脑机介面作业Nvervous pathway 在复健上的研究

1、 腦機介面作業：Nvervous pathway 在復健上的研究一、神經系統簡介分神經系統是人體中最精細複雜的系統，可分為兩部份：中樞神經系統 (central nerve system, CNS) 與周邊神經系統 (peripheral nerve system, PNS)，腦與脊髓屬於中樞神經，有大量的神經元 (neurons) 、星形神經膠質 (astroglia) 、小神經膠質 (microglia) 以及寡樹突膠質細胞 (oligodendrocyte) ，負責整合、辨認、起始、傳遞及處理內外刺激引起的信號。周邊神經則包括所有在腦與脊髓之外的神經系統，如神經節 (ganglia) 、

2、運動神經元 (motor neurons) 以及感覺神經 (sensory nerves) ，下圖為整個神經系統傳遞時的全貌。神經的構造包括細胞本體 (cell body, soma) 、樹突 (dendrites) 以及軸突 (axon) (圖一)，電訊號由樹突接收，透過細胞體到達軸突尾端傳遞出去；大部份細胞主體與樹突位於 CNS ，但軸突可以延伸至身體各處(可長達一公尺)。在周邊神經系統中，圍繞著軸突的是許旺細胞 (Schwann cells) ，提供支撐及形成絕緣的髓鞘 (myelin sheath) 加速電傳導，左下圖為神經在傳遞時的簡圖，右下圖為神經本身的簡圖。二、神經損傷的修補技術

3、當人體的神經受損時，如果沒有經過適當的處理，很容易產生神經瘤，然而神經瘤通常會讓受損神經無法恢復，所以為了避免神經瘤的發生及協助受損神經的再生，現今已發展出各種不同的技術，我們大約可以歸類為四大項：第項：斷端縫合術作法：將受損神經幹的兩端做處理，使其有平整面，再於高倍顯微鏡下，將兩斷端的神經外膜及血管對齊，並以缝線穿過兩斷端的神經外膜，將之縫合。第二項：神經束縫合術作法：當醫師作完斷端縫合術後，若病人的情況許可，可更進步將受損神經幹中的神經束群以更顯微的技術縫合，此種技術的難度比斷端縫合術更為高級。注：以上兩種技術只適用在斷裂長度較短的受損神經上。第三項：神經移植術作法：將身體其他部位的神經取

4、一部份移植到受損的神經上，來取代原來的神經。條件：此種方法通常適用於斷裂間距較長的神經損傷，且常用腓神經，因腓神經是用來移植他段神經的最佳選擇，因為它有較適合的厚度及長度，再加上此神經內含的神經束，從單一神經束到多重神經束都有，且其分支相當少，所以最適合用在神經移植上。優點：在臨床上有良好的癒後率且適用於較長的神經間距，也避免了免疫反應。缺點：病患常因擔心在取得神經移植段的同時，可能損壞其他部位的功能，所以要取得神經移植段是十分困難的。第四項：神經管接合術作法：利用顯微手術將神經兩斷端縫入一個由適當生醫材料製成之圓管的兩端，而這個圓形神經管對神經組織來說就如同一個溫室般，除了可以導引及支持再生

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

6、，將神經兩斷端接合起來。這纖維橋將提供隨後陸續由神經斷端遷入的纖維母細胞、史旺氏細胞（Schwann cell）及負責神經傳導的軸突一個良好的骨幹。接合後第七天，纖維母細胞開始增生，並從神經兩斷端進入纖維橋中。一旦纖維母細胞進入纖維橋，這些細胞會在圓管內形成一向心形狀的細胞層，包圍著神經兩斷端。十四天後，數層向心形狀排列的纖維母細胞已圍繞著纖維橋的核心區。在此同時，史旺氏細胞也從兩神經斷端進入纖維橋中，而細胞中的基底膜則提供了再生軸突吸附及生長的基礎。一旦軸突由靠近中樞神經處的神經近斷端經過纖維橋到達神經遠斷端時，史旺氏細胞就馬上進行軸突髓鞘化的工作。至此，神經再生的過程已初告完成，再生神經將

7、隨著恢復期，一天天增厚並逐漸成熟。神經管的材料：現在已經有許多不同的生醫材料用來製作神經管，矽膠管就是其中之一。矽膠製神經管具有高生物適應性及透明、高柔軟度等優點，近年來已大量使用於神經再生與修復的研究中。但是，矽膠管極不易被生物體降解。換句話說，就是當矽膠管被植入生物體內用來修復神經後，外科醫師必須進行二次手術將矽膠管取出，否則該矽膠管將會壓迫管內新生的神經組織而產生後遺症。於是，近年來有不少的研究人員正嘗試發展具可被降解性的生醫材料，如乙二醇和乳酸的聚酯聚合物，來製作神經管，希望當再生的軸突經該神經管的輔助，長入神經遠斷端後，這些可被分解的生醫材料能為生物體吸收，以避免二次手術所造成的傷害

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

9、靠的是不同膜電位之間的轉移和突觸所釋放的化學物質，所以當神經受損後，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的兩端，使其生長細胞活化，進而使神經再生，不過此種方法在技術比起其他方法，成效並不顯著，也是未來科學家急需解決的問題。(3) 組織工程應用在神經科學技術的開發與應用：此種做法目前以以史旺氏細胞與材料結合的概念為主流，此構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，此假說是質疑是否可將史旺氏細胞從自體神經組織中分離培養，並將此史旺氏細胞回植於受損的神經組織中，以促進神經的再生。史旺氏細胞可提供基底膜，使再生軸突吸附及生

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

11、ion”, Trends Biotechnology 16:163-168, 1998(2) Steuer, H. et al., “Biohybride nerve guide for regeneration: degradable polylactide fibers coated with rat Schwann cells”, Neuroscience Letters 277(3): 165-168, 1999(3) Gregory R.D. Evans, “Challenges To Nerve Regeneration”, Seminars in Surgical Oncolog

12、y 19:312-318, 2000(4) Matsumoto K. et al., “Peripheral nerve regeneration across an 80-mm gap bridged by a polyglycolic acid (PGA)collagen tube filled with laminin-coated collagen fibers: a histological and electrophysiological evaluation of regenerated nerves”,2000(5) B.L. Seal et al., “Polymeric Biomaterials for Tissue and Organ Regeneration”, Materials Science and Engineering R 34:147-230, 2001(6) Gregory R.D. Evans, “Peripheral Nerve Inj