Травмы спинного мозга меняют жизнь, часто оставляя людей с серьезными нарушениями подвижности. Хотя реабилитационная робототехника — устройства, направляющие движение во время терапии — улучшила подготовку людей с травмами спинного мозга, ее эффективность остается ограниченной. Без активного участия мышц само по себе движение с помощью робота не может в достаточной степени переобучить нервную систему.
Команда .NeuroRestore под руководством Грегуара Куртина и Жоселин Блох разработала систему, которая бесшовно интегрирует имплантированный спинномозговой нейропротез с реабилитационной робототехникой. Устройство исследователей подает своевременные электрические импульсы для стимуляции мышц в гармонии с роботизированными движениями, что приводит к естественной и скоординированной мышечной активности во время терапии.
Работа опубликована в журнале Science Robotics.
Инновация в области нейропротезирования использовала роботизированный опыт лаборатории профессора Ауке Эйспеерта в EPFL. Это достижение не только повышает немедленную мобильность, но и способствует долгосрочному восстановлению.
«Бесшовная интеграция стимуляции спинного мозга с реабилитационной или развлекательной робототехникой ускорит внедрение этой терапии в стандарт ухода и сообщества людей с травмой спинного мозга», — говорит Кортин. Такая адаптивность гарантирует, что специалисты по реабилитации смогут включить эту технологию в существующие протоколы реабилитации по всему миру.
Сочетание терапий также представляет собой существенные проблемы, поскольку каждая требует точной синхронизации. Стратегии стимуляции спинного мозга должны модулироваться как в пространстве, так и во времени, чтобы соответствовать движению пациента, а их интеграция с широко используемыми роботизированными реабилитационными системами требует гибкой и адаптивной структуры.
Технология основана на полностью имплантированном стимуляторе спинного мозга, который обеспечивает биомиметическую электрическую эпидуральную стимуляцию. В отличие от традиционной функциональной электрической стимуляции, этот метод активирует двигательные нейроны более эффективно, имитируя естественные нервные сигналы.
Исследователи интегрировали электрическую эпидуральную стимуляцию с различными роботизированными реабилитационными устройствами, включая беговые дорожки, экзоскелеты и велотренажеры, гарантируя, что стимуляция будет точно синхронизирована с каждой фазой движения. Система использует беспроводные датчики для обнаружения движения конечностей и автоматической регулировки стимуляции в реальном времени, что обеспечивает бесперебойный пользовательский опыт.
В экспериментальном исследовании с участием пяти человек с травмами спинного мозга сочетание робототехники и электрической эпидуральной стимуляции привело к немедленной и устойчивой активации мышц.
Участники не только восстановили способность задействовать мышцы во время роботизированной терапии, но у некоторых из них также улучшились произвольные движения даже после отключения стимуляции.
Исследователи также тесно сотрудничали с реабилитационными центрами, чтобы проверить, насколько хорошо система стимуляции интегрируется с широко используемыми роботизированными устройствами.
«Мы посетили несколько реабилитационных центров, чтобы протестировать нашу технологию стимуляции с помощью роботизированных систем, которые они обычно используют, и было невероятно приятно наблюдать их энтузиазм», — говорят исследователь .NeuroRestore Николас Ханков и исследователь BioRob Мирослав Кабан, первые авторы исследования.
«Видя из первых уст, насколько легко наш подход интегрируется с существующими протоколами реабилитации, мы подтверждаем его потенциал для преобразования ухода за людьми с травмами спинного мозга за счет предоставления технологической основы, которую легко адаптировать и использовать в различных реабилитационных средах».
Исследование также продемонстрировало потенциал этого подхода за пределами клинических условий: участники использовали систему для ходьбы с помощью ходунков и езды на велосипеде на открытом воздухе, что подтвердило ее эффективность в реальных условиях.
Эта инновационная технология дает новую надежду людям с травмами спинного мозга, представляя более эффективный подход к реабилитации, чем просто робототехника. Делая реабилитацию более динамичной и увлекательной, она имеет потенциал значительно улучшить результаты восстановления.
Для определения долгосрочных преимуществ потребуются дальнейшие клинические испытания, однако первоначальные результаты показывают, что интеграция нейропротезирования с реабилитационной робототехникой может кардинально изменить процесс восстановления подвижности после паралича.
