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。
2024年12月2日,洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和洛桑大學(xué)醫(yī)院的研究人員在 Nature Medicine 期刊發(fā)表了題為:Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury 的研究論文。
該研究顯示,對(duì)外側(cè)下丘腦進(jìn)行深部腦刺激,能夠改善脊髓損傷患者的行走能力并促進(jìn)康復(fù),這一發(fā)現(xiàn)凸顯出未來(lái)針對(duì)特定腦區(qū)使用深部腦刺激治療脊髓損傷患者的潛力。
該團(tuán)隊(duì)此前通過(guò)脊髓電刺激,成功幫助多名已完全癱瘓的脊髓損傷患者恢復(fù)了獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力。
Jocelyne Bloch(左),Grégoire Courtine(右)
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。
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。
這些結(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。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41591-024-03306-x
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