腦機介面作業(yè)Nvervous pathway 在復(fù)健上的研究

1、 腦機介面作業(yè)：Nvervous pathway 在復(fù)健上的研究一、神經(jīng)系統(tǒng)簡介分神經(jīng)系統(tǒng)是人體中最精細(xì)複雜的系統(tǒng)，可分為兩部份：中樞神經(jīng)系統(tǒng) (central nerve system, CNS) 與周邊神經(jīng)系統(tǒng) (peripheral nerve system, PNS)，腦與脊髓屬於中樞神經(jīng)，有大量的神經(jīng)元 (neurons) 、星形神經(jīng)膠質(zhì) (astroglia) 、小神經(jīng)膠質(zhì) (microglia) 以及寡樹突膠質(zhì)細(xì)胞 (oligodendrocyte) ，負(fù)責(zé)整合、辨認(rèn)、起始、傳遞及處理內(nèi)外刺激引起的信號。周邊神經(jīng)則包括所有在腦與脊髓之外的神經(jīng)系統(tǒng)，如神經(jīng)節(jié) (ganglia) 、

2、運動神經(jīng)元 (motor neurons) 以及感覺神經(jīng) (sensory nerves) ，下圖為整個神經(jīng)系統(tǒng)傳遞時的全貌。神經(jīng)的構(gòu)造包括細(xì)胞本體 (cell body, soma) 、樹突 (dendrites) 以及軸突 (axon) (圖一)，電訊號由樹突接收，透過細(xì)胞體到達(dá)軸突尾端傳遞出去；大部份細(xì)胞主體與樹突位於 CNS ，但軸突可以延伸至身體各處(可長達(dá)一公尺)。在周邊神經(jīng)系統(tǒng)中，圍繞著軸突的是許旺細(xì)胞 (Schwann cells) ，提供支撐及形成絕緣的髓鞘 (myelin sheath) 加速電傳導(dǎo)，左下圖為神經(jīng)在傳遞時的簡圖，右下圖為神經(jīng)本身的簡圖。二、神經(jīng)損傷的修補技術(shù)

3、當(dāng)人體的神經(jīng)受損時，如果沒有經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚?，很容易產(chǎn)生神經(jīng)瘤，然而神經(jīng)瘤通常會讓受損神經(jīng)無法恢復(fù)，所以為了避免神經(jīng)瘤的發(fā)生及協(xié)助受損神經(jīng)的再生，現(xiàn)今已發(fā)展出各種不同的技術(shù)，我們大約可以歸類為四大項：第項：斷端縫合術(shù)作法：將受損神經(jīng)幹的兩端做處理，使其有平整面，再於高倍顯微鏡下，將兩斷端的神經(jīng)外膜及血管對齊，並以縫線穿過兩斷端的神經(jīng)外膜，將之縫合。第二項：神經(jīng)束縫合術(shù)作法：當(dāng)醫(yī)師作完斷端縫合術(shù)後，若病人的情況許可，可更進(jìn)步將受損神經(jīng)幹中的神經(jīng)束群以更顯微的技術(shù)縫合，此種技術(shù)的難度比斷端縫合術(shù)更為高級。注：以上兩種技術(shù)只適用在斷裂長度較短的受損神經(jīng)上。第三項：神經(jīng)移植術(shù)作法：將身體其他部位的神經(jīng)取

4、一部份移植到受損的神經(jīng)上，來取代原來的神經(jīng)。條件：此種方法通常適用於斷裂間距較長的神經(jīng)損傷，且常用腓神經(jīng)，因腓神經(jīng)是用來移植他段神經(jīng)的最佳選擇，因為它有較適合的厚度及長度，再加上此神經(jīng)內(nèi)含的神經(jīng)束，從單一神經(jīng)束到多重神經(jīng)束都有，且其分支相當(dāng)少，所以最適合用在神經(jīng)移植上。優(yōu)點：在臨床上有良好的癒後率且適用於較長的神經(jīng)間距，也避免了免疫反應(yīng)。缺點：病患常因擔(dān)心在取得神經(jīng)移植段的同時，可能損壞其他部位的功能，所以要取得神經(jīng)移植段是十分困難的。第四項：神經(jīng)管接合術(shù)作法：利用顯微手術(shù)將神經(jīng)兩斷端縫入一個由適當(dāng)生醫(yī)材料製成之圓管的兩端，而這個圓形神經(jīng)管對神經(jīng)組織來說就如同一個溫室般，除了可以導(dǎo)引及支持再生

5、神經(jīng)纖維成長之外，同時也可以將會阻礙神經(jīng)再生的細(xì)胞及其分泌物阻擋在管外。條件：適用於當(dāng)神經(jīng)斷裂間隙較大的時候。管內(nèi)神經(jīng)再生過程：神經(jīng)的在生過程是相當(dāng)複雜的，我們以大鼠的坐骨神經(jīng)接合為例，把坐骨神經(jīng)截取約一公分的距離，然後以圓管替代，在管內(nèi)，我們將可觀察到一連串與神經(jīng)再生相關(guān)的細(xì)胞及組織的變化。首先，在圓管接合神經(jīng)後一天內(nèi)，管內(nèi)立刻充滿了由兩斷端神經(jīng)所分泌出來的淡黃棕色液體。此液體內(nèi)含有血清及大量的細(xì)胞體液，而此液體中則含有許多能夠促進(jìn)神經(jīng)元生長的成分，例如昆布氨酸（又名海帶氨酸，laminine）、纖維網(wǎng)蛋白（fibronectin）及其他的神經(jīng)營養(yǎng)因子。術(shù)後一周內(nèi)，管內(nèi)將形成一極鬆散的纖維橋

6、，將神經(jīng)兩斷端接合起來。這纖維橋?qū)⑻峁╇S後陸續(xù)由神經(jīng)斷端遷入的纖維母細(xì)胞、史旺氏細(xì)胞（Schwann cell）及負(fù)責(zé)神經(jīng)傳導(dǎo)的軸突一個良好的骨幹。接合後第七天，纖維母細(xì)胞開始增生，並從神經(jīng)兩斷端進(jìn)入纖維橋中。一旦纖維母細(xì)胞進(jìn)入纖維橋，這些細(xì)胞會在圓管內(nèi)形成一向心形狀的細(xì)胞層，包圍著神經(jīng)兩斷端。十四天後，數(shù)層向心形狀排列的纖維母細(xì)胞已圍繞著纖維橋的核心區(qū)。在此同時，史旺氏細(xì)胞也從兩神經(jīng)斷端進(jìn)入纖維橋中，而細(xì)胞中的基底膜則提供了再生軸突吸附及生長的基礎(chǔ)。一旦軸突由靠近中樞神經(jīng)處的神經(jīng)近斷端經(jīng)過纖維橋到達(dá)神經(jīng)遠(yuǎn)斷端時，史旺氏細(xì)胞就馬上進(jìn)行軸突髓鞘化的工作。至此，神經(jīng)再生的過程已初告完成，再生神經(jīng)將

7、隨著恢復(fù)期，一天天增厚並逐漸成熟。神經(jīng)管的材料：現(xiàn)在已經(jīng)有許多不同的生醫(yī)材料用來製作神經(jīng)管，矽膠管就是其中之一。矽膠製神經(jīng)管具有高生物適應(yīng)性及透明、高柔軟度等優(yōu)點，近年來已大量使用於神經(jīng)再生與修復(fù)的研究中。但是，矽膠管極不易被生物體降解。換句話說，就是當(dāng)矽膠管被植入生物體內(nèi)用來修復(fù)神經(jīng)後，外科醫(yī)師必須進(jìn)行二次手術(shù)將矽膠管取出，否則該矽膠管將會壓迫管內(nèi)新生的神經(jīng)組織而產(chǎn)生後遺癥。於是，近年來有不少的研究人員正嘗試發(fā)展具可被降解性的生醫(yī)材料，如乙二醇和乳酸的聚酯聚合物，來製作神經(jīng)管，希望當(dāng)再生的軸突經(jīng)該神經(jīng)管的輔助，長入神經(jīng)遠(yuǎn)斷端後，這些可被分解的生醫(yī)材料能為生物體吸收，以避免二次手術(shù)所造成的傷害

8、。雖然可降解性的神經(jīng)管有許多優(yōu)點，但被分解後的生醫(yī)材料難免會引發(fā)局部組織纖維化，而妨礙了神經(jīng)的再生。所以在還沒有得到所謂的完美的材料之前，生醫(yī)材料在神經(jīng)再生方面的應(yīng)用與研發(fā)，還要克服許多困難。三、其他神經(jīng)修補技術(shù)(1)中西醫(yī)學(xué)的配合：為了使神經(jīng)管中的神經(jīng)能在較短的時間內(nèi)，跨過神經(jīng)間距完成再生，神經(jīng)管內(nèi)也可以添加一些能夠刺激神經(jīng)再生的物質(zhì)，如神經(jīng)生長因子、膠原蛋白、以及昆布氨酸與纖維網(wǎng)蛋白的混合物等。除了西藥之外，一些中藥成分如人參皂甘，也能加強神經(jīng)生長因子促進(jìn)神經(jīng)再生的效果。而且，除了藥物刺激外，物理性的刺激，例如中醫(yī)師常用的電針，對神經(jīng)再生的影響也是可見的。(2)神經(jīng)的電子活化：由於神經(jīng)傳遞

9、靠的是不同膜電位之間的轉(zhuǎn)移和突觸所釋放的化學(xué)物質(zhì)，所以當(dāng)神經(jīng)受損後，可以植入電子晶片到受損部位附近或是以外在方式用微量電流刺激受損神經(jīng)的兩端，使其生長細(xì)胞活化，進(jìn)而使神經(jīng)再生，不過此種方法在技術(shù)比起其他方法，成效並不顯著，也是未來科學(xué)家急需解決的問題。(3) 組織工程應(yīng)用在神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用：此種做法目前以以史旺氏細(xì)胞與材料結(jié)合的概念為主流，此構(gòu)想是在約二十六年前由柏恩奇（Richard P. Bunge）所提出的假說而開始引人矚目，此假說是質(zhì)疑是否可將史旺氏細(xì)胞從自體神經(jīng)組織中分離培養(yǎng)，並將此史旺氏細(xì)胞回植於受損的神經(jīng)組織中，以促進(jìn)神經(jīng)的再生。史旺氏細(xì)胞可提供基底膜，使再生軸突吸附及生

10、長的基礎(chǔ)外，該細(xì)胞經(jīng)分化後，也將形成神經(jīng)軸突中與神經(jīng)傳導(dǎo)相關(guān)的重要組織髓鞘（myelin），所以對於受損神經(jīng)中軸突再生的促進(jìn)作用早已被肯定。近年來，研究者便將截斷神經(jīng)的兩斷端，縫入已事先填入史旺氏細(xì)胞之生醫(yī)材料製成的神經(jīng)管中，並藉由史旺氏細(xì)胞的刺激來促進(jìn)神經(jīng)的再生，而更有一群科學(xué)家為了更加強史旺氏細(xì)胞促進(jìn)軸突再生的能力，就在神經(jīng)管中加添了不同的神經(jīng)營養(yǎng)素，例如腦內(nèi)營養(yǎng)素及親合神經(jīng)物質(zhì)等。四、參考文獻(xiàn)(1) Carole A. et al., “The Development of Bioartificial Nerve Grafts for Peripheral-Nerve Regenerat

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