Donma, dünya çapında 9 milyondan fazla insanı etkileyen nörodejeneratif bir hastalık olan Parkinson hastalığının en yaygın ve zayıflatıcı semptomlarından biridir. Parkinson hastalığı olan kişiler donduklarında, aniden ayaklarını hareket ettirme yeteneğini kaybederler, bu da kişi tamamen duruncaya kadar kısalan bir dizi staccato kekeme adımla sonuçlanır. Bu dönemler, Parkinson hastalığıyla yaşayan kişilerde düşmelere en büyük katkıda bulunanlardan biridir.
Günümüzde dondurma, hiçbiri özellikle etkili olmayan bir dizi farmakolojik, cerrahi veya davranışsal terapiyle tedavi edilmektedir.
Ya donmayı tamamen durdurmanın bir yolu olsaydı?
Bilim John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) ile Boston Üniversitesi Sargent Sağlık ve Rehabilitasyon Bilimleri Koleji'nden araştırmacılar, Parkinson hastası bir kişinin donmadan yürümesine yardımcı olmak için yumuşak, giyilebilir bir robot kullandılar. Kalça ve uyluk çevresine giyilen robotik giysi, bacak sallanırken kalçalara hafif bir itme sağlayarak hastanın daha uzun bir adım atmasına yardımcı olur.
Cihaz, katılımcının kapalı mekanda yürürken donmasını tamamen ortadan kaldırarak, giysinin yardımı olmadan yürüyebileceklerinden daha hızlı ve daha uzağa yürümelerine olanak sağladı.
Araştırma, yumuşak robot teknolojisinin Parkinson hastalığının bu sinir bozucu ve potansiyel olarak tehlikeli semptomunu tedavi etme potansiyelini ortaya koyuyor ve hastalıkla yaşayan insanların sadece hareketliliklerini değil aynı zamanda bağımsızlıklarını da yeniden kazanmalarına olanak sağlayabileceğini gösteriyor.
Araştırma Nature Medicine'de yayınlandı.
Walsh'un SEAS'taki Biyotasarım Laboratuvarı, on yılı aşkın bir süredir, felç sonrası bireylerin ve ALS veya hareketliliği etkileyen diğer hastalıklarla yaşayan kişilerin hareketliliğini iyileştirmek için yardımcı ve iyileştirici robotik teknolojiler geliştiriyor. Bu teknolojinin bir kısmı, özellikle felç sonrası yürüme eğitimi için bir exosuit, Wyss Biyolojik İlham Veren Mühendislik Enstitüsü'nden destek aldı ve Bilim'ın Teknoloji Geliştirme Ofisi, teknolojiyi ticarileştirmek için ReWalk Robotics ile bir lisans anlaşması koordine etti.
2022 yılında SEAS ve Sargent College, yeni nesil robotik ve giyilebilir teknolojilerin geliştirilmesini ve çevrilmesini desteklemek için Massachusetts Teknoloji İşbirliği'nden hibe aldı. Araştırmanın merkezi, misyonu işbirliği alanı, finansman, Ar-Ge altyapısı ve gelecek vaat eden araştırmaları endüstri ortaklarıyla işbirliği yoluyla tercüme edilebilecek olgun teknolojilere dönüştürmek için gerekli deneyimle insan performansının artırılmasındaki ilerlemeleri desteklemek olan Move Lab'da yoğunlaşıyor.
Bu araştırma bu ortaklıktan ortaya çıktı.
Ekibi Profesör ve Fizik Tedavi Profesörü Terry Ellis ile yakın iş birliği içinde olan Walsh, “Parkinson hastalarında yürüyüşün donmasını önlemek için yumuşak giyilebilir robotlardan yararlanmak, mühendisler, rehabilitasyon bilimcileri, fizyoterapistler, biyomekanistler ve giysi tasarımcıları arasında işbirliğini gerektiriyordu” dedi. Boston Üniversitesi Nörorehabilitasyon Merkezi bölüm başkanı ve yöneticisi.
Ekip, altı ay boyunca, hem cerrahi hem de farmakolojik tedavi kullanmasına rağmen, günde 10 defadan fazla ciddi ve güçsüzleştirici donma dönemlerine katlanan ve sık sık düşmesine neden olan Parkinson hastalığı olan 73 yaşındaki bir adamla çalıştı. Bu olaylar onun topluluğunda dolaşmasını engelledi ve onu dışarıda dolaşmak için bir scooter kullanmaya zorladı.
Önceki araştırmada, Walsh ve ekibi, yürüme sırasında enerji tüketimini azaltmak için etkili bir yaklaşım sağlamak üzere kalça fleksiyonunu artırmak ve bacağın ileri doğru sallanmasına yardımcı olmak için yumuşak, giyilebilir bir cihazın kullanılabileceğini göstermek için döngüdeki insan optimizasyonundan yararlandı. sağlıklı bireylerde.
Burada araştırmacılar aynı yaklaşımı kullandılar ancak donmayı ele aldılar. Giyilebilir cihaz, bel ve uyluk çevresine takılan kabloyla çalışan aktüatörler ve sensörler kullanıyor. Algoritmalar, sensörler tarafından toplanan hareket verilerini kullanarak yürüyüşün aşamasını tahmin ediyor ve kas hareketiyle birlikte yardımcı kuvvetler üretiyor.
Etki anında gerçekleşti. Hasta herhangi bir özel eğitime gerek kalmadan kapalı mekanlarda herhangi bir donma olmadan, dışarıda ise sadece ara sıra ataklarla yürüyebiliyordu. Ayrıca cihaz olmadan ender görülen bir durum olan donmadan yürüyebiliyor ve konuşabiliyordu.
Eski Ph.D. Jinsoo Kim, “Ekibimiz, teknolojinin katılımcının yürüyüşü üzerindeki etkisini görmekten gerçekten heyecan duydu” dedi. SEAS öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarı.
Araştırma ziyaretleri sırasında katılımcı araştırmacılara şunları söyledi: “Kıyafet daha uzun adımlar atmamı sağlıyor ve aktif olmadığında ayaklarımı daha çok sürüklediğimi fark ediyorum. Bana gerçekten yardımcı oldu ve bunun ileriye doğru olumlu bir adım olduğunu düşünüyorum. Daha uzun yürümeme ve yaşam kalitemi korumama yardımcı olabilir.”
Walsh, “Zamanlarını gönüllü olarak ayıran çalışma katılımcılarımız gerçek ortaklardır” dedi. “Hareketlilik zor olduğu için bu kişinin laboratuvara gelmesi bile gerçekten zorluydu ancak onun bakış açısı ve geri bildirimlerinden çok faydalandık.”
Cihaz aynı zamanda tam olarak anlaşılamayan yürüyüş donma mekanizmalarını daha iyi anlamak için de kullanılabilir.
Ellis, “Donmayı gerçekten anlamadığımız için bu yaklaşımın neden bu kadar işe yaradığını da bilmiyoruz” dedi. “Ancak bu çalışma, yürüme donmasının tedavisinde 'yukarıdan aşağıya' yerine 'aşağıdan yukarıya' çözümün potansiyel faydalarını öne sürüyor. Biyomekaniğin neredeyse normale döndürülmesinin yürüyüşün çevresel dinamiklerini değiştirdiğini ve yürüyüş kontrolünün merkezi işleyişini etkileyebileceğini görüyoruz.”
Araştırmanın ortak yazarı Jinsoo Kim, Franchino Porciuncula, Hee Doo Yang, Nicholas Wendel, Teresa Baker ve Andrew Chin'dir. Teknolojinin tasarımına Asa Eckert-Erdheim ve Dorothy Orzel'in yanı sıra Ada Huang ve Sarah Sullivan da klinik araştırmayı yönetti.
Ulusal Bilim Vakfı tarafından CMMI-1925085 hibesi kapsamında desteklenmiştir; NIH U01 TR002775 hibesi kapsamında Ulusal Sağlık Enstitüleri; ve Massachusetts Teknoloji İşbirliği, İşbirlikçi Araştırma ve Geliştirme Eşleştirme Hibesi.
Günümüzde dondurma, hiçbiri özellikle etkili olmayan bir dizi farmakolojik, cerrahi veya davranışsal terapiyle tedavi edilmektedir.
Ya donmayı tamamen durdurmanın bir yolu olsaydı?
Bilim John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) ile Boston Üniversitesi Sargent Sağlık ve Rehabilitasyon Bilimleri Koleji'nden araştırmacılar, Parkinson hastası bir kişinin donmadan yürümesine yardımcı olmak için yumuşak, giyilebilir bir robot kullandılar. Kalça ve uyluk çevresine giyilen robotik giysi, bacak sallanırken kalçalara hafif bir itme sağlayarak hastanın daha uzun bir adım atmasına yardımcı olur.
Cihaz, katılımcının kapalı mekanda yürürken donmasını tamamen ortadan kaldırarak, giysinin yardımı olmadan yürüyebileceklerinden daha hızlı ve daha uzağa yürümelerine olanak sağladı.
Paul A. Maeder Mühendislik ve Uygulama Profesörü Conor Walsh, “Yumuşak robotik giysimizden çok az miktarda mekanik yardımın anlık etkiler sağladığını ve çalışmamızda bireyin çeşitli koşullar altında yürümesini sürekli olarak iyileştirdiğini bulduk” dedi. SEAS'ta bilim ve çalışmanın ortak yazarı.
Araştırma, yumuşak robot teknolojisinin Parkinson hastalığının bu sinir bozucu ve potansiyel olarak tehlikeli semptomunu tedavi etme potansiyelini ortaya koyuyor ve hastalıkla yaşayan insanların sadece hareketliliklerini değil aynı zamanda bağımsızlıklarını da yeniden kazanmalarına olanak sağlayabileceğini gösteriyor.
Araştırma Nature Medicine'de yayınlandı.
Walsh'un SEAS'taki Biyotasarım Laboratuvarı, on yılı aşkın bir süredir, felç sonrası bireylerin ve ALS veya hareketliliği etkileyen diğer hastalıklarla yaşayan kişilerin hareketliliğini iyileştirmek için yardımcı ve iyileştirici robotik teknolojiler geliştiriyor. Bu teknolojinin bir kısmı, özellikle felç sonrası yürüme eğitimi için bir exosuit, Wyss Biyolojik İlham Veren Mühendislik Enstitüsü'nden destek aldı ve Bilim'ın Teknoloji Geliştirme Ofisi, teknolojiyi ticarileştirmek için ReWalk Robotics ile bir lisans anlaşması koordine etti.
2022 yılında SEAS ve Sargent College, yeni nesil robotik ve giyilebilir teknolojilerin geliştirilmesini ve çevrilmesini desteklemek için Massachusetts Teknoloji İşbirliği'nden hibe aldı. Araştırmanın merkezi, misyonu işbirliği alanı, finansman, Ar-Ge altyapısı ve gelecek vaat eden araştırmaları endüstri ortaklarıyla işbirliği yoluyla tercüme edilebilecek olgun teknolojilere dönüştürmek için gerekli deneyimle insan performansının artırılmasındaki ilerlemeleri desteklemek olan Move Lab'da yoğunlaşıyor.
Bu araştırma bu ortaklıktan ortaya çıktı.
Ekibi Profesör ve Fizik Tedavi Profesörü Terry Ellis ile yakın iş birliği içinde olan Walsh, “Parkinson hastalarında yürüyüşün donmasını önlemek için yumuşak giyilebilir robotlardan yararlanmak, mühendisler, rehabilitasyon bilimcileri, fizyoterapistler, biyomekanistler ve giysi tasarımcıları arasında işbirliğini gerektiriyordu” dedi. Boston Üniversitesi Nörorehabilitasyon Merkezi bölüm başkanı ve yöneticisi.
Ekip, altı ay boyunca, hem cerrahi hem de farmakolojik tedavi kullanmasına rağmen, günde 10 defadan fazla ciddi ve güçsüzleştirici donma dönemlerine katlanan ve sık sık düşmesine neden olan Parkinson hastalığı olan 73 yaşındaki bir adamla çalıştı. Bu olaylar onun topluluğunda dolaşmasını engelledi ve onu dışarıda dolaşmak için bir scooter kullanmaya zorladı.
Önceki araştırmada, Walsh ve ekibi, yürüme sırasında enerji tüketimini azaltmak için etkili bir yaklaşım sağlamak üzere kalça fleksiyonunu artırmak ve bacağın ileri doğru sallanmasına yardımcı olmak için yumuşak, giyilebilir bir cihazın kullanılabileceğini göstermek için döngüdeki insan optimizasyonundan yararlandı. sağlıklı bireylerde.
Burada araştırmacılar aynı yaklaşımı kullandılar ancak donmayı ele aldılar. Giyilebilir cihaz, bel ve uyluk çevresine takılan kabloyla çalışan aktüatörler ve sensörler kullanıyor. Algoritmalar, sensörler tarafından toplanan hareket verilerini kullanarak yürüyüşün aşamasını tahmin ediyor ve kas hareketiyle birlikte yardımcı kuvvetler üretiyor.
Etki anında gerçekleşti. Hasta herhangi bir özel eğitime gerek kalmadan kapalı mekanlarda herhangi bir donma olmadan, dışarıda ise sadece ara sıra ataklarla yürüyebiliyordu. Ayrıca cihaz olmadan ender görülen bir durum olan donmadan yürüyebiliyor ve konuşabiliyordu.
Eski Ph.D. Jinsoo Kim, “Ekibimiz, teknolojinin katılımcının yürüyüşü üzerindeki etkisini görmekten gerçekten heyecan duydu” dedi. SEAS öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarı.
Araştırma ziyaretleri sırasında katılımcı araştırmacılara şunları söyledi: “Kıyafet daha uzun adımlar atmamı sağlıyor ve aktif olmadığında ayaklarımı daha çok sürüklediğimi fark ediyorum. Bana gerçekten yardımcı oldu ve bunun ileriye doğru olumlu bir adım olduğunu düşünüyorum. Daha uzun yürümeme ve yaşam kalitemi korumama yardımcı olabilir.”
Walsh, “Zamanlarını gönüllü olarak ayıran çalışma katılımcılarımız gerçek ortaklardır” dedi. “Hareketlilik zor olduğu için bu kişinin laboratuvara gelmesi bile gerçekten zorluydu ancak onun bakış açısı ve geri bildirimlerinden çok faydalandık.”
Cihaz aynı zamanda tam olarak anlaşılamayan yürüyüş donma mekanizmalarını daha iyi anlamak için de kullanılabilir.
Ellis, “Donmayı gerçekten anlamadığımız için bu yaklaşımın neden bu kadar işe yaradığını da bilmiyoruz” dedi. “Ancak bu çalışma, yürüme donmasının tedavisinde 'yukarıdan aşağıya' yerine 'aşağıdan yukarıya' çözümün potansiyel faydalarını öne sürüyor. Biyomekaniğin neredeyse normale döndürülmesinin yürüyüşün çevresel dinamiklerini değiştirdiğini ve yürüyüş kontrolünün merkezi işleyişini etkileyebileceğini görüyoruz.”
Araştırmanın ortak yazarı Jinsoo Kim, Franchino Porciuncula, Hee Doo Yang, Nicholas Wendel, Teresa Baker ve Andrew Chin'dir. Teknolojinin tasarımına Asa Eckert-Erdheim ve Dorothy Orzel'in yanı sıra Ada Huang ve Sarah Sullivan da klinik araştırmayı yönetti.
Ulusal Bilim Vakfı tarafından CMMI-1925085 hibesi kapsamında desteklenmiştir; NIH U01 TR002775 hibesi kapsamında Ulusal Sağlık Enstitüleri; ve Massachusetts Teknoloji İşbirliği, İşbirlikçi Araştırma ve Geliştirme Eşleştirme Hibesi.