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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Modeling of motor control that alters body representations in brain

Planned Research

Project AreaUnderstanding brain plasticity on body representations to promote their adaptive functions
Project/Area Number 26120006
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

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

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 青井 伸也  京都大学, 工学研究科, 講師 (60432366)
千葉 龍介  旭川医科大学, 医学部, 准教授 (80396936)
Project Period (FY) 2014-07-10 – 2019-03-31
Keywords*モデル化 / システム工学 / 神経科学
Outline of Annual Research Achievements

姿勢制御と歩行制御に関するfast, slow dynamicsのモデル化を行い、ヒトや動物の実験結果に基づく解析より、モデルの妥当性の検証を行った。更にリハビリテーション方策への応用を指向した研究に着手し、その可能性を示した。
起立姿勢制御においてはA02-2項目との共同研究により前年度までに提案してきた筋緊張制御および感覚フィードバック制御器を用いて、水平方向360°の床面スライド外乱のもと、静的立位姿勢維持タスクを遂行可能であることを示した。ここで活動した筋を観察するとヒトの実験と類似したものであった。これにより提案した制御器が外乱下でも妥当であることを確認した。更に、このモデルを予測シミュレータとすることにより、ankle,hip戦略を発現する支配的なパラメータの探索を行った。その結果、筋力および筋緊張に戦略の変容との相関があることがわかった。また、C03-4項目と共同で障害者の姿勢を評価するシミュレータに用いることを可能とした。歩行モデルにおいては、これまで提案してきた筋シナジーに基づくfast, slow dynamicsモデルの妥当性、力学的役割を検証するために、ラットの後肢左右分離型トレッドミル歩行の計測と解析を実施している。昨年度までに関節運動の計測より、運動学的な対応を確認したが、更に筋電図の計測と解析を実施し、その対応を検証した。また、A02-2項目との共同研究より、ニホンザルの四足歩行と二足歩行で計測した筋電図と対応する補足運動野の神経活動を解析した。歩容にかかわらず筋電図と神経活動で共通した時間パターンを持つことを明らかにするなど、適応的な歩行制御戦略に関する新たな知見を得た。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (15 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Foundation Santa Lucia(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      Foundation Santa Lucia
  • [Journal Article] Neuromusculoskeletal model that walks and runs across a speed range with a few motor control parameter changes based on the muscle synergy hypothesis2019

    • Author(s)
      Aoi Shinya、Ohashi Tomohiro、Bamba Ryoko、Fujiki Soichiro、Tamura Daiki、Funato Tetsuro、Senda Kei、Ivanenko Yury、Tsuchiya Kazuo
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9, 369 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1038/s41598-018-37460-3

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Postural control of a musculoskeletal model against multidirectional support surface translations2019

    • Author(s)
      Kaminishi Kohei、Jiang Ping、Chiba Ryosuke、Takakusaki Kaoru、Ota Jun
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 14(3): e0212613 Pages: 1-23

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0212613

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Adaptive hindlimb split-belt treadmill walking in rats by controlling basic muscle activation patterns via phase resetting2018

    • Author(s)
      Fujiki Soichiro、Aoi Shinya、Funato Tetsuro、Sato Yota、Tsuchiya Kazuo、Yanagihara Dai
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8, 17341 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1038/s41598-018-35714-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Embodied-Brain Systems and Understandings of Postural Control with modeling2018

    • Author(s)
      R. Chiba
    • Organizer
      The 1st Korea-China-Japan International Symposium on Disability Overcome
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Musculoskeletal simulations to investigate influences of muscle weakness and sensory noise to postural control stiffness2018

    • Author(s)
      K. Kaminishi, R. Chiba, K. Takakusaki, and J. Ota
    • Organizer
      Proc. IEEE Int. Symp. Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Musculoskeletal simulation for determining influences of the magnitude of sensory noise and stiffness on the selection of hip or ankle movement strategies2018

    • Author(s)
      K. Kaminishi, P. Jiang, R. Chiba, K. Takakusaki, and J. Ota
    • Organizer
      Proc. 40th International Engineering in Medicine and Biology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Musculoskeletal simulation to investigate influences of the magnitude of sensory noise and stiffness on the selection of an ankle/hip strategy2018

    • Author(s)
      K. Kaminishi, R. Chiba, K. Takakusaki, and J. Ota
    • Organizer
      Proc. 2nd International Symposium on Embodied-Brain Systems Science (EmboSS 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Posture control comparison between the stroke and hip osteoarthritis patients’ bipedal stance by a simulation method2018

    • Author(s)
      D. Li, K. Kaminishi, M. Mukaino, R. Chiba, K. Takakusaki and J. Ota
    • Organizer
      Proc. 2nd International Symposium on Embodied-Brain Systems Science (EmboSS 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Muscle activity coordination of upper limbs, trunk, and lower limbs during bipedal and quadrupedal walking in the Japanese macaque2018

    • Author(s)
      H. Oshima, S. Aoi, K. Nakajima, Y. Higurashi, T. Funato, A. Ito, N. Tsujiuchi, and K. Tsuchiya
    • Organizer
      Proc. 2nd International Symposium on Embodied-Brain Systems Science (EmboSS 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigating energy efficiency of gait in rat based on the muscle synergy hypotheses using a neuromusculoskeletal model2018

    • Author(s)
      M. Toeda, S. Aoi, S. Fujiki, T. Funato, K. Tsuchiya, and D. Yanagihara
    • Organizer
      Proc. 2nd International Symposium on Embodied-Brain Systems Science (EmboSS 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Muscle synergy analysis of bipedal walking in rats2018

    • Author(s)
      R. Sakai, T. Funato, A. Konosu, S. Fujiki, S. Aoi, and D. Yanagihara
    • Organizer
      Proc. 2nd International Symposium on Embodied-Brain Systems Science (EmboSS 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of phase resetting effect on phase response curve in human walking using a neuromusculoskeletal model2018

    • Author(s)
      D. Tamura, S. Aoi, T. Funato, S. Fujiki, K. Senda, and K. Tsuchiya
    • Organizer
      Proc. IEEE Int. Symp. Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Construction of experimental environment for muscle synergy analysis of bipedal walking in rats2018

    • Author(s)
      R. Sakai, T. Funato, S. Fujiki, A. Konosu, S. Aoi, and D. Yanagihara
    • Organizer
      Proc. IEEE Int. Symp. Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 身体性システムホームページ

    • URL

      http://embodied-brain.org/

URL: 

Published: 2021-01-27  

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