神経・筋骨格モデル
Neuro-musculoskeletal Model
神経・筋骨格モデル
GaitSim CPG3D
GaitSim CPG3Dは、計算論的神経科学に基づく神経系の数理モデルと、バイオメカニクスに基づく身体レベルの筋骨格系モデルを統合した神経・筋骨格モデルです。モデルを用いた動力学シミュレーションにより、ヒトの歩行運動を再現します。 ヒト運動計測では実施困難な神経制御系と身体力学系の相互作用関係の調査など、歩行機能を実現する神経筋骨格系の数理構造を明らかにします。
類似の動力学モデルと比較して、神経振動子によるリズム発生機構(CPG)を考慮し,完全3次元(3D)モデルとなっていること(故にGaitSim CPG3D)、さらに歩行の運動規範に基づくパラメータ最適化の仕組みも含まれていることが特徴です。
解析例
本モデルでは基本的に通常の定常歩行をコンピュータ上で再現します。さらに、モデルを発展させることにより、ランニング動作や義足歩行などの動作シミュレーションを行うこともできます。
股義足歩行
中殿筋・筋力低下
(トレンデレンブルグ歩行)
ランニング動作(6m/s)
スポーツ義足による走り幅跳び
下腿義足歩行
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GaitSim CPG3Dについての文献
湯本良輔,長谷和徳,吉川輝,金承革,3次元神経筋骨格モデルを用いた脳性麻痺児の歩行シミュレーション,日本機械学会論文集,87(904), 21-00111, 2021
長谷和徳,的場斗吾,吉川輝,金承革,痙縮を再現する神経筋骨格モデル,バイオメカニズム,25, 179-193, 2020
Hase Kazunori, Yokoi Takashi, Computer simulation study of human locomotion with a three-dimensional entire-body neuro-musculo-skeletal model : IV. simulation of running motion and its transition process, JSME international journal. Series C, Mechanical systems, machine elements and manufacturing, 45(4), 1065-1072, 2002
Hase Kazunori, Obuchi Shuichi, Computer simulation study of human locomotion with a three-dimensional entire-body neuro-musculo-skeletal model : III. simulation of pathological walking and its application to rehabilitation engineering, JSME international journal. Series C, Mechanical systems, machine elements and manufacturing, 45(4), 1058-1064, 2002
Hase Kazunori, Nobutoshi Yamazaki, Computer simulation study of human locomotion with a three-dimensional entire-body neuro-musculo-skeletal model (I. Acquisition of normal walking), JSME international journal. Series C, Mechanical systems, machine elements and manufacturing, 45(4), 1040-1050, 2002