【研究分野】連携探索型数理科学

【研究領域課題番号】15KT0015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナジー / 運動制御 / 神経筋骨格モデル / ヒト / サル / ラット / 歩行 / 走行 / 左右分離型トレッドミル / 転倒 / リズム

【研究成果の概要】

本研究では、生物の運動制御における冗長性を解決する戦略として広く示唆される低次元構造に着目して、ヒト・サル・ラット3種類の異なる生物を対象に、数理科学を中心とした神経生理学とバイオメカニクスとの連携から、歩行に寄与する神経・筋・骨格系の作動原理の数理的な解明を目指した。特に、ヒトの歩行と走行、サルの四足歩行と二足歩行など異なる歩容を形成する低次元構造の共通性と差異、環境変化や外乱に対する低次元構造の制御、転倒を介した歩行と走行の形成原理などが明らかとなった。

【研究の社会的意義】

本研究の成果から、歩行を形成する低次元構造を特徴付ける空間構造（シナジー）と時間構造（リズム）の支配法則の一端が数理的に明らかとなった。数理的な記述は物事の本質を捉えるだけでなく、それができて初めて応用に結びつく。この研究をさらにすすめ、応用していくことで、新たな生活支援器具の開発やリハビリテーション手法の提案などに繋がっていくと期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-07-10 - 2020-03-31

【配分額】18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)

【研究分野】身体教育学

【研究領域課題番号】25282183 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

関節間シナジー / 二足歩行 / ニホンザル / 成長 / 加齢 / UCM解析 / 身体性 / 歩行 / 走行 / 筋シナジー / 冗長自由度 / 運動制御 / 運動学習 / シナジー / 進化 / 神経回路モデル

【研究成果の概要】

関節間シナジーに着目する事で，二足歩行における制御戦略およびその成長や進化による変化を明らかにすることを目的として研究を実施し，以下の結果を得た。20歳前後の若年者では，両脚支持期等の特定の瞬間に足先位置を調整する関節間シナジーが強く働く。8歳の子どもでは関節間シナジーはまだ形成過程にある。70歳前後の高齢者には関節間シナジーの加齢による変化は認めらない。ニホンザルの二足歩行中の関節間シナジーはヒトの場合と様々な点で異なり，進化の過程で股関節可動域が拡張したことがヒトの関節間シナジーの形成を促したことを示唆する。ヒトの関節間シナジーの形成には神経系のみならず骨格構造も寄与している可能性が高い。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】23300198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

歩行 / 脊髄損傷 / リハビリテーション / 脊髄運動ニューロン / 脊髄 / 運動制御

【研究成果の概要】

本研究の最終的な目的はヒトの二足立位歩行制御に関与する脊髄神経機構の構造と機能を解明することであった。この目的に近づくために、水中受動ステッピング実験、脊髄機能マップ実験、多髄節脊髄反射誘発実験、など多方面からの実験を行った。
その結果、脊髄の歩行関連神経回路に対し、荷重に関連する体性感覚情報は促通性の影響があり、動きに関連する体性感覚情報は下肢筋群の脊髄反射全般に対し強い抑制作用があることが明らかとなった。さらに歩行時の下肢筋活動は脊髄の吻尾方向全体の神経回路から出力されることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)