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欧洲突破性研究:通过“数字桥”重建大脑与脊髓连接,逆转瘫痪

脊髓损伤是导致大脑与身体通信中断的最具破坏性的神经系统疾病之一,全球数百万人因此永久性瘫痪。尽管经过数十年研究,恢复运动功能仍极具挑战。一项由欧洲研究人员(EPFL、CHUV、伦敦大学学院等)领导的新研究,在脊髓损伤(不完全性瘫痪)的非人灵长类动物(猕猴)以及慢性脊髓损伤患者中,测试了一种脑-脊髓接口(BSI)系统。该系统解码来自运动皮层的神经信号,并将其转换为刺激腰骶脊髓的电脉冲(通过硬膜外电刺激(EES)),以桥接损伤并恢复协调的腿部和躯干运动。主要发现包括:

  • 实时“数字桥”:植入的微电极阵列解码行走意图,并转换为针对特定肌肉群(屈肌与伸肌)的时空模式电刺激。
  • 瘫痪肢体恢复:在非人灵长类动物中实现了瘫痪腿部的承重步行动作恢复;在慢性脊髓损伤患者中,脑-脊髓接口在几周训练内恢复了在地面行走(无需体重支撑)的能力。
  • 神经可塑性:持续使用脑-脊髓接口可促进损伤下方脊髓网络的重塑(增强残留的皮质脊髓束连接),即使在脑-脊髓接口关闭后,患者仍能保持部分行走能力。

该研究代表了向神经假体(恢复运动功能)迈出的重大一步,并为脊髓损伤后的神经康复提供了新希望。

脑-脊髓接口(BSI)系统概述

组成部分位置功能
记录阵列(微电极阵列(Utah阵列),皮层电图(ECoG))运动皮层(下肢区域)解码行走的神经特征(与步态相位(站立期 vs. 摆动期)相关的β/γ功率变化)
解码器(机器学习模型,线性判别分析)外部处理器(背包)将神经信号转换为刺激参数(幅度,频率,电极配置)
刺激器(硬膜外电刺激(EES)植入物)腰骶脊髓(背根进入区)激活腰骶脊髓的中央模式发生器(CPG),驱动节律性、交替性腿部运动

主要成果(临床前和临床)

指标非人灵长类动物(脊髓损伤后)人类脊髓损伤患者(慢性,不完全性)
下肢运动脑-脊髓接口开启时能恢复承重行走(在跑步机上)脑-脊髓接口开启时能恢复地面行走(无需体重支撑)
速度接近损伤前的步态速度(约0.5–0.8 m/s)约0.2–0.4 m/s(但随训练而改善)
神经可塑性(脑-脊髓接口训练效果)即使脑-脊髓接口关闭,皮质脊髓束也得到部分保留在脑-脊髓接口训练数月后,残留的皮质脊髓束连接增加
患者报告的结局(生活质量,脊髓损伤独立性量表(SCIM))不适用改善(减少辅助设备(如轮椅)的使用)

对临床实践与康复的影响

这项研究为脊髓损伤患者带来了前所未有的希望。脑-脊髓接口不仅能在开启时即时恢复行走能力,还能通过促进神经可塑性,实现长期的功能改善。未来,随着技术微型化和无线化,BSI有望成为脊髓损伤康复的标准疗法。然而,目前该技术仍处于早期阶段,需要更大规模的临床试验验证其安全性和有效性,并解决植入手术风险、长期稳定性及成本等问题。

(责任编辑:泉水)