2016 Fiscal Year Research-status Report
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15KT0015
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
青井 伸也 京都大学, 工学研究科, 講師 (60432366)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳原 大 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90252725)
中陦 克己 近畿大学, 医学部, 講師 (60270485)
舩戸 徹郎 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (40512869)
荻原 直道 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70324605)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | シナジー / リズム / 歩行 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度も昨年度に引き続き、ヒトやサル、ラットの歩行計測を行い、計測データの解析から、それぞれの歩行運動に内在する低次元シナジー構造の解明を目指した。特に、トレッドミル上を無拘束で四足歩行、二足歩行するニホンザルの筋電図を計測し、筋シナジーを形成する時空間パターンを調べた。その結果、それぞれの歩容に共通するパターンや、歩容に特異なパターンなど特徴的な性質が見られている。更に、この解析に基づいて神経制御系のモデルを構築し、解剖学的に詳細な筋骨格モデルと統合して、ニホンザルの神経筋骨格系の数理モデルを構築した。このモデルを用いて動力学シミュレーションを行った結果、四足歩行と二足歩行が再現でき、ニホンザルの歩行中の計測データと比較して、二足歩行における垂直床反力に見られる一峰性など、同じような傾向が得られている。
更に、位相縮約理論に基づいてヒトのトレッドミル上での歩行運動における計測データを解析し、ベルト速度の急激な変化など外乱に対するリズム制御メカニズムを明らかにした。その成果はPLoS Computational Biologyに採録された。また、歩行を説明するハイブリッド力学系に従うシンプルな力学モデルと力学系理論に基づく解析より、サドルの安定・不安定多様体や力学系の切り替えに伴う写像などを利用して、幾何学的に特徴的な引き込み領域を形成するメカニズムを明らかにし、その成果はProceedings of the Royal Society Aに採録された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した研究実施計画のように、ヒトやサル、ラットなど様々な動物の歩行における低次元シナジー構造の解析から、その特徴が明らかになりつつあり、位相縮約理論などの数理的手法より、歩行におけるリズム調整メカニズムが明らかになりつつあるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度は、ヒトや動物の歩行計測と解析による低次元構造の解明、リズムダイナミクスのモデル化や神経筋骨格系のモデル化による動力学解析を引き続き行うだけでなく、位相計算的時系列解析法やシンプルモデルを用いた分岐解析などを用いて、神経・筋・骨格系の低次元構造の間の力学的法則性や、それを生み出す支配原理の解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
研究参加者の間で打ち合わせのための旅費を確保していたが、別の研究プロジェクトに係る打ち合わせなどを利用してその前後に別に時間を取ることで対応したり、状況に応じてテレビ会議システムなどを利用することで、その一部を削減することができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初予定していなかった研究を推進するための研究協力者の雇用費に用いる。また、国内・国際会議における発表や、研究成果をまとめて論文として発表するための英文校正費や論文投稿料、オープンアクセス費などに用いていく。
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