科幻小说现在变成了科学现实：通过对脊髓进行一系列有针对性的电击，九名瘫痪的人在机器人的帮助下立即再次行走。 五个月后，一半的参与者不再需要这些电击来行走。
这句话是不是有点耳熟？ 就其本身而言，结果——虽然无可否认令人印象深刻并且彻底改变了生活——可能看起来像是旧闻。 由于大脑植入物设计的改进，过去十年在恢复瘫痪患者的活动能力方面取得了惊人的进展。 2018年，一名29岁的男子 走了一段路 在雪地摩托车事故造成多年瘫痪后，他的脊髓受到了几次冲击，整个足球场去年，脊髓刺激 帮助了几个人 带着完全瘫痪的步行者和皮划艇在平静的水域中漫步在繁忙的市区。
毫无疑问，脊髓刺激将曾经无法修复的损伤转变为现在可以逆转的损伤。 但一个迫在眉睫的问题仍然存在：为什么它会起作用？
A 新的研究 in 自然 只是给了我们一些线索。 该团队在脊髓损伤恢复过程中构建了脊髓的 3D 分子图，在其外围发现了一组神秘的神经元。 它们很奇特。 通常，这些神经元不是行走所必需的。 但在脊髓损伤的情况下，经过几次电击后，它们会突然活跃起来，重新组织成有助于恢复运动的新神经高速公路。
精确定位这些神经元不仅仅是一种科学好奇心。 通过了解它们的工作原理，我们可以利用它们的电通信和内部分子工作原理来开发更复杂的麻痹治疗方法。
“它给脊髓损伤患者带来的希望之大令人难以置信，” 说过 昆士兰大学的 Marc Ruitenberg 博士没有参与这项研究。
致博士。 Salk 生物科学研究所的 Kee Wui Huang 和 Eiman Azim 没有参与这项研究，他们的研究结果表明，解决脊髓损伤需要从多个角度着手：改进植入技术——之前努力的核心——只是一方面的故事。 解析恢复的神经生物学是另一关键部分。
这项新的研究 这表明 “神经系统的高分辨率分子图开始提供后者。”
弥合差距
我喜欢把脊髓想象成一条嗡嗡的州际公路。 每个部分都有多个较小的区域神经通路，通向身体的不同部分。 作为主要的信息通过线，脊髓将信号从大脑传输到身体的其他部位。 严重的跌倒、车祸或运动损伤可能会损坏那条高速公路。 与路障类似，向肌肉发送命令并接收感官反馈的电子交通无法再通过。
但是，如果我们可以通过植入物人为地桥接那些塌陷的道路呢？
大约五年前，科学家们开始试验一种称为硬膜外电刺激 (EES) 的技术。 该装置由多个电极制成，并插入到封装和保护脊髓的最外层膜的正上方。 它充当绕过受伤部位的人造桥梁。 一些震动可以激活脊髓健康部位的神经元，并将信号传递到附近的神经通路。
Huang 和 Azim 说，虽然它是少数几个实现“性能显着变化”的治疗方法之一，但 EES 面临着多重挫折。 一种是次优的植入物设计，因为它们无法瞄准行走所必需的脊髓部分。 另一个是由算法驱动的软件，它不会以模仿自然电脉冲的方式刺激脊髓。 具有讽刺意味的是，这些设计可能“破坏了促进康复的感官信号，”黄和阿齐姆说。
从男人到老鼠
为了深入了解 EES 如何帮助人们从瘫痪中恢复，这项新研究采用了一种非正统的方法：他们首先在瘫痪患者身上测试了一种设备和刺激模式。 在确认它们的改善后，该团队随后在具有类似损伤的小鼠中重新创建了治疗，以确定负责恢复的细胞。 该范式与典型的研究程序截然不同，典型的研究程序从小鼠模型开始，然后再进入人类。
但是由 Drs 领导的团队。 EPFL 的神经科学教授 Grégoire Courtine 和洛桑大学医院 (CHUV) 的神经外科医生 Jocelyne Bloch 各有各的道理。 两位科学家对对抗瘫痪并不陌生。 领导 神经恢复 计划，他们一直处于工程脊髓植入物的最前沿，以帮助患者恢复活动能力。
在这项研究中，他们首先用 EES 刺激了 XNUMX 名患有严重或完全瘫痪的人，作为 临床试验. 六个人的腿有些感觉； 其他三个没有。 两组植入了不同的硬件，第一组接受了适合疼痛治疗的硬件，第二组开发了 专门用来刺激走路. 使用类似于正常脊髓信号的刺激模式，参与者立即改善或恢复了他们的行走能力，在机器人的帮助下支撑他们的体重。 经过五个多月的训练，他们逐渐学会了支撑自己的体重，甚至可以在帮助下到户外行走。
但为什么？ 令人惊讶的是，研究小组发现 EES 和身体康复降低了控制行走的脊髓部分所需的能量。 EES 似乎并没有让脊髓中的所有神经元都参与进来，它似乎只针对一组精选的神经元——这些神经元对帮助患者再次行走至关重要。
恢复的分子图
这些神秘的神经元是什么？
深入研究后，该团队重新对瘫痪的老鼠进行了治疗（是的，它包括一个定制的老鼠大小的机器人来帮助支撑它们的体重。）与人类类似，老鼠在开启 EES 的情况下立即恢复了行走能力.
当他们康复时，研究小组从脊髓中采集样本，并对来自 80,000 只小鼠的 24 多个单个细胞中的基因进行测序，以查看哪些基因被激活。 位置是关键：这项调查根据每个细胞在脊髓中的位置绘制了基因图，它们共同形成了第一个恢复分子图。
您可能会认为它是数据库的庞然大物。 幸运的是，该团队之前开发了一种机器学习算法m 有助于分析数据。 症结所在 was 将基因表达谱与不同生物学情况下的某些细胞相匹配。 一个特定的细胞群 被称为 V2a 站立 出去。 这些神经元嵌入对行走特别重要的脊髓区域，虽然它们在受伤前不需要行走，但在 EES 后似乎随着活动而激增。
V2a 细胞是脊髓恢复的强大看门人。 在随后的测试中，使用光遗传学（一种用光控制神经元的方法）降低它们的活动也抑制了脊髓的恢复。
它表明，“如果给予适当的刺激和康复组合，某些类型的脊髓神经元在受伤后失去大脑输入，可以‘重新唤醒’或重新用于恢复运动，”黄和阿齐姆说。
V2a 细胞几乎不是治疗脊髓损伤和瘫痪的灵丹妙药。 该研究发现了许多其他神经元——具有不同的遗传特征——被 EES 激活。 大脑如何绕过脊髓损伤来重建它们的连接是一个更深奥的谜。 相同的神经元是否有助于恢复其他日常身体需求——例如膀胱和肠道控制——仍然是未知数，但该团队的下一个研究名单上。 为此，主要作者创办了一家名为 向前 在未来两年内开始新的试验。
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