2021 Fiscal Year Research-status Report
歩行中の関節間シナジー発現に関わる身体構造とその機構の解明
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20K19628
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| Research Institution | Tokuyama College of Technology |
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Principal Investigator |
垣内田 翔子 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 准教授 (90638537)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 関節間シナジー / 歩行 / 受動歩行 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトは進化の長い時をかけて現在の体的特徴と歩行様式を獲得するに至っている。申らはシミュレーションによって筋や腱などの拘束を持たず、格条件のみをモデル化した受動歩行機において遊脚中のつま先が床に最も地面に近づく瞬間における複数の関節の相補的な運動（関節間シナジー）の発現を確認している。また、先行研究により二節筋の物理的構造条件によって膝を曲げた時、股関節が踵に向かって真っ直ぐに降ろせるよう運動の方向を制約する機構を備えているが報告されている。これは、ヒトは歩行周期中のある特定の瞬間に関節間シナジーが強く働くような体節長の比率や他にも二節筋や腱のバネ素などの力学的特性を備えている可性を示すものである。
本研究では、歩行中に周期的に生じる関節間シナジーが強く働くタイミングと成長や加齢により生活習慣の中で変化する身体の力学的構造の関係を明らかにすることを目指す。本研究では、特定の身体の力学的条件を模した受動歩行機を製作し、受動歩行機の関節軌道をUncontrolled Manifold (UCM)解析することで、歩行一周期中に股関節に対する足先位置のばらつきが減少するタイミングとその発現条件について解析を進める。
また、歩行中の脚運動に関わる主な筋の歩行中の発火タイミングに注目している。これによりUCM析によって分かる関節間シナジーが強く発現する時刻における筋活動の動向を比べる事で関節間シナジーの発現とそのタイミング制御への中枢神経系の寄与について考察を行う予定である。今年度は、これまで注目してこなかった立位姿勢維持に関わる筋活動について解析を進めており、今後はこれらの解析結果と合わせた考察を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
受動歩行機実験を行う際の環境及び受動歩行機の改良に時間を要したため。また、新型ウイルス拡大防止対策のため予定していた計測実験の実施が大幅に遅れているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
受動歩行機を用いた関節間シナジー発現機構の検討については、現在受動歩行機を用いた実験には斜面を利用している。そのため、解析に必要なデータを収集するのに時間を要している。そこで、トレッドミルなどを用いデータ収集の効率化をはかる予定である。受動歩行機については、基本構造を設定することが完了したため、腱などの構造的条件の付加を行なったものを用いて実験し、解析を進めていく。
被験者実験により歩行中の関節間シナジーの発現とそのタイミング制御への中枢神経系の関係について引き続き考察を進める。現在若年及び青年被験者の歩行軌道、青年被験者の静止立位姿勢維持に関わる筋活動データの取得を行なっている。静止立位時の筋活動解析では、急な外乱による立位姿勢維持において、わずか数回の外乱経験の内に運動適応が起きていることを確認した。これにより、歩行中の立脚側の筋活動においても外乱への適応過程は短いことが予想される。歩行中の筋活動による関節間シナジーについても外乱への短い時間での適応の可能性があると考えている。この視点も持って解析を進める。
これまでは、実験環境が整わず思うようなデータ取得を進められていなかったが、本年度三次元計測システムの導入を行うことができた。これにより計測実験でのデータ取得の促進が見込まれる。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により被験者計測実験の実施が進められなかったため。また、研究代表者の研究中断に関わる事情で研究計画に変更が生じた。研究再開後に計測実験に関わる準備及び実施のための予算として使用するため。
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