Люди с парализующими травмами спинного мозга могут снова ходить с помощью медицинских устройств, которые воздействуют на их нервы электрическим током. Однако разработчики этих новых имплантатов не были полностью уверены в том, как именно они восстанавливают двигательную функцию с течением времени — теперь же новое исследование даёт ключ к разгадке.
Новое исследование на людях и лабораторных мышах, опубликованное 9 ноября в журнале Nature, указывает на специфическую популяцию нервных клеток, которые, по-видимому, являются ключевыми для восстановления способности ходить после травмы спинного мозга, приведшей к параличу. С помощью разряда электричества имплантат может включать эти нейроны и, таким образом, запускать каскад событий, в ходе которых меняется сама архитектура нервной системы. Исследователи пришли к выводу, что такая клеточная перестройка восстанавливает утраченные линии связи между мозгом и мышцами, необходимые для ходьбы, позволяя когда-то парализованным людям снова ходить.
Понимание того, как система стимуляции нервов, называемая эпидуральной электрической стимуляцией (ЭЭС), «меняет форму спинномозговых цепей, может помочь исследователям разработать целевые методы восстановления ходьбы и потенциально обеспечить восстановление более сложных движений», объяснили Эйман Азим (Eiman Azim), главный исследователь Института биологических исследований Солка в Ла-Хойя, Калифорния, и Ки Вуи Хуанг (Kee Wui Huang), научный сотрудник лаборатории Азима.
В новом исследовании приняли участие девять человек, имевших парализующие повреждения спинного мозга. Шестеро из них были в основном или полностью неспособны двигать ногами, но сохраняли некоторую чувствительность в конечностях; у остальных трёх участников не было ни двигательного контроля, ни ощущений ниже пояса.
Девять участников перенесли операцию по имплантации электродов в нижнюю часть спинного мозга, ниже мышц и костей, но вне мембраны, покрывающей нервную систему. Затем каждый участник в течение пяти месяцев тренировался со своим имплантатом. Они начали с того, что практиковали стояние, ходьбу и выполнение различных упражнений в помещении с весовой обвязкой, после чего в конечном итоге перешли к тренировкам на открытом воздухе с ходунками для устойчивости.
Эти упражнения были выполнены с включённым имплантатом ЭЭС, но со временем четверо из девяти участников научились удерживать вес и ходить с выключенным устройством, пишут исследователи в своём отчёте.
Команда также обнаружила, что по мере того, как каждый участник восстанавливал способность ходить, общая активность их спинного мозга снижалась в ответ на ЭЭС — то, что первоначально выглядело как бушующий пожар активации нервных клеток, превратилось в тлеющий костёр. Это указывало на то, что сочетание реабилитации и электрической стимуляции реорганизовывало нервную систему таким образом, что для выполнения одного и того же действия требовалось всё меньше и меньше клеток.
«Размышление об этом не должно удивлять, поскольку в мозге, когда вы изучаете задачу, вы именно это и видите — активируется всё меньше и меньше нейронов» по мере того, как вы совершенствуетесь, рассказал Nature соавтор исследования Грегуар Куртин (Grégoire Courtine), нейробиолог и профессор Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL).
Команда использовала имплантаты ЭЭС размером с грызуна, чтобы изучить, как эта реорганизация происходит у имеющих паралич мышей. Мыши прошли курс реабилитации, как и люди, и на протяжении всего исследования учёные отслеживали, какие из их нервных клеток реагировали на лечение, изменяя включённые гены.
Этот анализ выявил группу нейронов в поясничном отделе спинного мозга, которые постоянно реагировали на терапию, даже когда другие нейроны становились менее активными. Блокирование активности этих нейронов у неповреждённых мышей не влияло на их способность ходить, но у травмированных мышей с параличом подавление клеток не позволяло им снова ходить. Это говорит о том, что, хотя другие нервные клетки могут играть свою роль в восстановлении, эта конкретная группа особенно важна, сказала Кортин в интервью журналу Science.
«Полученные результаты согласуются с идеей о том, что определённые типы спинномозговых нейронов, которые в результате травмы потеряли свою способность передавать сигналы от мозга, могут быть «пробуждены» или переназначены для восстановления движения, если им будет предоставлена соответствующая комбинация стимуляции и реабилитации», — отметили Азим и Хуан.
По их словам, если предположить, что результаты исследований на мышах применимы к людям, эксперименты могут заложить основу для новых и улучшенных устройств, предназначенных для восстановления спинного мозга после травмы.
