信号接通!瘫患猴重新行走

2016-11-30 10:14 来源:中国青年报  我有话说
2016-11-30 10:14:10来源:中国青年报作者:责任编辑:赵清建

格雷瓜尔·库尔蒂纳和团队成员

面对全身瘫痪的现实,已故好莱坞明星克里斯托弗·里夫,曾固执地不愿接受。

  在银幕上,这位身高1米94、身材魁梧的“超人”扮演者,拥有钢铁之躯,能救人类于水火之中。在现实中,他因骑马时意外摔断颈椎,脊髓严重受损。医生宣判他将靠轮椅度过余生,但他认为,随着科技发展,“终有方法治愈”。

  如今,由法国神经学家格雷瓜尔·库尔蒂纳(Grégoire Courtine)领衔,一支跨国研究团队奇迹般地让两只脊髓损伤的猴子恢复了自主行走——将芯片植入猴子大脑,发送无线信号,激活植于受伤的脊髓下段的接收器和脊髓电极,唤醒沉睡的运动神经。

  “这是头一次,我们看见一个下肢瘫痪的非人灵长类动物,恢复了接近正常的行走步态,看起来就像脊髓没受过伤一样。这简直难以置信。”面对镜头,库尔蒂纳眼眶湿润。

  参与研究的中国籍专家李秦博士告诉中国青年报·中青在线记者:“这也意味着,在人类身上实现的可能性非常大。”遗憾的是,12年前,因为心脏病突发,“超人”里夫没能等到这一天。

  受“超人”鼓舞,科学家不断尝试“更实用的方法”

  在中国医学科学院医学实验动物研究所的MOTAC中英合作实验室中,右下肢瘫痪的猕猴终于在跑步机上迈开步子,原本屏住呼吸的库尔蒂纳和同事纷纷鼓掌,挥舞手臂,爆发出欢呼声:“它又会走路了!”

  为了这一刻,他们已经努力了7年。此前,他们让瘫痪的大鼠站了起来,这一次是更加接近人类的灵长类动物。同时,该研究最大的突破在于,猴子可以通过自身的意识控制下肢的运动,而不需要借助外部的“开关”。

  这绝不是一项简单的工程,瑞士洛桑联邦理工学院的库尔蒂纳,形容这是“一曲协奏乐章”。包括中国在内,7个国家11家机构近百位研究人员参与,其中有神经生物学家和神经外科医生,也有工程师和理疗师。每天他们通过邮件交流最新的进展,随时探讨问题,也常去其他成员的国家访问。

  对“总指挥”库尔蒂纳来说,正是“超人”里夫让他下定决心,在这一领域深耕,帮助瘫痪病人对抗残疾。

  在遭遇意外前,里夫和电影中的超人一样勇敢无畏。他喜欢独自航海,曾驾飞机横跨大西洋。哪怕瘫痪后,他也穿着西装,戴着呼吸机,用虚弱的声音坚定地宣布:“世界上有些人可以接受肢体残疾的现实,但我,绝不是他们中的一个。”

  他坚信自己会重新站起来。为了用足够好的身体迎接未来的科学成果,他每周做3次高强度锻炼,保持肌肉的弹性。尽管在事故发生后的两年内,他曾13次被送回医院,几次因为呼吸机脱落差点死去,并摊上了几乎所有并发症——肺炎、骨折、血栓、皮肤破裂、肠道疾病等。

  他还和妻子创办了克里斯托弗·里夫瘫痪基金会,支持脊髓损伤治疗的相关研究。17年前,库尔蒂纳作为一个“小小的博士后”,在该基金会兼职。

  他至今记得,那是一个普通的工作日,在一天快结束的时候,里夫对在场的学者和技术专家强调:“你们一定要专注于实用价值。”

  “明天,当你们离开实验室时,我希望你们顺便去康复中心看看,瞧瞧那些伤者如何拼尽全力迈出一小步,如何挣扎着维持他们正在萎缩的躯体,然后等你们回家后,想想如何改变自己的研究方向,让他们的生活更美好。”这段话击中了库尔蒂纳。

  他至今仍提醒自己和团队成员,“必须坚持尝试更实用的方法”,不断寻找见效最快、最实际的治疗手段。

  过去经典的治疗方法是,神经桥梁的脊髓断了,人们就去修复这座大桥,通过刺激让被切断的神经纤维重新生长,最终“让大桥通车”。但对于库尔蒂纳来说,“这实在是太复杂了”。如果要尽早实现临床应用,他必须另辟蹊径。

  “这次我们相当于在空中搭了一座桥。”李秦博士解释说,只不过这座桥是无形的。当脑中的电极捕捉到运动指令后,可以通过无线网络,绕过脊髓损伤区域,直接激活损伤下段脊髓,向肢体传递神经信号。

  当这个“看似疯狂”的想法第一次闪现时,库尔蒂纳甚至不敢告诉自己的博士后导师。没想到,当他鼓足勇气敲开办公室门后,导师思忖了片刻,然后微微一笑:“干嘛不试试?”

  大脑发出信号,通过电脑传递给腰部,控制下肢

  把这个想法变为现实,很不容易。

  “最困难的是研发所有需要的技术,并且把它们全部融合在一起。”库尔蒂纳对中国青年报·中青在线记者表示。

  在百余年间,脊髓损伤引起的瘫痪一度被认为“治愈无望”。尽管里夫发誓,他将在50岁生日前重新学会走路,但无论他如何坚持锻炼,用电极刺激肌肉,这一愿望还是落了空。

  不过,他唤起了公众对脊髓损伤治疗的关注。“每年有87亿美元花在那些脊髓损伤病人身上,仅仅用于勉强维持他们的生命,给他们提供轮椅,而非治愈他们,或者真正做点儿什么。”里夫在接受采访时强调。

  他的基金会将各自作战的科学家拧成了一股绳。有人认为,此前,相关的研究以“蜗牛般的速度缓慢爬行”,而里夫执着的信仰,带来了巨大的推力,这一领域突然快速取得进展,“人们终于在隧道中看到了光亮”。

  让瘫痪的猴子重新行走,无疑是光亮的一部分。

  “这是脑和脊柱接口的重大突破。”李秦博士介绍。瘫痪猴子的脑部和损伤的脊髓下面,分别安装了电极。一旦猴子想要控制自己的右下肢,大脑便会发出特定的电信号。当脑中的电极捕捉到这个信号,便会通过无线网络和外部计算机沟通,计算机会将指令发送给腰部电极,从而控制猴子下肢的运动。

  “说起来容易,实际操作起来非常难。”李秦回忆,团队成员经常在实验室待到凌晨,研究收集的大脑信号,或者改进实验装置。

  首先要挑战大脑解码。他们导出猴子运动时的脑电活动,然后在纷杂的信号海洋中,剔除无数干扰,最终找到控制右下肢活动的那个关键信号。

  让瘫痪的下肢自己动起来,也是一项关键技术。数年前,库尔蒂纳和团队已经在大鼠身上试验成功。在给大鼠脊髓下部安装电极并发送模拟大脑发出的电信号后,他们惊喜地看到,在大脑完全没有参与的情况下,瘫痪的大鼠嗖地就站了起来。

  但不久后,库尔蒂纳开始感到沮丧,“这种运动完全是非主动的,大鼠实际上并不能控制自己的腿,很显然,还缺个方向盘”。

  这次他们成功地在猴子脑中装上了“方向盘”。脑中植入的电极,能让猴子通过自己的“思想”控制腿部运动。这也是库尔蒂纳团队此项研究最大的亮点。

  未来,机器可能给瘫患者带来更多自由

  库尔蒂纳给自己的项目命名为“重新行走计划”。他希望,5年后将脑和脊柱接口技术推进到人类临床试验阶段。

  如果里夫还活着,这位“钢铁超人”也许会毫不犹豫地接受试验。

  在朋友心中,里夫从不畏惧失败。他甚至告诉媒体:希望成为第一个“头颅移植手术”的人体试验品。但是在他发出呼声的1999年,由于技术不成熟,手术没有实施。

  他还会坐在轮椅上,教儿子如何骑自行车。当时,年幼的孩子晃晃悠悠地坐在车上,听到背后父亲有力的指示:“听着,用力蹬你的右脚,把左脚放在踏板上,手臂保持笔直,眼睛盯着前方,然后拼命地向前、向前、向前!”

  迎着风险向前,同样是库尔蒂纳唯一的选择。这一刻,他感到“既兴奋又恐惧”。在十几年的艰苦研究之后,他终于有望实现“超人”里夫所说的“实用价值”。但在人类身上做实验,意味着他不得不担起更大的责任。

  他对记者表示:“我们的目标是帮助瘫痪者更好地康复,而非科幻般地消灭瘫痪。”首先,目前这项研究中依赖的电信号仅仅能让腿部伸展和弯曲,还无法完成更精细的动作,比如改变运动方向,或是越过障碍物。其次,如果运用到人类身上,还必须考虑如何适应直立行走时的身体平衡。

  不过,当成果发表在《自然》杂志上后,有学者评价,这项研究是人类治疗瘫痪历史上的“又一里程碑”。

  不久前,荷兰一名失去说话能力的渐冻症患者,成功地实现了用“意念”打字。通过在大脑中植入电极,捕捉精准的电信号,并让电极与计算机通信,她在短短6个月的训练之后,打字准确率达到了90%。

  这都归功于近年来快速发展的脑机接口技术,先解码大脑信号,然后通过计算机枢纽,让大脑和外部设备相连。此前,布朗大学和斯坦福大学的联合团队,让瘫痪病人通过意念控制了外部的机械臂,指挥其抓起了饮料瓶,送到自己嘴边。

  未来,机器可能给瘫患者带来更多自由。

  “完全放开了想,将来或许有一种装置,可以读懂我们的思想。你想干什么,它都能翻译出来,然后让机器人替你去干。”李秦博士大胆设想。

  在库尔蒂纳看来,若能提高瘫痪病人的生活质量,他便心满意足了。世界上每年有50万人因脊髓损伤而瘫痪,“在短短几秒内,他们的生命突然变得黯淡无光”。

  就像从前视自由为生命的“超人”里夫,意外发生后,他甚至无法给家人一个最简单的拥抱。他常常觉得,不能移动的身体与其说是血肉之躯,不如说是僵硬的石头。

  “有时,瞥见人们自然地从椅子上起身,走出房间,我都会感到嫉妒。我知道他们做这些动作的时候,脑子里可能啥都没想。而我却看着他们惊讶地感慨:这究竟是怎么发生的?”

  “超人”最终没等到他想要的。但他说过,在所有的梦里,他依然精力充沛地做着自己热爱的事儿,完美地掌控着自己的身体,无论是骑马、航行,还是拍电影、开飞机。

  这些梦也许会在更多瘫患者的生命里变成现实,如果那天真的到来,“超人”又得记大功。(中国青年报记者·中青在线记者 郭路瑶)

[责任编辑:赵清建]

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