導(dǎo) 語(yǔ)
研究人員開(kāi)發(fā)了一種閉環(huán)神經(jīng)假體系統(tǒng)，旨在減輕帕金森病患者的運(yùn)動(dòng)缺陷，改善不對(duì)稱性，提升平衡能力并減少步態(tài)凍結(jié)。這一創(chuàng)新性神經(jīng)假體系統(tǒng)為減輕帕金森病患者運(yùn)動(dòng)缺陷的嚴(yán)重程度提供了新的研究視角。相關(guān)研究結(jié)果已在《Nature Medicine》期刊上發(fā)表。
1、研究背景
晚期帕金森病患者中，約有90%的患者存在運(yùn)動(dòng)缺陷，包括步態(tài)障礙、平衡問(wèn)題和步態(tài)凍結(jié)。這些缺陷嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量，并增加了合并癥的風(fēng)險(xiǎn)。不幸的是，目前可用的治療方法對(duì)于這些缺陷的療效并不理想。因此，尋找緩解運(yùn)動(dòng)缺陷的補(bǔ)充療法成為晚期帕金森病患者的首要任務(wù)。
2、研究概述
基于功能化導(dǎo)電聚合物的設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了功能化聚苯胺基時(shí)序黏附水凝膠貼片。它可以實(shí)現(xiàn)心臟的同步機(jī)械生理監(jiān)測(cè)和電耦合治療，并牢固附著在心臟表面監(jiān)測(cè)心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電活動(dòng)。
在帕金森病動(dòng)物模型中，研究人員開(kāi)發(fā)了一種神經(jīng)假體。該假體采用了經(jīng)過(guò)優(yōu)化的電極配置植入物，旨在精確定位到每個(gè)脊柱節(jié)段的背根進(jìn)入?yún)^(qū)。為了指導(dǎo)這一技術(shù)的發(fā)展，研究人員對(duì)恒河猴脊髓的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。通過(guò)分析腦電圖信號(hào)，確定了與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的皮層活躍區(qū)域，并確定了電極的空間分布，以覆蓋所有目標(biāo)背根進(jìn)入?yún)^(qū)域。
圖1：藥物治療后動(dòng)物模型和帕金森病患者的運(yùn)動(dòng)缺陷。（圖片來(lái)自原文）
隨后，研究人員將運(yùn)動(dòng)皮層活動(dòng)與腦電信號(hào)的時(shí)間和位置相結(jié)合，提出了一種閉環(huán)無(wú)線大腦控制的神經(jīng)假體。他們測(cè)試了這種大腦控制神經(jīng)假體在帕金森病動(dòng)物模型中對(duì)步態(tài)障礙和平衡問(wèn)題的緩解效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期，神經(jīng)假體能夠恢復(fù)帕金森病模型動(dòng)物在行走過(guò)程中腿部運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的自然激活，從而改善步態(tài)質(zhì)量和平衡。
圖2：動(dòng)物模型中脊髓神經(jīng)假體的設(shè)計(jì)（圖片來(lái)自原文）
最后，研究人員首次在一名有30年帕金森病病史的62歲男性進(jìn)行了人體臨床試驗(yàn)。他們重新設(shè)計(jì)了經(jīng)臨床批準(zhǔn)用于治療神經(jīng)源性疼痛的電極陣列，并通過(guò)高分辨率CT和MRI生成的個(gè)性化脊柱解剖模型進(jìn)行了神經(jīng)外科植入的引導(dǎo)。與動(dòng)物模型不同的是，人體可以容忍附著在四肢上的可穿戴傳感器。來(lái)自可穿戴傳感器的信號(hào)適合將腦電信號(hào)與正在進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)同步。研究人員還開(kāi)發(fā)了在平板電腦上運(yùn)行的臨床級(jí)軟件，該軟件從連接到左右腿的加速度傳感器獲取信號(hào)，并通過(guò)硬件和軟件鏈將加速度傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)意圖的檢測(cè)轉(zhuǎn)化為腦電信號(hào)的調(diào)制。這項(xiàng)研究的結(jié)果非常令人鼓舞。植入神經(jīng)假體后，帕金森病患者的步態(tài)問(wèn)題得到了顯著改善，步態(tài)更加自然，運(yùn)動(dòng)缺陷減輕。
圖3：為帕金森病患者設(shè)計(jì)的神經(jīng)假體（圖片來(lái)自原文）
當(dāng)神經(jīng)假體啟動(dòng)時(shí)，無(wú)論是否接受大腦深部刺激，步態(tài)凍結(jié)幾乎消失。這意味著神經(jīng)假體本身的作用已經(jīng)足夠有效，不需要額外的刺激來(lái)緩解步態(tài)凍結(jié)。而且，隨著時(shí)間的推移，植入神經(jīng)假體的受試者能夠在戶外自由地進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的散步，不再需要額外的幫助。
圖4：該神經(jīng)假體可減輕帕金森病患者的步態(tài)障礙、改善平衡、減少步態(tài)凍結(jié)的頻率、提高生活質(zhì)量并支持社區(qū)環(huán)境中的活動(dòng)能力（圖片來(lái)自原文）
3、研究意義
一種成功研發(fā)的神經(jīng)假體可有效減輕帕金森病引起的步態(tài)障礙、平衡問(wèn)題和步態(tài)凍結(jié)。此外，神經(jīng)假體增強(qiáng)的步態(tài)康復(fù)改善了參與者的神經(jīng)狀態(tài)，提升了他們的生活質(zhì)量。大腦控制的神經(jīng)假體的概念和技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證，具備可行性。
參考文獻(xiàn)：Milekovic, T., Moraud, E.M., Macellari, N. et al. A spinal cord neuroprosthesis for locomotor deficits due to Parkinson’s disease. Nat Med (2023). https://doi.org/10.1038/s41591-023-02584-1
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
