時々刻々と変化するヒトの身体に適応した運動錯覚制御手法に関する研究

适应人体不断变化的运动错觉控制方法研究

基本信息

批准号：
22K14225
负责人：
小村啓
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、運動錯覚の“運動野を賦活させて運動機能を維持・回復させる効果”を活用し，新たなリハビリテーション技術の確立を目指すことを最終目標とする．そのため，本研究では“巧緻運動のような細かな運動感覚を運動錯覚で実現する”ことを研究目的とする．この実現のために，『腱への振動刺激の入力から運動感覚までの伝達関数を同定する』，『腱・筋の状態計測法，および運動錯覚制御法を確立する』，『視覚・触覚・運動錯覚を合わせた多感覚統合による高分解能な運動感覚提示法を確立する』ことを目指す．最終的にこれらを統合して巧緻運動に関連する運動錯覚制御技術を創出することを目指す．まず，腱振動刺激の正弦波入力から運動感覚までの伝達関数を求めるために，腱・筋・筋紡錘・運動認識の関係をモデル化する．具体的には，腱・筋・筋紡錘をバネ・マス・ダンパでモデル化し、さらに筋紡錘の単位時間あたりのインパルス発射数が認識される運動の大きさと比例すると仮定して伝達関数を求める．本研究では10名の被験者に対して運動錯覚の心理物理学実験を行う．手首の橈側手根屈筋腱をボイスコイルモータで正弦波加振し、その正弦波入力の周波数（50-100 Hz）及び加速度（50-100 m/s2）と錯覚量（手首の伸展角度と角速度）の関係から伝達関数を求めた．実験の結果，提案モデルで刺激と錯覚の関係を説明できることを明らかにした。今後は、腱・筋の状態計測法や視覚・触覚・運動錯覚の統合の研究を進める。前者に関しては、正弦波加振した際の振幅とゲインからそれぞれの身体部位の機械インピーダンスの変化を求め，時々刻々と変化する筋肉の緊張状態を伝達関数に反映し，錯覚制御システムを構築する．後者に関しては，視覚・触覚・運動感覚を違和感なく統合する仕組みを構築する．

这项研究的最终目标是利用运动错觉的“激活运动皮层以维持和恢复运动功能的作用”，建立一种新的康复技术。因此，这项研究的目的是“利用动觉错觉来实现精细运动等精细动觉”。为了实现这一目标，我们将“确定从振动刺激输入肌腱到动觉的传递函数”，“建立测量肌腱和肌肉状态的方法，以及控制运动错觉的方法， ”和“视觉、触觉，我们的目标是利用多感官整合与动觉错觉相结合，建立一种高分辨率的动觉呈现方法。最终，我们的目标是将这些整合起来，创建一种与精细运动相关的运动错觉控制技术。首先，为了找到从肌腱振动刺激的正弦输入到动觉的传递函数，我们对肌腱、肌肉、肌梭和运动识别之间的关系进行建模。具体来说，使用弹簧、质量和阻尼器对肌腱、肌肉和肌梭进行建模，并通过假设肌梭每单位时间发出的脉冲数量与感知运动的幅度成正比来计算传递函数。在这项研究中，我们对 10 名受试者进行了运动错觉的心理物理学实验。使用音圈电机通过正弦波激励手腕的桡侧腕屈肌腱，正弦波输入的频率（50-100 Hz）和加速度（50-100 m/s2）与幻觉量（测量手腕伸展角度和角速度）来求出传递函数。实验结果表明，所提出的模型可以解释刺激和幻觉之间的关系。未来，我们将继续研究测量肌腱和肌肉状况以及整合视觉、触觉和运动错觉的方法。对于前者，我们通过施加正弦波时的幅度和增益来确定每个身体部位的机械阻抗的变化，并在传递函数中反映不断变化的肌肉紧张状态，从而构建了一个错觉控制系统。对于后者，我们将构建一个无缝集成视觉、触觉和动觉的系统。