ヒトの運動制御における粘弾性調節機構の解明のための計測システムの開発

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予備実験として、正弦波状に筋の収縮力を変化させる前に、筋活動を随意に変化させることができる健常者(張力を発生させないように指示)および随意に変化させることができない脳血管障害による片麻痺者にを対象として、筋は伸張されるけれども負荷の大きさが一定の条件および負荷の大きさは変化するけれども伸張速度一定の条件でトルクと筋活動電位を計測した。いずれの条件でもトルクの応答は、弾性係数が筋活動に依存する項を付加してモデルによって、良好に近似することができた。しかし、弾性係数が前者では筋の伸張とともに増加し、後者では減少した。これは予期せぬ結果であった。そこで、前者については、計測されたトルクから、粘性および慣性モーメントに関わる項を減じ、さらに負荷の大きさで除して、正規化された弾性トルクを求めた。その結果、正規化弾性トルクが減衰して定常値に達するまでの時定数に、有意な差があった。健常者に比べて筋活動が高い片麻痺者では、時定数が小さく、健常者に比べて、急速に定常値に達した。また、健常者では、筋活動が観測された。一定の速度で伸張した場合には、麻痺者については、伸張速度が速いほど、筋活動度も高く、弾性係数が大きくなった。一方、健常者では、筋活動度の変化は小さく、したがって弾性係数の変化も小さかった。以上の結果から、等速度で伸張したときと等張力で伸張したときの弾性係数の変化の違いは、筋活動度の違いによるものであり、計測システムの制約から、等速度で伸張する場合には、等張力で伸張する場合に比べて、ゆっくりとしか伸張することができなかったことによるものと考えられる。また、本研究で開発した数学モデルは、運動条件によって変化する粘弾性の変化を再現することができることが分かった。