人们可以想象这样一个场景：先进技术和康复手段能帮助脊髓损伤患者从轮椅上站起来，并开始走路。
脊髓损伤破坏了大脑和脊髓神经元之间的连接，在损伤下方的身体区域产生运动和感觉缺陷，从而导致基本神经功能丧失和瘫痪。
几个世纪以来，人们认为脊髓损伤导致的瘫痪无药可医。
“脊髓损伤是运动系统内通信受损，导致大脑的运动指令信号无法通过脊髓传递到肌肉以产生运动，一般损伤是不可逆的。”中科院神经科学研究所研究员崔翯告诉《中国科学报》记者。
但最近，瑞士研究人员通过定向硬膜外电刺激（EES）和密集的物理治疗等手段，帮助脊髓损伤患者再次行走。
该研究为增强脊髓损伤后的神经功能恢复确立了一个技术框架。
未参与该研究的美国西雅图华盛顿大学的ChetMortiz说：“该研究组的结果清晰地展示了治疗脊髓损伤的光明前景。”
从老鼠到猕猴
“准确地说，我的很多工作都是在中国北京完成的。”两篇论文的通讯作者、瑞士洛桑联邦理工学院神经生物学家GrégoireCourtine告诉《中国科学报》记者。
不过，十多年的空中飞人生活，除了辛苦，也让Courtine收获颇丰。
2016年，Courtine团队与中国合作者成功地利用一种无线大脑植入物——通过再现大脑记录的信号刺激腿部的电极——使脊髓损伤的猴子重新行走。
而在这之前，Courtine团队已经在大鼠中进行了十年之久的实验。“令人高兴的是，猴子对这个方法的反应与大鼠非常相似。”Courtine说。
研究小组首先分析了健康猴子在跑步机上行走时，大脑如何将电信号发送到腿部肌肉。之后，他们记录了脊髓里的电信号，这里是大脑信号到达腿部之前的“中转站”。
然后，研究人员在被切断脊髓的猴子身上重现了这些信号。他们将微电极阵列植入瘫痪猕猴的大脑中，获取并解码与腿部运动相关的信号。这些信号被发送到位于低位脊柱的电脉冲发生装置，从而触发猕猴腿部肌肉运动。
Courtine回忆道，当时，经历了无数次失败的研究人员，在看到猴子能重新行走时，整个团队都在房间里尖叫。虽然，猴子的运动节奏并不完美，但它们的脚没有拖曳，动作的协调性足以支撑这些灵长类动物的体重。
“他们已经证明，动物不仅可以恢复协调能力，而且还能恢复对运动十分重要的承重机能。这是一项伟大的工作。”致力于恢复瘫痪病人手臂运动的美国巴特尔纪念研究所神经科学家GauravSharma说。
但对人类做同样的事情就更复杂了。“大脑解码要复杂得多。”Courtine说。
重新行走
“电刺激的准确时间和位置对病人产生预期动作至关重要，目标刺激必须像瑞士手表一样精确。”瑞士洛桑大学医院神经外科医生JocelyneBloch说。
患者还面临如何在目标电刺激下协调大脑行走意图等一系列挑战。
“基于对动物模型多年研究，我们对相关潜在机制有了深入理解，并能实时模拟大脑如何自然激活脊髓。”Courtine说。
实际上，在大多数情况下，脊髓损伤后，受损神经系统仍保留一些通信，但这些联系不足以让人移动。
于是，研究人员考虑使用电刺激给运动神经元额外的兴奋，增加从大脑收到的信号。
EES是应用于脊髓的刺激，可以恢复脊髓损伤动物模型的运动能力，但一直以来，在人类身上效果较差，且原因尚不明确。
Courtine计划先解决EES的问题。
研究人员在10月30日发表于《自然—神经学》的论文中指出，先前的恢复行走的刺激方案之所以效果欠佳，可能是因为它们干扰了患者对肢体位置的感知，而短促的刺激既促进了运动，同时也保留了来自腿部的感觉信号。
终于，研究人员建立了一个新的治疗框架，以促进脊髓损伤患者的恢复。
他们对3名患有慢性脊髓损伤和下肢局部或完全瘫痪的男性患者施用了定向EES。他们采用了运动神经元激活图和模拟模型，以鉴定针对不同肌肉群的最佳刺激模式。
“我们在脊髓上植入一个电极阵列，以便瞄准腿部的单个肌肉群。电极的特定配置被激活，控制适当的肌肉群，并模拟大脑发出的信号，从而产生步行。”Bloch说。
在开始治疗后的几天内，患者逐渐从在跑步机上踏步到借助支撑行走，他们同时接受EES。
之后，他们可以依靠局部支撑或步行器独立行走，并且在没有使用EES的情况下恢复了腿部自主运动。
“所有3名研究参与者在经过一周的校准后都能借助支撑行走，在训练后的5个月内，自发性肌肉控制有了极大改善。”Courtine说，“人类的神经系统对这种治疗的反应比我预想的还要深刻。”
Morit提到，对于脊髓损伤研究来说，这是一个“突破性”进展。
不过，俄亥俄州凯斯西储大学脊髓损伤临床研究人员KimAnderson认为，这项技术可能无法帮助所有脊髓损伤瘫痪患者。
这项研究的参与者在刺激开始之前仍保持了一定水平的运动功能，而大多数脊髓损伤的人没有多余的运动能力。
开发疗法
中国香港大学医学院解剖学系教授、暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院副院长吴武田告诉《中国科学报》记者：“脊髓负责将大脑对身体各个部位的运动控制传达到身体各部分，其中充满了大量上行和下行的传导通路。一旦受损，这些神经纤维很难再生，重新恢复支配原来的靶细胞是治疗上的难点。”
目前，各国研究人员一直在努力寻找帮助脊髓损伤患者重新行走的方法，提出了从电刺激、药物到干细胞等一系列潜在疗法。
崔翯提到：“脊髓损伤治疗一个方面是通过神经康复、干细胞修复或者脊髓搭桥（Courtine团队的做法）来重建神经信号通路，另一个是通过脑机接口直接解码大脑运动指令，驱动外部装置代偿身体的运动功能。”
吴武田也认为，首先应在脊髓损伤早期调节炎症反应，减少再次损伤的严重程度，中晚期的病人的重点在于修复与再生，利用基因调控技术、小分子药物、应用生物材料搭桥等，并配合康复训练促进新的神经网络的形成。“借助人机联接的技术，比如用计算机将大脑信息传到损伤平面下的脊髓以支配其功能。”
美国波士顿大学儿童医院何志刚团队日前发现，一种小分子药物CLP290可使瘫痪的小鼠重新行走，相关论文刊登于《细胞》。
在Courtine论文发表前1个月，梅奥诊所物理治疗师MeganGill和同事在《自然—医学》上描述了一个完全瘫痪的人在经过43周的训练和电刺激后，能在跑步机上行走。
去年，美国加利福尼亚大学圣迭戈分校和圣迭戈退伍军人管理局医疗中心研究人员在《临床检查杂志》上报告说，移植到脊髓受损实验鼠体内的人类神经干细胞，按照人类固有的生命周期节奏生长和成熟，移植约一年后，受伤实验鼠丧失的活动能力开始恢复。
吴武田提到，目前用干细胞治疗脊髓损伤基于两方面的理论，首先是认为干细胞可以分化成为神经组织相关细胞，从而代替受损的神经组织重新建立神经网络，恢复神经冲动的传导；第二是神经干细胞分泌的物质，可以促进损伤部位的微环境改变，造成有利于再生的微环境。
“神经干细胞疗法研究虽然取得了一些进展，但其机制目前尚不清晰，是否通过上述机制也没有确切实验证据。”他说。
此外，Courtine和Bloch共同创立了GTXmedical创业公司，将利用相关研究成果开发为患者量身定制的神经技术，并致力于将这种康复模式转化为在各地医院和诊所都能使用的疗法。
《中国科学报》(2018-11-08第3版国际)
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