片麻痺患者の起立動作における筋シナジー構造の同定とリハビリテーション手法の構築

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04293
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 淺間 一 東京大学, 工学系研究科精密工学専攻, 教授 (50184156)
• 研究分担者: 山下 淳 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30334957) ; 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): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 筋シナジー / 立ち上がり動作 / 視覚 / 前庭感覚

研究実績の概要

本研究では，ヒトが感覚情報によって筋シナジーを適切に制御しているという作業仮説を立て，研究を進めてきた．平成28年度には，筋活動，身体軌道，床反力計の同時計測システムを構築し，片麻痺患者の運動を計測し，その結果筋シナジーの変性を同定してきた．
平成29年度は，筋シナジーの変性を引き起こしている可能性のある感覚情報の同定を行った．具体的には約10名の健常若年者を対象に，視覚情報と前庭感覚を阻害した時に運動がいかに変化するのかを調べた．その際には平成28年度までに構築した運動計測システムを用いた．視覚情報を阻害する際には，フレンツェル眼鏡を装着し，目の焦点が合わないようにし，部屋の照明を暗くし，外部からの情報が入らないようにした．次に前庭感覚を阻害するために，本研究ではカロリックテストと呼ばれる耳に冷水を入れる手法を用いた．各被験者には，感覚を阻害しない条件，視覚情報を阻害する条件，前庭感覚を阻害する条件の順に運動を行ってもらい，身体軌道や筋シナジーの変化を調べた．
その結果，視覚や前庭感覚が阻害されても，筋シナジーにおける筋協調の組み合わせ（空間パターン）は変化しなかったが，各筋シナジーの時系列重みは変化していることが分かった．具体的には視覚を阻害した条件では，4つ存在する筋シナジーの最後の姿勢制御を担うものの振幅が大きくなり，より安定化が必要となることがわかった．それに対して前庭感覚が阻害されると筋シナジーの振幅には変化がないが，離床して全身を伸展させるまでの時間が長くなることが分かった．

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

本基盤研究は，片麻痺患者における筋シナジー構造の変性を同定し，またその変性が感覚情報に起因するものと仮定し，人がいかに感覚情報を活用しているか解明することを目的としてきた．本年度には健常者を対象に，視覚情報と前庭感覚が立ち上がり動作に与える影響を調べることができ，順調に進展しているといえる．

今後の研究の推進方策

今後の研究では，まず第一に異なる感覚情報の影響を調べる．特に足裏から得られる情報は立ち上がり動作に重要である．片麻痺患者では麻痺した足の感覚が弱くなることが考えられるため，足裏の情報が運動に与える影響を調べる．次に片麻痺患者に対して，衰えた感覚情報を同定し，それに対するリハビリテーション手法の構築を行う．

研究成果

• [雑誌論文] Effect of Physical Therapy on Muscle Synergy Structure during Standing-up Motion of Hemiplegic Patients (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kogami, Qi An, Ningjia Yang, Hiroshi Yamakawa, Yusuke Tamura, Atsushi Yamashita, Hajime Asama, Shingo Shimoda, Hiroshi Yamasaki, Matti Itkonen, Fady Alnajjar, Noriaki Hattori, Makoto Kinomoto, Kouji Takahashi, Takanori Fujii, Hironori Otomune and Ichiro Miyai
  • 雑誌名: IEEE Robotics Automation Letter 巻: 3 ページ: 2229-2236
  • DOI: 10.1109/LRA.2018.2811050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous Estimation of Stress Using Physiological Signals during a Car Race (2017)
  • 著者名/発表者名: Wen Wen, Daisuke Tomoi, Hiroshi Yamakawa, Shunsuke Hamasaki, Kaoru Takakusaki, Qi An, Yusuke Tamura, Atsushi Yamashita and Hajime Asama
  • 雑誌名: Psychology 巻: 8 ページ: 978-986
  • DOI: 10.4236/psych.2017.87064
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of the Effect of Prime Stimulus on Sense of Agency in Stop Operation of the Object in Circular Motion (2017)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Hamasaki, Qi An, Masataka Murabayashi, Yusuke Tamura, Hiroshi Yamakawa, Atsushi Yamashita, and Hajime Asama
  • 雑誌名: Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics 巻: 21 ページ: 1161-1171
  • DOI: 10.20965/jaciii.2017.p1161
  • 査読あり
• [学会発表] Clarification of Muscle Synergy Structure During Standing-Up Motion of Healthy Young, Elderly and Post-Stroke Patients (2017)
  • 著者名/発表者名: Ningjia Yang, Qi An, Hiroshi Yamakawa, Yusuke Tamura, Atsushi Yamashita, Matti Itkonen, Fady Alnajjar, Shingo Shimoda, Hajime Asama, Noriaki Hattori and Ichiro Miyai
  • 学会等名: 2017 International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR)
  • 国際学会
• [学会発表] Clarication of Muscle Synergy Structure During Standing-up Motion of Healthy Young, Elderly and Post-Stroke Patients (2017)
  • 著者名/発表者名: Ningjia Yang, Qi An, Hiroki Kogami, Hiroshi Yamakawa, Yusuke Tamura, Atsushi Yamashita, Hajime Asama, Shingo Shimoda, Hiroshi Yamasaki, Matti Itkonen, Fady Shibata-Alnajjar, Noriaki Hattori, Makoto Kinomoto, Kouji Takahashi, Takanori Fujii, Hironori Otomune and Ichiro Miyai
  • 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2017（SSI2017）
• [学会発表] 片麻痺患者の起立動作のリハビリテーションにおける理学療法士の技能の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 湖上碩樹, Qi An, 楊濘嘉, 山川博司, 田村雄介, 山下淳, 淺間一, 山崎弘嗣, Matti Itkonen, Fady Shibata-Alnajjar, 下田真吾, 服部憲明, 木野本誠, 高橋幸治, 藤井崇典, 乙宗宏範, 宮井一郎
  • 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2017