Nature Medicine | 深腦電刺激外側(cè)下丘腦可以幫助癱瘓患者恢復(fù)行走能力

關(guān)注“醫(yī)工學(xué)人”澎湃號(hào)及公眾號(hào)，第一時(shí)間獲取醫(yī)工交叉領(lǐng)域新聞動(dòng)態(tài)~

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和洛桑大學(xué)醫(yī)院的研究人員通過(guò)對(duì)外側(cè)下丘腦進(jìn)行深部腦刺激以改善脊髓損傷患者的行走能力并促進(jìn)康復(fù)。12月2日，相關(guān)研究工作以“Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury”為題發(fā)表于《Nature Medicine》。

脊髓損傷（Spinal cord injury，SCI）破壞了大腦和腰椎脊髓神經(jīng)元之間的信息交流，常導(dǎo)致癱瘓或運(yùn)動(dòng)功能受損，這些神經(jīng)元必須被激活才能產(chǎn)生行走能力。

當(dāng)脊髓損傷不完全時(shí)，來(lái)自位于大腦的脊髓投射神經(jīng)元群的殘余投射的重組恢復(fù)了足夠程度的信息交流，以介導(dǎo)自發(fā)的行走能力的部分恢復(fù)。雖然大腦的許多區(qū)域與無(wú)損傷時(shí)的行走協(xié)調(diào)有關(guān)，但還不清楚哪些區(qū)域受到脊髓損傷的影響最大，也不清楚其他腦區(qū)能如何支持康復(fù)并幫助恢復(fù)行走能力。

對(duì)整個(gè)大腦中對(duì)生物擾動(dòng)做出反應(yīng)的區(qū)域和神經(jīng)元進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)基本挑戰(zhàn)。解決這一挑戰(zhàn)的核心是開(kāi)發(fā)出在大型生物體中同時(shí)實(shí)現(xiàn)解剖學(xué)和功能性全腦細(xì)胞分辨率成像的技術(shù)。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用3D成像技術(shù)繪制了脊髓損傷小鼠在康復(fù)階段的大腦活動(dòng)，以確定在此期間有哪些腦區(qū)參與行走。他們發(fā)現(xiàn)，外側(cè)下丘腦（Lateral Hypothalamus，LH，該腦區(qū)通常負(fù)責(zé)喚起、進(jìn)食和動(dòng)力）區(qū)域的谷氨酸能神經(jīng)元（LHVglut2）似乎在脊髓損傷后的康復(fù)中發(fā)揮重要作用，增加它們的活動(dòng)可以改善行走能力，這為治療干預(yù)提供了潛在新靶點(diǎn)。

然后，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)外側(cè)下丘腦進(jìn)行了深部腦刺激（deep brain stimulation），結(jié)果顯示，該療法立刻增強(qiáng)了各種脊髓損傷的小鼠和大鼠的行走能力。

脊髓損傷腦恢復(fù)過(guò)程中的時(shí)空全腦圖。圖片來(lái)源：Nature Medicine（2024）

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)試了對(duì)外側(cè)下丘腦進(jìn)行深部腦刺激是否能改善兩名慢性不完全脊髓損傷患者的行走能力。

結(jié)果顯示，這兩名原本需要依靠輔助設(shè)備行走且仍有步態(tài)問(wèn)題的脊髓損傷患者，在外側(cè)下丘腦深部腦刺激后，在10米和6分鐘的步行測(cè)試中，行走能力都得到了改善，下半身運(yùn)動(dòng)能力也有所改善。當(dāng)與康復(fù)治療結(jié)合時(shí)，即使關(guān)閉深部腦刺激，患者的康復(fù)效果仍能持續(xù)。且未發(fā)生治療相關(guān)不良事件。

DBS介導(dǎo)的脊髓損傷患者行走能力得到即時(shí)改善

研究結(jié)果凸顯了針對(duì)特定腦區(qū)以最大限度地激活脊髓投射神經(jīng)元、促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)的可能性。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，盡管還需更大規(guī)模的研究對(duì)更多患者進(jìn)行測(cè)試以評(píng)估其安全性，但用深部腦刺激激活外側(cè)下丘腦的神經(jīng)元能有助于恢復(fù)一些嚴(yán)重脊髓損傷患者的部分運(yùn)動(dòng)能力。

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Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury