Nature | 北航冯仰刚团队开发不到1公斤的可穿戴机器人，让脊髓性肌萎缩症患儿屈膝力量提升130%，使得萎缩肌肉重新生长

• 强度不足：常规训练难以提供足够的代谢刺激，无法触发肌肉肥大所需的生理信号通路；

• 依从性差：重复、枯燥的动作训练，对6-10岁的儿童缺乏吸引力，家庭场景下更难坚持。

因此，如何在基因疗法提供的“神经元保护窗口期”内，重建已经丢失的肌肉质量与功能，成为SMA综合治疗中亟待解决的核心难题。

这项研究的核心创新，并非某一项“从天而降”的颠覆性技术，而是将等速训练原理、轻量化机械设计和儿童友好的交互体验，整合为一套可穿戴、可居家使用的闭环系统。

图1：机器人的正视图、侧视图、俯视图（从左到右）。

传统抗阻训练（如举哑铃）中，阻力恒定，但关节角速度随肌肉力臂变化而波动——这容易在肌力最薄弱的关节角度处造成“粘滞点”，增加损伤风险。

等速训练（Isokinetic Training） 则不同：它通过实时调节阻力，迫使肢体在整个运动范围内以恒定角速度运动。这意味着，肌肉在每一度关节角度上都承受着与其当前最大出力相匹配的负载，从而实现全程最大收缩——这是诱发神经肌肉适应的最有效刺激之一。

图2：闭环等速控制。

过去，等速训练设备是大型、笨重、昂贵的实验室或康复中心专用仪器（如Cybex、Biodex系统），根本无法应用于儿童或家庭场景。

允许机器人在非训练状态下处于“低刚度”模式，不对儿童关节施加刚性约束；一旦检测到主动伸膝动作，即刻切换至等速阻尼模式。这确保了被动安全性——即使机器人意外失控，也不会对脆弱关节造成剪切损伤。

传统电机在断电后难以被外力驱动（呈“抱死”状态），而该电机在待机时可以被轻松拉动，仅在需要提供等速阻力时才主动产生反向力矩。这对于儿童主动参与的意愿至关重要——他们不会感到被一台“冰冷的机器”强制推拉。

这是一项单臂、前瞻性临床试验（NCT06648486），纳入6名II型SMA患儿，年龄6-10岁，均无法独立行走，且正在接受基因治疗。入组前，这些儿童已接受常规物理康复，但无明显功能性获益。

图 3：股神经传导评估。

干预方案：6周内完成30次机器人辅助训练，每次训练包含≥60次膝屈伸动作（单侧或双侧）。训练采用等速模式，角速度固定，阻力随患儿主动发力程度实时调整。为了提升参与度，研究团队将系统游戏化——患儿在平板电脑上看到自己“踢球”的动画反馈。

更具临床意义的是，这些数据转化为了真实世界的能力提升。

MIT媒体实验室的Tony Shu（共同作者）引用家长反馈称：“在家里，当孩子试图从床上翻身或以某些方式调整身体时，家长注意到，因为这套训练方案，这件事变得容易多了。”

此外，在为期数周的洗脱期（停止机器人训练，回归常规康复）后，患儿的功能增益并未显著消退。这表明，等速训练可能触发了某种持久的神经肌肉可塑性，而非短暂的“训练后急性效应”。

如果说基因疗法为SMA患者“保住了火种”，那么这项技术则为“重新点燃火焰”提供了可能。

宾夕法尼亚大学匹兹堡分校生物工程师Elvira Pirondini评价道：“这是一项非常重要的工作，为临床提供了关键信息。” 但她同时审慎地指出，目前尚不确定机器人是否具有独特优势，还是说其他高强度训练形式也能达到类似效果。

凯斯西储大学生物工程师Sandra Hnat指出，该机器人所使用的技术本身并非革命性突破，但其贡献在于：推动了可穿戴机器人从“辅助运动”向“主动训练并强化身体”的范式转变，并且将这一技术应用到了此前被忽视的青少年患者群体中。

商业化路径上，团队面临两个现实挑战：

由于家庭不愿冒“被分到对照组”的风险（即无法保证获得机器人干预），且研究经费有限，本研究未能设置随机对照。

团队希望找到投资者支持后续开发，将该系统适配到其他关节和肌肉群的训练。

通讯作者冯仰刚认为，该设备不仅是SMA基因治疗的补充手段，其应用还可扩展至：

• 其他神经肌肉疾病：如杜氏肌营养不良（DMD）、腓骨肌萎缩症（CMT）；

• 老年肌少症：作为居家力量训练方案；

• 骨科术后康复：如前交叉韧带重建后的等速肌力恢复。

尽管这项研究令人振奋，但未来的探索还需要解决几点问题：

如果没有设置“高强度常规康复”或“无训练安慰剂”对照组，就无法排除自然史波动或安慰剂效应。虽然SMA的自然史通常为进行性恶化，但在基因治疗背景下，肌肉功能的长期轨迹尚不明确。

这是探索性研究的典型规模，但个体差异（如基因型、基因治疗起始年龄、残余运动功能）可能对结果产生混杂影响。更大规模的验证性研究是必要的。

目前采用的是“6周30次，每次≥60次重复”。更少或更多的剂量是否同样有效？每周应训练几次？这些参数尚未优化。

虽然短期（6周）未报告不良事件，但长期佩戴可穿戴机器人对儿童骨骼发育、关节软骨及韧带的影响，需要更长时间的随访。

所有受试者均为正在接受基因治疗的II型SMA患儿（均不能行走）。对于更严重的I型（婴儿型） 或更轻症的III型（青少年型），以及未接受基因治疗的患者，该设备是否同样有效？尚无数据。