Новая терапия спинного мозга помогает парализованным пациентам снова начать ходить
Три парализованных мужчины смогли вновь начать ходить после использования электрической стимуляции. Об этом заявили учёные из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.
Более четырёх лет назад все пациенты, принимавшие участие в данном экспериментальном лечении, получили серьёзные травмы спинного мозга. В результате они утратили возможность двигать ногами (частично или полностью). Отметим, что срок в данном случае имеет большое значение, так как восстановить нервную ткань крайне сложно.
У людей с серьёзными травмами спинного мозга, как не трудно догадаться, нужно восстанавливать нервы спинного мозга (главного канала нервных клеток в организме). Наш мозг посылает через него сигналы к мышцам ног, поэтому взрослые люди ходят, не задумываясь над тем, как это происходит. (А многочисленные научные группы изучают процесс локомоции, чтобы научить ходить гуманоидных и прочих роботов.)
Учёные надеются, что нервные пути в спинном мозге можно восстановить, "подключившись" к определённым группам нервных клеток под названием нейронные цепи. Последние находятся в позвоночнике.
В этом помогает эпидуральное стимулирование. Оно заключается в непрерывной подаче в нижнюю часть спинного мозга (в пояснично-крестцовую зону) электрических импульсов на разных частотах и с разной интенсивностью. Тем самым имитируются мозговые сигналы, которые обычно инициируют движения. Зоны воздействия соответствуют нейронным сетям, которые в значительной степени контролируют движения бёдер, коленей, лодыжек и пальцев ног.
В недавнем исследовании троим пациентам имплантировали 16 крошечных электродов в нижнюю часть их спинного мозга. Каждый электрод был расположен таким образом, чтобы он активировал определённую группу мышц ног.
Все электроды были подключены к небольшому устройству, которое было имплантировано в процессе хирургической операции в брюшную полость. Устройство генерировало электрические импульсы.
Подобная терапия стимулирует нейроны в спинном мозге за счёт электрических импульсов. Последние фактически усиливают сигналы, поступающие из нижних конечностей. Всё это помогает мозгу и ногам парализованных людей "улучшить взаимопонимание".
Отметим, что швейцарские специалисты впервые использовали стимуляцию спинного мозга при помощи беспроводного имплантируемого устройства. И это основное отличие от предыдущих исследований, в ходе которых стимуляция происходила постоянно. На этот раз беспроводная система, помогающая управлять стимулятором, "доставляла" электрические импульсы к определённым нейронам, которые отвечают за движение конкретных мышц.
Кроме того, на ногах каждого мужчины закрепили по два носимых датчика (по одному на каждую ногу), которые обеспечивали дополнительную стимуляцию.
Специалисты использовали больше спинномозговых электродов, чем это делалось в предыдущих работах, дабы каждый нацеливался на определённые группы нейронов, которые контролируют различные мышцы ног.
В результате пациенты смогли вставать и ходить при помощи поддерживающих устройств (тех же ходунков) уже после первой недели терапии. После пяти месяцев физиотерапии и тренировок с использованием новой технологии все трое смогли самостоятельно контролировать мышцы ног и ходить в течение часа без мышечной слабости.
Примечательно, что даже при выключенном стимуляторе двое участников исследования смогли самостоятельно контролировать мышцы ног. Как предполагают учёные, стимуляция может "переписывать" связи между головным и спинным мозгом.
Результаты работы, опубликованные в журнале Nature, "следуют по пятам" за двумя исследованиями, о которых авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали в сентябре 2018 года.
Тогда учёные использовали аналогичные методы лечения, которые помогли людям с серьёзными травмами спинного мозга после долгих лет вновь начать ходить.
Кратко напомним итоги тех двух работ. Первая исследовательская группа из Луисвиллского университета сообщила, что стимуляция позволила двум людям самостоятельно стоять на ногах и ходить при помощи ходунков. Вторая группа из клиники Майо показала, как достигла аналогичных результатов: после 43 недель тренировок 29-летний парализованный пациент смог идти без посторонней помощи по беговой дорожке.
В тех работах имплантаты были настроены на определённые модели стимуляции. В последней же работе руководитель исследования нейробиолог Грегуар Куртин (Grégoire Courtine) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработал мобильное приложение, дабы стимуляцию можно было контролировать в режиме реального времени при помощи обычного планшета.
Такого рода устройство может дать пациентам возможность контролировать ход терапии в домашних условиях, говорит Куртин.
Чет Мориц (Chet Moritz) из Университета Вашингтона, написавший сопроводительную статью в журнал Nature о результатах последней работы, отмечает, что небольшое количество исследований дают нам всё большую уверенность в том, что подобного рода терапии будут приносить реальную пользу. И даже люди с полным параличом в будущем смогут восстановить так называемые шаговые движения, добавляет он.
Тем не менее такого рода стимуляция всё ещё находится на ранней стадии исследований, и учёные не могут ответить на вопрос, как именно она работает и восстанавливает способность к самостоятельному передвижению, говорит один из авторов сентябрьской работы Кристин Чжао (Kristin Zhao) из клиники Майо.
"Предположение заключается в том, что каким-то образом из мозга поступает команда, заставляющая конечности двигаться, и каким-то образом стимуляция позволяет этому случиться", — говорит она.
На данный момент исследователи экспериментируют с различными моделями, продолжительностью и интенсивностью стимуляции, чтобы добиться наилучших результатов.
По мнению Куртина, стимуляция, которую они использовали в последней работе, намного лучше непрерывной стимуляции (она применялась в сентябрьских исследованиях).
Во втором исследовании, опубликованном в издании Nature Neuroscience, исследовательская группа Куртина также обнаружила, что последний тип стимуляции может влиять на понимание человека, где находятся его ноги по отношению к телу. Такой феномен известен как проприоцепция.
Результаты работы действительно впечатляющие. При этом, говорит Мориц, важно помнить, что парализованные люди имеют и другие потребности, которые не ограничиваются только ходьбой.
Исследование 2004 года показало, что возвращение возможности ходить является не главным приоритетом для людей с подобными травмами. Оно заняло лишь четвёртое место, уступив первые места возвращению половой функции, способности самостоятельно опорожнять кишечник и мочевой пузырь, а также контролировать осанку. Ожидается, что новые стимуляторы помогут восстановить и эти функции.
Что же касается других достижений в этой области, то ранее авторы проекта "Вести.Наука" рассказывали про нейропротез, впервые вернувший парализованному пациенту контроль над руками.
Кроме того, мы сообщали о восстановлении повреждённых нервов с помощью генной терапии.