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A study on the expansion and application of the neurological basis for clinical use of kinematic synergy in the upper limb

Research Project

Project/Area Number 22K11369
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

車谷 洋  広島大学, 医系科学研究科(保), 講師 (00335647)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 伊達 翔太  広島大学, 医系科学研究科(保), 助教 (30866869)
兒玉 祥  広島大学, 医系科学研究科(医), 助教 (40806478)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords筋シナジー / 到達動作 / ジャグリング動作 / 脊髄神経活動推定 / シナジー / 上肢 / 関節運動 / 筋活動 / 脊髄 / 上肢運動 / 脊髄神経 / 運動学習
Outline of Research at the Start

本研究はシナジーを利用した神経学的に根拠のある介入方法の開発を目指し,上肢運動シナジーと脊髄神経活動との関連を明らかにすることを目的とする.この目的を達成するため,①上肢の運動シナジーと脊髄神経活動との関連の解明,②運動シナジーを利用した動作学習が脊髄神経活動に及ぼす影響の調査,③末梢神経障害患者の機能回復に伴う上肢運動シナジー変化の探索の研究を行う.これらから,上肢の運動シナジーと脊髄神経活動の関連が明らかとなり,上肢の運動シナジーを利用した新たな上肢運動の治療展開につながると期待される.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は初年度に構築した多チャンネル筋電図計測環境を使用して,物体への到達把持動作時の筋活動からの脊髄神経活動の推定,身体部位リーチ動作時の上肢筋シナジーの分析,および新規運動学習課題としてジャグリング動作を利用して運動シナジーの変化を検討した.
物体への到達把持動作中の脊髄神経活動の推定では,表面筋電図により到達動作中の肩甲帯,肩関節,上腕,前腕,手の20筋から筋活動を記録して筋シナジー解析を行ったのち,脊髄神経活動の推定を行った.到達動作開始時には肩甲帯の筋を支配する上位頸髄が活動し,次いで物体へ手を到達させる筋を支配する第5~7頸髄の活動が増加し,物体把持にかけて手の筋を支配する下位頸髄の活動が増加し,到達動作中の脊髄神経活動が上肢動作に合わせて時間的,空間的に上位頸髄から下位頸髄へと推移することを確認できた.
身体部位への到達動作の上肢筋シナジーの分析では,利き手での4方向(頭部,対側肩,下方,背面)への到達動作中に記録された肩甲帯,肩関節,上腕,前腕の筋活動に対して,到達方向ごとに筋シナジー解析を行い,到達方向で共有されるシナジーについて検討した.全方向で共有されるシナジーは前鋸筋と三角筋の協調パターンであり,次いで共有の多かったシナジーは僧帽筋が到達動作初期に活動するものであった.僧帽筋が到達動作の初動筋で,肩甲帯や肩関節周囲筋が主動作筋として機能していると考えられる.
ジャグリング動作は2つのお手玉を両手で回す課題とし,7セッションを繰り返す運動学習を行い,ジャグリングの成功回数,関節角度と運動シナジーの運動学習による変化を検討した.セッション増加に伴い成功回数は有意に増加し,両肩関節の関節角度に有意な減少を認めたが,運動シナジーには有意な変化がなかった.お手玉は空間自由度が大きい課題であるため,運動シナジーの変化に影響しなかった可能性がある.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究課題の主要な目的の一つである脊髄髄節の神経活動の推定により,脊髄神経活動を時間的,空間的に表現できた.一方で,新規運動学習課題のジャグリング動作の計測時に,筋電図機器の不調により複数の筋活動の記録ができていない状態であり,筋シナジーの変化を検討できなかった.また,新規運動学習課題として空間自由度の大きいお手玉よりも,空間的な制約のある課題のほうがシナジーの変化を検討するうえで,望ましい可能性があることも分かった.今後,空間的な制約のある課題を利用して,非利き手での新規運動学習を行った際の筋シナジーと運動シナジーの変化を検討する予定である.
患者例では,研究協力の対象となる障害例が少なく,障害例へのリクルートが遅延している.
総じて,やや遅れていると判断した.

Strategy for Future Research Activity

初年度よりも筋数を増やして脊髄神経活動の推定を行ったが,脊髄神経活動の推定は可能であることが確認でき,到達動作時には僧帽筋を支配している上位頚髄から手を支配している下位頚髄へ時間的・空間的に活動が推移していることが確認できた.一方で,ジャグリング動作としてお手玉を課題として検討を行ったところ,運動シナジーには変化がなかった.お手玉は上肢を利用する粗大で空間的な制約の少ない動作であるため,シナジーの変化が少なかった可能性がある.新規運動課題の学習過程で脊髄神経活動の変化を検討するためには,空間的な制約のある動作課題のほうが適している可能性があるため,次年度は手や上肢全体の空間的な制約のある動作課題を利用して,新規運動獲得時のシナジーの変化と脊髄神経活動の変化を検討する予定である.
また,引き続き上肢全体に影響のある障害例のリクルートを行いつつも,障害罹患頻度の高い手の末梢神経障害例も含めて対象を拡大して,障害例のシナジー解析例を増やすことに努める.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] 手指関節運動シナジーの臨床応用に向けた研究2023

    • Author(s)
      車谷洋,伊達翔太,倉内和哉,後藤直哉,砂川融
    • Journal Title

      日本ハンドセラピィ学会誌

      Volume: 16 Pages: 12-17

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 表面筋電図による上肢機能の解明 ~極小筋から筋シナジーへ~2024

    • Author(s)
      車谷洋,伊達翔太,砂川融
    • Organizer
      日本物理療法合同学術大会2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ハンドセラピィへの提言 ~基礎研究領域から~2024

    • Author(s)
      車谷洋,伊達翔太,砂川融
    • Organizer
      第11回中部日本ハンドセラピィ研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Coordinated muscle activity during chopstick manipulation2023

    • Author(s)
      Kazuya Kurauchi, Hiroshi Kurumadani, Shota Date and Toru Sunagawa
    • Organizer
      XXIX Congress of International Society of Biomechanics
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recovery of thumb joint movement for patients with severe carpal tunnel syndrome2023

    • Author(s)
      Hiroshi Kurumadani, Akira Kodama, Teruyasu Tanaka, Toru Sunagawa
    • Organizer
      XXIX Congress of International Society of Biomechanics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 手指関節運動シナジーの臨床応用に向けた研究2023

    • Author(s)
      車谷洋,伊達翔太,倉内和哉,後藤直哉,砂川融
    • Organizer
      第35回日本ハンドセラピィ学会学術集会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 箸開閉操作時の手指関節運動と関節間協調運動の特徴2023

    • Author(s)
      車谷洋,倉内和哉,伊達翔太,後藤直哉,福島敏之,砂川融
    • Organizer
      第57回日本作業療法学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 箸操作時の手内在筋・外在筋の協調性 -箸開閉動作の検討-2022

    • Author(s)
      車谷洋,倉内和哉,上田章雄,伊達翔太,砂川融
    • Organizer
      第56回日本作業療法学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 上肢挙上動作時の肩関節周囲筋の筋活動 ―筋シナジー解析を用いた筋協調性の定量評価―2022

    • Author(s)
      伊達翔太,車谷洋,原田洋平,砂川融
    • Organizer
      第37回日本整形外科基礎学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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