冗長大自由度を有する身体運動の制御を簡略化する神経システムの解明

阐明通过冗余大自由度简化身体运动控制的神经系统

基本信息

批准号：
16J04573
负责人：
萩生翔大
金额：
$ 2.83万
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

脳は膨大な数の骨格筋の活動をどのようにして制御しているのであろうか．この問いについて明らかにすることが，本研究の最大の目的である．研究目的を達成するために，昨年度は以下の研究を実施した．ヒトは身体外部の環境の変化や使用する道具の変化に応じて運動を修正している．しかし，変化するのは身体外部の環境だけではない．成長や加齢といった長期間の変化から，筋肥大や筋損傷，もしくは筋疲労などの短期間の変化に至るまで，我々の身体は日々変化している．本研究では，このような身体内部の変化に対する運動学習として，短期的に骨格筋の動力学的変化が生じる筋疲労に対して運動がどのように修正されるのかについて明らかにした．実験を実施するにあたって，まず，骨格筋電流刺激を用いた新奇な実験方法を開発した．骨格筋に高周波の電流刺激を与えると，短時間で急激に筋が疲労することが知られている．そこで，高周波の電流刺激を用いて一つの筋を急激に疲労させ，その結果生じる運動の誤差を修正するために，筋活動がどのように修正されていくのかについて調べた．5分間の電流刺激によって受動的に誘発された力は最大値の20%程度まで減少した．電気刺激の前後で水平面上左方向への等尺性力発揮を行ったところ，刺激後，力発揮方向に誤差が生じ，徐々に運動が修正された．また，理論的には，１つの筋が疲労した際，その筋のみの活動を大きくすれば誤差の修正は可能である．しかし実際には，関与する複数の筋の活動を微調整することによって運動を修正していることが明らかとなった．これらの結果から，筋疲労という，身体内部の動力学的変化に対して，疲労した筋以外の複数の筋で力発揮を補正し合いながら運動を修正しているということが明らかとなった．

大脑如何控制大量的骨骼肌？澄清这个问题是这项研究的最大目的。去年，进行了以下研究以实现研究目的。人类根据身体外部的变化以及所使用的工具的变化来修改其运动。但是，不仅是外部环境改变。从长期变化（例如生长和衰老）到短期变化，例如肌肉肥大，肌肉损伤或肌肉疲劳，我们的身体每天都在变化。在这项研究中，我们阐明了如何修改运动以使体内这种变化的运动学习，以使肌肉疲劳在短期内导致骨骼肌动态。在进行实验时，我们首先使用骨骼肌电流刺激开发了一种新的实验方法。众所周知，骨骼肌的高频电流刺激会在短时间内迅速疲倦。因此，我们研究了如何校正肌肉活性，以使一个肌肉使用高频率电流刺激使一个肌肉急剧疲劳，并解决导致的运动误差。被动触发的力是由于5分钟的电流刺激降低到最大值的约20％。在水平表面的水平表面进行电刺激后，在力方向上执行误差，并在刺激后逐渐改变运动。从理论上讲，当一种肌肉疲倦时，只能通过增加肌肉的活性来纠正错误。但是，据揭示了该练习是通过涉及多个肌肉活动来修改的。这些结果表明，除了肌肉疲劳，身体内部动态变化以及疲倦的肌肉以外的多个肌肉外，校正功率时进行了校正。