米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）人类信息研究部[研究部主任Masaaki Mochimaru]身体适应支持工程研究小组研究小组组长井野英和，金子英和，筑波大学系统信息系首席研究员，长谷川泰久副教授（现任名古屋大学教授，筑波大学客座教授），国立大学法人大阪大学与前沿研究生院田村浩副教授生物科学及其他运动辅助装置的运动功能支持效果响应行为通过导致感觉运动学习我们已经证明我们可以干预这一过程。
人们对运动辅助装置在康复中的使用期望越来越高，但很难稳定残疾程度并验证辅助运动功能的效果机制。另一方面，之前已知老鼠和人类一样，可以学习对不同刺激的正确反应行为。
这次我们将使用我们迄今为止开发的老鼠学习实验装置。执行器，我们可以强制触发响应运动，并建立了实验模型来验证运动辅助装置的有效性。使用健康大鼠使用该实验模型进行的实验结果发现，当使用导致错误反应行为的干预时，比使用导致正确反应的反应行为花费更少的时间来学习正确的反应行为。这个型号脑梗塞偏瘫利用神经科学知识，阐明使用大鼠运动辅助装置进行康复过程的神经机制神经康复（神经康复）预计将为技术进步做出贡献。这项研究的详细信息于 2017 年 1 月 12 日发表在一份国际期刊上学习与行为
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新开发的大鼠学习实验装置
强制执行器做出响应动作。 |
近年来，人们对采用机器人技术的运动辅助装置的康复技术的期望不断提高。然而，对于人类来说，很难保持恒定的残疾水平和训练动机，因此很难验证其有效性。通过使用实验动物，可以创建具有良好再现性的受损区域，并仅评估训练方法的有效性。然而，迄今为止，还没有可以使用容易大量获得的小动物（例如大鼠）来评估运动辅助装置的效果的动物实验模型。
AIST 作为神经康复技术研发的一部分机器人康复为了推进技术进步，我们迄今为止开发了一种学习实验模型，可以评估脑梗塞偏瘫大鼠身体机能的左右差异。这表明在老鼠身上可以观察到与人类相同的认知行为特征。此外，我们还进行了与运动辅助装置的效果相关的研究，获得的数据表明，在要求健康大鼠和脑梗塞偏瘫大鼠选择正确反应的任务中，可以通过在患者即将做出反应的时刻强制诱发反应运动来干预学习过程并促进学习。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会 (JSPS)“科学研究补助金 JP22500495、JP26350648”和全球 COE 计划“控制网络：人类、机器和信息系统的融合”的支持。
本次使用的大鼠学习实验装置中，大鼠同时按下前方左右两个杠杆后，空气随机喷射到左前肢或右前肢上（气动刺激）。如果你抬起对应于对刺激的正确反应的前肢并将其从杠杆上释放，你将获得奖励，而如果你从杠杆上抬起相反的前肢，这将是一个错误的反应，你将不会获得奖励。这次，我们进行了一个实验，其中正确答案是接受刺激一侧的前肢，以及一个正确答案是没有接受刺激一侧前肢的实验。该实验装置配备了执行器，可以通过用力抬起前肢触发响应运动来干预学习。该设备可以被认为是一种运动辅助设备，并且可以研究其对学习的影响。另外，由于能够任意变更致动器的驱动定时，因此也能够变更介入的定时。
在这个学习实验中，老鼠通过添加干预措施来学习，迫使它们在施加气动刺激后一定时间后做出反应。我们通过改变干预侧（正确回答侧和错误回答侧）的前肢来调查干预的时机和正确回答侧前肢学习所需的天数。请注意，本实验使用的是健康大鼠。
这些实验揭示了以下内容。首先，错误率的降低和反应时间的变化取决于干预本身及其时机，这表明学习可能会受到强迫反应行为的影响。此外，如图 1 所示，导致导致错误答案的行动的干预措施比导致产生正确答案的行动的干预措施所需的学习时间更短。此外，在学习开始后第4天和第5天，比较了大鼠的错误率和反应时间方面的干预效果。当大鼠即将自发反应时（气动刺激后200至300毫秒），由错误反应一侧的前肢执行器强制做出反应时，干预在促进学习、降低错误率和缩短反应时间方面更有效（图2）。
这些结果与之前的假设不同，即“通过逐步移动来教学生正确的动作可能对学习有效。”
图1 强制诱导反应行为差异对学习所需天数的影响
在横轴所示的天数内能够学习的老鼠的百分比以百分比形式显示。 |
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图2 由于干预时机的不同而导致的错误率(A) 和反应时间(B) 的差异
通过更改正确答案侧（刺激侧或相反侧）开始学习后 4 天和 5 天的结果。 |
该结果是使用运动辅助设备获得的反射路径增加了神经元活动。如图 3 所示，大鼠在图 3B 中的运动方式与正常反应运动（图 3A）在外观上相似。然而，在实验中，当响应动作是强制错误答案时，学习就会得到促进（图3C）。在正常反应动作A和导致错误答案的强迫反应动作C中，前肢推动杠杆的力的大小（图3中的●和○）的位置关系是相同的，并且被认为通过反应动作而活动增加的脊髓运动神经（图3中的α）连接到相同的肌肉。这样，导致错误答案的强制反应动作C产生与正常反应动作A相同的杠杆压紧力感觉，并且通过反射通路的脊髓运动神经活动的变化与正常反应动作时随意运动引起的神经活动相似。因此，认为当触发导致错误答案的响应动作时，学习得到促进。
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| 图 3 在正常和强迫反应运动中考虑的杠杆压力感觉以及通过反射通路的脊髓运动神经活动的变化（例如，抬起右前肢是正确的反应运动） |
| (A) 当右前肢抬起并释放控制杆时。 (B) 当右前肢被强行抬起时。 (C) 当左前肢被强行抬起时。杠杆按压力较强的，在前肢尖端用“●”表示，较弱的，用“○”表示。另外，将被认为通过反应运动而活性增加的脊髓运动神经用“α”表示。蓝色箭头表示执行器驱动杠杆的运动。 |
从目前的结果来看，认为通过外力诱导期望的身体运动不是有效的，而是诱导产生期望的身体运动的神经系统活动有效。人们还认为，效果因时间而异。这些发现将有助于未来基于神经科学知识的神经康复技术的研究。然而，目前诱导不正确运动的干预方法不能直接应用于运动辅助装置，因此需要进一步的研究。
今后，我们将研究检测伴随大鼠反应运动的运动命令的时序以及与该时序同步驱动运动辅助装置的效果。我们还将验证是否可以在脑损伤模型动物中以同样的方式干预学习。此外，我们将同时测量神经系统活动，以阐明学习促进效果背后的机制。通过这些努力，我们的目标是利用神经科学知识，为应用机器人技术的神经康复技术做出贡献。