电极治疗瘫痪的进展缓慢但充满希望

大约十年前，一位名叫罗布·萨默斯的 25 岁俄勒冈州男子再次行走，在跑步机上迈出步伐，六年前，他因醉酒驾车而导致胸部以下瘫痪。据《大众科学》杂志2011 年报道，萨默斯是首批接受实验性电子设备的瘫痪患者之一：这种刺激器让他在经过两年的训练后恢复了行走能力。

研究人员发现，在患者的下背部放置电极阵列可以激活脊髓回路，从而修复运动功能。这种针状植入物可将电流直接传送到脊柱上的特定位置。但这些脉冲为何能恢复行走能力，这在神经学上仍是一个谜。脊髓损伤会中断人的四肢与大脑之间的联系，导致他们在某些情况下无法移动四肢。因此，为了使刺激发挥作用，脊髓自身神经系统内的细胞必须重新组织，以便处理电信号，正如领导这些试验的科学家所假设的那样。如果医生能够确定其作用机制和原因，他们就可以将这种疗法应用于更多类型的瘫痪，也许有一天，甚至可以再生受损细胞。

神经科学的空白

近年来，临床医生一直在测试脊椎植入物，在某些情况下还改进了刺激器的设计。11 月 9 日发表在《自然》杂志上的一项研究为脊椎的变化提供了线索：来自电极的信号可以刺激脊髓周围神经中的某种神经元，这是一支国际科学家团队通过检查老鼠发现的。他们指出，这些神经元通常不需要帮助啮齿动物迈步——这些细胞只有在电刺激治疗后才会被激活，用于行走。这项研究还证实，刺激器恢复了 9 名慢性瘫痪患者的行走能力，他们的脊椎通过 PET 扫描成像以测量细胞活动。

维也纳医科大学教授乌尔苏拉·霍夫斯托特 (Ursula Hofstöetter) 表示，识别这些细胞“是更好地了解脊髓如何控制运动的重要一步”，以及这种疗法如何“改善严重脊髓损伤后的行走功能”，乌尔苏拉·霍夫斯托特 (Ursula Hofstöetter) 是研究人体控制运动方式的专家，但她没有参与这项新报告。她补充说，也许有一天，这也能导致针对这些神经元的药物的出现。

绘制被激活的细胞及其表达的基因图谱（在小鼠模型中，研究人员精确定位了神经元中名为 Vsx2 的基因）可以向科学家展示脊髓在受伤后如何重组细胞网络。这就是硬膜外电刺激背后的原理，这项技术帮助萨默斯以及新研究中的九名患者行走。（“硬膜外”是指脊髓和脊柱之间的空间；它最著名的用途可能是麻醉师为分娩中的人们注射麻醉药物。）

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接受这种刺激的患者的脊髓神经系统出现了一种不寻常的模式：即使关闭刺激器，他们的运动能力也可能得到改善。此外，瑞士联邦理工学院博士后科学家、这项研究的作者乔丹·斯奎尔表示，脊髓网络中细胞活动的整体水平似乎有所下降。他说，从本质上讲，脊柱变得“更有效率”——与康复开始时不同，它们不再需要激活一大堆细胞来产生运动。

这促使斯奎尔和他的同事研究哪些神经元最终占据主导地位。加州大学欧文分校的神经外科医生迈克尔·欧说，脊髓损伤后，健康的回路会受到破坏。这项研究中发现的激活细胞可能是负责感觉的神经元和控制运动的神经元之间的中介，可以消除这种混乱并简化放电回路。

斯奎尔认为，这些神经元还控制着除行走之外的更多功能。2021 年发表在《自然》杂志上的一篇论文由许多与新研究相同的作者撰写，该论文表明，硬膜外电刺激可以帮助调节瘫痪患者的血压。

霍夫斯特特说，案例研究表明，硬膜外电刺激非常成功，严重脊髓损伤患者的康复达到了“以前被认为不可能”的水平。

刺激器里有什么

在大多数情况下，包括最近《自然》杂志上的六名患者，植入的电极阵列都是从最初设计用于治疗神经性疼痛的机器上改装而来的。但本报告中的三人拥有一台实验性设备，该设备由 Onward Medical 进行商业开发，基于瑞士公司 NeuroRestore 的研究，Squair 是该公司的一部分。

由于该设备专为帮助瘫痪患者恢复功能而设计，斯奎尔表示，该刺激器可以比旧植入物更快地恢复感觉。“要激活你想要激活的肌肉，你需要瞄准脊髓上的正确位置，”他说。“最初为疼痛设计的导线不具备这种能力。”刺激器还可以编程为根据运动模式定时发送信号。

Hofstöetter 也同意，与用于缓解疼痛的植入物相比，这是一种“更复杂、更高端的”植入物。但她指出，没有一项研究“专门调查过这种技术复杂程度是否”比传统设备更好。

不管是什么设备——大约有六家公司正在研发这类脊椎刺激器，Oh 指出——其效果并不像打开开关那么简单。正如《自然》杂志的报道所述，对于慢性瘫痪患者来说，要让他们行走，需要五个月的物理治疗，每周最多五次，每次一到三个小时。恢复功能也可能意味着训练特定的动作。

“让人们摆脱轮椅并独立行走是一个奇迹，”Oh 说。在目前的研究中，所有九名参与者都可以行走，一些可以独立行走，另一些则需要帮助。但他指出，这种刺激并不是治疗瘫痪的灵丹妙药：它无法修复跑步、跳舞或踢腿的能力。

并非所有参与者对刺激的反应都一样。从脊髓刺激器的角度来看，这种用于长期缓解疼痛的手术植入设备偶尔也会对患者造成伤害。美联社的一项调查发现，2008 年至 2018 年间，美国食品药品管理局 (FDA) 共报告了 8 万起此类事件。

治疗瘫痪的未来

尽管神经外科医生和科学家对刺激器在实验环境中取得的成果大加赞赏，但在过去十年中，植入物的使用通常仅限于参与小型试验。Hofstöetter 估计，在全球范围内，只有不到 50 名脊髓损伤患者拥有电刺激器。但她怀疑，只要脊柱下部（腰部）的神经网络完好无损，大多数脊髓损伤患者都可以得到帮助。她说，还需要做更多的工作来弥补概念验证研究与成千上万患有瘫痪或运动障碍的人之间的差距。

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一项名为 STIMO 的小型临床试验正在进行中，由瑞士研究人员领导； 《自然》杂志的 9 名参与者参加了该试验。但 FDA 或其他监管机构需要进行更大规模的测试，才能允许这些设备在实验环境之外使用。“需要进行一项关键的临床试验——这是需要采取的第一步，”Squair 说。

一些瘫痪患者还表示，他们更愿意通过刺激来解决除行走以外的其他功能，例如对肠道、手臂或性器官的控制。正在进行的研究包括针对膀胱的刺激，其他研究则涉及上脊柱，以试图改善手部功能。重新行走可能只是开始，但在此之前，还有更多的谜团。这种运动功能的确切恢复方式仍然是个谜。Oh 说，多亏了这项神经元研究，我们有了一个目标——但我们仍然不知道其机制。