柔軟かつ安定な立位姿勢および歩行開始の神経制御とその崩壊メカニズムに関する研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23300166
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 野村 泰伸 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50283734)
• 研究分担者: 佐古田 三郎 国立病院機構刀根山病院, 院長 (00178625)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 立位姿勢 / 二足歩行 / 静止立位 / 運動制御 / 非線形力学系 / 間欠制御 / 安定性 / パーキンソン病

研究概要

我々はヒト直立姿勢を動的に安定化しつつ同時に運動の柔軟性も確保することができる神経制御機序として静止立位姿勢の間欠制御仮説を提案している．本研究では，この仮説の妥当性を姿勢制御の数理モデルおよび心理物理学実験などによって示した．また，パーキンソン病患者における姿勢不安定化は制御の間欠性の欠如に起因する可能性を示した．さらに，すくみ足（歩行開始の躊躇症状）の発生機序の1つは左右脚協調（位相リセットによる左右下肢運動リズムの修正）の強度およびランダム性に起因する可能性を示した．これらの成果は，動的神経制御メカニズムに基づく運動障害の新たな定量的診断手法の開発に繋がる．

研究成果

• [雑誌論文] A theoretical study on a computational algorithm for human posture estimation based on motion capture of a small number of markers (2014)
  • 著者名/発表者名: N Yoshikawa, Y Suzuki, K Kiyono, T Nomura
  • 雑誌名: Advanced Biomedical Engineering 巻: Vol.2 ページ: 107-116
• [雑誌論文] A new protocol for intermittent androgen suppression therapy of prostate cancer with unstable saddle-point dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Y Suzuki, D Sakai, T Nomura, Y Hirata, K Aihara
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 350 ページ: 1-16
• [雑誌論文] Noisy interlimb coordination can be a main cause of freezing of gait in patients with little to no parkinsonism (2013)
  • 著者名/発表者名: T Tanahashi, T Yamamoto, T Endo, H Fujimura, M Yokoe, H Mochizuki, T Nomura, S Sakoda
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: Vol.8, No.12 ページ: e84423
• [雑誌論文] 人・社会のモデル化の最前線ヒトと人の数理モデルシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村泰伸
  • 雑誌名: 日本バーチャルリアリティ学会誌 巻: 18巻・3号 ページ: 160-163
• [雑誌論文] Nomura,Learning an Intermittent Control Strategy for Postural Balancing Using an EMG-Based Human-Computer Interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Y Asai, S Tateyama, T Nomura
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: Vol.8, No.5 ページ: e62956
• [雑誌論文] Modeling human postural sway using an intermittent control and hemodynamic perturbation (2013)
  • 著者名/発表者名: T Nomura, S Oshikawa, Y Suzuki, K Kiyono, P Morasso
  • 雑誌名: Mathematical Biosciences 巻: Vol.245, No.1 ページ: 86-95
• [雑誌論文] Intermittent control with ankle, hip, and mixed strategies during quiet standing : A theoretical proposal based on a double inverted pendulum model (2012)
  • 著者名/発表者名: Y Suzuki, T Nomura, M Casadio, P Morasso
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: Vol.310 ページ: 55-79
• [雑誌論文] 4D human body posture estimation based on a motion capture system and a multi-rigid link model, Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (2012)
  • 著者名/発表者名: N Yoshikawa, Y Suzuki, W Ozaki, T Yamamoto, T Nomura
  • 雑誌名: EMBS, art 巻: 6347079 ページ: 4847-4850
• [雑誌論文] Stability of double inverted pendulum model during human quiet stance with continuous delay feedback control , Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (2011)
  • 著者名/発表者名: Y Suzuki, T Nomura, P Morasso
  • 雑誌名: EMBS, art 巻: 6091747 ページ: 7450-7453
• [雑誌論文] A classification of postural sway patterns during upright stance in healthy adults and patients with Parkinson's disease (2011)
  • 著者名/発表者名: T Yamamoto, Y Suzuki, K Nomura, T Nomura, T Tanahashi, K Fukada, T Endo, S Sakoda
  • 雑誌名: Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics 巻: Vol.15, No.8 ページ: 997-1010
• [雑誌論文] ヒト静止立位姿勢の神経制御モデル (2011)
  • 著者名/発表者名: 野村泰伸
  • 雑誌名: 日本神経回路学会誌 巻: Vol.18, No.2 ページ: 85-98
• [学会発表] ヒト静止立位姿勢の神経制御に関する新しい仮説 : 姿勢ゆらぎ・多関節協調・姿勢障害の視点から (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村泰伸
  • 学会等名: 第12回姿勢と歩行研究会
  • 発表場所: (pp.58-61)
  • 年月日: 20140300
• [学会発表] Bifurcation analysis of an intermittent control model during human quiet stance : A possible mechanism of postural sway (2013)
  • 著者名/発表者名: T Nomura, Y Suzuki, T Yamamoto, K Kiyono, P Morasso
  • 学会等名: SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems 2013
  • 発表場所: (p.188)
  • 年月日: 20130500
• [学会発表] 生体システムにおける柔らかい制御-ホメオダイナミクスを考える,統計数理研究所共同研究リポート (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村泰伸
  • 学会等名: ダイナミカルバイオインフォマティクスの展開
  • 発表場所: (vol.294, pp.77-93)
  • 年月日: 20130300
• [学会発表] パーキンソン病における固縮・振戦症状を再現する大脳基底核神経回路網モデルの構築,統計数理研究所共同研究リポート (2013)
  • 著者名/発表者名: 尺田博之, 野村泰伸
  • 学会等名: ダイナミカルバイオインフォマティクスの展開
  • 発表場所: (Vol.294, pp.54-63)
  • 年月日: 20130300
• [学会発表] 間欠的制御によるヒト静止立位二重振子モデルの安定化,統計数理研究所共同研究リポート (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康之, Pietro Morasso, 野村泰伸
  • 学会等名: ダイナミカルバイオインフォマティクスの展開
  • 発表場所: (Vol.294, pp.1-15)
  • 年月日: 20130300
• [学会発表] 柔軟かつ安定なヒト立位姿勢の神経制御とその崩壊メカニズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 野村泰伸
  • 学会等名: 第47回京都駅前セミナー
  • 年月日: 20121100
• [学会発表] Stability examination of biped model by Floquet theory,Proceedings of the 27th Symposium on Biological and Physiological Engineering BPES2012 (2012)
  • 著者名/発表者名: Chunjiang Fu, Y Suzuki, K Kiyono, T Nomura
  • 学会等名: 第27回生体・生理工学シンポジウム論文集
  • 年月日: 20120900
• [学会発表] 呼吸・心循環系動態とヒト静止立位姿勢動揺の関係 (2012)
  • 著者名/発表者名: 押川翔太, 鈴木康之, 清野健, 野村泰伸
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2012 JBMES2012
  • 年月日: 20120900
• [学会発表] Intermittent Control and Homoclinic Cycle as Underlying Mechanisms of Stochastic Postural Sway with Long-Term Correlation during Human Quiet Standing (2012)
  • 著者名/発表者名: T Nomura, T Yamamoto, Y Suzuki
  • 学会等名: BIOCOMP2012 Mathematical Modeling and Computational Topics in Biosciences
  • 発表場所: (p.134)
  • 年月日: 20120600
• [学会発表] 健常者およびパーキンソン病患者の重心動揺のパターン分類に対する統計的検証 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山本智久, Smith C.E., 鈴木康之, 棚橋貴夫, 遠藤卓行, 佐古田三郎, 野村泰伸
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] モーションキャプチャによる次元姿勢推定に体表面上のマーカ変位が及ぼす影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川直也, 鈴木康之, 尾崎航, 山本智久, 野村泰伸
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] ヒト静止立位の倒立二重振子間欠制御モデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康之, Pietro Morasso, 野村泰伸
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] ヒト静止立位時の微弱皮膚感覚刺激が重心動揺に与える影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田信久, 鈴木康之, 野村泰伸
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2011
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Slow Fluctuations with long-term correlations in postural sway during human quiet standing (2011)
  • 著者名/発表者名: T Nomura
  • 学会等名: 第26回生体・生理工学シンポジウム論文集, BPES2011
  • 発表場所: (pp.552-553)
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Dynamics of neuronal network models with a large number of ion-channel-based interneuron models for motor pattern generation (2011)
  • 著者名/発表者名: K Okawa, T Nomura
  • 学会等名: 第26回生体・生理工学シンポジウム論文集, BPES2011
  • 発表場所: (pp.297-298)
  • 年月日: 20110900