• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

生体の筋・神経系における運動単位制御原理に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 10680787
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関東北大学

研究代表者

二見 亮弘  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20156938)

研究分担者 加納 慎一郎  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00282103)
渡辺 高志  東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (90250696)
星宮 望  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005394)
半田 康延  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (00111790)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2000年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1999年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1998年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワード筋収縮モデル / 筋小胞体 / カルシウムイオン / ウェーブレット変換 / 多重解像度分析 / クラスター分析 / 波形分類 / 活動電位 / 筋収縮ダイナミクス / カルシウムイオン濃度 / potentiation / catch-like effect / モデル / 機能的電気刺激 / 筋 / 運動単位 / 筋活動電位 / 疲労 / catch property / FES
研究概要

機能的電気刺激による運動機能再建を制御対象のモデルに基づく合理的なものにするために,筋繊維の収縮ダイナミクスに含まれる時変性・非線形性を詳細にモデル化する必要がある。我々は,筋繊維を構成する筋小胞体でのカルシウムイオン放出と取り込みに注目し,筋繊維の活性化モデルをCaイオン濃度ダイナミクスのレベルで作成した。モデルはCa誘導型Ca放出(CICR)チャネルを含み,内部的正帰還効果のため安定平衡点が2つ存在する。低濃度から高濃度への平衡点遷移は,高頻度の刺激パルスで生じ,強化現象に対応する。CICRチャネルはその後,数秒間かかって低濃度の安定平衡点(不活性状態)に戻る。また,長時間刺激の後では刺激パルス列に追加された単一のパルスによってその後の筋張力が数秒間増強されるという,保持効果を再現した。
一方,筋の構成要素である運動単位における動的機能配分を生体で実験的に調べるための基礎技術として,運動単位活動電位の集合である筋電図から個々の活動電位を分離できる信号処理方法について検討した。具体的には,ウェーブレット変換による多重解像度分析を用いて,信号中の活動電位の発火時刻と波形を統計的に合理的な方法で推定する方法を確立した。また,そのようにして分離・検出された個々の活動電位を波形の類似度に基づいてグループ化して脳による神経制御の原理を推定することをねらい,階層的クラスター分析に新しい評価関数を導入して,観測者の主観的判断を必要としない波形分類を可能にする方法を確立した。これらの方法の妥当性の確認は,家兎の末梢神経束周辺から誘導した記録波形の分類に適用することで行った。筋力の大きい時の表面筋電図のように時間的重畳が激しい場合の活動電位分類については,さらに今後の検討が必要であった。

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (25件)

  • [文献書誌] G.Otazu,R.Futami,N.Hoshimiya: "A Muscle Activation Model of Variable stimulation Frequency Response and Stimulation History, Based on Positive Feedback in Calcium Dynamics"Biological Cybernetics. 84. 193-206 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nakatani,T.Watanab,S.Ohba R.Futami,N.Hoshimiya,Y.Handa: "Simulation study of a method for Detecting Nerve Action Potentials from Noisy Signal"Proceedings of the International Workshop on FES. 18-19 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Otazu,T.Watanabe,R.Futami,N.Hoshimiya: "The Effects of Low Frequency stimulation in the Monosynaptic Reflex studied using the H-Reflex"Proceedings of the International Workshop on FES. 22-23 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nakatani,T.Watanabe,S.Ohba R.Futami,N.Hoshimiya,Y.Handa: "Automatic Classification of Nerve Action Potentials from Peripheral Nerves with Cuff Electrodes for a Closed-Loop FES System."Proceedings of the 4th Annual Conf.of the International FES Society. 85-88 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.H.Otazu,T.Watanabe,R.Futami,N.Hoshimiya: "A Physiologically Based Non-Linear Muscle Activation Model of Variable Stimulation Frequency Response"Proccedings of the 4th Annual Conf.of the International FES Society. 109-112 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Eom,T.Watahabe,R.Futami N.Hoshimiya,Y.Handa: "A Basic Study for Long Term Potentiation during Constant stimulation for Use in Prediction of FES-induced Movement"Proccedings of the 4th Annual Conf.of teh International FES Society. 323-326 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.H.Otazu, R.Futami, N.Hoshimiya: "A Muscle Activation Model of Variable Stimulation Frequency Response and Stimulation History, Based on Positive Feedback in Calcium Dynamics."Biological Cybernetics. Vol.84. 193-206 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nakatani, T.Watanabe, S.Ohba, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa.: "Simulation Study of a Method for Detecting Nerve Action Potentials from Noisy Neural Signal."Proceedings of the International Workshop on FES. 18-19 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Otazu, T.Watanabe, R.Futami, N.Hoshimiya: "The Effects of Low Frequency Stimulation in the Monosynaptic Reflex Studied using the H-Reflex."Proceedings of the International Workshop on FES. 22-23 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nakatani, T.Watanabe, S.Ohba, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa: "Automatic Classification of Nerve Action Potentials Recorded from Peripheral Nerves with Cuff Electrodes for a Closed-Loop Functional Electrical Stimulation System."Proceedings of the 4th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society. 85-88 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.H.Otazu, T.Watanabe, R.Futami, N.Hoshimiya: "A Physiologically Based Non-linear Muscle Activation Model of Variable Stimulation Frequency Response."Proceedings of the 4th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society. 109-112 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Eom, T.Watanabe, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa: "A Basic Study of Long-Term Force Potentiation during Constant Stimulation for Use in Prediction of FES-Induced Movement."Proceedings of the 4th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society. 323-326 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Otazu,R.Futani,N.Hoshimiya: "A Muscle Activation Model of Variable Stimulation Frequency response and Stimulation History, Based on Positive Feedback in Calcium Dynamics"Bioligical Cybernetics. 84・3. 193-206 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Nakatani,T.Watanabe,S.Ohba,R.Futami,N.Hoshimiya,Y.Handa: "Simulation Study of a Method for Detecting Nerve Action Potentials from Noisy Neural Signal."Proceedings of International Workshop on FES. 18-19 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] G.Otazu,T.Watanabe,R.Futami,N.Hoshimiya: "The Effects of Low Frequency Stimulation in the Monosynaptic Reflex Studied using the H-Reflex."Proceedings of International Workshop on FES. 22-23 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Watanabe,R.Futami,N.Hoshimiya,Y.Handa: "An Approach to Muscle Model with a Stimulus Frequency-Force Relationship for FES Applications"IEEE Trans. Rehab. Eng.. 7・1. 12-18 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 古瀬,渡辺,二見,星宮,半田: "運動機能麻痺者のための残存運動機能を用いた制御命令入力システム"医用電子と生体工学. 37・2. 152-160 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] H.Nakatani,T.Watanabe,S.Ohba,R.Futami,N.Hoshimiya,Y.Handa: "Automatic Classification of Nerve Action Potentials Recorded from Peripheral Nerves with Cuff Electrodes for a Closed Loop FES"Proc. 4th Annual Conf. of International FES Society. 85 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] GH.Otazu,T.Watanabe,R.Futami,N.Hoshimiya: "A Physiologically Based Non-linear Muscle Activation Model of Variable Stimulation Frequency Response"Proc. 4th Annual Conf. of International FES Society. 109-112 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Watanabe,K.Iibuchi,R.Futami,N.Hoshimiya,Y.Handa: "Feedback FES Control Using Jacobian Matrix of the Musculoskeletal System"Proc. 4th Annual Conf. of International FES Society. 295-298 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] G.Eom,T.Watanabe,R.Futami,N.Hoshimiya,Y.Handa: "A Basic Study of Long-Term Potentiation during Constant Stimulation for Use in Prediction of FES-Induced Movement"Proc. 4th Annual Conf. of International FES Society. 323 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 嚴光文,他: "FESによる起立のための計算機モデルと刺激データ作成法の基礎検討" 医用電子と生体工学. 36・1. 22-31 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 前崎高純,他: "FES刺激パターン生成のための逆モデリングの基礎検討" 電子情報通信学会技術研究報告. MBE98-97. 95-101 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 中谷裕教,他: "カフ電極を用いた末梢神経からの感覚情報の推定に関する検討" 医用電子と生体工学. 36・特別号. 592 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 中谷裕教,他: "カフ電極による神経活動電位計測と波形の定量的分類の検討" 医用電子と生体工学. 37.特別号(発表予定). (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

URL: 

公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi