姿勢制御系におけるスティフネス調節機構の解析

姿态控制系统刚度调节机构分析

基本信息

批准号：
09750469
负责人：
藤田欣也
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Iwate University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750469/
关键词：
生体工学姿勢制御直立姿勢伸張反射スティフネス弾性計測

项目摘要

人間は,力学的に不安定な直立姿勢を視覚や前庭覚などの情報に基づくフィードバック制御によって姿勢の安定化を行っているが,姿勢の安定性を左右する要素には,収縮レベルに比例して増加する筋の粘弾性と,外力によって関節を受動的に動作させたときに生じる伸張反射,が存在する。これら3者の間には,何らかの機能分担がおこなわれているものと考えられるが,従来は個別に計測することが不可能であったため,その調節機構は不明であった.本研究では,われわれが開発した高速機械外乱発生装置を用いて,姿勢制御中の足関節にステップ状の回転外乱を加え,そのときの反力と足関節角度を計測し,その経時変化波形の伸張反射発生以前から,足関節粘弾性を,以降から伸張反射感度を,個別に推定するシステムを開発し,バイオメカニズム学会に論文投稿した.粘弾性の計測に関する実験では,開眼,閉眼なと視覚条件を変えて健常者実験を行ったところ,頭部搭載型ディスプレイを用いて開眼で視覚刺激を与えたときには,姿勢情報が得られない閉眼と同等の条件であるにもかかわらず,閉眼よりも姿勢安定性が高いことが確認され,日本ME学会に論文投稿した.また,立位中の粘弾性と伸張反射の計測は,本研究が最初に成功例である.実験結果からは,両脚立位では伸張反射の寄与率が高く,片脚立位では粘弾性の寄与率が高くなること,また両者の総和としての周波数特性が,相補的変化によって,ほぼ一定に保たれていること,などが明らかになり,計測自動制御学会に論文投稿した.

人类通过基于视觉和前庭意义等信息的反馈控制来机械不稳定的直立姿势来稳定姿势，但是影响姿势稳定性的因素包括肌肉的粘弹性，这与收缩水平成比例地增加，以及当关节被外部部队驱动时发生的延伸反射。人们认为，这三方之间已经共享了某种功能，但是过去不可能单独测量，因此调整机制是未知的。在这项研究中，使用我们开发的高速机械障碍发生器，我们在姿势控制过程中对踝关节应用了阶梯式旋转干扰，当时测量了脚踝粘合的脚踝粘弹性，甚至在时间流动波形之前，还从脚踝关节中估算了脚踝粘弹性，并为生物机能提供了脚步形式。在测量粘弹性的实验中，我们改变了睁开眼睛和闭眼的视觉条件，并能够维持健康的个体。进行了实验，尽管使用头部安装的显示器睁开眼睛施加了视觉刺激，但已证实该病情与闭眼相媲美，这无法获得姿势信息，但是姿势稳定性比闭眼的眼睛高。这项研究是在站立位置测量粘弹性和扩展反射的第一个成功示例。实验结果表明，两个梯度位置的扩展反射的贡献都很高，而粘弹性的贡献在单个梯子位置较高，并且由于互补的变化，两者的频率特征几乎保持恒定，并且该论文对测量和自动控制学会征服了论文。