hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
RF-MEMSスイッチ接点電極材料へのカーボンナノチューブ薄膜の適用

MEMS技術を応用した超小型高周波信号デバイスであるRF-MEMSスイッチの接点電極は,マイクロ荷重でも十分低い接触抵抗を必要としている.本研究では,カーボンナノチューブ(CNT)薄膜を用いることで,マイクロ荷重で低接触抵抗を達成することを目的としている.実験の結果,CNT薄膜単独では接触抵抗が高いが金薄膜を蒸着すること,CNTを基板に対して水平に配向させることで接触抵抗を下げられることが明らかとなったMEMS技術を応用した超小型高周波信号デバイスであるRF-MEMSスイッチの接点電極は,マイクロ荷重でも十分低い接触抵抗を必要としている.本研究では,カーボンナノチューブ(CNT)薄膜を用いることで,マイクロ荷重で低接触抵抗を達成することを目的としている.実験の結果,CNT薄膜単独では接触抵抗が高いが金薄膜を蒸着すること,CNTを基板に対して水平に配向させることで接触抵抗を下げられることが明らかとなった近年、IT無線機器の小型化に伴い、MEMS技術を応用した超小型高周波信号デバイスであるRF-MEMSスイッチが精力的に開発されている。本研究では、RF-MEMSスイッチの接点電極としてCNT薄膜を適用することを目的としている。本年度は、配線を想定した金薄膜上にCNT薄膜を低温で転写する技術を開発し、この転写CNT薄膜のマイクロ荷重領域における荷重と接触電気抵抗との関係を測定した。以下に転写CNT薄膜のプロセスフローを述べる。(1)まずシリコン酸化膜上にCNT薄膜を生成する。(2)次に作製したCNT薄膜の上に真空蒸着で金を数十nm蒸着する。(3)そして金を数十nm蒸着したシリコン酸化膜基板を100°C以上に加熱し、その上に金を蒸着したCNT薄膜を押し付ける。(4)最後にCNT薄膜を成長させたシリコン酸化膜基板を取り除くことにより、転写CNT薄膜を得る。実際に転写を行うと、転写前には約100μmあったCNT薄膜は転写時の押し付けによって約17μm程度に圧縮されていたが、転写後も微細なCNT構造は維持されていた。転写CNT薄膜を用いて、カンチレバー-CNT薄膜間距離と荷重、接触電気抵抗の関係を測定した。その結果、最小の接触電気抵抗は約700Ωであった。また明らかな凝着力は観測されなかった。同様の測定をシリコン酸化膜に金を蒸着した試料を用いて行った場合、最小の接触電気抵抗は数Ω程度と転写CNT薄膜と比較し小さな値であった。しかしながら、最大6μN程度の凝着力が観察された。このように転写CNT薄膜は金薄膜と比較し接触抵抗は大きかったが、凝着力は殆ど検出されなかった。IT無線機器の小型化は利便性や高機能化,省手ネルギーから急務となっており,そのなかでもRF MEMSスイッチは半導体スイッチより優れたポテンシャルのために,精力的に開発されている.しかしながら,その接点電極は低荷重,低面積でありながらゼロに近い抵抗値と高い寿命が求められている.本研究では,RF MEMSスイッチの接点電極としてカーボンナノチューブ(CNT)薄膜を適用することを目的としている.前年度,転写CNT薄膜を用いて,カンチレバー-CNT薄膜間距離と荷重、接触電気抵抗の関係を測定した.その結果、ON-OFF動作を妨げる凝着力は測定されなかったが,最小の接触電気抵抗は約700Ωであった.この高電気抵抗はCNT薄膜の表面に金を蒸着することで,減少できることが明らかとなった.そのため今年度は,金蒸着による接触電気抵抗値の減少と,実用化を目指したMEMSプロセスによるCNT電極の開発,さらにON-OFFの耐久試験を行った.新しいMEMSプロセスによるCNT薄膜電極では電極の間に溝を設けて,その間は電気的に絶縁するようにしている.そして,ON時には金を蒸着したカンチレバーをこの溝の上を橋渡しするように接触させて通電させ,OFF時にはカンチレバーを非接触の状態にする.このような構成にすることで,実際の量産でのMEMSプロセスを安易に行えるようにした.その結果,金のみあるいはCNT薄膜のみの電極よりも,金を蒸着したCNT薄膜電極で低抵抗と高寿命が実現された.しかしながら,抵抗値がまだ数Ω程度あり,原因として橋渡しするカンチレバー側の接触時のジオメトリーが問題であることが分かった.本研究では,RF MEMSスイッチの接点電極としてカーボンナノチューブ(CNT)薄膜を適用することを目的としている.これまでの研究結果より,CNT薄膜と金属の接触抵抗は高いが,CNT薄膜の上に金を蒸着すると接触抵抗を低下できることを見出した.さらにスイッチ動作を妨げる凝着力も小さいことを明らかにしている.本年度はMEMSプロセスを用いて基板電極,および接点電極のためのカンチレバーを作製した.電極基板はまずCVD法によって垂直CNT薄膜を鉄触媒をリフトオフしたところのみ生成し,それをイソプロピルアルコールに浸して水平方向に倒し,最後に金をマスク蒸着することによって作製した.またカンチレバーもMEMSプロセスをシリコンSOI基板から作製し、最後に表面を金蒸着することで作製した.そしてそれらのDC特性評価および開閉容量試験を行った.比較のための垂直配向したCNTを用いた電極では静的接触抵抗は,Au薄膜電極に比べて極めて大きく,電極として不向きであった.一方,水平配向CNT電極の接触抵抗は1.7Wと小さかった.また,水平配向CNT電極の開閉容量試験結果から,繰り返し接触中の接触抵抗値の変化は見られず,一定抵抗値を維持した.それゆえ水平配向CNT電極は,更なる接触荷重の増加に伴う抵抗値の減少が期待できる.

それゆえマイクロ有接点リレーデバイスの接点電極として有望であると思われる.また金を蒸着することで凝着力が大きくなることが懸念されたが,振幅数ミクロン以下の微小振動を付与することで,接触面積を大きくしても凝着力がほとんど検出されないまで低下できることを見出した.当初予定のマイクロニュートンレベルで荷重と凝着力,接触抵抗,ON-OFF耐久を測定できる装置を開発し,CNT薄膜のRF-MEMSの電極材料としての性質を測定することができた.さらにMEMSプロセスを用いてRF MEMS電極形状に適化したCNT薄膜電極の作製も完了し,当初計画通りに研究を進めている.24年度が最終年度であるため、記入しない。CNT薄膜と金属の直接接触では,十分に接触抵抗を低下させることが困難なことが明らかとなった.その対策としてCNT薄膜に金などの良導電性材料をオーバーコートさせることで,接触抵抗を低下できることが分かった.今後はロジウムなどの低接触抵抗性と耐久性とを兼ね備えた材料をコートして実験を行う.さらに接触抵抗をいっそう低下させるために,カンチレバーの形状や接触時のジオメトリーの改良を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
瀬戸内海流域での地下水流動及び河川作用を考慮したリン循環の解明とその資源的評価

本研究では、地下水流動及び河川作用(堆積作用)を考慮した短期的長期的なリン循環の解明を行うとともに、その資源的評価を行うことを目的とした。特に、富栄養化によりリン総量規制対象となった瀬戸内海一級河川流域(芦田川、旭川、大和川)とその沿岸域を対象とし、(1)沖積平野堆積物および地下水中での数千年スケールでの長期的なリン循環、(2)農業用堰(小規模ダム)内における数年数十年スケールでの短期的なリン循環および(3)沿岸におけるリン再生産及び資源的評価を行った。本研究では、地下水流動及び河川作用(堆積作用)を考慮した短期的長期的なリン循環を解明し、その資源的評価を行うことを目的とした。特に、リンの総量規制が行われてきた瀬戸内海に流入する一級河川流域(芦田川、旭川、土器川)を対象とした。その結果、1)長期的(数千年スケール)な河川による堆積過程によるリン循環を評価するため、平野沖積層の分布及び化学分析を実施した。概ね、10-30mの沖積層及びそのうち10m程度の粘土層を確認し、現在それらの化学・粘土分析中である。2)短期的(110年スケール)なリン循環(土壌侵食-ダムや干潟での堆積-地下水溶脱)とそれに対する農業・生活排水の影響に関する調査を実施した。特に、汽水域で海水-淡水環境変化とリン蓄積量について堆積物の情報から確認し、ダムについてはモデル計算により評価した。3)沿岸堆積物からの現在のリン再生産量(再利用可能リン)についての調査を実施した。特に、海水の再循環にともなうリンの再生産について定量化し、感潮域における大量の再生産を明らかにした。4)流域内に存在するリンの利用可能性を環境資源的に評価するため、将来枯渇する既存のリン鉱石に関する情報を整理するとともに、特に海底下の蓄積量の評価を実施した。関連して、国際シンポジウムおよび研究会を主催し、新たな成果を確認するとともに、外部から評価を受け、次年度以降の研究方向を修正した。本研究では、地下水流動及び河川作用(堆積作用)を考慮した短期的長期的なリン循環の解明を行うとともに、その資源的評価を行うことを目的とする。特に、富栄養化の結果、リンの総量規制が行われてきた瀬戸内海に流入する一級河川流域(芦田川、旭川)を対象とした。その結果,以下のことが明らかとなった。1.長期的(数千年スケール)なリン循環解明(1)岩石の風化状況を把握するために,中国地方に広く広がる侵食小起伏面の分布とその形成史を明らかにした。(2)岡山平野の堆積物中のリン含有量は炭素含有率よりはむしろ強熱減量と関係し、リンはバーミキュライト中に吸着されている可能性が示唆された。(3)水素・酸素安定同位体比とCl^-濃度より,岡山平野に広く分布する約10mの沖積粘土間隙水には堆積当時の情報が含まれている可能性が示唆された。2.短期的(1数十年スケール)なリン循環(4)農業用堰(小規模ダム)内のリン蓄積量を現地観測,分布型流出および生態系モデルによって推定した。その結果,堰内には流域内の農地への年間リン施肥量の約2年半分に相当するリンが蓄積されていることを明らかにした。3.沿岸におけるリン再生産(5)児島湾・湖の堆積物の堆積構造,粒度,^<210>Pb年代から過去の海底環境変遷を明らかにした。堆積物中のリン画分の分析の結果その大半は無機態であった。(6)閉鎖性小海域(広島湾奥部)におけるリン収支の解析を行い陸域からのリン負荷よりも隣接する海田湾からの負荷が大きいことを明らかにした。(7)広島湾全体での物質循環を表現する浮遊生態系-底生生態系カップリング・モデルを作成しリン循環を明らかにした。広島湾底泥表層に堆積した有機泥の層厚および底泥中のリン濃度を測定し,広島湾底泥中のリンの総量を見積もった。特に、富栄養化によりリン総量規制対象となった瀬戸内海一級河川流域(芦田川、旭川、大和川)を対象とした。(1)長期的(数千年スケール)なリン循環解明(1)岡山平野の堆積物中のリン含有量は有機物と相関を有し,またバーミキュライト中に吸着され,おおよそ1万年前後にそのピークが確認できた.(2)岡山平野に広く分布する約10mの沖積粘土間隙水中の水素・酸素安定同位体比と化学成分をもとに,堆積後層間水が安定でその後の時間に比例した反応が確認できた.(3)瀬戸内海沿岸地下水中で認められる高濃度の無機態リンは,人為由来ではなく過去堆積したリン由来であることが示唆された.(2)短期的(1数十年スケール)なリン循環

(4)農業用堰(小規模ダム)内のリン蓄積量・速度及び流出速度を分布型流出および生態系モデルによって確認した.その結果,10年経過した堰内には流域内への年間リン施肥量の約2年半分に相当するリンが蓄積され,さらに10年経過すると蓄積できなくなることを明らかにした.(3)沿岸におけるリン再生産及び資源的評価(5)児島湾・湖の堆積物堆積構造,粒度,^<210>Pb年代にもとづくリン蓄積変遷を明らかにした.(6)大型干潟及び感潮河川での観測により,堆積物中からのリン再生産が全体の5090%寄与することを明らかにした.(7)閉鎖性小海域(広島湾奥部)におけるリン収支解析及び広島湾全体での物質循環モデル(浮遊生態系-底生生態系カップリング)解析の結果,広島湾底泥表層に堆積した有機泥中からのリン供給率が少なくないことを明らかにした.(8)世界のリン需給におけるリン鉱石と流域自然系資源(地下水や河床堆積物)のバランス及び今後のリユースの重要性について評価した.
軟X線吸収分光法によるクロスカップリング反応中間体の直接検出

触媒反応の活性や選択性を上げるためには,反応過程を分光学的手法で直接観察することが重要である.そこで本研究では近年新たに確立された透過法による液体の軟X線吸収分光を用いて触媒反応のその場観察を行った.その結果,当初目標としていたクロスカップリング反応の系では解決に時間のかかる問題により実現することはできなかったが,酸化チタン触媒を用いたシアノピラジンの水和反応過程(速度)を観察することができた.また,触媒反応で重要な液相中での有機物ーイオン間の相互作用の軟X線吸収分光による解析の基礎的な検討として水相中のクラウンエーテル包接錯体の測定を行い局所構造の解析に成功した.クロスカップリング反応は様々な材料を合成するための非常に重要な有機合成反応である.本反応の反応機構は反応実験および量子化学計算から得られた知見による提案が多く,分光学的手法により直接反応中間体を検出して議論されることは少ない.そこで本研究では元素選択的に局所電子構造を観察できる軟X線吸収分光を用いることで液相におけるクロスカップリング反応が進行する様子を実際の反応条件下で直接観測することを目的としている.本年度は様々な吸収端の測定を行うことで観察を行うクロスカップリング反応系の探索を行った.実験は,種々のボロン酸,臭化物にPd錯体触媒を溶解させUVSORの軟X線ビームラインBL3Uにて透過法による軟X線吸収分光測定を行った.また,別にオフラインで反応条件の検討をするために,反応装置の準備を行い完了させた.様々な系で検討した結果,測定条件の最適化により炭素のK吸収端測定を行うことはできたが,反応中間体を測定するために重要なホウ素の吸収端およびパラジウムの吸収端における吸収を確認することができなかった.種々の検討の結果,原因は1軟X線吸収分光用の液体セルの膜(SiNまたはSiC製)が目的のエネルギー領域における軟X線を吸収し妨害している点,および2高次光が目的の吸収による変化の検出を阻害している点,の二点が重大な影響をおよぼしている事が分かった.そのため現在,この二点の問題を解決するために有機薄膜を用いた薄膜による液体セルの作成や現在高次光を除くフィルターの検討を進めている.本研究ではクロスカップリング反応における中間体を軟X線吸収分光によって直接検出することを目指して研究を行ってきた.しかし,平成26年度の研究において本反応のような多成分系では基質や溶媒,添加剤,触媒の組み合わせをスクリーニングしても主要な吸収ピークが重なり合ってしまう問題を避けられなかった.そこで平成27年度の前半において,この問題を改善するための検討を行ったが非常に困難であったため,当初の研究方針では期間内に成果をまとめることが不可能であると思われた.そこで平成27年度は研究計画調書に記載の通り系の変更を行うこととした.具体的には,クラウンエーテルを用いた系を検討するための足がかりとして電解質ークラウンエーテル溶液における相互作用を検出できるかを検討した.実験はチオシアン酸カリウムおよび種々のクラウンエーテルを溶解した水溶液をUVSORの軟X線アンジュレータービームラインBL3Uにて透過法による軟X線吸収分光(XAS)測定を行った.また固体のチオシアン酸カリウムの測定は真空チャンバー内で試料電流を測定することにより行った.検討の結果,KのL吸収端XASはクラウンエーテルの孔径に依存して二つの吸収ピークの比率が変化しておりクラウンエーテルによる包接の影響を反映しているものと考えられた.また,SCNのNのK吸収端XASはクラウンエーテルが導入されたかどうかにかかわらず一定の吸収エネルギーを示したのに対し,CのK吸収端XASはクラウンエーテルを導入すると低エネルギー側にシフトした.この傾向は固体のKSCNのCのK吸収端XASが示す吸収エネルギーに近づく傾向を示すため,包接されたKとの相互作用が強まることが予想された.以上のように軟X線吸収分光においてクラウンエーテルー電解質溶液系の測定が可能であることが分かった.平成26年度において測定の問題点を抽出することができ,平成27年度でその問題を解決する予定であったが検討の結果,当研究課題の期間では解決することが難しい問題であることが判明した.これにより系の変更が必要となったため当初の予定よりも遅れが生じている.そこで当初の予定から研究期間を一年延長し現在検討している系を結果にまとめる予定である.昨年度より,研究計画に基づいて研究課題名にあるクロスカップリングの反応系から異なる反応系への変更を模索しており,同時により基礎的な分子間相互作用が検出可能かどうかを確認するためにクラウンエーテルー電解質系水溶液における分子間相互作用によるスペクトルの変化の検出を進めている.本年度は,クラウンエーテルー電解質溶液系のさらなる検討およびプロリンを触媒としたアルドール反応において反応中間体が検出できるかどうかについて検討を行った.クラウンエーテル溶液の実験の場合Ca塩と孔径の異なる三種類のクラウンエーテル(18-クラウン-6,15-クラウン-5および12-クラウン-4)を混合した水溶液を調製した.アルドール反応の実験の場合はヒドロキシアセトンとプロリンの混合溶液を調製した.両試料は軟X線アンジュレータービームラインBL3Uにて透過法による軟X線吸収分光(XAS)測定を行った.検討の結果,クラウンエーテル溶液の系ではCaのL吸収端XASはクラウンエーテルの孔径に伴い異なるピークの形状(分裂)を示した.この部分の変化はCa周りの配位対称性と相関があるため,18-クラウン-6を用いた場合に最もCa周りの配位対称性が崩れていることが予想された.

アルドール反応の系ではCのK吸収端XAS測定を行った結果,導入した二つの化合物のスペクトルの重ね合わせでは再現できない部分があった.本研究期間でこの違いが何を示しているのか明らかにすることが出来なかったが,反応時に生成するイミン中間体がスペクトルの形状に影響を与えていることも予想されるため今後も検討を続けていきたいと考えている.触媒反応の活性や選択性を上げるためには,反応過程を分光学的手法で直接観察することが重要である.そこで本研究では近年新たに確立された透過法による液体の軟X線吸収分光を用いて触媒反応のその場観察を行った.その結果,当初目標としていたクロスカップリング反応の系では解決に時間のかかる問題により実現することはできなかったが,酸化チタン触媒を用いたシアノピラジンの水和反応過程(速度)を観察することができた.また,触媒反応で重要な液相中での有機物ーイオン間の相互作用の軟X線吸収分光による解析の基礎的な検討として水相中のクラウンエーテル包接錯体の測定を行い局所構造の解析に成功した.当初の計画通り反応溶液の軟X線吸収分光測定を行った結果,条件の最適化によって炭素のK吸収端の測定は可能なことは分かったが,本研究目的の達成に重要な他の吸収端の測定が液体セルや高次光の影響により困難であり,その対策に多くの時間を割いたため当初の予定よりも少し遅れ気味である.ただし,平成26年度の検討により測定の問題をおよそ洗い出すことができたので,順調に研究が進めば27年度で遅れを取り戻せるものと考えている.クラウンエーテル-電解質間の相互作用が観察可能であることが分かったので平成28年度はそれを用いた反応の軟X線吸収分光観察を試みる予定である.また可能であれば電気化学反応も合わせて検討を行う予定である.触媒化学平成26年度の検討によって測定における問題点をほぼ洗い出すことが出来た.そこで26年度の後半より種々の高次光フィルターの調査や,現在と異なる材料で作成された膜による軟X線分光用液体セルを検討するなど次のビームタイムまでに問題の対策を進めているところである.これにより測定にかかる問題は解消されると考えているのでビームラインにてこれらの条件が整い次第,種々の反応条件において軟X線吸収分光測定を行い,中間体の検出を行う予定である.平成27年度の研究遂行において系を変更したため研究期間を一年間延長する必要があり,研究期間延長申請を行って了承を得ている.また平成28年度の方が実験のために研究費を使用しなければならないことが多いと予想されたため,平成27年度の研究費を使用を抑え平成28年度に回すこととした.購入した反応装置に必要な部品が,値引きにより想定した額よりも安く購入できたため.平成27年度に反応系を変更したため,それに必要な反応装置や試薬を購入する予定である.本年度の研究の結果を見て,新たに必要と判断した試薬がいくつかあるので,その購入費に充てる.
急性放射線性消化管症候群におけるTLR3の役割

本研究では、放射線事故あるいは癌治療において高線量の放射線が腹部に照射された場合に消化管上皮組織が破綻して生じる急性障害(gastrointestinal syndrome; GIS)の病態形成に自然免疫が寄与するかを検証した。結果として、TLR3欠損マウスやTLR3阻害剤を投与したマウスではGISが軽度になることを見出した。TLR3がGISに寄与する機序を調べたところ、小腸陰窩の上皮細胞増殖領域では放射線による細胞死に加えて、TLR3依存的な細胞死が起きて、上皮構造破綻を増悪させていることが示唆された。本研究により、自然免疫を標的としたGISの新たな予防・治療戦略の開発が進むと期待される。急性放射線性消化管症候群(gastrointestinal syndrome; GIS)は、高線量の電離放射線に被曝した場合に、小腸陰窩の上皮幹細胞が死滅して上皮構造が破綻し、下痢や腸炎が起こる急性疾患である。日常においては、骨盤腔内の悪性腫瘍に対して放射線治療が施行される際に同様の腸炎が起きることが知られており、臨床的に解決すべき問題となっている。本研究課題では、自然免疫応答がGISの病態形成に関与する可能性を追究するため、自然免疫受容体ファミリー分子であるToll-like receptor(TLR)の遺伝子欠損マウスのGISに対する感受性を調べた。TLR遺伝子欠損マウスのうち、TLR3遺伝子欠損マウスは10 Gyのガンマ線全身照射に対して強い耐性を示し、下痢や体重減少などのGISの症状が極めて軽度であることを明らかにした。TLR3遺伝子欠損マウスでは、放射線被曝後の小腸陰窩の上皮細胞死が著減しており、上皮構造の破綻に至らなかった。小腸陰窩の上皮細胞はTLR3を強く発現しており、リガンド刺激で直接的に細胞死することを示した。TLR3は情報伝達分子としてTRIFとRIP1を介して小腸陰窩の細胞死を誘導しうることを示した。癌抑制遺伝子p53は、放射線によるDNA損傷が修復不可能な場合に細胞死を誘導する主要な因子としてよく知られているが、TLR3とp53は互いの発現や機能に関与しなかった。放射線後にTLR3依存的細胞死を誘導するリガンドは、p53依存的に細胞死した際に漏出する自己のRNAであることを示した。さらに、TLR3-RNA結合阻害剤をマウスに投与すると小腸陰窩の細胞死が減少し、GISが軽減することを示した。以上のように、GISの病態成立にTLR3が大きく関与することを明らかし、さらには薬物によるTLR3の阻害がGISを予防・治療する有効な手段となりうることを示した。放射線照射後にTLR3依存的細胞死を誘導するリガンドは、p53依存的に細胞死した際に漏出する自己のRNAであることを示した。さらに、TLR3-RNA結合阻害剤をマウスに投与すると放射線被曝後の小腸陰窩の細胞死が減少し、GISが軽減することを示した。これらに関して国内外の学会ならびに学術誌において研究報告を行った。日常においては、骨盤腔内の悪性腫瘍に対して広範囲の放射線照射が施行される際に同様の腸炎が起きることが知られており、臨床的に解決すべき問題となっている。

TLR3遺伝子欠損マウスでは、放射線被曝後の小腸陰窩の上皮細胞死が著減しており、上皮構造の破綻に至らなかった。小腸陰窩の上皮細胞はTLR3を強く発現しており、リガンド刺激で直接的に細胞死することを示した。TLR3は情報伝達分子としてTRIFとRIP1を介して小腸陰窩の細胞死を誘導しうることを示した。癌抑制遺伝子p53は、放射線によるDNA損傷が修復不可能な場合に細胞死を誘導する主要な因子としてよく知られているが、TLR3とp53は互いの発現や機能に関与しなかった。放射線照射後にTLR3依存的細胞死を誘導するリガンドは、p53依存的に細胞死した際に漏出する自己のRNAであることを示した。さらに、TLR3-RNA結合阻害剤をマウスに投与すると放射線被曝後の小腸陰窩の細胞死が減少し、GISが軽減することを示した。以上のように、GISの病態成立にTLR3が大きく関与することを明らかし、さらには薬物によるTLR3の阻害がGISを予防・治療する有効な手段となりうることを示した。これらに関して国内外の学会ならびに学術誌において研究報告を行った。本研究では、放射線事故あるいは癌治療において高線量の放射線が腹部に照射された場合に消化管上皮組織が破綻して生じる急性障害(gastrointestinal syndrome; GIS)の病態形成に自然免疫が寄与するかを検証した。結果として、TLR3欠損マウスやTLR3阻害剤を投与したマウスではGISが軽度になることを見出した。TLR3がGISに寄与する機序を調べたところ、小腸陰窩の上皮細胞増殖領域では放射線による細胞死に加えて、TLR3依存的な細胞死が起きて、上皮構造破綻を増悪させていることが示唆された。本研究により、自然免疫を標的としたGISの新たな予防・治療戦略の開発が進むと期待される。本研究課題では、平成25年度の研究計画として、(1)放射線被爆後にTLR3がもたらす傷害、(2)傷害に寄与するTLR3陽性細胞を明らかにすることとした。また平成26年度の研究計画として、(3)TLR3が誘導する下流の情報伝達機構、(4)TLR3欠損によるp53の機能への影響、(5)TLR3を刺激するリガンドを明らかにすることとした。研究代表者は上記の計画を平成25年度のうちにすべて達成し、詳しくは(1、2)TLR3は小腸陰窩の上皮細胞に強く発現しており、放射線被爆後に細胞死を誘導すること、(3)TLR3はTRIFとRIP1を介して細胞死を誘導しうること、(4)TLR3はp53の発現や機能に影響しないこと、(5)p53依存的に細胞死した際に漏出する自己のRNAがTLR3を刺激しうることを明らかにした。さらに、TLR3-RNA結合阻害剤がGISの症状を顕著に改善することも示した。この知見に基づき、Nature communicationsに論文発表するとともに、特許の出願を行った。平成26年度には、これらの成果を国内外の学会で研究報告するとともに、国内の学術誌に総説を寄稿した。さらに、GISに関する研究で得られた知見・実験技術をもとに、小腸以外での急性消化管粘膜傷害についての解析、あるいは晩期消化管障害についての解析へも研究を発展させ、得られた研究成果について学会報告を始めている。以上のように、申請時の計画以上に研究は進展している。
選択的阻害剤を用いた糖蛋白質細胞内転送過程の解析

糖蛋白質の細胞内転送機構を解析する手段として転送阻害剤の選択的阻害作用を利用した。現在知られている細胞内転送阻害物質は非常に限られているので、先ず阻害剤の探索と単離から研究に着手した。また、既に糖蛋白質の細胞内転送を阻害することを見い出したブレフェルジンAについても、その作用について解析を加えた。糖蛋白質細胞内転送阻害剤探索系として、新たに考案した方法を採用した。ニュ-カッスル病ウイルス外被に存在する糖蛋白質の一つであるF(fusion)蛋白が細胞表層に転送されると細胞融合が誘起されて巨大な合胞体が形成されることから、合胞体形成阻害を指標として阻害剤の検索と単離を行なった。多種多様な阻害剤が単離されたが、その多くがH^+ーATP分解酵素の中でも液胞型ATP分解酵素活性を選択的に阻害することを認めた。これら阻害剤存在下で細胞内に蓄積されるウイルス糖蛋白質糖鎖の構造を解析した。その結果、あるものはウイルス糖蛋白質の細胞内転送をゴルジに至る以前の転送段階で、あるものはゴルジ槽間の転送を阻害することが糖鎖構造から示された。液胞型ATP分解酵素は種々の細胞内オルガネラに存在するが、それらの感受性の差に起因することが示唆された。ゴレフェルジンAで処理すると糖蛋白質細胞内転送は阻害されて小胞体に蓄積する。また、ブレフェルジンA処理でゴルジが消失しその構成蛋白質が小胞体にretrogradeに転送される。ブレフェルジンAによる転送阻害がanterogradeな転送の阻害に因るのかretrogradeな転送の誘起に因るのかを明らかにするために、retrogradeな転送が微小管依存性であることを利用して解析した。ノカダゾ-ル処理でウイルス糖蛋白質細胞表層出現が部分的に回復されることから後者の可能性が支持された。現在取得している糖蛋白質細胞内転送阻害剤のうち、物理化学的性質の似ているS6791物質とS68物質について、その構造を同定すると共に、糖蛋白質細胞内転送における標的細胞内器官を決定することができた。各種機器分析の結果から、両物質共に18員環構造を主骨格とするマクロライド系の抗生物質であることが判明し、S6791物質はフォリマイシンと、S68物質はSS33410と同定された。SS33410は抗炎症剤として単離された抗生物質であるが、その抗炎症作用は糖蛋白質の細胞内転送阻害で説明できる。細胞内転送阻害物質の検索を始めるにあたって期待していたことではあるが、これら阻害剤の抗炎症剤としての応用の可能性を示す結果であるといえよう。これら阻害剤存在下では、水疱性口内炎ウイルス(VSV)外被糖蛋白質(G蛋白質)はウイルス粒子中に取り込まれて培地中に放出されることはなく、細胞内に糖鎖不全の低分子の状態で蓄積される。糖蛋白質は細胞内を転送される過程で、部位特異な糖鎖のプロセシングを受ける。即ち、糖鎖構造から蓄積されている部位を推定することが可能である。そこで、阻害剤存在下に細胞内に蓄積されるG蛋白質を[ ^3H]マンノ-スで標識し、グリコペプチドを調製した。初ずαーマンノシダ-ゼで処理し、次いでNーアセチルヘキソサミニダ-ゼ処理、更に、αーマンノシダ-ゼ処理を行ない、各処理の後にバイオゲルP4カラムクロマトを行なって溶出パタ-ンの変化を比較した。

その結果、(GIcNAc)_2(Man)_5GlcNAcの糖鎖構造を有することが示され、ゴルジ器官メディアル部位で細胞内転送が阻害されることが強く示唆された。上皮細胞において基底膜面で成熟するVSVのみならず、内腔面で成熟するインフルエンザウイルスの増殖を阻害することから、両極への細胞内転送は阻害部位以降の過程で分れることが示された。異なった作用で糖蛋白質細胞内転送を阻害することを見い出したブレフェルジンA、フォリマイシン並びにF4490の作用について検討を加え、以下の新知見を得た。糖蛋白質の細胞内転送はブレフェルジンAで阻害され小胞体に蓄積する。ゴルジ構造が消失して、その構成蛋白質はretrogradeに小胞体に運ばれる。このretrogradeな細胞内転送は微小管依存性で、ノカダゾ-ル処理でウイルス糖蛋白質の細胞表層への転送が部分的に回復される。フォリマイシン処理で、ニュ-カッスル病ウイルスの場合は融合蛋白質の細胞表層への出現が抑制される結果として合胞体形成が阻害され、水疱性口内炎ウイルスでは低分子のG蛋白質が細胞内に蓄積し、G蛋白質を含まず感染性の無いウイルス粒子が形成される。細胞内に蓄積したG蛋白質のグリコペプチドは、エンドリコシダ-ゼH感受性、コンカナバリンAーセファロ-ス親和クロマトの溶出挙動、エクソグリコシダ-ゼ感受性等の解析から、高マンノ-ス型糖鎖であると結論された。分子篩カラムクロマトとエクソグリコシダ-ゼを組み合わせた実験結果から、Man_8GlcNAc_2の糖鎖を有すると結論した。これらの知見から、ゴルジシス部位に到達する以前の過程での細胞内転送阻害が示唆された。酵母の増殖もフォリマイシンに感受性であるが、インベルタ-ゼは糖鎖不全の形で分泌される。この知見は、糖鎖構造が増殖に関与することを示唆しているとも考えられる。フォリマイシンはVーATPaseを選択的に阻害し、細胞内オルガネラの酸性化と細胞内転送の関係が示された。F4490もウイルス糖蛋白質の細胞内転送に作用する。本物質は従来に無い強いグルコシダ-ゼ阻害活性を有することから、リピド中間体から転移された少糖鎖に存在するグルコ-ス残基のトリミング阻害の結果として細胞内転送が抑制されると結論した。
キメラ抗体と抗癌剤の複合体の抗腫瘍効果増強と癌細胞の遺伝子レベルの機能変化の解析

●キメラ抗体の作製と複合体の合成:A7キメラ抗体を遺伝子組み替え酵母培養液から精製した。分子量4万のデキストランと抗癌剤(ネオカルチノスタチン、マイトマイシンC、アドリアマイシン)との結合体を合成し、抗体と架橋剤を用いて結合し複合体を合成した。その抗体活性および、抗癌活性がほぼ100%保持されていることを確認した。●抗体と抗原分子との結合に伴う細胞の機能変化の解析:抗体とともに癌細胞を培養することで、その増殖パターンや形態学的な変化を検討したところ、抗体の添加によりシャーレに付着した癌細胞は剥離する傾向を示し、形態学的にも非添加群に比較して球状に近い形態を示した。しかし、遺伝子レベルにおける増殖因子に関連した遺伝子変化は証明できなかった。蛋白レベルでは、接着因子の発現が抗体添加群でやや増強されたが、有意の差は認められなかった。●抗癌剤との至適組合わせの検討:A7と併用することで、ネオカルチノスタチン、マイトマイシンC、アドリアマイシン、シスプラチンなどはいずれも抗腫瘍効果は増強されたが、5-FU等の代謝拮抗剤ではその様な効果は認められなかった。●ネオカルチノスタチンと結合したデキストランとキメラ抗体との複合体の効果の検討:複合体単独、抗体単独、抗癌剤単独、抗体と抗癌剤の併用の4つの群に分けて抗腫瘍効果を検討した。標的癌細胞としてA7認識抗原の発現されている胃癌培養癌細胞株MKN45を使用した。最も高い抗腫瘍効果は複合体単独群および抗体と抗癌剤の併用群で観察され、両者はほぼ同等の抗腫瘍効果を示した。ついで、抗癌剤単独が抗腫瘍効果が高く、抗体単独では抗腫瘍効果は認められなかった。
拡散テンソル解析を用いた脳機能ネットワークにおける神経線維描出の研究

初年度では,まず拡散テンソルを使った神経線維描出の基本ソフトの開発を行った.予定では初年度から正常被検者の募集を行い,対象者全員の撮影を達成する計画であったが,神経線維描出のソフト開発に時間がかかることが分かり,これに専念するために研究計画に述べたデータの収集は次年度に持ち越して行うこととした.本年度は3次元コンピュータグラフィクスの手法を利用して,トラクトグラフィーによる脳の各部位における拡散異方性の視覚的評価法を開発し,学会および論文発表した.また,トラクトグラフィーを使った皮質脊髄路の簡易描出法としてone-ROI法とtwo-ROI法を比較検討も論文発表した.対象は健常ボランティア5名(平均34.8±3歳,総て男性)であり,左右合計10大脳半球について評価した.開発したトラクトグラフィーは汎用表示ソフトウェア(VOLUME-ONE)と拡張ソフトウェア(VizDT-II)による拡散係数最大方向の追跡表示である.任意断面上の任意形状関心領域(ROI)による開始点と標的領域の設定ができる.開始ROI内では一定密度の開始点から軌跡の計算が始まる.また,軌跡上の各点の拡散異方性に応じた色づけができ,最大追跡方向の信頼性が分かる.つまり,赤色は線状拡散,黄色は面状拡散で,白色は球状拡散を表す.異方性(FA値)や見かけの拡散係数(ADC値)による軌跡終端条件などの各種設定も出来る.今回の検討によりone-ROI法およびtwo-ROI法を使ったトラクトグラフィーで簡便に皮質脊髄路が描出されることが確認された,トラクトグラフィーは梗塞などの白質病変による臨床症状の説明や予後予測,脳腫瘍の浸潤評価やナビゲーションなどにすぐにでも応用できると期待される.1.平成14年度初年度では,まず拡散テンソルを使った神経線維描出の基本ソフトの開発を行った.予定では初年度から正常被検者の募集を行い,対象者全員の撮影を達成する計画であったが,神経線維描出のソフト開発に時間がかかることが分かり,これに専念するために研究計画に述べたデータの収集は次年度に持ち越して行うこととした.そこで,本年度は3次元コンピュータグラフィクスの手法を利用して,トラクトグラフィーによる脳の各部位における拡散異方性の視覚的評価法を開発し,学会および論文発表した.また,トラクトグラフィーを使った皮質脊髄路の簡易描出法としてone-ROI法とtwo-ROI法を比較検討も論文発表した.対象は健常ボランティア5名(平均34.8±3歳,総て男性)であり,左右合計10大脳半球について評価した.single-shot echo-planer imagingによる拡散テンソル画像の収集はGE社製Signa Horizon LX1.5Tを用いた.開発したトラクトグラフィーは汎用表示ソフトウェア(VOLUME-ONE)と拡張ソフトウェア(VizDT-II)による拡散係数最大方向の追跡表示である.任意断面上の任意形状関心領域(ROI)による開始点と標的領域の設定ができる.Two-ROI法では開始ROIおよび標的ROIの両者を通過するものが表示される.開始ROI内では一定密度の開始点から軌跡の計算が始まる.また,軌跡上の各点の拡散異方性に応じた色づけができ,最大追跡方向の信頼性が分かる.つまり,赤色は線状拡散,黄色は面状拡散で,白色は球状拡散を表す.異方性(FA値)や見かけの拡散係数(ADC値)による軌跡終端条件などの各種設定も出来る.今回の検討によりone-ROI法およびtwo-ROI法を使ったトラクトグラフィーで簡便に皮質脊髄路が描出されることが確認された.トラクトグラフィーは梗塞などの白質病変による臨床症状の説明や予後予測,脳腫瘍の浸潤評価やナビゲーションなどにすぐにでも応用できると期待される.2.平成15年度次年度(平成15年度)は本来のデータ収集とまとめ,発表にあてる予定である.初年度では,まず拡散テンソルを使った神経線維描出の基本ソフトの開発を行った.予定では初年度から正常被検者の募集を行い,対象者全員の撮影を達成する計画であったが,神経線維描出のソフト開発に時間がかかることが分かり,これに専念するために研究計画に述べたデータの収集は次年度に持ち越して行うこととした.本年度は3次元コンピュータグラフィクスの手法を利用して,トラクトグラフィーによる脳の各部位における拡散異方性の視覚的評価法を開発し,学会および論文発表した.また,トラクトグラフィーを使った皮質脊髄路の簡易描出法としてone-ROI法とtwo-ROI法を比較検討も論文発表した.対象は健常ボランティア5名(平均34.8±3歳,総て男性)であり,左右合計10大脳半球について評価した.開発したトラクトグラフィーは汎用表示ソフトウェア(VOLUME-ONE)と拡張ソフトウェア(VizDT-II)による拡散係数最大方向の追跡表示である.任意断面上の任意形状関心領域(ROI)による開始点と標的領域の設定ができる.開始ROI内では一定密度の開始点から軌跡の計算が始まる.また,軌跡上の各点の拡散異方性に応じた色づけができ,最大追跡方向の信頼性が分かる.つまり,赤色は線状拡散,黄色は面状拡散で,白色は球状拡散を表す.異方性(FA値)や見かけの拡散係数(ADC値)による軌跡終端条件などの各種設定も出来る.今回の検討によりone-ROI法およびtwo-ROI法を使ったトラクトグラフィーで簡便に皮質脊髄路が描出されることが確認された,トラクトグラフィーは梗塞などの白質病変による臨床症状の説明や予後予測,脳腫瘍の浸潤評価やナビゲーションなどにすぐにでも応用できると期待される.
実環境下で安定した認識能力を持つ生体模倣型ステレオアクティブビジョンの構築

今年度は、認識系の実現を目指し、昨年度達成した制御のための基礎的手法の上に注視点選択の枠組みを組み込み、また、物体認識手法と統合することにより、実環境下で安定した認識能力を持つアクティブビジョンシステムを実現することを目指した。具体的には、以下の3点について研究を行った。1.シーンの理解に最適な、注視点(物体)の選択手法の実現2.変動が多い実環境内での、安定した物体認識システムの構築3.システムの統合、評価1に関しては、昨年度確立した注視点選択手法を拡張し、最適化関数に色情報の項を付加することにより、遮蔽等の状況下でも頑健かつ高精度な注視点選択法を実現した。これにより、注視物体の対応付けが安定し、注視点選択も正確になる。2に関しては、物体認識に対して、物体の輝度値変化に強い輪郭形状に基づき、実環境下で安定した物体認識を実現した。Waveletによる多重解像度化と複素自己回帰モデルによる精度の高い物体記述を組み合わせることで、変動が多い実環境下でも高精度な物体認識が可能となった。また、認識に必要なデータ量はきわめて小さく、その処理速度も非常に高速である。3に関しては、これまでに提案した手法を組み合わせて、環境変動にロバストな移動物体輪郭形状の識別及び検索システムを構築した。実際に撮影した動画像を用いて物体認識実験を行った。動画像を用いた実時間の状況でも物体の追跡や認識が高速かつ高精度で行うことができた。これらの研究成果は、1件の国内雑誌に投稿し採用された。また、学位論文としてその内容を纏めた。さらに、1件の国際会議に投稿中である。
農学的利用を目指した新規雌雄初期胚選別法の開発

雌雄産み分けは、家畜動物の効率的生産という意味で非常に重要な技術であり、特に胚移植前の段階で雌雄胚選別することが望まれる。本研究では細胞にダメージを与えないライブセルイメージング技術を応用し、性染色体を認識する蛍光プローブを開発することで新規雌雄初期胚選別技術の開発を目指した。期間中、雌胚特異的に見られるX染色体不活性化現象をリポートする蛍光プローブを開発し、実際に雌雄胚選別を試みたところ、マウス胚において雌雄の100%の産み分けに成功した。なお、本技術は産仔に対して無害であり、かつ遺伝子組み換え動物にはならないことから、現場への応用が期待される。家畜動物や愛玩動物は、その産業性質から雌雄どちらかの個体が必要とされることが多い。しかし、産仔の段階で雌雄の選別を行うことはコスト的にも倫理的にも不適切であるため、配偶子の段階、あるいは発生のごく初期、特に胚移植可能な着床前初期胚以前の段階での雌雄選別が望まれる。申請者はこれまでに哺乳動物初期胚を用いた蛍光ライブセルイメージングの系を構築した。本実験系は、特定タンパク質と蛍光タンパク質との融合タンパク質をコードしたmRNAをin vitroで合成し、これを卵子内に顕微注入することによって蛍光分子を発現させ、顕微鏡でその動態について胚を生かしたまま追跡するという手法である。本技術では、蛍光観察後に胚を偽妊娠マウスへと移植すれば産仔が得られることから、胚選別技術としての応用が考えられた。そこで、申請者はこのシステムを発展させ、性染色体を認識する蛍光プローブを開発することで新規雌雄初期胚選別技術に応用することを目的とする。本年度は、発生に全く影響のないイメージング技術を確立するため、蛍光観察後に胚を移植し、問題なく産仔が得られるような蛍光観察の条件を詳細に検討した。その結果、1細胞期から胚盤胞期にかけての約70時間にわたり、計6万枚の蛍光画像を取得した後も問題なく胚が個体発生することがわかった。その他、胚選別を行うには同時に多くの胚を詳細に観察する必要が生じるため、100個以上の胚を同時にイメージングできるような機器の改良を行った。しかし、産仔の段階で雌雄の選別を行うこことはコスト的にも倫理的にも不適切であるため、配偶子の段階、あるいは発生のごく初期、特に胚移植可能な着床前初期胚以前の段階での雌雄選別が望まれる。本実験系は、特定タンパク質と蛍光タンパク質との融合タンパク賃をコードしたmRNAをin vitroで合成し、これを卵子内に顕微注入することによって蛍光分子を発現させ、顕微鏡でその動態について胚を生かしたまま追跡するという手法である。本技術では、蛍光観察後に胚を偽妊娠マウスヘと移植すれば産仔が得られることから、胚選別技術としての応用が考えられた。そこで、申請者はこのシステムを発展させ、性染色体を認識する蛍光プローブを開発することで新規雌雄初期胚選別技術に応用することを目的とした。本年度は、雌胚特異的に見られるX染色体不活性化現象をリポートする蛍光プローブを開発し、実際に雌雄胚選別を試みた。このプローブをコードするmRNAをインジェクション後、受精後4日目の胚盤胞期胚で蛍光観察したところ、約半数の胚において核内に明確な不活性化X染色体のシグナルが観察された。実際にこれらの胚を仮親に移植してみると、100%の確率で雌が生まれ、残りの胚からは雄胚のみが生まれた。この実験系における産仔作出効率は無操作のコントロールと遜色ないことから、マウス胚において雌雄の100%の産み分けに成功したと言える。
脳活動の近赤外分光計測データに対する経路長を考慮した実時間解析法の研究

本課題では、(1)近赤外分光装置(NIRS)により測定した右手掌握運動の課題実行時の脳活動データに対して、リカレンス・プロット(以下RPと表記)による解析行った。その結果、掌握運動実行時には、平均、中央値、最頻値について、タスク前とタスク期間のNIRSデータに有意差を認めた。また、(2)エクストリーム学習器を用いたNIRS計測データの掌握運動のレスト・タスク識別や、(3)暗算課題遂行時の前頭葉の活動をNIRS計測データについて、相関次元とヒグチフラクタル次元を算出し比較検討した。(2)と(3)については被験者数が少ないため、実験を継続する必要がある。本申請研究課題では、近赤外分光装置(NIRS)により測定した脳活動データの高速識別手法の確立とリハビリテーションの補助のためのNIRSデータの解析結果表示システムの構築を行う。平成25年度は、まず、本申請研究課題全体の基礎の確立として、手の実運動およびその想像時におけるNIRSデータについて、皮膚血流の影響の検出を行った。具体的には、手の掌握運動に関する運動課題遂行時における脳活動をNIRS装置によって計測を行った。この際、従来の3cm間隔で配置したプローブに加え、1.5cm間隔に配置したNIRSプローブを用いた計測を行った。この1.5cm間隔に配置したNIRSプローブと3cm間隔のプローブによって検出した成分との間にグレンジャー因果律に基づく解析を実行した。その結果、従来は認知課題では他の課題に比べて皮膚血流の影響が大きいとされていたが、本研究では、運動課題においても皮膚血流の影響が強い可能性が示唆された。次に、上記とは異なる因果律解析法として、移動エントロピーを用いて閉眼安静時の脳活動のNIRSデータの解析を行った。このデータにおいても、上述の1.5cm間隔に配置したNIRSプローブと3cm間隔のプローブによって検出した成分との間に非対称的な情報量の移動が検出できた。このことは、皮膚血流から皮質血流への因果律の検出できることを示唆している。さらに、NIRSデータに基づく脳の領野間の機能的結合の検出を試みた。その際、非線形時系列解析手法の一種であるジョイント・リカレンス・プロットを導入し、手の掌握運動およびその想像課題実行時のNIRSデータの解析を行った。その結果、特に手の掌握運動の想像時には、左右両半球の運動前野と補足運動野の間で、強い機能的結合の存在を示唆する結果が得られた。平成26年度は、前年度に着手した非線形時系列解析手法の一種であるジョイント・リカレンス・プロット(以下JRPと表記)によるNIRSデータの解析を発展させ、グローバル・リカレンス・プロット(以下GRPと表記)を導入して、下記のような実験データの解析を行った。右利きの実験協力者について、右手の掌握運動およびその想像課題実行時のNIRSデータを測定し、そのデータについてJRPおよびGRPによる解析を行った。その結果、掌握運動実行時には、多くの場合においてタスクの開始時がGRPによって検出可能であることが示された。一方、掌握運動の想像時には、タスクの開始時をGRPによって明確には検出できない結果が示された。これらのことより、GRPは運動実行のタスク・レスト識別には寄与できる可能性が示唆された。また、上記のリカレンス・プロットによる解析は、一般にNIRS測定データの解析上の問題点として挙げられる光路長影響も排除した解析法になっているため、上記の結果の信頼性は高いといえる。平成26年度には上記の他に、Hungらによって提案された機械学習手法であるExtreme Learning Machineを用いてNIRS時系列データの学習と予測も行った。予備的な数値実験の結果、従来の回帰型非線形サポートベクターマシンによる学習に比べて、高速に時系列の学習が可能で、予測精度も比較的良好なモデル構築の見通しを得た。本申請研究課題では、近赤外分光装置(NIRS)により測定した脳活動データの高速識別手法の確立とリハビリテーションの補助のためのNIRSデータの解析結果表示システムの構築を目指す。平成27年度は、前年度に着手した非線形時系列解析手法の一種であるリカレンス・プロット(以下RPと表記)によるNIRSデータの解析について、従来は定性的な評価が行われたRPについて、RPを行列として表すことによって現れる距離行列の要素に関するヒストグラムを統計的に解析することによって定量的な評価を行った。ここで、統計解析は上記のヒストグラムに対して、平均、中央値、最頻値、最大値、歪度、尖度を検討対象とした。この手法を右手掌握運動の課題実行時のNIRSデータに適用して解析を行った。その結果、掌握運動実行時には、平均、中央値、最頻値について、タスク前(レスト)とタスク期間のNIRSデータに有意差を認めた。上記の解析法は、NIRS計測における光路長問題の影響を受けず、計算が容易でオンライン計測にも適用可能であるため、本課題が目指すNIRS計測データの実時間解析法として有効であると言える。平成27年度には上記の他に、Hungらによって提案された機械学習手法であるExtreme Learning Machineを用いてNIRS計測データのレスト・タスク識別についても検討した。予備的な数値実験の結果、従来のサポートベクターマシンによる識別に比べて、高速に時系列の学習が可能で、識別精度も比較的良好なモデル構築が可能であるとの見通しを得た。

近赤外分光装置(NIRS)により測定した脳活動データの解析手法については、リカレンス・プロットの適用により手の掌握運動の検出は高速に実行可能であることが示された一方、掌握運動の想像タスクについては検討が不十分という結果となっており、当初の計画に対してやや遅れていると言える。一方で、NIRSデータの学習に基づく識別については、Extreme Learning Machineを適用することにより、当初計画より高速かつ高性能の学習の目処が立ったため、当初の計画通りに進展していると言える。上記より、全体としての達成度は、やや遅れているが、課題実施期間の1年の延長申請が認められたため、この期間終了時に計画を達成することは可能であると考えられる。本申請研究課題では、近赤外分光装置(NIRS)により測定した脳活動データの高速識別手法の確立とリハビリテーションの補助のためのNIRSデータの解析結果表示システムの構築を目指す。平成27年度は、前年度に着手した非線形時系列解析手法の一種であるリカレンス・プロット(以下RPと表記)によるNIRSデータの解析について、従来は定性的な評価が行われたRPについて、RPを行列として表すことによって現れる距離行列の要素に関するヒストグラムを統計的に解析することによって定量的な評価を行った。ここで、統計解析は上記のヒストグラムに対して、平均、中央値、最頻値、最大値、歪度、尖度を検討対象とした。この手法を右手掌握運動の課題実行時のNIRSデータに適用して解析を行った。その結果、掌握運動実行時には、平均、中央値、最頻値について、タスク前(レスト)とタスク期間のNIRSデータに有意差を認めた。上記の解析法は、NIRS計測における光路長問題の影響を受けず、計算が容易でオンライン計測にも適用可能であるため、本課題が目指すNIRS計測データの実時間解析法として有効であると言える。平成28年度には、前年度までの成果で得られた光路長の影響を受けないRPによるNIRSデータの解析手法に関する論文が学術誌に掲載された。また、前年度までのRPとは異なる視点の非線形時系列解析として、暗算課題遂行時の前頭葉の活動をNIRSを用いて測定し、相関次元とヒグチフラクタル次元を算出し比較検討した。その結果、相関次元よりもヒグチフラクタル次元の方がタスク・レスト間において,有意な差を確認できた。更に、上記と同一の実験データについてリアプノフスペクトラムの算出も試みたが、他の研究者の報告とは異なる結果が得られたため、この結果については慎重に吟味する必要がある。本課題では、(1)近赤外分光装置(NIRS)により測定した右手掌握運動の課題実行時の脳活動データに対して、リカレンス・プロット(以下RPと表記)による解析行った。その結果、掌握運動実行時には、平均、中央値、最頻値について、タスク前とタスク期間のNIRSデータに有意差を認めた。また、(2)エクストリーム学習器を用いたNIRS計測データの掌握運動のレスト・タスク識別や、(3)暗算課題遂行時の前頭葉の活動をNIRS計測データについて、相関次元とヒグチフラクタル次元を算出し比較検討した。