脊髓損傷（Spinal cord injury，SCI）破壞了大腦和腰椎脊髓神經元之間的信息交流，常導致癱瘓或運動功能受損，這些神經元必須被激活才能產生行走能力。
當脊髓損傷不完全時，來自位于大腦的脊髓投射神經元群的殘余投射的重組恢復了足夠程度的信息交流，以介導自發(fā)的行走能力的部分恢復。雖然大腦的許多區(qū)域與無損傷時的行走協(xié)調有關，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)能如何支持康復并幫助恢復行走能力。
2024年12月2日，洛桑聯邦理工學院和洛桑大學醫(yī)院的研究人員在 Nature Medicine 期刊發(fā)表了題為：Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury 的研究論文。
該研究顯示，對外側下丘腦進行深部腦刺激，能夠改善脊髓損傷患者的行走能力并促進康復，這一發(fā)現凸顯出未來針對特定腦區(qū)使用深部腦刺激治療脊髓損傷患者的潛力。
該團隊此前通過脊髓電刺激，成功幫助多名已完全癱瘓的脊髓損傷患者恢復了獨立運動能力。
Jocelyne Bloch（左），Grégoire Courtine（右）
對整個大腦中對生物擾動做出反應的區(qū)域和神經元進行優(yōu)先級排序是神經科學領域的一個基本挑戰(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解剖學和功能性全腦細胞分辨率成像的技術。
在這項最新研究中，研究團隊使用3D成像技術繪制了脊髓損傷小鼠在康復階段的大腦活動，以確定在此期間有哪些腦區(qū)參與行走。他們發(fā)現，外側下丘腦（Lateral Hypothalamus，LH，該腦區(qū)通常負責喚起、進食和動力）區(qū)域的谷氨酸能神經元（LHVglut2）似乎在脊髓損傷后的康復中發(fā)揮重要作用，增加它們的活動可以改善行走能力，這為治療干預提供了潛在新靶點。
然后，研究團隊針對外側下丘腦進行了深部腦刺激（deep brain stimulation），結果顯示，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。
接下來，研究團隊測試了對外側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。
結果顯示，這兩名原本需要依靠輔助設備行走且仍有步態(tài)問題的脊髓損傷患者，在外側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。當與康復治療結合時，即使關閉深部腦刺激，患者的康復效果仍能持續(xù)。且未發(fā)生治療相關不良事件。
這些結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元、促進神經功能恢復的可能性。研究團隊認為，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下丘腦的神經元能有助于恢復一些嚴重脊髓損傷患者的部分運動能力。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41591-024-03306-x
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