重新行走不是梦!AI 已经能够帮助人们复健了

脊髓损伤或中风患者的康复计划通常是让患者以固定的步伐在跑步机上行走,而腿上的行走支架能够帮助从不同角度支撑身体的重量。在发表于 7 月 19 日的《Science Translational Medicine》 上最新研究中,研究者想要设计一个新的支架系统,支持不同的支撑方向和变化的步态,从而允许患者在日常生活中使用它。

“这个设计的想法是想要提供更合适的康复环境,让患者能够在生活中主动地进行训练。这样可以延长患者进行重复神经活动的时间”,研究的共同作者,瑞士洛桑联邦理工(EPFL)的神经科学家如是说。

这个机器人支架使用线缆来控制患者所感受到的向上和向前的力,同时允许他们向前向后和侧向行走。支架由软件控制,该软件针对患者的不同问题,对多个方向的力进行个性化调整。

为了实现定制化用户体验,这个系统使用了神经网络,神经网络被“喂”了大量数据,并协同工作来解决问题。神经网络能够通过转变其连接模式来改变交互方式,随后再次求解问题。随着时间推移,神经网络学习并适应了足够多的模式,并能够提供最佳的结果。

这次研究者所用的神经网络会分析大约患者运动中的 120 个变量,包括其行走速度。随后神经网络会计算出患者需要多少支撑力。 Courtine 说:“患者所受到的支持力是针对每个病人精确计算出来的。如果患者只需要和月球一样的重力,支架会产生月亮般的重力感。如果病人更强壮一些,那么它就会适应患者并产生类似火星的重力感。”

在临床试验中,研究者针对 26 个不同程度的脊椎损伤和中风的待恢复患者进行了试验,他们中有需要协助才能独自行走的患者,也有根本不能独自站立或行走的人。

参与者需要进行四项测试任务:站在两个独立的平板上,沿着直线行走,沿波浪线行走,以及攀爬不规则的台阶。每项测试中他们可以在无协助,或在这个机器人支架的帮助下完成。

在志愿者们使用这个神经机器人平台行走 20 米熟悉之后,三个之前根本不能独自站立的脊髓损伤患者,马上就能行走了。(10 个脊髓损伤患者中的 )4 个在此前只能通过拐杖来行走的志愿者,在练习之后马上就能无协助独自行走了。研究者表示,这个平台在中风患者也有类似甚至更好的效果。

此外,研究者表示,在这个人工智能机器平台训练了一个小时之后,5 名只能在设备协助下行走的慢性脊髓损伤患者中,有 4 位的表现有了巨大的改善,比如行走速度增加了。

Courtine 说:“神奇的是,这个不止能提供垂直方向力的系统真的让训练效果大为改善。”

科学家们也正在探索如何通过脊髓刺激来提升患者的行动能力。他们正在将这种方法应用在这个神经元机器人平台上。


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