Achieving bipedal locomotion by using instability: Exploring the origin of human bipedalism

利用不稳定性实现双足运动：探索人类双足行走的起源

基本信息

批准号：
20H00229
负责人：
青井伸也
金额：
$ 28.79万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和3年度も昨年度に引き続き、神経生理学、進化人類学・生体力学、システム工学、力学系理論を基盤とする研究グループが共同して、研究目的の遂行に向けて研究を推進した。特に、無拘束なニホンザルの二足歩行時と四足歩行時に一次運動野・下肢領域から単一神経細胞活動を記録し、それぞれの歩容時の細胞活動様式を比較した。その結果、二足歩行では歩行周期中の着地相、特に両脚支持期に発射頻度のピーク値を示す細胞が有意に増加することが明らかになった。この結果より、ニホンザルの一次運動野は歩行の遂行において、支持脚の間での円滑な重心の受け渡しに寄与することが示唆された。さらに、昨年度に無拘束なニホンザルの四足歩行時と二足歩行時のそれぞれで計測した筋電図を、非負値行列因子分解を用いて同定した時間パターンと空間パターンを四足歩行時と二足歩行時で比較し、それぞれの歩容に共通する時間パターンや空間パターン、それぞれの歩容に特異な時間パターンや空間パターンを調べた。その結果、ニホンザルの四足歩行と二足歩行の運動制御にかかわる筋シナジーの詳細な時空間構造が明らかになった。そして、この筋電図の筋シナジー解析より明らかにした時間パターンと空間パターンを参考にして昨年度に構築したニホンザルの神経筋骨格モデルの動力学シミュレーションにおいて、パラメータ最適化の計算手法を用いることで、四足歩行から二足歩行への安定な歩容遷移を成功させた。

继去年之后，2021年，基于神经生理学、进化人类学/生物力学、系统工程和动力系统理论的研究小组合作推进研究，以实现研究目标。特别是，在不受约束的日本猕猴双足和四足行走期间，记录了初级运动皮层和下肢区域的单个神经元活动，并比较了每种步态期间的细胞活动模式。结果显示，在双足行走过程中，在步态周期的着陆阶段，特别是在双足支撑阶段，显示峰值放电频率的细胞数量显着增加。这些结果表明，日本猕猴的初级运动皮层有助于行走时支撑腿之间重心的平稳转移。此外，我们使用非负矩阵分解来识别不受约束的日本猕猴在四足行走和双足行走期间的肌电图，我们比较了行走时的两种步态，并研究了每种步态所共有的时间和空间模式以及时间。以及每种步态独特的空间模式。结果，揭示了日本猕猴四足和双足运动控制中肌肉协同作用的详细时空结构。然后，参考肌电图肌肉协同分析揭示的时间和空间模式，在去年构建的日本猕猴神经肌肉骨骼模型的动态模拟中使用参数优化计算方法，成功实现了稳定的步态过渡从四足步行到双足步行。

项目成果

期刊论文数量（49）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

質量中心位置の前後非対称性がバウンド歩容に及ぼす効果の動力学解析

质心位置前后不对称对弹跳步态影响的动力学分析

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
山田卓生;安達真永;上村知也;早川智洋;青井伸也;土屋和雄;松野文俊
通讯作者：
松野文俊

Body torsional flexibility effects on stability during trotting and pacing based on a simple analytical model

基于简单分析模型的身体扭转灵活性对小跑和踱步期间稳定性的影响

DOI：
10.1088/1748-3190/ab968d
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
3.4
作者：
M. Adachi;S. Aoi;T. Kamimura;K. Tsuchiya;F. Matsuno
通讯作者：
F. Matsuno

Fractal mechanism of basin of attraction in passive dynamic walking

被动动态行走中吸引力盆地的分形机制

DOI：
10.1088/1748-3190/ab9283
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
3.4
作者：
Okamoto Kota;Aoi Shinya;Obayashi Ippei;Kokubu Hiroshi;Senda Kei;Tsuchiya Kazuo
通讯作者：
Tsuchiya Kazuo

足踏み動作の力学解析－垂直床反力パターンの解析－

步进运动的力学分析 - 垂直地面反作用力模式分析 -