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척수 손상은 삶을 바꾸는 사건이며, 근육 약화 및 마비와 같은 영향으로 인해 사람의 삶이 극적으로 붕괴될 수 있습니다. 마비에 대한 치료법은 없지만 증상을 개선하기 위한 잠재적인 치료 옵션을 개발하는 데는 어느 정도 진전이 있었습니다. 하지만 아직도 많은 환자들이 접근할 수 없는 부분이 많습니다. 척수 손상이 완전히 발생한 사람은 척수 자극기로 혜택을 볼 수 있지만, 비용, 안전성, 수술을 받고자 하는 환자의 의지가 치료 장벽 중 하나입니다.

이제 McKelvey School of Engineering의 생의학 공학 조교수이자 의과 대학의 신경외과 조교수인 Ismael Seáñez가 이끄는 Washington University St. Louis의 엔지니어 그룹이 저비용, 비침습적 접근법에 대한 작업을 시작했습니다. 환자에게 합리적인 가격의 희망을 제공하는 척수 자극에 이르기까지. Journal of Neural Engineering에 7월 25일 게재된 그들의 연구는 척수 손상이 있는 사람들의 다리 근육을 효과적으로 자극하는 저기술 전극 배열을 사용합니다.

경막외 척수 자극(eSCS)이라는 자극의 한 종류는 척추 근처의 피부 아래에 전극을 이식하고 전기 신호를 보내 특정 근육 그룹을 자극합니다. 척수 손상의 경우 뇌에서 신체 근육으로의 신경 전달이 중단될 수 있지만 척수에서 근육 자체로의 연결은 그대로 유지됩니다. ESCS는 척추에 매우 가까이 접근할 수 있으며 본질적으로 뇌의 약화된 신호가 척수의 목표에 도달하여 근육을 재활성화하도록 허용합니다.

임플란트가 척추에 얼마나 가까이 접근할 수 있는지 때문에 "우리는 어떤 근육을 목표로 삼는지에 대해 매우 까다로울 수 있습니다"라고 Seáñez는 말했습니다.

ESCS는 1960년대부터 통증 관리를 위해 사용되었으며 지난 10년 동안 자전거 타기, 수영, 카약과 같이 복잡하고 민첩한 활동을 위한 근육 운동을 생성하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 그러나 이를 위해 필요한 수술, 이를 이식하는 데 필요한 대규모 전문가 팀, 수만 달러의 비용으로 인해 많은 사람들이 접근할 수 없습니다.

대신 Seáñez와 그의 연구실은 경피적 SCS(tSCS)로 전환했습니다. tSCS는 신체에 직접 수술용 임플란트를 삽입하는 대신 피부에 배치된 일련의 전극을 사용하여 특정 근육 그룹을 자극할 목적으로 전기 펄스를 전달합니다. 연구자들은 단일 전극 및 다중 전극 배열을 모두 갖춘 다양한 구성에서 근육 자극을 위해 수년 동안 tSCS를 연구해 왔지만, 이 연구 이전에는 근육 자극을 위해 tSCS를 가장 잘 사용하는 방법을 평가하는 포괄적인 연구는 없었습니다.

상세한 분석이 부족하여 tSCS가 방해를 받았습니다. 예를 들어, 단일 전극 구성은 환자에게 자극되는 척수의 지점 아래에 있는 모든 운동 뉴런을 기본적으로 활성화하는 매우 일반적인 자극을 제공합니다. 예를 들어 환자는 엉덩이를 구체적으로 구부리는 대신 다리 전체를 갑자기 움직일 수도 있습니다. 집중적인 연구를 통해 Seáñez는 의료 전문가가 사용할 수 있는 일련의 지침을 만들 수 있다는 가설을 세웠습니다.

Seáñez 팀은 tSCS 설정을 테스트하기 위해 척수 손상이 없는 참가자 16명을 모집했습니다. 그들은 척추 근처 ​​피부에 단 하나의 전극을 배치하는 대신, 회로를 닫기 위해 척추 양쪽에 3개, 복부 양쪽에 2개의 전극을 사용하는 것이 가장 효과적인 구성이라는 것을 발견했습니다. 이를 통해 엉덩이나 발목과 같은 특정 부위의 근육을 보다 구체적으로 제어할 수 있었습니다. 그룹은 다양한 전극 설정을 테스트했으며, 반복된 테스트를 통해 척추를 따라 전극을 배치하기에 가장 좋은 지점을 정확히 찾아내고 특정 근육 전극이 활성화될 확률을 계산했습니다. 이 실험을 사용하여 Seáñez는 가상의 재활 시나리오에서 의료 전문가가 특정 근육 그룹을 자극하는 것을 목표로 삼아야 하는 신체의 어느 부분을 보여주는 척수 지도를 만들었습니다.