2021 Fiscal Year Research-status Report
実体模型および摘出喉頭による仮声帯振動機構の解明と歌唱、医療、言語進化への展開
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20K11875
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
徳田 功 立命館大学, 理工学部, 教授 (00261389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石村 憲意 立命館大学, 理工学部, 助教 (50779072) [Withdrawn]
西村 剛 京都大学, 霊長類研究所, 准教授 (80452308)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 仮声帯振動 / 嗄声 / 喉歌 / 実体模型 / 摘出喉頭吹鳴実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
声帯上部に位置する仮声帯は、通常の発声においては振動しないが、発声障害がある場合や、特殊な歌唱を行う場合には、声帯と同時に仮声帯も振動する「声帯-仮声帯振動」が起こることが知られている。本課題では、実体模型実験と動物の摘出喉頭吹鳴実験、さらには数理シミュレーションを基軸に、発声時に仮声帯振動を引き起こすメカニズムを明らかにすることを目的として、研究を行なった。
まず、CTデータからヒトの仮声帯の構造について体系的に調査したAgarwal(2004)のX線断層撮影による調査研究を参考に、新規のシリコン仮声帯物理モデルを作成した。次に、仮声帯モデルを、声帯を模擬するMRIシリコンモデルの上に重ねて吹鳴実験を行った。左右の仮声帯間距離を十分に近づけたところ、声帯振動と同時に仮声帯振動が起こることが分かった。特に、仮声帯間距離に依存して、仮声帯と声帯は1対1および2対1の周波数比で同期し、条件によっては、非同期のカオス的発振が起こることが分かった。仮声帯と声帯の同期的発振は、喉歌などの歌唱でみられる特殊発声に対応すると捉えることができるのに対して、カオス的発振は、病的な仮声帯発声（嗄声）に相当すると考察した。
2×2質量モデルを構築して数値シミュレーションを行ったところ、条件によって、仮声帯と声帯の同期振動および、カオス的な非同期発振を再現することができた。
最後に、アカゲザルの摘出喉頭を用いて吹鳴実験を行ったところ、仮声帯間距離を近づけると、仮声帯と声帯が1対1および1対2の周波数比で同期振動し、条件によっては、非同期のカオス的発振が起こることが分かった。これは、物理実体システムの実験結果とよく対応しており、物理実験の妥当性を示している。また、ヒトに比べて喉頭室が狭いアカゲザルでは、より頻繁に仮声帯振動が起こっていることが示唆された。
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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
当初の予定通り、二年度目には、ヒトのCT計測データに基づく仮声帯モデルを構築し、その実験を行うことができた。また、アカゲザルを用いた吹鳴実験も行うことができた。結果の一部を学術論文として出版することもできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 2021年度に仮声帯として作成したシリコンモデルは、声帯の2倍程度の高い周波数を持っていた。しかし実際には、仮声帯の周波数は声帯よりも低いと考えられる。そこで最終年度は、カバー層を持たない、柔らかいボディー層のみから成る仮声帯モデルを作成することによって、仮声帯の固有振動数を下げる。同時に、声帯のボディー層を硬くすることによって、声帯の固有振動数を上げる。これにより、声帯の二倍程度の周波数を持つ仮声帯を作成することができる。仮声帯と声帯を重ねて吹鳴実験を行い、振動様式を観察する。また、仮声帯と声帯の両方の振動状態を同時にモニタするため、2台の高速度カメラを用いて、仮声帯側と声帯側の両方から同時撮像する。
2. 数理モデルでは、声帯および仮声帯の左右方向の振動に加えて、上下方向の動きを考慮に入れた二次元モデルを構築し、声帯および仮声帯の同期振動および非同期振動の起こるメカニズムを考察する。
3. ヒトに近い仮声帯を有するアカゲザルの発声のIn Vivo実験を行う。研究分担者の所属する京都大学のヒト行動進化研究センターにはアカゲザルの個体が豊富に存在し、発声実験も行われている。そこで、麻酔下のアカゲザルにボアスコープを口から挿入し、発声中の声門の様子をハイスピードカメラで撮影する。水道周囲灰白質(PAG)とその周辺電気刺激することで発声を誘起する。データを分析することによって、アカゲザルのIn Vivo発声でも、仮声帯振動が観察できるかを調査する。
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| Causes of Carryover |
予定していた海外渡航による国際共同研究がコロナ禍でキャンセルとなり、使い切らなかったために次年度使用額が生じた。今年度は国外渡航も検討するが、難しい場合には、物品や国内の共同研究で使用する予定である。
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