Spinale stimulatie helpt mannen met een dwarslaesie weer te lopen
Een nieuwe manier om het ruggenmerg elektrisch te stimuleren met draadloze implantaten, samen met therapie die het lichaamsgewicht ondersteunt, heeft drie mannen met een dwarslaesie geholpen om weer te lopen met behulp van looprekken en krukken. Ze kunnen zelfs een paar stappen zetten zonder hulpmiddelen.
Vele jaren eerder liepen de drie mannen verwondingen op in het cervicale gebied of nekgebied van hun ruggenmerg waardoor ze verlamd waren geraakt in hun onderlichaam.
Het nieuwe "therapeutische raamwerk" dat verantwoordelijk is voor hun revalidatie heet Stimulation Movement Overground (STIMO).
Het is het resultaat van een samenwerking tussen Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en het Universitair Ziekenhuis van Lausanne (CHUV), beide in Zwitserland.
Twee tijdschriften, Natuur en Nature Neuroscience, hebben nu studieartikelen gepubliceerd over de nieuwe stimulatiebenadering.
Opvallend aan de nieuwe methode - en het onderscheidt zich van twee recent gepubliceerde onderzoeken uit de Verenigde Staten over een soortgelijk onderwerp - is dat de mannen hun benen konden bewegen als de elektrische stimulatie naar het ruggenmerg was uitgeschakeld.
In een van de studieartikelen leggen de onderzoekers het belang uit van "behoud van proprioceptie" om de bewegingsbeheersing te herstellen bij mensen met een dwarslaesie.
De noodzaak om 'proprioceptie te behouden'
Proprioceptie is het vermogen om lichaamspositie en beweging aan te voelen door signalen te verwerken die van het lichaam zelf komen, in tegenstelling tot de omgeving. Wetenschappers omschrijven het vaak als een 'zesde zintuig'.
Sommigen die erover hebben geschreven, hebben het voorbeeld aangehaald van een man die, ondanks dat hij in staat was zijn spieren te laten samentrekken, effectief onbeweeglijk was nadat een 'infectie hem het gevoel van positie, beweging en aanraking in zijn lichaam beroofde' - of zijn proprioceptie.
De onderzoekers in Zwitserland beweren dat als elektrische stimulatie van het ruggenmerg niet de juiste combinatie heeft van nauwkeurige locatietargeting en timing van pulsen, dit de proprioceptie kan verstoren.
De STIMO-methode kan dit verhelpen door gebruik te maken van "burst-stimulatie en spatiotemporele stimulatieprofielen". Met behulp van simulaties toonden de onderzoekers aan dat het 'robuuste controle over de activiteit van motorneuronen' mogelijk maakte.
"De exacte timing en locatie van de elektrische stimulatie", legt co-auteur Jocelyne Bloch uit, een professor en neurochirurg bij CHUV, die de implantaatoperatie uitvoerde, "zijn cruciaal voor het vermogen van een patiënt om een bedoelde beweging te produceren."
Zwitserse horlogeprecisie
Senior studie auteur prof. Grégoire Courtine, een neurowetenschapper bij EPFL, merkt op dat ze, na jaren van onderzoek naar diermodellen, "in staat waren om in real time na te bootsen hoe de hersenen van nature het ruggenmerg activeren."
Hij suggereert dat de precieze combinatie van locatie en timing van de impulsen heeft bijgedragen aan het genereren van nieuwe zenuwverbindingen.
Prof. Bloch zegt dat het "net zo nauwkeurig moet zijn als een Zwitsers horloge." De implantaten bestaan uit een reeks elektroden die gericht zijn op specifieke groepen beenspieren.
"Geselecteerde configuraties van elektroden activeren specifieke delen van het ruggenmerg en bootsen de signalen na die de hersenen zouden afgeven om lopen te produceren", voegt ze eraan toe.
De drie mannen moesten leren hoe ze hun intentie om te lopen konden timen met de stimulatiepulsen. Na slechts 1 week van deze "kalibratiefase" liepen ze alle drie met "lichaamsgewichtondersteuning".
“Alle patiënten konden binnen 1 week lopen met lichaamsgewichtondersteuning. Ik wist meteen dat we op de goede weg waren. "
Prof. Jocelyne Bloch
Binnen 5 maanden verbeterde hun "vrijwillige spiercontrole enorm", zegt prof. Courtine. "Het menselijke zenuwstelsel reageerde nog dieper op de behandeling dan we hadden verwacht."
De mannen vertoonden geen vermoeidheid in hun beenspieren en liepen meer dan een kilometer handsfree tijdens hun revalidatiesessies.
‘Activiteitsafhankelijke plasticiteit’
De intense en langdurige sessies hielpen het zenuwstelsel van de mannen om 'activiteitsafhankelijke plasticiteit' te activeren en zenuwvezels te reorganiseren. Dit heeft geleid tot een verbeterd bewegingsvermogen, zelfs als er geen stimulatie is.
Het team wil de bevindingen nu vertalen naar behandelingen op maat die kunnen worden toegepast in ziekenhuizen en klinieken.
De wetenschappers zijn nu ook bezig met de ontwikkeling van 'neurotechnologie van de volgende generatie', die ze snel na een blessure hopen te testen wanneer de kans op herstel groter is omdat het aangetaste weefsel nog niet is afgestorven.
Volgens schattingen van het National Spinal Cord Injury Statistical Center aan de Universiteit van Alabama in Birmingham leven er in de VS ongeveer 288.000 mensen met ruggenmergletsel.Elk jaar diagnosticeren medische professionals ongeveer 17.700 nieuwe gevallen, waarvan 78 procent bij mannen .
Letsel opgelopen tijdens auto-ongelukken is verantwoordelijk voor de meeste (38 procent) gevallen van ruggenmergschade in de VS, gevolgd door vallen (32 procent). Andere relatief veel voorkomende oorzaken zijn verwondingen door geweerschoten en andere gewelddadige handelingen (14 procent), samen met verwondingen die optreden tijdens sport of recreatie (8 procent).
De volgende video van EPFL vat het onderzoek samen en illustreert de vooruitgang die de drie mannen boekten tijdens hun revalidatie.
