サイエンス フィクションだったことが、今や科学的現実となっています。一連の対象を絞った電気ショックを脊髄に当てると、麻痺した XNUMX 人がロボットの助けを借りてすぐに再び歩き始めました。 XNUMX か月後、参加者の半分は、歩くのにザップをする必要がなくなりました。
文は少し聞き覚えがありますか？ その結果は、紛れもなく印象的であり、人生を完全に変えるものではありますが、それだけでは古いニュースのように思えるかもしれません。 脳インプラントの設計が改善されたおかげで、過去 2018 年間で、麻痺のある人々の運動能力の回復が驚くべき進歩を遂げました。 29年、XNUMX歳男性 長さを歩いた スノーモービルの事故による何年にもわたる麻痺の後、彼の脊髄への数回の衝撃のおかげで、サッカー場全体の. 昨年、脊髄刺激 数人を助けた 滑らかな海で歩行器とカヤックを使ってにぎやかな繁華街を散歩するのは完全に麻痺しています。
脊髄刺激によって、かつては取り返しのつかなかった損傷が、現在では元に戻すことができる損傷に変わったことは間違いありません。 しかし、迫り来る疑問が残ります。なぜそれが機能するのでしょうか?
A 新しい研究 in 自然 いくつかの手がかりを与えてくれました。 損傷から回復する脊髄の 3D 分子マップを作成したところ、チームはその周辺に位置する謎のニューロン群を発見しました。 彼らは独特です。 通常、これらのニューロンは歩行には必要ありません。 しかし、脊髄損傷の場合、数回の電気的衝撃の後、活動が活発になり、動きの回復を助ける新しい神経幹線道路に再編成されます。
これらのニューロンを特定することは、単なる科学的好奇心ではありません。 それらがどのように機能するかを理解することで、電気通信と内部分子の働きを利用して、麻痺のさらに洗練された治療法を開発することができます.
「脊髄損傷者に与えられる希望の量は信じられないほどです。」 と クイーンズランド大学のマーク・ライテンバーグ博士は、この研究には関与していませんでした。
博士に。 この研究には参加していないソーク生物科学研究所の Kee Wui Huang と Eiman Azim によると、結果は、脊髄損傷に取り組むには複数の角度から取り組む必要があることを示しています。これまでの取り組みの中心であったインプラント技術の改善は、ほんの一面にすぎません。物語の。 回復の神経生物学を解析することは、残りの重要な半分です。
新しい研究 ことを示している 「神経系の高解像度分子マップは、後者を提供し始めています。」
ギャップを埋める
私は脊髄を賑やかな州間幹線道路として思い描くのが好きです. 各セクションには、体のさまざまな部分につながる複数の小さな局所神経経路があります。 主な情報が通り抜けるように、脊髄は脳から体の残りの部分に信号を送信します。 ひどい転倒、自動車事故、またはスポーツによる怪我は、その高速道路に損傷を与える可能性があります。 障害物と同様に、筋肉にコマンドを送信し、感覚フィードバックを受信する電気トラフィックが流れなくなります。
しかし、これらの道路の崩壊をインプラントで人為的に橋渡しできたらどうでしょうか?
およそ XNUMX 年前、科学者たちは硬膜外電気刺激 (EES) と呼ばれる技術の実験を開始しました。 この装置は複数の電極でできており、脊髄をカプセル化して保護する最も外側の膜のすぐ上に挿入されます。 負傷した場所を迂回する人工的な橋として機能します。 わずかな衝撃で、脊髄の健康な部分のニューロンが活性化され、近くの神経経路に信号が送られます。
「パフォーマンスの著しい変化」を達成した数少ない治療法の XNUMX つですが、EES は複数の挫折に直面していると Huang 氏と Azim 氏は述べています。 XNUMXつは、歩行に不可欠な脊髄の部分を標的にすることができなかったという点で、次善のインプラント設計でした. もうXNUMXつは、自然な電気パルスを模倣した方法で脊髄を刺激しないアルゴリズムを搭載したソフトウェアでした. 皮肉なことに、これらのデザインは「回復を促進する感覚信号を混乱させた」可能性があると Huang と Azim は述べています。
男性からネズミまで
EES が人々の麻痺からの回復にどのように役立つかの核心に迫るため、新しい研究では型破りなアプローチが取られました。最初に、麻痺患者でデバイスと刺激パターンをテストしました。 改善を確認した後、チームは回復に関与する細胞を特定するために、同様の損傷を負ったマウスで治療を再現しました。 このパラダイムは、人間に移行する前にマウス モデルから開始する典型的な研究手順からの根本的な逸脱です。
しかし、博士が率いるチーム。 EPFL の神経科学教授である Grégoire Courtine と、ローザンヌ大学病院 (CHUV) の神経外科医である Jocelyne Bloch には、それぞれの理由があります。 どちらの科学者も、麻痺と闘うのは初めてではありません。 をリード ニューロリストア プログラムでは、彼らは患者が可動性を回復するのを助けるために脊髄インプラントを設計する最前線にいます.
この研究では、彼らは最初に、EES の一部として重度または完全な麻痺を持つ XNUMX 人を刺激しました。 臨床試験. XNUMX人は足に感覚がありました。 他のXNUMXつには何もありませんでした。 XNUMX つのグループには異なるハードウェアが埋め込まれており、最初のグループは痛みの治療に適したものを受け取り、XNUMX つ目のグループは開発されたものを受け取りました。 特に歩行を刺激する. 正常な脊髄信号に似た刺激パターンを使用して、参加者は体重を支えるロボットの助けを借りて、すぐに歩行能力を改善または回復しました. さらに XNUMX か月のトレーニングで、彼らは徐々に自重を支えることを学び、助けを借りて屋外で歩くことさえできるようになりました。
しかし、なぜ？ 驚くべきことに、チームは、EES と身体的リハビリテーションを併用すると、歩行を制御する脊髄の部分に必要なエネルギーが減少することを発見しました。 EES は、脊髄内のすべてのニューロンに関与するのではなく、選択されたニューロンのグループ (患者が再び歩けるようにするために重要なグループ) だけに合わせて調整されているようです。
回復の分子地図
これらの謎のニューロンは何ですか？
さらに深く掘り下げて、チームは麻痺のあるマウスで治療を再実行しました（そして、そうです、体重を支えるのに役立つカスタムメイドのマウスサイズのロボットが含まれていました）.人間と同様に、マウスはEESをオンにして歩く能力をすぐに取り戻しました. .
彼らが回復したとき、チームは脊髄からサンプルを採取し、80,000 匹のマウスから 24 を超える個々の細胞の遺伝子を配列決定して、どの遺伝子が活性化されているかを確認しました。 場所が鍵でした。この調査では、脊髄内の各細胞の位置に基づいて遺伝子をマッピングし、それらを合わせて回復の最初の分子マップを形成しました。
あなたはそれが巨大なデータベースだと思っているかもしれません。 幸いなことに、チームは以前に機械学習アルゴリズムを開発していました。m はデータの分析に役立ちます。 核心 wa異なる生物学的状況にある特定の細胞に遺伝子発現プロファイルを一致させるため。 XNUMX つの特定の細胞集団 呼ばれます V2aが立った アウト。 これらのニューロンは、歩行に特に重要な脊髄の領域に埋め込まれており、負傷する前は歩行に必要ではありませんでしたが、EESの後に活動が急増したようです.
V2a 細胞は、脊髄回復の強力なゲートキーパーです。 その後のテストでは、オプトジェネティクス (光でニューロンを制御する方法) を使用してニューロンの活動を低下させると、脊髄の回復も抑制されました。
Huang氏とAzim氏は、「損傷後に脳からの入力を失った特定のタイプの脊髄ニューロンは、刺激とリハビリテーションの適切な組み合わせが与えられた場合、動きを回復するために「再覚醒」または再利用できることを示しています.
V2a 細胞は、脊髄損傷や麻痺を治療するための特効薬にはなりません。 この研究では、EES で活性化する、多様な遺伝子シグネチャーを持つ他の多数のニューロンが発見されました。 脳がどのように脊髄損傷を迂回してそれらの接続を再構築するのかは、さらに深い謎です. 同じニューロンが、例えば膀胱や腸の制御など、他の日常的な身体的ニーズの回復に役立つかどうかはまだわかっていませんが、研究チームの次の研究リストにあります. そのために、筆頭著者は、と呼ばれるスタートアップを立ち上げました オンワード 今後XNUMX年間で新しい試みを開始します。
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