2020 Fiscal Year Research-status Report
機能的電気刺激を用いて求めた運動モデルのヒト運動制御戦略理解への活用方法検討
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20K14693
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松居 和寛 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00868870)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 機能的電気刺激 / 内部モデル / バイオフィードバック / 筋電図 / 触覚提示 / 仮想現実 / 拡張現実 / リハビリテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，電気的筋拮抗比（EAA比），電気的筋拮抗和（EAA和）という概念を機能的電気刺激(FES)に取り入れて運動モデルを導出し，この運動モデルを介しヒトの運動制御戦略を説明できることを確かめ，以下の目的達成を目指すものである．
1）運動モデルの利用可能性を拡大しヒトの運動制御研究を推進する一助にする
2）運動モデルと脳機能との関連を見出しニューロリハビリテーションに応用していく
3）より高い治療効果が期待できるFES治療を実現する
2020年度は，上記に対し以下を進めた．1）に関して，運動モデル導出手法の適用範囲拡大・高度化を進めた．具体的には，EAA和や関節角度に依存した運動モデルの変化傾向に関する検討（国内発表1件，国際発表1件），簡便なモデル導出に関する検討（国内発表2件，国際発表1件）を行った．2）と3）を統合した，脳機能との関連を重視した本運動モデルの応用方法として，仮想/拡張現実（VR/AR）をプラットフォームとした筋電図（EMG）バイオフィードバック（EMG-BFB）システムを提案した（特願2021-36935，国内発表予定1件）．また特に3）について，より治療効果を高めるために，触覚提示の導入も進めた（国内発表1件）．加えて，EMG-BFBシステム以外で，新たなFES治療の可能性を探るため噛みしめ動作をインタフェースとしたFESの提案も行った（国内発表1件）．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した研究実施計画では以下のように研究を進める，としていた．1）静止状態における関節角度，EAA和，関節剛性の関係を求める．2）静止状態における伝達関数モデルパラメータと，1）で求めた関節剛性の関係を求める．3）動的な環境における関節角度，EAA和，関節剛性の関係を求める．4）先に1），3）で求めた関節角度と関節剛性の関係性を用いて，2）で明らかになった自然角周波数，むだ時間と関節剛性の関係を補正する．5）ある関節角度からある関節角度への軌道生成タスク中に，関節角度の変化，関節剛性と平衡点，EMGを取得し，筋拮抗比（AA比），筋拮抗和（AA和）を取得する．6）先に5）で取得した関節角度の変化を入力として，4）の内容を用いて適切に選択されたモデルを逆システムとして利用して運動コマンド相当の値を求める．7）求めた運動コマンド相当の値を5）で取得した平衡点，およびAA比と比較することでモデルの活用方法の妥当性を確認する．
1）が2020年度発表した内容に相当し，2）3）4）を順次進めていく．また，1）～4）の結果を待たずに，5）～7）をEMG-BFBの提案という形で並行して進めることができている．そのため当初計画よりも順調に計画が進められている．
※6）7）で期待される結果は，「逆システムを用いた運動コマンドの推定」に限らず，「当該運動モデルを順システムとして利用した，EMGからの実軌道推定」でも得られるため，実施計画を読み変えて進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
【現在までの進捗状況】にある1）～4）と5）～7）は引き続き並行して進める．5）～7）についてはEMG-BFBの開発を積極的に進め，VR/AR，触覚提示との結合など，より高い治療効果を実現する新しい要素の追加検討を進める．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大の影響により，実験システムの製作に遅延が生じたため．次年度使用額分は次年度に当該実験システムの製作に充て，翌年度請求額は当初予定通り使用する．
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Research Products
(9 results)
