圣彼得堡国立大学神经生理学家揭示了通过电刺激脊髓恢复行走功能的神经机制

由圣彼得堡国立大学神经假体实验室主任、"天狼星"科技大学生物神经学方向科学负责人帕维尔·穆先科领导的国际科研团队，在揭示脊髓运动控制机制及电刺激"重启"脊髓功能研究领域取得重要突破。

研究成果发表于《实验神经病学》科学期刊。

脊髓在运动控制中起着关键作用。其内部存在特殊的神经元群组，构成了运动网络——这一负责生成和协调步态的系统。这些神经元在此过程中发挥类似"指挥中枢"的作用，通过调控腿部肌肉实现行走功能。然而当脊髓受损时，该网络遭到破坏，从而导致运动能力的丧失。

在本项研究中，科研团队采用了硬膜外电刺激（EES）技术——该疗法通过安置于脊髓表面的电极传递电脉冲。该方法已应用于脊髓损伤患者的运动功能恢复治疗，然而通过EES激活神经网络机制的精妙细节迄今为止仍是一个未解之谜。

为解决这一科学难题，神经生理学家致力于揭示硬膜外电刺激（EES）对脊髓单个神经元活动的具体作用机制。研究团队通过开展突破性动物运动实验，运用精密多电极阵列技术，在实验对象运动状态下同步记录脊髓神经网络中大量神经元的活动信号。 

科研人员发现，硬膜外电刺激（EES）能够启动运动神经网络，即使该网络先前未处于活跃状态。为证实这一发现，科学家们系统分析了脊髓电刺激作用下单个神经元与肢体肌肉的响应模式，深入研究了肌肉收缩的速度与强度参数，并详细记录了不同条件切换时（例如在行走或静止状态下）神经肌肉活性所发生的动态变化。

该研究由圣彼得堡国立大学联合卡罗林斯卡学院诺贝尔神经生理学系（瑞典）、天狼星大学、俄罗斯科学院巴甫洛夫生理学研究所、俄罗斯联邦医学生物署脑与神经技术中心共同完成。

由帕维尔·穆先科领衔的科研团队此前已证实，神经递质血清素在脊髓损伤后运动功能恢复过程中具有关键调控作用。

在此前研究中，该团队神经生理学家还成功研发并验证了一种仿生神经刺激系统，该系统能够向神经系统未受损区域传递近似天然神经信号的信息。

研究表明，电脉冲可刺激脊髓神经元，迫使其以类似机体预备运动的模式运作，与此同时，神经元活性会根据运动阶段（例如在腿部抬起或放下时）发生动态调整。在初始阶段（即运动启动前），EES引发了神经元活动的整体增强；而当实际运动发生时，该活动呈现高度组织化特征，以确保步态节奏的稳定维持。

此外，圣彼得堡国立大学科学家与同行研究证实，不同类别的神经元群组对电脉冲的响应模式存在显著差异。其中部分神经元对电刺激呈现快速应答，而另一些则表现出延迟激活特性。正因如此，硬膜外电刺激（EES）不仅能够维持神经网络的高兴奋性水平（这是完成动作所必需的），同时也不会破坏行走过程中整体步态节奏的协调性。

“除拓展我们对脊髓神经网络工作机制的认知外，本研究成果对神经系统疾病及创伤后神经调控疗法与神经假体技术的临床发展具有重大意义。在开发新一代神经接口、柔性精密生物电子技术的同时，必须深入理解脊髓神经网络的结构特性，并优化其刺激算法以增强仿生性、安全性和疗效。”——该研究作者之一、帕维尔·穆先科教授阐释道。

圣彼得堡国立大学——俄罗斯历史最悠久的高等学府——始建于1724年1月28日（公历2月8日），由彼得一世颁布法令设立该大学及俄罗斯科学院。如今，该校已成为俄罗斯规模最大的科教中心之一，拥有逾两万名在校生，建有15个大型实验室及23个资源中心，构成了全国顶级科学园区。该校毕业生屡屡荣膺诺贝尔奖与菲尔兹奖。

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