手の精緻動作(力,位置,コンプライアンスの制御)における中枢制御メカニズムの解析

1987 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62550307
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 赤沢 堅造 大阪大学, 工学部, 助手 (30029277)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤井 克彦 大阪大学, 工学部, 教授 (90028936) ; 田口 英郎 大阪大学, 工学部, 助手 (40029278) ; 森田 龍彌 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029204)
• Keywords: 運動制御 / 中枢制御 / 伸張反射 / 筋 / ヒト / コンプライアンス / サーボ機構 / 手

Research Abstract

ヒトの手の運動機能の巧妙さは, 下位のサーボ機構(神経-筋制御機構)に位置, 力, コンプライアンス(外力にたいする手の柔軟な動きを表す変量)の3つの変数が制御される機構があり, そして能がその下位サーボ系の特性(筋の力学的性質および伸張反射ループゲイン)を調節するといった階層制御により実現されている. 本研究はヒトの手の精緻動作, つまり位置, 力, コンプライアンス制御における中枢の制御メカニズムを制御上学的手法を用いて解析し, 脳による下位サーボ系の調節のメカニズムを明らかにすることを目的としている. 本研究では母指を対象とした. 以下に, 本研究での実験方法と結果をまとめる.
1.母指に加わる負荷の特性を模擬するため, および母指の位置を制御するための駆動装置をモータと制御回路で作成した. 母指に加わる張力, 位置, 速度, 加速度および屈筋, 伸筋の筋電図を計測した.
2.被験者に一定の張力を発生するように指示し, 一定張力が維持されている時刻に, 母指を進展した. 変位と張力の人家経過を下位サーボ系のモデルを用いて解析し, 筋の収縮力の増大と共にサーボ系のスチフネス(コンプイアンスの逆数)が比例的に増大するという結果を得た.
3.外部負荷の特性か安定な場合と不安定な場合(倒立振子の系の模擬)について, 被験者に母指の位置を目標位置に一致させるように指示し, 一定位置を維持しているときに母指をランプ状に伸展した. このときの変位と張力の関係を解析し, 不安定負荷のときは下位サーボ系のスチフネスが増大していることが明らかになった. つまり不安定な負荷に対して, 安定な位置制御をするため, 脳は伸張反射系のループゲインを増大させていることが明らかにされた. 今後, データの蓄積とサーボゲイン変化の機能的役割を数理的に解析する予定である.

Research Products

• [Publications] 赤沢堅造: 第26回計測自動制御学会学術講演会予稿集. 79-80 (1987)
• [Publications] 赤沢堅造: 計測自動制御学会, 第2回生体理工学シンポジウム論文集. 89-91 (1987)
• [Publications] 赤沢堅造: 電子情報通信学会技術研究報告(MEとバイオサイバネティックス). 87. 41-48 (1988)