医工芸連携

研究の目的

私は、藝術文化の進化と持続可能性の実現を目指し，音楽を愛する全ての人が、より豊かな表現（Creativity）を創造し続けられる社会を生み出すことに取り組んでいます．

創造的な表現を生み出すためには，その妨げとなる“心身の拘束”を取り除くことが不可欠と考え，医工芸連携により，アーティストの熟達支援と故障問題の解決のためのトランスレーショナル研究に取り組んでいます．

研究内容

アーティストの創造的な表現を生み出すためには，藝術教育と身体教育が不可欠です．

藝術教育は，主に感性や知識を育むもので，美学や音楽学，西洋音楽史など，そのための学問は確立されており，それに基づく藝術教育は芸術大学や音楽大学などで教えられています．

身体教育は，生体の機能と技能を高め，心身のトラブルを回避する教育です．アーティストへの身体教育は十分なエビデンス（証拠）に基づいて行われておらず，間違った努力により潜在的な能力を最大限発揮できずに苦しんだり，ジストニアや腱鞘炎など身体を傷めるアーティストは，今なお後を絶ちません．

創造性を発揮するボトルネックは身体教育の不足と，それを支える学問体系の未確立であると考え，音楽家をサポートする「音楽医科学」という新しい学術領域の研究・教育基盤の整備に取り組んでいます．

さらに，音楽家や音楽演奏についての研究を通して，巧みさや不自由さを生み出す脳の可塑性の仕組みを解明することも目指しています．

研究アプローチ

熟達支援と故障問題解決のためのアプローチとして，「脳と身体の動作原理の理解による，道具・人工物の最適な利活用」に取り組んでいます．

バイオフィードバックや非侵襲脳刺激装置といった道具や人工物は，熟達支援やリハビリテーションのための強力なツールとなります．しかし，単にそれらを使用するだけでは，道具の恩恵を最大に受けることはできません．

例えば，非侵襲脳刺激を用いた音楽家のニューロリハビリテーションは，刺激装置を単に使用するだけでは効果はありません．しかし，「両手指を動かす際に，左右の脳が運動情報をやり取りしている」という脳の動作原理を活用し，両手指を用いた運動訓練と非侵襲脳刺激を組み合わせることで，症状の低減の実現に成功しました（Nature Japanに紹介記事）．

このように，脳と身体の働きを神経科学や実験心理学を通して理解し，生体医工学やロボット工学の技術を活用して開発した道具・人工物を「最適な方法で」利活用することで，熟達やリハビリの効果を最大化し，研究と開発の相乗効果を生み出すことによって，エキスパートの限界突破の実現を目指します．

研究姿勢

音楽家としての視点と問題意識に基づき，アーティストが「できないことができるようになる喜び」を生み出すことを，目標とします．

さらに，神経科学や工学，心理学といった学術領域に，新しい知見や概念，手法を提供する学術意義の創出に挑戦しています．特に，エキスパートの脳神経系や筋骨格系は，一般と異なる特徴を持つため，熟練したアーティストの研究成果は，生体の持つ可能性を理解する稀有な情報を提供します．

研究の例

＜音楽演奏の感覚運動制御・学習＞

 音楽演奏の高度なスキルとその習得・熟達のメカニズムを解明する

  • 脳と身体の効率を最大にして演奏する身体の使い方とは？
  • 超絶技巧を獲得するための練習方法とは？　
  • 音の様々な表現を自在に操作するためには、身体をどう使えば良いか？
  • 演奏中に音を聴いたり，タッチを感じる役割とは？ 
    https://www.jst.go.jp/pr/info/info1383/index.html
  • 超高速度で演奏するには、身体をどう使い，鍛えれば良いか？ 
  • 手指を巧みに動かす脳と身体のメカニズムは？ 
    ※背後にある学術的興味
  • 脳が冗長な自由度を持つ運動器を制御するメカニズムの解明（自由度問題，最適制御，シナジー）
  • 過剰訓練と脳神経系の可塑性・メタ可塑性の相互作用のメカニズムの解明
  • 感覚フィードバックが連続動作の制御に果たす役割の解明
  • 聴覚情報や体性感覚情報と運動情報の統合（多感覚統合）に関わる神経機構の解明

＜音楽演奏のバイオメカニクス・予防医学・ニューロリハビリテーション＞

 演奏・練習が引き起こし得る脳と身体の問題を解決する　

  • 局所性ジストニアの機能回復訓練法や治療法は？
  • 局所性ジストニアや振戦（ふるえ）の病態や脳神経メカニズムとは？
  • 音量やタッチ、テンポを変えると、身体にかかる負荷はどう変化するか？
  • 弾き方・奏法を変えると、筋肉が受ける負荷はどう変わるか？
  • 楽器の練習により，どれだけ多くの人が身体を傷めているのか？
  • 演奏による故障発症の危険因子（リスクファクター）は？予防法は？

上記の問いに答えるべく、神経科学や身体運動学，生体医工学などの考え方や研究手法を柔軟に用いて、実験・調査研究・開発を行っております．得られた成果を演奏・教育の現場や社会へ還元するため、学術論文の執筆や，国内外の音楽大学での講義や講演等の様々なアウトリーチ活動を行います．

研究手法

目的に応じて、以下の計測・解析手法や実験計画法を組み合わせて、研究を進めます．

  • 動作分析（モーションキャプチャ，データグローブ）、筋電図（EMG）、非侵襲脳刺激法（tDCS，TMS）、末梢神経刺激、脳波，fMRI, 心理物理，調査紙，コンピュータ・シミュレーション
  • 順動力学・逆動力学（剛体リンクモデルをはじめとする身体動作の力学モデリング）
  • 多変量解析・機械学習（PCA, ICA、NMF, 判別分析、クラスタ分析、LASSOやRidge回帰，モンテカルロ法）
  • ハードウェア制御（LabVIEWやJAVAを用いたピアノの演奏音の実時間制御，力場発生鍵盤の制御，センサ駆動による閉ループ型TMSの制御）
  • プログラミング（MATLAB, LabVIEW, R, Fortran，Python）
  • ハードウェア開発（手指外骨格ロボットExoskeleton，技能のコツの可視化システム，生体計測センシングシステム，力覚評価・訓練デバイス，高機能データグローブ，超絶技巧のバイオフィードバックシステム）



主な共同研究者

        現在
    • ラボメンバー
    • Eckart Altenmuller　先生（ハノーファー音楽演劇大学　音楽生理学・音楽家医学研究所　教授・所長）
    • Michael Nitsche 先生（ライプニッツ研究所　所長）
    • Walter Paulus 先生（ゲッティンゲン大学　医学部　教授）
    • Andre Lee 先生（ミュンヘン工科大学　医学部　神経内科　医師）
    • 長田　典子　先生（関西学院大学　理工学部　教授）
    • 片寄　晴弘　先生（関西学院大学　理工学部　教授）
    • 森勢　将雅　先生（明治大学　准教授）
    • 花川　隆　先生（国立精神・神経医療研究センター　部長）
    • 上原　一将　先生（生理学研究所　助教）
    • 北　佳保里　先生（千葉大学　工学部　助教）
    • 坂本　崇　先生（国立精神・神経医療研究センター　神経内科　部長）
        これまで
    • John Soechting 先生（ミネソタ大学　神経科学部　名誉教授）　
    • Martha Flanders 先生（ミネソタ大学　神経科学部　名誉教授）
    • Sara Winges　先生（ノーザンコロラド大学　スポーツ＆エクササイズサイエンス学部　助教授）
    • Christos Ioannou 先生（ハノーファー音楽演劇大学　研究員）
    • 宮崎　文夫　先生（大阪大学　基礎工学部　名誉教授）および宮崎研卒業生の富永  健太  博士

    ハノーファー音大　音楽生理学・音楽家医学研究所の仲間たちと（2012年）

    主な学会・研究会活動

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    I sincerely appreciate all collaborators and participants in  my researches.