顛覆認知！康復機器人不 “幫忙”，反而靠 “加阻力” 促進神經肌肉重塑。

6名獨立站起困難的肌萎縮癥患兒（全程接受藥物治療），在6周高強度等速訓練后便獲得了在不同角度下手扶膝蓋的坐-站轉換能力，肌力提升130%，肌肉增長19%，并在停止使用機器人后，仍能維持已獲得的康復效果。

實現這些的，是一臺僅重0.96公斤的可穿戴機器人。

這項顛覆性成果由北京航空航天大學馮仰剛副教授聯合麻省理工學院與北京大學第三醫院完成，近日以加速預覽形式發表在《Nature》上，并被官網頭版頭條推薦。

共同第一作者：北京航空航天大學機械工程及自動化學院研究生李閱兵、北京航空航天大學機械工程及自動化學院研究生任佳欣、麻省理工學院媒體實驗Tony Shu、北京大學第三醫院運動醫學科主治醫師原福貞、北京航空航天大學機械工程及自動化學院馮仰剛副教授

唯一通訊：北京航空航天大學機械工程及自動化學院馮仰剛副教授

01.

為什么“省力”模式可能幫倒忙？

談起康復機器人，人們腦海中常會浮現這樣的畫面：中風或脊髓損傷患者穿戴外骨骼，在電機驅動下被動地邁出腳步。這類設備的底層邏輯非常一致：患者缺多少力，機器就補多少力，用“省力”模式幫助完成動作。

但這種邏輯遇上脊髓性肌萎縮癥（SMA）II型患兒，方向就反了。SMA是一種發病率約1/6000至1/10000的常染色體隱性遺傳病，現有藥物僅能延緩疾病進展，無法逆轉。

對他們而言，真正的需要不是力量輔助，而是靠自身力量安全、可控地主動發力，以刺激神經肌肉協同增長。過度的“省力”反而可能不利于神經肌肉功能的長期維持。傳統的等速抗阻訓練設備不僅體積龐大、價格昂貴，其最小阻力檔位對SMA患兒來說也往往過高，且只能在專業機構內使用，難以普及。

顛覆認知！康復機器人不 “幫忙”，反而靠 “加阻力” 促進神經肌

正是基于這一洞察，研究團隊將設計理念從“助力”轉向了“加阻”，即通過提供可控的等速阻力，讓患兒主動靠自己的力量去對抗、去生長。

02.

一臺0.96公斤的可穿戴機器人

這個想法最終凝結為一臺僅重0.96公斤的便攜式可穿戴式膝關節等速訓練機器人。

它由可反向驅動的阻尼電機和可變剛度機構組成，能夠在小腿伸展過程中施加可控阻尼，強制關節以恒定角速度運動。換句話說，無論患者用多大力，關節轉速都被鎖定在設定值（本研究多為60°/s，一名力量較弱的患兒為45°/s）。這種模式下，股四頭肌能夠在整個關節活動范圍內持續產生最大張力，從而實現了傳統低強度訓練難以達到的高效刺激。

設備還集成了扭矩傳感器和角位移編碼器，能夠實時監測力矩、角度和速度，保證訓練的安全可控。

為了讓6至10歲的患兒能長期堅持，團隊還開發了配套的手機端游戲化界面?；純骸疤摺钡迷接昧Γ聊簧峡ㄍㄈ宋锾叱龅那蚓惋w得越遠，把枯燥的康復變成了即時反饋的闖關游戲。

03.

5個半月臨床試驗，從無法站立到獨立站起

設備做出來了，它真的有效嗎？

團隊招募了6名6至10歲的SMA II型患兒（3男3女），展開了一場為期為期5.5個月的臨床試驗。試驗分為四個階段：

先是6周無干預觀察期，也就是維持常規物理治療，主要是等張訓練，讓肌肉在恒定阻力下收縮并產生關節運動，如綁沙袋抬腿；以及等長訓練，讓肌肉繃緊但不產生動作，如靠墻靜蹲；接著是6周高強度等速訓練期，患兒每周穿戴這臺機器人等速伸展訓練5次；然后是6周低強度維持期（每周3次），最后是超過30天的無機器人隨訪。

結果令人欣喜，6周高強度等速訓練后，變化開始顯現。

所有患兒都獲得了在不同角度下手扶膝蓋、無外部支撐完成坐-站轉換的能力。平均起始膝彎曲角度從111°降至104°。雖然只有7°，但這是從“做不到”到“做得到”的跨越。

力量層面的提升更加直觀。雙側膝關節峰值扭矩平均提升130%，右膝從1.96 N·m增至4.63 N·m，左膝從2.00 N·m增至4.46 N·m。活動范圍擴大51%，單次做功增加97%。

肌肉本身也在生長。核磁共振和超聲顯示，股四頭肌解剖橫截面積增加12%，肌肉體積增加19%，生理橫截面積增加21%。

神經層面同樣有變化。股神經復合肌肉動作電位振幅增加19%，雙側肢體間的神經肌肉協調性改善了35%。

為什么等速訓練能做到這些？研究團隊比較了三種模式下的肌肉激活程度，發現等速訓練誘發的股四頭肌電信號顯著高于等張和等長訓練。這正是常規康復6周后患兒仍無法站立，而等速訓練6周即見效的核心原因——高激活的訓練才能真正驅動神經肌肉重塑。

更重要的是，這些改變不是曇花一現。在結束等速訓練、回歸常規康復后的超30天隨訪期內，所有指標均未顯著回落。也就是說，在脫離機器人，回歸日常訓練后，患者仍能維持已取得的康復效果。

04.

“阻力”而非“助力”的新范式

這項研究的核心價值不僅在于造了一臺新設備，更在于提出了一個可推廣的全新訓練范式：對于SMA這類需要增強神經肌肉激活的患者，康復機器人訓練作為藥物治療的強力協同，目標不應該是“省力”，而應該是“用力”。精確可控的等速阻力，反而能激發患者更持久的生理適應。

研究者指出，這是一個重要的范式轉換。短期助力可能適合急性期代償，但對于需要長期神經肌肉發育的慢病，主動增加運動難度才是更有效的干預手段。

當然，這項研究存在局限。SMA作為罕見病，樣本量僅6例，且沒有隨機對照組。為減少對日常生活的干擾，無干預階段未采集MRI，因此無法完全排除生長發育對肌肉變化的影響。但團隊引用文獻數據說明：健康同齡兒童6周內股四頭肌體積自然增長約1.8%，而本研究患兒增長了19%，遠超發育解釋范圍。

設備目前僅支持向心等速伸展（只控制伸展方向，屈曲時自由），未來可拓展至離心、等長模式。這一方法也有望推廣至其他關節（肘、髖）及其他神經肌肉疾病，如腦卒中康復。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10642-0