Robot phục hồi chức năng kết hợp kích thích tủy sống giúp người liệt lấy lại vận động

Bối cảnh nghiên cứu: Vì sao robot phục hồi vẫn chưa đủ?

Chấn thương tủy sống là một trong những dạng tổn thương nặng nề nhất của hệ thần kinh, thường khiến người bệnh mất hoặc suy giảm nghiêm trọng khả năng vận động. Trong nhiều năm qua, robot phục hồi chức năng (rehabilitation robotics) như máy chạy bộ hỗ trợ, khung xương ngoài (exoskeleton) hay xe đạp tập đã giúp người bị liệt duy trì vận động thụ động và hạn chế teo cơ.

Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn tồn tại một hạn chế lớn: cơ bắp không được kích hoạt chủ động. Khi cơ thể chỉ “bị robot kéo đi”, hệ thần kinh không học lại được cách điều khiển vận động, khiến khả năng phục hồi lâu dài rất hạn chế.

Xuất phát từ vấn đề đó, một nhóm nhà khoa học tại Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) và trung tâm NeuroRestore đã phát triển một cách tiếp cận hoàn toàn mới: kết hợp robot phục hồi với kích thích điện tủy sống cấy ghép để tái kích hoạt các mạch thần kinh vận động.

Công nghệ mới: Khi robot và tủy sống “nói chuyện” với nhau

Hệ thống mới do hai nhà khoa học Grégoire Courtine và Jocelyne Bloch dẫn dắt phát triển, tích hợp thiết bị kích thích tủy sống cấy hoàn toàn trong cơ thể với các robot phục hồi chức năng đang được sử dụng phổ biến trong bệnh viện.

Khác với kích thích điện cơ truyền thống (FES), công nghệ này sử dụng kích thích điện ngoài màng cứng tủy sống (epidural stimulation) theo kiểu “mô phỏng sinh học”. Các xung điện được thiết kế sao cho bắt chước tín hiệu thần kinh tự nhiên, từ đó kích hoạt neuron vận động hiệu quả hơn và tạo ra các chuyển động gần với sinh lý bình thường.

Điểm mấu chốt nằm ở sự đồng bộ chính xác. Hệ thống sử dụng cảm biến không dây để theo dõi chuyển động của chân tay theo thời gian thực. Dựa trên dữ liệu đó, thiết bị sẽ điều chỉnh cường độ và thời điểm kích thích điện sao cho trùng khớp với từng pha chuyển động của robot – ví dụ như lúc bước chân chạm đất hay lúc đạp bàn đạp xe.

Nhờ vậy, cơ bắp không chỉ chuyển động theo robot mà thực sự được “đánh thức” và tham gia chủ động vào quá trình tập luyện.

Kết quả thử nghiệm: Không chỉ vận động ngay lập tức

Trong nghiên cứu thử nghiệm ban đầu (proof-of-concept) trên 5 bệnh nhân chấn thương tủy sống, nhóm nghiên cứu ghi nhận nhiều kết quả rất đáng chú ý:

• Cơ bắp được kích hoạt ngay lập tức và ổn định trong quá trình tập với robot
• Các chuyển động trở nên tự nhiên và phối hợp tốt hơn so với chỉ dùng robot
• Một số bệnh nhân cải thiện khả năng vận động tự chủ, thậm chí sau khi ngừng kích thích điện

Đặc biệt, công nghệ này không chỉ hoạt động trong phòng tập. Một số người tham gia nghiên cứu đã có thể đi bộ ngoài trời với khung trợ lực (rollator) và đạp xe ngoài trời, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế rất lớn.

Dễ triển khai trong hệ thống phục hồi hiện có

Một ưu điểm quan trọng khác là khả năng tương thích cao. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống này tại nhiều trung tâm phục hồi chức năng khác nhau, kết hợp với các loại robot đang được sử dụng sẵn.

Theo các tác giả chính của nghiên cứu, công nghệ kích thích này có thể được tích hợp linh hoạt vào quy trình phục hồi hiện hành, giúp các chuyên gia y tế không phải thay đổi toàn bộ hệ thống thiết bị hay phương pháp điều trị.

Điều này mở ra khả năng đưa công nghệ vào thực hành lâm sàng tiêu chuẩn, thay vì chỉ dừng ở mức nghiên cứu thử nghiệm.

Ý nghĩa lâu dài: Định nghĩa lại phục hồi sau liệt

Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp kích thích thần kinh và robot mang lại hiệu quả vượt trội so với từng phương pháp riêng lẻ. Không chỉ hỗ trợ vận động tức thời, hệ thống này còn thúc đẩy tái học vận động của hệ thần kinh, yếu tố then chốt để phục hồi bền vững.

Trong tương lai, các thử nghiệm lâm sàng quy mô lớn hơn sẽ cần được tiến hành để đánh giá hiệu quả dài hạn. Tuy nhiên, những kết quả ban đầu đã mang lại hy vọng mới cho người bị liệt, đồng thời đặt nền móng cho một thế hệ công nghệ phục hồi thần kinh – vận động hoàn toàn mới.

Nguồn

DOI: 10.1126/scirobotics.adn5564