都医学研など、脊髄損傷をバイパスし麻痺した手の力の調節機能の回復に成功

同検証では、2頭のサルに対し、第4-5頚髄の右側索と後索を損傷させることで、損傷した側の指や手首をまったく動かせない、片麻痺を呈する脊髄損傷モデルサルが作製された。そして、麻痺している右上肢を支配している神経細胞の活動を記録するため、まず左大脳皮質一次運動野の上肢の運動を支配する領域に、電極が埋め込まれた。次に、麻痺している右上肢の筋活動を生成するため、脊髄損傷の下位にある頚髄膨大部の背部にも電気刺激用の電極が埋め込まれた。

そして最初に、脊髄への電気刺激による手の力の調節能力の調査が行われた。その結果、損傷の尾側にある脊髄膨大部への電気刺激により、麻痺した前腕の複数筋の活動が誘発され、麻痺側の手首の力が屈曲から尺屈の方向に誘発されたという。つまり、バイパスして脊髄損傷の下位にある脊髄部位を電気刺激することで、複数の手の運動にかかわる筋の活動を誘発することが照明されたのである。

また、脊髄への電気刺激の強度と、誘発された力との間には、正の関係が確認された。さらに、刺激強度を変化させることで、誘発された力の大きさを調節できることも確認されたとする。

脊髄刺激は前腕の複数の筋活動や力を誘発でき、その誘発される力の大きさは脊髄刺激の強度を変化させることで、調整することが可能(出所:新大プレスリリースPDF)

次に、皮質脊髄路インタフェースの有無と、脊髄損傷モデルサルが自分の意志で行う力の調節能力の違いを比較することで、同装置の有効性が検討された。その結果、同装置を適用していない際には、脊髄への電気刺激がないために手の筋活動が生成されず、脊髄損傷モデルサルの手は麻痺したままだったのに対し、同装置を適用すると、要求される力の大きさに合わせて、同装置の入力信号として使われている運動野の神経細胞に、その活動の変調が観察されるようになったという。その神経細胞活動の変調により、脊髄刺激の強度と周波数が調節され、要求された力の大きさに依存して麻痺していた手首関節の力の大きさを制御できたとする。

なお、力の大きさに関連した活動を示す神経細胞の数は、皮質脊髄路インタフェースを適用する前に比べて2.6倍に増加したことがわかった。また、要求された力が大きい場合には、その数がより増大したという。このように、同装置を適用することで一次運動野の神経活動の変調が観察された。そして、装置を利用して制御された脊髄への電気刺激によって、脊髄損傷モデルサルは、麻痺した手の力の自分の意志による調節能力を取り戻せることが示されたのである。