3次元筋骨格モデルに基づくニホンザル精密把握動作の生体力学的解析

Biomechanical analysis of precision grip in the Japanese macaque based on a three-dimensional musculoskeletal model.

  • 齋藤 剛 (慶應義塾大学)
  • 荻原 直道
  • 武井 智彦 (国立精神・神経医療センター神経研究所)
  • 関 和彦
  • Saito Tsuyoshi (Keio University)
  • Ogihara Naomichi
  • Takei Tomohiko (National Institute of Neuroscience)
  • Seki Kazuhiko

ニホンザルの把握運動時の脊髄神経活動・筋活動・手指の運動を同時計測・分析する試みが進められ、把握の神経制御機構に関わる多くの神経生理学的知見が蓄積されつつある。しかし、把握運動は神経系と手部筋骨格系の相互作用により織りなされる複雑な力学的現象であり、そのメカニズムの解明には、3次元筋骨格モデルに基づく生体力学的解析も重要な意味を持つと考えられる。そこで本研究では、解剖学的に精密なニホンザルの手部筋骨格モデルを構築し、ニホンザル精密把握動作を生体力学的に解析することを試みた。手部筋骨格系は、ニホンザル屍体手部のCT連続断層画像に基づいて20節からなる直鎖剛体リンクとしてモデル化した。筋は起始点から停止点を結ぶ線分としてモデル化し、最大筋力は生理学的断面積より定めた。把握運動の計測は、母指と示指で2本のレバーを把握する課題を訓練したニホンザル1個体を対象に行った。計4台のビデオカメラを用いて同期撮影した画像から手指の関節点位置をデジタイズし、手指の3次元運動を算出した。そして、計測した運動データとレバー反力を、構築した筋骨格モデルに入力することで、仮想空間内にニホンザルの把握運動を再現した。これに基づいて、計測した把握運動を実現するために各筋が発揮すべき筋張力を逆動力学的に推定し、すでに報告されている筋電図記録と比較した。その結果、両者はほぼ一致した傾向を示し、筋骨格モデルに基づく生体力学的解析の妥当性が示唆された。
Last-modified: 2012-12-18 (火) 15:56:32