ソフトロボットのウェアラブルデバイスがパーキンソン病患者の歩行を改善

January, 17, 2024, Cambridge--ロボット・エグゾスーツは、一般的で非常に衰弱させる症状である歩行のフリーズを排除した。

凍結は、世界中で900万人以上が罹患している神経変性疾患、パーキンソン病の最も一般的で衰弱させる症状の1つである。パーキンソン病の人がフリーズすると、突然足を動かすことができなくなり、多くの場合、歩幅の途中で、スタッカートスタッターステップが連続して短くなり、完全に停止する。これらの出来事は、パーキンソン病を患う人々の転倒の最大の要因の1つである。

今日、凍結はさまざまな薬理学的、外科的、または行動療法で治療されているが、どれも特に効果的ではない。

凍結を完全に止める方法があるとしたらどうか?

Harvard SEAS)とボストン大学Sargent College of Health & Rehabilitation Sciencesは、パーキンソン病患者をフリーズなしで歩行させるために、ソフトなウェアラブルロボットを使用した。腰と太ももに装着するロボットウェアは、脚が揺れるときに腰を優しく押し、患者がより長い歩幅を達成するのに役立ちつ。

この装置は、参加者が屋内を歩いているときのフリージングを完全に排除し、衣服の助けを借りない場合よりも速く、より遠くまで歩くことを可能にした。

Conor WalshSEASの工学および応用科学のPaul A. Maeder教授は、「われわれの研究では、ソフトロボットアパレルのわずかな機械的支援が瞬時に効果を発揮し、さまざまな条件で歩行を一貫して改善することがわかった」と話している。同氏は、この研究の共同著者。

この研究は、パーキンソン病の苛立たしく潜在的に危険な症状を治療するソフトロボティクスの可能性を実証し、パーキンソン病とともに生きる人々が運動能力だけでなく自立性も取り戻すことを可能にする。

この研究成果は、Nature Medicine に掲載されている。

SEASのWalsh’s Biodesign Labは、10年以上にわたり、脳卒中後の人やALSなどの運動に影響を与える疾患を抱える人々の運動能力向上支援ロボット技術やリハビリテーションロボット技術を開発してきた。その技術の一部、特に脳卒中後の歩行再訓練のためのエグゾスーツは、Wyss Institute for Biologically Inspired Engineeringの支援を受け、ハーバード大学の技術開発局は、この技術を商業化するためにReWalk Roboticsとのライセンス契約を調整した。

2022年、SEASとSargent Collegeは、次世代のロボット工学とウェアラブル技術の開発と移転を支援するために、Massachusetts Technology Collaborativeから 助成金を受けた。この研究は、Move Lab中心として、有望な研究を業界パートナーとのコラボレーションを通じて移転できる成熟した技術に変えるために必要なコラボレーションスペース、資金、研究開発インフラストラクチャ、および経験により、人間のパフォーマンス向上の進歩を支援することを使命としている。

この研究は、そのパートナーシップから生まれた。

「パーキンソン病患者の歩行のフリージングを防ぐためにソフトウェアラブルロボットを活用するには、エンジニア、リハビリテーション科学者、理学療法士、バイオメカニスト、アパレルデザイナーの協力が必要だった」と、ボストン大学の教授兼理学療法学部長兼神経リハビリテーションセンター長、Terry Ellisと緊密に協力したWalshはコメントしている。

研究チームは、外科的治療と薬理学的治療の両方を行ったにもかかわらず、1日に10回以上も重度のフリージング症状に耐え、頻繁に転倒するパーキンソン病の73歳の男性と6カ月間を過ごした。これらの出来事により、男性はコミュニティを歩き回ることができなくなり、外を移動するためにスクーターに頼らざるを得なかった。

以前の研究で、Walshとそのチームは、人間参加型の最適化を活用して、柔らかいウェアラブルデバイスを使用して股関節の屈曲を増強し、脚を前方に振るのを支援して、健康な人の歩行中のエネルギー消費を削減するための効率的なアプローチを提供できることを実証した。

ここで、研究チームは同じアプローチを使用したが、凍結に対処した。ウェアラブルデバイスは、腰と太ももに装着されたケーブル駆動のアクチュエータとセンサを使用している。センサによって収集されたモーションデータを使用して、アルゴリズムは歩行の位相を推定し、筋肉の動きと連動して支援力を生成する。

効果はすぐに現れた。特別な訓練を受けなくても、患者は屋内でフリージングなしで歩くことができ、屋外では時折発作が起きるだけだった。彼はまた、フリージングなしで歩いたり話したりすることができたが、これは装置なしでは珍しいことである。

「われわれのチームは、この技術が参加者の歩行に及ぼす影響を目の当たりにして、本当に歓喜していた」と、SEASの元Ph.D学生で、この研究の共同筆頭著者Jinsoo Kimはコメントしている。

研究訪問中、参加者は研究者に「スーツは長い歩数を踏むのに役立ち、活動していないときは、足をはるかに引きずっていることに気づいた。本当に助かったし、前向きな一歩だと感じている。より長く歩くことができ、生活の質を維持することができる。

「ボランティアで時間を割いてくれる研究参加者は、真のパートナーだ。移動は難しいので、この人がラボに来るのは本当に大変だったが、彼の視点とフィードバックから大きな恩恵を受けた」（Walsh）。

また、この装置は、これまで十分に理解されていなかった歩行フリージングのメカニズムをよりよく理解するためにも利用できる可能性がある。

「われわれは、フリージングを本当に理解していないため、このアプローチがこれほどうまくいく理由がよくわかっていない。しかし、この研究は、歩行フリージングの治療に『トップダウン』ではなく『ボトムアップ』の解決策がもたらす潜在的な利点を示唆している。生体力学をほぼ正常に戻すと、歩行の末梢動態が変化し、歩行制御の中枢処理に影響を与える可能性があることがわかっている」とlEllisは話している。