今日，瑞士弗里堡大学Marco Capogrosso教授在Nature子刊nature neuroscience（IF=24.884）上发表题为“ Epidural electrical stimulation of the cervical dorsal roots restores voluntary upper limb control in paralyzed monkeys ” 的研究。

对于瘫痪患者，康复的第一步是上肢康复。团队建立了脊髓损伤的瘫痪猴子模型，将神经电极植入到猴子的颈背根脊髓硬膜外，利用猴子残留的脊髓神经功能，通过神经电极对脊髓部位运动神经区传递电刺激信号，使得3只脊髓损伤的猴子能够进行自主的手臂及抓握控制任务，实现上肢快速康复。该植入式神经电刺激调控方法的有效性和可靠性能够为该技术的临床转化提供证据。

丨研究背景

上肢的运动指令起始于大脑皮层，其信号被传递到皮层下及脊髓回路中，激活运动神经元，从而产生熟练的动作。而脊髓损伤或中风疾病会破坏以上的信号通路导致患者产生感觉及运动功能障碍，导致瘫痪。

通常，上肢康复技术均围绕恢复瘫痪部位的运动来开展。解决方案通常采用大脑皮层的信号作为输入信号，人为地输出电刺激信号来激活运动神经元，例如脊髓内微电刺激技术和功能电刺激技术（FES）。脊髓内微电刺激技术目前尚未在人体实验中使用。功能电刺激技术（FES）绕过了脊髓中残留的神经回路，通过解析大脑皮层的运动信号，直接刺激上肢的肌肉神经，配合相当复杂的信号解析算法及肌肉神经电刺激方案来协调肌肉产生功能性运动。脑机接口控制的功能电刺激技术（FES）确实能够帮助瘫痪患者实现自主的手臂运动功能，但该技术在临床应用中面临两大难题：其一，FES采用电刺激方式对运动神经元进行募集，导致极易出现肌肉疲劳，而疲劳所导致的肌肉力量缺失将无法满足患者日常活动中持续的三维手臂运动。其二，FES技术对软硬件的配合有很高的要求，而设备的复杂性导致其尚无法适应当前动态的临床环境。

硬膜外电刺激技术（EES），通过刺激脊髓损伤后残留的神经回路，募集大量的感觉神经元，并引发脊髓内广泛的兴奋性突触后电位来协调肌肉运动。需要说明的是，肌肉部位运动神经元的信号传导自人体自身的突触后电位，因此能够抵抗人工刺激导致的疲劳，并在患者完全瘫痪后产生自主运动。

团队设计了一个个性化的以颈背根的初级传入神经为目标的硬膜外接口，假设在脊髓损伤后，对运动功能相关的颈背根神经进行电刺激，可以改善手臂和手掌的运动功能缺陷。基于此设计了如下实验方案。

丨实验设计

本实验采用3只成年雌型食蟹猴作实验动物（分别为：Mk-Sa，9岁，4.0 kg；Mk-Br，3岁，3.4 kg；Mk-Yg，3岁，4.0 kg）。对3只猴子分别进行大脑皮层、肌肉、脊髓硬膜外三次电极植入手术，在脊髓硬膜外电极植入时同步进行脊髓损伤模型构建。

• 第一次手术，实验者在Mk-Br和Mk-Yg两只猴子的初级运动皮层M1区（42通道）、大脑皮层PMv区（32通道）、初级体感皮层S1区（42通道）植入三个电极，在Mk-Sa的初级运动皮层M1区（64通道）及大脑皮层PMd区（64通道）植入两个电极。微电极阵列采用Blackrock Microsystems公司生产的电极，尖端长1mm或1.5 mm，间隔400um。术中采用解剖学标志及术中微刺激来确定功能性运动区。

• 第二次手术，Mk-Yg在手臂和手部肌肉植入电极:三角肌、肱二头肌、肱三头肌、拇通伸肌、桡侧腕屈肌、桡侧腕伸肌、拇浅屈肌（FDS）。Mk-Br在拇短展肌中植入了一个额外的电极。Mk-Sa只在肱二头肌、肱三头肌和前臂指浅屈肌中接受电极。肌电电极丝由Cooner Wire公司生产，型号为AS631的聚四氟乙烯涂层的不锈钢丝线。

• 第三次手术，用微型刀片切断三只猴子脊椎部位（C5/C6）节段脊背外侧约1/3的脊髓，中断皮质脊髓束的主要部分。所有猴子保持了自主功能以及有限的受臂屈伸和肩部内收能力。同时，在三只猴子的颈脊髓硬膜外间隙植入了量身定制的硬膜外电极（如图1d、图2），植入电极覆盖C6-T1脊椎节段。采用术中电生理来评估和改进植入物定位，使得电极位置与实验动物特有的解剖结构想对应。