模拟闭环磁刺激促进脊髓损伤的功能恢复与轴突再生

让受伤的脊髓重新与大脑对话

脊髓损伤常常意味着运动能力和独立性的骤然丧失，且可供恢复功能的选项很少。本研究探讨了一种无创方法，通过体外施加精确时序的磁脉冲来“引导”受损的神经通路重启。研究人员在小鼠身上对大脑和下段脊神经进行同步刺激，结果显示这不仅能改善行走能力，还能促使关键神经纤维穿过受损的脊髓组织再生。

一种新型的成对磁刺激疗法

团队开发了他们称之为模拟闭环磁刺激（SCMS）的方法。SCMS不是仅刺激大脑或仅刺激脊神经，而是以严格控制的时序在运动通路的两端同时输送脉冲。一个线圈位于发出下行信号的运动皮层上方，另一个线圈则瞄准靠近下背部、向上传递感觉信息的神经根。通过将这两路输入的时序与神经传导的自然速度匹配，SCMS旨在模拟受伤后被打断的大脑与四肢之间正常的双向对话。

在小鼠中测试运动恢复

为了检验这种方法是否能恢复功能，研究人员在小鼠身上制造精确的脊髓损伤，并比较三组动物：受伤但未治疗组、接受常规仅脑部磁刺激组和接受新型SCMS方案组。在六周内，他们拍摄小鼠行走并用详细的步态分析软件追踪步态模式、平衡和速度，同时记录腿部肌肉的电活动并在显微镜下检查肌肉组织。接受SCMS治疗的小鼠表现出显著更好的后肢协调、更高的抬足、更对称的姿势以及比未治疗或仅脑部刺激的动物更强、更频繁的肌肉收缩。它们的腿部肌肉萎缩较少，更多的神经—肌肉接触点（称为神经肌肉连接）得到充分恢复。

追踪受损脊髓中的信号传递

行走改善可能由多种因素引起，因此团队直接测量了信号在受损脊髓中传递的效果。研究人员使用植入的光纤和当神经元放电时会发光的荧光钙指示器，追踪发出运动指令的大脑细胞以及这些指令到达的脊髓区域的活动。在未处理或仅脑部刺激的小鼠中，这些通路的信号强度在损伤后明显下降。相比之下，接受SCMS的小鼠在运动皮层和损伤部位以下的皮质脊髓轴突中均显示出更强的激活。电生理测试证实，只有在施加SCMS时，从大脑到腿部肌肉的运动诱发反应才更可靠地传递，这表明主要运动通路——皮质脊髓束——在一定程度上被重建。

轴突再生与回路重建

为检验轴突的实际再生，科学家用荧光标记标注了皮质脊髓束的轴突并检查受损的脊髓。在大多数受伤小鼠中，这些纤维在瘢痕边界处突然停止，未能越过病变下方的组织。然而在接受SCMS处理的动物中，部分轴突穿过瘢痕并延伸到损伤约两毫米以外——这是成年中枢神经系统组织中相当显著的再生表现，通常再生极为受限。这些再生纤维与参与运动控制的特定脊髓“中间”神经元形成了接触，并向肌肉方向继续连接，表明SCMS促成的是功能性感觉运动回路的重建，而非仅仅是随机生长。

激活神经自身的修复程序

最后，研究人员探查了脊髓中启动了哪些内在修复程序。他们结合了对处理组和未处理组组织的基因活动、蛋白质和小分子的大规模测量。在这三类数据中，有一条通路尤为突出：以酶AMPK及其伙伴CREB和BDNF为中心的代谢与生长控制通路。SCMS增强了该通路并提高了BDNF的水平——BDNF是已知支持神经元存活和轴突延伸的生长因子。在其他研究中，阻断或未能激活此类通路会限制恢复，因此这里这些通路的激活为定时磁刺激如何促使受损轴突再生并形成有用连接提供了合理的解释。

对人的潜在意义

通俗来说，这项工作表明，对头部和下背部施加精心编排的磁脉冲序列可以帮助小鼠受损的脊髓重新与大脑连接，恢复更自然的行走，甚至让关键神经纤维穿越瘢痕组织再生。该治疗为无创，使用的刺激强度与临床上已认为安全的水平相近。尽管在将其应用于患者之前仍需大量研究——尤其是确认长期安全性和新连接的精确走向——SCMS指向了一个未来：外部设备能够引导机体自身的修复机制，重建脊髓损伤后被破坏的通信通路。

引用: Zhang, L., Xiao, Z., Xia, C. et al. Simulated closed-loop magnetic stimulation promotes function recovery and axonal regeneration in spinal cord injury. Commun Biol 9, 614 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09848-9

关键词: 脊髓损伤, 磁刺激, 轴突再生, 皮质脊髓束, 神经康复