可喚醒損傷的腦脊髓的神經(jīng)修復(fù)術(shù)與機械復(fù)原

　瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員使患有脊髓損傷和嚴(yán)重癱瘓的大鼠得以行走甚至跑動。該結(jié)果發(fā)表于2012年 6月1日的《科學(xué)》雜志，結(jié)果顯示一旦激活其固有智能和再生能力（作者格雷瓜爾. 庫爾蒂納稱之為“脊髓腦”），脊髓被切斷的部分可恢復(fù)功能。這項研究于五年前在瑞士蘇黎世大學(xué)開始，它指明了我們對中樞神經(jīng)系統(tǒng)理解的深刻變化。雖然目前尚不清楚類似的修復(fù)術(shù)是否對人類起作用，但它給我們提示了治療癱瘓的新方法。“經(jīng)過幾周的神經(jīng)修復(fù)聯(lián)合機械固定以及電化學(xué)刺激，大鼠不僅自發(fā)開始步行，而且迅速恢復(fù)跑動，攀爬樓梯，以及趨避障礙物的能力。” EPFL國際截癱基金會（IRP）脊髓損傷修復(fù)分會主席，庫爾蒂納解釋說。

嚴(yán)重損傷后的神經(jīng)可塑性
　　總所周知，腦和脊髓能夠適應(yīng)和恢復(fù)中等程度的傷害，作為神經(jīng)可塑性。但是迄今為止脊髓嚴(yán)重損傷后可塑性極低，以致其無法恢復(fù)。庫爾蒂納的研究證明，在某些情況下脊髓可適應(yīng)和恢復(fù)嚴(yán)重損傷，但僅限于休眠脊柱次被激活的條件下。要做到這一點，庫爾蒂納和他的團隊給大鼠注射單胺激動劑的化學(xué)溶液。這些化學(xué)物質(zhì)與脊髓神經(jīng)元上特定的多巴胺，腎上腺素，血清素受體結(jié)合，觸發(fā)細胞反應(yīng)。這種混合物可取代健康受試大鼠中腦干通路釋放的神經(jīng)遞質(zhì)，興奮神經(jīng)元，并使其在恰當(dāng)?shù)臅r間協(xié)調(diào)下半身的運動?？茖W(xué)家們在注射后5到10分鐘，通過植入椎管外層的（硬膜外腔）電極刺激脊髓。 “這種局部硬膜外刺激發(fā)出連續(xù)的電信號，通過神經(jīng)纖維傳到已被化學(xué)興奮的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元控制腿部運動，剩下的就是發(fā)起腿部的運動”，該研究的一位作者Rubia van den Brand解釋說。

脊柱智能的啟動
　　在一篇2009年發(fā)表在自然神經(jīng)科學(xué)雜志的文章中，庫爾蒂納報道，損傷平面以下的大鼠脊柱（物理上與大腦分離）受刺激后，以一個令人驚訝的方式發(fā)展：它開始接管調(diào)節(jié)腿部運動的功能，使先前癱瘓的患者得以在跑步機上被動地行走。這些實驗表明，跑步機的運動引起了感官反饋，進而啟動步行：“脊髓腦”的接管，使步行運動在沒有大鼠大腦的任何信號傳入的情況下發(fā)生。這一結(jié)果令研究人員感到驚奇，并使他們相信，動物的隨意運動只需要非常微弱的大腦信號即可啟動。為了驗證這一理論，庫爾蒂納將跑步機換成另一種機械設(shè)備，它可以支持受試大鼠，且僅在受試大鼠失去平衡時才開始發(fā)揮作用，讓他們感覺自己的脊柱具有正常的功能。這將使大鼠產(chǎn)生朝著平臺另一端的巧克力前進的愿望。“這種基于自我認知的意志力訓(xùn)練，促使整個大腦和脊髓的神經(jīng)纖維增加了四倍 – 這種再生現(xiàn)象證明即使在嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后，神經(jīng)依然具有巨大的潛在可塑性，”同樣對該研究作出重要貢獻的珍妮.Heutschi 說。

新個體發(fā)育- 新的模式
　　庫爾蒂納將這種再生稱為“新個體發(fā)育”，相當(dāng)于嬰兒生長期的一種重復(fù)。研究人員發(fā)現(xiàn)，新形成的神經(jīng)纖維可繞過原來的脊髓病變區(qū)并允許信號從大腦傳到電化學(xué)激活的脊髓。而且這種強度的信號足以引起對抗引力的運動（在沒有跑步機的幫助下），這意味著大鼠開始完全用自己的后腿支持體重，自發(fā)地走向獎品。“這簡直是神經(jīng)康復(fù)方面的世界杯，” 庫爾蒂納感嘆道，“那些幾周前還是完全癱瘓的大鼠們?nèi)缃褚呀?jīng)成為運動員。我指的是幾乎100％恢復(fù)自主運動。”原則上說，大鼠脊髓對該治療的積極反應(yīng)使我們有理由相信，脊髓損傷患者很快就會有一些新的選擇。庫爾蒂納樂觀地認為，一年或兩年內(nèi)人類的二期臨床試驗將在瑞士蘇黎世的Balgrist大學(xué)醫(yī)院脊髓損傷中心開始。同時，在洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員正在協(xié)調(diào)一個900萬歐元的項目，稱為NeuWalk，該項目旨在設(shè)計一個類似本文中用于大鼠的、可操作的、植入人體的脊髓神經(jīng)義肢系統(tǒng)。