熟練運動スキルを促進する運動学習原理の解明と新たなトレーニング法の開発

• Project/Area Number: 19J01734
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 59030:Physical education, and physical and health education-related
• Research Institution: Sony Computer Science Laboratories, Inc. (Research Lab.) (2021); Sophia University (2019-2020)
• Principal Investigator: 平野 雅人 株式会社ソニーコンピュータサイエンス研究所(Research Lab.), リサーチラボラトリー, 特別研究員(PD) (40852223)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 体性感覚 / 熟練運動スキル / 感覚トレーニング / 運動制御

Outline of Research at the Start

プロのアスリートや音楽家が保持する熟練運動スキルは練習してもあまり向上しない（天
井効果）．熟練運動スキルをさらに向上させるためには，天井効果を脱却する科学的なトレーニング法を考案する必要がある．運動学習の基本原理として，①運動のゴールと知覚した運動結果のエラーを小さくするフィードバック誤差学習，②試行錯誤的に様々な運動を実行し（探索行動），報酬が大きな動作を学習する強化学習，③過去の運動や感覚を反復するように次の運動がバイアスを受ける使用依存性学習（教師なし学習の一種がある．本研究では，これら3つの学習原理に基づき熟練運動スキルをさらに高める最適なトレーニング法を同定する．

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は，熟練者の卓越した運動スキルをさらに高める最適なトレーニング法を開発することである．運動学習の基本原理として，①運動のゴールと知覚した運動結果のエラーを小さくするフィードバック誤差学習，②試行錯誤的に様々な運動を実行し（探索行動），報酬が大きな動作を学習する強化学習，③過去の運動や感覚を反復するように次の運動がバイアスを受ける使用依存性学習（教師なし学習の一種がある．本研究では，これら3つの学習原理に基づき熟練運動スキルをさらに高める最適なトレーニング法を同定する．
本年度は使用依存的学習の学習理論に基づくトレーニング法を開発し，その効果の検証を実施した．使用依存的学習とは，繰り返し実施された運動が学習されるという理論であり，受動的な体性感覚入力だけでも生じることが報告されている．本年度は手指用の外骨格ロボットを用いて課題曲（ショパンOp.10-2）の運指を繰り返し提示できるシステムを作成し，当該課題曲の演奏技能を上達できるか検証する実験を実施した．その結果，外骨格ロボットを用いた使用依存性学習理論に基づくトレーニングが熟練ピアニストの演奏技能を向上できることを示唆する結果が得られた．これらの結果をまとめた学術論文を現在，国際ジャーナルに投稿すべく準備を進めている．また，前年度までに実施した実験に関して，結果をまとめた学術論文を執筆したため，現在国際ジャーナルへ投稿中である．

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Multisensory interactions on auditory and somatosensory information in expert pianists (2022)
  • Author(s): Hirano Masato、Furuya Shinichi
  • Journal Title: Biorxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2022.02.23.481694
  • Open Access
• [Journal Article] Active haptic training improves somatosensory-motor feedback control in the motor skills of experts (2022)
  • Author(s): Hirano Masato、Furuya Shinichi
  • Journal Title: - Volume: -
  • DOI: 10.1101/2022.02.17.480969
  • Open Access
• [Journal Article] Adaptation of the Corticomuscular and Biomechanical Systems of Pianists (2021)
  • Author(s): Kimoto Yudai、Hirano Masato、Furuya Shinichi
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 32 Issue: 4 Pages: 709-724
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab229
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Overcoming the ceiling effects of experts’ motor expertise through active haptic training (2020)
  • Author(s): Hirano M.、Sakurada M.、Furuya S.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Issue: 47
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd2558
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Skillful and Pathological Movement Coordination in Musical Performance (2020)
  • Author(s): Shinichi FURUYA, Takanori OKU, Yudai KIMOTO, Hayato NISHIOKA, Masato HIRANO
  • Journal Title: Advances in exercise and sports physiology Volume: 26 Pages: 15-18
  • NAID: 40022381888
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Skillful and pathological movement coordination in musical performance (2020)
  • Author(s): Furuya S, Oku T, Kimoto Y, Nishioka H, Hirano M
  • Journal Title: Advances in Exercise & Sports Physiology Volume: －
  • NAID: 40022381888
• [Journal Article] 音楽演奏のトランスレーショナルリサーチ (2019)
  • Author(s): 古屋晋一，平野雅人，西岡勇人，木本雄大，奥貴紀
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 70 Pages: 522-525
• [Presentation] Robust but specific enhancement of somatosensory-motor skills through an active haptic training in expert pianists (2021)
  • Author(s): Masato Hirano and Shinchi Furuya
  • Organizer: Neural Control of Movement
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surmounting limits of musicians’ expertise through a novel somatosensory training (2021)
  • Author(s): Masato Hirano and Shinchi Furuya
  • Organizer: Neuroscience and Music
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 手指の感覚知覚増強に伴う熟練ピアニストの打鍵技術向上 (2019)
  • Author(s): 平野雅人
  • Organizer: 第27回日本運動生理学会大会
• [Presentation] Enhancing somatosensory perception of pianists by a novel haptic training (2019)
  • Author(s): Masato Hirano, Mizuha Sakurada, Shinichi Furuya
  • Organizer: Neural Control of Movement
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 体性感覚運動統合機能の可塑性と機能的意義 (2019)
  • Author(s): 平野雅人
  • Organizer: Motor Control研究会