hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
集積型酸化還元系が発現する複合機能の探求と単一分子メモリへの展開

代表者は、電子移動と結合の組み替えがカップルした「動的酸化還元挙動」に着目し、この独自の概念に基づく分子応答系の構築を行った。本課題の直接的な目的は、応答系を分子素子へと展開しようとする際の新しいパラダイムの創出することであり、その具体的内容は以下の3つである。それらは(1)「動的」挙動を示す電場応答性分子を二次元に集積し、超高密度記録材料を構築するという「単一分子メモリ」の概念を提案し、そのプロトタイプを提示すること;(2)分子集積化に利用できる「新規な超分子リンカー」を探求し、それを基板表面修飾法として利用すること;(3)電子移動とカップルした結合の組み替えが、凝縮相全体の相転移を誘起する「動的液晶相」の創成を行うこと。期間内に、(1)については、ジスルフィドやエチニル基に代表される表面修飾能を持った分子の合成に成功するとともに、多重出力および多重入力型応答機能の実現に成功した。(2)については、ポリエーテル骨格の集合能に着目し、海産天然物にも見られる梯子型ポリエーテルの収束的合成法の開発とその方法論の有効性を示した。いくつかの部分骨格についてはX線構造解析を行い、CH--O水素結合による集合化を確認した。(3)については、パイ骨格の遠隔位に2つのジアリールエテニル基を導入した一連の電子供与性化合物の合成を行い、酸化還元によって可逆なモノマー-オリゴマー変換の起こる系を実現した。分子に長鎖アルキル基を持つアミノフェニル基へと置換することで、ゲル相も現れることから、バルク凝縮相のマクロな挙動を酸化還元によって制御できる系へ発展できることを示した。本研究課題の目的は、1)複合機能へと発展可能な酸化還元型分子応答系を構築すること、2)表面修飾のための方法論としてポリエーテル骨格のC-H--O水素結合の有効性を実証すること、3)最終的に一分子が1bitを担う分子メモリのプロトタイプを構築することである。本年度は1)、2)について主に検討を行い、以下のような成果を得た。a)三重出力型分子応答性を示すテトラシアノキノジメタン誘導体:表題電子受容体に、単純なキラル置換基を導入するだけでは非常に弱い円二色性スペクトルしか与えないが、キラルなスペーサーで受容体骨格を2つ連結させたtwin型分子とすることで大きなCDシグナルを発生させることができた。この系は、酸化還元によって、4電子還元状態との可逆な相互変換が可能であり、電子スペクトル、円二色性スペクトル、蛍光スペクトルという3つのスペクトル変化が引き起こされる世界で初めての応答性分子である。b)ビキノキサリル骨格を有するWurster型電子供与体:これまでほとんど未知の骨格であった5,5 ́-ビキノキサリルをモチーフとして、2つのヘテロ環骨格の間のthrough-bond及びthrough-space相互作用に基づく特性を引き出した。また、分子内電荷移動相互作用による長波長部での吸収、金属錯体の配位子としての挙動など、この骨格構造に基づく特徴を明らかにした。更に、ヘテロ環上にキラルな置換基を導入することで、ヘテロビアリールの軸不斉がコントロールできることも明らかとなった。c)海産天然物シガトキシンCTX3CのABCDE環部:糖を出発物とし、5つの連続したポリエーテル骨格を持つ上記フラグメントの不斉合成に成功した。その保護基を有する結晶性誘導体について単結晶構造解析を行い、その分子の充填について詳しく検討したところ、エーテル酸素とC-H水素との短い距離での接触が複数存在し、このような天然産の骨格においてもC-H--O水素結合存在することが確認できた。

本研究課題の目的は1)複合機能へと発展可能な酸化還元型分子応答系を構築すること、2)表面修飾のための方法論としてポリエーテル骨格のC-H--O水素結合の有効性を実証すること、3)最終的に一分子が1bitを担う分子メモリのプロトタイプを構築することである。a)テトラヒドロフェナントラアゼピン骨格を有する酸化還元系:不斉要素を有する有機酸化還元系は、電気化学的入力に対して電子スペクトル及び円二色性(CD)スペクトルの双方の出力を与える多重出力型分子応答系となる。表題骨格のヘリシティは容易に反転するが、N上にキラルなベンジルアミノ基を導入することで一方のジアステレオマーを優先させることに成功した。これにより、煩雑な光学分割を行わずに感度良くエレクトロキロオプティカル出力が得られる系の構築が可能となった。b)海産天然物ヘミブレベトキシンの形式全合成:糖を出発物とし、4つの連続した縮合ポリエーテル骨格を持つヘミブレベトキシンの収束的骨格構築に成功し、形式全合成を達成した。今後結晶性誘導体について単結晶構造解析を行い、天然産の骨格においてもC-H--O水素結合存在することが確認する予定である。c)末端アセチレンおよびジスルフィド官能基を有する酸化還元系:分子メモリの実現には、酸化還元対に自己組織化膜を形成させる必要がある。そこで表面修飾に利用できるアンカー置換基が導入された機能性酸化還元系を合成することを目指し、これまで動的酸化還元活性が確認されたジスピロジヒドロフェナントレン骨格を有する3種の酸化還元対の、i)ベイ領域へのエチニル基に導入、ii)スピロ環上へのプロパルギル基の導入、iii)ベイ領域へのジスルフィド官能基の導入された化合物の合成に成功した。前2者は水素終端シリコン表面への固定に、後者は金表面への固定に利用できる官能基を有するものであり、現在膜の調製の検討を行っている。代表者は、電子移動と結合の組み替えがカップルした「動的酸化還元挙動」に着目し、この独自の概念に基づく分子応答系の構築を行ってきた。本課題の目的は、様々な応答機能や特性を有する分子群についてのこれまでの成果を踏まえ、応答系を分子素子へと展開しようとする際の新しいパラダイムの創出することである。期間内での実現を目指した内容は以下の3つである。それらは(1)「動的」挙動を示す電場応答性分子を二次元に集積し、超高密度記録材料を構築するという「単一分子メモリ」の概念を提案し、そのプロトタイプを提示すること;(2)分子集積化に利用できる「新規な超分子リンカー」を探求し、それを基板表面修飾法として利用すること;(3)電子移動とカップルした結合の組み替えが、凝縮相全体の相転移を誘起する「動的液晶相」の創成を行うこと。最終年度となる本年は、それぞれについて集約的な研究を進めるとともに、(3)に関連した研究を大きく展開させた。即ち、パイ骨格の遠隔位に2つのビス(4-ジメチルアミノフェニル)エテニル基を導入した一連の電子供与性化合物の合成を行い、これらが二電子酸化に際して、分子間C-C結合形成によりオリゴマーポリカチオン種に変換されることを見いだした。これらは、還元によって元の電子供与体を再生するため、酸化還元によって可逆なモノマー-オリゴマー変換の起こる系になることが示された。更に、4-ジメチルアミノフェニルを、より長鎖アルキル基を持つアミノフェニル基へと置換することで、ゲル相も現れることを見いだした。
昆虫GABAレセプターの構造と性質に関する研究

1.イエバエ胸腹部からのGABAレセプタータンパク質の単離・精製[^3H]Ro5-4864を用いたラジオレセプターアッセイで結合タンパク質を追跡した。まず、胸腹部からの結合タンパク質の可溶化を種々の界面活性剤で検討したところ、1%ジギトニンで可溶化が可能となった。可溶化タンパク質の生化学的・薬理学的特性は既報[Comp.Biochem.Physiol.93C,193(1989)]の膜結合タンパク質とほぼ同じであった。Scatchard解析を行ったところ、高親和性(Kd=0.84nM,Bmax=79fmol/mgタンパク質)と低親和性(Kd=30nM,Bmax=1.5pmol/mgタンパク質)の2種類の結合部位の存在が明らかになった。次に、アミノエチルジアゼパムを合成して、Affi-Gel10に固定化し、これを用いてカラムクロマトグラフィーを行ったところ、結合タンパク質がシングルピークとして溶出された。SDS-PAGEによって分子量は66kダルトンと推察されたが、精製が不十分であったので今後さらに精製し、シークエンスを決定する。2.チャバネゴキブリGABAレセプターDNAおよびアミノ酸シークエンスチャバネゴキブリ頭胸部からmRNAを調製し、M-MLV逆転写酵素を用いてc-DNAを合成した。ラットGABAレセプターの膜貫通部分の保存領域のシークエンスをもとにプライマーを合成し、PCRを行ったところ、予想した産物が得られた。さらに別のプライマーでPCRを行い、63bpのシークエンスを明らかにした。ラットβ3サブユニットと比較すると塩基が2カ所で違っていたが、アミノ酸配列は同じであった。Glu245がAspに置き換わったものの存在も確認された。その他、部分的に塩基が違うものが見いだされたが、アミノ酸配列はラットと同じあった。今回得られた結果をもとにさらにチャバネゴキブリDNAのクローニングが必要である。また、殺虫剤の作用点が、レセプターの膜貫通(チャネル形成)部分にあると考えられているので、今後その部位の特定を行う。
新規人工調製肺サーファクタントのインテリジェント・ナノ医薬としての試み

私達が考案した人工調製型肺サーファクタント(LS)は既存薬Surfactenに匹敵する結果が得られました。またホスファチジルグリセロール成分(陰イオン)とモデルペプチド(陽イオン)が静電的相互作用により特異的に相互作用することを突き止めました。さらにこの静電的相互作用は、膜表面積の減少に伴う2次構造変化(α-ヘリックスからβ-シート構造)に耐性を示します。これらの結果LS機能・機序に関して新たな知見を与えます。人工調製型肺サーファクタント脂質の基本成分はDPPC(ジパルミトイルホスファチジルコリン)/PG(ホスファチジルグリセロール)/PA(パルミチン酸)(=68:22:9,wt/wt/wt)を用いた。これは、羊水中の脂質組成と同様であり、最も有効な肺サーファクタント脂質混合物として多くの研究者によって用いられ、また臨床的にRDS治療薬にも適用されている。これまでに申請者はin vitroで人工調製型肺サーファクタント(DPPC/PG/PA/Hel 13-5)とRDS治療薬(Surfacten)の2次元物性比較を行った。種々の表面物性解析法(π-A等温線、ΔV-A等温線、Hysteresis曲線、蛍光顕微鏡画像)で比較検討した結果、表面物性においてこの人工調製型肺サーファクタントはSurfactenに匹敵する結果が得られた。本年度は先ず、人工調製型肺サーファクタント系においてPG成分(陰イオン)とHel 13-5(陽イオン)が静電的相互作用により特異的に相互作用することを突き止めた。これは肺サーファクタントメカニズム(界面を介した吸着・脱着機能)に関して新たな知見を与えた。次にin vitro-in vivoデータを関連付けるために、肺内物性(in vivo)に関して比較検討を行った。現段階のデータを統合すると実際の肺内物性においてもこの調製物はSurfactenに匹敵することすることが見出された。本年度の成果は呼吸における分子レベルでの肺機能メカニズムの解明及びSP-B、SP-C模倣ペプチドを含有する新規RDS治療薬の開発等に大きく貢献すると考えられる。人工調製型肺サーファクタント(LS)脂質の基本成分はDPPC(ジパルミトイルポスファチジルコリン)であり、また微量ではありますが重要な成分としてPG(ホスファチジルグリセロール)が存在します。昨年度の実績報告書でも述べましたようにLS系においてPG成分(陰イオン)とHel 13-5(陽イオン)が静電的相互作用により特異的に相互作用することが明らかとなっています。そこで本年度(最終年度)は、3種のLSモデル膜(DPPC/Hel 13-5, DPPG/Hel 13-5, DPPC/DPPG/Hel 13-5)を作製し、この特異的相互作用が如何にしてHel 13-5ペプチドの2次構造を制御しているのかについて研究を行いました。2種の赤外分光法(気液界面と気固界面)により、以下のことが明確となりました。DPPGとHel 13-5間の静電的相互作用は、膜表面積の減少に伴う2次構造変化(α-ヘリックスからβ-シート構造)に耐性を示します。静電的相互作用の無いDPPC/Hel 13-5のLSでは完全にα-ヘリックスからβ-シート構造に変化しました。また肺サーファクタント膜の圧縮・拡張によりα-ヘリックス含量は約80%から30%程度まで減少しました。さらにこの2次構造変化はDPPG成分の有無に関わらず、不可逆的な変化を示しました。これらはLS機能・機序(界面を介した吸着・脱着機能)に関して新たな知見を与えました。この研究プロジェクトの成果は呼吸における分子レベルでの肺機能・機序の解明及び模倣ペプチドを含有する新規RDS治療薬の開発等に大きく貢献すると考えられます。
高圧環境下において多孔体内の微小空間に生じる乱流燃焼現象の解明と学理構築

本研究は,多孔体燃焼器や火炎阻止器の高効率/安全設計を目指し,高圧下の多孔体内微小空間に生じる乱流予混合火炎の燃焼機構を,平面誘起蛍光法(PLIF)を用いた局所火炎構造可視化実験と乱流燃焼直接数値シミュレーションを組み合わせ,相互補完を行いながら解明することを目的とする.本年度は,多孔体内OH-PLIF実験手法の確立及び直接数値計算コードの初期的開発・テストを目指した研究を行った.OH-PLIF実験については,まず先の研究で開発した2次元模擬充填層燃焼器に対して一部改造を加え,これに高圧燃焼容器とNd;YAG/DYEレーザー光学系を組み合わせることで高圧燃焼実験・計測系を構築した.構造固体表面でのレーザー乱反射が問題となったが,適切な干渉フィルタ及び画像処理によってノイズを低減出来た.続いて,多孔体内メゾスケール流路内の伝播火炎に対するOH-PLIF計測を試みた結果,大気圧下ではブンゼン型層流火炎が形成されるような予混合気流速においても,0.5MPa及び1.0MPaの高圧下では火炎面に流路幅より十分に小さい凹凸を有する乱流予混合火炎が形成されることが明らかになった.これらの結果は後に行う直接数値シミュレーションの妥当性評価を含む比較検討に用いる.直接数値シミュレーションについては,第1段階として燃焼反応を含まない圧縮性流体の支配方程式に対し,空間差分に6次精度コンパクトスキームを,時間項に2次精度アダムスバッシュフォース法を用いて離散化を行い,時間進展を行いながら解を求める計算コードを構築した.流入および流出境界にはNSCBC無反射境界条件を適用し,管内流れのような単純な流れに対して有効であることが確認出来た.一方で多孔体内のようなすべり無壁が随所に現れる複雑な流れ場に対しては,必ずしも有効に機能せず計算が最終的に発散し,境界条件に改良が必要であることが分かった.研究計画初年度の目標は,多孔体流路内の微小空間を伝播する予混合火炎に対するOH-PLIF可視化実験手法の確立,および直接数値シミュレーションコードの初期的開発であった.前者については,2次元模擬充填層燃焼器の改良,高圧燃焼試験装置とのリンク,レーザー計測系の組み上げが終了し,実際に瞬時火炎構造の撮影に成功している.後者については反応流への対応が未達成であるものの,圧縮性流体ソルバーの基礎部分の開発は凡そ終了しており,総じて概ね順調に進展していると言える.本研究は,多孔体燃焼器や火炎阻止器の高効率/安全設計を目指し,高圧下の多孔体内微小空間に生じる乱流予混合火炎の燃焼機構を,平面誘起蛍光法(PLIF)を用いた局所火炎構造可視化実験と乱流燃焼直接数値シミュレーションを組み合わせ,相互補完を行いながら解明することを目的とする.本年度は,多孔体内OH-PLIF実験手法の確立及び直接数値計算コードの初期的開発・テストを目指した研究を行った.OH-PLIF実験については,まず先の研究で開発した2次元模擬充填層燃焼器に対して一部改造を加え,これに高圧燃焼容器とNd;YAG/DYEレーザー光学系を組み合わせることで高圧燃焼実験・計測系を構築した.構造固体表面でのレーザー乱反射が問題となったが,適切な干渉フィルタ及び画像処理によってノイズを低減出来た.続いて,多孔体内メゾスケール流路内の伝播火炎に対するOH-PLIF計測を試みた結果,大気圧下ではブンゼン型層流火炎が形成されるような予混合気流速においても,0.5MPa及び1.0MPaの高圧下では火炎面に流路幅より十分に小さい凹凸を有する乱流予混合火炎が形成されることが明らかになった.これらの結果は後に行う直接数値シミュレーションの妥当性評価を含む比較検討に用いる.直接数値シミュレーションについては,第1段階として燃焼反応を含まない圧縮性流体の支配方程式に対し,空間差分に6次精度コンパクトスキームを,時間項に2次精度アダムスバッシュフォース法を用いて離散化を行い,時間進展を行いながら解を求める計算コードを構築した.流入および流出境界にはNSCBC無反射境界条件を適用し,管内流れのような単純な流れに対して有効であることが確認出来た.一方で多孔体内のようなすべり無壁が随所に現れる複雑な流れ場に対しては,必ずしも有効に機能せず計算が最終的に発散し,境界条件に改良が必要であることが分かった.研究計画初年度の目標は,多孔体流路内の微小空間を伝播する予混合火炎に対するOH-PLIF可視化実験手法の確立,および直接数値シミュレーションコードの初期的開発であった.前者については,2次元模擬充填層燃焼器の改良,高圧燃焼試験装置とのリンク,レーザー計測系の組み上げが終了し,実際に瞬時火炎構造の撮影に成功している.後者については反応流への対応が未達成であるものの,圧縮性流体ソルバーの基礎部分の開発は凡そ終了しており,総じて概ね順調に進展していると言える.
ES細胞からの内胚葉細胞系譜制御遺伝子プロファイリング解析

我々は、膵への発生分化の機序を明らかにするために、ES細胞を用いて、膵臓への分化過程を再現出来る実験系を構築している。これまでに、pdx1遺伝子座にlacZレポーター遺伝子をノックインしたES細胞を用いてきた。その結果、(i)膵臓原基とES細胞との共培養、(ii)TGF-・2の添加、(iii)ES細胞への内胚葉誘導因子c-mix遺伝子の強制発現、によってES細胞から膵への分化誘導が促進されることを明らかにした。さらに、ES細胞由来の膵幹細胞をリアルタイムで追跡し、生きた細胞を純化するために、pdx-1遺伝子の発現をGFP(緑色蛍光タンパク質)で可視化した。まず、GFPが膵臓幹細胞で特異的に発現されることがすでに確認されているpdx-1-GFPトランスジェニックマウス(Gu et al.,2002)より、ES細胞株を樹立した。このES細胞株から、効率よくES細胞から膵へ分化が誘導されることが確認された。ES細胞から誘導されたpdx-1/GFP陽性細胞をセルソーターを用いて、GFP陽性細胞の蛍光強度に基づき分画した。RT-PCR法により解析した結果、GFP陽性分画にpdx-1陽性細胞が濃縮されていることが分かった。このES細胞由来のpdx-1陽性細胞について、遺伝子発現網羅的解析を行なった。我々の系で得られた膵幹細胞の遺伝子プロファイルと、既に報告されているマウス胎生7.5日目の正常内胚葉層及び膵幹細胞の遺伝子発現プロファイル(Gu et al.,2003)と比較した結果、マウス胎生7.5日目の内胚葉で発現する遺伝子プロファイルとよく似ているプロファイルであることが明かとなった。従って、このES細胞の試験管内分化誘導の系を用いて正常発生を再現することができた。今後さらに異なるステージの内胚葉細胞系譜を純化し、その遺伝子網羅的発現解析を行なうことが期待できる。
分散Webポートフォリオによる遠隔共同学習のためのシステム開発と授業実践

認知科学における状況的認知論の知見をもとにして子どものポートフォリオ学習を検討し,Webにこの教育的機能を付加してコミュニケーションと知識の共有化が可能な遠隔共同ポートフォリオ学習環境システムのあり方を示し,このシステムを活用した授業の構想・計画と実践方法を明らかにした。これに基づき,学習成果,ポートフォリオ,コミュニケーションの3種類の情報を蓄積するWeb-DBシステムを開発した。また,複数の学校のWebサーバが,生徒からは統合された1つのサーバシステムとして情報検索やコミュニケーションできる統合機構を開発した。このシステムを学校で授業に用い、実践結果を分析して,次の成果を得た。1長期的な学習中,標準基準に沿う振り返りを児童生徒が行いやすいように,システムのインタフェースを再構成した。また,ネットワーク上のコミュニケーションを促す「出だし言葉,つなぎ言葉」を調整し,実践対象の児童生徒(小学校高学年,中学生)用それぞれの学習環境を構成した。2小学校では,総合的な学習の時間を想定した福祉の授業(30時間)を設計し実践した。中学校では生徒同士及び教師との相互作用を引き出すことに,より焦点をあてた授業(32時間)を設計し,理科の時間で実践した。3小学校の実践では,ポートフォリオを何度も改善することにより学習効果が挙がったこと,情報の読みとりを深めるには「しおり機能」や「評価基準参照機能」が有効であったこと、他者評価を得るため電子掲示板が有効であったこと,話し合いを対面から徐々にネットワーク上に移行すると無理なくできたこと,追求の進め方の助言に「出だし言葉,つなぎ言葉」が有用であった。また中学校の実践からは中学生がネットワーク上の話し合い(相互作用)の価値を「異なった意見を出し合うことに意味がある」ことに見いだしていったことが示された。認知科学における状況的認知論の知見をもとにして子どものポートフォリオ学習を検討し、Webにこの教育的機能を付加してコミュニケーションと知識の共有化が可能な学習環境システムのあり方を示し,遠隔共同ポートフォリオ学習環境システムを活用した授業の構想・計画と実践方法を明らかにした。これに基づき,分散Webポートフォリオ開発機,遠隔共同学習用分散Webポートフォリオサーバ,および,実験端末機を用いて,遠隔共同ポートフォリオ学習環境システムとして統合し授業実践に向け試験運用した。すなわち,子どもの発信情報の意味を表現するXMLタグを設計し,次に,XMLタグを処理し,子どもの意図に沿った形で情報を表示する方法をXSLにより開発した。これをポートフォリオに応用して,学習成果やポートフォリオを蓄積するWebサーバを開発した。また,学習成果やポートフォリオが蓄積された複数の学校のWebサーバが,生徒からは統合された1つのサーバシステムとして情報探索やコミュニケーションできる統合機構を開発した。本年度は,前年度開発したシステムを再構成して学校で授業に用い,実践結果を分析して,Webポートフォリオ学習環境による授業方法を提案した。1長期的な学習の進展,評価基準に沿う振り返り、を児童生徒が行いやすいように、前年度試験運用したシステムのインタフェースを再構成した。中学校では,生徒同士及び教師との相互作用を引き出すことに,より焦点をあてた授業を設計し、理科の時間で実践した。3小学校の実践から,ポートフォリオ入力などにかかる時間,ポートフォリオを何度も改善する活動による学習効果,情報の読みとりを深める活動と「しおり機能」や「評価基準参照機能」,他者評価を得る効果と電子掲示板機能の関係,対面での話し合いからネットワーク上での話し合いへの移行,「出だし言葉,つなぎ言葉」と追求の進め方などについての知見が得られた。また中学校の実践からは,中学生がネットワーク上の話し合い(相互作用)の価値を「異なった意見を出し合うことに意味がある」ことに見いだしていったことが示された。
15〜18世紀神聖ローマ帝国の政治構造の分析

「1518世紀神聖ローマ帝国の政治構造の分析」を研究課題とする本研究の目的は、まず第一に、今後の分析のために必要な基礎的なデータを収集し分類および整理すること、第二に、抽象的に描かれがちな神聖ローマ帝国の国制構造をできるだけ具体化して描くこと、の二つであった。第一の目的のために行った作業は二つである。まず一つは15世紀18世紀における帝国議会の出席者および議題を整理することである。第二は、聖界諸侯である大司教と司教の選出状況について整理することである。以下の10点について、1448年のウィーン協約以降の全ての大司教と司教(1803年まで帝国直属性保った者、計23の大司教と司教)、延べ人数416名についての調査を行った。(1)名前(2)生没年(3)在職状況(4)出自(5)教皇の承認日(6)叙階日(7)レガリア受領日(8)就任前の皇帝との関係(9)就任後の皇帝との関係(10)帝国政策。第二の目的である政治構造をできるだけ具体化して描くという点に関しては、以下の2点についての主に考察を行った。第一に、郵便問題である。15世紀末に誕生し、16世紀以降ドイツに普及した郵便制度は、国家事業として展開され、帝国と領邦との関係を具体的に考える上で、非常に有益なテーマである。第二は、聖界諸侯の問題である。基礎的なデータの整理の結果を活用して、聖界諸侯が帝国の政治構造の中で、具体的にどのような役割を果たしたのかを検討した。今回の研究は、神聖ローマ帝国の政治構造に関する今後の研究にとって不可欠で、不足している基礎的なデータを収集・整理することに重点がおかれ、この研究期間中に得られた成果は、今後の研究の基本となる。まだ整理な不十分なデータも大量にあり、今後はこのようなデータの整理と、ここから得られる知見を積極的に公表していきたいと考えている。今年度の研究計画では、1517世紀の帝国議会の最終決定の整理を行うことであり、そのためにドイツ・ゲッティンゲン大学に行き、史料の収集および研究遂行のための助言を受けた。その際特に、帝国議会で行われた帝国最高法院に関する諸決定および査察活動に注目して、基本的史料の収集および項目別の整理を行った。1495年の帝国最高法院の創設時の帝国最高法院令、1555年の帝国最高法院令の整理、1648年のヴェストファーレン条約の該当個所の整理を行うとともに、16世紀末からの宗派の問題に対する帝国議会および帝国代表者会議の権限の問題を整理した。また18世紀の帝国議会で企てられた帝国最高法院の査察委員会の史料収集し、情報を整理した。このような帝国議会の問題とともに、帝国最高法院の問題をより一層理解するために、近年発表された帝国最高法院に関する研究書を読み、その中でも特に帝国最高法院の訴訟記録を統計学的手法を用いた研究に着目した。これにより1495年から1806年の帝国の崩壊までのおよそ300年の期間の帝国最高法院の活動を数量的に把握することが可能となり、年代毎の訴訟件数の推移、訴訟の地域的分布状況、訴訟内容の変化を長期にわたって考察することが可能となった。

ここから得られた情報は、1518世紀の神聖ローマ帝国の政治構造を考察するという本研究の目的にとって、大変に有益なものであり、現在この帝国最高法院の活動に関しての論文を準備中である。今年度の研究計画に従って、まず昨年度から継続している1517世紀の帝国議会最終決定議事録の項目別整理作業を引き続き進めた。また、昨年度の作業の成果として、帝国最高法院に関する論文を発表した。さらに、昨年度のこの作業の中で明らかになった郵便問題に関する情報収集に今年度は特に重点をおいて作業が行われた。15世紀以降の印刷技術の改良および商業の活性化によって、当時のヨーロッパはより効率的な情報伝達手段を必要とし、15世紀末以降ヨーロッパ各国において、郵便制度が成立する。ドイツでも1490年に最初の組織が設立され、16世紀末にはタクシス家に帝国レーンとして帝国郵便長官職が授与された。これ以降、自立化の傾向を示しつつあった領邦と帝国との間で、郵便事業をめぐって様々な対立が生まれることになる。その際の問題の中心は、郵便事業が皇帝のレガリアなのか、あるいは領邦君主のレガリアであるのかという両者の権力、法的立場の問題であった。この問題は帝国議会をはじめ、クライス会議などの様々な集会において討議されている。わが国ではまだほとんど紹介されていない15世紀以降の郵便事業の実態を把握するために、当時のヨーロッパ諸国間の郵便ルート上重要な位置を占めていたスイスの郵便事業を理解するために、ベルン大学で資料収集を行うとともに、当時の情報伝達手段の方法についての助言を受けた。帝国の政治構造の分析をするための一つの具体的な問題として、郵便問題はふさわしい問題であることが明らかとなり、現在は17世紀半ばから18世紀における郵便問題の処理の方法およびプロセスを整理している。来年度以降、この研究の成果を発表することを計画している。今年度の研究計画に従って、昨年度から引き続いて行っている1517世紀の帝国議会最終決定議事録の項目別整理作業を行った。また、昨年度から取り組んでいる郵便問題に関する基礎的な情報整理を行うとともに、帝国議会における郵便レガリアの問題を整理した。また特に本年度は、17世紀以降の領邦レベルでの郵便制度の展開と帝国郵便の関係に重点を置いた作業を行った。取り上げた領邦としては、ブランデンブルク・ブラウンシュヴァイク・ザクセン・オーストリア・ザルツブルク・ヘッセン・ミュンスター・バイエルン・ヴュルテンベルク・プファルツ・マインツ・トリアー・ケルン・帝国都市フランクフルトとケルンである。これらの地域での郵便制度の実態を整理するとともに、帝国郵便との関係で3つの類型(自立型・共存型・依存型)に整理することが可能であることが判明した。自立型は、上記のブランデンブルクからザルツブルクまでが当てはまり、領邦独自の郵便制度を確立し、帝国郵便と業務提携を結び、領邦内における郵便事業の独占を確保するとともに、一定の地点で帝国郵便と郵便物の交換を実現し、帝国郵便がルート上、領邦内を通過する場合には、領邦内での一切の郵便事業を禁じていた。第2の共存型には、ヘッセン・ミュンスターが当てはまり、帝国郵便が領内を通過し、郵便事業を行うことを認めるとともに、領邦君主によって特権を与えられた郵便事業者あるいは都市飛脚も郵便事業を行っていた。第3の依存型には、バイエルン以下が当てはまり、領内の郵便事業を帝国郵便に依存し、領邦君主は帝国郵便長官と事業提携を結んでいた。この型には、一時的には独自の領邦郵便を持った、あるいは模索し失敗した地域を含めて考えている。
シンタキシン1アイソフォームの機能差についての遺伝子欠損マウスを用いた研究

開口放出を制御するシンタキシンは、神経細胞において2つのアイソフォーム(STX1A、STX1B)が発現しておいる。これまで一般に、これらの蛋白質は同一の機能を持つとされていた。われわれは、遺伝子解析マウスを用いた解析から、これらの蛋白質の生体における機能が異なることを我々は明らかにした。さらに、その機能差は、Munc18との相互作用及びその相互作用を制御する機構が関わることが示された。神経細胞にはシンタキシン(STX)の2つのアイソフォームSTX1AとSTX1Bが多く発現しており、同一の機能を有していると推測されている。しかしながら、STX1A欠損マウスはほぼ正常なのに対し、STX1B欠損マウスは致死であり、STX1Bのヘテロマウスで高頻度に痙攣発作を認める。本研究ではこのような表現型の違いが見られる理由を検討し、STX1AとSTX1Bの機能を明らかにするために行うものである。(1)ペンチレンテトラゾル(PTZ)による痙攣誘発STX1Bヘテロマウスで認められるPTZによる痙攣誘発の閾値の低下が他の開口放出関連蛋白質欠損マウスでも認められるか検討したが、STX1A、VAMP-2、SNAP-25では正常マウスと差は認められなかった。興味深いことに、STX1AとSTX1B両方のヘテロ欠損マウスでは、STXIBヘテロマウスと異なり痙攣誘発の閾値の低下は認められなかった。(2)痙攣発作に関与する脳領域の同定痙攣発作直後のSTX1Bヘテロマウスから脳組織を取り出し、抗リン酸化Erk抗体による免疫染色にて神経興奮が盛んに起きた部位の同定を試みた。その結果、海馬CA3領域、および扁桃体に強い陽性細胞が認められ、この領域の神経細胞興奮の増加が示唆された。(3) Munc18との相互作用STX1B欠損マウスでMunc18の量が減少していることについて検討するため、in vitroでの解析を行っている。株細胞にMunc18を発現させた際にSTX1AまたはSTX1Bが共存する場合、蛋白質の安定性が変化するかどうか解析中である。STX1AおよびSTX1Bと結合する蛋白質に違いがないか検討するためYeast TwoHybridを用いた解析を遂行中である。開口放出関連蛋白質として知られるシンタキシン(STX)のうち、神経細胞に多く発現するSTX1AとSTX1Bは従来同一の機能を持つとされてきた。しかし、遺伝子欠損マウスの表現型の解析から、生体内での機能に差があることが明らかとなり、本研究はその分子機構を明らかにするために行っている。(1)Munc18との相互作用についてSTXと結合することがすでに知られている蛋白質の中で、Munc18の量がSTX1B欠損マウスで減少していた。そこで、Munc18を強制発現させたCHO細胞、COS細胞に、STX1AまたはSTX1Bを共発現させた場合のMunc18蛋白質の安定性について検討した。その結果、Munc18の細胞内での安定性に対する効果はSTX1AとSTX1Bで差が見られなかった。STX1AおよびSTX1Bと結合する蛋白質に違いがないか検討するためYeast TwoHybridを用いた解析を行った。その結果、これまで結合することが知られていなかった分子が同定された。現在、in vitroの実験でSTX1AおよびSTX1Bとの結合性について解析を行っている。(3)新規組み換えマウスの作成と解析STX1B欠損マウスが出生直後に致死となるため、個体を用いた解析が困難である。そこで外来遺伝子としてSTX1Bを発現する遺伝子組み換えマウスの作出を試みた。Tet-systemによる発現制御機構を利用した組み換えマウスを作成したが、これまでのところ計画どおりに遺伝子発現誘導できるマウスのラインは確立できていない。現在同様の遺伝子組み換えマウスの作成のやり直しを行うと同時に、コンディショナルノックアウトの作成を行っている。開口放出を制御するシンタキシン(STX)のうち、神経細胞に発現するSTX1AとSTX1Bの生体内での機能差があることを見出し、その機能差が生じる分子機構を解明するため、生化学的、薬理学的解析を行なった。STXに結合することが知られているMunc18との相互作用が違いを検討するため、組換え蛋白質を用いた結合実験を行なってきたがSTX1AとSTX1Bで顕著な違いは見られなかった。しかしながら、脳抽出液を用いた免疫沈降法による解析を行なったところ、Munc18に対する親和性がSTX1AとSTX1Bで異なる可能性が示唆された。そこで生体内でのSTX1AおよびSTX1BとMunc18の相互作用について詳細に解析するため、新規に作成したtet-systemにより外来遺伝子の発現のon/offを制御できる遺伝子改変マウスを用いた解析を計画した。しかしながら、得られたマウスは外来遺伝子の発現量が低く、本研究目的には適していなかった。

そのため、計画を変更しCreによるコンディショナルノックアウトマウスの作成を再度計画し、現在作成中である。またSTX1AとSTX1Bの違いに関与する結合蛋白質を同定するために、Yeast Two-Hybrid法によるスクリーニングを行なった。その結果いくつかの候補遺伝子を同定し、STX1AとSTX1Bで蛋白質間相互作用に違いがあるか解析を行なっている。In vivoにおけるSTX1AとSTX1Bの違いを明確にすることができた。一方で、in vitroの解析は行なったものの予想されたような結果は得られていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。培養細胞を用いた解析において、当初予想していた生化学的解析の結果が得られていない。これは株化細胞を用いたため、神経細胞内に発現する因子が欠如しているためかもしれない。そこで、組換えマウスを用いてSTX1AあるいはSTX1Bを欠損した神経細胞を用いて解析する。新規の組換えマウスの作成は当初の計画より早く完成したものの、目的にかなうものが得られていない。そこで、コンディショナルノックアウトの作成も計画する。
ハイパースケール光ネットワークノードの研究

本研究の目標は,コヒーレント光通信技術の発展, 2012年に勧告化されたフレキシブル光周波数グリッド技術,革新的な超大容量光ノード構成技術を有機的に統合し,周波数軸上の利用効率並びにフレキシビリティが最大限利用できる,3桁以上性能指数を向上させた新しいパラダイムのフォトニックネットワークを創出することにある.将来のネットワーク環境に適応したリンク,ノードの条件を導出し,新しいアイデアに基づくネットワーク概念,伝達技術,キーデバイスの実現性・有用性を,試作・評価を含めて実証する.研究手順は,26年度に各々の領域で最も有効と思われる複数の構成について検討の詳細化を行なった.本研究課題は科研Sに引き継がれた.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。
抗菌ペプチドを軸とした分子標的探索と疾病制御

抗菌ペプチド(AMP)は複数の標的を持ち、多彩な機能を有する鍵束と考えられる。申請者らは脊椎動物および無脊椎動物の抗菌ペプチドの構造予測を行い、構造と抗菌活性の連関を明らかにした。特に無脊椎動物の由来のAMPはユニークな立体構造を持ち、哺乳類細胞にほとんど毒性を示さず、効果的にメチシリン耐性あるいはバンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌を殺菌した。分子改変を行い、強力な抗癌活性を有するAMPは大腸癌細胞に対してアポトーシスを誘導した。ミトコンドリアはAMPの標的となっていると考えられた。さらに、メタボローム解析によってAMPは癌細胞の代謝に影響を与えることが分かった。感染防御の最前線を担う上皮細胞や好中球などは、自然免疫機構において抗菌ペプチドを産生し感染症や癌の発症抑制に関与していることが明らかになってきた。天然物リガンドとしての抗菌ペプチドは、ひとつの標的タンパク質と結合する鍵というより、複数の標的を持ち、多彩な機能を有する鍵束と考えられる。そのため、構造修飾によって劇的に活性強度や作用が変化することがわかってきた。そこで、自然免疫分子ーカテリシジンおよびデフェンシンファミリーの抗菌ペプチドを軸とした分子標的探索を行い、感染症や癌を制御するための治療的基盤の確立を目的とする。種々の抗菌ペプチドを合成した。脊椎動物由来の抗菌ペプチドをはじめ、無脊椎動物由来の合成抗菌ペプチドの抗菌活性を検討するとともに、アミノ酸置換体についても実験をおこなった。立体構造が分子内のSS結合によって維持されている抗菌ペプチドについては分子動態シミュレーションとしてモチーフの状態などから生体内において機能発現するときの動態シミュレーションを行った。ヒト由来の抗菌ペプチドはカテリシジンとディフェンシンの2つのファミリーに大別され、ヒトのカテリシジンファミリーとしては、hCAP18/LL-37が唯一知られている。平成25年度においては大腸癌細胞であるHCT116細胞に対し、抗菌ペプチドやその合成模倣体がアポトーシスや細胞周期の停止を引き起こすことで成長を抑制することを明らかにした。また、ステロイド骨格を基盤とした化学合成体についての検討を行い、抗癌活性が単にカチオンと疎水だけで同じ活性を有するとを明らかにした。細菌細胞に対する機能性を証明するため、タイコ酸などの主要菌体コンポーネントとの相互作用をQCM分子間相互作用測定装置で明らかにした。そこで、自然免疫分子ーカテリシジンの抗菌ペプチドを軸とした分子標的探索を行い、感染症や癌を制御するための治療的基盤の確立を目的とし、研究を行っている。抗菌ペプチドの抗菌活性は細菌の種類や菌株によって異なっている。菌体膜構造の違いに注目し、黄色ブドウ球菌のうち高度感受性株と低度感受性株の膜性状の違いをガスクロマトグラフィーにおける脂質分析で決定した。本年度はさらに腸球菌をターゲットにし、解析を行ったところ、E. faeciumに対してBMAP-28は抗菌作用を示す一方でE. faecalisに対しては抗菌作用を示さないことがわかった。耐性化が起き難いとされる抗菌ペプチドに対し、E. faecalisは何らかの生存戦略をもっていることが示唆された。抗癌戦略における検討では、LL-37およびその分子模倣体が大腸癌細胞にアポトーシスを起こすことを明らかにした。抗菌ペプチドLL-37で処理された大腸癌細胞はマイクロアレ解析の結果の多くの種類のmiRNAが2倍以上に発現上昇することが確認された。miRNAは、2125塩基対程度の機能性non-coding RNAであり、mRNAを制御することで細胞増殖・アポトーシス・発生と分化・代謝などの多岐にわたる調節機能を有している。本年度は抗菌ペプチドで誘導されるmiRNA分子種を同定し、同定されたmiRNAが既存細胞内シグナル分子をどの様に制御しているかを定量PCRで検討した。以上のことから、抗菌ペプチドによって発現が亢進する、また発現が低下するmiRNAのプロファイリングを行った。無脊椎動物由来の抗菌ペプチド(節足動物デフェンシン、persulcatusin;IP)は微生物選択性を有し、媒介病原体や中腸共生細菌には抗菌活性を示さないことを明らかにしてきた。一方、IPは黄色ブドウ球菌、特に院内感染症として問題視されているメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)に対して強力な抗菌活性を持つことが分かった。今回はMRSAに加えバンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌(VRSA)に対して、他のマダニ抗菌ペプチドとの抗菌作用の比較およびそのメカニズムの検討を行い、新規抗菌薬としての可能性を探った。さらに、バンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌(VRSA)に対しても極めて効果的な抗菌活性を示すことがわかった。癌に対する作用として、抗菌ペプチドの大腸癌細胞に対する増殖抑制効果の詳細なメカニズムを明らかにするため、抗菌ペプチド処理後に発現量が増減するmiRNAを網羅的にアレイ解析した。

増加あるいは減少するmiRNAのうち、変化の大きかったものを選択して実験を行った。抗菌ペプチドによって増加するmiRNAのひとつは、大腸癌細胞に強制発現させると、細胞が老化様形態を示し、増殖が抑制されることが分かった。1.病気ー申請者の骨内に腫瘍が見つかり、その摘出手術を行ったため、研究時間の制約が生じた。2.マイクロアレイ解析において検出されたmiRNAの細胞への導入でエレクトロポーションを試みたが、効率が悪かった。そのため、方法の大幅な変更および検討に時間を要したた。自然免疫機構において抗菌ペプチドは、ひとつの標的タンパク質と結合する鍵というより、複数の標的を持ち、多彩な機能を有する鍵束と考えられる。本研究ではカテリシジンおよびデフェンシンファミリーの抗菌ペプチドを軸とした分子標的探索を行い、感染症や癌を制御するための治療的基盤の確立を目的とし、実験を行った。構造予測に基づき合成した抗菌ペプチドのひとつIPはメチシリン感受性黄色ブドウ球菌(MSSA)、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)、バンコマイシン低度耐性黄色ブドウ球菌(VISA)、およびバンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌(VRSA)に対して強い抗菌活性を示した。一方で線維芽細胞や腸管上皮細胞に高濃度条件でも細胞数やDNAに影響を与えず、またヒト赤血球に対しては溶血活性を示さなかった。耐性菌との戦いは21世紀の感染症学・化学療法学において最も重要なテーマの一つとあり、新規抗菌薬への応用は可能であると考えられた。活性増強のため分子改変を行った抗菌ペプチドFF/CAP処理によって大腸癌細胞であるHCT116はmiRNAのひとつであるmiR-663aを濃度依存的に増加させる事を明らかにした。miR-663aの大腸癌細胞内での役割を明らかにするためにmiR-663a過剰発現株を作成した。特徴的な点として細胞老化の際に見られる細胞質の膨化が引き起こされたため、細胞周期を確認したところG2/M期における停止している細胞が多く見られた。細胞周期の調節においてG2/M期の調節に関与するp21の増加と非活性型のcdc2の割合の増加が観察された。miR-663aはケモカインレセプターCXCR4の発現調節を行い、その発現量を減少させ、下流の活性型Aktの割合も減少させた。FF/CAPやiR-663a強制発現によってHCT116の増殖はin vitroだけでなくin vivoでも抑制された。抗菌ペプチド(AMP)は複数の標的を持ち、多彩な機能を有する鍵束と考えられる。申請者らは脊椎動物および無脊椎動物の抗菌ペプチドの構造予測を行い、構造と抗菌活性の連関を明らかにした。特に無脊椎動物の由来のAMPはユニークな立体構造を持ち、哺乳類細胞にほとんど毒性を示さず、効果的にメチシリン耐性あるいはバンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌を殺菌した。
家族の多様化に対応した所得保障制度構築のための基盤研究

年金および所得保障制度に関する日本および海外の文献を収集・調査、シミュレーションなどの検討を行い、戦後の社会保障制度の前提に置かれてきた家族モデルの見直し・複線的なライフモデルの構築作業が必要となっていることを確認し、家族多様化の時代における社会保障制度改革のための前提となる複数の「家族モデル」をめぐる今後の課題を整理した。主要な点は下記の通りである。1.現時点でも「男性稼得者・専業主婦モデル」が中心の制度体系である。このモデルは今後も存在するモデルであると考えているが、「共稼ぎモデル」の増加や、離婚の増加によって、老後の生活保障を「世帯単位」で行うことについて限界が生じている。2.シミュレーション分析(女性の大学卒業後のパターンを8類型で試算)を通じて、ライフプランの選択によって老後の保障に大きな差が出ることが確認された。途中での離婚・離別、正規・非正規労働など雇用の状況や賃金水準などによつてさらに細分化された分析・検討が必要である。3.文献調査やイギリス現地における聞き取り調査等により、最新のイギリスの年金改革の方向性についての知見を得た。今回の政府による政策提言では、女性の満額年金受給者割合が増加させる、ケアを行うものが公的年金の受給権を適正に形成する機会を確保するなど公的年金の改善の方針が示されているが、その一方で、公的年金の給付水準の低さや職域年金の財政問題について、個人貯蓄や個人年金の誘導によって解決を図るという点に注意する必要がある。4.ブレア政権による所得保障政策の評価は2分されており、家族多様化と制度との不整合の結果生じた問題、例えば、母子世帯など子どもをめぐる貧困対策についても一定の成果があったことが指摘される一方で、国際比較を通じてイギリスの状況を評価した場合に多くの課題が残っていることが指摘されている。平成17年度は、年金および所得保障制度に関する日本および海外の文献を収集し検討を行い、戦後の社会保障制度の前提に置かれてきた家族モデルの見直し・複線的なライフモデルの構築作業が必要となっていることを確認し、家族多様化の時代における社会保障制度改革のための前提となる複数の「家族モデル」の設定のための条件を整理することとした。これまで、検討した主要な点は下記の通りである。1.これまでの「男性稼得者・専業主婦モデル」は今後も存在するモデルであると考えているが、「共稼ぎモデル」の増加や、離婚の増加によって、老後の生活保障を世帯単位で行うことについて限界が生じている。2.近年の第三号被保険者をめぐる「公平性」をめぐる議論は、特定の「共稼ぎモデル」と「男性稼得者・専業主婦モデル」との単純な比較にすぎない場合が多い。特に、「共稼ぎモデル」について、正規・非正規労働など雇用の状況や賃金水準などによってさらに細分化された分析・検討が必要である。3.平成16年度の年金改正の結果、離婚時の年金分割制度が導入されたが、離婚のタイミングによって、年金受給額が左右されることになっている。その後のライフプランなどと合わせて、老後生活保障について、いくつかのモデルを構築することが必要である。また、「未婚単身者モデル」「離別単身者モデル」など「単身者モデル」のニーズの差異にも注目する必要がある。4.上記2とも関連するが、年金問題をめぐる社会的な議論においては、こういった「多様化する家族」と制度が前提とする家族モデルとの差異から生じる問題点、ライフステージをトータルに把握した視点から詳しく説明されておらず、これらが、公的年金制度について一般国民に一面的な「不公平論」を認識させている一因となっている。特に、制度の説明、年金教育において新たな工夫が必要となっている。(1)平成18年度は文献研究を通じて、もう一度日本の現制度の問題点の原因や背景について検討を行った。

制度ごとに、抜本的な改革が必要なのか、あるいは部分的な修正が必要なのか等を検討し、整理した。(2)社会保障制度改革が先行しているイギリスとの比較検証を通じて日本型システムの特徴と課題を再確認した。現地調査を行い、現地の社会保障研究者と意見交換を行った。現在、イギリスでは、2006年5月に発表された年金改革のホワイトペーパー(政府による政策提言書)が議論されている。その狙いは、1.個人責任の奨励、2.社会的公正、3.制度の簡略化、4.負担可能性の実現、5.長期的な持続可能性の実現であり、これらを達成するために様々な改革が提言されている。家族の多様化への対応は、介護者へのクレジットの導入など介護の担い手(その多くが女性)に対する社会的公正が意識された内容となっている。その一方で、自助努力を強調する要素も含まれており、年金の支給開始年齢の段階的引き上げによる就労期間の延長への誘導や、私的年金や個人の貯蓄への誘導などが盛り込まれている点にも注意しなければならない。わが国でも、家族多様化への対応が、最終的には、個別化にとどまらず、自助強調型のシステムへの転換につながるのかどうかを見極める必要があろう。(3)これらの研究成果については、日本の現状分析とあわせて整理し、「家族多様化時代の所得保障制度」のあり方について提言をまとめた報告書を作成するとともに、論文・学会報告等を通じて内外に発表する予定である。
超臨場感遠隔協働のためのインタラクティブ柔軟物シミュレーションと可視触化の研究

触覚情報が重要な遠隔協働タスクとして医療分野における低侵襲手術訓練を想定し,触覚フィードバックによる遠隔実地訓練を可能にする遠隔協働型超臨場感仮想環境を実現した.そのために,(1)マイクロセンサを用いた内部センシングに基づく,生体軟組織等の非一様変形パラメータ群推定法,(2)オンラインリメッシュ型インタラクティブ柔軟物シミュレーションの実装と高速化法,(3)腫瘍や血管などの微細構造の変形と連動させた大規模ボリュームデータの可視化法を確立し,(4)遠隔3地点間で低侵襲胆嚢摘出手術と穿刺手術訓練が可能となるボリュームベース遠隔触覚協働環境システムのプロトタイプの実現し,検証実験により有効性を実証した.触覚情報が重要な遠隔協働タスクとして医療分野における低侵襲手術訓練を想定し,触覚フィードバックによる遠隔実地訓練を可能にする遠隔協働型超臨場感仮想環境を実現した.そのために,(1)マイクロセンサを用いた内部センシングに基づく,生体軟組織等の非一様変形パラメータ群推定法,(2)オンラインリメッシュ型インタラクティブ柔軟物シミュレーションの実装と高速化法,(3)腫瘍や血管などの微細構造の変形と連動させた大規模ボリュームデータの可視化法を確立し,(4)遠隔3地点間で低侵襲胆嚢摘出手術と穿刺手術訓練が可能となるボリュームベース遠隔触覚協働環境システムのプロトタイプの実現し,検証実験により有効性を実証した.触覚情報が重要な遠隔協働タスクとして医療分野における低侵襲手術訓練を想定し,ボリュームベース遠隔触覚協働環境実現のための基盤技術を構築する.非一様な柔軟物の外形や内部の変形挙動を,マイクロフォースセンサやMR撮像装置を用いた内部センシングにより観察し,皮膚の弾力を表すような力学的変形特性や内部構造を自動抽出する方法を検討した複数人の操作で,非一様な柔軟物の変形挙動や物体同士やツールとのインタラクションを変形特性と摩擦を考慮して忠実に再現し視触覚提示する方法を検討した.変形精度の向上を図るために,物理ベースのオンラインリメソシュモデル(DDAM : Dynamic Deformable Adaptive Grid)を,連続体力学に基づく動的適応的変形モデルに拡張を図り実装した.multi-rateのオンラインリメッシュ型切断および穿刺シミュレーションを構築に着手し,連続体力学ベースのシミュレーションに拡張を図った.穿刺手術ナビゲーションシステムの構築のために,寒天ファントムを用いて軟組織に穿刺した際に針先端に生じる物理現象を観測し,寒天ファントムの力学特性と穿刺針に加わる力覚情報をもとに穿刺シミュレーションを作成した柔軟物の変形や切断シミュレーションなどで生じる,格子点の配置や粗密が不規則な非構造格子状のボリュームデータを,n次元で微分可能なデータに補間して正規格子化し,リアルタイムに可視化するレイキャスティング法を用いて高速に可視化する方法と,MPU法を用いて,曲面を構成するSurface-MPU法をボリュームデータに適用できるようにVolume-MPU法に拡張した遠隔多地点間で「触覚」を1000HZで提供するボリュームベース臨場感通信により,複数人が同一臓器へインタラクションする低侵襲手術訓練タスクを実現するために0各地点の操作パラメータを世界時間のタイムスタンプを添付してサーバに集め,サーバがタイムスタンブに従って10mm秒程度で同期をとり,同期させた全地点の操作パラメータを全地点へ同時に配信するシステムを実装した本研究では,触覚情報が重要な遠隔協働タスクとして医療分野における低侵襲手術訓練を想定し,当初の予定通り,以下のI, II, III, IVの4研究項目を並行して進めたI.内部センシングに基づく非一様柔軟物のリアリティーベース力学モデリングの研究:非一様な柔軟物の外形や内部の変形挙動を,マイクロフォースセンサやMR撮像装置を用いた内部センシングにより観察し,皮膚の弾力を表すような力学的変形特性や内部構造を自動抽出する方法を開発した・マイクロフォースセンサを用いた内部観測による非一様柔軟物の内部構造推定・MR画像を用いた内部観測による非一様柔軟物の力学モデリング:II.非一様柔軟物体のオンラインリメッシュ型インタラクティブシミュレーションの研究:・複数人の操作による,非一様な柔軟物の変形挙動や物体同士やツールとのインタラクションを変形特性と摩擦を考慮して忠実に再現し視触覚提示する,物理ベースのインタラクティブ柔軟物シミュレーションを構築した・連続体力学に基づくオンラインリメッシュ型変形・切断・穿刺・剥離シミュレーションを開発したIII非一様柔軟物シミュレーションのリアルタイム可視化の研究:柔軟物の変形や切断シミュレーションなどで生じる,格子点の配置や粗密が不規則な非構造格子状のボリュームデータを,n次元で微分可能なデータに補間して正規格子化し,リアルタイムに可視化する方法を開発したIV.パラメター同期交信型ボリュームベース遠隔触覚協働環境構築:各地点の操作パラメータを世界時間のタイムスタンプを添付してサーバに集め,サーバがタイムスタンプに従って10mm秒程度で同期をとり,同期させた全地点の操作パラメータを全地点へ同時に配信するシステムを構築した本研究では,触覚情報が重要な遠隔協働タスクとして医療分野における低侵襲手術訓練を想定し,当初の予定通り,以下のI, II, III, IVの4研究項目を並行して進めた.1.内部センシングに基づく非一様柔軟物のリアリティーベース力学モデリングの研究:マイクロフォースセンサを用いた内部観測による非一様柔軟物の内部構造推定では,人肌ゲルファントムに既知外力を作用させた場合の内部変形や力学量分布と境界面推定結果を比較評価し,一様領域間の境界面を推定する手法を確立した.MR画像を用いた内部観測による非一様柔軟物の力学モデリングでは,生体組織と変形特性が既知のテストピースの双方の内部変形を観測した結果から,非一様生体組織の各領域の変形特性パラメータ群を推定する手法を確立した.