电刺激可以改善瘫痪猴子的手臂控制
匹兹堡大学的研究人员报告说，对严重损伤的脊髓上部幸存神经进行电刺激可以改善上肢的运动控制，并允许手臂功能有限的人部分恢复失去的运动。第一轮临床前实验数据发表于自然神经科学今天。
“即使是进行最简单的手臂运动，我们的神经系统也必须协调数百块肌肉，在实验室之外，用直接的肌肉电激活来取代这种复杂的神经控制是非常困难的，”资深作者Marco Capogrosso博士说，他是神经外科助理教授和皮特康复与神经工程实验室的成员。“我们没有刺激肌肉，而是简化了技术，设计了一个系统，使用幸存的神经元，通过对脊髓的特定刺激脉冲，恢复大脑和手臂之间的连接，有可能使瘫痪患者执行日常生活任务。”
手臂和手部活动能力的缺陷——从手腕弯曲受限到完全无法移动手臂——是中风患者和瘫痪患者被迫应对的一些最能改变生活的并发症。即使手臂和手部功能的轻度缺陷也会严重限制患者的生活质量和自主能力，使上肢控制的恢复成为神经康复领域的重要焦点。
然而，目前还没有任何疗法或医疗技术可以让患者恢复或有意义地改善他们失去的上肢功能。
广泛的上肢运动和高超的灵活性使灵长类动物和人类有别于其他哺乳动物。在肩膀处旋转手臂，在肘部弯曲手臂，弯曲和伸展手腕，以及通过改变单个手指的位置来改变握力的能力，使得我们能够非常复杂地控制我们拿东西的方式，以及与世界的互动方式。这种惊人的能力也使得恢复手臂和手的运动异常困难。
皮特大学的研究人员面临着一项具有挑战性的任务:开发一种技术，可以激活连接大脑和脊髓的剩余健康神经，通过外部刺激来控制手臂肌肉。这项技术还必须是无缝的，几乎不需要训练就能使用，让患者能够像受伤前一样继续熟悉的运动任务。
为了测试这项技术，研究人员与猕猴患有部分手臂瘫痪的人被训练去够、抓和拉杠杆来获得他们最喜欢的食物。
除了大脑植入物探测电活动在控制自主运动的区域，研究人员给猴子植入了一组电极，这些电极与一个铅笔头橡皮擦大小的外部刺激器相连，当大脑电极检测到动物想要移动手臂时，这些刺激器就会瞬间打开。
“我们的方案由简单的刺激模式组成，通过检测动物的移动意图来启动，”哈佛医学院和波士顿儿童医院的共同第一作者萨拉·康蒂博士说。“我们不需要知道在哪里动物想要移动;我们只需要知道他们想要移动，提取信息相对简单。我们的技术可以以多种不同的方式应用于诊所，可能不需要植入大脑。”
电极和刺激器的设计和放置——在从脊髓向手臂和手部肌肉生长的神经根上——通过计算算法和医学成像的结合进行了广泛的验证，以确保每只动物的独特解剖结构与设备兼容。
分析表明，虽然不足以完全恢复手臂的功能，但刺激显著提高了精度、力量和运动范围，使每只动物都能更有效地移动手臂。重要的是，这些动物在适应和学习如何使用刺激的过程中不断进步。
“后退一步，从一个不同的、更简单的角度来解决一个非常复杂的临床问题，与以前所做的任何事情相比，这为手臂和手瘫痪患者提供了更多的临床可能性，”共同第一作者Beatrice Barra博士说，她曾是瑞士弗里堡大学的博士生，目前在纽约大学任教，是皮特大学的访问学者。“通过围绕神经系统这模仿了它的自然设计，我们得到了更好的结果。”
一项临床试验测试电是否脊髓刺激可以改善中风患者的手臂和手的控制，这一研究正在匹兹堡大学和UPMC招募参与者。
进一步探索
