| 講演名 | 2018-01-19 リズム運動における位相リセット制御機構の数理解析 中田 一紀(広島市大), 三浦 佳二(関西学院大), |
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| 抄録(和) | リズム運動における位相リセット制御の機能的役割が着目されている．位相リセット制御とは，リズム運動中に摂動を与えることによって周期運動の位相をシフトさせて，それによりたとえば不安定状態から安定状態への速やかな遷移を促すことで動的安定性を実現するものである．位相リセット制御における位相シフトを定量的に評価するものとして，位相反応曲線（PRC）がある．先行研究において，歩行運動において位相リセットを最適化するPRCは双峰性となることが示されており，強化学習によって獲得されたPRCの双峰性はヒトの計測実験によって観測された結果とも定性的に一致している．本研究では，なぜこのようなPRCの双峰性が生じるのか，数理的な視点から考察する．まず，対称性を持つ Bohoffer-Van der Pol 振動子モデルと位相興奮性素子モデルをリズム運動を司るCentral Pattern Generator（CPG）のモデルとして考える．次に，それぞれの CPG 制御器と制御対象となるジョイントアクチュエータからなるフィードバックシステムを構成し，それぞれの位相応答特性を数値的に求めたうえで比較する．さらに，PRCの解析解を近似的に求め，系統的に調べることで，双峰性のPRCを生じる条件について議論する． |
| 抄録(英) | Recently, possible functional roles of the phase resetting control during rhythmic movements have attracted much attention. The phase resetting control is a control mechanism, in which the phase shift of periodic movement is induced depending on the timing of a given perturbation, leading to dynamical stability, such as a rapid transition from an unstable state to a stable state in rhythmic movement. The phase response curve (PRC) is known to quantitatively evaluate the phase shift in the phase resetting control. It has been demonstrated that an optimal PRC for bipedal walking becomes bimodal, and the PRCs acquired by simulated reinforcement learning are qualitatively consistent with measured results obtained from experiments. In this study, we consider how such characteristics are obtained from a mathematical point of view. First, we assumed a symmetric Bohoffer-Van der Pol oscillator and a phase excitable element known as an active rotator as a model of Central Pattern Generator for controlling rhythmic movements. Second, we constructed feedback control systems by combining them with joint actuators. Next, we numerically computed PRCs of such systems and compared the resulting PRCs. Furthermore, we calculated analytical solutions of the PRCs approximately. Based on the results, we investigated the parameter dependence of the analytical PRCs systematically. Finally, we will discuss requirements for realizing an optimal PRC for rhythmic movements. |
| キーワード(和) | リズム運動 / 移動運動 / Central Pattern Generator（CPG）モデル / 位相リセット制御 / 位相反応曲線 |
| キーワード(英) | Rhythmic Movements / Locomotion / Central Pattern Generator（CPG）Model / Phase Resetting Control / Phase Response Curve (PRC) |
| 資料番号 | MSS2017-72,SS2017-59 |
| 発行日 | 2018-01-11 (MSS, SS) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | SS / MSS |
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| 開催期間 | 2018/1/18(から2日開催) |
| 開催地（和） | 広島市立大学サテライトキャンパス |
| 開催地（英） | |
| テーマ（和） | |
| テーマ（英） | |
| 委員長氏名（和） | 緒方 和博(北陸先端大) / 名嘉村 盛和(琉球大) |
| 委員長氏名（英） | Kazuhiro Ogata(JAIST) / Morikazu Nakamura(Univ. of Ryukyus) |
| 副委員長氏名（和） | 中田 明夫(広島市大) / 髙井 重昌(阪大) |
| 副委員長氏名（英） | Akio Nakata(Hiroshima City Univ.) / Shigemasa Takai(Osaka Univ.) |
| 幹事氏名（和） | 小林 隆志(東工大) / 肥後 芳樹(阪大) / 豊嶋 伊知郎(東芝エネルギーシステムズ) / 金澤 尚史(阪大) |
| 幹事氏名（英） | Takashi Kobayashi(Tokyo Inst. of Tech.) / Yoshiki Higo(Osaka Univ.) / Ichiro Toyoshima(Toshiba) / Takahumi Kanazawa(Osaka Univ.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 島 和之(広島市大) / 金城 秀樹(沖縄大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Kazuyuki Shima(Hiroshima City Univ.) / Hideki Kinjo(Okinawa Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Software Science / Technical Committee on Mathematical Systems Science and its applications |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | リズム運動における位相リセット制御機構の数理解析 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Mathematical Analysis of Phase Resetting Control Mechanism during Rhythmic Movements |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | リズム運動 / Rhythmic Movements |
| キーワード(2)（和/英） | 移動運動 / Locomotion |
| キーワード(3)（和/英） | Central Pattern Generator（CPG）モデル / Central Pattern Generator（CPG）Model |
| キーワード(4)（和/英） | 位相リセット制御 / Phase Resetting Control |
| キーワード(5)（和/英） | 位相反応曲線 / Phase Response Curve (PRC) |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 中田 一紀 / Kazuki Nakada |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 広島市立大学(略称：広島市大) Hiroshima City University(略称：Hiroshima City Univ.) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 三浦 佳二 / Keiji Miura |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 関西学院大学(略称：関西学院大) Kwansei Gakuin University(略称：Kwansei Gakuin Univ.) |
| 発表年月日 | 2018-01-19 |
| 資料番号 | MSS2017-72,SS2017-59 |
| 巻番号（vol） | vol.117 |
| 号番号（no） | MSS-380,SS-381 |
| ページ範囲 | pp.143-148(MSS), pp.143-148(SS), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2018-01-11 (MSS, SS) |