中国科学家研发可穿戴机器人助力逆转肌肉萎缩

近日，机器人领域迎来一项突破性进展。由中国科学家主导的研究成果，荣登国际顶级学术期刊《自然》杂志的头版头条。这项由北京航空航天大学机械工程及自动化学院机器人研究所冯仰刚副教授团队，携手麻省理工学院与北京大学第三医院共同完成的研究，为脊髓性肌萎缩症等神经肌肉疾病的康复治疗，开创了一条全新的技术路径。

脊髓性肌萎缩症（SMA）作为一种常见的遗传性神经肌肉疾病，现有药物虽能延缓病情发展，却难以修复已形成的肌肉功能损伤。传统的康复机器人，尤其是针对下肢的辅助设备，其设计核心多为“助力”——即通过外部动力分担身体负荷，帮助患者完成行走等动作。然而，冯仰刚团队与合作者提出了一个关键问题：对于SMA II型这类急需强化神经信号传导以维持肌肉功能的患者，这种被动的“替代”式辅助，是否可能反而抑制了神经肌肉系统的长期发育与自我修复能力？

与此同时，传统的抗阻训练设备也面临显著局限：它们通常体积庞大、成本高昂，且提供的最小阻力设置对于肌力严重不足的SMA患儿而言依然过高，无法实现安全、有效且个性化的康复训练。

▲ 图 1. 穿戴式等速抗阻训练机器人运动神经康复原理

▲ 图 2. 等张、等长与等速训练模式下的肌肉激活程度对比

正是为了破解这一双重困境，研究团队将“等速抗阻训练”理念与微型化、便携化技术相结合。他们成功研发的这款可穿戴等速抗阻机器人，其核心优势在于：能够在确保关节活动安全的前提下，智能地使目标肌肉在整个运动弧线上都承受最大化的适宜张力。这如同为患者的肌肉配备了一位“智能私教”，能在其发力的每一个角度提供精准匹配的阻力，从而最大化刺激肌肉生长与神经适应，达到最优康复训练效果。

理论需要临床实证。团队为此开展了一项为期5.5个月的严谨临床试验，结果令人振奋。经过为期6周的系统性高强度等速训练，参与试验的SMA II型患儿不仅成功实现了在不同角度下独立完成从坐到站的关键功能跨越，其下肢整体运动能力更获得了全面、显著的提升。尤为重要的是，这种提升源于肌肉结构与神经系统功能的协同改善。而最具突破性的发现是：即使在停止使用机器人辅助、回归常规物理治疗后，患儿所获得的各项康复增益依然得到了长期、稳固的维持。

这一系列成果，深刻揭示了高强度等速训练在神经康复领域的变革性潜力。它区别于仅能维持功能现状的传统低强度干预手段，能够真正驱动肌力显著增长与肌肉体积实质性增加，为神经肌肉疾病的精准化、主动式康复提供了坚实的科学依据与全新的解决方案。

▲ 图 3. 便携式等速训练机器人与游戏化人机交互界面

▲ 图 4. 6 例 SMA II 型患儿在训练前后的双侧伸膝峰值力矩变化

具体而言，该研究共纳入了6名年龄在6至10岁的SMA II型患儿。经过6周的高强度等速抗阻训练后，数据呈现出全方位的积极改善：

首先，关键运动功能取得突破。患儿们获得了在手扶膝盖、无需外部支撑的条件下，于不同起始角度独立完成坐站转换的能力。平均坐位起立的初始膝关节屈曲角度从111°优化至104°，进步了7°。

其次，下肢生物力学功能大幅增强。双侧膝关节的伸展峰值力矩平均提升了130%，关节活动范围增加了51%，肌肉做功能力提升了97%。

第三，肌肉形态实现实质性增长。通过核磁共振与超声成像评估，患儿股四头肌的解剖横截面积增加了12%，肌肉总体积增加了19%，生理横截面积增加了21%。

第四，神经传导与协调性同步优化。股神经电生理评估显示，复合肌肉动作电位振幅增加了19%。同时，基于双侧肢体对称性分析的神经肌肉协调性改善了35%。

在所有进展中，最具里程碑意义的是康复效果的持久性：当高强度训练阶段结束，患儿恢复至常规低强度物理治疗后，上述在运动功能、肌肉形态及神经生理层面取得的各项改善，均得到了有效维持。在后续的维持期及超过30天的完全无设备随访期内，未出现成果倒退现象。

这标志着神经康复训练范式的一次根本性转变。该技术不同于传统可穿戴机器人以“替代功能”和“被动辅助”为核心的短期补偿思路，而是“逆向思维”，通过主动、智能地增加运动挑战，深度激发并重塑患者自身的神经肌肉潜力。这项创新技术旨在成为现有药物疗法的高效协同伙伴，其终极目标并非让患者永久依赖机器，而是引导他们实现由内而外的、可持续的功能重建，最终依靠被重新激活的自身力量，显著提升独立生活能力与整体生活质量。