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2022 年度 実績報告書

姿勢制御における神経伝達物質の作用を考慮した超適応モデリング

計画研究

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 19H05730
研究機関東京大学

研究代表者

太田 順  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50233127)

研究分担者 四津 有人  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30647368)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2024-03-31
キーワードシステム工学 / 数理モデル化 / 適応
研究実績の概要

網様体脊髄路と前庭脊髄路を模した制御を導入した立位姿勢制御モデル(制御パラメータとして,筋緊張パラメータとフィードバック制御パラメータを持つ)を提案している.この制御モデルで異常姿勢での立位を実現するため,パーキンソン病患者の異常姿勢の解析を行った.ここでは,以下のプロセスを経た.1) パーキンソン病患者の姿勢データをもとに,筋骨格モデルを立位させられる筋緊張パラメータを計算する;2) 計算した筋緊張パラメータを設定した上で,動揺が小さくなるようフィードバック制御パラメータおよび姿勢を調整する.これにより,パーキンソン病患者様の立位を実現する筋緊張パラメータを推定できた.また,「筋緊張の増加に対して,異常姿勢における動揺がそれ以外の姿勢と比較して小さくなっているため,異常姿勢を呈する」という仮説が支持された.
マルチタスク下の姿勢制御における神経伝達物質の役割の検証を行ってきている.二重課題時に対するドーパミンの影響を調べるため,パーキンソン病患者を対象に,ON状態とOFF状態の2つの状態で,課題成績と脳活動を検討した.随意動揺の基礎実験を遂行し,ステッピングを用いた患者実験を遂行した.課題は,計算課題による認知課題と,ステッピングによる運動課題からなる二重課題とした.また,パーキンソン病で併存する事がある疼痛が,姿勢・運動パフォーマンスの低下にどう影響しているのかを明らかにするために健常者に実験的に疼痛を与えた研究を行った.

現在までの達成度 (区分)
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

網様体脊髄路と前庭脊髄路を模した制御を導入した立位姿勢制御モデル(制御パラメータとして,筋緊張パラメータとフィードバック制御パラメータを持つ)の提案,さらにマルチタスク下の姿勢制御における神経伝達物質の役割の検証という観点から,当初の目的を達成しているため.

今後の研究の推進方策

今後の研究推進のためには,以下の2点が考えられる.
1. パーキンソン病診断にも使われるDopamine transporter single-photon emission computed tomography(DAT-SPECT)の解析と,モデル制御パラメータの関係の検証.
2. マルチタスク下の姿勢制御における神経伝達物質の役割の検証をするための追加実験.マルチタスク問題の起源に関する姿勢・運動での実験系構築のための基礎研究の遂行.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Analysis of abnormal posture in patients with Parkinson's disease using a computational model considering muscle tones2023

    • 著者名/発表者名
      Omura Yuichiro、Togo Hiroki、Kaminishi Kohei、Hasegawa Tetsuya、Chiba Ryosuke、Yozu Arito、Takakusaki Kaoru、Abe Mitsunari、Takahashi Yuji、Hanakawa Takashi、Ota Jun
    • 雑誌名

      Frontiers in Computational Neuroscience

      巻: 17:1218077 ページ: 1-13

    • DOI

      10.3389/fncom.2023.1218707

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of experimentally induced plantar pain on trunk posture during gait2023

    • 著者名/発表者名
      Yozu Arito、Sonoda Kohta、Hasegawa Tetsuya、Kaminishi Kohei、Osumi Michihiro、Sumitani Masahiko、Chiba Ryosuke、Ota Jun
    • 雑誌名

      Journal of Physical Therapy Science

      巻: 35 ページ: 613~618

    • DOI

      10.1589/jpts.35.613

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Sway Frequency on the Joint Angle and Center of Pressure in Voluntary Sway2023

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Tetsuya、Mori Tomoki、Kaminishi Kohei、Chiba Ryosuke、Ota Jun、Yozu Arito
    • 雑誌名

      Journal of Motor Behavior

      巻: 55 ページ: 373~383

    • DOI

      10.1080/00222895.2023.2211540

    • 査読あり
  • [学会発表] CNN-based analysis of the relationship between DAT SPECT and motor function in patients with Parkinson’s disease2023

    • 著者名/発表者名
      Kaminishi,Kohei, Ishikawa,Moichi, Hasegawa,Tetsuya, Chiba,Ryosuke, Yozu,Arito, Takakusaki,Kaoru, & Ota,Jun
    • 学会等名
      The 34th 2023 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of the giving-way-prevention function of a soft exosuit incorporating the multi-articular muscle mechanism2023

    • 著者名/発表者名
      Makino,Tomu, Hasegawa,Tetsuya, Shirafuji,Shouhei, Ota,Jun, & Yozu,Arito
    • 学会等名
      The 34th 2023 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the relationship between muscle tones and abnormal postures in a computational model2023

    • 著者名/発表者名
      Omura,Yuichiro, Togo,Hiroki, Kaminishi,Kohei, Hasegawa,Tetsuya, Chiba,Ryosuke, Yozu,Arito, Takakusaki,Kaoru, Abe,Mitsunari, Takahashi,Yuji, Hanakawa,Takashi, & Ota,Jun
    • 学会等名
      2023 45th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation of center of pressure information by smartphone sensors for postural control training2023

    • 著者名/発表者名
      Huang,Rui, Kaminishi,Kohei, Hasegawa,Tetsuya, Yozu,Arito, Chiba,Ryosuke, & Ota,Jun
    • 学会等名
      2023 45th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 国際学会
  • [学会発表] Musculoskeletal simulation to investigate strategies for arm use during postural recovery2023

    • 著者名/発表者名
      Kaminishi,Kohei, Omura,Yuichiro, Chiba,Ryosuke, Takakusaki,Kaoru, & Ota,Jun
    • 学会等名
      2023 45th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a nursing skill training system based on manipulator variable admittance control2023

    • 著者名/発表者名
      Zhou,Yuhao, Takamido,Ryota, Kanai-Pak,Masako, Maeda,Jukai, Kitajima,Yasuko, Nakamura,Mitsuhiro, Kuwahara,Noriaki, Ogata,Taiki, & Ota,Jun
    • 学会等名
      The 2023 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM)
    • 国際学会
  • [学会発表] 説明可能AI を利用したDAT SPECT 画像と運動機能との関係の解析2023

    • 著者名/発表者名
      上西 康平, 石川 茂一,長谷川 哲也, 千葉 龍介, 四津 有人, 高草木 薫,太田 順
    • 学会等名
      第37回日本大脳基底核研究会
  • [学会発表] ヒトの立位保持,歩行開始,歩行のモデリング2023

    • 著者名/発表者名
      太田 順
    • 学会等名
      第37回日本大脳基底核研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of postural control in patients with Parkinson’s disease using a computational model2023

    • 著者名/発表者名
      Ota, Jun and Yozu, Arito
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Hyper-Adaptability (HypAd 2023)
    • 国際学会
  • [備考] 移動ロボティクス研究室ホームページ

    • URL

      https://otalab.race.t.u-tokyo.ac.jp/

  • [備考] 超適応ホームページ

    • URL

      https://www.hyper-adapt.org/

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公開日: 2024-12-25  

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