hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
仮想現実感構築法に関する研究

遠隔操縦の作業効率を向上させるために、実験的研究を行った。遠隔操縦による作業は直視による作業と比較し作業効率が著しく低いことが知られている。これは、人間と遠隔操縦装置のインタフェースに問題があると思われる。本研究では、視覚インタフェースと触覚インタフェースについての検討をおこなった。1.視覚インタフェース複合画面方式立体ビデオシステム(Qシステム)を開発した。このシステムは高解像度映像と広視野映像とを固定焦点レンズで同時に実現する。中心部の高解像度映像と周辺部の広視野映像、両方の有効性を実験的に確認した。右目用映像と左目用映像の重複率について検討した。遠隔操縦装置のカメラの輻輳位置が作業対象に合致していない場合、重複率が低下する。シミュレーション実験、実際のロボットを動かしての実験、双方を実施した。実験の結果、重複率の低下が作業効率の低下をもたらすことが明らかとなった。この結果は、通常のビデオシステムにおいても複合画面方式立体ビデオシステムにおいても確認することが出来た。例えば、ある実験の結果は、重複率が低い条件では高い条件と比較し、間違いが多く、作業に時間がかかることを示した。2.触覚インタフェース触覚フィードバックを検討するため、小さなモータからなる振動素子を用いて実験をおこなった。ロボットアームを用いてある物体をつかみ、作業環境内に設定した穴に挿入させる作業を行わせた。作業中にロボットアームや把持した物体が他の物体に接触した際にこの阻止を振動させた。実験の結果は、触覚フィードバックを与えた条件のほうが作業効率が向上することを示した。1)仮想現実感環境と実空間における人の空間認識の違いを解明するためのツールとして、HMD搭載型の眼球運動計測装置を開発した。また、それによる予備的な検討を行った。HMD搭載型眼球運動計測装置においては、ビデオカメラが眼球に対し垂直となるように設置することにより、また、本研究で開発した角度・線形校正法を適用することにより、従来約1度の精度であったものを約15分(測定範囲約40度)に向上させることが出来た。予備的な実験により、人の両眼は必ずしも、常に一点に輻輳しているものではないことが示唆された。立体視装置においては、両眼が一点に輻輳することが十分な立体感を得るためには重要で、これが十分な現実感を与えることの出来ない要因の一つであると考えられる。2)仮想現実感環境生成における主要な要素である立体画像に関する研究の中で、観察者の違和感、疲労の要素となっているものとして、左右眼に提示される画像の重複率の問題があることが明らかとなった。すなわち、実環境での人の眼は、注視対象に両眼は輻輳し、網膜上の像は、両眼においてほぼ100%近い重複率となっている。ところが、仮想環境において映像生成のための仮想的な眼の輻輳点は作業環境の中心部付近に固定されているのが普通である。そのため、観察者の注視点が映像生成のための輻輳点と異なると、観察者の両眼の網膜像の重複率は低下する。これにより融合負荷が大きくなり、違和感、疲労感の要因の一つとなっていると言える。1)仮想現実感空間と実空間における人の空間認識の違いを解明するためのツールとして、HMD搭載型の眼球運動計測装置を開発した。ところが、本装置には、まだ調整にかなりの時間を要したので、本年は、本装置の機構部分の改良を行った。これにより、調整時間はかなり短縮できた。2)人が何かを注視するとき、利き目の方が非利き目よりも正確に注視点を注視していることが明らかとなった。これにより、知識が利用できる場合は、片方の目(利き目)からの情報でもって主に視環境の認識を行っていることが考えられる。

これは、より少ない脳の活動で生存しようとする、一種の生体における消費エネルギー節約のメカニズムと考えられる。両眼の情報を利用しようとすると、左右の網膜像を融合させる必要があり、そのためには、脳にかなりの照合操作が必要で、エネルギー消費が大きくなるからであろう。3)平成11年度の仮想環境における実験において、左右眼の網膜像の重複率が低くなると3次元認識の必要な作業においてその効率が低下することが明らかとなった。そこで、本年は、映像下の遠隔作業において、カメラの輻輳と操作者の眼の輻輳とが一致した場合と一致しない場合との作業効率を調べた。その結果、仮想環境での実験結果とほぼ同じ傾向が得られた。仮想環境における違和感や疲労感の発生要因の一つは、左右眼像の一致が保証されていないところにあると考えられる。
レーザートンネルイオン化の理解に立脚した電子ダイナミクス可視化法の開拓

前年度までに構築した電子ーイオンコインシデンス計測システムを用いて,フェムト秒近赤外強レーザー場(45fs,800 nm, 10^14 W/cm^2)における重水素(D2)分子のトンネルイオン化電子の3次元運動量計測を行った。装置分解能の制限によって飛行時間方向にわずかに拡がった形状をもつことが見出されたものの,光電子トーラスの断面として計測された垂直運動量分布(TMD)はD2分子の最高被占有分子軌道(HOMO)である1sσg軌道から予想されるガウス関数形状をもつことがわかった。トンネルイオン化を決定づけるレーザーパラメータのうちレーザー場強度を変化させて計測を行ったところ,レーザー場強度の増加に伴ってTMD分布の幅が増加することが見出され,トンネルイオン化理論による計算結果と良い一致を示すことがわかった。また,NO分子の2π非対称最高被占有軌道(HOMO)の可視化について,位相を制御した2色強レーザーパルスを用いた研究を行った。解離性イオン化によって生成したフラグメントイオンはπ対称性を反映したバタフライ型の分布を示すとともに,レーザー偏光方向に対して明瞭な非対称性を示した。フラグメントイオン空間非対称性は2色レーザーパルスの相対位相によって変化し,大きな電子密度をもつN原子側からイオン化が起こりやすいことが明らかとなった。得られた結果はHOMOの形状を取り入れた弱電場漸近理論(WFAT)に基づくトンネルイオン化レートの計算結果とよく一致し,トンネルイオン化計測によって非対称HOMOの読み出しが可能であることが示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.静電場型電子ーイオンコインシデンス計測系の構築:一対のディレイラインアノード位置敏感検出器(PSD)を備えた電子ーイオンコインシデンス計測システムを設計,構築した。多段電極スタックによる一様な静電場と高速時間ーデジタル変換器(TDC)の採用によって,電子とイオンの両方について,全立体角にわたって歪みの少ない運動量計測を実現した。また,単一分子から生成したイオンー電子対をコインシデンス計測することで分子座標系における電子運動量分布の3次元計測を実現した。2.垂直運動量分布(TMD)の観測:分子トンネルイオン化によって生成した電子の垂直運動量分布(TMD)を測定することを目的として,電子ーイオンコインシデンス計測に基づいて分子座標系での3次元光電子分布を調べた。標的分子は重水素分子(D2)とし,光電子分布に対する再衝突過程の影響を抑制するために紫外円偏光レーザー場(波長400 nm,強度3x10^14W/cm2)を用いて実験を行った。強レーザー場との相互作用で生成した光電子の運動量分布は分子座標系で明瞭なトーラス状の構造を示し,その断面から垂直運動量分布(TMD)の読み出しを行うことに成功した。理論グループは,静電場中でのトンネルイオン化の新しい理論を構築した。また,多電子系について,電場強度に関する漸近展開の高次補正項を定式化し,それをもとに最も基礎的な2電子原子系を対象に分析を行った。レーザートンネルイオン化過程のより厳密な理解と,分子内の電子ダイナミクスを直接可視化するための超高速反応イメージング法の開拓に向けて,新たに電子ーイオンコインシデンス運動量画像計測系の構築に成功し,TMD計測に成功した。また、静電場トンネルイオン化に関する新しい厳密理論を構築し、それをもとに基礎的な系について分析を行った。1.静電場型電子ーイオンコインシデンス計測系の構築:前年度に構築したディレイラインアノード位置敏感検出器(PSD)を備えた電子ーイオンコインシデンス計測システムを用いて,フェムト秒近赤外強レーザー場(45fs,800 nm, 10^14 W/cm^2)におけるトンネルイオン化電子の3次元運動量計測を行った。

コインシデンス画像計測によって単一分子から生成したフラグメントイオンー電子対を捕捉し,イオン運動量から分子座標系を規定することで分子座標系における電子運動量分布の3次元計測を行った。重水素(D2)分子を用いた運動量計測の検証を行ったところ,当初設計のコインシデンス計測装置では検出画像に不感部分が生じ、電子運動量分布の精密な3次元計測が困難であることが判明した。これをうけて電子運動量計測系配置の再検討と装置の改良を行った。2.分子座標系3次元運動量分布の観測:改良された電子ーイオンコインシデンス計測システムを用いて,強レーザー場(45fs,800 nm, 1x10^14 W/cm^2)におけるD2分子から生成したトンネル電子の3次元運動量計測を行ったところ,電子運動量空間に明瞭なトーラス構造が観測された。分子座標系においてトーラスの強度分布から得られたトンネルイオン化レート(収量),およびその断面として得られた垂直運動量分布(TMD)はトンネルイオン化理論(弱電場漸近理論)による計算結果と概ね一致した。これは本計測手法が電子ダイナミクス可視化の達成に対して有用であることを示す成果である。電子ーイオンコインシデンス運動量画像計測系の改良が必要となり,計画に遅れが生じたが,当初予定していた重水素(D2)分子を用いた運動量計測を実施し,運動量トーラスの観測に基づくイオン化レートとTMDの評価を行うことができたトンネルイオン化で生成した電子と,(2) H2の解離性イオン化(H2 →H2+ + e- →H+ + H + e-)によって生じたフラグメントH+とのコインシデンス運動量計測を行う。先行研究で観測された電子収量の異方性分布の検証を行い,これを踏まえて垂直運動量分布(TMD)に着目したデータ解析を行う。特にレーザー場の強度,パルス幅,波長,楕円偏光度を系統的に変化させて計測を行い,トンネルイオン化されるH2の1σg軌道の運動量空間波動関数とTMDの対応を調べる。断熱理論をリファレンスとして,実験条件がトンネルイオン化描像に適合しているか,またレーザー場による軌道の歪みや多電子効果について厳密な検証を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。上記で得られた結果を踏まえて,トンネルイオン化過程がどのようにレーザー場強度などのレーザーパラメータに対して変化するかを検討し,電子ダイナミクス可視化に向けた課題を整理する。D2以外の2原子分子についての研究に着手し,多電子効果について検討を開始する。またこれまで研究を進めてきたNO分子について,イオン運動量画像計測に基づいた2π非対称最高被占有軌道(HOMO)の可視化もあわせて進める。
抑うつ者に見られる怒り・攻撃発生のメカニズムに関する検討

研究の背景様々な先行研究によって,抑うつが自責感と強い関係があること(e.g., Biaggio & Godwin, 1987),うつ病者は突発的な怒りや興奮状態を示し,特に近親者に対して怒りを表すこと(Painuly, Sharan, & Mattoo, 2005)などが知られている。これらの結果を踏まえ,申請当初は怒りが喚起された後の時間経過と状況変化に焦点を当てた調査,臨床群を対象とした調査を行う予定であったが,これまでに着目してきた健常群における抑うつのサブタイプ(e.g.,樋口,2008)に関する検討を引き続き行った。前年度に行った研究3と4の結果に基づき,本年度は攻撃表出の方法に着目した研究を行った。研究5研究5では,抑うつの高い者がとりやすい攻撃の方法について具体的に検討するために,まず攻撃の方法をその性質によって分類することを試みた。攻撃の方法として,怒りを感じたあとに取られる具体的な対処行動のうち,一般の大学生にとられやすい表出方法の分類を行った。行動のとられやすさを指標として因子分析を行ったところ,強い情動性をもち表出性攻撃の性質を強く示す行動群と情動性が弱く目標志向的な不表出性攻撃の性質を示す行動群という2つの因子に分類可能であることが示された。これまでに怒りを表現するための攻撃行動をその性質によって分類する研究は行われていないことから,この分類に従い,抑うつの高い者の取りやすい攻撃の方法を検討していくこととした。この研究は現在論文投稿準備中である。研究6研究6では研究5で得られた2種類の攻撃行動群にもとづき,抑うつの高い者がとりやすい攻撃の方法について検討を行った。これらの2種類の行動のとられやすさと抑うつの高さとの関連について相関分析を用いて検討したところ,抑うつ者は怒りを感じた際に,情動性が強く表出性攻撃の性質をもつ行動ではなく,情動性が弱く不表出性攻撃の性質をもつ行動を取りやすい傾向があることを示した。今回の研究5,6の結果と前年度行った研究3,4の結果から,行動的な側面から検討しても認知的な側面から検討しても,抑うつの高い者は怒りを感じた際に行動を表に表さないようにしようとする可能性があることが示唆されたといえる。研究の背景様々な先行研究によって,抑うつが自責感と強い関係があること(e.g.,Biaggio&Godwin,1987),うつ病者は突発的な怒りや興奮状態を示し,特に近親者に対して怒りを表すこと(Painuly,Sharan,&Mattoo,2005)などが知られている。これらの結果を踏まえて行った研究によって,怒りをあらわす対象者や怒り発生・表出状況に関して,特に怒り発生から攻撃行動発生までの間の時間の経過を加味した上で,細かく検討していく必要があると考えた。当初は怒りが喚起された後少し変化した状況での反応に焦点を当て,状況の変化により抑うつ者の怒り表出の違いを調査する予定であったが,新たにイライラや気分の変動をもつ非定型うつ(樋口,2008)という視点を取り入れ,抑うつのサブタイプを詳細に検討した。研究1質問紙で測定できる攻撃性のうち,パーソナリティとして個人が持っている特性的攻撃性と実際の攻撃表出に関する状態的攻撃性を別々にとらえ,そのそれぞれと抑うつとの関係に差異があるか検討した。その結果,1)抑うつの高低に関係なく,特性的攻撃性のひとつである怒りやすさは状態攻撃性の怒りと強く関連しており,2)状態的攻撃性のひとつである怒りは攻撃表出に関連していること,3)抑うつの高い人は特性的攻撃性が攻撃表出に強く関与しているが,抑うつの低い人はあまり関与していないことが示唆された。これらの結果から,抑うつの高い人に特異的な攻撃表出のモデルがある可能性が考えられた。研究2研究1の結果から,抑うつの高い者の中でも異なった攻撃表出のタイプや特に怒りが強い者がいる可能性が考えられた。そこで抑うつのサブタイプに着目し,抑うつにおける攻撃性のサブタイプを検討することとした。抑うつと特性怒りの両者が高い者,低い者,どちらかだけが高い者というサブタイプわけを行い,怒りに対する反応傾向に,それぞれ特徴が見られるか探索的に検討した。その結果,1)怒り反応傾向のうち短気と身体的攻撃は,特性怒りの強さに影響されている可能性があること,2)怒り反応傾向のうち敵意と言語的攻撃は,特性怒りではなく抑うつの強さに影響されている可能性かおることが示唆された。この研究により,抑うつの中に攻撃性によるサブタイプがある可能性と,抑うつの高い者においても攻撃性のサブタイプにより攻撃表出の仕方に違いが見られることが示された。

当初は怒りが喚起された後の時間経過と状況変化に焦点を当てた調査,臨床群を対象とした調査を行う予定であったが,前年度から取り入れた健常群における抑うつのサブタイプ(e.g.,樋口,2008)に関する検討,怒りの表出に関わる新たな認知要因(増田,2005)に着目した検討を行った。研究3前年度行った抑うつのサブタイプ研究では,抑うつのサブタイプにより攻撃表出の仕方に違いが見られるという結果を得た。しかし抑うつのサプタイプに関しては,健常者にも使用できるような自己記入式のサブタイプ分類尺度はまだ見られていない。そこで抑うつの質問紙の下位尺度得点を用いたクラスター分析を行い,サブタイプと考えられるグループを抽出することを試みた。また,得られたグループで攻撃性に異なる特徴が見られるか検討した。その結果,いくつかのサブタイプの中でも非定型抑うつ,ディスチミア親和型に類似したグループが得られ,攻撃性にも異なる特徴があることが示唆された。研究4研究1,2,3の結果から,抑うつの高い者の中でも異なった攻撃表出のタイプが見られる可能性が考えられた。そこで研究4では,抑うつの違いではなく怒りの表出に関する認知的側面に着目し,抑うつと怒り表出に関する信念,怒りの表出・不表出傾向との関連を検討することとした。その結果,1)怒りの表出に関するポジティブな信念を持つ人は怒りの制御を弱め,抑うつを強める傾向があること,2)怒りの表出に関するネガティブな信念を持つ人は怒りの抑制を強め,抑うつを強める傾向があることが示唆された。研究の背景様々な先行研究によって,抑うつが自責感と強い関係があること(e.g., Biaggio & Godwin, 1987),うつ病者は突発的な怒りや興奮状態を示し,特に近親者に対して怒りを表すこと(Painuly, Sharan, & Mattoo, 2005)などが知られている。これらの結果を踏まえ,申請当初は怒りが喚起された後の時間経過と状況変化に焦点を当てた調査,臨床群を対象とした調査を行う予定であったが,これまでに着目してきた健常群における抑うつのサブタイプ(e.g.,樋口,2008)に関する検討を引き続き行った。前年度に行った研究3と4の結果に基づき,本年度は攻撃表出の方法に着目した研究を行った。研究5研究5では,抑うつの高い者がとりやすい攻撃の方法について具体的に検討するために,まず攻撃の方法をその性質によって分類することを試みた。攻撃の方法として,怒りを感じたあとに取られる具体的な対処行動のうち,一般の大学生にとられやすい表出方法の分類を行った。行動のとられやすさを指標として因子分析を行ったところ,強い情動性をもち表出性攻撃の性質を強く示す行動群と情動性が弱く目標志向的な不表出性攻撃の性質を示す行動群という2つの因子に分類可能であることが示された。これまでに怒りを表現するための攻撃行動をその性質によって分類する研究は行われていないことから,この分類に従い,抑うつの高い者の取りやすい攻撃の方法を検討していくこととした。この研究は現在論文投稿準備中である。研究6研究6では研究5で得られた2種類の攻撃行動群にもとづき,抑うつの高い者がとりやすい攻撃の方法について検討を行った。これらの2種類の行動のとられやすさと抑うつの高さとの関連について相関分析を用いて検討したところ,抑うつ者は怒りを感じた際に,情動性が強く表出性攻撃の性質をもつ行動ではなく,情動性が弱く不表出性攻撃の性質をもつ行動を取りやすい傾向があることを示した。今回の研究5,6の結果と前年度行った研究
神経堤細胞の分化メカニズムの解析と可塑性の評価

神経堤細胞は、血球系細胞と異なり、背側から腹側方向に遊走し位置情報を得て適切な組織に分化することが特徴である。頭部神経堤細胞は鰓弓に遊走し、骨軟骨、舌筋等に分化して頭頸部の構築を担っている。そこで鰓弓における時空間的な神経堤細胞分化の機序を明らかにするために、全胚培養、下顎の器官培養を用いた発現誘導や、エンドセリン(ET)-1の有無による形態と遺伝子発現パターンの詳細な検討を行った。鰓弓上皮からのET-1シグナルが、胎生8.759.0日に、神経堤細胞のETA受容体を介して核転写因子dHANDやDlx5/6を制御し、鰓弓の背腹軸の形態形成を担うことにより下顎を決定することを示した。即ち、第1鰓弓の間葉細胞は形態的に上顎となる性質を持っているが、鰓弓遠位部の上皮からET-1シグナルを受けることにより遠位部のみ下顎の特性を得ると考えられた。また、dHANDやDlx6の発現は、胎生9.5日以降はFGFシグナルにより誘導・維持されるが、その反応性は先行するET-1シグナルを必要とするという、シグナルリレーの存在が示された。また、神経堤細胞の幹細胞としての特性を核移植による初期化の程度を指標に検討した。神経堤細胞培養2日目(未分化)と培養7日目(分化)で核移植後、「胚盤胞/2細胞」の発生率はどちらも57割であった。この結果はES細胞をドナーとした場合に近く,同じ発生段階の分化細胞;血管内皮細胞3割、胎仔繊維芽細胞3割などに比べ,初期化に対する感受性が高いことが示され、初期化に対する感受性と分化の可塑性の関連について検討を進めている。1.神経堤細胞の分化制御において重要なシグナルの検索エンドセリン-1(ET-1)欠損マウス(ET-1-/-)骨格の形態観察により、下顎における骨・軟骨が上顎構成成分の鏡像重複であることを見出した。さらに、上顎弓(Prx2,Bmp4)および下顎弓(Pitx1,dHAND, eHAND)の遺伝子マーカー発現の解析から、ET-1-/-の下顎弓の遺伝子発現パターンが上顎弓のパターンをとることを明らかにした。また、ET-1-/-胚において第1,2鰓弓の背腹軸パターン形成の決定因子であるDlx5,6の遺伝子発現が第1,2鰓弓腹側(第1鰓弓では下顎弓)で特異的に消失していた。以上より、ET-1が形態形成因子として神経堤細胞に作用し、ホメオティック遺伝子Dlx5,Dlx6を誘導することによって、鰓弓の背腹軸方向のパターン形成を制御していることが証明された。一方、鰓弓形成におけるET-1シグナルの下流としてDlx6→dHANDのシグナル経路があるが、DNAチップ等の結果により、その標的遺伝子の一つとしてカルパイン6遺伝子を同定した。その発現は、鰓弓・心臓などでdHANDと一致すること、細胞骨格に作用して細胞形態や増殖に影響する因子であることを明らかにした。2.核移植を用いた神経堤細胞の可塑性の評価の方の検討核移植後のリプログラミングという新しい視点から幹細胞の分化制御機構の理解をさらに深めるため、予備実験として神経堤細胞をドナーとした核移植を行った。マウス培養神経堤細胞は培養開始直後、分化条件下での培養7日後ともに、マウス胚由来線維芽細胞に比べて高い胚盤胞形成率を示し、胎仔形成をも示した。胚盤胞形成率はES細胞からの核移植の成績と大きく変わらないものであり、神経堤細胞がリプログラミングに対して高い感受性を持つことが示された。
可制御性構造に基づいた非線形制御-平衡点の制御からふるまいの制御へ-

非線形システムの制御において,対象の性質および制御目的に応じて非線形の意味での可制御性を解析し,その構造を積極的に活かしたコントローラの構成アプローチを提案した.特にシステムがLie群および主ファイバー束の構造を持つものに対して有用なコントローラを導出した.またその特徴的な例として,ヘビ型ロボットおよび半球型移動ロボットを制作し実験によって有効性を検証した.非線形システムの制御において,対象の性質および制御目的に応じて非線形の意味での可制御性を解析し,その構造を積極的に活かしたコントローラの構成アプローチを提案した.特にシステムがLie群および主ファイバー束の構造を持つものに対して有用なコントローラを導出した.またその特徴的な例として,ヘビ型ロボットおよび半球型移動ロボットを制作し実験によって有効性を検証した.1)Lie群上の左不変システムの不連続フィードバック制御与えられたシステムの可制御構造をLie代数の形で与えられたとき、それに対応するLie群上の左不変システムを構築することができる。これはそのような同じ構造のシステムを代表するある種の正準系であり、いわばシステムの骨組みを抜き出したものである。本年度ではこのようなシステムを安定化する有界な切り替え型不連続動的フィードバック制御法を提案した。本研究の効果を明示する具体例として、複雑な可制御構造を積極的に利用して移動する「面歩行ロボットSurface Walker」を考案した。これは重心の移動を制御入力とし、床と球面の転がり接触拘束を利用して移動する新しい移動ロボット機構である。本年度はこのロボットの設計,試作機を製作を行い,基本動作の実験検証に成功した.3)球面型超音波モータの非ホロノミックモデリングと周期入力制御上記課題をすすめる過程で,本研究の成果が「球面型超音波モータ」(球面転動を利用して,単体で3軸の回転出力を発生できる高性能なモータ)の解析に適用できることを見いだした.本年度は非ホロノミック力学に基づいてこのシステムをモデル化し,従来法より効率よく回転制御を行う周期制御入力の設計法を提案した.1) Lie群上,および主ファイバー束の左不変システムの不連続フィードバック制御与えられたシステムの可制御構造をLie代数の形で与えられたとき、それに対応するLie群上の左不変システム,あるいはそれを拡張した主ファイバー東上のシステムを構築することができる。これはそのような同じ構造のシステムを代表するある種の正準系であり,いわばシステムの骨組みを抜き出したものである。本年度は,前年度に(限定された構造に対して)得られていた結果を拡張し,後述するヘビロボットや球面転がり問題を含む複雑な構造を取り扱える有界な切替型不連続フィードバック制御法を提案した.2)面歩行ロボット"Surface Walker",ヘビ型ロボット,および三叉ヘビ型ロボットの制御前年度から引き続き,複雑な可制御構造を積極的に利用して移動するさまざまなロボットの構造解析および周期入力に基づく制御方法の提案と検証を行った.1)主ファイバー束上のシステム制御理論とヘビ型移動機構への適用主ファイバー東上のシステム(複雑で制御しづらい)をリー群上の左不変システム(構造が解明されており制御しやすい)に効率よく近似する方法を提案し,左不変システムの研究で培われた動的フィードバック制御系設計法を複雑な非ホロノミックシステムである三叉ヘビロボットに適用することに成功した.一方,通常の直列ヘビ型移動機構に関しては,前年度までに理論解析を完了していた3リンク型(最小構成)に対する制御方法を一般化し,それを自然な形で拡張したコントローラの設計法を提案した.また,前年度に製作した試験機を用いてその有効性を検証した。前年度までに,複雑な可制御構造を積極的に利用して移動する「面歩行ロボットSurface Walker」を製作し,基礎試験を行っていた.,本年度ではその過程で明らかになった物理的問題を解決するために,特に動特性の同定と解析を集中的に行った.特に,このシステムが(1)高いサーボ剛性を持ち,角度が直接に制御されるアクチュエータ部分(2)ニュートンの運動法則に従う,トルクを入力とした劣駆動機械系の部分,という質的に異なる二つの部分からなることに着目し,アクチュエータ部分の動特性についての合理的なモデルを構築し,系全体の動的モデルを明らかにした.また,実機を用いて動作実験を行った.
弁別訓練がサル大脳一次視覚野の受容野特性に及ぼす影響

本研究では、覚醒アカゲザルを用いて、方位弁別訓練の受容野特性に及ぼす影響を、学習は行動科学的手法として弁別訓練、皮質活動は生理学的手法により内因性信号を用いて調べることを目標としている.麻酔下動物用に開発された装置を目的に合わせ改良し、覚醒動物からの記録を当面の目的とした。今年度は昨年度までの反省から、刺激呈示にはCRTディスプレイを用いたことから、より明瞭な刺激を呈示できるようになった.また、動物のモンキーチェアでの動きをモニターすることに加え、眼球運動をモニターすることにより、動物が刺激を注視できていることを保証した.これらの改善により、記録される画像の信頼性を高められると考えられる.また、今年度は覚醒サルでの実験と平行して、記録装置の動作確認として麻酔下ラットでの体性感覚野からの内因性信号の記録を行い、従来の画像解析プログラムの修正を行った.最終的には、覚醒サルでの記録を開始することができた.また、予備実験としてサルの方位弁別後般化勾配を求めた.その結果、サルでは、従来ハトで観察されているような正刺激と負刺激との対比を示す頂点移動は表れず、角度次元で概念を抽出するのではなく、斜方と直方のカテゴリーを形成しやすいことがわかった.視覚野の受容野特性は麻酔下ネコで方位に鋭敏化させた場合、ハトにおける行動のデータと同じく、理論的な最適方位が頂点移動を示した.このことから、用いられた方位刺激の連続性という物理的特性と一次視覚野の方位受容野の連続性が対応して変化すると考えられる.しかし、サルにおいてはネコと同等の受容野特性を持つにもかかわらず行動レベルでは頂点移動が起こらなかった.このことは、刺激される受容野の興奮・抑制によって行動が決定されない可能性を示唆した。本研究では、覚醒アカゲザルを用いて方位弁別学習の受容野特性に及ぼす影響を、行動科学的手法として弁別訓練・生理学的手法として内因性信号を用いて調べることを目標としている。今年度は、麻酔下動物用に開発された装置を目的に合わせ改良し、覚醒動物からの記録を目的とした。光学測定において覚醒動物を用いる短所は、撮影される大脳皮質の振動によるノイズである。これは、心拍や呼吸による小さなノイズの他、動物の頭部の動きにともなう大きなノイズによる。心拍を制御することは不可能であるため、画像記録の開始を呼吸のリズムに同期させることによって、ノイズを低減させようとした。結果、呼気の温度を測定することによって、呼吸のリズムを画像開始のトリガー信号に変換することができた。しかし、この方法は短期間しか有効ではなかったため実用的ではなかったが、画像を加算することでこうしたノイズを相殺することとした。また、動物の体の動きによる起こるノイズは、モンキーチェアにセンサーを取り付け、体が動いている間は画像取込みトリガーを制御用コンピュータが受け付けないようにすることによってほぼ解決した。また、光学測定が可能なように硬膜を除去すると結合組織が記録部位に進出するため、これまでは1週間以内に記録できなくなっていた。そこでシリコンゴム製の人工硬膜を作成し、切開した硬膜と皮質との間に留置することによっての約1か月間測定可能な状態を維持できた。さらに、実験装置の仕組みにより、動物の状態に応じては実験を中断できないため、動物の注視部位によらず常に同じ条件で刺激できるよう、プロジェクターにより全視野的に刺激を提示した。しかし、刺激は高い空間周波数で提示できず、コントラストも低かったため、標的部位である第一次視覚皮質を十分に活動させることができなかったと考えられる。今後、CRTディスプレイを用いるなど、問題点を解決することとした。
授業認知の位相転換に基づく授業技術の向上を支援するVR映像プラットフォームの構築

本年度は、保育園、小学校・中学校の授業を対象に、1)授業の設計、2)授業の360°カメラによる記録、3)VR映像による授業検討とその記録を行い、4)授業プロトコルと映像を合成してプラットフォームの基礎データを得た。対象とした保育園では、4月から3月まで、毎月定期的に授業研究を全クラス実施し、それらの授業を全て360度のカメラで記録し、年間72時間の授業を記録した。小学校4校24時間、中学校2校18時間の授業をそれぞれ記録し、基礎情報を収集した。これらのデータを元に、日本教育工学会、日本教育メディア学会、日本教育実践学会、日本教師学学会、日本体育学会、などで研究発表を行い、学会誌、研究紀要等に投稿し、研究成果を公表した。これにより、ほぼ、本年度の計画を達成することができた。成果として、1保育園から中学校までの授業を発達的に収録することができた、2360°カメラでのVR映像を視聴することで、授業者も参観者も非同期的状況でリアルタイムでは見ることのできない自由な視野移動で授業者を再現視聴できた、3VR授業映像を用いての授業検討会により、授業者、観察者の授業をみる観点が確認でき、従来の検討会にくらべて、エビデンスベースでの検討が可能となった、点をあげることができる。研究の中心は、教師の熟達したわざを映像で記録し伝承するためのプラットホームの開発であり、そのための基礎的情報を収集することができた。成果の一部は、上記の学会での発表とともに、姫野完治・生田孝至(編著)「教師のわざを科学する」一莖書房(2019.2.)の出版として公表した。本研究は「これまで伝承が困難とされた教師の暗黙的技術を、授業認知の位相転換に措定し、それをVR(virtual reality)映像のプラットフォームで非同期型学習環境として構築することで、教師の技術向上を促進する」ことを目的とし、以下の4つの課題を達成する。1教師の暗黙的技術を360°カメラで記録、VR映像化し、2授業過程での教師の認知を、認知・判断・行為の位相と認知事象の交差に位置づけ、3熟達者の技術を、VR映像のプラットフォームを介した新たな学習環境上に構築し、4教師の技術向上を図る。本年度は初年度で、上記1を主として実施し、ほぼ目的通りに実施できた。本年度収集したVR授業映像に、次年度はさらにj授業を追加するとともに、わざの世代継承を目的に1授業過程での教師の認知を、認知・判断・行為の位相と認知事象の交差に位置づけ、2熟達者の技術を、VR映像のプラットフォームを介した新たな学習環構を築し、、3教師の技術向上を図る。
視覚性運動課題の学習に伴う大脳皮質活動の変容

ラットなどの齧歯類では、複数の頬ヒゲがどのような時空間系列で刺激されるかということが身体周囲の物体の形や動きあるいは動物自身の動きを知覚するための重要な情報になっていると考えられる。そこで、麻酔したラットの2本のヒゲを様々の時間間隔で組合せ刺激したところ、個々の単一ヒゲ刺激に対する応答の加算以上のスパイク数増大(促通)あるいは減少(抑制)といった相互作用がバレル皮質ニューロンに生じることを見出した。促通は、II/III層のニューロンに多く観察され、また、ヒゲ刺激のパラメータ(時間間隔、方向およびヒゲの組み合わせ)に選択性を示すものが多かった。これらの結果は、応答の相互作用が様々な刺激パターンをニューロンレベルで表現するための基礎になっていることを示唆している。促通性相互作用の形態学的機序を明らかにするために、記録したニューロンとチトクローム酸化酵素により同定したバレルカラムの相対的位置について解析したところ、組合せたヒゲに対応するバレルカラムの境界領域のニューロンで促通が多く観察された。ニューロンが周囲のバレルカラムから受ける入力の大きさはそのカラムからの距離に依存し、皮質表面に沿って配列する錐体細胞群の各ヒゲに対する応答の強さは皮質上の位置に応じて連続的に変化すると考えられる。2つのカラム間の境界領域にあるニューロンは双方からの入力を強く受ける位置にあり、このために顕著な促通が生じたものと考えられる。頬上に散在する各ヒゲからの情報は、身体周囲の3次元空間における点の情報である。カラム間境界領域における促通性相互作用は、これを補間するための神経機構であり、これにより感覚情報処理の共通目的である身体周囲空間についての情報を時空間的に連続表現することが可能になると考えられる。ラットなどの齧歯類では、複数の頬ヒゲがどのような時空間系列で刺激されるかということが対象物の動きあるいは動物自身の運動を知覚するための重要な情報になっていると考えられる。ラット大脳皮膚1次体性感覚野ヒゲ対応領域(バレル皮質)では、ヒゲの体部位対応的配列が維持されており、個々のヒゲの刺激は各々対応した機能的領域(バレルカラム)のニューロン群に強い応答を誘発するが、その一方で、隣接ヒゲに対応した領域のニューロンの応答も惹起することが知られている。そのため、複数のヒゲ刺激の様々な刺激パターンは、ヒゲに対するバレル皮質ニューロンの応答の相互作用に反映され、相互作用の違いにより空間および運動の情報が表現される可能性がある。この点を調べるために、ウレタン麻酔したラットにおいて、2本のヒゲの組合せヒゲ刺激に対するバレル皮質ニューロンの応答をガラス管微小電極を用いて細胞外記録した。その結果、記録した多くの細胞で、組合わせヒゲ刺激による応答の促通性相互作用が観察された。また、その相互作用は、刺激間インターバルや刺激の方向などの刺激条件に強く依存していた。このような刺激特徴選択的な応答の相互作用が3次元空間情報の脳内表現のための基礎になっていると考えられる。
肥満度を考慮した抗がん剤の投与量設定に関する研究

【背景・目的】抗がん剤治療は副作用が強いため、患者の体表面積や体重で補正した投与量で施行される。また、近年本邦では、種々生活習慣病の原因となる肥満が増えつつある。本研究では、体型の違いによるがん治療への影響を検討するため、副作用発現頻度に及ぼす肥満度の影響について検討を行った。【方法】2009年に京都大学医学部附属病院にて、脂溶性が高いパクリタキセルとカルボプラチンとの併用療法を行った患者101名を対象とした。末梢神経障害、白血球減少を調査項目とし、患者背景としては性別、年齢、肥満度、抗がん剤投与量、腎機能値(eGFR)、肝機能値(AST,ALT)、化学療法施行前の血球数を調査した。末梢神経障害における副作用関連因子を検討するためロジスティック回帰分析を行った。【結果・考察】末梢神経障害の発現について、BMIが18.5kg/m^2以下のやせ群では有意差は認められなかったものの(p=0.08)、オッズ比は0.24となった。また、パクリタキセルの投与量が1mg/m^2増えるとオッズ比は1.08となり、有意なリスク因子であることが示唆された。白血球減少の発現において、やせ(BMI 18.5kg/m^2以下)及び肥満(BMI 25kg/m^2以上)のオッズ比はそれぞれ0.40(p=0.17)、1.46(p=0.65)であった。また、ASTの増加(オッズ比1.14、p<0.05)、化学療法施行前の白血球数増加(オッズ比0.58、p<0.01)が有意なリスク因子であった。本検討から、統計的有意差は認められなかったものの、やせ型の患者では末梢神経障害が発現しにくい可能性が示唆された。
放射線被曝による継世代発がん

放射能被曝による継世代発がん、特にF_1での腫瘍発生に関しては、従来のマウス肺腫瘍に加えて、252^<Cf>中性子を用い、B6C3F_1マウスにヘパトーマ(渡辺)が、X線を用い、LT,N5マウスにリンパ性白血病(野村)が有意に高率に誘発されることが確認された。特に^<252>cf照射実験では、昨年度における精子期照射のみならず、精原細胞期0.5Gy照射でも6/20(30%)と対照射1/31(3%)に比べ、10倍の頻度でヘパトーマが発生した。N5系統でのリンパ性白血病発生もX線5.04Gy精原細胞期照射により9/229(3.9%)と、対照群1/244(0.4%)の約10倍となっている。英、EC、米につづいて、カナダも追試を開始したいとの要望があり、必要なマウス等資材を供与した(野村)。ヒトにおいては、広島、長崎被爆者のF_1調査を1989年(発症年齢42才)まで追加したが、白血病、悪性リンパ腫の有意な増加は見られていない(馬淵)。しかし、セラフィールド核燃料再処理工場従業員の子供における白血病多発については、英国政府機関の追加調査により有意な増加が確認されている(1993年10月発表)。ヒトについては、致死率の低い癌症例と多因子性疾患を含めた成人期の調査が必要である。佐々木は、遺伝性網膜芽細胞腫患者196家系について調査し、染色体突然変異の頻度が20%あり、そのうち突然変異の親の起源が調べられた17例のうち実に16例が父親起源であった。精子被曝の高感受性が示唆される。藤堂は、紫外線による発がん・遺伝子突然変異の主因であるDNA6-4光産物を特異的に修復する新酵素を発見した。
非線形分散型方程式の特異性形成の解析

非線形分散型方程式の爆発解やソリトン解の時間大域挙動の解析をおこなった。空間的に集中する解の構成としては岸本氏とともに空間周期的なザカロフ方程式の爆発解の構成ならびに鈴木氏とともに細い領域で短い線状に集中する定常非線形シュレディンガー方程式の解の構成を行った。またソリトン解の時間大域挙動の研究としてはCuccagna氏とともに高速で移動するソリトンの漸近安定性解析を行った。特にソリトンの解析の結果としてハミルトン構造に着目した解析力学的手法の発展が得られ今後の非線形分散型方程式の解析に役に立つと期待される。本年度はポテンシャル付き非線形シュレディンガー方程式のソリトンと小さな周期解の弱い相互作用並びに準周期解の非存在について研究を行った。非線形シュレディンガー方程式は1次元3次べきのとき可積分系となり、その場合のソリトン間の衝突現象は逆散乱法などにより詳しく調べられている。しかし、それ以外のときは非線形シュレディンガー方程式は可積分ではないと考えられ、逆散乱法などの可積分であった場合に使うことのできた強力な手法は適用することが難しい。本年度の研究ではポテンシャルの付いた非線形シュレディンガー方程式を考え、ポテンシャルのない場合に発生するソリトン解とシュレディンガー作用素の固有値より分岐する小さな定常解が弱い相互作用をもつとき(互いに非常に離れているか、ソリトン解が非常にはやく動いている場合)に解は漸近安定であることを示した。また、ポテンシャル付き非線形シュレディンガー方程式の小さな解について、そのシュレディンガー作用素が複数個の固有値をもつときの時間大域挙動を調べ、解がどれか一つの固有値から分岐する周期解に散乱成分を除いて収束することを示した。小さな解はスケーリングにより、非線形項が小さな非線形シュレディンガー方程式の解とも思うことができる。その極限としての線形シュレディンガー方程式は各固有値に対応した周期解をもち、ゆえに固有値が2つ以上あるとき、準周期解をもつ。しかし、本年度の研究によってこのような準周期解は任意に小さな非線形摂動によって崩されてしまうことが示された。本年度の二つの結果はいずれも離散スペクトルと連続スペクトル間の非線形相互作用を詳細に調べることによって得られた。本年度は非線形シュレディンガー方程式のソリトン解の漸近安定性解析ならびにザカロフ方程式の爆発界の構成についての研究を行った。非線形シュレディンガー方程式のソリトン解は数学的、物理学的に非常に重要な解であり、その存在、安定性は多大な関心を集めてきた。ソリトン解のリャプノフ安定性については私自身の結果も含めて多くの研究結果があるが、漸近安定性についてはまだわかっていないことが多い。私はCuccagna氏とともにポテンシャル中を高速で運動するソリトン解がソリトン自身と散乱成分に分解すること、つまり漸近安定であることを示した。この結果は現在までに可積分系の方程式と四次の一般化KdV方程式でしか得られていないソリトン同士の衝突の様子の詳しい解析の研究にもつながると考えられる。我々の証明は半線形非線形方程式の手法、ストリッカーツ評価をソリトンの線形化作用素に用いることと線形化作用素の線形減衰しない固有値の成分に対して解析力学的手法であるバーコフ標準形の議論により非線形減衰を示すことからなる。後者の解析力学的手法は新しいものであり、他のハミルトン方程式の爆発解の様子の解析にも使えると考えられる。ザカロフ方程式の研究では周期境界条件のもとで爆発解を構成した。これにより今まで爆発解の存在が知られていなかった周期境界条件におけるザカロフ方程式も爆発解が存在することがわかった。爆発解は全空間の場合の爆発解をトーラスに貼り付け、誤差項のみたす方程式を解くことによって構成した。この場合の困難は微分の損失と減衰の損失であったがこれらの困難は修正エネルギー法と減衰の損失が起きている箇所と爆発点が乖離していることをもちいて克服した。ポテンシャルをもつ質量優臨界非線形シュレディンガー方程式の小さな定在波解(空間的に局在化された時間周期解)の安定性について調べた。定在波解の安定性はエネルギーが最小の定在波である基底状態解に関してはすでによく知られているが、基底状態解以外の定在波解(励起状態解)に関しては、不安定であると考えられるが数学的な証明が与えられている場合は極めて少ない。研究代表者の前田はCuccagna氏とともにシュレディンガー作用素が複数の固有値を持つ場合にその最小固有値以外から分岐する励起状態解の不安定性を証明することに成功した。通常、定在波解の不安定性はその線形化作用素を解析することによってなされるが、励起状態解の場合、線形化作用素が中立安定であることがあり線形化作用素の解析がただちに不安定性の証明につながるわけではない。

そこで前年度までに得られた成果である小さな解の時間大域挙動の分類定理に注目し、励起状態解が軌道安定であるならば漸近安定であることと、エネルギー不安定性と漸近安定性は分散波のエネルギーが常に正であることから両立しないことを示すことによって不安定性の証明を行った。エネルギー不安定性と漸近安定性が両立しないことは一般の場合でも示すことが可能であり、仮により大きな解に対してもソリトン分解予想のような時間大域挙動の分類を行うことができれば、励起状態解の不安定性もそこから従うことを示すことができる。ソリトン分解予想は非常に難しいと考えられているが、一般の励起状態解の線形化作用素の詳細なスペクトル解析はほとんど不可能に近いと思われるので、前田らの本年度の研究は励起状態解の安定性解析の手法を広く与えるものであると期待される。偏微分方程式論ソリトンの漸近安定性解析は順調に進んでいる。とくに連続スペクトルと離散スペクトルの非線形相互作用についての理解は深まり、より一般の非線形分散型方程式の漸近安定性解析に用いることのできる状況にある。また、漸近安定性だけでなく爆発現象においてもこの手法の応用が期待される。ソリトンの漸近安定性解析は予想以上に進行した。本年度のソリトンの漸近安定性解析の研究において用いられた解析力学的手法は一般のハミルトン偏微分方程式のソリトン解の漸近安定性解析のみならず爆発解の解析にも応用できると考えられ、ハミルトン偏微分方程式の解の大域挙動に関する研究において新しい強力な研究手法を与えるものとなる。引き続き、ソリトンの漸近安定性の研究を行う。また、爆発解の研究においてソリトンの漸近安定性の研究により得られた離散スペクトルと連続スペクトルの非線形相互作用の解析手法が適用できないかを探っていく。そのためにイタリアなど海外の研究者と緊密に連絡を取り合うとともに国内の研究者にこれまで得られた研究の成果を発表することにより、関連する分野における応用を探求する。本年度に引き続きソリトンの漸近安定性解析ならびにソリトンをリスケールした形状をもつ爆発解の構成とその性質について研究する。本年度に用いられた解析力学的手法はまだ発展途上であり、本年度の研究の対象となった非線形シュレディンガー方程式のソリトンの漸近安定性解析だけでなく、より一般のハミルトン方程式の特殊解の安定性解析に適用することができると考えている。また爆発解もソリトンをリスケールした形状を持つためこの手法は爆発解析にも用いることができる期待される。今後は本年度に用いた解析力学的手法と半線形偏微分方程式の手法の融合をさらに発展させることを目指す。そのためイタリアのCuccagna氏と緊密に連絡を取り合うとともに国内の研究者たちとも意見・情報交換をし、我々の手法がほかの問題に対して応用できる可能性を探っていく。次年度使用額は、当初に計画していたイタリアでの研究打合せを次年度に延期することによって生じたものである。次年度使用額はイタリア・トリエステ大学においてCuccagna氏との研究打ち合わせ・情報交換をすることに必要な経費として平成26年度請求額と合わせて使用する予定である。次年度使用額は、当初に計画していた昨年秋における京都大学への訪問を次年度に延期することによって生じたものであり、京都大学において中西賢次氏、岸本展氏との研究打ち合わせ・情報交換をすることに必要な経費として平成25年度請求額と合わせて使用する予定である。
花の性表現の進化がもたらす遺伝的多様性維持と種多様性創出のメカニズム

野外調査:平成30年度は、5月にオアフ島とマウイ島で野外調査を行った。オアフ島では、Wikstroemia oahuensis var. oahuensisの2集団から、1集団あたり20個体程度の植物を採集した。カウアイ島では、W. uva-ursi var. kauaiensisを2集団、W. oahuensis var. oahuensisを1集団、W. oahuensis var. palstreを1集団から、1集団あたり20個体程度の植物を採集した。また、カウアイ島固有種のW. furcataを3個体採集した。採集した植物は証拠標本として扱い、この試料から遺伝解析用試料と花序の形態観察用試料を得た。ハワイ諸島産アオガンピ属植物の花の性表現様式の決定:オアフ島とカウアイ島で採取したアオガンピ属植物の花序を実体顕微鏡を用いて花序の内部構造を観察し、植物の雌雄性を確認した。次世代シーケンサーを用いたMIG-seq法による塩基多型解析:5月に実施したオアフ島とカウアイ島の野外調査で得られた遺伝解析用試料とハワイ諸島のカウンターパートから分与していただいたオアフ島のW. oahuensis var. oahuensisを2集団、約40個体の遺伝解析用試料から、DNA抽出キットを用いて全ゲノムを抽出した。首都大学東京に設備されているMiSeq(イルミナ株式会社)を用いてMIG-seq法による塩基多型解析を行った。現在、カウアイ島とオアフ島に生育するW. oahuensis var. oahuensisの集団内・集団間の遺伝的多様性を評価している。また、MIG-seq法を用いた集団遺伝解析の予備実験として、小笠原諸島固有種ムニンシラガゴケの遺伝的多様性を評価し、その成果を平成31年3月に開催された日本植物分類学会でポスター発表を行った。野外調査に関して、当初の予定ではハワイ諸島2島(ハワイ島とカウアイ島)で行う予定でだったが、平成30年5月に発生したキラウエア火山の噴火により予定を変更した。しかし、現地のカウンターパートからハワイ島のアオガンピ属植物の証拠標本とそのDNA試料を分与していただいたため、ハワイ島の本属植物を用いた遺伝解析と形態観察を遂行することが可能となった。アオガンピ属植物の形態観察に関して、植物の花の性表現の判別は、花序の内部構造(葯や雌蕊の有無、雌蕊の形態など)を実体顕微鏡を用いて観察することで可能である。平成31年度は、必要に応じて走査型電子顕微鏡を用いた内部構造の観察を行う。次世代シーケンサーを用いたMIG-seq法による塩基多型解析に関しては、当初の予定はRAD-Seq法による塩基多型解析(1レーン100検体)を解析受託サービスに依頼する予定であった。しかし、MIG-seq法はDNAのクオリティに関係なく解析可能で、かつ安価で利便性の高い実験手法であるため、この方法から得られたデータを用いて分子系統解析と集団遺伝解析を行うことにした。これまでハワイ諸島を含む太平洋の島嶼域とアジアに分布するアオガンピ属植物についてMIG-seq法を用いた解析を行い、良好なデータを得ている。次世代シーケンサーを用いた解析はほぼ完了しており、平成31年度はこれらのデータからSNPsを検出し、分子系統解析と集団遺伝解析を行い、本研究をまとめる段階まで進んでいる。成果報告に関しては、平成31年3月に日本植物分類学会第18回大会(東京都八王子市)で、「小笠原諸島固有種ムニンシラガゴケの遺伝的多様性」という題目で発表した。本研究ではMIG-seq法によるクローン解析を行ったものである。1.ハワイ諸島産アオガンピ属植物の花の性表現様式の決定:これまで野外調査で採取した本属植物の形態観察用試料について、実体顕微鏡を用いて花序の内部構造(雄蕊・雌蕊の有無、花粉の表面構造、子房の断面構造など)を観察して、花の性表現様式を決定する。2.次世代シーケンサーを用いたMIG-seq法による塩基多型解析:平成31年度中に次世代シーケンサーを用いた解析をしていないアオガンピ属植物について、DNA抽出キットを用いて全ゲノムを抽出し、次世代シーケンサーを用いたMIG-seq法による塩基多型解析を行う。次世代シーケンサーは所属研究機関に設備されているMiseq(イルミナ社)を使用する。3.分子系統解析:MIG-seq法による解析で得られたアジアおよび太平洋の島嶼域に分布するアオガンピ属の塩基配列について、系統解析用データマトリックスを作成し、最尤法とベイズ法で系統樹を構築する。得られた系統樹から、ハワイ諸島産本属植物の進化系譜を推定し、系統群を認識する。5.仮説の検証:集団遺伝解析の結果を分子系統解析で得られた系統樹にマッピングしたうえで、花の性表現(雌雄異株性/両全性)の割合と遺伝的多様性維持および種多様性創出との間の因果関係について検討する。6.学会発表:本研究成果の一部は、平成31年度に開催される関連学会にて発表する予定である。さらに、本研究に関連する論文を国際学術誌に2本投稿予定である。

カウアイ島では、W. uva-ursi var. kauaiensisを2集団、W. oahuensis var. oahuensisを1集団、W. oahuensis var. palstreを1集団から、1集団あたり20個体程度の植物を採集した。また、カウアイ島固有種のW. furcataを3個体採集した。採集した植物は証拠標本として扱い、この試料から遺伝解析用試料と花序の形態観察用試料を得た。ハワイ諸島産アオガンピ属植物の花の性表現様式の決定:オアフ島とカウアイ島で採取したアオガンピ属植物の花序を実体顕微鏡を用いて花序の内部構造を観察し、植物の雌雄性を確認した。次世代シーケンサーを用いたMIG-seq法による塩基多型解析:5月に実施したオアフ島とカウアイ島の野外調査で得られた遺伝解析用試料とハワイ諸島のカウンターパートから分与していただいたオアフ島のW. oahuensis var. oahuensisを2集団、約40個体の遺伝解析用試料から、DNA抽出キットを用いて全ゲノムを抽出した。首都大学東京に設備されているMiSeq(イルミナ株式会社)を用いてMIG-seq法による塩基多型解析を行った。現在、カウアイ島とオアフ島に生育するW. oahuensis var. oahuensisの集団内・集団間の遺伝的多様性を評価している。また、MIG-seq法を用いた集団遺伝解析の予備実験として、小笠原諸島固有種ムニンシラガゴケの遺伝的多様性を評価し、その成果を平成31年3月に開催された日本植物分類学会でポスター発表を行った。野外調査に関して、当初の予定ではハワイ諸島2島(ハワイ島とカウアイ島)で行う予定でだったが、平成30年5月に発生したキラウエア火山の噴火により予定を変更した。しかし、現地のカウンターパートからハワイ島のアオガンピ属植物の証拠標本とそのDNA試料を分与していただいたため、ハワイ島の本属植物を用いた遺伝解析と形態観察を遂行することが可能となった。アオガンピ属植物の形態観察に関して、植物の花の性表現の判別は、花序の内部構造(葯や雌蕊の有無、雌蕊の形態など)を実体顕微鏡を用いて観察することで可能である。平成31年度は、必要に応じて走査型電子顕微鏡を用いた内部構造の観察を行う。次世代シーケンサーを用いたMIG-seq法による塩基多型解析に関しては、当初の予定はRAD-Seq法による塩基多型解析(1レーン100検体)を解析受託サービスに依頼する予定であった。しかし、MIG-seq法はDNAのクオリティに関係なく解析可能で、かつ安価で利便性の高い実験手法であるため、この方法から得られたデータを用いて分子系統解析と集団遺伝解析を行うことにした。これまでハワイ諸島を含む太平洋の島嶼域とアジアに分布するアオガンピ属植物についてMIG-seq法を用いた解析を行い、良好なデータを得ている。次世代シーケンサーを用いた解析はほぼ完了しており、平成31年度はこれらのデータからSNPsを検出し、分子系統解析と集団遺伝解析を行い、本研究をまとめる段階まで進んでいる。成果報告に関しては、平成31年3月に日本植物分類学会第18回大会(東京都八王子市)で、「小笠原諸島固有種ムニンシラガゴケの遺伝的多様性」という題目で発表した。本研究ではMIG-seq法によるクローン解析を行ったものである。アオガンピ属植物の花の性表現様式の決定:平成29年度は、小笠原諸島(父島、母島、兄島)に生育する雌雄異株性の固有種ムニンアオガンピの花の性型を実体顕微鏡を用いて決定した。