曾经的科幻艺术畅想现在成了科学现实场景。

给脊髓一系列针对性电击，竟然让9名瘫痪人士立刻能在机器人辅助下重新行走，其中近一半的人甚至在5个月后无需电刺激即可行走。

随着脑植入设备的升级进化，近年来，类似上述场景的报道越发频繁。

2018年，一名因雪地摩托事故而瘫痪多年的29岁男性经过几次脊髓电刺激治疗，成功步行了长达整个足球场的距离。

去年，脊髓刺激术帮助几名完全瘫痪者恢复了独立运动能力，能够漫步市区，划船水上。

毫无疑问，脊髓刺激疗法令曾经无法修复的损伤变得可逆。不过我们也需要回答一个关键问题：它为什么有效？

《自然》新刊发的一项研究给我们提供了线索。

作者团队围绕从损伤中恢复的脊髓，创建了关于它的三维分子图谱，并发现一组神秘的神经元坐落于脊髓外围。

这些神经元很特别，通常来说，人体行走是无需它们参与的；但对于损伤的脊髓来说，几次电刺激会令这些神经元突然活跃起来，重新组织成有助于恢复运动能力的新神经通路。

精确定位这些神经元，了解其工作原理，不仅是一种科学求知，还可帮助我们利用它们的原理，开发更精妙治疗瘫痪的方法。

澳大利亚昆士兰大学的马克·瑞滕贝格（Marc Ruitenberg，未参与此研究）博士表示：“它给脊髓损伤患者带来的希望之大令人难以置信。”

脊髓坏了，那就人工搭桥

你可以将脊髓想象成一条川流不息的州际高速公路，每个路段都有多个较小的区域性神经通路，它们通向身体不同部位。脊髓作为主要信息通路，将信号从大脑传输至身体其他部位。

当人体重重摔倒、遭遇车祸或运动损伤，这条高速公路就会损坏，神经电信号交通不再畅通，向肌肉发送命令失灵了，接收感官反馈受阻了。

但如果我们可以利用植入物人工桥接那些崩坏的道路呢？

大约5年前，科学家开始试验一种被称为硬膜外电刺激（EES）的技术。

闭环运行的无线植入式EES

EES设备由多个电极组成，可插入至脊髓硬膜（包裹并保护着脊髓）的上方，用作替代受伤部位的“桥梁”，其传递的电流可激活脊髓附近的健康神经元，以及出入脊髓的神经元通路。

因此，虽然脊髓坏了，但EES搭桥在某种程度上重建了神经公路。

不过根据专家的说法，当时的EES虽是能“显著改变运动能力”的少数治疗方式之一，但也面临多种问题。

一方面，植入物的设计欠佳，使其无法瞄准行走所必需的脊髓部分。另一方面，驱动EES的算法不会以模仿自然电脉冲的方式刺激脊髓。颇为讽刺的是，这些设备反倒可能“扰乱促进康复的感觉信号”。

先人后鼠，见效神速

本文介绍的新成果是由瑞士洛桑联邦理工学院的神经科学教授格雷戈里·库尔廷（Grégoire Courtine）和洛桑大学附属医院的神经外科医生乔斯琳·布洛赫（Jocelyne Bloch）领导。

为了解EES如何帮助瘫痪者康复，研究团队采用非正统的研究模式：

他们首先在瘫痪患者身上测试了一种EES设备和刺激模式，在确认其改善作用后，又将其用在具有类似损伤的小鼠身上，以确定因治疗而得到恢复的具体细胞。（常规的研究程序应先从小鼠模型开始，后推向人类。）

在第一阶段，库尔廷等人先用EES刺激9名严重或完全瘫痪人士，发现其中6人腿部保留了一些感觉，另外3人则完全无感；接着，他们给这两类人植入不同硬件，6人组植入适用于疼痛治疗的装置，3人组则植入专用于刺激行走的设备。

结果，借助类似正常脊髓信号的刺激模式，以及机器人的辅助，参与者立刻改善甚至恢复行走能力；经过5个多月训练，参与者逐渐能够撑起自身体重，甚至在有辅助情况下到户外行走。

两名瘫痪者在接受EES刺激后走起了路

研究团队还发现，EES不只带来了康复，也使得控制行走的脊髓部分所需的能量降低了。EES没有让脊髓中的所有神经元都参与进来，而是似乎只针对一组特定神经元进行调整——这些神经元对患者重获行走能力至关重要，而它们的具体身份，需通过第二阶段的小鼠实验来确定。

激活V2a神经元

在第二阶段，库尔廷等人对瘫痪小鼠进行治疗（包括定制机器人以帮助支撑小鼠体重）。与人类参与者类似，小鼠在EES开启后立即恢复行走能力。

研究团队从康复小鼠脊髓中提取样本，总计对来自24只小鼠的八万多个细胞进行测序，以查看哪些基因被EES治疗所激活，并根据每个细胞在脊髓里的位置绘制基因图谱。

毫无疑问，上述工作涉及的数据量是巨大的，不过好在研究团队此前开发了专用于分析数据的机器学习算法。

经过大规模数据分析，通过将基因表达图谱与不同生物情况下的特定细胞相匹配，一种名为V2a的细胞群浮出水面。

这些神经元所在的脊髓区域之于行走运动尤为重要，虽然普通小鼠走路无需其参与，但当瘫痪鼠接受EES后，V2a就被激活了。

在随后测试中，库尔廷等人使用光遗传学方法抑制V2a神经元的活动，结果脊髓的恢复也受到了抑制。

以上发现表明，对于某些类型的脊髓神经元，当它们失去来自大脑的输入后，若能给予适当刺激，“重新唤醒”并非不可能。

库尔廷创立的医药公司ONWARD将在未来两年里开展新试验，探究V2a神经元是否有助于恢复其他生理机能，例如膀胱和肠道控制。

资料来源：

Electrical Zaps Woke Up Dormant Neurons to Help Paralyzed People Walk Again

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