健康寿命を延ばすための脳の計算論的モデルによる運動機能変化の予測
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21H03287
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
和田 安弘 長岡技術科学大学, 工学研究科, 理事・副学長 (70293248)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 美咲 東京工業高等専門学校, 電気工学科, 講師 (10879828)
橋爪 善光 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 准教授 (20779847)
大石 潔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 産学官連携研究員 (40185187)
南部 功夫 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (40553235)
佐藤 貴紀 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (60840759)
垣内田 翔子 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 准教授 (90638537)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
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| Keywords | 運動時間計画 / 運動計画 / 計算論モデル / 脳 / 健康寿命 / 計算論的モデル / 運動軌道 |
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| Outline of Research at the Start |
現在の長寿社会における問題は、如何に健康寿命を延ばすことにあると言っても過言ではない。加齢に対するアプローチとして、身体的アプローチと脳科学的アプローチが考えられる。 健康寿命は、単なる身体的な衰えだけでなく、認知症のような脳の変容も重要な観点である。 我々は脳からの運動指令および腕のダイナミクスに基づいたヒト腕運動軌道の計算論モデルを発展させ、 運動時間の決定機構を内包する運動軌道計画のための計算論モデルを構築し、 この計算論的モデルをベースに、筋電や軌道等の身体運動計測と、脳波などの脳のイメージング計測の両方を組み合わせて、ヒトの加齢等による運動機能変化の評価・推定可能性を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
課題１ 運動軌道生成モデル
今年度は、腕モデルの粘性力項や重力項を考慮したモデル化を推進した。結果、単関節腕ダイナミクスにおける手先終端分散は運動時間・関節粘性に対して単調減少であることが分かった。今後はこのモデルの妥当性を数値実験、行動実験により確認する。また、関節粘性や関節周りの慣性モーメントなどのパラメータは加齢によって影響を受けると考えられるため、加齢が運動速度や空間精度などの運動パフォーマンスに与える影響の検討を進める。平地での自然歩行実験と膝関節の動きを制限したトレッドミル歩行実験の２種の実験を実施し、関節軌道と下肢および体幹部の筋活動の計測を行った。自然歩行実験では若年者と高齢者各5名を被験者とし、トレッドミル歩行実験では若年者12名を被験者として計測し、現在解析中である。今後は若年者および高齢者、関節拘束下における軌道や筋活動の比較によって、高齢者の転倒増加が単に加齢による身体機能の衰えに起因するものか神経系による制御に起因するものかを推定していく。
課題２ 運動時間と精度、腕ダイナミクスの関係
(1)運動精度は、運動ダイナミクス、軌道及び運動時間等が複雑に絡みあって決定されると考えられる。 運動軌道・運動時間・運動精度・ダイナミクスパラメータの関係を計算機シミュレーションによる詳細な検討をしている。
(2)自身のダイナミクスと異なる腕を制御するVR環境での昨年度実験データの詳細な解析を検討した。粘性の大きさと運動速度についての関係を調査した結果、粘性が小さいと運動速度が遅くなり、粘性が大きいと速度が速くなる傾向があることを明らかにした（論文投稿準備中）。また、VR環境と脳波および筋活動も計測できる環境を構築した。さらに、筋活動についてタイピング時の指運動判別を実施し、繰り返し運動では筋活動からでも予測精度が高いが、タイピングでは予測が難しくなる可能性を示唆した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
