跨学科研究团队用人工智能治疗帕金森症症状
在科学中有一个术语叫做“基础真理”，即判断数据准确性的基准。对于威廉玛丽学院的学生肯·科特勒曼来说，这个词最好被描述为“脚踏实地的真相”。
这位计算机科学专业的三年级博士候选人在疫情期间花了五个月的时间，每次步行近两个小时，收集他的步态数据——来自W&M和弗吉尼亚联邦大学的一组研究人员正在利用这些数据开发一种新的治疗方法，用于治疗帕金森病的一种潜在危险症状，即走路时暂时无法移动的步态冻结（FoG）。
“我是自愿的，”Koltermann说。“我想，如果我领导这个项目的数据收集，我就必须自己做。”
这是一项艰苦的工作，而且是私人的。
“我已故的祖母实际上患有帕金森氏症，她的病情非常严重，”他说。“她有步态冻结的症状，经常摔倒，随着年龄的增长，这种情况变得越来越严重。更容易骨折，更容易受伤。她是我参与这项研究的首要原因。”
Koltermann解释说，目前还没有治愈帕金森病的方法，只有药物治疗和称为深部脑刺激的手术程序，这只能帮助抑制一些症状，而不是治愈疾病。
Koltermann是一个跨学科研究团队的成员，该团队由佳博体育研究生Woosub Jung和Minglong Sun、佳博体育计算机科学教授周刚、佳博体育护理学院副教授兼高级护士研究员Ingrid prezer - aboff以及佳博体育医学院神经病学副教授兼帕金森病项目主任Leslie Cloud组成。
该团队正在开发一种创新的治疗帕金森病运动相关症状的新方法，该疾病影响着全球超过1000万人。这种治疗方法结合了硬件和软件，针对帕金森症的某些症状，如震颤和雾状震颤，进行有针对性的振动。
“在这个团队中，我们有两个设备，一个由共振向前有限责任公司开发，另一个由W&M计算机科学家共同开发，”周说。“我们正在利用我们的综合专业知识来设计软件，以与硬件进行通信，并开发有效的治疗方法。这是一个完全跨学科的项目。”
该项目最近获得了美国国立卫生研究院神经疾病和中风研究所的资助。周解释说，这项研究正在填补帕金森病理解和治疗方式上的一个关键空白。他说，步态冻结是这种疾病的一种常见但具有破坏性的表现，这是这种疾病的一种症状，目前还没有治愈方法，也没有足够的药物或手术治疗方法。
“步态僵硬会让人在社交上感到孤立。对于那些不得不帮助他们所爱的人的家庭成员来说，这是非常沉重的负担，或者至少是一种负担。它通过对摔倒的恐惧来影响他们的心理，”Pretzer-Aboff说，他对帕金森患者的振动疗法进行了十多年的研究。“能帮助这种病人的选择很少。我们希望以这种新方式使用振动会显示出更好的结果，给人们带来一些希望，更多的自主权，自由和更好的生活质量。”
她解释说，FoG发作通常是由环境和心理因素引发的，比如开始走路、穿过狭小的空间、改变方向、接近视觉目标和双重任务。压力大、时间敏感的情况下，比如在电梯门关闭前进入电梯，也会触发FoG事件。
研究人员在给美国国立卫生研究院的资助提案中写道：“每个患有帕金森病的人对这些不同诱因的敏感性都是独一无二的，这强调了定制治疗方法的必要性。”“因此，有必要增加对FoG潜在的可改变因素的了解，并增加对FoG经验中个体细微差别的了解。”
个体步态的细微差别并不是一件容易分类的事情。问问科尔特曼就知道了。从2020年8月到12月，他定期前往VCU的物理治疗诊所，使用该大学的Protokinetics ZenoTM Walkway（一种非便携式步态监测垫）收集自己的实时行走数据，用于研究基线。
他还戴着UltiGesture手环。这是一个四分之一大小的硬件，由周的佳博体育共同开发，携带一个加速度计和陀螺仪，用于收集数据，并通过蓝牙传输到智能手机。同样由周的佳博体育开发的人工智能被嵌入到智能手机上的一个应用程序中，该应用程序分析数据以检测基线步态和任何异常情况。
科尔特曼解释说：“我每次走90分钟以上，脚踝上安装着我们的设备，只是收集数据，并将其与我们从垫子上得到的数据进行比较。”
事实证明，他收集的数据足以让团队开始对个人步态的各种元素进行分类。当他收集到足够的步态数据后，Koltermann转向人工智能来采取下一步行动。他和他的团队开发了一种机器学习来分类他的行走方式。
“一旦完成，我们就可以确认我们可以用我们的设备准确地检测到我的步态，”Koltermann说。
周解释说，验证硬件和软件是一个巨大的里程碑。该团队的UltiGesture设备非常便携，售价约为10美元。他们开发的步态检测人工智能可以在智能手机上运行，这也是高度便携和广泛使用的。相比之下，目前市面上的步态垫只能在临床或研究环境中使用，成本超过5万美元。
Koltermann说：“如果我们能证明我们的设备和垫子一样精确，这可能会导致医疗保健可及性的革命，而不仅仅是针对帕金森症。”“这将使步态分析变得更加容易，特别是对于农村医疗系统和低收入地区。”
研究的下一阶段是将UltiGesture系统与VibeForward设备配对。VibeForward设备是由resonance Forward有限责任公司开发的一个小硬件，它可以向脚踝和脚传递局部振动，以促进那些行走困难或身体不稳定的人的运动。
弗吉尼亚州立大学帕金森氏症和运动障碍中心主任布莱恩·伯曼在一份新闻稿中说：“这项技术有很大的潜力，可以让步态冻结的患者恢复独立。”“我们的研究人员将继续努力寻找显著改善帕金森病患者生活的方法，直到找到治愈方法。”
最终，UltiGesture和VibeForward设备将能够感知到病人走路时最轻微的步态冻结迹象，并在一秒钟内触发脚踝设备振动，帮助佩戴者保持正常的运动状态。
“目前对帕金森病的治疗方法可以减轻症状，但它们并不能消除从步态冻结中摔倒的实时危险，”周解释说。“该系统将能够区分步态冻结导致的故意停止和非自愿停止，然后它将能够提供即时振动治疗。”
这项研究还有另一个方面，周说它仍处于非常早期的阶段，但可能会开辟一个全新的可能性领域。他的团队计划将环境刺激整合到提供给人工智能的数据中，使其能够感知步态冻结的可能触发因素，例如门口和电梯。
“这真的是为帕金森患者提供了一个新的自由水平，以安全地导航世界，”周说。“有了我们的环境依赖分类框架，它们将自由地导航潜在的触发刺激，而受伤的风险要小得多。我们正在为它们标记环境，调整我们的算法，以重新配置并根据环境提供正确的振动剂量。给病人自由，这是一个激励因素。”
