به گزارش ثریا بر اساس پژوهشی که در نشریه نیچر (Nature) منتشر شد، یک ربات پوشیدنی با وزنی کمتر از یک کیلوگرم، عملکرد زانو را در کودکان مبتلا به آتروفی عضلانی نخاعی یا همان اس‌ام‌ای (SMA) بهبود می‌بخشد.

این دستگاه تمرینات مقاومتی متناسب با شرایط هر فرد را برای کودکانی که به دلیل ابتلا به اس‌ام‌ای قادر به راه رفتن نیستند، فراهم می‌کند.  

در مقایسه با ارزیابی‌های اولیه، پس از ۶ هفته استفاده از این ربات، ۶ کودک ۶ تا ۱۰ ساله توانستند از زاویه نشستن پایین‌تری بلند شوند؛ حجم عضلات چهارسر ران آن‌ها ۲۰ درصد افزایش یافت و توانستند هنگام خم کردن زانوهای خود، بیش از دو برابر قبل نیرو تولید کنند.

به گفته تونی شو (Tony Shu)، نویسنده این پژوهش و مهندس زیستی که در مؤسسه فناوری ماساچوست در کمبریج (Massachusetts Institute of Technology) فعالیت می‌کرده است، این دستاوردها به زعم والدین شرکت‌کنندگان، به فراتر از محیط آزمایشگاه نیز کشیده شده است. شو می‌گوید: والدین متوجه شده‌اند که در خانه، وقتی فرزندانشان تلاش می‌کنند از تخت غلت بزنند یا بدن خود را به شکل‌های خاصی جابجا کنند، این کارها به لطف این برنامه تمرینی برایشان بسیار آسان‌تر شده است.

یانگ‌گانگ فنگ (Yanggang Feng)، نویسنده دیگر پژوهش و مهندس زیستی در دانشگاه بیهانگ چین (Beihang University)، می‌گوید: رشد چشمگیر شاخص‌های بیومکانیکی و تغییرات هم‌افزا در سیستم عصبی-عضلانی کاملاً ما را شگفت‌زده کرد. ماهیت قابل حمل این دستگاه، آن را برای استفاده در محیط‌های خانگی ایده‌آل می‌کند.

الویرا پیروندینی (Elvira Pirondini)، مهندس زیستی در دانشگاه پیتسبورگ در پنسیلوانیا (University of Pittsburgh)، می‌گوید: این یک کار بسیار مهم است که اطلاعات ارزشمندی را در اختیار کلینیک‌ها قرار می‌دهد. با این حال، پیروندینی اشاره می‌کند که هنوز مشخص نیست آیا این ربات مزیتی منحصربه‌فرد دارد یا اینکه اشکال دیگر تمرینات ورزشی با شدت بالا نیز می‌توانند همین کمک را انجام دهند.

داروها کافی نیستند

اس‌ام‌ای یک بیماری ارثی است که بر اثر جهش در ژن اس‌ام‌ان۱ (SMN۱) ایجاد می‌شود و تقریباً از هر ۱۰ هزار تولد، یک نوزاد را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بدون ژن عملکردی اس‌ام‌ان۱، نورون‌های حرکتی نخاع می‌میرند و قدرت و توده عضلانی که توسط آن‌ها عصب‌دهی می‌شوند، تحلیل می‌روند. در دهه گذشته، درمان‌های ژنتیکی مراقبت از مبتلایان به اس‌ام‌ای را متحول کرده‌اند. این داروها با دستکاری ژن اس‌ام‌ان۱ یا ژن مکمل و محافظتی آن یعنی اس‌ام‌ان۲ (SMN۲)، روند از دست رفتن نورون‌ها را متوقف کرده یا به شدت سرعت آن را کم می‌کنند. اما آن‌ها نمی‌توانند عضلاتی را که پیش از این تحلیل رفته‌اند، بازسازی کنند.

از این رو، فنگ و همکارانش به دنبال روش جدیدی از توانبخشی فشرده برای بازیابی عملکرد عضلات بودند. راهکار آن‌ها رباتی بود که روی زانو فیکس می‌شود تا تمرینات مقاومتی موسوم به تمرینات ایزوکنتیک (هم‌جنبش) را ارائه دهد. این شکل از ورزش شامل ثابت نگه داشتن سرعت حرکات پا در طول تمرین است، در حالی که کاربران برای صاف کردن پاهای خود تلاش می‌کنند. ربات این کار را با اعمال مقاومت متغیر روی  باز شدن زانو، با توجه به سرعت حرکت پا انجام می‌دهد. وقتی سرعت پا افزایش می‌یابد، مقاومت برای کاهش سرعت آن بالا می‌رود و زمانی که سرعت حرکت کاهش می یابد، مقاومت نیز کاهش می‌یابد.

کودکانی که این ربات را آزمایش کردند به اس‌ام‌ای نوع دو مبتلا بودند؛ نوعی از بیماری که بین ۶ تا ۱۸ ماهگی بروز می‌کند، افراد را از راه رفتن محروم می‌سازد و قبل از ابداع ژن‌درمانی‌ها، امید به زندگی آن‌ها را به کمتر از ۳۰ سال محدود می‌کرد. این کودکان که هر کدام تحت ژن‌درمانی بودند در ابتدا در توانبخشی فیزیکی سنتی شرکت کردند اما به بهبود عملکردی قابل توجهی دست نیافتند.

آن‌ها سپس ۳۰ جلسه تمرینی با ربات را پشت سر گذاشتند که شامل ۶۰ حرکت یا بیشتر برای پا بود و در طول ۶ هفته توزیع شد. برای کمک به مشارکت کودکان در این جلسات تمرینی چالش‌برانگیز، گروه پژوهشی سیستم را بازی‌سازی (Gamified) کرد، به طوری که کاربران هم‌زمان با باز کردن پای خود، خود را در حال شوت کردن به یک توپ می‌دیدند. پس از تمرین، مجموعه‌ای از آزمایش‌ها بهبود چشمگیری را در عملکرد فیزیکی هر ۶ کودک نشان داد.

اسکن‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا همان ام‌آرآی (MRI) نشان داد که مساحت سطح مقطع عضلات چهارسر ران آن‌ها رشد کرده است؛ اندازه‌گیری‌های گشتاور نشان داد که زانوهای آن‌ها قوی‌تر شده است؛ ثبت‌های الکتریکی نشان داد که اعصاب آن‌ها به شکل مؤثرتری پیام‌ها را هدایت می‌کنند؛ و زاویه اولیه‌ای که آن‌ها می‌توانستند از طریق آن از حالت نشسته به ایستاده تغییر وضعیت دهند، از ۱۱۱ درجه به ۱۰۴ درجه کاهش یافت.

ساندرا هنات (Sandra Hnat)، مهندس زیستی در دانشگاه کیس وسترن رزرو در کلیولند، اوهایو (Case Western Reserve University)، می‌گوید: بسیار خوب بود که آن‌ها معیارهای زیادی را مورد بررسی قرار دادند. اسکن‌های عضلانی و ثبت‌های عصبی، بهبودهای عملکردی مشاهده‌شده را تایید کردند.

ساخت نسخه قابل حمل

هنات می‌گوید در فناوری به‌کاررفته برای ساخت این ربات چیز الهام‌بخش یا عجیبی وجود ندارد، اما این اقدام، روند استفاده از رباتیک پوشیدنی را نه تنها برای کمک به حرکات، بلکه برای تمرین دادن و تقویت بدن به جلو می‌برد. این مطالعه همچنین فناوری مذکور را برای یک جمعیت کودک و نوجوان که کمتر به آن‌ها توجه شده، به کار گرفته است.

شو با این نظر موافق است و می‌گوید: قطعات مجزا پیش از این در کارهای دیگر گزارش شده بودند. از نظر او، فرض ساده این مطالعه، گرفتن نوآوری‌های مهندسی اخیر و ترکیب آن‌ها در یک دستگاه قابل حمل برای افرادی بود که واقعاً به آن نیاز دارند.

هنات و پیروندینی هر دو کوچک بودن و در دسترس بودن این دستگاه را تحسین می‌کنند، اما می‌گویند نتایج این مطالعه به دلیل عدم وجود گروه‌های کنترل که می‌توانستند تمرینات فشرده را با روش‌هایی غیر از ربات دریافت کنند تا مشخص شود آیا ربات مزایای منحصربه‌فردی دارد یا خیر  محدود است.

شو این نقطه ضعف را می‌پذیرد. او می‌گوید خانواده‌ها در صورتی که دسترسی‌شان به مداخله رباتیک تضمین نمی‌شد، تمایلی به مشارکت نداشتند. و صادقانه می‌گوید که بودجه نیز یک محدودیت بود.

فنگ این دستگاه را به عنوان مکمل درمان‌های ژنتیکی برای مدیریت بیماری اس‌ام‌ای می‌داند و فکر می‌کند که این دستگاه می‌تواند کاربردهایی فراتر از این بیماری داشته باشد. این گروه امیدوار است که سیستم بتواند برای تمرین دادن به سایر مفاصل و عضلات نیز سازگار شود. اما ابتدا باید سرمایه‌گذارانی را برای حمایت از توسعه آن پیدا کند.