Die Wirbelsäulenstimulation hilft Männern mit Querschnittslähmung, wieder zu gehen
Eine neue Art der elektrischen Stimulation des Rückenmarks mit drahtlosen Implantaten zusammen mit einer Therapie, die das Körpergewicht unterstützt, hat drei Männern mit Querschnittslähmung geholfen, mit Hilfe von Gehhilfen und Krücken wieder zu gehen. Sie können sogar ein paar Schritte ohne Hilfsmittel machen.
Viele Jahre zuvor erlitten die drei Männer Verletzungen im zervikalen Bereich oder im Nackenbereich ihres Rückenmarks, die sie in ihren Unterkörpern gelähmt hatten.
Der neue „therapeutische Rahmen“, der für ihre Rehabilitation verantwortlich ist, heißt Stimulation Movement Overground (STIMO).
Es ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) und dem Universitätsklinikum Lausanne (CHUV) in der Schweiz.
Zwei Zeitschriften, Natur und Naturneurowissenschaftenhaben nun Studienarbeiten zum neuen Stimulationsansatz veröffentlicht.
Das Bemerkenswerte an der neuen Methode - und unterscheidet sie von zwei kürzlich veröffentlichten Studien aus den USA zu einem ähnlichen Thema - ist, dass die Männer ihre Beine bewegen konnten, wenn die elektrische Stimulation des Rückenmarks ausgeschaltet wurde.
In einer der Studienarbeiten erklären die Forscher, wie wichtig es ist, die Propriozeption zu erhalten, um die Bewegungskontrolle bei Menschen mit Rückenmarksverletzungen wiederherzustellen.
Die Notwendigkeit, die Propriozeption zu bewahren
Propriozeption ist die Fähigkeit, körperliche Position und Bewegung zu erfassen, indem Signale verarbeitet werden, die vom Körper selbst im Gegensatz zu seiner Umgebung kommen. Wissenschaftler beschreiben es oft als "sechsten Sinn".
Einige, die darüber geschrieben haben, haben das Beispiel eines Mannes angeführt, der, obwohl er in der Lage war, seine Muskeln zusammenzuziehen, nach einer „Infektion, die ihn des Gefühls für Position, Bewegung und Berührung in seinem Körper beraubte“ - oder seiner - praktisch unbeweglich war Propriozeption.
Die Forscher in der Schweiz behaupten, dass eine elektrische Stimulation des Rückenmarks die Propriozeption beeinträchtigen kann, wenn sie nicht die richtige Kombination aus präziser Zielortung und zeitlicher Abstimmung der Impulse aufweist.
Die STIMO-Methode kann dies überwinden, indem sie „Burst-Stimulation und raumzeitliche Stimulationsprofile“ verwendet. Mithilfe von Simulationen zeigten die Forscher, dass dies eine „robuste Kontrolle der Motoneuronaktivität“ ermöglicht.
"Der genaue Zeitpunkt und Ort der elektrischen Stimulation", erklärt Co-Autor Jocelyne Bloch, Professor und Neurochirurg an der CHUV, der die Implantation durchgeführt hat, "ist entscheidend für die Fähigkeit eines Patienten, eine beabsichtigte Bewegung zu erzeugen."
Schweizer Uhrenpräzision
Der leitende Studienautor Prof. Grégoire Courtine, Neurowissenschaftler an der EPFL, stellt fest, dass sie nach Jahren der Erforschung von Tiermodellen „in Echtzeit nachahmen konnten, wie das Gehirn das Rückenmark auf natürliche Weise aktiviert“.
Er schlägt vor, dass die genaue Kombination von Ort und Zeitpunkt der Impulse dazu beigetragen hat, neue Nervenverbindungen zu erzeugen.
Prof. Bloch sagt, dass es "so präzise wie eine Schweizer Uhr" sein muss. Die Implantate bestehen aus einer Reihe von Elektroden, die auf bestimmte Gruppen von Beinmuskeln abzielen.
„Ausgewählte Elektrodenkonfigurationen aktivieren bestimmte Regionen des Rückenmarks und ahmen die Signale nach, die das Gehirn zur Erzeugung des Gehens liefern würde“, fügt sie hinzu.
Die drei Männer mussten lernen, wie sie ihre Absicht, mit den Stimulationsimpulsen zu gehen, zeitlich festlegen konnten. Nach nur einer Woche dieser „Kalibrierungsphase“ gingen alle drei mit „Körpergewichtsunterstützung“.
„Alle Patienten konnten innerhalb einer Woche mit Unterstützung des Körpergewichts laufen. Ich wusste sofort, dass wir auf dem richtigen Weg sind. “
Prof. Jocelyne Bloch
Innerhalb von 5 Monaten verbesserte sich ihre „freiwillige Muskelkontrolle enorm“, sagt Prof. Courtine. "Das menschliche Nervensystem reagierte noch stärker auf die Behandlung als wir erwartet hatten."
Die Männer zeigten keine Müdigkeit in ihren Beinmuskeln und gingen während ihrer Rehabilitationssitzungen mehr als einen Kilometer freihändig.
‘Aktivitätsabhängige Plastizität’
Die intensiven und langwierigen Sitzungen halfen dem Nervensystem der Männer, eine „aktivitätsabhängige Plastizität“ auszulösen und die Nervenfasern neu zu organisieren. Dies führte zu einer verbesserten Bewegungsfähigkeit, auch ohne Stimulation.
Das Team möchte die Ergebnisse nun in maßgeschneiderte Behandlungen umsetzen, die in Krankenhäusern und Kliniken eingesetzt werden können.
Die Wissenschaftler entwickeln jetzt auch die „Neurotechnologie der nächsten Generation“, die sie hoffentlich bald nach einer Verletzung testen können, wenn die Wahrscheinlichkeit einer Genesung größer ist, da das betroffene Gewebe noch nicht abgestorben ist.
Nach Schätzungen des National Spinal Cord Injury Statistical Center an der Universität von Alabama in Birmingham leben in den USA etwa 288.000 Menschen mit Rückenmarksverletzungen. Jedes Jahr diagnostizieren Mediziner rund 17.700 neue Fälle, von denen 78 Prozent Männer sind .
Verletzungen bei Fahrzeugunfällen sind für die meisten (38 Prozent) Fälle von Rückenmarksschäden in den USA verantwortlich, gefolgt von Stürzen (32 Prozent). Andere relativ häufige Ursachen sind Verletzungen durch Schüsse und andere gewalttätige Handlungen (14 Prozent) sowie Verletzungen, die beim Sport oder in der Freizeit auftreten (8 Prozent).
Das folgende Video der EPFL fasst die Forschung zusammen und zeigt die Fortschritte, die die drei Männer während ihrer Rehabilitation gemacht haben.
