The authors' goal is to apply robotics and automation technology to assist, enhance, quantify, and document neurorehabilitation. This paper reviews a clinical trial involving 20 stroke patients with a prototype robot-aided rehabilitation facility developed at the Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, (MIT) and tested at Burke Rehabilitation Hospital, White Plains, NY. It also presents the authors' approach to analyze kinematic data collected in the robot-aided assessment procedure. In particular, they present evidence (1) that robot-aided therapy does not have adverse effects, (2) that patients tolerate the procedure, and (3) that peripheral manipulation of the impaired limb may influence brain recovery. These results are based on standard clinical assessment procedures. The authors also present one approach using kinematic data in a robot-aided assessment procedure.

Brain imagination to control external devices Studies in monkeys have implicated the brain's posterior parietal cortex in high-level coding of planned and imagined actions. Aflalo et al. implanted two microelectrode arrays in the posterior parietal cortex of a tetraplegic patient (see the Perspective by Pruszynski and Diedrichsen). They asked the patient to imagine various types of limb or eye movements. As predicted, motor imagery involved the same types of neural population activity involved in actual movements, which could potentially be exploited in prosthetic limb control. Science , this issue p. 906 ; see also p. 860

Objective: In patients with stroke, the authors tested whether additional sensorimotor training of the paralyzed or paretic upper limb delivered by a robotic device enhanced motor outcome. Methods: Fifty-six patients with stroke and hemiparesis or hemiplegia received standard poststroke multidisciplinary rehabilitation, and were randomly assigned either to receive robotic training (at least 25 hours) or exposure to the robotic device without training. Outcomes were assessed by the same masked raters, before treatment began and at the end of treatment, with the upper extremity component of the Fugl-Meyer Motor Assessment, the Motor Status score, the Motor Power score, and Functional Independence Measurement. Result: The robot treatment and control group had comparable clinical characteristics, lesion size, and pretreatment impairment scores. By the end of treatment, the robot-trained group demonstrated improvement in motor outcome for the trained shoulder and elbow (Motor Power score, p < 0.001; Motor Status score, p < 0.01) that did not generalize to untrained wrist and hand. The robot-treated group also demonstrated significantly improved functional outcome (Functional Independence Measurement–Motor, p < 0.01). Conclusion: Robot-delivered quantitative and reproducible sensorimotor training enhanced the motor performance of the exercised shoulder and elbow. The robot-treated group also demonstrated improved functional outcome. When added to standard multidisciplinary rehabilitation, robotics provides novel therapeutic strategies that focus on impairment reduction and improved motor performance.

Background:

 We used MIT-Manus, a robot designed to provide interactive, goal-directed motor activity for clinical neurologic applications. 

Objective:

 To test whether this robotic manipulation of the impaired limb influenced motor recovery in patients with hemiplegia. 

Methods:

 Sequential patients with a history of a single stroke and hemiplegia (N=20) hospitalized on the same acute care rehabilitation floor were enrolled in a standard rehabilitation program supplemented by either robot-aided therapy or sham robot-aided therapy. These 2 groups were comparable in age, initial physical impairment, and time between onset of the stroke and enrollment in the trial. Patients, clinical team members, and the clinical evaluator were blinded to the treatment group assignments. Standardized assessment tools measured outcomes. 

Results:

 Impairment and disability declined in both groups between hospital admission and discharge. The robot-treated group showed a greater degree of improvement in all 3 measures of motor recovery, and the change in motor status measured in the proximal upper limb musculature was significant (P=.002). No adverse events resulted from robot-assisted therapy. 

Conclusions:

 These results suggest that robotic manipulation of the impaired limb may favorably add to recovery following stroke and that robotics may provide new strategies for neurologic rehabilitation.