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本研究プログラムにおける中心研究者(山海嘉之)が『サイバニクス』技術を駆使した最先端人支援技術研究を推進する上で必要な研究テーマをそれぞれの分野の先生に加わっていただき、推進しています。

生理指標・認知神経基盤に基づく下肢動作・歩行支援制御法に関する研究

鈴木 健嗣

システム情報系 准教授 (サイバニクス研究センター、知能機能システム専攻・感性認知脳科学専攻(兼担))

目的

本研究では、下肢動作・歩行中の生理指標・認知神経基盤を指標とする認知神経科学的知見に基づく行動解析を利用し、特に頭部・眼球動作を始めとする装着型頭部計測装置を開発するとともに、下肢動作支援機のための新しい歩行支援制御法への応用を目指すものである。

1. 頭部動作解析に基づく歩行支援:装着型の頭部眼球運動計測及び下肢・歩行支援法の開発 これまで、慣性計測装置を利用した複数の装着型機器を開発し、頭部体幹方向の検出に関する研究を行って来た。3次元モーションキャプチャによる精度検証を行ってきた。また、実証実験で利用可能な距離画像センサ、及び装着型デバイスによる眼電位(EOG)による視線方向検出に関する研究も行っている。

2. 生理・認知的基盤に基づく歩行支援:認知神経科学的知見に基づく歩行支援法の開発 これまで、モーションキャプチャを外部センサとして利用する技術の開発を行って来た。慣性計測装置を含めて歩行計測を行うとともに、これら歩行運動状態の視覚的なフィードバック、また実時間で外骨格ロボット(HAL)や上肢支援装置に適用する研究を行っている。また、様々な症例における臨床歩行計測に関する調査研究も行っている。

3. 認知・意識的基盤に基づく歩行回復過程の解明:機能回復メカニズムの解明 ここでは、歩行が困難な人を認知的、意識的な面から歩行可能になる事例を解析し、劇的な変化の要因を解析する。HALのような物理的な支援機やトレッドミル等を含めた効果的な機能回復を確立に向けた検討している。筋電図バイオフィードバックへの応用として、上肢・下肢の運動計測・提示が可能な着用型光提示センサスーツを開発してきた。これを、リハビリテーション支援技術として応用するための実証実験を行っている。

4. 行動予測の確度向上:首・目・全身動作による筋活動及び生理指標に基づく運動予測 ここでは、起立・着座・歩行を含んだ行動予測の確度向上を目指し、歩行支援技術への応用研究を行っている。この中で、特に健側上肢で杖を用いて患側の動作を補って歩行する歩行補助杖の利用に着目し、健常者による動作解析から下肢動作と上肢による杖動作に相関関係を見出すとともに、これをHALの操作インタフェースとして利用する研究を行っている。

5. サイバニック制御の理論体系化:自律と随意系が混在する制御理論体系化実装技術の確立 歩行支援、上肢運動支援、顔面表情表出支援など、身体機能の様々な場面で自律と随意系が混在するサイバニック制御の理論体系化が重要である。これに関する基礎研究を引き続き行う。

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