闭环EES技术助力脊髓损伤康复：机器人与神经调控的完美结合
闭环EES技术助力脊髓损伤康复：机器人与神经调控的完美结合
近年来，神经调控技术在康复医学领域的应用取得了突破性进展，尤其是在脊髓损伤（SCI）康复方面，科学家们正在探索更高效的干预手段。3月12日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）团队在《科学机器人》上发表了一项重要研究，提出了一种闭环控制的脊髓电刺激（EES）系统，并成功与多种康复机器人集成，帮助SCI患者恢复步行和骑行功能。这项研究不仅提供了一种新型康复策略，也为未来的神经康复技术指明了方向。
近年来，神经调控技术在康复医学领域的应用取得了突破性进展，尤其是在脊髓损伤（SCI）康复方面，科学家们正在探索更高效的干预手段。3月12日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）团队在《科学机器人》上发表了一项重要研究，提出了一种闭环控制的脊髓电刺激（EES）系统，并成功与多种康复机器人集成，帮助SCI患者恢复步行和骑行功能。这项研究不仅提供了一种新型康复策略，也为未来的神经康复技术指明了方向。
康复机器人的局限：为何单靠机械辅助难以实现神经恢复？
目前，康复机器人（如Lokomat步态训练系统、MOTOmed康复自行车等）被广泛用于SCI患者的步态和运动训练。其核心理念是通过被动运动诱导神经重塑，让患者的肌肉和关节按照设定轨迹活动，以期刺激大脑和脊髓重建运动功能。然而，这种纯机械驱动的方式存在一定局限性：
- 无法充分激活神经肌肉系统——SCI患者由于神经信号传导受损，单靠机器人驱动的运动往往无法有效刺激神经回路，导致肌肉活动不足，影响康复效果。
- 难以匹配个体化需求——康复机器人的动作模式是固定的，缺乏对患者实时神经活动的感知和响应，难以适应不同程度的神经损伤情况。
- 未能有效促进长期神经可塑性——被动运动虽然能提供一定的感觉输入，但缺乏自主神经驱动，难以在SCI患者体内形成稳定的神经通路重塑。
那么，如何在康复训练中增强神经肌肉系统的自主激活，从而提高康复效果呢？瑞士EPFL团队提出了一种创新方案——闭环EES+康复机器人系统。
图1 脊髓神经假体的闭环控制
闭环EES：同步神经刺激+机器人训练，实现精准康复
该研究的核心技术是闭环控制的脊髓电刺激（EES），系统通过植入式脊髓神经假体，在患者运动时提供实时精准的电刺激，帮助激活瘫痪的神经肌肉通路。与传统的功能性电刺激（FES）不同，该EES系统具备活动依赖性生物模拟（biomimetic EES）功能，可根据步态或骑行节律，精确控制电刺激模式，使肌肉收缩更接近自然步行状态。
更重要的是，该系统采用闭环控制技术，可与康复机器人实时同步，实现高度智能化的神经康复方案：
- 机器人检测步态或骑行节奏
- EES系统精准触发脊髓神经刺激
- 促进神经肌肉系统同步激活
- 增强自主运动能力，减少对机器人辅助的依赖
图2 整个护理过程中的康复机器人设备
研究团队在5名SCI患者中进行了初步测试，结果发现：
- 步行能力增强：在Lokomat步态训练系统中，EES显著提高了患者的髋屈肌和膝伸肌的同步激活水平，减少了患者对机械支撑的依赖，使步态更自然。
- 骑行能力改善：在MOTOmed康复自行车训练中，EES促进了腿部肌肉的节律性收缩，使患者能够更自主地驱动踏板，减少对机械辅助的需求。
- 长期神经恢复潜力：数月的训练后，即使关闭EES，部分患者仍然能自主完成步行或骑行任务，表明EES+康复机器人可能促进了神经系统的可塑性重建。
图3 康复机器人设备与仿生 EES 的同步和增强
临床应用前景：如何推动SCI康复新变革？
这项研究的意义不仅在于短期的运动能力改善，更在于它为SCI康复提供了一种长期促进神经恢复的可行路径。如果进一步验证其疗效，该技术有望成为SCI康复治疗的新标准，并在未来应用于更多神经系统疾病，如中风康复、帕金森病步态障碍等。
然而，该技术目前仍存在一些挑战：
- 设备成本与可及性——植入式EES设备价格昂贵，如何降低成本并推广至更多康复机构仍是关键问题。
- 长期疗效验证——当前研究样本量较小，需要更大规模的临床试验来确认其长期神经恢复效果。
- 个性化参数优化——未来或可结合AI算法，实现更智能化的个性化EES参数调整，提高治疗精度。
尽管如此，该研究无疑为SCI患者带来了新的希望。从“被动康复”到“主动神经激活”，闭环EES+康复机器人或将引领未来神经康复的新范式！
图4 EES增强的机器人辅助康复可促进神经功能恢复
图5 使用仿生 EES 的娱乐康复和活动
本文原文来自澎湃新闻