瘫痪患者通过长期大脑训练恢复部分运动能力

治疗设备有望成为瘫痪的有效治疗方法

今天,在《Scientific Reports》杂志上发表的一项研究中,一组与瘫痪患者合作的研究人员表明,通过使用一种名为脑机接口(BCI)的非侵入性设备,这些个体能够恢复部分运动和肌肉控制。这一成就表明,那些此前从未有过改善的完全瘫痪的个体,可以通过长期使用BCI治疗来恢复运动。

研究人员表示,这表明瘫痪患者可以通过长期使用该设备进行训练而获益,从而可能显著且永久地改善他们的生活质量。

脑机接口在脑活动与计算机或外部设备之间提供了直接连接。基本原理是,人们可以通过脑活动或思想来指示计算机他们想要移动身体的哪个部位。

米格尔·尼科利斯(Miguel Nicolelis)领导了这项研究,他多年来一直在研究这些设备在瘫痪患者中的应用。他的项目部分由一个名为“Walk Again”的非营利组织资助,其主要目标是了解这些设备在短期和长期使用中是否能帮助瘫痪患者恢复感觉和肌肉控制。他的第一个重大成就是在2014年巴西世界杯上,一名此前无法控制双腿的瘫痪患者,通过连接全身外骨骼的BCI完成了比赛的第一个开球。

从那时起,尼科利斯和他的团队一直在研究其在瘫痪患者中的长期使用情况。

A patient learning to use an avatar to walk in virtual reality.
一名患者正在学习在虚拟现实中使用头像行走。AASDAP/ Lente Viva Filmes

先前关于使用BCI设备的研究,包括尼科利斯在世界杯上进行的原理验证研究以及加州大学洛杉矶分校的其他研究,已经使截瘫患者能够在外骨骼服内短距离行走。这项研究的区别在于,它被用作一种治疗设备,其训练有望使患者即使在不穿戴机器人服或佩戴BCI时也能恢复部分失去的肌肉控制。

在这项研究中,研究人员训练了八名脊髓损伤患者(其中七名在损伤区域以下没有运动能力),让他们使用脑控外骨骼和基于虚拟现实的BCI。他们每周训练两次,每次一小时。

尼科利斯表示,这种训练背后的理论是,尽管损伤区域的神经功能显著丧失,但最初的损伤并没有破坏该区域的所有神经纤维。如果他们能够利用BCI训练来刺激那些仍然可用的纤维,那么患者就有可能恢复部分运动。

尼科利斯说,医学界的普遍观点是,在受伤后,如果一个人在一年内没有表现出任何临床改善,那么他们很可能在余生中都处于相同状态。

“但我们在这里展示的是,事实可能并非如此,”他说。“如果我们能对这些患者进行快速干预,并使用正确的康复治疗类型,我们就有可能让他们恢复一些神经功能,从而极大地改善他们的生活质量。”

在12个月的时间里,所有患者都至少在肌肉运动或感觉方面有所恢复,这 According to Nicolelis, is a surprising result. “We certainly had in mind that a plateau would happen and we thought it would happen a lot sooner.” He says that now, instead of making further predictions about when the patients will stop improvements, he is simply going to continue the training and seeing what happens. Jokingly, he says, “I have been wrong three or four times before, so now I am just going to shut up and wait.”(根据尼科利斯的说法,这是一个令人惊讶的结果。“我们当然考虑到会出现平台期,而且我们认为会来得早得多。”他说,现在,他不再对患者何时会停止进步做进一步预测,而是将继续训练,观察结果。他开玩笑地说:“我之前已经错了三四次了,所以现在我只想闭嘴等待。”)

在未来,尼科利斯希望看到这种训练不仅对瘫痪患者,而且对中风患者也能产生什么效果。中风患者也可能基于与瘫痪患者相似的理论,在受损的大脑区域恢复部分功能。

 

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曾任《Popular Science》杂志的科学编辑。她对脑科学、微生物组和人体生理学特别感兴趣。除了《Popular Science》之外,她的作品还发表在《纽约时报》、《科学美国人》以及《Scholastic’s Science World》和《Super Science》杂志等刊物上。她拥有加州大学戴维斯分校神经生物学学士学位,以及纽约大学科学、健康和环境报道项目的科学新闻学硕士学位。


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