哈佛大学研发的柔性机械外衣可大大改善帕金森病患者的行走能力

机器人外衣消除了步态冻结这一常见且极易使人衰弱的症状。步态冻结是帕金森病最常见、最令人衰弱的症状之一，帕金森病是一种神经退行性疾病，全世界有 900 多万人受到这种疾病的影响。当帕金森病患者出现僵直时，他们会突然失去移动双脚的能力，通常是在迈步的中途，导致一系列咯噔咯噔的步子，步子越来越短，直到完全停止。这种情况是帕金森病患者跌倒的主要原因之一。

目前，治疗冻结的方法有一系列药物、手术或行为疗法，但没有一种特别有效。如果有一种方法可以完全阻止冻结的发生呢？

哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）和波士顿大学萨金特健康与康复科学学院的研究人员利用一种柔软的可穿戴机器人，帮助帕金森病患者行走而不僵直。机器人服装穿在臀部和大腿周围，在腿部摆动时轻轻推动臀部，帮助患者实现更长的步幅。

该装置完全消除了受试者在室内行走时的僵硬感，让他们比没有服装帮助时走得更快更远。

穿在臀部和大腿周围的机器人服装（上图）在腿部摆动时轻轻推动臀部，帮助患者实现更长的步幅。图片来源：沃尔什生物设计实验室/哈佛大学 SEAS

研究结果和参与者的体验

SEAS 工程与应用科学保罗-A-迈德（Paul A. Maeder）教授、该研究的共同通讯作者康纳-沃尔什（Conor Walsh）说："我们发现，我们的软机器人服装只需提供少量机械辅助，就能产生立竿见影的效果，并能持续改善研究对象在各种情况下的行走能力。"

这项研究表明，软机器人技术具有治疗帕金森病这种令人沮丧且具有潜在危险的症状的潜力，可以让帕金森病患者不仅恢复行动能力，而且恢复独立性。

这项研究将于今天（1月5日）发表在《自然医学》（Nature Medicine）杂志上。

SEAS和布鲁塞尔大学萨金特健康与康复科学学院的研究人员使用一种柔软的可穿戴机器人来帮助帕金森病患者行走，而不会受冻。机器人服装穿在臀部和大腿周围，在腿部摆动时轻轻推动臀部，帮助患者实现更长的步幅。这项研究展示了软机器人技术治疗帕金森病潜在危险症状的潜力，可以让帕金森病患者恢复行动能力和独立性。资料来源：哈佛 SEAS

研究与合作背景

十多年来，沃尔什位于 SEAS 的生物设计实验室一直在开发辅助和康复机器人技术，以改善中风后患者、肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者或其他影响行动能力的疾病患者的行动能力。其中一些技术，特别是用于中风后步态再训练的外骨骼服，得到了 Wyss 生物启发工程研究所的支持，并由 ReWalk Robotics 公司授权和商业化。

2022 年，SEAS 和萨金特学院获得了马萨诸塞州技术合作组织（Massachusetts Technology Collaborative）的资助，以支持下一代机器人和可穿戴技术的开发和转化。这项研究以移动实验室（Move Lab）为中心，该实验室的使命是通过合作空间、资金、研发基础设施和必要的经验来支持人类性能提升方面的进步，从而将有前途的研究转化为成熟的技术，并通过与行业合作伙伴的合作进行转化。沃尔什的团队与波士顿大学物理治疗系主任兼神经康复中心主任特里-埃利斯（Terry Ellis）教授的团队密切合作，这项研究就是在这种合作关系中产生的。

案例研究和技术影响

该团队花了 6 个月的时间与一位 73 岁的帕金森病患者合作，尽管他接受了手术和药物治疗，但每天仍要忍受 10 多次严重的、使人丧失能力的冻结发作，导致他经常摔倒。这些发作使他无法在社区内行走，不得不依靠代步车外出。

在之前的研究中，沃尔什和他的团队利用"人在环路中"优化技术证明，一种柔软的可穿戴设备可用于增强髋关节屈曲并协助腿部向前摆动，从而提供一种有效的方法来减少健康人在行走过程中的能量消耗。

在这里，研究人员采用了同样的方法，但要解决的是冻结问题。这种可穿戴设备使用电缆驱动的致动器和佩戴在腰部和大腿上的传感器。利用传感器收集的运动数据，算法可以估算出步态的阶段，并在肌肉运动的同时产生辅助力。

效果立竿见影。无需任何特殊训练，病人就能在室内行走而不受冻，在室外也只是偶尔发作。他还能在不受冻的情况下行走和说话，这在没有该装置的情况下是非常罕见的。

SEAS 的前博士生、本研究的共同第一作者 Jinsoo Kim 说："看到这项技术对参与者行走的影响，我们的团队感到非常兴奋。"

在研究访问期间，参与者告诉研究人员"这套衣服能帮助我迈出更长的步子，而当它不工作时，我发现自己的脚步更拖沓了。它真的帮了我，我觉得这是向前迈出的积极一步。它可以帮助我走更长的路，保持我的生活质量"。

沃尔什说："我们的研究参与者自愿付出时间，他们是真正的合作伙伴。由于行动不便，这个人甚至连进入实验室都是一个真正的挑战，但他的观点和反馈让我们受益匪浅。"

该设备还可用于更好地了解步态冻结的机制，因为人们对步态冻结的机制了解甚少。

埃利斯说："因为我们并不真正了解冻结，所以我们并不真正知道为什么这种方法如此有效。但这项工作表明，采用'自下而上'而非'自上而下'的方法治疗步态冻结具有潜在的益处。我们看到，恢复几乎正常的生物力学会改变步态的外围动态，并可能影响步态控制的中枢处理。"

编译来源：ScitechDaily