神经刺激装置帮助瘫痪者重获行动能力

一名患者在洛桑EPFL散步。 EPFL / Alain Herzog 2021

在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)带头的一项研究中，三名因脊髓受伤而下肢完全瘫痪的患者，借助由触屏电脑控制的神经刺激装置，完成了行走、骑车和游泳的动作。

这些患者受伤的位置，位于颈部与腰部之间被称为胸椎的区域，在接受治疗前，他们已瘫痪一至九年不等。神经外科医生在患者体内植入了由人工智能软件遥控的神经刺激装置样机，在植入后一小时内，这些患者自主迈出了他们瘫痪以来的第一步。

据研究人员介绍，在接下来六个多月的时间里，这些患者通过使用触屏平板电脑操纵神经刺激装置，重新获得了进行复杂活动的能力，例如在医院外的社区内行走、骑车和游泳。

这三名年龄分别为29岁、32岁及41岁的男性患者，均曾经在摩托车事故中受伤。

这项由瑞士洛桑联邦理工学院的Grégoire Courtine和Jocelyne Bloch带领的研究，已被发表在《自然-医学》期刊上。在这两位研究员的帮助下，名为Onward Medical的技术公司在荷兰成立，这家公司正在开展该装置系统的商业化运作。

Courtine表示，该公司预计将在一年内启动一项70至100名患者参加的试验，该试验将主要在美国进行。

“动作会自然而然地发生”

目前尚不存在能使脊髓自我愈合的治疗方法，但研究人员一直在寻求通过技术帮助瘫痪患者重新获得行动能力的方法。

研究人员表示，如果该项研究的初步结果能在较大规模的研究中得到证实，那么因脊髓受伤而失去行动能力的人或许有一天只需打开智能手机，或者对智能手表发出指令，选择“行走”或“坐下”这样的动作，然后将信息发送至刺激其神经与肌肉的植入装置，就能让相应的行动成为现实。

Bloch解释说，要做出动作时，大脑通常会向脊髓发出信息，告诉它要刺激一系列神经细胞，以便激活必要的肌肉。

她指出：“我们根本用不着思考，动作会自然而然地发生。”

但脊髓严重受损后，来自大脑的信息无法到达神经。据Courtine介绍，其他研究人员曾试图借助最初被设计用来抑制慢性疼痛的植入装置，利用该装置产生的宽频电场，穿过脊椎后部并刺激神经，从而帮助瘫痪患者行走。

人工智能算法

Courtine、Bloch及其团队重新设计了这一装置，使电子信号可以从脊椎侧面，而非脊椎背面进入。Courtine说，这样的方法让电子信号能精确地瞄准并激活脊髓区域。

此外，他们还设计了人工智能算法，让装置上的电极能在算法的指引下发出频率合适的信号，从而在需要完成从椅子上起身、坐下、行走等不同动作时，刺激控制躯干和腿部肌肉的特定神经。

Courtine介绍称，该人工智能软件将根据每个患者的身体构造量身定制。

装置被植入后，患者能“立刻活动双腿，并向前迈步”，Bloch解释说。

但据研究人员介绍，由于长时间丧失行动能力患者的肌肉十分虚弱，他们需要借助外力帮助才能负重，而且他们还需学习如何使用这项技术。

研究人员同时还指出，虽然瘫痪患者重新获得了完成不同动作的能力，例如“长时间”控制其躯干肌肉，但并没有恢复其固有的行动能力。

不过，Bloch认为：“他们训练的越多，越常使用他们的肌肉，他们的动作也就越流畅。”