2020 Fiscal Year Annual Research Report
Learning and recovery mechanism of posture control in the cerebellum
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18H01393
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
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)
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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)
青井 伸也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60432366)
藤木 聡一朗 獨協医科大学, 医学部, 講師 (90770173)
四津 有人 東京大学, 大学院工学系研究科, 准教授 (30647368)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 姿勢制御 / 予期的姿勢調節 / 小脳 / 学習 / モデル予測制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小脳における障害は姿勢維持機能の低下を生じることから、小脳における姿勢維持機能の低下と回復のメカニズムを明らかにすることが、効果的なリハビリテーションへとつながる。斜面におけるヒトの直立動作の応答から、ヒトが床状態に応じて予測的、学習的に姿勢を変化することが示唆されており、小脳が姿勢におけるこの予測及び学習に貢献していると考えられる。そこで本研究では、小脳障害動物とヒトの実験、及び力学モデルを基に、姿勢制御に関わる予測と学習制御メカニズムの解明を目指して研究を行ってきた。本年度は（１）予測可能な外乱環境下でのラットの姿勢学習の評価、（２）予測可能な外乱環境下でのヒトの姿勢学習の評価、（３）モデル予測制御を用いたラットの予期的姿勢調節のモデル化を行い、以下の研究結果を得た。
（１）後肢2足で直立するラットに対して光刺激を合図として与え、一定時間後に後方への傾斜外乱を加えた。ラットは傾斜外乱に対して試行回数をかさねることで関節角度を徐々に調節し、傾斜外乱に適応した。学習後にラットの小脳中部を局所除去すると、外乱に対する予測応答ができなくなる様子が見られた。（２）ラットと同様に、音刺激後に床の傾斜が変化する外乱予測可能な環境でヒトの直立応答を調べたところ、試行数を重ねることで傾斜直前に筋活動が変化する予測動作が獲得される様子が見られた。（３）学習されたラットの姿勢制御系をモデル予測制御によって数理モデル化し、ラットの運動計測データとの比較を行った。ラットの動作とモデルの動作を比較して、最も動作が近くなるパラメータを算出したところ、予測制御器の予測時間が、ラットの実験系における待機時間に近い値となっていることが分かった。このことから、傾斜外乱を十分に経験した姿勢の予測制御系がモデル予測制御で説明できる可能性が示唆された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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