一种柔性可穿戴机器人帮助一名73岁的男性帕金森病患者消除了在室内行走时的步态冻结（freezing）。这种设备由美国哈佛大学（Harvard University）工程与应用科学学院和波士顿大学（Boston University）健康与康复科学学院的研究人员合作开发。相关论文于当地时间2023年1月5日在线发表于《自然-医学》（Nature Medicine）。

帕金森病是一种神经退行性疾病，2018年被纳入中国《第一批罕见病名录》。大脑中产生多巴胺的神经元缺失，导致运动自主性降低，患者会出现步态障碍，表现为运动迟缓、费力等。数据显示，全球有超过940万人患有帕金森病，预计到2040年，其患病率将翻倍。随着帕金森病的进展，高达 80%的患者会出现步态冻结。

步态冻结患者有行走意图，但足部向前运动的动作仍会偶然缺失或在数量上明显减少。有人将这种现象描述为“脚被粘在地板上”。步态冻结可能造成的后果包括丧失活动能力和独立性，频繁跌倒，残疾恶化，生活质量下降。

目前临床上有多种措施可以对步态冻结进行有限的干预，包括药物治疗、脑深部电刺激（DBS）等，但尚无方法可以产生持续的、即时的效果。

近日，广东省第二人民医院神经外科医生、功能神经调控实验室副主任医师卢健军在接受澎湃科技采访时表示，可穿戴机器人最具价值的地方在于，其传感器可以及时、准确识别患者出现步态冻结的时间。对于步态冻结的干预来说，这是最难、最关键的。但这只是个案，不能保证这种可穿戴机器人对其他帕金森病患者也有效。


柔性可穿戴机器人消除帕金森病患者步态冻结

在这项研究中，研究团队在6个月的时间内与一名罹患特发性帕金森病10年的73岁男性患者进行合作。这名患者在被诊断为帕金森病后5年内接受了深部脑刺激手术，此后刺激器全天开启，研究访问期间亦如此，同时接受药物治疗。尽管如此，他还是经历了严重的步态冻结，每天发作10多次，且每天跌倒。因此，他在室内行走时需要扶住墙壁，无法在社区内行走，外出要依靠代步车进行移动。

在四个独立研究中，当穿上可穿戴机器人服装时，患者在室内行走时的步态冻结消失了，总步行距离提高了50%。在没有可穿戴机器人的帮助时，其总步行距离为96米，穿上后为143米。在室外行走时，患者的步态冻结偶尔发作。研究人员在论文中称，这些效果是在患者没有经过任何事先训练的情况下观察到的。

这名患者报告说，可穿戴机器人使他延长步幅，并减少走路时脚步的拖拽，使他在行走时不那么费力，最终阻止了步态冻结。他认为可穿戴机器人服装有助于将他的活动范围扩展到家以外的地方，因此他有兴趣穿上它。

这种可穿戴机器人主要被“穿戴”在腰部和大腿周围。在此前的研究中，哈佛大学工程与应用科学学院的康纳·沃尔什（Conor J. Walsh）团队证实了该柔性可穿戴设备可以增加髋关节屈曲度，并协助向前摆动腿部，从而帮助健康人在行走时减少能量消耗。

“我们发现，在研究中，软性机器人服装仅提供少量的机械辅助，即可提供即时效果，并持续改善个人在各种条件下的行走。”沃尔什在哈佛大学的一份新闻稿说。


最大的价值是及早识别步态冻结的信号

2022年8月，广东省第二人民医院公众号曾发布一则消息，一位90多岁的男性帕金森病患者因行走不便，想尝试脑深部电刺激手术，医生评估后认为这并不是一个合适的方案。卢健军给他提供了一个简单的冻结步态干预装置，老人使用后即可顺利行走。

这种冻结步态干预装置通过感应器提前预知冻结步态的产生，立即通过激光、音乐以及脚踝震动进行步态干预，从而让患者摆脱冻结状态。卢健军告诉澎湃科技，这种冻结步态干预装置属于补偿疗法，“步态是一个自发的过程，当自动执行出现问题以后，身体可以通过其他环路进行代偿，例如视觉、听觉等刺激信号。”

沃尔什等人开发的柔性可穿戴机器人使用的是一种新方法，通过一个传感器来识别步态冻结发生的信号，用一个相对柔软的外骨骼设备直接干预患者的步态。这是一种外源性的方法。

卢健军认为，除了可穿戴机器人本身可提供的力量支持外，一些力量反馈到大脑，可能是一个新的可改善步态的运动环路。它最大的价值在于，其传感器可以及时、准确识别患者出现步态冻结的时间。

这种可穿戴机器人和过去已经在临床上应用的下半身康复机器人相似。“但是原先的设备很重，患者通常只能在医院使用，日常使用不够便捷，而这个可穿戴机器人柔软、轻便。”卢健军说。

近年来出现了很多可能改善步态冻结的新方法。2023年11月，瑞士科学家在《自然-医学》发表了一项研究。他们开发了一种脊柱植入物，可以向脊髓输送电刺激，极大地改善了一名晚期帕金森病患者的活动能力，使其可以流畅行走。这是一种内源性的新方法，需要通过手术来进行。

相比之下，沃尔什团队开发的柔性可穿戴机器人具有无创的优势。“对于一些不适合手术的帕金森病患者，如年龄很大、有基础疾病的人，可穿戴机器人的治疗风险更低。”卢健军说，不过，患者一旦离开可穿戴机器人，可能又恢复到步态冻结的状态。此外，患者仍需慢慢学习，最终和机器达到很好的配合。

“这项研究的结果比较乐观，但这是一个个案，只能作为参考。”卢健军提醒，“这个可穿戴机器人仍然处于探索阶段，对论文中的一个患者有效，但不能保证对其他帕金森病也有效。”

这和冻结步态本身的复杂性有关。据卢健军介绍，冻结步态在临床上分为三个亚型：一种是药物敏感型，即服用了药物就不会再出现冻结步态；第二种是药物抵抗型，即服用药物无法改善他的冻结步态；第三种是药物诱导型，即服用药物反而导致患者出现冻结步态。

沃尔什等人在论文中说，冻结步态的起源是复杂的、多因素的，人们对它知之甚少。论文的共同作者、波士顿大学的特里·埃利斯（Terry D. Ellis）说，“我们并没有真正理解冻结步态，我们并不真正知道为什么这种方法如此有效。但这项工作表明通过‘自下而上’而不是‘自上而下’方案治疗冻结步态的潜在益处。我们看到，恢复几乎正常的生物力学会改变步态的动力学，并可能影响步态控制的中枢处理。”