ネコの歩容遷移・適応の感覚-運動レベルでの構成論的理解

- 脊髄ネコモデルの検証 -

【文献】古殿, 木村: ``ネコの歩容遷 移・適応の感覚-運動レベルでの構成論的理解 -脊髄モデルの検証-''，自律分散システムシンポジウム, 2A3-2, 2023 (PDF)

【概要】脊髄ネコモデルを構成して後二脚・脊髄ネコの通常ベルト・トレッドミル上歩容遷移(Grillner 1980)とスプリットベルト・トレッドミ ル上歩容適応(Frigon 2017)を力学シミュレーションにより再現した

• 脊髄ネコのトレッドミル上・後二脚・歩容遷移の 動 画 (.mp4 24M, 音声あり)
• 出典：S. Grillner: ``Spinal Cat Movie (1980),'' The basal ganglia and brainstem locomotor control, E. Garcia-Rill eds., 1989.
• 文献：H. Forssberg, S. Grillner, J. Halbertsma and S. Rossignol: ``The locomotion of the low spinal cat. II. Interlimb coordination,'' Acta Physiol. Scand., vol.108, pp.283--295, 1980. [doi:10.1111/j.1748-1716.1980.tb06534.x]
• 脊髄ネコモデルを用いたトレッドミル上・後二脚・歩行-走行・歩容遷移 シミュレーションの 動 画 (.mp4 1.3M)
• 後二脚モデルは「小鉄」の物理量を参考にして作成
• 上記「脊髄ネコのトレッドミル上ロコモーション」を模擬するために，力学モデルを胴体上部で拘束
• 前後&上下方向並進：スプリング-ダンパで拘束，鉛直(Yaw)軸周りの回転：完全拘束
• それ以外の3自由度(ROLL&PITCH軸周り回転，左右方向並進)はすべて自由(拘束なし)
• トレッドミル上歩行：トレッドミルはWEBOTSのTrackを用いて速度を指定
• 最初はベルト速度：0.15(m/s)，時刻7(s)にベルト速度：0.30(m/s)に増加した．結果，歩行から走行への歩容遷移が発現した
• 左右逆位相から同位相への歩容遷移は今後の課題

• 脊髄ネコモデル(with responses)を用いた後二脚split-beltトレッドミル上 歩容適応シミュレーション
• 左後脚の1ステップサイクル中に右後脚は2回ステップする (double stepsと呼んでいる)
• 下記「脊髄ネコのスプリットベルトトレッドミル上ロコモーション」を模擬するために，力学モデルを胴体上部で拘束
• 前後方向並進とROLL&PITCH軸周り回転：スプリング-ダンパで拘束，鉛直(Yaw)軸周りの回転：完全拘束
• それ以外の2自由度(左右&上下方向並進)は自由(拘束なし)
• 動 画：double steps (.mp4 1.5M) ：左ベルト速度：0.05(m/s) & 右ベルト速度：0.25(m/s) & 速度比：5 (速 度比: fast-belt speed/slow-belt speed)
• 動 画：single stepからdouble steps への遷移 (.mp4 3.8M) ：左ベルト速度：0.05(m/s)，時 刻6(s)に速度比が1.2から2.5に増加した
• 以下の文献ではtriple stepsも観察されている
• A. Frigon, et al.: ``Left-right coordination from simple to extreme conditions during split-belt locomotion in the chronic spinal adult cat,'' J. Physiol., vol.595, no.1, pp.341--361, 2017.