大腦及脊椎植入裝置助癱瘓猴子重獲雙腿

(圖:Jemere Ruby)

科學家使用由電極、發射器和接收器組成的系統,完全繞過受損神經,成功恢復癱瘓動物的腿部功能。雖然這項顯著成就可能還需要數十年的發展才能用於人類,但無疑為全球數以萬計患有脊髓損傷的患者帶來希望。

幫助靈長類動物再次行走

在發表於《自然》期刊的研究中,科學家成功在癱瘓猴子的大腦和脊椎中植入電極,幫助它們再次行走。負責該研究的神經科學家表示,植入裝置幾乎立刻恢復靈長類動物的腿部功能。

受測猴子由於部分脊髓折斷,因此大腦無法與雙腿溝通。為了修補大腦與脊椎的溝通介面,研究人員將植入裝置放置在猴子大腦控制腿部運動的區域,在顱骨外安裝無線發射器,並在脊髓切斷的受傷部位以下放置電極。

電腦程式會接收並解碼腿部運動的大腦訊號,並將訊號傳送到脊椎上的電極。幾秒內,猴子已可以移動雙腳。幾天後,猴子更可以在跑步機上行走。

這項研究是植入裝置首次成功恢復靈長類動物雙腳功能,是一項巨大的突破。此前,大多數實驗室的試驗都是在小鼠等嚙齒類動物身上進行。

不過研究人員表示,至少還需要十年的時間,才能對用於人類的技術進行微調,儘管如此,人類的身體和猴子非常類似,研究人員認為過渡期可能很快。

臨床試驗

當其他學者正在研究大腦及脊椎介面的同時,瑞士洛桑聯邦理工學院(Swiss Federal Institute of Technology Lausanne)神經義肢學教授葛瑞格庫爾坦(Grégoire Courtine)則正在人類癱瘓患者身上測試一種較簡單,使用電極刺激脊椎、不涉及大腦植入物的裝置。

去年,庫爾坦教授的研究達到一個重要的里程碑,於瑞士洛桑大學醫院(Lausanne University Hospital)進行首例人類脊椎植入系統臨床試驗,有八位部分腿部癱瘓的患者參與。

第一位進行脊椎植入裝置的患者,是一位在五年前因為脊髓損傷而導致部分癱瘓的男士。在植入手術之前,他能在幫助下行走,但刺激植入裝置徹底改善了他的步態。

這項試驗是一種概念證明研究,以顯示脊椎植入裝置的安全性和電極刺激的基本功效。外科醫生將植入裝置放置在患者腰部的腰脊髓表面。在手術進行時,研究人員會確保植入裝置的位置正確,以便 21 個電極都能刺激伸展和彎曲腿部肌肉的神經纖維。刺激器會連接到患者軀幹內部的電脈衝發射器。

庫爾坦教授表示,他們選擇測試刺激植入裝置,是因為已經獲得監管部門的批准,但這並不是最理想的,他們對於電極的數量感到不滿意。

治療癱瘓

庫爾坦教授認為,要真正治療癱瘓,便需要使用曾於猴子身上測試的大腦及脊椎植入物系統。同時植入腦部和脊椎的植入裝置可以提供更自然的步行運動。

不過,庫爾坦教授尚未獲取許可在人類患者中測試這種大腦與脊椎溝通介面,但他正在與國際 BrainGate 聯盟合作開發一種能用於臨床的大腦植入裝置。庫爾坦教授表示,使用癱瘓患者的自然大腦訊號,會對身體控制帶來重大的改善:「時機掌握非常重要,大腦能掌握完美的時機,機器將永遠無法完全複製。」

 

參考資料:

  1. Marco Capogrosso, et al. (November 2016). A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates, Nature 539, pages 284–288
  2. Jess Vilvestre (November 2016). Paralyzed Monkeys Able to Walk Again With Brain Implant. Human Trials Are Next, Futurism
  3. Eliza Strickland (March 2017). One Small Step for a Paraplegic, One Big Step Toward Reversing Paralysis, IEEE Spectrum
鄭啟仲
鄭啟仲 113 文章
明日科學編輯,資管碩士,熟悉軟體工程與程式設計,喜歡吸收科普和技術新知。

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