Optimization of the motion recovery process and rehabilitation strategy in VR rehabilitation

Publicly Offered Research

Project Area	Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
Project/Area Number	20H05486
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Complex systems
Research Institution	National Institute of Informatics
Principal Investigator	稲邑哲也国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 准教授 (20361545)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
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)
Keywords	バーチャルリアリティー / 超適応 / 運動適応 / 認知科学 / バーチャルリアリティ / リハビリテーション / 機械学習
Outline of Research at the Start	従来までの運動機能障害のリハビリテーションは，理学療法士が患者の身体機能の回復状況を推定しながらリハビリの方針を策定するという，主観や経験則の要素が多かった．本研究は，そのような理学療法士と患者のインタラクションの過程を最適化し，患者個人の状態に応じて最適なリハビリプログラムを提供するシステムの実現を目指す．運動障害がある現状の運動機能の状態X に対して，リハビリテーションの戦略f を施すことによって，運動機能状態Y に回復させる際の，リハビリ過程 Y=f(X)をモデル化する事を目的とする．これにより効果の高いリハビリテーション戦略の自律的な決定が期待できる．
Outline of Annual Research Achievements	最終年度では、計測した実際の身体運動パターンを改変し、仮想的な身体運動パターンを視覚呈示する状況において、その運動改変の度合いを時間の経過とともに変動させ、動作パターン変動が激しく起こる条件と、穏やかに起こる条件を比較することで、身体運動の仮想的視覚刺激が適応能力に及ぼす影響を調査した。Oculus Quest 2 と呼ばれるVRデバイスを用いて、15名の健常者による被験者実験を実施した。具体的には上肢の運動に限定し、肘を机の上に置いて左右に手を動かして机を拭き掃除するような動作を対象とした。腕の角度を計測し、実際の角度とは異なる角度になるように仮想の腕をリアルタイムに表示するシステムでの実験を行い、被験者には運動主体感の質問紙および固有受容感覚の計測を依頼した。その結果、仮想体験をしている時間長ではなく、運動改変の度合いの変化率の積算値が，適応の難しさ（適応イナーシャ）と相関があることを明らかにした。一方で、固有受容感覚のドリフト変化は運動改変度合いの積算値よりも単純な経験時間長に依存している傾向が見られた。また、運動主体感には特に影響の差異がないことを確認した。これにより、バーチャルリハビリテーションシステムを設計する際に、適応の難しさの調整は運動改変の度合いの累積を早めに増やす方が望ましく、固有受容感覚への介入は地道に視覚呈示回数を増やすことが望ましいという示唆を得た。
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。