Spinalstimulering hjälper män med paraplegi att gå igen
Ett nytt sätt att elektriskt stimulera ryggmärgen med trådlösa implantat, tillsammans med terapi som stöder kroppsvikt, har hjälpt tre män med paraplegi att gå igen med hjälp av gångramar och kryckor. De kan till och med ta några steg utan hjälp alls.
Många år tidigare drabbades de tre männen av skador i livmoderhalsområdet eller i halsregionen på ryggmärgen som hade lämnat dem förlamade i underkroppen.
Den nya ”terapeutiska ramen” som är ansvarig för deras rehabilitering kallas Stimulation Movement Overground (STIMO).
Det är resultatet av ett samarbete mellan Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) och Lausanne University Hospital (CHUV), båda i Schweiz.
Två tidskrifter, Natur och Natur neurovetenskap, har nu publicerat studiehandlingar om den nya stimuleringsmetoden.
Det som är anmärkningsvärt med den nya metoden - och skiljer den från två nyligen publicerade studier från USA om ett liknande ämne - är att männen kunde flytta benen när den elektriska stimuleringen till ryggmärgen stängdes av.
I ett av studierna förklarar forskarna vikten av att "bevara proprioception" för att återställa rörelsekontroll hos människor med ryggmärgsskada.
Behovet av att "bevara proprioception"
Proprioception är förmågan att känna kroppslig position och rörelse genom att bearbeta signaler som kommer från kroppen själv, i motsats till dess omgivning. Forskare beskriver det ofta som ett "sjätte sinne".
Några som har skrivit om det har citerat exemplet med en man som, trots att han kunde få sina muskler att dra ihop sig, var effektivt orörlig efter en ”infektion berövade honom känslan av position, rörelse och beröring i kroppen” - eller hans proprioception.
Forskarna i Schweiz hävdar att om elektrisk stimulering av ryggmärgen inte har rätt kombination av exakt platsinriktning och tidpunkt för pulser, kan det störa proprioception.
STIMO-metoden kan övervinna detta genom att använda "burststimulering och spatiotemporal stimuleringsprofiler." Med hjälp av simuleringar visade forskarna att det möjliggjorde "robust kontroll över motorisk neuronaktivitet."
"Den exakta tidpunkten och platsen för den elektriska stimuleringen", förklarar medförfattare Jocelyne Bloch, professor och neurokirurg vid CHUV, som utförde implantatoperationen, "är avgörande för patientens förmåga att producera en avsedd rörelse."
Schweizisk klockprecision
Senior studieförfattare Prof. Grégoire Courtine, neurovetenskapare vid EPFL, konstaterar att de efter flera års forskning på djurmodeller "kunde efterlikna i realtid hur hjärnan naturligt aktiverar ryggmärgen."
Han föreslår att den exakta kombinationen av impulsernas placering och timing är det som hjälpte till att skapa nya nervförbindelser.
Prof. Bloch säger att den måste vara "lika exakt som en schweizisk klocka." Implantaten består av en serie elektroder som riktar sig mot specifika grupper av benmuskler.
"Valda konfigurationer av elektroder aktiverar specifika regioner i ryggmärgen och efterliknar de signaler som hjärnan skulle leverera för att producera gång," tillägger hon.
De tre männen var tvungna att lära sig hur man bestämde sin avsikt att gå med stimuleringspulserna. Efter bara en vecka av denna "kalibreringsfas" gick alla tre med "kroppsviktstöd".
”Alla patienter kunde gå med hjälp av kroppsviktsstöd inom en vecka. Jag visste genast att vi var på rätt väg. ”
Prof. Jocelyne Bloch
Inom 5 månader förbättrades deras "frivilliga muskelkontroll enormt", säger professor Courtine. "Det mänskliga nervsystemet svarade ännu djupare på behandlingen än vi förväntade oss."
Männen visade ingen trötthet i benmusklerna och gick handsfree i mer än en kilometer under deras rehabiliteringssessioner.
”Aktivitetsberoende plasticitet”
De intensiva och långa sessionerna hjälpte mäns nervsystem att utlösa "aktivitetsberoende plasticitet" och omorganisera nervfibrer. Det var detta som ledde till förbättrad rörelseförmåga, även i avsaknad av stimulering.
Teamet vill nu översätta resultaten till skräddarsydda behandlingar som kan användas på sjukhus och kliniker.
Forskarna utvecklar också nu ”nästa generations neuroteknik”, som de hoppas kunna testa strax efter skada när det finns större risk för återhämtning eftersom den drabbade vävnaden inte har börjat dö av.
Enligt uppskattningar från National Spinal Cord Injury Statistical Center vid University of Alabama i Birmingham, finns det cirka 288 000 människor som lever med ryggmärgsskada i USA. Varje år diagnostiserar läkare cirka 17 700 nya fall, varav 78 procent är män. .
Skador som uppstått under fordonskrascher står för de flesta (38 procent) fall av ryggmärgsskada i USA, följt av fall (32 procent). Andra relativt vanliga orsaker inkluderar sår från skott och andra våldsamma handlingar (14 procent), tillsammans med skador som uppstår under sport eller rekreation (8 procent).
Följande video från EPFL sammanfattar forskningen och illustrerar de framsteg som de tre männen gjorde under deras rehabilitering.
