2019年 | プレスリリース?研究成果
陆上と水中を自在に动き回るムカデから学ぶ柔软な「身のこなし方」
【概要】
东北大学电気通信研究所の石黒章夫教授、加納剛史准教授、安井浩太郎氏（博士後期課程，日本学術振興会特別研究員）、スイス連邦工科大学ローザンヌ校のAuke J. Ijspeert教授、オタワ大学のEmily M. Standen准教授、北海道大学電子科学研究所の青沼仁志准教授の研究グループは、ムカデが陸上と水中を行き来する際の「身のこなし方」に着目することで、環境に適応して「理にかなった」運動パターン注１を生み出す制御のメカニズムを解明しました。
一般に动物は，环境に応じた运动パターンを柔软に生み出すことで、様々な环境下を自在に动き回ることができます。その中でも特に兴味深いのは、陆上では复数の脚を协调させて歩き、水中では胴体をくねらせて泳ぐという振る舞いです（以下、この振る舞いを「水陆両用ロコモーション注２」と呼びます）。身体をうまく活用し质的に异なる环境に见事に适応する水陆両用ロコモーションは、ある种のトカゲや鱼など，多くの动物种に见られます。ところが、この水陆両用ロコモーションがどのような制御のからくりで実现されているのか、これまで不明でした。
この问题解决のため、本研究ではトビズムカデの水陆両用ロコモーションに着目しました。トビズムカデは、地上では复数の脚の运动を协调させながら歩きますが、水中では脚を折りたたみ、ヘビのように胴体をくねらせながら泳ぎます（図１）。トビズムカデは、同じ构造を持つ体节が一次元状に长く连なった身体构造をしており、歩行?游泳间の迁移の様子を観察しやすいという利点があります。また、神経を部分的に切断するなどの侵袭を伴う実験も比较的に容易に行えます。そのため，水陆両用ロコモーションのからくりを探る上で非常に适したモデル生物だと言えます。
本研究ではまず、トビズムカデが陆上と水中を行き来する际に歩行?游泳间の迁移がどのように起こるかを観察しました。また、胴体の中央付近で神経を切断した际に运动パターンがどのように変化するかも観察しました。これらの行动観察结果から、「脳からの运动指令が头侧から尾侧に顺に伝わるが、ある脚が地面から力を受けると、头侧から伝わってきた指令を上书きして歩行运动になる」という伝言ゲームのような制御のメカニズム（図２）が存在することが示唆されました。このメカニズムを数式で表现し、シミュレーションにより行动観察结果を再现することに成功しました。
この成果は、动物が环境に応じて柔软に运动パターンを切り替えるメカニズムの解明につながると期待されます。また、地上でも水中でも自在に动き回れる、环境踏破能力の高いロボットの実现にもつながると期待されます。
本研究成果は、2019年12月2日（日本時間１９時００分）に英国の科学誌Scientific Reports電子版に掲載されました。
図1：歩行と游泳の切り替わりの様子。水中（各写真左侧）では脚を折りたたみ，胴体をくねらせながら进むが，陆地（各写真右侧）に进むにつれ，复数の脚を协调させて动くようになる。
図2：行动観察から示唆された制御のからくり。身体の各部位ごとに，「歩行」か「游泳」のどちらかを选択できるようになっている。脳から「游泳」の指令が下されると，その指令は伝言ゲームのように头侧から尾侧に伝わっていく。ところが，ある脚の足先が地面につくと，その部位の指令が「歩行」に上书きされ，以降「歩行」の指令が伝わっていく。
【用语説明】
注１ 運動パターン：「歩く」「泳ぐ」などの移动様式のこと。
注２ ロコモーション：动物が様々な运动パターンを用いて移动すること。
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问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学电気通信研究所
教授 石黒章夫
罢贰尝：022-217-5464
贰-尘补颈濒：颈蝉丑颈驳耻谤辞*谤颈别肠.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関すること）
东北大学电気通信研究所総務係
罢贰尝：022-217-5420
贵础齿：022-217-5426
贰-尘补颈濒：蝉辞尘耻*谤颈别肠.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）