外乱に対する転倒回避動作における姿勢制御目標とその制御因子の解明

阐明响应外部干扰的避免跌倒运动的姿势控制目标及其控制因素

• 批准号: 22K17668
• 负责人: 工藤 将馬
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K17668/
• 关键词: 筋骨格シミュレーション; 転倒回避動作; ステップ動作; 転倒予防; バランス制御

日常生活で生じる様々な外乱に対応し転倒を回避するためには，「下肢によるステップ動作」によりバランスを維持・回復することが重要となる．高齢者では反射的な運動能力の低下が予想される一方で，「予期せぬ外乱に対する反射的ステップは，若年者に比べて早い」という逆転現象が見られる．しかし，その具体的なメカニズムは明らかでなく，転倒予防に効果的な介入法は確立されていない．本研究では，転倒に結びつく高齢者特有の姿勢制御メカニズムを，実験とシミュレーションの両面から解明することを目的とする．具体的には，自発的・反射的ステップにおいて（１）実験的に制御目標に介入することと，（２）異なる制御目標を設定した姿勢応答のシミュレーションを実行することで，若年者と高齢者に見られる姿勢制御方略の違いを転倒回避動作における制御目標と制御因子の観点から明らかにする．本研究の進捗はおおむね順調である．本年度の主な成果は，（１）若年者および高齢者の筋機能を表現した筋骨格モデルを構築したこと，（２）これらのモデルの検証として，椅子からの起立動作をシミュレートし，高齢者特有の起立動作方略を明らかにしたことである．具体的には，若年者モデルは，座面から臀部が離床する際に身体重心の運動量を利用した方略を取るのに対し，筋機能が低下した高齢者モデルは，その方略による起立が遂行することが出来ず，重心の安定性を重視した方略を取らざるを得ないことが明らかになった．この結果は，実験的に得られている高齢者特有の起立方略と一致しており，このモデルの妥当性を確認することが出来た．この研究成果は，本年度の7月に開催された国際学会で発表済みである．本年度の成果を踏まえ，次年度は歩行中に外乱が身体に加わった際の転倒回避動作をシミュレートし，高齢者に見られる姿勢制御方略を明らかにすることに取り組む．

为了应对日常生活中发生的各种干扰并避免跌倒，通过“下肢的迈步动作”来维持和恢复平衡非常重要。虽然预计老年人的反射运动能力会下降，但观察到了相反的现象：“对意外干扰做出反应的反射步骤比年轻人更快。”但具体机制尚不明确，尚未建立有效的预防跌倒的干预方法。本研究的目的是通过实验和模拟来阐明老年人独特的与跌倒相关的姿势控制机制。具体来说，通过（1）在自愿和反射步骤中对控制目标进行实验干预，以及（2）模拟年轻人和老年人不同控制目标的姿势反应本研究旨在阐明在避免跌倒运动中所见的姿势控制策略与控制目标和控制因素的视角。这项研究的进展总体上进展顺利。今年的主要成果是（1）构建了表达年轻人和老年人肌肉功能的肌肉骨骼模型；（2）作为对这些模型的验证，我们模拟了从椅子上站起来的运动，以及目的；这项研究的目的是阐明个人独特的站立运动策略。具体来说，年轻模型使用的策略是利用身体重心的动量将臀部从座位上抬起，而肌肉功能下降的老年模型则使用该策略来站起来，很明显我们无法做到这一点。所以，不得不采取强调重心稳定的策略。这一结果与实验得到的老年人特有的站立策略一致，验证了该模型的有效性。这项研究的结果已经在今年7月举行的国际会议上公布。根据今年的结果，明年我们将致力于模拟步行时身体受到干扰时的避免跌倒动作，并阐明老年人的姿势控制策略。

项目成果

Age-associated effect of pre-step interlimb weight shifting on rapid sidestepping is related to fall history and hip strength

迈步前肢体间重心转移对快速侧步的年龄相关效应与跌倒史和髋部力量有关

• 发表时间: 2022
• 作者: Fujimoto;M.;Kudo S.;Rogers W. M.
• 通讯作者: Rogers W. M.

Quantitative gait measurement with pulse-Doppler radar for passive in-home gait assessment.

• DOI: 10.1109/tbme.2014.2319333
• 发表时间: 2014-09
• 期刊: IEEE transactions on bio-medical engineering
• 作者: Wang F;Skubic M;Rantz M;Cuddihy PE
• 通讯作者: Cuddihy PE

Age-related differences in sit-to-stand motor strategy: a musculoskeletal computer simulation analysis

坐站运动策略与年龄相关的差异：肌肉骨骼计算机模拟分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Kudo S.;Nagano A.;Fujimoto M.
• 通讯作者: Fujimoto M.