共同研究・競争的資金等の研究 - 塗木　淳夫

運動記憶を忘却する神経基盤の解明－忘却が誘う運動学習イノベーションー

研究課題/領域番号：24K02847  2024年4月 - 2028年3月

日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：18460000円 （ 直接経費：14200000円 、 間接経費：4260000円 ）

睡眠時と覚醒時の一日をサポートするヘルスケアツールの開発

2023年4月 - 2025年3月

鹿児島市  鹿児島市新産業創出支援事業 

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資金種別：産学連携による資金

経頭蓋磁気刺激、末梢刺激、ロボットによる重度上肢麻痺の治療法と回復指標の開発

研究課題/領域番号：22K11449  2022年4月 - 2025年3月

日本学術振興会  科学研究費補助金  基盤研究(C)

衛藤 誠二 ,高橋 恭平,下堂薗 恵, 塗木 淳夫, 河村 健太郎, 丸山 敦夫

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：4030000円 （ 直接経費：3100000円 、 間接経費：930000円 ）

運動前ストレッチ器具介護予防器具の商品開発と効果検証によるヘルスケア市場の販路開拓

2022年4月 - 2023年3月

鹿児島県  サービス業販路開拓・生産性向上支援事業 

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資金種別：産学連携による資金

アスリートのクローズド・オープンスキルに関する新たな評価システムの開発研究

研究課題/領域番号：21H03323  2021年4月 - 2026年3月

日本学術振興会  科学研究費補助金  基盤研究(B)

塗木 淳夫, 高橋 恭平, 佐藤 大輔

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担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

配分額：17160000円 （ 直接経費：13200000円 、 間接経費：3960000円 ）

アスリートのオープンスキルとクローズドスキルの評価に用いる運動の協調能力に着目した新システムを開発し、競技特性による協調力・予測力の違いを運動学-神経生理学的に解明することを目的とする。仮想・拡張現実・ハプティック技術を活用したシステムがアスリートの評価に有用であることが明らかになれば、運動スキルにあったアスリート発掘やアスリートの特徴抽出に活用できるようになる。アスリートが育成される道筋における、発掘＝入口の「選択の機会と場」を提供できるか、が非常に大切である。その方法として、将来性豊かなタレントやアスリートを科学的に分析し、競技の専門的（技術・戦術）能力や心理的スキル、生理学的特性等を見極めることが重要である。協調力や相手の心理状態を読むといったタレントの評価は、コーチの目による主観的なものによって行われているのが現状である。
令和3年度は、触力覚技術を活用した協調作業が可能な運動スキル評価用システム構築を目指した。その結果、触力覚、視覚、聴覚を提示可能な触力覚システムを利用し、予測力・協調力を調べることのできる運動スキル評価用タスクを作成することができた。触力覚技術を活用した3人で協調作業ができる手首回り作業空間システムである。次に、ヘッドマウントディスプレイによる仮想空間と触力覚ディバイスとの時間・空間的な同期と統合を試みたが、次年度につながる基本システムを構築することができた。さらに、磁気刺激装置を用いた運動野興奮・抑制機能評価実験の基礎システムの構築にも取り掛かることができた。

皮質－基底核ループの抑制機能を高め、技能定着を促進する運動学習パラダイムの開発

研究課題/領域番号：21H03310   2021年4月 - 2025年3月

科学研究費補助金  科学研究費補助金  基盤研究(B)

佐藤大輔

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：17680000円 （ 直接経費：13600000円 、 間接経費：4080000円 ）

マイコン、センサ、モータを駆使して世界で自分だけのピタゴラスイッチ！！

研究課題/領域番号：21HT0192  2021年4月 - 2022年3月

科学研究費補助金   研究成果公開促進費（B）  研究成果公開促進費（B）ひらめき☆ときめきサイエンス～ようこそ大学の研究室へ～KAKENHI

塗木淳夫

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担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

配分額：490000円 （ 直接経費：490000円 ）

リハビリテーション分野とスポーツ科学分野への応用を目指した仮想現実(VR)技術と触覚提示技術を使った新たな手法の開発研究

2020年12月 - 2021年3月

鹿児島大学  鹿児島大学異分野融合研究プロジェクト創出研究助成事業  研究推進型

塗木淳夫、衛藤誠二、髙橋恭平、髙橋恭平

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担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

配分額：1000000円 （ 直接経費：1000000円 ）

色や素材のもたらす心理物理学的評価の測定機器開発及び商品開発手法の確立

2019年10月 - 2021年3月

鹿児島市  鹿児島市新産業創出支援事業 

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色や素材の感触の心理物理学的評価可能な測定機器を開発し、人体工学、過去のデータ、経験、勘、等のみで選定されていた事項に数値的な根拠を与え、選定できる手法を確立する。

他者とのつながりが高齢者を元気にする事ができるか？：共同行為中の脳活性に着眼して

研究課題/領域番号：18K18459  2018年6月 - 2021年3月

日本学術振興会  科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)  挑戦的研究(萌芽)

塗木 淳夫, 濱田 雅, 衛藤 誠二

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配分額：6240000円 （ 直接経費：4800000円 、 間接経費：1440000円 ）

本研究は、ネットワークを介した共同作業が脳の活性化に効果がある事を神経生理学的に解明することを目的とする。具体的には、今後飛躍的に発展する可能性のあるヒューマンインターフェイスの一つである触力覚提示装置を用い、ネットワークを介した遠隔地同士での環境を模擬した共同作業の実験を行う。この時の脳活動活性の状態を、脳全体の状況（脳波）と運動野の活動状態（経頭蓋磁気刺激法）によって評価し、新技術活用が他者とのつながりを強くすることを明らかにする。
本研究で高速インターネットや仮想・拡張現実などの技術が認知症予防に有効であることが明らかになれば、元気で働くことのできる高齢者が増加し、支える社会負担の減少により活力ある社会の創出実現へとつながることが期待される。
本研究の目的を達成するために、本年度は以下の研究を行った。
触力覚、視覚、聴覚を提示可能な触力覚・3D-VRシステムを利用し、マルチモーダルな情報処理特性を調べる事の出来る、共同行為課題システムの開発を行った。2指（親指、人差し指）で行う物体把持システムを改良し、物体の立体視が可能で、実際の物体に触っているかの様な感覚も得る事が出来た。さらに、指の発揮力や位置座標も正確に計測する事が出来た。また、同一作業空間における共同行為課題とテレコミュニケーション（異なる作業場所）における共同行為課題の違いを調査するための実験システムの構築に取り掛かることが出来た。

神経シナプス可塑性の反応variabilityが運動学習の個人差を規定するか？

研究課題/領域番号：18H03170  2018年4月 - 2021年3月

日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

丸山 敦夫, 佐藤 大輔, 山代 幸哉, 濱田 雅, 塗木 淳夫, 衛藤 誠二

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配分額：17550000円 （ 直接経費：13500000円 、 間接経費：4050000円 ）

運動学習技能習熟（適応型および連続型学習成績）の個人差は、単発経頭蓋磁気刺激（TMS）による大脳運動野錐体神経（LM）や介在神経(AP)で誘発される運動誘発電位（MEPAP-LM）潜時差および二連発TMS法で評価した運動学習後の神経シナプス可塑性（運動野皮質内抑制(SICI）反応差に起因するかを検討した。研究成果として、MEPAP-LM潜時差および運動学習後のSICI反応差が存在し、神経可塑性の反応差は個人のMEPAP-LM潜時差と密接に関連することが指摘された。これら脳神経系への磁気刺激や運動学習による神経シナプス可塑性の個別反応差が運動学習の成績個人差を左右する可能性が示唆された。

認知症早期診断のための身体運動・体性感覚評価システムの開発研究

研究課題/領域番号：15H03055  2015年4月 - 2019年3月

日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

塗木 淳夫, 山之上 卓, 高橋 恭平, 末吉 靖宏, 濱田 雅, 衛藤 誠二

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配分額：16640000円 （ 直接経費：12800000円 、 間接経費：3840000円 ）

超高齢社会において、高齢者の早期認知症診断を目指した身体運動・体性感覚評価法の開発を進めることは重要である。本研究は、認知症リスク判定装置・ソフトウェアを設計した。このシステムによって、能動・受動的運動制御の特性について計測できた。運動調節の特性や、運動調節時の脳活動を確認することができる。また、視線検出システムを用いて、正常者並びに神経疾患患者のサッケード特徴についても計測することが出来た。早期の認知症リスクのサッケードなどの特徴抽出を行うための基礎データを得ることが出来た。

運動技能習熟強化のための筋疲労の活用とその神経生理学的意義

研究課題/領域番号：26282168  2014年4月 - 2017年3月

日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

丸山 敦夫, 山代 幸哉, 塗木 淳夫, 佐藤 大輔, 濱田 雅

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配分額：16380000円 （ 直接経費：12600000円 、 間接経費：3780000円 ）

本研究は運動技能習熟強化のための筋疲労の活用とその神経生理学的意義を明らかにした．課題1では大脳高次運動野の神経ネットワークの運動前野背側（PMd），補足運動野（SMA）と後頭頂葉（PPC）と第一運動野（M1）のそれぞれの連結に及ぼす筋疲労の影響は，PMd，SMAの興奮性低下がM1皮質内抑制を低下させたが，PPCからM1への影響は見られなかった．課題２では運動野皮質内抑制低下からみた至適筋疲労後10分の回復時に適応的および連続的運動学習行わせた結果，両学習で作業成績が向上することが明らかになり，筋疲労は運動技能の習熟強化に貢献することが示唆された．

触力覚提示装置を用いた運動競技者と神経系疾患者の身体感覚の計測

研究課題/領域番号：25560298  2013年4月 - 2015年3月

日本学術振興会  科学研究費補助金  挑戦的萌芽研究

塗木 淳夫

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担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）


フォースマッチング課題によって感覚の減衰を評価することで、統合失調症患者や心因性ジストニア患者の特徴抽出が可能なことが知られているが、手の指の感覚の減衰による測定しか行われていない。そこで我々は、足の指も測定できる検査・診断システムの開発し、正常人ならびにサッカー選手の足の指の感覚の減衰を測定し、違いがある事を明らかにした。これらの結果より、足に関する神経疾患の測定などが今後期待される。

触覚と3次元仮想空間を利用した運動学習における視覚と運動感覚の役割の解明

研究課題/領域番号：23700608  2011年4月 - 2012年3月

日本学術振興会  科学研究費補助金  若手研究(B)

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担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）

視覚的運動予測と触覚的運動予測に基づく運動予測の特徴を明らかにするために、脳活動を混乱させる非侵襲性手技である経頭蓋磁気刺激法(TMS)、触覚提示ロボット(把持力計測:GF)、バーチャル3次元空間を用いて研究を行った。その結果、視覚情報と運動学習・機能を研究するために有用で斬新な3Dバーチャル触力覚提示システムを開発することに成功した。さらに、開発したシステムを用いて、視覚的運動予測に基づく運動学習における運動皮質の興奮活動と運動力学的な把持運動の特性に関する基礎的な知見を得ることができた。

メラノプシンを含む神経節細胞の非視覚系および視覚系への寄与の解明

研究課題/領域番号：570247  2009年4月 - 2012年3月

日本学術振興会  科学研究費補助金  基盤研究(C)

辻村 誠一、塗木 淳夫、湯ノ口 万友、森田 健

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：5070000円 （ 直接経費：3900000円 、 間接経費：1170000円 ）

先行研究で用いた多原色光源刺激装置を改良し、メラノプシン神経節細胞の非撮像系経路および撮像系経路への寄与について調べた。非撮像系経路については、定常光および非定常光に対する瞳孔反応に関するメラノプシン神経節細胞の機能的役割についてその寄与を明らかにした。成果は論文にまとめ、学術雑誌に掲載された。撮像系経路については、成果を論文にまとめ、2012年6月に専門誌に掲載される予定である。

筋疲労回復を目指した温熱磁気刺激装置の開発

研究課題/領域番号：21500518  2009年4月 - 2011年3月

日本学術振興会   科学研究費補助金  基盤研究(C)

湯ノ口 万友、辻村 誠一 、塗木 淳夫

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）

近年、有訴者の症状で肩こりや腰痛は上位を占めるけれども、医療機関を受診する頻度は極端に低い現状である。そのため、申請者らはこの点に注目して、手軽に行える温熱と磁気刺激を組み込んだ筋疲労回復装置の開発を試みた。そして、筋疲労に対する温熱磁気刺激の回復効果を明確にすることを目指し、その結果、試作した温熱磁気刺激装置により、筋疲労の回復を促進させることが出来ることを確認した。測定には血流量、最大発揮筋力、皮膚温度および積分筋電図などのパラメータを用いた。温熱磁気刺激により血流量、最大発揮筋力、皮膚温度は増加傾向あり、一方積分筋電図の増加は抑制された。これらの結果は、温熱磁気刺激が筋疲労回復に有効であることを示唆している。これらの成果は、2編の論文と、7件の口頭発表にまとめた。

二重経頭蓋磁気刺激法による運動前野・運動野の興奮性と運動観察の基礎的研究

研究課題/領域番号：21650154  2009年4月 - 2010年3月

日本学術振興会  科学研究費補助金  挑戦的萌芽研究

丸山 敦夫、前田 雅人 、塗夫 淳夫

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：3200000円 （ 直接経費：3200000円 ）


本研究は、実戦的な動作の運動観察や模倣が、運動技能獲得にいかに重要なのかを脳神経科学の面から明らかにすることである。特に、二重経頭蓋磁気刺激法(TMS)を用いて運動観察が初心者の運動技術獲得に重要であるかを腹側運動前野と運動野の興奮性から検討した。2年間の研究から以下のことが明らかになった。
1) 投球動作観察においては、野球経験者の視線距離は未熟練者より短く、注視時間は顕著に長かった。野球経験者は投動作に対する視線軌跡に順序性が見られ動作の観察のための注視時間が長かった。しかし、未熟練者では動作の追従性が見られず視線距離も長く動作を熟視する時間が短いことが示された。2) 野球経験者の動作観察時には皮質内抑制はコントロール値より脱抑制し運動観察が熟練者の運動野の興奮性を変えたことが示された。未熟練者には皮質内抑制の低下を確認することができなかった。投動作観察中、腹側運動前野と運動野の抑制は野球経験者では低下する傾向にあったが未熟練者にはなかった。このことからミラーニューロンを多く持つ腹側運動前野と運動野の連携で起こる熟練者の抑制は動作観察中に低下するという傾向が示され、観察中に運動野の興奮性を変える可能性が見られた。しかし、腹側運動前野への刺激ポイントの同定が人によって異なり難しく、より明確に二重刺激による腹側運動前野から運動野への連携を見出すためにはMRIの活用などによる個人の同定法を開発する必要があると考える。
以上の点から運動技能獲得のためには運動観察や模倣の重要性を明らかにしようと試みた。その結果かなりの成果を得て研究の目的を達成する結果に近づいたが、いくつかの問題点も明らかになった。それは二つのTMSコイルを用いた腹側運動前野刺激ポイントの同定を明確にする手段を考えるには、今後より充実した実験環境を整えて研究を進める必要がある点である。

Brain mechanisms involved in conscious visual perception, object substitution masking, and the interaction between different brain regions

2008年4月 - 2008年10月

海外  研究助成 

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資金種別：競争的資金

Brain mechanisms involved in conscious visual perception, object substitution masking, and the interaction between different brain regions

in vivo計測によるラットの神経-筋を用いたパルス磁気刺激の影響に関する研究

2006年4月 - 2008年3月

その他機関  研究助成金 

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資金種別：競争的資金

in vivo計測によるラットの神経-筋を用いたパルス磁気刺激の影響に関する研究