Миллионы людей утратили способность управлять собственными конечностями в результате неврологического заболевания или травмы. Но недавно разработанный алгоритм — в сочетании с робот-ассистированной реабилитацией — может вернуть таким больным возможность ходить.
Травмы спинного мозга, инсульты, рассеянный склероз, ДЦП — вот далеко не полный список заболеваний и состояний, способных привести к параличу. Одно из новых исследований показало, что только в США от паралича страдают почти 5,4 млн человек, причём основной причиной нарушения способности двигаться оказался инсульт. Теперь учёные из Национального центра, специализирующегося на робототехнике (National Centre of Competence in Research Robotics) при Федеральной политехнической школе Лозанны (фр. École Polytechnique Fédérale de Lausanne) и Госпитального университетского центра кантона Во (фр. Centre hospitalier universitaire vaudois) в Лозанне разработали принципиально новую технологию, которая может помочь пациентам в восстановлении способности к передвижению. Учёные создали алгоритм, позволяющий роботизированному костюму обеспечивать пациенту возможность не просто перемещаться, но делать это естественно.
Результаты исследования, первым автором которого стал Жан-Батист Миньярдо (Jean-Baptiste Mignardot), опубликованы в издании Science Translational Medicine.
Существующие на сегодняшний день подходы к реабилитации парализованных пациентов, перенёсших травму или инсульт, включают хождение по беговой дорожке. При этом верхняя часть тела пациента поддерживается специальным приспособлением. Однако такую поддержку нельзя назвать слишком гибкой, к тому же она не позволяет больным естественно перемещаться во всех направлениях.
Как поясняют авторы новой работы, основной задачей реабилитации парализованных пациентов является «повторное обучение» нервной системы правильным движениям. Это сложно, поскольку больные обычно утрачивают значительную часть мышечной массы, а их нейронные связи успевают «забыть» правильные позы. Чтобы преодолеть эти затруднения, Миньярдо и его коллеги разработали алгоритм, координирующийся с роботизированным костюмом для реабилитации. Алгоритм был протестирован более чем на 30 пациентах. Оказалось, что «умная помощь в ходьбе» ощутимо и немедленно улучшает способности пациентов к передвижению.
Как работает система, можно посмотреть в этом видео:
Немаловажно, что после всего 1 часа тренировок с новым устройством у 5 пациентов заметно улучшилась «способность к самостоятельной ходьбе». В то же время 1 час занятий на обычной беговой дорожке на эту способность заметного влияния не оказал.
Исследователи разработали так называемый «алгоритм, использующий гравитационные силы» после тщательного изучения двигательной активности пациентов и рассмотрения таких факторов, как «движение ног, длина шага и мышечная активность». Алгоритм, основанный на таких метриках, самостоятельно определяет, какие силы должны быть приложены к верхней части тела, чтобы пациент мог шагать естественным образом. При этом роботизированный костюм помогает противостоять силе земного притяжения, отклоняя пациента вперёд, назад или вбок — иногда в нескольких направлениях одновременно. Таким образом постепенно восстанавливается так востребованная в повседневной жизни способность ходить пешком.
