【Ref: Wagner FB, et al. Nature.  2018 Nov;563(7729):65-71. doi: 10.1038/s41586-018-0649-2. Epub 2018 Oct 31.】

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）破坏神经系统内部信息传递，导致神经功能丧失，出现瘫痪等症状。目前，临床治疗SCI以功能锻炼为主，但严重的SCI患者无法恢复神经系统内部信息传递的功能，不能恢复自主运动，因此进行功能锻炼的治疗效果有限。瑞士洛桑联邦技术研究所生命科学学院的Fabien B. Wagner等采用定向硬膜外刺激（epidural electrical stimulation，EES）结合功能锻炼，使3例因SCI导致下肢部分或完全瘫痪的患者获得自主活动的能力，结果发表于2018年10月《Nature》在线。

首先设计一个无线装置，在多方位重力协助系统的保护下患者进行功能锻炼时，记录3D多方向运动特征、地面反作用力以及腿部肌肉肌电活动等数据；采用无线方式将收集到的患者活动信息，输送到工作平台实时处理，并及时传输到EES仪器。研究者在患者脊髓损伤节段相应的硬脊膜外植入脉冲发射器刺激仪，可对患者进行定向EES。刺激装置设置无线接收模式，EES程序在开环时可预编程，闭环时可通过无线装置接收患者的运动反馈信息，有目的地调整和实时控制EES刺激参数，刺激脊髓运动神经后根；达到刺激时间与目标肌肉活动时间的高度一致（图1），实施自主活动。

图1. 治疗设计和实施示意图。a.定向神经刺激技术帮助恢复脊髓损伤患者重新行走的能力。Multidirectional gravity assist，多方位重力协助；3D kinematics，3D运动力学；ground reaction forces，地面反作用力；EMG activity，肌电活动；implantable pulse generator，植入式脉冲发射器。b.治疗程序。

为使刺激信息能准确到达植入在脊髓支配髋关节、膝关节和踝关节运动的脊神经后根的电极装置发挥作用，研究者编制健康个体每个下肢关节屈曲或伸展的运动神经元激活图（图2），比如髋关节屈曲涉及上腰椎节段的运动神经元激活，而踝关节伸展时激活上骶段的运动神经元。使用EES的混合计算机模型进行模拟实验，估算每个模型在通过刺激电极到达脊神经后根的相对刺激强度，指导调整和确定与运动神经元激活图相对应的脊神经后根刺激电极的最佳配置。当被试者准备就绪时，研究人员选择可以最明显地激活脊神经后根的电极，以强度递增的方式发送EES的单极脉冲至脊神经后根；再把量化后的肌肉反应传递到描述电极空间的圆形图；如果强度不够，则采用多极电极配置控制电刺激。经过计算机模拟和电生理实验，获得应用于被试者的电极配置均适用于刺激脊髓支配髋关节、膝关节及踝关节的运动神经后根，产生相应的肢体活动。

图2. 定向EES刺激仪的构造。a.脊髓内运动神经元的分布。b.健康者运动神经元激活图。c.EES刺激L1和S2运动神经后根的神经元激活图。d.电生理实验用于确定针对特定脊髓区域的最佳电极和振幅；灰线显示单脉冲EES刺激时的肌电反应；黑线显示最佳强度刺激时的运动神经元激活图；圆图中灰度表示肌电活动的振幅，振幅在径向递增；白圈表示最佳振幅，在振幅下的多边形量化选择性。e.用于测量单关节扭矩的测量椅。f.定向EES使瘫痪的肌肉产生自主力量；定向EES刺激时的扭矩力和肌电活动。Gmax，臀大肌；Il，髂腰肌；MG，内侧腓肠肌；RF，股直肌；Sol，比目鱼肌；ST，半腱肌；TA，胫骨前肌；VLat，股外侧肌。

在接受EES治疗后的第5天，患者在跑步机上踩踏时肌肉产生强烈的肌电活动；接着，在重力协助系统的保护下通过EES的刺激逐步实现踏步和行走动作。EES刺激结合康复锻炼三个月后，3例患者均可在髋部重力协助系统保护下自主行走。3例患者中2例甚至在没有定向EES刺激时也能自行起坐、站立和用拐杖行走；其中1例做到没有重力协助系统的帮助下走几步。该研究结果表明，定向EES刺激不仅激发SCI患者的肌肉活动，同时可能参与神经系统内部信息传递功能的重建。因此，定向EES刺激技术为改善患者神经功能恢复和支持脊髓损伤后的日常活动构筑技术框架。

（大猫编译，复旦大学附属华山医院寿佳俊博士审校，《神外资讯》主编、复旦大学附属华山医院陈衔城教授终审）