hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
温度感覚刺激、嗅覚刺激を介した新たな嚥下障害治療法の開発と嚥下機能の解明

さまざまな嚥下障害患者14名に対して、カプサイシンフィルムの経口投与を行った。4週後に嚥下内視鏡検査を行い機能改善効果を評価した。7例で治療が完遂、嚥下内視鏡スコアの改善を認めた。項目別では嚥下反射の惹起が有意に改善していた。投与中断症例は7例で、ドロップアウト4例、不快感、咳嗽反射の増強による休止が2例、その他1例であった。健常者においては、カプサイシンフィルムを4週間投与することにより、血中サブスタンスP濃度の上昇を認めた。カプサイシンフィルムを用いたTRV1刺激は、さまざまな嚥下障害患者に対する機能機能改善効果が期待できる簡便な治療法と考える。嚥下障害は原因が極めて多岐にわたること、症例ごとに障害様式や重症度が著しく異なること、年齢や身体機能の影響を大きく受けること、などにより多数の嚥下障害患者を包括する治療体系を確立することが困難であった。初期療法としてのリハビリテーションと、嚥下機能改善手術および誤嚥防止手術に代表される外科的治療がこれまでの治療の大きな柱であったが、患者個々に対して最適な治療が行えていたとは言い難い。また、現在の嚥下障害診療における大きな問題点は、リハビリテーションや外科的治療の適応となる患者はむしろ少数で、多くの患者は慢性期病院、介護施設、自宅などで嚥下性肺炎の危険性と向き合いながら生活している点にある。そこで、さまざまな嚥下障害患者に対して広く適応でき、患者にとって侵襲が少なく簡便で安全性の高い治療法を開発することを目的とし本研究を開始した。嚥下運動が咽喉頭の感覚刺激や嗅覚刺激と密接に関わっている点に着目し、これらの機能を活用することで嚥下機能の改善につなげることができるのではないかと考え、温度感受性受容体刺激や嗅覚刺激を取り入れた嚥下障害治療を計画した。さらにその効果を多角的かつ客観的に評価することで、嚥下障害に対する新たな治療戦略を構築することを目指した。具体的手法は、口腔・咽頭の温度感覚刺激として、嚥下反射や咳反射を活性化する温度感受性TRPV1チャネルのアゴニストであるカプサイシンを経口投与し、嚥下機能の改善効果を評価する。評価方法として嚥下内視鏡検査、嚥下造影検査、嚥下圧検査により定量的に評価するとともに、機能性MRI(fMRI)により嚥下に関連する脳活動様式を客観的に評価する。本研究により、嚥下障害治療のブレークスルーを図るとともに、極めて多数の嚥下障害患者に適応しうる新たな治療戦略を構築する予定である。さまざまな障害様式や重症度の嚥下障害患者に広く適応できる新たな保存的治療法として、口腔・咽頭の温度感覚刺激を活用した治療法を開発する。カプサイシンは唐辛子の辛み成分で、嚥下反射や咳反射を活性化する温度感受性TRPV1チャネルのアゴニストである。カプサイシン含有フィルム(カプサイシンシート)を嚥下障害患者に経口投与しすることにより、嚥下機能の改善が期待できる。嚥下内視鏡検査、嚥下造影検査、嚥下圧検査により定量的に嚥下機能の改善効果を評価した。4名の嚥下障害患者に対して投与し、嚥下内視鏡スコアの改善を認めた。自覚的にも誤嚥が減少し嚥下機能の改善が得られている。カプサイシンシートを実際の嚥下障害患者に対して投与したが、予定症例数を十分には満たしておらず、さらなる症例数の確保を要する。健常者におけるカプサイシン投与前後での血中サブスタンスP濃度測定対象者を増やす。カプサイシン含有フィルム(カプサイシンシート)を嚥下障害患者に経口投与することにより、嚥下機能の改善が期待できる。嚥下障害患者14例に対して、嚥下内視鏡検査、嚥下造影検査を行い嚥下機能を評価した。カプサイシンフィルムの投与を行い、4週後に嚥下機能の改善効果を評価した。結果、7例で評価可能で、嚥下内視鏡スコアの改善を認めた。項目別では、特に嚥下反射の惹起性が有意に改善していた。一方、その他の7例はドロップアウト4例、カプサイシンフィルムの不快感、咳嗽反射増強等にて中止が2例、嚥下内視鏡評価が困難であった例が1例であった。さらに、予備実験として健常者2例に対しカプサイシンフィルムを経口投与した結果、3週後には血中サブスタンスP濃度の上昇を認めた。さまざまな嚥下障害患者に対して、カプサイシンフィルムを経口投与することにより温度感受性TRPV1を刺激し嚥下機能を改善する効果が期待できる。

投与中断症例は7例で、ドロップアウト4例、不快感、咳嗽反射の増強による休止が2例、その他1例であった。健常者においては、カプサイシンフィルムを4週間投与することにより、血中サブスタンスP濃度の上昇を認めた。カプサイシンフィルムを用いたTRV1刺激は、さまざまな嚥下障害患者に対する機能機能改善効果が期待できる簡便な治療法と考える。平成26年度は、カプサイシンシートの準備、血中サブスタンスP濃度測定、嚥下造影検査撮影の環境設備等を中心に行った。また健常者においてカプサイシンシートを4週間、連日経口摂取し、血中サブスタンスP濃度を測定した。結果、摂取1週後よりサブスタンスP濃度が徐々に上昇することが明らかとなり、口腔・咽頭の温度感受性TRPV1チャネルに作用し、嚥下反射の惹起を誘発することが確認できた。さらに健常者の対象数を増やし、嚥下障害患者にも適応する予定である。対象症例数を増やす。健常者におけるカプサイシン投与前後での血中サブスタンスPの計測を行う。医学、耳鼻咽喉科学、嚥下障害健常者において、カプサイシン投与前後の血中サブスタンスP濃度測定し、対象症例数を増やす。また実際の嚥下障害患者において投与し、嚥下機能評価も併せて行う予定である。対象となる嚥下障害患者症例数が予定数に満たなかったため余剰助成金が生じた。健常コントロールの症例数が予定に満たなかったため、余剰助成金が発生した。余剰助成金を、そのまま対象となる嚥下障害患者、健常コントロール者への諸検査、カプサイシンシート経費へ適用する。助成金の余剰分を、そのまま健常コントロール対する研究に補填する。具体的にはカプサイシンフィルム代、血中サブスタンスP測定料等にあてがう予定である。
日本産三畳紀有孔虫化石の研究

この度の科研費補助金交付により,筆者がこれまで予察的に研究をはじめていた日本各地の三畳紀有孔虫化石,ならびにそれと関連する石灰岩層序・石灰岩相・先白亜紀構造史などについて,多くの基礎資料を入手することができた.それらの概要については以下の3点にまとめられる.1.これまで三畳紀と考えられてきた石灰岩の多くには三畳紀有孔虫化石が含まれている.一方,それらの一部はジュラ紀やペルム紀であることが明らかになった.また,それらに随伴するいくつかの石灰岩からはペルム紀最後期やジュラ紀の有孔虫化石が得られた.3.秩父南帯では,田穂石灰岩などの北側の石灰岩列と南側の三宝山の石灰岩列では,岩体の規模・層厚・岩相・化石の含有量・年代分布が異なる.ともに異地性のブロックで遠洋性の細粒石灰岩から成るが,北側のものでは下部・中部・上部三畳系石灰岩はそれぞえ不整合関係にあり,中部と上部の基底部には顕著な年代間隙を示す石灰岩礫岩が発達している.南側の石灰岩は岩体内部に玄武岩質緑色岩やチャートを挟んでいる.これらの挟みは北側のものではみられない.南側の礁性石灰岩や角礫凝灰岩の一部は三畳紀後期の有孔虫化石を多産することがある.一方,同年代の北側の石灰岩はradiolarian lime-mudstoneが優勢で,Involutinidsが少ないほど有孔虫化石の群集組成もやや異なるという予察的なデータが得られている.この度の科研費補助金交付により,筆者がこれまで予察的に研究をはじめていた日本各地の三畳紀有孔虫化石,ならびにそれと関連する石灰岩層序・石灰岩相・先白亜紀構造史などについて,多くの基礎資料を入手することができた.それらの概要については以下の3点にまとめられる.1.これまで三畳紀と考えられてきた石灰岩の多くには三畳紀有孔虫化石が含まれている.一方,それらの一部はジュラ紀やペルム紀であることが明らかになった.また,それらに随伴するいくつかの石灰岩からはペルム紀最後期やジュラ紀の有孔虫化石が得られた.3.秩父南帯では,田穂石灰岩などの北側の石灰岩列と南側の三宝山の石灰岩列では,岩体の規模・層厚・岩相・化石の含有量・年代分布が異なる.ともに異地性のブロックで遠洋性の細粒石灰岩から成るが,北側のものでは下部・中部・上部三畳系石灰岩はそれぞえ不整合関係にあり,中部と上部の基底部には顕著な年代間隙を示す石灰岩礫岩が発達している.南側の石灰岩は岩体内部に玄武岩質緑色岩やチャートを挟んでいる.これらの挟みは北側のものではみられない.南側の礁性石灰岩や角礫凝灰岩の一部は三畳紀後期の有孔虫化石を多産することがある.一方,同年代の北側の石灰岩はradiolarian lime-mudstoneが優勢で,Involutinidsが少ないほど有孔虫化石の群集組成もやや異なるという予察的なデータが得られている.愛媛県城川町、高知県佐川町の黒瀬川帯に分布する三畳系・上部ペルム系を主対象として野外調査を行った。このほか、東京都五日市北方青梅市西部域の上部ペルム系・三畳系、宮城県気仙沼市付近のこれまで上部ペルム系と考えられていた地層群でも同様な調査を行った。城川町の田穂石灰岩では地質柱状断面の作成、石灰岩相の観察、厚さにして50cm2mごとに約50ヶ所からサンプリングを行った。田穂石灰岩最下部はペルム紀後期にまで及んでいる可能性が高い。日本の三畳紀有孔虫化石の一部は筆者、Kobayashi(1996)とKristan-Tollmann(1991)により本格的に研究されただけで、研究者数・研究に必要不可欠な文献は国内では不足している。このため、東北大図書館での文献調査、国外の研究者への問いあわせなどにより文献資料の収集を行っている。また、今年度購入した顕微鏡写真撮影装置で日本各地から筆者が新たに見い出した三畳紀やペルム紀後期の有孔虫化石の写真撮影を行っている。この度の科研費補助金交付により,筆者がこれまで予察的に研究をはじめていた日本各地の三畳紀有孔虫化石,ならびにそれと関連する石灰岩層序・石灰岩相・先白亜紀造構史などについて,多くの基礎資料を入手することができた.それらの概要については以下の3点にまとめられる.1.これまで三畳紀と考えられてきた石灰岩の多くには三畳紀有孔虫化石が含まれている.一方,それらの一部はジュラ紀やペルム紀であることが明らかになった.また,それらに随伴するいくつかの石灰岩からはペルム紀最後期やジュラ紀の有孔虫化石が得られた.3.秩父南帯では,田穂石灰岩などの北側の石灰岩列と南側の三宝山帯の石灰岩列では,岩体の規模・層厚・岩相・化石の含有量・年代分布が異なる.ともに異地性のブロックで遠洋性の細粒石灰岩から成るが,北側のものでは下部・中部・上部三畳系石灰岩はそろぞれ不整合関係にあり,中部と上部の基底部には顕著な年代間隙を示す石灰岩礫岩が発達している.南側の石灰岩は岩体内部に玄武岩質緑色岩やチャートを挟んでいる.

これらの挟みは北側のものではみられない.南側の礁性石灰岩や角礫凝灰岩の一部は三畳紀後期の有孔虫化石を多産することがある.一方,同年代の北側の石灰岩はradiolarian lime-mudstoneが優勢で,Inovolutinidsが少ないなど有孔虫化石の群集組成もやや異なるという予察的なデータが得られている.
溶液混合大気圧プラズマによるDNA内包カーボンナノチューブ創製

1.平成17年度の成果に基づき,DNAを分散させる溶液を含む大気圧マイクロプラズマ生成法として,容量結合型の高周波(13.56MHz)グロー放電方式を採用し,溶液として中性粒子を含まず正イオン・負イオンのみから構成され,イオン伝導度が高く,蒸気圧が極めて小さいという特徴を有しているイオン液体を導入した.その結果,イオン液体(液相)-プラズマ(気相)界面を有する安定した溶液混合大気圧プラズマの生成に成功した.2.まずはDNAを導入せずにイオン液体自体のプラズマ生成による変化を調べたところ,プラズマ生成後,イオン液体量には大きな変化は確認されなかったが,イオン液体の色が生成時間の経過に伴い,次第に濃い黄色へと明確に変化していく傾向を発見した.これは,液体表面にシース電場が形成されたことで,気相中のプラズマイオンがイオン液体表面へ照射され,イオン液体表面で物理・化学的作用が誘起されたことに起因していると考えられる.3.イオン液体-プラズマ界面領域へのプラズマイオン照射に着目し,そのイオンエネルギーの制御が可能な減圧条件下で実験を行った結果,イオン液体の表面にシース電場が形成され得る実験条件の場合にのみ,放電電圧の低下や気相領域での電子密度の上昇が観測された.この結果から,シース電場によるプラズマイオン照射が,金属同様にイオン液体表面からの二次電子放出等の放電支援機能を発現させている可能性が示唆される.4.以上の成果より,溶液混合プラズマ中におけるイオン液体-プラズマ界面のプラズマシース電場を利用し,気相及び液相中でのイオン挙動,相間の物質輸送等を制御できることが明らかとなり,液体を必要とするDNAとカーボンナノチューブから構成されるDNA内包カーボンナノチューブの高効率創製が期待できる.1.DNA内包カーボンナノチューブを創製することを目的として,DNAを分散させた溶液を含む大気圧マイクロプラズマ源を開発した.プラズマ生成法としては,容量結合型の高周波(13.56MHz)グロー放電方式を採用し,溶液を導入する側の電極形状にメッシュ電極を用いている.この結果,溶液の表面張力による影響を低減させ,微小電極間(<1mm)に溶液を導入することが可能となった.また,電極にメッシュを用いることでメッシュを構成するワイヤー上に電場が集中し,プラズマの生成が容易になることも明らかになった.2.このプラズマ生成に及ぼす影響を小さくするために,溶液として低揮発性である有機溶媒の流動パラフィンを採用し,それをメッシュに含浸させた.その結果,ヘリウムガス中において,低電力(<10W)でかつ安定に溶液混合大気圧グロー放電マイクロプラズマの生成に成功した.3.液体物質を炭素源としたナノ物質創製への応用として,今回用いたパラフィンは炭素を含んでいるため,ナノカーボン物質形成への利用が期待できる.そのような観点で,流動パラフィン混合大気圧ヘリウムプラズマの発光分光計測を行った結果,プラズマ生成ガスのヘリウムのみならず,有機溶媒のパラフィン由来のものと考えられる炭化水素(CH)及び炭素クラスター(C_2)のスペクトルピークが観測された.4.流動パラフィン混合大気圧プラズマ生成により電極上およびパラフィン中に煤状物質の形成が確認された.その煤状物質のラマン分光分析を行ったところ,グラファイト構造が形成されていることが明らかとなった.これらの結果は,液体物質からナノカーボン物質を形成できることを示しており,その過程で溶液中のDNA等を取り込み,DNA内包ナノチューブ等をこのプラズマにより形成できる可能性を示唆している.1.平成17年度の成果に基づき,DNAを分散させる溶液を含む大気圧マイクロプラズマ生成法として,容量結合型の高周波(13.56MHz)グロー放電方式を採用し,溶液として中性粒子を含まず正イオン・負イオンのみから構成され,イオン伝導度が高く,蒸気圧が極めて小さいという特徴を有しているイオン液体を導入した.その結果,イオン液体(液相)-プラズマ(気相)界面を有する安定した溶液混合大気圧プラズマの生成に成功した.2.まずはDNAを導入せずにイオン液体自体のプラズマ生成による変化を調べたところ,プラズマ生成後,イオン液体量には大きな変化は確認されなかったが,イオン液体の色が生成時間の経過に伴い,次第に濃い黄色へと明確に変化していく傾向を発見した.これは,液体表面にシース電場が形成されたことで,気相中のプラズマイオンがイオン液体表面へ照射され,イオン液体表面で物理・化学的作用が誘起されたことに起因していると考えられる.3.イオン液体-プラズマ界面領域へのプラズマイオン照射に着目し,そのイオンエネルギーの制御が可能な減圧条件下で実験を行った結果,イオン液体の表面にシース電場が形成され得る実験条件の場合にのみ,放電電圧の低下や気相領域での電子密度の上昇が観測された.この結果から,シース電場によるプラズマイオン照射が,金属同様にイオン液体表面からの二次電子放出等の放電支援機能を発現させている可能性が示唆される.4.以上の成果より,溶液混合プラズマ中におけるイオン液体-プラズマ界面のプラズマシース電場を利用し,気相及び液相中でのイオン挙動,相間の物質輸送等を制御できることが明らかとなり,液体を必要とするDNAとカーボンナノチューブから構成されるDNA内包カーボンナノチューブの高効率創製が期待できる.
小腸上皮細胞による食事性抗原輸送と取り込みに及ぼす炎症性サイトカインの影響

小腸上皮細胞細胞における外来性抗原処理過程では,抗原の取り込みに続く細胞内での抗原プロセシングが重要である.しかしながら,小腸上皮細胞における外来性抗原のプロセシングやそれに関与するプロテアーゼ等は詳細に検討されていない.またasparitc proteaseは抗原提示細胞において重要な役割を果すことが知られている.そこで本研究は小腸上皮細胞様に分化するヒト大腸腺癌由来細胞株Caco-2を用いて,卵白アレルゲンであるオボアルブミン(OVA)の粘膜透過性やプロセシングにおける,aspartic proteaseの影響を,その阻害剤であるpepstatin Aを用いて検討した.2.粘膜透過性への影響コラーゲンコートした透過性のある膜上で培養したCaco-2細胞に,pepstatin Aを2時間添加した後,OVAの上端側から基底膜側への移行量をELISA法にて測定した.Pepstatin Aを添加した群ではOVAの通過量が減少し,粘膜通過を抑制することが示された.以上より,Caco-2細胞における外来性抗原の処理機構において,asparitc proteaseが抗原のプロセシングや輸送に関与し,抗原ペプチドの生成や抗原提示過程で重要な役割を果していることが示唆された.炎症性サイトカイン存在下でのaspartic protease阻害剤の影響についてはさらに検討を進める余地があり,今後の検討課題である.H14年度は小腸上皮細胞による抗原取り込みにおけるインターフェロンγの作用機序を解明するべく,以下の検討を行った。1.Caco-2細胞lysateによるオボアルブミン(OVA)の限定分解の検討本研究者は以前,Caco-2細胞をOVAが通過する際にプロセシングされること,特にインターフェロンγ処理した細胞では分解が亢進することを明らかにした。しかしながらCaco-2細胞そのものを酵素源としてOVAが分解されるかどうかについては未検討であった。そこでOVAとCaco-2細胞のlysateをインキュベートしたところ,OVAは確かに細胞内の酵素によって分解をうけることが示され,しかもインターフェロンγを処理した細胞では分解が亢進する傾向にあった。2.OVAの分解に関与するリソソーム内プロテアーゼの検討これまでの研究で,Caco-2細胞の培地にOVAを添加して,これらを共培養させたときにOVAが限定分解されることを明らかにしたが,これはCaco-2細胞そのものを酵素源として得られた結果ではなかった。そこで今回はCaco-2細胞のlysateとOVAをインキュベートした時のOVAの分解をリソソーム内酵素であるカテプシンBとDのインヒビターが抑制するのかどうかを検討した。OVAの分解はカテプシンBとDのインヒビターの添加によって抑えられ,これらのプロテアーゼの関与が示された。3.今後の課題インターフェロンγがこれらのリソソーム内プロテアーゼを亢進させるのかどうかを,カテプシン測定キット等を用いて検討していきたい。小腸上皮細胞細胞における外来性抗原処理過程では,抗原の取り込みに続く細胞内での抗原プロセシングが重要である.しかしながら,小腸上皮細胞における外来性抗原のプロセシングやそれに関与するプロテアーゼ等は詳細に検討されていない.またasparitc proteaseは抗原提示細胞において重要な役割を果すことが知られている.そこで本研究は小腸上皮細胞様に分化するヒト大腸腺癌由来細胞株Caco-2を用いて,卵白アレルゲンであるオボアルブミン(OVA)の粘膜透過性やプロセシングにおける,aspartic proteaseの影響を,その阻害剤であるpepstatin Aを用いて検討した.2.粘膜透過性への影響コラーゲンコートした透過性のある膜上で培養したCaco-2細胞に,pepstatin Aを2時間添加した後,OVAの上端側から基底膜側への移行量をELISA法にて測定した.Pepstatin Aを添加した群ではOVAの通過量が減少し,粘膜通過を抑制することが示された.以上より,Caco-2細胞における外来性抗原の処理機構において,asparitc proteaseが抗原のプロセシングや輸送に関与し,抗原ペプチドの生成や抗原提示過程で重要な役割を果していることが示唆された.炎症性サイトカイン存在下でのaspartic protease阻害剤の影響についてはさらに検討を進める余地があり,今後の検討課題である.
ITSを指向したアドホックネットワークによる空間情報共有機構

本研究の目的は,自動車運行上で重要となる渋滞や事故情報など位置に依存した情報を,車両の移動によってネットワークの分断が起きる条件下であっても,車々間通信によって効率的かつ確実に配信する手法の開発にある.本手法の骨子は(1)プッシュ型のデータ配信と要求・応答型の情報配信の併用によって,より少ないトラフィックでサイズが大きなデータの可用性を増し,(2)車両の位置関係,車両の航行情報(位置,速度,移動経路等),ネットワークトポロジに応じてデータの複製を動的に再配置することで情報発生源の車両が移動時にも位置依存データの可用性を増すことからなる.本年度は,これまでに提案したネットワークトポロジに応じたデータ複製再配置手法(SkipCopy方式)について網羅的なシミュレーションを行い,移動端末上の記憶容量が少ない場合において本手法が有効であることを確認した.さらに,大容量データの転送時や端末密度が高い場合における性能向上の手法として,端末間の距離に応じてプッシュ型で配信するデータの配送遅延を制御することでMAC層における衝突確率を減少させかつ複製の配置先を効率的に制御するSC with transmission delay方式を開発し,シミュレーションによってその有効性を明らかにした.また,位置依存情報の要求元のネットワーク上の位置に応じて要求元の近辺に複製の密度を高く配置する手法,道路上を走る車両が交差点に達したときに重点的に複製配布処理を行う手法などを検討し,これらによって複製へのアクセス成功率の向上およびトラフィック削減ができる見通しを得た.以上の手法について,PC上でのプロトタイプを実装し,実環境で動作を確認した.さらにこれをセンサノード上に実装するための基礎的な検討を行うとともに,実動ソフトウェアの多数移動ノード環境での動作検証を行うためのエミュレーション環境の構築を行った.本研究では,自動車運行上で重要となる渋滞や事故情報など位置に依存した情報を,車両の移動によってネットワークの分断が起きるような無線通信による車々間通信において効率的かつ確実に配信することを目的としている.具体的には,(1)プッシュ型のデータ配信と要求・応答型の情報配信の併用によって,より少ないトラフィックでサイズが大きなデータの可用性を増し,さらに(2)車両の位置関係,車両の航行情報(位置,速度,移動経路等),およびネットワークトポロジに応じてデータの複製を動的に再配置することで情報発生源の車両が移動時にも位置依存データの可用性を増すことをねらいとしている.これまでに基本方式を提案済みの位置依存情報をアドホックネットワークで効率的に管理する複製配布手法について,現実的な条件を想定した詳細な評価を行った.これまで,提案手法の評価はネットワークのデータリンク層以下の挙動については簡略化されており,移動端末の密度が高い状況,端末の移動速度が速い場合には,無線チャネルのアクセス競合に伴う性能低下が懸念されていたが,本年度はデータリンク層以下のモデル,ならびに移動端末によるデータ発生モデルを加えたシミュレーションにより,本研究で提案する手法に含まれる,(i)データ発生時の投機的な複製配布,(ii)ホップ数に基づく複製配置先の密度調整,(iii)複製の動的再配置が有効に作用することを確認した.また,車両の航行情報を用いた新たな改良手法として,速度,現在位置を考慮した複製配布手法,プッシュ型の配信とプル型の配信を併用したプロトコルの提案,ならびに端末の密度を考慮した複製配送および配置手法の提案を行った.これらの手法により従来手法に比べ,データの可用性を高く維持したまま通信トラフィックを大幅に削減できることを,シミュレーションにより確認した.本研究の目的は,自動車運行上で重要となる渋滞や事故情報など位置に依存した情報を,車両の移動によってネットワークの分断が起きる条件下であっても,車々間通信によって効率的かつ確実に配信する手法の開発にある.本手法の骨子は(1)プッシュ型のデータ配信と要求・応答型の情報配信の併用によって,より少ないトラフィックでサイズが大きなデータの可用性を増し,(2)車両の位置関係,車両の航行情報(位置,速度,移動経路等),ネットワークトポロジに応じてデータの複製を動的に再配置することで情報発生源の車両が移動時にも位置依存データの可用性を増すことからなる.本年度は,これまでに提案したネットワークトポロジに応じたデータ複製再配置手法(SkipCopy方式)について網羅的なシミュレーションを行い,移動端末上の記憶容量が少ない場合において本手法が有効であることを確認した.さらに,大容量データの転送時や端末密度が高い場合における性能向上の手法として,端末間の距離に応じてプッシュ型で配信するデータの配送遅延を制御することでMAC層における衝突確率を減少させかつ複製の配置先を効率的に制御するSC with transmission delay方式を開発し,シミュレーションによってその有効性を明らかにした.また,位置依存情報の要求元のネットワーク上の位置に応じて要求元の近辺に複製の密度を高く配置する手法,道路上を走る車両が交差点に達したときに重点的に複製配布処理を行う手法などを検討し,これらによって複製へのアクセス成功率の向上およびトラフィック削減ができる見通しを得た.以上の手法について,PC上でのプロトタイプを実装し,実環境で動作を確認した.さらにこれをセンサノード上に実装するための基礎的な検討を行うとともに,実動ソフトウェアの多数移動ノード環境での動作検証を行うためのエミュレーション環境の構築を行った.
日常性の中の科学-19世紀フランクフルトにおける自然科学結社と政治文化

今年度の目標は、前年度に得られた知見を元に論文をまとめ上げることだったため、4月から夏期までは論文(`Science, Identity and Urban Reinvention in a Mercantile City-State : The Associational Culture of Nineteenth-Century Frankfurt am Main,'5月に初稿完成、加筆後British Journal for History of Science投稿予定)の執筆に専念した。その際に発生した様々な疑問や確認するべき事項を解消するために、5月および7月に渡英し、ケンブリッジ大学図書館において資料調査(日本で入手できない刊行史料および二次文献を閲覧)を行った。また、この滞在を利用して、同大学科学史科学哲学科に在籍する研究者との交流を深めた。帰国後は、夏期に得られた新たな資料を基に論文(「商業都市共和国における商業エリート層の知的戦略-19世紀前半のフランクフルト・アム・マインにおける自然誌結社を例に」ll月初稿完成。加筆後『社会経済史学』に投稿予定)を執筆した。その間10月にはドイツ都市史研究会で口頭報告を行い(「産業化時代の共同体戦略-19世紀後半のフランクフルトにおける公衆衛生改革と都市アイデンティティの転換」)、11月には関心を共有するドイツ語圏の研究者との交流を深め、フィードバックを得るために、ベルリンにある科学史の国際的なセンターであるマックス・プランク科学史研究所に客員研究員として滞在した。(渡航費と滞在費は自己負担。)12月以降は、これまでの報告や、12月の暦象研究会における報告(「19世紀フランクフルトにおける、都市アイデンティティの変容と公衆衛生学の確立」)などを通して同僚から得られた批判やフィードバックを下敷きに、論文の加筆修正をすることに専念した。
光励起超音波による高機能診断のための造影剤評価プラットフォームの構築

本研究は光超音波イメージングにおいて今後利用されることが期待される専用造影剤の評価装置を開発するものである。この造影剤感度評価装置では、振幅変調した連続光を用いることで低い尖頭光パワーで評価を安定に行うことをめざし、半導体レーザ光源と音響共鳴を利用した高感度検出系から構成している。H30年度は、変調周波数を数kHzとし、共振筒とMEMSマイクロホン、およびロックイン検出系から構成される評価系を構築した。光源として、700900 nmの光波長の中から入手が容易な半導体レーザを複数選び、光源切り替えの利便性と装置構成の自由度確保のために、光ファイバを用いた構成とした。黒インクの他、蛍光造影剤として使われているインドシアニングリーン(ICG)、および本学材料系研究室で開発中の材料である塩化アルミニウムフタロシアニンを試料として、この評価装置の動作検証を行った。その結果、これらの材料が発生する光音響信号を十分な感度で検出できること、また、材料間や濃度差がある場合の光音響感度の差を識別できた。また、限られた波長ではあるが、複数の異なった光波長における光音響性能を評価することができた。これらにより、装置として狙い通りの動作をすることが確認できた。また、実際のイメージング装置で使われるMHz帯で評価を行うための装置の構成を検討し、基礎的な構造設計と試作を行った。しかし、これについては、本年度は十分な識別感度を得るには至っていない。本研究の最終目的である「光超音波イメージング用造影剤の評価装置の実現」に対して、光音響信号を安定に評価可能な装置の一次試作が完了した。さらに、その基本動作を代表的な材料について確認することができた。材料による光音響感度の差、濃度による光音響感度の差を十分に識別できることを確認した。また、光波長を複数切り替えられる機能をもたせることができた。このkHz帯で動作する評価装置に加えて、MHzで動作する装置の試作も進めたが、MHz帯の装置については本年度は十分な識別感度を得るに至っていない。また、次年度以降の準備として、連続変調光ではなく、実際の光音響イメージング装置に近いMHz帯パルス光方式の予備実験を行った。2019年度では、前年度に試作を行ったkHz帯連続光装置について、受信信号の低雑音増幅などを行って感度を1桁程度向上させる。また、試料の濃度による透過光の差をどのように評価するかなど、適正な試料の容量、配置方法などを検討する。また、試料の容量はできるだけ少ないほうがよいので、少ない試料の容量で正しい評価ができる方法を検討し、まずは10マイクロリットル程度の試料容量をめざす。また、試料容量を減らすことに伴い、光照射による試料温度の上昇が問題になるため、測定時間の短縮を行う。このためには、受信系の音響共鳴筒の共鳴周波数を迅速に見つける必要がある。現在は手動により、測定ごとに共鳴周波数を追尾するか共鳴特性を取得しているが、この操作の自動化を行うか、新たな方法を開発する。また、異種試料、濃度の違う試料を次々に試験するために、試料ターレットの導入など、測定のスループットを向上する構成を検討する。本研究で開発する装置による試験結果と、実際の光音響イメージング装置による映像との対応が十分とれるようにする必要がある。そのために、MHz帯で動作する評価装置の試作を引き続き進めると同時に、実際のパルス動作と本装置の連続変調光による動作の間の対応についても理論的および実験的に検討する必要がある。また、これまでは光波長600800 nmにおける実験を行ってきたが、第2の生体窓である1300 nm帯での評価も行ってゆく。入手が容易な通信用半導体レーザを開発中の装置に組み込むことを予定している。また、装置の操作性などの向上を行うこと、同じ装置を複数準備することを計画している。本装置の構成部品は比較的安価であるが、ロックイン検出部について市販の組み込み用ユニットを活用するなどのローコスト化を行う予定である。

本研究の最終目的である「光超音波イメージング用造影剤の評価装置の実現」に対して、光音響信号を安定に評価可能な装置の一次試作が完了した。さらに、その基本動作を代表的な材料について確認することができた。材料による光音響感度の差、濃度による光音響感度の差を十分に識別できることを確認した。また、光波長を複数切り替えられる機能をもたせることができた。このkHz帯で動作する評価装置に加えて、MHzで動作する装置の試作も進めたが、MHz帯の装置については本年度は十分な識別感度を得るに至っていない。また、次年度以降の準備として、連続変調光ではなく、実際の光音響イメージング装置に近いMHz帯パルス光方式の予備実験を行った。2019年度では、前年度に試作を行ったkHz帯連続光装置について、受信信号の低雑音増幅などを行って感度を1桁程度向上させる。また、試料の濃度による透過光の差をどのように評価するかなど、適正な試料の容量、配置方法などを検討する。また、試料の容量はできるだけ少ないほうがよいので、少ない試料の容量で正しい評価ができる方法を検討し、まずは10マイクロリットル程度の試料容量をめざす。また、試料容量を減らすことに伴い、光照射による試料温度の上昇が問題になるため、測定時間の短縮を行う。このためには、受信系の音響共鳴筒の共鳴周波数を迅速に見つける必要がある。現在は手動により、測定ごとに共鳴周波数を追尾するか共鳴特性を取得しているが、この操作の自動化を行うか、新たな方法を開発する。また、異種試料、濃度の違う試料を次々に試験するために、試料ターレットの導入など、測定のスループットを向上する構成を検討する。本研究で開発する装置による試験結果と、実際の光音響イメージング装置による映像との対応が十分とれるようにする必要がある。そのために、MHz帯で動作する評価装置の試作を引き続き進めると同時に、実際のパルス動作と本装置の連続変調光による動作の間の対応についても理論的および実験的に検討する必要がある。また、これまでは光波長600800 nmにおける実験を行ってきたが、第2の生体窓である1300 nm帯での評価も行ってゆく。入手が容易な通信用半導体レーザを開発中の装置に組み込むことを予定している。また、装置の操作性などの向上を行うこと、同じ装置を複数準備することを計画している。本装置の構成部品は比較的安価であるが、ロックイン検出部について市販の組み込み用ユニットを活用するなどのローコスト化を行う予定である。
海上安全に貢献する海洋クラウドとハイブリッド型AISシステムの開発

本研究の目的は,瀬戸内海地域における小型船舶の安全航行をサポートするため,スマートフォンが利用できない地域にLPWAを用いたIoT実験環境(海洋クラウドネットワーク)を構築し,既存のAISシステムと連携可能なシステムを開発することである.IoTの活用は,WiFiや携帯電話の通信規格(LTE)の利用を前提としたものがほとんどであり,海上で利用することが難しい.本研究では,海上におけるLPWAを用いたIoTインフラを提案し,実証実験に用いるものである.LPWA対応AIS代替システムは,通信容量の制限の中で利用できるため,従来のAISにも応用可能な通信規格となる.本研究の目的は,瀬戸内海地域における小型船舶の安全航行をサポートするため,スマートフォンが利用できない地域にLPWAを用いたIoT実験環境(海洋クラウドネットワーク)を構築し,既存のAISシステムと連携可能なシステムを開発することである.IoTの活用は,WiFiや携帯電話の通信規格(LTE)の利用を前提としたものがほとんどであり,海上で利用することが難しい.本研究では,海上におけるLPWAを用いたIoTインフラを提案し,実証実験に用いるものである.LPWA対応AIS代替システムは,通信容量の制限の中で利用できるため,従来のAISにも応用可能な通信規格となる.
脊柱靭帯骨化症の病因に関するペリオスチンの役割の解明

微小炎症とペリオスチンの上昇が、脊柱靭帯骨化症の発症に関与していることがわかった。しかしその機序は不明である。この問題を解決するため、1脊柱靭帯骨化症患者検体を用いた、血清ペリオスチンおよび骨化関連因子の検証、2骨化最前線における前駆細胞(Ossification initiating cell: OIC)の分離・培養、3OICに対するIL-23/IL-17/ペリオスチン経路の意義と作用を検証、4脊柱靭帯骨化症モデルマウスに対する、ペリオスチン欠損、IL-17阻害の意義を検証、以上を解明し脊柱靱帯骨化症の治療法の開発を目指すことを目的とする。
母体低栄養が大脳皮質構築に与える影響とその機能異常の解析

正常な大脳皮質発生においては、神経幹細胞の細胞分裂が秩序だって進行することが極めて重要である。これまでの研究で遺伝子異常や環境因子・薬物の胎内曝露により神経幹細胞の細胞分裂に異常を生じ、大脳皮質構築異常を生じることが判明した。本研究では、ここ数十年間、日本での増加が懸念されている胎内低栄養状態が大脳皮質構築異常を生じる可能性、さらにそれらが生じうる生後精神疾患発症との関連性について明らかにする。
超高齢者のサルコぺニア診断への口腔機能活用について

近年、超高齢者の健康維持や疾病予防に口腔機能が果たす役割が注目され、咬む・飲み込むなど口腔機能の低下がオーラルフレイルやフレイルを導くとの判断から、口腔機能低下に対する口腔機能管理が保険点数に加えられた。一方、申請者らはこれまで、85歳以上の超高齢者542名を対象に口腔および全身の健康に関する疫学調査を行い、超高齢者の最大咬合力と四肢筋筋機能とに強い相関性があることを報告した。そこで申請研究では、超高齢者における咬合力低下が、早期での筋機能低下(サルコぺニア)や認知機能低下の判断指標となることを明らかとする。さらに、このメカニズムを超高齢者の口腔状態やその機能変化と栄養との関連性から検討する。
有機金属気相選択成長によるフォトニック結晶の作製とデバイス応用に関する研究

本研究では、有機金属気相成長(MOVPE)選択成長法によりフォトニック結晶(PhC)を作製する手法を確立し、またその特性評価および素子応用を目的として研究を行い、以下のような成果が得られた。まず、GaAs(111)BあるいはInP(111)B基板上に6角形の絶縁膜マスクを周期的に形成した基板に対して選択成長を行うことにより、GaAs系あるいはInP系材料による空気ロッド周期配列型2次元PhCをそれぞれ作製した。GaAs系PhCに対しては、AlGaAs犠牲層上に選択成長を行い、その後、選択ウェットエッチングにより犠牲層を除去することにより、エアーブリッジ構造の作製に成功すると共に、線欠陥・点欠陥を導入した構造の作製にも成功した。また、GaAs/AlGaAs量子井戸構造を有するPhCを作製し、量子井戸層からの発光を確認した。一方、InP系PhCに対しては、成長条件の最適化により、InGaAsおよびInPによる、周期400500nmの均一な空気ロッドアレイの作製に成功すると共に、ヘテロ構造やInP/InGaAs量子井戸の作製に成功した。特に、作製された量子井戸からの発光を確認し、光通信波長帯におけるPhCを利用した発光素子の作製の見通しを得た。また、GaAs(111)BあるいはInP(111)A基板に対して、6角形あるいは円形の開口を有するマスク基板を作製し、その後、MOVPE選択成長を行うことによって、6角柱の周期配列構造による2次元フォトニック結晶の作製を作製した。特にGaAs系6角柱アレイにおいて、その頂上部に量子井戸を成長し、作製されたPCをフォトルミネセンスにより評価した結果、プレーナ基板上よりも強度が10倍程度強い、量子井戸からの発光を確認することができ、これらがフォトニックバンドによる光取り出し効率の変化によるものとして、定性的に説明できることがわかった。そして、これら作製されたPhCの光学特性や伝搬特性を理解するため、時間領域差分(FDTD)法、平面波展開法、および散乱行列法等により、フォトニックバンド構造や、反射率・透過率、およびスラブ構造からの光の取り出し効率等の計算手法、および、高い屈折率差を有するPhCスラブにおけるフォトニックバンド構造の近似的計算手法を確立した。平成15年度は、有機金属気相成長(MOVPE)選択成長法によりフォトニック結晶(PC)を作製する手法を確立し、またそのPCの特性を評価するため、以下のような研究を行った。まず、GaAs(111)B基板に対して、6角形あるいは円形の開口を有するマスク基板を作製し、その後、GaAsおよびAlGaAsの選択成長を行うことによって、6角柱によるの2次元フォトニック結晶の作製を試みた。成長条件およびマスクパターンを最適化することにより、アスペクト比が6を超える、6角柱の周期配列による、均一度の高いフォトニック結晶の作製に成功した。また、6角柱の頂上部に量子井戸を成長し、作製されたPCをフォトルミネセンスにより評価した。室温において、プレーナ基板上よりも強度が10倍程度強い、量子井戸からの発光を確認することができた。そして、発光強度のPC周期および6角柱サイズ依存性が、フォトニックバンドによる光取り出し効率の変化によるものとして、定性的に説明できることがわかった。次に、InP基板上に、6角柱アレイあるいは空孔アレイによる、InP系PCの作製を試みた。まず、(111)A面基板上に、InP6角柱アレイの成長を試みた。

結晶成長条件の最適化により、垂直な{110}面ファセットを側壁に有する、良好なInPの6角柱構造によるPCの作製に成功した。一方、スラブ構造およびヘテロ構造を有するPCを作製するため、InP/InGaAs/InPヘテロ構造の成長を行ったところ、InGaAsがInPの6角柱側面の{110}ファセットに成長にしやすいことが明らかとなった。すなわち、ヘテロ構造を有する均一な6角柱アレイを得るためには、成長条件の最適化が必要である。また(111)B InP基板上に、6角エアホール構造アレイによるInGaAs PCの形成を試みた。現在までに、ある程度均一な6角エアホール構造アレイが形成可能であることが確かめられた。今後、横方向成長を抑制しつつ、表面平坦性の良い構造を得るために、2段階成長を含め、さらなる成長条件の最適化が必要であることが明らかとなった。平成16年度は、前年度までに確立させた有機金属気相成長(MOVPE)選択成長法によるフォトニック結晶(PC)の作製技術をさらに発展させると共に、その光学特性を実験的・理論的に明らかにするため、以下のような研究を行った。まず、光通信波長帯応用に有利なInP系材料によるPCの作製を目的として、(111)B InP基板上に6角形の絶縁膜マスクを周期的に形成した基板にInGaAsあるいはInPのMOVPE選択成長を行った。InGaAsについては、成長表面の平坦性を維持しつつ、マスクパターンを踏襲したエアホール構造を形成するために横方向成長を抑制するという、両者の要求を満たすための選択成長条件のウィンドウが狭いという問題があるものの、ある程度のInGaAs膜厚までは、良好な周期400nmのエアホール構造が形成可能であることが明らかとなった。一方、InPでは、InGaAsと比べ、広範囲の条件で、周期400nmのエアホール構造が形成できることが明らかとなった。これらの結果をもとに、周期500nmのInP/InGaAs/InPヘテロ構造を有するエアホール型PCを作製し、低温においてInGaAs層からの発光を確認した。一方、GaAs系PCについては、共振器や導波路構造の作製を目的として、MOVPE選択成長に用いるマスクパターンを工夫することにより、PCに点欠陥あるいは線欠陥を導入したエアホール型PCの作製に成功した。最後に、3次元時間領域差分(FDTD)法による電磁揚シミュレーションにより、6角形のエアホールあるいは誘電体6角柱からなるPCおよびPCスラブのフォトニックバンド構造や、線欠陥フォトニック結晶スラブ導波路の伝搬特性について理論的検討を行い、PCスラブ作製の指針となるギャップマップと導波路の分散曲線を計算した。また、電磁場解析に必要な計算量を減らすために、高い屈折率差を有するPCスラブでも適用が可能となるよう、修正した有効屈折率によるPCスラブのギャップマップおよび導波路の分散曲線を計算する手法を開発した。
国際貿易に着目した金融ショックの国際波及に関する理論的・定量的分析

本研究は「ある国で起こるクレジット・クランチなどの金融ショックはどのように国際的に波及し,別の国の景気循環に影響を与えるのだろうか?」という問いに対して,「複数の財の国際貿易」を金融ショックの波及経路として明示的にマクロ経済モデルに導入したうえで理論,定量の両面から答えを与えることを目的とする.本研究では,まず「財の貿易だけで,現実の国際波及のどのくらいの割合が説明可能なのだろうか」について分析を行う.その後,波及経路として国際金融取引と国際貿易の両方を捉えたモデルを用いて,それぞれの国際波及力を比較する.本研究は「ある国で起こるクレジット・クランチなどの金融ショックはどのように国際的に波及し,別の国の景気循環に影響を与えるのだろうか?」という問いに対して,「複数の財の国際貿易」を金融ショックの波及経路として明示的にマクロ経済モデルに導入したうえで理論,定量の両面から答えを与えることを目的とする.本研究では,まず「財の貿易だけで,現実の国際波及のどのくらいの割合が説明可能なのだろうか」について分析を行う.その後,波及経路として国際金融取引と国際貿易の両方を捉えたモデルを用いて,それぞれの国際波及力を比較する.
複合生体信号計測に基づく人間のリラクゼーション評価と癒しサウンド生成システム構築

本研究の1年目では、まず脳波の周波数パワー含有率からリラックス度を算出する手法と生成サウンドのリラクゼーション効果の評価についての研究を行った。次に、ユーザの脳波を解析することでリラクゼーションサウンドを生成するよう大規模カオスのパラメータをチューニングするシステムを構築した。さらに本研究の2年目では、ファジィ推論により心拍変動の心拍間隔(RRI)に基づいたリラックス度を判定するシステムを構築することを試みた。本研究の最終年度では、脳波と心拍以外の生体情報として発汗情報を用いてリアルタイムに人間の累積リラックス度の推定を試み、リラクゼーションサウンド生成システムの検証実験を行った。本研究では、大規模カオス(GCM)に基づくサウンド生成システムICASを用いた脳波によるリラクゼーションサウンド生成において、ユーザのリラックス度をさらに精度よく推定するための指標として、脳波以外の生体情報である心拍変動に着目した。ここでは心拍変動に時系列解析を行うことによって得られる複数の生理指標をファジィ推論により解析し、ユーザのリラックス度を判定することを試みた。本提案手法では、まず脳波計により脳波から得たθ波、α波、β波情報からそれぞれのパワー含有率を計算し、このパワー含有率Gと直前に行う事前実験により被験者ごとに算出した個人差を含む係数kを用いて全脳波情報のうちθ波とα波の比率を計算するリラックス度R-脳波を算出した。さらに、マルチ生体センサにより得られた心電位からRRI(心拍間隔)情報より計測された時点と直前のRRIデータより、心拍が計測される度にRRIの標準偏差・RRI最高値-RRI最小値・RRIの平均値・隣り合うRRIの差の自乗平均平方根を算出し、これらの生理指標を入力としてリラックス度R-心拍を出力するファジィ推論ルールを構築した。本実験では、20代の男子大学生3名に対して心拍情報・脳波情報の計測をマルチ生体信号計測装置(Polymate mini、ニホンサンテク社製、科研費購入物品)を用いて行った。初めに、事前実験としてヒーリングミュージックの聴取(リラックス)・暗算(ストレス)・何もしない(安静)の3状態で1分間の心拍と脳波を計測し、初期パラメータのキャリブレーションを行った。次にリラクゼーションサウンド生成実験においてICASでGCMの大規模カオスパラメータ(a,e)を相図上で順次変化させてサウンド生成を行い、聴取中の脳波・心電を計測した。計測時間はサウンド生成の開始から30秒後、1分間とし、実験後のアンケートとの相関より提案手法の評価を行った。本研究では、大規模カオス(GCM)に基づくサウンド生成システムICASを用いて、マルチ生体情報によるリラクゼーションサウンドを生成することを目的としている。ユーザのリラックスしている度合いを推定するための指標として、最初に脳波および心拍変動に着目し、リラックス度を定量的に判定することを試みた。まず脳波計により脳波から得たθ波、α波、β波情報からそれぞれのパワー含有率を計算し、このパワー含有率Gと全脳波情報のうちθ波とα波の比率を計算するリラックス度R-脳波を定義した。さらに、心電位からRRI(心拍間隔)情報より、心拍が計測される度にRRIの標準偏差・最大偏差・平均値・偏差自乗平均平方根を算出し、これらの生理指標を入力としてリラックス度R-心拍を出力するファジィ推論ルールを構築した。これらの脳波と心拍によるリラックス度の評価手法は、おおむね有効であることが初年度に個別に確認されたため、次年度にはこれらの評価手法の比較検討と、大規模カオスによるサウンド生成システムICASを用いた癒し効果の検証実験を行った。この結果、脳波はユーザの感性評価との相関が高く、心拍に関してもある程度の相関が見られたことから、本提案手法の有効性が確認できた。さらに現在は、脳波と心拍以外の生体情報として発汗の利用を検討中で、最終的には複数の生理指標をファジィ推論で総合評価することを考えている。また、生成サウンドに対する人間の癒し効果を分析する際には、初年度に解析した大規模カオスの生成サウンドと1/fゆらぎとの関連性の検証で得られた知見も有効になると考えられる。まず初年度において本研究では、脳波より算出したリラックス度R-脳波の計測とアンケートにより、大規模カオスの相図上で秩序相・部分秩序相付近で高いリラックス度評価を得ることが確認できた。また心拍からファジィ推論により算出したリラックス度R-心拍を推定することができた。これらの実験を本申請で購入したマルチ生体信号計測装置を用いて確認することができた。アンケート結果より、心拍に比べて脳波のほうがユーザの感性評価に近いリラックス度を認識することができたが、脳波と心拍については本研究により提案したリラックス度の評価指標および評価手法の有効性を個別に検証することができた。さらに、本研究で使用するインタラクティブサウンド生成システムICASによる大規模カオスの生成サウンドと1/fゆらぎとの関連性についても検証を行った。2年目の年度は、脳波と心拍のリラックス度評価の比較検討、および大規模カオスによるサウンド生成システムICASにおける生成サウンドを人間にバイオフィードバックすることにより癒し効果を増大させる評価実験を主に行った。この成果報告については、日本知能情報ファジィ学会主催の第31回ファジィシステムシンポジウムにおいて、心拍情報に基づくリラクゼーションサウンド生成手法に関して発表を行ない、脳波と心拍のインタラクティブサウンド生成実験の比較評価実験に関する成果をトルコで開催された国際会議(FUZZ-IEEE2015)でも発表を行った。上記のように、本研究における達成度は当初の予定どおり概ね順調に達成していると判断される。

本研究では、大規模カオス(GCM)に基づくサウンド生成システムICASを用いて、マルチ生体情報によるリラクゼーションサウンドを生成することを目的としている。ユーザのリラックスしている度合いを推定するための指標として、最初に脳波および心拍変動に着目し、リラックス度を定量的に判定することを試みた。まず1年目には、脳波計により脳波から得たθ波、α波、β波情報からそれぞれのパワー含有率を計算し、このパワー含有率Gと全脳波情報のうちθ波とα波の比率を計算するリラックス度R-脳波を定義した。さらに、心電位からRRI(心拍間隔)情報より、心拍が計測される度にRRIの標準偏差・最大偏差・平均値・偏差自乗平均平方根を算出し、これらの生理指標を入力としてリラックス度R-心拍を出力するファジィ推論ルールを構築した。これらの脳波と心拍によるリラックス度の評価手法は、おおむね有効であることが初年度に個別に確認されたため、2年目にはこれらの評価手法の比較検討と、大規模カオスによるサウンド生成システムICASを用いた癒し効果の検証実験を行った。この結果、脳波はユーザの感性評価との相関が高く、心拍に関してもある程度の相関が見られたことから、本提案手法の有効性が確認できた。さらに3年目の最終年度には、脳波と心拍以外の生体情報として発汗の利用を試み、ファジィ推論を用いてリラックスとストレス状態の検出が可能であることを見出すことができた。今後は、生成サウンドに対する人間の癒し効果を分析するため、初年度に解析した大規模カオスの生成サウンドと1/fゆらぎとの関連性の検証で得られた知見を利用した研究への発展も考えられる。本研究の1年目では、まず脳波の周波数パワー含有率からリラックス度を算出する手法と生成サウンドのリラクゼーション効果の評価についての研究を行った。次に、ユーザの脳波を解析することでリラクゼーションサウンドを生成するよう大規模カオスのパラメータをチューニングするシステムを構築した。さらに本研究の2年目では、ファジィ推論により心拍変動の心拍間隔(RRI)に基づいたリラックス度を判定するシステムを構築することを試みた。本研究の最終年度では、脳波と心拍以外の生体情報として発汗情報を用いてリアルタイムに人間の累積リラックス度の推定を試み、リラクゼーションサウンド生成システムの検証実験を行った。実験後に、脳波より算出したR-脳波とアンケート結果の平均相関係数は0.74であり、強い相関がみられた。これにより、脳波によるリラックス指標R-脳波の有効性が確認された。また、心電位より算出したリラックス度R-心拍では、脳波ほどの高い相関は確認できなかったが、ファジィ推論の入力に用いたRRIの各指標単独よりはファジィ推論により算出されたリラックス指標R-心拍のほうが正確にリラックス状態を把握することができたことが確認された。また、これらの実験を本申請で購入したマルチ生体信号計測装置を用いて確認することができた。