로봇공학과 척추 자극으로 마비 환자의 운동 능력 회복

척수 손상은 삶을 바꿔놓으며, 종종 개인에게 심각한 이동 장애를 남깁니다. 재활 로봇(치료 중 움직임을 안내하는 장치)은 척수 손상 환자의 훈련을 개선했지만, 그 효과는 제한적입니다. 근육의 활동적인 참여 없이 로봇 지원 운동만으로는 신경계를 충분히 재훈련할 수 없습니다.

Grégoire Courtine과 Jocelyne Bloch가 이끄는 .NeuroRestore의 한 팀은 이제 이식된 척수 신경 보철물을 재활 로봇과 완벽하게 통합하는 시스템을 개발했습니다. 연구자들의 장치는 로봇 운동과 조화를 이루는 근육을 자극하기 위해 적절한 시기에 전기 펄스를 전달하여 치료 중에 자연스럽고 조화로운 근육 활동을 유도합니다.

신경 보철물 혁신은 EPFL의 Auke Ijspeert 교수 연구실의 로봇 전문 지식을 활용했습니다. 이 발전은 즉각적인 이동성을 향상시킬 뿐만 아니라 장기적인 회복도 촉진합니다.

"척수 자극과 재활 또는 레크리에이션 로봇의 원활한 통합은 이 치료법이 표준 치료와 척수 손상이 있는 사람들의 커뮤니티에 빠르게 도입될 것입니다."라고 Courtine은 말합니다.

이러한 적응성 덕분에 재활 전문가는 이 기술을 전 세계의 기존 재활 프로토콜에 통합할 수 있습니다. 치료법을 결합하는 것도 각각 정확한 동기화가 필요하기 때문에 상당한 과제를 안겨줍니다. 척수 자극 전략은 환자의 움직임에 맞게 공간과 시간 모두에서 조절되어야 하며, 널리 사용되는 로봇 재활 시스템과 통합하려면 유연하고 적응 가능한 프레임워크가 필요합니다.

이 기술은 생체모방 전기 경막 자극(전기 경막 자극)을 전달하는 완전히 이식된 척수 자극기에 의존합니다. 기존의 기능적 전기 자극과 달리 이 방법은 자연스러운 신경 신호를 모방하여 운동 뉴런을 더 효율적으로 활성화합니다.

연구자들은 전기적 경막외 자극을 트레드밀, 외골격, 고정식 자전거 등 다양한 로봇 재활 장비와 통합하여 자극이 각 운동 단계에 정확히 맞춰지도록 했습니다. 이 시스템은 무선 센서를 사용하여 사지 움직임을 감지하고 실시간으로 자극을 자동으로 조정하여 원활한 사용자 경험을 제공합니다.

척수 손상을 입은 5명의 개인을 대상으로 한 개념 증명 연구에서 로봇과 전기적 경막 자극을 결합한 결과 즉각적이고 지속적인 근육 활성화가 나타났습니다. 참여자들은 로봇 보조 치료 중에 근육을 사용하는 능력을 회복했을 뿐만 아니라, 일부는 자극이 꺼진 후에도 자발적인 움직임이 개선되었습니다.

연구자들은 또한 재활 센터와 긴밀히 협력하여 자극 시스템이 널리 사용되는 로봇 장치와 얼마나 잘 통합되는지 테스트했습니다.

"우리는 여러 재활 센터를 방문하여 그들이 일상적으로 사용하는 로봇 시스템으로 자극 기술을 테스트했고, 그들의 열정을 목격하는 것은 엄청나게 보람 있는 일이었습니다."라고 연구의 첫 번째 저자인 NeuroRestore 연구원 Nicolas Hankov와 BioRob 연구원 Miroslav Caban이 말했습니다.

"우리의 접근 방식이 기존 재활 프로토콜과 얼마나 완벽하게 통합되는지 직접 보면 여러 재활 환경에서 채택하고 배포하기 쉬운 기술 프레임워크를 제공하여 척수 손상 환자의 치료를 혁신할 수 있는 잠재력이 강화됩니다."

이 연구는 또한 임상 환경을 넘어서 이 접근 방식이 잠재력이 있음을 보여 주었습니다. 참가자들은 이 시스템을 롤레이터를 사용해 걷고 야외에서 자전거를 타며 실제 생활에 미치는 영향을 검증했습니다.

이 혁신적인 기술은 척수 손상 환자에게 새로운 희망을 제공하며, 로봇만을 사용하는 것보다 더 효과적인 재활 접근 방식을 제시합니다. 재활을 보다 역동적이고 매력적으로 만들어 회복 결과를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력이 있습니다.

장기적인 이점을 확립하려면 향후 임상 시험이 필요하지만, 초기 결과에 따르면 신경 보철물을 재활 로봇과 통합하면 마비 후 이동성 회복을 재정의할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250312145730.htm