匹兹堡——匹兹堡大学医学院的康复科学家今天报告说，脊髓刺激可以引起下肢截肢患者失去足部的感觉，减轻幻肢痛。
假脚鞋垫上的压力传感器触发电脉冲，然后将电脉冲传送到参与者的脊髓。研究人员发现，这种感官反馈也能改善平衡和步态稳定性。这项概念验证研究是由皮特大学、卡耐基梅隆大学和芝加哥大学的工程师、医生和神经科学家跨学科合作完成的，并发表在《自然生物医学工程》杂志上。
皮特大学物理医学和康复学副教授、资深作者Lee Fisher博士说:“我们使用的电极和刺激装置已经在临床中经常使用，医生们知道如何植入。”“我们正在利用这些技术来改善功能和减轻疼痛。这很令人兴奋，我们已经做了一段时间了。”
在150万患有下肢截肢的美国人中，10人中有8人经历过某种程度的慢性疼痛，感觉好像来自失去的腿或脚。这种幻肢痛通常对止痛药物没有反应，并严重损害生活质量。此外，由于即使是技术最先进的假肢也没有配备感觉反馈功能，截肢者仍然容易出现平衡缺陷和跌倒，这进一步限制了他们的行动能力。
典型的刺激系统是通过用另一种感觉信号覆盖疼痛神经元来关闭它们——类似于摩擦疼痛的肘部有助于缓解疼痛——Fisher的研究小组利用现有的脊髓刺激技术，通过替换缺失的足部感觉神经元和中枢神经系统之间被切断的连接来恢复感觉反馈。
为了使研究人员能够在行走过程中调节对假肢脚的不同压力的感觉强度，一对细电极链被植入下背部的脊髓顶部，与一个手机大小的刺激装置相连，该装置发出不同幅度和频率的电脉冲。这些导线由皮特疼痛医学医生Eric Helm(医学博士，物理医学和康复学助理教授)和Vincent Miele(医学博士，神经外科首席副教授)植入一到三个月，并在试验结束后按照研究设计取出。
与其他研究小组之前的研究不同，Fisher和他的团队能够在受试者使用假肢站立或行走时，对脊髓刺激参数进行主动控制，实时控制刺激。
除了在平衡控制和步态方面有临床意义的改善外，即使在最具挑战性的条件下，例如闭着眼睛站在移动平台上，参与者报告幻肢疼痛平均减少了70% -鉴于缺乏临床可用的治疗方案，这是一个非常有意义的结果。
这项技术的优点在于它的多功能性:初步研究表明，它可以用于因慢性疾病(如糖尿病)或创伤性截肢而造成广泛周围神经损伤的人。它也不需要昂贵的定制电极或罕见的外科手术，这使得它更容易在全国范围内推广。
“只要脊髓完好无损，我们就能产生感觉，”费舍尔说。“我们的方法有可能成为下肢截肢的重要干预措施，并在行业合作伙伴的适当支持下，在未来五年内转化为临床。”
这项研究的其他作者是Ameya Nanivadekar博士、Rohit Bose博士、Bailey Petersen博士、Tyler Madonna博士、Beatrice Barra博士、Isaiah Levy医学博士、Michael Boninger医学博士和Marco Capogrosso博士，他们都来自皮特大学;来自卡内基梅隆大学的Devapratim Sarma博士、Juhi Farooqui学士、Ashley Dalrymple博士和Douglas Weber博士;以及芝加哥大学的Elizaveta Okorokova博士和Sliman Bensmaia博士。
本研究得到了美国国立卫生研究院合作协议UH3NS100541和培训基金F30HD098794以及瑞士国家科学基金会Doc。流动性奖学金P1FRP3_188027。