ヒト歩行シミュレーションによる歩行時外乱刺激に対する反射の解明

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反射系モデルの設計として、歩行時筋反射パターンの発現機序を明らかにするため、歩行時外乱に対する反射反応の自律創的発メカニズムを提案した。伸張反射モデル,前庭反射モデル,屈筋反射モデル、およびCPGの位相調節モデルを構築し,各モデルを適切に相互作用させることで歩行時反射モデルを構築した。伸張反射モデルは,運動ニューロン,筋紡錘,ゴルジ器官の状態空間モデルにより構成、前庭反射モデルは,頭部加速度をトリガとして前庭神経ニューロンが発火、体幹および下肢伸筋を誘発することで表現した。神経系として非線形振動子を用い歩行モデルを構築した。モデルを評価するためのバランス安定性指標を新たに提案し、評無関数として用いることで遺伝的アルゴリズムにより、滑り外乱発生時、歩行バランスを維持するための最適パラメータ(モデル内、およびモデル間結合)を特定した。シミュレーションとヒト反射実験の照合おびシミュレーションに基づく支援方法の検証として、シミュレーションにより帰られた筋活動パターン、および関節運動軌跡をヒト歩行時反射計測実験の結果と比較した。モデルの結果はヒト歩行時反射実験の結果と類似した挙動を示し、提案した安定性評価指標、及び筋反射を有する歩行モデルの妥当性が示唆された。また歩行時の反射と強い関連をもつと考えられる二関節筋を含む9つの筋肉をHill typeモデルにより構築し、歩行時反射シミュレーションを行うことで二関節筋の役割を検討しその重要性を明らかにした。さらに半身麻痺患者に多く見られるせん足歩行に着目し、障害者歩行モデルの構築を行った。獲得された障害歩行は実際の痙性患者の歩行と類似したものであり、また障害者歩行モデルに本反射モデルを付加したところバランス安定性の向上が見られた。このことから本反射モデルは障害者支援方法を検討する上で有効なツールであることが示された。