Ученые парализованных пациентов поставили на ноги электростимуляцией спинного мозга

Трое парализованных мужчин с травмами спинного мозга теперь могут стоять, ходить и ездить на велосипеде после имплантации электродов в их спинной мозг, сообщается в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Medicine.

Электроды доставляют электрические импульсы к определенным областям спинного мозга и, таким образом, активируют мышцы туловища и ног. Мягкое, гибкое устройство располагается непосредственно над спинномозговыми нервами, под позвонками, и им можно управлять по беспроводной сети с помощью программного обеспечения, управляемого с планшета и ручного кликера.

Программное обеспечение связывается с устройством, похожим на кардиостимулятор, в брюшной полости. Оно направляет активность нервных электродов на спинной мозг. Таким образом, одним прикосновением к сенсорному экрану пользователь импланта может указать своему устройству создать точную схему стимуляции. Эти паттерны стимуляции преобразуются в паттерны мышечной активности, позволяя пользователю, например, ходить, ездить на велосипеде или плавать. Пользователи также могут вручную переключаться между этими схемами стимуляции с помощью кликера.

«Все трое пациентов смогли стоять, ходить, крутить педали, плавать и контролировать движения своего туловища всего за один день после того, как их импланты были активированы»

Грегуар Куртин

соавтор исследования из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне

Для исследования были привлечены трое мужчин в возрасте от 29 до 41 года, но авторы эксперимента уверены, что устройство будет работать и у женщин. После первоначальной имплантации пациенты прошли обширную подготовку, чтобы привыкнуть к использованию устройства, восстановить мышечную массу и двигательный контроль.

Как отмечает соавтор исследования Жоселин Блох, доцент нейрохирургии в университетской больнице Лозанны, пациентам потребовалось некоторое время, чтобы привыкнуть к использованию устройства, но в итоге они перешли от применения имплантов только в контролируемых лабораторных условиях к их использованию в повседневной жизни.

Сообщается, что после четырех месяцев тренировок один пациент, Мишель Роккати, смог пройти около километра за пределами лаборатории без остановки, используя только раму для равновесия. Теперь он может непрерывно стоять около двух часов. Как и у других участников испытания, у Роккати полностью поврежден спинной мозг, а это означает, что нервы ниже места травмы вообще не могут связываться с мозгом. Он получил травму в аварии на мотоцикле в 2019 году и потерял чувствительность и контроль над движениями в ногах.

«Это был очень эмоциональный опыт. Теперь это устройство является частью моей повседневной жизни», – говорит Роккати.

По словам мужчины, к нему вернулась чувствительность ног: он чувствует, как его тело соприкасается с землей, а мышцы напрягаются при ходьбе.

Новое устройство основано на уже существующей технологии стимуляторов спинного мозга, которая используется для облегчения боли. Команда модифицировала эти стимуляторы, чтобы воздействовать на определенные нервы, участвующие в управлении мышцами ног и нижней части туловища. Кроме того, в ходе испытания команда подгоняла каждый имплант в соответствии с длиной спинного мозга и положением нервов у разных участников.

«Это дает нам точный контроль над нейронами, регулирующими определенные мышцы. В конечном счете, это позволяет повысить избирательность и точность управления двигательными последовательностями»

Жоселин Блох

доцентка нейрохирургии в университетской больнице Лозанны

Теперь устройство будет протестировано в рамках крупномасштабных испытаний в США и Европе. Команда надеется протестировать устройство на людях с относительно недавними травмами, тогда как трое пациентов, участвовавших в описанном исследовании, получили травмы более года назад. 

«Следующий шаг –начать раньше, сразу после травмы, когда потенциал восстановления намного выше», – говорит Блох. Исследования на животных намекают на то, что электрическая стимуляция может помочь заживлению спинного мозга после травмы, поэтому пациенты потенциально могут восстановить больше чувствительности и моторного контроля, если их имплант будет установлен как можно скорее.

Команда также исследует, можно ли имплантировать аналогичный стимулятор непосредственно в моторную кору, ключевую область мозга, отвечающую за контроль над произвольными движениями. Такое устройство могло бы позволить парализованным людям управлять своими движениями без помощи планшета или кликера.

Однако доступность лечения имеет ограничения: установка импланта требует инвазивной хирургии, и пациенты должны пройти обширное наблюдение и реабилитацию после имплантации.

Ранее специалисты Центра регенеративной биотехнологии Сагол Тель-Авивского университета представили другой подход для помощи парализованным людям. Они разработали гидрогель, запускающий процесс, имитирующий эмбриональное развитие спинного мозга. Пока исследователи из Израиля тестируют такой подход на мышах – и он работает.