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脊髄損傷は人生を変える出来事であり、筋力低下や麻痺などの影響により、人の生活が劇的に混乱する可能性があります。 麻痺を治療する方法はありませんが、症状を改善するための潜在的な治療選択肢の開発にはある程度の進歩があります。 しかし、その多くは依然として多くの患者の手の届かないところにある。 脊髄が完全に損傷した人は脊髄刺激装置から恩恵を受ける可能性がありますが、費用、安全性、手術を受ける患者の意欲などが治療の障壁となっています。

現在、マッケルベイ工学部の生体医工学および医学部の神経外科の助教授であるイスマエル・セアーニェスが率いるワシントン大学セントルイスの技術者のグループが、低コストで非侵襲的なアプローチの研究を開始した。患者に手頃な価格の希望を与える脊髄刺激へ。 Journal of Neural Engineering に 7 月 25 日に掲載された彼らの研究では、ローテク電極アレイを使用して脊髄損傷者の脚の筋肉を効果的に刺激します。

硬膜外脊髄刺激 (eSCS) と呼ばれる刺激の 1 種類は、脊椎近くの皮膚の下に電極を埋め込み、電気信号を送信して特定の筋肉群を刺激します。 脊髄損傷では、脳から体内の筋肉への神経伝達が遮断されることがありますが、脊髄から筋肉自体への接続は無傷のままです。 ESCS は脊椎に非常に近づくことができ、基本的に脳からの弱まった信号が脊髄の標的に到達して筋肉を再活性化できるようになります。

インプラントは脊椎にどれだけ近づけることができるため、「どの筋肉をターゲットにするかに非常にこだわることができます」とシーニェス氏は語った。

ESCS は 1960 年代から痛みの管理に利用されており、過去 10 年にわたって、サイクリング、水泳、カヤックなどの複雑で器用な活動のための筋肉の動きを生み出すためにうまく使用されてきました。 しかし、移植には手術が必要で、移植には大規模な専門家チームが必要で、数万ドルもの費用がかかるため、多くの人にとって手の届かないものとなっている。

代わりに、シーニェス氏と彼の研究室は経皮的 SCS (tSCS) に目を向けました。 tSCS は、外科的インプラントを体内に直接挿入する代わりに、皮膚上に配置された一連の電極を使用して、特定の筋肉群を刺激する目的で電気パルスを送信します。 研究者は、単一電極アレイと複数電極アレイの両方を備えたさまざまな構成で、筋肉刺激のための tSCS を長年研究してきましたが、この研究以前には、筋肉刺激に tSCS を最適に使用する方法を評価する包括的な研究はありませんでした。

詳細な分析が欠如していることが、tSCS の足かせとなっている。 例えば、単一の電極構成は、患者に非常に一般的な刺激を与え、刺激されている脊髄上のスポットの下の本質的にすべての運動ニューロンを活性化する。 したがって、たとえば、患者は特に股関節を曲げる代わりに、脚全体をぎくしゃくさせるだけかもしれません。 集中的な研究により、シーニェス氏は医療専門家が使用できる一連のガイドラインを作成できるという仮説を立てました。

セアニェス氏のチームは、tSCS セットアップをテストするために脊髄損傷のない 16 人の参加者を集めました。 彼らは、脊椎近くの皮膚に電極を 1 つだけ配置するのではなく、脊椎の両側に 3 つ、腹部の両側に 2 つずつ、複数の電極を使用して回路を閉じることが最も効果的な構成であることを発見しました。 これにより、股関節や足首などの選択した領域の筋肉をより具体的に制御できるようになりました。 同グループは、さまざまな電極設定をテストし、テストを繰り返すことで、脊椎に沿って電極を配置するのに最適な場所を正確に特定する確率グラフと、電極が特定の筋肉を活性化する可能性を計算しました。 セアーニェス氏は、その実験を利用して、仮説的なリハビリテーションのシナリオにおいて、医療専門家が特定の筋肉群を刺激する対象を身体のどこに置くべきかを示す脊髄のマップを作成しました。