冗長方向を含むシナジー制御・学習モデルの構築とＢＭＩ制御への応用

• Project/Area Number: 14J07576
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Advanced Telecommunications Research Institute International
• Principal Investigator: 東郷 俊太 株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: シナジー / UCM解析 / 冗長性 / 協調運動 / 手先インピーダンス / 筋シナジー / 到達運動 / 運動指令 / 信号依存ノイズ / 関節スティフネス

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、人間の冗長方向の制御方策を調べることによって、冗長方向を含んだシナジー制御・学習モデルを考案し、脳活動情報を用いて冗長ロボットアームを制御するBMI制御へと応用することである。本年度は、目標に冗長方向がある場合の冗長性問題を中枢神経系がどのように扱っているのかを計測実験により確かめた。目標に冗長性がある多様体到達運動と冗長性のない二点間到達運動の間で運動キネマティクスを統制し、運動終点での手先インピーダンスを比較した。計測実験の結果，キネマティクスの統制条件下であったとしても，目標に冗長性がある場合に手先インピーダンスは有意に小さな値となっていた。この結果は，中枢神経系は目標の冗長性問題を陽に解いて多様体到達運動を二点間到達運動に変換するというよりも，目標の冗長性を保持し，多様体到達運動の計画および実行に利用していることを示唆した。また、軌道追従タスクにおいて追従目標に冗長性がある場合と無い場合の、外乱に対する応答を比較した。外乱に対する応答の腕運動はUCM解析によって定量的に評価された。その結果、目標に冗長性が無い場合にはある場合と比較して、必ずしも関節角のばらつきが小さくなるわけではないことを示した。また、目標に冗長性がある場合は、利用可能な関節角の冗長空間(UCM)をより広く使って応答することが明らかになった。さらに、中枢神経系による多関節制御を実現するために、どのように多筋を制御するのかも重要な問題である。本研究では、筋シナジーの観点からこの多筋制御に焦点を当て、実験的に筋シナジー仮説の妥当性を検証する枠組みを考案した。本年度に得られた結果は、中枢神経系による目標の冗長性、すなわち冗長方向の制御方策を実験的に確かめた点で重要な知見であり、制御モデル構築の際に重要なてがかりになると考えられる。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Changes in motor synergies for tracking movement and responses to perturbations depend on task-irrelevant dimension constraints (2016)
  • Author(s): Shunta Togo, Takahiro Kagawa, Yoji Uno
  • Journal Title: Human Movement Science, Volume: 46 Pages: 104-116
  • DOI: 10.1016/j.humov.2015.12.010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control model for dampening hand vibrations using information of internal and external coordinates (2015)
  • Author(s): Shunta Togo, Takahiro Kagawa, Yoji Uno
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Issue: 4 Pages: e0125464-e0125464
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0125464
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Normalized index of synergy for evaluating the coordination of motor commands (2015)
  • Author(s): Shunta Togo, Hiroshi Imamizu
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Issue: 10 Pages: e0140836-e0140836
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0140836
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] タスクの冗長性に依存した手先運動の制御方策 (2016)
  • Author(s): 東郷俊太，吉岡利福，今水寛
  • Organizer: ニューロコンピューティング研究会(NC)
  • Place of Presentation: 玉川大学
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] 姿勢の変動を許容する全身運動の制御 (2016)
  • Author(s): 熊澤一樹，香川高弘，東郷俊太，宇野洋二
  • Organizer: ニューロコンピューティング研究会(NC)
  • Place of Presentation: 玉川大学
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] 目標の冗長性を保持した運動計画 (2015)
  • Author(s): 東郷俊太，吉岡利福，今水寛
  • Organizer: 第9回Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-06-25
• [Presentation] A control model of human-dampening hand vibration using internal and external information (2015)
  • Author(s): Shunta Togo, Takahiro Kagawa, Yoji Uno
  • Organizer: Neural Control of Movement 25th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Francis Marion Hotel in Charleston SC USA
  • Year and Date: 2015-04-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 正規化協調指標による運動指令の協調の評価 (2015)
  • Author(s): 東郷俊太，今水寛
  • Organizer: ニューロコンピューティング研究会(NC)
  • Place of Presentation: 玉川大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [Presentation] 多関節ロボットの関節間協調を用いた重心移動を許容する立位姿勢制御 (2015)
  • Author(s): 伊藤穂高，東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第2回制御部門マルチシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京電機大学
  • Year and Date: 2015-03-04 – 2015-03-07
• [Presentation] 支持多角形内における重心位置のばらつきを許容する立位姿勢制御 (2014)
  • Author(s): 伊藤穂高，東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: ニューロコンピューティング研究会(NC)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-12-13
• [Presentation] 随意的共収縮は冗長方向の運動協調に影響を与えない (2014)
  • Author(s): 東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第8回 Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2014-08-07 – 2014-08-09