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2013 年度 実績報告書

歩行における関節間シナジーの発現機構と進化・成長に伴う変化

研究課題

研究課題/領域番号 25282183
研究種目

基盤研究(B)

研究機関山口大学

研究代表者

西井 淳  山口大学, 理工学研究科, 教授 (00242040)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード二足歩行 / シナジー / UCM解析 / 成長
研究概要

ヒトの歩行中の各関節軌道を観察すると一歩毎にばらつきが観察される。しかし,転倒を防ぐ上で重要と思われる瞬間においては,各関節のばらつきが打ち消しあうことで足先位置等のばらつきは抑えられている。このような関節間の相補的運動を関節間シナジーと呼ぶ。本研究の目的は,この関節間シナジーに着目する事で成長や進化に伴う歩行様式の変化を明らかにし,また,歩行中の関節間シナジーの生成機構を推定する事である。初年度は以下のように研究をすすめた。
(1) 成長に伴う歩行様式の変化を関節間シナジーの視点から行うために,子どもおよび成人の歩行データの収集と取得データのUCM解析を進めた。現在までに,成長とともに両脚支持期に体幹位置を安定化する関節間シナジーが強くなる傾向があることを示唆する結果を得ており,その成果の一部は国際学会で発表を行った。ただし,この点については現在も例数を増やす事で検討を進めている。また,加齢による変化をさらに調べるため高齢者の歩行計測も開始した。
(2) 歩行中の関節間シナジーは神経系による制御により生成されているのか,もしくは,骨格系の物理的拘束で生まれているのかを探るため,股関節,膝関節,踝関節をもつ受動歩行機のシミュレーターを構築し,受動歩行機とヒトの関節間シナジーの比較を開始した。ヒトの遊脚中期には躓きを防ぐために有効と考えられる関節間シナジーが観察されるが,その生成には物理構造が大きく寄与していることを示唆する結果を現在までに得ている。さらに,筋活動がいかに関節間シナジー生成に寄与しているかも探るため, 歩行中の筋電解析によって筋シナジーと関節間シナジーの関係を探る予備実験も行なった。

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

初年度は,成人と子どもの歩行における関節間シナジーの解析及び,成人の歩行中の筋シナジーと関節間シナジーの関係を探る予定であった。前者については順調に進んでいるが,後者はまだ予備実験にとどまっている。一方で,次年度以降に行う予定であった受動歩行機の歩行解析や, さらに加齢に伴う変化を探るための高齢者の解析をすすめることができた。全体としては本研究の目的である「歩行における関節間シナジーの発現機構と進化・成長に伴う変化」を探るためのデータの蓄積がすすんでいるので,現在までの達成度はおおむね順調と判断する。

今後の研究の推進方策

初年度に引き続き成人,子ども,高齢者,受動歩行機の歩行データの収集および解析をすすめることで,成長に伴う歩行様式の変化と関節間シナジーの生成機構の考察を行う。また,脳からの運動指令が歩行中の関節間シナジー生成に如何に寄与しているかをさぐるために歩行中の筋活動の計測と解析もすすめる。研究の目的の一つに挙げている,進化にともなう歩行様式の変化を探るためには,ニホンザルの歩行解析を行う予定である。
以上の結果を総合的に考察することで,歩行における関節間シナジーの発現機構と進化・成長に伴う変化を明らかにする。

次年度の研究費の使用計画

研究成果発表のため国際学会に参加するための国外出張旅費を計上していたが,参加した国際学会が国内で開催されたため支出が抑えられることとなった。また,次年度で行う歩行中の筋活動計測・解析のために筋電計および解析用計算機の追加購入およびデータ解析の謝金が必要であることが予備実験で明らかになったため,残金は次年度のために持ち越すこととした。
残額は翌年度分研究費と合わせて筋電計および解析用計算機の購入,およびデータ解析のための謝金に利用する予定である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 歩行解析のための新しい足底設置センサ (stans) の開発.2014

    • 著者名/発表者名
      鎌田浩志, 武田湖太郎, 橋爪善光, 倉山太一, 末長宏康, 近藤国嗣, 西井淳, 大須理英子, 大高洋平
    • 雑誌名

      総合リハビリテーション

      巻: 42(1) ページ: 67-71

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An analysis of leg joint synergy during backward walking2013

    • 著者名/発表者名
      H. Suenaga, Y. Hashizume, J. Nishii
    • 雑誌名

      Proceedings of the 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS

      巻: なし ページ: 7476-7479

    • DOI

      doi: 10.1109/EMBC.2013.6611287

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A low dimensional feedback control model that exploits abundant degrees of freedom2013

    • 著者名/発表者名
      J. Nishii, T. Hamamua
    • 雑誌名

      Proceeding of International Conference on Artificial Life and Robotics

      巻: なし ページ: 324-237

    • 査読あり
  • [学会発表] 二足歩行の脚関節間シナジーにける身体性の寄与2014

    • 著者名/発表者名
      豊田誠治, 垣内田翔子, 西井淳
    • 学会等名
      ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      九州工業大学若松キャンパス(北九州市)
    • 年月日
      20140120-20140121
  • [学会発表] A low dimensional feedback control model that exploits abundant degrees of freedom2014

    • 著者名/発表者名
      J. Nishii, T. Hamamua
    • 学会等名
      International Conference on Artificial Life and Robotics
    • 発表場所
      コンパルホール (大分市)
    • 年月日
      20140111-20140113
  • [学会発表] 下肢の関節間シナジーに着目した高齢者歩行の解析2013

    • 著者名/発表者名
      橋爪善光, 武田湖太郎, 垣内田翔子, 宮本梓, 大高洋平, 中道清広, 渡邉泰伸, 片岡嗣和, 河野仁, 齋藤正史, 西井淳, 町田正文
    • 学会等名
      第 40 回日本臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(神戸市)
    • 年月日
      20131122-20131123
  • [学会発表] Muscle activation patterns in very slow walking are different from those of a natural gait2013

    • 著者名/発表者名
      R. Murakami, T. Kurayama, Y. Goto, Y. Tani, Y. Tadokoro, C. Kondo, K. Sasaya, D. Matsuzawa, E. Shimizu, J. Nishii, K. Kondo, Y. Otaka
    • 学会等名
      Neuroscience 2013,
    • 発表場所
      San Diego (USA)
    • 年月日
      20131109-20131113
  • [学会発表] Development of leg joint synergy during walking with growth2013

    • 著者名/発表者名
      S. Kaichida, Y. Hashizume, Y. Iida, S. Torii, J. Nishii
    • 学会等名
      Progress in Motor Control IX
    • 発表場所
      Montreal (CANADA)
    • 年月日
      20130714-20130716
  • [学会発表] An analysis of leg joint synergy during backward walking2013

    • 著者名/発表者名
      H. Suenaga, Y. Hashizume, J. Nishii
    • 学会等名
      The 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS
    • 発表場所
      大阪国際会議場 (大阪市)
    • 年月日
      20130703-20130707
  • [学会発表] 筋肉群の協働的励起に基づく立位姿勢制御2013

    • 著者名/発表者名
      福田裕樹, 大脇大, 西井淳, 石黒章夫
    • 学会等名
      ロボティクス・メカ トロニクス講演会
    • 発表場所
      筑波大学(つくば市)
    • 年月日
      20130522-20130525
  • [備考] 生体情報システム研究室

    • URL

      http://bcl.sci.yamaguchi-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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