行動科学・神経科学・計算論の融合的アプローチによる身体運動の統一理論モデルの構築

利用行为科学、神经科学和计算理论的融合方法建立统一的身体运动理论模型

基本信息

批准号：
17J02601
负责人：
林拓志
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

カップに手を伸ばすときなど、ヒトは運動距離があらかじめ決まっていても、どのくらいのスピード(運動速度)で、どのくらいの時間(運動時間)動かすか、は決まっていない場合がある。つまり、運動距離が決定していたとしても、どのような運動を実行するかは一意に定まらない冗長な問題である。従来の研究では、脳はエネルギーや報酬を最適にする動作を選択していると示されている。しかし、一定の運動距離において、一方(e.g., 運動速度)が決まれば、他方(e.g., 運動速度)が決まるため、脳がどちらを決定しているかは明らかではない。そこで、本研究では、運動学習課題を利用し、脳が運動速度と運動時間のどちらを決定しているのか明らかにする。被験者はマニピュランダムを握り、手の位置を反映した画面上のカーソルを、画面上のターゲットまで動かす腕到達運動課題を対象に実験を行った。この時、運動中のカーソル位置は表示せず、最終地点のみを表示させることで、被験者は最終位置を適切にターゲットに合わせることを目指す。画面上のターゲットの距離を7cm, 10cm, 13cmに設定すると、被験者は運動速度および運動時間を変化させることが明らかとなった。続けて、ターゲットの距離を10cm に固定したまま、カーソルの表示位置を徐々に変化するカーソルシフト外乱に適応させた。カーソルが実際の位置より3cm 遠くに表示されるように変換を加えた場合、運動距離を7cmにしなければならない。カーソルが実際の位置より3cm 近くに表示されるように変換を加えた場合、運動距離を13cmにしなければならない。運動適応の結果、運動速度は運動距離と同じように変化しているのに対して、運動時間は常に一定であることが明らかとなった。これらの結果から、運動速度と運動時間の両者のうち、運動速度は適応変化しやすく運動時間は適応変化しにくいことが明らかとなった。

例如，当人伸手拿杯子时，即使预先确定了移动距离，也存在未确定速度（移动速度）和时间长度（移动持续时间）的情况。换句话说，即使确定了移动距离，也存在无法唯一地确定要执行的移动类型的多余问题。先前的研究表明，大脑会选择能够优化能量和奖励的行为。然而，对于给定的移动距离，如果确定了一个（例如移动速度），则另一个（例如移动速度）也确定了，因此尚不清楚哪一个是由大脑确定的。因此，在这项研究中，我们将通过一项运动学习任务来阐明是大脑决定运动速度还是运动持续时间。受试者手持操作器并执行手臂伸展运动任务，在该任务中，他们在屏幕上移动光标，该光标反映了他们的手到屏幕上目标的位置。此时，不显示移动过程中的光标位置，而仅显示最终点，以便受试者能够瞄准将最终位置与目标正确对准。结果显示，当与屏幕上目标的距离设置为 7 厘米、10 厘米和 13 厘米时，受试者会改变他们的移动速度和移动时间。接下来，在保持与目标的距离固定为10cm的同时，使光标的显示位置适应逐渐变化的光标移动扰动。如果进行变换使光标看起来比实际位置远 3 厘米，则必须将光标移动到 7 厘米的距离。如果应用变换使光标看起来离其实际位置更近 3 厘米，则移动距离必须为 13 厘米。作为运动适应的结果，很明显，移动速度与移动距离的变化方式相同，而移动时间保持不变。这些结果表明，在运动速度和运动时间中，运动速度自适应变化的可能性更大，而运动时间自适应变化的可能性较小。