2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16J07348
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
木伏 紅緒 京都大学, 人間・環境学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 歩行 / 筋電図 / 筋シナジー / 最大リアプノフ指数 / 力学系 / 安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、歩行速度に依存した筋シナジーの変化と、筋シナジーの活動度における不安定性に着目して研究をすすめた。歩行の運動学的性質はどのような歩行速度を出力するかによって大きく異なるため、歩行速度の制御の観点から研究を行うことは重要である。そこで、歩行速度の変化に伴う出力の変化と筋シナジーの関係を調べた。
まずは、歩行速度の制御は筋シナジーを変化させることで達成しているのではないかと予想し研究をすすめた。そして、筋シナジーは歩行速度の上昇にともないモジュール数が増加することと、関節角加速度のばらつきの変化が筋シナジーの関連していることを明らかにした。これは、歩行速度の制御は筋シナジーを変化させることで達成していることを示唆している。
この研究成果をさらに発展させるために、歩行速度に依存した筋シナジーの活動度における不安定性を最大リアプノフ指数を用いて評価した。最大リアプノフ指数は、時間遅れ座標系におけるアトラクタの軌道間距離が発散するのか、または収束するのかを調べることにより、不安定性を評価する。最大リアプノフ指数を用いて筋シナジーの活動度における不安定性を調べた結果、歩行速度の上昇にともない筋シナジーの活動度における不安定性が増加していくことが明らかとなった。この研究成果は、日本体育学会第67回大会において発表された。また、筋シナジーの機能ごとに不安定性の変化が異なり、接地時に衝撃を吸収する機能をもつ筋シナジーの不安定性は線形に増加する一方、推進力発生や、遊脚を減速させる機能をもつ筋シナジーの不安定性は、低速度(2km/h)から中程度の歩行速度(5～6km/h)までは変化が少なく、高速度帯(6km/h～8km/h)で急速に不安定となることを明らかにした。この研究成果は、第24回日本バイオメカニクス学会大会およびNeuroscience 2016において発表された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、筋シナジーの活動度の不安定性を最大リアプノフ指数によって明らかにしたうえで、その研究成果を国内学会および国際学会にて発表することを計画していた。本年度の上半期において、筋シナジーの活動度における最大リアプノフ指数の解析に成功し、歩行速度に依存した筋シナジーの活動度における不安定性を明らかにした。この研究成果は、日本体育学会第67回大会において発表された。また、筋シナジーの機能ごとに不安定性の変化が異なるという研究成果は、第24回日本バイオメカニクス学会大会およびNeuroscience 2016において発表された。本年度では、筋シナジーの活動度における不安定性を最大リアプノフ指数により定量化することが主要な課題であり、これを計画通り遂行できたため、研究はおおむね順調に進展しているという評価をつけた。
また、本年度はコンピュータシミュレーションにより、筋シナジーに基づく歩行の制御を調べることを計画していた。現在は、解析に最適なモデルを検討している段階であり、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在すすめている、筋シナジーの活動度における不安定性についての研究をさらに発展させるために、最大リアプノフ指数だけでなく、さまざまな手法を用いて検討する必要がある。そこで、周期性を示す最大フロケ乗数や、定常性を示すリカレンスマップを用いて解析する計画を立てている。
また、歩行の安定性は歩行速度だけではなく、ピッチやストライド長にも依存していることが考えられるため、ピッチとストライド長の組み合わせを統制する生理学実験を実施する予定である。
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