脊髓损伤再生修复中的问题与挑战(5)

(4)神经调控与康复训练：脊髓损伤后下行神经传导通路被中断，损伤平面以下未受损的神经网络因无法接收高位中枢(皮质和脑干)的兴奋性输入而导致运动功能丧失。以活动为基础的康复训练可以增强脊髓损伤后残余纤维的神经可塑性和轴突再髓鞘化，促进神经环路重建，从而改善运动功能[75]。近年来，研究人员应用神经调控技术增强机体的活动能力，并与康复训练相结合，旨在进一步增强神经可塑性，促进神经功能恢复。神经调控是利用各种形式的电刺激增强或修改神经元功能活动的技术，目前已经在多种神经系统疾病中应用[76]。脊髓损伤后神经调控方式包括脊髓刺激和脑刺激。

脊髓刺激：脊髓硬膜外电刺激最初被用来治疗慢性疼痛，但是越来越多的研究显示硬膜外电刺激可以促进脊髓损伤后神经功能恢复。腰骶脊髓硬膜外电刺激结合康复训练，能够促进下肢完全瘫痪患者独立站立、辅助行走以及腿部自主运动恢复[77]。硬膜外电刺激联合负重跑步机训练，使2 名慢性完全性脊髓损伤患者恢复了独立站立和地面独立行走的能力[78]。慢性胸髓损伤患者接受硬膜外电刺激治疗和多模式康复训练43 周后可以不依赖减重支持系统在跑步机上进行双侧跨步行走，同时可以使用助行器在地面独立行走[79]。持续硬膜外电刺激可能会阻断本体感觉输入，COURTINE 团队开发出时空硬膜外电刺激以避免持续硬膜外电刺激对本体感觉信息的干扰。时空硬膜外电刺激增强了对运动神经元的活动控制，同时保留了拮抗肌之间的相互作用，确保下肢运动的协调性和稳定性[80]。时空硬膜外电刺激结合运动康复训练，使3 例慢性脊髓损伤患者运动能力明显改善，患者在时空硬膜外电刺激作用下可以在室外环境中站立、行走甚至是骑车，并且能够在没有硬膜外电刺激作用下自主控制瘫痪肢体，表明大脑和脊髓重新建立了功能性连接[81]。此外，硬膜外电刺激能够促进慢性脊髓损伤患者心血管功能恢复，有效改善低血压状态，提高了患者生活质量[82]。患者的排便和膀胱控制能力以及性功能也得到了改善，而这些能力往往是患者更为看重的。在某些情况下，即使关闭刺激器，这些功能改善依然存在[83]。这些研究为脊髓损伤后促进功能恢复和提高生活质量建立了技术框架。

脑刺激：即使是被诊断为完全性脊髓损伤的患者，脊髓内仍然保留一些来自高位中枢的下行传导通路。应用电刺激可以激活这些残存通路，促进对瘫痪肢体的自主控制[84]。深部脑刺激是将电极植入大脑特定核团，用以激活或纠正大脑的神经电活动，目前已经用于治疗多种运动障碍疾病[85]。运动皮质电刺激可以促进大鼠脊髓损伤后皮质脊髓束轴突出芽及运动功能恢复[86]。运动皮质电刺激结合脊髓神经调控，能够显著改善大鼠颈髓损伤后前肢精细运动功能[87]。无创脑部刺激技术是非常具有应用前景的干预措施。经颅直流电刺激是一种无创皮质刺激方法，现已广泛应用于治疗多种疾病，如抑郁症、强迫症、慢性疼痛等。当与重复任务训练相结合时，经颅直流电刺激可以促进慢性颈髓损伤患者上肢精细运动功能的恢复[88]，未来还需要更多的研究以确定经颅直流电刺激是否可以转化为脊髓损伤患者的长期康复策略。经颅磁刺激是另一种无创皮质刺激技术。早期经颅磁刺激干预治疗能够增强脊髓损伤后皮质神经元可塑性，促进大鼠感觉运动功能恢复[89]。高频经颅磁刺激能够缓解脊髓损伤患者肢体痉挛，改善脊髓神经传导功能[90]。慢性颈髓损伤患者接受经颅磁刺激和外周神经刺激联合治疗后，手部精细运动功能和室内活动能力均得到改善，并且功能改善能够维持几个月，说明经颅磁刺激能够稳定诱导神经可塑性[91]。这些无创干预措施成本低、风险低，是临床治疗脊髓损伤极具吸引力的选择。

(5)脑机接口：脑机接口是结合神经生理学、计算机科学和工程学的一种新型治疗技术，旨在恢复严重瘫痪患者的感觉运动功能。脑机接口的核心思想是记录和解码来自大脑的运动信号，并利用这些信号产生功能性运动输出[76]。脑机接口可以直接控制仿生假肢如机械臂，也可以绕过损伤部位，直接控制损伤部位以下的肌肉。当与康复训练相结合时，长期持续使用脑机接口能够改善患者自主运动能力，表明脑机接口增强了大脑和(或)脊髓的神经可塑性。

脑机接口首先在猕猴中成功应用，通过脑控制的功能性电刺激恢复了猕猴瘫痪上肢的自主控制，目前脑机接口已经用于临床研究。脑机接口使四肢瘫痪患者能够通过意念控制机械臂的三维伸展和抓握运动[92]，为患者生活提供了诸多方便，但是机械臂并不能促进患者运动功能恢复。将脑机接口与虚拟现实和机械外骨骼相结合，能够使慢性完全性截瘫患者实现对瘫痪肢体的自主控制，结合步态康复训练，患者躯体感觉和自主运动控制均得到改善，50%的患者升级为不完全性截瘫。该研究表明，脑机接口结合康复训练，可以触发脑和脊髓的神经可塑性，促进神经功能恢复[93]。外骨骼介导的肢体活动实质上是肌肉的被动运动，并没有解决修复神经连接的根本问题，也不能有效防止瘫痪肢体的肌肉萎缩。为此，脑机接口将皮质信号转化为功能性电刺激直接控制肌肉收缩，使高颈髓损伤患者能够进行手指屈伸，拇指内收、外展，甚至还能完成倾倒和搅拌动作[94]。理论上讲，脑机接口也可以恢复大脑对腿部肌肉活动的控制，但是下肢运动过程中每块肌肉复杂的激活模式对该技术构成了巨大挑战。COURTINE团队开发出时空硬膜外电刺激以提高脊髓损伤大鼠的步态质量和熟练运动能力[95]。该团队将时空硬膜外电刺激与腿部运动皮质活动相结合，构建出脑-脊髓接口实时控制系统，有效缓解了恒河猴脊髓损伤后的步态缺陷，恢复了恒河猴在跑步机以及地面的负重运动能力[96]。当与运动康复训练结合时，脑-脊髓接口能够使脊髓损伤大鼠进行地面行走及楼梯攀爬，促进运动功能的持久恢复[97]。脑-脊髓接口为改善脊髓损伤患者的运动控制提供了新思路。

文章来源：《金属功能材料》 网址: http://www.jsgncl.cn/qikandaodu/2021/0722/659.html