2019 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical aspects of locomotion dynamics based on synergies and rhythm
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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, 准教授 (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, 教授 (90252725)
中陦 克己 岩手医科大学, 医学部, 教授 (60270485)
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)
荻原 直道 東京大学, 大学院理学系研究科, 教授 (70324605)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2020-03-31
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| Keywords | シナジー / 運動制御 / 神経筋骨格モデル / ラット / 左右分離型トレッドミル / 歩行 / 走行 / 転倒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和1年度は、昨年度に引き続いてヒトの歩行と走行に関するシンプルな数理モデルを用いた解析を実施し、同じ制御構造であるにもかかわらず、歩行と走行が共存するメカニズムを調べた。その結果、歩行と走行のアトラクタの間に転倒を示す引き込み領域が存在し、従来のS字型のサドルノード分岐で説明されるものとは異なる形で2つのアトラクタが共存する数理構造が明らかにされた。現在その成果をまとめ、論文投稿の準備をしているところである。
さらに、H27年度に実施していたヒトの歩行と走行を形成する運動学シナジーの解析を進め、歩行と走行における運動を形成する時空間構造の違いを明らかにした。特に、歩行・走行共に、速度にかかわらず2つの時空間構造の組合せでそのほとんどを説明することができ、時間構造は変化せず、空間構造が変化することで、様々な速度に適応していることが明らかにされた。この研究成果は、Frontiers in Computational Neuroscienceに採録された。
また、H28年度にヒトのトレッドミル歩行においてベルト速度が急激に変化する外乱下で計測した運動学データから、位相縮約理論に基づいて位相応答曲線を同定していたが、筋シナジーの感覚情報に基づくタイミング制御をモデル化したヒトの神経筋骨格モデルのシミュレーションからも同様の位相応答曲線を同定し、それぞれを比較することで、神経制御系の役割を調べた。この研究成果は、Frontiers in Neuroscienceに採録された。
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