【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】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】23360111 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

歩行 / 踏破性・頑健性 / 筋骨格・神経機構 / ヒト / サル / ラット / ロボット / シミュレーション / 踏破性 / 頑健性

【研究成果の概要】

脳・身体・環境の相互作用から生み出される歩行の高度踏破性及び頑健性を実現するための筋骨格・神経機構の解明を目指し，ヒト・サル・ラットを対象に，計測データから運動機能を明らかにする解析的研究と，神経筋骨格モデルやロボットを用いて機能的役割を明らかにする構成論的研究を行った．その結果，ヒト運動解析では，位相応答曲線を同定して位相調整機構を明らかにし，サル運動解析では，４足・２足歩行での一次・補足運動野の寄与，ラット運動解析では，障害物跨ぎ越し歩行での小脳皮質の寄与を明らかにした．構成論的研究では，ラット神経筋骨格モデルや２脚ロボットを用いて，高度踏破性・頑健性に寄与する神経制御系の役割を検証した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】20790884 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MRI / 拡散 / 生体内水分子 / 細胞膜機能 / 可視化 / 細胞膜透過率 / ラット / ヒト / 有限差分法 / 非侵襲

【研究成果の概要】

本研究では磁気共鳴画像装置より非侵襲的に得られる生体内水分子の拡散情報を用いて,生体内水分子の細胞膜透過率ならびに細胞内拡散係数を推定する方法を提案し,健常ヒトおよび脳梗塞ラットの脳皮質の細胞膜透過率を推定した.推定された細胞膜透過率は健常ヒトでは76±9μm/sec,脳梗塞ラットの梗塞部では58μm/secであり,細胞膜透過率は梗塞部で低下する傾向があった.これは脳梗塞による損傷が細胞膜機能の低下を引き起こす要因であると考えた.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)

【研究分野】実験系心理学

【研究領域課題番号】10610083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

予測ゲーム課題 / 試間間隔 / 混合方略 / 並立VI VIスケジュール / 変化抵抗 / ヒト / ハト / ラット / 試行間間隔 / 予告刺激 / チキンのジレンマ / ゲーム / 選択行動 / 動的変容過程 / TFT方略

【研究成果の概要】

選択行動の動的変容過程を見るのに適したゲーム事態での行動研究を進めるために、1.その方法論的・理論的位置づけ、2.ゲーム事態での行動の制御変数の同定、の2つを基本的なテーマに据えた。1については予測ゲーム課題(PGT)を考案し、この課題が様々な学習実験の手続き、例えば並立連鎖強化スケジュールや分化的結果を含む遅延見本合わせをその手続きの一部に含むことを示した。また行動分析で提案されてきた数理モデルを整理し、この事態でのシミュレーションに適したモデルの可能性を探った。2については、ラットとヒトを用いたPGTでの選択行動をみた。PGTとは、予告刺激、選択反応、通告刺激、遂行反応、強化子の各事象の継時的な出現からなる手続きで、予告/通告刺激の一致・不一致はゲームにおける環境側の、予告刺激と選択行動の一致・不一致は個体側の協調と裏切りとを表し、各々に応じた強化子呈示に必要とされる遂行反応量が利得行列の値を表す。「チキンのジレンマ」を利得行列とした実験では多くのラットに強い位置偏好が見られ、不適切な反応を減少するために、暗間隔後に試行開始に戻る方法や試行間間隔をあける方法、選択反応から通告刺激までの時間を短縮する方法などを試みたが大きな改善は見られなかった。しかし混方略を要するゲーム事態におけるヒトの選択行動がPGTで見た場合、予告刺激がない状態では被験者が相手の選択比率に追従する傾向がみられる一方で、刺激の導入によって予告刺激の信頼性に応じて被験者の予告刺激に対する追従率が変化することが観察された。動的変容過程の分析指標としてのハトの変化抵抗の研究においては、並列VI VIスケジュール下で先行給餌によって変化抵抗を測定した条件では強化率の高い選択肢で変化抵抗が高くなったが、消去による条件ではその差が明確でなかった。また反応比はベースライン時と先行給餌時とで大きな差がなかった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】3,800千円 (直接経費: 3,800千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】04454589 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

慢性疲労 / 細胞性免疫能 / ラット / ヒト / ジョギング / 主観的疲労度調査 / 好中球活性酸素産生量 / 運動負荷 / シフトワーク / 臓器重量 / 肺胞マクロファージ / スーパーオキシド

【研究成果の概要】

当該年度においては、平成4年度から行っている実験動物を用いた慢性疲労の基礎的研究を発展させ、自発的な運動負荷がかかった場合についても検討した。既に報告したように、慢性疲労のモデルとして強制運動等を行わせた場合には細胞性免疫能の低下が見られていたが、自発運動の場合にはコントロールよりも免疫能が改善される傾向を見い出した。また、毎月1回、6か月間におよぶ調査に協力を申し出た某体育大学の陸上競技部に所属する長距離走選手を対象者として研究を行った。主観的な疲労感を知るためのアンケート調査として、産業疲労の自覚症状調べ、感情プロフィール(POMS)テスト、性格診断(EGO)テストを行い、同時に採血を行った。細胞性免疫能として末梢血好中球の活性酸素産生能を測定した。肉体疲労が重なり、慢性疲労状態に近付くと考えられる夏期強化合宿の前後で比較検討すると、合宿後は細胞性免疫能も低下し、血清中オプソニン活性も低下していた。しかし、細胞性免疫能の低下は1か月後ではさらに大きくなり、合宿前の状態にまで回復したのは2か月後であった。また、平成5年度にジョギング愛好者を対象者として行った調査の結果について統計的検討を加えたが、細胞性免疫能は1か月間の走り込みによる疲労の影響で低下し、終了から1か月後まで低下傾向が継続していた。しかしながら、このような場合においても主観的な疲労感の訴えは少なく、細胞性免疫能にまで影響が及んでも一般的には慢性疲労が把握し難いことが明らかとなった。
動物実験からは、自発的な肉体負荷の場合は細胞性免疫能に好影響が出ている。ヒトの場合には、自発的に行っていながら負荷が大きすぎることにより慢性疲労へ移行して行くと考えられ、細胞性免疫能への影響も好影響と悪影響が拮抗しながら出ている可能性も考えられる。現在も多核白血球遊走因子、免疫グロブリン量、補体量等の免疫に関連した項目を測定中であり、これらの測定値を統計的に処理し、慢性疲労の細胞性免疫能に及ぼす影響についてさらに詳細に考察する予定である。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1992 - 1994

【配分額】5,900千円 (直接経費: 5,900千円)