hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
柔軟構造系上に搭載された多リンク柔軟マニピュレータの運動と振動の同時適応制御(3次元姿勢変動を考慮したモデリングと2自由度制御系のゲインスケジュール)

当該研究では,昨年度構築された柔軟構造系上に胴回りおよび腰回り2方向の計回転3自由度を有する2リンク柔軟マニピュレー夕を搭載した制御対象モデルに対して,ロバスト制御を施すとともに,2自由度のゲインスケジュール制御についてシミュレーションおよび実験により検討した.シミュレーション段階では,優れた制御性能を有する制御系設計が行えても,実験的にその性能の達成が困難となったため,モデリングについて詳細な検討を行い,重心位置の精確な把握等を再度検討した.マニピュレータの3次元姿勢変動により,重心位置のずれが生じるため,モデリングを困難なものとしていることが明らかとなった.また,この特性変化を考慮してゲインスケジュール制御を行うことの有効性をシミュレーションで確認した.実験的には,LMIに基づくゲインスケジュールH∞制御を施し,可操作範囲内での制御実験を行い,シミュレーションとの対応を確認した.また,剛体マニビュレータを用いた場合については,制御実験結果がシミュレーションと一致する結果を得ており、制御系設計手法の有効性を確認することができた.また,フィードフォワード制御との統合を図る2自由度制御系については,マニピュレータが目標の位置へある時間内に到達するように終端状態制御を施し,その上で,誤差が生じた際にはフィードバック制御が効果を発揮するように制御系を構成した.終端状態制御を施す際には,制御対象が時変系となっているため,繰り返し学習によって最適な制御入力を得る方法を取っているが,制御中にも誤差を生じるため,フィードバック制御が有効に働かなければ応答性能は劣化することになる.今後は,モデリングと制御系間の相互の教示により,システム全体としての制御性能が向上するように制御系を構成する必要があると考えられる.当該研究では,柔軟構造系上に胴回りおよび腰回り2方向の計回転3自由度を有する2リンク柔軟マニピュレータを搭載したモデルを制御対象として扱い,2リンクマニピュレータと土台部の柔軟構造の並進・ねじり振動を考慮したモデリングを行った.振動特性は有限要素モデルを用いて解析し,数式処理プログラムを活用し,コンピュータにより3次元空間での運動方程式を導出した.この数学モデルと2リンクマニピュレータの駆動に用いるACサーボモータ・アンプの出力リルクに基づき,各パラメータの諸元を決めた.つぎに,実験モデルの設計・製作を行った.1本の丸棒に支持された柔軟構造系最上部には胴回り,腰回りの回転2自由度の駆動に用いるACサーボモータを配置し,柔軟マニピュレータ1リンク目を同モータに接続,さらに,柔軟マニピュレータには効果器を有する先端のリンクに回転自由度を与えるACサーボモータを配置した.製作された実験モデルを実験モード解析することによりモデリングの妥当性を検証したが,有限要素モデルの誤差が生じたため,再度,数学モデルの検討を行い,各パラメータの諸元を修正した.また,マニピュレータの3次元姿勢変動によって,制御対象全体の特性が変化するため,サーボアンプを介して制御入力を与え,様々な姿勢でその振動特性を解析した.実験モード解析の結果と数学モデルに基づく数値計算結果との比較により,数学モデルの諸元に変更を加え,修正を行った.制御系設計のためのモデリングとしてはロバスト制御によりカバーできると予測ができる程度のモデリングが得られたものの,現状では厳密なモデルは完全には得られていない.実験的に制御系の有効性を検討する準備はできているため,今後実験的な検証を行いながら,厳密なモデリング手法について検討していく予定である.当該研究では,昨年度構築された柔軟構造系上に胴回りおよび腰回り2方向の計回転3自由度を有する2リンク柔軟マニピュレー夕を搭載した制御対象モデルに対して,ロバスト制御を施すとともに,2自由度のゲインスケジュール制御についてシミュレーションおよび実験により検討した.シミュレーション段階では,優れた制御性能を有する制御系設計が行えても,実験的にその性能の達成が困難となったため,モデリングについて詳細な検討を行い,重心位置の精確な把握等を再度検討した.マニピュレータの3次元姿勢変動により,重心位置のずれが生じるため,モデリングを困難なものとしていることが明らかとなった.また,この特性変化を考慮してゲインスケジュール制御を行うことの有効性をシミュレーションで確認した.実験的には,LMIに基づくゲインスケジュールH∞制御を施し,可操作範囲内での制御実験を行い,シミュレーションとの対応を確認した.また,剛体マニビュレータを用いた場合については,制御実験結果がシミュレーションと一致する結果を得ており、制御系設計手法の有効性を確認することができた.また,フィードフォワード制御との統合を図る2自由度制御系については,マニピュレータが目標の位置へある時間内に到達するように終端状態制御を施し,その上で,誤差が生じた際にはフィードバック制御が効果を発揮するように制御系を構成した.終端状態制御を施す際には,制御対象が時変系となっているため,繰り返し学習によって最適な制御入力を得る方法を取っているが,制御中にも誤差を生じるため,フィードバック制御が有効に働かなければ応答性能は劣化することになる.今後は,モデリングと制御系間の相互の教示により,システム全体としての制御性能が向上するように制御系を構成する必要があると考えられる.
スパースモデリングによる脳マクロ状態抽出とアルゴリズム推定

神経活動をモニターするカルシウムイメージング法の技術発展により、同時にモニターできる神経細胞の数が飛躍的に増加している。このような大規模集団神経活動データを、どのように解析すれば同時に計測されているという利を活かせるかが、今後の大きな課題となっている。本研究提案は、ラットから大規模神経活動データを収集し、脳マクロ状態という新しいコンセプトを用いて、脳のアルゴリズム解明に迫る解析を提唱するものであった。平成28年度において、餌探索課題と餌待ち課題遂行中の海馬CA1から集団神経活動データを収集した。これらのCA1集団神経活動データは、神経細胞1つの活動を1つの次元と見なした高次元時系列データとみなせるが、非線形の次元圧縮法(t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding)で3次元に落とし込み、主成分分析法によって空間軸を分散の大きい順番に振りなおすと、第一成分と第二成分で、ラットの位置座標そのものが表されていることを示した。この位置座標表現は、餌探索課題とレバー押し課題の両方で抽出することができた。この結果は、集団神経活動から、脳で計算されているアルゴリズムを知るうえで重要なマクロ情報を抽出できたことを意味し、脳のアルゴリズム解読に向けての重要な貢献となると考える。本研究成果は、平成28年度における、日本神経科学学会、北米神経科学学会、光操作研究会、岡田新学術公開シンポジウムで報告した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
乾燥ストレス下でのサボテンギクのNADP-リンゴ酸酵素の発現調節に関する研究

サボテンギクは、乾燥砂漠地帯に生育する耐乾性に優れた植物である。その耐乾性メカニズムの一つとして乾燥ストレスによって光合成型がC_3型からCAM型へシフトすることがあげられる。本研究ではCAM型光合成における鍵酸素の一つであるNADP-リンゴ酸酵素(NADP-ME)に着目し、乾燥ストレス下での発現調節を明らかにする目的で行った。材料および方法:サボテンギクは水耕栽培し、水耕液のNaCl濃度を400mMに高めることによってCAM型光合成を発現させた。抗NADP-ME抗体は、CAM型サボテンギクの葉身より精製したNADP-MEを使って作製した。結果及び考察: 1.C_3型及びCAM型サボテンギクの葉身及び根よりNADP-MEを抽出し、デイビス法に従って電気泳動後、イムノブロットアナリシスを行ったところ、C_3型葉身のNADP-MEはCAM型の葉身及び根のものとは移動度が異なっていた。2.C_3型及びCAM型の葉身のNADP-MEのペプチドマップは類似し、二つのNADP-MEの一次構造は類似していることが分かった。3.抗NADP-ME抗体を使った免疫沈降反応及びELISAによってC_3型とCAM型のNADP-MEでは抗原性が異なることが示された。4.NADP-MEのcDNA断片をプローブとしたノーザンブロットアナリシス及びドットブロットアナリシスによって乾燥ストレスによるNADP-MEのmRNAの増加が認められた。以上の結果から、サボテンギクのNADP-MEはC_3型とCAM型のものが存在し、乾燥ストレスによってC_3型のNADP-MEは消失し、CAM型のNADP-MEが発現されることが明らかとなった。更に、乾燥ストレスによるNADP-MEの発現はmRNAのレベルで調節されていることが分かった。
音素レベルの分析に基づいたプライミング効果に関する実験心理学的検討

本研究の第1の目的は,最新の音声デジタル化技術を用いて,被験者の音読反応を音素レベルで分析し,正確な反応潜時を求めることにより,意味的プライミング効果について詳細に検討することにあった.具体的には,文中の多義動詞の理解における統語的情報と意味的情報の相互作用に関して,プライムを聴覚提示し,ターゲットを視覚提示するクロスモダル・プライミング法と音読課題を用いて実験的検討を行った.第2に,上記の実験事態に対応したコネクショニスト・モデル(並列分散処理モデル)を作成し,コンピュータ・シミュレーションを通して本研究の実験データに対する予測と説明を行うことを目的とした.コネクショニスト・モデルは,脳神経系から抽象化された処理ユニットのネットワークに基づいて,人間の認知の仕組みにアプローチすることを試みている.筆者のグループが作成した相互結合型ネットワークに基づくコネクショニスト・モデルは,汎用性が高く,筆者らによる過去の様々な実験データを説明することができ,さらに,本研究における今後の実験データを予測することができる.第3に,音読課題を用いた実験のために,米国のカリフォルニア大学サンタクルーズ校の研究グループがRunwordと呼ばれる実験・測定プログラムを開発しており,そのプログラムを日本語環境に拡張する作業を行った.さらに,追加的な発展的研究として,(a)刺激材料(用字)の出現頻度の変動と,(b)音声の発話速度の制御が話者の印象に与える影響に関しても検討を行った.このように,音読課題を用いた意味的プライミング効果の音素レベルにおける検討を軸として,コネクショニスト・モデルによるコンピュータ・シミュレーション,実験・測定プログラムの改良,単語の出現頻度の分析,音声発話認知の検討といった多様な研究を3年間で行うことができた.1.筆者の研究グループは1995年から,音読課題を用いた意味的プライミング効果に関する実験的研究を行ってきた.この研究では,文中の多義動詞を人が理解する際に,統語的情報(格助詞など)と意味的情報がどのように相互作用するかを明らかにするため,クロスモダル・プライミング法と音読課題を用いている.従来,用いられてきたボイスキーによる測定には,信頼性がないことがいくつかの研究によって明らかになったため,本年度は,被験者の音読反応をDATへ録音し,デジタル化した音声スペクトログラムに基づく視察という手続きによって分析を行った.この成果は,1999年度の日本心理学会大会と,国際認知科学会大会にて発表する予定である.2.理論的研究として筆者のグループでは,上記のクロスモダル・プライミング実験に対応した並列分散処理モデル(コネクショニスト・モデル,ニューラルネットワーク・モデル)によるコンピュータ・シミュレーションを行ってきた.筆者のグループが作成した,相互結合型ネットワークに基づく並列分散処理モデルは汎用性が高く,筆者らによる過去の様々な実験データを包括的に説明し,さらに,本研究における実験結果を予測することができる.本モデルに関する筆者らの投稿論文は,今年度,学会誌に掲載された.また,ニューラル・ネットワーク・モデルやコンピュータ・シミュレーションに関して,専門書に分担執筆した.3.筆者の共同研究者のグループ(カリフォルニア大学,カーネギーメロン大学)によって,音読反応を録音することなしに,リアルタイムで音読潜時測定を含む適切な音声分析を行う,PC用の実験・測定プログラムが英語環境で開発されている.本年度は,このプログラムを日本語環境のPCで動作するように設定する作業を行った.これと関連して,上の1.でも述べたが,ボイスキーの限界といった,認知心理学における音読潜時測定の諸問題や,音読データの音素レベルにおける分析の必要性等を紀要論文にまとめた.本研究の第1の目的は,最新の音声デジタル化技術を用いて,被験者の音読反応を音素レベルで分析し,正確な反応潜時を求めることにより,意味的プライミング効果について詳細に検討することにあった.具体的には,文中の多義動詞の理解における統語的情報と意味的情報の相互作用に関して,プライムを聴覚提示し,ターゲットを視覚提示するクロスモダル・プライミング法と音読課題を用いて実験的検討を行った.第2に,上記の実験事態に対応したコネクショニスト・モデル(並列分散処理モデル)を作成し,コンピュータ・シミュレーションを通して本研究の実験データに対する予測と説明を行うことを目的とした.コネクショニスト・モデルは,脳神経系から抽象化された処理ユニットのネットワークに基づいて,人間の認知の仕組みにアプローチすることを試みている.筆者のグループが作成した相互結合型ネットワークに基づくコネクショニスト・モデルは,汎用性が高く,筆者らによる過去の様々な実験データを説明することができ,さらに,本研究における今後の実験データを予測することができる.第3に,音読課題を用いた実験のために,米国のカリフォルニア大学サンタクルーズ校の研究グループがRunwordと呼ばれる実験・測定プログラムを開発しており,そのプログラムを日本語環境に拡張する作業を行った.さらに,追加的な発展的研究として,(a)刺激材料(用字)の出現頻度の変動と,(b)音声の発話速度の制御が話者の印象に与える影響に関しても検討を行った.このように,音読課題を用いた意味的プライミング効果の音素レベルにおける検討を軸として,コネクショニスト・モデルによるコンピュータ・シミュレーション,実験・測定プログラムの改良,単語の出現頻度の分析,音声発話認知の検討といった多様な研究を3年間で行うことができた.1.筆者の研究グループは,近年,音読課題を用いた意味的プライミング効果に関する実験的研究を行ってきた.

この研究では,文中の多義動詞を理解する際に,統語的情報と意味的情報がどのように相互作用するかを明らかにするため,クロスモダル・プライミング法を用いている.従来用いられてきたボイスキーは,信頼性がないことが最近の研究によって明らかになったため,被験者の音読反応をDATに録音し,デジタル化した音声スペクトルグラムに基づく視察によって分析を行った.この成果は,1999年度の日本心理学会大会の個人発表,同大会のワークショップ(「単語認知研究における音韻,形態,意味情報をめぐる諸問題」:企画者は筆者),国際認知科学会大会にて発表した.2.理論的研究として,筆者のグループでは,上記の実験に対応した並列分散処理モデル(コネクショニスト・モデル)によるコンピュータ・シミュレーションを行ってきた.筆者のグループが作成した,相互結合型ネットワークに基づく並列分散処理モデルは汎用性が高く,過去の様々な実験データを包括的に説明し,新たな実験の結果を予測できる.本モデルに関しては,1999年度の国際認知科学会大会にて発表し,本モデルに関する論文が,2000年に刊行される専門書の1章として収録される予定である.また,1999年度に,本モデルの意義を含めて,単語音読に関するモデルの展望論文を紀要に発表した.3.筆者の共同研究者のグループ(カリフォルニア大学ほか)によって,リアルタイムで音読潜時を測定し,精密な音素分析を行う,PC用のプログラム(Runword)が英語環境で開発されている.本年度は,このプログラムの32bit版を日本語環境に移植・拡張する作業を行い,日本語文字フォントを表示できる日本語版プログラムが完成した.1.筆者の研究グループは,音読課題を用いて多義動詞をプライムとした意味的プライミング効果に関する実験的研究を行ってきた.筆者は音読課題自体に興味があるわけではなく,プライミング効果などを手がかりとして,人間の言語理解に関するモデルを構築することが一つの目標である.そこで理論的研究として,上記の実験に対応したコネクショニスト・モデル(並列分散処理〔PDP〕モデル)によるコンピュータ・シミュレーションを行ってきた.筆者のグループが作成した,相互結合ネットワークに基づく並列分散処理モデルは汎用性が高く,過去の様々な実験データを包括的に説明し,新たな実験の結果を予測できる.特に本年度は,筆者によるコネクショニスト・モデル研究の総括という意味もこめて,高次認知過程(記憶,学習,言語,思考,発達,社会の6領域)に関するコネクショニスト・モデルの最近の研究動向を展望する論文を,他大学の研究者と共同でまとめた.この論文は,2001年に『心理学研究』展望論文として掲載される.また,本年度は,日本の心理学界におけるコネクショニスト・モデル研究の事例をまとめた著書を,共同で編集・執筆した.この本も,2001年に北大路書房から刊行される.科学研究費のテーマと直接に関連するものとして,筆者らによる「言語理解における多義性の処理-プライミング実験とコネクショニスト・モデルによるシミュレーション-」という章が同書に収録されている.
BeowulfクラスタによるBMI大域的最適化と制御系解析・設計に関する研究

本年度は,前年度に構築した52CPUからなるBeowulfクラスタ計算機システムを用いて,双線形行列不等式(BMI : Bilinear Matrix Inequalities)解法の検討と種々の数値実験を行い,以下の結果を得た.1.分枝限定法において,BMIの特性を援用して問題構造に関する複雑度数(Complicating Number)を考慮した新たな分枝選択法を提案し,静的出力フィードバックによるヘリコプター姿勢安定化問題等における実際の制御系設計問題において,その有用性を明らかにした.2.計算粒度を先行研究のように固定ではなく可変とすることで,大きな計算粒度と高頻度の上界値更新の両立を可能とするアルゴリズムを提案した.また,可変計算粒度の上限値を定めるパラメータの最適化を行い,48CPUの計算機実験において43倍の計算加速度(並列化効率89.5%),24CPUにおいては23.3倍の計算加速度(並列化効率97.2%)を達成した.3.実効性の高い制御系設計問題の一つである低次元H∞補償器設計問題(30変数)について,従来より提案されているBMI解法である交互射影法よりも,優れたH∞ノルム性能を達成する補償器が設計可能であることを示した.Beowulfクラスタ計算機環境をプラットフォームとすることで,低次元補償器設計については実用的なBMI問題が解けるようになってきたが,まだ確立されるところまでは達成されておらず,今後ともBMIオリエンテッドなアルゴリズムの研究,およびCADソフトウエアの開発が必要である.1.数値実験の精度が確保できる52CPUからなる中規模のBeowulfクラスタ計算機システムを製作した.オペレーティングシステムにLinuxを用い,GNUコンパイラによってMPI (Message Passing Interface)に基づく基本ライブラリを構築し,フォワードコンパチビリティを確保した.2.正規分布交叉を用いた実数値遺伝的アルゴリズムに基づくBMI解法について,以下(1),(2)の結果を得た.(1)BMI構造の特殊性に基づくLMI (Linear Matrix Inequalities)緩和推定を用いた並列分散アルゴリズムを構築した.52ノードでのBeowulfクラスタによる数値実験から,提案アルゴリズムが種々の問題に対して常にLMI緩和推定を用いない従来アルゴリズムよりも高い性能値を示すことがわかった.(2)実際の制御問題であるH2・H∞マルチチャンネル低次元制御器設計問題に対して提案アルゴリズムを適用し,共通リアプノフ関数を用いたLMI解法よりもよい制御性能を達成した.ただし,共通リアプノフ関数の保守性低減化に配慮したLMI解法に対して安定的に優位性を得るまでには至っていない.3.ラグランジュ乗数による緩和を用いた主緩和双対法によるBMIの解法について,探索領域と計算負荷の関係を明らかにし,領域限定と部分問題低減に基づいて効率を改善するアルゴリズムを構築した.本年度は,前年度に構築した52CPUからなるBeowulfクラスタ計算機システムを用いて,双線形行列不等式(BMI : Bilinear Matrix Inequalities)解法の検討と種々の数値実験を行い,以下の結果を得た.1.分枝限定法において,BMIの特性を援用して問題構造に関する複雑度数(Complicating Number)を考慮した新たな分枝選択法を提案し,静的出力フィードバックによるヘリコプター姿勢安定化問題等における実際の制御系設計問題において,その有用性を明らかにした.2.計算粒度を先行研究のように固定ではなく可変とすることで,大きな計算粒度と高頻度の上界値更新の両立を可能とするアルゴリズムを提案した.また,可変計算粒度の上限値を定めるパラメータの最適化を行い,48CPUの計算機実験において43倍の計算加速度(並列化効率89.5%),24CPUにおいては23.3倍の計算加速度(並列化効率97.2%)を達成した.3.実効性の高い制御系設計問題の一つである低次元H∞補償器設計問題(30変数)について,従来より提案されているBMI解法である交互射影法よりも,優れたH∞ノルム性能を達成する補償器が設計可能であることを示した.Beowulfクラスタ計算機環境をプラットフォームとすることで,低次元補償器設計については実用的なBMI問題が解けるようになってきたが,まだ確立されるところまでは達成されておらず,今後ともBMIオリエンテッドなアルゴリズムの研究,およびCADソフトウエアの開発が必要である.
数学的・科学的能力や態度の小中高・社会人における発達・変容に関する研究

1.「理数長期追跡研究」の小学校5年から高等学校1年までの5年間の生徒の数学的・科学的能力と態度の追跡結果(集団1,約500名)について分析を行い,生徒の反応モデルを分析し,典型的パターンの中間的な結果や分析の方法論等について,国際的な視野からの意見を得るために,第8回国際数学教育会議(スペイン)にて発表を行い,方法論や結果について意見を収集した。2.高等学校卒業後6年目にあたる調査対象者(大学生,社会人)に対し,数学や科学に対する態度等を調べる郵送票調査を実施し(集団1,約250名),その結果を中間報告書「理数調査報告書-平成8年度郵送票調査II集計結果-」(1997年,95ページ)としてまとめた。3.「理数長期追跡研究」の小学校5年から高等学校3年までの8年間毎年調査を受けた生徒の数学的・科学的能力と態度の追跡結果(集団1,363名)について分析を行い,その結果を日本科学教育学会で発表した。また,高校数学の履修状況別及び男女別に分析を行い,数学問題の得点の変化,数学の好き嫌いの変化についての結果を日本数学教育学会で発表した。4.高等学校卒業生(集団1:平成8年度卒:18-19才及び集団2:平成5年度卒:21-22才)の理数に対する過去及び現在の意識をインタビューによってまとめた。5.調査項目作成の経緯,調査結果,今後の課題について数学委員で座談会を行った。6.上記35の結果を「研究成果報告書I」(1998年,79ページ)としてまとめた。7.集団1についてデータの再クリーニングを行い,その結果得られた314名のデータについて,小学校5年から高等学校3年までの項目別反応率一覧(背景29題,学習21題,算数・数学問題83題,態度63題,理科問題83題,読み54題,科学観31題)を作成し「研究成果報告書II」(1998年,210ページ)としてまとめた。1.「理数長期追跡研究」の小学校5年から高等学校1年生までの5年間の生徒の数学的・科学的能力と態度の追跡結果(集団1,約500名)について分析を行い,生徒の反応モデルを分析した。分析は,数学・理科問題(いわゆる到達度)への回答の状況と,数学・理科に関する学習・態度・背景質問紙項目(いわゆる興味・関心)について行った。5年間すべて高いまま,途中で下がる,途中から上がる,すべて低い,毎年変化しているなど,いくつかの典型的パターンの出現度を男女別に分析した。2.分析の際のデータの数値化において,平均(m)と標準偏差(σ)を用い,「変わらない」生徒の範囲を(m±σ),(m±0.5σ),(m±1.5σ)と仮定した場合の,生徒のパターンの出現度の違いを検討した。3.典型的パターンの中間的な結果や分析の方法論等について,国際的な視野からの意見を得るために,第8回国際数学教育会議(スペイン)にて発表を行い,方法論や結果について意見を収集した。4.高等学校卒業後6年目にあたる調査対象者(大学生,社会人)に対し,数学や科学に対する態度等を調べる郵送票調査を実施し(集団1,約250名),その結果を中間報告書「理数調査報告書-平成8年度郵送票調査II集計結果-」(1997年,95ページ)としてまとめた。l.「理数長期追跡研究」の小学校5年から高等学校3年まで,8年間毎年調査を受けた生徒の数学的・科学的能力と態度の迫跡結果(集団1,363名)について分析を行い,その結果を日本科学教育学会で発表した。

2.上記の生徒について,高校数学の履修状況別及び男女別に分析を行い,数学問題の得点の変化,数学の好き嫌いの変化についてその結果を日本数学教育学会で発表した。3.高等学校卒業生(集団1:平成8年度卒:18-19才及び集団2:平成5年度卒:21-22才)の理数に対する過去及び現在の意識をインタビューによってまとめた。4.調査項目作成の経緯,調査結果,今後の課題について数学委員で座談会を行った。5.以上の結果を「研究成果報告書I」(1998年,79ページ)としてまとめた。6.集団1についてデータの再クリーニングを行い,その結果得られた314名のデータについて,小学校5年から高等学校3年までの項目別反応率一覧(背景29題,学習21題,算数数学間題83題,態度63題,理科問題83題,読み54題,科学観31題)を作成し「研究成果報告書II」(1998年,210ページ)としてまとめた。
高温高圧水蒸気下における木材のケモレオロジーに関する研究

木材に横圧縮大変形を与えた後,高温の飽和水蒸気で処理すると,変形は,永久に固定される。本研究は,高温水蒸気下で木材のレオロジー測定を行って,変形の固定機構を明らかにすることを目的とした。このため,耐圧容器内に圧縮台および耐熱・耐圧ロードセルを組み込んだ装置を開発した。0200°Cの温度範囲で応力-ひずみ測定を行い,降伏応力の対数と温度の関係を求めた。降伏応力は,温度によって,2段階に大きく変化した。7090°Cを中心に起こる変化は,リグニン分子の軟化に,160180°C以上で起こる変化は,ヘミセルロースおよびリグニン分子の変性,分解に基づくものと考えられた。種々の温度,時間条件で応力緩和測定を行い,測定終了時点の残留応力と除荷後のひずみ回復の関係を求めた。種々の異なる温度,時間で得られた両者の関係は,1本の曲線で表され,残留応力は,ひずみ回復に応じて,特徴的変化を示した。種々の温度で,30分間クリープ測定した結果と,同じ温度で30分間放置後,30分間クリープ測定した結果を比較した。ヘミセルロース,リグニン,セルロース分子鎖の切断が主として生じている場合には,両者の測定で求めたクリープコンプライアンス曲線がよく連続したが,セルロース結晶格子の規則性が向上したり,非結晶領域において分子間架橋が形成されたり,ヘミセルロースやリグニン分子が変性し,疎水性の凝集構造が形成されるような構造変化が生じる場合には,それらの曲線は,連続しなかった。これらの結果と,化学分析,X線回折,赤外線吸収,強度的性質,ピリジンによる膨潤測定の結果を比較することによって,水蒸気処理による木材の変形固定には,処理温度,時間に応じて,ヘミセルロースやリグニン分子鎖の切断に伴う復元力の緩和,セルロース結晶格子の規則性の向上,非結晶領域における凝集構造や分子間架橋の形成などが関与していることが明らかとなった。本研究は、高温高圧水蒸気処理の過程で、木材に与えた変形が永久固定される機構と物性の変化を、ケモレオロジーにおける解析に従って、明らかにすることを目的とする。耐高温高圧容器内に圧縮装置と荷重検出器を組込んだ測定装置を用い、飽水状態の木材の放射方向に圧縮の大変形を与えた後水蒸気を導入し、木材成分の化学構造や結晶性が変化する過程におけるケモレオロジー測定を行った。針葉樹および広葉樹を含む10種類の木材について、0-200°Cの温度範囲において、10°C間隔の一定温度で、応力-歪図を求め、降伏応力と温度の関係を調べた。測定温度範囲に2つの大きな変化領域があり、低温側のそれは、リグニン分子のミクロブラウン運動による軟化に、高温側のそれは、ヘミセルロース分子の加水分解にそれぞれ基づくことを推定した。スギ材について、120-200°Cの温度範囲において、20°C間隔の一定温度で、50%の歪を与えた時の60min間の応力緩和測定を行った。測定終了時の残留応力と変形の回復度の関係は、S字形の関係を示した。回復度が100-70%の範囲では、残留応力が急激に減少したが、これは、ヘミセルロースの加水分解に基づくことを推定した。回復度が70-10%の範囲では、残留応力の変化が少ないにもかかわらず、回復度が著しく変化する現象が認められたが、これは、X線回折の測定から、セルロース分子の結晶領域がより規則的に変化することや、分子間架橋の形成に関係があることを推定した。

スギ材について、140-190°Cの温度範囲において、10°C間隔の一定温度で、降伏応力値の71、54、36%に相当する一定応力を与え、30min間のクリープ測定を行った。160°C以上になると、応力レベルが大きくなると、通常のクリープ測定では観測されない特異な挙動が観測され、これが、ヘミセルロースの加水分解、セルロース分子の結晶性の変化、分子間架橋に関係して生じることを推定した。高温・高圧水蒸気処理による木材の横圧縮変形の永久固定機構を解明するため,耐圧容器内に圧縮台および耐熱・耐圧ロードセルを組み込んだ装置を用い,100200°Cの温度の飽和水蒸気存在下におけるスギ材の放射方向の応カ-ひずみ測定,圧縮応力緩和測定,クリープ測定を行った。応力緩和測定後における残留応力とひずみ回復の関係は,処理温度および時間にかかわらず, 1本の曲線で表すことができた。化学分析,X線回折,赤外線吸収や強度的性質の測定,さらに,ピリジンなどの有機溶媒による回復測定の結果を総合すると,200°C以下の水蒸気処理による木材の圧縮変形の固定には,処理温度と時間に応じて,ヘミセルロースやリグニンの分子切断による内部応力の緩和,セルロース分子の結晶化,非結晶領域における凝集構造や分子間架橋の形成などが関係するものと推察された。ヘミセルロースおよびリグニン分子の切断が生じる場合には,30分間測定したクリープコンプライアンス曲線と所定温度で30分間放置後測定を開始した場合のクリープコンプライアンス曲線がよく連続した。しかし,セルロース結晶格子の規則性が向上したり,非結晶領域において分子間架橋が形成されたり,ヘミセルロースやリグニンが変性して凝集構造が形成されるような構造変化が生じる場合には,それらの曲線は,不連続となった。これらの2つの構造変化は,クリープ測定によって明確に検知することができた。回復度の小さい領域で固定されている変形のかなりの部分は,ピリジンで膨潤後,メタノール,続いて水で置換すると,回復することから,固定された変形には,非結晶領域においてヘミセルロースやリグニンの変性に伴って形成された凝集構造によるものがかなり含まれているものと考えられた。
口唇動作、眼球運動、バイタルデータの変化に基づいたAIによる体調・感情予測の研究

これまで口唇動作により、発話認識、発話訓練、聴覚障害者の読唇補助、体調検出を行う研究、眼球運動の固視微動から脳の活性化状態を測定する研究に取り組んできた。本研究ではこの研究を発展させ、医師や看護師、介護士が患者や被介護者との簡単な会話や表情から一目で体調を判断するように、心拍、体温などの生理データと口唇開口面積の変化、固視微動の標準偏差の変化などとその人の体調や心理状態を照合させたデータベースを構築し、AIを用いてこれらのパラメータから人の体調や心理状態を抽出することを目的とする。即ち、看護師・介護士の負担を軽減し、患者、被介護者の体調を把握し、QOLの向上に資することを目的とする。
国際比較研究に基づく日本版パブリック・アーキオロジーの理論と方法の開拓

イングランドを中心とする欧州との比較により、現代の考古学、「考古学と市民社会」の多様性・地域性を生み出す最大の要因は、土地所有者の権利が埋蔵物にも及ぶか否か、にあり、その社会観・国家観の違いが、遺産保護の法制度、遺跡調査の体制・民営化、成果の社会提示、市民の参画などと、どのように関連しているか、全体の構造を明らかにした。日本のパブリック・アーキオロジーの特徴は、国際的にみても、よく整備された地域行政主体の考古遺産マネジメントにあり、高度消費社会化する現代、その将来はこのインフラの継承に加え、社会の多様な要請に応え得る国内外の理論・方法の活用にある、という理路・方法を可視化した。初年度は、日本の考古学・考古遺産マネージメントの特質、構造、原理について、客観的に考察・解明するために、研究に必要な基礎的なデータの収集を中心に活動を行った。具体的には、近年の欧州の調査研究体制、考古学者の国際比較研究(DISCOプロジェクト)や、『考古学と経済危機』に関する報告書(2010)を分析し、欧州を中心にデータを集めるとともに、比較項目の検討や相応する日本の資料の収集を行った。国内外の研究協力者を交え、現代社会における考古学の現状、国際比較の視点の検討を中心にワークショップを開催する予定であったが、欧州の動向に詳しい海外研究者との日程が合わず、次年度に送ることとなった。ただ、「考古学と現代社会」に関する国際的な動向、国際比較研究による日本の状況解明の見通しについては、考古学研究会において研究報告を行い、日本版パブリック・アーキオロジー研究の醸成に努めた。また、同時に考古遺産マネージメント、パブリック・アーケオロジーの主要論考のリストアップ化を行い、主要文献を収集し、最新情報の獲得に努めた。さらにアジア地域の考古学・埋蔵文化財マネージメント分析のケーススタディとして、韓国の現地調査を行った。その結果、近年、同国では開発事業の急減から、調査財団の存続に厳しい状況が生じており、市民向けの現地説明会の増加、考古学体験施設の検討など、現代社会における考古学の提示に対する取り組みの機運が考古学界全体で高まっている状況を確認した。研究2年目は初年度に続き、各国の考古遺産マネジメントに関わる基礎的なデータの収集を行い、海外研究者を含む研究発表やワークショップによって、国際比較的研究を進めた。なかでも東日本大震災と埋蔵文化財(考古遺産)の問題、遺跡における災害痕跡研究の役割について、考古学と社会と関わりを考えるパブリック・アーキオロジーの日本的特質を浮き彫りにする鍵と捉え、その成果を積極的に国内外に発信した。具体的な活動として、7月に英国遺跡調査機関の実態調査、89月に海外研究者Kenneth Aichison氏、Sophie Jackson氏、Don Henson氏による研究発表ならびに日本研究者のワークショップにより、パブリック・アーケオロジーの国際比較研究を進めた。これらの調査研究と初年度の資料分析と合わせ、中間段階の研究成果として、研究協力者の松田陽氏と『入門パブリック・アーケオロジー』として公刊した。書籍は朝日新聞2013年2月25日付「パブリック・アーケオロジーで見る日本の考古学」、毎日新聞2013年2月28日付「社会との関わりで考える考古学『パブリック・アーケオロジー』刊行」などを通じて、広く社会に紹介され、この分野の研究の醸成に寄与した。また、考古学研究会第59回研究集会「遺跡・遺産・考古学調査研究/マネジメントの検証」について、岡村はコーディネーターとして、坂井秀弥氏(連帯研究者)、松田氏は発表者として、申請研究の成果を活用して、発表準備を進めた。東日本大震災と考古学・文化遺産について、6月の東アジア考古学会国際会議(SEAA5)、7月の英国ノーフォーク考古学会、1月の世界考古学会議(WAC-7)で研究発表を行い、その成果の一部について他の研究者と連携し、国際的な雑誌「アンティキティ」において公表した。最終年度はイングランドを中心とする欧州の資料・情報の補足を行いつつ、研究全体の総括を行った。1考古遺産マネジメント部門:海外研究協力者のアイチソン氏(英国)、クリスチャンセン氏(スウェーデン)、ドムール氏(フランス)などの協力を得て、欧州21カ国の考古学者比較研究プロジェクト(DISCO)などにより、最新情報を追加し、比較リスト・グラフなど報告書資料を作成した。イングリッシュ・ヘリテージと共同開催したワークショップ「日本とイングランドのパブリック・アーケロジーの諸問題」によって、日英の考古遺産マネジメント、パブリック・アーケオロジーの違いが土地の所有者の遺跡に対する権利の違いに起因する構造を明らかにした。また、英国のMOLA、Wessex Archaeologyなど調査機関の調査により、民営化の実態が日英でかなり異なっていることを明確にした。2パブリック・アーケオロジー部門:2010年以降に発行された著作・論考を分析し、同研究のアプローチに市場主義、自由主義経済の影響が濃厚で、批判的アプローチが減少し、教育的、広報的、多義的のそれぞれのアプローチが融合している状況を明らかにした。

3考古学教育部門:欧州コミュニティ考古学の一大プロジェクトであるNEARCHの活動、その中心的なテーマ「アートと考古学」の内容を分析し、最新の動向を明らかにした。専門雑誌への投稿のほか、東日本大震災と考古学について、考古学研究会、ロンドン大和日英基金において、被災地の考古学についての発表を行った。上記の活動を含め、3年余りに及ぶ本研究の成果をまとめ、『日本版パブリック・アーケオロジーの探索』(176頁)として刊行するとともに、大阪文化財研究所のホームページで公表した。昨年度に引き続き、各国の考古遺産マネジメントに関わる基礎的なデータの収集と分析を行い、海外研究者を含む研究発表やワークショップによって、国際比較的研究を進めた。なかでも東日本大震災と埋蔵文化財(考古遺産)の問題、遺跡における災害痕跡研究の役割について、考古学と社会と関わりを考えるパブリック・アーキオロジーの日本的特質を浮き彫りにする鍵と捉え、その成果を積極的に国内外に発信した。具体的な活動としては、4月考古学研究会第59回研究集会「遺跡・遺産・考古学調査研究/マネジメントの検証」において、連携研究者、研究協力者とともに申請研究の成果を活用して、研究発表を行った。9月に連携研究者、研究協力者による英国の実態調査、11月にはスウェーデン・ヨーテボリ大学クリスチャン・クリスチャンセン氏による研究発表「遺産論における理論と実践」ならびに日本研究者とのワークショップ(50名参加)、また、翌年1月には欧州15カ国の研究者が参画する「コミュニティ考古学のための新しいシナリオ(Nearch)」で発表を行い(YouTubeにて閲覧可能)、考古遺産マネジメント、パブリック・アーケオロジーの国際比較研究を深化させた。被災地の考古学についても、国内外で発表し、Nearchでは防災に向けて社会発信する、海外の津波痕跡研究の情報を得、国際的な連携の糸口を掴んだ。また、6月オックスフォードで開催された第3回Nearchにも参加し、とりわけ「考古学と芸術」に関する日欧の情報・意見交換を行った。考古遺産マネジメント、考古遺産教育の日本的特質に関する研究成果については、『世界考古学事典』に論考を掲載し、海外発信した。また、考古学とメディアの関係について、これまでの研究成果を活用して、古墳時代の取り扱われ方に主眼を置いた論考を一般図書で公表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。海外の考古遺産マネジメント、パブリック・アーケオロジーに関わる、多様な資料の蓄積は進む一方で、資料分析、整理、データの標準化がやや遅れ気味である。海外研究者の招聘などにより国際比較が深化したことにより、日本的特質の抽出について、見通しを得ているものの、比較項目の一覧表化など、その可視化の作業がやや不十分である。一方、申請研究に関する一般図書の刊行、研究発表やワークショップを適宜実施することによって、「パブリック・アーケオロジー」が雑誌、メディアなどに取り上げられる機会が増加した。
施設園芸における養分動態の解明と養分管理概念の新提案

施設園芸の養分実態と養分管理法を検討し、次の成果を得た。1ハウス土壌は、NO3-、P、K、Mgの過剰集積とMn、Fe、Cu、Zn欠乏状態であった。2Pの過剰集積はポリシリカ鉄で、野菜の硝酸集積は肥料、種子同位置シードテープで改善された。3人工光型植物工場野菜のNO3-はEUの規制値を超えていたが、低窒素、高NH4+割合養液で改善された。4野菜はNH4+をNO3-と同等、或いはそれ以上利用する事を重窒素追跡法で解明した。5施設園芸の三大要素はN-P-Kではなく、N-K-Caと提唱した。6CO2施肥、12月移植、統合環境制御などで、大玉トマト50.6t/10aを我が国で初めて達成した。施設園芸の養液栽培で広く使われる、園試処方、大塚化学処方は、Hoagland and Arnon (1933)の処方を基本としており、窒素とCa濃度が高く、窒素の9割余が硝酸態である。このような高濃度、高硝酸割合のため、低照度下の植物工場野菜では極めて高濃度の硝酸が蓄積されたものと推察された。そこで、本年度は培養液のアンモニア割合を高めるために、pH自動調整機を導入し、水耕液の窒素濃度と窒素形態が、レタスの生育および硝酸含量に及ぼす影響を検討した。その結果、高濃度、硝酸主体の園試処方に対して、窒素濃度を1/5にした1/5硝安区のレタスの生体重は、ほぼ同等であった。これに対して1/10窒素濃度の塩安区は13%程度生体重が劣ったが、植物体は健全な生育を示した。またレタスの硝酸態含量は園試処方が6450ppmに対して、1/5硝安区は1375ppm、1/10塩安区は923ppmと著しく低減した。一方、施設土壌の養分実態解明については、ピーマンと小松菜について検討した。その結果、連作期間が長いピーマン圃場では過剰な硝酸、リン酸、塩基の集積と微量要素の不足が明らかとなった。さらに施設土壌におけるリン酸過剰集積改善法を、今後大量に発生が予測される浄水ケーキ(ポリシリカ鉄)を用いて検討した。その結果、ポリシリカ鉄はリン酸過剰集土壌の有効態リン酸集積を低減させるとともに、可給態鉄含量を大幅に向上させ、また可給態の銅、亜鉛含量も改善した。光合成環境の改善については炭酸ガス施肥とLEDの株間補光効果を光合成測定などで検討し、いずれも顕著な効果があることを明らかにした。さらに、施設園芸が盛んなオランダ国と韓国の現状を視察し、最先端施設園芸では集約的な土耕栽培に加えて、養液栽培や水耕栽培が進行しており、リン酸集積、硝酸集積、炭酸ガス施用などの問題点が明らかになった。愛知県東部の東三河地域は、市町村単位の農業生産額が、田原市が第1位、豊橋市が4位、豊川市が69位と我国有数の施設園芸地帯である。しかし、近年生産額が伸び悩んでいることや肥料の高騰などから施設栽培における養分動態を明らかにすることが急務である。本研究では、既存のデーターの集積と共に、本年度は豊橋市と豊川市の食用小菊、シソ大葉、スプレー菊農家の圃場40点を調査した。その結果、いずれの作物にも共通するのは高いEC、塩基飽和度と過剰な硝酸、リン酸、カリ、苦土の集積と交換性マンガン、可給態鉄、銅、亜鉛の欠乏であった。また大葉ではpHの低下、アンモニア態窒素と石灰の集積、ホウ素、苦土カリ比の低下が見られた。また、小菊では高いpHとホウ素の低下が問題であった。中でも、既存の研究を含めるとリン酸の過剰集積が問題であり、菊栽培では下葉の枯れ上がりが見られる圃場もあった。そこで、リン酸過剰障害の軽減法として、水道局から、将来大量に排出されるポリシリカ鉄の施用効果を検討することとした。先端的施設園芸ではソイルレスカルチャーが進行しており、養液栽培が主流となりつつある。市販及び本大学の人工光型植物工場で栽培されたレタスの硝酸含量を網羅的に解析したところ、ヨーロッパの規制値5000ppmを超えるものが大半で、8000ppmに達するものもあった。この対策として、硝酸態窒素からアンモニア態窒素主体の養液組成に改良する事を試みた。その結果、養液組成のpHをこまめに調整すれば、アンモニア態窒素主体の養液組成でも、レタスの硝酸の集積を低減し、かつ健全な生育をすることを明らかにした。

しかし、養液供給がECをモニタリングして行われるので結果的に窒素供給不足による生育遅延が生じた。この他トマト、レタス栽培における炭酸ガス施用効果の有用性を確認し、マルチモーダルセンサーの導入を検討した。施設園芸の養分実態と新しい養分管理法を検討し、以下の成果を得た。1愛知県内のハウス土壌を調査し、高いEC、塩基飽和度と硝酸、リン酸、カリ、苦土の過剰集積、及びマンガン、鉄、銅、亜鉛欠乏状態が明らかになった。既存の研究を含めるとリン酸の過剰集積は深刻な状態であり、菊栽培では下葉の枯れ上がりが見られた。2浄水用ポリシリカ鉄で、ハウス土壌のリン酸過剰集積改善を試みたところ、有効態リン酸を低減させると共に、可給態鉄を大幅に向上させ、また可給態銅、亜鉛含量も改善した。3硫安コート肥料、種子同位置設置シードテープを開発し、ハウス土壌における葉菜の硝酸の低減とアスコルビン酸含量の向上を行った。4低照度下の人工光型植物工場で栽培されたロメインレタスやフリルレタスの硝酸含量は5050ー8000ppmを示し、全てEUの規制値5000ppmを超えていた。5正常の生育下で、水耕液組成を検討し、レタスの硝酸含量は既存の園試処方6450ppmに対して、1/5硝安区は1375ppm、1/10塩安区は923ppmと著しく低減できた。同様な傾向はホウレンソウでも得られたが、食用ビートなどでは低減率の低いものがあった。6重窒素追跡法で検討したところ1/5硝安区で栽培したフリルレタスとロメインレタスの吸収窒素の6ー7割が、20日ダイコンの約5割がアンモニア態窒素であり、アンモニアが硝酸と同等あるいはそれ以上利用された。7トマトの光合成量はCO2濃度700ppmまでは直線的に増加したので、パッド&ファン無稼働時は600pppm、稼働時は400ppmになるように管理し、12月移植の統合環境制御栽培で我が国大玉トマトとして10アール当たり50.6tを初めて達成した。8以上を総合し、施設園芸では三大要素はN-K-Ca、培地の硝酸濃度の低減、CO2施肥など、土地利用型農業とは異なる土壌肥料的管理法を明らかにした。農学昨年度に引き続き、東三河地域を中心とする愛知県の施設園芸土壌の養分状態について詳細に検討し、その全容が明らかになり、特にリン酸の過剰集積が問題であり、植物のリン酸過剰障害の発生の他に、間接的にマンガンや鉄、銅、亜鉛欠乏にも関係していることが明らかとなった。また、これら土壌では過剰な塩類集積や硝酸集積も見られ、抜本的な対策の必要であることを明らかにした。特に重要な問題であるリン酸の過剰集積については、今後大量に発生が予測される浄水ケーキ(ポリシリカ鉄)の施用試験を行い、過剰な有効態リン酸集積を低減させるとともに、可給態鉄含量を大幅に向上させ、また可給態の銅、亜鉛含量も改善することを明らかにした。また土耕栽培野菜の硝酸含量の低減には酢酸の葉面散布が有効であることも明らかにした。一方、最先端施設園芸である人工光型植物工場野菜では、ヨーロッパの規制値を超える硝酸の集積が明らかとなった。またその原因としては低照度下で高濃度かつ硝酸主体の養液で栽培されたためと推察された。そこで培養液のアンモニア割合を高めるために、pH自動調整機を導入し、水耕液の窒素濃度と窒素形態が、レタスの生育および硝酸含量の低減に及ぼす影響を詳細に検討したところ、生育を低下させることなく、硝酸態窒素含量を1000ppm前後まで著しく低減できることを明らかにした。また先進的なオランダと発展著しい韓国の施設園芸を現地調査し、集約的土耕栽培や養液栽培、水耕栽培の進展が著しく、従来の土地利用型農業におけるN-P-K主体の施肥管理の在り方を、施設園芸ではN-K-Caに変更する必要性を明らかにした。
歯石によるインフラマソーム活性化機構の解明とその阻害薬を用いた歯周組織破壊の抑制

歯周炎患者では歯石沈着により症状が悪化することが知られているが、我々は予備実験において歯石中のリン酸カルシウム結晶がインフラマソームと呼ばれる蛋白複合体を活性化し、マクロファージのIL-1β産生を誘導することを明らかとした。IL-1βは強力な炎症性サイトカインで歯周組織破壊に大きな影響を及ぼすことが知られている。本研究では、1歯周組織でインフラマソームの活性化が起きているか、2歯肉上皮細胞を歯石で刺激すると、ピロトーシスと呼ばれるインフラマソーム依存性細胞死が誘導されるか、3歯石によるインフラマソーム活性化を、食物中成分や、低分子インフラマソーム阻害薬により抑制できるか、を明らかにすることを目的とした。平成30年度は、歯石によるインフラマソーム活性化を食物中成分や低分子インフラマソーム阻害薬により抑制できるかどうかについて検討した。長崎大学病院に来院した歯周炎患者に研究内容を説明し、同意を取得した上で歯石を採取した。歯石は洗浄後に粉砕して細胞の刺激に用いた。ヒト末梢血単核球およびマウスマクロファージを歯石粒子で刺激すると、濃度依存的にIL-1の産生が誘導された。これらの細胞を歯石で刺激する際に、NLRP3インフラマソーム阻害薬として開発された低分子化合物MCC950を添加すると、IL-1の産生は抑制された。このことから、MCC950には歯石によるヒト末梢血単核球およびマウスマクロファージのIL-1β産生を抑制する作用があると考えられた。さらに、ヒト末梢血単核球およびマウスマクロファージを歯石で刺激する後に、果皮に含まれるレズベラトロールや緑茶に含まれるカテキンを添加すると、濃度依存的にIL-1β産生を抑制した。これらの結果から、食物中成分レズベラトロールやカテキンもNLRP3インフラマソームの活性化を阻害してIL-1β産生を阻害していると考えられた。本研究では、1実際に、歯周組織でインフラマソームの活性化が起きているかどうか、2歯肉上皮細胞を歯石で刺激すると、ピロトーシスと呼ばれるインフラマソーム依存性細胞死が誘導されるかどうか、3歯石によるインフラマソーム活性化を、食物中成分や、低分子インフラマソーム阻害薬により抑制できるかどうか、を明らかにすることを目的とした。平成28年度の研究結果から、1実際に歯肉溝滲出液中にIL-1βが検出され、歯周ポケットにおいてIL-1β産生に必須のインフラマソームの活性化が起きていることが間接的に証明された。また、歯周病患者から採取した歯石で刺激後の末梢血多形核白血球および単核球培養上清中にIL-1βが検出され、微小歯石粒子にインフラマソームを活性化してIL-1βを誘導する作用があることが証明された。平成29年度の研究結果から、2ヒト口腔上皮細胞株HSC-2を歯石粒子で刺激すると、濃度依存的に細胞内の乳酸脱水素酵素の放出がみられ、歯石で刺激後にヨウ化プロピジウムを取り込んだ細胞は増加したことから、歯石は、HSCー2細胞の細胞死を誘導していることが示された。また、歯石によるHSC-2細胞の細胞死はNLRP3インフラマソーム阻害剤によって抑制されたことから、歯石による細胞死の誘導はNLRP3インフラマソームを介したピロトーシスであること考えられた。平成30年度の研究結果から、ヒト末梢血単核球やマウスマクロファージを歯石で刺激した際に産生されるIL-1βはNLRP3インフラマソーム阻害作用を有する低分子化合物MCC950や食物中成分レズベラトロールやカテキンにより抑制されることが示された。これらのことから、平成30年度までに予定していた研究計画をほぼ達成できたと判断し、研究の進捗状況はおおむね順調と評価した。平成30年度までの研究結果から、歯周組織で実際にインフラマソームを介したIL-1βの産生が起きており、歯肉上皮細胞を歯石で刺激するとピロトーシスと呼ばれるインフラマソーム依存性細胞死が誘導されることが示された。また、歯石によるヒト末梢血単核球やマウスマクロファージからのIL-1β産生誘導は低分子化合物MCC950や食物中成分レズベラトロールやカテキンにより抑制されることが示された。したがって、平成31年度には、歯石による上皮細胞のピロトーシスの誘導を、食物中成分や低分子インフラマソーム阻害薬により抑制できるかどうかについて検討する。まず、歯石による上皮細胞のピロトーシス誘導におけるレズベラトロールおよびカテキンの抑制作用を検討するために、レズベラトロールまたはカテキンの存在下および非存在下で口腔上皮HSC-2細胞を歯石で刺激し、乳酸脱水素酵素の放出量を測定する。レズベラトロールおよびカテキンはヒト末梢血単核球やマウスマクロファージにおいてインフラマソーム活性化を抑制して歯石によるIL-1β産生誘導を抑制したが、効果が見られない場合は、葉菜類や柑橘類に含まれるクェルセチンなど、他の食品成分のインフラマソーム活性化抑制効果を検討する。次に、歯石による上皮細胞のピロトーシス誘導におけるMCC950の抑制作用を検証するために、MCC950の存在下および非存在下で口腔上皮HSC-2細胞を歯石で刺激し、乳酸脱水素酵素の放出量を測定する。