作者:曹年润 李周亮 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/11/10 21:12:46
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脊柱植入物帮助晚期帕金森病患者流畅行走

 

·研究人员开发了一种脊柱植入物,可以向脊髓输送电刺激,极大地改善了一名晚期帕金森病患者的活动能力。但目前该试验只对一个人进行了测试,尚不清楚这种方法是否适用于其他帕金森病患者。

·“这种方法的发展前景是非常大的。如果脊柱上的神经中枢全部断掉了,现有的方法无法将它们重新连接。如果他们能够搭一座‘桥’绕过去,是非常了不起的。这种探索性的尝试非常值得做,希望国内的神经外科也能跟上。”

当地时间11月6日,《自然-医学》(Nature Medicine)发布的一项研究显示,瑞士洛桑联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne,EPFL)的研究人员开发了一种脊柱植入物,可以向脊髓输送电刺激,极大地改善了一名晚期帕金森病患者的活动能力,使其可以流畅地行走,这种治疗效果已经持续了两年。

论文的主要作者、EPFL的神经外科医生乔斯林·布洛赫(Jocelyne Bloch)说:“目前还没有治疗帕金森病晚期出现的严重步态问题的方法,所以看到他能走路让人印象深刻。”

《中华神经科杂志》于2023年8月发表的一篇文章介绍,帕金森病(Parkinson′s Disease,PD)是第二常见的神经退行性疾病,在中国65岁以上老年人中的患病率为1.7%,2030年中国患病人数或达500万。其临床特征包括以运动迟缓、静止性震颤、肌强直和姿势平衡障碍为主的运动症状,和嗅觉减退、自主神经功能障碍、睡眠障碍、抑郁和认知障碍等非运动症状。随着帕金森病患者年龄的增长与疾病的进展,其运动症状与非运动症状会逐渐加重,可致患者残疾,给患者和社会带来极大的负担。

“正如作者们本人所说,这项研究目前最大的问题是应用的案例不多,它适用于这位患者,但未必适用于另一位患者,而且长期的效果也不清楚。但无论如何,在目前披露的个例上,效果是非常惊人的。”复旦大学复杂体系多尺度研究院首任院长、上海人工智能实验室领军科学家马剑鹏向澎湃科技表示。

马剑鹏的研究方向为生物物理、计算生物学及结构生物学,致力于发展针对生物体系研究的人工智能计算方法,将其与实验手段相结合,解决复杂生物体系中的重要问题。“我认为这种方法的发展前景是非常大的。神经科学最难的问题之一就是,如果脊柱上的神经中枢全部断掉了,现有的方法无法将它们重新连接。如果他们能够搭一座‘桥’绕过去,是非常了不起的。”

脊柱植入物改善晚期帕金森病患者活动能力。

“现在,我甚至不再害怕楼梯了”

此次参与试验的患者名为马克·高蒂尔(Marc Gauthier),现年62岁,已经与帕金森病共同生活近30年。高蒂尔以前是一名建筑师,还是法国波尔多(Bordeaux)附近小镇的镇长。

过去,他接受过帕金森病的标准治疗方法,包括多巴胺替代疗法和脑深部电刺激(DBS)疗法。2004年,他接受了DBS治疗,医生将一种“神经假体”植入他的大脑深处,帮助他减轻了一些帕金森病症状,如震颤和僵硬。

最近,他患上了严重的行走障碍,DBS也无济于事。“我几乎再也走不动了,每天都会摔倒好几次。在某些情况下,比如进入电梯,我会踩在原地,就像我在那里被冻住了一样。”高蒂尔说。

两年前,EPFL的神经科学家格雷瓜尔·考廷(Grégoire Courtine)团队在洛桑大学医院(CHUV)为高蒂尔进行了精密的“神经假体”植入手术,该“神经假体”由一个紧靠在脊髓上、控制行走的电极场和一个植入腹部皮肤下的电脉冲发生器组成,可向脊髓的特定区域传递电脉冲,以激活功能障碍的神经元回路。植入的位置是高蒂尔的下背部,腰骶(指臀部上缘水平面的脊椎及以下的所有脊椎骨)脊髓的上方。

为对高蒂尔进行个性化刺激,考廷在他的腿和脚上安装了传感器,收集他行走缺陷和模式的数据,然后配置电刺激来补偿他的功能障碍,包括膝关节伸展无力或臀部肌肉收缩等问题。通过针对性的脊髓刺激编程,该装置可以实时适应高蒂尔的运动。

高蒂尔的行走障碍很快消失,目前,他每天约使用“神经假体”8小时,只有在长时间坐下或睡觉时才会关闭。

高蒂尔说:“三年前我被迫停止工作,经常待在家里,不可能走进一家商店。现在这种情况不会再发生了。我早上打开刺激,晚上关闭。它让我走得更好,更稳定。现在,我甚至不再害怕楼梯了。每个星期天我都会去湖边,步行约6公里。这太不可思议了。”

该技术的开发者考廷解释:“不同于帕金森病的常规治疗,它们针对受到产生多巴胺的神经元丧失的直接影响的大脑区域,该‘神经假体’针对负责在行走时激活腿部肌肉的脊柱区域,而这个区域似乎没有直接受到帕金森病的影响。”

他说:“开发一种‘神经假体’,电刺激脊髓以矫正帕金森病患者的运动障碍,是多年来研究脊髓损伤引起的瘫痪的治疗方式的结果。”2018年10月31日,该研究小组在《自然》(Nature)发表论文,表明已经成功将前述技术应用于因脊髓损伤而瘫痪的患者身上,使他们能自己站立,甚至可以短距离行走。

“我们的专长在于了解如何刺激脊髓,以便非常精确地调整腿部运动。”考廷(Grégoire Courtine)说,“这项研究的新颖之处在于将这种理解和技术应用于帕金森症。”

需要更大规模的研究

据《今日美国》报道,布洛赫表示,这种刺激器类似于几十年来用于治疗神经性疼痛的刺激器,尽管它必须精确定位,但植入手术很简单。

困难的部分是在正确的时间和地点传递能量脉冲。“如果你用错误的方式、错误的模式和错误的参数刺激,真的会扰乱步态。”洛桑大学医院神经调控专家爱德华多·马丁·莫罗德(Eduardo Martin Moraud)说。

马剑鹏表示,与DBS相比,该装置植入的位置比较浅,刺激量也不大,安全风险比较可控。但长期的电刺激会不会导致患者对其“麻痹”,需要长期的安全性评估。

据前述《今日美国》报道,随着疾病的进展,考廷预计他们将不得不重新调整设备,以防止每个患者病情倒退。

该报道还称,两名未参与这项工作的研究人员也表示,他们唯一担心的是,结果可能是可变的。他们想了解它是否对每个人都足够有效,或者是否需要更多的侵入性技术来获得每个患者所需的特定数据。

目前,由于该试验只对一个人进行了测试,尚不清楚这种方法是否适用于其他帕金森病患者。“下一步将是进行随机对照试验。”美国路易斯维尔大学(University of Louisville)神经科学家苏珊·哈克玛(Susan Harkema)表示,她主要从事脊髓损伤患者刺激疗法研究。

哈克玛说,这篇论文中没有充分的数据证明这种方法将优于现有的标准疗法。过去已有数十项研究测试了脊髓刺激能否改善帕金森病患者的步态,但大多数研究只有少数参与者,因此疗效仍具有不确定性。“这个领域迫切需要更大规模的研究。”她说。

莫罗德表示,其研究团队已在第2名帕金森病患者身上植入该装置,该患者显示出早期进展迹象,研究人员尚未写下结果。他们计划再对6名帕金森病患者进行脊髓刺激疗法,更好地了解患者对刺激的反应有何不同,以及有些人是否根本不会受益。

在这项研究中,考廷和布洛赫还测试了单独的脊髓刺激疗法和脊髓刺激与DBS相结合的疗法,他们发现这两种刺激物的组合产生了最好的效果。

更先进的DBS系统可以记录大脑活动,因此研究人员正在研究一种策略,利用这些记录来了解步态冻结的电信号特征。这些数据可以用于一种反馈模式,以便在腿部最需要的时候刺激脊髓。

“这种探索性的尝试非常值得做。希望国内的神经外科也能跟上,这是一个很好的理念,而具体的安全性等问题,未来可以慢慢研究。”马剑鹏说。

参考文献:

1.  https://www.nature.com/articles/d41586-023-03452-1

2.  https://mp.weixin.qq.com/s/9ugGAOT6VOZ2w2v3WuiQGQ

3.  https://actu.epfl.ch/news/parkinson-s-disease-a-neuroprosthetic-to-correct-w/

4.  https://www.usatoday.com/story/news/health/2023/11/06/spinal-cord-implant-improves-parkinsons-disease/71419899007/

(原标题:追问|值得探索:脊柱植入物帮助晚期帕金森病患者流畅行走)


 
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