当克里斯托弗·里夫瘫痪时，脊髓损伤患者几乎没有希望。现在，研究人员正在结合他们对中枢神经系统重塑和再生能力的了解，以及对脊髓隐藏的智能的新理解，以显著改进治疗方法。
即使是最严重的脊髓损伤通常也不会完全切断大脑、脊柱和身体其他部位之间的联系。科学家们现在正在寻找方法，利用各种技术来充分利用剩余的连接。关于电刺激和运动训练（一种在步行锻炼期间依赖人类或机器人辅助的治疗方法）的研究表明，有可能重新生长大脑和脊髓中受损的神经回路，并恢复一些自主控制能力。一些研究发现，可以诱导脊髓本身的回路来帮助身体再次移动。
当我们走路时，脊髓会处理两个信息来源。一个来自上方：大脑根据我们所看到的内容，发出关于我们想去哪里的指令。另一个来自下方：来自肌肉、肌腱和皮肤的感官信息。脊髓损伤后，大脑和脊髓之间的通信线路会被切断或显著减少，具体取决于事件的严重程度。如果没有大脑的指令，医生和研究人员认为不可能重新获得对肢体的任何控制。但与固定的机械回路不同，大脑和脊髓是可塑的。神经科学中的公理是“一起放电的神经元连接在一起”，这意味着神经元之间的连接会根据活动而生长或萎缩。
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一种很有希望的方法是帮助瘫痪患者在“辅助”技术的支持下完成行走动作，这些技术可以支撑他们的体重。通过放大关节移动时以及脚底从一只脚到另一只脚有节奏地切换压力时产生的感官信号，研究人员认为他们可以弥补大脑信号不足的缺陷。临床医生使用诸如 Lokomat 之类的设备，该设备用安全带支撑患者的体重，并通过机器人腿部支架在跑步机上移动他的腿。肯塔基州脊髓损伤研究中心主任苏珊·哈克玛指出，当在跑步机上进行负重时，新生儿会表现出正确的步态模式，即使他们无法自行开始行走。这表明一些运动“程序”直接存储在脊髓中，并且可以通过感觉输入来触发。根据苏黎世大学的荣誉退休教授、继续在苏黎世 Balgrist 大学医院进行研究的神经学家沃尔克·迪茨的说法，科学家们已经将肌肉中获得步态模式的要素归结为两个：与地面的接触以及髋关节的屈曲和伸展。当研究人员测量 Lokomat 上瘫痪患者的脊髓回路活动时，他们发现该模式与健康志愿者中的模式相同。不同之处在于信号不足以收缩肌肉。运动训练旨在增强脊髓信号。
去年，哈克玛发表了一项研究，调查了运动训练对 196 名不完全脊髓损伤患者的影响。这些患者在瘫痪的肢体中有一些运动或可以收缩一些肌肉，这意味着大脑和脊髓之间仍然存在残留的连接。该研究表明，这种训练可以帮助不完全损伤的人。“其中许多人，即使在受伤几十年后，也能够在之前一直使用轮椅的情况下行走，”哈克玛说。该治疗并非对每个人都有效；大约 12% 的患者没有表现出任何改善。
植入电极
几年前，哈克玛开始对一些对运动训练没有反应的患者测试硬膜外刺激。她在脊髓的最外层手术植入了电极，并在阈值水平以下进行了刺激。由于脊髓习惯于接收来自大脑的大量输入，因此它对感觉输入的反应不如以前强烈。这种刺激的目的是使脊髓对感觉线索更加敏感，以便它们可以触发其固有的运动程序。到目前为止，哈克玛仅在三名患者身上尝试了这项技术。经过大约七个月的刺激和站立训练（其中安全带支撑患者的部分体重，治疗师手动定位肢体），他们多年来首次能够站立并支撑自己的全部体重。哈克玛报告说，一名患者恢复了自主移动脚趾和脚踝以及在躺下时弯曲膝盖 90 度的能力，但仅在接受硬膜外刺激时。自主运动对哈克玛来说是一个惊喜，她得出结论：“如果脊髓处于正确的功能状态，你不需要太多就能执行这些运动。”但她的患者都没有能够迈出一步。她认为，一旦她的研究团队改进了刺激和使用的 16 个电极阵列，就有可能实现行走。
哈克玛推测，激活脊髓也会放大其与大脑之间的残余连接，从而使大脑的微小输入被系统“听到”。
生长新的线路
通过让新的轴突（脑细胞的线状延伸）生长通过脊髓受损部位来增强大脑输入，是再生研究的圣杯。去年在《科学》杂志上发表的一组关于大鼠的精巧实验表明，即使只剩下大脑和脊髓之间一小部分（2%）的连接，硬膜外刺激结合运动训练也可以诱导新的连接通过脊髓的切断部位。瑞士联邦理工学院神经假体和脑思维中心格雷瓜尔·库尔丁教授和他的同事使用一种微型版本的用于人的运动训练设备，训练患有不完全病变的小鼠。安全带支撑了动物的部分体重，因此只有瘫痪的后肢与地面接触。研究人员在诱使大鼠走向美食的同时给予硬膜外刺激。经过三周的训练，大鼠能够迈出第一步，大约五周后，它们可以爬楼梯并在障碍物周围移动。库尔丁发现，训练后，病变部位成为了新轴突的家。它恢复了大约 45% 的病变前连接数量，考虑到最初的切割只留下了很少的轴突，这是一种增长爆炸。
与哈克玛的患者不同，库尔丁的大鼠还服用了增加脊髓中神经元之间交流的药物。两位研究人员都认为，下一步将是让患者接受这种联合治疗，但大鼠使用的药物尚未获得 FDA 对人类的批准。库尔丁建议，在此之前，可以通过靶向脊髓的多个区域来改善患者的硬膜外刺激。这个想法尚未经过测试。
运动训练和硬膜外刺激研究表明，在留下一些大脑连接的情况下，有可能重新生长或增强这些连接并恢复自主控制能力。但是，关于感觉运动完全损伤（患者无法移动或感觉）是否也意味着解剖学上的完全损伤（大脑和脊髓之间绝对没有剩余连接）的争论仍在继续。肯尼迪克里格研究所国际脊髓损伤中心主任神经学家约翰·W·麦克唐纳表示，大约三分之二的完全损伤患者仍然有一些连接。迪茨不同意，他指出脊髓损伤导致的“五到十厘米的出血和破碎的神经元”使得轴突极不可能存活。
库尔丁和他的同事已经表明，即使在切断完全断开大脑与脊髓连接的情况下，大鼠在训练后仍然能够行走、避开障碍物，甚至侧身移动。尽管看起来其中一些动作需要来自大脑的自上而下的控制，但库尔丁说它们完全由脊髓控制。“我们脊髓中有智能神经元网络，可以做出很多决定，这些网络甚至可以学习，”他说。“我们看到的是脊髓中一些回路的选择，这些回路在成功执行任务方面变得更加有效。”
与一些残余大脑输入的大鼠不同，这些大鼠只有感觉输入，并且无法走向美食——它们无法开始自主移动。“运动完全取决于来自腿部的输入，”库尔丁说。只有当它们在跑步机上时，它们才能开始迈步，这样髋关节和肌肉的运动以及爪子上压力的变化才能充当脊髓程序开始的触发器。
刺激肌肉
患有感觉运动完全损伤（无法移动并且没有感觉）的患者，再次移动的可能性只有 3%。到目前为止，运动训练并没有帮助他们恢复迈步的能力。麦克唐纳一直在研究一种不同的技术，即肌肉的电刺激，是否会导致神经可塑性——神经细胞响应新输入而生长和改变的能力。他使用循环功能性电刺激 (cFES)，使完全瘫痪的患者能够在站立的自行车上进行骑行运动。在今年发表在《脊髓医学杂志》上的一项研究中，他发现 cFES 组中提高运动能力的患者比例高于对照组。例如，一些患者能够通过充分调动以前只能抽搐的肌肉来移动腿部的某些部位。cFES 组中的许多人恢复了感觉到针刺或轻触的能力。麦克唐纳认为肌肉活动会导致新的感觉纤维的生长，以及他从这些患者身上看到的变化。
FES 并非新事物；自 70 年代末以来，它一直被用于帮助瘫痪患者。麦克唐纳在克里斯托弗·里夫事故发生大约五年后，当里夫仍然完全没有运动控制，并且预后为永久性完全瘫痪时，将循环 FES 作为克里斯托弗·里夫疗法的一部分。但麦克唐纳认为，肌肉活动可以重新激活神经系统。在每周骑行三小时大约三年后，里夫能够移动手臂和腿部的一些肌肉。
根据迪茨和哈克玛的说法，FES 不会像运动训练那样激活脊髓回路。因此，哈克玛认为它不是治疗不完全损伤患者的正确疗法。
虽然尚不清楚 FES 是否可以帮助患者恢复行走能力，但麦克唐纳表示，它确实可以提高人们的生活质量。之前的研究表明，它可以防止肌肉萎缩、减少痉挛并有助于改善循环。他的研究表明，该治疗可以降低胆固醇水平和肌肉内脂肪，这些因素可能导致脊髓损伤患者患上 2 型糖尿病。患者还恢复了膀胱控制，这是患有此问题的人的优先事项之一。对患者来说，最重要的变化之一是感觉；麦克唐纳说，能够再次感受到拥抱会带来很大的不同。
今天和不久的将来
虽然硬膜外刺激疗法尚未普及，但功能性电刺激（FES）和使用Lokomat及其同类设备的步行训练现在相对容易获得。非营利性康复中心对一次FES治疗收费约120美元，一次步行训练收费约175美元。在保险覆盖治疗的情况下，患者每次治疗需支付约40美元。对于那些不住在康复中心附近的人，可以使用家用FES自行车，但价格在15,000到17,000美元之间。
获得设备非常重要，因为有证据表明，治疗开始得越早，效果越好。Dietz发现，受伤后大约一年，脊髓回路开始“退化”。它们不再以相同的方式响应感觉输入。他认为，训练和刺激可以帮助防止神经元退化，保持脊髓回路开放，以便在未来几年出现新的再生疗法时进行重新编程。
目前处于实验阶段的疗法正在取得进展。Courtine正在研究结合治疗（硬膜外刺激、药物治疗和步行训练）的灵长类动物模型，以便随后在人类身上进行测试。Dietz正在研究提供脊髓刺激的侵入性较小的方法。该领域的研究人员正在取得重大进展，但Courtine警告说，仍有许多工作要做：“我们不是在努力寻找治愈方法，我们正在努力开发干预措施，我希望这些措施能帮助人们改善康复。”