Creating a highly accurate neuro-musculo-skeletal model for the elderly people: Aiming to develop a fall prevention system

歩行速度は，push-off期に発生する推進力（=床反力の前方成分）によって調節され，快適歩行速度と推進力はともに加齢によって低下する．高齢者の歩行速度の低下は，歩行中の転倒を予測する強力な因子であるため，転倒を防ぐには歩行速度を維持するための推進力の強化が必要となる．また，推進力の低下を補うため，高齢者は後脚の股関節の屈曲トルクの増強によって代償することが知られており，この代償戦略が彼らの歩行を不安定化させると考えられるが，このメカニズムは明らかとなっていなかった．そこで，今年度はモデリング研究と実験研究の相補的アプローチによって，加齢による歩行中の推進力の低下が歩行を不安定化させるメカニズムの解明を試みた．具体的には，このメカニズムを解明するために，シンプルな歩行モデルにおいて，歩行速度を変えずに股関節のバネ剛性のみを高めた場合に，推進力，股関節屈曲トルク，margin of stability（MoS）がどのように変化するかを調べ,その関係がヒトの歩行においても成立するかを検証した．その結果，歩行速度が0.50～1.75m/sの場合，股関節のバネ剛性を高めると，モデルとヒトの歩行のどちらにおいても股関節屈曲トルクが増加し，推進力とMoSが減少することが分かった．さらに，股関節屈曲トルクの増加はバネ剛性の増加で説明でき，推進力とMoSの減少はバネ剛性の増加に伴う歩行のステップ周波数の増加で説明できることが分かった．したがって，股関節屈曲トルクの増大は推進力とMoSを減少させ，このメカニズムは股関節のバネ剛性を介することによって説明されることが分かった．本研究の成果は，歩行アシスト装置の制御設計や，高齢者の歩行戦略の理解の向上に役立つと考えられる．この成果のメインを国際誌へ提出し，現在査読中である．さらに，この成果の1部をISB/JSB 2023にて発表予定である．

歩行速度は，push-off期に発生する推進力（=床反力の前方成分）によって調節され，快適歩行速度と推進力はともに加齢によって低下する．高齢者の歩行速度の低下は，歩行中の転倒を予測する強力な因子であるため，転倒を防ぐには歩行速度を維持するための推進力の強化が必要となる．また，推進力の低下を補うため，高齢者は後脚の股関節の屈曲トルクの増強によって代償することが知られており，この代償戦略が彼らの歩行を不安定化させると考えられるが，このメカニズムは明らかとなっていなかった．そこで，今年度はモデリング研究と実験研究の相補的アプローチによって，加齢による歩行中の推進力の低下が歩行を不安定化させるメカニズムの解明を試みた．具体的には，このメカニズムを解明するために，シンプルな歩行モデルにおいて，歩行速度を変えずに股関節のバネ剛性のみを高めた場合に，推進力，股関節屈曲トルク，margin of stability（MoS）がどのように変化するかを調べ,その関係がヒトの歩行においても成立するかを検証した．その結果，歩行速度が0.50～1.75m/sの場合，股関節のバネ剛性を高めると，モデルとヒトの歩行のどちらにおいても股関節屈曲トルクが増加し，推進力とMoSが減少することが分かった．さらに，股関節屈曲トルクの増加はバネ剛性の増加で説明でき，推進力とMoSの減少はバネ剛性の増加に伴う歩行のステップ周波数の増加で説明できることが分かった．したがって，股関節屈曲トルクの増大は推進力とMoSを減少させ，このメカニズムは股関節のバネ剛性を介することによって説明されることが分かった．本研究の成果は，歩行アシスト装置の制御設計や，高齢者の歩行戦略の理解の向上に役立つと考えられる．この成果のメインを国際誌へ提出し，現在査読中である．さらに，この成果の1部をISB/JSB 2023にて発表予定である．