JP2019103655A - 筋緊張制御装置、筋緊張制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】四肢の筋肉の緊張状態を少数の電極で制御することを可能にし、これにより装置のコストダウンと被検者への負担を軽減することが可能な筋緊張制御装置、筋緊張制御方法、およびプログラムを提供すること。【解決手段】 咬筋および口角のそれぞれに収縮促進用電極１２ａ、および収縮抑制用電極１２ｂを装着し、前記第１電圧出力回路１１ａ、および第２電圧出力回路１１ｂからの電圧供給に応じた電圧を、当該咬筋または口角のいずれかに印加することで、これとは異なる部位である橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の２箇所の収縮強度を強めたり弱めたりと制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、四肢の筋肉の随意収縮強度を制御する筋緊張制御装置、筋緊張制御方法、およびプログラムに関する。

生体を構成する細胞一つ一つは、微弱な電気を発生しており、電圧（電流）で四肢の筋（筋肉）やその筋肉を支配する運動神経を刺激すると、当該筋肉が収縮することが知られている。

筋肉の表面に正極および負極から構成される一対の電極を装着して電圧（電流）を印加し、電気刺激を与えることで筋肉を収縮させる技術として、例えばＥＭＳ（Electrical Muscle Stimulation）技術や、ＦＥＳ（Functional Electrical Stimulation）技術がある。なお、上記印加電圧としては、例えば４０［Ｖ］程度（電流であれば１０［ｍＡ］程度）の電圧が用いられる。

これらＥＭＳ、ＦＥＳ技術は、例えば、医療の分野におけるリハビリ運動の支援、日常生活で筋肉を鍛えるために使われる他、近年では人間とコンピュータとの相互関係、および対話型操作に関する研究（以下、ＨＣＩ：Human-Computer Interaction）を進めるための手法の一つとしても注目されている。

さらに、前記技術の応用例の一つとして、スポーツ分野で選手が正しいフォームを獲得するための学習支援にも用いられている（例えば、非特許文献１または非特許文献２を参照。）。

また、筋肉の力の入れ具合、いわゆる緊張度を生体から電気的に計測する筋電センサと組み合わせて、特定の部位の筋肉の収縮強度を電気刺激で緩和させる装置も提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、ＥＭＳ技術では、例えば、制御したい対象の主動作筋（例えば、上腕二頭筋）またはその主動作筋と逆の動きをする拮抗筋（上腕二頭筋に対応する筋として上腕三角筋）の表面に電極を装着させて筋肉を収縮させる。したがって、複数の筋肉の収縮強度を同時に制御しようとする場合、その数に応じて装着させる電極数も増えてしまうという問題がある。

すなわち、例えば、両足のヒラメ筋、前脛骨筋、橈側手根屈筋、および橈側手根伸筋の随意収縮強度を制御してトレーニング支援を行う場合、対象筋肉の全てに正極および負極から構成される１対の電極を装着させる必要があり、用意する電極のコストが高くなる。なお、随意収縮とは、自己の意思又は意図に基づいた運動をいい、随意収縮強度とは、前記運動時における筋肉の収縮の強さをいう。

また、例えば、神経科学や運動科学に関する研究において、自発的な噛み締め運動は、ヒラメ筋、前脛骨筋、橈側手根屈筋、および橈側手根伸筋などの四肢の筋肉の随意収縮強度に影響を与えることが明らかになっており、例えば、噛み締め運動によってダンベルを握ったときの最大握力が増加することが報告されている（例えば、非特許文献３参照。）。

特開２００９−１２５２６３号公報

Hassan et al., "FootStriker: An EMS-based Foot Strike Assistant for Running" (2017). Tatsuno et al., "Supportive training system for sports skill acquisition based on electrical stimulation" (2017). 中禮宏等、 "噛みしめによる握力発揮特性の変化", Jpn Prosthodont Soc 46:732-737, 2002.

しかし、前記噛み締め運動に必要とする咬筋を外部から制御した場合において、当該外部からのその咬筋への制御と、四肢の筋肉の随意収縮強度と、の関係については未だ明らかになっていない。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、四肢の筋肉の緊張状態を少数の電極で制御することを可能にし、これにより装置のコストダウンと被検者への負担の軽減を図った筋緊張制御装置、筋緊張制御方法、およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る筋緊張制御装置は、四肢における制御対象となる複数の筋肉との間で筋収縮動作に係る関連性を有する部位であって、前記制御対象となる複数の筋肉より少数の部位に装着される電極と、前記電極に、前記複数の筋肉の収縮強度を促進または抑制するための刺激用電圧を印加する電圧出力回路と、前記電圧出力回路による前記電極への刺激用電圧の印加を制御する制御回路とを備える。

本発明によれば、四肢の筋肉の緊張状態を少数の電極で制御することを可能にし、これにより装置のコストダウンと被検者への負担の軽減を図ることが可能になる。

本発明の実施形態に係る筋緊張制御装置１０の電子回路の構成を示したブロック図。 前記実施形態に係る筋緊張制御装置１０の動作を示したフローチャート。 前記筋緊張制御装置１０における収縮促進用電極１２ａ、収縮抑制用電極１２ｂを、生体の咬筋および口角のそれぞれに装着させた様子を示す図。 前記筋緊張制御装置１０における筋電センサ１３によって橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の収縮強度を計測した様子を示す図。 前記筋緊張制御装置１０を用いた条件１〜条件６での実験で得られた値を、ＲＭＳ（Root Mean Square）を用いて算出し、箱ひげを用いて示した図。

以下、本発明の実施形態に係る筋緊張制御装置、筋緊張制御方法、およびプログラムについて図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る筋緊張制御装置１０の電子回路の構成を示したブロック図である。

筋緊張制御装置１０は、コンピュータとして機能する制御部（ＣＰＵ）１４を備える。

このＣＰＵ１４には、第１電圧出力回路１１ａ、第２電圧出力回路１１ｂ、筋電センサ１３およびメモリ１５が接続される。また、第１電圧出力回路１１ａを介して収縮促進用電極１２ａが接続され、第２電圧出力回路１１ｂを介して収縮抑制用電極１２ｂが接続される。

前記メモリ１５は、筋収縮制御処理プログラム１５ａのデータを格納するプログラムエリアおよび作業エリア１５ｂを備える。

つまり、筋収縮制御処理プログラム１５ａは、前記ＣＰＵ１４により作業エリア１５ｂを用いて起動・実行され、当該筋収縮制御処理プログラムに基づいたＣＰＵ１４からの制御信号に従って、回路各部の動作が制御される。

第１電圧出力回路１１ａは、前記制御信号に従い第１電圧（０［Ｖ］〜２０［Ｖ］の範囲で決定される電圧）を、筋肉の収縮を促進させる前記収縮促進用電極１２ａに供給する機能を有する。

第２電圧出力回路１１ｂは、前記制御信号に従い第２電圧（０［Ｖ］〜１５［Ｖ］の範囲で決定される電圧）を、筋肉の収縮を抑制させる前記収縮抑制用電極１２ｂに供給する機能を有する。

前記収縮促進用電極１２ａは、生体に装着可能とされ、前記第１電圧出力回路１１ａからの第１電圧に基づいて、前記生体の筋肉の収縮を促進させる部分（例えば、咬筋：咀嚼筋の１つ）に、所定の周波数を有した電圧を印加することで電気刺激を与える。

前記収縮抑制用電極１２ｂは、生体に装着可能とされ、前記第２電圧出力回路１１ｂからの第２電圧に基づいて、前記生体の筋肉の収縮を抑制させる部分（例えば、口角）に、所定の周波数を有した電圧を印加することで電気刺激を与える。

例えば、前記口角に収縮抑制用電極１２ｂを装着することで、当該口角から口腔内部に電流を流し、歯髄（筋肉）を介して歯の神経に痛みを生じさせることで前記咬筋の収縮を抑制させる。

筋電センサ１３は、収縮促進用電極１２ａ、および収縮抑制用電極１２ｂを装着する部位とは異なる、例えば腕や太もも等といった四肢の筋肉に装着され、これら腕や太もも等の筋電位（随意収縮の強度）を計測する機能を有し、当該計測した筋電位のデータをＣＰＵ１４へ出力する。

ＣＰＵ１４は、前記筋電センサ１３からの筋電位のデータを受信し、受信した筋電位のデータが、例えば予め設定したしきい値に対して高い（筋が緊張のため収縮し、理想値より力が入り過ぎている）場合には、第２電圧出力回路１１ｂに抑制を促すための制御信号を出力し、一方、予め設定したしきい値に対して低い（筋が緩み、理想値より力が入っていない）場合には、第１電圧出力回路１１ａに促進を促すための制御信号を出力する機能を有する。

前記メモリ１５内に設けられた作業エリア１５ｂは、前記筋電センサ１３の計測により得られた制御対象の筋電位のデータが、理想値よりも高いか否かを判断する前記しきい値を記憶する。

なお、図１では、筋緊張制御装置１０内に第１電圧出力回路１１ａと収縮促進用電極１２ａとの組と、第２電圧出力回路１１ｂと収縮抑制用電極１２ｂとの組と、をそれぞれ設けた構成を示したが、何れか一方の組の電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）と電極１２ａ（１２ｂ）で構成してもよい。この場合、当該一方の組の電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）と電極１２ａ（１２ｂ）が随意収縮促進機能と随意収縮抑制機能とを兼ね備える。

また、第１電圧出力回路１１ａ、および第２電圧出力回路１１ｂを１つに纏めて、単一の電圧出力回路１１としてもよい。

このように構成された筋緊張制御装置１０は、前記ＣＰＵ１４が前記筋収縮制御処理プログラム１５ａに記述された命令に従い回路各部の動作を制御し、ソフトウェアとハードウェアとが協働して動作することにより、以下の動作説明で述べるような筋収縮制御機能を実現する。

次に、前記構成の筋緊張制御装置１０の動作について説明する。

図２は、本実施形態に係る筋緊張制御装置１０による筋収縮制御処理を示したフローチャートである。

図３は、前記筋緊張制御装置１０のフローチャートを実行するに当たり、前記収縮促進用電極１２ａ、収縮抑制用電極１２ｂを、左右の咬筋および口角（具体的には、歯髄を覆う口表面部分）に２枚ずつ縦に並べて装着した場合の様子を示す図である。なお、歯髄とは、歯の内部の歯髄腔を満たす軟組織を指す。

図４は、橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の収縮強度を筋電センサ１３によって計測した様子を示す図である。

前記収縮促進用電極１２ａを、筋肉収縮させたい筋肉とは異なる部位、例えば左右の咬筋２枚ずつ縦に並べて装着させ、また前記収縮抑制用電極１２ｂを、筋肉収縮させたい筋肉とは異なる部位、例えば口角に２枚ずつ縦に並べて装着させ、さらに筋電センサ１３（橈側手根伸筋用電極１３ａ、橈側手根屈筋用電極１３ｂ）を橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋に装着させた後、筋緊張制御装置１０を起動させる。

すると、ＣＰＵ１４により、前記筋電センサ１３によって計測された、例えば橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の筋電位（随意収縮の強度）のデータが作業エリア１５ｂに記憶され（ステップＳ１）、次いで、当該作業エリア１５ｂに記憶されたデータの示す筋電位が予め設定したしきい値よりも高いか否かの判断がなされる（ステップＳ２）。

ステップＳ２の結果、予め設定したしきい値よりも低いと判断されると（ステップＳ２、Ｎｏ）、第１電圧を収縮促進用電極１２ａに出力するよう前記第１電圧出力回路１１ａへ指示する（ステップＳ３）。

これにより収縮促進用電極１２ａを装着した前記咬筋に対して、所定の周波数を有する電気刺激を与え、対象の筋肉（前記橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋）の随意収縮を促進させることができる。

これに対して、ＣＰＵ１４により、作業エリア１５ｂに記憶されたデータを示す筋電位が、予め設定したしきい値よりも高いと判断されると（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、前記第２電圧を収縮抑制用電極１２ｂに印加するよう前記第２電圧出力回路１１ｂへ指示する（ステップＳ４）。

これにより、当該収縮抑制用電極１２ｂを装着した前記口角に対して、所定の周波数を有する電気刺激を与え、対象の筋肉（前記橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋）の随意収縮を抑制させることができる。

なお、筋電センサ１３からなんら計測された筋電位の信号を受信しない場合には、前記収縮促進用電極１２ａ、および収縮抑制用電極１２ｂを通した咬筋、および口角への電気刺激は行わない。

なお、上記処理ステップＳ１〜ステップＳ４は、同時の制御を排除するものではない。

すなわち、前記ステップＳ１〜ステップＳ４において、収縮促進用電極１２ａおよび収縮抑制用電極１２ｂから同時に対象とする筋肉（咬筋、および口角）に電気刺激を与えてもよい。

また、電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）と電極１２ａ（１２ｂ）との一方の組で随意収縮促進機能と随意収縮抑制機能とを兼ね備える場合において、電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）が出力する第１電圧（第２電圧）の値をＣＰＵ１４により制御することにより筋肉の収縮強度を調整することも可能である。

具体的には、電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）が出力する第１電圧により前記随意収縮が過剰に促進（筋肉の随意収縮が理想値よりも高くなり、しきい値を大幅に超えている状態）され、且つ電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）が出力する第１電圧がゼロでない場合には、当該電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）による第１電圧を当初の値より下げ、前記過剰に促進した随意収縮の強度を低下させる構成を有してもよい。

一方、電圧出力回路１１ａ（１１ｂ）が出力する第２電圧により筋肉の随意収縮が過剰に抑制（筋肉の随意収縮が理想値よりも低く、しきい値を大幅に下回っている状態）され、且つ電圧出力回路１１ｂ（１１ａ）による第２電圧がゼロでない場合には、当該電圧出力回路１１ｂ（１１ａ）の第２電圧を当初の値よりも下げることで、過剰に抑制された随意収縮の強度を上昇させる構成を有してもよい。

さらに、前記しきい値は、ある一定の幅を有した値としてもよい。つまり、前記しきい値を一定の幅を有した値とせずに、一点からなる所定の値であるとすると、その所定の値を境に制御対象となる筋肉において随意収縮の促進および抑制が交互に連続して発生してしまうからである。

以下では、前記ステップＳ１〜前記ステップＳ４を実行し、ＣＰＵ１４からの指示によって制御された第１電圧出力回路１１ａ、および第２電圧出力回路１１ｂにより、前記咬筋および口角への電圧印加を行うことで、これらの部位とは異なる別の部位の筋肉（橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋）の収縮強度をどの程度制御できるか、実験により検証する。

実験内容（１．キャリブレーション設定、２．実験手順、３．実験条件、４．パラメータ設定、５．仮説、６．実験結果）について説明する。

＜実験内容＞
１．キャリブレーション設定
まず、前記左右の咬筋に２枚ずつ収縮促進用電極１２ａを縦に並べて装着した状態で電圧を印加し、咬筋の収縮を確認する（図３参照）。具体的には、０［Ｖ］から１［Ｖ］ごとに電圧を増加させて咬筋の収縮を確認し、最大２０［Ｖ］まで上昇させる。

なお、２０［Ｖ］まで電圧を上げても咬筋の収縮を確認できない場合は、収縮促進用電極１２ａの位置を数［ｍｍ］ずらして再度０［Ｖ］から電圧を印加することとした。

次いで、前記左右の口角付近に２枚ずつ収縮抑制用電極１２ｂを縦に並べて装着した状態で電圧を印加し、歯髄に痛みが生じることを確認する。具体的には、０［Ｖ］から１［Ｖ］毎に電圧を増加させたところ、２０［Ｖ］では必要以上の痛みを伴ったことから、ここでは１１［Ｖ］−１５［Ｖ］程度の電圧を印加することとした。

このように、収縮抑制用電極１２ｂを通して歯髄へ印加する電圧は、収縮促進用電極１２ａを通して咬筋へ印加する電圧に比べて低電圧とする。なお、咬筋は１８−２０［Ｖ］程度で十分な収縮が確認された。

なお、２０［Ｖ］まで電圧を上げても口角に痛みが生じない場合は、収縮抑制用電極１２ｂの位置を数［ｍｍ］ずらして再度０［Ｖ］から電圧を印加することとした。

次いで、実験手順について説明する。
２．実験手順
手順１．被験者は直立姿勢となり、両手に５００［ｇ］のダンベルを持つ。
手順２．開始の合図に合わせ、両手のダンベルを最大握力で３秒間握る。
手順３．１０秒間脱力する。
前記手順２と３を５回繰り返す。
前記筋電センサ１３にて、両腕の橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の最大握力発揮時の前腕の筋電位を計測する（両腕合わせて合計４箇所、図４参照）。
前記手順１〜手順３を１工程とし、各被験者（例えば、６名）に対して計６工程行うこととする。

ただし、各工程時に以下の実験条件１〜実験条件６の何れかがランダムで選ばれ、各実験条件下で実施するものとする。

次いで、実験条件１〜実験条件６について説明する。
３．実験条件
条件１．咬筋および口角のいずれにも電圧を印加しない状態で、噛み締めを行わずに前記ダンベルを握る。
条件２．咬筋および口角のいずれにも電圧を印加しない状態で、噛み締めながら前記ダンベルを握る。
条件３．咬筋に電圧を印加した状態で、噛み締めを行わずに前記ダンベルを握る。
条件４．口角に電圧を印加した状態で、噛み締めを行わずに前記ダンベルを握る。
条件５．咬筋に電圧を印加した状態で、噛み締めながら前記ダンベルを握る。
条件６．口角に電圧を印加した状態で、噛み締めながら前記ダンベルを握る。
４．パラメータ設定
前記収縮促進用電極１２ａ、収縮抑制用電極１２ｂを通して印加する電圧以外のパラメータは一般的にＥＭＳ技術で利用されるパラメータを参考に決定した。

具体的には、収縮促進用電極１２ａ、収縮抑制用電極１２ｂを通して印加される電圧のパルス幅１００［μｓｅｃ］、電圧の周波数を１０００［Ｈｚ］とする。また、筋電センサ１３がデータを取得するサンプリングレートを１０００［Ｈｚ］とする。

さらに、当該筋電センサ１３が取得したデータ（前記３秒間毎のデータを計５回）に対して通過帯域を２０［Ｈｚ］〜４５０［Ｈｚ］のバンドパスフィルタを適用する。すなわち、取得データのうち２０［Ｈｚ］〜４５０［Ｈｚ］の周波数を有するデータをフィルタリングした後、これを対象データとし、この３秒間毎の対象データに対して算出窓幅を１００［ｍｓ］間隔としてＲＭＳ（Root Mean Square）を計測する。

ここで、ＲＭＳとは、随意収縮強度の指標として、筋電計測で一般的に使われている指標の一つであり、ＲＭＳの値が高いほど筋肉が収縮しており、随意収縮強度が高いことを示す。

また、このＲＭＳの計測に際して、ダンベルを握りしめた開始時刻ｔ０から時刻ｔ１（０秒から１秒）までのＲＭＳの平均値を、計測値の代表値（以下、最大随意収縮強度値）とする。

５．仮説
以下、実験結果を得る前に、運動ニューロンの活性化による作用に基づき、下記（１）〜（３）の仮説を立てた。具体的には、
（１）前記条件２に示すように、噛み締め運動を実施すると、橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の随意収縮が促進され、最大随意収縮強度が増加し、
（２）前記条件３に示すように、咬筋に電圧を印加し、電気刺激を与えると、橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の随意収縮が促進され、前記噛み締め運動を実行せずとも最大随意収縮強度が増加し、
（３）前記条件６に示すように、口角に電圧を印加し、電気刺激を与えると、橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の随意収縮が抑制され、噛み締め運動を実施したとしても、単なる噛み締め運動の実施のみの場合（条件２）と比べて最大随意収縮強度が低下し、前記条件１と同程度の値となる、
という仮説である。以下、実験結果を述べる。

６．実験結果
図５は、前記筋緊張制御装置１０を用いた条件１〜条件６での実験で得られた値を前記ＲＭＳを用いて算出し、この算出した値について箱ひげを用いて示した図（グラフ）である。

まず、グラフ中の計測データの読み方を説明する。
前記グラフにおいて、縦軸を前記ＲＭＳ値とし、横軸を条件１〜条件６とする。なお、縦軸に示すＲＭＳの数値は、条件１にて計測され、取得された値に基づいて正規化した数値である。換言すれば、他の条件２〜条件６のＲＭＳ値は、条件１で得られたＲＭＳ値で除算された値である。なお、条件１〜条件６のＲＭＳ値は、前記４組の筋電センサ１３（橈側手根伸筋用電極１３ａ、橈側手根屈筋用電極１３ｂ）にて計測された代表値を合算した値である。

ここで、「箱ひげ」とは、データを下から小さい順に並べることで当該データの分布やばらつきをわかりやすく表現するためのグラフであり、ノッチが付いた六角形の箱と、その両端から伸びるひげと、で表現される。なお、ノッチとは、前記箱ひげのうちＶ字または逆Ｖ字で示された形状の高さを指す。

具体的には、前記箱ひげを用いることで５つの統計量を示すことができ、最小値（ひげの下端）、および最大値（ひげの上端）の他に、第一四分位数（箱の下端部がｑ１：全体の２５パーセントの値）、中央値（ｑ２：全体の５０パーセントの値）、および第三四分位数（箱の上端部がｑ３：全体の７５パーセントの値）を表すことが出来る。

そして、図５において縦に伸びる「ひげ」の下端である前記最小値、および上端である最大値は、前記第一四分位数（ｑ１）、および第三四分位数（ｑ３）を用いて、
最小値は、ｑ１−１．５（ｑ３−ｑ１）で表され、
最大値は、ｑ３＋１．５（ｑ３−ｑ１）で表される。

また、十字のプロットは、「外れ値」と呼ばれ、他の計測データに比べて著しく離れた値が含まれている場合に表示される。

さらに、信頼区間（取得データの中央値（ｑ２）から９５％の確率で推定される母集団の中央値の範囲）を箱の切れ目（前記ノッチ）で表している。ここで、ノッチの上端の値は、ｑ２＋１．５７（ｑ３−ｑ１）／ｓｑｒｔ（ｎ）で表され、当該ノッチの下端の値は、ｑ２−１．５７（ｑ３−ｑ１）／ｓｑｒｔ（ｎ）で表される。なお、ｎは観測数、すなわち計測回数を示す。

ここでは、前記箱ひげを用いたグラフを作成するのに一元配置分散分析を実施した。
一元配置分散分析とは、Ｆ分布を用いて３つ以上の条件で計測したそれぞれのデータの平均を比較するために使われる手法であり、Ｆ値およびｐ値が用いられる。

前記Ｆ分布とは、統計学等で使用される連続確率分布であり、分散分析に応用される手法である。

また前記Ｆ値とは、計測したデータ内での分散の比率を意味し、前記ｐ値とは、前記Ｆ値から算出され、有意差が生じているか否かを判断する指標であり、当該ｐ値が有意水準よりも低い値であると有意差があると判断される。

さらに、有意水準とは、ある事象が起こる確率が偶然とは考えにくい（有意である）と判断する基準となる確率であり、通常では５％を使用する。

つまり、ある事象（例えば、条件１よりも大きな最大随意収縮強度の値）が発生する確率が、全体の計測回数のうち５％以上であれば、その条件で得られた計測結果は偶然とは考えにくい、すなわち有意差があると判断する。

本実験では、Ｆ値＝５．７１４、ｐ値＝０．０００２（＜有意水準＝５％）を得た。したがって、本実験において、条件１〜条件６の中で有意差があると判断された。

しかし、この一元配置分散分析は、どれか１つ以上の条件間に差が発生している、ということが分かるものの、具体的にどの条件と、どの条件と、の間に差が発生しているのか分からない。

このため、本実施形態では、さらにＴｕｋｅｙ−Ｋｒａｍｅｒ法を用いて多重比較を行った。多重比較により、同種の実験（手順１〜３）を繰り返して全体（条件１〜条件６）での有意差の有無を判断する場合において、どの条件と、どの条件と、で差が発生しているのかを知ることができる。

具体的には、図５において前記多重比較を用いることで、条件１の信頼区間（ノッチ１の長さ）と、各条件２〜条件６の信頼区間（ノッチ２〜ノッチ６）と、がオーバーラップしない場合に前記有意差が認められると判断することができる。

その結果、条件１と、他の条件２〜条件６と、の間で前記有意差が認められたのは、ＲＭＳ値の中央値（ｑ２）が１．０６の条件２、中央値（ｑ２）が１．０８の条件３、および中央値（ｑ２）が１．０６の条件５であった。

すなわち、前記仮説（１）に従えば、咬筋に電圧を印加せずとも噛み締めながらダンベルを握れば（条件２）、なんら噛み締めを行わずにダンベルを握った場合（条件１）よりもＲＭＳ値が高くなるのは想定の範囲内であるが、前記仮説（２）のように、噛み締めを行わないものの、咬筋に電圧を印加するだけでＲＭＳ値が前記条件１の値よりも大きな値となる（条件３）ことを実証できた。

つまり、装着した収縮促進用電極１２ａに電圧を印加するだけで当該咬筋とは異なる他の部位である橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の２箇所の筋肉における随意収縮強度を制御可能と実証できた。

これに対して、有意差が認められなかったのは、条件４（１．０３）および条件６（１．００）である。すなわち、条件６のように、たとえ噛み締めてダンベルを握ったとしても、口角に電圧を印加すると、ＲＭＳ値が前記条件２、および条件３よりも小さくなり、条件１、すなわち「咬筋および口角に電圧を印加しない状態で、噛み締めを行わずに前記ダンベルを握る」場合と同程度の値となった（仮説３）。

このように、口角に印加する電圧を制御することで、前記咬筋と同様に橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の２箇所の筋肉における随意収縮強度を制御可能と実証できるとともに、前記仮説１〜前記仮説３の正当性を立証することができた。

したがって、前記構成の筋緊張制御装置１０によれば、咬筋および口角のそれぞれに収縮促進用電極１２ａ、および収縮抑制用電極１２ｂを装着し、前記第１電圧出力回路１１ａ、および第２電圧出力回路１１ｂからの電圧供給に応じた第１（第２）電圧を、当該咬筋または口角のいずれかに印加することで、これとは異なる部位である橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の２箇所の収縮強度を強めたり弱めたりと制御する。

つまり、制御対象となる四肢の複数の筋肉（橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋）に電極を装着せずとも、電極を装着させ、咬筋および口角に電気刺激を与えることで前記複数の筋肉を制御することができることから、必要とする電極数を減少させてコストを抑制することができることができる。

さらに、前記構成の筋緊張制御装置１０によれば、咬筋に装着する収縮促進用電極１２ａの電圧を大きくすることで、橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の収縮強度を増大し、口角に装着する収縮抑制用電極１２ｂの電圧を大きくすることで、当該橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の前記収縮強度の増大を抑制する。

これにより、外部から四肢の筋肉（橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋）の随意収縮強度に影響を与える部位（咬筋および口角）に適切な電圧を印加し電気刺激を与えることで、当該橈側手根伸筋、および橈側手根屈筋の収縮強度を制御することができる。

さらに、噛み締め運動は、両腕の橈側手根屈筋、および橈側手根伸筋の他に、ヒラメ筋、および前脛骨筋などの四肢の筋肉の随意収縮強度にも影響を与えることが報告されていることから、前記構成の筋緊張制御装置１０を用いて当該咬筋に印加する電圧を制御すれば、当該ヒラメ筋、および前脛骨筋についても同様にその収縮強度を制御することができる。

したがって、必要とする電極数をさらに減少させることができ、コストをより抑制することができる。

なお、橈側手根伸筋、橈側手根屈筋、ヒラメ筋、および前脛骨筋の収縮強度を制御できるのであれば、収縮抑制用電極１２ｂを装着する位置を、例えば口角でなく、歯髄、その歯髄を支配する神経、および歯としてもよい。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの構成要件が異なる形態にして組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

１０…筋緊張制御装置、１１ａ…第１電圧出力回路、１１ｂ…第２電圧出力回路、
１２ａ…収縮促進用電極、１２ｂ…収縮抑制用電極、１３…筋電センサ、
１３ａ…橈側手根伸筋用電極、１３ｂ…橈側手根屈筋用電極、１４…制御部（ＣＰＵ）、１５…メモリ、１５ａ…筋収縮制御処理プログラム、１５ｂ…作業エリア。

Claims (8)

1. 四肢における制御対象となる複数の筋肉との間で筋収縮動作に係る関連性を有する部位であって、前記制御対象となる複数の筋肉より少数の部位に装着される電極と、
   前記電極に、前記複数の筋肉の収縮強度を促進または抑制するための刺激用電圧を印加する電圧出力回路と、
   前記電圧出力回路による前記電極への刺激用電圧の印加を制御する制御回路と
   を備える、筋緊張制御装置。
2. 前記電極は、前記複数の筋肉の収縮強度を促進する部位に装着される促進用電極と、前記複数の筋肉の収縮強度を抑制する部位に装着される抑制用電極と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記電圧出力回路から前記促進用電極に前記刺激用電圧を印加させることで、前記複数の筋肉の収縮強度を促進させ、
   前記電圧出力回路から前記抑制用電極に前記刺激用電圧を印加させることで、前記複数の筋肉の収縮強度を抑制させる、
   請求項１に記載の筋緊張制御装置。
3. 前記電極は、前記複数の筋肉の収縮強度を促進する促進用電極と、前記複数の筋肉の収縮強度を抑制する抑制用電極と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記制御対象となる複数の筋肉の収縮強度が予め設定したしきい値よりも低い場合、前記促進するための刺激用電圧として、第１電圧を前記促進用電極に印加し、
   前記制御対象となる複数の筋肉の収縮強度が予め設定したしきい値よりも高い場合、前記抑制するための刺激用電圧として、前記第１電圧よりも低い第２電圧を前記抑制用電極へ印加する、
   請求項１に記載の筋緊張制御装置。
4. 四肢における制御対象となる複数の筋肉との間で筋収縮動作に係る関連性を有する部位であって、前記制御対象となる複数の筋肉より少数の部位に装着される電極、と、
   前記電極に、前記複数の筋肉の収縮強度を促進または抑制するための刺激用電圧を印加する電圧出力回路と、
   前記電圧出力回路による前記電極への刺激用電圧の印加を制御する制御回路と
   を備え、
   前記電圧出力回路を収縮促進用として機能させた場合において、前記制御回路により当該電圧出力回路から電極に前記筋肉の収縮強度を促進するための前記刺激用電圧を印加させた結果、前記複数の筋肉の収縮強度が予め設定されたしきい値よりも高い場合には、前記刺激用電圧を、前記複数の筋肉の収縮強度が前記予め設定されたしきい値に近づくような値に低下させ、
   前記電圧出力回路を収縮抑制用として機能させた場合において、前記制御回路により当該電圧出力回路から電極に前記筋肉の収縮強度を抑制するための前記刺激用電圧を印加させた結果、前記複数の筋肉の収縮強度が予め設定されたしきい値よりも低い場合には、前記電圧出力回路から電極に印加させる前記刺激用電圧を、前記複数の筋肉の収縮強度が前記予め設定されたしきい値に近づくような値に低下させる、
   筋緊張制御装置。
5. 前記電極は、前記複数の筋肉の収縮強度を促進または抑制する他の筋肉またはその筋肉を支配する神経に装着される、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の筋緊張制御装置。
6. 四肢における制御対象となる複数の筋肉との間で筋収縮動作に係る関連性を有する部位であって、前記制御対象となる複数の筋肉より少数の第１部位および第２部位にそれぞれ装着される収縮促進用電極および収縮抑制用電極、と、
   第１電圧およびこの第１電圧よりも低い第２電圧を出力する電圧出力回路と、
   前記第１電圧を前記第１部位に印加しかつ前記第２電圧を前記第２部位に印加するように前記電圧出力回路を制御する制御回路と
   を備える筋緊張制御装置。
7. 四肢における制御対象となる複数の筋肉の収縮強度を制御する制御装置が実行する筋緊張制御方法であって、
   前記複数の筋肉との間で筋収縮動作に係る関連性を有する部位であって、前記制御対象となる複数の筋肉より少数の部位に装着された電極に、前記複数の筋肉の収縮強度を促進または抑制するための刺激用電圧を印加する、
   筋緊張制御方法。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の筋緊張制御装置が備える制御回路の動作をコンピュータに実行させるプログラム。