罗伯·萨默斯（Rob Summers）意识到自己可以扭动自己的大脚趾时，在肯塔基州的一家康复机构里平躺着。上，下，上，下。这是新的“他无法做的事情，因为一个有撞车的司机使他瘫痪了。”四年前那件事发生时，医生告诉他，他再也不会移动下半身。现在，他参与了一项开创性实验，以测试脊髓损伤患者的电刺激能力。
夏季说：“到时候，我可以扭动我的脚趾。”
肯塔基州路易斯维尔大学的神经生理学家Susan Harkema坐在附近，吸收了她计算机中的数据。她太不可思议了。萨默斯的脚趾可能在动，但他不受控制。她很确定。尽管如此，她还是决定对他幽默。她要求他闭上眼睛，然后将右脚趾向上，向下，然后向上移动。她移到左脚趾。他表现出色。
哈尔克马说。她现在正在注意。
他问道：“现在正在发生什么？”
她回答：“不知道。”
萨默斯曾是一名大学棒球运动员，有着雄心勃勃的野心，在撞到他的车辆将其所有韧带和肌腱折断在脖子上之前，他的椎骨可以砸伤它想要保护的脆弱神经组织。医生将受伤归类为完全。他腿上的马达连接已被擦掉。
当哈克玛（Harkema）和她的同事在2009年在他的脊椎上植入一条细小的电极条时，他们并没有试图恢复萨默斯（Summers）自行移动的能力。相反，研究人员希望证明脊柱包含人体站立和行走所需的所有电路。他们认为，这种方法可以使患有脊髓损伤的人站立和行走，并使用电刺激代替曾经来自大脑的信号。
因此，当萨默斯故意移动脚趾时，Harkema傻眼了。
长期以来，普遍的观点认为，脊髓损伤代表大脑和四肢之间的连接断开。几十年来，研究人员一直致力于修复这些连接，例如与干细胞的连接。但是，来自Harkema小组和其他实验室的发现表明，即使对于遭受最严重伤害的人，某些联系仍然完好无损。电刺激似乎有助于放大在受伤过程中发送的消息，并重新建立这些链接。
萨默斯神经连接的惊人唤醒是一连串进步的一部分，这些进步推动了对脊髓损伤的研究。去年，肯塔基州，明尼苏达州和瑞士的实验室通过大量案例研究成为头条新闻。最初设计用于治疗慢性疼痛的刺激器现在已经帮助大约十二名瘫痪的人扭动脚趾，弯曲腿部或在支撑下行走长达1公里。但是这些设备似乎也提供了更广泛的好处。一些研究参与者发现，在改善血压，肠和膀胱控制以及性功能方面，脊髓损伤患者通常比腿部锻炼更有价值。在某些情况下，即使关闭了刺激器，这些好处仍然存在。该结果为改善生活质量提供了希望，即使对于那些在数年或数十年前瘫痪的人来说，这一发现也颠覆了有关脊髓损伤的传统观点。加州大学洛杉矶分校（UCLA）的生理学家Reggie Edgerton说：“这是一种新的球类运动。”
现在，进入刺激试验的候补名单已经有数千个了。并且，至少有一家医院在没有正式批准或未完全考虑所涉及的风险和利益的情况下，开始提供实验程序“花费数万美元”。
对某些人来说，炒作听起来很熟悉。寻求治愈瘫痪的行动已经花费了数亿美元，到目前为止，所产生的只是大胆的预测和破灭的希望。演员克里斯托弗·里夫（Christopher Reeve）是脊髓损伤中最知名的公众面孔之一，他坚信，由于干细胞领域的蓬勃发展，他将再次行走。里夫（Reeve）在2001年的一次采访中说，“我知道有一种可以治愈我这种伤害的方法。”在他去世三年之前。但是将近二十年后，这种长久以来的承诺尚未实现。
密西西比州杰克逊卫理公会康复中心的神经病学家基思·坦西说，该领域处于关键时刻，因为它决定了如何将听起来惊人的结果转化为可行的疗法。研究人员仍然不完全了解刺激是如何起作用的。他说：“我们必须对此有更多的了解。”“我们不必担心我们是否在《时代》杂志的封面上看起来不错，而不必担心我们是否真的将致力于帮助患者。” / p>
进步的模式
萨默斯脚趾摆动的路径始于跑步机上的猫。
在1970年代，Edgerton开始使用经过长期研究的模型来理解运动。脊髓被切断的猫可以悬吊在跑步机上，并通过简单地以步进式运动引导其腿部来训练其再次行走。通过练习，动物将调整步态以适应跑步机的速度，甚至切换方向，而无需大脑的任何输入。推动它们前进的脊柱电路称为“中央模式发生器”。控制运动，Edgerton试图了解其运作方式。
1993年，当Harkema加入Edgerton实验室时，她对脊椎并没有那么感兴趣，她说她选择了UCLA作为天气。但是随着哈克玛（Harkema）开始与猫一起工作，她着迷于动物如何恢复如此多的功能。Edgerton要求Harkema在遭受脊髓损伤的人类中建立类似的实验。也许设计用来唤醒中央模式生成器的有序训练也会使他们走路。
它在某种程度上起作用。在体重支持下在跑步机上进行的逐步训练帮助患有脊髓损伤（尤其是轻度受伤）的人提高了运动能力。但是Harkema和Edgerton希望看到更大的影响。向脊髓下部输送电流的硬膜外刺激器似乎是一个不错的选择。
自1960年代以来，该设备已用于治疗慢性疼痛。但是研究人员很早就发现了证据，他们可以做得更多。例如，在脊髓损伤患者中，刺激器似乎减少了非自愿性痉挛的发生率。在一项研究中1，研究人员检查了因此原因植入了刺激器的脊髓损伤患者。当科学家发现刺激后，参与者开始有节奏地自动移动腿部。维也纳医科大学的医学物理学家卡伦·米纳西斯安（Karen Minassian）说：“这可能仍然是所谓的人类运动中心模式发生器的最直接证据。”案例研究2甚至暗示，刺激可以恢复自愿移动的能力，至少在不完全受伤的人中：那些在下半身保留了一些感觉和运动的人。
2002年，亚利桑那州的研究人员报告说，在刺激跑步机的脊椎的同时，将一名43岁的脊椎受伤男子悬吊在移动的跑步机上3。他还没有完全受伤。经过训练和刺激，他能够以“几乎轻松，协调的运动方式”行走。根据作者的说法。
Harkema和Edgerton开始讨论使用相同方法的可能性。他们只需要测试患者来证明原理。萨默斯决心成为他们的家伙。
常备交付
在2006年夏天，罗伯·萨默斯（Rob Summers）当时生活和呼吸棒球。他是俄勒冈州立大学海狸队的投手，由于臀部受伤，他刚刚错过了参加大学世界大赛冠军的机会。因此，他正在艰苦训练以确保在即将到来的赛季中获得起步位置。一天晚上，当他从车上取回一个健身包时，他听到一辆汽车在街上行驶。他只是瞥见了前大灯，然后就飞了起来。萨默斯躺在地上流血，直到第二天一早，邻居发现他。
萨默斯不记得他在医院度过的那一个月，但他确实记得医生一直等到他被家人包围时才告诉他他瘫痪了。他们没有说出话来：“渊ou”永远不会走路。你永远不会感觉到任何东西。夏天拒绝相信它。医生们不知道他有多固执，他有多努力。他告诉他的父母说：“要击败这个。”
经过一年的紧张康复，萨默斯的四肢恢复了一定的感觉，但他仍然无法移动下半身。他的受伤被认为是“完成”？然而萨默斯坚信他只是需要正确的治疗方法。萨默斯说，因此，他和他的父母向世界各地的研究机构发送了200多封电子邮件，“以色列，欧洲，俄罗斯，古巴，日本，中国，南美，你叫它”。
信访活动使他前往德克萨斯州的康复训练工作室，在那里他遇到了哈克玛。到那时，她已经在路易斯维尔大学建立了自己的实验室。2007年9月，萨默斯（Summers）和他的父亲一起飞往那里参观该设施。当Harkema提到她的团队计划研究硬膜外刺激时，Summers感到非常兴奋。他本应第二天飞回波特兰，但他租了一间公寓，叫哈克玛。他说。“我明天早上八点见。”？/ p>
在路易斯维尔，萨默斯进行了两年多的深入康复，以评估他是否有任何能力在不受到刺激的情况下康复。然后，在2009年12月，Harkema团队为他安装了硬膜外刺激器。他们在他的椎骨和脊髓之间的空间中放置了一个16电极阵列。一根电线将阵列连接到刺激器，刺激器是一种可充电的设备，大小约为一副纸牌的一半，该纸牌恰好位于他的臀部上方。医生可以远程控制刺激器。
当研究人员打开刺激器时，萨默斯立即感到刺痛的感觉。三天后，团队试图让他站起来。最初，挽具支撑了他的所有体重。团队逐渐开始减少这种援助，直到萨默斯站起来。他看着镜子里的腿部肌肉收缩。他认为，“帽子是真实的”。然后他环顾整个房间。他母亲哭了。“人们在大喊大叫，问我“这正在发生吗？”“是个小灵通症。”？/ p>
不过，与六个月后爆发的骚动相比，这没什么，当时电刺激使萨默斯扭动了脚趾。Harkema小组希望启动站立和踩踏脊柱和腿部所需的电路，但他们并不希望从大脑得到任何帮助。Harkema在洛杉矶的实验室给Edgerton打电话，向他介绍了萨默斯的脚趾。“天哪，这可能是真的，”埃格尔顿记得当时的想法。“每个人都会以为我们是庸医。”？/ p>
采取的步骤
当Harkema和她的同事在2011年发布Summers case4的详细信息时，许多科学家对此表示怀疑。明尼苏达州罗切斯特市梅奥诊所的神经外科医生肯德尔·李说：“泪水不敢相信。”李所教的一切都告诉他，一旦失去与大脑的联系，它们就不会回来。
但是，逐渐地，证据开始增多。Harkema和她的团队在2014年发表了另一项研究5，涉及Summers和另外三个人，其中两个人的下半身没有运动或感觉。所有人都恢复了一些自愿运动。不久，其他人正在尝试在人体中使用该方法，并希望了解它是否可以使试验参与者从跑步机上走下来。
洛桑瑞士联邦理工学院（EPFL）的神经科学家Gr茅goire Courtine也曾与Edgerton一起学习，从Harkema离开前往路易斯维尔的几年前，他在加州大学洛杉矶分校就读。他于2008年移居欧洲，研究了啮齿类动物，最后是恒河猴的硬膜外刺激。
到2015年，Courtine已准备好在人体中测试这项技术。他的团队使用了Harkema曾经使用过的现成的疼痛刺激器，但是对软件进行了调整，以便该设备可以提供定时的刺激模式，以与步行行为相吻合。库廷说：“在训练大脑的过程中，确实尝试激活脊髓。”与Harkema研究还有另一个主要区别：Courtine小组招募了不完全受伤的人，希望这一组患者比完全受伤的人更容易康复。
同时，Edgerton帮助梅奥诊所的第三小组进行了另一项审判。2016年，李，康复科学家克里斯汀·赵（Kristin Zhao）及其同事着手复制哈克玛的研究结果。他们招募了两名参与者，他们在植入刺激器之前进行了将近六个月的物理治疗，然后再开启刺激器再进行十个月的治疗。目的是表明刺激和训练可以提高他们自愿站立和移动下半身的能力。但是第一个参与者如此迅速地实现了这些目标，以至于研究人员决定在协议中增加步行功能。
在2018年秋季，这三个团队发表了前八名试验参与者的结果6'/ sup> 8。总而言之，六个人在诸如安全带，拐杖或双杠的帮助下设法以某种形式在地面上行走。另外两个也有好处：在刺激下，他们设法独立坐着站着，其中一个可以在跑步机的支持下采取一些措施。
西雅图华盛顿大学的康复医学研究员切特·莫里茨（Chet Moritz）说：“实际上，关键的这一年才刚刚建立。”“那真的开始感觉像是突破。” / p>
希望唤醒
但是，该领域之前已经看到过“突破”。里夫热烈而有说服力地提出要资助干细胞研究，以期修复神经损伤。录像显示，瘫痪的大鼠的脊椎注射了奇迹般恢复了行走或使用其爪子的能力的细胞。治愈似乎常常就在眼前。
但是，在人中复制这些结果已被证明是困难的。Tansey说，尽管目前正在进行人体干细胞试验，但其中一些试验显示出可喜的成果，但这种“来自资助者，患者和研究人员的兴奋”的方法已经减少。逆向麻痹的其他高科技方法，如脑机界面，仍在开发中。动力外骨骼已经在市场上，但价格昂贵。他们没有解决恢复神经连接的潜在问题。Mayo Clinic的神经科学家Peter Grahn说，“所有人都听说过，在未来的五年中，将会有一种神奇的药丸”之类的东西。他本人有脊髓损伤。“您一直都能听到什么，因为五年足够长，每个人都会忘记。”？/ p>
但是对于许多感兴趣的围观者来说，刺激显示了超越炒作的希望。特别是，它在治疗慢性疼痛方面已经有很长的历史了，总部位于俄勒冈州胡德河的脊髓损伤倡导组织Unite 2 Fight Paralysis的执行董事Matthew Rodreick说。他说：“这是一种在市场上销售的设备，已经植入了数十万人。”他说，这并不意味着该战略将会成功，但是至少批准的道路已经清除。
关于刺激如何工作以及为什么在关闭刺激器后为什么某些好处似乎仍然存在仍然存在主要问题。越来越清楚的是，对于许多被认为已完全受伤的人来说，一些用于大脑运动控制的神经通路确实可以生存。它们只是处于休眠状态，不能在受伤部位以下的神经元中引起反应。硬膜外刺激似乎使神经元更容易兴奋-当面对来自大脑的信号告诉他们移动脚趾或开始走路时，神经元更有可能被激发。电流可以迫使神经元发火，使肌肉收缩，但是对于那些已经开始行走的人而言，情况并非如此。莫里茨说：“他的人不必走。”“不是机器人。” / p>
至于为什么某些参与者仍然可以获得某些好处，有两种可能的解释。刺激可以使个体更充分地参与康复，通过锻炼来增强肌肉和神经的连接。否则可能会促进可塑性，从而有助于在受伤周围重新布线。这是一种特别诱人的可能性，因为这可能意味着随着时间的推移存在改进的潜力。
尽管如此，研究人员尚未找出谁可能会从该程序中受益最大。Harkema说，被植入路易斯维尔的所有20个人已恢复了一些自愿运动。但是对于坦西来说，似乎显然并非每个脊髓损伤的人都会有所改善。他想找到一种筛查个体的方法-因为在脊柱内植入医疗设备并非易事。有风险。
尽管该刺激剂已获得美国食品和药物管理局的批准，可用于治疗慢性疼痛，但它们偶尔会引起不必要的，甚至危险的副作用。收件人报告说，他们被震惊，烧伤或遭受了神经损伤，导致肌肉无力甚至瘫痪。美联社在2018年进行的一项调查发现，自2008年以来，刺激器已收到近80,000例伤害报告，比其他任何医疗器械都要多，除了胰岛素泵和金属髋关节置换术。
可能存在特定于脊髓损伤的个体的风险，这些个体更容易感染，并且骨密度通常较低。Harkema团队8的最新研究的一名参与者摔断了臀部，需要进行多次手术才能导致感染。
还报告了一些难以解释的问题。2015年，患有脊髓损伤的Xander Mozejewski加入Edgerton的一项试验，以测试将电极置于皮肤表面的非侵入性“经皮”刺激的效果。后来，他的下半身开始出现痉挛和疼痛，并逐渐恶化。2016年，医生植入了硬膜外刺激器以试图控制痉挛，但这种装置似乎使情况变得更糟，Mozejewski最终将其拆除。在2018年，他针对UCLA，Edgerton，NeuroRecovery Technologies（位于加利福尼亚州圣胡安卡皮斯特拉诺的公司）提出了医疗事故诉讼，Edgerton与其他人共同创立了该公司。此案仍在进行中，但NeuroRecovery Technologies首席执行官Nick Terrafranca在向《自然》发表声明时说：“该刺激物已与60多名研究参与者一起使用，没有不良事件的报道，该不良事件与该公司开发和提供的设备的使用直接相关。” Terrafranca补充说，该公司记录的副作用，包括肌肉痉挛，本质上是短暂的吗？
Harkema的研究也引起了一些批评。2015年，她的一位同事给路易斯维尔大学机构审查委员会，其人类受试者保护计划以及美国国家残疾人，独立生活和康复研究学院（NIDILRR）发了信，这为她的一些工作提供了资金，并对四个方面表示关注Harkema研究。一项内部调查显示，科学家未能追踪和监控不良事件，偏离了研究方案并且记录放错了位置。结果，NIDILRR资助了其中一项研究，一项金额为914,000美元的研究，目的是研究肌肉放松和跑步机训练对脊髓损伤患者的影响。美国人类研究保护办公室也进行了调查，但未对哈克玛实施制裁。该机构还表示，Harkema小组采取的纠正措施已充分解决了违规问题。
Harkema承认她的团队未能保持完美的记录，但是她否认所有严重不当行为的指控，尤其是指责她的团队将患者置于危险之中。她说：“参观我们研究计划的人实际上为我们为保护我们的研究参与者而采取的所有措施都感到惊讶。”
她的研究一直在继续。位于新泽西州肖特希尔斯的克里斯托弗·达纳·里夫基金会正在路易斯维尔实验室支持另外36位个体测试硬膜外刺激的工作。截至7月，已有11人植入了刺激器。
超越第一步
在为残障人士而建的社会中，步行已变得极为重要。“走路和站着很性感，”神经技术网络（位于佛罗里达州圣彼得堡的一个非营利组织）的联合创始人詹妮弗·弗兰奇（Jennifer French）说，该组织致力于帮助残障人士使用神经技术设备。“让人们兴奋。”？/ p>
俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学的研究员，北美脊髓损伤联合会主席金·安德森说，步行并不是一切。2004年，她对近700人的脊髓损伤进行了调查。迄今为止，四肢瘫痪患者的重中之重是恢复手臂和手部功能，其次是恢复性功能。对于截瘫患者，最理想的改善是性功能，其次是肠和膀胱控制，并减少自主神经反射异常的危险，这种疾病威胁生命，是血压升高和心率下降的特征。
在斯特凡妮·普特南（Stefanie Putnam）在游泳池里摔断脖子之后，走路是她最不关心的事情。受伤使她无法自脖子上下来，无法独自呼吸。她说：“泪在想，”站着，走着走。“就像，”活着？？/ p>
即使恢复了呼吸能力，她仍然有问题，特别是在维持正常血压方面。药物和三套紧身胸衣不能使它保持足够高，以阻止她晕倒。她每天会晕倒六到七次。她不会开车。她不能一个人。当她开始上大学课时，她的父母不得不在轮椅后方贴上一个告示牌，以告诫旁观者如果发现普特南不省人事，可以向后倾斜。她说：“泪水让医生一次又一次地告诉我，”他的病态就是这样。
2017年，普特南（Putnam）移居路易斯维尔（Louisville），参加哈克玛大学的另一项研究，研究重点不是步行，而是心血管系统。对于普特南（Putnam）而言，刺激的影响是即时而深刻的。她已经好几个月没有晕倒了。她不再需要全天候护理，并且可以再次开车。该研究的其他三名参与者也显示出他们的血压显着改善9。
戴维·达罗（David Darrow）是明尼阿波利斯明尼苏达大学医学院（University of Minnesota University School）的六年制神经外科住院医师，他曾目睹过无数次受伤，如普特南（Putnam）和萨默斯（Summers）所遭受的。他说：“这是我工作中最糟糕的部分。”他知道自己无能为力，无法修复脊椎的结构。因此，当他在2015年的一次会议上听到埃格顿（Edgerton）谈论硬膜外刺激的希望时，“泪被吹走了，”他说。“泪水无法弄清为什么会有像二十个这样的研究中心在工作。”？/ p>
达罗（Darrow）怀疑这一发现可能是虚假的，但他想亲自寻找。因此，他着手设计一种全新的研究。其他小组已在植入前后对硬膜外刺激与强化修复相结合进行了测试。达罗想知道刺激会产生什么样的效果。
该研究与其他试验的不同之处在于另一个重要方面：试验不集中于站立或行走。他的小组正在研究自愿运动以及心血管功能，膀胱和肠功能以及性功能的改善。
Darrow及其团队已将十个人植入刺激器，并于三月份发表了前两名参与者的研究结果10。两人都恢复了一些自愿动作，例如扭动脚趾和抬起小腿。他们还看到肠和膀胱功能得到改善。刺激还有助于调节一个人的血压，并恢复了她在性生活中性高潮的能力。Darrow计划再植入十个人，并着手进行下一个研究，以期尽快为患者提供治疗。他说，硬膜外刺激虽然是万能药，但这并不重要。我不相信治愈是我实践的一部分。我就是要让人们逐步改善生活。？/ p>
前瞻性
对新疗法的需求催生了医疗旅游业的脊髓损伤产业。在曼谷，世界医学中心医院为所有符合条件并能负担超过70,000美元价格的人提供硬膜外刺激（有或没有干细胞）。患者服务主管Henning Kalwa说，截至7月，该医院隶属于一家名为Unique Access Medical（UAM）的公司，已进行了70次植入。“虽然神经病学领域的其他同事仍在通过研究，试验和FDA官僚机构来探索截瘫和四肢瘫痪的治疗方法，但UAM正在成功治疗患者，” Kalwa在LinkedIn上的公开帖子中写道。
Courtine告诫脊髓损伤患者不要在临床试验之外进行硬膜外刺激。他看到刺激器植入了错误的位置，并且他指出，即使是领先的科学家也尚未就如何配置刺激和进行训练达成共识。他说：“还为时过早。”坦西（Tansey）担心，急于治疗可能会给硬膜外刺激带来干细胞的途径，诊所可能会突然出现，提供可能无法奏效的不受支持的疗法，而严肃的研究可能会落在后面。
对于科学家来说，重点仍然放在进行研究上。每个小组似乎对如何推动科学发展都有自己的想法。
Harkema团队继续为Reeve资助的研究招募参与者。她还开始了一个项目，研究刺激和训练对肠和膀胱功能的影响。
同时，Courtine已在荷兰的埃因霍温与他人共同创立了一家名为GTX medical的公司，以开发针对脊髓损伤患者的定制刺激器。他希望这项技术将在几年内准备就绪。他的团队还开展了一项研究，以测试20名康复不到一个月的患者的硬膜外刺激。在那些人中，“这里有看到神经系统恢复的真正潜力”？他说，甚至可能还有新的神经纤维的生长。
Mayo团队刚刚开展了一项研究，将经皮刺激与硬膜外刺激进行了比较。Darrow仍在招募参与者进行他的研究。他说：“即使它确实起作用，我们仍然有责任科学，严格地探索它，并及时交付它。”
同时，萨默斯（Summers）专注于将一只脚放在另一只脚上。最初的研究结束后，他离开肯塔基州移居美国。然后，在2018年，他回到路易斯维尔参加另一项有关站立，踩踏和自愿运动的研究。现在，他是他的第二个刺激者，与他之间的区别非常深刻。脉冲“更干净”。萨默斯说，每一天他都感觉自己达到了一个新的里程碑。4月的一个星期二早晨，他打开了刺激器，将其绑带束缚在脚轮上的金属框架上，然后开始沿路易斯维尔Frazier康复研究所十二楼的长走廊停止步伐。
他的女友朱莉·格劳特（Julie Grauert）穿着Team Reeve T恤，坐在萨默斯轮椅上向后滚动，用她的手机吹奏迪斯尼音乐。她说：“宝贝，你知道了。”他们的训练中的服务犬，一个叫熊的金毛寻回犬，紧随其后。
一些步骤看起来很简单。萨默斯（Summers）灰色耐克（Nike）自信地向前挥杆，着陆真实。但是锻炼会付出一定的代价。他的双腿发抖，偶尔左脚以奇怪的角度着地。一会儿，萨默斯的腿弯曲，安全带抓住了他。他说：“泪水只是变得疲惫和沮丧。”
萨默斯的步行方式代表着惊人的进步，他不断地进步。但这仍然是一个正在进行的实验。他仍然可以在公园里散步，甚至在他的公寓周围闲逛。
萨默斯永远是个乐观主义者，他认为刺激无济于事。对他来说，最大的好处是血压，膀胱和肠道控制，性功能和温度调节方面的改善最少。还有更琐碎的感觉，例如对全新袜子的深刻欣赏。他说：“泪水会感到柔软。”“让我发现快乐的小事疯狂了。”？/ p>
自然572，20-25（2019）
