2017 Fiscal Year Annual Research Report
Role of the spinocerebellar loop for the execution and learning of the motor skill
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15K01498
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柳原 大 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90252725)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
舩戸 徹郎 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (40512869)
青井 伸也 京都大学, 工学研究科, 講師 (60432366)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 歩行 / 位相調節 / 感覚情報 / 股関節 / 神経筋骨格モデル / 動力学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、歩行運動の際の環境の変化に応じた新たなスキルの発現における脊髄小脳ループの役割について、ラットを用いた神経生理学的実験と、ラットの神経筋骨格モデルによる動力学シミュレーションの両面から解明することを目的としている。脊髄のCentral pattern generatorから歩行の運動指令が生成されるが、環境に合わせた適応的な運動を発現するには感覚情報に基づいた運動の時空間的な調節が重要である。肢からの感覚情報として筋固有感覚や皮膚感覚などが考えられるが、歩行運動には股関節の屈筋が一定以上伸展すると屈曲運動が誘発され、歩行の接地相から遊脚相への位相調節（股関節伸展ルール）が行われていると推測されている。
そこで本研究においては、歩行運動時に外乱を定常的に加え、それに対する運動の動態を調べるため、左右分離型トレッドミルを用いた。ラットの胴体上体部はハーネスによって支持し、後肢2脚でのトレッドミル歩行において、左右のベルトの速度比を1.5倍、1.7倍、2.0倍と変化させた状態での歩行時の肢運動を計測した。さらに、ラットの神経筋骨格モデルに対して、股関節伸展ルールを導入した場合と導入しない場合で運動にどのような差異が現れるのかについて動力学シミュレーションを行い調べた。ラットでの歩行計測実験と股関節伸展ルールを導入した神経筋骨格モデルでの動力学シミュレーションでは、左右のベルト速度比を変更した際にも運動の適応が同様に観察された。その一方、股関節伸展ルールを導入しない神経筋骨格モデルでの動力学シミュレーションでは、実際のラットにおける適応とは傾向が異なり、左右のベルトの速度比が大きな場合には歩行の継続そのものが障害される結果が得られた。以上より、左右分離型トレッドミルにおける適応的な歩行の発現には股関節伸展ルールが重要な役割を果たしていることが示唆された。
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