吸引領域に着目した身体力学系と神経制御系に起因する歩行のフラクタル形成メカニズム

点击翻译按钮获取中文摘要

ヒトの歩行は必ずしも定常なものではなく，特徴的なゆらぎを持つ．このゆらぎは歩行リズムに顕著に見られ，フラクタル性を持つ．このフラクタル性は，加齢や疾患によって変化することが知られており，運動機能の健常性を調べる指標（バイオマーカー）となりうる重要な性質である．しかし，なぜヒトの歩行にフラクタル性が見られ，その性質が変化するか，メカニズムは未解明である．申請者はこれまでの研究で，制御なしに傾斜を下る受動歩行において，コンパス型のシンプルな数理モデルを用いて，歩行のフラクタル性がどのように形成されるかを明らかにしてきた．当該年度は，このコンパスモデルに中枢パターン生成器と呼ばれる神経制御器に位相リセットを組み込んだ神経制御モデルを統合し，身体力学系によって形成された歩行におけるフラクタル性が，神経制御系によってどのように変化するのかを明らかにした．特に，位相リセットの有無に応じたフラクタル性の変化を定量的に解析し，その考察を行った．また，申請者はこれまでの研究で，制御なしに傾斜を下る受動歩行において，フラクタルな吸引領域が形成されるメカニズムを明らかにしたが，こちらも依然未解明の点が多かった．そこで，当該年度は，これまで明らかにしてきた吸引領域の形成過程の解析を発展させ，力学系理論に基づいた解析を行うことで，吸引領域の大きさが変化するメカニズムや，無数の周期解の出現と消滅を明らかにした．