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海外日本語学習者への運用力養成のためのシャドーイング研究-「できる」への実践-

シャドーイングとは、聴覚に入力された言語音を正確にそのまま口頭再生する作業のことであり、通訳の訓練法として知られている。この訓練法を用いて、即時的な言語産出能力の養成に効果があるかどうかを海外の日本語学習者を対象として検証した米国・ニュージーランド・韓国・中国・台湾・タイ・オーストリアの7ヵ国の中等・高等教育機関の学生に対し、複数の要因を設定し、実験調査を行った結果、効果があることが明らかになったシャドーイングとは、聴覚に入力された言語音を正確にそのまま口頭再生する作業のことであり、通訳の訓練法として知られている。この訓練法を用いて、即時的な言語産出能力の養成に効果があるかどうかを海外の日本語学習者を対象として検証した米国・ニュージーランド・韓国・中国・台湾・タイ・オーストリアの7ヵ国の中等・高等教育機関の学生に対し、複数の要因を設定し、実験調査を行った結果、効果があることが明らかになった■本科研では以下の3点を目的として研究を行う。(1)第二言語習得研究の視点からシャドーイングのメカニズムを分析し、海外における日本語学習のニーズをふまえた運用能力養成の可能性を検討する。(2)海外の教育機関(7カ国)でシャドーイングを実施し、環境に応じた指導法を提案する。(3)具体的な教材試案を作成し、レベルと学習環境に対応した評価方法を探る。■平成21年度に実施した研究の成果は以下の通りである。(i)中等・高等教育のニーズ調査(基礎研究A・B)海外の教育機関(米国・台湾・韓国)の中等・高等教育機関に視察し、日本語学習者のニーズ調査および協力機関の教師へのアンケート調査を行い、ニーズ分析を行った。(ii)シャドーイング・セミナー(「シャドーイングを日本語指導へ-理論と実践を学ぶ-」)の開催海外7カ国9地域の協力研究者に来日を要請し、シャドーイングに関する研修を実施、各地域での実践報告や情報交換を行った。(iii)実施に向けての計画立案(基礎研究C)それぞれの海外での日本語学習者のニーズ分析や日本語教育事情の把握をふまえ、シャドーイングの実践の可能性を検討する。具体的には、実施デザインを報告書として提出し、2010年春夏に第1回目のシャドーイング導入の実験調査を実施する計画である。その成果は、2010年台北で開催される日本語教育国際研究大会で発表(パネルセッションほか)する予定である。平成22年度に関する計画は、海外の教育現場でのパイロット調査としての実践と成果発表であった。(1)各教育機関での実施可能性の検討海外6カ国・地域の各教育機関の担当者によるシャドーイングの実践を開始し、その可能性を検討した。それぞれの機関で、プロソディ分析や外来語の発音、効果検証などの目的を設定し、一定期間実施、その成果を台北市で開かれた国際会議で発表を行った。(2)国際会議において成果発表2010年7月31日8月1日、国立政治大学(台北市)で開催された2010年度日本語教育国際研究大会においてパネルセッションおよびポスター発表を行った。・「外来語の発音矯正の観点」(タマサート大学)・「語彙力と文法力の観点」(アリゾナ大学)・「速聴との比較の観点」(国立台中技術学院)・「難易度の観点」(オークランド大学)・初級者にとってのシャドーイングの効果ユーバーゼー高校における授業の試み(オーストリア)(3)台中市の国立台中技術学院においてシンポジウムを開催日本語の専門家を育成する台中技術学院で、台中市の日本語・英語の教員や院生を対象として、シャドーイングのシンポジウムを開催した。(4)第二言語習得研究と関連づけたシャドーイングの論文を発表(依頼論文2件)3年間の研究を以下の三期に分けて報告する。◆第一期(2009)ニーズ調査期海外の日本語学習者の実態を把握するために、各地域の教育機関を視察し、中等教育と高等教育のそれぞれのニーズを調査した。その上で、研究全体のグランドプランを策定し、2009年1月には研究関係者が広島に集合し、研究開始にあたっての研修を行った。◆第二期実践研究期世界の各機関において、担当者によるシャドーイングの勉強と実際にシャドーイングを体験しながら、調査計画を立案し、パイロット調査を経て、本調査を実施した。まだ実践段階ではあったが、台北(台湾)で開催された国際大会で一部の成果を発表し、台中(台湾)では、メンバーの所属大学で本研究を基盤としたシンポジウムを開催した。◆第三期成果発表期2011年6月の日本教育心理学会の大会を皮切りに、2012年3月のカナダ・トロントでのAATJまで、日本語教育関連、言語学関連の国内外の学会や国際シンポジウムにおいて、成果発表を行った。本研究により、シャドーイングによる人形劇、映像コマーシャルのアフレコなど、海外の日本語学習者のシャドーイングの画期的な取り組みが紹介された。具体的な発表内容については、論文・口頭発表の項を参照。初年度2009年度、7カ国・地域から研究協力者が広島に集合しての国際セミナーの開始を皮切りに、この3年間、さまざまな研究会や講演会で招聘され、国内外の多くの方々に本プロジェクトに基づくシャドーイング研究で得られた成果を示し、日本語教育におけるシャドーイングの効果と実践を示した。
鯨類のマクロファージの分布と機能的役割に関する研究

潜水に伴い心・血管系に機能的な変化が起こる鯨類では、大量の血液が通過する肝循環に独自の進化があると考えられた。本研究では、特に類洞の微小循環調節に関わるとされる肝星細胞(HSC)に着目した組織学的研究を行い、以下の成績を得た。調べた動物はハクジラ亜目のコビレゴンドウ(Globicephala macrorhynchus)21頭とハンドウイルカ(Tursiops truncatus)7頭である。両鯨類のHSCは、筋細胞の中間径細糸であるDesminおよび筋細胞の収縮蛋白である平滑筋actin(SM-actin)を強発現した。またSM-actin陽性HSCは対の収縮蛋白である平滑筋myosinを共発現したことから、収縮能を持つ可能性が考えられた。特筆すべきは、これらのHSCが陸棲哺乳類の知見と相反し小葉中心帯に偏在していたことである。これは潜水応答により発生する徐脈と関連があると考えられ、HSCは収縮蛋白や細胞外基質産生を駆使し、過剰な類洞の拡張を押さえ肝細胞障害を防いでいると考えられた。HSCの収縮には神経性とホルモン性の両因子が関わるが、両鯨類ではアミン作動性交感神経の積極的な分布が肝小葉内に見られず、神経因子の関わる比重は少ないと考えられた。ホルモン性因子として類洞内皮細胞の産生するエンドセリン-1が上げられたが、抗体の交差性の問題からHSC上のエンドセリン受容体の検出は成功せず、今後の課題として残った。また、SM-actin陽性HSCは活性化型HSCであると考えられたため、HSCの活性化に関わるTGF-βの検出を行ったが成功に至らず、産生細胞であるKupffer細胞との関わりについても今後の課題として残った。また、ハンドウイルカではアミン作動性神経に支配された筋性終末門脈枝もまた肝小葉内へ流入する血液量が制限することで肝循環に関与すると考えられた。ハクジラ亜目6種(マゴンドウ、ハナゴンドウ、バンドウイルカ、スジイルカ、マダライルカ、ツチクジラ)の肝臓と肺の在住マクロファージの形態学的解析を行い、以下の成果を得た。1.肝臓Kupffer細胞は豊富な胞体を示し、特徴的な黒色顆粒を多量に含んでいた。顆粒はライソゾーム内に存在し、微細構造および特殊染色からリポフスチンであると考えられた。また顆粒を含むKupffer細胞の分布は小葉中心帯に偏り、同部位の肝細胞内にもリポフスチンが多く見られたことから、肝細胞からexocytosisにより排出されたリポフスチンをKupffer細胞が盛んに貪食していると考えられた。不要物の貪食作用だけでなく、Kupffer細胞は肝星細胞のデスミンとα-平滑筋アクチン(α-SMA)蛋白の発現および血管周囲細胞としての機能発現に関わっている可能性が挙げられた。鯨類の肝臓では小葉中心性の類洞拡張が顕著であり、その周囲のDisse腔では肝星細胞のデスミンおよびα-SMA蛋白の発現が著しく観察された。そして、それらの肝星細胞と抗マクロファージ抗体・SRA-E5陽性Kupffer細胞との間に相関関係が認められている。2.肺ハクジラ亜目6種の肺で肺血管内マクロファージ(PIM)の存在をSRA-E5を用いた免疫染色および電顕観察で確定した。PIMは限られた動物種にのみ存在する肺在住マクロファージであり、鯨類での発見は初である。細胞質には活発なendocytosisが観察され、PIMはKupffer細胞と同様に血液の清掃を行っていると思われた。また、PIMはグラム陰性細菌のLPSを結合することで急性肺障害を誘導することが報告されている。感染症による肺疾患は小型鯨類の主な死因であるにも関わらず、鯨類の肺の病態生理は不明であり、PIMの発見はこの分野の研究の進展を促すと考えられた。

また、SM-actin陽性HSCは活性化型HSCであると考えられたため、HSCの活性化に関わるTGF-βの検出を行ったが成功に至らず、産生細胞であるKupffer細胞との関わりについても今後の課題として残った。また、ハンドウイルカではアミン作動性神経に支配された筋性終末門脈枝もまた肝小葉内へ流入する血液量が制限することで肝循環に関与すると考えられた。
グリオトランスミッターの機能解析

神経細胞の機能を支える細胞であるアストログリアから放出されるグリオトランスミッターの分泌に関わっているグリア細胞内のカルシウム濃度を可変的に調節できるトランスジェニックマウス系統について、電子顕微鏡解析により、海馬のトリパータイトシナプスの微細構造がカルシウム濃度を抑制させることよって変化することを見出した。これらの結果は、グリオトランスミッターの放出を誘導するカルシウム濃度の上昇がトリパータイトシナプスの構造制御に関わっていることを示す最初の発見である。本研究の目的は、従来、脳の支持細胞として位置づけられてきたアストロサイトの生体脳における役割の一端を明らかにするものである。そこでアストロサイトに由来する物質分泌すなわちグリオトランスミッターの放出が神経シナプスの形態構築や生理機能にどのような影響を及ぼすのかについて、アストロサイトで特異的に遺伝子発現を誘導するモデルマウスを用いて解析を行なった。本年度は理化学研究所との共同研究によって、いわゆる「Tet-Off」実験系を利用したアストロサイト特異的なグリオトランスミッターの開口放出を誘導しうるのに必要なカルシウム濃度の上昇をモデュレートするトランスジェニックマウス系統(IP3-sponge Tg)において形態学的に解析を行なった。このTgマウス系統のアストロサイトにおいてどの程度の精度と割合で細胞内カルシウム濃度が変化させうるのかについて、導入遺伝子の発現指標となるLacZレポーターと内在性アストロサイトマーカータンパク質であるS100bとの共染色法によって定量的に分析したところ、大脳皮質体性感覚野、海馬(CA1およびDG)および扁桃体などにおいてほぼ100%(一部、海馬DGでは92%)の細胞で正確にその効果を発現しうることが明らかとなった。また、海馬CA1領域において、アストロサイトの足突起がシナプスを取り囲む構造であるトリパータイトシナプスの微細構造を電顕レベルでその接するパターンから4つのタイプに分類して解析した結果、アストロサイト内のカルシウム動態を変化させたTgマウスでは、足突起と接しないタイプのシナプスの形成頻度が有為に亢進していた。以上のことにより、アストロサイトで特異的に細胞内カルシウム動態を変化させることによって微細構造レベルでの異常が誘起され、生理学的なグリオトランスミッターの開口放出過程にも何らかの障害がもたらされている可能性が推測される。理化学研究所の行動遺伝学技術開発チームとの共同研究により、グリオトランスミッターの開口放出を誘導する際のカルシウム濃度上昇をモデュレートしたトランスジェニックマウス系統(IP3-sponge Tg)において、このマウスの海馬CA1領域でトリパータイトシナプスの微細構造が変化していることを電顕レベルで見出した。そこで、このような変化がドキシサイクリン(Dox)投与によってカルシウム濃度を人為的に変化させることによってどのような影響を受けるのかについて検討した。母体を通して胎生期以前よりDoxを投与することによってカルシウム濃度上昇を抑制的に作用するIP3-spongeの発現を抑制したマウス群と、Dox投与を行わず、IP3-spongeの発現を抑制しなかったマウス群において、トリパータイトシナプスの微細構造の変化を電顕レベルで解析した。アストロサイトの足突起がシナプスを取り囲む構造であるトリパータイトシナプスの微細構造の評価は、足突起がシナプス前膜および後膜と接するパターンから4つのタイプに分類してそれらの分布比を計測した。その結果、Doxを投与した野生型マウス群とDox投与によりIP3-spongeの発現を抑制したIP3-sponge Tgマウス群では、非投与群の野生型マウス群と同様にトリパータイトシナプスの微細構造に違いは見られなかったが、Dox投与を行わなかったIP3-sponge Tgマウス群では、足突起と接しないタイプのシナプスの形成頻度が有為に増加していた。これらの結果は、グリオトランスミッターの放出を誘導しうるのに必要なカルシウム濃度上昇がトリパータイトシナプスの構造制御に関わっている可能性を示唆する。理化学研究所行動遺伝学技術開発チームによって作製されたグリオトランスミッター(GT)の開口放出に関わると考えられるアストログリア細胞内のカルシウム濃度をモデュレートするトランスジェニックマウス系統(IP3-sponge Tg)について形態学的および生化学的解析を行った。電顕解析により、海馬CA1のトリパータイトシナプス(Ts)の微細構造は、カルシウム濃度を抑制するIP3-spongeの発現によってアストログリアの足突起と接していないシナプスの形成頻度が有為に増加していたが、ドキシサイクリン(Dox)の投与によってIP3-spongeの発現を抑制すると、Ts形態に変化は生じなかった。これらの結果から、GTの放出を誘導しうるのに必要なカルシウム濃度の上昇がTsの構造制御に関わっていることが示唆された。また、IP3-spongeの発現量を調べるため、融合タグであるGSTタンパク質を指標とし、前脳で発現するGST量をイムノブロット法で定量し、免疫組織化学によって計測した組織体積当たりのアストログリア細胞数からモル分子数を外挿し、単一細胞当たりの発現分子数を約4500(組織重量当たり6.5pg/mg)と算出した。また、Dox投与によって発現分子数は著しく減少した。

次に、Tgマウスの海馬アストログリアに発現するマーカータンパク質であるGFAPおよびGLP-1について、発現を解析したところ、GFAPの発現低下を認めた。そこで、細胞骨格系タンパク質であるGFAPの発現低下がTsの構造変化に関与しうるのかについてGFAP-KOマウスで同様に解析したところ、GFAP欠損下では変化が起きていなかった。以上の結果から、このTgマウスは、アストログリアで特異的に細胞内カルシウム動態を変化させるのに有効なモデルマウスであること、Tsの構造変化にはGFAPが原発性ではないことが示された。アストロサイトのカルシウム濃度の変化がトリパータイトシナプスの構造変化に関わっているという重要な知見が得られた。これはグリオトランスミッターの放出機序の理解につながる基礎となる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、グリオトランスミッターの放出過程に直接的に関与する機構を遺伝学的に操作したTeTXトランスジェニックマウス系統の解析を進める。
SECカラム中で分離されている高分子の中性子散乱による直接コンフォメーション解析

シリカゲルからなるSECカラムを使用し、充填粒子の細孔構造評価をSEM、TEMおよび3D-TEMを用いて行った。SEM観察より、シリカゲル粒子は粒径分布が狭く、平均粒径が約9μmを有することが確認された。またシリカゲル粒子の超薄切片のTEM観察より、細孔はゲル内部まで均一に存在していることが確認された。さらにゲル粒子内部を3次元TEM観察したところ、シリカゲル内部は3次元共連続網目構造をとっており、最大空隙サイズは実測で最大60nm程度と見積もられた。また、カラム中の粒子の充填構造をSEM観察したところ、ゲル粒子間には多数の隙間が存在し、ゲル粒子は最密充填されていないことも確認された。SECカラムとして市販のシリカゲルカラムを使用し、シリカゲル粒子の細孔構造評価をSEM、TEMおよび3D-TEMを用いて行った。さらにゲル粒子内部を3次元TEMによって観察したところ、シリカゲル内部は3次元共連続網目構造をとっており、最大空隙サイズ(=細孔径)は実測で最大60nm程度と見積もられた。重合架橋したカラム中のシリカゲル粒子の充填構造をSEMで観察したところ、ゲル粒子間には多数の隙間が存在し、ゲル粒子は最密充填されていないことも確認された。このカラムを用いてポリスチレンの良溶媒であるTHF中、SEC測定を行った。カラムの分離可能分子量は5k≦Mw≦430kであった。排除限界分子量430kにおけるTHF中のポリスチレンの拡がりは、回転直径60nmに相当する。これは3D-TEMから見積もった最大細孔径と一致していることが確認された。溶離液にDEM(θ溶媒)、MEK(中間溶媒)を用いて同様にSEC測定を行ったところ、THF、MEK、DEMの順で良溶媒性が低下するほど溶出が遅くなり、排除限界分子量も大きくなることが確認された。さらに、小角中性子散乱(SANS)測定を行うため、特注の純アルミ製カラムを作製し、上述の構造解析が行われたゲル粒子を充填したカラムを作成した。この1年間の中で韓国原子力研究所HANAROの40m-SANSのビームタイムを2回に確保した(2014年7月、および2015年2月)。しかし、いずれもHANAROにおけるトラブル(第1回目は研究所内の火災、第2回目は韓国政府による安全チェック)により、測定日直前にビームタイムがキャンセルになり、測定は実現しなかった。高分子物性
都市の少子化現象の原因と対策に関する実証的研究

少子化の原因は既婚者出生率の低下と未婚率の増加に大別されるので、両方への目配りをする少子化克服のための必要十分条件を考えることが重要である。そのために私は、少子化克服3本柱を提起してきた。まず、既婚未婚を問わず、子どもがいてもいなくても、皆で取り組むことを社会全体での取組と見て、30歳以上の国民全体で「子育て基金」を立ち上げることを最優先事項とする。2つのコミュニティにおける実証研究で明らかになったように、高い合計特殊出生率の富良野市のほうが低い白老町よりも「子育て基金」に好意的であり、それは社会的凝集性の差であると考えられる。比較調査では、ジェンダーの視点でもジェネレーションの立場からも、「子育て基金賛成派」は社会的凝集性の程度が高い住民類型に顕著に認められるという結果が読み取れたので、少子化問題解決にはコミュニティにおける社会的凝集性を高める処方箋の有効性が指摘できる。そのためには、少子化対策としての地域の子育て支援がある。これは地域社会レベルで行政やNPO等がきっかけ作りをして人を集め、そこで自主的なグループが作られ、経験の交流としてのコミュニティを発生させることが、子育て支援活動が地域に根付くことになり、少子化克服への第一歩にもなりうる。1.本研究は21世紀前半における日本社会の最大の内圧になる高齢社会の根源の一つである少子化をテーマとして、その現状を分析し、将来世代と社会をめぐる誠実な考え方を提示しようとする試みである。2.政令指定都市における少子化を研究テーマとして、本年度の研究方法としては、文献研究、グループインタビュー調査を行ってきた。3.少子化現家が個人の合理性(子育てしない方が得する)と社会的非合理性(少子化の結果社会経済的活力が低下して、公共財が喪失し、全員が損する)の応用問題として仮説を構成した。4.さらに、少子化が進行する21世紀の子どもを、老若男女すべての人がそれから利益を受けることができる社会資源としての公共財として理解した。そこから少子化の原因のひとつに、子ども育成に貢献せずに、公共財としての子どもからの便益を受け取ろうとする人間類型を抽出して、これに子育てフリーライダーと命名した。5.文献研究やグループインタビュー調査からは、21世紀の少子化対策が地方分権の試金石であること、この認識を基盤として,男女共同参画を超えた世代論の立場からの独自な子育て共同参画社会づくりを始めることの重要性が示唆された。一般化された原則は以下の3点である。(1)少子化対策費用での男女の個人的負担格差に配慮して、平等と公平について見直す。(2)公平な少子化対策を、世代内負担と世代間負担の社会的共有を基盤として作り直す。(3)少子化対策の個人的で短期的利益を超えて、長期にわたる社会的と個人的損失にも配慮する。本年度は、これまでの研究実績を受けて、2003年8月に富良野市民500人調査を行った。最終的な有効回収票は378票で、有効回収率は75.6%である。都市調査としては成功と評価できる回収率であり、現在は分担者ともども、鋭意データの分析中である。調査の主な課題は、少子化の原因になっている市民の経済的負担、時間的負担、肉体的負担、精神的負担についての分析と、「社会全体」での取り組みを具象化した「子育て基金」についての市民の判断の解明にある。富良野市民データを利用しつつ、個別から全体像を構築する。「社会全体」を国、自治体、企業、産んだ親の四者に想定した従来からの負担解消の方法についての男女差結果を見ると、四者による経済的負担については男女ともに賛成が多いが、その格差は歴然としていて、四者へのこだわりは男性よりも女性に多かった。しかし、介護保険の理念に立脚した「社会全体」での負担は、市民には受け入れられたとはいえず、さらに「子育てフリーライダー」まで巻き込んだ「社会全体」での負担の男女差も確認できなかった。今後10年間での主体には「国、自治体、企業、産んだ親の四者」を超えるものが想定されなければ、不公平感が国民各層に増幅し、「子育て支援」そのものが長続きしない。

これらを踏まえると、新年度全国的に開始される「次世代育成」のための「行動計画」策定では、「社会全体」の定義を最優先し、定義された「社会全体」を巻き込む政策づくりや制度化の方向性の確定が筆頭課題になるから、最終年度ではその方向性を探求したい。社会的凝集性を、社会システムにおける個人中心の対極にある社会性に富んだ概念であると理解して、その下位概念である連帯性の指標を友人、近隣、親戚、集団参加などに分割し、もう一つの規範意識の指標には「自由意識」を転用した。ここでの研究課題は、操作化された社会的凝集性指標が、合計特殊出生率で表示されたコミュニティの少子化現象にどのような関わりを示すかの解明にあった。少子化現象の研究に社会的凝集性概念を応用した結果、合計特殊出生率が高い富良野市と低い白老町との間に、子育て世代である若年の「近隣関係の程度」と「近所づきあい親しさ」において明瞭な差異が検出できた。すなわち、これらの指標から、高い出生率と親密な近隣すなわち高い連帯性との関連が把握できたのである。連帯性レベルでみると、世代ごとにも男女別でも比較すると、合計特殊出生率が高い富良野市のほうで白老町よりも社会的凝集性が高かった。また規範意識を分析しても、少子化が進んでいる白老町の規範意識が弱く、高い出生力を維持する富良野市での規範意識が強いことが明らかになったのである。本年度実施したコミュニティ比較分析から、合計特殊出生率の高さは関係面でも意識面でも社会的凝集性の程度の高さで大きく左右されると結論できる。
成育医療における骨・靭帯の生分解性足場材料の解析と融合蛋白質の創製

再生治療において細胞、培養担体および成長因子は組織再生のための必須要素である。このうち、培養担体は細胞が生着するための足場であるとともに、形態を維持するための骨格として重要な鍵となっている。生体吸収性材料である合成高分子に、細胞親和性に富むコラーゲンを複合化した培養担体を用いて骨再生治療に対する組織工学的アプローチを行った。特に細胞外マトリックスの代表的な細胞接着タンパクであるファイブロネクチンの持つコラーゲンへの高い結合性に注目しその有用性を明らかにした。我々は細胞外マトリックスの代表的な細胞接着タンパクであるファイブロネクチンの持つコラーゲンへの高い結合性に注目し、骨形成タンパクのひとつであるBone morphogenic protein 4(BMP-4)にファイブロネクチンのコラーゲン結合領域を融合させたキメラタンパクを作製し、コラーゲン複合化合成高分子担体へ結合させることで培養担体の持つ利点を生かしたまま、成長因子の供給も行うことのできるインテリジェント再生足場材料の開発を行った。再生医療において細胞、培養担体および成長因子は組織再生のために必須である。このうち、培養担体は細胞が生着するための足場であるとともに、形態を維持するための骨格として重要な役割を担っている。我々はこれまでに骨髄中に存在する骨髄間質細胞の秘めた多分化能を明らかとし、生体吸収性材料である合成高分子に細胞親和性に富むコラーゲンを複合化した培養担体を用いて骨再生治療に対する組織工学的アプローチを行ってきた。この培養担体は高い細胞保持性を有し、かつ生体内における形状保持性を有している優れたものではあるが、細胞の分化・成熟に必要なもうひとつの要素である成長因子は、外来よりの添加に頼らざるを得ない。しかし、液性である成長因子を局所に留めることはできず、有効濃度を得るための大量投与はコストパーフォーマンスが悪いばかりか望まない効果を誘発する可能性がある。この成長因子をいかに効率的に局所にとどめて薬物送達システムとして機能させるための足場の開発は再生医療成功の鍵を握る重要な要素となる。我々は細胞外マトリックスの代表的な細胞接着タンパクであるファイブロネクチンの持つコラーゲンへの高い結合性に注目し、骨形成タンパクのひとつであるBone morphogenic protein 4 (BMP-4)にファイブロネクチンのコラーゲン結合領域を融合させたキメラタンパクを作製し、コラーゲン複合化合成高分子担体へ結合させることで培養担体の持つ利点を生かしたまま、成長因子の供給も行うことのできるインテリジェント再生足場材料の開発を行った。本研究では、新規複合化材料の薬物送達システム機能の評価法の開発として、シート上のキメラタンパク局在は生体外にて免疫組織学的に評価するとともに培養液中へのタンパク放出程度をファイブロネクチンの継時的なELISA法により推定した。キメラ化BMP-4の機能確認は培養未分化骨髄間質細胞へのキメラタンパクの添加および複合化シートへの細胞播種実験により、骨分化マーカー遺伝子の発現、alkaline phosphatase活性の定量にて行った。さらにこの複合化シートを単独または未分化骨髄間質細胞より分離培養した細胞について、細胞表面マーカー、gene arrayを用いたプロファイリングを行い、細胞の有する性格を詳細に検討し、それらを播種した状態で免疫不全マウス(NOD/SCID/IL-2ノックアウトマウス)へ移植し、骨への分化、骨再生方法を検討した。また各種条件下での足場の形態を観察した。加えて組織学的評価を通じて生体内における骨形成能と組織に対する毒性の有無を確認した。本年度は最終年度であるため、骨髄間質細胞を開発した骨再生足場材料に播種し、疾患モデルマウスへ移植することで、疾患の治療に有効であるか評価を行う細胞および足場の製剤化を視野に臨床応用に対して検討を行った。
曲面上のグラフの組合せ論的性質に関する研究

閉曲面を1つ固定したとき、そこに埋め込まれたグラフの辺の密度は、オイラーの公式により制限を受ける。さらに、辺の密度の高いグラフに縮約できないことから、グラフのtoughnessがある程度高いことがわかる。一般に、グラフのtoughnessはハミルトン閉路の存在と深い関わりがあることが指摘されている。曲面上のグラフについて言えば、とくに、4連結平面グラフは1-toughであり、ハミルトン閉路をもつことが知られている。本研究では、この事実の3連結平面グラフへのアナロジーを考え、すべての点の次数が2または3であるような連結全域部分ブラフの存在に関する結果を得た。曲面に埋め込まれたグラフの研究においては、通常、曲面の位相同型による差は無視して考える。ところが、同じ曲面に埋め込まれた2つのグラフの関係を考える場合には、そのねじれ具合までを考慮しなければならないことがある。一般に、種類1以上の閉曲面においては、同一のグラフの、組合せ的には全く同じ埋め込みでも、連続変形では移り合えないものが無数に存在する。閉曲面の三角形分割やある種の四角形分割については、従来の研究で、2つのグラフの頂点数が十分多く等しければ、対角変形と呼ばれる局所的な変形の繰り返しで、組合せ的意味で互いに移り合えることが知られていた。この事実を一歩押し進め、連続変形では移り合えないもの同士も、対角変形をさらに繰り返すことで移り合えることを示した。これにはDehn twistと呼ばれる閉曲面の位相同型がこの対角変形によって実現できることを用いたが、これは、曲面上に埋め込まれたグラフを、ねじれまで考慮していかに組合せ的に議論するかのひとつの方法を与えるものとなったと思われる。
歯根膜から得た細胞を用いた三次元再構成培養組織を併用する歯の再植法に関する研究

本研究は、6週齢のラットM1の抜歯手技を確立後、正常な歯周靭帯を有する歯の意図的移植後の治癒経過をまず検索した。また、M1の近心根を切断し、歯髄と歯周組織を除去後、歯根軸に沿って4分割し長さ1mmに調整した。この小片を抜歯後2週時に、骨面に形成した浅い皿状欠損上に象牙質小片を移植した。歯根膜に細胞の量が少なかったため、PDL細胞は初代培養で得られなかった。2、4週後、動物は屠殺し、パラフィン包埋後、連続断片をHE染色し観察した。標本では、歯根の外部吸収例が観察されたが、いかなる炎症反応は全ての実験群でもみられなかった。周囲組織の治癒形態は線維性瘢痕治癒を示し、骨性瘢痕治癒はみられなかった。5週齢のウイスター系雄性ラット52匹を入手し、実験環境に慣らした後、6週齢について実験に供した。全身麻酔を施し、上顎第1臼歯周囲の局所麻酔を併用し歯を抜去後、圧迫止血を行った。抜去した歯の近心舌側根をバーで切断後、根尖部をメスで切除して長さ約2mmの歯根に整形した。その後、根管内の歯髄をKファイルで除去し、さらにNiTiロータリーファイルで根管拡大形成を行った。歯根表面に付着している歯根膜組織をディスポーザブルメス(#15)を用いて可及的に剔削除去した後、歯根軸に沿って縦割断し、1/4の小片状にした。小片は4°CPBS中に投入し、埋入移植まで冷蔵保管した。抜歯4週後に歯肉創面の治癒を確認した後、麻酔下で歯肉の切開を行い、抜歯窩に深さ1mmの骨欠損を形成した。形成された骨窩洞内に、冷蔵保管しておいた抜去歯小片を1個挿入し、歯肉を復位下後、手術用シアノアクリケート系接着剤で切開部を接着閉鎖を行った。象牙質片埋入2,4週後に動物をサクリファイスし、上顎骨を摘出して10%中性ホルマリン中に浸漬固定した。EDTAにて脱灰した後、通法に従いパラフィン包埋を行った。現在パラフィン連続切片を作製中で、抜歯窩に埋入した歯根象牙質周囲の治癒過程を観察する予定である。抜歯後の創傷面の治癒は速く、抜歯後4週で歯肉の閉鎖と歯槽骨の骨添加が明らかであった。骨削により骨窩洞を形成後、移植を行った。歯槽骨の骨空洞部にコラーゲンゲルを填入後に歯根片を移植した例と、歯根膜由来細胞を含んだコラーゲンゲルを用いた場合の違いを検索する目的で、現在ラット抜去歯の歯根膜由来細胞の初代培養中である。ラット臼歯の抜歯術ならびに再植・縫合のために必要な小手術器具と手術台を準備すると、ラット全身麻酔を施すための環境をまず整えた。実験簿動物としてWister系雄性ラットを使用し、全身麻酔を施した後に上顎の局所麻酔を行い、上顎切歯の抜去後に直ちに可及的無菌処置下で歯根膜組織を剔削採取した。実体顕微鏡下で同組織を細分後、コラーゲンIVコートフラスコを使用し、培養液にFADを使用した上皮細胞初代培養を行うとともに、DMEM-FBSを使用しての線維芽細胞初代培養を開始した。本研究では、Wister系雄性ラット5週齢10匹を使用した。環境に慣らした後、6週齢時にチオペンタール25 mg/kgを投与して全身麻酔を施し、手術台に固定した。上顎右側第1大臼歯(M1)の口蓋歯肉に浸潤麻酔を施し、歯科用エキスカベーターを抜歯用挺子として使用し、歯の抜去を行った。抜去歯の歯根表面を#11フェザーメスで擦過し、可及的に歯根膜組織を除去した後、近心根を根分岐部付近で切断し、抜髄と根管拡大を行った。根中央部を約2mmの大きさに調整し、歯根の長軸方向に沿って4分割し、滅菌生理食塩液中に浸漬しー30°Cで凍結保存した。抜歯4週後に抜歯窩相当部の歯肉を#15メスで切開し、歯肉を剥離して歯槽骨を露出させた。カーバイトバーを使用し、骨面に約0.5 mmの深さの窩洞を形成した。解凍した象牙質小片を窩洞内に埋入後、歯肉弁を復位した。

創面の縫合は行わず、1 x 1.5 mm大の滅菌不織布に手術用アロンアルフアA「三共」(第一三共株式会社)を浸潤させて創面を被覆し終了した。術後2、4週時にラットを安楽死させ、被験部位を根尖部歯周組織も含めて摘出し、10%中性緩衝ホルマリン溶液中で固定を行った。試料を10%EDTAで脱灰後、通法に従いパラフィン包埋を行い、厚さ6μmの連続切片を作製後、HE染色を施し光顕にて観察した。埋入した歯根片の多くは脱落し、歯肉下に残留したのは2例のみであった。埋入部に残存した象牙質小片は術後2週では、周囲組織に炎症性細胞浸潤はみとめられず、新生肉芽組織にて被包され、線維性治癒を示していた。マクロファージや破歯細胞の発現は明らかではなく、セメント質などの硬組織添加や歯根膜様組織の再生もみられなかった。骨小片が歯肉内に残存した場合、上皮突起から上皮細胞が伸長して被包しており、骨表面は凹凸を示し、吸収が盛んに生じていた。歯内療法学歯内療法分野における脱臼歯治療法の一つに再植術がある。その処置では、正常な歯根膜が残存することと脱臼後に可及的に迅速に再植を行うことが要求される。また歯根膜の汚染や損傷がある場合、完全なdebridementを行齲事が必要となり、歯根膜を失った歯は後に外部吸収を起こすことがしばしば見られる。再植後に歯根膜組織が再生した場合、周囲組織との接合が再度生じ、再生した線維組織に保護されることにより破歯細胞の出現によるセメント質吸着が防止され、その結果外部吸収や骨性癒着、置換性歯根吸収を回避することができると推察される。本研究の目的は、脱臼歯から得られた線維芽細胞や上皮細胞を用いて三次元再構成培養組織を作製し、冷蔵保存しておいた脱臼歯を培養組織で包んで皮下組織や顎骨内に埋入した後の歯根表面の治癒経過について経時的に観察することである。そこで実験にはラットを使用し、抜去歯の歯根膜から線維芽細胞を分離後、コラーゲンゲル応用の三次元再構成培養を行うこととしたところ、抜去歯が非常に小さく、歯根膜組織からの初代培養が上手く奏効する事がなかった。すなわち、十分な量のsこんまく細胞が得られないことにより、コラーゲンゲルに細胞を含んだ再度併用することは難しくなり、実験計画に遅れを生じた。一方、その後、歯根膜を分化に適した細胞数を知るためにラット皮下組織に抜去歯と共に埋入し、経時的に組織標本を作製することとしたが、抜去歯は歯根膜を全て剔削除去し、コラーゲンゲルで被包した形で埋入を行うところが、細胞の獲得ができないまま実験が進行した。本研究の3年間という実験期間の中で、初めに一定量の細胞を確保することが難しく、至適細胞数の確立がまだできていないこと、2年度目の移植実験が無細胞コラーゲンを用いたこと、他家移植へと実験が困難なことが明らかとなってきたものと思われる。脱臼歯の再植では、良好な治癒経過を得るためには正常な歯根膜の存在と脱臼後の速やかな復位、迅速な再植手技などが重要とされる。歯根膜が汚染されたり、損傷が著しく歯根膜の一部損失や壊死などがある場合、debridementの後、歯を歯槽窩に戻しても、後から歯根の外部吸収や癒着が生じることがある。そこで、失われた歯根膜を再生し、歯根表面に応用することが可能になれば、歯根表面には再度セメント質が形成され、破骨細胞の吸着を防止し、外部吸収や骨性癒着、置換性歯根吸収などを回避することができるようになる。本研究の目的は、脱臼歯から得られた線維芽細胞や上皮細胞を用いて三次元再構成培養組織を作製し、低温保存しておいた脱臼歯を培養組織で被包して皮下組織や顎骨内に埋入し、その後の歯根表面の治癒経過について経時的に観察することである。まず予定していたラット抜去歯から線維芽細胞と上皮細胞を得ることは成功したが、抜歯中に動物の死亡例が起きたため、抜歯窩に細胞含有コラーゲンゲルを応用し、至適細胞数の確認を行うまでいたらず、その後の組織治癒変化を評価することができなかった。現在パラフィン包埋を行った抜去歯歯根の移植片に対し、連続切片を作製の後、移植後の組織変化について考察を行う予定である。
道具を操る分布触覚の機能解明と拡張技術の提案

ヒトが道具に加わる力を知覚する際の皮膚感覚の関与と役割を実証することを目的として研究をおこなった.ペン状の物体を把持した際の,接触の分布圧を計測する装置TAKO-Penを開発するために,外力と分布圧の関係を剛体の多点接触モデルにより近似し,吸引圧により,外力を加えずに皮膚刺激を与える触覚ディスプレイを開発し,分布圧の変化によって,外力の方向,および強度を制御できることを確認した.また,吸引圧ディスプレイおよび外部負荷によって皮膚および深部感覚を個別に刺激可能な条件下で,力の記憶および再現実験を行うことで,道具に加わる外力の知覚とその際の皮膚感覚と深部感覚の関係を調査した.ヒトが道具に加わる微細な力をあたかも身体の一部のように感じながら操ること(=身体の延長)ができる理由を探求し,皮膚の分布的な触覚の関与と役割を実証することを目的として研究をおこなった.具体的には,(1)心理物理実験による「身体の延長」の知覚能力の検証,(2)皮膚の分布圧計測と多点接触モデリング,および(3)吸引触覚ディスプレイによる触覚分布の再現・拡張によって,分布的な触覚が「身体の延長」に貢献していることを実証する.さらに,得られたメカニズムを元に,道具に加わる触覚をより高感度に増強する新しい触覚デザイン法を考案することを目標とする.当該年度は,把持した棒状の道具に加わる外力の知覚能力を,心理物理実験と皮膚の分布圧測定によって実測し,吸引圧触覚ディスプレイによって人工的に再現・加工することにより,「身体の延長」に対する触覚の機能と役割を構成論的に実証した.具体的には,ペン状の物体を把持した際の,接触の分布圧を計測する装置を開発するために,外力と分布圧の関係を剛体の多点接触モデルにより近似し,吸引圧により,外力を加えずに皮膚刺激を与える触覚ディスプレイを開発した.また,外力付与時の接触分布圧の変化を,吸引式触覚ディスプレイによって再現し,その際に得られる外力の知覚方向および強度を心理物理実験によって計測した.外力を伴わない吸引圧によって,ペン先に加わる外力が知覚されることを検証し,分布圧の変化によって,外力の方向,および強度を制御できることを確認した.ヒトが道具に加わる微細な力をあたかも身体の一部のように感じながら操ること(=身体の延長)ができる理由を探求し,皮膚の分布的な触覚の関与と役割を実証することを目的として研究をおこなった.具体的には,(1)心理物理実験による「身体の延長」の知覚能力の検証,(2)皮膚の分布圧計測と多点接触モデリング,および(3)吸引触覚ディスプレイによる触覚分布の再現・拡張によって,分布的な触覚が「身体の延長」に貢献していることを実証する.成果として,把持した棒状の道具に加わる外力の知覚能力を,心理物理実験と皮膚の分布圧測定によって実測し,吸引圧触覚ディスプレイによって人工的に再現・加工することにより,「身体の延長」に対する触覚の機能と役割を構成論的に実証した.具体的には,ペン状の物体を把持した際の,接触の分布圧を計測する装置を開発するために,外力と分布圧の関係を剛体の多点接触モデルにより近似し,吸引圧により,外力を加えずに皮膚刺激を与える触覚ディスプレイを開発した.また,外力付与時の接触分布圧の変化を,吸引式触覚ディスプレイによって再現し,その際に得られる外力の知覚方向および強度を心理物理実験によって計測した.外力を伴わない吸引圧によって,ペン先に加わる外力が知覚されることを検証し,分布圧の変化によって,外力の方向,および強度を制御できることを確認した.さらに,外力の記憶再現タスクにおいて,道具に加わる外力知覚に能動的な筋活動がどのように関わるかを検証した.実験の結果,吸引圧を用いた皮膚刺激においても,従来から報告されていた能動再現時に受動再現よりも外力を大きく出力する現象が確認された.また,外力記憶時に筋負荷バイアスを加えると,再現時大きく出力する傾向を確認した.これにより,道具に加わる外力の知覚に,自らの筋活動の大きさが関与している可能性を確認した.ヒトが道具に加わる力を知覚する際の皮膚感覚の関与と役割を実証することを目的として研究をおこなった.ペン状の物体を把持した際の,接触の分布圧を計測する装置TAKO-Penを開発するために,外力と分布圧の関係を剛体の多点接触モデルにより近似し,吸引圧により,外力を加えずに皮膚刺激を与える触覚ディスプレイを開発し,分布圧の変化によって,外力の方向,および強度を制御できることを確認した.また,吸引圧ディスプレイおよび外部負荷によって皮膚および深部感覚を個別に刺激可能な条件下で,力の記憶および再現実験を行うことで,道具に加わる外力の知覚とその際の皮膚感覚と深部感覚の関係を調査した.おおむね交付申請書に記載した計画のとおりに進展している。当初の計画では、心理物理実験によるヒトの「身体の延長」の知覚能力の検証をH26に実施する予定であったが、ヒトの道具に加わる外力の知覚に関して、当初の計画よりも興味深い現象が確認されたため、H27も継続して検証を続ける予定である。ロボティクス・メカトロニクス前述のとおり、ヒトの道具に加わる外力知覚に関して、当初の計画では想定していなかった筋活動の関与を現在検証している。H27年は道具を介した感覚を増強する触覚デザイン手法の提案をめざしているが、それに加えて、ヒトの「身体の延長」に関わる知覚メカニズムの検証を継続して実施することで、提案する研究課題のより深い理解をめざす予定である。

「身体の延長」に関するヒトの心理物理実験に新しい結果がでてきたため、実験装置の開発に予定してた物品費の使用が減少した。H27に当初予定していた実験装置の開発と、前述の追加された項目の実験を行うため、すべて使用する予定である。
非等方格子QCDを用いた重いクォークの物理の研究

格子QCDによるB中間子遷移行列の精密計算は標準模型や新しい物理の検証に重要であるがbクォークの質量が大きいことによる格子化誤差が障害となっている。それを回避するための方法として、非等方格子を用いたbクォークの定式化と格子HQETの2つが有望な定式化と考えられている。本研究では、非等方格子と格子HQETの研究、およびそれに関連するた物理の研究を行った。大野木、松古らは非等方格子上のWilsonフェルミオン型のクォーク作用のO(a)改良の研究を行った。O(a)改良に必要なパラメータがリーディング項が1つ(γ)、次のオーダーが2つ(CB、CE)存在する。これらのパラメータの非摂動的マッチング手法の探索的研究を行った。パラメータのうち2つ(γ、CE)を有限体積格子でのハドロン伝播関数に対する時間・空間の伝播等方性、PCAC関係式から決定できることを示した。非等方格子が重いクォークで正しく物理を記述するにはHQETの予言との比較が重要であるためHQETの1/M補正項のマッチングの新たな手法を提唱しその有用性をしらべた。この結果をもとにHQET作用との比較から非等方作用の有用性の検証に利用できると期待される。関連する物理の研究として大野木はペンタクォークの研究を行い比較的クォーク質量が重い場合はKN thresholdの上にペンタクォーク的な状態がある可能性を指摘した。また格子QCDによるB中間子セミレプトニック崩壊の形状因子から分散式を用いて、小林益川行列要素|Vub|を決定する新しい方法を提唱した。大野木と松古は格子HQETもちいてクェンチ近似でstatic極限でのB中間子のπ結合を決定した。格子HQETの最大の困難は統計誤差が大きいことであるが、all-to-allプロパーゲーター法を用いて相関関数の時間空間平均を効率的にとることによりわずか32個のゲージ配位の平均をもとに3%の精度でのB*Bπ結合を得た。これは、今後のfull QCDへの拡張やその他の遷移行列への応用にも使える有益な結果である。その他に我々の研究を含めて、格子上の重いクォークのさまざまな定式化と物理への応用についての研究をまとめた総括論文を執筆した。寺崎は、B factory実験で発見されたDsO粒子に対し、自身が独自に提唱する4体クォークの束縛状態としての解釈に基づき生成機構についての考察を行った。また、寺崎はMcKeller氏との共同研究でBabar, Belleで見つかったCharmed scalar励起状態の4体クォークによる解釈を行い、今後の格子計算において重要な予言として、isospinが1である可能性を提唱し、さらにその解釈に基づく生成機構についての考察を行った。また、寺崎はMcKeller氏との共同研究でBabar, Belleで見つかったCharmed scalar

励起状態の4体クォークによる解釈を行い、今後の格子計算において重要な予言として、isospinが1である可能性を提唱し、さらにその解釈に基づく生成機構についての考察を行った。大野木は松古氏および基礎物理学研究所の博士研究員の梅田貴士氏らとともに非等方格子上のWilsonフェルミオン型のクォーク作用のO(a)改良の研究を行った。この作用にはO(a)改良に必要なパラメータがリーディング項が1つ(γ)、次のオーダーが2つ(CB、CE)存在する。本年度は、これらのパラメータの非摂動的マッチング手法の探索的研究を行った。パラメータのうち2つ(γ、CE)を有限体積格子での(1)ハドロン伝播関数に対する時間・空間の伝播等方性、という条件で決定できることを示した。残る1つのパラメータ(CB)の決定方法として、(3)自己双対な色電場、色磁場背景場のもとでのPCACクォーク質量、(4)定常色磁場のもとでのPCACクォーク質量、の2つの方法を試みている。前者は格子化誤差の不定性の問題、後者は数値的収束性の問題があり、現在改良方法を検討中である。これらについては国際会議での報告を行っている。この問題に関連するテーマとして、格子QCDによるB中間子セミレプトニック崩壊の形状因子から分散式を用いて、小林益川行列要素|Vub|を決定する新しい方法を提唱した。またその他に我々の研究を含めて、格子上の重いクォークのさまざまな定式化と物理への応用についての研究をまとめた総括論文を執筆した。BファクトリーにおけるB中間子の崩壊や振動現象のデータと、格子QCDによる遷移行列の精密計算の比較により、標準模型やそれを超える物理の検証を行うことができると期待される。しかし、理論的にはbクォークの質量が大きすぎるため、格子化誤差が大きな障害となっている。そのための有望な方法として、非等方格子を用いた定式化が有望と考えられている。昨年度までの非摂動マッチングの研究に引き続き、今年度はHQETとの比較を行うべく格子上のHQETの研究を中心に行った。今年度は1/M補正項のマッチングの新たな手法を提唱し、その有用性をしらべた。この結果をもとにHQET作用との比較から非等方作用の有用性の検証に利用できると期待される。もうひとつの成果はハドロン物理に関する成果である。現在、Bファクトリーなどを始めとするの実験から通常の描像では理解できないエキゾチックなハドロン状態が数多く見つかっている。一方われわれはこれまで、非等方格子を含む格子QCDを用いてB中間子を中心として、遷移行列や質量スペクトルについて、多くの研究を行ってきたが、それらのテクニックはまさにエキゾチックな粒子についても適用できる。大野木は高橋徹氏、梅田貴士氏、国広悌二氏らとの共同研究で、クェンチ近似でペンタクォークの量子数をもつ演算子を複数個用いた相関関数を対角化し、その質量とスペクトル関数の体積依存性を調べることにより、ペンタクォークの研究を行った。結果として、比較的クォーク質量が重い場合はKN thresholdの上にペンタクォーク的な状態があることがわかった。また、分担者の寺崎はMcKeller氏との共同研究でBabar, Belleで見つかったCharmed scalar
AIを用いた操船者の肉体的疲労を対象とした遠隔アラームシステム

本研究は,人工知能を用いた操船者の肉体的疲労を対象とした遠隔アラームシステムの開発を目的とし,(1)iPhoneを用いた動揺計測装置の構築,(2)人工知能を用いたエネルギー消費量の予測アルゴリズムの開発及びアラームの検証,(3)肉体的疲労度の遠隔アラームシステムの検証の3年間のステップで,システムの実現を目指している.平成30年度は,目標としていたiPhoneを用いた人体の動揺計測装置を評価するためのモーションセンサ,および同センサからの加速度・角速度データを収集可能な演算処理装置を本研究に導入し,研究推進のための環境を整備した.また機械学習によるエネルギー消費量予測アルゴリズム開発の前準備として,モーションセンサにより計測した人体の動揺からエネルギー消費量を予測するモデルを重回帰分析により構築した.重回帰分析の結果,腰部の前後方向の角速度(縦揺れ,pitch方向の動揺)と体重から,71%の一致率でエネルギー消費量を予測可能であることを明らかにした.本成果は,国内学会での発表を行うと共に論文としてまとめ,論文誌への投稿を行った.投稿した論文は現在審査中である.さらに本研究では,操船作業を妨げることなく操船者のエネルギー消費量を測る手法を検討するために,人体の動揺からエネルギー消費量を推測する手法に加えて,人体に容易に取り付け可能なエネルギー消費量計測センサについても調査を進めている.現在は,試験的に小型の活動量センサを本研究に導入し,人体への着け心地や計測精度などを調査しているところである.今後は当初の計画通り,機械学習を用いて,人体に発生する加速度や角速度などのデータからエネルギー消費量を予測可能なアルゴリズムの開発を目指す.平成30年度の目標は,iPhoneを用いた動揺計測装置の開発とサーバへのデータ伝送,モーションセンサを用いた計測値の検証である.平成30年度は主に,研究環境の整備とエネルギー消費量を指標とした人体の動揺による肉体的疲労の予測モデルの構築に予想以上の時間を要してしまったため,iPhoneを用いた動揺計測装置の検証およびサーバへのデータ伝送については進捗が遅れている.iPhoneを用いた動揺計測装置については,Xcodeを用いて,iPhoneに内臓されている加速度センサおよびジャイロセンサからの出力値を取得するソフトウエア開発を行った.今後は,計測値の検証とリアルタイムでサーバにデータを保存可能な機能を構築し,進捗の遅れを改善する予定である.研究費については,研究を進めていく中で,人体にモーションセンサやiPhoneを取り付ける部品などの実験材料試作のための3Dプリンタ,肉体疲労時のアラームを受信するApple Watchが必要になったため,当初計画していた学会出張旅費や論文投稿料,英文校正費などは,全て研究環境の整備および船内でも使用可能なセンサなどを調査するための物品費として支出した.本研究は,人工知能を用いた操船者の肉体的疲労を対象とした遠隔アラームシステムの開発を目的とし,(1)iPhoneを用いた動揺計測装置の構築,(2)人工知能を用いたエネルギー消費量の予測アルゴリズムの開発及びアラームの検証,(3)肉体的疲労度の遠隔アラームシステムの検証の3年間のステップで,システムの実現を目指している.平成30年度(研究1年目)は,遠隔アラームシステムを実現するための第1ステップとして,研究環境の整備,およびエネルギー消費量を指標とした人体の動揺による肉体的疲労の予測モデルの構築,船内でもエネルギー消費量を容易に計測可能なセンサの調査を実施した.令和元年度(研究2年目)は,進捗が遅れているiPhoneを用いた動揺計測装置の開発を引き続き行うと共に,当初の計画どおり,機械学習を用いたエネルギー消費量の予測アルゴリズムの開発を目指す.機械学習を用いてエネルギー消費量を高い精度で予測するためには,機械学習への入力データが重要になる.今後,Pythonなどを使用し,機械学習のソフトウエア開発環境を整えるとともに,機械学習の適切な設計方法を検討していく予定である.最終年度である令和2年度(研究3年目)には,当初の計画では,操船者を想定した複数人の実験協力者を対象とし,肉体的疲労度をモニタリングすると共に,肉体的疲労度が危険領域に入るとアラームを発信する検証実験を行う計画であった.一方,令和元年度(研究2年目)に実施予定の機械学習によるエネルギー消費量の予測アルゴリズム開発に,人体の個体差の影響から予想以上に時間を要する可能性を考慮すると,進捗状況によっては,一人の実験協力者を対象とした実験と評価を行い,肉体的疲労を対象とした遠隔アラームシステムの基盤技術の開発をまずは目指すことを計画している.本研究は,人工知能を用いた操船者の肉体的疲労を対象とした遠隔アラームシステムの開発を目的とし,(1)iPhoneを用いた動揺計測装置の構築,(2)人工知能を用いたエネルギー消費量の予測アルゴリズムの開発及びアラームの検証,(3)肉体的疲労度の遠隔アラームシステムの検証の3年間のステップで,システムの実現を目指している.平成30年度は,目標としていたiPhoneを用いた人体の動揺計測装置を評価するためのモーションセンサ,および同センサからの加速度・角速度データを収集可能な演算処理装置を本研究に導入し,研究推進のための環境を整備した.また機械学習によるエネルギー消費量予測