2023 Fiscal Year Final Research Report

The Computational Model of the Brain for Predicting Changes in Motor Function to Extend Healthy Life Expectancy

Research Project

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Project/Area Number	21H03287
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
Research Institution	Nagaoka University of Technology
Principal Investigator	Wada Yasuhiro 長岡技術科学大学, 工学研究科, 理事・副学長 (70293248)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	武田美咲東京工業高等専門学校, 電気工学科, 講師 (10879828) 橋爪善光徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 准教授 (20779847) 大石潔長岡技術科学大学, 工学研究科, 産学官連携研究員 (40185187) 南部功夫長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (40553235) 佐藤貴紀秋田工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (60840759) 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)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	運動時間計画 / 運動計画 / 計算論モデル / 脳
Outline of Final Research Achievements	The arm model considered viscous and gravitational forces, confirming that the　terminal variability of the hand in single-joint arm dynamics monotonically decreases with movement time and joint viscosity. The validity of the model is being verified through numerical and behavioral experiments, and the impact of aging on movement performance is also being examined. In a VR environment, changes in inertial moment and viscosity were analyzed by controlling arms with different dynamics, suggesting that viscosity affects movement adaptation. When viscosity is low, movement speed decreases, and movement time increases, and muscle activity analysis suggests the possibility of distinguishing finger movements. Walking experiments indicated that the increase in falls due to aging is not caused by a decline in lower limb control but by instability in the hip and trunk.
Free Research Field	計算論的脳科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	加齢による運動の変化は明らかであり、その原因を探ることは、加齢の状態を推定する手がかりになる。運動時間変化は、加齢推定のための簡単な指標となるかもしれない。本研究では、腕モデルに粘性力項や重力項を考慮し、手先終端分散が運動時間と関節粘性に単調減少することを確認した。また、数値・行動実験でモデルの妥当性を検証し、VR環境で腕のダイナミクスを制御し、粘性が運動適応に与える影響を示唆した。歩行実験では、加齢による転倒増加が下肢制御の衰えではなく、股関節や体幹部の不安定さに起因することが示唆された。これら加齢が運動パフォーマンスに与える影響を検討し、運動モデルからの加齢推定に発展する可能性を得た。