冷凍是帕金森病最常見和最令人虛弱的癥狀之一，帕金森病是一種神經(jīng)退行性疾病，影響著全球900多萬人。當(dāng)患有帕金森病的人凍僵時(shí)，他們會突然失去移動腳步的能力，通常是在步幅中間，導(dǎo)致一系列斷斷續(xù)續(xù)的口吃步伐，這些步伐越來越短，直到這個(gè)人完全停下來。這些發(fā)作是帕金森病患者跌倒的最大原因之一。
如今，冷凍可以通過一系列藥物、手術(shù)或行為療法來治療，但沒有一種療法特別有效。
如果有一種方法可以完全停止冰凍呢？
來自Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) 和 Boston University Sargent College of Health & Rehabilitation Sciences的研究人員使用一種柔軟的可穿戴機(jī)器人幫助帕金森患者行走而不會凍僵。機(jī)器人服裝穿在臀部和大腿周圍，在腿部擺動時(shí)輕輕推動臀部，幫助患者實(shí)現(xiàn)更長的步幅。
該設(shè)備完全消除了參與者在室內(nèi)行走時(shí)的凍結(jié)，使他們比沒有服裝的幫助下走得更快更遠(yuǎn)。
“我們發(fā)現(xiàn)，在我們的研究中，來自我們的柔軟機(jī)器人服裝的少量機(jī)械輔助就能產(chǎn)生即時(shí)效果，并持續(xù)改善個(gè)體在各種條件下的行走能力，”該研究的合作者、SEAS大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)保羅·a·梅爾教授 Conor Walsh說。
這項(xiàng)研究證明了軟機(jī)器人技術(shù)在治療這種令人沮喪且具有潛在危險(xiǎn)的帕金森病癥狀方面的潛力，并可能使帕金森病患者不僅恢復(fù)行動能力，還能恢復(fù)獨(dú)立性。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然醫(yī)學(xué)》上。
十多年來，Walsh在SEAS的生物設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室一直在開發(fā)輔助和康復(fù)機(jī)器人技術(shù)，以改善中風(fēng)后以及患有漸凍癥或其他影響行動能力的疾病的人的行動能力。其中一些技術(shù)，特別是用于中風(fēng)后步態(tài)再訓(xùn)練的宇航服，得到了 Wyss 生物啟發(fā)工程研究所的支持，哈佛大學(xué)技術(shù)開發(fā)辦公室與ReWalk Robotics達(dá)成了一項(xiàng)許可協(xié)議，將該技術(shù)商業(yè)化。
2022年，SEAS和Sargent學(xué)院獲得了麻省理工學(xué)院的資助，以支持下一代機(jī)器人和可穿戴技術(shù)的開發(fā)和轉(zhuǎn)化。該研究以Move實(shí)驗(yàn)室為中心，其任務(wù)是通過合作空間、資金、R&D基礎(chǔ)設(shè)施和必要的經(jīng)驗(yàn)來支持人類績效提高方面的進(jìn)步，從而將有前途的研究轉(zhuǎn)化為可以通過與行業(yè)合作伙伴合作進(jìn)行轉(zhuǎn)化的成熟技術(shù)。
這項(xiàng)研究產(chǎn)生于這種合作關(guān)系。
“利用柔軟的可穿戴機(jī)器人防止帕金森患者步態(tài)凍結(jié)需要工程師、康復(fù)科學(xué)家、物理治療師、生物力學(xué)家和服裝設(shè)計(jì)師之間的合作，”Walsh說，他的團(tuán)隊(duì)與波士頓大學(xué)神經(jīng)康復(fù)中心主任、教授兼物理治療系主任Terry Ellis的團(tuán)隊(duì)密切合作。
該團(tuán)隊(duì)花了六個(gè)月的時(shí)間與一名73歲的帕金森病患者合作，盡管他采用了手術(shù)和藥物治療，但每天仍忍受超過10次的嚴(yán)重和令人喪失能力的冰凍發(fā)作，導(dǎo)致他經(jīng)常摔倒。這些小插曲使他無法在自己的社區(qū)走動，并迫使他依靠一輛滑板車在外面走動。在以前的研究中，Walsh和他的團(tuán)隊(duì)利用人在回路優(yōu)化證明了一種柔軟的可穿戴設(shè)備可以用來增加髖關(guān)節(jié)屈曲并幫助向前擺動腿，從而提供一種有效的方法來減少健康人走路時(shí)的能量消耗。
在這里，研究人員使用了相同的方法來解決冷凍問題。這種可穿戴設(shè)備使用電纜驅(qū)動的致動器和傳感器，佩戴在腰部和大腿周圍。使用傳感器收集的運(yùn)動數(shù)據(jù)，算法可以估計(jì)步態(tài)的相位，并在肌肉運(yùn)動的同時(shí)產(chǎn)生輔助力。
效果立竿見影。在沒有任何特殊訓(xùn)練的情況下，患者能夠在室內(nèi)行走而不會凍僵，只有在室外偶爾發(fā)作。他還能夠在不凍僵的情況下行走和說話，這在沒有設(shè)備的情況下是罕見的。
“看到這項(xiàng)技術(shù)對參與者行走的影響，我們的團(tuán)隊(duì)真的很興奮，”SEAS大學(xué)前博士生、該研究的共同第一作者Jinsoo Kim說。
在研究訪問期間，這位參與者告訴研究人員:“這套衣服幫助我走得更遠(yuǎn)，當(dāng)它不活躍時(shí)，我注意到我拖著腳走得更遠(yuǎn)了。這對我?guī)椭艽�，我覺得這是向前邁出的積極一步。它可以幫助我走得更久，并保持我的生活質(zhì)量。”
“我們的志愿者是真正的伙伴，”沃爾什說�！坝捎谛袆硬槐�，對這個(gè)人來說，即使來到實(shí)驗(yàn)室也是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)，但我們從他的觀點(diǎn)和反饋中受益匪淺�！�
該設(shè)備還可以用于更好地了解步態(tài)凍結(jié)的機(jī)制，而這種機(jī)制目前還知之甚少。
“因?yàn)槲覀儾⒉徽嬲私饫鋬�，我們并不真正知道為什么這種方法如此有效，”Ellis說。“但這項(xiàng)工作表明了治療步態(tài)凍結(jié)的‘自下而上’而不是‘自上而下’的解決方案的潛在好處。我們看到，恢復(fù)幾乎正常的生物力學(xué)會改變步態(tài)的外周動力學(xué)，并可能影響步態(tài)控制的中央過程�！�
