柔軟な両腕運動の制御および学習メカニズムに関する研究

双臂柔性运动控制与学习机制研究

基本信息

批准号：
10J08346
负责人：
横井惇
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08346/
关键词：
運動学習運動制御到達運動両腕運動心理物理

项目摘要

両腕運動中は、左右の腕がお互いの腕の運動による力学的影響を補償しつつ運動制御を行う必要があるが、そのために左右の運動制御系がどのように両方の腕の情報を統合して用いているかは不明であった。そこで本研究では、「両腕運動中に一方の腕の制御過程において、もう一方の腕の運動情報がどのように統合されているか」、また「左右の制御系の間の相互作用が柔軟な両腕運動の達成にどのように貢献しているのか」について明らかにすることを目的として研究を行った。前年度までの研究成果から、「制御系の構成素子は両方の腕の運動情報を乗算的に統合している」という結果を得ているが、追加解析および追加実験により「左腕に関する素子が右腕の運動情報をより正確に表現している」という興味深い結果を得た。数理モデルを用いたシミュレーションにより、「非利き腕である左腕の方が、右腕よりも柔軟に反対側の腕の影響を補償することが可能である」という、両腕運動における左腕の優位性を示唆する意外な予測が得られた。、これを実験的に検証するために、さらに20名の右利き被験者と12名の左利き被験者を対象に、両腕到達運動中の一方の腕に、反対側の腕の運動方向に応じて変化する力場を課し、どちらの腕がより速く適応可能かを調べた(実験2)。その結果、仮説通り左腕を学習に用いた被験者が有意に高い学習成績を示した。一方、左利き被験者は右利き被験者のデータと逆の傾向を示したものの、その差は有意には至らなかった。日常的感覚としては、ビンの蓋を開けるなどといった両腕動作の際の左右の手の役割分担は、右手(利き手)の機能的優位性のみを反映した結果であると思われがちであるが、本研究の結果は、むしろ左手(非利き手)の機能的優位性を反映した結果であるという反直感的事実の存在を示唆している。

在两个手臂运动过程中，左右臂有必要执行运动控制，同时补偿每个手臂运动的机械影响，但是目前尚不清楚左右运动控制系统如何整合两个臂上的信息。因此，进行这项研究的目的是阐明“在两个手臂运动过程中，在一个ARM的控制过程中如何整合另一只手臂的运动信息”和“左右控制系统之间的相互作用如何有助于实现灵活的手臂运动”。直到上一年的研究结果表明，“控制系统的组成部分繁殖了两个臂的运动信息”，但是附加的分析和其他实验产生了有趣的结果，这些结果“与左臂相关的元素更准确地表示右臂的运动信息”。使用数学模型的模拟提供了一个意外的预测，这表明两个手臂运动中左臂的优越性，这表明“左臂是一个非主导的臂，可以比右臂更灵活地补偿相对手臂的影响。”为了通过实验进行测试，我们将另外20个右手和12名左手受试者应用于一个力场，该力场会根据两臂运动过程中对面的运动方向而变化，并检查了可以更快地适应哪个臂（实验2）。结果，如上所述，使用左臂进行学习的受试者显示出明显更高的学习结果。另一方面，尽管左撇子受试者表现出与右手受试者数据相反的趋势，但差异并不显着。在日常的感觉中，通常认为在执行两种手臂运动时的左右手之间的角色分裂（例如打开瓶子的盖子）仅反映了右手的功能优势（主要手），但本研究的结果表明存在反直觉的事实，其结果反映了左手（左手）的功能优势（非义务）。