2014 Fiscal Year Annual Research Report
筋シナジー解析に基づくヒト随意運動の多様性と巧みさに関する研究
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24360096
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
平井 宏明 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (60388147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 文夫 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20133142)
植村 充典 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00512443)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 運動制御 / 運動学習 / 人間機械システム / リハビリテーション / コーチング / ロボティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ヒト随意運動において中枢神経系が選択する運動解を身体協応（シナジー）の観点から解析することで、冗長筋骨格系におけるヒトの運動制御の解明を試みるものである。ここでは、シナジーの概念が持つ2つの機能（① パターン共有機能 [多数の構成要素を協調させてパターンを共有する機能]、② 誤差補償機能 [構成要素の相補的な補償効果により全体を安定化する機能]）に着目し、個別にアプローチを行う。本年度は、特に、冗長解における選択の自由、「運動多様性」が洗練されるメカニズムの解明に向けて研究を行った。
1. 運動学習と運動多様性の関係
未習熟運動は練習を重ねることによってその技能を向上させることができる。ここでは、健常者の上肢運動を対象に、運動学習過程における筋シナジーの運動多様性を解析することで、その柔軟な適応能力を定量評価し、運動学習と運動多様性の関係を明らかにした。筋シナジー、手先平衡点軌道、手先剛性の3つの運動指標が互いに関係しながら、運動技能が熟達していくことの実験検証に成功している。
2. 運動再学習と運動多様性の関係
運動麻痺は訓練（リハビリテーション）を重ねることによって失われた機能を回復することができる。ここでは、麻痺者の上肢運動を対象に、運動の再学習過程における筋シナジーの運動多様性を解析することで、その柔軟な修復能力を定量評価し、運動再学習と運動多様性の関係を明らかにした。2.5ヶ月のリハビリテーションによって、筋シナジー及び手先剛性の2つの運動指標で回復が見られ、手先平衡点軌道においても完全ではないものの大幅な運動改善が認められた。
上記の結果は、シナジーの概念が運動の評価や診断、さらには運動の支援や訓練に有用であることを示している。これらの成果は、学術論文誌(3件)、学会発表(13件)及び特許出願(2件)としてまとめられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在のところ、研究を遂行する上で大きな問題を生じていないため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに得られた成果に基づき、来年度も計画どおり研究を進めていく予定である。
最終年度は、個別成果をまとめ、提案概念の体系化を図る。
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| Causes of Carryover |
運動制御/適応/学習の機序の解明に向けて研究を遂行するにあたり、計測システムの充実よりも、仮説を裏付けるエビデンスの獲得を優先すべきと判断したため。（小課題の順番の入れ替え）
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
順番を入れ替えた課題を遂行するために、次年度に既存システムの拡張を図る。
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[Presentation] Functional electrical stimulation for equilibrium-point control of human ankle movement: frequency domain system identification of human ankle dynamics2014
Author(s)
Y. Yamashita, K. Maegaki, K. Matsui, T. Oku, K. Uno, K. Koba, P. Phatiwuttipat, K. Murakami, M. Uemura, H. Hirai, and F. Miyazaki
Organizer
ASME 2014 Dynamic Systems and Control Conference (DSCC2014)
Place of Presentation
San Antonio, USA
Year and Date
2014-10-22 – 2014-10-24
Int'l Joint Research
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[Presentation] Abnormal muscle synergies significantly alter endpoint stiffness and virtual trajectory while drawing in a horizontal plane2014
Author(s)
T. Oku, K. Uno, T. Nishi, M. Kageyama, P. Phatiwuttipat, K. Koba, Y. Yamashita, M. Uemura, H. Hirai, F. Miyazaki, and H. Naritomi
Organizer
1st Clinical Movement Analysis World Conference (ESMAC-SIAMOC2014)
Place of Presentation
Rome, Italy
Year and Date
2014-09-29 – 2014-10-04
Int'l Joint Research
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[Presentation] Pilot study on quantitative assessment of muscle imbalance: differences of muscle synergies, equilibrium-point trajectories, and endpoint stiffness in normal and pathological upper-limb movements2014
Author(s)
T. Oku, K. Uno, T. Nishi, M. Kageyama, P. Phatiwuttipat, K. Koba, Y. Yamashita, K. Murakami, M. Uemura, H. Hirai, F. Miyazaki, and H. Naritomi
Organizer
36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2014)
Place of Presentation
Chicago, USA
Year and Date
2014-08-26 – 2014-08-30
Int'l Joint Research
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[Presentation] 片麻痺による筋シナジーの変化が平衡点軌道・手先剛性に与える影響について -水平面内における上肢リーチングタスクの運動戦略の解析-2014
Author(s)
奥貴紀, 宇野かんな, 西知紀, 景山昌行, 古場啓太郎, 富永健太, 植村充典, 平井 宏明, 宮崎 文夫, 成富博章
Organizer
第8回 Motor Control研究会
Place of Presentation
筑波大学(茨城県, つくば市)
Year and Date
2014-08-07 – 2014-08-09
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