道具使用の熟達過程における運動学的変化が明らかに　－リハビリ・義手・VR環境などの応用を見据えて－

　静岡大学情報学部の板口典弘助教は、物体に手を伸ばす運動を検討することによって、道具使用の熟達過程において生じる運動学的変化を明らかにしました。これまで、手などの身体を使用する際と道具を使用する際では、物を掴むなど同じ動作をしたとしても、その運動学的特徴が大きく異なることが知られていました。この違いから、脳内での身体動作に関する処理と道具使用動作に関する処理は異なるものであると考えられてきました。しかしながら一方で、私たちは使い慣れた道具を“身体のように”感じ、操ることができます。このような“道具の身体化”メカニズムを明らかにするために、本研究で、モノを掴む動作を運動学的に検討しました。実験の結果、道具使用の習熟につれて協調的な運動が実現されるようになり、道具先端の動きも指のような動きに近づいていくことが明らかとなりました。この結果、脳内における身体と道具の運動制御原理は根本的に同じであることを示唆します。学習による到達把持運動の変化を速度・精度の観点から考慮し解析した研究は世界初です。本研究成果は、脳内の計算メカニズム解明だけでなく、脳損傷患者への効率的なリハビリ提案、使いやすい義手・遠隔操作ロボット・ヴァーチャルリアリティ環境の開発など、幅広い社会応用が期待されます。

　本研究成果は、米国のAmerican Physiological Societyの発行する科学ジャーナル「Journal of Neurophysiology」に2020年4月22日にオンラインで先行掲載されました。


【ポイント】
・“道具と身体”の関係を運動学的に検討した
・道具使用の習熟によって、身体を使用するような運動制御が獲得されることを明らかにした
・学習による到達把持運動の変化を速度・精度の観点から考慮し、解析した研究は世界初である
・脳損傷患者への効率的なリハビリ提案、使いやすい義手・遠隔操作ロボット・ヴァーチャルリアリティ環境への開発など、
　幅広い社会応用が期待される


【研究背景】
これまで、手などの身体を使用する際と道具を使用する際では、物を掴むなど同じ動作をしたとしても、その運動学的特徴が大きく異なることが知られていました。この違いから、脳内での身体動作に関する処理と道具使用動作に関する処理は異なるものであると考えられてきました。しかしながら一方で、私たちは使い慣れた道具を“身体のように”感じ、操ることができます。
このような“道具の身体化”は知覚の側面において多く研究されてきましたが、運動制御の側面についての研究は多くはありません。また、“道具の身体化という概念は、そもそも身体と道具を独立のものと仮定していますが、この仮定が妥当かどうかも不明です。そこで本研究は、道具と身体に関する運動制御メカニズムを明らかにするために、道具でも身体でも実行可能な“モノを掴む動作”に着目し、その特徴を運動学的に検討しました。


【研究の方法と成果】
本研究では全部で3つの実験がおこなわれました。実験では、はさみ状の新規な道具（図1）を使用した到達把持運動（物体に対して手を伸ばす運動）を対象に、異なる熟達度・要求精度における運動学的特徴を検討しました。具体的には、道具使用の学習につれて身体（手）に近い運動が実現されるのか（実験1）、およびそもそも何が道具使用特有の運動学的特徴を生むのか（実験2・3）を調べました。