本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Dyani Lewis，原文标题：《电刺激帮助瘫痪人士重新行走》，题图来自：视觉中国
神经科学家鉴定出了帮助瘫痪人士重新行走的神经细胞，打开了靶向治疗的可能性，有望造福更多的脊髓损伤患者[1]。
重度脊髓损伤会破坏大脑与下脊柱神经细胞网络的连接，这一连接控制着我们的行走能力。2018年，洛桑联邦理工学院的神经科学家Grégoire Courtine和他的同事用研究表明，向下脊柱神经释放电脉冲——一项名为“硬膜外电刺激”（EES）的技术——同时结合高强度训练，或能让这类脊髓损伤患者重新行走[2]。一项临床试验的三名受试者都从重度或完全运动麻痹以及腿部只有极少知觉的状态，改善到能自主行走或借助步行器或拐杖迈步。其他两个团队也在2018年报道了类似结果[3，4]。
如今，Courtine的团队进一步拓展了这项工作。他们证明了该系统也适用于腿部知觉完全丧失的患者。研究团队在《自然》发文称，同一项试验中的9名受试者——其中3人为全瘫，腿部毫无知觉——通过脊柱植入装置进行EES治疗并结合训练，重新恢复了行走能力。试验开始的5个月后，所有受试者都能承受自身体重并行走，同时借助步行器保持平稳。
4个人不再需要启动EES才能行走。这一持续恢复的迹象表明，电刺激激活了脊髓神经元的重塑，把人体运动网络重新调动了起来。
专门研究脊髓损伤的澳大利亚昆士兰大学神经学家Marc Ruitenberg说：“这为脊髓损伤患者带来了巨大的希望。”
活性受抑
Courtine的团队还发现了能增强康复效果的神经元。与直觉相反的是，如果启动人体内的EES，刺激位点的神经细胞活动反而会减少。研究团队利用该线索开展了一次从头到尾的研究。首先，研究团队用小鼠模拟了整个治疗过程——从受伤到电刺激再到利用辅助稳定性的机器人进行训练。最终结果与人体试验的结果相似。
接下来，团队测量了小鼠脊髓组织样本中数千个个体神经元的基因活性，并在此基础上绘制了下脊髓神经细胞类型的超详细图谱。他们随后再用一个机器学习算法寻找在EES辅助康复准备阶段出现基因活性变化的小鼠神经元，且这些变化需要与人类受试者行走能力中观察到的改变一致。
该算法发现有一个兴奋性中间神经元亚群似乎符合条件，兴奋性中间神经元是连接运动神经元和感觉神经元的神经细胞。当Courtine的团队使受伤小鼠的这些细胞沉默时，他们发现EES便不再能帮助受伤小鼠行走。
Courtine认为，康复期间该位点神经活性的整体下降反应了学习的过程。“仔细想想的话，这没什么奇怪的”，他说，“因为对大脑来说，这恰恰是学习任务时会有的表现——当你学上手了之后，激活的神经元也会越来越少。”
未来工作
目前没有哪种技术能从人体中收集这类直接证据。但加州索尔克生物研究所的神经学家Eiman Azim认为，可能是同一批神经元导致了这种效应，因为不同脊椎动物的脊柱结构非常相似，包括人类和小鼠。
Azim说，对脊柱环路的详细理解最终或能让神经科学家在其他疗法中直接操纵特定神经元的活性，比如基因疗法。Ruitenberg说，干细胞疗法今后或能将脊髓损伤中受损的关键神经元群替换掉。
Courtine和同事还利用EES恢复了猴子的手臂运动和抓取能力[5]。华盛顿大学的一个团队对6名脊髓损伤患者开展了相同的实验，他们使用的是贴在颈部的非侵入式电极皮肤贴片[6]。
虽然看到脊髓损伤患者重新行走令人惊叹，但Ruitenberg表示行走有时并非这些人的最大需求。膀胱控制、排便控制和性功能丧失也会严重影响生活质量。他说：“大家很想知道这项技术是否也能改善这些方面的功能。”
Courtine说，鉴定出负责这些功能的神经是他接下来的目标之一，因为现在已经有了详细的分子图谱。他还在荷兰创立了ONWARD公司，专门对该技术进行商业化。该公司将于2024年开始在美国招募70~80名受试者。
参考文献
1. Kathe， C. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-05385-7 (2022).
2. Wagner， F. B. et al. Nature 563， 65–71 (2018).
3. Gill， M. L. et al. Nature Med. 24， 1677–1682 (2018).
4. Angeli， C. A. et al. N. Engl. J. Med. 379， 1244–1250 (2018).
5. Barra， B. et al. Nature Neurosci. 25， 924–934 (2022).
6. Inanici， F.， Brighton， L. N.， Samejima， S.， Hofstetter， C. P. & Moritz， C. T. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 29， 310–319 (2021).
原文以Electrical stimulation helps paralysed people walk again — and now we know why为标题发表在2022年11月9日《自然》的新闻版块上，© nature，doi: 10.1038/d41586-022-03605-8
本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Dyani Lewis