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脊柱里的小电脑或许能让千万瘫痪者重新站起来

文/光谱

科技正在攻克一个又一个“不治之症”。

人类面临着许许多多的不治之症。

其中,就有瘫痪。无论是因为先天的小儿麻痹或者渐冻人症,还是后天的中风或严重外伤——病人一旦瘫痪,受影响的肢体部位几乎没有可能恢复正常工作。

瘫痪当中最为恐怖的,应该就是脊髓损伤 (Spinal Cord Injuries) 所导致的半身不遂和高位截瘫。

一旦不幸瘫痪,意味着患者接下来的人生几乎完全失去行动和自理能力,还有很大几率罹患继发性疾病,危及生命安全。

一直以来,脊髓损伤所导致的瘫痪都被专家视为不治之症,当被问及治好可能性,专家都会表示“接近于零”。

但就在最近,美国专家通过试验探索出了一种全新的瘫痪治疗法。

将一种神奇的小机器植入到体内,再经过一段时间的训练之后,患者已经能够正常地站立,并且依靠自己的意志缓慢地操纵双腿走路前进!

“医生告诉我走路是不可能的,但我把不可能变成了可能!”受试者之一的凯利·托马斯 (Kelly Thomas) 兴奋地表示。

昨天,这项治疗试验的结果发表在美国《新英格兰医学杂志》上,包括试验的大量医学资料和视频记录。

通过这些资料,我们得以亲眼目睹:在这场帮助一部分人重获自由的战斗中,聪明的专家如何对一个不可思议的小机器进行改造,居然把它变成了对抗瘫痪的利器。

脊髓损伤:轻易受伤,永难恢复

世界卫生组织指出,脊髓损伤的主要原因是道路交通事故、跌伤和暴力。大部分人很多日常生活工作中的操作都可能导致脊髓损伤。

遗憾的是,这么轻而易举的损伤,却能给患者带来极大的身体和精神打击。

对于本次试验的几位受试者来说,瘫痪来的太过于突然,太早就夺走了他们的行动能力。

19岁那年,凯利·托马斯(下图左)开车时操作不慎导致车辆侧翻,在翻滚过程中她的头以很大的力量撞到了车顶,脊柱压缩对脊髓的 C5 造成了严重损伤,最终导致她双腿失去知觉,必须使用轮椅行动,按照美国脊髓损伤学会 ASIA 评级为 B。

杰夫·麦基 (Jeff Marquis) 热爱山地自行车,一次骑车过程中摔下车,同样伤到了脊椎 T1,ASI 评级为 B,腰下部位完全失去运动功能——也即完全无法站立或行走,无法自主控制腿部运动。

“电击疗法”派上用场

你有没有这样的印象:对于蛇或者昆虫之类的动物,如果你把它的头切断,会发现肢体仍然可以动,有的甚至能保持很久。

简单来说,很多动物的神经系统遍布全身,切断了中枢,剩余的神经仍然可以继续控制肢体活动。只是缺了主心骨,肢体只能乱动而已。

人跟这些动物不完全一样,却也有相似之处。

研究人员发现:即便人的脊髓已经因损伤失去功能,如果对其进行电信号的刺激,仍然可以驱动他们所对应的肢体行动。

而且别说,市面上还真的有这种产品。

因为很多病症都会带来疼痛,有些严重到摄入、注射性的药物无法抑制。于是,有人发明了脊髓电刺激疗法,通过手术的方式,将一个小设备(本质上是一组电极)放到病人的脊椎内,释放脉冲电流。

这种设备利用了人体的一些特殊机制,简单来说,就是让大脑没有能力处理疼痛的讯号,从而减弱甚至消除疼痛。下图中的 RestoreAdvanced SureScan MRI,就是这样的一款神经刺激器。

这个神经刺激器,是医疗设备公司 Medtronic 开发的。

如前述,它的主要功能是对疼痛神经放电来中和痛感。根据官网,它的特性在于充电间隔(也就是续航时间)长,在过去主要帮助腰椎间盘突出、颈椎,以及脊椎相关手术失败等患者镇痛。

来自美国路易斯维尔大学肯塔基脊髓损伤研究中心的研究人员开始思考一个问题:

如果对这种神经刺激器重新编程,对不同的神经进行特定频率和电流大小的刺激,是不是就能重新激活已经无法使用的脊髓,让患者重新站起来,走起来?

他们展开了试验。

第一阶段:肌肉运动功能恢复。受试者在跑步机上慢速行走,每天2小时,一周五天,持续两个月,以激活长期无法运动的关节和肌肉组织,

第二阶段:手术植入设备。L1 到 S1–S2 段的脊髓上植入一组共16枚电极,连接神经刺激器,导线连接到受试者腹部肌肉,术后恢复20天左右;

第三阶段:在设备开启和关闭时训练受试者进行基础运动,包括跑步机慢走,平底站立以及平底行走等,每组1小时,每天1-2组。

经过长达一年的试验,研究人员得到了他们希望看到的结果。

受试者托马斯和麦基成功适应了这个神奇的小设备以及研究人员设计的疗法。

在设备开启、电极对神经进行刺激的状态下,他们不但站了起来,还可以使用助行器缓慢行走了!

经过长期训练后,受试者(红衣)已经自主保持长时间站立:

瘫痪者重获自由是一种怎样的体验?

托马斯对能够重新依靠自己的意志站起来、走起来感到特别的兴奋。不过,佩戴这种设备走路的感觉,还是跟她曾经熟悉的不太一样:

“它并没有治好我的瘫痪,也不是说打开开关我就立刻回到以前了。我必须搞清楚怎样借用它的力量,怎样重新控制我的身体。”

本质上,这台机器是将脊髓损伤断掉的那段神经,通过一种绕路的方式重新连接起来。

也正是因为这个绕路,过程中很多东西都和受试者瘫痪之前不一样。

这其实和汽车改装挺像:汽车里也有一台小电脑叫做 ECU。如果更换了汽车的零部件,可能需要重新调校 ECU 才能让它适应新的部件。

在这种治疗方法中,电击刺激器和因受伤和中枢神经“失联”的那段脊髓,就是 ECU,它们需要重新学习操控肢体运动的方式。

而对于受试者,长达一年的学习和适应,才能让他们勉强站起来。

而且,托马斯和麦基只是幸运者,另有两位脊髓受损更严重的受试者没能成功站起来,不过倒是恢复了一定程度的运动功能。

这是一个同样可喜可贺的结果,因为这意味着继发性疾病(深静脉血栓、尿道感染、肌肉痉挛、骨质疏松、褥疮、慢性疼痛和呼吸道并发症等)发病的可能性显著降低了。

接下来呢?

首先需要明确的是,尽管试验中所“借用”的那款电击刺激器通过了美国食药监局的认证,这种治疗方法却仍处在极为初级的阶段。

其次,这种治疗方式的可复制性,或者说规模化能力,还是有待考验的。因为成功的受试者都可以用双手操控这台设备,而很大比例的瘫痪者甚至无法控制双手。

这意味着研究人员还需要进行更大规模和包容性更高的测试:引入更多不同瘫痪级别的患者,建立测试对照组等等。

以及,她们还需要寻找更有财力和影响力的机构、人士支持,以加速这种治疗方法的推广——前提是它最终被科学证明有效。

希望答案是肯定的。因为全球数以千万计的瘫痪者,将因此重获新生。  

标签: 人工智能

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