塞巴斯蒂安·托布勒的医生认为，在他发生山地自行车事故完全瘫痪后，他的腿将永远无法再次移动。当他报名参加瑞士洛桑大学医院的一项研究时，托布勒的伤势非常严重，研究人员都怀疑他们的实验性治疗是否会有效。
“我当时想，我们应该招募这位参与者吗？脊髓如此静默的情况非常罕见，”瑞士联邦理工学院的神经科学家格雷瓜尔·库尔蒂纳说道，他指的是托布勒下脊髓中几乎检测不到的电活动水平。
但库尔蒂纳和他的团队一直在研究一种旨在治疗像托布勒这样的脊髓损伤的新技术。它涉及在脊柱底部、骨骼下方但在脊髓上方外科植入一个电刺激器。在设备植入托布勒背部几周后，库尔蒂纳通过让托布勒尝试行走来测试它。
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为了支撑他的体重并让他站立，托布勒被绑在一个悬挂在天花板上的安全带中。当植入物打开时，它向他的脊柱发送一系列有节奏的冲击，就像电鼓声一样。库尔蒂纳花了两个小时调整冲击的频率和强度，而托布勒则努力行走。对于库尔蒂纳的其他研究参与者来说，看到结果并没有花费这么长时间，他们的伤势没有那么严重。但随后托布勒开始在跑步机上迈出突然、不规则的步伐。
“哦，我的天哪。我走起路来像匹马，”托布勒说道。
“难以置信！”库尔蒂纳的博士后们说道。
托布勒是这项研究的三名患者之一，该研究于周三发表在《自然》杂志上，他们借助植入的电刺激器重新获得了下肢的运动能力。这是同类研究中的第三项，前两项研究由路易斯维尔大学和梅奥诊所的研究人员进行。但与之前的试验不同，库尔蒂纳的两名患者能够在诊所外，在植入物未激活的情况下，借助拐杖站立和行走。
格特-扬·奥斯卡姆，研究中的几位患者之一。图片来源：让-巴蒂斯特·米尼亚多
在大多数脊髓损伤中，脊髓并未被切断，而是挫伤。这种损伤剥夺了神经纤维的内衬，而内衬有助于它们有效地传递电信号，类似于橡胶护套绝缘电线的方式。当来自大脑的指令击中脊髓损伤部位时，电信号会消散并变得太弱，无法有效激活肌肉。
科学家认为，植入物的电刺激为大脑的指令重新增加了足够的能量，使肌肉再次运动。“这是最令人兴奋的部分之一，”华盛顿大学的神经科学家切特·莫里茨说道，他没有参与这项新工作。“它正在增强大脑控制腿部的能力。我们认为它充当脊髓的[电]放大器。”
其他研究人员的植入物提供连续的电刺激，而库尔蒂纳的版本则以有节奏的模式发射电脉冲，模仿大脑和脊髓的自然信号传导。莫里茨说，这种断断续续的作用可能是库尔蒂纳的患者据报道显示出比之前研究中更强的恢复迹象的原因。“通过传递有规律的刺激，他们能够在步态上更加协调和流畅，”莫里茨说。当库尔蒂纳让植入物在同一患者身上连续放电时，这种协调性就消失了。
库尔蒂纳和他的同事在周三发表在《自然神经科学》杂志上的第二篇论文中报告称，对脊髓的连续电刺激可能会压倒下肢试图发送给脊髓的通信。“刺激器导致神经向两个方向放电：一个自然方向，但也向后，就像在单行道上逆行一样，”莫里茨说。任何从腿部向上进入脊髓的自然信息——如身体感觉和空间位置——都可能与刺激器的人工信号发生冲突，导致它们相互抵消。
洛桑大学医院的神经外科医生乔斯琳·布洛赫说，这反过来使得脊髓难以协调运动，她参与了新的研究。“信号的碰撞使大脑和患者感到困惑，”她说。但是，如果植入物以脉冲形式产生电刺激，则可能足以让足够的自然信息挤过节奏中的间隙，以帮助患者更好地协调他们的运动。
经过几个月的治疗，所有三位参与者都能够在不打开植入物的情况下移动他们的肢体。因此，似乎几个月的强化物理治疗和植入刺激器的使用实际上正在导致脊髓自愈——但这种明显的自愈看起来像什么还有待商榷。库尔蒂纳认为，脊髓可能正在再生神经纤维，这些神经纤维像在一段损坏的高速公路周围修建新车道一样穿过损伤部位。或者，正如莫里茨认为可能的情况那样，已经穿过损伤部位的受损神经元正在重建它们失去的绝缘层，并且只是开始更好地工作。
库尔蒂纳说，所有参与者在为期五个月的研究过程中都持续改善。“在接近尾声时，他们的改善是最好的，”他说。他们都无法有效地行走以超越轮椅，但他说他们无论如何都在行走。“他们中的两个人可以用拐杖走很长的距离，”他补充道。“而[托布勒]需要助行器。”库尔蒂纳构建了一个移动应用程序，允许患者远程打开或关闭他们的刺激器，以便他们可以在研究结束后在家中进行训练。他还创办了一家名为 GTX Medical 的新公司，以便在研究结束后继续帮助患者，并推广这项技术。
布洛赫说，在研究期间，患者还发生了其他一些事情。在脊髓损伤后，许多人会失去其他身体功能，例如出汗、膀胱和肠道控制以及性功能。对于一些患者来说，重新获得这些功能比行走更重要。“一位患者开始出汗更多，”布洛赫说。其他人开始在上半身的一些部位有更多的感觉。“康复不仅仅是为了行走，”她说。
无论如何，能够站立和稍微行走对研究参与者来说都是一个象征性的胜利。格特-扬·奥斯卡姆在试验前只能稍微移动他的腿，但现在他说他可以站起来在家做一些简单的任务——包括烹饪和烧烤。“虽然应该能够在不久的将来自己站着烧烤，但现在需要有人扶着我以确保安全，”他在一份书面声明中说道。“临床试验给了我希望。”