Constructive approach to neural basis for predictive control of gait and posture

用于步态和姿势预测控制的神经基础的建设性方法

• 批准号: 21K03932
• 负责人: 舩戸 徹郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03932/
• 关键词: 姿勢制御; 予期的姿勢調節; 小脳; 学習; モデル予測制御; 予測制御; 姿勢; 歩行; ラット

ヒトや動物は直立や歩行中に将来の自己の状態を予測して動作を生成する。予測動作の生成には自己の身体内部モデルに基づく予測が必要である。内部モデルは自身の運動状態を表すモデルであり、生物はこのモデルを学習的に獲得する。本研究では、このような姿勢制御・運動制御における予測制御系の原理解明を目指して、予測制御系および内部モデルの学習系のモデル構築と動物の神経系における予測制御機構の原理に迫る研究を行っている。本年度は（１）直立中のヒトの予測外乱実験と力学モデルによる予測的姿勢制御原理の評価、(２）小脳に障害を持つラットを対象とした予測外乱実験による予測に関わる小脳領域の検証、を行い、以下の研究成果を得た。（１）直立中のヒトに対して、音を与えた後に傾斜外乱を与える予測外乱環境に対する応答を調べたところ、十分経験した後では、傾斜外乱前に腓腹筋の活動予測的な活動が見られる被験者と見られない被験者が表れ、いずれの被験者においても学習後に傾斜に対する重心変動が減少した。筋骨格モデルとモデル予測制御によってモデル化をし、予測的活動がどのような制御原理によって生じたのかを力学シミュレーションによって検証した。その結果、モデル予測制御による力学モデルは、ヒトの予測的な筋活動を再現できること、さらに、共収縮の大きさを変えることによって、予測的な筋活動が見られる制御と見られない制御の両方を説明できることを示した。（２）姿勢制御関わる小脳領域である小脳虫部の局所領域に吸引除去及び薬理学的な処理の２つの方法で障害を与え、光刺激を与えた後に傾斜外乱を与える予測外乱環境に対する学習を調べた。その結果、いずれの方法で障害を与えた個体においても小脳虫部の障害によって学習曲線が有意に下がることが示された（学術雑誌に投稿中）。

The animal is standing upright and its future state is predicted. Prediction is necessary for the generation of motion within the body. The inner part of the body is the movement state of the body, and the biological part is the movement state of the body. This research aims to clarify the principles of the predictive control system for posture control and motion control, and to conduct research on the principles of the predictive control system and the internal structure of the learning system, as well as the predictive control mechanism for the animal's nervous system. This year, the following research results were obtained: (1) Evaluation of the predicted attitude control principle of the vertical vertical middle part of the vertical middle part of the vertical middle (1) The vertical center of gravity is located in the middle of the center of gravity. The structure of the structure is similar to the structure of the structure. The structure of the structure is similar to the structure of the structure. The structure of the structure is similar to the structure of the structure. The results of this study are as follows: (1) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(2) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(3) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(4) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(5) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(6) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(7) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(8) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(9) Predicted tendon activity is reproduced in the model,(10) Predicted tendon activity is reproduced in the model. (2) Posture control control The results, methods, and individuals of the study curve are shown in the contribution of academic journals.

项目成果

Quantitative evaluation of posture control in rats with inferior olive lesions.

• DOI: 10.1038/s41598-021-99785-w
• 发表时间: 2021-10-13
• 期刊: Scientific reports
• 影响因子: 4.6
• 作者: Funato T;Sato Y;Sato Y;Fujiki S;Aoi S;Tsuchiya K;Yanagihara D
• 通讯作者: Yanagihara D

Modelling Posture Control to Predictable Perturbation in Rats

模拟大鼠可预测扰动的姿势控制

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuma Matsuki;Akira Konosu;Akihiro Fujita;Tetsuro Funato;Dai Yanagihara
• 通讯作者: Dai Yanagihara

特集 関節間トレードオフ シナジー解析と関節間協調性

特色：关节间权衡、协同分析和关节间协调

• DOI: 10.11477/mf.1551203046
• 发表时间: 2023
• 期刊: 理学療法ジャーナル
• 作者: Yamaguchi Takafumi;Usami Naoto;Misumi Kei;Toyokura Atsushi;Higo Akio;Ono Shimpei;Hwang Gilgueng;Larrieu Guilhem;Ikeuchi Yoshiho;Tixier-Mita Agnes;Saito Ken;Levi Timothee;Mita Yoshio;舩戸 徹郎
• 通讯作者: 舩戸 徹郎

予測的姿勢制御における小脳虫部の役割

小脑蚓部在预期姿势控制中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 鴻巣暁;舩戸徹郎;松木勇磨;酒井隆太郎;柳原大
• 通讯作者: 柳原大

脳卒中回復評価動作の筋シナジー解析

中风恢复评估动作的肌肉协同分析

• 发表时间: 2022
• 作者: P. Weerapong;K. Hashikura;M. A. S. Kamal;and K. Yamada;松澤亮，福田誠，西平守正;舩戸 徹郎
• 通讯作者: 舩戸 徹郎