導 語
研究人員開發了一種閉環神經假體系統，旨在減輕帕金森病患者的運動缺陷，改善不對稱性，提升平衡能力并減少步態凍結。這一創新性神經假體系統為減輕帕金森病患者運動缺陷的嚴重程度提供了新的研究視角。相關研究結果已在《Nature Medicine》期刊上發表。
1、研究背景
晚期帕金森病患者中，約有90%的患者存在運動缺陷，包括步態障礙、平衡問題和步態凍結。這些缺陷嚴重影響了患者的生活質量，并增加了合并癥的風險。不幸的是，目前可用的治療方法對于這些缺陷的療效并不理想。因此，尋找緩解運動缺陷的補充療法成為晚期帕金森病患者的首要任務。
2、研究概述
基于功能化導電聚合物的設計，研究團隊設計了功能化聚苯胺基時序黏附水凝膠貼片。它可以實現心臟的同步機械生理監測和電耦合治療，并牢固附著在心臟表面監測心臟的機械運動和電活動。
在帕金森病動物模型中，研究人員開發了一種神經假體。該假體采用了經過優化的電極配置植入物，旨在精確定位到每個脊柱節段的背根進入區。為了指導這一技術的發展，研究人員對恒河猴脊髓的解剖結構進行了研究。通過分析腦電圖信號，確定了與運動相關的皮層活躍區域，并確定了電極的空間分布，以覆蓋所有目標背根進入區域。
圖1：藥物治療后動物模型和帕金森病患者的運動缺陷。（圖片來自原文）
隨后，研究人員將運動皮層活動與腦電信號的時間和位置相結合，提出了一種閉環無線大腦控制的神經假體。他們測試了這種大腦控制神經假體在帕金森病動物模型中對步態障礙和平衡問題的緩解效果。實驗結果符合預期，神經假體能夠恢復帕金森病模型動物在行走過程中腿部運動神經元的自然激活，從而改善步態質量和平衡。
圖2：動物模型中脊髓神經假體的設計（圖片來自原文）
最后，研究人員首次在一名有30年帕金森病病史的62歲男性進行了人體臨床試驗。他們重新設計了經臨床批準用于治療神經源性疼痛的電極陣列，并通過高分辨率CT和MRI生成的個性化脊柱解剖模型進行了神經外科植入的引導。與動物模型不同的是，人體可以容忍附著在四肢上的可穿戴傳感器。來自可穿戴傳感器的信號適合將腦電信號與正在進行的運動同步。研究人員還開發了在平板電腦上運行的臨床級軟件，該軟件從連接到左右腿的加速度傳感器獲取信號，并通過硬件和軟件鏈將加速度傳感器對運動意圖的檢測轉化為腦電信號的調制。這項研究的結果非常令人鼓舞。植入神經假體后，帕金森病患者的步態問題得到了顯著改善，步態更加自然，運動缺陷減輕。
圖3：為帕金森病患者設計的神經假體（圖片來自原文）
當神經假體啟動時，無論是否接受大腦深部刺激，步態凍結幾乎消失。這意味著神經假體本身的作用已經足夠有效，不需要額外的刺激來緩解步態凍結。而且，隨著時間的推移，植入神經假體的受試者能夠在戶外自由地進行長時間的散步，不再需要額外的幫助。
圖4：該神經假體可減輕帕金森病患者的步態障礙、改善平衡、減少步態凍結的頻率、提高生活質量并支持社區環境中的活動能力（圖片來自原文）
3、研究意義
一種成功研發的神經假體可有效減輕帕金森病引起的步態障礙、平衡問題和步態凍結。此外，神經假體增強的步態康復改善了參與者的神經狀態，提升了他們的生活質量。大腦控制的神經假體的概念和技術已經經過充分驗證，具備可行性。
參考文獻：Milekovic, T., Moraud, E.M., Macellari, N. et al. A spinal cord neuroprosthesis for locomotor deficits due to Parkinson’s disease. Nat Med (2023). https://doi.org/10.1038/s41591-023-02584-1
