Resting-state fMRI correlates of self-balancing robot-assisted lower-limb rehabilitation after stroke: a pilot randomized controlled neuroimaging study
这项试点随机对照神经影像学研究表明，为期四周的自平衡机器人辅助下肢康复训练显著改善了皮层下中风患者的平衡能力和运动功能，并伴随其运动、视觉及认知控制网络内静息态脑活动与连通性的选择性变化。
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当一个人中风时，大脑向双腿发送信号的能力往往会受到干扰，导致他们感到虚弱且站立不稳。对于许多人来说，重新实现独立行走的过程需要通过重新训练大脑来恢复平衡感和力量。虽然传统的疗法涉及长时间的练习，但新技术提供了一种不同的方法：利用机器人帮助患者直立并安全地转移重心。科学家们长期以来一直想知道，这种辅助练习是否不仅仅只是增强肌肉。他们怀疑，它实际上可能会改变患者在休息时大脑内部网络的通信方式。为了理解这一点，研究人员观察的不是大脑在努力工作时的状态，而是在其安静时的状态，通过测量微小的、自然的活动波动，来揭示不同区域之间是如何相互交流的。这种安静的状态至关重要，因为它展示了大脑的基础组织结构，而这种结构会随着一个人学习新技能或从伤病中恢复而发生变化。
上海的一个研究小组旨在测试一种特定类型的机器人辅助训练是否能改善中风幸存者的平衡能力，以及这些进步是否与大脑静息态的变化有关。他们专注于一种自平衡外骨骼，这是一种可以支撑患者体重，同时允许其练习站立、转移重心和迈步的穿戴式机器人。与那些仅仅移动患者双腿的旧型机器不同，这种设备要求患者主动控制姿势和重量，从而在维持直立的过程中让大脑参与进来。该研究涉及二十四名近期中风且无法独立行走的患者。其中一半被分配使用该机器人进行为期四周的训练，而另一半则接受了相同时长和关注度的治疗师指导，但在固定床上进行类似的站立练习，没有机器人的机械支撑。两组患者也都继续进行常规的物理治疗。
结果显示，使用机器人的那一组在平衡能力和腿部力量方面的进步显著高于在固定床上练习的一组。四周后，机器人组在衡量站立和行走能力的测试中得分更高，这表明机器人的特定需求——即要求主动的重心转移和姿势控制——提供了独特的益处。为了观察大脑内部发生了什么，研究人员在训练前后对参与者的大脑进行了扫描。他们寻找大脑静息活动的变化，特别关注不同区域之间是如何进行通信的。他们发现，机器人组表现出了其他组并未出现的独特大脑活动变化。这些变化出现在几个关键区域：大脑中线附近的后部区域（涉及我们如何感知自身在空间中的位置）；处理视觉信息的区域；以及负责注意力与规划的前额叶部分。
具体而言，研究人员观察到，机器人组大脑后部的活动有所增加，且运动区与大脑颞中部的连接更加紧密。他们还观察到，负责平衡的区域内，大脑左右半球之间的通信得到了加强。这些变化表明，机器人训练有助于重组大脑网络，以更好地支持站立和行走。研究并未发现训练改变了整个大脑连接总密度的证据，也未发现这些变化在所有大脑区域都是统一的。相反，这些改进是具有选择性的，针对的是涉及视觉、身体意识和运动控制的特定系统。研究人员指出，虽然临床上的改善非常明确，但大脑的变化仅在小部分人群中被观察到，因此这些发现是一个充满希望的线索，而非最终的定论。研究结论认为，自平衡机器人训练似乎以一种支持康复的方式引导大脑，可能通过帮助大脑重构维持平衡和移动双腿所需的网络来实现。
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