無線腦脊接口：逆轉癱瘓的一大步

摘要：在一項開創性的研究中，研究人員設計了一種無線腦脊接口，使一位癱瘓的男性能夠再次自然行走。這個「數位橋樑」由兩個電子植入物組成——一個在大腦上，另一個在脊髓上——它們能解碼大腦信號並刺激脊髓以激活腿部肌肉。

值得注意的是，這位患者即使在接口關閉時，也經歷了感官知覺和運動技能的顯著恢復。研究團隊希望將這項技術的應用擴展到恢復手臂和手的功能，以及幫助中風患者。

關鍵事實：

• 腦脊接口由兩個電子植入物組成，這些植入物協同工作以解碼大腦信號並刺激脊髓，從而激活腿部肌肉，使自然運動成為可能。
• 患者在感官知覺和運動技能上有顯著改善，這表明即使在接口不活動時，新的神經連接也可能發展出來。
• 研究團隊計劃探索這項技術的應用，以恢復其他功能並幫助中風患者，並且正在與 CEA 和 EPFL 合作，通過 ONWARD Medical 在全球推廣這項技術。

來源：EPFL

來自 EPFL/CHUV/UNIL 和 CEA/CHUGA/UGA 的神經科學家和神經外科醫生在《自然》期刊上報告，他們通過無線數位橋樑重新建立了大腦和脊髓之間的通信，使一位癱瘓者能夠自然行走。

EPFL、CHUV 和 UNIL 的神經科學教授 Grégoire Courtine 總結道：「我們利用腦-電腦接口 (BCI) 技術創建了一個無線接口，將思想轉化為行動。」這項研究發表在《自然》期刊上，標題為「使用腦脊接口在脊髓損傷後自然行走」。

這篇文章介紹了 40 歲的 Gert-Jan，他在一次自行車事故中遭受脊髓損傷，導致癱瘓。

「這個數位橋樑使他能夠重新獲得對癱瘓腿部運動的自然控制，讓他能夠站立、行走，甚至爬樓梯。Gert-Jan 解釋說，他重新找回了與朋友在酒吧站著喝啤酒的樂趣：「這種簡單的快樂代表了我生活中的重大變化。」

建立這個數位橋樑需要兩種電子植入物：一個在大腦上，另一個在脊髓上。

神經外科醫生 Jocelyne Bloch，CHUV、UNIL 和 EPFL 的教授，解釋說：「我們在控制腿部運動的大腦區域上方植入了 WIMAGINE® 設備。」

「這些由 CEA 開發的設備可以解碼當我們想到行走時大腦產生的電信號。我們還在控制腿部運動的脊髓區域上方放置了一個連接到電極陣列的神經刺激器。」

CEA 的 BCI 項目負責人 Guillaume Charvet 補充說：「得益於基於自適應人工智慧方法的算法，運動意圖可以從大腦錄音中實時解碼。」

這些意圖隨後轉換為脊髓的電刺激序列，進而激活腿部肌肉以實現所需的運動。這個數位橋樑無線運作，讓患者能夠獨立移動。

神經功能的恢復

數位橋樑支持的康復使 Gert-Jan 恢復了自事故以來失去的神經功能。

研究人員能夠量化他在感官知覺和運動技能上的顯著改善，即使在數位橋樑關閉時也如此。這種對脊髓的數位修復表明新的神經連接可能已經發展出來。

目前，這個數位橋樑只在一個人身上進行了測試。Jocelyne Bloch 和 Grégoire Courtine 解釋說，未來可以使用類似的策略來恢復手臂和手的功能。

他們補充說，這個數位橋樑也可以應用於其他臨床情況，例如由中風引起的癱瘓。

ONWARD Medical 公司與 CEA 和 EPFL 合作，獲得了歐洲委員會通過其歐洲創新理事會 (EIC) 的支持，以開發數位橋樑的商業版本，目標是使這項技術在全球可用。

資金來源

這項工作得到了以下機構的支持：

• Defitech 基金會
• Rolex 企業獎
• 國際脊髓損傷研究基金會
• Leenaards 基金會 2021 年轉化醫學研究獎
• Pictet 集團慈善基金會
• ONWARD Medical
• 美敦力公司
• 瑞士國家科學基金會通過機器人研究國家競爭力中心 (51NF40-185543)
• Sinergia (CRSII5-183519)
• 與法國國家研究機構的主導機構計劃 (Think2Move SNF-32003BE-205563, ANR-21-CE19-0038)
• A F Harvey 獎
• 瑞士創新機構 InnoSuisse (CTI-41871.1 IP-LS Bridge)
• Eurostars (E!12743 Confirm 和 E!113969 Prep2Go)
• 歐洲委員會 (ERC-2019-PoC Braingait 875660, EIC 2021-TransitionChallenges-01-01 ReverseParalysis 101057450, Horizon-EIC-2021-Pathfinderchallenges-01-02 NEMO-BMI 101070891)
• Clinatec 基金 (WIMAGINE 植入物開發) 和 Carnot Leti 研究所。

關於這項神經科技研究新聞

作者：Emmanuel Barraud 來源：EPFL 聯絡：Emmanuel Barraud – EPFL 圖片：圖片來源於神經科學新聞

原始研究：開放存取。「使用腦脊接口在脊髓損傷後自然行走」由 Henri Lorach 等人發表於《自然》期刊。

摘要

使用腦脊接口在脊髓損傷後自然行走

脊髓損傷中斷了大腦與產生行走的脊髓區域之間的通信，導致癱瘓。

在這裡，我們通過大腦和脊髓之間的數位橋樑恢復了這種通信，使一位慢性四肢癱瘓者能夠在社區環境中自然站立和行走。

這個腦脊接口 (BSI) 由完全植入的記錄和刺激系統組成，建立了皮層信號與針對脊髓中涉及行走的區域的硬膜外電刺激的類比調節之間的直接連接。

一個高度可靠的 BSI 在幾分鐘內進行校準。這種可靠性在一年內保持穩定，包括在家中獨立使用時。

參與者報告說，BSI 使他能夠自然控制腿部的運動，站立、行走、爬樓梯，甚至穿越複雜地形。此外，BSI 支持的神經康復改善了神經恢復。即使在 BSI 關閉時，參與者也能夠使用拐杖在地面上行走。

這個數位橋樑建立了一個框架，以恢復癱瘓後的自然運動控制。