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大脑植入电极使瘫痪猴子重新走路

2016.11.21

  过去十多年来,神经生物学家Gregoire Courtine是不折不扣的空中飞人,每隔几个月他都要往返于瑞士洛桑联邦理工学院和北京中国医学科学院医学实验动物研究所的实验室之间。

  这样的旅行让人精疲力尽,有时为了节约时间,他甚至早上飞抵北京进行实验,完成之后连夜再飞回瑞士。

  他的努力终于获得了回报,近日,他和他的团队成功地通过在大脑植入无线电极和脊髓植入刺激电极配合让因脊髓受伤而瘫痪的猴子恢复了行走能力。

▲ Courtine教授展示植入大脑的电极

  因为中国总体来说对于使用灵长类动物实验持欢迎态度,并且没有繁琐的规章来限制其应用,Courtine教授的大部分实验都在北京进行。

  此次实验的成功并不是突然发生的,Courtine教授的团队在此之前已经在大鼠中进行了十年之久的实验。

  令人高兴的是,猴子对这个方法的反应与大鼠非常相似。

  科研人员首先让健康的猴子在跑步机上行走,并记录大脑在此时发出的电信号。

  与此同时,他们还记录了脊髓里的电信号,此处的神经细胞接受了大脑的信号,并向腿部的肌肉发出指令。

  在因脊髓受伤而瘫痪的猴子身上,一个微电极阵列被植入大脑以记录并解码那些试图控制腿部运动的电信号。

  这些信号通过无线传输被送往位于下脊髓中的电脉冲发生装置,这些脉冲将能够刺激猴子腿部的肌肉进行运动。

▲ 植入脊髓的电脉冲发生器

  这个方法实际上运用了一套配对的无线装置绕过了受损的脊髓,而成功地将大脑产生的指令送到了腿部。

  经此治疗的猴子不仅恢复了双腿的协调功能,还能够支撑起自己的体重,后者对于运动功能来说是非常重要的。

▲ 刺激前后猴子的不同走路方式

  Courtine教授的团队并不满足于此,他们正在试图改进猴子对腿部肌肉的控制,让它们能够保持平衡并且能绕过障碍。

  下一个目标自然是把这个方法运动到人身上,Courtine教授已经在瑞士开始了前期临床研究,他们已经在两位部分瘫痪病人的腿部植入了电脉冲发生器以刺激腿部肌肉,但并没有在患者的脑部植入电极。对于部分瘫痪的病人来说,这可能足以刺激其尚完整的部分神经而加速恢复。

  不过,这离真正在完全瘫痪患者中应用还有一定的距离。在猴子实验中,电极在猴子受伤前就被植入了大脑内,因此在受伤后很容易判断哪些信号是大脑发给腿部肌肉的。而这在人身上就无法做到。

  此外,人的行走功能更为复杂。比如说,走路时的步态就是由另外的神经细胞控制的。所以,理想中的人体装置需要一个人脑-电脑接口以处理更多的信息。

  Courtine教授认为,可能还需要10年才能真正把这项技术应用到人身上。不过,因为对于灵长类动物研究的开放态度,“中国已经在将科学转化为医学的道路上获得了先机,并将从中率先受益。”

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