深部脑刺激可改善手部力量和功能

匹兹堡大学医学院的研究人员今天在《自然通讯》上报告称，深部脑刺激可能立即改善因脑外伤或中风而减弱的手臂和手部力量和功能。

对猴子和人类进行的大量测试取得了令人鼓舞的结果，为已经广泛使用的脑刺激技术的新临床应用开辟了道路，并为脑损伤导致的运动缺陷背后的神经机制提供了见解。

“手臂和手部瘫痪严重影响了全世界数百万人的生活质量，”资深通讯作者、匹兹堡大学物理医学和康复学助理教授 Elvira Pirondini 博士说。“目前，我们还没有针对中风或脑外伤患者的有效解决方案，但人们对使用刺激大脑以改善上肢运动功能的神经技术的兴趣日益浓厚。”

严重脑外伤或中风引起的脑损伤会破坏运动皮层（控制自主运动的关键脑区）与肌肉之间的神经连接。这些连接的减弱会阻碍肌肉的有效激活，导致运动障碍，包括手臂和手部部分或完全瘫痪。

为了增强现有但较弱的连接的激活，研究人员建议使用深部脑刺激(DBS)，这是一种外科手术，涉及将微型电极放置在大脑的特定区域，以提供调节异常大脑活动的电脉冲。在过去的几十年里，DBS 彻底改变了帕金森病等神经系统疾病的治疗方法，提供了一种控制症状的方法，而这些症状曾经很难单靠药物来控制。

“DBS 改变了许多患者的生活。现在，由于这些设备的安全性和精确度不断提高，DBS 正被视为帮助中风幸存者恢复运动功能的有希望的选择，”该项目的资深作者兼外科负责人、医学博士、哲学博士、神经外科教授兼副主任、匹兹堡大学癫痫和运动障碍项目主任 Jorge González-Martínez 表示。“它为全世界数百万人带来了新的希望。”

受另一个成功的匹兹堡项目（该项目使用电刺激脊髓来恢复中风患者的手臂功能）的启发，科学家们假设，使用 DBS 刺激运动丘脑（位于大脑深处的结构，是运动控制的关键中继枢纽）可以帮助恢复日常生活任务所必需的动作，例如抓取物体。

然而，由于该理论之前尚未经过测试，他们首先必须在猴子身上进行测试，因为猴子是唯一与人类具有相同运动皮层和肌肉之间连接组织的动物。

为了了解运动丘脑的 DBS 如何帮助改善手臂随意运动的机制，并确定植入物的具体位置和最佳刺激频率，研究人员将 FDA 批准的刺激装置植入患有脑损伤以影响其手部有效使用的猴子体内。

一旦开启刺激，肌肉的激活度和握力就会显著提高。重要的是，没有观察到不自主运动。

为了验证该程序是否能够使人类受益，研究人员对一名患者使用了相同的刺激参数，该患者准备在运动丘脑中植入 DBS，以帮助缓解因严重机动车事故造成的脑损伤而引起的手臂震颤，该事故导致了双臂严重瘫痪。

一旦再次开启刺激，手臂运动范围和力量立即得到改善。与没有刺激相比，参与者能够举起中等重量的重物，并且能够更高效、更顺畅地伸手、抓握和举起饮水杯。

为了帮助将这项技术带给临床上的更多患者，研究人员目前正在努力测试 DBS 的长期效果，并确定慢性刺激是否可以进一步改善受创伤性脑损伤或中风影响的患者的手臂和手部功能。

本研究的其他作者包括 Jonathan Ho, BS、Erinn Grigsby, Ph.D.、Arianna Damiani, MS、Lucy Liang, MS、Josep-Maria Balaguer, MS、Sridula Kallakuri、Lilly Tang, BS、Jessica Barrios-Martinez, MD、Vahagn Karapetyan, MD, Ph.D.、Daryl Fields, MD, Ph.D.、Peter Gerszten, MD、T. Kevin Hitchens, Ph.D., MBA、Theodora Constantine, PA-C.、Gregory Adams, BS、Donald Crammond, Ph.D. 和 Marco Capogrosso, Ph.D.，以上人员均来自匹兹堡大学。

更多信息：《Nature Communications》（2024）。DOI ：10.1038/s41467-024-52477-1。www.nature.com /articles/ s41467-024-52477-1 (责任编辑：泉水)

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