神経回路網を備えた自律歩行モデルによる異常歩行の解析

使用配备神经网络的自主步态模型分析异常步态

• 批准号: 10750200
• 负责人: 渡壁 誠
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Institute for Developmental Research, Aichi Human Service Center
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750200/
• 关键词: 関節可動域; 二関節筋; 下肢関節; 神経回路網; 筋骨格系リンクモデル; 歩行シミュレーション; 脳性麻痺; 機構学的モデル

本研究では,神経回路網を備えた歩行モデルを導入し,身体内部の機能障害と異常歩行との関係および異常歩行の発生メカニズムの力学的解析をめざす。特に機能障害としては,これまで工学が全く着手しなかった「拘縮(関節運動範囲の減少)」を取り上げる。本年度はまず神経回路網を備えた歩行モデルを構築し,昨年度得られた健常者の関節可動範囲を考慮に入れ,正常歩行のシミュレーションを行なった。さらに拘縮を有する脳性麻痺児の関節可動域をモデルに導入し,拘縮による歩行異常のシミュレーションを試みた。歩行モデルは脚の左右交互や関節の屈伸リズムを生み出す神経回路網と筋骨格系リンクモデルで構成した。神経回路網は左右の股・膝・足関節の屈伸,骨盤の回旋,腰椎の屈伸運動を制御するものとし,筋骨格系は左右の大腿部・下腿部・足部と骨盤,上体部からなる2次元8リンクモデルとした。筋骨格系は二関節筋を含めて7個の主要な下肢の筋をもたせた。特に内部状態の変化(拘縮)を導入しやすい形にモデルの改造を加えた。はじめに神経回路網,回路網からの筋骨格系への入力および回路網へのフィードバックに係わるパラメータを試行錯誤的に決定し正常歩行のシミュレーションを可能とした。次に,この歩行モデルの関節の運動範囲に昨年度構築した拘縮モデルを導入して制限を加え,様々な程度の拘縮に起因する異常歩行のシミュレーションを行なった。シミュレーション結果は拘縮をもつ脳性麻痺児の歩行の特徴と類似したパターンを示すことが明らかとなった。今後さらに症例を増やしモデルの整合性を高める予定である。また,拘縮は特別な疾患に限らず,老化によっても観察される。したがって,本研究のターゲットを老人の関節可動域と歩行の異常あるいは歩行にまつわる疾患の発生と関連づけた研究を行なっていく予定である。

This study aims to introduce the mechanism of the neural network, and analyze the relationship between functional impairment and abnormal behavior in the body and the mechanism of abnormal behavior. Special functional impairment is not allowed, and the engineering is completely started."Retraction (reduction of joint movement range)" is selected. This year, the mental circuit network is prepared for the construction of the joint, and the joint mobility of the healthy person is considered for the construction of the normal operation. In addition, the joint motion domain of the knee joint is introduced into the knee joint, and the knee joint motion is abnormal. The left and right joints of the walking track are connected to the left and right joints, and the joints are connected to the right and left joints. The nerve circuit network controls the flexion and extension of the left and right thigh, knee and foot joints, the rotation of the pelvis, the flexion and extension of the lumbar spine, the skeleton system controls the left and right thigh, lower leg, foot and pelvis, and the upper body. The tendons of the two joints are composed of seven main tendons of the lower limbs. Special internal state transformation (contraction) is introduced into the form of transformation. In the case of a mental loop network, the loop network may be configured such that the input force of the skeletal system and the loop network may not be determined correctly. In addition, the movement range of the joint of the movement group was increased in the past year, and the abnormal movement of the joint was reduced in the past year. The results of the study were similar to those of the study. In the future, the number of cases will increase. The aging process is not easy to detect. This study was conducted to determine the range of joint motion and abnormal behavior of the elderly.

项目成果

N.Suzuki,K.Mita,M.Watakabe,K.Akataki,T.Okagawa,M.Kimizuka: "Strain on the gastrocnemii and hamstrings affecting standing balance on an inclined plane in spastic cerebral palsy" Bulletin Hospital for Joint Diseases. 57・4. 208-215 (1998)

N.Suzuki、K.Mita、M.Watakabe、K.Akataki、T.Okakawa、M.Kimizuka：“腓肠肌和腿筋拉伤影响痉挛性脑瘫斜面上的站立平衡”关节疾病医院公告 57。・4。208-215（1998）

久野、安林、伊藤、鈴木、赤滝、渡壁、三田: "二関節筋の影響を考慮した関節可動域の幾何学的表記" 人間工学. 35・1. 1-7 (1999)

Kuno，Yasubayashi，Ito，Suzuki，Akataki，Watakabe，Mita：“考虑双关节肌肉影响的关节运动范围的几何表示”人体工程学35・1（1999）。