因脊髓损伤而瘫痪的患者可能面临严峻而艰苦的康复过程，并且功能的恢复远非易事。但是上周发表在《科学报告》上的一项新研究可能为那些患有截瘫的人带来一些希望。研究人员首次展示，使用所谓的脑机接口（BMI）——本质上是假肢设备和神经系统之间的赛博格连接——学习使用BMI控制的设备的过程可以触发慢性脊髓损伤患者的显著神经功能恢复。尽管研究人员确实预计他们的患者在使用该设备（一种旨在移动他们腿部的BMI控制的外骨骼）学习行走方面会取得进展，但感觉和无需辅助运动的恢复完全出乎意料。《大众科学》《思想》栏目采访了神经修复学先驱、杜克大学神经工程中心创始人兼主要研究作者米格尔·A·L·尼科莱利斯，了解有关这些发现和该领域总体情况。
脑机接口实际上是如何工作的？我们首先使用脑电图（EEG）——或者说脑电描记术；换句话说，在头皮上使用电极帽来记录来自外部的[大脑]活动。最初，我们要求患者思考行走，但起初没有信号变化，因为他们的大脑基本上已经忘记了拥有腿是什么感觉。然后我们说，“不要想移动你的腿，而是想你在移动你的手臂。” 在这里，我们开始看到脑电图活动，这被用作初始信号，开始在虚拟现实环境中训练他们。他们被要求通过首先思考移动他们的手臂，然后逐渐地，他们的腿，来控制他们自己在足球场上行走的虚拟化身的运动。
一旦他们掌握了这一点，我们就为他们配备了静态的机器人[腿]，从仅仅控制虚拟化身的运动转变为控制外骨骼并实际尝试行走。我们检测到大脑信号，表明患者正在尝试行走，并且可以将这些信号发送到外骨骼，然后外骨骼为他们完成机械工作，从而使患者能够移动。但我认为这里最重要的创新是，我们首次可以从外骨骼向患者生成非常丰富触觉反馈，以便他们具有行走的感觉。他们可以感觉到机器人脚接触地面的时候。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
诀窍是将这些感觉提供给患者的手臂，鉴于这些是截瘫患者，而不是四肢瘫痪患者[所有肢体瘫痪]，他们的手臂功能正常且感觉正常。患者当然会在尝试行走时看着他们的腿，并且由于视觉信号在大多数时候会覆盖触觉信号，他们的大脑会将信号转换为他们的手臂，并且[他们]开始感觉到似乎来自他们瘫痪的腿的感觉。这是一种幻肢般的感觉。他们会说，“我感觉我的腿在移动，并且我在自己行走”，即使他们是在外骨骼内部并且机器人正在移动他们。所以真的，我们是通过使用皮肤作为传感器来欺骗大脑。
参与您的脑机接口项目的患者看到了哪些改善？
我们观察的所有患者最终都报告说感觉到了脊髓损伤水平以下的感觉。我们也开始看到运动恢复。他们开始自愿控制一些肌肉，这是自他们受伤以来第一次，在某些患者中，这已经超过10年了。我们还注意到，患者开始在肠道蠕动和膀胱控制方面表现出改善，这在脊髓损伤中可能会受损，并可能导致严重的感染。因此，他们也正在经历内脏方面的改善。
随着他们的改善——使用头皮记录——我们看到下肢在皮层中的表征扩大了，这在他们受伤后已经消失了。在一年结束时，一半的患者已从完全瘫痪重新归类为部分瘫痪。自从研究结束以来，所有七名继续与我们在一起的患者都已被重新归类为部分瘫痪。
以前见过这种结果吗？
据我们所知，这是第一个表明脑机接口可以触发截瘫患者部分神经功能恢复的研究。因此，我们非常惊讶，当然也非常高兴。在此之前，这些接口被认为是潜在的辅助技术，而不是疗法。
患者在看到效果之前接受了多长时间的治疗？疗程频率如何？
每个患者的时间各不相同，但大多数患者接受了长达一年的治疗。我们大约在七个月时开始看到改善。我们总共观察了八名患者，所有患者每周都接受大约两次一小时的训练课程。
这项技术存在任何安全隐患吗？
不，我们不这么认为。我们没有看到任何副作用。
还有其他干预措施可以帮助截瘫患者康复吗？
据我们所知，至少在这个程度上没有。偶尔会有关于人们改善的报告。通过刺激脊髓[使用硬膜外电刺激]，医生已经能够在一些患者中诱导运动——但是一旦他们关闭刺激，患者就会停止移动，并且没有长期恢复。
下一步是什么？
我们获得了继续跟踪这项研究中的患者的许可，并且我们还招募了第二批患者来尝试进行一系列安慰剂对照研究。因此，我们计划继续评估感觉和运动恢复随时间的演变和程度。我真的认为这将是重大的。我们正在重新训练人们的大脑以重新获得行走的概念。我们花了15年时间，但我们做到了。