Jun 13, 2023
Нейроны, восстанавливающие ходьбу после паралича
Природа том 611, стр.
Nature, том 611, страницы 540–547 (2022 г.) Процитировать эту статью
133 тыс. доступов
19 цитат
3171 Альтметрика
Подробности о метриках
Травма спинного мозга прерывает пути, ведущие от головного мозга и ствола мозга к поясничному отделу спинного мозга, что приводит к параличу. Здесь мы показываем, что пространственно-временная эпидуральная электрическая стимуляция (EES) поясничного отдела спинного мозга1,2,3, примененная во время нейрореабилитации4,5 (EESREHAB), восстановила ходьбу у девяти человек с хронической травмой спинного мозга. Это восстановление включало снижение активности нейронов в поясничном отделе спинного мозга человека во время ходьбы. Мы предположили, что это неожиданное снижение отражает зависящий от активности отбор определенных субпопуляций нейронов, которые становятся необходимыми для ходьбы пациента после травмы спинного мозга. Чтобы идентифицировать эти предполагаемые нейроны, мы смоделировали технологические и терапевтические особенности, лежащие в основе EESREHAB, на мышах. Мы применили секвенирование одноядерной РНК6,7,8,9 и пространственную транскриптомику10,11 к спинному мозгу этих мышей, чтобы составить молекулярный атлас восстановления после паралича с пространственным разрешением. Затем мы использовали тип клеток12,13 и пространственную приоритезацию, чтобы идентифицировать нейроны, участвующие в восстановлении ходьбы. Возникла единственная популяция возбуждающих интернейронов, гнездящихся внутри промежуточных пластинок. Хотя эти нейроны не необходимы для ходьбы до травмы спинного мозга, мы показываем, что они необходимы для восстановления ходьбы с ЭЭС после травмы спинного мозга. Увеличение активности этих нейронов фенокопировало восстановление ходьбы, возможное с помощью EESREHAB, тогда как их абляция предотвращала восстановление ходьбы, которое происходит спонтанно после умеренной травмы спинного мозга. Таким образом, мы идентифицировали субпопуляцию нейронов, организующую восстановление, которая необходима и достаточна для восстановления ходьбы после паралича. Более того, наша методология создает основу для использования молекулярной картографии для выявления нейронов, отвечающих за сложное поведение.
Нейроны, отвечающие за ходьбу, расположены в поясничном отделе спинного мозга14. Чтобы ходить, мозг передает команды по нисходящим путям, идущим каскадом от ствола мозга, чтобы активировать эти нейроны15,16. Тяжелая травма спинного мозга (ТСМ) нарушает работу этой прекрасно организованной системы связи15. Хотя нейроны, расположенные в поясничном отделе спинного мозга, не повреждаются напрямую в результате травмы, истощение важных супраспинальных команд делает их нефункциональными4. Последствием является постоянный паралич.
В отдельных тематических исследованиях сообщалось, что ЭЭС может немедленно реактивировать нефункциональные нейроны поясничного отдела спинного мозга17,18, позволяя людям с параличом ходить1,18,19,20. Применение ЭЭС во время нейрореабилитации (EESREHAB) еще больше улучшило восстановление ходьбы, даже когда стимуляция была отключена1,21.
Биологические принципы, посредством которых EESREHAB задействует и реконструирует поясничный отдел спинного мозга для восстановления ходьбы, остаются неизвестными. Мы предположили, что EESREHAB должен задействовать и ремоделировать важные, но еще не идентифицированные нейроны спинного мозга, которые становятся необходимыми для ходьбы после паралича.
Сначала мы проверили, может ли EESREHAB восстановить ходьбу у большой популяции людей с ТСМ, и включает ли это восстановление ремоделирование поясничного отдела спинного мозга.
Девять человек были включены в первое клиническое исследование на людях «Стимуляция движения поверхностная» (STIMO) (clinicaltrials.gov: NCT02936453; Дополнительная информация), целью которого было установить безопасность и осуществимость EESREHAB для улучшения восстановления ходьбы у людей. с хронической ТСМ. EESREHAB сочетает в себе хирургически имплантированный нейростимулятор, соединенный с многоэлектродным электродом-лопаткой, который обеспечивает замкнутый цикл управления биомиметическими протоколами EES1,2,18, а также наземную нейрореабилитацию, поддерживаемую многонаправленной роботизированной системой поддержки1,22 (рис. 1a и дополнительная таблица 1). . У первых шести участников был тяжелый или полный двигательный паралич, но все они сохранили некоторую степень чувствительности в ногах. У трех других участников наблюдался полный сенсомоторный паралич. Первым шести участникам были имплантированы перепрофилированные электроды-лопатки, первоначально разработанные для лечения нейропатической боли1, а последним трем участникам были имплантированы специально разработанные электроды-лопатки новой конструкции, предназначенные для воздействия на совокупность грудных, поясничных и крестцовых дорсальных корешков, участвующих в производство ходьбы18.