ماجرای روشی که باعث راه رفتن بیماران قطع نخاع شد

 سوزان هارکما (Susan Harkema) فیزیولوژیست اعصاب از دانشگاه لوئیزویل در کنتاکی کنار سامرز نشسته بود و محو داده‌های روی رایانه‌اش بود. باورش نمی‌شد. شاید انگشت سامرز واقعا حرکت می‌کرد اما کنترل آن دست سامرز نبود. سوزان از این موضوع مطمئن بود. با این حال تصمیم گرفت از او بخواهد چشمانش را ببندد و انگشت پای راستش را به سمت بالا و سپس به سمت پایین حرکت دهد و همین کار را روی انگشت پای چپ انجام دهد. عملکرد سامرز عالی بود.

سامرز گفت: سوزی نگاه کن من می‌توانم انگشت پایم را تکان بدهم.

هارکما شوکه شده بود!

سامرز بازیکن بیسبال دانشگاه بود و رویای شرکت در لیگ‌های بزرگ را در سر می‌پروراند البته پیش از آن که خودرویی با او برخورد کند و تمام رباط‌ها و تاندون‌های گردنش آسیب ببیند. پزشکان جراحت او را در دسته آسیب کامل در نظر گرفتند و ارتباط حرکتی اعصاب و پاهایش کاملا از بین رفته بود.

زمانی که هارکما و همکارانش در سال ۲۰۰۹ رشته‌ای از الکترودهای کوچک را در ستون فقرات سامرز قرار دادند در تلاش برای بازگرداندن توانایی او برای حرکت نبودند بلکه امیدوار بودند بتوان تحریک الکتریکی را جایگزین سیگنال‌های مغزی کرد. چنین رویکردی می‌توانست به افرادی که دچار آسیب نخاع شده‌اند کمک کند تا روی پای خود بایستند و راه بروند.

بنابراین زمانی که سامرز توانست به صورت ارادی انگشت‌هایش را حرکت دهد هارکما مات و مبهوت شد.

مدت‌ها است باور بر این است که آسیب‌های نخاعی نشان‌دهنده‌ی قطع اتصالات عصبی بین مغز و اندام‌ها است. برای دهه‌ها محققان بر ترمیم این اتصالات برای مثال با استفاده از سلول‌های بنیادی تمرکز داشتند.

اما یافته‌های گروه هارکما و سایر آزمایشگاه‌ها نشان می‌داد که برخی از این اتصالات دست نخورده باقی مانده‌اند حتی در کسانی که آسیب‌های بسیار شدیدی را تجربه کرده بودند. به نظر می‌رسد تحریک الکتریکی به تقویت پیام‌های ارسال شده در سراسر مناطق آسیب‌دیده کمک می‌کند و این پیوندها بار دیگر برقرار می‌شوند.

به نظر می‌رسد تحریک الکتریکی به تقویت پیام‌های ارسال شده در سراسر مناطق آسیب‌دیده کمک می‌کند و این پیوندها بار دیگر برقرار می‌شوند.

اتصال غافلگیرکننده اعصاب سامرز بخشی از مجموعه پیشرفت‌هایی است که تحقیقات در مورد آسیب نخاعی را قوت بخشیده است. در سال ۲۰۱۸ آزمایشگاه‌هایی در کنتاکی، مینه‌سوتا و سوئیس خبرساز شدند. محرک‌هایی که در اصل برای درمان دردهای مزمن طراحی شده بودند به حدود ۱۲ نفر که فلج شده بودند کمک کرد تا بار دیگر انگشتان پای خود را حرکت دهند، پایشان را خم کنند یا با کمک یک تکیه‌گاه حرکت کنند. به نظر می‌رسد این دستگاه‌ها مزایای گسترده‌تری نیز دارند. برخی از شرکت‌کنندگان مطالعه شاهد بهبود در فشار خون، کنترل روده و مثانه بودند. مواردی که افراد مبتلا به ضایعه نخاعی با آن به مشکل برمی‌خورند و برای این افراد اهمیت زیادی دارد. در برخی موارد حتی پس از قطع تحریک الکتریکی این بهبود ادامه داشت.

نتایج به دست آمده امیدها را برای بهبود کیفیت زندگی افرادی که برای سال‌ها یا دهه‌ها فلج شده بودند تقویت کرده است و یافته‌ها باعث تغییر باورهای متعارف در مورد آسیب نخاعی شده است.

الگویی برای پیشرفت

راهی که به تکان خوردن انگشت سامرز ختم شد از حرکت گربه‌ها روی تردمیل آغاز شد.

در دهه ۱۹۷۰ میلادی، “ادگرتون”(Edgerton) شروع به کار بر روی یک مدل برای درک حرکت کرد. گربه‌هایی که دچار آسیب‌ نخاعی شده‌اند را می‌توان بر روی یک تردمیل به حالت معلق قرار داد و با هدایت پاهایشان دوباره به آن‌ها راه رفتن آموخت. این حیوان‌ها با تمرین می‌توانستند سرعت خود را با تردمیل تنظیم کنند و حتی تغییر جهت دهند بدون آن که نیازی به فرمان مغز باشد. شبکه ستون فقرات، آن‌ها را به سمت جلو هدایت می‌کرد.

این شبکه عصبی که “مولد الگوی مرکزی”(central pattern generator) نام دارد حرکات آنها را کنترل می‌کرد و ادگرتون می‌خواست نحوه کار آن را بداند.

در سال ۱۹۹۳ زمانی که هارکما به آزمایشگاه ادگرتون پیوست علاقه زیادی به ستون فقرات نداشت اما زمانی که هارکما شروع به کار با گربه‌ها کرد مجذوب نحوه بازیابی توانایی حرکت در آنها شد.

“ادگرتون”، هارکما را مامور کرد تا آزمایشی مشابه را بر روی انسان‌هایی که دچار آسیب‌ نخاغی بودند انجام دهد تا شاید تمرینات منظم باعث فعال شدن یک مولد الگوی مرکزی در آن‌ها شود و آن‌ها نیز توانایی راه‌ رفتن را بازیابند.

“ادگرتون”، هارکما را مامور کرد تا آزمایشی مشابه را بر روی انسان‌هایی که دچار آسیب‌ نخاغی بودند انجام دهد تا شاید تمرینات منظم باعث فعال شدن یک مولد الگوی مرکزی در آن‌ها شود و آن‌ها نیز توانایی راه‌ رفتن را بازیابند.

این آزمایش تا حدودی جواب داد. این روش به کسانی که دچار آسیب نخاعی به خصوص آسیب‌های خفیف‌تر بودند کمک کرد تا بار دیگر توانایی حرکتی خود را بهبود بخشند. اما هارکما و ادگرتون به دنبال اثر بزرگ‌تری بودند. محرک‌های اپیدورال که جریان را به نواحی پایینی نخاع می‌رساندند به نظر گزینه‌ی مناسبی می‌آمدند.

این دستگاه‌ها از دهه ۱۹۶۰ میلادی برای درمان دردهای مزمن مورد استفاده قرار می‌گرفتند. اما اکنون محققان به شواهدی از توانایی بیشتر این دستگاه دست یافته بودند. برای مثال این محرک‌ها در افرادی که دچار آسیب نخاعی بودند میزان اسپاسم‌های غیر ارادی را کاهش می‌دادند و حتی در یک مطالعه شواهدی از اثرگذاری محرک‌ها بر ایجاد توانایی حرکت ارادی در افرادی که دچار آسیب‌های نقص نخاعی بودند، مشاهده شد. این افراد به طور کامل اتصال نخاعی خود را از دست نداده‌ و میزانی از احساس و حرکت را در نیم‌تنه پایینی حفظ کرده بودند.

در سال ۲۰۰۲، محققانی از آریزونا گزارش کردند که یک مرد ۴۳ ساله با آسیب نخاعی را روی تردمیل درحالی که ستون فقراتش را تحریک می‌کردند قرار دادند. او نیز مصدومیت ناقص داشت و توانست پس از تمرین و تحریک راه برود.

هارکما و ادگرتون نیز شروع به بحث در مورد امکان استفاده از رویکردی مشابه کردند و تنها به یک بیمار آزمایشی نیاز داشتند و سامرز همان فرد بود.

تابستان ۲۰۰۶ بود. سامرز که بازیکن بیسبال تیم دانشگاه ایالتی اورگن بود به دلیل آسیب‌دیدگی، مسابقات قهرمانی را از دست داده بود و سخت در تلاش بود تا برای فصل آینده آماده شود. در همین بحبوحه بود که ماشینی به او برخورد کرد. او چیز زیادی از اقامت یک ماهه‌اش در بیمارستان به یاد نمی‌آورد اما جملات پزشکان را به یاد دارد. “تو هرگز دوباره راه نخواهی رفت و دیگر چیزی را احساس نخواهی کرد”

سامرز چیز زیادی از اقامت یک ماهه‌اش در بیمارستان به یاد نمی‌آورد اما جملات پزشکان را به یاد دارد. “تو هرگز دوباره راه نخواهی رفت و دیگر چیزی را احساس نخواهی کرد”

سامرز اما این حرف‌ها را باور نکرد و دست از تلاش برنداشت. پس از یک سال توانبخشی جدی او کمی احساس در اندام‌هایش پیدا کرد اما همچنان قادر به حرکت دادن نیم‌تنه پایینی خود نبود. مصونیت او آسیب کامل نخاعی درنظر گرفته شد با این وجود خانواده او بیش از ۲۰۰ ایمیل به مراکز تحقیقاتی در سراسر جهان ارسال کردند و در نهایت او با هارکما ملاقات کرد. سامرز بیش از دو سال در لوئیزویل تحت درمان بازتوانی قرار گرفت تا مشخص شود آیا می‌تواند بدون تحریک عصبی بهبود یابد یا خیر و در نهایت در دسامبر سال ۲۰۰۹ تیم هارکما به او یک محرک اپیدورال متصل کردند. آن‌ها آرایه‌ای ۱۶ الکترودی در فضای بین مهره‌ها و نخاع او قرار دادند. یک سیم این آرایه را به یک محرک وصل کرد. دستگاهی قابل شارژ که محققان از راه دور آن را کنترل می‌کردند.

زمانی که محققان محرک را روشن کردند، سامرز به طور ناگهانی احساس سوزن سوزن شدگی کرد. پس از گذشت سه روز محققان تلاش کردند که او را روی پاهایش نگه دارند. در ابتدا سیم‌هایی تمام وزن او را نگه می‌داشت، محققان سپس به تدریج حمایت سیم‌ها را کاهش دادند تا جایی که سامرز به طور مستقل روی پاهایش بایستد.

این اتفاق باعث شور و هیجان زیادی برای او و خانواده‌اش شد اما این شور و اشتیاق در مقابل اتفاقی که شش ماه بعد برای او افتاد چیزی نبود. تیم هارکما امیدوار بود که محرک بتواند شبکه عصبی مورد نیاز برای قدم برداشتن را در او فعال کند اما آن‌ها انتظار فعال شدن ارتباط مغز و اندام‌ها را نداشتند.

هنگامی که هارکما و همکارانش جزئیات پرونده سامرز را در سال ۲۰۱۱ منتشر کردند بسیاری از دانشمندان به آن‌ها شک داشتند. اما به تدریج شواهد افزایش یافت. هارکما و تیمش مطالعه‌ی دیگری در سال ۲۰۱۴ منتشر کردند که شامل سامرز و سه فرد دیگر می‌شد که دو نفر آن‌ها هیچ حرکت یا احساسی در نیم‌تنه پایینی خود نداشتند. همه‌ی آن‌ها توانستند بار دیگر برخی حرکات را بازیابند و به دنبال‌ آن‌ها افراد دیگری این رویکرد را پیش گرفتند.

“گرگوار کورتین”(Grégoire Courtine) عصب‌شناس در مؤسسه فناوری فدرال سوئیس در لوزان(EPFL) در سال ۲۰۰۸ برای مطالعه تحریک اپیدورال در جوندگان و در نهایت ماکاک‌های رزوس به اروپا سفر کرد.

در سال ۲۰۱۵ او احساس کرد که آماده آزمایش این فناوری بر روی انسان‌ها است. تیم او نیز از محرک مشابه هارکما استفاده کرد اما آن‌ها نرم‌افزار این دستگاه را بهبود بخشیدند تا بتواند الگوهای تحریک را همزمان با راه رفتن فراهم کند. تفاوت دیگر آزمایش‌های آن‌ها در بیماران بود. این گروه کسانی که دچار صدمات ناقص بودند را نسبت به کسانی که کاملا آسیب‌دیده‌بودند، به امید بهبودی آسان‌تر مورد بررسی قرار دادند.

در همین حال ادگرتون به گروه سوم در کلینیک مایو(Mayo) کمک کرد تا آزمایش دیگری انجام دهند.

در سال ۲۰۱۶، “کندال لی”(Kendall Lee) جراح مغز و اعصاب کلینیک مایو، “کریستین ژائو”(Kristin Zhao) دانشمند توانبخشی و همکارانشان تصمیم گرفتند تا نتایج هارکما را تکرار کنند. آن‌ها دو داوطلب را انتخاب کردند که پیش از کاشت ایمپلنت نزدیک به شش ماه فیزیوتراپی انجام داده بودند و سپس برای ۱۰ ماه دیگر با استفاده از محرک تحت درمان قرار گرفته بودند. هدف نشان دادن این موضوع بود که تحریک و تمرین می‌تواند توانایی آن‌ها برای ایستادن و حرکت را بهبود بخشد. اما داوطلب اول با چنان سرعتی به این هدف دست یافت که محققان تصمیم گرفتند راه رفتن را نیز به اهداف بیافزایند.

در پاییز سال ۲۰۱۸، سه تیم نتایج به دست آمده از آزمایش هشت داوطلب را منتشر کردند. در مجموع شش نفر از آن‌ها توانستند با استفاده از سیم نگهدارنده، عصا یا نرده‌های دو طرفه، راه بروند. دو مورد دیگر نیز توانستند به طور مستقل بنشینند و بایستند و یک نفر توانست با کمک روی تردمیل قدم بردارد.

امیدها زنده می‌شود

این زمینه پیش از این نیز پیشرفت‌هایی داشته است. “کریستوفر ریو”، بازیگر و یکی از شناخته شده‌ترین چهره‌ها با آسیب نخاعی است. او اعتقاد راسخ داشت که به لطف حوزه رو به رشد سلول‌های بنیادی می‌تواند روزی راه برود. او در مصاحبه‌ای در سال ۲۰۰۱ و سه سال پیش از فوتش گفت: من می‌دانم که برای آسیبی که دارم درمانی خواهد آمد. اما نزدیک به دو دهه بعد هنوز این درمان ایجاد نشده است. او مشتاقانه برای تامین بودجه تحقیقات سلول‌های بنیادی به امید درمان آسیب‌های عصبی سخن می‌گفت. فیلم‌ها نشان می‌دهد که موش‌های فلج که به ستون فقرات آن‌ها سلول‌هایی تزریق شده است به طور معجزه‌آسایی توانستند راه بروند. درمانی که به نظر به نظر در دسترس می‌رسید اما مشخص شد که تکرار آن نتایج در انسان‌ها دشوار است.

به گفته‌ی “کیت نانسی”(Keith Tansey) متخصص مغز و اعصاب، اگرچه آزمایش‌های انسانی با سلول‌های بنیادی در حال انجام است و برخی از آن‌ها نتایج امیدوارکننده‌ای نشان می‌دهند اما هیجان برای این رویکرد از طرف سرمایه‌گذاران، بیماران و محققان کاهش یافته است.

سایر روش‌هایی که فناوری پیشرفته‌ای دارند مانند رابط‌های مغز و ماشین نیز هنوز در حال توسعه هستند.

در مورد این روش نیز هنوز سوال‌های زیادی مطرح است. اینکه چرا برخی از اثرات مثبت آن حتی پس از قطع تحریک عصبی ادامه دارند. این موضوع نشان‌دهنده آن است که در بسیاری از افرادی که آسیب عصبی کامل برای آن‌ها در نظر گرفته شده است، برخی مسیرهای عصبی برای کنترل حرکتی هنوز باقی مانده‌اند و تحریک اپیدورال نورون‌ها را تحریک‌پذیرتر می‌کند. جریان الکتریکی نورون‌ها را مجبور به ارسال پیام عصبی و انقباض ماهیچه می‌کنند. درباره اینکه چرا اثرات در برخی از افراد باقی می‌ماند چندین توضیح ممکن وجود دارد. تحریک ممکن است به فرد امکان شرکت کامل در توانبخشی و تقویت عضلات و اتصالات اعصاب بوسیله ورزش را بدهد و یا شاید باعث افزایش انعطاف‌پذیری و اتصال مجدد اعصاب حول محل آسیب دیدگی شود. این احتمال قابل توجهی است زیرا می‌تواند به این معنا باشد که امکان بهبود در طول زمان وجود دارد.

با این حال محققان هنوز نمی‌دانند چه کسانی بیشترین سود را از این درمان می‌برند. هارکما می‌گوید که همه‌ی ۲۰ فردی که ایمپلنت را در لوئیزویل دریافت کردند موفق به انجام حرکاتی ارادی شدند. اما تانسی می‌گوید که همه‌ی افراد مبتلا به آسیب نخاعی بهبود نمی‌یابند. او به دنبال راهی برای نظارت بر افراد است زیرا قرار دادن ایمپلنت درون ستون فقرات موضوع بی اهمیتی نیست و می‌تواند خطراتی داشته باشد.

هارکما می‌گوید که همه‌ی ۲۰ فردی که ایمپلنت را در لوئیزویل دریافت کردند موفق به انجام حرکاتی ارادی شدند. اما تانسی می‌گوید که همه‌ی افراد مبتلا به آسیب نخاعی بهبود نمی‌یابند.

اگرچه این محرک‌ها توسط سازمان غذا و دارو ایالات متحده برای درمان دردهای مزمن تایید شده‌اند اما گاهی باعث ایجاد عوارض جانبی ناخواسته و حتی خطرناک می‌شوند. دریافت‌کنندگان گزارش دادند که دچار شوک یا سوختگی شده‌اند و آسیب عصبی دیده‌اند که منجر به ضعف عضلات یا فلج شده است. تحقیقاتی که در سال ۲۰۱۸ توسط آسوشیتدپرس انجام شد نشان داد که از سال ۲۰۰۸ تقریبا ۸۰ هزار مورد آسیب توسط محرک‌ها گزارش شده است.

خطراتی نیز ممکن است افراد مبتلا به آسیب نخاعی را که بیشتر مستعد ابتلا به عفونت هستند و تراکم استخوان پایینی دارند، تهدید کند. یکی از شرکت‌کنندگان تیم هارکما در آخرین مطالعه دچار شکستگی لگن شد و چندین جراحی انجام شده روی او منجر به عفونت شد.

تمرکز رو به جلو

تقاضا برای درمان‌های جدید باعث ایجاد صنعت گردشگری پزشکی برای آسیب‌های نخاعی شده است. در بیمارستان مرکز پزشکی جهانی در بانکوک به هر کسی که تحریک اپیدورال معیارهایش را برآورده کند و البته از پس پرداخت بیش از ۷۰ هزار دلار بر بیاید، این خدمات ارائه می‌شود. با این حال کورتین به افراد مبتلا به آسیب دیدگی نخاعی در مورد انجام تحریک اپیدورال خارج از مطالعات بالینی هشدار می‌دهد. او می‌گوید که شاهد کاشت ایمپلنت در نواحی اشتباه بوده است. او می‌گوید: خیلی زود است.

تانسی نیز می‌ترسد که درمان‌های پشتیبانی نشده‌ی کلینیک‌ها کارساز نباشند و تحقیقات را به حاشیه برانند.

برای دانشمندان هنوز تمرکز بر انجام تحقیقات اهمیت دارد. تیم هارکما به جذب داوطلبین ادامه می‌دهند و پروژه‌ای برای بررسی اثر تحریک و تمرین بر عملکرد روده و مثانه آغاز کرده‌اند.

در همین حال کورتین شرکتی به نام “GTX Medical” در هلند تأسیس کرده است تا یک محرک سفارشی برای افراد مبتلا به ضایعات نخاعی بسازند. او امیدوار است که این فناوری طی چند سال آینده آماده شود.

سامرز نیز بر قرار دادن یک پا جلوی پای دیگر تمرکز کرده است. پس از آن که مطالعه اولیه به پایان رسید او کنتاکی را ترک کرد و به اطراف ایالات متحده نقل مکان کرد. او در سال ۲۰۱۸ به لوئیزویل بازگشت تا در مطالعه دیگری با تمرکز بر ایستادن، قدم زدن و حرکت ارادی شرکت کند. او دومین محرک خود را دارد و به پیشرفت ادامه می‌دهد اما هنوز در حال انجام آزمایش است و نمی‌تواند در پارک قدم بزند یا حتی در آپارتمانش راه برود.

اکنون در سال ۲۰۲۲ پروفسور کورتین خبر از راه رفتن سه فرد فلج با کمک این ایمپلنت‌ها داده است. این دستگاه با تحریک ناحیه‌ای از نخاع که عضلات تنه و پا را فعال می‌کند، کار می‌کند و به قدری اثربخش بوده است که بیماران تنها یک روز پس از فعال کردن آن توانستند بایستند و راه بروند.

این ایمپلنت بوسیله هوش مصنوعی کنترل می‌شود و نورون‌ها را از طریق یک ضربان‌ساز که درون شکم فرد قرار گرفته است، فعال می‌کند.

کورتین می‌گوید: ایمپلنت نرم و جدید ما به گونه‌ای طراحی شده که زیر مهره‌ها و مستقیما روی نخاع قرار می‌گیرد. آن‌ها می‌توانند نورون‌های تنظیم کننده گروه خاصی از عضله را فعال کنند. با کنترل این ایمپلنت ما می‌توانیم کاری مشابه مغز انجام دهیم و نخاع را به همان طریق فعال کنیم و بیمار می‌تواند به طور طبیعی بایستد، راه برود، شنا یا دوچرخه سواری کند.

وی افزود: بیماران می‌توانند فعالیت مورد نظر را روی تبلت انتخاب کنند و دستورالعمل‌های مربوطه به ضربان‌ساز قرار گرفته در شکم منتقل می‌شود.

تا کنون ۹ نفر به کمک این فناوری توانایی راه رفتن پیدا کرده‌اند اما از آنجا که این وسیله بسیار پیچیده است هیچ‌ یک از آن برای انجام فعالیت‌های روزانه استفاده نمی‌کنند بلکه از آن به عنوان روشی برای تقویت عضلات و بهبود سلامت استفاده می‌کنند.

با این حال به گفته‌ی او هنوز راه درازی برای استفاده از این فناوری در زندگی روزمره در پیش است.