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

2020 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 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (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）身体意識を介した運動リハビリ手法を開発した，２）片麻痺患者の回復過程の評価モデルの構築を行った，３）げっ歯類用ミニチュアロボットマニピュランダムの開発を行った．
具体的に、まず研究代表者淺間と研究分担者温らのグループは， 脳卒中患者における上肢運動リハビリのため，バーチャルリアリティ（VR）を用いた運動リハビリ課題を開発した．開発されたVR課題では，課題遂行者が上方に手を上げる運動を行った．手の位置を上げる方向に実際の手の位置よりも少し上に提示し，気付かれない程度にポジティブな視覚的フィードバックをVR上で行い，運動主体感を向上し，さらに運動モチベーションを促進する効果があると考えられる．
次に，研究分担者の安琪らのグループは，運動機能が低下した片麻痺患者の回復過程に関する超適応プロセスを調査している．本年度では，逆動力学計算によって算出した起立動作中の関節トルクから，最適化計算によって運動中の筋活動を推定する手法を開発した．本手法から，計測日が異なる片麻痺患者において筋活動のタイミングの変化だけではなく，発揮する力の大きさを比較できるようになった．
最後に，研究分担者の井澤）は，B04班との共同研究で，超適応を主な要因となる運動学習率の学習率の変化に関して，内部生成する誤差の観測が学習率を変化させることを明らかにした．このような超適応機構の神経基盤解明を目的として，ロボティック神経科学の基盤技術となる，げっ歯類用ミニチュアロボットマニピュランダムを開発した．

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

本研究項目では本年度において，身体意識に着目した運動リハビリ手法を提案し，片麻痺患者の回復過程の定量的評価を行い，さらに，齧歯類用ミニチュアロボットマニピュランダムを開発した．次年度では，脳卒中の患者において提案したリハビリ手法を検証し，片麻痺患者における回復過程において筋シナジーの振幅の変化を調査し，麻痺側と非麻痺の両側から回復過程を評価するモデルを構築し，さらにげっ歯類用マニピュランダムを用いて運動学習の計算論モデルを構築する．

研究成果

• [雑誌論文] Modified sensory feedback enhances the sense of agency during continuous body movements in virtual reality (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi Kei、Wen Wen、An Qi、Hamasaki Shunsuke、Yamakawa Hiroshi、Tamura Yusuke、Yamashita Atsushi、Asama Hajime
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 2553
  • DOI: 10.1038/s41598-021-82154-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experience of After-Effect of Memory Update Reduces Sensitivity to Errors During Sensory-Motor Adaptation Task (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanamachi Kenya、Izawa Jun、Yamamoto Satoshi、Ishii Daisuke、Yozu Arito、Kohno Yutaka
  • 雑誌名: Frontiers in Human Neuroscience 巻: 15 ページ: 602405
  • DOI: 10.3389/fnhum.2021.602405
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Categorical Perception of Control (2020)
  • 著者名/発表者名: Wen Wen、Shimazaki Naoto、Ohata Ryu、Yamashita Atsushi、Asama Hajime、Imamizu Hiroshi
  • 雑誌名: eneuro 巻: 7 ページ: 0258-20.2020
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0258-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Active Sensing of Control Difference (2020)
  • 著者名/発表者名: Wen Wen、Shibata Hiroshi、Ohata Ryu、Yamashita Atsushi、Asama Hajime、Imamizu Hiroshi
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 ページ: 101112
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temporal Muscle Synergy Features Estimate Effects of Short-Term Rehabilitation in Sit-to-Stand of Post-Stroke Patients (2020)
  • 著者名/発表者名: Yang Ningjia、An Qi、Kogami Hiroki、Yoshida Kazunori、Yamakawa Hiroshi、Tamura Yusuke、Shimoda Shingo、Yamasaki Hiroshi、Sonoo Moeka、Itkonen Matti、Shibata-Alnajjar Fady、Hattori Noriaki、Kinomoto Makoto、Takahashi Kouji、Fujii Takanori、Otomune Hironori、Miyai Ichiro、Yamashita Atsushi、Asama Hajime
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 5 ページ: 1796～1802
  • DOI: 10.1109/LRA.2020.2969942
  • 査読あり
• [学会発表] Muscle tension analysis in stroke patient sit-to-stand motion by joint torque-based normalization (2020)
  • 著者名/発表者名: Ruoxi Wang, Qi An, Ningjia Yang, Hiroki Kogami, Kazunori Yoshida, Hiroyuki Hamada, Shingo Shimoda, Hiroshi Yamasaki, Moeka Sonoo, Fady Alnajjar, Noriaki Hattori, Kouji Takahashi, Takanori Fujii, Hironori Otomune, Ichiro Miyai, Atsushi Yamashita, and Hajime Asama
  • 学会等名: The 5th International Conference on NeuroRehabilitation (ICNR2020)
  • 国際学会