Constructive approach to neural basis for predictive control of gait and posture

用于步态和姿势预测控制的神经基础的建设性方法

基本信息

批准号：
21K03932
负责人：
舩戸徹郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ヒトや動物は直立や歩行中に将来の自己の状態を予測して動作を生成する。予測動作の生成には自己の身体内部モデルに基づく予測が必要である。内部モデルは自身の運動状態を表すモデルであり、生物はこのモデルを学習的に獲得する。本研究では、このような姿勢制御・運動制御における予測制御系の原理解明を目指して、予測制御系および内部モデルの学習系のモデル構築と動物の神経系における予測制御機構の原理に迫る研究を行っている。本年度は（１）直立中のヒトの予測外乱実験と力学モデルによる予測的姿勢制御原理の評価、(２）小脳に障害を持つラットを対象とした予測外乱実験による予測に関わる小脳領域の検証、を行い、以下の研究成果を得た。（１）直立中のヒトに対して、音を与えた後に傾斜外乱を与える予測外乱環境に対する応答を調べたところ、十分経験した後では、傾斜外乱前に腓腹筋の活動予測的な活動が見られる被験者と見られない被験者が表れ、いずれの被験者においても学習後に傾斜に対する重心変動が減少した。筋骨格モデルとモデル予測制御によってモデル化をし、予測的活動がどのような制御原理によって生じたのかを力学シミュレーションによって検証した。その結果、モデル予測制御による力学モデルは、ヒトの予測的な筋活動を再現できること、さらに、共収縮の大きさを変えることによって、予測的な筋活動が見られる制御と見られない制御の両方を説明できることを示した。（２）姿勢制御関わる小脳領域である小脳虫部の局所領域に吸引除去及び薬理学的な処理の２つの方法で障害を与え、光刺激を与えた後に傾斜外乱を与える予測外乱環境に対する学習を調べた。その結果、いずれの方法で障害を与えた個体においても小脳虫部の障害によって学習曲線が有意に下がることが示された（学術雑誌に投稿中）。

人类和动物通过直立或行走时预测其未来的自我状态来产生行动。预测操作的产生需要基于身体内部模型的预测。内部模型是代表您自己运动的模型，并且该生物了解了该模型。在这项研究中，为了阐明这种姿势控制和运动控制中的预测控制系统的原理，对预测控制系统的学习模型的研究以及内部模型以及在神经系统中预测控制机制的原理动物中的动物。今年（1）（1）通过（1）中的机械模型评估（1）遭受障碍的机械模型，（2）验证与无预测的大鼠对被小脑损害的大鼠测试相关的小脑区域，这是以下研究结果。（1）对直立的人类的非包容性干扰进行了检查，并在非斜度干扰的情况下进行检查，并且在充分体验后，在倾向之前就可以看到胃肌活动的活动。，学习后的重心斜坡上的重心减少。用肌肉骨骼模型和模型预测对照建模，并通过机械模拟对哪种控制原理引起预测活性来验证机械模拟。结果，可以在人类的预测肌肉活动中再现模型预测性控制的机械模型，并且通过改变收缩幅度来控制预测肌肉活性。（2）学习不可预测的破坏，其中涉及小脑的小脑区域是通过两种方法获得的：抽吸去除和药物处理，并在给出光刺激后。结果，结果表明，由于任何方法（在学术杂志）中，小脑部分的残疾，学习曲线明显降低。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Quantitative evaluation of posture control in rats with inferior olive lesions.

DOI：
10.1038/s41598-021-99785-w
发表时间：
2021-10-13
期刊：
Scientific reports
影响因子：
4.6
作者：
Funato T;Sato Y;Sato Y;Fujiki S;Aoi S;Tsuchiya K;Yanagihara D
通讯作者：
Yanagihara D

Modelling Posture Control to Predictable Perturbation in Rats

模拟大鼠可预测扰动的姿势控制

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuma Matsuki;Akira Konosu;Akihiro Fujita;Tetsuro Funato;Dai Yanagihara
通讯作者：
Dai Yanagihara

特集関節間トレードオフシナジー解析と関節間協調性

特色：关节间权衡、协同分析和关节间协调

DOI：
10.11477/mf.1551203046
发表时间：
2023
期刊：
理学療法ジャーナル
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi Takafumi;Usami Naoto;Misumi Kei;Toyokura Atsushi;Higo Akio;Ono Shimpei;Hwang Gilgueng;Larrieu Guilhem;Ikeuchi Yoshiho;Tixier-Mita Agnes;Saito Ken;Levi Timothee;Mita Yoshio;舩戸徹郎
通讯作者：
舩戸徹郎

予測的姿勢制御における小脳虫部の役割

小脑蚓部在预期姿势控制中的作用