每日經濟新聞 2023-05-30 23:11:04
◎ 在進行“腦-脊柱接口”植入手術后，奧斯卡姆神經系統的溝通渠道很快就建立起來，他甚至在訓練開始的一天內就邁出了“第一步”。
每經記者｜蔡鼎 每經編輯｜蘭素英
在過去，癱瘓意味著人類可能無法在不依靠外力的情況下獨自行走，但最近公布的一項研究或將讓癱瘓者燃起重新直立行走的希望。
來自瑞士洛桑聯邦理工學院格萊姆格爾·庫爾蒂納博士（Dr. Grégoire Courtine）和他的同事開發并為患者植入了一個“腦-脊柱接口（brain-spine interface）”，在大腦和脊椎之間建立直接的神經聯系。這樣，大腦中的植入物便會追蹤癱瘓患者運動的意圖，這些意圖被無線傳輸到一個處理單元，隨后被轉換成指令，并通過第二個植入體發回，刺激肌肉運動。
也就是說，該實驗的參與者在植入接口后，能夠真正意義上以自己的意愿操縱雙腿行走。
庫爾蒂納博士團隊的研究論文于上周三（5月24日）發表在《自然》雜志上，研究結果概述了一位來自荷蘭的參與者的成功結果。
圖片來源：《自然》
2011年前，格特·揚·奧斯卡姆（Gert-Jan Oskam）在一次摩托車事故中導致癱瘓，當時他的雙腿、手臂和軀干均受到不同程度的傷害。奧斯卡姆在上周舉行的媒體見面會上表示，“我的愿望是再次行走，我也相信這是可能的。我以前嘗試過很多東西，現在我必須學習如何再次正常走路，就像正常人走路一樣。”
在進行“腦-脊柱接口”植入手術后，奧斯卡姆神經系統的溝通渠道很快就建立起來，他甚至在訓練開始的一天內就邁出了“第一步”。
奧斯卡姆表示，他如今可以至少走出約100米（具體距離取決于當時的天氣情況），并且可以在不用手臂借助外力的情況下站立幾分鐘。他表示，這對他的日常生活非常有幫助，例如沒有人幫忙的情況下，他也可以自己站著繪畫。
庫爾蒂納博士團隊的論文指出，全套“腦-脊柱接口”包括兩個需要完全植入的部分，一個植入在患者頭部，另一個植入脊髓。大腦的部分通過兩個8x8的網格電極監測來自感覺運動皮層的皮質電圖信號（ECoG），電極嵌入在鈦金屬外殼內，厚度與顱骨相同，植入完成后外觀與正常人無異。
圖片來源：《自然》
外置的兩處天線分別為植入設備供電和實時將ECoG信號傳輸到背負的便攜基站進行處理。解碼的信號轉換為刺激信號，輸送到植入背根神經節的脈沖發生器上，這個設備與為帕金森患者提供深腦電刺激的設備基本一致，設備延遲在100ms左右。
值得注意的是，即使是在關閉接口的情況下，患者在感覺、知覺和運動技能方面也有了顯著的恢復。在奧斯卡姆的案例中，即使接口關閉，他也可以借助拐杖行走，這是他之前從未做到的。
據悉，荷蘭醫療設備公司ONWARD Medical NV與CEA和EPFL已經通過歐洲創新委員會（EIC）獲得了歐盟委員會的支持，以開發該接口的商業版本，目標是使該技術在全球范圍內可用。
《每日經濟新聞》記者注意到，庫爾蒂納博士團隊的最新研究并不是人類歷史上首個能幫助癱瘓患者實現獨自行走的研究。此前的研究表明，定向的電脈沖可以刺激癱瘓患者腿部行走所需的神經區域。奧斯卡姆此前也參加過前置試驗（STIMO），當時也能行走，但僅限于平地。
脊髓刺激和腦接口在過去也都被使用過，但“它們從來沒有像這樣被組合在一起，”衛理公會康復中心的神經學家基思·坦西（Keith Tansey）說道。“從生物醫學工程的角度來看，這是一個真正的杰作。”
“現在，我可以做我想做的事，當我決定邁出一步時，神經的刺激就會開始。”奧斯卡姆說道。庫爾蒂納博士也表示，團隊的最新研究與此前的定向電脈沖刺激是不同的，因為奧斯卡姆可以“完全控制（自己的）刺激參數，這意味著他可以隨意停止刺激，可以行走，甚至可以爬樓梯。”
圖片來源：《自然》
論文顯示，奧斯卡姆雖然是庫爾蒂納博士團隊的第一個參與者，但研究人員對該技術未來的可能性充滿希望。這項研究驗證了在大腦和脊髓之間重新建立神經聯系的可能性，而且這種聯系發生得非常快。研究人員稱，擴大這種連接的范圍也可以幫助那些有手臂和手部癱瘓，或者中風的患者。他們還補充稱，他們希望縮小該植入設備的尺寸，以便患者便于攜帶。
庫爾蒂納博士團隊公布的這項最新技術能讓癱瘓患者更平穩地運動和更好地適應不斷變化的地形。研究人員稱，這是因為“腦-脊柱接口”重新連接了由于脊髓損傷而中斷的兩個中樞神經區域。在新技術的輔助下，奧斯卡姆能夠輕松地攀爬斜坡、爬樓梯以及穿越有障礙物的復雜地形。
值得注意的是，包括坦西和研究作者在內的其他人強調，這項研究是對單個參與者的概念驗證，其他脊髓損傷的患者是否會具有同樣的效果還不清楚。
但研究人員相信，這種“大腦和脊髓之間數字橋梁”可能會使其他脊柱部位受傷而導致嚴重癱瘓的人們廣泛受益：首先，研究人員在完全和不完全癱瘓的患者中驗證了支配硬膜外電刺激脊髓的生理學原理；其次，他們開發了快速和穩定的校準方法，使患者在家里就能夠自行操作“腦-脊柱接口”；最后，該團隊的接口在另外兩名四肢癱瘓的患者身上也表現出了類似的穩定性。
“大腦和脊髓之間數字橋梁的概念預示著一個治療神經系統疾病導致的運動缺陷的新時代。”研究人員們寫道。
封面圖片來源：視覺中國-VCG111423998465
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