यक्रम, वे मरीजों को गतिशीलता हासिल करने में मदद करने के लिए इंजीनियरिंग रीढ़ की हड्डी के प्रत्यारोपण में सबसे आगे रहे हैं।

इस अध्ययन में, उन्होंने पहले ईईएस के साथ गंभीर या पूर्ण पक्षाघात वाले नौ लोगों को एक के हिस्से के रूप में उत्तेजित किया चिकित्सीय परीक्षण. छह के पैरों में कुछ सनसनी थी; अन्य तीन के पास कोई नहीं था। दो समूहों में अलग-अलग हार्डवेयर प्रत्यारोपित किए गए थे, पहला प्राप्त करने वाला दर्द उपचार के लिए अनुकूलित था, और दूसरा विकसित हुआ विशेष रूप से चलने को प्रोत्साहित करने के लिए. सामान्य रीढ़ की हड्डी के संकेतों के समान उत्तेजना पैटर्न का उपयोग करते हुए, प्रतिभागियों ने अपने वजन का समर्थन करने के लिए रोबोट की मदद से तुरंत चलने की क्षमता में सुधार किया या पुनः प्राप्त किया। पांच और महीनों के प्रशिक्षण के साथ, उन्होंने धीरे-धीरे अपने वजन का समर्थन करना सीख लिया और मदद से बाहर भी चल सकते थे।

लेकिन क्यों? आश्चर्यजनक रूप से, टीम ने पाया कि शारीरिक पुनर्वसन के साथ-साथ ईईएस ने रीढ़ की हड्डी के उन हिस्सों के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम कर दिया जो चलने को नियंत्रित करते हैं। रीढ़ की हड्डी में सभी न्यूरॉन्स को शामिल करने के बजाय, ईईएस न्यूरॉन्स के सिर्फ एक चुनिंदा समूह के अनुरूप प्रतीत होता है - जो रोगियों को फिर से चलने में मदद करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

वसूली का एक आणविक मानचित्र

ये रहस्यमयी न्यूरॉन्स क्या हैं?

टीम ने और गहराई से जांच करते हुए पक्षाघात से पीड़ित चूहों पर उपचार फिर से चलाया (और हां, इसमें उनके शरीर के वजन को सहारा देने में मदद करने के लिए एक कस्टम-निर्मित माउस-आकार का रोबोट शामिल था।) मनुष्यों के समान, चूहों ने तुरंत ईईएस चालू होने के साथ चलने की अपनी क्षमता वापस पा ली। .

जैसे ही वे बरामद हुए, टीम ने रीढ़ की हड्डी से नमूने लिए और 80,000 चूहों से 24 से अधिक व्यक्तिगत कोशिकाओं में जीन को अनुक्रमित किया, यह देखने के लिए कि कौन से जीन सक्रिय थे। स्थान महत्वपूर्ण था: सर्वेक्षण ने रीढ़ की हड्डी में प्रत्येक कोशिका के स्थान के आधार पर जीन की मैपिंग की, जिसने एक साथ रिकवरी का पहला आणविक नक्शा बनाया।

आप सोच रहे होंगे कि यह एक डेटाबेस का एक विशालकाय हिस्सा है। सौभाग्य से, टीम ने पहले एक मशीन-लर्निंग एल्गोरिदम विकसित किया थामी जो डेटा का विश्लेषण करने में मदद करता है। निचोड़ waविभिन्न जैविक स्थितियों में कुछ कोशिकाओं के लिए जीन-अभिव्यक्ति प्रोफाइल का मिलान करने के लिए। कोशिकाओं की एक विशेष जनसंख्या बुलाया V2a खड़ा था बाहर। इन न्यूरॉन्स को रीढ़ की हड्डी के क्षेत्र में एम्बेडेड किया गया था जो चलने के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, और हालांकि चोट से पहले चलने के लिए इनकी आवश्यकता नहीं थी, ईईएस के बाद गतिविधि के साथ वृद्धि हुई।

V2a कोशिकाएं रीढ़ की हड्डी की रिकवरी के लिए शक्तिशाली द्वारपाल हैं। बाद के परीक्षणों में, ऑप्टोजेनेटिक्स का उपयोग करके उनकी गतिविधि को कम करना-प्रकाश के साथ न्यूरॉन्स को नियंत्रित करने का एक तरीका-भी रीढ़ की हड्डी की वसूली में कमी आई।

यह दर्शाता है कि "कुछ प्रकार के रीढ़ की हड्डी के न्यूरॉन्स जो चोट के बाद मस्तिष्क से अपने इनपुट खो चुके हैं, उन्हें 'पुन: जागृत' किया जा सकता है या आंदोलन को बहाल करने के लिए फिर से तैयार किया जा सकता है यदि उन्हें उत्तेजना और पुनर्वास का उचित संयोजन दिया जाता है," हुआंग और अजीम ने कहा।

रीढ़ की हड्डी की चोटों और पक्षाघात के इलाज के लिए V2a कोशिकाएं शायद ही चांदी की गोली हैं। अध्ययन में कई अन्य न्यूरॉन्स-विभिन्न अनुवांशिक हस्ताक्षरों के साथ-जो ईईएस के साथ सक्रिय होते हैं। मस्तिष्क अपने कनेक्शन को फिर से बनाने के लिए रीढ़ की हड्डी की चोट को कैसे दरकिनार करता है यह एक और भी गहरा रहस्य है। क्या वही न्यूरॉन्स अन्य रोज़मर्रा की शारीरिक ज़रूरतों को बहाल करने में मदद करते हैं - मूत्राशय और आंत्र नियंत्रण, उदाहरण के लिए - अभी भी अज्ञात है, लेकिन अध्ययन के लिए टीम की सूची में अगला है। इसके लिए, मुख्य लेखक ने एक स्टार्टअप लॉन्च किया है जिसका नाम है आगे अगले दो वर्षों में एक नया परीक्षण शुरू करने के लिए।

छवि क्रेडिट: गेराल्ट / 23803 छवियां