2019 Fiscal Year Research-status Report
ネコの歩行における小脳による歩容適応メカニズムの四足ロボットを用いた構成論的理解
| Project/Area Number |
19K12169
|
|---|
| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
木村 浩 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (40192562)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | split-belt adaptation / early adaptation / late adaptation / learning in cerebellum / long-term depression / spinal cat model / decerebrate cat model / quadruped robot |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
自発歩行能を有する除脳ネコに3本のベルトからなるtreadmill上をwalk歩容で歩かせたとき，例えば左前脚のベルトの速度のみを速くしたsplit-beltにすると小脳レベルでの歩容の適応が行われることが知られている．本研究ではこの歩容適応のメカニズムを，従来行われてきた数理モデルではなく，脚負荷情報を中心とした歩容安定化と姿勢安定化の観点からの身体モデルを用いて説明し，四足ロボット(小鉄)実験によりその妥当性を検証する．split-belt上方にカメラを取り付け胴体部の2つのマーカを追跡することで，拘束なしで視覚誘導により胴体の前後・左右位置と水平面内姿勢角を一定範囲内に保つことができた．このシステムによりsplit-belt適応の基礎実験を行った．これ以降の実験では，視覚誘導ではなくヒモ拘束により除脳ネコの頭部拘束と同様な実験設定にする．
本年度の研究では，筆者らが従来用いた脚制御器にFrigon(2017)らの脊髄脚相遷移モデルを参考にした脚相遷移条件を導入した「脊髄ネコモデル」を用いて小鉄のsplit-belt歩行実験を行い，除脳ネコ実験と同様な「早期脚間協調」が現れることを示したが，「遅延脚間協調」は現れず，小脳活動を阻害された除脳ネコと同様な乱れが生じた．
そこで，脊髄ネコモデルに小脳での長期抑圧を参考にした歩幅(step distance)学習機能を付加した「除脳ネコモデル」を用いて小鉄のsplit-belt歩行実験を行い，除脳ネコのsplit-belt歩行実験で見られた歩容(脚間位相差)とduty比に関する早期脚間協調，および遅延脚間協調を完全ではないがかなり近いレベルで再現することができた．すなわち，遅延脚間協調は小脳経由であることを構成論的に示すことができた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来研究として青井ら(2015)による二足歩行ロボットのsplit-belt適応の研究があるが，二足と四脚では「早期脚間協調」が生じるメカニズムが全く異なることが判明し，より除脳ネコと同様な「早期脚間協調」および「遅延脚間協調」を生じさせるためには，さらなる「脊髄ネコモデル」の検討が必要となった．
また，除脳ネコのsplit-belt適応実験を行った柳原らから，床反力も含む実験データを入手できる話が出たが，コロナウィルス騒ぎのために現在交流が中断している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
さらなる定量的な比較・評価のためには，歩容やduty比の安定度を示す指標の提案を行う必要がある．また，「脊髄ネコモデル」の検討と改良を行い，除脳ネコと同様な「早期脚間協調」が発生するメカニズムを明らかにし，かつ，小脳学習機能を持つ「除脳ネコモデル」の完成を目指す．
さらに，除脳ネコにsplit-belt適応後にtied-belt歩行をさせると，tied-belt歩行開始直後は安定した歩容にならない後効果（after effect）が観察されている:柳原ら(2010)．このような後効果が提案した除脳ネコモデルにおいても同様に現れるかどうかの確認も今度の課題である．
このようなロボットと除脳ネコの実験結果データの比較において，運動学的データのみでなく，ダイナミクスを表す床反力データを用いることができれば，より確かな議論が可能と考えている
|
