Nature：大脑和脊髓之间的数字桥恢复瘫痪后的行走

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题目：Walking naturally after spinal cord injury using a brain–spine interface

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年5月24日

通讯作者单位：洛桑联邦理工学院

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06094-5

主要内容：

脊髓损伤会中断大脑和脊髓之间的交流，导致瘫痪。解码控制运动和驱动脊髓电刺激的大脑信号的植入物重新建立了这种通信，使脊髓损伤患者能够自然行走。

研究设计：跟踪大脑和脊柱植入物在20个月内的效果。

人群：1例因慢性脊髓损伤而瘫痪的个体。

终点：安全和行走能力。

分析：评估站立、行走和自愿腿部运动。

结论：一种新的数字修复策略可在瘫痪后恢复运动。

脊髓损伤会撕裂大脑和脊髓之间交流所需的神经元通路。其结果是永久性瘫痪。世界卫生组织（WHO）估计，每年有250万至000万人遭受这些伤害。尽管临床管理的进步改善了结局，但尚未证明改善运动恢复的策略具有安全性和有效性。在这个试验中，我们测试了这个想法。大脑和损伤下方脊髓区域之间的“数字桥”将重新建立足够的沟通，以恢复对自主运动的控制。

为了验证这个想法，我们在大脑和脊髓之间设计了一个完全可植入的数字桥。两个无线记录仪，每个记录仪包含 64 个电极位于大脑中参与控制腿部运动的区域的硬脑膜（保护神经系统的最外层膜）上。植入物能够稳定、高保真地记录与预期的腿部运动相关的神经元活动 - 称为皮质电图（ECoG）信号。第三个多电极阵列被植入脊髓的硬脑膜上，以靶向背根进入区域。这些结构投射到脊髓段，这些节段包含控制腿部肌肉的运动神经元。该多电极阵列与具有超快无线通信功能的神经刺激平台连接。一种算法从ECoG信号中解码预期的运动，然后驱动脊髓的有针对性的电刺激，以参与介导预期运动的肌肉（图1）。

数字桥被植入一名参与者身上，该参与者在试验前近十年就已经四肢瘫痪。入学时，他无法自行采取措施。在不到几分钟的时间内就建立了可靠的数字桥，并且在随后的20个月内只需要很少的重新校准。这座桥使参与者能够重新直观地控制腿部的运动，使他能够站立、行走、爬楼梯，甚至穿越复杂的地形。

以前的研究已经使用脊髓的电刺激来恢复麻痹性脊髓损伤患者的运动。然而，这些参与者无法调节刺激的参数，并且报告难以根据他们遇到的不同地形调整他们的腿部运动，因此步行并不被认为是完全自然的。数字桥克服了这些限制，能够直观和自适应地控制参与者认为自然的腿部运动。

对未来的展望

• 数字桥在日常生活中的无缝集成，以促进瘫痪患者的运动，将需要所有可穿戴组件的小型化。

•该研究仅限于一名脊髓损伤不完全的参与者，因此在大型队列中确认这些结果非常重要，包括脊髓完全切断的人。

•数字桥还可以改善手臂和手部运动的恢复，并支持中风等神经系统疾病的运动恢复和帕金森病。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06094-5

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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