Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
ヒトの進化過程における身体変容に対して、新しい神経制御系を獲得する過程を、神経筋骨格モデルに基づく二足歩行シミュレーションによって解析し、身体構造の改変によって生じる二足歩行の超適応メカニズムを明らかにする。具体的には、網様体脊髄路と前庭脊髄路が、身体変容に対する歩行の超適応の基盤を成していると考え、神経系の数理モデルを構築する。構築した神経筋骨格モデルを用いた歩行シミュレーションにより、身体変容が二足歩行に与える影響を分析し、シミュレーションにより再現した超適応現象の解明を目指す。
本研究では姿勢制御や歩行に関与する下行路であり、特に外乱に対して姿勢の崩れを未然に防ぎ、体平衡を保つ前庭脊髄反射を担う前庭脊髄路が身体変容に対する歩行の超適応の基盤を成していると考え、そのモデル化を試みた。具体的には、前庭神経核が、前庭器からの情報に基づいて外乱に対して体幹傾斜をコントロールするのに必要な床反力ベクトルを推定し、脚のヤコビアン（の転置）に基づいてそれを各筋活動に変換すると仮定した。歩行神経系が、二足歩行中にどのように床反力を作用させることで、歩行中の体幹角度を安定にコントロールできているのかの示唆を得るために、ニホンザル、およびヒトの二足歩行中の全身のキネマティクスと床反力を計測し、歩行中の全身体重心の位置を推定し、重心位置に対して床反力の作用線がどこを通過するのかを分析した。またヒトについては二足歩行中の重心まわりの全身角運動量変化を算出し、身体回転運動の制御に対する床反力の寄与を分析した。その結果、二足歩行中の床反力ベクトルは、重心を通過するわけではなく、常に重心より上方を通過することが明らかとなった。すなわち、床反力ベクトルを重心から離れた場所に作用させることにより、身体には常に重心まわりの前傾・後傾モーメントが能動的に生成されており、これによりに重心まわりの全身角運動量、ひいては二足歩行の回転安定性が制御されていることが示唆された。この知見に基づいて、体幹節の角加速度に応じて床反力を重心の上方を通すように生成する神経制御モデルを構築し、身体の前傾・後傾安定性を保持することを試みた。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2024 2023 2022
All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Open Access: 5 results, Peer Reviewed: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 6 results) Book (2 results)
Journal of Experimental Biology
Volume: 227 Issue: 7 Pages: 246675-246675
10.1242/jeb.246675
Journal of Experimental Zoology Part A: Ecological and Integrative Physiology
Volume: in press Issue: 5 Pages: 525-543
10.1002/jez.2803
理学療法ジャーナル
Volume: 57 Issue: 9 Pages: 1088-1095
10.11477/mf.1551203186
Scientific Reports
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 8000-8000
10.1038/s41598-023-34910-5
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6894-6894
10.1038/s41598-023-34153-4
