Mathematical aspects of locomotion dynamics based on synergies and rhythm

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15KT0015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 特設分野
• Research Field: Mathematical Sciences in Search of New Cooperation
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Aoi Shinya 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60432366)
• 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)
• Project Period (FY): 2015-07-10 – 2020-03-31
• Keywords: シナジー / 運動制御 / 神経筋骨格モデル / ヒト / サル / ラット / 歩行 / 走行

Outline of Final Research Achievements

This research project aimed to elucidate principle mechanisms of neuro-musculo-skeletal systems for locomotion in humans, monkeys, and rats in collaboration with neurophysiological and biomechanical studies. We focused on low-dimensional structures which have been suggested to solve the redundancy problem in motor control of animals. In particular, we clarified common and specific characteristics of low-dimensional structures between different gaits, such as walking and running in humans and quadrupedal and bipedal locomotion in monkeys, control mechanisms of low-dimensional structures to adapt to varying environments and disturbances, and formation mechanism of human walking and running through falling down.

Free Research Field

システム工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果から、歩行を形成する低次元構造を特徴付ける空間構造（シナジー）と時間構造（リズム）の支配法則の一端が数理的に明らかとなった。数理的な記述は物事の本質を捉えるだけでなく、それができて初めて応用に結びつく。この研究をさらにすすめ、応用していくことで、新たな生活支援器具の開発やリハビリテーション手法の提案などに繋がっていくと期待される。