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這隻大鼠站在一條狹窄跑道的一端，用後腿站立。它穿著一件連線到機械臂上的黑色小背心，機械臂懸停在它的頭頂上方。如果沒有這種機械支撐，這隻大鼠就會摔倒——它的脊髓上有兩處深切口，導致它的後腿失去作用。魯比亞·範登·布蘭德，當時是蘇黎世大學的博士候選人，站在跑道的另一端，敦促這隻動物行走。雖然機械臂保持大鼠直立，但它無法幫助動物移動；如果這隻齧齒動物想要再次行走，它必須用意志力驅動它的腳向前。自從範登·布蘭德開始她的實驗以來，這隻大鼠第一次自主地移動了它的後腿之一——邁出了小而費力的一步。她跑到她老闆的辦公室，帶著這個訊息，一群人立即聚集在實驗室觀看許多人認為不可能的事情。
範登·布蘭德和格雷瓜爾·庫爾蒂內，現在在洛桑聯邦理工學院（E.P.F.L.），以及他們的同事，已經訓練脊髓幾乎被切斷的大鼠重新行走。受傷一週後，大鼠根本無法移動它們的後肢。六週後，它們可以行走、奔跑、爬樓梯甚至衝刺——但這隻能在機械臂的支撐下，並伴隨著對脊髓的電和化學刺激。在移動跑步機上而不是在固定跑道上訓練的大鼠會反射性地移動它們的腳，但從未學會自主行走。只有有意識地參與行走才能促進齧齒動物的大腦、脊髓和肢體之間的新連線，這是它們邁出最初的自主步伐所需要的。“這有點像蹣跚學步的孩子學習走路，”庫爾蒂內說。“他們的脊髓充滿了活動，大腦需要學習控制脊髓。只要大腦有東西可以控制，它就可以逐步學習再次與這些細胞溝通。”
為了模擬那種導致許多人癱瘓的嚴重脊髓損傷，研究人員對動物進行麻醉，並在大鼠脊髓兩側的兩個位置深深地切開，切斷了許多從大腦向下背部延伸的神經連線，但保留了病變之間的一小段組織橋樑。作為一個類比，想象一下在一個粗繩子的相對兩側刻出兩個凹口，分開捆綁中許多單獨的細繩，但沒有完全將繩子切成兩半。
經過一週的恢復時間，大鼠無法移動它們的後肢——它們只能用前腿拖著自己移動。範登·布蘭德和她的同事們決定使用背心和機械臂裝置，以此來迫使大鼠使用它們的後腿。然而，首先，研究人員開始喚醒大鼠脊髓病變下方休眠的神經元——這些細胞已經與上脊髓和大腦斷開連線。庫爾蒂內和他的同事用電極和一種充當神經遞質的化學物質混合物刺激下脊髓，神經遞質是神經元用來相互交流的分子。在這樣的刺激和機械臂的幫助下，被放在跑步機上的後腿上的大鼠進行了行走的動作。但所有的運動都不是自主的。脊髓可以在沒有大腦幫助的情況下協調行走中涉及的大部分運動，只要它從環境中獲得感覺輸入——例如跑步機的持續運動。庫爾蒂內和他的團隊想要恢復大鼠有意識的、自主的運動。
研究人員將大鼠分為三組：一組學習在跑步機上行走；另一組學習沿著固定跑道和一組臺階行走；第三組沒有接受訓練。前兩組中的大鼠每天訓練約 30 分鐘，持續數週，同時接受電和化學刺激。一直以來，研究人員都提供鼓勵，無論是歡呼還是提供一些巧克力。兩到三週後，在跑道上訓練的齧齒動物邁出了它們的第一個自主步伐。到第六週，同樣的這些大鼠已經學會了衝刺和爬上小樓梯。跑步機訓練的大鼠從未學會邁出自主步伐。
當庫爾蒂內和他的同事們對大鼠的脊髓和大腦進行染色時——特別是運動皮層，這是一片有助於計劃和指導自主運動的組織——他們觀察到在跑道上訓練的大鼠中，但不在跑步機上訓練的大鼠中，存在廣泛的新神經元網路。一項電生理學測試提供了類似的證據。在手術前用電極刺激運動皮層會使大鼠的腿部肌肉抽搐。手術後立即用相同的刺激，它們的腿沒有反應。但是，當庫爾蒂內用電刺激在跑道上學會行走的大鼠的大腦時，它們的腿再次抽搐，這表明積極的訓練重新建立了大腦、脊髓和腿之間的部分神經連線。庫爾蒂內認為，倖存的神經元可能在脊髓中剩餘的組織碎片上生長出新的連線，繞過了病變。總結一下：迫使大鼠讓它們的大腦參與康復治療，恢復了它們後肢的自主運動；取消大腦參與的必要性，使用跑步機，則破壞了重新獲得意識控制的任何機會。該結果發表在6月1日出版的《科學》雜誌上。
“這不是脊髓損傷的治癒方法，”庫爾蒂內說，“但我們正在研究的東西非常令人驚訝和鼓舞。這與以前的做法截然不同，清楚地表明，真正重要的是在訓練期間促進高度功能狀態。”
加州大學洛杉磯分校的雷吉·埃傑頓也對動物和人進行了類似的研究，他對這項研究印象深刻，稱之為“一項非常重要的研究”。埃傑頓是一個團隊的成員，該團隊幫助 25 歲的羅布·薩默斯，他在一次肇事逃逸事故後胸部以下癱瘓，學會站立、按指令彎曲肢體並在跑步機上行走，這得益於安全帶和對下脊柱的電刺激。薩默斯的決心和意志力很可能促成了他的成就，正如新研究中的大鼠只有在被迫積極思考行走時才重新獲得自主控制一樣。
“這項新工作有助於深入瞭解我們之前在人類身上觀察到的現象的機制，”埃傑頓說。“最重要的資訊是，你必須調動大腦，讓大腦努力恢復功能。即使連線尚不存在，你仍然可以有意識地嘗試。你必須啟用迴路，以便它們能夠弄清楚如何到達下脊髓。這個小組將早期研究的許多碎片拼湊在一起——我們開始更好地理解一些新的可能性。這對康復來說是一個新的局面。我們現在知道，即使在受傷多年後，仍然存在顯著的可塑性。”