2020 Fiscal Year Annual Research Report
Achieving bipedal locomotion by using instability: Exploring the origin of human bipedalism
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20H00229
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
青井 伸也 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (60432366)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中陦 克己 岩手医科大学, 医学部, 教授 (60270485)
荻原 直道 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70324605)
國府 寛司 京都大学, 理学研究科, 教授 (50202057)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ニホンザル / 四足歩行 / 二足歩行 / 歩容遷移 / 予期的姿勢調節 / 神経筋骨格モデル / 非負値行列因子分解 / 筋シナジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度は、神経生理学、進化人類学・生体力学、システム工学、力学系理論を基盤とする研究グループが共同して、研究目的の遂行に向けて研究を推進した。
特に、トレッドミル上において、無拘束なニホンザルの四足歩行から二足歩行への歩容遷移を連続的に実施させ、高速ビデオカメラを用いて歩行中に行われた姿勢変換の過程を運動学的に解析し、運動に随伴する姿勢の制御メカニズムについて調査した。その結果、姿勢変換の開始と二足歩行の開始のそれぞれに先行する予測的姿勢調節様式を同定することができ、運動と姿勢を統合する中枢神経系における制御方策が示唆された。
さらに、無拘束なニホンザルの四足歩行時と二足歩行時に計測した筋電図を、非負値行列因子分解を用いて解析し、四足歩行時と二足歩行時の筋電図を形成する低次元の時間パターンと空間パターンを同定した。その結果、四足歩行と二足歩行にかかわらず、4つの時間パターンと空間パターンから筋電図のほとんどを説明できることが明らかになり、ニホンザルのそれぞれの歩容の運動制御にかかわる筋シナジー構造が明らかになった。
そして、この無拘束なニホンザルの四足歩行時と二足歩行時に計測した筋電図の筋シナジー解析より明らかにした低次元の時間パターンと空間パターンを参考にして、これまでに開発していたニホンザルの神経筋骨格モデルを改良し、動力学シミュレーションより四足歩行と二足歩行を実現できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ニホンザルの歩行中に計測したデータを解析し、その結果に基づいてニホンザルの神経筋骨格モデルを改良していくなど、それぞれの研究グループの成果を統合して調査する予定であるニホンザルの神経筋骨格モデルとその動力学シミュレーションの開発が着実に進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
ニホンザルの歩行中の神経活動を記録し、それぞれの歩容における役割を明確にしていく。また、ニホンザルの神経筋骨格モデルの動力学シミュレーションにおいて、四足歩行から二足歩行への安定な歩容遷移を実現させる。
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