Neuroprothetik und Roboter Rehabilitation wecken den ' Spinal Gehirn " Und Wiederherstellen willkürliche Bewegung bei Rückenmarksverletzungen

Ratten mit Rückenmarksverletzungen und schwere Lähmung gehen jetzt ( und läuft) durch Forscher an der EPFL . Veröffentlicht in der 1. Juni 2012 Ausgabe WissenschaftDie Ergebnisse zeigen , dass ein abgetrennter Abschnitt des Rückenmarks kann ein Comeback zu machen , wenn seine eigene angeborene Intelligenz und Regenerationsfähigkeit - was dazu führen Autor Grégoire Courtine der EPFL ruft die " Rücken Gehirn" - erwacht . Die Studie, die vor fünf Jahren an der Universität Zürich begonnen , weist auf eine tiefgreifende Veränderung in unserem Verständnis des zentralen Nervensystems. Es ist noch unklar, ob ähnliche Rehabilitationstechniken für den Menschen arbeiten könnten , aber die beobachteten Nervenwachstums Hinweise auf neue Methoden zur Behandlung von Lähmung.

" Nach ein paar Wochen der Neurorehabilitation mit einer Kombination aus einem Roboter- Gurt und elektrisch- chemische Stimulation , unsere Ratten werden nicht nur freiwillig eine Schrittvorgangs , aber sie werden bald Sprint, Treppensteigen und Ausweichen vor Hindernissen ", erklärt Courtine , der hält die Internationale Paraplegiker-Stiftung (IRP ) Chair in Spinal Cord Repair an der EPFL .

Neuroplastizität nach schweren Verletzungen

Es ist bekannt, dass das Gehirn und Rückenmark können anpassen und erholen sich von mittelschweren Verletzungen , einer Qualität , wie Neuroplastizität bekannt. Aber bis jetzt das Rückenmark zum Ausdruck so wenig Plastizität nach schweren Verletzungen , dass die Rückforderung unmöglich war . Courtine Forschung beweist, dass unter bestimmten Bedingungen , Plastizität und Erholung in diesen schweren Fällen nehmen können - aber nur, wenn die schlafenden Wirbelsäule zuerst aufgewacht.

Um dies zu tun , Courtine und sein Team injiziert eine chemische Lösung von Monoamin- Agonisten in der Ratten . Diese Chemikalien auszulösen Zellantworten durch Bindung an spezifische Dopamin , Adrenalin und Serotonin Rezeptoren auf der spinalen Neuronen befindet . Dieser Cocktail ersetzt Neurotransmitter von Hirnstammbahnenbei gesunden Probanden freigesetzt und wirkt auf Nervenzellen erregt und bereit sie zu niedrigeren Körperbewegung zu koordinieren , wenn die Zeit reif ist.

Fünf bis 10 Minuten nach der Injektion elektrisch stimuliert die Wissenschaftler das Rückenmark mit Elektroden in der äußersten Schicht des Wirbelkanals implantiert , rief die Epiduralraum . " Diese lokalisierte epidurale Stimulation sendet kontinuierliche elektrische Signale durch Nervenfasern an die chemisch angeregten Neuronen, die Beinbewegung zu steuern. Alles, was übrig ist, war , dass die Bewegung zu initiieren ", erklärt Rubia van den Brand , Co-Autor der Studie.

Die angeborene Intelligenz der Wirbelsäule

In einer Arbeit veröffentlicht Nature Neurosciencein 2009 berichtete Courtine , dass eine stimulierte Ratten Wirbelsäule - physikalisch getrennt vom Gehirn von der Läsion nach unten - in überraschender Weise entwickelt : Es begann die Aufgabe der Modulation Beinbewegung , die zuvor gelähmt Individuen zu gehen unter , wenn auch unfreiwillig , über Laufbänder. Diese Experimente zeigten, dass die Bewegung des Laufbandes erstellt sensorische Rückmeldung , die zu Fuß initiiert : das Rücken Gehirn übernahm , und zu Fuß im Wesentlichen stattgefunden ohne jegliche Eingabe von Ist- Gehirn der Ratte . Dies überraschte die Forscher und führte sie zu glauben, dass nur ein sehr schwaches Signal aus dem Gehirn wurde für die Tiere benötigt wird, um die Bewegung aus eigenem Antrieb zu starten.

Um diese Theorie zu testen, ersetzt Courtine das Laufband mit einer Robotereinrichtung , die die Themen unterstützt und nur ins Spiel , wenn sie das Gleichgewicht verlor , indem sie ihnen den Eindruck , ein gesundes und Arbeits Wirbelsäule. Dies ermutigte die Ratten, die sich in Richtung auf eine Schokolade Belohnung am anderen Ende der Plattform . "Was sie Willenskraft -based Training in eine Vervierfachung der Nervenfasern im Gehirn und der Wirbelsäule übersetzt als - ein Nachwachsen , die das enorme Potenzial für Neuroplastizität auch nach schweren Verletzungen des zentralen Nervensystems beweist ", sagt Janine Heutschi , der auch wesentlich zur beigetragen Studie.

Eine neue Ontogenese - ein neues Paradigma

Courtine nennt dieses Nachwachsen " neue Ontogenese ", eine Art Doppel eines Kindes Wachstumsphase . Die Forscher fanden heraus , dass die neu gebildeten Fasern überbrückt die ursprüngliche Rücken Läsion und erlaubt Signale aus dem Gehirn , um die elektrochemisch geweckt Wirbelsäule zu erreichen. Und das Signal war stark genug , um die Bewegung über Grund initiieren - ohne dem Laufband - das heißt die Ratten begannen, freiwillig auf die Belohnung zu gehen, ganz unterstützen ihr eigenes Gewicht mit ihren Hinterbeinen .

" Das ist die Welt - Tasse Neurorehabilitation ", ruft Courtine . "Unsere Ratten haben sich Sportler , wenn nur wenige Wochen , bevor sie vollständig gelähmt . Ich spreche über 100% Rückgewinnung von willkürlichen Bewegungen . "

Im Prinzip ist die Radikalreaktion der Ratte Rückenmark auf die Behandlung bietet Grund zur Annahme , dass Menschen mit Rückenmarksverletzungen werden bald einige Optionen auf dem Horizont. Courtine ist optimistisch, dass Mensch, Phase - zwei Studien werden in ein oder zwei Jahre an der Uniklinik Balgrist Paraplegikerzentrumin Zürich, Schweiz beginnen. Inzwischen Forscher an der EPFL koordinieren ein neun Millionen Euro -Projekt namens NEUWalk , die bei der Gestaltung einer voll funktionsRückenneuroprothetischer System zielt darauf ab , ähnlich wie die, welche hier mit Ratten , zum Implantieren in den Menschen.