新帕金森病治疗:与机器人共舞 2017-08-09 12:06:04

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跳舞是人类;所有年龄和水平的运动能力的人表达运动以响应音乐专业舞者发挥他们的技能和不同风格的舞蹈发挥大量的创造力和能量如何舞者以美丽和有时意想不到的方式移动可以愉快,和之间的同步一起移动的舞者可以迷住我们作为一名神经科学家和生物机械师(Lena),康复科学家和舞蹈家(Madeleine),了解芭蕾动作中运动技能的复杂性,或合作伙伴舞蹈中协调的物理语言,是鼓舞人心和令人生畏的挑战了解舞者如何移动也具有重要的现实意义在我们的工作中,我们正在研究不同人群中的步态和平衡,以及如何牵手 - 例如在伴侣舞中 - 实际上可以帮助人们走路和更好地平衡最终目标是帮助那些行动不便的人以及开发者更好地设计和开处康复elop机器人,可以与人进行身体互动,帮助提供运动辅助和运动学习芭蕾训练影响步行和平衡很容易根据他们在日常生活中的行走方式区分舞者和足球运动员 - 一个人像液体一样滑行另一个是坚实的,坚实的,这符合我们的发现,芭蕾训练改变了一个人的行走方式但它也反对运动训练原则,即运动技能特定于练习的运动,例如摆动蝙蝠或做车轮另一方面,康复依赖于运动技能在不同任务中概括的观点在现实生活中,行动障碍的人将无法实践每一种可能的情景

治疗师希望帮助患者在一些任务中发展力量和技能

健身房将推广到世界各地的改进中由Andrew Sawers领导的一项研究,现在是一位助理教授在伊利诺伊大学芝加哥分校,我们没有看芭蕾舞本身,而是利用舞者严格的,长达数年的训练方案来测试学习在特定环境中学习是否会影响我们执行日常任务的方式我们想知道芭蕾舞演员是否真的与你和我在执行他们没有明确练习的任务上有所不同事实证明,当面对具有挑战性的窄梁时,芭蕾舞演员仍然使用相同的首选,惯常的肌肉协调模式他们走过正常的水平楼层时使用这些模式称为“电机模块”;神经系统使用它们构建运动,类似于“肌肉记忆”的概念为了找到每个参与者的运动模块,我们测量了腿和躯干中许多肌肉的电活动,因为它们穿过不同难度的光束

芭蕾舞演员,努力穿越横梁的非舞者不能依靠他们在正常行走中使用的相同电机模块为什么

我们的研究表明,舞者的长期芭蕾舞训练改进了一套用于步行的运动模块,因此它们也可以用于更具挑战性的相关任务;这反过来又改变了舞者在日常生活中的行走方式在康复环境中使用舞蹈训练在训练有素的人(如芭蕾舞者)中获得运动技能的相同原则也可能在行动障碍人士的康复和运动技能重新获得中发挥作用

可以有效康复平衡和步态障碍,特别是帕金森病患者(PD)玛德琳开发了改编的探戈康复训练,参与者学习一系列渐进式探戈舞步骤,专门用于解决PD患者平衡的问题,前进向后走,转向和导航复杂的环境它改善了平衡功能和步行的临床指标但是如何

在一项试验性研究中,我们发现经过为期三周的强化探戈康复计划后,PD的参与者变得更像训练有素的芭蕾舞演员Lucas McKay,他是埃默里生物医学工程的助理教授,专门研究帕金森氏症的平衡障碍机制

疾病,表明参与者改善肌肉活动,以适应探戈后的平衡 杰西卡·艾伦,西弗吉尼亚大学即将成为助理教授,人类步态专家,进一步表明他们的运动模块在步行和平衡任务方面也更加一致

像芭蕾舞者一样,适应性探戈参与者可以使用PD跨越不同运动任务的相同运动模块也就是说,当他们练习探戈舞蹈技巧时,他们开发了运动模块,也帮助他们在日常情况下行走和平衡

这种机制可以解释为什么练习舞蹈可以有利地改变步态和平衡与我共舞:身体人与机器人之间的合作我们还与乔治亚理工学院的机器人专家查理·坎普合作,他对机器人能够以直观和有益的方式与人类进行物理交互的方式感兴趣

例如,康复机器人有朝一日可以与帕金森病患者共舞帮助他们提高运动技能

推进人体物理相互作用的科学对于开发这种技术至关重要研究人员才刚刚开始研究两个人在执行合作(携带桌子)或竞争(拔河)任务之间的力量

在伴侣舞蹈中,领导者和追随者之间的物理力量是两个人能够彼此保持同步的关键

即使闭着眼睛,人们之间也可能发生这种复杂的协调我们想知道伙伴舞蹈的微妙见解是否可以用于培养直观的身体人类和辅助机器人之间的相互作用机器人专家蒂芙尼陈已经开发出一种类人机器人Cody的方法,由人类用手牵引机器人可以通过简单地通过解释来自手持的力来跟随护士通过复杂的环境抱着机器人的追随者,手感觉就像与人交往

蒂芙尼与合作伙伴舞蹈教练在一个简单,合作的踩踏任务中测试了Cody我们的专业合作伙伴舞者对Cody跟随他们的触摸感到惊讶他们觉得Cody可以通过手上的力来解释微妙的指导,指示运动的方向和速度这种类型与通常使用的游戏垫相比,物理引导提供了一种更直观的方式来指导机器人的运动但是我们仍然希望将人机器人伙伴关系的手部和身体运动的力量与两个人的舞蹈进行比较Cody和一个伙伴看起来像两个人做同样的任务吗

我们的专业合作伙伴舞者带着安德鲁回到实验室我们发现手中用于协调人体运动的力量(即使没有视力)也不到几磅,这比科迪需要跟随一个人的要少,所以我们如何,编程机器人对力的反应不如人敏感我们才刚刚开始理解如何解释人类伙伴手中力量的细微变化,因为这些力是我们研究中参与者之间唯一的沟通渠道,我们知道它们包含有关运动意图(我们想要去的地方),运动表现(我们实际上是如何运动)的信息,以及合作伙伴的技能水平但人与人之间的物理交互领域已经成熟,可以指导设计辅助机器人与人类安全,直观地互动两步,¶机器人能否成为有效的康复舞伴

到目前为止,我们刚刚开始了解舞蹈对人体运动技能的影响,以及进行伴侣舞蹈所需的身体互动从根本上说,我们寻求发现我们如何学习和重新学习移动,以及如何身体互动有助于我们更好地回答这些问题可能有助于我们保持警惕Lena Ting,Emory大学物理治疗部生物医学工程和康复医学教授以及Emory大学医学助理教授Madeleine Eve Hackney本文最初发表于The Conversation阅读原文The Conversation's logo照片:The Conversation