hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酸化的ストレスによる選択的神経細胞死ならびにその予防に関する研究-遺伝的活性酸素代謝異常ラットを用いた解析ー

活性酸素の代謝異常を示すミュータントラットを用い線条体内におけるドーパミンニューロン系の加齢にともなう変化を高速液体クロマトグラフィーおよびチロシン水酸化酵素(TH)抗体を用いた免疫組織化学にて解析した。コントロールとしては同月齢のSD系ラットを用いた。ミュータントラットでは加齢に伴う線条体内ドーパミン(DA)およびその代謝物の低下が観察された。免疫組織化学による解析から、このDAの低下がDA終末の変性変化に起因することが明らかとなった。また、この線条体内のDA終末の変性消失が線条体内で均等に起こるのではなく、線条体内の区分であるマトリックスパッチに一致して起こることを明らかとした。TH免疫染色により中脳ドーパミンニューロン系(A8,A9,A10)の細胞数を解析した。A9のドーパミンニューロンは線条体内DA変性線維の出現と同じ月齢で変性変化を示していた。この変性・消失は加齢に伴って進行していった。A9のドーパミンニューロンを背側部・腹側部に区分し解析したところ、腹側では早期に変性・消失が起こり、6ヵ月齢までにほぼすべてのドーパミンニューロンが消失していた。一方、背側ではこの変化が遅れ、6ヵ月齢から12ヵ月齢にかけ急激に変性・消失していく。この遅れた変性変化はA8およびA10のドーパミンニューロンにおいても観察された。6ヵ月齢のミュータントラットで線条体・大脳皮質・脊髄においてセロトニン線維の変性変化が観察された。この変性線維は加齢とともに増加していった。この変化は、SDラットでは、1年齢以上の老齢のものでしか観察されない所見であった。また出現部位もミュータントラットと老齢SDラットでるいじしていることから、老化に伴うセロトニン線維の変性変化にスーパーオキサイドが関与することが示唆された。パーキンソン病における黒質ドーパミンニューロンの選択的細胞死に活性酸素類による酸化的ストレスが関与し,ミトコンドリア内での呼吸系障害を引き起こすことによって細胞死に至ることがin vitroの実験系により報告されている。in vivoでこの仮説を証明するために,遺伝的に活性酸素代謝異常を示すミュータントラット(Zitterラット)を用いて,ドーパミンの合成酵素であるチロシン水酸化酵素(tyrosin hydroxylase,TH)に対する抗体を用いて免疫組織化学的に解析を行った。Zitterラットは獨協医科大学実験動物センターにて兄妹交配を繰り返すことによって近交系化したものである。本年度の研究では以下のことが明らかとなった。(1)本ミュータントラットでは加齢に伴いセロトニンニューロンが変性しヒトの精神症状に近い神経症状が出現する。(2)本ミュータントラットでは黒質ドーパミンニューロンが細胞変性し,この変性が加齢と伴に進行すること。変性する黒質ニューロンは線条体内のmatrixへ投射するニューロンで,patchへの投射は保持される。(3)本ミュータントラットでは黒質ドーパミンニューロン系以外のドーパミンニューロン系,嗅球内ドーパミンニューロン系,視床下部ドーパミンニューロン系はほとんど影響を受けないことから,ドーパミンニューロン系の中にも活性酸素に対する抵抗性の差異が存在する。活性酸素の代謝異常を示すミュータントラットを用い線条体内におけるドーパミンニューロン系の加齢に伴う変化を高速液体クロマトグラフィーおよびチロシン水酸化酵素(TH)抗体を用いた免疫組織化学にて解析した。免疫組織

化学による解析から,このDAの低下がDA終末の変性変化に起因することが明らかとなった。また,この線条体内のDA終末の変性消失が線条体内で均等に起こるのではなく,線条体内の区分であるマトリックス・パッチに一致して起こることを明らかとした。TH免疫染色により中脳ドーパミンニューロン系(A8,A9,A10)の細胞数を解析した。A9のドーパミンニューロンは線条体内DA変性線維の出現と同じ月齢で変性変化を示していた。この変性・消失は加齢に伴って進行していった。A9のドーパミンニューロンを背側部・腹側部に区分し解析したところ,腹側では早期に変性・消失が起こり,6ヵ月齢までにほぼ全てのドーパミンニューロンが消失していた。一方,背側ではこの変化が遅れ,6ヵ月齢から12ヵ月齢にかけ急激に変性・消失していく。この遅れた変性変化はA8およびA10のドーパミンニューロンにおいても観察された。6ヵ月齢のミュータントラットで線条体・大脳皮質・脊髄においてセロトニン線維の変性変化が観察された。この変性線維は加齢と伴に増加していった。この変化は,SDラットでは,1年齢以上の老齢のものでしか観察されない所見であった。また出現部位もミュータントラットと老齢SDラットで類似していることから,老化に伴うセロトニン線維の変性変化にスーパーオキサイドが関与することが示峻された。
神経細胞におけるマンガン輸送機構の解明

マンガン曝露によってパーキンソン病に類似した症状を呈することが報告されている。一方、通常のパーキンソン病患者においても、鉄やマンガンが脳内へ異常蓄積することがあるとの報告がある。これまで、脳神経細胞におけるマンガン輸送については鉄輸送体のdivalent metaltransporter 1(DMT1)およびトランスフェリン受容体の関与しか検討されていない。われわれはこれまでに、亜鉛輸送体ファミリーZrt-, Irt-related protein(ZIP)のうち、ZIP8およびZIP14がMn^<2+>輸送に関与していることを見出している。そこで本研究では、神経細胞におけるZIP8およびZIP14の発現とMn^<2+>輸送への関与を検討した。細胞は、SH-SY5Y細胞(ヒト神経芽細胞腫)およびHT22(マウス海馬細胞)を用いた。SH-SY5Y細胞およびHT22細胞における金属輸送体の発現をRT-PCR法で調べた結果、ZIP8, ZIP14およびDMT1の発現が確認できた。これまでに、SH-SY5Y細胞におけるMn^<2+>取り込みにDMT1が関与していることが報告されている。そこでSH-SY5Y細胞に、DMT1 siRNAを導入してDMT1の発現を抑制すると、Mn^<2+>取り込み効率はコントロールに比べて顕著に低下した。しかし、Cd^<2+>およびZn^<2+>取り込み効率は変化しなかった。次に、ZIP8 siRNAを導入してZIP8の発現を抑制した。しかし、Mn^<2+>, Cd^<2+>,およびZn^<2+>の取り込み効率はコントロールと比較して変化しなかった。一方、ZIP14 siRNAを導入してZIP14の発現を抑制すると、Mn^<2+>およびCd^<2+>取り込み効率はコントロールの半分以下にまで低下した。しかし、Zn^<2+>取り込み効率は変化しなかった。またHT22細胞を用いた実験においても、SH-SY5Y細胞と同様にZIP8を発現抑制してもMn^<2+>, Cd^<2+>,およびZn^<2+>取り込み効率は変化せず、ZIP14を発現抑制するとMn^<2+>およびCd^<2+>取り込み効率は低下した。以上の結果からSH-SY5Y,およびHT22細胞のいずれにおいてもZIP14の発現を抑制すると、Mn^<2+>取り込み効率は低下することが明らかになった。よって神経細胞では、DMT1のみならず、ZIP14がマンガン輸送に重要な役割を果たしている新たな可能性が示唆された。マンガン(Mn)曝露によってパーキンソン病様症状が見られることは知られているが、神経細胞へのMn取り込みや排泄の詳しいメカニズムはほとんど明らかになっていない。初年度はMn毒性とMn感受性の関係を明らかにするために、入手できた様々な神経系細胞におけるMn感受性とMn輸送能、輸送機構を比較検討した。

Mnに曝露して24時間後の細胞生存率を比較した結果、マウス神経芽細胞(N18TG2)が最も感受性が低く、ラットグリオーマ細胞(C6 glioma)が最も高かった。一方、Mnを添加後24時間のMn蓄積量を比較した結果、ラット褐色細胞腫(PC12)が最も高く、C6 gliomaが最も低かった。各神経細胞のMn感受性とMnの蓄積量にはあまり相関が見られなかったため、神経細胞におけるMn毒性にはその他の重要な因子が存在することが示唆された。今後さらに検討していく予定である。申請者のこれまでの研究により培地に重炭酸を添加するとMnの取り込みが上昇することを見出している。そこで様々な神経細胞のMn取り込みに対する重炭酸の効果を検討した。その結果、ヒト神経芽細胞腫(SH-SY5Y)に重炭酸を添加した際のによるMn取り込み効率の上昇率が最も高かった。亜鉛輸送体のZIP8およびZIP14を介したMnの取り込み効率を重炭酸が促進させることが報告されているため、本細胞においてもZIP8およびZIP14が機能している可能性が示唆された。また、程度に違いはあるものの、全ての検討した神経細胞において重炭酸によるMn取り込み効率の亢進が見られたことから、神経細胞におけるMn輸送にZn輸送体が関与している可能性が考えられた。今後さらに詳しく検討していく予定である。また、神経細胞であるSH-SY5Y細胞にMnを曝露し続けることによってMn耐性細胞の樹立を試みている。樹立に成功すれば、性状解析する予定である。マンガン(Mn)曝露によってパーキンソン病様症状が見られることは知られているが、神経細胞へのMn取り込みや排泄の詳しいメカニズムはほとんど明らかになっていない。これまで、脳神経細胞におけるMn輸送についてはFe輸送体のDMT1およびトランスフェリン受容体しか検討されていない。今年度は、亜鉛輸送体ZIP8およびZIP14の神経細胞における発現とMn輸送に関与しているかどうかを検討した。パーキンソン病のモデル細胞とされているSH-SY5Y細胞(ヒト神経芽細胞腫)およびHT22(マウス海馬細胞)を用いた。SH-SY5Y細胞およびHT22細胞における金属輸送体の発現を調べた結果、Zn輸送体のZIP8,ZIP14およびDMT1が発現していることを確認した。これまでに、SH-SY5Y細胞におけるMn^<2+>取り込みには、DMT1の関与が報告されている。そこでSH-SY5Y細胞において、DMT1 siRNAを導入してDMT1の発現を抑制すると、Mn^<2+>取り込み効率はコントロールの半分以下にまで低下した。次に、ZIP8 siRNAを導入して発現を抑制すると、Mn^<2+>取り込み効率はコントロールと比べて変化しなかった。一方、ZIP14 siRNAを導入して発現を抑制すると、Mn^<2+>取り込み効率はコントロールの半分以下にまで低下した。またHT22細胞を用いた実験でも、SH-SY5Y細胞と同様の結果が得られた。よって、2種類の神経細胞に共通して、ZIP14の発現を抑制すると、Mn^<2+>細胞内取り込み効率は低下することを明らかにした。
胸部X線像からの肺がんおよび乳がん候補部位の自動検出システム

がんの早期発見と治療は現在もっとも要望されている重要な課題である。がんの発見にはいろいろな手段と装置が用いられているが、肺がんや乳がんは主としてX線によって検出される。しかしこれらのがんを多数のX線写真の中から、医師が目視によって発見することは非常な経験と労力を必要とするので、その自動検出システムの出現が待望されている。本研究の目的は従来からの我々の研究成果をもとにして、胸部X線写眞から肺がんおよび乳がん候補部位を自動的に検出するアルゴリズムを開発し、臨床検査に役立つシステムを整備構築することであった。腫瘍候補部位検出法として、肺がんについては我々が開発した専用処理装置(8ビットマイクロプロセッサ使用)を用いた円形(コイン)領域の自動検出について検討した。画像の入力から検出結果の表示まで数分で処理が終了するものもあるが、骨などの背景領域が複雑な場合などで誤りなく検出させようとすると、しきい値の設定法を変更する必要があり、さらに処理時間も30分以上必要となってくる場合もあった。今後更に種々の症例についての検討を重ねてしきい値の設定法などアルゴリズムの改良を行う必要があろう。次に、乳がんを対象とした腫瘍候補部位の検出は、円形に限らず任意の閉領域の形状の検出が可能なアルゴリズムを開発した。その手順は、候補領域の中心点をもとめ、その点を囲む閉領域を検出することにより腫瘍候補部位を定めるというもので、さらに、それらの候補領域が持っている各種特微量を検討することにより、候補領域以外のものを除くものである。ミニコンピュータを用いた実験では、数分でほぼ満足すべき結果が得られた。今後これらの結果をパーソナルコンピュータへ移植し、各方面で使用可能なシステムにまとめる予定である。
圧電材料の3次元き裂問題の超特異積分方程式法を用いた解析

本研究では,圧電材料などの三次元き裂問題を評価するパラメータを明確にして,その力学的強度評価を可能とする成果を得ることを最終な目的とした.以下得られた研究成果を示す.(1)本研究では,三次元無限体異種接合材中の一点に集中力が作用する場合の変位と応力場を基本解として明確に与えることを目的として解析した.Papkovich-Neuber変位関数に基づく一般解より,鏡像法を用いて,一連の変位関数を構成した.そして,完全に接合された境界条件を満たしている変位と応力場を基本解として求めた.それらの基本解は,特別な場合には半無限体均質中のMindlinの結果と剛性体付き半無限体均質中のLorentzの結果を含む一般的な解となる.なお,それらは,体積力法や境界要素法などの数値解析手法によって三次元無限体異種接合材中の弾性力学問題を解くに対して極めて重要である.(2)本研究では,二つの異なる等方性材料になる接合材の接合界面の付近にある微小き裂をその表面に分布している食違い変位のモデルにして,これに対する応力場を導いた.この解は接合界面の境界条件を満たすものである.注目点も界面にあれば,得られた結果は界面き裂の解析に重要である.また,等方性無限体と半無限体の解をも包含するものである.したがって,本研究で導いた二相等方性の応力場は複雑であるが,一相および二相等方性材のどちらにも適応可能であるため今までより広範囲な材料を扱える体積力法または境界要素法の基本式として用いることができ,体積力法や境界要素法などの拡張に役立つと考える.本研究では,圧電材料などの三次元き裂問題を評価するパラメータを明確にして,その力学的強度評価を可能とする成果を得ることを最終な目的とした.以下得られた研究成果を示す.(1)本研究では,三次元無限体異種接合材中の一点に集中力が作用する場合の変位と応力場を基本解として明確に与えることを目的として解析した.Papkovich-Neuber変位関数に基づく一般解より,鏡像法を用いて,一連の変位関数を構成した.そして,完全に接合された境界条件を満たしている変位と応力場を基本解として求めた.それらの基本解は,特別な場合には半無限体均質中のMindlinの結果と剛性体付き半無限体均質中のLorentzの結果を含む一般的な解となる.なお,それらは,体積力法や境界要素法などの数値解析手法によって三次元無限体異種接合材中の弾性力学問題を解くに対して極めて重要である.(2)本研究では,二つの異なる等方性材料になる接合材の接合界面の付近にある微小き裂をその表面に分布している食違い変位のモデルにして,これに対する応力場を導いた.この解は接合界面の境界条件を満たすものである.注目点も界面にあれば,得られた結果は界面き裂の解析に重要である.また,等方性無限体と半無限体の解をも包含するものである.したがって,本研究で導いた二相等方性の応力場は複雑であるが,一相および二相等方性材のどちらにも適応可能であるため今までより広範囲な材料を扱える体積力法または境界要素法の基本式として用いることができ,体積力法や境界要素法などの拡張に役立つと考える.
慢性骨髄性白血病の慢性期におけるチロシン・キナーゼ不活化機序

Ph^1転座に伴うbcr/ablfusion遺伝子に由来するP210^<bcr/abl>(P210)蛋白はチロシン・キナーゼ活性を有し、慢性骨髄性白血病(CML)の病因や急性期への進展との関係が注目される。われわれはP210機能の細胞内調節、特に分化に伴う抑制機構を明かにするために、抗ホスホ・チロシン抗体および抗abl抗体を用い、CML細胞株K562のP210を分離し、細胞内のホスホチロシン・フォスファターゼ活性(PTPase)およびチロシン・キナーゼ阻害活性(PTKーI)を検討した。1.抗体の作製:抗ホスホ・チロシン抗体はホスホチラミンーKLH複合体を、抗abl抗体は合成ペプチド(SerーAspーGluーValーGluーLysーGluーLeuーGlyーLys)ーチログロブリン複合体をそれぞれ家兎に免疫し作製した。これらの抗体はいずれもK562細胞のP210を特異的に沈降させた。2.PTPase活性:K562細胞より抗ホスホ・チロシン抗体にてP210蛋白を分離し、in vivoあるいはin vitroでチロシンをリン酸化させ、細胞中のPTPaseの基質とした。PTPaseは慢性期CML細胞、正常好中球に認められたが、CML細胞株K562,RMー10,Pl90^<cーabl>を発現するMR87や正常リンパ球には認められず、細胞分化にともなうP210のチロシン・キナーゼの抑制との関連が示唆された。このPTPaseはZn^<2+>でのみ阻害され、Na_3VO_4,NaF,PNPP,EDTA等では影響されなかった。また膜PTPaseであるCD45に対する抗体にても中和されなかった。3.PTKーI活性:K562細胞より抗abl抗体にてP210蛋白を分離し、immune complex kinase assayの阻害により、PTKーIを測定した。PTKーI慢性期CML細胞、正常好中球の他にK562,RMー10,MR87にも認められたが、この活性は細胞可溶分画によるATP分解の可能性を否定できず、更に検討を要する。成熟顆粒球PTPaseのP210キナーゼ抑制への関与が示唆される。
フランス法の検討を通じた物的担保の民事執行手続による実行の意義についての研究

物的担保は、債権者に、主として債務者の財産に対する特別な地位を与えることで、その債権の実効的な実現を可能とするものである。これは伝統的には物的担保が民事執行手続において実行されることで成り立つものであったが、同じく物的担保とされるものの中にもこの手続を経由しないものが現れている。このため、物的担保の実行にとっての民事執行手続の存在意義が問われる状況にある。そこで本研究では、この問題について既に一定の議論の蓄積があるフランス法を参照することで、物的担保が服する民事執行手続上の規律の意義を明らかにした上で、各種の物的担保の実行方法のあるべき姿を、倒産制度も視野に入れつつ、提示することを目指す。
信頼性のあるマルチキャスト配信技術を利用した医療機器接続デバイスの開発

現在、産婦人科専門医の確保が厳しく、遠隔診断やオピニオンが求められるようになっている。医師との迅速な連携の為に愛媛大学では携帯電話を用いたCTG(胎児心拍陣痛図)の伝送や、安全な医療情報ネットワークを介した伝送による遠隔医療期間の連携の試みを行ってきた。それらは一定の成果を挙げたが、CTG伝送をする為にはサーバの設置やネットワークの整備、設定を要求されるなど、利用までの敷居が高く、普及する要素が低かった。翻って一般家庭におけるブロードバンド環境の普及は進み、現在ではADSLやFTTHの引き込みを前提環境として想定することが容易になった。そこで、一般家庭で利用されているブロードバンド環境下に設定の必要がないCTG伝送システムを実現することによって容易に胎児心拍陣痛図の監視システムの導入が出来ることを目指した。この事によって高リスク因子の妊婦を自宅にて静養させることが実現出来る。具体的には一般家庭で導入されているブロードバンドルータのDHCPもしくはUPnP機能からホームネットワークの環境を自動的に検出し、インターネットへの接続を確立する。どのような環境でも胎児心拍陣痛図のモニタリング・センターへデータを伝送出来るようにHTTPプロトコル上に暗号化されたSOAPメッセージを使って胎児心拍陣痛図を伝送する。RS232Cで接続された胎児心拍陣痛図のプローブからデータを採取し、SOAPメッセージに載せるXML形式の連続データに変換を行い、あらかじめ指定されているモニタリング・センターのWebサービスサーバと公開鍵認証を行って送信する。センターでは各地から取得されたメッセージをXML形式で保存し、データベース参照や地域医療システムとの連携を実現している。設定が不要で場所、時を選ばずに誰でも容易に胎児心拍陣痛図の確認を依頼出来るようになる為、周産期医療の充実化が期待される。本研究を進めるにあたって、医療機関毎に導入している医療機器によって扱われる胎児心拍陣痛図や各種医用波形データが異なる為、MFERの利用を着想し、MFERデータを扱う為のパーサを開発した。現在、医用波形をMFER形式に変換し、それをSOAPメッセージにエンコーディングした上で、リライアブル・マルチキャスト技術を利用したメッセージングシステムでSOAPメッセージを配布する実装の開発中である。信頼性のあるマルチキャスト配信技術を利用した医療機器接続デバイスの開発にあたり、技術的動向の調査をした。本システムの実現には、Reliable Multicast関連技術の実装、配信する内容の定義、そして分散した情報、機器を管理するGUIインタフェースといった構成要素よりなる。また、複数のネットワーク機器及びPCを構成し、実証環境を構築し、検証作業を進めていく必要がある。そこで、高性能なコンピュータを導入し、仮想VM技術を利用して仮想ネットワーク、仮想PCを同コンピュータ上に構築し、マルチキャストによる通信のシミュレーションを行い、各種実装の検証を行った。その結果、トラフィック流量と情報交換の効率性から、同一ネットワークセグメントではRendezvouzによる情報の広報、そしてセグメント間はLDAPディレクトリサーバ、OAI-PMHによる仲介をするのが適切なモデルであると確認するに至った。頻度の高い情報の更新には従来のUDP技術に依拠したRendezvouz技術を利用し、信頼性の要求される情報についてはディレクトリサービスへの格納やWebサービスによる呼び出しを併用して信頼性を高めていく事が現実的である事を確認した。

また組み込み機器もしくはそれに類する機器への適用が不可欠であるが、本システムの様に比較的複雑な動作を支える環境について検証したところ、マルチキャスト対応ソケット、Webサービス、XMLをサポートしたフレームワークの存在が不可欠であり、組み込み向けに小型化されたLinux上にJavaVMを搭載するか、Compact.NET Frameworkが稼働する環境を開発ターゲットとして絞り込みを行う事になった。次のステップとしてメタデータを利用した機器情報及び配信する情報の内容についての記述について現在模索しており、メタデータの記述、交換についてはOAI-PMHを参照実装として検証を進めている。現在、産婦人科専門医の確保が厳しく、遠隔診断やオピニオンが求められるようになっている。医師との迅速な連携の為に愛媛大学では携帯電話を用いたCTG(胎児心拍陣痛図)の伝送や、安全な医療情報ネットワークを介した伝送による遠隔医療機関の連携の試みを行ってきた。それらは一定の成果を挙げたが、CTG伝送をする為にはサーバの設置やネットワークの整備、設定を要求されるなど、利用までの敷居が高く、普及する要素が低かった。翻って一般家庭におけるブロードバンド環境の普及は進み、現在ではADSLやFTTHの引き込みを前提環境として想定することが容易になった。そこで、一般家庭で利用されているブロードバンド環境下に設定の必要がないCTG伝送システムを実現することによって容易に胎児心拍陣痛図の監視システムの導入が出来ることを目指した。この事によって高リスク因子の妊婦を自宅にて静養させることが実現出来る。具体的には一般家庭で導入されているブロードバンドルータのDHCPもしくはUPnP機能からホームネットワークの環境を自動的に検出し、インターネットへの接続を確立する。どのような環境でも胎児心拍陣痛図のモニタリング・センターへデータを伝送出来るようにHTTPプロトコル上に暗号化されたSOAPメッセージを使って胎児心拍陣痛図を伝送する。RS232Cで接続された胎児心拍陣痛図のプローブからデータを採取し、SOAPメッセージに載せるXML形式の連続データに変換を行い、あらかじめ指定されているモニタリング・センターのWebサービスサーバと公開鍵認証を行って送信する。センターでは各地から取得されたメッセージをXML形式で保存し、データベース参照や地域医療システムとの連携を実現している。設定が不要で場所、時を選ばずに誰でも容易に胎児心拍陣痛図の確認を依頼出来るようになる為、周産期医療の充実化が期待される。本研究を進めるにあたって、医療機関毎に導入している医療機器によって扱われる胎児心拍陣痛図や各種医用波形データが異なる為、MFERの利用を着想し、MFERデータを扱う為のパーサを開発した。
合成プロ-ブによるin situ Hybridization技術の開発

我々は細胞における直接的な蛋白質の産生を証明するため、抗体を用いる免疫組織化学的方法と組織切片上でmRNAに相補的なDNAもしくはRNAをプロ-ブとしてハイブリダイズさせるin situ hybridization法を用いて、物質の局在を明らかにするアプロ-チを試みた。1.mRNA量の検定ヒトγGTPのcDNAクロ-ンを用いてヒト胎児肝のmRNAの検出感度をノザンハイブリダイゼ-ションにより検討したところ、胎齢12週ですでにその発現を認め、胎齢の増加と共にその発現は増加し、胎齢40週でピ-クとなった。この傾向は免疫組織化学反応による蛋白レベルでの結果と一致する。得られたmRNAのサイズは2.7kbである。2.ラベリングの方法ISH法を行うためには非特異結合を防ぎ検出感度の優れた方法を用いなければならない。そこでRNAプロ-ブとDNAプロ-ブの検出感度を比較したところ、RNAプロ-ブでは2μgのpolyA^+ RNAに対して6時間のオ-トラジオグラフィ-でbandを検出できたが、DNAプロ-ブでは2over night以上の露光時間が必要であった。ヒト胎児肝を4%パラホルムアルデヒド固定後、OCT compoundに包埋、凍結後、薄切する。0.2NHClに5min浸漬した後、37°CでProteinaseKを15min処理する。上記条件でRNAプロ-ブを用いて、37°CでPrehybridize、次いでHybridizeしたところ、antisenseRNAに反応がみられたが、senseRNAにおいても弱いながらも非特異的反応が認められた。反応に用いたのはビオチン化プロ-ブである。現在、この非特異反応を抑えるため、hybridizeさせる温度を上昇させると共に、アイソト-プによる標識も検索中である。従来、物質の局在を検索するためには、目的とする分子の抗原決定基を認識する抗体を用いた免疫組織化学的方法が主に用いられてきた。しかし、抗体で捉える事のできない物質の局在や、拡散によるアーティファクトの克服などの問題が存在する。そこで我々は細胞における直接的な蛋白質の産生を証明するため、抗体を用いる免疫組織化学的方法と組織切片上でmRNAに相補的なDNAかRNAをプローブとしてハイブリダイズさせるin situ hybridization法を用いて、物質の局在を明らかにするアプローチを試みた。1.mRNA量の検定当初はglutathione S-transferase(GST-π)を用いる予定だったがmRNAコンテントが不明なため、γ-glutamyl transpeptidase(γGTP)のcDNAクローンを用いて、腎臓、肝臓中のmRNAの検出感度をノザンハイブリダイゼーションにより調べた。ヒト腎臓および胎生期肝臓を塩酸グアニジン溶液でつぶし、5.7MCsCl液に重層後、35000γpm、15h遠心後、totalRNAを得た。更にoligodTカラムクロマトグラフィーにより、polyA^+RNAを得た。このpolyA^+RNAを用いて、γGTPのcDNAをプローブとして、ノザンハイブリダイゼーションを行ったところ、polyA^+RNA2μgで2.2kbのbandを検出した。2.合成プローブの作成ノザンハイブリダイゼーションにより、γGTPのmRNAが証明されたので、γGTPの塩基配列に相補的な16merのDNAを合成した。また、γGTPと共にGST-π、prolactinに相補的なDNAも合成した。現在、これらの合成プローブおよびγGTPのcDNAクローンを用いて、in situ hybridizationを行っており、抗体を用いた免疫組織化学的方法との比較を行っているところである。1.標識法の選択

in sieu hybridizationを行うためには、プロ-ブの非特異的結合を防ぎ、かつ検出感度の優れた方法を用いなければ、適正な結果を得ることができない。そこでin situ hybridizationを行う上での標識法を確立するため、SP6systemとルチ-ンに行なわれているmultipleDNAIabelingsystemをノザンハイブリダイゼ-ションを用いて比較した。SP6systemではヒトγGTPcDNAの300bpのBamHI-PstI fragmentをPGEMプラスミドにクロ-ニングして、SP6polymeraseを用いて、in vitro transcriptionを行ない、RNAプロ-ブを作成した。50%ホルムアミド、5×SSPE、5×Denhardt、100μg/ml sermon spermDNA、100μg/ml Yeast tRNAの条件下でRNAプロ-ブとヒト胎児肝由来のpolyA^+RNAとのノザンハイブリダイゼ-ションを行ったところ、2μgのpolyA^+RNAに対して、わずか6時間のオ-トラジオグラフィ-で2.7kbのbandを検出することができた。一方、multipleDNAlabeling systemでは、bandは検出できるが、10μgのpolyA^+RNAに対して、2over nightの露光時間が必要とされる。ヒト胎児肝を4%パラホルムアルデヒド固定後、OCTcompoundに包埋、凍結後、薄切する。0.2NHClに5minに浸漬した後、37°CでproteinaseKを15min処理する。上記条件でRNAプロ-ブを用いて、37°CでPrehybridize、次いでHybridizeしたところ、antisense RNAに反応がみられたが、sense RNAにおいては弱いながらも非特異的反応が認められた。反応に用いたのはビオチン化プロ-ブである。現在、この非特異的反応を抑えるため、hybridizeさせる温度を上昇させると共に、アイソト-プによる標識も検索中である。
金属と有機分子のコインターカレーションによるエキゾチック高温超伝導体の創製

超伝導転移温度Tc=8Kの層状物質FeSeにLiまたはNaと有機分子(ヘキサメチレンジアミン(HMDA)または2-フェニルエチルアミン)をコインターカレーション(共挿入)することにより、Tc=38-44Kの高温超伝導体の創製に成功した。このTc値はFeSe単層膜における値に近く、層間距離の増大によるTcのさらなる向上は期待できない。また、層状構造を有するTiSe2およびMoSe2にLiと有機分子(エチレンジアミン(EDA)またはHMDA)を共挿入することにより、Tc=2.4-6.0Kの超伝導体、さらに、Ta2PdSe6にEDAを挿入することにより、Tc=4.5Kの超伝導体の創製に成功した。本研究では、(1)超伝導転移温度Tc=8Kを示す層状物質FeSeに、金属と種々の有機分子のコインターカレーション(共挿入)を試み、Tcを向上させることを第1の目的とした。さらに、(2)層状物質であるMX2 (M=遷移金属;X=カルコゲン)にも、過去に例のない金属と種々の有機分子の共挿入を試み、新しい高温超伝導体を創製することを第2の目的とした。第1の目的に対しては、FeSeにリチウムとヘキサメチレンジアミンC6H16N2を共挿入することに成功し、Tc=38Kの超伝導相とTc=41Kの超伝導相を発見した。さらに、FeSeにリチウム、あるいは、ナトリウムと2-フェニルエチルアミンC8H11Nの共挿入にも成功し、それぞれTc=44Kと43Kで超伝導を示すことを発見した。このインターカレーション化合物は、これまで合成されているFeSeインターカーレーション化合物の中でFeSe層間距離が最も長く、最も2次元的な電子状態が実現していると考えられる。このTcはFeSeの単層膜のTcと同程度であるので、FeSeインターカレーション化合物とFeSe単層膜は、ほぼ同じメカニズムで超伝導が実現している可能性が高いと結論した。第2の目的に対しては、電荷密度波(CDW)が実現しているTiSe2にリチウムとエチレンジアミンC2H8N2、あるいは、ヘキサメチレンジアミンC6H16N2を共挿入することに成功した。共挿入の結果、CDWは消滅し、2.2Kから4.2Kで超伝導転移を示すことを発現した。リチウムからTiSe層へのキャリアドーピング、あるいは、TiSeの層間距離が広がったことによる電子構造の2次元化によってCDWが消滅し、それによって超伝導が発現したと結論した。現在までに、5種類のインターカレーション化合物の合成に成功し、6つの新しい超伝導相を発見することができたので、順調に進展している思う。本研究では、超伝導転移温度Tc=8Kの層状物質FeSeに、金属と種々の有機分子のコインターカレーション(共挿入)を試み、Tcを向上させることを第1の目的とした。さらに、層状物質である遷移金属-カルコゲナイドに、金属と種々の有機分子の共挿入を試み、新しい高温超伝導体を創製することを第2の目的とした。第1の目的に対しては、FeSeにリチウムとヘキサメチレンジアミン(HMDA)を共挿入することに成功し、Tc=38Kと41Kの超伝導相を発見した。さらに、FeSeに、リチウムあるいはナトリウムと2-フェニルエチルアミンの共挿入に成功し、それぞれ、Tc=44Kと43Kの超伝導を発見した。このインターカレーション化合物は、これまで合成されてきたFeSeインターカレーション化合物の中でFeSe層間距離が最も長く、最も2次元的な電子状態が実現していると考えられる。このTcは層間距離が無限大であると見なせるFeSeの単層膜のTcと同程度であることから、インターカレーションによってFeSe層間距離を更に拡張させてもTcはあまり向上しないと結論した。第2の目的に対しては、電荷密度波(CDW)が実現しているTiSe2に、リチウムとエチレンジアミン(EDA)あるいはHMDAを共挿入することに成功し、Tc=2.2K-4.2Kの超伝導を発見した。共挿入によってCDWが消滅し、代わりに超伝導が発現したものと結論した。また、半導体であるMoSe2に、リチウムとEDAあるいはHMDAを共挿入することに成功し、それぞれTc=4.2Kと6.0Kの超伝導を発見した。この系では、Tcは層間距離にはあまり依らず、キャリア濃度に強く依存していることが分かった。さらに、半金属であるTa2PdSe6にEDAを挿入することに成功し、Tc=4.5Kの超伝導を発見した。残念ながら、これらの系のTcは高くない。

第1の目的に対しては、FeSeの単結晶試料を作製し、多結晶試料を用いて合成に成功したインターカレーション化合物を単結晶試料で実現する。そして、それを用いて、異方性等の詳細な物性測定を行い、超伝導の発現機構を検討する。さらに、高温超伝導体(究極的には室温超伝導体)を探索する指針を得ることを目指す。第2の目的に対しては、TiSe2以外の層状物質について金属と有機分子の共挿入を試み、さらに新しい高温超伝導体の創製を目指す。低温電子物性、超伝導消耗品の支出および旅費の支出をできる限り節約したため、若干の余剰金が出た。余剰金は、次年度に、物品費、旅費、謝金等で有効に使用する予定である。
黄色人種とCaucasianのチロシナーゼ遺伝子多型の人類遺伝学的解析による比較

人種による皮膚の色の違いは、遺伝子のどこに違いがあるのか、遺伝学的に明らかにする目的で、メラニンの生成経路における律速酵素であるチロジナーゼの遺伝子の比較を、まずインド人と日本人について行った。本研究では日本人の健常人109人、インド人の健常人103人を対象にチロシナーゼ遺伝子のエクソン、エクソン周辺及びプロモーターの全配列を解析し、チロシナーゼ遺伝子配列データベースを作成した。具体的には、集めたDNAを用いて、PCRによりチロシナーゼの各エクソン、エクソン近傍及びプロモータ配列をそれぞれ増幅精製した後、名古屋大学共通機器センターに設置されているBeckman Coulter社のCEQ2000XLを用いてDNAの配列を決定した。その結果、日本人集団のtyrosinase遺伝子のプロモーター領域-317に、およびイントロン2のIV2-21ins.Tに日本人集団特有のpolymorphismが見い出された。一方イントロン2にIV2+24ins.T,のインド人集団に特有のpolymorphismが認められた。またプロモーター領域-199には両集団共にpolymorphismが認められた。さらにExon 1の-5,269,575,Exon 4の1205,Exon5の1379にはインド人集団に特有のpolymorphismが、Exon 1の133,373,Exon 3の1167,には日本人集団特有のpolymorphismが見い出された。これらの結果は2つの集団における新たなtyrosinaseの病的な遺伝子変異の判定に役立つ。我々はすでに日本人の健常人109人を対象にチロシナーゼ遺伝子コード配列及びプロモーター配列を解析し、正常人109人のチロシナーゼデータベースを作成した。本研究ではインド人の健常人103人を対象にチロシナーゼ遺伝子のエクソン、エクソン周辺及びプロモーターの全配列を解析し、チロシナーゼ遺伝子配列データベースを作成する。さらに特定の多型と皮膚の色、網膜色素の沈着度の間に関連があるかどうか、考察を行うものである。インド人健常者103人から抽出したgenomic DNAをI.C.Verma博士のご好意により入手し、保持している。平成15年度は集めたDNAを用いて、PCRによりチロシナーゼの各エクソン、エクソン近傍及びプロモータ配列をそれぞれ増幅精製した後、名古屋大学共通機器センターに設置されているBeckman Coulter社のCEQ2000XLを用いてDNAの配列を決定した。その結果、日本人集団のtyrosinase遺伝子のプロモーター領域-317に,およびイントロン2のIV2-21ins.Tに日本人集団特有のpolymorphismが見い出された。さらにExon 1の-5,269,575,Exon 4の1205,Exon 5の1379にはインド人集団に特有のpolymorphismが、Exon 1の133,373,Exon 3の1167,には日本人集団特有のpolymorphismが見い出された。
同和地区児童生徒の低学力の規定要因及び学力向上の促進条件に関する実証的研究

1.平成7年1月(小学5年)と平成10年9月(中学3年)の2時点における同一児童生徒の学力及び生活実態の比較検討については、すでに昨年の学会で発表したが、今年度も引き続いて、6月に日本子ども社会学会大会において「学力と自尊感情-同和地区児童生徒を中心に-」と題して報告し、10月には日本子ども社会学会大会において「学力問題へのアプローチ(4)」と題して報告した。(1)小学5年時には見られなかった地区・地区外間の学力格差が中学3年時に顕在化すること、(2)小学5年時に地区・地区外間に見られる格差が中学3年時の学力に影響を与えていること、(3)同和地区の子どもたちは、自分専用のテレビ所有率の高さなどに現われているように、消費社会の影響を地区外以上に強く受けていること、(4)地区では、子どもの生活への親のコントロールが地区外以上に早い時期から及ばなくなっていること、(5)地区出身であることが小学5年時または中学3年時の自尊感情に影響を与えているかどうかについては、かならずしも明確に断定しがたいこと、などが問題点として挙げられる。2.調査研究全体については、3年間の総まとめとして、本年3月に研究成果報告書を完成することとなっている。同和地区というマイノリティの問題とともに、今日社会階層と学力の関係が議論される状況に鑑みて、階層の視点からの学力問題へのアプローチをも含めるため、成人の知識・能力に関する調査研究の成果が、この報告書の中に取り入れられている。学力問題については、階層とマイノリティという2つの側面を統合する視点が必要であると考えるからである。この点についての理論的検討は、原田彰「『学力問題』へのアプローチ-階層とマイノリティの視点から-」(日本子ども社会学会編『子ども社会研究』第6号)の中で試みられている。本年度は、研究期間(3年間)の初年度であり、一つの調査の実施が予定されていた。平成10年10月、H市内の同和地区を含むK中学校の3年生を対象に、標準学力検査及び生活実態調査を実施したが、現在まだ集計・分析中である。平成7年1月に実施した同様の調査の対象だった小学校5年生が現在中学校3年生になっているのであるが、小学校5年生時と現在(中学校3年生時)との比較をすることが、本調査研究の目的であった。しかし、この比較を可能にするためには、当該小学校卒業生のうち私立中学校進学者を除き、さらに他学区の小学校からのK中学校進学者を除かねばならない。この作業にかなり時間を要したため、まだ調査結果の分析が完了していない。平成11年度は引き続いて上記の作業を継続する予定である。分析結果がある程度まとまれば、10月に開催される日本教育社会学会において研究発表を行いたいと考えている。本年度は、研究機関(3年間)の2年目であり、次の2点が主な実績である。1.昨年度実施した調査(標準学力検査・生活実態調査、平成10年10月、同和地区を含む広島県H市立中学校3年生)の分析を行った。その際、小学校5年生のとき(平成7年1月)同一の調査対象に対して実施した同様の調査の結果との比較が、重要なポイントとなった。(1)小学5年時には、同和地区・地区外の間の国語・算数の学力(正答率)に有意差は見られなかったが、中学3年時には、有意差が見出された。(2)上記の学力格差の要因について、生活実態(生活時間、自分専用の娯楽的所有物の有無、親とのコミュニケーション、悩み・心配事、進学アスピレーションなど)との関連で分析を行い、これらの生活実態の中に同和地区特有の特徴と問題を見出した。

(3)この研究結果は、日本教育社会学会大会(平成11年10月、於東京大学)において、「学力問題へのアプローチ」という題目で発表した。(4)さらに、日本子ども社会学会大会(平成12年6月)において、「学力と自尊感情」という題目で発表する予定である。2.徳島県N市において調査(標準学力調査・生活実態調査、平成12年23月、同和地区を含むN市立小学校5・6年生、中学校1・2年生)を実施した。なお、論文については、最終年度に当たる来年度公表する予定である。1.平成7年1月(小学5年)と平成10年9月(中学3年)の2時点における同一児童生徒の学力及び生活実態の比較検討については、すでに昨年の学会で発表したが、今年度も引き続いて、6月に日本子ども社会学会大会において「学力と自尊感情-同和地区児童生徒を中心に-」と題して報告し、10月には日本子ども社会学会大会において「学力問題へのアプローチ(4)」と題して報告した。(1)小学5年時には見られなかった地区・地区外間の学力格差が中学3年時に顕在化すること、(2)小学5年時に地区・地区外間に見られる格差が中学3年時の学力に影響を与えていること、(3)同和地区の子どもたちは、自分専用のテレビ所有率の高さなどに現われているように、消費社会の影響を地区外以上に強く受けていること、(4)地区では、子どもの生活への親のコントロールが地区外以上に早い時期から及ばなくなっていること、(5)小学5年時の地区の子どもたちは「自己表現への自信」が低く、それが中学3年時の低学力に影響を及ぼしており、自尊感情のあり方が学力向上と無関係ではないこと、などが問題点として挙げられる。2.調査研究全体については、3年間の総まとめとして、本年3月に研究成果報告書を完成することとなっている。同和地区というマイノリティの問題とともに、今日社会階層と学力の関係が議論される状況に鑑みて、階層の視点からの学力問題へのアプローチをも含めるため、成人の知識・能力に関する調査研究の成果が、この報告書の中に取り入れられている。学力問題については、階層とマイノリティという2つの側面を統合する視点が必要であると考えるからである。この点についての理論的検討は、原田彰「『学力問題』へのアプローチ-階層とマイノリティの視点から-」(日本子ども社会学会編『子ども社会研究』第6号)の中で試みられている。
流体騒音発生機構の解明と制御

航空機のジェット騒音や自動車の排気音など交通輸送機関の高速化に伴って生ずる騒音の多くは流体力学的な原因に基づく音(流体音)である。本研究課題では、高次精度(空間8次精度、時間4次精度)の差分スキームを用いることにより、流体の運動を支配する方程式、即ち圧縮性ナビエ・ストークスの式を精度良く解くことにより、渦運動が中心的役割を果たしている流れ場に生ずる流体騒音の発生機構を明らかにし、その制御方法を提案することができた。本研究課題の目的は、非定常圧縮性ナビエ・ストークス方程式を高精度有限差分法を用いて解くことにより、音波を直接数値シミュレーションにより求め、音波の発生機構を解明するとともに騒音を制御する方法を探ることにある。特に、物体周りの流れ場から発生する音場、キャビティを過ぎる流れから発生する音場、および複数の三次元渦の相互干渉により作り出される音場などを直接の対象として調べ、音の発生のメカニズムを明らかにするとともに、音の制御法を開発することを目的とする。井上はこれまでに開発した計算コードをさらに高精度化(空間八次精度)し、まずグリッド依存性や計算領域の大きさなど数値的精度を確立した。次いで、開発された計算コードを有限流さの円柱や角柱まわりの流れに適用することにより渦の放出に及ぼす三次元性の効果を明らかにした。また、レイノルズ数の違いによる渦の放出形態の違いを明らかにし、発生する音波の性質や発生機構の違いを明らかにした。成果は国際的な学会誌Physics of Fluids(2008)に掲載された。また井上は畠山とともに、渦輪の斜め衝突により発生する音波の問題を取り上げ、衝突角度を変化させることにより音波の性質及び発生メカニズムがどのように変わるかを調べ、三次元性の効果(特に渦輪のつなぎ換えによる効果)を明らかにした。福西は三次元キャビティ音の問題を取り上げ、フルイディクスを用いることによりキャビティ音がある程度能動的に制御できることを実験的に明らかにした。騒音問題は生活環境保護のための最重要課題の一つであり、近年特に注目を浴び、国の内外を問わず学界、産業界の双方で盛んに研究されている。航空機のジェット騒音は新幹線のパンタグラフ騒音、ヘリコプタ騒音など交通輸送機関の高速化に伴って生ずる騒音の多くは流体力学的な原因に基づく音(流体音)である。本研究課題では(1)複数の三次元渦の相互作用により作り出される音場、及び(2)二次元複数物体周りの流れ場から発生する音場、また(3)キャビティーを過ぎる流れから発生する音場の特性を、主として数値計算により、明らかにすることを目的とした。井上は乱流中に存在する多数の渦の相互作用による音波発生のメカニズムを探るための第一歩として、二つの渦輪の三次元的の相互作用による流体音発生の問題を取り上げ、これまでに得られている実験結果と定性的に一致するのみでなく、渦輪の継ぎ換えによる音波の発生や、渦輪と壁面の干渉による音波発生などこれまでに知られていなかった新しい現象を発見し、またそのメカニズムを解明することができた。井上はまた、複数の物体まわりの流れ場が相互干渉する際に発生する音場の性質を知るための基本問題として二つの大きさの異なった角柱が存在する場合の流体音発生メカニズムを調べ、二つの角柱の大きさの比及び角柱間隔に依存して流れ場及び音場は大きく変化すること、また多くの場合"うなり"が発生すること、2種類の異なった"うなり"が存在することなどを見出した。福西はfluidic oscillatorを用いることにより、キャビティー上流の境界層が層流の場合には1個のfluidic oscillatorで、乱流の場合には2個のfluidic oscillatorを用いることにより、いつれもキャビティー騒音を大きく低減できることを実験的に明らかにした。
子どもの創作活動を見護る Internet of Toys (IoT)

子どもは創作意欲にあふれているが,一つのことに集中しすぎてしまうため,創作活動中は適切な見護りが必要である.見護りのために過度の制限を与えると,子どもの創作意欲を奪ってしまうことになるため,従来はカメラによる自動サーベイや,身体装着型デバイスによる事故予測・警告・記録などが検討されてきた.しかし,カメラによるサーベイは事前に事故を予見することが機械だけでは困難であり,また身体装着型デバイスは子どもを過度に拘束してしまう.そこで本研究課題では,子どもが遊ぶおもちゃにセンサ,アクチュエータと無線通信デバイスを仕込み,子どもがどのおもちゃでどのように遊んでいるかをリアルタイムに計測し,それらの計測データから機械学習によって子どもの心理状態や事故の危険を予測し,かつアクチュエータを適度に駆動することでおもちゃにインタラクション性を持たせ,子どもの適切な見護りと創作活動の支援を同時に行うことを目指す.本年度は,創作活動のうち子どものおもちゃ遊びに焦点をあて,子どもの心理・身体の状態を推定するためのプロトタイプを製作した.具体的には,市販のボール,ぬいぐるみ,クレヨンに対し,無線通信デバイスと各種センサ(加速度センサ,曲げセンサ,圧力センサ)を設置したプロトタイプ3種である.本プロトタイプで動作の判別が可能かどうかを調べるために,ボール型プロトタイプを用いデータ収集を行った.分析した結果,学習データ量が不十分であることが明らかとなったが,動作開始前の状態,ボールに人が作用している状態,作用が終わりボールが移動している状態,ボールが何かにぶつかり衝撃が加わった後の状態の4種類にデータを分離し,各状態での加速度変化を基に判別することにより,ボールがどのように扱われているのかの判別が可能であることが示唆された.IoT化する対象の選定,プロトタイプの実装,データ収集に想定以上に時間を要したが,初年度に予定していたプロトタイプの実装と予備的調査に着手できたため,おおむね順調に進展していると考えられる.ただし,動作判別に必要な大量のデータ収集が可能なプロトタイプの再実装と,それを用いた本格的なデータ収集にはまだ時間を要することが予想される.今年度実装したプロトタイプを用い,おもちゃ遊び中に計測可能なデータからユーザの特徴的な状態変化が抽出できるかの調査を本格的に開始する.それに必要なプロトタイプの再実装後,まずは大人の被験者を対象にデータ収集をし,深層学習により判別可能性を検証する.その後,子どもを被験者とし,おもちゃ遊び中の動きデータの収集を行う.それらのデータから得られた特徴量が,子どもの状態とどのようにマッピングされるかを記録する.この過程で,計測データのうち,重要なパラメタとなりうるデータの選別(圧縮)およびモデル化を行う.そのマッピングの際には,データの粒度,相談データとして提供する子どもの状態の種類と数(例えば,感情で言えば「喜・怒・哀・楽」の4感情を推定するなど)を決定する必要がある.最終的には,状態推定に基づく見護りシステムおよび保護者等への相談データ提供のためのインタフェースの構築を行う.抽出されたデータを元に,危険や異常行動の発生を予見・警告する見護りシステムと,計測データを遊んだおもちゃや創作物の情報に付加し保護者等に提示するインタフェースを構築する.その後,被験者実験にて,このインタフェースと実装した計測装置を組み合わせ,創作活動が計測により妨害されないか,子どもの見護りが効率的になったかの2点を評価する.子どもは創作意欲にあふれているが,一つのことに集中しすぎてしまうため,創作活動中は適切な見護りが必要である.見護りのために過度の制限を与えると,子どもの創作意欲を奪ってしまうことになるため,従来はカメラによる自動サーベイや,身体装着型デバイスによる事故予測・警告・記録などが検討されてきた.しかし,カメラによるサーベイは事前に事故を予見することが機械だけでは困難であり,また身体装着型デバイスは子どもを過度に拘束してしまう.そこで本研究課題では,子どもが遊ぶおもちゃにセンサ,アクチュエータと無線通信デバイスを仕込み,子どもがどのおもちゃでどのように遊んでいるかをリアルタイムに計測し,それらの計測データから機械学習によって子どもの心理状態や事故の危険を予測し,かつアクチュエータを適度に駆動することでおもちゃにインタラクション性を持たせ,子どもの適切な見護りと創作活動の支援を同時に行うことを目指す.本年度は,創作活動のうち子どものおもちゃ遊びに焦点をあて,子どもの心理・身体の状態を推定するためのプロトタイプを製作した.具体的には,市販のボール,ぬいぐるみ,クレヨンに対し,無線通信デバイスと各種センサ(加速度センサ,曲げセンサ,圧力センサ)を設置したプロトタイプ3種である.本プロトタイプで動作の判別が可能かどうかを調べるために,ボール型プロトタイプを用いデータ収集を行った.分析した結果,学習データ量が不十分であることが明らかとなったが,動作開始前の状態,ボールに人が作用している状態,作用が終わりボールが移動している状態,ボールが何かにぶつかり衝撃が加わった後の状態の4種類にデータを分離し,各状態での加速度変化を基に判別することにより,ボールがどのように扱われているのかの判別が可能であることが示唆された.IoT化する対象の選定,プロトタイプの実装,データ収集に想定以上に時間を要したが,初年度に予定していたプロトタイプの実装と予備的調査に着手できたため,おおむね順調に進展していると考えられる.ただし,動作判別に必要な大量のデータ収集が可能なプロトタイプの再実装と,それを用いた本格的なデータ収集にはまだ時間を要することが予想される.今年度実装したプロトタイプを用い,おもちゃ遊び中に計測可能なデータからユーザの特徴的な状態変化が抽出できるかの調査を本格的に開始する.それに必要なプロトタイプの再実装後,まずは大人の被験者を対象にデータ収集をし,深層学習により判別可能性を検証する.

その後,子どもを被験者とし,おもちゃ遊び中の動きデータの収集を行う.それらのデータから得られた特徴量が,子どもの状態とどのようにマッピングされるかを記録する.この過程で,計測データのうち,重要なパラメタとなりうるデータの選別(圧縮)およびモデル化を行う.そのマッピングの際には,データの粒度,相談データとして提供する子どもの状態の種類と数(例えば,感情で言えば「喜・怒・哀・楽」の4感情を推定するなど)を決定する必要がある.最終的には,状態推定に基づく見護りシステムおよび保護者等への相談データ提供のためのインタフェースの構築を行う.抽出されたデータを元に,危険や異常行動の発生を予見・警告する見護りシステムと,計測データを遊んだおもちゃや創作物の情報に付加し保護者等に提示するインタフェースを構築する.その後,被験者実験にて,このインタフェースと実装した計測装置を組み合わせ,創作活動が計測により妨害されないか,子どもの見護りが効率的になったかの2点を評価する.本年度作成したプロトタイプは,データ収集に問題がないかを検証するために予備的かつ簡易的に実装したものであったためめ,開発費用が予定より抑えられた.次年度使用額は,本格的に実験を行うためのプロトタイプ作成や被験者への謝金に使用する予定である.