211service.com
Lammede rotter går igen
Rotter, der er lammet af rygmarvsskade, kan lære at kontrollere deres baglemmer igen, hvis de trænes til at gå i en rehabiliteringsanordning, mens deres nedre rygsøjle er elektrisk og kemisk stimuleret. Et klinisk forsøg med et lignende system bygget til mennesker kan begynde i de næste par år.
Forskere i Schweiz brugte elektrisk og kemisk stimulering til at excitere neuroner i den nedre rygmarv hos lammede rotter, mens gnaverne blev suspenderet i en vest, der tvang dem til at gå kun ved hjælp af deres bagben. Den rehabiliterende procedure førte til skabelsen af nye neuronale forbindelser mellem den bevægelsesstyrende motoriske cortex i hjernen og den nedre rygsøjle, rapporterer forskerne i Videnskab.
Tidligere forskning har vist, at det er muligt at vende nogle af virkningerne af rygmarvsskade ved at omgå den normale forbindelse mellem hjerne og ben, som bliver brudt af skaden. For eksempel kan gang udløses hos rygmarvsskadede rotter, hvis deres rygsøjle stimuleres. Men indtil nu har en sådan bevægelse været ufrivillig. Denne nye forskning viser, at med et specialiseret træningssystem kan lignende rotter genvinde frivillig kontrol over deres ben.
En rapport offentliggjort sidste år viste det principielle bevis på, at denne form for tilgang kan fungere hos patienter, siger Gregoire Courtine , seniorforfatter af rottestudiet. I maj 2011 blev 25-årige Rob Summers, der var blevet lam fra brystet og ned i en bilulykke, rapporteret at stå på egen hånd i et par minutter med elektrisk stimulering af sin rygmarv. Han kunne også tage gentagne skridt på et løbebånd med stimulationen, som aktiverer områder i den nedre rygmarv, der styrer gang. Bevægelsen som følge af denne form for stimulering er automatisk og ufrivillig og menes ikke at kræve nogen direkte kommunikation fra hjernen.
Courtine havde tidligere vist, at denne type automatisk gang kunne sætte gang i gangmønstre i bagbenene på rygmarvsskadede rotter, som blev spinalt stimuleret, mens de var på et løbebånd. Fordi rygsøjlen kunne styre gangmønsteret, havde Courtine mistanke om, at kun et svagt signal fra hjernen ville være nødvendigt for, at dyrene kunne begynde at gå frivilligt.
For at teste, om rotterne kunne genvinde hjernestyret kontrol over disse bevægelser, udviklede han og hans team et robotstøttesystem, der suspenderer rotter i en tobenet stående stilling og hjælper med balancen, men som ikke giver noget fremadgående momentum. Ti lammede rotter blev dagligt trænet til at gå med stimulation både på løbebånd og i robotsystemet. Efter to til tre uger tog rotterne deres første frivillige skridt. Det er første gang, vi har set frivillig kontrol af bevægelse hos et dyr med [en skade], som normalt efterlader det fuldstændigt lammet, siger Courtine.
Nøglen til denne bedring var rottens hjernes aktive rolle i ønsket om at komme videre. Den elektriske og kemiske stimulering sætter rottens nervesystem i en tilstand, hvor det er muligt at gå, siger studiemedforfatter Janine Heutschi, og så skal du få rotten til at ville gå. Rotternes lyst til at gå var motiveret af chokoladebelønninger og vokal opmuntring fra forskerne (som du kan høre i denne video fra Swiss Federal Institute of Technology). Robotophænget tvinger gnaverne til at bruge deres sovende baglemmer og ikke slæbe sig frem med deres stadig funktionelle forlemmer.
Kombinationen af elektrokemisk stimulering og aktiv træning, som inkluderede at gå op ad trapper og rundt om forhindringer, resulterede i nye neuronale forbindelser, der omgik skadestedet. Vi fremmede omfattende ombygning af de neuronale forbindelser, ikke kun på skadestedet, men i hele centralnervesystemet, inklusive i hjernen, siger Courtine. Det, der var mest overraskende, siger han, var den firedobbelte stigning i neuronale projektioner sendt til hjernestammen fra den motoriske cortex, som giver bevidst kontrol over bevægelser. Den motoriske cortex bliver reorganiseringsprocessens maestro.
Rotternes bevidste hensigt var også nødvendig for ombygningen. Nervesystemet hos rotter, der modtog den elektrokemiske stimulation, men kun trænede på løbebånd, viste ikke de anatomiske ændringer. Du skal inkorporere et input fra hjernen, siger Heutschi. Det virker ikke, hvis rotten er på et løbebånd; du skal tvinge dem til at bruge hjernen til at kontrollere deres baglemmer.
Den kliniske betydning af resultaterne er uklar, ifølge Rutgers University neuroforsker Kloge Ung på grund af den usædvanlige kirurgiske skade på forsøgsrotterne (to snit på hver side af snoren i forskellige højder). En mere relevant skade ville have været en rygmarvskontusion eller et blåt mærke, siger han.
Andre eksperter mener dog, at resultaterne er lovende for de rygmarvsskadede patienter, som ikke har et fuldstændigt snit gennem ledningen. Selvom alle forbindelser mellem hjernen og den nedre rygmarv blev forstyrret i forsøgsrotterne, er der nogle tilbageværende fibre, så skønheden ved deres teknologi er at bruge robottræningssystemet til at aktivere de resterende forbindelser, der kan tillade cortex at kontrollere lemmer og at genvinde frivillig bevægelse, siger Zhigang He , en neuroforsker ved Harvard Medical School. Dette robottræningssystem får det til at ske, siger han.
Der er planer om at udvikle en version af træningssystemet i menneskestørrelse og at teste dets virkninger i kliniske forsøg i Europa. Forskere ved det schweiziske føderale teknologiske institut og andre europæiske institutioner arbejder også på en forbedret, implanterbar version af det elektriske spinalstimuleringssystem, der kan finde vej til mennesker næste år.