hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
テフラ編年学および地形学的手法による火山噴火史の研究

この研究は,従来の地質学的手法のほかに,テフラ編年学的および地形学的手法を十分に加えて,九州のいくつかの火山の噴火史を高精度かつ総合的に復元しようとしたものである.今回,高精度噴火史が明らかにされた火山は,鹿児島県の姶良火山,五島列島の鬼岳火山,壱岐島の岳ノ辻火山である.熊本県の阿蘇火山と大分県の九重火山は研究半ばではあるが,途中経過の概略を報告する.姶良火山は10万年前から入戸火砕流の姶良噴火に至る2.5万年前までの間,おおむね7500年に1回程度の間隔で,時折安山岩質溶岩や降下スコリアを出しながらも間欠的にデイサイト質マグマによるプリニー式噴火を繰り返している.鬼岳火山は玄武岩質の溶岩流と降下スコリアからなる11の単成火山からなり,その活動時期は50万1.8万年前,平均的な噴火周期は5万-3万年である.岳ノ辻火山は約80万年に活動した壱岐火山群では最新の単成火山で玄武岩質溶岩と同質の降下スコリア,火砕サージなどからなる小型ながら複雑な成層火山であることが判明した.また,予察的ではあるが,阿蘇火山は,阿蘇4火砕流噴火以後8万年から現在に至るまで,多様な噴火を行っていることがわかりつつある.すなわち最初期のプリニー式およびサブプリニー式噴火を繰り返し降下スコリア・軽石を間欠的に降らせた第1期,マグマ水蒸気噴火による降下火山灰や火砕サージを形成する第2期,中期の降下軽石から降下スコリア,降下火山灰へと変化するサイクルを4回繰り返す第3期,2万1万年前の降下スコリアを形成する第4期,1万年前以降の降下火山灰形成を主体とする第5期である.阿蘇火山は他の火山に較べ噴火頻度が高いのも特徴である.今後の詳細調査により大いに成果が期待される火山である,九重火山の5万年前以降の火山活動については,従来の報告より数多くの小規模噴火イベントや九重第1降下軽石などの大規模テフラの分布範囲の詳細が明らかになり,噴火頻度や噴出量についての算出が訂正されつつある.この研究は,従来の地質学的手法のほかに,テフラ編年学的および地形学的手法を十分に加えて,九州のいくつかの火山の噴火史を高精度かつ総合的に復元しようとしたものである.今回,高精度噴火史が明らかにされた火山は,鹿児島県の姶良火山,五島列島の鬼岳火山,壱岐島の岳ノ辻火山である.熊本県の阿蘇火山と大分県の九重火山は研究半ばではあるが,途中経過の概略を報告する.姶良火山は10万年前から入戸火砕流の姶良噴火に至る2.5万年前までの間,おおむね7500年に1回程度の間隔で,時折安山岩質溶岩や降下スコリアを出しながらも間欠的にデイサイト質マグマによるプリニー式噴火を繰り返している.鬼岳火山は玄武岩質の溶岩流と降下スコリアからなる11の単成火山からなり,その活動時期は50万1.8万年前,平均的な噴火周期は5万-3万年である.岳ノ辻火山は約80万年に活動した壱岐火山群では最新の単成火山で玄武岩質溶岩と同質の降下スコリア,火砕サージなどからなる小型ながら複雑な成層火山であることが判明した.また,予察的ではあるが,阿蘇火山は,阿蘇4火砕流噴火以後8万年から現在に至るまで,多様な噴火を行っていることがわかりつつある.すなわち最初期のプリニー式およびサブプリニー式噴火を繰り返し降下スコリア・軽石を間欠的に降らせた第1期,マグマ水蒸気噴火による降下火山灰や火砕サージを形成する第2期,中期の降下軽石から降下スコリア,降下火山灰へと変化するサイクルを4回繰り返す第3期,2万1万年前の降下スコリアを形成する第4期,1万年前以降の降下火山灰形成を主体とする第5期である.阿蘇火山は他の火山に較べ噴火頻度が高いのも特徴である.今後の詳細調査により大いに成果が期待される火山である,九重火山の5万年前以降の火山活動については,従来の報告より数多くの小規模噴火イベントや九重第1降下軽石などの大規模テフラの分布範囲の詳細が明らかになり,噴火頻度や噴出量についての算出が訂正されつつある.1)地表調査とボーリング調査により,阿蘇中央火口丘群のテフラ,ACCTの層序を明かにし,その爆発的噴火史解明を予察的ながら試みた.テフラから推定される阿蘇中央火口丘の過去8万年間の爆発的噴火史は次のようである.Aso-4火砕流噴火の直後,8万年前から,阿蘇中央火口丘は活動を始めた.最初期の高森ステージは,現在地下に埋没している山体が活動した時期で,初めプリニー式噴火・サブプリニー式噴火を繰り返し,後半にはブルカノ式・灰噴火へ変化した.次の桜町ステージは,大規模で間欠的なマグマ水蒸気噴火で特徴つけられる.荻ステージでは,現在陸上に露出する山体のうち2万5千年より古い山体のかなりの部分が活動した時期で,爆発的な噴火としてプリニー式噴火を伴うサイクルが4回起きた.2万5千年1万5千年前の波野ステージは,初期の中岳などの活動によるサブプリニー式噴火とマグマ水蒸気噴火の間欠的活動で特徴づけられる.1万5千年前以降から現在の一の宮ステージは,もっとも穏やかな活動時期で,中岳を中心に小規模な灰噴火やストロンボリー式噴火,サブプリニー式噴火を繰り返し行っている.

2)地質調査により,五島列島福江島の鬼岳火山群の噴火史を予察的に考察した.鬼岳火山群は,少なくとも6つの単成火山群からなる.そのうち最新の噴火は2万年前に起き,大量の溶岩流と降下スコリアを噴出し,鬼岳スコリア丘を形成した.今年度は,阿蘇火山と九重火山の8万年前以降のテフラ層序を確立するための地質調査を行った.主に野外における露頭観察とボーリング調査である.阿蘇火山のテフラは,東側の外輪山で全層厚が80mを越える.降下火山灰は100枚以上,50枚以上の降下スコリア,30枚以上の降下軽石が確認された.これらのテフラの間にはあまり大きな時間間隙はないことから,8万年前から現在まで阿蘇中央火口丘はきわめて活動的であったことがわかった.しかし,まず降下軽石→降下スコリア,降下火山灰へと変化する噴火様式がみられる.そのようなサイクルが20以上ある.1万年前以降は降下スコリアと降下火山灰を繰り返す噴火で,それ以前とは様相が異なっている.また,2万5線年前後には,やや大きな休止時期がある.九重火山は,従来約5万年前に活動が始まったとされているが,それ以前の降下軽石や火山灰は何枚も見つかり,九重火山の起源については検討を要すると考えられる.1)前年度に引き続き阿蘇火山の過去8万年間の降下テフラの層序と分布の調査を行い,爆発的噴火史に関する基礎データを収集した.阿蘇火山は極めて爆発的活動頻度(1噴火/10010年)が高い火山で,多数の成層火山を形成している.2)新たに九重火山周辺のテフラ層序および分布の調査を行い,過去5万年間の爆発的噴火史についての基礎データを収集し始めた.溶岩ドームを主体とし,爆発的噴火の頻度(1噴火/100010000年)が低い火山である.3)雲仙火山については,過去10万年間の火砕流を中心とする活動について,長崎県雲仙活断層研究委員会と共同調査を行い,テフラ層序や噴火年代についてのデータを集めつつある.これまでは噴火周期が5000年と考えられてきたがもう少し,短い可能性が出てきた.4)調査の終了した玄武岩質火山の壱岐岳の辻火山については,論文として印刷され,福江島の鬼岳火山は,投稿中である.鬼岳火山は数万年間隔で溶岩流と降下スコリアの噴火を行い,最新の噴火は約2万年前である.気象庁の活火山にリストアップされているが,再考すべきである.今年度は阿蘇火山中央火口丘と九重火山のテフラの調査を行い,ほぼ終了した.阿蘇火山では,100箇所以上の露頭で柱状図を作成し,25枚以上のテフラについて分布図を作成することができた.これにより過去8万年間の中央火口丘の爆発的火山活動の全貌を知ることができるようになった.すなわち,プリニー・サブプリニー式噴火を繰り返すの第1ステージ,大規模なマグマ水蒸気噴火の第2ステージ,再びプリニー・サブプリニー式噴火を繰り返す第3ステージ,スコリア中心のサブプリニー式噴火の第4ステージ,火山灰主体のブルカノまたは灰噴火中心の第5ステージと噴火タイプが変化した.現在は中岳火山による第5ステージであるが,過去8万年間で最も穏やかな時期にあたっている.九重火山では,50箇所以上の露頭で柱状図を作成したが,分布図はまだ作成されていない.しかし,いくつかの新しい知見が得られている.過去5万年間の九重火山の活動について,これまで溶岩ドームの形成や溶岩流の流出が主な活動とされてきたが,プリニー式噴火や火砕流噴火がかなり発生していることがわかった.今後もこうした危険な噴火活動が予測される.これは防災上十分考慮されなくてはならないことである.これで過去4年間で,姶良火山,壱岐火山,福江火山,雲仙火山,阿蘇火山,九重火山と6つの九州の代表的な火山のテフラを調査し,これらの爆発的火山活動に関する基礎データを収集したことになる.
急性腎障害におけるアルギナーゼ２の役割とその制御機構の解明

アルギナーゼは一酸化窒素合成酵素(NOS)の基質であるLーアルギニンを分解する酵素である。アルギナーゼ2(Arg2)は心血管疾患において病的に活性化し病態進展に関わるが、発現が最も高い腎臓での重要性はわかっていない。まず腎臓において、レーザーマイクロダイセクションによるmRNA解析により、尿細管、集合管、糸球体の順にArg2 mRNAが発現することを確認した。ヒト尿細管細胞(HK-2)において、Arg2は斑点状に局在し、一部はミトコンドリアと共局在し、既報によるミトコンドリアアルギナーゼとしての機能を予想させる結果だった。次にArg2の発現が高い尿細管細胞に虚血再灌流を行い、Arg2の発現変化を調べた。マウスの腎虚血再灌流48時間後にArg2 mRNAとArg2蛋白ともに発現量が増加した。Arg2免疫染色においては、特に皮髄境界の尿細管にArg2が高く発現していた。HK-2を虚血再酸素化した場合もArg2の発現量は約2倍に増加し、ニトロ化ストレスを代表する3-ニトロチロシンは2倍以上に増加していた。HK-2細胞においてArg2を約20%以下にノックダウンし、アルギナーゼ活性も十分に確認できた状態で、虚血再酸素化を行った。虚血再酸素化後のミトコンドリア膜電位の低下はArg2 siRNA細胞において有意ではないが回復する傾向であった。3-ニトロチロシンはArg2 siRNA細胞で有意に減少していた。尿細管細胞でのNO産生に重要なeNOSとiNOSの発現量はArg2 siRNA細胞とコントロール細胞で差はなかった。Arg2 siRNA細胞ではArg2の発現低下により、虚血再酸素化下でも一酸化窒素(NO)の産生が維持され、NOS uncouplingが避けられた可能性があった。今後はArg2ノックアウトマウスを用いた腎虚血再灌流モデルを解析する予定である。ヒト尿細管細胞の解析に加え、Arg2ノックアウトマウスの解析を開始できており、腎虚血再灌流モデルによる腎障害の結果も得られつつあるため。Arg2ノックアウトマウスの腎虚血再灌流モデルを作成し、急性腎障害におけるArg2の重要性を明らかにしていく。Arg2の発現量が高かった尿細管細胞におけるArg2の役割を解析しているが、マウス腎障害の解析結果によっては、血管内皮細胞やマクロファージでのArg2の役割についてもin vitro, in vivoの両面から解析を進める予定である。
高齢者における嚥下機能の廃用萎縮予防プログラムの開発―嚥下回数測定計を用いて

高齢者では、嚥下機能の低下が誤嚥性肺炎や窒息など生命に関わる問題を引き起こす.高齢者の嚥下障害は、廃用萎縮により、修飾・助長されているといわれている.特に食事に嚥下動作を必要としない胃瘻症例や、唾液を嚥下する機会が少なくなるドライマウス症例では、嚥下回数の減少は顕著であると考えられる.我々は、日常生活での嚥下回数を測定することにより、年齢や症状にあわせた標準値を決定することおよび、嚥下機能の廃用萎縮予防の訓練を行なうための嚥下回数の指標となるものを確立することを目的に研究を行ない、以下の結果を得た.《健常成人において》1)1回の食事における平均嚥下回数: 56.2±10.7回2)ビデオ鑑賞時: 40.3±19.9回/時間《要介護高齢者において》1)睡眠時7.6±19.7回/時間2)ビデオ鑑賞時: 8.8±3.7回/時間(健常成人と比較して有意に低い値を示した)3)誤嚥性肺炎の既往がない群: 12.3±7.4回/時間,ある群: 9.0±5.2回/時間(両群に有意差の差は認められなかった.)《唾液分泌量について》1)ドライマウス症例: 5.6±6.8回/15分, Age matchingをした健常成人: 11.2±7.6回/15分、(両群に有意の差は認められなかった.)2)唾液分泌量と嚥下回数の相関を検討した結果、正の相関が認められた.本研究の結果、要介護高齢者では嚥下頻度が低下しており、唾液の分泌量も嚥下頻度の低下の原因の一つとなる可能性が示された.この嚥下頻度の低下により嚥下機能の低下をまねくのか、もしくは、反対に嚥下機能が低下しているから嚥下頻度が低下していたのか因果関係は不明である.今後、嚥下機能の評価と嚥下頻度の比較および長期的な嚥下頻度の計測を行なっていき、因果関係を明らかすることで、高齢者の嚥下頻度のリハビリテーションメニューの決定の一助になると考えられる.高齢者では、嚥下機能の低下が誤嚥性肺炎や窒息など生命に関わる問題を引き起こす.高齢者の嚥下障害は、廃用萎縮により、修飾・助長されているといわれている.特に食事に嚥下動作を必要としない胃瘻症例や、唾液を嚥下する機会が少なくなるドライマウス症例では、嚥下回数の減少は顕著であると考えられる.我々は、日常生活での嚥下回数を測定することにより、年齢や症状にあわせた標準値を決定することおよび、嚥下機能の廃用萎縮予防の訓練を行なうための嚥下回数の指標となるものを確立することを目的に研究を行ない、以下の結果を得た.《健常成人において》1)1回の食事における平均嚥下回数: 56.2±10.7回2)ビデオ鑑賞時: 40.3±19.9回/時間《要介護高齢者において》1)睡眠時7.6±19.7回/時間2)ビデオ鑑賞時: 8.8±3.7回/時間(健常成人と比較して有意に低い値を示した)3)誤嚥性肺炎の既往がない群: 12.3±7.4回/時間,ある群: 9.0±5.2回/時間(両群に有意差の差は認められなかった.)《唾液分泌量について》1)ドライマウス症例: 5.6±6.8回/15分, Age matchingをした健常成人: 11.2±7.6回/15分、(両群に有意の差は認められなかった.)2)唾液分泌量と嚥下回数の相関を検討した結果、正の相関が認められた.本研究の結果、要介護高齢者では嚥下頻度が低下しており、唾液の分泌量も嚥下頻度の低下の原因の一つとなる可能性が示された.この嚥下頻度の低下により嚥下機能の低下をまねくのか、もしくは、反対に嚥下機能が低下しているから嚥下頻度が低下していたのか因果関係は不明である.今後、嚥下機能の評価と嚥下頻度の比較および長期的な嚥下頻度の計測を行なっていき、因果関係を明らかすることで、高齢者の嚥下頻度のリハビリテーションメニューの決定の一助になると考えられる.
個体モデルを用いた大規模シングルセル解析によるがん組織の要素還元論的な理解

がん微小環境はがん由来の細胞とそれらを取り巻く正常組織由来の細胞により構成されるが、これらの構成細胞はお互いの相互作用による細胞間ネットワークを構築し、がんの発生進展に寄与すると考えられる。従って、がん細胞と非がん細胞の織りなすがん組織の全体像を理解する事は、がんの本質的な治療戦略を構築する上で重要である。このような細胞間ネットワークを明らかにする目的で、申請者らはマウス動物モデルを用いた発がん過程のシングルセル解析を行った。実験系としては、Apc変異マウスのDSS炎症大腸発がんモデルを用い、上皮腸管細胞の発がん過程におけるシングルセル解析を行った。解析対象となる遺伝子は、Wntターゲット遺伝子とし、これらの発現の解析をがん組織、および非がん組織で行い、クラスタリング解析、主成分解析とうの統計処理後、両者を比較する事により、がん化に伴い出現する幹細胞性を持った細胞集団の存在を明らかにした。これらの解析により、Wntターゲット遺伝子の発現変動に伴う大腸がん幹細胞の発生機序を明らかにした。さらに、がん細胞のみならず各種の非がん細胞を含めたがん組織全体の大規模シングルセル解析を試行し、その実験条件を確立し、発がん過程における血液系細胞、間質細胞の動態の一端を明らかにした。大規模シングルセルの結果より、がんの発生過程において、血液系細胞、間質細胞の大規模な特性変化が起きている事が明らかになった。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、がん組織の各細胞を解析の最小単位として、それぞれの細胞特性をRNA-seq発現解析で決定し、個々細胞の特性解析の結果を統合して解析する要素還元論的アプローチで、がん組織の全体像を理解する事を試みる。そのために、画期的なシングルセル解析法を用いて、マウス炎症発がんモデルで作成した大腸がん組織、及びマウスPDXモデルで作成した大腸がん組織を解析し、腫瘍を構成するがん細胞、及び非がん細胞の分類及び各細胞群の特性を決定し、数万個の細胞のRNA-Seqによるデータを統合解析する事により、バーチャルながん生体時空間におけるシステム的統合理解を深める事を目指している。初年度は、ハイスループットのシングルセル遺伝子発現解析法を確立する目的で種々の予備実験を行った。すなわち、マイクロ流体チップ中で、単一細胞とバーコード化された単一oligo-dTビースをを含むドロップレットを作成する。各流路の流速、細胞濃度、ビーズ濃度等を調節し、各細胞mRNAと結合したoligo-dTビースを含むドロップレットを、疎水性オイル中より回収後、oligo-dTビースに結合したmRNAをReverse Transcription反応により、cDNAに変換した。さらに、各ビース上で生成したcDNAを回収、断片化した後、アダプターを接着し、次世代シークエンサーを用いたリード数測定により、各遺伝子の発現レベルを定量した。これの解析において、Dolomite Microfluidics社より購入したDropseq用の機器、及び10x Genomics社の機器(Chromium)の両者を検討中である。これらの実験と並行して、がん組織中のEpCAM陽性上皮細胞を対象とした4050遺伝子のシングルセル解析を行なっており、これらの研究結果が今後の大規模シングルセル解析の参照として有益である。初年度は、大規模シングルセル解析に必要な予備実験を繰り返し、来年度に予定しているがん組織多様性の決定に向けた実験条件、研究体制は整いつつある。研究対象としては、1種類目は、Apc遺伝子変異を有するMin(Apc)マウスのDSS経口投与による炎症発がんモデルに由来する大腸がんを用いる予定であるが、これらの検体は常時使用可能な状態にある。解析法としては、Dolomite Microfluidics社より購入したDropseq用の機器、及び10x Genomics社の機器(Chromium)の両者を検討中であるが、現在までの所、Chromiumで細胞分離、解析細胞数で良好な成績を得ており、これらを本実験で使用する予定である。Dropseq機器は現在までの所、細胞のdroplet分離に問題を抱えており、コストが安いというメリットがあるものの、実用化にはやや距離があると考えられた。このように、当初予期していない機器の問題はあったものの、実験の条件は整いつつあり、実験は概ね順調に進展していると言える。

大規模シングルセルの結果より、がんの発生過程において、血液系細胞、間質細胞の大規模な特性変化が起きている事が明らかになった。今後の方針としては、初年度で確立しつつある実験条件を使い、大腸がん組織の多様性の大規模シングルセル発現解析を行う。がん組織を採取、細胞を単離後、Chromiumを用いた、大規模シングルセルcDNA合成を行う。cDNA合成後、PCR増幅、BioAnalyzerによる定量、断片化、3'端cDNAの増幅及びアダプター接着(Nextera XT DNA sample prep kit、Illumina)等の過程の後に次世代シークエンサー(Illumina 2500)による発現測定を行う。このようにして得られた23 x 104個のがん組織構成細胞の遺伝子発現結果について統計的解析を行う。まずクラスタリング解析により、構成細胞を幾つかの細胞群に大別するが、各細胞に特異的に発現する遺伝子の発現プロファイルより、どの細胞群が、がん細胞か非がん細胞(繊維芽細胞、内皮細胞、免疫系細胞等)か特定する。さらに各細胞群において、詳細な亜細胞群の分類を行う。次に各細胞群を特徴づける遺伝子群等を用いて、主成分解析等の数理的解析を行い、がん組織構成細胞の包括的なstratificationを確立する。これらの解析により、がん組織がどのような細胞群で、又どのような細胞比で構成されているか検証できる。さらに、上記解析を時系列に沿って行う事で、臨床的に重要な情報を得る事を期待する。すなわち、炎症発がんモデルにおいて、非がん部の腸管、adenoma、adenocarcinomaと、がんの各進展段階より組織を採取し、解析結果を照合比較する事により、がん細胞のみならず、がん細胞をとりまくnicheの変化、Cancer-Associated Fibroblastsの出現、免疫系細胞の動態等も同時に検証し、がん化にともなう微小環境の変化を俯瞰する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高速Swept Source光干渉断層計の開発と前眼部の3次元・定量的解析

眼の前部(前眼部)の内部構造を非接触で立体的に観察できる世界初の前眼部三次元OCT(optical coherence tomography,光干渉断層計)を開発した.本機は世界最速かつ最精密であり,従来にない高い深達度を有するリアルタイム三次元OCTとして臨床応用が開始された.本装置を用い,前房隅角部の定性的観察および定量的解析,緑内障手術術後の濾過胞の内部構造の解析,前房深度や前房容積パラメターの定量的解析,角膜形状解析などを非接触で詳細に行った.眼の前部(前眼部)の内部構造を非接触で立体的に観察できる世界初の前眼部三次元OCT(optical coherence tomography,光干渉断層計)を開発した.本機は世界最速かつ最精密であり,従来にない高い深達度を有するリアルタイム三次元OCTとして臨床応用が開始された.本装置を用い,前房隅角部の定性的観察および定量的解析,緑内障手術術後の濾過胞の内部構造の解析,前房深度や前房容積パラメターの定量的解析,角膜形状解析などを非接触で詳細に行った.波長走査光源(レーザー)とMach-Zehnder干渉計を組み合わせ,種々のノイズ解析およびバランス・非バランス検出によりswept sourceOCTの精度を高めることによって,前眼部解析用のOCTシステムを構築した.正常ヒト篤志者にて最適化し,engineering model機を作成し,臨床症例での測定を開始した.まず,正常隅角で隅角底まで観察可能かどうか検討し,また異常隅角(周辺虹彩癒着)の検出が可能かどうか検討した.隅角解離症例について非侵襲で病変を描出できることを明らかにして,論文にて報告した(Acta Ophthalmol Scan).隅角の開大度に関わる各種のパラメターを算出し,光学的計測法ペンタカムの測定結果や,細隙顕微鏡による直接的な隅角検査法の結果と比較検討した.次に,顆粒状角膜ジストロフィーについて角膜内の病変を三次元的に描出できることを報告した(Cornea).緑内障に対して濾過手術を行った眼における濾過胞の内部構造を観察し,強膜弁や水隙の存在を非侵襲で観察できることを明らかにし,内部構造と眼圧の関係を統計的に解析した(論文投稿準備中).角膜厚,前房深度の測定を従来の測定法(光学的計測法ペンタカム,スリットスキャン型角膜形状解析装置Orbscan,超音波Aモード測定法)と比較し,その一致度を検討するとともに,前房容積の算出を試みて過去の報告と比較した(論文投稿準備中).Fourier domainテクノロジーを用いた三次元のSweptsource OCT(光干渉断層計, optical coherence tomography)のプロトタイプを作製し,人眼にて種々のデータを取得した。まず,緑内障手術後眼の濾過胞の形態を三次元的に観察し,内部構造が非侵襲的に観察可能であることを報告した(J Glaucoma 2008;17:193-196).さらに多数例の観察により,濾過胞の内部構造を詳細に解析し,眼圧下降作用と相関のある因子としてマイクロシストの数,ブレブ壁の厚さ,内部水隙のサイズを見いだし報告した(Ophthalmo1ogy, in press)。また我々のテクノロジーを発展させた形で,滲出性黄斑変性における網膜下の構造変化をOCTによって画像化した(lnvest Ophthalmol Vis Sci 2009;50:405-413).偏光情報を用いた新しいOCTのプロトタイプを組み立て,緑内障手術後の手術の眼において解剖学的変化を解析した(Optics Express 2009;17:3980-3966).学会発表としては,レーザー虹彩切開術後の解剖学的変化(手術学会,2008),翼状片(手術学会,2008),抗緑内障薬点眼後の唳液動態(角膜カンファ,2008),円錐角膜及び全層角膜移植後(角膜カンファ,2008),角膜感染症(角膜カンファ,2008),前房容積などの前眼部パラメター(ARVO,2008)などを前眼部3次元光干渉断層計を持ち手評価し,多くの報告を行った。これまで,高速三次元・前眼部OCTにより,角膜,強膜,虹彩,隅角について,その微細構造を立体的に描出することに成功した.今年度は,前眼部各組織の生体計測を定量的に行えるようなツールを開発し,ソフトウェアとして本機に搭載した.具体的には前房深度,角膜厚,角膜角度を自動的に記録でき,また前房レンズシミュレーションやLASIK安全域の表示を行う機能などである.隅角については,AOD(angle opening distance), ACA(anterior chamber angle), ARA(anglg recess area), TISA(trabecular iris space area)を自動計算できる機能の開発を行った.さらに,角膜形状解析機能を開発し,装置のさらなる多機能化を図った.この角膜形状解析機能は,涙液の状態に影響を受けない点で従来のビデオケラトグラフィーより優れており,円錐角膜や角膜移植後眼などの不正乱視眼での測定に威力を発揮することが判った.強膜岬及び線維柱帯の検出力を上げ,従来の侵襲的な隅角鏡検査に代わり,非侵襲的で簡便な隅角スクリーニング方法として確立することを目指した.とくに,角膜混濁や前房混濁のある場合でも制限を受けないことから,これまでにない有用な臨床的方法となった.

これまでに定量的な隅角測定および前房深度測定方法として,光学的計測法ペンタカム,スリットスキャン型角膜形状解析装置Orbscan, ultrasound biomicroscope(UBM),隅角鏡検査などが用いられてきた.正常眼及び緑内障患者でこれらの測定値と,本OCT装置との測定値を比較し,その違いおよび特徴を検討した.角膜厚,前房深度,隅角開大度など,定量的なパラメターについて,本機と従来の測定方法との一致度,差違を統計学的に検討した.非侵襲,非接触検査という利点を生かし,術後早期の緑内障ブレブの内部構造について,詳細な解析を行った.
思春期糖尿病患者の性行動の実態と性教育の有用性に関する研究

昨年度実施した糖尿病サマーキャンプにおけるピア・エデュケーションの有用性を二次元イメージ法、感想文分析等で検討した。その結果、大学生をピア・リーダーとしたピア・エデュケーションは小学生にとっては楽しく学習する機会になっていた。高学年では具体的な知識の習得とともに、人間の多様性、個別性を理解し、糖尿病を肯定的に受けとめる教育の必要性が示唆された。そのため、プログラムの改良を行う必要があると考え、遺伝教育プログラムの応用の可能性を探り、性教育と遺伝教育の統合を試みた。まず遺伝教育プログラムの精選を行うために、ワシントン大学の遺伝学プロジェクトで開発された小学校高学年から中学生を対象とした教材を用いた参加型学習プログラムを応用し、公開講座で実施した。内容は遺伝に基づく人の多様性、個性、生命の尊重などについて楽しく学べることを目標とし、3つのワークショップから構成した。中でも「遺伝の木」プログラムは人の多様性や差異を学ぶために有効であることが確認できた。またこのプログラムはピア・エデュケーションを応用することによってさらに効果的に実施できると考えられ、今後遺伝教育プログラムと性教育プログラムを統合することによって、思春期糖尿病患児の性教育の充実を図ることができると考える。今回の研究では、思春期糖尿病患者の性行動の実態調査まで計画していたが、計画実行には至らなかった。今後性行動の実態調査とともに、糖尿病患者の計画外妊娠の実態も把握し、より有用なプログラムの開発に関する研究を継続する予定である。思春期、青年期における糖尿病は、彼らのセクシャリティの発達や性成熟を妨げることとなるため、それらに対するアプローチとして糖尿病患児に対して、性に関する健康教育が最も重要であるといわれているが、思春期糖尿病患児に対して系統的な性教育は殆ど行われていないことが文献検討により明らかになった。一方、性教育分野では近年ピア・エデュケーション(仲間教育)の有用性が言われている。そのため思春期糖尿病患児に対する性教育に、このピアエデュケーションが応用可能ではないかと考え、ピア・エデュケーションプログラムの開発を試みた。まず、健康な思春期の子どもたちに対して二次性徴や受精、着床などについて楽しみながら学習するためのプログラムを作成し、2日間にわたって実施した。その結果、思春期の子どもたちに対するピア・エデュケーションは非常に有用であることがわかった。さらにこのプログラムを応用して、糖尿病サマーキャンプに参加する子どもたち用のプログラムを開発し、試行的に教育を行った。低学年用プログラムでは二次性徴について、また高学年用では妊娠のメカニズムや月経のセルフケアを中心に展開した。実施後子どもたちは自分の身体について興味を示し、また一緒に参加していた保護者が性教育の意義について強い関心を示していた。しかし、今年度のサマーキャンプは参加者が少なく、十分な評価ができなかった。また、プログラム内容に若干の修正が必要であることがわかったので、来年度はさらなるプログラムの開発と保護者への対応を検討する予定である。1)健康児に対する性教育用教育プログラムの制作ピア・エデュケーションによる性教育プログラムを開発し、公募で集まった小学4,5,6年生を対象に実施した。このプログラムを集約して、教育用VTRを制作した。2)思春期糖尿病患児のピア・エデュケーションプログラムによる性教育の実施と保護者に対する講座の開催思春期糖尿病患児と保講者への性教育の必要性を感じ、思春期糖尿病患児のためのピア・エデュケーションプログラムを開発してサマーキャンプで実施した。保護者には性教育講座を実施した。(1)対象と方法糖尿病サマーキャンプは「ことのうみの会」の主催により平成15年8月2225日まで開催された。思春期糖尿病患児に対するピア・エデュケーションプログラムは、長崎大学医療技術短期大学部看護学科3年生5人がピア・リーダーになり8月23日に実施した。参加者は低学年(小学生)7人、高学年(中、高校生)7人の14人である。保護者は10人である。低学年プログラムでは二次性徴を中心に教育した。高学年用プログラムでは性のPositive面とnegative面について紹介し、そのセルフケアおよび糖尿病と性機能、性発達との関連についても教育した。サマーキャンプのOBがピア・エデュケーションに参加し、非常に有用であった。保護者には「DMと思春期」、「DMと妊娠」、「DMと性機能障害」についての性教育講座を実施した。(2)結果患児は学校ではない場で、同じ疾患をもつ仲間と共に、また先生ではなく、より患児に近い存在であるピアリーダー(大学生)と一緒に性教育について、楽しく学ぶことができていた。また、患児の保護者も熱心に話を聴いており、思春期糖尿病患児における性教育としてのピアエデュケーションは有用であると考える。今後さらにプログラムの検討を続け、保護者をはじめとするよい多くの関係者との連携をとりながら、共に教育を行っていかなければならないと考える。

まず遺伝教育プログラムの精選を行うために、ワシントン大学の遺伝学プロジェクトで開発された小学校高学年から中学生を対象とした教材を用いた参加型学習プログラムを応用し、公開講座で実施した。内容は遺伝に基づく人の多様性、個性、生命の尊重などについて楽しく学べることを目標とし、3つのワークショップから構成した。中でも「遺伝の木」プログラムは人の多様性や差異を学ぶために有効であることが確認できた。またこのプログラムはピア・エデュケーションを応用することによってさらに効果的に実施できると考えられ、今後遺伝教育プログラムと性教育プログラムを統合することによって、思春期糖尿病患児の性教育の充実を図ることができると考える。今回の研究では、思春期糖尿病患者の性行動の実態調査まで計画していたが、計画実行には至らなかった。今後性行動の実態調査とともに、糖尿病患者の計画外妊娠の実態も把握し、より有用なプログラムの開発に関する研究を継続する予定である。
シャットネラの細砲表層に存在する活性酸素産生酵素複合体の生化学的解析

シャットネラ細胞浮遊液においては、常に活性酸素が検出されるが、その産生量はレクチンの一種であるコンカナバリンA(Con A)、あるいは糖特異性が異なる他のレクチン(リシン、CBH、WGA等)添加によって、著しく上昇すること、さらに興味あることに、魚鰓粘液由来高分子物質にも同様な刺激作用があることを見出している。従って、シャットネラの活性酸素産生を司る酵素系は刺激応答機構を有していると考えられる。ヒト白血球細胞膜に存在する活性酸素産生酵素NADPHoxidaseとの類似性との観点から、シャットネラの活性酸素産生に関与する酵素とヒト好中球の細胞膜に存在する活性酸素産生酵素系であるNADPHoxidaseとを免疫学的方法により比較検討した。シャットネラの活性酸素産生は、好中球と同様、レクチンなどの添加によって上昇する点、シャットネラ細胞から調製した無細胞系にNADPHを添加するとスーパーオキサイドが酵素的に産生される事、さらに、ヒト好中球のNADPHoxidaseの主要成分蛋白質であるチトクロームb大サブユニット(gp91phox)に対する抗体を用いたウエスタンブロットにより、110 kd付近に主要バンドが検出されたことから、シャットネラにはヒト好中球のNADPHoxidaseに類似した酵素が存在することが強く示唆された。また、シャットネラ細胞表層構造で、グリコキャリックスと呼ばれる糖被膜に活性酸素産生酵素系が存在する可能性を示す結果が得られた。この糖被膜は通常の顕微鏡観察ではその存在の確認は容易ではないが、トルイジンブルー染色で確認することができた。興味あることに、このグリコキャリックスは魚鰓粘液物質やレクチン添加等の化学的刺激の他、撹拌等の物理的刺激に対しても応答してシャットネラ細胞本体から容易に脱落する現象が観察された。この現象はシャットネラの魚毒性発現機構を考える上で大変重要な知見であると考えられる。一方、シャットネラ細胞のメタノール抽出物内に光依存性溶血活生物質が存在することが突き止められた。活性酸素に加え、このような溶血毒素が魚類に対する毒性因子として作用し、シャットネラの複合的な毒性発現機構の可能性も考えられる。この点についてはさらに検討する必要がある。Chattonellaのスーパーオキサイド産生がレクチンの一種であるコンカナバリンA(Con A)、あるいは糖特異性が異なる他のレクチン(リシン、CBH、WGA等)添加によって、著しく上昇すること、さらに興味あることに、魚鰓粘液由来高分子物質にも同様な刺激作用があることを見出している。従って、シャットネラの活性酸素産生を司る酵素系は刺激応答との観点から、ヒト白血球細胞膜に存在する活性酸素産生酵素NADPHoxidaseとの類似性の可能性が考えられた。そこで、シャットネラの活性酸素産生に関与する酵素とヒト好中球の細胞膜に存在する活性酸素産生酵素系であるNADPHoxidaseとの類似性について検討した。

シャットネラの活性酸素産生は、好中球と同様、レクチンなどの添加によって上昇する点、シャットネラ細胞から調製した無細胞系にNADPHを添加するとスーパーオキサイドが酵素的に産生される事、さらに、ヒト好中球のNADPHoxidaseの主要成分蛋白質であるチトクロームb大サブユニット(gp91phox)に対する抗体を用いたウエスタンブロットにより、110kd付近に主要バンドが検出されたことを見出し、これらの結果から、シャットネラにはヒト好中球のNADPHoxidaseに類似した酵素が存在することが強く示唆された。また、シャットネラ細胞表層構造で、グリコキャリックスと呼ばれる糖被膜に活性酸素産生酵素系が存在する可能性を示す結果が得られた。興味あることに、このグリコキャリックスは魚鰓粘液物質やレクチン添加等の化学的刺激の他、撹拌等の物理的刺激に対しても応答してシャットネラ細胞本体から容易に脱落する現象が観察された。グリコキャリックスが脱落したシャットネラは一時的に活動が弱まるものの、死細胞とは成らず、再びグリコキャリックスを再生することがわかった。従って、この現象はシャットネラの魚毒性発現機構を考える上で大変重要な知見であると考えられる。シャットネラ細胞浮遊液においては、常に活性酸素が検出されるが、その産生量はレクチンの一種であるコンカナバリンA(Con A)、あるいは糖特異性が異なる他のレクチン(リシン、CBH、WGA等)添加によって、著しく上昇すること、さらに興味あることに、魚鰓粘液由来高分子物質にも同様な刺激作用があることを見出している。従って、シャットネラの活性酸素産生を司る酵素系は刺激応答機構を有していると考えられる。ヒト白血球細胞膜に存在する活性酸素産生酵素NADPHoxidaseとの類似性との観点から、シャットネラの活性酸素産生に関与する酵素とヒト好中球の細胞膜に存在する活性酸素産生酵素系であるNADPHoxidaseとを免疫学的方法により比較検討した。シャットネラの活性酸素産生は、好中球と同様、レクチンなどの添加によって上昇する点、シャットネラ細胞から調製した無細胞系にNADPHを添加するとスーパーオキサイドが酵素的に産生される事、さらに、ヒト好中球のNADPHoxidaseの主要成分蛋白質であるチトクロームb大サブユニット(gp91phox)に対する抗体を用いたウエスタンブロットにより、110kd付近に主要バンドが検出されたことから、シャットネラにはヒト好中球のNADPHoxidaseに類似した酵素が存在することが強く示唆された。この糖被膜は通常の顕微鏡観察ではその存在の確認は容易ではないが、トルイジンブルー染色で確認することができた。この現象はシャットネラの魚毒性発現機構を考える上で大変重要な知見であると考えられる。一方、シャットネラ細胞のメタノール抽出物内に光依存性溶血活生物質が存在することが突き止められた。活性酸素に加え、このような溶血毒素が魚類に対する毒性因子として作用し、シャットネラの複合的な毒性発現機構の可能性も考えられる。この点についてはさらに検討する必要がある。
マガキにおけるノロウイルスの動態およびその除去に関する研究

17年度および18年度の2年間の研究成果は以下の通りである。1.マガキにおける粒子取り込み直径1μmの蛍光標識ビーズを用いてマガキにおける粒子取り込みについて実験を行ったところ、実験開始30分後には粒子は消化盲嚢細管に達し、消化細胞内にも取り込まれることが観察された。水温10°Cの場合に比べ、20°Cの場合はより効率よくビーズが取り込まれることが確かめられた。2.天然マガキおよびムラサキイガイにおけるノロウイルス汚染状況東北地方のある港において1年間にわたり、毎月1回天然のマガキおよびムラサキイガイを採取し、ノロウイルスの汚染状況を調べた。いずれの種類においても、汚染率は12月から3月の冬季に高く、夏季には低くかった。また、ノロウイルス汚染率は下水処理場に近い水域で採集された貝で高いことが分かり、汚染源は下水処理場であると推定された。3.養殖マガキにおけるノロウイルス汚染17年度は2箇所、18年度は5箇所の葉殖場において、マガキのノロウイルス汚染率を調べ、いずれにおいても冬季に最高50%程度の高い汚染率を示すことが確認された。また、それぞれの養殖場の夏季における大腸菌群数を指標とした海水の汚染の程度と、冬季のカキにおけるノロウイルス汚染率の間に、ある程度の相関性が認められた。4.養殖マガキの血リンパの酵素活性10ヶ月に亘り、2ヶ月間隔で6回サンプリングを実施し、養殖マガキの血リンパにおける酵素活性を測定したところ、血漿からは16種類の酵素が、血球からは17種類の酵素が検出された。これらの酵素は、年間を通じて常に高い活性を示す酵素群、常に低い活性を示す酵素群、および活性の季節変動を示す酵素群に分けられた。5.浄化処理方法の検討10°Cで48時間流水浄化処理を行った場合は、浄化前後におけるノロウイルス汚染率に差はなかったが、25°Cで48時間流水浄化処理を行ったマガキでは僅かではあるが汚染率の低下がみられた。本年度は以下の2点について検討した。(1)マガキにおける粒子取込みに関する検討直径1μmおよび50nmの蛍光標識ビーズを用いて実験を行った結果、環境水から取込み開始30分後には消化盲嚢細管部の消化細胞内に1μmビーズが存在することが確認された。50nmビーズの場合は、ある程度粒子が凝集し塊を成した状態でのみ胃や腸管で観察された。本実験の結果から、ウイルスと同等サイズ(50nm)の粒子でも凝集することによりマガキの鰓の濾水活動により取込まれ消化管内に達することが明らかになった。(2)マガキおよびムラサキイガイにおけるノロウイルス汚染状況2005年3月に下水処理施設と港湾部の間に3調査点を設けて、天然マガキにおけるノロウイルス汚染状況をRT-PCR法により調べたところ、ノロウイルスは下水処理施設に近い調査点のマガキから高い頻度で検出された。このことから、下水処理施設からの排水がノロウイルスの汚染源となっている可能性が高いと判断された。また、上記の3調査点のうちの1点(港湾部)において、2005年3月から2006年1月にかけ、毎月1回のサンプリングを行い、天然マガキおよびムラサキイガイにおけるノロウイルス汚染の季節変動を調べた。

その結果、両二枚貝種において、調査を開始した3月および4月といった春季と12月および1月といった冬季に、高いノロウイルス汚染率(5090%)が示された。マガキ、ムラサキイガイのいずれにおいても2つ遺伝子型(G1,G2)のノロウイルスが検出されたが、いずれの貝の場合もG2の方がやや多く検出された。一般的にノロウイルス食中毒が流行する11月2月よりやや遅れて12月4月に二枚貝におけるノロウイルス汚染率が高まったことから、病気流行により多量のウイルスが下水中に排出され、不活化されずに下水処理場を通り抜けたノロウイルスが二枚貝に蓄積されることが確認された。本年度は以下の3点について検討した。1.養殖マガキにおけるノロウイルス汚染17年度は2箇所、18年度は5箇所の養殖場において、マガキのノロウイルス汚染率をnested PCR法で調べ、いずれにおいても冬季に最高50%程度の高い汚染率を示すことが確認された。また、それぞれの養殖場の夏季における大腸菌群数を指標とした海水の汚染の程度と、冬季のカキにおけるノロウイルス汚染率の間に、ある程度の相関性が認められた。2.養殖マガキの血リンパの酵素活性平成17年3月から翌年の1月に掛け、2ヶ月間隔で6回サンプリングを実施し、養殖マガキの血リンパにおける酵素活性を市販のキット(APIZYM)を用いて測定したところ、血漿からは16種類の酵素が、血球からは17種類の酵素が検出された。これらの酵素は、年間を通じて常に高い活性を示す酵素群、常に低い活性を示す酵素群、および活性の季節変動を示す酵素群に分けられた。これらの酵素活性は、常法に従って30°Cで測定した結果であるが、冬季の試料を低温(10°C)で測定すると活性が有意に低下し、実際の海域ではマガキの酵素活性は冬季にかなり低下しているものと考えられた。3.浄化処理方法の検討上記の結果を受け、水温を高めた状態で浄化処理を実施してみた。なお、この実験には定量PCRを用いる計画を立てていたが、間に合わなかったため通常のnested PCR法を用いて調べた。10°Cで48時間流水浄化処理を行った場合は、浄化前と浄化後におけるノロウイルス汚染率に差はなかったが、25°Cで48時間流水浄化処理を行ったマガキでは僅かではあるが汚染率(遺伝子型G2)の低下がみられた。この結果から、浄化処理に供するマガキにおけるノロウイルス汚染量が低い場合は、加温消化処理の効果が期待できるものと考えられた。
高地トレーニング時におけるウォーターローディングプログラムの提案

低酸素環境下におけるトレーニングは、現在心肺機能や造血機能などの効果を期待し、マラソンをはじめ水泳、スキーやスケート等様々なスポーツで取り入れられている。しかし、高地の環境は低圧。低酸素・低温および低湿度であるため、冷たい空気は水分を多量に含むことができない。平成17年度に本研究グループは、高地での運動中は、平地に比べ、呼吸や発汗の促進に伴い身体から大量の水分が失われ、水分の喪失が多く、血液量が減少する原因になる可能性について報告した。そこで本研究では、長距離ランナーの高地滞在中に、水を2リットル/日の適正なウォーターローディングブログラム群(以下Water群)と水を自由に摂取する群(Control群)で、血液データおよび血液レオロジーがどのように変化するかを検討することとした。研究方法は、長距離走を専門とする男子学生ランナー5名を対象に、標高2300mの高地で5泊6日の高地トレーニングを2回実施した。被験者はWater群とContro1群にわけ、1ヶ月以上あけて再度実施する、オーバークロス方式とした。そして、高地トレーニング前後に血液検査と、(株)エムシー研究所製MC-FAN HR300 Bloody7にて血液レオロジー測定を実施した。なお、両群に差がでないよう研究期間中の食事、練習量を統制し、健康調査を実施した。その結果、以下の知見が得られた。2.Control群は、高地トレーニング後において、Na、C1が有意に低下した。またKは有意に高まり、Water群との間に有意な差がみられた。3.高地トレーニング後の血液通過時間は、両群の間に有意な差は認められなかったが、Water群(52.1秒/100μl)に比べControl群(67.1秒/100μl)の方が延長する傾向がみられた。これらの結果から、両群とも高地トレーニング後に血液通過時間が延長したのは、血放生化学的酸素運搬能の向上と、軽い脱水症状によるものと考えられる。しかし、高地滞在中にウォーターローディングを実践することで、血液流動性を改善させ、高地トレーニング効果を高める可能性が示唆された。低酸素環境下におけるトレーニングは、現在心肺機能や造血機能などの効果を期待し、マラソンをはじめ様々なスポーツで取り入れられている。しかし、高地の環境は低圧・低酸素・低温および低湿度であるため、運動中は平地に比べ、呼吸や発汗の促進に伴い身体からの水分喪失が多く、脱水症等の原因になると考えられる。本研究では、長距離ランナーを対象に中国・昆明(標高約1900m)で7日間の高地トレーニングを実施し、その前後の血液状態を観察した。その結果、高地トレーニング前に比べRBC(p<0.05)、Hct(p<0.05)が有意に増加した。Hgbは対象者全員が実験前に比べ増加したが、個人差が大きく有意ではなかった(p=0.06)。Na、Cl、K、Mgに変化はみられなかった。また、血液流動性測定装置(MC-FAN)による全血通過時間は、高地トレーニング後に有意(p<0.05)に延長した。なお、対象者の7日間の水分摂取量の平均は2397.7mlであった。以上のことから、7日間の高地トレーニングによって、酸素運搬能に関する血液生化学データが改善され、短期高地トレーニングの効果が実証された。一方、ヘモレオロジー(血液流動性)は平地における最大および最大下運動負荷によって、血液粘性が高まることがすでに報告されているが、高地滞在によるトレーニングにおいても、同様の知見が得られた。これは、Hgb、Hctの増加に依存すると考えられる。本研究のデータから、高地トレーニングによってRBCが増加しても、ヘモレオロジーが改善されなければ、パフォーマンス向上に貢献しないという問題点が考えられた。

これらの結果から、両群とも高地トレーニング後に血液通過時間が延長したのは、血放生化学的酸素運搬能の向上と、軽い脱水症状によるものと考えられる。しかし、高地滞在中にウォーターローディングを実践することで、血液流動性を改善させ、高地トレーニング効果を高める可能性が示唆された。
運動学習プリミティブと応答曲面法による冗長ロボットの最適運動決定

本期間は,提案する応答曲面法による強化学習を用いたロボットの運動準最適化に関し,前年度までには十分できていなかった他手法との比較や,新たな研究の方向性として考えられる制御への応用を中心に検討を進めた.他手法との比較に関しては,ロボットの強化学習として知られるPI2の拡張であるPI2-CMAとの比較に基づく考察を行った.PI2-CMAは一般的な応答曲面法が苦手とする高次元のロボットシステムに対して有効であることが知られている.提案法の有効性を主張するには,こういった手法と比べて少ないサンプル数で最適解を十分な精度で発見できることを確認する必要がある.マニピュレータによるけん玉タスクを用いた比較の結果,提案手法の方が有意に少ないサンプル数で準最適解の探索に成功することを確認した.また,応答曲面法の欠点の一つに解の推定精度の問題があるが,けん玉タスクは解の精度に敏感なタスクであることから,ロボットに適用するには十分な精度が得られると判断している.以上についてまとめた内容は国際学会誌への投稿を準備中である.制御への応用に関しては当初の研究計画にはなかった内容ではあるが,第一歩として簡単な1入力1出力の非線形システムに関しての検討を進めている.最も単純な方法として,ロボットの最適化における運動のパラメータ化に用いていた運動学習プリミティブをそのまま入力関数の表現に用いるものを検討している.この内容についてはまだ予備的考察の段階にとどまっているものの,今後十分発展を見込めると考えている.一方で,線形システムに対するデータ駆動制御法として有名なFRITの非線形への拡張も可能なのではないかとも考え,検討を行った.簡単な1入力1出力システムに関しては可能性を示唆する結果を得ている.しかし,数学的な理論付けには研究期間内に成功することはできなかったため,今後も検討を継続していく.ロボットの運動を強化学習により習得する研究は広くなされているが,多くの場合,探索空間が連続であることや観測ノイズの存在から,膨大な回数の試行を必要とする.このために,実機実験を基にした運動習得は困難である.また,ロボットの強化学習で良く用いられる方策勾配に基づく方法では,初期解付近の局所最適解しか求めることはできない.本研究では,これらの困難さが存在する中でも適用可能で,かつ,より多様な動きに適用でき,しかも局所最適に陥りにくい学習の枠組みを以下を達成することにより提案する.1.比較定低次元な問題に適用先が限定されていた応答曲面法に対し,高次元問題への対応法を提案する.特にロボットを想定した対応法を提案する.この点は,少ない試行回数で最適化を達成可能な手法の適用範囲を広げる試みである.2.ロボットの運動表現としては運動学習プリミティブを用いることで,幅広い運動を比較的少ないパラメータで表現する.この点については,強化学習の分野で広く行われていることであり,柔軟な運動をなるべく少ないパラメータで表現する試みである.これら2点を組み合わせることが,本研究における重要な点である.1点目に関してはシミュレーションの援用が鍵である.応答曲面法や一般的な強化学習を含む多くのデータ駆動型の手法においては,システムの物理モデルに含まれるモデル化誤差の影響により,モデルを用いない場合より学習結果が悪化してしまうことも多い.このような現象を防ぎつつ,有効にシミュレーションモデルを活用する方法を提案する.以下のように,当初一年目に予定していた内容の一部に進展が不十分な点が存在するものの,二年目に予定していた内容の一部がすでに終了している.また,当初は想定していなかった新しい知見も得られている.当初計画では,一年目においては提案する手法のロバスト性評価を行う予定であった.しかし,ロバスト性評価のための適切な指標の発見には至っていない.探索空間が1次元の場合には,適切と予想される指標は見つかっているが,探索空間が多次元になると,その指標と最適化のパフォーマンスとの間の相関は小さくなることが確認されている.しかしこの点について議論を深めることは現状では困難と考え,先に,ロボットへ適用した場合の有効性検証を進めることとした.ロボットへの適用については,多関節ロボットによるけん玉タスクを考えた.実機実験の代わりにVREPを用いた物理シミュレーションを用い,最適化を加速するための低コストなシミュレーションとしては,Matlab上で構築した運動学シミュレーションを利用するとした.物理シミュレータ上でのロボットの挙動は現実のものとは差異があるが,運動学シミュレータと比べるとかなり実機実験に近いものであり,実際の手法適用状況の再現としては十分であると判断している.検証の結果は良好であり,現在,国際学会誌への投稿を想定し結果をまとめている.また,成果の一部は計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウムにて発表している.加えて,元々の計画にはないが,本研究で用いた運動学習プリミティブによる運動表現の考え方を拡張し,データ駆動制御の問題に応答曲面法を適用できるのではないかという発想を得た.現在,検証の準備を進めている.本期間は,提案する応答曲面法による強化学習を用いたロボットの運動準最適化に関し,前年度までには十分できていなかった他手法との比較や,新たな研究の方向性として考えられる制御への応用を中心に検討を進めた.他手法との比較に関しては,ロボットの強化学習として知られるPI2の拡張であるPI2-CMAとの比較に基づく考察を行った.PI2-CMAは一般的な応答曲面法が苦手とする高次元のロボットシステムに対して有効であることが知られている.提案法の有効性を主張するには,こういった手法と比べて少ないサンプル数で最適解を十分な精度で発見できることを確認する必要がある.