重要なポイント
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脳卒中や脊髄損傷は下降性指令を遮断し、腕や手の運動機能に永続的な障害をもたらす可能性があります。
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EMGは、腕や手の可動性改善を目的とした脊髄刺激技術後の筋活動研究に使用されています。
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肘の筋活動の活性化と屈筋・伸筋の協調動作の変化により、機能的課題が改善されました。
脳卒中は世界的に重大な健康課題です。世界保健機関（WHO）によると、脳卒中は世界第2位の死因であり、障がいの原因としても第3位です。毎年、世界で1500万人以上が脳卒中を患っています。脳卒中は中枢神経系の機能に深刻な影響を及ぼします。脳卒中が発生すると、脳の一部への血流が遮断され、その領域が損傷または壊死します。
脳卒中の具体的な影響は損傷部位によって異なりますが、日常生活に大きな支障をもたらす一般的な症状は以下の通りです：
- 片側の筋力低下または麻痺：脳の片側が損傷すると、体の反対側に影響が及びます。これにより、特定の筋肉の動きや制御が困難になります。
- 感覚障害：脳卒中により、身体の一部に感覚鈍化、錯感覚、知覚喪失が生じることがあります。これにより、触覚や温度感覚が損なわれる可能性があります。
- 言語および会話障害：言語や発話制御に関わる脳領域が損傷すると、コミュニケーションや言語理解が困難になります。
- 認知機能の変化：脳卒中は記憶、思考、全体的な認知機能に変化をもたらします。
NEW: Spinal cord stimulation can instantly improve arm mobility for people affected by moderate to severe #stroke, report researchers from @PittTweet and @CarnegieMellon today in @NatureMedicine. @MCapogrosso @ElviraPirondini @dougweberlab
— UPMC (@UPMCnews) February 20, 2023
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脳卒中の発症後、運動皮質から脊髄への下降性指令が遮断され、腕や手に永続的な運動障害が生じることがあります。しかし、損傷部位より下の脊髄回路は保存されており、ニューロテクノロジーにより運動機能回復のターゲットとすることができます。
筋電図（EMG）技術は脳卒中リハビリにおいて、筋活動を定量化するフィードバックツールとして広く使用されています。EMGは筋機能、協調性、制御能力の評価と改善に有効な手法です。
ピッツバーグ大学とカーネギーメロン大学の研究者は最近、脊髄刺激ニューロテクノロジーを用いた新しい手法を適用し、腕と手の可動性を即座に改善することに成功しました。この技術により、中等度から重度の脳卒中による影響を受けた人々が日常生活動作をより容易に行えるようになります。被験者の標的筋の協調的かつ制御された収縮による課題遂行能力の向上は、Delsys Trigno EMGシステムで測定されました。
29日間にわたり、2名の被験者に脊髄根C2からT1を標的とした2本の線形リード電極が背外側硬膜外腔に埋め込まれ、腕および手の運動ニューロンの興奮を増加させました。この2名の参加者から得られた研究結果と証拠は、ヒトを対象とした初の研究として、慢性期脳卒中後の片麻痺における腕と手の運動制御を促進するための頸髄回路電気刺激という革新的なアプローチを示しています。
脊髄の特定領域に対する継続的な標的刺激により、全体的な筋力が向上することが示されました。具体的には、被験者1（SCS01）では握力が+40%、被験者2（SCS02）では+108%増加しました。さらに、関節運動学的パラメータ（速度で30～40%改善）および機能的な動作能力も向上しました。これは参加者にとって大きな進歩であり、脊髄刺激なしでは実現不可能であった動作の実行が可能になったことを意味します。
EMGデータは、機能的課題実行時の筋肉の制御と協調動作パターンの評価に使用されました。肘伸展時に直接刺激を適用すると、肘筋活動の促進と屈筋・伸筋の協調的貢献の変化により、機能的パフォーマンスが向上しました。刺激を適用しない場合、肩の筋活動（EMG）は肘の受動的伸展を可能にするための代償メカニズムを示していましたが、刺激を適用した場合はこのような代償戦略は見られませんでした。
両被験者とも、刺激中に機能能力が即座に向上しただけでなく、刺激中止後も改善効果の一部を維持することができました。重要なことに、試験期間中に有害事象は一切報告されませんでした。
本研究は2名の参加者のみを対象としているため、安全性と有効性を完全に評価することはできません。しかし、予備的研究段階ではありますが、得られたデータは、脊髄刺激が脳卒中後の上肢機能回復において補助的かつ回復的アプローチとなり得ることを示す有力な証拠を提供しています。
論文および図表出典：Powell, M.P., Verma, N., Sorensen, E. ほか「脳卒中後の上肢麻痺に対する頸髄硬膜外刺激」Nature Medicine 29, 689–699 (2023).
