認知・情動に着目した超適応現象のシステム論的理解と実現

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 身体－脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解
• 研究課題/領域番号: 19H05729
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 淺間 一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50184156)
• 研究分担者: 井澤 淳 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20582349) ; 温 文 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (50646601) ; 安 ち 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70747873)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 身体意識 / 情動 / 認知 / 超適応 / 数理モデル

研究実績の概要

本研究項目では身体認知・情動が超適応の獲得の過程に与える影響を解明し、身体制御の変化を定量的予測可能な数理モデルを構築し、検証することを目的とする。さらに、数理モデルを基づいて、身体認知・情動を介して、超適応機能を促すモデルベースの介入手法の提案と検証を行う。本年度の主な成果として、１）身体意識の生起と喪失に異なるメカニズムを発見した、２）脳卒中や脳梗塞の後に運動機能が低下した片麻痺患者の回復過程における適応プロセスを調査した、３）身体意識が運動学習に与える影響を検討した。
本年度の具体的成果を以下に３つ挙げ、それぞれ概要を説明する。
研究代表者らのグループ（淺間，温）は、運動主体感の生起メカニズムについて、フィードバックと行動の統計的規則性の検出が重要な役割を果たすことを発見し、運動主体感の生起メカニズムを説明するモデルを提案した。また、運動主体感の生起と喪失に異なる脳内神経基盤が存在するという仮説の検証を行った。
研究分担者の安琪（東京大学）らのグループでは、脳卒中や脳梗塞の後に運動機能が低下した片麻痺患者の回復過程における適応プロセスを調査した。その中でも日常生活において重要な起立動作に着目し、運動障害の程度が異なる患者間において筋シナジーがどのように異なるのか調べた。このことから片麻痺患者の起立動作において、筋シナジーの活動タイミングを指標として、運動回復の過程および適応プロセスを推定できるということが示唆された。
研究分担者の井澤（筑波大学）らのグループは、超適応の理論的背景を調べる目的で、脳が運動学習スピードを適応的に変化させる機構において、学習の効果に対する認識が与える影響を調べた。得られた研究成果は、効率的なリハビリテーションプログラムの立案のためには科学的根拠の提供に繋がると考えられる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度において分担者はそれぞれ計画した研究を遂行し、身体意識のメカニズムの解明とモデル化、片麻痺患者の回復過程の解析、および身体意識が運動学習に与える影響について、実験室実験と患者さんを用いた実験を行い、十分な成果が挙げてきた。以上の理由より、本研究項目の進捗状況はおおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

2020年度において、前年度を続けて、身体意識のメカニズム、および身体意識を介した運動学習の基礎研究を行うと同時に、脳卒中による運動障害が生じる患者さんの回復過程を解析し、認知・情動を介して身体意識を促進するリハビリ手法の提案と検証を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Prediction error and regularity detection underlie two dissociable mechanisms for computing the sense of agency (2020)
  • 著者名/発表者名: Wen Wen、Haggard Patrick
  • 雑誌名: Cognition 巻: 195 ページ: 104074～104074
  • DOI: 10.1016/j.cognition.2019.104074
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temporal Features of Muscle Synergies in Sit-to-Stand Motion Reflect the Motor Impairment of Post-Stroke Patients (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang Ningjia、Shibata-Alnajjar Fady、Shimoda Shingo、Hattori Noriaki、Fujii Takanori、Otomune Hironori、Miyai Ichiro、Yamashita Atsushi、Asama Hajime、An Qi、Kogami Hiroki、Yamakawa Hiroshi、Tamura Yusuke、Takahashi Kouji、Kinomoto Makoto、Yamasaki Hiroshi、Itkonen Matti
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 巻: 27 ページ: 2118～2127
  • DOI: 10.1109/TNSRE.2019.2939193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Does delay in feedback diminish sense of agency? A review (2019)
  • 著者名/発表者名: Wen Wen
  • 雑誌名: Consciousness and Cognition 巻: 73 ページ: 102759～102759
  • DOI: 10.1016/j.concog.2019.05.007
  • 査読あり
• [学会発表] Two dissociable processes for detecting gaining and losing control in human brain (2019)
  • 著者名/発表者名: W. Wen, R. Ohata, M. Tanaka, A. Yamashita, H. Asama, and H. Imamizu
  • 学会等名: The 23rd Annual Meeting of Association for the Scientific Study of Consciousness (ASSC23)
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of sense of agency during upper-limb movement for motor rehabilitation using virtual reality (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, K., Wen, W., An, Q., Hamasaki, S., Yamakawa, H., Tamura, Y., Yamashita, A., & Asama, H.
  • 学会等名: The 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC)
  • 国際学会
• [学会発表] Assistive Chair to Support Hip Rising of Elderly People Improves Body Movement of Sit-to-Stand Motion (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kogami, Qi An, Hiroshi Yamakawa, Ningjia Yang, Shingo Shimoda, Makoto Kinomoto, Noriaki Hattori, Kouji Takahashi, Takanori Fujii, Hironori Otomune, Ichiro Miyai, Shu Ishiguro, Takashi Saigusa, Yoshikazu Nozaki, Haruhisa Maruyama, Atsushi Yamashita, and Hajime Asama
  • 学会等名: The 1st Workshop on Robot Control (WROCO2019)
  • 国際学会
• [学会発表] The Effect of Visual, Auditory, Tactile and Cognitive Feedback in Motor Skill Training: A Pilot Study based on VR Gaming (2019)
  • 著者名/発表者名: Fady Alnajjar, Qi An, Mohit Saravanan, Khaled Khalil, and Shingo Shimoda
  • 学会等名: The 1st Workshop on Robot Control (WROCO2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 片麻痺患者の起立動作における縦手すりにかかる力の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: Qi An, 山川博司，楊濘嘉，湖上碩樹，吉田和憲，山下淳, 石黒周, 下田真吾，山崎弘嗣，園尾萌香，Fady S. Alnajjar，木野本誠， 服部憲明，高橋幸治，藤井崇典，乙宗宏範，宮井一郎，淺間一
  • 学会等名: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会2019（SSI2019）
• [学会発表] 片麻痺患者の起立動作における手すりにかかる力を用いた筋シナジーの推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: Qi An, 山川博司，楊濘嘉，湖上碩樹，吉田和憲，山下淳, 石黒周, 下田真吾，山崎弘嗣，園尾萌香，Fady S. Alnajjar，木野本誠， 服部憲明，高橋幸治，藤井崇典，乙宗宏範，宮井一郎，淺間一
  • 学会等名: 第37回日本ロボット学会・学術講演会