导 语
研究人员开发了一种闭环神经假体系统，旨在减轻帕金森病患者的运动缺陷，改善不对称性，提升平衡能力并减少步态冻结。这一创新性神经假体系统为减轻帕金森病患者运动缺陷的严重程度提供了新的研究视角。相关研究结果已在《Nature Medicine》期刊上发表。
1、研究背景
晚期帕金森病患者中，约有90%的患者存在运动缺陷，包括步态障碍、平衡问题和步态冻结。这些缺陷严重影响了患者的生活质量，并增加了合并症的风险。不幸的是，目前可用的治疗方法对于这些缺陷的疗效并不理想。因此，寻找缓解运动缺陷的补充疗法成为晚期帕金森病患者的首要任务。
2、研究概述
基于功能化导电聚合物的设计，研究团队设计了功能化聚苯胺基时序黏附水凝胶贴片。它可以实现心脏的同步机械生理监测和电耦合治疗，并牢固附着在心脏表面监测心脏的机械运动和电活动。
在帕金森病动物模型中，研究人员开发了一种神经假体。该假体采用了经过优化的电极配置植入物，旨在精确定位到每个脊柱节段的背根进入区。为了指导这一技术的发展，研究人员对恒河猴脊髓的解剖结构进行了研究。通过分析脑电图信号，确定了与运动相关的皮层活跃区域，并确定了电极的空间分布，以覆盖所有目标背根进入区域。
图1：药物治疗后动物模型和帕金森病患者的运动缺陷。（图片来自原文）
随后，研究人员将运动皮层活动与脑电信号的时间和位置相结合，提出了一种闭环无线大脑控制的神经假体。他们测试了这种大脑控制神经假体在帕金森病动物模型中对步态障碍和平衡问题的缓解效果。实验结果符合预期，神经假体能够恢复帕金森病模型动物在行走过程中腿部运动神经元的自然激活，从而改善步态质量和平衡。
图2：动物模型中脊髓神经假体的设计（图片来自原文）
最后，研究人员首次在一名有30年帕金森病病史的62岁男性进行了人体临床试验。他们重新设计了经临床批准用于治疗神经源性疼痛的电极阵列，并通过高分辨率CT和MRI生成的个性化脊柱解剖模型进行了神经外科植入的引导。与动物模型不同的是，人体可以容忍附着在四肢上的可穿戴传感器。来自可穿戴传感器的信号适合将脑电信号与正在进行的运动同步。研究人员还开发了在平板电脑上运行的临床级软件，该软件从连接到左右腿的加速度传感器获取信号，并通过硬件和软件链将加速度传感器对运动意图的检测转化为脑电信号的调制。这项研究的结果非常令人鼓舞。植入神经假体后，帕金森病患者的步态问题得到了显著改善，步态更加自然，运动缺陷减轻。
图3：为帕金森病患者设计的神经假体（图片来自原文）
当神经假体启动时，无论是否接受大脑深部刺激，步态冻结几乎消失。这意味着神经假体本身的作用已经足够有效，不需要额外的刺激来缓解步态冻结。而且，随着时间的推移，植入神经假体的受试者能够在户外自由地进行长时间的散步，不再需要额外的帮助。
图4：该神经假体可减轻帕金森病患者的步态障碍、改善平衡、减少步态冻结的频率、提高生活质量并支持社区环境中的活动能力（图片来自原文）
3、研究意义
一种成功研发的神经假体可有效减轻帕金森病引起的步态障碍、平衡问题和步态冻结。此外，神经假体增强的步态康复改善了参与者的神经状态，提升了他们的生活质量。大脑控制的神经假体的概念和技术已经经过充分验证，具备可行性。
参考文献：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
