人の姿勢はこれから起こる乱れにどのように備えているのか? 重力を活用した姿勢調整が自然に現れる予測的姿勢制御の仕組みを解明

2026-05-12 電気通信大学

舩戸徹郎准教授らの研究グループは、人が将来起こる姿勢の乱れを予測し、重力を利用して効率的に姿勢を調整する「予測的姿勢制御」の仕組みを解明した。床が傾く前に重心を前方へ移動させる際、通常は後方へ身体を引く腓腹筋が活動するという一見矛盾した現象に着目し、ヒト実験と筋骨格シミュレーションを実施した。その結果、人はまず筋活動を一時的に弱めることで重力に従って身体を前傾させ、重心を自然に前方へ移動させていることが判明した。その後、腓腹筋の活動によって姿勢を安定化していた。さらに、この制御は「モデル予測制御」により再現可能であり、人の姿勢制御が将来の身体状態を予測しながら最適な運動を選択する高度な仕組みに基づくことが示された。本成果は、転倒予防や神経疾患リハビリテーション、人間らしい動きを実現するロボット制御技術への応用が期待される。

人の姿勢はこれから起こる乱れにどのように備えているのか? 重力を活用した姿勢調整が自然に現れる予測的姿勢制御の仕組みを解明

図1:研究概要図。(a) ヒト実験の概要。直立中の被験者に合図後、床傾斜外乱を与えると、外乱前に重心の前進と腓腹筋活動が見られた。(b) 数理モデル・シミュレーションの概要。筋骨格モデルとモデル予測制御を組み合わせた力学シミュレーションにより、ヒトで観察された予測期間の重心前進と腓腹筋活動が再現された。

<関連情報>

予測的な姿勢制御は、運動準備のための予測的かつ最適化された戦略から生じる Anticipatory postural control emerges from a predictive and optimized strategy for movement preparation

Tetsuro Funato,Miho Ogawa,Akira Konosu & Dai Yanagihara

Communications Biology  Published:06 April 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-026-10016-2

Abstract

Humans shift their center of mass (COM) forward before predictable backward floor tilts. This anticipatory movement is accompanied by selective activation of the gastrocnemius muscle (GC), which produces backward torque at the ankle even as the body moves forward. The control mechanism underlying this coordination between forward COM motion and GC activation remains unclear. Here we investigate whether such behavior can be explained within a predictive optimal control framework. In experiments with auditory cues, anticipatory COM shift and GC activation were observed, representing a use of a backward-acting muscle during forward movement. We then developed a musculoskeletal simulation model governed by model predictive control (MPC), which reproduced these patterns. The simulation suggests the body shifts forward by leveraging gravity, while GC activation stabilizes the ankle and prevents collapse. These findings indicate that anticipatory postural responses may result from optimizing predicted future states using internal models that incorporate gravitational dynamics for efficient motor preparation.

0103機械力学・制御
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