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这只大鼠站在一条狭窄跑道的一端，用后腿站立。它穿着一件连接到机械臂上的黑色小背心，机械臂悬停在它的头顶上方。如果没有这种机械支撑，这只大鼠就会摔倒——它的脊髓上有两处深切口，导致它的后腿失去作用。鲁比亚·范登·布兰德，当时是苏黎世大学的博士候选人，站在跑道的另一端，敦促这只动物行走。虽然机械臂保持大鼠直立，但它无法帮助动物移动；如果这只啮齿动物想要再次行走，它必须用意志力驱动它的脚向前。自从范登·布兰德开始她的实验以来，这只大鼠第一次自主地移动了它的后腿之一——迈出了小而费力的一步。她跑到她老板的办公室，带着这个消息，一群人立即聚集在实验室观看许多人认为不可能的事情。
范登·布兰德和格雷瓜尔·库尔蒂内，现在在洛桑联邦理工学院（E.P.F.L.），以及他们的同事，已经训练脊髓几乎被切断的大鼠重新行走。受伤一周后，大鼠根本无法移动它们的后肢。六周后，它们可以行走、奔跑、爬楼梯甚至冲刺——但这只能在机械臂的支撑下，并伴随着对脊髓的电和化学刺激。在移动跑步机上而不是在固定跑道上训练的大鼠会反射性地移动它们的脚，但从未学会自主行走。只有有意识地参与行走才能促进啮齿动物的大脑、脊髓和肢体之间的新连接，这是它们迈出最初的自主步伐所需要的。“这有点像蹒跚学步的孩子学习走路，”库尔蒂内说。“他们的脊髓充满了活动，大脑需要学习控制脊髓。只要大脑有东西可以控制，它就可以逐步学习再次与这些细胞沟通。”
为了模拟那种导致许多人瘫痪的严重脊髓损伤，研究人员对动物进行麻醉，并在大鼠脊髓两侧的两个位置深深地切开，切断了许多从大脑向下背部延伸的神经连接，但保留了病变之间的一小段组织桥梁。作为一个类比，想象一下在一个粗绳子的相对两侧刻出两个凹口，分开捆绑中许多单独的细绳，但没有完全将绳子切成两半。
经过一周的恢复时间，大鼠无法移动它们的后肢——它们只能用前腿拖着自己移动。范登·布兰德和她的同事们决定使用背心和机械臂装置，以此来迫使大鼠使用它们的后腿。然而，首先，研究人员开始唤醒大鼠脊髓病变下方休眠的神经元——这些细胞已经与上脊髓和大脑断开连接。库尔蒂内和他的同事用电极和一种充当神经递质的化学物质混合物刺激下脊髓，神经递质是神经元用来相互交流的分子。在这样的刺激和机械臂的帮助下，被放在跑步机上的后腿上的大鼠进行了行走的动作。但所有的运动都不是自主的。脊髓可以在没有大脑帮助的情况下协调行走中涉及的大部分运动，只要它从环境中获得感觉输入——例如跑步机的持续运动。库尔蒂内和他的团队想要恢复大鼠有意识的、自主的运动。
研究人员将大鼠分为三组：一组学习在跑步机上行走；另一组学习沿着固定跑道和一组台阶行走；第三组没有接受训练。前两组中的大鼠每天训练约 30 分钟，持续数周，同时接受电和化学刺激。一直以来，研究人员都提供鼓励，无论是欢呼还是提供一些巧克力。两到三周后，在跑道上训练的啮齿动物迈出了它们的第一个自主步伐。到第六周，同样的这些大鼠已经学会了冲刺和爬上小楼梯。跑步机训练的大鼠从未学会迈出自主步伐。
当库尔蒂内和他的同事们对大鼠的脊髓和大脑进行染色时——特别是运动皮层，这是一片有助于计划和指导自主运动的组织——他们观察到在跑道上训练的大鼠中，但不在跑步机上训练的大鼠中，存在广泛的新神经元网络。一项电生理学测试提供了类似的证据。在手术前用电极刺激运动皮层会使大鼠的腿部肌肉抽搐。手术后立即用相同的刺激，它们的腿没有反应。但是，当库尔蒂内用电刺激在跑道上学会行走的大鼠的大脑时，它们的腿再次抽搐，这表明积极的训练重新建立了大脑、脊髓和腿之间的部分神经连接。库尔蒂内认为，幸存的神经元可能在脊髓中剩余的组织碎片上生长出新的连接，绕过了病变。总结一下：迫使大鼠让它们的大脑参与康复治疗，恢复了它们后肢的自主运动；取消大脑参与的必要性，使用跑步机，则破坏了重新获得意识控制的任何机会。该结果发表在6月1日出版的《科学》杂志上。
“这不是脊髓损伤的治愈方法，”库尔蒂内说，“但我们正在研究的东西非常令人惊讶和鼓舞。这与以前的做法截然不同，清楚地表明，真正重要的是在训练期间促进高度功能状态。”
加州大学洛杉矶分校的雷吉·埃杰顿也对动物和人进行了类似的研究，他对这项研究印象深刻，称之为“一项非常重要的研究”。埃杰顿是一个团队的成员，该团队帮助 25 岁的罗布·萨默斯，他在一次肇事逃逸事故后胸部以下瘫痪，学会站立、按指令弯曲肢体并在跑步机上行走，这得益于安全带和对下脊柱的电刺激。萨默斯的决心和意志力很可能促成了他的成就，正如新研究中的大鼠只有在被迫积极思考行走时才重新获得自主控制一样。
“这项新工作有助于深入了解我们之前在人类身上观察到的现象的机制，”埃杰顿说。“最重要的信息是，你必须调动大脑，让大脑努力恢复功能。即使连接尚不存在，你仍然可以有意识地尝试。你必须激活回路，以便它们能够弄清楚如何到达下脊髓。这个小组将早期研究的许多碎片拼凑在一起——我们开始更好地理解一些新的可能性。这对康复来说是一个新的局面。我们现在知道，即使在受伤多年后，仍然存在显著的可塑性。”