閉ループ筋電気刺激外乱システムを用いた立位姿勢制御系適応能力の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches |
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| Project/Area Number |
20H05459
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
野崎 大地 東京大学, 大学院教育学研究科(教育学部), 教授 (70360683)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 閉ループ筋電気刺激 / 静止立位制御 / 運動適応 / 前庭電気刺激 / 直立姿勢制御 / 機能的筋電気刺激 / PID制御 / 立位姿勢制御 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒトの二足での不安定な直立姿勢を脳がどのように制御・安定化しているのかを、身体ダイナミクスを変化させたときの適応動態を調べることで明らかにする。足関節屈曲筋である前脛骨筋を筋電気刺激によって収縮させ、その収縮力を身体重心位置・速度に依存して変化させることで、擬似的に身体ダイナミクスを変化させるシステムを構築する。さらに本システムによって印加される新奇ダイナミクスに適応する過程で生じる姿勢の動揺パターンや外乱に対する応答パターンの変化を追跡する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
姿勢制御系の適応動態：これまでに、静止立位時の身体重心の位置・速度に応じてリアルタイムで前脛骨筋への筋電気刺激強度の変調により足関節トルクを操作し、擬似的に身体ダイナミクスを変化させる閉ループ筋電気刺激システムを開発してきた。今年度は、筋電気刺激波形の工夫による刺激に伴う痛みの低減、より正確な足関節トルク計測ができる装置の開発の２点でシステムを改良した。特に後者により、課題となっていた長時間の筋電気刺激に伴う筋疲労の影響を定量化可能となった。また、身体重心位置・速度に応じて、両耳の後ろに配置した電極によって与えた電流刺激強度を変化させる閉ループ前庭刺激システムを開発した。このシステムを用いると、身体が前後に動くと前庭刺激強度が変化し身体が左右に揺らされる。このような新奇な環境に対する立位制御システムの適応動態を調べたところ、身体が前後に倒れるときに同時に左右方向に予測的に身体を動かす制御行われる可能性を示唆する実験結果を得た。
閉ループ筋電気刺激システムの応用：歩行運動時にモーションキャプチャによって計測した下肢の動きに応じて、前脛骨筋や大腿二頭筋に電気刺激を加えた。この電刺激の存在下で歩行を長時間続けると、その後電気刺激を切っても、下肢のキネマティックスに変化が残存することが明らかになった。このように筋電気刺激を用いることで、外骨格ロボットや特殊な外乱装置を使うことなく、容易に身体ダイナミクスを変化させることができる。もし、簡便に動作が計測できれば、複雑な任意の身体運動を対象として動作変容を促す外乱装置を実装することが可能になる。本研究では、センサの伸縮を計測する比較的安価なセンサを用いて上肢、下肢の関節角度を計測し、その出力を元に上腕二頭筋や大腿四頭筋などの筋への電気刺激強度をほぼ遅延なく変化させることのできる動作変容システムを構築した。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
