転倒回避の成否を決定づける筋力制御特性の解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21J01097
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 工藤 将馬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 国立研究開発 法人産業技術総合研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2024-03-31
• Keywords: 筋骨格シミュレーション / 歩行動作 / 転倒予防

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，バランス能力が低下した個人の転倒回避動作をシミュレートし，予期せぬ外乱に対する転倒回避の成否を決定づける筋力発揮/制御特性を明らかにすることを目指している．具体的には，バランス能力が低下した個人の予期せぬ外乱に対する股関節内外転筋群の筋力発揮/制御特性の基準値を取得し，これらの能力の変化が転倒回避動作（下肢ステップ応答）の成否に及ぼす影響を解明する．本研究の進捗はおおむね順調である．本年度は，昨年度に構築した筋骨格モデルを用いて，ヒトの歩行動作をシミュレートすることで，加齢に伴う筋機能の低下が歩行中の身体重心の安定性に及ぼす影響を明らかにすることに取り組んだ．具体的には，健常成人の筋特性を反映した若年者モデルと加齢に伴う筋機能の低下を反映させたモデルを用い，歩行動作をシミュレートし，動作中のモデルの動的安定性を比較することで，歩行中の身体重心の安定性に大きく影響を及ぼす筋力発揮/制御特性を調査した．結果として，加齢に伴って最大等尺性筋張力が低下することで，歩行中の身体重心の安定性が著しく低下することが明らかになった．この研究成果は，今年の7月に開催される国際学会での発表を予定している（発表採択済）．本年度の成果を踏まえ，次年度は歩行中に外乱が身体に加わった際の転倒回避動作をシミュレートすることで，予期せぬ外乱に対する転倒回避の成否と筋の力発揮/制御特性との因果関係を解明することに取り組む．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は，昨年度に構築した筋骨格モデルを用いて，ヒトの歩行動作をシミュレートすることで，加齢に伴う筋機能の低下が歩行中の身体重心の安定性に及ぼす影響を明らかにすることに取り組んだ．具体的には，健常成人の筋特性を反映した若年者モデルと加齢に伴う筋機能の低下を反映させたモデルを用い，歩行動作をシミュレートし，動作中のモデルの動的安定性を比較することで，歩行中の身体重心の安定性に大きく影響を及ぼす筋力発揮/制御特性を調査した．結果として，加齢に伴って最大等尺性筋張力が低下することで，歩行中の身体重心の安定性が著しく低下することが明らかになった．この研究成果は，今年の7月に開催される国際学会での発表を予定している（発表採択済）．
以上より，本研究の進捗はおおむね順調であると言える．

Strategy for Future Research Activity

本年度の成果を踏まえ，次年度は歩行中に外乱が身体に加わった際の転倒回避動作をシミュレートすることで，予期せぬ外乱に対する転倒回避の成否と筋の力発揮/制御特性との因果関係を解明することに取り組む．

Research Products

• [Journal Article] Identification of characteristics of foot position and angle during swing phase in fallers using principal component analysis (2023)
  • Author(s): Inai T., Kobayashi Y., Huang C., Fujita K., Fujimoto M., Nihey F., Yamamoto A., Nakajima K., Nakahara K., Kutsuzawa G., Fukushi K., Kudo S.
  • Journal Title: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology Volume: 11 Pages: 1-13
  • DOI: 10.3389/fbioe.2023.1117884
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a data platform for monitoring personal health records in Japan: The Sustaining Health by Integrating Next-generation Ecosystems (SHINE) Study (2023)
  • Author(s): Fukuda H., Murata F., Azuma S., Fujimoto M., Kudo S., Kobayashi Y., Saho K., Nakahara K., Ono R.
  • Journal Title: Plos one Volume: 18 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0281512
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Estimation of gait parameters from trunk movement measured by doppler radar (2022)
  • Author(s): Saho K., Shioiri K., Kudo S., Fujimoto M.
  • Journal Title: IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology Volume: 6 Pages: 461-469
  • DOI: 10.1109/TBME.2014.2319333
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Age-related differences in sit-to-stand motor strategy: a musculoskeletal computer simulation analysis (2022)
  • Author(s): Kudo S., Nagano A., Fujimoto M.
  • Organizer: ISPGR World Congress 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Age-associated effect of pre-step interlimb weight shifting on rapid sidestepping is related to fall history and hip strength (2022)
  • Author(s): Fujimoto, M., Kudo S., Rogers W. M.
  • Organizer: ISPGR World Congress 2022
  • Int'l Joint Research