ヒト神経-筋骨格系の階層的標準モデルの構築・データベース化・動態シミュレーション

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平成23年度は,倒立二重振子モデルを用いて,ヒト立位姿勢の神経制御メカニズムに関する研究を行った.中枢神経系を介した神経制御メカニズムとして持続的制御および間欠的制御を仮定し,それぞれの制御戦略の妥当性ならびにロバスト性を検証した.結果として,中枢神経系を介したフィードバック経路に神経伝達に起因する時間遅れが含まれる場合,二重振子モデルの姿勢を維持することが可能な持続的制御のパラメータ領域は極めて限定的であるのに対して,間欠的制御は二重振子の姿勢をパラメータの変化に対してロバストに安定化できることがわかった.また,中枢神経系を介したフィードバック制御が間欠的であると仮定した場合,股関節の受動的弾性係数に依存して異なる制御戦略(Ankle Strategy/Mixed Strategy/Hip Strategy)が創発することがわかった.これらの結果を,国際学会,国内学会で発表した.また,雑誌論文において発表予定である.これに加え,国立病院機構刀根山病院においてパーキンソン病患者の姿勢計測実験およびその解析を行った.パーキンソン病患者の立位姿勢維持の際に計測した足関節筋の表面筋電図および足圧中心点の時間変化を,若年健常者および高齢者のそれらと比較した.結果として,立位姿勢維持の際に計測可能な時系列データから適切な指標を抽出することにより,パーキンソン病重症度の定量的に診断できる可能性を示した.また解析結果は,パーキンソン病患者に見られる姿勢の不安定化は,若年健常者が採用する立位姿勢の間欠的神経フィードバック制御の崩壊により生じることを示唆した.これらの結果は,雑誌論文において発表した.本研究で得られた結果は,ヒト立位姿勢時の神経制御メカニズムに関する研究に新たな局面をもたらしたと考える.二重振子モデルを用いたより詳細な解析,および計測実験結果との比較により,ヒト立位姿勢の姿勢制御に関するより重要な情報が得られることが期待される.