hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
臓器提供者と非提供者を隔てる社会的・心理的因子の統計学的推定

臓器提供意思に関与する背景因子を、啓発ビデオを見る前後のアンケート調査回答の統計解析によって探索した。調査対象は看護学生と社会福祉介護大学生560名とした。啓発ビデオは胆道閉鎖症の幼女が肝移植で救命されすくすく成長を遂げる様子を母親のナレーション入りで作成した(14分間)。アンケート用紙は次の仮説の真偽を確かめるように共同研究者が協力して作成した。(1)啓発ビデオは、特定の背景因子を持つ者に対して提供者を増やす結果がある。(2)宗教心のつよい者、とりわけクリスチャンは提供者が多い(3)自分の死を直視する機会のあった者、自分もまた、いずれ死を迎える人間であると自覚している者は、提供者が多い(4)自分が移植を受けたい者は必ずしも提供しない(5)移植は医療とすべきでないと考える者は提供しない。調査の結果、次のことが判明した。(1)啓発ビデオは提供者を増やす効果がある。殊に提供の意思を明確にできない者に顕著な効果がある。家族に移植を受けさせたい。(2)宗教心のつよさ、宗教の違いは提供意思に関与しない(3)自分の死を肯定するか否定するかは提供意思に関与しない(4)自分の家族に移植を勧めない者、移植は自然の摂理に反していると考える者には啓発効果はない(5)啓発ビデオは態度があいまいであった者を提供者と非提供者のいずれかに意思をはっきりさせる効果がある。1.アンケート調査対象大学生の決定臓器提供意思の有無を問うアンケート調査に協力していただける3大学を選択した。宗教心の有無が提供意思に及ぼす影響を調査するために、キリスト教系、仏教系、無宗教の3系統の大学を選んだ。調査対象の学生を均一化するために学生の年令は19-20才を中心とする。選考は医学、看護、福祉など生命系の学科の学生とする。同一年令、同一教程修了者を対象とするために、同一学年になる学生、2年分を対象とする。2.アンケート用紙のデザインおよび印刷アンケート用紙の質問および回答選択肢の吟味を慎重に行った。宗教心、死生観、啓発情報の3つが提供意思の有無とかかわるか否かを調査する質問と回答肢とした。3.啓発教材ビデオを製作臓器移植の意義を投げかける幼児が肝移植で救命され、家族が幸福な家庭を取り戻した本人に実話を語ってもらいビデオを作成した。4.パイロットスタディ試作したアンケート用紙とビデオを使って、調査予定の学生と同一条件の学生(調査対象学生よりも1年早く入学した学生)を使ってアンケート調査を実施した。また、回答をコンピュータ入力するプログラムツールと集計解析プログラムツールを用意した。試みに600名の学生の回答を集計し、次年度の本調査に向けて研究計画の評価を行った。5.研究仮説の再確認研究者が仮説として考えている社会的心理的因子が用意されたアンケート調査用紙の設問で統計推論可能かについて再吟味を行った。調査協力大学の心理学、福祉学、看護学の教官をまじえて、回答者が意味の解釈に迷いを生じない字句表現となるように調査用紙の見直しを行った。
ブタ鎖肛における骨盤筋群及び骨盤内末梢神経系の発生異常の解明

1)我々が確立した鎖肛ブタ家系を用いて、モデル動物を自由に入手できる状況にある。このブタ2家系を問題なく維持出来た事は大きな成果の一つである。小児外科領域における高位鎖肛の手術後の機能予後は必ずしも理想的ではなく、これを改善する為の基礎研究として本研究が企画された。2)鎖肛ブタマテリアルのヒト骨盤内臓器のモデルとしての妥当性に関する検討:30kg正常成獣を用いて、骨盤内臓、骨盤底筋群、仙骨神経叢、陰部神経叢の全貌を明らかにして、ヒトの解剖学所見との相異点を調べた。成獣で恥骨直腸筋係締を確認出来なかった事以外には、筋群は相似しており、神経叢も非常に類似しており、モデル動物として成り立つ事を確認した。3)鎖肛ブタの陰部神経叢の形態および骨盤底筋群の神経支配についての検討:正常雌雄各2頭、鎖肛雌雄各2頭合計8側について末梢神経の全貌を解剖学的手法により明らかにした。ほとんどが3040kgの成獣であるが、研究手技を完成してからは新生仔も一部用いている。鎖肛ブタでは外肛門括約筋が特に乏しく、筋束のない症例では神経が分布していなかったが、乏しいながら筋束があれば、神経は分布していた。仙骨神経叢、陰部神経叢、陰茎背神経、会陰神経、下直腸神経、挙筋神経については以上はなかった。4)骨盤自律神経の形態異常についての検討:正常雌雄各1側、鎖肛雌雄各2側、合計6側の検討を行った。鎖肛において異常は見られなかった。検体の大きさに従って、しっかりした神経系が確認され、この神経にも成長の過程があるかに見える点検討の必要がある。1.鎖肛ブタ家系の維持(1)我々の確立した2家系の維持を続けていると同時に、家系内交配による弊害を除く為に、新しい雄鎖肛ブタを家系外より入手、治療の上飼育している。(2)鎖肛ブタの1家系内に失天性横隔膜ヘルニアの多発をみとめ、既に13頭を経験し、1頭を救命した。鎖肛とは遺伝的には関係なく、double recessive geneの存在が疑われている。この検討をまとめ報告した。2.鎖肛ブタ胎仔を用いた組織学的発生学的検討(1)鎖肛ブタ胎仔の入手が着々と進行している。22日令以前では失敗の連続で未だ技術的に完成を見ていない。2460日令胎児の失状断標本作成により、解析が進み、内肛門括約筋、外肛門括約筋の発生学的検討が進んでいる。特に内肛門括約筋の発生に関しては新しい知見がえられた。即ち正常においても鎖肛例においても腸粘膜に続くdorsal cloaca起源の移行上皮部(鎖肛では瘻の部分)を内肛門括約筋が発達下降してカバーする(2)三次元立体構築法を用いたcloacaの発生過程の解明われわれの開発した本法を用いて複雑な発生学的構造の立体化を果した。(3)鎖肛ブタの骨髄内神経分布の解剖学的検討約40kgの成ブタを用い、雄、雌、鎖肛雌の骨盤内神経分布を解剖学的に追求した。正常ブタ,鎖肛ブタ共に仙骨神経叢はL6からS3までの脊髄神経より構成されている。陰部神経は正常ではS1、2、3より起こり、ヒトと同様3枝に分れ、陰核背神経、会陰神経、中直腸神経となる。会陰神経が外肛門括約筋に分布している。鎖肛ブタでも陰部神経はS1、2、3より起こり、その後3枝に分れ、ほぼ正常に走行していた。但し鎖肛ブタにおいては、外肛門括約筋の筋束が正常より少なく、会陰神経は外肛門括約筋にまで到達せず肛門周囲の結合織に終っていた。

1)我々が確立した鎖肛ブタ家系を用いて、モデル動物を自由に入手できる状況にある。このブタ2家系を問題なく維持出来た事は大きな成果の一つである。小児外科領域における高位鎖肛の手術後の機能予後は必ずしも理想的ではなく、これを改善する為の基礎研究として本研究が企画された。2)鎖肛ブタマテリアルのヒト骨盤内臓器のモデルとしての妥当性に関する検討:30kg正常成獣を用いて、骨盤内臓、骨盤底筋群、仙骨神経叢、陰部神経叢の全貌を明らかにして、ヒトの解剖学所見との相異点を調べた。成獣で恥骨直腸筋係締を確認出来なかった事以外には、筋群は相似しており、神経叢も非常に類似しており、モデル動物として成り立つ事を確認した。3)鎖肛ブタの陰部神経叢の形態および骨盤底筋群の神経支配についての検討:正常雌雄各2頭、鎖肛雌雄各2頭合計8側について末梢神経系の全貌を解剖学的手法により明らかにした。ほとんどが3040kgの成獣であるが、研究手技を完成してからは新生仔も一部用いている。鎖肛ブタでは外肛門括約筋が特に乏しく、筋束のない症例では神経が分布していなかったが、乏しいながら筋束があれば、神経は分布していた。仙骨神経叢、陰部神経叢、陰茎背神経、会陰神経、下直腸神経、挙筋神経については以上はなかった。4)骨盤自律神経の形態異常についての検討:正常雌雄各1側、鎖肛雌雄各2側、合計6側の検討を行った。鎖肛において異常は見られなかった。検体の大きさに従って、しっかりした神経系が確認され、この神経にも成長の過程があるかに見える点検討の必要がある。
自発的高速磁気再結合モデルの三次元計算機シミュレーション

我々が提唱する自発的高速磁気リコネクション機構の三次元構造について基礎研究を行うと同時に、その結果を地球磁気圏サブストームや太陽フレアなどの具体的宇宙プラズマ爆発現象へ応用した。まず、地球磁気圏サブストームの発生に伴い、観測されるTCR現象を定性的、定量的に説明することに成功した。次に、磁気圏テールのシート電流が電離層上空にまわりこむことによって生じるオーロラ電流回路の形成、即ち、カレントウェッジ現象に応用した。この現象は、地上および衛星観測結果から、30年以上前からサブストームに本質的なプラズマ過程であることが認識されてきたが、明確に実証する理論モデルは発表されていなかった。この問題に対し、三次元的磁気ループが発展するとき、急激に沿磁力線電流が発展し、カレントウェッジが形成されうることを、我々の高速リコネクションモデルを用いて、最初に実証することに成功した。その結果、ダイポール磁場の根元で非常に強い電流が生じ、ジュール加熱が南北ペア状に生じることを実証した。この結果を更に太陽表面に応用し、カレントウェッジが成長することにより、2つのリボン状にクロモスペアが強くジュール加熱されることを実証し、よく知られている2リボンフレア現象を的確に説明しうることを議論した。また、磁気ループ前方にいわゆる発電作用が存在し、その結果効果的なプラズマ過熱・加速が可能となることを示した。更に、コロナ領域の高速磁気リコネクション機構の発展はいわゆるナノフレアを生じ、その結果コロナ領域の効率よい加熱機構を与えることを実証した。今年度は本研究の初年度にあたり、我々が提唱する自発的高速磁気リコネクション機構の三次元構造について基礎研究を行った。太陽フレアや地球磁気圏サブストーム現象などのカタストロフィ現象を理解するために、磁気リコネクション(磁気再結合)を爆発的に発展させる物理機構を解明する事が国際的に中心的な課題となっている。この問題は従来、空間的に二次元問題に対して理論的、数値的に研究が進められてきたが、本研究ではより現実的な異常電気抵抗モデルを設定し、高速磁気再結合過程の成長がその特性的パラメータにどのように依存するかを最も基本的かつ簡単化された三次元的状況で調べた。三次元電磁流体シミュレーション解析の結果、プラズマベータが充分小さい電流シート系では、(微視的)電流駆動型異常抵抗と(巨視的)リコネクション流との正帰還によって一種の非線型不安定性として爆発的に高速磁気再結合機構が、三次元空間でも発展しうることを示した。また、定在的スローショックを伴う高速磁気再結合機構が有限の領域に閉じ込められて成長し、維持されており、その基本的構造は定性的にも定量的にもよく知られた二次元理論モデルとよく一致していることが確かめられた。これにより、高速磁気再結合機構が三次元電磁流体方程式の究極解として実現されうることを世界で最初に実証した。特に、高速磁気再結合機構の発展に伴う衝撃波の存在が明確に実証されており、現在その三次元構造の定量的解析を進めている。もちろん、現実の問題ははるかに複雑であるが、現在までの基本的結果を基に我々が提唱する理論モデルが現実のフレア現象を説明しうる最も有力なモデルであることを議論した。本年度は本研究の2年目にあたり、我々が提唱する自発的高速磁気リコネクション機構の三次元構造について基礎研究を行うと同時にフレア現象への具体的応用を考えた。この問題は従来、二次元問題に対して研究が進められてきたが、本研究では、実験室でも観測されている現実的な異常電気抵抗モデルを用い、高速磁気再結合過程の成長がその特性的パラメータにどのように依存するかを基本的三次元的状況で調べてきた。その結果、電流シート系では、(微視的)電流駆動型異常抵抗と(巨視的)リコネクション流との正帰還によって一種の非線形不安定性として高速磁気再結合機構が、三次元空間でも発展しうることを示した。

また、定在的スローショックを伴う高速磁気再結合機構が有限の領域に閉じ込められて成長し、維持されており、その基本的構造は二次元モデルとよく一致していることが確かめられた。これにより、高速磁気再結合機構が三次元電磁流体方程式の究極解として実現されうることを世界で最初に実証した。特に、高速磁気再結合機構の発展に伴う衝撃波の存在が明確に実証されており、現在その三次元構造の定量的解析を進めている。この結果は、地球磁気圏テール領域で観測されてきたTCR現象に応用され、定性的、定量的によく一致することが世界で最初に実証されている。現在、更に磁気圏サブストームや太陽フレアに関連した観測結果への具体的応用研究を継続中である。今年度は本研究の3年目にあたり、前年度に引き続き、我々が提唱する自発的高速磁気リコネクション機構の三次元構造について基礎研究を行うと同時に、地球磁気圏サブストームや太陽フレアなどの宇宙プラズマ爆発現象への具体的応用を考えた。まず、地球磁気圏テール領域で観測される大規模プラズモイド現象を取り上げた。磁気圏サブストーム現象の発生に伴い、遠方の地球磁気圏テール領域で大規模なプラズモイドが急激に成長し、地球と反対側に高速で伝搬することが、衛星観測結果から予想されていた。特に、地球磁気圏ローブ領域で、プラズモイドの伝搬に伴い、パルス状の磁場圧縮領域が地球と反対方向に伝搬する現象(TCR)が、精密な衛星磁場観測から明確に示されてきた。このように、TCR現象は20年以上にわたる長年の重要問題として知られてきたが、明確に実証できる理論モデルは発表されていなかった。そこで我々はこの問題に対してシミュレーションモデルを設計し、自発的高速磁気リコネクションの発展に伴うプラズモイドの三次元ダイナミックスの必然的結果として、TCRが発生することを実証し、衛星観測結果と定性的、定量的に一致することを示した。この結果、サブストーム現象は高速磁気リコネクションの結果発生することを議論した。更に、サブストームの発生に伴い、観測から予測されるオーロラ電流回路の形成、もしくはカレントウェッジ現象に応用した。この現象は30年以上前から、サブストームに本質的なプラズマ過程であることが認識されてきたが、明確に実証する理論モデルは発表されていなかった。我々は、この問題に対し、三次元的磁気ループが発展するとき、急激に沿磁力線電流が発展し、カレントウェッジが形成されうることを実証することに成功した。現在、更に太陽フレア現象にも応用することを考えている。今年度は本研究の最終年度であり、前年度に引き続き我々が提唱する自発的高速磁気リコネクション機構の三次元構造について基礎研究を行うと同時に、その結果を地球磁気圏サブストームや太陽フレアなどの具体的宇宙プラズマ爆発現象へ応用した。まず、地球磁気圏サブストームの発生に伴い、磁気圏テールのシート電流が電離層上空にまわりこむことによって生じるオーロラ電流回路の形成、即ち、カレントウェッジ現象に応用した。
新しい磁気光学効果を示すナノグラニュラー透明強磁性材料の開発

本研究で提案するナノグラニュラー膜は、nmサイズのFeやCo等の強磁性金属グラニュールがマトリックス中にほぼ均一に分散したナノ構造を有する。その磁気光学効果などの機能性発現のメカニズムは、強磁性グラニュールおよびマトリックスを構成する物質などの膜組成、また、グラニュールの粒径、粒径分布、分散状態、結晶構造、マトリックスの結晶性や配向、さらには、グラニュールとマトリックスの界面構造や状態に起因すると考えられる。このように、ナノグラニュラー膜の磁気光学効果を制御するための要素は非常に多い。しかし、我々の研究グループによるこれまでのナノグラニュラー膜の磁性や電気伝導に関する研究実績から、既に作製条件と膜構造についての多くのデータの蓄積がある。本研究では、これらの実績を踏まえてさらに発展させ、膜組成の拡張および成膜条件の詳細な検討によって、新しい磁気光学効果の発現と、その物性メカニズムの解明を目的としている。本年度は、ナノグラニュラー薄膜の実用特性に着目し、光透過性能に優れかつ大きなファラデー効果を示す、すなわち性能指数の向上を検討した。具体的には、成膜条件や熱処理、ナノグラニュールを構成する合金組成、マトリックスを構成するフッ化物の種類等を種々変えて薄膜を作製し、それらの磁気特性やファラデー効果を検討した。その結果、FeCo-MgFおよびFeCo-BaF系膜において、加熱基板上への成膜とその後の熱処理によって、ファラデー回転角および光透過率の両方が増大し、性能指数が向上することを明らかにした。ナノグラニュラー薄膜において、新たにFeCo-MgFおよびFeCo-BaF系膜においても、大きなファラデー効果が発現することを明らかにした。特に、FeCo-BaF系膜では、マトリックスのBaF2が良好な結晶性有するため、昨年度に見出したFeCo-(Al,Y)F系に比較して、より多いFe+Co量においても光透過性を維持し、磁気光学材料としての性能指数が向上することを明らかにした。さらに、成膜時の基板加熱と成膜後の熱処理のそれぞれの温度の組み合わせを最適化することによって、ファラデー回転角および光透過特性の両方、すなわち性能指数が改善できることを明らかにした。これらの結果は、ナノグラニュラー膜の磁気光学特性のさらなる向上の可能性を示すものである。本年度に得られた知見を基に、ナノグラニュラー膜の組成および作製条件と、得られた薄膜試料の構造および諸特性の関係を整理する。これをもとに試料作製にフィードバックすることによって、さらに高い磁気光学特性を有するナノグラニュラー膜合成のための方針を確立する。さらに、対象とする膜組成の選択範囲を拡大して、フッ化物以外のマトリックスの選択を検討する。また、エリプソメーターなどを用い、ナノグラニュラー膜の光学特性を解析し、光デバイス設計に必要な屈折率や反射率などの光特性を明らかにする。次年度は本計画の最終年度であることから、新材料系の探索よりも、本材料を用いたデバイスの提案や設計に必要な基本的な光特性の評価に重点を置き、応用に堪える材料が見いだされた場合は、大電流用磁気センサへ等への適用を検討する。ナノグラニュラー膜は、nmサイズの磁性金属グラニュールがマトリックス中にほぼ均一に分散したナノ構造を有する。その磁気光学効果などの機能性は、グラニュールおよびマトリックスを構成する物質などの膜組成、また、グラニュールの粒径、粒径分布、分散状態、結晶構造、マトリックスの結晶性や配向、さらには、グラニュールとマトリックスの界面構造や状態によって大きく変化する。本年度は、組成系を拡張して検討した結果、FeCo-(Al,Y)F膜において、YIGなどの従来材料に比べて大きなファラデー効果を有することを見出した。特に、FeCo-YF膜においては、光通信に用いられる波長(1550 nm)において、現在最も多く使われている磁気光学材料であるBi-YIGの約40倍もの巨大なファラデー回転角が得られた。さらに、グラニュールを構成するFe,Coの磁気モーメントを第一原理計算によって検討したところ、マトリックスとの界面付近の磁性元素の軌道磁気モーメントが増大していることが分かった。一般的にナノグラニュラーのような複相構造体では,その磁気光学効果はMaxwell-Garnettモデルで説明できることから、軌道磁気モーメントの増大とMaxwell-Garnettモデルの両方を取り入れることにより、ナノグラニュラー膜の巨大ファラデー回転角とその波長委依存性に付いて定性的に説明することができた。ナノグラニュラー薄膜において、目的として掲げている磁気光学効果を見出すことに成功した。具体的には、FeCo-(Al,Y)F膜において、YIGなどの従来材料に比べて大きなファラデー効果を有することを見出すことができた。さらに、この巨大ファラデー効果のメカニズムを明らかにするために、グラニュールを構成するFe,Coの磁気モーメントを第一原理計算によって検討したところ、マトリックスとの界面付近の磁性元素の軌道磁気モーメントが増大しており、さらにMaxwell-Garnettモデルを取り入れることによって、ナノグラニュラー膜の巨大ファラデー回転角とその波長委依存性に付いて理論的にに説明することができた。

この知見は、本研究を推進するにあたり、さらに大きなファラデー効果を有するナノグラニュラー薄膜の材料設計に活用できるものである。尚、本成果をScientific Reportsに発表した。本研究で提案するナノグラニュラー膜は、nmサイズのFeやCo等の強磁性金属グラニュールがマトリックス中にほぼ均一に分散したナノ構造を有する。その磁気光学効果などの機能性発現のメカニズムは、強磁性グラニュールおよびマトリックスを構成する物質などの膜組成、また、グラニュールの粒径、粒径分布、分散状態、結晶構造、マトリックスの結晶性や配向、さらには、グラニュールとマトリックスの界面構造や状態に起因すると考えられる。このように、ナノグラニュラー膜の磁気光学効果を制御するための要素は非常に多い。しかし、我々の研究グループによるこれまでのナノグラニュラー膜の磁性や電気伝導に関する研究実績から、既に作製条件と膜構造についての多くのデータの蓄積がある。本研究では、これらの実績を踏まえてさらに発展させ、膜組成の拡張および成膜条件の詳細な検討によって、新しい磁気光学効果の発現と、その物性メカニズムの解明を目的としている。本年度は、ナノグラニュラー薄膜の実用特性に着目し、光透過性能に優れかつ大きなファラデー効果を示す、すなわち性能指数の向上を検討した。具体的には、成膜条件や熱処理、ナノグラニュールを構成する合金組成、マトリックスを構成するフッ化物の種類等を種々変えて薄膜を作製し、それらの磁気特性やファラデー効果を検討した。その結果、FeCo-MgFおよびFeCo-BaF系膜において、加熱基板上への成膜とその後の熱処理によって、ファラデー回転角および光透過率の両方が増大し、性能指数が向上することを明らかにした。ナノグラニュラー薄膜において、新たにFeCo-MgFおよびFeCo-BaF系膜においても、大きなファラデー効果が発現することを明らかにした。特に、FeCo-BaF系膜では、マトリックスのBaF2が良好な結晶性有するため、昨年度に見出したFeCo-(Al,Y)F系に比較して、より多いFe+Co量においても光透過性を維持し、磁気光学材料としての性能指数が向上することを明らかにした。さらに、成膜時の基板加熱と成膜後の熱処理のそれぞれの温度の組み合わせを最適化することによって、ファラデー回転角および光透過特性の両方、すなわち性能指数が改善できることを明らかにした。これらの結果は、ナノグラニュラー膜の磁気光学特性のさらなる向上の可能性を示すものである。本年度に得られた知見を基に、ナノグラニュラー膜の組成および作製条件と、得られた薄膜試料の構造および諸特性の関係を整理する。これをもとに試料作製にフィードバックすることによって、さらに高い磁気光学特性を有するナノグラニュラー膜合成のための方針を確立する。
人工粒子および再構成系を用いた長鎖DNA折りたたみの制御

ヌクレオソームから30-nmファイバー形成の背景にある物理化学を理解するために、本年は以下の3つの研究を行った。1)ヌクレオソーム形成における環状構造の影響、2)ヒストンテイルの除去によるクロマチンコンパクト構造の変化(ファイバーからランダム構造へ)、3)ヒストンテイルアセチル化によるクロマチンファイバーの幅の変化。1)においては全長の等しい環状および線状のDNAを用いてポリヌクレオソームの再構成を行った。その結果、環状のDNAを用いた場合の方が1.4倍効率的にヌクレオソームを再構成できることが明らかになった。ポリヌクレオソームの自由エネルギーを用いて考察し、形成効率に関する傾向した。実験で見られた大きな差を生む主な寄与はヌクレオソーム間相互作用にあり、環状の方が線状よりも広がりが抑えられることにより、エネルギー利得のあるヌクレオソームの数が上昇することに起因することを議論した。2)においてはヒストンテイルを除去したポリヌクレオソームにH1を加えた場合では通常のファイバー構造とは異なり、ランダムな幅を持った構造となることが明らかになった。3)においてはファイバーの構造変化をアセチル化したヒストンでヌクレオソーム、さらにファイバーを再構成することで検討した。その結果、アセチル化をされたヒストンで再構成されたファイバーではファイバーの幅が20nmとアセチル化をさわていないときの幅(30nm)よりも細くなることが明らかになった。この傾向を自由エネルギーによる考察から、アセチル化にともない残留電化の増加による不安定化が起こり、ファイバーの幅が細くなったというモデルを提案した。以上の結果から生体内での翻訳後修飾など生物的な過程の一部を物理化学的観点から理解できることを示し、構造制御の可能性を示唆する結果を得た。
抗ユビキチン化ペプチドを用いた骨格筋萎縮治療法の開発

萎縮筋ではCbl-bがIRS-1をユビキチン化し、IGF-1シグナル伝達阻害を起こす。そこで、IRS-1のアミノ酸配列をもとに競合阻害によりCbl-bによるIRS-1のユビキチン化を阻害するオリゴペプチドを作製し、投与実験を行った。低栄養培養を行ったC2C12細胞ではAKTのリン酸化が有意に減少したが、Cbl-b阻害ペプチド添加群では認められなかった。また、坐骨神経切除を施した野生型マウスにCbl-b阻害ペプチドを投与したところ、筋萎縮に対し抑制傾向を示した。よって、本機能性ペプチドはIGF-1シグナルを回復することで筋萎縮を抑制することが示唆された。本研究は、Cbl-b阻害ペプチドの投与実験により個体レベルでの筋萎縮回復を検討することで、本ペプチドによる筋萎縮治療法の有効性を確立することを目標とする。昨年度は、低栄養培養を行ったマウス筋芽細胞由来C2C12細胞に対しペプチド/アテロコラーゲン複合体を導入した結果、IRS-1の分解抑制と筋管細胞の萎縮抑制を明らかにした。そこで本年度は、本ペプチドによる筋萎縮抑制効果のメカニズムと、筋萎縮モデルマウスによる個体レベルでの筋萎縮抑制効果の検討を行った。1.Cbl-b阻害ペプチドによる萎縮筋管細胞におけるIGF-1シグナル抑制の回復24時間の低栄養刺激ののち細胞を回収し、AKTのリン酸化をウェスタンブロット法で解析した。また、免疫蛍光染色によりFoxo3の筋管細胞における局在を観察した。低栄養刺激によりAKTのリン酸化が有意に減少したが、Cbl-b阻害ペプチド添加群では認められなかった。また、萎縮状態の筋管では、Foxo3の核内移行が観察されたが、ペプチドを添加した筋管では認められなかった。以上の結果より、本ペプチドによる萎縮抑制がIGF-1シグナルの回復によるものであることが示された。2.筋萎縮モデルマウスを用いたCbl-b阻害ペプチドによる個体レベルでの筋萎縮回復効果の検討12週齢C57BL/6野生型マウスに対し、偽手術群、切除群、投与群を設定し、右側坐骨神経切除を行った。投与群では手術直後および3日ごとにペプチド/アテロコラーゲン複合体を前頚骨筋に筋肉内投与し、手術後9日後にそれぞれの群の筋を摘出した。坐骨神経切除実施9日後、切除群の筋線維は萎縮していたが、投与群では健全な組織像を認め、萎縮に対し抑制傾向を示した。本研究結果より、アテロコラーゲンをデリバリー担体としたCbl-b阻害ペプチドの適用は筋萎縮を抑制することが示唆された。初年度では、マウス筋芽細胞由来C2C12細胞を用いて、合成オリゴペプチドによるCbl-bのIRS-1ユビキチン化阻害効果がアテロコラーゲンをデリバリー担体として用いることで増大することをin vitroにおいて明らかにする。1.ペプチド/アテロコラーゲン複合体の筋管における局在性の検討C2C12細胞を分化誘導培地(2%ウマ血清)にて3日間培養後、N末端に蛍光色素(FITC)を付与した合成オリゴペプチドとアテロコラーゲン(AteloGeneTM,高研,東京)を培地に添加した。24時間後にPBSで洗浄後、蛍光顕微鏡にて観察を行い、ペプチド/アテロコラーゲン複合体が筋管細胞に導入されていることを確認した。2.ペプチド/アテロコラーゲン複合体によるIGF-1シグナル抑制阻害作用の検討in vitroにおける筋萎縮モデルとして無血清培地による低栄養培養を使用した。C2C12細胞を分化誘導培地(2%ウマ血清)にて3日間培養後、無血清培地に変更し、ペプチド/アテロコラーゲン複合体を添加した。24時間後に位相差顕微鏡にて筋管の直径を計測したのち、細胞を回収してウエスタンプロット解析を行った。ペプチド/アテロコラーゲン複合体投与により、有意な筋管萎縮抑制とIRS-1の分解抑制が確認された。これまでの結果をもとに、来年度は筋萎縮モデルマウスを用いて合成オリゴペプチドによる個体レベルでの筋萎縮回復効率の検討を行う。初年度の目標は合成オリゴペプチドによるCbl-bのIRS-1ユビキチン化阻害効果がアテロコラーゲンをデリバリー担体として用いることで増大することをin vitroにおいて明らかにすることであった。本目標は達成することができたと共に、これまでの結果は今後行うin vivoでのペプチドの投与条件の決定に使用されるため、今後の研究の進展に寄与するものであった。来年度は筋萎縮モデルマウスを用いて合成オリゴペプチドによる個体レベルでの筋萎縮回復効率の検討を行う合成オリゴペプチドの筋

萎縮改善効果を個体レベルで明らかにするため、筋萎縮モデルマウスにペプチド/アテロコラーゲン複合体を投与する。実験には7週齢のC57BL/6野生型マウス10匹を使用する。筋活動の測定にはテレメトリー長時間自動計測システム(Data Sciences International (DSI), St. Paul, USA)を使用し、ワイヤレスで終日測定を行う。全身麻酔下で筋電図記録用送信器をマウス背部に埋め込み、術後1週間の回復期間ののち2週間尾部懸垂を行う。その間、右側腓腹筋にペプチド/アテロコラーゲン複合体50μlをin vivoでの実験結果をもとに設定した投与条件で直接投与を行うとともに、同部の終日筋活動を測定する。その後、腓腹筋を摘出して、合成オリゴペプチドによるCbl-bのIRS-1のユビキチン化阻害効果を検討するため、組織学、生化学ならびに運動生理学的解析を行う。今後の研究は現有機器で行うため設備備品の計上はなく、実験動物、薬品および器具の購入の費用を消耗品として計上した。その他、研究成果の国内、海外での学会および論文発表に必要な費用や動物飼育費も経費として積算した。なお、次年度への繰越額は消耗品の購入に使用する予定である。
ラクナ梗塞鑑別のためのコンピュータ支援診断

無症候性ラクナ梗塞の存在は,その後に起こり得る重篤な脳梗塞との関係が示唆されているためにその検出は重要である.しかし,ラクナ梗塞は血管周囲腔拡大との鑑別が困難であるとの理由から,すべてのラクナ梗塞を正確に検出することは困難である.本研究の目的は,ラクナ梗塞検出を支援するためのコンピュータ支援診断の開発である.本研究によって得た成果は以下のとおり,(1)ラクナ梗塞と血管周囲腔拡大から,大きさ,形状,信号強度などの画像特徴量を計測し,それらを入力としたニューラルネットワークによってラクナ梗塞と血管周囲腔拡大を鑑別する方法を開発した.109症例を用いた実験の結果,ROC曲線以下の面積は0.945であった.(2)3次元のMRA画像とT2強調画像の融合画像を作成する新技術を開発した.T2強調画像から伸びる血流情報は血管周囲腔拡大の鑑別の重要な手掛かりになる.本研究の成果はMR画像におけるラクナ梗塞の検出支援に有用であると考えられる.無症候性ラクナ梗塞の存在は,その後に起こり得る重篤な脳梗塞との関係が示唆されているためにその検出は重要である.しかし,ラクナ梗塞は血管周囲腔拡大との鑑別が困難であるとの理由から,すべてのラクナ梗塞を正確に検出することは困難である.本研究の目的は,ラクナ梗塞検出を支援するためのコンピュータ支援診断の開発である.本研究によって得た成果は以下のとおり,(1)ラクナ梗塞と血管周囲腔拡大から,大きさ,形状,信号強度などの画像特徴量を計測し,それらを入力としたニューラルネットワークによってラクナ梗塞と血管周囲腔拡大を鑑別する方法を開発した.109症例を用いた実験の結果,ROC曲線以下の面積は0.945であった.(2)3次元のMRA画像とT2強調画像の融合画像を作成する新技術を開発した.T2強調画像から伸びる血流情報は血管周囲腔拡大の鑑別の重要な手掛かりになる.本研究の成果はMR画像におけるラクナ梗塞の検出支援に有用であると考えられる.本研究は,重篤な脳梗塞の予防を目的とした脳MR画像におけるラクナ梗塞のためのコンピュータ支援診断(Computer-Aided Diagnosis :以下, CAD)に関する基礎研究である.無症候性のラクナ梗塞は,脳ドックでしばしば発見される.ラクナ梗塞の存在は,その後に起り得る重篤な脳梗塞との関係が示唆されているため,その検出は重要である.しかし,ラクナ梗塞は血管周囲腔拡大との鑑別が困難であるとの理由から,すべてのラクナ梗塞を正確に検出することは困難である.そこで本研究では,ます,ラクナ梗塞と血管周囲腔拡大の鑑別を支援するCADシステムの開発を行った. 52人の脳MR画像(T1強調画像及びT2強調画像)からなるデータベースを構築し,これらに含まれる89か所のラクナ梗塞と20か所の血管周囲腔拡大の位置を, 2名の神経放射線科医のコンセンサスによって決定した.次に,これらの陰影の特徴を客観的数値で示す技術,及びラクナ梗塞の可能性を数値情報で提示する技術を開発した.まず,トップハット変換をT2強調画像に適用することによって陰影を強調したのち,閾値処理によつて陰影の領域を抽出した.次に,抽出した陰影から大きさ,形,位置,T1強調画像及びT2強調画像の信号値に関する画像特徴量を計測し,それらを入力としたニューラルネットワークによって,ラクナ梗塞と血管周囲腔拡大を鑑別した.本手法をROC(Receiver Operating Characteristic)解析を用いて評価したところ, ROC曲線以下の面積が0.893の結果を得た.本研究は,重篤な脳梗塞の予防を目的とした脳MR画像におけるラクナ梗塞のためのコンピュータ支援診断(Computer-Aided Diagnosis:以下,CAD)に関する基礎研究である.無症候性のラクナ梗塞は,脳ドックでしばしば発見される.ラクナ梗塞の存在は,その後に起り得る重篤な脳梗塞との関係が示唆されているため,その検出は重要である.しかし,ラクナ梗塞は血管周囲腔拡大との鑑別が困難であるとの理由から,すべてのラクナ梗塞を正確に検出することは困難である.本研究の目的は,ラクナ梗塞と血管周囲腔拡大の鑑別を支援するCADシステムの開発である.本年度は,高磁場(3T)のMR装置によって撮影されたT2強調画像とMRA画像の融合画像を作成する技術を開発した.ラクナ梗塞は,脳の細い血管(穿通枝)の動脈硬化によって脳の深部に生じる小さな梗塞である.ラクナ梗塞の場合は,梗塞が起きているためMRA画像では穿通枝は観察できない.一方,血管周囲腔拡大は,穿通枝の周囲の空洞であるため,MRA画像で穿通枝は観察される.高磁場のMR装置を用いれば,穿通枝の情報を観察できることから,この情報を活用すればラクナ梗塞と血管周囲腔拡大の鑑別は容易になる.本研究によって作成した融合画像を用いた場合,血管周囲腔拡大の症例においてT2強調画像の陰影から穿通枝が垂直に伸びていることが確認された.読影医の評価において,診断支援に利用できる有用性を確認した.低磁場(1.5T)及び高磁場(3T)のMR装置から得たそれぞれのMR画像における診断支援システムに関するこれまでの研究成果を論文にまとめるとともに学会で発表を行った.
高温融体の熱物性計測に関する研究

高温融体の熱物性計測に関して3カ年にわたる研究を行って、所期の計画を上回る成果を挙げることができた。主な成果の概要を以下に示す。(1)溶融塩の比熱および融解潜熱については、溶融炭酸塩をはじめとして、各種単塩の高温における温度依存性を研究し、さらにフッ化物を含む混合塩の融点付近での詳細な挙動を明かにした。(2)熱拡散率の測定法に関し、ステップ加熱法に対するふく射の影響を初めて詳細に研究し、熱拡散率の温度依存性が大きく変化することを示した。アルカリ炭酸塩その他についても測定を行った。(3)熱ふく射物性については、高温の溶融塩にたいして、反射測定に基づく方法の開発に成功し、アルカリ硝酸塩その他について系統的な実測値を得ることができた。(4)粘性率については、回転振動法などに加えて、音波の伝搬速度と吸収係数を測定して粘性率を求める方法を開発し、燃料電池用の炭酸塩や塩化物混合塩など、多くの新しい成果を得た。(5)融点と過冷却挙動については、硝酸塩を始め、多くの溶融塩について実測を行い、融点の新しいデ-タを得るとともに、過冷却挙動の観察を行った。(6)熱拡散率の測定としてレ-ザ-フラッシュ法を適用する研究を実施し、誤差要因の検討を行った。高温の硝酸塩、塩化物等について新しい実測値を得た。(7)自然対流挙動に関しては、計算機による解析を行って、磁場を利用した対流抑制効果を研究し、高温融体の熱伝導率測定法を発展させる重要な知見を得た。(8)表面張力に関しては、表面波法による新しい装置を試作し、この方法の高温融体への適用が可能であることを示すことができた。また、熱伝導率については、非定常細線法と強制レイリ-散乱法を適用して、アルカリハライド等の熱伝導率の高温挙動を明らかにした。3年間に計8回の研究打ち合わせを開催し、成果の評価を行った。上記の結果は国内外の会議で研究発表した。分担者連絡会を予定通り3回開催して,全員の討議による緊密な連絡のもとに遂行し,初期の成果を挙げることができた.(1)溶融塩の比熱および融解潜熱(分担者小林清志)Na_2CO_3ならびにK_2CO_3などの比熱を測定し,その温度依存性を1200Kまで明らかにすることができた.(2)溶融塩の熱拡散率(分担者荒木信幸)ステップ加熱法の測定温度範囲の拡張の研究に取組み,アルカリ炭酸塩およびそれらの混合塩について測定を行なった.(3)溶融塩の熱放射特性(分担者牧野俊郎)高温溶融塩に有効な反射測定に基づく実験法を新たに開発するのに成功し,これを用いて硝酸ナトリウム液体などの測定を行なった.(4)溶融塩の粘性率(分担者江島辰彦)高温型燃料電池の開発に重要な溶融アルカリ炭酸共晶塩を対象として,回転振動法による粘性率の研究を行ない,その温度依存性を明らかにした.(5)高温融体の融点と過冷却挙動(分担者福迫尚一郎)融点の測定装置を新たに製作し,KNO_3ならびにNaClの測定を行なった.(6)溶融塩の熱拡散率(分担者原田誠)溶融塩に対してレーザーフラッシュ法を適用する研究を行ない,被測定液体の保持方法などを検討,改良した.これを用いてKNO_3などの測定を実施した.

(7)高温融体の自然対流挙動(分担者尾添紘之)高温融体の熱伝導率測定等の重大な障害となる自然対流挙動について理論的研究を行ない,ローレンツ力による抑制効果を明らかにした.(8)高温融体の表面張力と熱伝導率(分担者長島昭,長坂雄次)表面波法による表面張力の測定装置を新たに製作し,熱伝導率については非定常細線法,強制レイリー散乱法により測定を行った.当初の予定通り、本年度は計3回の分担者連絡会を開催した。以下に概要を記すように、分担者全員の緊密な連絡のもとに予定通りの成果を挙げることができた。(1)溶融塩の比熱および融解潜熱(分担者小林清志)炭酸塩とその混合塩に焦点を絞って実験的に研究し、雰囲気の違いや分解の影響を考慮しつつその温度依存性を明らかにした。(2)溶融塩の熱拡散率(分担者荒木信幸)ステップ加熱法による熱拡散率の測定について、ふく射の影響を詳細に調べ、興味深い知見を得た。あわせて、比熱や密度も測定した。(3)溶融塩の熱放射特性(分担者牧野俊郎)溶融アルカリ硝酸塩および塩化物塩のふく射物性を研究し、また伝導・ふく射共存伝熱の塩の分光物性に基く評価研究も行った。(4)溶融塩の粘性率(分担者江島辰彦)ZnCl_2-MCl(M:Na.K)2成分系融体の音波の伝播速度と吸収係数を測定して粘性率を求める方法を研究し、温度依存性などに新しい成果を得た。(5)高温融体の融点と過冷却挙動(分担者福迫尚一郎)NaNO_2をはじめ10数種類の溶融塩について融点の高精度測定を行なった。また過冷却挙動と冷却速度の関係なども研究した。(6)溶融塩の熱伝導率(分担者原田誠)レーザーフラッシュ法の誤差要因について実験的考察を行ない、NaNO_3、KClなどの測定を行なった。(7)高温融体の自然対流挙動(分担者尾添紘之)導電性流体の熱伝導率測定を想定して、外部磁場印加の効果について数値解析会席を行ない、対流抑制、効果を研究した。(8)高温融体の熱伝導率と表面張力(長島昭、長坂雄次)光学的方法によるNaClなどの熱伝導率測定と、表面張力装置の製作と予備実験を行った。第3年度(最終年度)として予定通りの研究を進めることができ、下記のような成果を挙げることができた。(1)アルカリ炭酸塩、アルカリハライドなど単塩について、融点、音速屈折率、温度伝導率その他の測定を行ない、約1300Kまでの高温域にわたる系統的デ-タを得ることができた。(2)混合塩については、3成分系共融塩の比熱、融解潜熱、その他さらに炭酸塩混合物の粘性率などの測定を行ない、温度依存在を明らかにした。(3)ビジネス・ゲルマニウム融体の熱伝導率測定技術、熱伝導率測定に対するふく射の影響、高温融体の表面張力測定など、測定技術の開発に新しい知見を得た。(4)自然対流挙動のシミュレ-ションにより、磁場による対流抑制効果を明らかにした。(5)塩化物融体などのふく射物性の測定を初めて行ない、実測値を得ることができた。(6)過冷却挙動や混合系の潜熱に対する融点偏移効果について研究し、新しい知見を得た。(7)上記の結果のうち、数値デ-タについては、高温融体の熱物性値デ-タベ-スを作成した。年間2回の研究打ち合わせを開催し、分担者全員の出席を得て討論ならびに結果の評価を行なった。
新規動物モデルを用いた造血器腫瘍に対する細胞免疫療法の抗腫瘍効果及び安全性の確立

1.マウス造血細胞中sidepopulation細胞を用いたマウス移植系確立の基礎検討:マウス造血細胞をHoechst33342色素(Ho)で染色しsidepopulation形質をもつ細胞群ともたない細胞群で造血幹細胞の分布を検討した(Canada国Vancouver、British Columbia癌研究所のEaves教授との共同研究)。これによってマウスを用いた実験系の基本的手技と解析方法を体得した。2.ヒト白血病細胞キメラマウスの作成:NOD/scidマウスに4.5GyのX線照射後にHLA-A24陽性のヒト白血病細胞株MEG01、KAZZ、KCL22、陰性のIIL60、NB4をそれぞれ1x10^7個静注した。4週以降骨髄吸引細胞中にIIL60のみが検出でき、他の細胞株は骨髄に定着しなかった。以上より本モデルにおいて細胞株としてHL60が最適と考えられた。ヒト急性骨髄性白血病患者末梢血細胞・骨髄細胞を同様にX線照射したマウスに静注したところ、サンプル1は4週後に5匹すべてにヒト細胞の生着を認めた(マウス骨髄細胞中の212%)。サンプル2は9匹中5匹(同219%)にヒト細胞が生着した。以上から、ヒト白血病細胞、白血病細胞株が生着したキメラマウスを再現性高い状態で作成する系を構築できた。3.ヒト白血病細胞キメラマウスに対する細胞免疫療法:上記2で作成したHL60細胞を静注したキメラマウスに34週後にヒト臍帯血細胞を4.5Gy放射線照射後に静注した。その7週後に骨髄吸引細胞中のヒト細胞のキメリズムを検討したところ、生存していた3匹全員に高いヒト細胞の生着を認めた(6089%)。生着したヒトCD45陽性細胞の90%以上はHLA-A24陽性の臍帯血細胞であった。以上から本モデルがin vivoでの細胞免疫療法を検討するに十分なものであると考えられた。I.ヒト正常細胞キメラマウスの作成:1.カナダ国テリーフォックス研究所のEaves教授より供与された免疫不全マウスであるNOD/scidマウス及びnude NOD/scidの安定したbreeding conditionを確立し、常時数十匹が供給可能となった。2.NOD/scidマウス、nude NOD/scidマウスに300450cGyの放射線を線量率7.515Rad/minで照射したのちにヒト臍帯血単核球12x10^7個を輸注した。これまでのところ、400cGy、7.5Rad/minを照射したすべてのNOD/scidマウスででヒト細胞の生着が移植後8週目まで確認された。それ以上では2週間後にすべて放射線障害で死亡、それ以下ではヒト細胞の生着が認められなかったnude NOD/scidを用いてヒト臍帯血及び白血病患者骨髄細胞を輸注して現在経過観察中である。1.C57B16Jマウスの胎児肝、若年マウス骨髄(3週齢)中の造血幹細胞が、成体マウス骨髄(810週齢)同様にSP分画に存在するかどうかを同系移植を用いて検討し、それらのほとんどが成体マウス骨髄と反対に非SP分画に存在することがわかった。2.成体マウス骨髄中の造血幹細胞が、5-fluorouracilを用いたin vivoでの、あるいはサイトカイン添加培養によるin vitroでの活性化によって、もともと保有するSP形質を部分的に失うことを、同様の同系移植を用いて証明した。

生着したヒトCD45陽性細胞の90%以上はHLA-A24陽性の臍帯血細胞であった。以上から本モデルがin vivoでの細胞免疫療法を検討するに十分なものであると考えられた。
モデル予測制御の組込みＣＰＵへの実装と移動ロボットの制御

モデル予測制御(Model Predictive Control: MPC)は制約条件を満たしながら最適な運動を実現できるが,計算コストが高いことが実装上の問題点とされてきた.本研究は,移動ロボットの組込みCPUをターゲットとして,最適化計算のコスト削減による実装を目的としている.本研究では,入力・状態計算の非線形変換,リアルタイム処理における最適化計算への割り込み回避,評価関数への制約条件の組込みによる次数低減化を通じて,次の成果を得た.(a)全方向移動車両の操舵角度の飽和や切り替えしを回避した軌道追従制御の実現,(b)前輪操舵型移動ロボットの障害物回避と車庫入れ制御の実現.脚車輪型移動ロボットの組込みCPUにモデル予測制御則をリアルタイム実装するために,モデル予測制御側の計算の高速化に取り組んだ.脚車輪型移動ロボットのモデル予測制御については,昨年度実装した4脚を統合した制御方法において,計算時間が大きく高速走行が困難であったことを踏まえ,それらを分割して4脚をサンプリングごとに順に繰返し計算し,低次元化により毎サンプリングの計算時間を抑制する計算方法の開発に取り組んだ.本年度はシミュレーションによって,各脚の経路追従制御が可能であることを確認した.また,障害物による移動範囲の制約や操舵角度の可動範囲の制約を満たしながら,経路追従制御を実現する手法に取り組み,4輪独立操舵車両の実機実験で性能の改善を検証した.具体的には,LRSを用いた障害物回避手法であるファジーポテンシャル法で計算した経路を参照経路として,モデル予測制御によって操舵や車輪回転角速度の物理特性を考慮した運動を実現した.また,関節角度の制約と特異状態を考慮した経路追従制御を達成するために,操舵角速度と車輪回転加速度を入力として操舵角度の制約を陽に考慮した,計算コストの低いモデル予測経路追従制御則の開発に取り組み,実験でその結果を検証した.さらにロボットの自己位置を推定する手法の改善にも取り組んだ.LRSによる自己位置推定については,準ニュートン法に基づく可変重み型カルマンフィルタの性能を実験で検証し,その有効性を示した.また,前輪操舵車両を用いた時間軸状態制御形による低次元化手法の性能改善のために,経路を仮想時間軸とする時間軸状態制御形により,経路追従性を改善した.加えて,組込みCPUに非線形タイヤモデルを考慮した制御則を実装し,前輪操舵車両のタイヤ力の飽和を考慮した経路追従制御を実現した.モデル予測制御(Model Predictive Control: MPC)は制約条件を満たしながら最適な運動を実現できるが,計算コストが高いことが実装上の問題点とされてきた.本研究は,移動ロボットの組込みCPUをターゲットとして,最適化計算のコスト削減による実装を目的としている.本研究では,入力・状態計算の非線形変換,リアルタイム処理における最適化計算への割り込み回避,評価関数への制約条件の組込みによる次数低減化を通じて,次の成果を得た.(a)全方向移動車両の操舵角度の飽和や切り替えしを回避した軌道追従制御の実現,(b)前輪操舵型移動ロボットの障害物回避と車庫入れ制御の実現.【4輪独立操舵・駆動車両のMPC】4輪を独立に操舵・駆動できる全方向移動車両は,狭隘な環境での運用に適するが,車輪操舵角度の制限を考慮した制御が求められる.そこで,MPCにより操舵角の制限を陽に考慮した制御側を構築し,クロック周波数が80MHzの組込みCPUのSH7058Fに実装した.その結果,目標軌道追従性を保ちながら,操舵角度制限を考慮しない場合に発生した切返しを回避して連続な操舵角度を実現し,障害物回避に成功した.【計算速度高速化の検証】非線形MPCでは一般に計算量が増加する.そこで,前輪操舵車両を対象として,時間軸状態変換を適用してサブシステムに分解して線形化し,経路追従問題にMPCを適用した.その結果,組込みCPUのAMD Geode(クロック周波数は500MHz)のリアルタイム制御と,障害物回避を含んだ車庫入れ制御を実現した.【脚車輪型移動車両のMPC】脚車輪型移動ロボットを対象として,関節角度を状態変数にとり,さらに角度の制約を陽に考慮したMPC則を導出し,障害物回避シミュレーションにおいてその有効性を検証した.予想通り制御性能は高いが計算コストが高いことを確認した.今後は前述の非線形変換などによる計算の効率化によって計算速度を向上させ,平成25年度以降の研究において,組込みCPUへの実装を目指す.【車輪の横滑りを考慮した運動制御】移動ロボットで動力学モデルに基づくMPCを実現するための準備として,より簡単なモデルで記述される自動車型の車両において,車輪に横滑りを有するダイナミックスに対するMPCを構築し,その有効性を検証した.【車両の自己位置推定】移動ロボットの位置・方向角の高精度計測を実現するために,レーザー測域センサによる周囲形状の計測結果を環境地図に対して数値最適化により適合し,拡張カルマンフィルタにより推定精度を向上させた.モデル予測制御(MPC: Model Predictive Control)は制約条件を満たしながら最適な運動を実現できるが,計算コストが高いことが実装上の問題となってきた.本研究は移動ロボットの制御用組込みCPUをターゲットに,最適化計算のコストの削減による実装を目指すものである.

平成26年度は,移動ロボットに実装した組込みCPU用MPCのプログラムの性能を実験を通じて検証した.また,経路追従性後に必要なLRF計測値に基づくMHE(Moving Horizon Estimation)による自己位置推定手法を確立した.さらに,車輪に横滑りを有する前輪操舵車両へのMPCの手法を開発した.具体的な成果は下記の通り.(a)全方向移動ロボットに対して,運動学計算によって生じる幾何学的な制約条件をステージコストに組み込むことによって,計算速度を改善したMPCのリアルタイムプログラムを開発した.さらにそれを組込みCPU(SH7058F,80MHz)に実装し,リアルタイム制御実験を行った.その結果,操舵角度の飽和や切返しなど抑制した軌道追従制御を実現し,実験を通じて有効性を実証することができた.(b)移動ロボットの自己位置推定のために,MHEによるLRFデータに対する自己位置推定法を開発した.その結果,間欠的な計測時にもロバストに自己位置推定する手法を実機で実現した.(c)タイヤに横滑りを有する車両に対するMPCを実現するために,時間軸状態制御系による低次元化とタイヤ力飽和を考慮した制御則や,タイヤ横滑り角の制約を考慮した制御手法を開発し,その有効性を検証した.制御工学平成25年度は,(1)脚車輪型移動ロボットのモデル予測制御における,計算コストの削減による走行速度の高速化,(2)車輪型移動ロボットの移動範囲やアクチュエータ可動範囲などの制約範囲の考慮,(3)LRSによる自己位置推定性能の向上,(4)経路追従制御手法の改善,(5)タイヤ力配分制御の実装,に取り組んだ.(1)の脚車輪型移動ロボットのモデル予測制御の計算コストについては,昨年度実装した4脚を統合した制御方法において計算時間が大きかったことを踏まえ,それらを分割して4脚をサンプリングごとに順に繰返し計算し,低次元化により毎サンプリングの計算時間を抑制する計算方法の開発に取り組んだ.本年度はシミュレーションによって,各脚の経路追従制御が可能であることまでを確認した.今後は実装を進める必要がある.(2)については,参照軌道の生成にファジーポテンシャル法を導入し,障害物の回避軌道の参照値をLRSからリアルタイムに求め,モデル予測制御による入力と追従性能の最適化を行い,4輪操舵車両型移動ロボットにおいて性能の改善を確認した.並行して,アクチュエータの可動範囲と入力の連続性を実現する計算コストを抑制した制御手法の開発に取り組み,従来手法より優れることを実験的に検証した.(3)のLRSによる自己位置推定については,準ニュートン法に基づく可変重み型カルマンフィルタの性能を実験で検証し,その有効性を示した.今後も最適化計算の改良に取り組み,速度を向上させる必要がある.(4)については,前年の前輪操舵車両を用いた時間軸状態制御形による低次元化手法の性能改善のために,経路を仮想時間軸とする時間軸状態制御形を導出し,経路追従性を改善した.(5)については,非線形タイヤモデルを考慮した制御則を組込みCPUに実装し,前輪操舵車両のタイヤ力の飽和を考慮した経路追従制御を実験で検証し,その有効性を示した.平成24年度の主な目標である(1)組込みCPU用モデル予測制御のプログラムの開発,(2)低速走行時のモデル予測制御による障害物回避