Когда люди с болезнью Паркинсона замирают, они внезапно теряют способность двигать ногами, часто в середине шага, что приводит к серии шагов стаккато, которые становятся все короче, пока человек не останавливается совсем. Эти эпизоды являются одной из самых серьезных причин падений среди людей, страдающих болезнью Паркинсона.

Сегодня такая скованность корректируется различными фармакологическими, хирургическими и поведенческими способами, но ни один из них не является особенно эффективным.

Что если бы существовал способ полностью остановить замирание?

Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) и Колледжа здравоохранения и реабилитации Бостонского университета имени Сарджента использовали мягкого носимого робота, чтобы помочь человеку, страдающему болезнью Паркинсона, ходить, не замирая. Роботизированная одежда, надеваемая на ноги, мягко подталкивает бедра при движении ноги, помогая пациенту сделать шаг длиннее.

Устройство полностью избавило участников от замирания при ходьбе в помещении, позволив им ходить быстрее и дальше, чем они могли бы без помощи одежды.

Мы обнаружили, что небольшая механическая помощь, оказываемая нашим мягким роботизированным одеянием, давала мгновенный эффект и постоянно улучшала ходьбу в различных условиях для участников нашего исследования, — сказал Конор Уолш, профессор инженерных и прикладных наук Пола А. Мейдера в SEAS и соавтор исследования.

Исследование демонстрирует потенциал мягкой робототехники для лечения этого раздражающего и потенциально опасного симптома болезни Паркинсона и может позволить людям, живущим с этим заболеванием, вернуть не только свою мобильность, но и независимость.

Исследование опубликовано в журнале Nature Medicine.

Лаборатория биодизайна Уолша в SEAS уже более десяти лет разрабатывает вспомогательные и реабилитационные робототехнические технологии для улучшения подвижности людей, перенесших инсульт, а также людей, живущих с ALS или другими заболеваниями, влияющими на подвижность. Некоторые из этих технологий, в частности экзокостюм для восстановления походки после инсульта, получили поддержку Института биологически вдохновленной инженерии Wyss, были лицензированы и коммерциализированы компанией ReWalk Robotics.

В 2022 году SEAS и колледж Сарджент получили грант от Массачусетского технологического сотрудничества для поддержки разработки и внедрения робототехники и носимых технологий следующего поколения. Исследования проводятся в лаборатории Move Lab, задачей которой является поддержка достижений в области повышения работоспособности человека с помощью совместного пространства, финансирования, научно-исследовательской инфраструктуры и опыта, необходимых для превращения перспективных исследований в зрелые технологии, которые могут быть реализованы в сотрудничестве с промышленными партнерами.

Это исследование стало результатом такого партнерства.

Использование мягких носимых роботов для предотвращения затухания походки у пациентов с болезнью Паркинсона потребовало сотрудничества между инженерами, реабилитологами, физиотерапевтами, биомеханиками и дизайнерами одежды, — говорит Уолш, чья команда тесно сотрудничала с командой Терри Эллиса, профессора и заведующего кафедрой физической терапии и директора Центра нейрореабилитации при Бостонском университете.

Команда провела шесть месяцев, работая с 73-летним мужчиной с болезнью Паркинсона, который — несмотря на хирургическое и фармакологическое лечение — переносил значительные и неспособные к действию приступы замирания более 10 раз в день, что приводило к частым падениям. Эти приступы мешали ему перемещаться по городу пешком и вынуждали пользоваться скутером для передвижения по улице.

В предыдущем исследовании Уолш и его команда использовали оптимизацию «человек в контуре», чтобы продемонстрировать, что мягкое носимое устройство может быть использовано для увеличения сгибания бедра и помощи в махе ногой вперед, чтобы обеспечить эффективный подход к снижению энергозатрат при ходьбе у здоровых людей.

В данном случае исследователи использовали тот же подход, но для решения проблемы замирания. В носимом устройстве используются приводы с тросами и датчики, надеваемые на талию и бедра. Используя данные о движении, собранные датчиками, алгоритмы оценивают фазу походки и генерируют вспомогательные силы в тандеме с движением мышц.

Эффект был мгновенным. Даже без предварительных тренировок пациент смог ходить без замираний в помещении и на улице, что без устройства было редкостью.

Наша команда была очень рада увидеть, как технология повлияла на ходьбу участника, — говорит Джинсу Ким, бывший аспирант SEAS и один из ведущих авторов исследования.

Во время визитов участник исследования сказал исследователям: «Костюм помогает мне делать более длинные шаги, а когда он не активен, я замечаю, что гораздо больше волочу ноги. Он действительно помог мне, и я чувствую, что это положительный шаг вперед. Он может помочь мне дольше ходить и сохранить качество моей жизни».

«Участники нашего исследования, которые добровольно тратят свое время, — настоящие партнеры», — говорит Уолш. „Для этого человека было очень сложно приходить в лабораторию, но мы извлекли огромную пользу из его мнения и отзывов“.

Устройство также может быть использовано для лучшего понимания механизмов затухания походки, которые плохо изучены.

Поскольку мы не очень понимаем, что такое замирание, мы не знаем, почему этот подход работает так хорошо, — говорит Эллис.

Но эта работа говорит о потенциальных преимуществах решения «снизу вверх», а не „сверху вниз“ в лечении замирания походки. Мы видим, что восстановление почти нормальной биомеханики изменяет периферическую динамику походки и может влиять на центральную обработку контроля походки.