hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビッグデータ解析を応用した大型加速器ビーム制御・運転システムの開発

本研究において,ビッグデータ解析を応用した大型加速器ビーム制御・運転システムの開発研究をおこなった。EPICSフレームワークを基盤としたソフトウェアを開発し,大量の加速器機器およびビームパラメタを継続的に収集することに成功した。また,約100台のビーム位置モニタ情報を,ビームショットごとに同期して取得することに成功した。これらの情報を利用して,複数パラメタ間の相関解析をおこない,ビームジッタ源の同定によるビーム運転の効率化に関する知見を得ることができた。近年,粒子加速器を用いた研究テーマは,高エネルギー物理学実験を始めとして,基礎物質科学・ナノテクノロジー,及び生命科学など多岐にわたる。次世代の高度な利用実験のためには,超高輝度・高安定なビームの利用が必須であり,粒子加速器の性能が利用実験の成果を大きく左右することとなる。加速器の性能とは,粒子源・加速空洞・高周波源・電磁石及び電源など,個々の構成機器の性能・信頼性はもちろんのこと,ビーム運転の可用性から決定付けられる総合的な指標である。特に,SuperKEKBやILCのような大型最先端加速器においては,膨大な量の制御パラメーターを常に最適化し,高品質なビーム運転を維持する必要がある。そこで,本研究に於いては,ビッグデータ解析を応用した大型加速器ビーム制御・運転システムの開発を行い,大規模加速器に於けるビームの高可用化を試みる。平成25年度においては,当該研究課題の基盤技術となる,ビッグデータ解析システムを構築する計画である。加速器ビーム運転に関するソフトウェア技術は,計算機科学の進歩にともない大幅な進歩を遂げたと言えるが,近年のビーム運転システムは,ILCに代表される超大型加速器の運転にそのまま適用できるレベルとは言い難い。大規模加速器では,その制御対象点数の多さから,単純な機器故障に起因しない場合のビーム変動要因の理解及び抑制が困難であると予想される。これらの理由から,次世代大規模加速器の運転効率を最大限に高め,ひいては物理実験効率の最大化を図るためには,従来の水準を超える新しいビーム運転システムが不可欠である。次世代の高度な利用実験のためには,超高輝度・高安定なビームの利用が必須であり,粒子加速器の運転性能が利用実験の成果を大きく左右する。そこで,本研究に於いては,ビッグデータ解析を応用した大型加速器ビーム制御・運転システムの開発,ひいては大規模加速器に於けるビームの高可用化を試みる。加速器ビーム運転に関するソフトウェア技術は,計算機科学の進歩にともない大幅な進歩を遂げたと言えるが,ILCに代表される超大型加速器の運転にそのまま適用できるレベルとは言い難い。故に,次世代大規模加速器の運転効率を最大限に高め,ひいては物理実験効率の最大化を図るためには,従来の水準を超える新しいビーム制御・運転システムが不可欠である。本研究では,当該研究課題の基盤技術となる,ビッグデータ解析システム,すなわち大量に蓄積したビーム情報間の相関解析ツールの構築をおこなった。これにより,単純な運転ツールでは検知が困難であるような,単一或いは複合的なビーム不安定要因を突き止めることが可能となる。マシンスタディー時間の制約上,実運転パラメーターを用いた試験は十分に達成できなかったが,近日中のシステム完成を目指している。また,本システムを基盤としたビーム軌道・エネルギー・エミッタンスフィードバック試験をおこない,大規模加速器への応用可能性を検証する予定である。EPICS

フレームワークを基盤としたソフトウェアを開発し,大量の加速器機器およびビームパラメタを継続的に収集することに成功した。また,約100台のビーム位置モニタ情報を,ビームショットごとに同期して取得することに成功した。これらの情報を利用して,複数パラメタ間の相関解析をおこない,ビームジッタ源の同定によるビーム運転の効率化に関する知見を得ることができた。高エネルギー加速器研究機構の電子陽電子入射器(以下,KEK入射器)は全長約600 mの線形加速器であり,複数の蓄積リングへビームを供給している。蓄積リング毎に要求されるビームパラメーター(エネルギー,電荷量,エミッタンス等)が大きく異なるため,最大ビーム繰り返し50 Hz(20ミリ秒間隔)において,特性の異なる電子・陽電子ビームを生成,加速,及び入射している。このように複雑な運転形態を採用しているため,50 Hz毎の機器情報及びビーム情報(ビーム軌道,エネルギー,エネルギー広がり等)を取りこぼし無く収集及び蓄積することが重要となる。また,蓄積データ点数を可能な限り増やすことにより,直感的には把握することが困難であるパラメーター間の相関関係を,ビッグデータ解析により明らかにすることが可能となる。このようなデータ解析を施すことにより,ショット毎のビーム不安定性および長期間に於けるパラメーター劣化の原因を迅速に特定することが可能になる。本研究課題では,ビッグデータ解析を応用した加速器ビーム運転システムの構築が目的であるため,大容量ファイルサーバー及び高速計算機サーバーの導入が不可欠である。H25年度は,入射器の運転パラメーターを部分的に用いて,大量の機器情報及びビーム情報の相関解析を高速におこなうための高速計算サーバーの導入をおこなった。これに引き続き,H26年度には,大量の運転パラメーターを蓄積するための大規模ストレージの導入をおこなった。本システムを用いて,KEK入射器における約100台の非破壊型ビーム位置モニタのデータを,すべてのビームパルス(50 Hz)について同期計測し,なおかつこれらの情報を大規模ストレージに蓄積することに成功した。加速器科学今後は,ビッグデータ解析を基盤としたソフトウェアフレームワークを,加速器ビーム運転システムに実装するための開発を中心におこなう予定である。これらの開発及び実証実験は,すべてKEK入射器を用いた環境下においておこなう。昨年度までに目処をつけた大容量パラメーター蓄積技術を基盤として,可能な限りのビーム情報を蓄積する。ビーム情報は,主に全長600 mに渡りほぼ等間隔に設置されている約100台の非破壊型ビーム位置モニターを用いて得られる,ビームショット毎の水平方向ビーム位置,垂直方向ビーム位置,及び電荷量である。これらの情報に加えて,今年度中に設置を予定している,高速マイクロ波振幅位相検出器の情報を,ビームタイミングと完全同期計測し大規模ストレージに蓄積する。これらのマイクロ波測定情報は,ビーム情報と同等なショットIDと共に蓄積される。
肝コアク-リング法によるリビングドナ-からの部分肝移植

脳死が認められていない我国において、生体部分肝移植は肝臓の臓器移植を可能にする唯一の方法であり、その手技上の問題を解決することが急務であった。生体部分肝移植において最も重要な点は、ドナ-が病人ではなく健丈な成人であるため、その手術に際してはいかなる障害を残すことなく、かつ移植するに足る、高いバイアビリテイを有する移植臓器を得ることであった。そこで一般的な概念である臓器冷却による代謝機能の保護を行ないながら、肝臓の切離を安全に進めかつ出血量を制限する目的で、肝循環を独立させたコアク-リング法を検討した。移植臓器摘出時におけるドナ-肝に対する影響、およびそのグラフト機能について、移植免疫の関与しない手技上の検証モデルである自家移植法によって検討した。対象としたのは、全肝移植で一般的に行なわれている、門脈内の血液を冷乳酸リンゲル液で洗い流して摘出後、氷水中に漬けて移植臓器を冷却するウオッシュアウト法である。臓器摘出前後における肝組織中のアデニンヌクレオチドから算出されるエネルギ-チャ-ジの値からは、両群に有為な差は認められずドナ-の代謝機能を損なうことはなかった。さらに、その摘出臓器の移植による評価においても動脈血ケトン体比で見る限りグラフト機能に有為な差はなく、摘出法による優劣を付けることは出来なかった。結論として、コアク-リング法による部分臓器摘出法は、ドナ-の安全性かつ移植臓器のバイアビリテイを保のに有効であった。しかし、ウオッシュアウト法と比較して、切離操作時の出血の問題を除き、2本のシャントおよび冷却潅流装置を必要とする事など、煩雑であり、現在までの生体部分肝移植の臨床において、ウオッシュアウト法による弊害は特に指摘されておらず、コアク-リング法を必要とする状況は稀であり、限られたケ-スにのみ行ない得るものと考えられた。移植臓器の摘出に際して、まず脾静脈および大腿静脈に内にカテ-テルを挿入し、大腿静脈の血液をコイル状のチュ-ブ(45ml)に還流し、コイル全体を摂氏4度の恒温槽内に固定して潅流血液の冷却を行なった後、ポンプにて毎分50mlの速度で脾静脈内に流入させ、肝葉温度の低下を試みたところ、深部温度を摂氏10度にまで低下させるのに1時間以上を必要とした。これは門脈左枝にカテ-テルを挿入し、摂氏4度の乳酸リンゲル液で選択的に肝左葉を冷却還流した時のデ-タ(30分で摂氏10度に到達)に比べ非効率的であった。血液をもとどおりの状態に復したとき、肝組織中にふくまれるアデニンヌクレオチドをHPLCで測定したところ、両群のエネルギ-チャ-ジに有為な差はなかった。1週間の観察では、実験動物は前例生存し血液生化学検査上もほぼ正常に復していた。これらの結果、単純に冷却操作のみであれば、冷却される担体が血液でも、乳酸リンゲルでも、処置後のグラフトの代謝に対する影響はほとんどなく、また両者に差がないことが分かる。しかし、脾静脈からの潅流では十分な流量を得ることができず冷却に時間を要することは、グラフト摘出に際して温阻血時間が長くなるとともに、リビングドナ-の手術時間の延長にもつながり不適当と思われる。潅流方法の再検討として、門脈血全体を冷却するシステムが必要であり、次回は脾静脈を脱血ル-トとし、門脈本管のクランプとその本管への冷却血液の返却を試みる予定である。

また門脈左枝にカテ-テルを挿入し、摂氏4度の乳酸リンゲルで冷却還流し切離した肝左葉を、全肝摘出の後に同所性に自家移植する実験では、実験動物が48時間生存するものの、なお移植肝の摘出状態に問題があり、門脈末梢に血栓を認め長期生存に到っていない。コアク-リング法による摘出臓器との比較が必要と思われる。前年度は、脾静脈を介するコアク-リング法が効果的ではないことを報告したが、今回は脾静脈と大腿静脈を結んで門脈血のバイパスと経路とし、また右腎静脈と右頸静脈を結んで下肢からの静脈血のバイパス経路としながら門脈本管に直接体外循環用のシリコンチュ-ブを挿入して肝臓を冷却潅流した。これにより毎分100mlで摂氏4度の乳酸リンゲル液を潅流し、およそ20分で肝臓の深部温度は摂氏10度にまで達した。また30分ほどで摂氏9度の深部温度でプラト-に達したため、肝葉を摘出した。その後体外循環用のチュ-ブを抜去し、門脈本管と下大静脈のチュ-ブ挿入部を5ー0プロリンで修復した後に2本のシャントチュ-ブも抜去した。肝潅流開始直前と、肝葉摘出直前、閉腹直前で肝右葉から肝組織片を採取し、そのアデニンヌクレオチドを測定し、エネルギ-チャ-ジを算出した。その結果、コアク-リング法による摘出操作においても、単純に門脈左枝にビニ-ルチュ-ブを挿入して血液を洗い流した後ただちに肝左葉摘出を行なうウォッシュアウト法においても、エネルギ-チャ-ジで比較する限り有為な差は認められなかった。この2種類の生体部分肝摘出法によって得られたグラフト肝の機能を最終的に評価するために、移植免疫が関与せず、純粋に移植技術を評価できる自家移植手技による同所性部分肝移植を行った。コアク-リング法(n=3)、ウオッシュアウト法(n=7)によって得られた部分肝を用いた自家移植の結果からは、全体でも最長生存がわずか6日間である7例は出血と循環不全によって術後早期に死亡してしまったため、両者のグラフトとしての機能を評価することは困難であったが、動脈血ケトン体比で見る限り、グラフト肝は良好に機能しており、摘出操作による機能上の損傷等の差異は認められなかった。
ストレス誘発性喘息におけるオピオイド受容体-アレルギー性免疫応答軸の基礎的研究

精神的ストレスは気管支喘息の増悪因子として知られているが、脳で受け入れられたストレスが気管支という離れた臓器の疾患の悪化に至る経路については不明である。本研究は、ストレスにより喘息気道反応が悪化する喘息モデルマウスを用いて、この機序の解明を目指した。結果として、「ストレス⇒脳μ-オピオイド受容体刺激⇒ストレスホルモン増加⇒アレルギー免疫応答の悪化⇒喘息気道反応が悪化」に至る神経-内分泌-免疫経路を明らかにした。1.ストレス→[神経]μ受容体活性化→[内分泌]コルチコステロン遊離増加についてストレスとして、拘束ストレスと強制水泳ストレスを用いた。いずれのストレスにおいても、1回のストレス負荷による血中コルチコステロンの増加はμ受容体欠損マウスでは野生型に比べ低下した。一方、3日連続の拘束ストレスと引き続き4日間の強制水泳ストレスを負荷した場合、各ストレス負荷により血中コルチコステロンの増加が観察されたが、μ受容体欠損マウスにおいても各ストレス負荷で同程度の血中コルチコステロンの増加が観察された。ストレス負荷に対する視床下部-下垂体-副腎系の関与は、ストレスの負荷回数によっても異なることが示された。2.ストレス→[神経]μ受容体活性化→抗原誘発性喘息気道反応の増悪について上記の連続ストレスにより抗原誘発性気道炎症の悪化(気管支肺胞洗浄液中の炎症細胞(好酸球、リンパ球)および肺組織中のTh2細胞の増加)とその背景となるTh2サイトカインの増加(洗浄液、肺組織)が観察された。μ受容体欠損マウスおよびμ受容体拮抗薬の投与(ストレス負荷時)マウスでは、ストレスによる悪化はみられなかった。3.ストレス→コルチコステロン遊離増加→抗原誘発性喘息気道反応の増悪について連続ストレスによる抗原誘発性気道炎症の悪化やTh2サイトカインの増加はコルチコステロン受容体拮抗薬およびコルチコステロン合成阻害薬により抑制された。以上の結果より、連続ストレスによる抗原誘発性気道炎症の悪化には、ストレス負荷時のμ受容体とコルチコステロン遊離増加が関与することが示された。1.神経-内分泌経路として、中枢性μオピオイド受容体(MOR)-グルココルチコイドの経路を明らかにした。(1)野生型マウス(WT)で観察されるストレスによる抗原誘発性アレルギー性気道炎症の悪化は、MOR欠損マウス(MORKO)ではみられないが、中枢神経系選択的にMORを発現させたマウス(Tg/MORKO)ではこの悪化が再現できた。(2)WTで観察されるストレスによる気道炎症の悪化とコルチコステロン遊離増加がMORKOではみられないが、(3)WTにおいて、ストレスによる抗原誘発性アレルギー性気道反応の悪化(気道炎症細胞の増加、肺組織におけるTh2サイトカインの増加、気道分泌の増加、気道過敏性の亢進)は、ストレス負荷時にコルチコステロン受容体拮抗薬およびコルチコステロン合成阻害薬を投与することにより、軽減することを明らかにした。2,神経-免疫経路として、MOR-気道局所の制御性T細胞(Treg)の誘導低下の経路を明らかにした。(1)ストレス負荷WT由来の気管支リンパ節細胞を抗原添加培養すると、非負荷マウスに比べ、Th2サイトカイン産生がより増強していた。(2)このTh2サイトカイン産生増強は、Th2サイトカイン産生を抑制するTregの分化誘導低下を伴っていた。(3)WTで観察されたストレス負荷による気管支リンパ節細胞の免疫応答の変化(Th2サイトカイン産生の増強とTregの分化誘導低下)は、MORKOでは観察されなかった。ストレス負荷により喘息気道反応が悪化する喘息モデルマウスを用いて、1野生型マウス(WT)で観察されたストレス負荷による喘息悪化は、μ-オピオイド受容体(MOR)欠損マウス(MORKO)では観察されなかったが、MORKOの中枢神経系にMORを選択的に発現させたマウス(MORTg)では再現できた(Allergol Int 2012)。2ストレス負荷による血中コルチコステロンの増加は、WTに比べMORKOでは減弱しMORTgでは同程度であった(Allergol Int 2012)。WTでストレス負荷時にグルココルチコイド受容体拮抗薬およびグルココルチコイド合成阻害薬を同時に投与すると、ストレス負荷による喘息悪化は抑制された(投稿中)。3ストレス負荷あるいは非負荷のWTからの気管支リンパ節細胞を抗原とともに培養すると、負荷WTにてTh2サイトカイン発現が増強し、抑制性CD4+ T細胞(Treg)の誘導が低下していた。この負荷による影響はMORKOでは観察されなかった(Allergol Int 2012)ことを見出した。以上の結果より、ストレス負荷による喘息悪化は、中枢神経系MORの活性化(1)に引き続くコルチコステロンの遊離増加(2)と気道局所の抗原特異的Th2型免疫応答の増強によること(3)が明らかとなった。ストレスによるTh2型免疫応答増強の機序として、TregによるTh2型免疫応答抑制の低下が示唆された(3)。

すなわち、ストレス誘発性喘息における神経ー内分泌ー免疫経路の存在を明らかにすることができた。アレルギー性免疫応答におけるCD4+ T細胞の重要性は、気管支リンパ節細胞から分離したCD4+ T細胞と抗原提示細胞との共培養によるサイトカイン産生の実験(Int Arch Allergy Immunol 2012)より確認できた。当初の目的のうち、ストレス負荷によるアレルギー性気道反応悪化の経路として、中枢神経系μオピオイド受容体を介するグルココルチコイド遊離増強、すなわち神経-内分泌経路および中枢神経系μオピオイド受容体を介するTh2免疫応答の増強、すなわち神経-免疫経路は明らかにすることはできたが、内分泌-免疫経路の解明が進まなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。ストレス負荷時の局所免疫応答の変化について、その機序をより詳細に検討する。具体的にはTh2免疫応答の増強に至る制御性T細胞の誘導低下の機序、特に樹状細胞の関与を明らかにする。さらに、この免疫応答の変化に至る内因性グルココルチコイドの遊離増強の影響を検討する。最終的には、ストレス負荷による気道反応増強の最終責任細胞および因子を移入実験により確定する。
インフラトンとゲージ場の相互作用から探る高エネルギー物理学

昨年度から引き続き非平衡グリーン関数の方法を物性分野に応用する研究を推進した。特に今年度は反強磁性体の物理学に焦点を当てた。反強磁性体とは、ミクロなレベルで磁化が互い違いの方向を向いて並び全体としては磁化を持たないがある種の磁石としての性質を示す。反強磁性体に関する研究は測定技術の進歩によりここ数年急激に盛んになってきているが、非平衡状態を記述する理論的枠組みは確立されていない。我々はいち早くグリーン関数の方法を反強磁性体に適用して当該分野の発展に貢献してきた。まず、反強磁性体と強磁性体(すなわち普通の磁石)の間の境界面を挟んで電圧をかけた場合に反強磁性体の磁化がどのように運動するかを微視的な視点から理論的に計算する研究を行った。強磁性体の場合と比較して、これまでに知られていないタイプの寄与が運動方程式に現れることを示すことに成功した。次にここで導出した運動方程式の応用として、反強磁性体の磁壁を電流によって動かすことが可能になることを示した。磁壁とは磁化の並びが指し示す方向が異なる領域の間の境界を指す。この磁壁は情報の記録に応用が期待されており、その制御は応用物理の重要な問題である。我々は電気的方法に基づいた新しい磁壁の制御方式を提案した。これら二つの結果はドイツ物理学会で発表された。さらに反強磁性体が隣接する金属の抵抗に与える影響を検証した実験結果の理論的解釈にも貢献した。実験結果は特異な温度依存性を示しており、我々はそれをよくフィットする理論式を導出することに成功した。この結果はPhysical ReviewLettersに出版された。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、主にインフレーション後のreheatingにおける計算に向けた準備として、超対称性理論の基礎とその宇宙論への応用の学習に重点を置いた。いくつかの教科書と主要な論文を読み、また夏に研究滞在したStavanger大学でreheatingと電弱相転移を研究するAnders Tranberg教授とその学生のAnders Haar氏と計算の詳細について議論を行った。その過程で有限温度における場の量子論、さらには非平衡状態の場の量子論の必要性を認識し、その勉強のために東北大学金属研究所とWPI-AIMRの電子物性研究室を複数回訪問し、有限温度・非平衡における多体問題の具体的計算をいくつか行った。超対称性理論に関連したテーマとして、神戸大学の宝利剛研究員、早田次郎教授と共同で可積分系の幾何学的記述に関する研究を開始した。ハミルトニアン系の相空間の幾何学的対称性を用いて微分方程式系が可積分になるパラメータの組を導き出し、その対称性を記述するKilling tensorから具体的に変数分離座標を求める手法を研究した。この手法を物質中の電子系や一様宇宙を記述する時空の運動方程式に応用する可能性を現在検証中である。一般相対性理論のツイスター理論を用いた記述において重要になる非正定値計量でそこから構築される曲率の不変量では完全に決定されないものを分類することを目指した研究をStavanger大学のSigbjorn Hervik教授と共同で行った。まずそのような軽量の具体例が多く知られているそれぞれKundt、Walkerと呼ばれる種類の計量を定める幾何学的条件を統合・拡張しより広いクラスの計量を定義した。次にそのクラスに含まれる具体的な計量の形を微分方程式の不変量理論を用いて制限し、曲率の普遍量で完全に決定されない計量の新しい具体例(のクラス)を構築した。インフレーションからのreheatingに関する現象論についての研究は問題の定式化の難しさが主な原因となって進捗が遅いものの、そこで培った微分幾何学の手法や非平衡状態における場の量子論の方法を活用して、数理物理学及び電子スピンに関する物性理論で論文を出版することができた。

実験結果は特異な温度依存性を示しており、我々はそれをよくフィットする理論式を導出することに成功した。この結果はPhysical ReviewLettersに出版された。想定していたより参考文献が乏しく、また必要とされる非平衡場の量子論が広範にわたっているために時間がかかっている。また派生的に生じた一般相対論やスピン流の物性に関わる研究の進捗が早くそちらに時間を取られていることも遅れの原因となっている。6月後半からはドイツのJohannes Gutenberg University of Mainzに出張しJairo Sinova教授との共同研究を開始した。本研究の目的は、量子ホール効果やトポロジカル絶縁体で知られているバルクのバンド構造におけるトポロジカル不変量と境界でのエッジモードとの対応を踏まえ、時間反転および空間反転対称性が非自明なバルク時空におけるAdS/CFT対応によって境界CFTにカイラルな構造が現れるかを調べ、その物性物理(例えばスピンホール効果)への応用可能性を探ることにある。またその逆の問題として、トポロジカルに非自明な背景時空上を伝搬する重力波や電磁波がどのようにカイラルなエッジモードを持ち得るかについての研究も行うことを視野に入れている。これまでの議論で、物性物理のフェルミオンに対しては整備されているバルクエッジ対応の理論が、AdS/CFTによる有効場の理論で主に対象となるボソンにはすぐには適用できないことが明らかになり、その定式化を現在行っている。また並行して、今後も引き続き非平衡場の量子論とそのMSSMインフレーションへの応用について模索を続けていく。28年度が最終年度であるため、記入しない。現在の方針を継続し、一般相対論と物性理論の研究を通じてインフレーション中やその終わりにおける物理量の計算に必要な理論的枠組みを習得し、超対称性理論に基づいた計算に応用することを目指す。
特殊環境における原子分子の3次元磁気共鳴映像とレーザー分光

多種の原子をレーザー光により偏極して磁気共鳴映像(MRI)を観測することを目的として、偏極移行した原子の磁気共鳴映像について研究した。特に光ポンピングしたCs原子からXe原子への偏極移行、光ポンピングしたPb原子からCs原子への偏極移行について実験した。希ガスであるXeは遷移エネルギーが高いので光吸収を直接観測することが難しい。そこで偏極移行されたXeの偏極を再度Csに移して光検出する。通常はCsを利用してXeの章動(nutation)を測定するが、Csの自由誘導緩和(free induction decay)を測定することで偏極Xeの分布を観測した。Xeなどの希ガス原子の磁気共鳴映像の光検出の特徴を抽出するため、さまざまな温度(アルカリ金属の蒸気圧)、希ガス圧力、バッファガス圧力で拡散現象などを映像化した。光ポンピングしたRbからCsへの偏極移行の実験では、磁気共鳴線が化学シフトした場合の映像法を応用して、偏極移行に際してCs基底状態の超微細準位|F=3>と|F=4>の偏極分布を測定した。これら準位の偏極は、Rbからのスピン相互作用による偏極移行、Cs同士のスピン相互作用による偏極移行、その他多くの緩和機構の影響を受けている。偏極原子がガラス容器の壁に衝突すると偏極が緩和するので、薄型容器内の原子は壁に平行に並進運動する原子のみの偏極が保存される。その偏極に注目すると、並進運動する原子を他の原子とは区別して観測することができ、スピン緩和時間の長い原子のMRIを得た。現在、光ポンピング装置の改良と小型化のため、高出力半導体レーザーのスペクトル幅がRb原子のD線吸収の線幅と同程度になるように製作し、そのレーザーを使って光ポンピング効率などを調べている。多種の原子をレーザー光により偏極して磁気共鳴映像(MRI)を観測することを目的として、本年度は偏極移行した原子の磁気共鳴映像について研究した。特に光ポンピングしたCs原子からXe原子への偏極移行、または光ポンピングしたRb原子からCs原子への偏極移行について実験した。希ガスであるXeは遷移エネルギーが高いので光の吸収を観測することが難しい。そこで偏極移行されたXeの偏極を再度Csに移して光検出している。通常はCsを利用してXeの章動(nutation)を測定するが、ここではCsの自由誘導緩和(free induction decay)を測定することで偏極Xeの分布を観測している。光ポンピングしたRbからCsへの偏極移行の実験では、磁気共鳴線が化学シフトした場合の映像法を応用して、偏極移行に際してCs基底状態の超微細準位|F=3〉|F=4〉の偏極分布を測定した。原子の多くは光検出磁気共鳴が不可能なので、高感度磁力計であるSQUIDについて、我々の研究している系への応用についても検討した。高温超伝導SQUIDを試料に近接させて設置すれば、希薄な気体試料でも十分に観測できることがわかった。
毛の種類を決定する制御機構の解析

毛を作り出す微細な器官である毛包は、機能および形質により分類される複数の毛種を作り出す。しかし、成体毛包における毛種運命記憶の維持機構は未だに解明されていない。本研究において、毛包の間葉細胞置換による毛種転換技術を開発し、毛種を決定する運命記憶細胞が毛乳頭であることを示した。さらに、毛乳頭細胞の運命記憶に従う毛種決定と維持機能を定性的・定量的に評価可能となり、毛種決定機構の遺伝子解析の基盤が確立された。平成25年度の研究は、研究実施計画に従って進捗し、下記の成果を得た。1)毛種の異なる成体毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞の相互置換による毛種運命記憶細胞の解析毛乳頭細胞が毛種運命記憶・維持を担い、毛種を決定するかどうかを解析するために、本年度は、まず器官原基法を応用して体毛の毛包間葉細胞を頬髭由来の培養毛乳頭細胞により置換する技術を用いて解析を進めた。可変領域を切除した体毛の不変領域に高密度化した頬髭由来の培養毛乳頭細胞を移植することにより、間葉置換した毛包が再生され、本研究課題の2)の定性的解析により、頬髭様の内部構造を有する毛種に転換することが明らかとなった。このことから毛種は、毛包間葉細胞により運命決定されている可能性が示唆された。2)毛種の運命決定と維持の定性的・定量的評価系の開発毛種は毛幹の内部構造、形態、サイズ、および物理的特性などにより分類される。また、毛周期のリズムは毛種に依存していることが知られている。本年度は、毛種特異的な毛幹の性状を明らかにするため、頬髭や体毛などの毛種ごとに毛髄・毛皮質といった内部構造および断面形状などの形態的な特徴について光学顕微鏡レベルで解析を進め、毛髄質の構造および断面形状に毛種特異的な特徴を有していることを明らかにした。さらに各毛種の毛周期について解析を行い、その周期性を定量的に明らかにした。これらの系の構築により、毛種の運命決定と維持について、定量的、また定性的に評価する系を開発した。平成26年度の研究は、研究実施計画に従って進捗し、下記の成果を得た。1)毛種の異なる成体毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞の相互置換による毛種運命記憶細胞の解析平成26年度までに毛種を決定する運命記憶細胞が毛乳頭であることを実験的に示され、ほぼ当初の目標を達成した。2)毛種の運命決定と維持の定性的・定量的評価系の開発研究計画に従い、毛種特異的な毛幹の各種性状を定量的に解析することにより、毛種運命の決定と維持機能を定性的・定量的に評価する試験系の構築を実施した。まず、毛乳頭細胞の置換により再生毛包原基を構成する毛包上皮幹細胞および毛乳頭細胞が毛種決定に与える効果を精密に解析するため、体毛の種類ごとに成長期における毛幹直径の変化を計測した。その結果、毛種に特徴的な毛幹形状変化のパターンを数値情報として取得することが可能となった。さらに、マウス体毛と髭の毛乳頭細胞を置換することにより、この毛幹形状変化のパターンが明瞭に変化し、毛乳頭の由来する毛種と一致することが示された。これらの結果より、毛種運命の記憶は毛乳頭細胞が担い、毛幹成長に伴う経時的な毛幹形状パターン変化を指令することが示された。平成26年度までの研究成果により毛乳頭細胞の運命記憶を定量的に評価可能となったことから、次年度において再生毛包の発生プログラムにおける毛種決定と維持に関わる遺伝子発現の解析を進める。平成27年度までに研究実施計画に従って進捗し、下記の成果を得た。1)毛種の異なる成体毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞の相互置換による毛種運命記憶細胞の解析;平成26年度までに、毛包の間葉細胞置換による毛種転換技術を開発し、毛種を決定する運命記憶細胞が毛乳頭であることを示したことから、本研究の当初目標を達成した。2)毛種の運命決定と維持の定性的・定量的評価系の開発;前年度までに、毛種特異的な毛幹の各種性状を定量的に解析する評価系を構築し、毛種の構造的特徴は毛乳頭細胞により運命記憶されていることが示された。研究計画にしたがって毛種特徴的な毛周期パターンの定量的評価系を構築し、毛幹成長を3ヶ月間にわたり経時的に追跡して解析したところ、移植毛包は毛種特異的な毛周期パターンを維持することが示された。さらに、体毛から頬ヒゲへと毛種転換した毛包の免疫組織化学的解析により、大型毛に特異的な転写因子であるSox2発現が毛乳頭細胞において維持されることが示された。これらの研究成果により毛乳頭細胞の運命記憶に従う毛種決定と維持機能を定性的・定量的に評価可能となり、本研究の当初目標を達成した。3)再生毛包の発生プログラムにおける毛種決定と維持に関わる遺伝子発現の解析;毛乳頭細胞の毛種運命決定機能とその獲得維持に主導的な役割を果たす遺伝子の特定と機能解析において、動物種を超えた普遍性を有する遺伝子を特定することが重要である。平成27年度までにヒト頭髪由来毛乳頭細胞を用いて1)の毛包間葉細胞置換実験を行い、マウス毛乳頭細胞と同様に毛包再生可能であることが示された。

現在、マウスを用いて毛種決定および維持に関わる遺伝子解析に向けて推進中であるが、ヒト細胞の結果を参照して解析を進めることにより、より利用価値の高い候補遺伝子を特定して機能解析する可能性が示された。毛を作り出す微細な器官である毛包は、機能および形質により分類される複数の毛種を作り出す。しかし、成体毛包における毛種運命記憶の維持機構は未だに解明されていない。本研究において、毛包の間葉細胞置換による毛種転換技術を開発し、毛種を決定する運命記憶細胞が毛乳頭であることを示した。さらに、毛乳頭細胞の運命記憶に従う毛種決定と維持機能を定性的・定量的に評価可能となり、毛種決定機構の遺伝子解析の基盤が確立された。研究の年度計画に対して、課題1)「毛種の異なる成体毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞の相互置換による毛種運命記憶細胞の解析」はほぼ当初目標を達成した。課題2)「毛種の運命決定と維持の定性的・定量的評価系の開発」については、毛種依存的な毛幹形状変化パターンに着目し、さらに毛乳頭細胞の置換技術を組み合わせることにより、毛乳頭細胞の運命記憶の定量解析を可能とした。平成27年度より課題3)再生毛包の発生プログラムにおける毛種決定と維持に関わる遺伝子発現の解析を進める。再生医療研究課題1)ならびに研究課題2)をほぼ達成し、今後は精度の向上と統計的解析データの積み上げを進める。毛包発生期において、上皮間葉相互作用により毛の種類やサイズが決定されることが報告されているものの、毛成長期に依存した毛幹形状の変化に関する遺伝子は知られていない。そこで、研究課題3)「再生毛包の発生プログラムにおける毛種決定と維持に関わる遺伝子発現の解析」は、毛種に関連する遺伝子であるSox2、Wntファミリー、Shhおよび毛幹を構成する硬ケラチン類について、成長期における発現パターンの経時変化を解析し比較検討する。また、各発生期の間葉細胞について、遺伝子発現を解析し、毛乳頭細胞による毛種運命決定能の評価の結果と比較解析し、毛包の形成率や毛種に対して特徴的な発現パターンを解析する。さらに毛乳頭細胞の毛種運命決定機能の獲得に関わる遺伝子の機能を明らかとするため、毛種特異的な遺伝子を毛乳頭細胞へ導入し、毛包再生技術を用いて毛種に与える影響を解析する。研究の年度計画に対して、研究課題1)「毛種の異なる成体毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞の相互置換による毛種運命記憶細胞の解析」は順調に推移しており、器官原基法を応用した毛乳頭細胞の置換技術を用いて、頬髭に対する毛種転換実験を進める。研究課題2)「毛種の運命決定と維持の定性的・定量的評価系の開発」については、マウスの毛種特異的な遺伝子はほとんど知られておらず、また特定領域における遺伝子発現パターンを解析することからも困難な課題であり、今後も硬ケラチン類などの遺伝子発現解析を進める。今後の研究推進については、研究課題1)「毛種の異なる成体毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞の相互置換による毛種運命記憶細胞の解析」は平成25年度の課題をほぼ遂行したことから、当初の研究計画に従い、平成26年度は研究課題2)「毛種の運命決定と維持の定性的・定量的評価系の開発」を進める。さらに、毛乳頭細胞の置換技術の精度を向上し、さらに統計的に有意なデータを積み上げることにより、研究課題3)「再生毛包の発生プログラムにおける毛種決定と維持に関わる遺伝子発現の解析」を進めていく。
必要に応じた分配の理論

最初に、各経済主体(消費者)について、その才能や身体的特徴(たとえば、身体障害の程度)といった資質(talent)を明示した経済モデルを構築した。その特徴は,たとえば車椅子によって障害者の生活が改善されるように,個人の資質が財(これを資質改善財とよぶ)の消費によって変化する変数と考えた点にある。この経済モデルについて、ときにシミュレーション分析による結果を参照しながら,以下のような結果を得ることができた。(1)車椅子などの資質改善財が市場を通じて供給される場合の経済的特性の分析した。また,資質改善の程度に上限がある場合の均衡を新た定義し,その特性の分析も行った。(2)同じく資質改善財を生産する技術に技術進歩があった場合の経済効果と,資質改善財そのものの技術進歩,すなわち車椅子の機能向上がもつ経済効果を分析,その類似性を明確化することができた。(3)資質改善財の生産企業に対する補助金政策と,受益者に対する所得補償について,その経済効果を比較分析した。とくに障害者にかかわる諸特性を念頭をおいたばあい,障害者に対する所得保障が障害者用医療機器の価格上昇を招いている可能性があることが示された。(4)必要に応じた分配理念のモデル化とその分析。とくに分配理念に合致する配分を見いだし,たとえば市場メカニズムで達成することの困難さが明かとなった。以上の成果は,論文として発表すべく,現在執筆中の段階にある。最初に、各経済主体(消費者)について、その才能や身体的特徴(たとえば、身体障害の程度)を変数(以下、タレント変数)として導入し経済モデルについて、最近の先行研究についてサ-ヴェイを行い、その研究成果が初期段階にあることを再確認するとともに、本研究で対象とすべき経済モデルの基本的枠組みがほぼ見えてきた。ついで、前段階での研究をふまえ、先行研究と同じタレント変数と所得(貨幣量)の2財から経済モデルに、タレント変数の交換関数(義手・義足などの身体補助技術に相当)を導入した経済モデルを構築した。その結果、以下の諸点を明らかにすることができた。(1)医療補助機器(変換関数)についての技術改善・進歩は社会的効率可能フロンティア全体を外延的に拡張することができる。(2)医療補助機器についての技術は、その使用によって恩恵を得ることのできる消費者全体に影響を与えるという意味で、外部効果を持つ。したがって技術についての社会的評価と技術改善のための社会費用とが一致する水準で生産を行うことが効率的となる。この効率的状態は市場メカニズムを通じては実現されない。とくに、市場メカニズムによる方法では、変換関数の価格は外部効果を考慮しない場合に比べ、高額となる。さらに、変換関数の使用に関する補助のあり方について、「変換関数に対する需要の価格弾力性がかなり小さいこと」という仮定に立つとき、同額の財政支出をしながらも(3)受益者に対する補助金による方法では、医療補助機器の価格上昇を招き、補助金は価格上昇に吸収される、(4)医療補助機器供給サイドに対する助成では、医療補助機器の価格が減少する、という違いが現れることがわかった。最初に個人の身体的特徴(障害の程度に相当)を改善するための財(あるいは技術)が公共財的特性をもつ場合(たとえば盲人用歩道など)について,その厚生経済学的分析を行った。その結果,つぎのような特徴的成果が得られた。(1)従来の効率性達成を主目的とする均衡概念(リンダール均衡,あるいは新たな均衡)では,障害の程度の重い消費者ほど,状態改善のためにより大きな負担をせざるを得ない(シミューション分析の結果から)。(2)公平性の視点(たとえば非羨望概念)を導入した場合には,逆に,障害の程度が軽い消費者ほど,より大きな費用負担を求められる。こうした帰結をもたらす要因は,財の配分にあたって何を基準に求めるかによる。以上の,効率的でかつ公平な分配を実現するためには,私的財について一括税型の所得移転を行う必要がある。しかし,一括税は,その最適水準を内生的に決定するという視点から言えば,非現実的性格を持っている。

そこで,研究の第2段階として,傷害の程度に反比例する比例税を導入するによって,障害改善のための財と私的財の配分の組合せを検討した。その結果,導入される公平性概念の要求度に応じて,最適税率の大きさが変化することが示された。より具体的には,公平性上の要求が強ければ強いほど,限界税率は高くなり,逆に公平性の要求が弱ければ,限界税率が低くなることが,部分的ながら,示された。以上の成果は論文として公表すべく,現在執筆中である。
ヒト心房筋電気的リモデリングの成因解明のためのマイクロRNA解析

心房細動は最も罹患率が多いにもかかわらず治療戦略がいまだ確立されていない不整脈である。我々は、心臓大血管の手術で体外循環を使用する患者より得られたヒト心房筋(右心耳等)を用いて、慢性心房細動を有する患者の心房筋において発現の変化を認める特定のイオンチャネルとmicroRNAを同定し、イオンチャネルリモデリングにおけるmicroRNAの関連と治療への応用の可能性を示唆した。心房細動は最も罹患率の高い不整脈でありながら、その治療戦略は未だ確立していない。特に体外循環を必要とする心血管領域の周術期においては、血行動態の不安定化に悪影響を与え、ICU在室時間や入院日数を増加させる等の報告がある。本講座においても、体外循環症例の周術期において、発作性心房細動も含めて約3割の罹患率が経験されている。近年循環器領域では、心臓の発生や筋肥大、虚血性心疾患、心不全、さらには不整脈の発生等において、特定のマイクロRNAの発現異常が存在することが報告されている。本研究は、心房細動患者において、発現が変化しているヒト心房筋のマイクロRNAの同定及びイオンチャネル関連遺伝子との関与の実証を目的とし、心房細動治療へのマイクロRNAの利用を目指している。当科における体外循環症例より得られたヒト心房筋検体は現時点で310症例である。1.これらより抽出した総脳AよりRT-PCRを用いて心臓イオンチャネルの発現を評価している.2.この中から疾患(弁膜症、大動脈瘤、先天性心疾患、虚血性心疾患等を含む)、性別、年齢、心機能、内服歴などの条件を考慮して選抜した心房細動患者9例、対照患者11例の検体についてマイクロRNAの網羅的解析を終え、心房細動の発現に関与していると思われるいくつかのマイクロRNAの予測をつけた。なお、検体は現在も採取継続しており、更なる症例数の増加を図っている。3.現在このマイクロRNAを新生獣ラット心筋細胞へ導入、パッチクラアンプ法を用いてこれらの遺伝子導入心筋細胞における細胞膜電流の変化の測定を行っている。同時に、導入した心筋細胞におけるイオンチャネルの発現変化もRT-PCRを用いて評価している。心房細動は最も罹患率の多い不整脈でありながら、その治療戦略は未だ確立していない。それは、心房細動の発症と維持の機序が明確にされていないことに起因する。心房細動は、特に体外循環を必要とする心血管領域手術の周術期においては、血行動態の不安定化等に悪影響を与え、ICU在室時間や入院日数を増加させる等の報告がある。本講座における体外循環症例では、発作性心房細動も含めて周術期に約3割の心房細動の罹患例が経験されている。近年、循環器領域では、心臓の発生や筋肥大、虚血性心疾患、心不全、さらには不整脈の発生等において、特定のマイクロRNAの発現異常が存在することが報告されている。本研究は、心房細動の持続において、ヒト心房筋におけるイオンチャネルのリモデリングの成立にマイクロRNAが関与しているという仮説を立て、その立証を目的とし、さらにはその治療への応用を目指すものである。現時点で当科における体外循環症例より得られたヒト心房筋検体は310症例である。1.これらより抽出した総RNAよりRT-PCRを用いて、各種心臓イオンチャネルの発現を評価している。2.この中から、疾患(弁膜症、大動脈瘤、虚血性心疾患、先天性心疾患等を含む)、性別、年齢、心機能、内服歴等の条件を考慮して選抜した心房細動患者9例、対照患者11例の検体についてマイクロRNAの網羅的解析を終え、心房細動に関与していると思われるマイクロRNAの予測をつけた(なお、検体は現在も採取継続しており、更なる症例数の増加を図っている)。心房細動は最も罹患率の多い不整脈でありながら、その治療戦戦略はいまだ確立していない。今回我々は、対外循環を必要とする心血管領域手術を行った心房細動患者において発現が変化しているヒト心房筋のmicroRNAの同定およびイオンチャネル関連遺伝子の関与の実証を行った。現在得られているヒト心房筋細胞は約350症例で、この中から、疾患、心機能、性別、年齢、内服その他の条件を考慮して選抜した心房細動患者10例、対照患者(洞性)11例の検体について、microNNAの網羅的解析を行った。その結果として、心房細動患者において低下しているmicroRNAを3個、増加しているmicroRNAを36個、候補として特定した。さらに、RT-PCRを用いて、心房細動患者において変化しているイオンチャネルの発現変化も評価した。これらのmicroRNAと、心房細動の成因に関与していると思われるイオンチャネルとの遺伝子配列の整合性も検討し、現在ある一つのmicroRNAのグループを治療標的となり得ると考えている。このmicroRNAを新生獣ラット心筋細胞に導入し、in vivoで得られた結果を、in vitroで検証中である。

先述の研究実績の概要の通り、豊富な臨床症例をもとに、心房細動の発生・持続に関与すると思われるマイクロRNAを予測できた。現在in vitroのレベルにおける実証実験に入っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在臨床検体を用いた研究より予測できたmicroRNAをリポフェクタミンを用いて新生獣ラット心筋細胞へ導入、パッチクランプ法を用いて、これらの遺伝子導入心筋細胞における細胞膜電流の変化を評価している。同時に、導入した心筋細胞におけるイオンチャネルの発現変化も評価を行っている。これらを総合的に分析し、心房細動患者における特定のmicroRNAとイオンチャネルの関与を、in vivo、in vitroの両方で実証する。
運転支援システムと人の調和を実現する行為主体感喚起手法の研究

本研究の目的は,自律型運転システムから運転支援を受けるドライバに対し,自らが操作しているという感覚である「行為主体感」を強く生起させることで,自動化に伴う油断や人と機械の不調和に基づく事故を防ぎ,運転中の安心・安全・快適を向上させる手法を明らかにすることである.絶対安全な自動運転が実現されていない以上,人にシステムを過信も不信もさせず,最終的には自らの判断で安全性を確保させることが望ましい.行為主体感が行為結果の予測と身体知覚を通じて得られる実際の結果の整合性から生じることを考慮し,(1)システムの状態に応じてプライミングとなる多感覚刺激を与え予測を変化させる手法,(2)固有感覚を刺激し,運動錯覚を生起させることで身体知覚を変化させる手法の両面から行為主体感を増幅させる手法を構築する.平成30年度は,自律型運転システムの行為結果の予測をわかりやすく伝えることで行為主体感を生起させる手法を開発し,その有効性を示した.提案手法では未来の車両位置を複数提示することで,自律型運転システムが将来とる可能性の高い行動を把握可能にした.大規模ドライビングシミュレータを用いた実験により,提案手法では行為主体感が向上すること,ドライバーによる介入が必要な場面において適切な介入行為を誘発できることを示した.また,自律型運転システムでは利用につれて信頼度が高まり続け過信が起こる傾向にあるが,提案手法では信頼度が一定に推移し,過信が起こりにくいことが明らかとなった.本研究の目的は,自律型運転システムから運転支援を受けるドライバに対し,自らが操作しているという感覚である「行為主体感」を強く生起させることで,自動化に伴う油断や人と機械の不調和に基づく事故を防ぎ,運転中の安心・安全・快適を向上させる手法を明らかにすることである.行為主体感が行為結果の予測と身体知覚を通じて得られる実際の結果の整合性から生じることを考慮し,(1)システムの状態に応じてプライミングとなる多感覚刺激を与え予測を変化させる手法,(2)固有感覚を刺激し,運動錯覚を生起させることで身体知覚を変化させる手法の両面から行為主体感を増幅させる手法を構築する.平成28年度は,こうした技術の基礎となる科学的知見を収集するために,身体所有感と行為主体感の関係と,それらの有無が知覚に与える影響の検証を行った.まず,VR環境において自身の手指の動きをリアルタイムに反映して動きながら,さまざまに形状や動きなどの性質が変わるバーチャルハンドを用いたピアノの演奏が可能なシステムを構築した.これを用いることで,バーチャルハンドの見た目が現実の手とは大幅に異なる場合にも,動きの空間的変換が連続的に保たれて行為主体感が生起する限り身体所有感が生起することを確かめた.他方,実際の手と異なる特性を持つバーチャルハンドへの身体所有感は,バーチャルハンドで扱う物体の見かけの大きさ知覚に影響を与えることを示した.こうした基礎的知見の収集とあわせて,非運転者が移動する自動車と同じように自らが動いているという運動主体感を感じられる手法を実現した.この手法では,没入型映像提示装置で車載カメラ映像を鑑賞させる際に,足及び腰に適切な揺動を与えることで,自らの身体が運動していると感じさせることができる.実験を通じ,この手法が実際には自ら運動していない映像鑑賞中にもかかわらず運動主体感を生起可能なことを示唆した.移動する映像に合わせて足及び腰に適切な揺動を与える装置を用いることで,自らの身体が運動しているという行為主体感を感じさせることができることが確認でき,手法の基礎が確立されたため.本研究の目的は,自律型運転システムから運転支援を受けるドライバに対し,自らが操作しているという感覚である「行為主体感」を強く生起させることで,自動化に伴う油断や人と機械の不調和に基づく事故を防ぎ,運転中の安心・安全・快適を向上させる手法を明らかにすることである.行為主体感が行為結果の予測と身体知覚を通じて得られる実際の結果の整合性から生じることを考慮し,(1)システムの状態に応じてプライミングとなる多感覚刺激を与え予測を変化させる手法,(2)固有感覚を刺激し,運動錯覚を生起させることで身体知覚を変化させる手法の両面から行為主体感を増幅させる手法を構築する.平成28年度は,昨年に引き続き行為主体感や車も含めた道具を自分の体のように感じる感覚である身体所有感に着目し,それらの生起手法と,それらが生起された場合の知覚や認知への影響について検証した.特に車両に身体所有感が生起した際に距離知覚がドリフトする可能性について検討するために,アバタの身体部位のスケールと物体のスケール知覚の関係を調査する被験者実験を行った.この結果,アバタの身体部位の表示スケールを操作すると,知覚される物体のスケール知覚が変化して感じられる(Body-based Scaling; BBS)ということが分かった.また,比較的簡素なアバタでもこの効果が生じ,車両においても手動運転時と自動運転時で身体所有感の差から距離知覚が変化しうる可能性を見いだした.また,自動運転システムにおいて行為主体感が低いことによって酔いが発生しやすくなるという点に着目し,固有感覚を刺激して運動錯覚を生起させることで酔いを低減させることが可能かを検証した.検証の結果,映像中の加速成分に応じて,歩行時に近い足の運動を運動錯覚によって想起させることで,酔いが軽減できる可能性が示された.研究の初期段階の構想から発展し,行為主体感や身体所有感の生起による知覚のドリフトや,行為主体感生起による酔い軽減手法の提案など,新規の提案・検証ができている.実験環境を整えるために研究に若干の遅れが生じていることから,全体としてはおおむね順調であると判断した.

本研究の目的は,自律型運転システムから運転支援を受けるドライバに対し,自らが操作しているという感覚である「行為主体感」を強く生起させることで,自動化に伴う油断や人と機械の不調和に基づく事故を防ぎ,運転中の安心・安全・快適を向上させる手法を明らかにすることである.絶対安全な自動運転が実現されていない以上,人にシステムを過信も不信もさせず,最終的には自らの判断で安全性を確保させることが望ましい.行為主体感が行為結果の予測と身体知覚を通じて得られる実際の結果の整合性から生じることを考慮し,(1)システムの状態に応じてプライミングとなる多感覚刺激を与え予測を変化させる手法,(2)固有感覚を刺激し,運動錯覚を生起させることで身体知覚を変化させる手法の両面から行為主体感を増幅させる手法を構築する.平成30年度は,自律型運転システムの行為結果の予測をわかりやすく伝えることで行為主体感を生起させる手法を開発し,その有効性を示した.提案手法では未来の車両位置を複数提示することで,自律型運転システムが将来とる可能性の高い行動を把握可能にした.大規模ドライビングシミュレータを用いた実験により,提案手法では行為主体感が向上すること,ドライバーによる介入が必要な場面において適切な介入行為を誘発できることを示した.また,自律型運転システムでは利用につれて信頼度が高まり続け過信が起こる傾向にあるが,提案手法では信頼度が一定に推移し,過信が起こりにくいことが明らかとなった.これまでに順調な成果が得られているため,引き続き現在の体制で研究を進める.プライミング刺激の活用に加えて,シミュレータだけでなく実際の運転環境での検証を視野に入れての研究を進める.簡易なシミュレータにより限定的な状況下での行為主体感生起や酔いの軽減が可能であることを明らかにできたが,シミュレートしきれていない振動等の影響を検討しなければ実際の運転環境で活用できるかが不明瞭な結果となっている.そこで外部(車両メーカ)からの協力を得て,実車環境もしくはより高精度なシミュレータ環境での実験実施が可能な状況を整えられたため,研究を延長して追加実験を行い,成果の有効性を精緻に確認することを狙う.本年度は主にVRを使用したシミュレーション環境での検証を行って基礎を固めた.そのため,実際の運転環境に近いシミュレータの作成を延期することとした.簡易なシミュレータにより限定的な状況下での行為主体感生起や酔いの軽減が可能であることを明らかにできたが,シミュレートしきれていない振動等の影響を検討しなければ実際の運転環境で活用できるかが不明瞭な結果となっている.そこで外部からの協力を得て,実車環境もしくはより高精度なシミュレータ環境での実験実施が可能な状況を整えた.そのため,このシミュレータの利用料として次年度使用額を残し,研究を延長して追加実験を行い,成果の有効性を精緻に確認することを狙う.VRを用いたシミュレーションにおいて得られた結果を,実際の運転環境に近い状況でも適用可能化について,簡易なシミュレータを構築した上で検証する.そのため,主にシミュレータ構築費用に研究費を使用する.シミュレータは当初計画よりも簡易化することとし,その分実車環境でも検証をおこなうことを目指し,自動車内で利用可能なサイズのシステムを構築することとし,そのために研究費を使用する.