마비된 척수손상을 입은 사람들은 전기로 신경을 자극하는 의료기기의 도움으로 다시 걸을 수 있다. 그러나 이 새로운 임플란트의 설계자들은 그들이 시간이 지남에 따라 운동 기능을 어떻게 회복했는지 완전히 확신하지 못했다. 이제 새로운 연구가 단서를 제공한다.
Nature 저널에 11월 9일 발표된 인간과 실험실 쥐에 대한 새로운 연구, 마비 척수손상 후 걷는 능력을 회복하는 데 핵심적인 것으로 보이는 특정 신경 세포 집단을 정확히 지적한다.
전기충격으로 임플란트는 이러한 뉴런의 스위치를 켜고 신경계의 구조 자체가 변화하는 일련의 사건을 시작할 수 있다. 이 세포 리모델링은 뇌와 걷기에 필요한 근육 사이의 잃어버린 통신선을 복원하여 한 번 마비된 사람들이 다시 걸을 수 있게 해준다고 연구원들은 결론지었다.
Eiman Azim 은 EES(경막외 전기 자극)라고 하는 신경 재핑 시스템이 "척추 회로를 재구성하는 방법을 이해하면 연구원들이 보행을 복원하고 잠재적으로 더 복잡한 움직임의 회복을 가능하게 하는 표적 기술을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다"라고 말했다.
캘리포니아 라호야에 있는 Salk Institute for Biological Studies의 수석 연구원 및 Kee Wui Huang, Azim 연구실의 박사후 연구원은 논평에 썼다
마비성 척수 손상을 입은 9명의 사람들이 새로운 연구에 참여했다. 6명은 대부분 또는 완전히 다리를 움직일 수 없었지만 팔다리에 약간의 감각을 유지했다. 다른 세 명의 참가자는 허리 아래에서 운동 제어나 감각이 없었다.
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9명의 참가자는 근육과 뼈 아래에 있지만 신경계를 감싸는 막 외부에 전극을 하부 척수 위에 이식하는 수술을 받았다. 그런 다음 각 참가자는 5개월 동안 임플란트로 훈련을 받았다. 그들은 체중을 지지하는 하네스를 착용하고 실내에서 서고, 걷고, 다양한 운동을 하는 것으로 시작했고, 마침내 안정성을 위해 보행기를 사용하는 야외 훈련으로 졸업했다.
이 운동은 EES 임플란트가 켜진 상태에서 완료되었지만 시간이 지나면서 9명의 참가자 중 4명이 기기가 꺼진 상태에서 체중을 견디고 걸을 수 있었다고 연구원들은 보고서에 썼다.
팀은 또한 각 참가자가 걸을 수 있는 능력을 회복함에 따라 EES에 대한 반응으로 척수의 전반적인 활동이 감소한다는 것을 발견했다. 처음에는 신경 세포 활성화의 포효하는 불처럼 보였던 것이 연기로 줄어들었다. 이것은 재활과 전기 자극의 조합이 신경계를 재조직하여 동일한 행동을 완료하는 데 점점 더 적은 수의 세포가 필요하다는 것을 암시했다.
공동 선임 저자인 그레그와르 쿠르틴( Grégoire Courtine )은 "뇌에서 작업을 학습할 때 그것이 정확히 보이는 것이기 때문에 그것에 대해 생각할 때 놀라운 일이 아니다. 향상됨에 따라 활성화되는 뉴런이 점점 더 적어진다."라고 스위스 로잔 공과대학(EPFL)의 신경과학자이자 교수가 말했다.
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연구팀은 설치류 크기의 EES 임플란트를 사용 하여 마비된 척수 손상 이 있는 쥐에서 이러한 재구성이 어떻게 전개되는지 연구했다. 쥐는 인간 참가자와 유사한 재활 과정을 마쳤으며, 연구자들은 어떤 유전자를 변경하여 치료에 반응하는 신경세포를 추적했다.
이 분석은 요추 척수에서 다른 뉴런이 덜 활성화된 경우에도 치료에 지속적으로 반응하는 일련의 뉴런을 밝혀냈다. 손상되지 않은 생쥐에서 이러한 뉴런의 활동을 차단해도 걷는 능력에 영향을 미치지 않았지만, 마비가 있는 부상당한 생쥐에서는 세포를 침묵시켜 다시 걷는 것을 막았다. 이는 다른 신경 세포가 회복 과정에서 자신의 역할을 할 수 있지만 이 특정 그룹이 특히 중요하다는 것을 시사한다고 Courtine은 Science에 말했다.
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"이 발견은 부상 후 뇌로부터 입력을 잃은 특정 유형의 척추 뉴런이 자극과 재활의 적절한 조합이 주어지면 움직임을 회복하기 위해 '재각성'되거나 용도 변경될 수 있다는 생각과 일치한다." Azim과 Huang이 썼다. 마우스 연구 결과가 인간에게 전달된다고 가정하면, 이 실험은 부상 후 척수를 복구하는 것을 목표로 하는 새롭고 개선된 장치의 토대를 마련할 수 있다고 그들은 말했다.
