脚を失った昆虫は歩行中の筋収缩リズムを変えて适応する！?脚からの感覚フィードバックが脚间协调运动の键?

2021年1月15日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【発表のポイント】

コオロギの脚切断前后の足并み（脚の运动）と筋活动^*1の変化を计测
健常个体では通常の歩行时は左右反対位相^*2で活动する中脚の筋収缩のリズムが、脚切断时は左右同位相^*2の活动に変化することが明らかになった
脚に存在する感覚器^*3からの感覚フィードバック^*4が脚间协调运动^*5生成の键

【概要】

昆虫は、外敌に袭われたり事故などで脚を失って身体の特性が変化したり、环境が変化したりすることに対して、柔软に足并みを変化させることで歩行を続ける适応能力を有しています。この能力を解明することは、生物学に资するのみならず、昆虫のような高い适応能力を有するロボットの开発にも繋がります。

东北大学工学研究科大脇大（おおわきだい）准教授、北海道大学電子科学研究所青沼仁志（あおぬまひとし）准教授、大阪大学大学院工学研究科杉本靖博（すぎもとやすひろ）准教授、东北大学電気通信研究所石黒章夫（いしぐろあきお）教授らの研究グループは、コオロギを使って歩行中の脚の運動と筋活動を計測し、中脚の筋収縮のリズムが、脚の切断前後で、左右反対位相から左右同位相に変化することを明らかにしました。この結果は、(1) 左右同相同期の筋収縮リズムを生成する神経回路の存在、(2) 脚に存在する感覚器からの感覚フィードバックにより同相同期パターンが上書きされ、通常歩行時の左右反対位相のリズムが生成される、ことが示唆されます。

本研究成果は、2021年1月14日に英国の科学誌Scientific Reports電子版に掲載されました。

図１：脚切断前后の歩行と筋活动の変化。
上：健常个体の歩行。下：左右の中脚切断时。左：歩行パターン。右：左右の中脚の筋活动。歩容は、トライポッドに近い歩容（尝贵-搁惭-尝贬と搁贵-尝惭-搁贬で交互に接地）から脚切断后にトロットに近い歩容（尝贵-搁贬と搁贵-尝贬が交互に接地）に変化。筋活动は、脚の运动（右図の色涂りが接地期间）と同様に左右反対位相で筋収缩していたのに対して、脚切断后は左右同位相の筋収缩リズムに変化。

【用语解説】

*1　筋活动：运动を生成する际の筋肉の活动。筋肉が収缩する际の筋繊维の活动电位（筋电図）を计测することによって测定できる。

*2 反対位相、同位相：本研究での位相とは、脚の運動のタイミング、筋活動のタイミングと同意。同じタイミングで筋が活動することを同位相。歩行1周期中の半周期タイミングがずれて活動する場合を反対位相（あるいは逆位相）という。

*3 感覚器：動物の身体に存在する器官で、外部環境や体内の様々な物理的あるいは化学的な信号を刺激として受容する器官。視覚、聴覚、味覚、嗅覚、触覚など。

*4 感覚フィードバック：感覚器からの入力信号に基づき、効果器（運動器）への出力を調整する仕組み。

*5 脚間協調運動：多脚動物における脚の間の協調運動。ヒト（二脚）、四足哺乳類（四脚）、昆虫（六脚）などの脚式移動動物は、それぞれの脚間の運動を協調させることで、状況に応じた歩行パターンを生成している。

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