创新产品/技术

新的脑-脊柱接口植入，瘫痪人站立行走！

science

2015阅读

2023/11/03

利用人的思想来刺激腿部运动

植入的脑电极发出信号，绕过受损的脊髓区域，利用人的思想来刺激腿部运动

2011年，格特-扬·奥斯卡姆（Gert-Jan Oskam）在中国的一次自行车事故中脊椎受伤，失去了行走能力。六年后，这位荷兰人设法迈出了几步，这要归功于在他的脊髓顶部植入了一小排电极，这些电极提供了刺激神经的电脉冲。该设备允许他走路，但这个过程很生硬，有时令人沮丧。

一个国际研究团队在《自然》杂志上发表论文，介绍了一种名为奥斯卡姆的更好修复方法。该方法采用数字技术，弥合了大脑和下半身之间的沟通障碍。脑电波是激发奥斯卡姆行走欲望的关键，这些脑电波通过植入他颅骨的装置传递到脊柱刺激器。然后，刺激器将信号重新路由到受损组织周围，并将电脉冲传递到脊髓，以促进运动。经过这种修复，奥斯卡姆现在可以更流畅地行走，轻松穿越障碍物和爬楼梯。他表示：“以前的刺激控制系统仿佛在控制我，但现在我可以更好地控制刺激。”这项技术的成功应用为身体受损或神经系统疾病的患者带来了希望，他们可以通过数字技术来改善生活质量。

这种新的脑-脊柱接口似乎也比单独的刺激更能促进恢复。事故发生后，奥斯卡姆保留了一些完整的脊髓连接，即使关闭了两个设备，他也可以使用拐杖行走，这是他以前从未做过的事情。

脊髓刺激和大脑接口过去都曾被使用过，但“它们从来没有以这种方式组合在一起，”卫理公会康复中心的神经学家Keith Tansey说。“从生物医学工程的角度来看，这是一次真正的巡回演出。但他和其他人，包括研究作者，强调重要的是要认识到这项研究是单一参与者的概念证明。目前尚不清楚其他脊髓损伤患者是否会看到相同的结果。

一些瘫痪性损伤会完全切断脊髓，但更常见的是，大脑和下半身之间的连接受损仍然存在。几十年来，科学家们一直试图找到修复这些断裂的神经高速公路的方法。

这项新研究建立在洛桑瑞士联邦理工学院神经科学家Grégoire Courtine和洛桑大学神经外科医生Jocelyne Bloch的工作基础上。2018年，两人及其同事表明，脊柱刺激与强化训练相结合可以帮助部分瘫痪的人行走。奥斯卡姆是该试验的前三名参与者之一，他们每个人都在下半身保留了一些感觉。去年，研究人员报告说，刺激也适用于腿部没有感觉或运动的更严重伤害的人。

但脊柱刺激有一些缺点。要开始行走或站立，用户必须手动触发信号，例如按下按钮。奥斯卡姆受伤后仍然可以抬起脚后跟，他脚上的传感器可以检测到这个微小的动作，从而启动刺激器。在那之后，诱导的运动是机器人和自动的——不在奥斯卡姆的有意识控制之下。就其本身而言，脊柱刺激是“有点傀儡”，路易斯·斯托克斯·克利夫兰退伍军人事务医疗中心的生物医学工程师兼MetroHealth系统的研究员Dennis Bourbeau说。

“每走一步，我都感到有点压力，”奥斯卡姆说。“我必须跟上节奏，否则我不会迈出好一步。”许多在日常生活中有用的动作——例如爬楼梯——都遥不可及。

新系统旨在使流程更加无缝。大脑接口由两个具有 64 个电极的阵列组成，每个电极都嵌入钛金属外壳中。它们通过手术嵌入颅骨中，头部两侧各一个，位于运动皮层的顶部并捕获电信号。这些信号以无线方式传输到耳机，然后传输到奥斯卡姆佩戴的背包中的笔记本电脑，在那里算法解码他的预期动作。然后，计算机将这些预测发送到刺激器，刺激器根据所需的运动提供不同模式的电脉冲。将这些设备组合在一起并不是一件容易的事，因为“这些系统都不应该相互通信，”加州大学欧文分校的神经学家An Do说。

奥斯卡姆的更新系统使他能够更精确地控制他的髋关节、膝关节和踝关节。经过 40 次训练后，他可以走路、走路、站立，甚至爬楼梯。即使设备关闭，这些好处似乎仍然存在，这表明他的大脑和下半身之间的联系可能已经加强。

“这还处于早期阶段，但作为人类概念的证明，我认为这是向前迈出的一大步，”杜克大学的神经外科医生南丹·拉德说。

多伦多大学（University of Toronto）的神经外科医生迈克尔·费林斯（Michael Fehlings）表示，结果令人印象深刻，但目前尚不清楚哪些脊髓损伤患者可能会受益，以及他们可能会恢复多少功能。“这是 n of 1，患者可能是经过精心挑选的。

一些患者可能会因治疗的侵入性而关闭。植入这些设备需要进行脑部开放手术，这会带来风险。事实上，由于葡萄球菌感染，Oskam 的一个大脑植入物不得不在大约 6 个月后被移除。

研究人员表示，他们的下一步将是使这项技术不那么笨重。Bloch 和 Courtine 共同创立了一家名为 Onward 的公司，该公司计划开发一个精简、完全集成的系统。该团队还计划测试脑-脊柱界面是否有助于改善或恢复脊柱损伤程度较高的患者的上半身运动。

Fehlings渴望看到这项技术如何发展。“这是一份非常有趣的病例报告。这是一项美丽的工程，“他说。“但必须谨慎解释结果。

新的脑-脊柱接口植入，瘫痪人站立行走！

最新资讯

热门资讯

热门资讯标签