Experimental and computational modeling studies to unravel the spinal-cerebellar circuits underlying locomotor adaptation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20KK0226
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yanagihara Dai 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (90252725)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青井 伸也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60432366) ; 結城 笙子 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (60828309) ; 藤木 聡一朗 獨協医科大学, 医学部, 講師 (90770173)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2024-03-31
• Keywords: 歩行 / 運動学シナジー / 肢間協調 / 適応 / 小脳 / 脊髄小脳失調症 / 小脳梗塞 / 歩容遷移

Outline of Final Research Achievements

In order to perform walking smoothly and stably, it is important for a hindlimb to have kinematic synergy in which the hip, knee, and ankle joints work cooperatively, and interlimb coordination among the four limbs is very important for stability when walking straight ahead. In this study, we conducted physiological and kinematic analyses of the adaptation of locomotion on a separated left-right belt treadmill in rats and genetically mutant mice. Moreover, we examined the transformation of walking using dynamical simulations based on a mathematical model of the neuromusculoskeletal system based on anatomical data.

Free Research Field

運動生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

身体運動の適応的制御において、小脳が重要な役割を果たしているであろうことは既に示唆されているが、その一方で、小脳の障害として、脊髄小脳失調症や小脳梗塞によりその制御動態がどのような影響を受けるのかについては、未だ詳細には解明されていなかった。本研究の研究成果は、小脳障害による歩行制御機能の減退について詳細に明らかにするとともに、神経筋骨格モデルによる動力学シミュレーションから歩行に関わる神経制御機構のメカニズムに示唆を与える重要な所見を得ることができた。これらの成果は、脊髄小脳失調症などの小脳障害に対する治療やリハビリテーションのために非常に重要な基礎的知見であると考えられる。