大约十年前，一位名叫Rob Summers的25岁俄勒冈州男子在因酒驾司机导致胸部以下瘫痪六年后，重新站了起来，在跑步机上迈出了步伐。正如《环球科学》在2011年报道的那样，Summers是首批接受实验性电疗装置的瘫痪患者之一：一种兴奋剂在经过两年训练后恢复了他的行走能力。
研究人员发现，在患者下背部放置电极阵列可以激活脊柱电路，从而修复运动功能。针状植入物将电流直接输送到脊柱沿线的特定位置。然而，这些脉冲为何能恢复行走能力，仍然是一个神经科学之谜。脊髓损伤会中断人体的四肢与大脑之间的联系，导致他们在某些情况下无法移动肢体。因此，为了让兴奋剂起作用，科学家们一直假设，脊髓自身神经系统内的细胞必须以某种方式重新组织来处理电信号。如果医生能够准确地找出如何以及为何起作用，他们就可以将这种疗法应用于更多类型的瘫痪，甚至有一天可能修复受损的细胞。
神经科学的差距
近年来，临床医生一直在继续测试脊柱植入物，并在某些情况下改进了兴奋剂的设计。11月9日发表在《自然》杂志上的一项研究为脊椎的变化提供了一个线索：国际科学家团队通过检查小鼠发现，电极的信号可以激发脊髓周围神经中某一种类型的神经元。他们指出，这些神经元通常不需要帮助小鼠行走——只有在电刺激治疗后，这些细胞才会为行走而激活。该研究还证实，兴奋剂在九名慢性瘫痪患者身上恢复了行走能力，他们的脊柱通过PET扫描成像以测量细胞活动。
“识别这些细胞是更好地理解脊髓如何控制运动以及这种疗法如何‘在严重脊髓损伤后改善行走功能’的重要一步，”维也纳医科大学教授Ursula Hofstöetter说。她研究我们的身体如何控制运动，但并未参与这项新报告。“有一天，它也可能导致针对这些神经元的药物，”她补充道。
在小鼠模型的情况下，通过绘制被激活的细胞及其基因表达图谱——研究人员确定了神经元中的一种名为Vsx2的基因——可以向科学家展示脊髓如何在损伤后重组细胞网络。这正是帮助Summers以及新研究中的九名患者行走的硬膜外电刺激技术的原理。（“硬膜外”指的是脊髓和脊柱之间的空间；它也许最为人熟知的是麻醉师在分娩时向孕妇施用麻醉药的位置。）
接受这种刺激的患者的脊髓神经系统会出现一种不寻常的模式：即使在兴奋剂关闭的情况下，他们的运动也可能得到改善。此外，研究作者、瑞士联邦理工学院博士后科学家Jordan Squair说，脊髓网络的细胞活动总体水平似乎在下降。他表示，基本上，脊髓变得“更有效率”——与康复初期不同，它们不再需要激活大量细胞来产生运动。
Squair和他的同事因此着手调查哪些神经元最终承担了主导作用。加州大学欧文分校的神经外科医生Michael Oh说，脊髓损伤后，健康的电路会被破坏。这项研究中发现的激活细胞可能是负责感觉的神经元和负责运动的神经元之间的中介，它们能够平滑化这种混乱，并优化放电电路。
Squair认为，这些类型的神经元比行走功能更重要。许多与新研究作者相同的作者在2021年《自然》杂志上的一篇论文显示，硬膜外电刺激有助于调节瘫痪患者的血压。
Hofstöetter表示，在病例研究中，硬膜外电刺激取得了如此成功，以至于“严重脊髓损伤患者的康复达到了‘以前认为不可能’的水平”。
兴奋剂的组成
在大多数情况下，包括在最近的《自然》研究中的六名患者，植入的电极阵列是从最初设计用于治疗神经性疼痛的机器上改造而来的。但报告中的三名患者使用的是由瑞士公司NeuroRestore（Squair也是其中一员）研究并由Onward Medical商业开发的一种实验性设备。
Squair表示，由于该设备是定制的，旨在帮助瘫痪患者恢复功能，因此兴奋剂比旧植入物能更快地恢复感觉。“要激活你想激活的肌肉，你需要瞄准脊髓上的正确位置，”他说。“最初为疼痛设计的导线不具备这种能力。”兴奋剂还可以被编程为按照运动模式的时序输送信号。
Hofstöetter同意，与用于缓解疼痛的版本相比，这是一种“更复杂、高端的技术”植入物。但她指出，没有研究“专门研究过这种技术复杂程度是否会”优于传统设备。
Oh指出，无论是什么设备——目前有大约六家公司在研发这类脊柱兴奋剂——其效果都不是像打开开关一样。正如《自然》报告所述，对于慢性瘫痪患者来说，能够行走需要五个月的物理治疗，每周进行一到三小时、多达五次的训练。功能恢复也可能意味着针对特定动作的训练。
“让人们摆脱轮椅并独立行走是一种奇迹，”Oh说。在目前的研究中，所有九名参与者都能行走，有些独立行走，有些则需要帮助。但他指出，这种兴奋剂并非瘫痪的“万灵药”：它不能修复跑步、跳舞或踢球的能力。
并非所有参与者对兴奋剂的反应都相同。而且，从更广阔的角度来看，用于长期疼痛缓解的手术植入设备偶尔会伤害患者。《美联社》的一项调查发现，从2008年到2018年，共有80,000起事件被标记并报告给食品药品监督管理局。
治疗瘫痪的未来
尽管神经外科医生和科学家们对兴奋剂在实验性环境中的结果赞不绝口，但在过去的十年里，植入物的获取通常仅限于参与小型试验。Hofstöetter估计，在全球范围内，只有不到50名脊髓损伤患者拥有电兴奋剂。然而，她怀疑，只要脊柱下部（腰部区域）的神经元网络 intact，大多数脊髓损伤患者都可以得到帮助。她表示，还需要更多工作来弥合概念验证研究与数千名瘫痪或运动障碍患者之间的差距。
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一项名为STIMO的小型临床试验正在进行中，由瑞士研究人员领导；《自然》研究中的九名参与者已纳入该试验。但FDA或其他监管机构需要进行更大规模的测试，才能允许这些设备在实验性环境之外使用。“需要进行一项关键性临床试验——这是需要发生的第一个步骤，”Squair说。
一些瘫痪患者还表示，他们更希望兴奋剂能解决行走以外的功能，例如控制排便、手臂或性器官。目前的研究包括针对膀胱的兴奋剂，以及涉及上脊柱以改善手部功能的其他研究。重新行走可能只是开始，但在此之前，仍有许多谜团待解。这种运动功能精确的恢复方式仍然是一个谜。Oh说，多亏了这项神经元研究，我们有了一个目标——但我们仍然不知道其机制。
