2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of neural mechanism in phase modulation based on sensory feedback during locomotion
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16K16482
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| Research Institution | Dokkyo Medical University |
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Principal Investigator |
藤木 聡一朗 獨協医科大学, 医学部, 助教 (90770173)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 左右分離型トレッドミル / 2脚歩行 / ラット / シミュレーション / 筋骨格モデル / 筋シナジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，歩行運動における脚運動の位相調整機能，つまり，複数の脚動作の時間的な調整を実現している神経機構の解明を目的としている．そこで，2つのベルトが左右平行に配置された左右分離型トレッドミルを用いて，左右非対称な歩行環境に適応するための運動指令の調節に着目した．歩行運動の調整を行う神経機構について計測データの解析と数理モデルを用いたシミュレーションから検討した．
脊髄の歩行運動制御には運動の時間的構造を作る階層と，その時間的構造に従ってどの筋を使用するかという空間的構造を決定する階層があると考えられている．平成30年度は，これまでに実施したラットの左右分離型トレッドミル上での後肢2脚歩行実験の運動計測に基づいて，ラットの神経筋骨格モデルを用いた数値シミュレーションを行った．神経制御モデルとして，時間的構造を生み出す振動子を左右後脚に割り当て，空間的構造を決定する仕組みとして筋シナジー仮説に基づいて複数基本パターンの線形結合で運動神経の活動を表現した．取得した計測データから支持脚相終了時の後肢に運動学的特徴が見られたので，その特徴を捉える感覚フィードバックモデルを神経制御モデルに導入した．このフィードバックに基づいて神経制御モデルの時間的要素に関わる振動子の位相を調整することで，計測データと同様の運動が再現された．また，今年度新たに計測した同課題中のラット後肢の筋活動データとシミュレーション結果を比較すると，筋活動パターンの調整に同様の傾向が見られた．
さらに，脊髄内の神経細胞集団が感覚刺激に対してどのように応答し，それが位相調整にどのように反映されているのかを調べるために，複数の神経細胞モデルを用いた脊髄神経ネットワークモデルを用いて数値シミュレーションを行った．その結果，先行研究の動物実験で示された位相依存応答と同様の振る舞いがモデルからも再現されることを確認した．
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Research Products
(3 results)
