[发明专利]用于运动功能恢复的感觉信息顺应性脊髓刺激系统

说明书

本申请涉及一种用于刺激脊髓以在脊髓损伤或其他运动损伤的受试者中恢复运动功能的系统。所述系统包括可编程植入式脉冲发生器(programmable implantable pulse generator,IPG)，其可操作地连接以将电流脉冲传递到一个或多个多电极阵列，其中所述IPG适于向所述多电极阵列传递刺激，所述刺激的特征在于包括在20和1200Hz之间的频率以及在0.1运动阈值幅度和1.5运动阈值幅度之间的幅度。用于促进具有神经运动损伤的受试者的移动功能或上肢运动的这种系统的使用也在本申请的范围内。

技术领域

本申请涉及脊髓神经假体领域，特别是用于运动损伤。

特别地，它涉及用于刺激脊髓的系统，更特别地用于脊髓损伤或其他运动损伤(例如中风后)的受试者的运动功能的恢复。

背景技术

严重的脊髓损伤(SCI)破坏了脊柱中心与病变下方脊髓回路之间的通信，通常包括那些负责产生运动的部份。下行通路的中断消除了调节和刺激的来源，这对于使脊髓回路处于能够产生运动的状态(称为“功能状态”)是必要的。由于这个原因，虽然在很大程度上在解剖学上完整，但病变下方的脊髓回路仍然处于不允许站立和行走的状态(称为“休眠状态”)。

在人类中，在功能上SCI可以为完全(即，受试者不能在损伤的水平以下进行任何功能性运动)或不完全(即，受试者可以在一定程度上控制损伤以下的肌肉亚组)。即使从功能的角度被定义为完全SCI，一些将大脑连接到损伤以下的脊髓节段的纤维仍幸存。然而，这些还不足以能够在病变下方募集存活的回路，而导致瘫痪。

通常提出脊髓刺激(Spinal cord stimulation,SCS)疗法来增强脊柱感觉-运动回路的兴奋性，从而促进运动命令的执行。

特别地，脊髓的电神经调节被用于向病变下方的脊髓回路提供刺激，以便从缺失的大脑输入取代强直下行驱动并将脊髓回路设置为促进运动恢复的“功能状态”。实际上，随着脊髓回路的刺激增加，即使来自将大脑连接到损伤以下的回路的幸存的纤维的微弱信号也足以产生运动。

然而，已经在具有完全脊髓损伤的大鼠中显示(Edgerton，2008，Courtine等，2009，Moraud等，2016)，在没有脑输入的情况下，存活的脊髓回路使用来自肢体的感觉信号作为运动控制和调节的来源。

因此，来自肢体的感觉信号，特别是在肌梭反馈回路中汇聚的本体感受输入，在使用脊髓刺激的瘫痪后运动恢复中起关键作用(Takeoka等，2014，Moraud等，2016)。

在这种情况下，在过去的十年中，已经表明腰椎节段的电SCS提供了重新激活脊柱感觉-运动回路的策略，促进了动物的站立和行走以及有限程度地促进了具有SCI的人类的站立和行走(Van den Brand等，2012；Angeli等，2014)。经过多年的研究，现在出现了关于SCS移动功能恢复机制的第一个见解。

特别地，认识到刺激募集的主要神经结构是从背根进入脊髓的大传入纤维(Rattay等，2000；Minassian等，2007；Capogrosso等，2013)，以及这些纤维携带的感觉信息，且特别是来自肌梭本体感受纤维的感觉信息，在脊髓损伤后的移动运动恢复中起着重要作用(Wernig和Müller，1992；Takeoka等，2014)。

与这些数据一致，最近在大鼠中显示，促进移动运动主要是由电刺激方案和肌梭反馈回路之间的协同相互作用引发的(Moraud等，2016)。特别地，已经表明，在大鼠中，标准刺激方案增加了传入纤维的总体放电速率而不破坏所携带的自然产生的感觉反馈信息，并且这种协同相互作用是已知的具有不同的刺激频率的肌肉活动的调节的潜在机制(Moraud等，2014)。

动物实验对于探索这些机制并因此开发可用于人类以提供患者特异性治疗的创新神经调节策略是必需的(Moraud等，2016；Wenger等，2016)。事实上，跨越哺乳动物的肌梭反馈回路的保守性表明相同的机制可以促进人类的运动控制。