塞巴斯蒂安·託布勒的醫生認為，在他發生山地腳踏車事故完全癱瘓後，他的腿將永遠無法再次移動。當他報名參加瑞士洛桑大學醫院的一項研究時，託布勒的傷勢非常嚴重，研究人員都懷疑他們的實驗性治療是否會有效。
“我當時想，我們應該招募這位參與者嗎？脊髓如此靜默的情況非常罕見，”瑞士聯邦理工學院的神經科學家格雷瓜爾·庫爾蒂納說道，他指的是託布勒下脊髓中幾乎檢測不到的電活動水平。
但庫爾蒂納和他的團隊一直在研究一種旨在治療像託布勒這樣的脊髓損傷的新技術。它涉及在脊柱底部、骨骼下方但在脊髓上方外科植入一個電刺激器。在裝置植入托布勒背部幾周後，庫爾蒂納透過讓託布勒嘗試行走來測試它。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
為了支撐他的體重並讓他站立，託布勒被綁在一個懸掛在天花板上的安全帶中。當植入物開啟時，它向他的脊柱傳送一系列有節奏的衝擊，就像電鼓聲一樣。庫爾蒂納花了兩個小時調整衝擊的頻率和強度，而託布勒則努力行走。對於庫爾蒂納的其他研究參與者來說，看到結果並沒有花費這麼長時間，他們的傷勢沒有那麼嚴重。但隨後託布勒開始在跑步機上邁出突然、不規則的步伐。
“哦，我的天哪。我走起路來像匹馬，”託布勒說道。
“難以置信！”庫爾蒂納的博士後們說道。
託布勒是這項研究的三名患者之一，該研究於週三發表在《自然》雜誌上，他們藉助植入的電刺激器重新獲得了下肢的運動能力。這是同類研究中的第三項，前兩項研究由路易斯維爾大學和梅奧診所的研究人員進行。但與之前的試驗不同，庫爾蒂納的兩名患者能夠在診所外，在植入物未啟用的情況下，藉助柺杖站立和行走。
格特-揚·奧斯卡姆，研究中的幾位患者之一。圖片來源：讓-巴蒂斯特·米尼亞多
在大多數脊髓損傷中，脊髓並未被切斷，而是挫傷。這種損傷剝奪了神經纖維的內襯，而內襯有助於它們有效地傳遞電訊號，類似於橡膠護套絕緣電線的方式。當來自大腦的指令擊中脊髓損傷部位時，電訊號會消散並變得太弱，無法有效啟用肌肉。
科學家認為，植入物的電刺激為大腦的指令重新增加了足夠的能量，使肌肉再次運動。“這是最令人興奮的部分之一，”華盛頓大學的神經科學家切特·莫里茨說道，他沒有參與這項新工作。“它正在增強大腦控制腿部的能力。我們認為它充當脊髓的[電]放大器。”
其他研究人員的植入物提供連續的電刺激，而庫爾蒂納的版本則以有節奏的模式發射電脈衝，模仿大腦和脊髓的自然訊號傳導。莫里茨說，這種斷斷續續的作用可能是庫爾蒂納的患者據報道顯示出比之前研究中更強的恢復跡象的原因。“透過傳遞有規律的刺激，他們能夠在步態上更加協調和流暢，”莫里茨說。當庫爾蒂納讓植入物在同一患者身上連續放電時，這種協調性就消失了。
庫爾蒂納和他的同事在週三發表在《自然神經科學》雜誌上的第二篇論文中報告稱，對脊髓的連續電刺激可能會壓倒下肢試圖傳送給脊髓的通訊。“刺激器導致神經向兩個方向放電：一個自然方向，但也向後，就像在單行道上逆行一樣，”莫里茨說。任何從腿部向上進入脊髓的自然資訊——如身體感覺和空間位置——都可能與刺激器的人工訊號發生衝突，導致它們相互抵消。
洛桑大學醫院的神經外科醫生喬斯琳·布洛赫說，這反過來使得脊髓難以協調運動，她參與了新的研究。“訊號的碰撞使大腦和患者感到困惑，”她說。但是，如果植入物以脈衝形式產生電刺激，則可能足以讓足夠的自然資訊擠過節奏中的間隙，以幫助患者更好地協調他們的運動。
經過幾個月的治療，所有三位參與者都能夠在不開啟植入物的情況下移動他們的肢體。因此，似乎幾個月的強化物理治療和植入刺激器的使用實際上正在導致脊髓自愈——但這種明顯的自愈看起來像什麼還有待商榷。庫爾蒂納認為，脊髓可能正在再生神經纖維，這些神經纖維像在一段損壞的高速公路周圍修建新車道一樣穿過損傷部位。或者，正如莫里茨認為可能的情況那樣，已經穿過損傷部位的受損神經元正在重建它們失去的絕緣層，並且只是開始更好地工作。
庫爾蒂納說，所有參與者在為期五個月的研究過程中都持續改善。“在接近尾聲時，他們的改善是最好的，”他說。他們都無法有效地行走以超越輪椅，但他說他們無論如何都在行走。“他們中的兩個人可以用柺杖走很長的距離，”他補充道。“而[託布勒]需要助行器。”庫爾蒂納構建了一個移動應用程式，允許患者遠端開啟或關閉他們的刺激器，以便他們可以在研究結束後在家中進行訓練。他還創辦了一家名為 GTX Medical 的新公司，以便在研究結束後繼續幫助患者，並推廣這項技術。
布洛赫說，在研究期間，患者還發生了其他一些事情。在脊髓損傷後，許多人會失去其他身體功能，例如出汗、膀胱和腸道控制以及性功能。對於一些患者來說，重新獲得這些功能比行走更重要。“一位患者開始出汗更多，”布洛赫說。其他人開始在上半身的一些部位有更多的感覺。“康復不僅僅是為了行走，”她說。
無論如何，能夠站立和稍微行走對研究參與者來說都是一個象徵性的勝利。格特-揚·奧斯卡姆在試驗前只能稍微移動他的腿，但現在他說他可以站起來在家做一些簡單的任務——包括烹飪和燒烤。“雖然應該能夠在不久的將來自己站著燒烤，但現在需要有人扶著我以確保安全，”他在一份書面宣告中說道。“臨床試驗給了我希望。”