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2017 Fiscal Year Research-status Report

予測制御とフィードバック制御の評価に基づいた高齢者の運動機能ナビゲーターシステム

Research Project

Project/Area Number 17K01496
Research InstitutionTokyo Metropolitan Institute of Medical Science

Principal Investigator

李 鍾昊  公益財団法人東京都医学総合研究所, 運動・感覚システム研究分野, 主席研究員 (40425682)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords老年学 / 予測制御とフィードバック制御
Outline of Annual Research Achievements

本研究では高齢者の上肢の運動制御能力と、高齢者に好発する脳の萎縮や神経疾患による運動機能障害を運動制御の観点から定量的に把握できる「高齢者の運動機能ナビゲーターシステム」の構築を目的とする。これまでの研究協力病院である4か所の医療機関(東海大学病院リハビリテーション科、東京都立神経病院、関東中央病院、順心リハビリテーション病院)の中高齢者スタッフと、共同研究先である大学の学生、シルバー人材センター(高齢者)の協力を得て20歳代の若者から70歳代の高齢者までを対象に「加齢に伴う脳の運動制御メカニズムの変化」を運動制御の観点から分析している。特に各年代別のFeedforward制御能力の差を定量的に評価し、研究内容を共同研究者がPlosOne論文誌(2017)に掲載するのに2番目の著者として貢献した。また、指標追跡運動における予測制御とフィードバック制御に基づいて評価した研究内容は英語論文として投稿準備中であり、その以外の指標追跡運動における新しい制御パラメータを同定する研究を行い、その研究内容を共同研究者と共にAdvanced Robotics論文誌に発表した。さらに、高齢者の運動機能ナビゲーターシステムに必要とする新しいパラメータの同定に関する基礎研究を行い、共同研究者がその研究内容をScientific Reports論文誌(2017)に掲載するのに2番目の著者として貢献した。また、kinectなどの簡便・安価な運動機能検査システムへの発展を東京農工大学と共同研究として行い、その研究内容を共同研究者が国内及び国際学会(Neuro2017、Neuroscience 2017、AINI2017)に発表した。最後に、早産児の運動発達に関する研究も小児総合医療センター(新生児科)と共同研究として行い、共同研究者がその研究内容を第2回TMEDフォーラムに発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度である29年度には、加齢に伴う脳の運動制御メカニズムの変化を運動制御の観点から分析できる「高齢者向け運動機能評価用データベース」に必要な症例を集めている。これまでの研究協力病院である4か所の医療機関の協力を得て20歳代の若者から70歳代の高齢者までを対象に、手首マニピュランダムを用いた指標追跡運動を行い、112名の健常者から手首運動(指標追跡運動)を記録した(20歳代:14人、30歳代:17人、40歳代:15人、50歳代:13人、60歳代:24人、70歳代:19人)。そして、共同研究者がそのデータに基づいて各年代別の運動能力、特にFeedforward制御能力の差を定量的に評価し、その内容をPlosOne論文詩(Shimoda et al. 2017)に発表した。また、パソコンの操作に慣れてない高齢者にマニピュランダムの装置による画面上のカーソル操作が難しく感じたので、画面上のカーソルを指で直接追跡できるようにから「microsoftのkinectを用いた簡便・安価な運動機能検査システム」の開発を東京農工大学(情報工学科)と共同研究として行い、その研究内容を共同研究者が国内及び国際学会(Neuro2017、Neuroscience 2017、AINI2017)に発表した。さらに、高齢者以外に子ども(小学生)の運動発達を運動制御(予測とフィードバック制御)の観点から分析する研究を韓国Handong大学との共同研究として行っている。これまでの分析結果では、4年生以上の高学年になると大人と同じぐらいの予測制御の精度になることが明らかになり、その研究内容を学術論文としてまとめている。

Strategy for Future Research Activity

今後、パーキンソン病や小脳変性症などの様々な神経疾患の診断前または診断初期の病態を2つの制御器(予測制御とフィードバック制御)の精度評価に基づいて分析し、健常者の各年代と各疾患患者から集めたデータから「高齢者向け運動機能評価用データベース」を作る。この神経疾患患者の評価に関する研究は、2か所の医療機関(東京都立神経病院、関東中央病院)との連携研究として行い、各疾患における診断前や診断初期の病態、さらに薬物前後の評価に必要な症例を増やす予定である。特に今後なるべく多くの患者からデータを取得する必要があり、連携先のスタッフにデータ取得を委任することが必須となる。そのため、2年目である30年度には連携先の病院スタッフが独自にデータを取得できるように指導する予定であり、定期的に連携医療機関を訪問し、スタッフの技量と記録システムのチェックを行う。さらに記録した患者データに対する分析プログラムも加え、連携先の病院スタッフが自らデータの記録や分析もできる体制を備えるようにする。また、これまで手首関節による指標追跡運動を行う際、その際記録した筋電信号と動き情報の異なる周波数領域から予測制御とフィードバック制御の成分を分離して分析してきたが、最近は動き情報だけからこの2つの制御器を評価できる方法が確立し、これから動きのみの記録にすることにより実験時間が半分になるので、より多くの患者からデータ記録ができると期待される。

Causes of Carryover

初年度である29年の年度末に予定した連携病院への出張が出張先の連携研究者の都合により来年度に延期されたため、少額の研究費が残額として残ることになった。

  • Research Products

    (15 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Handong University/Korea University Graduate School/Chosun University(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Handong University/Korea University Graduate School/Chosun University
    • # of Other Institutions
      2
  • [Journal Article] Physiological and morphological principles underpinning recruitment of the cerebellar reserve2018

    • Author(s)
      Kakei S, Ishikawa T, Lee J, Honda T, Hoffman DS.
    • Journal Title

      CNS Neurol Disord Drug Targets

      Volume: 17(3) Pages: 184-192

    • DOI

      10.2174/1871527317666180315164429

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Motor control characteristics for circular tracking movements of human wrist2017

    • Author(s)
      Lee J¶, Kim J¶, Kakei S and Kim J.(¶:equally contributed co-first)
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 31 Pages: 29-39

    • DOI

      10.1080/01691864.2016.1266121

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Establishment of a quantitative evaluation of wrist motor function recovery stages in stroke patients: Comparison with the Brunnstrom stages2017

    • Author(s)
      Yuji Matsumoto, Jongho Lee, Takatoshi Baba, Shinji Kakei, Yasuhiro Okada, Hiroshi Ando
    • Journal Title

      Bulletin Of Health Sciences Kobe

      Volume: 32 Pages: 45-54

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diverse coordinate frames on sensorimotor areas in visuomotor transformation2017

    • Author(s)
      Fujiwara Y, Lee J, Ishikawa T, Kakei S, Izawa J
    • Journal Title

      Sci Rep.

      Volume: 7(1) Pages: 14950

    • DOI

      10.1038/s41598-017-14579-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Quantitative Evaluation of Age-related Decline in Control of Preprogramed Movement2017

    • Author(s)
      Shimoda N, Lee J, Kodama M, Kakei S, Masakado Y
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 12(11) Pages: e0188657

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0188657

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 小脳の誤差補正2017

    • Author(s)
      筧 慎治, 石川享宏, 李 鍾昊, 三苫博
    • Journal Title

      Clinical Neuroscience

      Volume: 35(1) Pages: 55-59

  • [Presentation] 脳神経疾患および脳卒中治療ナビゲーターシステムの構築について2017

    • Author(s)
      Lee J.
    • Organizer
      群馬高専平成29年度電子情報工学科講演会
    • Invited
  • [Presentation] 定量的運動機能評価システムによる早産児の運動発達検査2017

    • Author(s)
      岡崎薫,近藤昌敏,李 鍾昊,筧 慎治
    • Organizer
      第2回TMEDフォーラム
  • [Presentation] Quantitative Evaluation of Smooth Pursuit Arm Movements on Kinect v2 Sensor2017

    • Author(s)
      Takeru Honda, Hirotaka Yoshida, Jongho Lee, Toshiyuki Kondo, Shinji Kakei
    • Organizer
      Neuro2017(the 40st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Age effects on smooth pursuit arm movement2017

    • Author(s)
      Yoshida H, Honda T, Yozu A, Lee J, Kakei S, Kondo T
    • Organizer
      Neuroscience 2017 (the Society’s 47th annual meeting)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development and Ageing Effects on Smooth Pursuit Arm Movement2017

    • Author(s)
      Yoshida H, Honda T, Miyata S, Kumada S, Manabe M, Yozu A, Lee J, Kakei S, Kondo T
    • Organizer
      5th Advances in Neuroinformatics (AINI) 2017
  • [Presentation] Quantitative Evaluation of Motor Control in Smooth Pursuit Arm Movement on Kinect v2 Sensor2017

    • Author(s)
      Takeru Honda, Hirotaka Yoshida, Jongho Lee, Shinji Kakei
    • Organizer
      5th Advances in Neuroinformatics (AINI) 2017
  • [Book] 神経運動失調のみかた、考えかた-小脳と脊髄小脳変性症-「Ⅱ-12. 文字のトラッキング」2017

    • Author(s)
      筧 慎治, 李 鍾昊, 鏡原康裕, 本多武尊, 吉田大峰, 近藤敏之, 三苫 博
    • Total Pages
      358
    • Publisher
      中外医学社
    • ISBN
      4498228901
  • [Remarks] 公益財団法人東京都医学総合研究所 運動障害プロジェクト

    • URL

      http://www.igakuken.or.jp/motor-control/achievement.html

URL: 

Published: 2018-12-17  

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