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洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和洛桑大學(xué)醫(yī)院的研究人員通過對外側(cè)下丘腦進行深部腦刺激以改善脊髓損傷患者的行走能力并促進康復(fù)。12月2日，相關(guān)研究工作以“Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury”為題發(fā)表于《Nature Medicine》。

脊髓損傷（Spinal cord injury，SCI）破壞了大腦和腰椎脊髓神經(jīng)元之間的信息交流，常導(dǎo)致癱瘓或運動功能受損，這些神經(jīng)元必須被激活才能產(chǎn)生行走能力。

當(dāng)脊髓損傷不完全時，來自位于大腦的脊髓投射神經(jīng)元群的殘余投射的重組恢復(fù)了足夠程度的信息交流，以介導(dǎo)自發(fā)的行走能力的部分恢復(fù)。雖然大腦的許多區(qū)域與無損傷時的行走協(xié)調(diào)有關(guān)，但還不清楚哪些區(qū)域受到脊髓損傷的影響最大，也不清楚其他腦區(qū)能如何支持康復(fù)并幫助恢復(fù)行走能力。

對整個大腦中對生物擾動做出反應(yīng)的區(qū)域和神經(jīng)元進行優(yōu)先級排序是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個基本挑戰(zhàn)。解決這一挑戰(zhàn)的核心是開發(fā)出在大型生物體中同時實現(xiàn)解剖學(xué)和功能性全腦細胞分辨率成像的技術(shù)。

在這項最新研究中，研究團隊使用3D成像技術(shù)繪制了脊髓損傷小鼠在康復(fù)階段的大腦活動，以確定在此期間有哪些腦區(qū)參與行走。他們發(fā)現(xiàn)，外側(cè)下丘腦（Lateral Hypothalamus，LH，該腦區(qū)通常負(fù)責(zé)喚起、進食和動力）區(qū)域的谷氨酸能神經(jīng)元（LHVglut2）似乎在脊髓損傷后的康復(fù)中發(fā)揮重要作用，增加它們的活動可以改善行走能力，這為治療干預(yù)提供了潛在新靶點。

然后，研究團隊針對外側(cè)下丘腦進行了深部腦刺激（deep brain stimulation），結(jié)果顯示，該療法立刻增強了各種脊髓損傷的小鼠和大鼠的行走能力。

脊髓損傷腦恢復(fù)過程中的時空全腦圖。圖片來源：Nature Medicine（2024）

接下來，研究團隊測試了對外側(cè)下丘腦進行深部腦刺激是否能改善兩名慢性不完全脊髓損傷患者的行走能力。

結(jié)果顯示，這兩名原本需要依靠輔助設(shè)備行走且仍有步態(tài)問題的脊髓損傷患者，在外側(cè)下丘腦深部腦刺激后，在10米和6分鐘的步行測試中，行走能力都得到了改善，下半身運動能力也有所改善。當(dāng)與康復(fù)治療結(jié)合時，即使關(guān)閉深部腦刺激，患者的康復(fù)效果仍能持續(xù)。且未發(fā)生治療相關(guān)不良事件。

DBS介導(dǎo)的脊髓損傷患者行走能力得到即時改善

研究結(jié)果凸顯了針對特定腦區(qū)以最大限度地激活脊髓投射神經(jīng)元、促進神經(jīng)功能恢復(fù)的可能性。研究團隊認(rèn)為，盡管還需更大規(guī)模的研究對更多患者進行測試以評估其安全性，但用深部腦刺激激活外側(cè)下丘腦的神經(jīng)元能有助于恢復(fù)一些嚴(yán)重脊髓損傷患者的部分運動能力。

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Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury