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2018 年度 実績報告書

計算論モデルの予言に基づく筋シナジー操作とスキル獲得法への応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K12476
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

田中 宏和  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00332320)

研究分担者 神原 裕行  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (50451993)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード計算論モデル / 運動制御 / シナジー / 筋活動 / スキル獲得
研究実績の概要

一昨年度は、計算論モデルの構築とシナジー操作実験環境の構築を同時並行的に行った。また昨年度は実験を継続し、本提案の基となったBergerらの仮想手術課題を追試した。その結果、compatible/imcompatibleという違いだけでなく、もともとの力場からどれくらい変換を受けたかの変換量のほうが学習率を定めるという結果を得た。さらに昨年度は理論面において、運動学習時には運動を生成するモーメントアームも同時に学習する運動学習モデルを構築するとともに計算機シミュレーションを行い、Bergerらの仮装手術課題の実験結果を再現するためには、筋シナジーの基底や活動だけでなくモーメントアームも学習する必要があることを示唆する結果を得た。
本年度は、過去の計測実験で観測された運動学習前後の筋活動の特徴が、昨年度までに構築した運動学習モデルによって再現できるかを検証した。特に、Barradasら(2018)が行った仮装手術課題に着目し、筋肉のモーメントアームが突然大きく変わる実験条件と少しずつ段階的に変わる実験条件における筋活動の変化の特徴を再現することを試みた。
その結果、前者の条件では筋活動パターンの分布が非等方性に、また後者の条件では等方性に近い分布を保つという実験結果の特徴を再現できることを確かめた。また、この結果は、Golubら(2018)がサルの電気生理実験で観測した運動野の神経活動パターンの分布の変化の特徴とも一致している。以上の研究によって、本研究で構築した筋シナジー運動制御仮説に基づいた運動学習モデルで表される情報処理が、運動学習中の脳内で行われている可能性を示唆することができたと考えられる。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Cross-correlation task-related component analysis (xTRCA) for enhancing evoked and induced responses of event-related potentials2019

    • 著者名/発表者名
      Tanaka, H., & Miyakoshi, M.
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Neural Evidence of the Cerebellum as a State Predictor2019

    • 著者名/発表者名
      Tanaka, H., Ishikawa, T., & Kakei, S.
    • 雑誌名

      The Cerebellum

      巻: - ページ: 1, 23

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s12311-018-0996-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamics of directional tuning and reference frames in humans: A high-density EEG study2018

    • 著者名/発表者名
      Tanaka, H., Miyakoshi, M., & Makeig, S.
    • 雑誌名

      Scientific reports

      巻: 8 ページ: 8205, 8222

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41598-018-26609-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Temporal recalibration of motor and visual potentials in lag adaptation in voluntary movement2018

    • 著者名/発表者名
      Cai, C., Ogawa, K., Kochiyama, T., Tanaka, H., & Imamizu, H.
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 172 ページ: 654, 662

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41598-018-26609-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Decoding of Ankle Flexion and Extension from Cortical Current Sources Estimated from Non-invasive Brain Activity Recording Methods2018

    • 著者名/発表者名
      Mejia Tobar Alejandra, Hyoudou Rikiya, Kita Kahori, Nakamura Tatsuhiro, Kambara Hiroyuki, Ogata Yousuke, Hanakawa Takashi, Koike Yasuharu, Yoshimura Natsue
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 11 ページ: 1, 12

    • DOI

      https://doi.org/10.3389/fnins.2017.00733

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Control of a Robot Arm Using Decoded Joint Angles from Electrocorticograms in Primate2018

    • 著者名/発表者名
      Duk Shin, Hiroyuki Kambara, Natsue Yoshimura, and Yasuharu Koike
    • 雑誌名

      Computational Intelligence and Neuroscience

      巻: 2018 ページ: 1, 9

    • DOI

      https://doi.org/10.1155/2018/2580165

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reduced Effort Does Not Imply Slacking: Responsiveness to Error Increases With Robotic Assistance2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Takagi, Hiroyuki Kambara and Yasuharu Koike
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering

      巻: 26 ページ: 1363, 1370

    • DOI

      https://doi.org/10.1109/TNSRE.2018.2836341

    • 査読あり
  • [学会発表] Computational modeling of the motor cortex and the cerebellum2019

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Tanaka
    • 学会等名
      Neuromathematics seminar, University of Bologna, Italy
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computational modeling of the motor cortex and the cerebellum2019

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Tanaka
    • 学会等名
      Neuromathematics seminar, College de France, France
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of directional tuning and reference frames in humans: A high-density MoBI study2018

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Tanaka
    • 学会等名
      The 3rd Conference on Mobile Brain/Body Imaging, Germany
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Neural evidence of the cerebellum as a state predictor2018

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Tanaka
    • 学会等名
      Neuro2018, the Japanese Neuroscience Society, Kobe
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reaching movements in force-fields simulated by a motor control-learning model without desired trajectory2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kambara, Haruka Shimizu, Toshihiro Kawase, Atsushi Takagi, Natsue Yoshimura, Yasuharu Koike
    • 学会等名
      Neuroscience 2018, San Diego, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] ジャグリングに関する脳身体運動イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      神原裕行, 宮腰誠, 田中宏和, 香川高広, 吉村奈津江, 小池康晴, Scott Makeig
    • 学会等名
      モーターコントロール研究会, 東京
  • [図書] 計算論的神経科学 脳の運動制御・感覚処理機構の理論的理解へ2019

    • 著者名/発表者名
      田中宏和
    • 総ページ数
      300
    • 出版者
      森北出版

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公開日: 2019-12-27  

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