一种创新的电子设备，体积小巧灵活，可以缠绕在脊髓周围，可能会彻底改变脊柱损伤的治疗，这种损伤通常会导致严重的残疾和瘫痪。这些设备由一组工程师、神经科学家和外科医生团队创建，他们利用这些设备捕捉在大脑和脊髓之间传递的神经信号。与当前的方法不同，这些新设备能够记录脊髓活动的360度全视角，提供对病情的全面理解。
脊柱损伤可能导致严重的残疾和瘫痪。
剑桥大学的研究人员，包括工程师、神经科学家和外科医生，开发了新的设备，以记录大脑和脊髓之间的神经信号。这些设备能够记录脊髓活动的360度全视角，这比现有的方法有了显著的改进。在活体动物和人类尸体上的测试表明，这些设备还可以刺激四肢运动，绕过完全的脊髓损伤，即大脑和脊髓之间的通信已被中断。
脊柱损伤的治疗通常涉及风险很高的手术，比如用电极刺入脊髓或者在大脑中植入设备。然而，剑桥大学的研究人员开发了一种新设备，有可能消除脑部手术的需要，使脊柱损伤的治疗对患者更安全。
虽然这些治疗预计要几年后才会可用，但这些设备可以立即用于手术期间监测脊髓活动。这可能会导致对脊髓的更好理解，从而最终改善脊柱损伤的治疗。各种疾病，例如长期疼痛、肿胀和高血压，这些发现发表在期刊《科学进展》上。
“脊髓就像一条繁忙的高速公路，传递着来自大脑的神经冲动，”参与研究的工程系教授乔治·马利亚拉斯解释道。“脊髓的损伤会破坏这条交通流，导致严重的残疾，包括感官和运动功能的永久丧失。”
能够监测脊髓进出的信号可以大大帮助研发脊椎损伤的治疗方法，同时也可能更近一步地改善手术期间对脊髓的监测。
“目前大多数监测或刺激脊髓的技术仅与沿脊髓背部，即背侧，的运动神经元相互作用，”参与研究的临床神经科学系的达米亚诺·巴罗内博士表示。“这些方法只能覆盖脊柱的20%到30%，因此我们获得的视角是不完整的。”
通过借鉴微电子技术，研究人员设法从整个脊柱获得信息。脊髓现在可以安全地在360度范围内使用薄型高分辨率植入物进行记录。以前的方法使用刺入脊柱的电极，存在受伤的风险，但剑桥开发的新型生物兼容设备厚度仅为微米级，并且消耗极少的电力。这些设备可以在脊髓的神经纤维上拦截信号，从而安全有效地进行记录。由于设备极薄，可以在不损伤神经的情况下记录信号，因为它们并不穿透脊髓本身。马利亚拉斯解释道：“这是一个具有挑战性的过程，因为我们以前没有这样制造脊髓植入物，也不清楚是否可以安全地将它们放置在脊柱周围。但由于近年来在工程和神经外科领域的进展，我们在这个重要领域取得了显著的进展。”这些设备通过对常规手术程序的调整进行植入，以便能够在不损伤脊髓的情况下滑入脊柱下方。研究人员已成功开发出能够在老鼠模型中刺激四肢运动的设备，延迟时间与人类的反射运动相似。这些设备也已在人体尸体模型中成功测试，表明它们在人类使用的潜力。研究人员相信他们的方法可能彻底改变脊柱损伤的治疗，可能消除目前在此类治疗中使用的脑部植入物的需要。巴罗内表示，问题出在大脑和脊髓之间的连接。将脑部手术纳入脊柱手术会增加患者的风险。以更少侵入的方式从脊髓收集必要信息会更安全。这种方法对于治疗脊柱损伤来说会安全得多。
尽管脊柱损伤的治疗仍在未来，但这些设备对于研究人员和外科医生以非侵入的方式更好地理解这一重要但常常被忽视的人体解剖部分可能是有价值的。剑桥的研究人员正在致力于这个方向。我们目前考虑使用这些设备在进行手术时监测脊髓中的神经活动。“在人体中直接研究整个脊髓几乎是不可能的，因为它非常脆弱和复杂，”巴罗内解释说。“在手术中监测它将增强我们对脊髓的理解，而不会造成损伤，最终导致改善慢性疼痛、高血压和炎症等疾病的治疗方法的发展。这种方法对患者有很大的潜力。”皇家外科医师学院、医学科学院和健康教育都为这项研究提供了支持。国家健康研究院和工程与物理科学研究委员会（EPSRC）都是英国研究与创新（UKRI）的组成部分。
