Электростимуляция помогает парализованным людям снова ходить — и теперь мы знаем, почему

В своем стремлении помочь людям с ограниченными возможностями, нейробиологи идентифицировали нервные клетки, которые отвечают за двигательные функции. Это открытие позволит парализованным людям вернуться к своей прежней полноценной жизни [1]. В тяжелых случаях, травма спинного мозга способна нарушить связь между мозгом и биологической нейронной сетью в нижней части позвоночника, отвечающей за ходьбу. В 2018 году нейробиолог Грегуар Куртин из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне совместно со своими коллегами продемонстрировали метод, известный как эпидуральная электрическая стимуляция (ЭЭС).

Метод основан на подаче электрических импульсов к нервам в нижней части позвоночника. В сочетании с интенсивными тренировками метод ЭЭС позволит парализованным людям вновь встать на ноги и пойти [2]. В процессе исследования трое участников переживших серьезные травмы позвоночника и обладающие минимальной чувствительностью в области ног, с помощью ходунков или костылей смогли сделать свои первые шаги после полученных травм.

Команда Куртина доказала, что система эффективно работает на людях, потерявших всякую чувствительность в ногах. Кроме того, из девяти участников, у троих наблюдался полный паралич, в итоге они смогли восстановить свою способность ходить благодаря программе специальных тренировок и эпидуральной электрической стимуляции, доставляемой электродами, имплантированных в их позвоночник. Через пять месяцев после начала испытания все участники смогли выдерживать собственный вес и ходить при помощи инвалидных ходунков. А четыре из них теперь вовсе не нуждаются в ЭЭС, так как полностью возобновили свою способность ходить. Процесс восстановления предполагает, что эпидуральная электрическая стимуляция запускает ремоделирование спинномозговых нервов, что предполагает возвращение двигательной сети в ее привычное рабочее состояние.

«Количество надежд, которое ЭЭС дает людям, страдающих травмой спинного мозга, невероятно», — говорит Марк Руитенберг, невролог из Университета Квинсленда в Брисбене, Австралия.

Затухающая активность

Помимо прочего, командой Куртина были обнаружены нейроны, отвечающие за улучшение реабилитации. В момент когда у людей включалась ЭЭС, активность нервных клеток в месте стимуляции снижалась. Поэтому Куртин решил более тщательно изучить этот вопрос. Исследование проведенное на крысах по принципу: от травмы и электрической стимуляции до тренировки со специальной роботизированной поддержкой, теперь дополнилось измерением активности генов в тысячах отдельных нейронов спинной ткани крыс. В результате была получена чрезвычайно подробная карта разновидностей нервных клеток в нижних сегментах спинного мозга. Далее они использовали алгоритм крысиного обучения для поиска нейронов, демонстрирующих активность изменения генов на заданных этапах реабилитации с помощью эпидуральной электрической стимуляции.

Алгоритм идентифицировал субпопуляцию возбуждающих интернейронов — нервных клеток, соединяющих двигательные и сенсорные нейроны. Когда группа Куртина заставила эти клетки замолчать у травмированных крыс, они обнаружили, что ЭЭС больше не позволяет травмированным крысам ходить.

Общее снижение нейронной активности в определенных местах во время реабилитации отражает процесс обучения, говорит Куртин. «По мере того как вы становитесь экспертом в каком-то деле, активность нейронов, ответственных за эту сферу, постепенно снижается».

Следующие шаги

Эйман Азим, нейробиолог из Института биологических исследований Солка в Ла-Хойя, Калифорния, говорит, что за результат, очевидно, отвечают одни и те же нейроны, потому что архитектура человеческого позвоночника очень похожа на позвоночник крыс.

В конце концов, говорит Азим, детальное понимание сегментов спинного мозга может позволить нейробиологам напрямую управлять активностью определенных нейронов с помощью других методов лечения, таких как генная терапия. Терапия стволовыми клетками однажды может заменить важные популяции нейронов, поврежденные при травмах спинного мозга, говорит Рюйтенберг.

Куртин и его коллеги также использовали ЭЭС для восстановления координации движений рук у обезьян [5]. А группа из Вашингтонского университета в Сиэтле провела эксперимент с шестью добровольцами с травмами спинного мозга, используя неинвазивные пластыри с электродами, зафиксированных на шейном отделе [6].

Рюйтенберг считает, что несмотря на вновь приобретенную способность ходить, зачастую это не является приоритетом для людей. Потеря контроля над мочевым пузырем и опорожнением кишечника может иметь решающее влияние на качество жизни. «Вероятно в будущем, возобновление этих функций с помощью современных технологий станет возможным», — говорит он.

Куртин с коллегами, в свою очередь, считает что идентификация нервов, ответственных за эти функции — их следующий шаг. Он также запустил программу ONWARD в Нидерландах для коммерциализации этой технологии. Компания начнет набор 70–80 участников в США для нового испытания в 2024 году.

Использованная литература

  1. Нейроны, восстанавливающие ходьбу после паралича DOI: 10.1038%2Fs41586-022-05385-7
  2. Вагнер, Ф.Б. и др. Природа 563 , 65–71 (2018). PabMed
  3. Целевая нейротехнология восстанавливает ходьбу у людей с травмой спинного мозга DOI: 10.1038%2Fs41591-018-0175-7
  4. Восстановление двигательной активности после травмы спинного мозга DOI: 10.1056%2FNEJMoa1803588
  5. Эпидуральная электрическая стимуляция восстанавливает контроль верхних конечностей у парализованных обезьян Статья
  6. Стимуляция спинного мозга восстанавливает функцию кисти и предплечья после травмы спинного мозга DOI: 10.1109%2FTNSRE.2021.3049133

Читайте также: