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X線μCTを用いた霜層微細構造計測に基づく熱物質輸送解析による霜成長過程の解明

本研究の研究対象である霜層では,霜の成長とともに内部の温度分布と水蒸気分圧が時間的にも変化し,霜層内にて複雑に結晶構造を変化させながら,霜層が成長する.霜結晶構造と霜層内の熱物質輸送の関係を解明することにより,霜成長過程が明らかとなり,着霜現象の解明につながる.研究方法は,「X線マイクロCTを用いた霜層微細構造評価」と「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」の2つに大別される.「X線マイクロCTを用いた霜層微細構造評価」については,2017年度にSPring-8にて取得した3次元微細構造の結晶構造の分類を行った.霜層で形成される氷結晶構造は樹枝状晶に成長する柱状結晶と,平板型の結晶の2種類のみが存在することが明らかとなった.また,卓上型X線マイクロCT装置(横浜国立大学所有)を利用し,伝熱面の表面性状が霜層微細構造に与える影響を観察した.はっ水面である場合,伝熱面から100200μmにおいて,結晶構造の変化から霜層密度が疎となることが見いだせた.「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」については,2019年度より実験データを用いて非構造計算格子を生成し,「氷結晶の熱伝導」,「霜層内の湿り空気の熱伝達」,「水蒸気の物質伝達」の熱物質輸送の連成問題を解析する計画である.2018年度では,過去に得られた3次元CTデータを用いて,幅1.5mm×奥行0.4mm×高さ1.15mmの微小領域について,氷結晶と湿り空気について試行的に3次元熱伝導の数値計算を行った.その結果,霜層から突き出た氷結晶は,急激に温度が上昇し,氷の結晶形状が変化していることが明らかとなった.今後,実験結果に基づいた数値計算を実施し,霜層内の局所温度と水蒸気分圧を求め,実験結果から求まる霜結晶構造との関係を調べ,霜結晶の成長過程を明らかにする.「X線マイクロCTを用いた霜層微細構造評価」については,当初SPring-8での計測を実施予定であったが,研究申請が採択されなかったため,横浜国立大学が所有する卓上型X線マイクロCTを用いた.霜層の3次元微細構造の計測に挑戦し,SPring-8よりは明瞭さに欠けるものの,結晶構造の判別が可能であった.その計測条件の絞り込みに時間を要したが,当初のデータを得ることが可能であった.「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」については,「氷結晶の熱伝導」,「霜層内の湿り空気の熱伝達」,「水蒸気の物質伝達」の3項目の計算の内,「氷結晶の熱伝導」と「霜層内の湿り空気の熱移動」については,微小領域において計算を実施し,成果を得た.以上より,当初の予定通り,ほぼ順調に研究は進展している.「X線マイクロCTを用いた霜層微細構造評価」については,伝熱面の表面性状,特にはっ水面において霜層微細構造に影響を及ぼしており,今後,はっ水面での霜層微細構造評価を重点的に行う.それと同時に,2017年度のSPring-8での測定した3次元微細構造の時間成長に伴うデータが膨大であり,その整理を進める.その実験データを用いて非構造計算格子を生成し,霜層内の局所温度,水蒸気分圧を数値計算から求め,「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」を進める.本研究の研究対象である霜層では,霜の成長とともに内部の温度分布と水蒸気分圧が時間的にも変化し,霜層内にて複雑に結晶構造を変化させながら,霜層が成長する.霜結晶構造と霜層内の熱物質輸送の関係を解明することにより,霜成長過程が明らかとなり,着霜現象の解明につながる.研究方法は,「X線マイクロCTを用いた霜層微細構造評価」と「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」の2つに大別される.「X線マイクロCTを用いた霜層微細構造評価」については,2017年度にSPring-8にて取得した3次元微細構造の結晶構造の分類を行った.霜層で形成される氷結晶構造は樹枝状晶に成長する柱状結晶と,平板型の結晶の2種類のみが存在することが明らかとなった.また,卓上型X線マイクロCT装置(横浜国立大学所有)を利用し,伝熱面の表面性状が霜層微細構造に与える影響を観察した.はっ水面である場合,伝熱面から100200μmにおいて,結晶構造の変化から霜層密度が疎となることが見いだせた.「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」については,2019年度より実験データを用いて非構造計算格子を生成し,「氷結晶の熱伝導」,「霜層内の湿り空気の熱伝達」,「水蒸気の物質伝達」の熱物質輸送の連成問題を解析する計画である.2018年度では,過去に得られた3次元CTデータを用いて,幅1.5mm×奥行0.4mm×高さ1.15mmの微小領域について,氷結晶と湿り空気について試行的に3次元熱伝導の数値計算を行った.その結果,霜層から突き出た氷結晶は,急激に温度が上昇し,氷の結晶形状が変化していることが明らかとなった.今後,実験結果に基づいた数値計算を実施し,霜層内の局所温度と水蒸気分圧を求め,実験結果から求まる霜結晶構造との関係を調べ,霜結晶の成長過程を明らかにする.「X線マイクロCTを用いた霜層

微細構造評価」については,当初SPring-8での計測を実施予定であったが,研究申請が採択されなかったため,横浜国立大学が所有する卓上型X線マイクロCTを用いた.霜層の3次元微細構造の計測に挑戦し,SPring-8よりは明瞭さに欠けるものの,結晶構造の判別が可能であった.その計測条件の絞り込みに時間を要したが,当初のデータを得ることが可能であった.「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」については,「氷結晶の熱伝導」,「霜層内の湿り空気の熱伝達」,「水蒸気の物質伝達」の3項目の計算の内,「氷結晶の熱伝導」と「霜層内の湿り空気の熱移動」については,微小領域において計算を実施し,成果を得た.以上より,当初の予定通り,ほぼ順調に研究は進展している.「X線マイクロCTを用いた霜層微細構造評価」については,伝熱面の表面性状,特にはっ水面において霜層微細構造に影響を及ぼしており,今後,はっ水面での霜層微細構造評価を重点的に行う.それと同時に,2017年度のSPring-8での測定した3次元微細構造の時間成長に伴うデータが膨大であり,その整理を進める.その実験データを用いて非構造計算格子を生成し,霜層内の局所温度,水蒸気分圧を数値計算から求め,「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」を進める.2018年度の「霜層内熱物質輸送解析と霜成長過程の解明」において,3次元数値計算を行う際,霜層内の温度分布が及ぼす影響を重要視して解析したため,霜層全領域ではなく,霜層一部の微小領域について氷結晶と湿り空気の3次元熱伝導の数値計算を行った.そのため,計算負荷が低減し,大型計算機利用料金が当初の計画よりも少なくなったため,予算に余剰が生じた.2019年度は,計算領域を拡大し,霜層全域における熱物質輸送特性を評価するため,計算負荷が増大する.そのための予算として利用する.
生物に学ぶ複雑系の分散型機能創発に関する研究

本研究課題では階層型分散制御構造の工学応用を目的とした研究を行ってきた.階層型分散制御構造とはシステム全体を監視する上位制御器と複数の下位分散制御器群の2層からなる制御構造である.この構造は,システム全体の挙動を上位制御器で迅速に決定する一方で,下位制御器群の分散制御によって制御負荷を軽減させつつ,複数の制御器の協調による多様性の実現によってシステム自身の状態や外部環境が変化に対して適応的な動作の創発を可能にする.自然物でもっとも複雑な構造を有する生物の動作は階層化された神経構造によるところが大きいが,階層型分散制御構造の持つ上下各層はそれぞれ生物の脳と脊椎中の神経振動子群(Central Pattern Generator)に対応するという点で,生物のような大規模複雑系をも効率よく制御する一制御形態として我々は以前からこの制御構造に注目していた.同制御構造の工学応用には下位制御器の行動計画能力を高めることが有効であると考え,本年度の研究では下位制御器群のシステム内における自己位置推定の可能性を探った.そこで多脚歩行系を構成する各脚の制御を下位制御器で行い(これをサブシステムと呼ぶ),各サブシステムに個別の情報を与えることなくロボット内のどの位置に配置されているかを自律的に推定させた.ロボットを構成するサブシステムの位置の入れ替えや異なる形状の連結をした場合でも,各サブシステムはロボット全体の規模や形状に関する情報を必要せずにわずか数歩の足踏みで正しく配置位置の推定を行い,調和の取れた歩行を実現した.これはロボットの内部状態(連結形態)で決定される配置位置に応じた機能創発が行なわれたことを示している.本研究によって,大規模複雑系でかつ内部状態が頻繁に変わるような,系全体の監視に多大な労力が必要なシステムの制御に対する分散制御系の応用可能性が示された.本年度の主な活動内容は,試作の終了している脚モジュールを動作させて性能を評価することで脚モジュールの量産と既存モジュールの改良を行う,いわば「ものづくり」であった.本年行った実験を通して基本的な脚モジュールの制御に必要なプログラムは完成し,モジュール間通信を用いたもっとも基本的な動作の確認まで行えた.そしてこの内容をロボット学会の学術講演会にて発表した.また,その実験中にハードウェア面での改良すべき点がいくつか見つかったため,それに基づいて既存モジュールに改良を加えると同時にそれらの点を踏まえた量産型モジュールの製作に着手し,これらを完成させた.これと並行して分散制御系に適した歩容生成アルゴリズムを提案し,シミュレーションによりその有効性を確認した.このシミュレーション結果は,提案手法を用いた歩容生成によって,分散制御系の利点である系の規模の拡縮性高さや運用形態の多様性を阻害することなく,各モジュールが分散的に行動を決定することでシステムの制御負荷軽減に貢献しつつも,全体として調和の取れた多様な運動を実現することが可能であること示している.この内容については現在ロボット学会論文誌に投稿中である.ここで得られた知見は多脚歩行系の歩容生成以外にも,より大規模なシステムへの拡張の可能性も示唆しており,次年度の研究予定として掲げた内容へとつながる.次年度にはこの改良型モジュールと量産型モジュールの両方に,今年度培った制御プログラムのノウハウを用いて提案手法を実装することで速やかに実験を行い,実機による提案手法の有効性を確認するとともに,提案手法を拡張することで他の大規模システムへの応用を試みる予定である.本研究課題では階層型分散制御構造の工学応用を目的とした研究を行ってきた.階層型分散制御構造とはシステム全体を監視する上位制御器と複数の下位分散制御器群の2層からなる制御構造である.この構造は,システム全体の挙動を上位制御器で迅速に決定する一方で,下位制御器群の分散制御によって制御負荷を軽減させつつ,複数の制御器の協調による多様性の実現によってシステム自身の状態や外部環境が変化に対して適応的な動作の創発を可能にする.自然物でもっとも複雑な構造を有する生物の動作は階層化された神経構造によるところが大きいが,階層型分散制御構造の持つ上下各層はそれぞれ生物の脳と脊椎中の神経振動子群(Central Pattern Generator)に対応するという点で,生物のような大規模複雑系をも効率よく制御する一制御形態として我々は以前からこの制御構造に注目していた.同制御構造の工学応用には下位制御器の行動計画能力を高めることが有効であると考え,本年度の研究では下位制御器群のシステム内における自己位置推定の可能性を探った.そこで多脚歩行系を構成する各脚の制御を下位制御器で行い(これをサブシステムと呼ぶ),各サブシステムに個別の情報を与えることなくロボット内のどの位置に配置されているかを自律的に推定させた.ロボットを構成するサブシステムの位置の入れ替えや異なる形状の連結をした場合でも,各サブシステムはロボット全体の規模や形状に関する情報を必要せずにわずか数歩の足踏みで正しく配置位置の推定を行い,調和の取れた歩行を実現した.これはロボットの内部状態(連結形態)で決定される配置位置に応じた機能創発が行なわれたことを示している.本研究によって,大規模複雑系でかつ内部状態が頻繁に変わるような,系全体の監視に多大な労力が必要なシステムの制御に対する分散制御系の応用可能性が示された.
脳低温療法により誘導される脳内遺伝子の固定

近年、重症脳損傷患者に対する脳低温療法(33°C前後)の有効性が報告され、新しい治療法の1つとして注目されている。しかし、その有効性に関する機構としては、グルタミン酸の放出抑制など従来の既知の神経細胞障害分子機構の全般的な抑制の観点からの報告にとどまっており、特に神経細胞の遺伝子・分子レベルでの機構の解明はなされていない。我々は32°Cで発現誘導される新しいRNA結合蛋白CIRP(cold-inducible RNA-binding protein)を発見している。本年度はCIRPが神経発生期において発現していること、またCIRPの調節因子が存在することを見い出した。さらに、マウス神経細胞株を37°Cと33-34°Cで培養し、それぞれRNAを抽出してcDNAライブラリーを作成し、differential display法及び既報のごとくcDNA subtraction法(Endocrinology1995;Endocrinology1996;Dev Growth Diff1996;JBC1997)により33-34°Cで温度特異的に発現している遺伝子cDNAの同定を試みたが、低体温そのものにより脳内において発現が誘導される未知の新しい物質を同定するまでには至っていない。今後も同様の研究を継続する予定である。
ワーク・ライフ・バランスと健康および仕事の動機づけに関する総合的研究

本研究では,職業性ストレスの個人差要因としてワーク・ライフ・バランスに注目し,職業性ストレスが労働者の安寧に影響を及ぼすプロセスにおいて,ワーク・ライフ・バランスがどのような役割を果たすのか,そのメカニズムを実証的に明らかにすることを目的とした。文献レビュー,予備調査(横断調査),本調査(縦断調査)を通じて,ワーク・ライフ・バランスに関する健康障害プロセス(仕事のストレス要因→仕事・家庭葛藤→心身の不調)および動機づけプロセス(仕事の資源→仕事・家庭ポジティブ流出→モティベーション)が確認された。また,心身の不調やモティベーションに関するクロスオーバー効果(夫(妻)のストレス・モティベーションが妻(夫)に伝わること)も確認することができた。1.準備(1)先行研究の収集とレビューワーク・ライフ・バランス研究の専門家からの意見聴取,先行研究のレビューを通じて,質問項目作成のための情報収集を行った。その結果,我が国だけでなく海外においても,仕事と家庭との肯定的な関係(ポジティブ・スピルオーバー)に関する研究が少ないことが明らかになった。(2)質問項目の翻訳と確定オランダの海外共同研究者から入手した質問項目2001)の翻訳および逆翻訳を行った。2.横断データによる検討(1)質問紙調査1(2)で確定した質問項目により調査票を構成し実施した。調査対象者は,中国地方の某市に所在する保育所に児童を預けている共働き夫婦約100組であった。調査票は,仕事のストレス要因,仕事と家庭のバランス(本研究ではネガティブ・スピルオーバー),心身の健康,職務・生活満足感などから構成された。(2)調査結果の解析「仕事のストレス要因→仕事・家庭葛藤→精神的不調」および「家庭のストレス要因→家庭・仕事葛藤→精神的不調」に関する仮説モデルを構築し,共分散構造分析を用いてモデルの妥当性を検証した。その結果,想定したモデルがデータをよく説明していること,およびそのモデルが性別にかかわらず適用できること,が明らかになった。3.平成19年度に得られた成果とその意義我が国および海外のワーク・ライフ・バランス研究の具体的な動向が明らかになったほか,横断データの収集とその解析により,次年度以降の課題(ポジティブ・スピルオーバー研究の必要性)が明らかになった。1.横断データによる検討(1)質問紙の準備先行研究のレビュー・専門家からの意見聴取を通じて,質問紙の翻訳・逆翻訳を行った。(2)質問紙調査の実施世田谷区在住で保育所に子どもを預けている共働き美婦約4500世帯を対象に質問紙調査を実施し,約1500世帯から回答を得た(第1次調査)。(3)データ解析ワーク・ライフ・バランス(WLB)が個人およびパートナー(夫・妻)の健康・仕事・家庭機能に及ぼす影響について,主にネガティブな側面から検討した。その結果,(1)個人の仕事/家庭におけるストレス要因がWLBを悪化させ,自身の健康・仕事・家庭機能を低下させること,(2)個人のワーカホリズム傾向が自身の健康-仕事.家庭機能を低下させるだけでなく,パートナー(夫・妻)の健康・仕事・家庭機能も低下させること,の2点を明らかにした。2.平成20年度に得られた成果とその意義本研究の成果は,単に学術的な貢献に留まらず,政府や自治体,企業などが地域や職域においてWLB対策を行うための科学的根拠を提供できる点で,社会的・政策的な側面に対しても貢献できる。1.追跡調査の実施平成20年度調査において,次年度以降の追跡調査への同意が得られた夫婦に対して調査票を送付し,回答を求めた。その結果,男女合計962名から回答を得ることができた。2.調査データの解析ワーク・ライフ・バランス(WLB)が個人およびパートナー(夫・妻)の健康・仕事・家庭機能に及ぼす影響について,ネガティブおよびポジティブの両側面から検討した。その結果,以下の4点が明らかになった。(1)個人の仕事/家庭におけるストレス要因がWLBを悪化させ,自身の健康・仕事・家庭機能を低下させること。(2)WLBに関して,仕事→家族葛藤(仕事が多忙で家事・育児が十分にできない)および家族→仕事葛藤(家事・育児が多忙で仕事が十分にできない)の両方向の葛藤を有している者は,単方向の葛藤のみを有している者に比べて自身の精神的健康およびパートナーとの人間関係が悪く,パートナーの精神的悪化につながること。(3)個人のワーカホリズム傾向が自身の健康・仕事・家庭機能を低下させるだけでなく,パートナー(夫・妻)の健康・仕事・家庭機能も低下させること。(4)個人のワーク・エンゲイジメント(仕事に対する肯定的態度)がパートナー(夫・妻)のワーク・エンゲイジメントに伝わること。その際,特に妻の共感性(他者視点)が重要な役割を果たすこと。3.データベースの構築

平成20年度および平成21年度の調査から得られたデータ(個人およびパートナーのWLB,健康,仕事・家庭機能など)をもとにデータベースを構築し,WLBのあり方が自身およびパートナーの健康・モティベーションに及ぼす長期的影響を解析するための基礎資料を作成した。
心筋潅流評価における３２０列ＣＴとＮ－１３アンモニアＰＥＴ／ＣＴの比較検討

負荷心筋SPECTで虚血陽性11例にアデノシン負荷N-13アンモニアPET/CT(PET)、アデノシン負荷心筋潅流CT(CTP)を行った。心筋虚血をPETは視覚的5段階重症度に分け、CTPはTPR(transmural perfusion ratio)<1.0を陽性とした。計33冠動脈潅流域別でPET潅流低下1以上に対するCTPの感度0.88、特異度0.81、計176心筋分画別でPET潅流低下1以上に対するCTPの感度0.59、特異度0.87、2以上で感度0.73、特異度0.82、3以上で感度0.90、特異度0.75だった。CTPは虚血程度が軽いほど感度が低下し、虚血重症度評価に限界を有する。平成25年度においては、まず本研究の実施計画の学内倫理委員会による承認(平成25年6月21日承認番号130504)を得たのち、研究の実施を開始した。平成26年3月31日までに、研究実施計画に記載された選択基準および除外基準を満たした計3名の冠動脈疾患患者について研究計画の検査プロトコールを完了した。実施された内容は、はじめにN-13アンモニアを用いて安静およびアデノシン負荷心筋血流PET/CTを行い心筋虚血の判定、心筋虚血重症度の定量を行った。アンモニア検査終了約1週間後に、安静およびアデノシン負荷を併用した冠動脈CT血管造影および心筋潅流CTを320列CTを用いて行った。3名の患者において、全例でアンモニアPET/CT上で狭窄冠動脈潅流域に一致して負荷時心筋血流の相対的低下および心筋血流増大予備能障害が認められた。このうち1例では高度虚血が、2例では軽度から中程度の虚血が認められた。一方、CT上では冠動脈狭窄の血管画像とともに、心筋潅流画像上で負荷時の潅流低下が認められた。3名のうち、PET/CTにおいて指摘された高度虚血および中程度虚血の2例においては該当部位にCT上でも負荷時の潅流低下がみとめられたが、軽度から中程度の虚血であった1例においてはCTでは虚血が検出できなかった。以上より、心筋潅流CTにおいては、アンモニアPET/CTで定量された高度虚血の検出は可能であるが軽度から中程度の虚血検出はできないという、これまでに指摘されてこなかった特性が示唆された。本研究の実施に先立ち、N-13アンモニアPET/CTを以下の方法で3名の正常ボランティア、3名の糖尿病患者について実施した。Time-of-flight高感度PET/CT装置(mCT64, Siemens Medical Solutions)を用い、安静、負荷ともN-13アンモニア(300370MBq)を10秒間かけて左肘静脈内に投与し、投与開始時から連続的にリストモード収集を10分間行った。減弱補正用CT収集は、すでに学内倫理委員会において承認された方法に従い、自発呼吸下、終末呼期息止め、呼吸同期の3方法により、いずれも管電流10mAにて行った。安静データ収集後、30分以上置いた後、右肘静脈よりのアデノシン投与(0.12mg/min/kg)を行い投与開始4分後よりN-13アンモニア(300370MBq)を10秒間かけて投与し負荷データを収集した。心筋および左室内腔の時間放射能曲線をダイナミック収集データから求め、RIの時間減衰、部分容積効果、スピルオーバーを補正したのち心筋血流量を算出した。この方法により、心筋血流量の測定に6名において成功した。正常ボランティアでは、負荷時の安静時に対する心筋血流量の比(心筋血流増大予備能)はいずれも3.0以上、糖尿病患者では1.0-2.0と低値を示し、従来の文献上の報告値に一致することを確認した。この実績により、本研究の実施計画に記載された方法の妥当性を確認した。平成26年度においては、先に平成25年6月21日に学内倫理委員会により承認された研究計画(承認番号130504)に基づき、研究の実施を平成25年に続いて実施した。平成27年3月31日までに、研究実施計画に記載された選択基準および除外基準を満たした計8名(前年度実施分の3名を加えて全体で11名)の冠動脈疾患患者について研究実施を行った。このうち1名は、アンモニアPET/CTは施行したが、CT検査(冠動脈CT血管造影および心筋潅流CT)については同意が撤回され、研究計画を完遂できなかった。アンモニア検査終了約1ー2週間後に、安静およびアデノシン負荷を併用した上記CT検査を実施した。7名の患者において、全例でアンモニアPET/CT上で狭窄冠動脈潅流域に一致して負荷時心筋血流の相対的低下および心筋血流増大予備能障害が認められた。このうち5名では負荷時の心筋血流量が安静時に比べて低下するといういわゆる心筋盗血現象が認められ、高度の虚血と判定された。

これらの症例では、冠動脈CTにより認められた狭窄冠動脈の走行に一致した心筋潅流域であることが融合画像の作成で確認された。また、心筋潅流CTではこれら高度虚血の場合には、領域が一致した心内膜下低吸収域が負荷時に出現した。一方、アンモニアPET/CT上で盗血現象を認めなかった軽度から中程度虚血の2例では、冠動脈CT上の狭窄血管と虚血領域の一致は確認できたが、心筋潅流CT上では有意の虚血が認められなかった。冠血流増大予備能の値としては1.5以上保持されている心筋領域では、心筋潅流CTでは虚血がいずれも認められなかった。【結果】計33冠動脈潅流域別でPET潅流低下程度が1以上を陽性とした場合のCTPの感度0.88、特異度0.81であった。一方、計176心筋分画別でPET潅流低下程度1以上を陽性とした場合のCTPの感度0.59、特異度0.87、精度0.75、2以上に対する感度0.73、特異度0.82、精度0.80、3以上に対する感度0.90、特異度0.75、精度0.76であり、PET潅流低下2以上を陽性とした場合にCTPの精度が極大となった。【結論】CTPは冠動脈支配域別の心筋虚血有無の判定については比較的有効だが、虚血程度が軽いほど感度が低下し、虚血範囲と重症度の評価には限界を有する。負荷心筋SPECTで虚血陽性11例にアデノシン負荷N-13アンモニアPET/CT(PET)、アデノシン負荷心筋潅流CT(CTP)を行った。心筋虚血をPETは視覚的5段階重症度に分け、CTPはTPR(transmural perfusion ratio)<1.0を陽性とした。計33冠動脈潅流域別でPET潅流低下1以上に対するCTPの感度0.88、特異度0.81、計176心筋分画別でPET潅流低下1以上に対するCTPの感度0.59、特異度0.87、2以上で感度0.73、特異度0.82、3以上で感度0.90、特異度0.75だった。CTPは虚血程度が軽いほど感度が低下し、虚血重症度評価に限界を有する。当該年度においては、8名(うち1名は脱落)の検査が実施でき、おおむね順調に実施できたと考える。ただし、前年度までの研究の遅れが影響して、全体で10名を完了するにとどまっている。また、本研究計画に記載したCT検査を実施する除外基準として用いた腎機能の基準としてのeGFR60未満の条件が厳しく、対象患者の選定に困難を伴うことも影響していると思われる。心臓核医学本研究は、当初予定の平成26年度までを1年間延長して平成27年度まで実施することとし、延長の承認はすでに得られている。すでに研究実施にともなう実際の研究手技は順調に問題なく遂行できており、今後、効率的に研究計画を継続、完了する予定である。当該年度においては、学内倫理委員会の承認が得られた平成25年6月以降の開始となった。アンモニアPET/CTの研究実施プロトコールは、すでに前年度より繰り返し施行され方法的に確立されていたが、心筋潅流CTの実施プロトコールの確立に時間を要し、実際に研究開始がなされたのは平成25年11月からとなった。また、研究実施計画に記載された腎機能が正常の冠動脈疾患患者が臨床的には比較的少なかったため、患者選択に制約があった。当該年度においては、本研究において使用するPET/CT装置の設置が行われ、それに引き続き実施研究計画に使用するN-13アンモニアの供給準備を行った。その開始が平成24年8月以降となった。さらに検査実施にあたり、具体的な手順の詳細と得られた結果の詳細を行った。予備試験としておこなった2名の正常ボランティアにおいて、期待する結果が得られなかったため、さらに実施手順の再検討と改良を行った。
政治に与える世論の影響

本研究は、世論を体系的かつ実証的に分析することを通じて、世論が政治に与える影響を分析することを第一の目的とした。具体的には、歴代内閣の内閣支持率が実際の政治家の行動や有権者の意識の変化にいかなる影響を与えてきたのかを、現実政治の歴史と照らし合わせることで、これらを解明することとした。研究の契機となったのは、言うまでもなく93年の連立政権樹立以降、政治家の「人気」が政権の誕生やその運営に大きな影響を与えていると思われるからである。また、メディアを中心として、近年世論調査や電話調査を駆使した世論動向の把握が無批判に行われていることにある。まず、歴代内閣の支持率を時事通信社のデータから分析した。その支持率ないしは不支持率の推移の原因となるであろう事象、たとえば汚職事件であるとか、スキャンダルなどの要因を分析した。この中で、具体的な事象がないにもかかわらず、支持率が調査誤差の範囲を超えた推移が確認されることがあった。こうした推移の要因にメディア報道があると思われるので、活字メディアに限定して、内容分析を行い、その関係を見た。また、政権内のインナーポリティクスに関することなので必ずしも実証されたと明言することはできないが、政権誕生や交代の指標に支持率が用いられていることが確認された。こうした研究の過程で、やや研究目的を拡大して、国政に限らず、近年着実に成果を挙げていると思われる地方政治に着目した。地方政治については、全国の都道府県議会議員に郵送調査を実施し、有権者との通信手段や世論動向の把握方法などを分析した。現在、地方議員調査については分析を進めているところであるが、世論調査の評価が低いなどの興味深い結果が表れている。これら調査結果については、学会発表のみならず、著書としてまとめる予定である。
特発性顔面神経麻痺(Bell麻痺)の発症に関する臨床ウイルス学的研究

従来より特発性顔面神経麻痺、いわゆるBell麻痺の発症原因として単純ヘルペスウイルス(HSV)や水痘・帯状疱疹ウイルス(VZV)の感染あるいは再活性化が、血清学的検討や分離の結果から言われていたが、今まで発症原因の特定には至っていなかった。しかし、最近PCR法を用いてBell麻痺患者の顔面神経内液やその支配筋である後耳介筋からHSV1型のDNAを高率に同定し、Bell麻痺発症の病因としてHSV1型の関与を明確にする報告がなされた。このことは早期診断すなわち、ウイルスの特定が可能となれば抗ウイルス剤の早期投与が可能となり、その治療法が確立されることを示唆している。そこでそのスクリーニングの方法として、Bell麻痺患者の唾液からPCR法によるヘルペスウイルスの検出を試みた。対象は当科及び当院耳鼻咽喉科を受診し、Bell麻痺と診断された患者10例である。方法は、初診日から1週間の期間で受診可能な日と2週間後に唾液を採取し、HSVの分離とPCR法によるHSV、VZVの検出を行なった。その結果、10例中1例(10%)にPCR法と分離でHSVが検出された。その症例では8日間連続して検体が採取されたが、分離は1日で、PCR法では分離前4日間と分離後1日にHSVが検出された。VZVはいずれの症例でも検出されなかった。これは、今回の方法はスクリーニングとしての有用性は低く、検体採取の方法に改善すべき点があるものと考える。
プラスミノーゲンアクチベータ-インヒビター1の活性に基づいた肺転移形成と抑制

【方法および効果】ヒト線維肉腫細胞のcell line(HT-1080)はheterogeneityを有している。Fidlerの方法に準じてin vivo selectionを行い10倍肺転移能の高いHT-1080のsubpopulationを得た。このsubpopulationは親株に比べてPAI-1の発現(ELISA)は3倍に増加していた。また限界希釈法を用いてHT-1080からPAI-1の発現が極めて少ないクローン(1-3C)と、それの多いクローン(26-6)を確立した。1-3CのPAI-1の発現量は親株HT-1080のわずか5%であり、肺転移形成能も低い。26-6のPAI-1の発現量は親株の約2倍で肺転移形成能は10倍以上であった。PAI-1の発現が少ない1-3CにPAI-1のcDNAを発現クローニングベクター(pcDNA1neo)に組み込み、リン酸カルシウム法、Lipofection法を用いてtransfectionを行った。neomycinによる選別を行いPAI-1がtransfectionされたcell line 1-3C(PAI)を得た。1-3C(PAI)は1-3Cの3倍以上のPAI-1の発現がみられた。また肺転移能に関しては、1-3Cはほとんど肺転移を形成しないにもかかわらず、1-3C(PAI)は高頻度に肺転移を形成した。【結論】PAI-1の発現が低いHT-1080のクローン(1-3C)にPAI-1のcDNAをtransfectionすることによりPAI-1の発現が増加し、さらに肺転移能の増加がみられた。PAI-1が肺転移を増加させる重要な因子の1つであることが直接的に証明された。
N-置換ポリペプチドへの水中でのらせん誘起とその記憶

アミノ酸やアミン、アミノアルコールのキラリティーに応答するらせん高分子の合成を目指し、側鎖にクラウンエーテル部位を有するポリフェニルアセチレン誘導体(poly-1)を合成し、そのらせん誘起に関する検討を行った。以下にその概要を示す。Poly-1は、アセトニトリル中、L-およびD-アラニン(Ala)存在下、ポリマー主鎖の共役二重結合領域に、一方向巻きに片寄ったらせん構造に由来する誘起円二色性(ICD)を示した。また、グリシンを除く19種類の全ての標準アミノ酸を用いてCDの測定を行ったところ、アセトニトリル中だけでなく水中でも、アミノ酸のキラリティーに応答してICDを示すことがわかった。特にpoly-1はアセトニトリル中で、ナノグラムスケールのアミノ酸でも十分に検知可能なICDを示した。さらに絶対配置が同じであれば、全て同符号のコットン効果を示した。Poly-1は、アセトニトリル中、アミノ酸の光学純度に対して、強い正の非線形効果を示すことも見い出した。また、0.005%eeという極めてわずかのアミノ酸の光学純度のずれもpoly-1を使えば検知可能であることもわかった。このようなわずかのアミノ酸の光学純度を検知できるシステムはこれまでになく、poly-1は新規なキラリティー検出用のプローブとして有用であると思われる。Poly-1は水にも可溶であることから、生体関連物質であるアミノ酸やアミン、アミノアルコール、オリゴペプチドや糖等の存在下、らせん構造が誘起されるかどうかCDを用いて検討した。その結果、poly-1は水中でもこれらと錯体を形成し、長波長領域にICDを示すことがわかった。また、poly-1は芳香族アミンやアルコール存在下、pHにはほとんど依存せず、比較的強いICDを示した。この結果は、水中でのpoly-1へのらせん誘起には、クラウンエーテルとアンモニウムイオンによる錯形成だけではなく、疎水的相互作用も寄与していることを示唆している。
レンゲをモデルとしたマメ科植物と根粒菌の相互作用の分子細胞学的解析

1.根粒特異的プロテアーゼの解析f32は、我々がレンゲソウより取得した根粒特異的遺伝子で、プロテアーゼをコードしている。f32タンパクは、根粒内の老化した細胞で発現し、不用になった細胞成分を分解・転流し、再利用するために機能すると考えている。この仮説を検証するために、根粒形成・分化過程におけるf32の発現をノーザン法で検討した。根粒菌感染直後はほとんど発現していないが、菌感染後、14日以降で発現が強くなり、30日以降の成熟・老化した根粒で最も強く発現した。また、in situハイブリダイゼーションで発現を調べたところ、根粒先端の感染直後の細胞ではシグナルは弱かった。しかし、根粒基部の老化した細胞では強いシグナルが認められた。根粒内にあっても、菌が未感染の細胞では有意なシグナルは得られなかった。これらの結果は、f32が老化した細胞において機能するという仮説を支持している。2.シロイヌナズナよりのダイナミン様遺伝子AS-1の取得AS-1は、レンゲソウ根粒より取得した遺伝子で、ダイナミンに高い相同性を持ち、根粒中での膜輸送への関与等が考えられる。機能解析にむけ、cDNAライブラリー及びゲノムDNAよりAS-1遺伝子の全長の取得を試みたが、困難であったため、シロイヌナズナよりAS-1ホモログを取得した。シロイヌナズナのゲノムDNAよりのインバースPCR、及びRT-PCR法を用いて、シロイヌナズナAS-1遺伝子のうち約2.5kbpの配列を決定した。シロイヌナズナとレンゲのAS-1は、相同性がアミノ酸レベルで80%以上と非常に高く、また、ダイナミンに特徴的なGTP結合配列およびPH領域を含んでいた。AS-1は膜構造と作用して働く、GTPaseであることを示している。AsNODc22は我々がレンゲソウにより取得した根粒特異的遺伝子の一つである。機能は不明であるが、N末端にシグナル配列を持ち、根粒内の細胞の細胞壁等に局在して機能すると予想される。そこで、根粒内におけるAsNODc22局在を免疫学的に解析した。大腸菌中で発現させたAsNODc22に対するポリクローナル抗体を作製し、イムノブロッティング法でAsNODc22の器官特異的性を調べたところ、根粒特異的であった。ついで、根粒器官におけるAsNODc22の局在を高解像度の間接蛍光抗体法で調べた。根粒菌が感染した細胞では、細胞壁に沿って特異的なシグナルが観察されたが、根粒内にあっても菌が侵入していない細胞ではシグナルは認められなかった。また、分裂組織周辺の未分化な状態でも、菌が侵入した細胞ではシグナルが認められた。これらの観察より、AsNODc22は根粒菌の感染によって誘導される、細胞壁構成成分であると判明した。根粒特異的な細胞壁タンパク質は今までにも報告があるが、いづれもプロリンリッチタンパクでAsNODc22とは異なっており、AsNODc22の機能は興味深い。また、AsNODc22は菌侵入後、早い直ちに発現することが、確認されており、根粒内での細胞分化の指標として有用であることが判明した。2.根粒特異的クローンF-32の解析F-32はDifferential dislplay法により単離したレンゲソウの根粒特異的に発現する遺伝子の断片である。F-32のORFの全長を取得し塩基配列を決定したところ、subtilisin様のプロテアーゼをコートしていた。
享受経験による熟達と情動伝達技能の獲得:音楽演奏領域での検討

本研究では享受経験による情動情報の解読技能の発達の様相を明らかにするために、古典派様式の5曲(長調3曲、短調2曲)の1つの曲ごとに3つの情動(楽、悲、怒)をピアノ演奏で伝達するよう演奏家に依頼し作成した材料を用いて、それぞれの演奏に含まれた情動を、最も当てはまる顔の絵(楽、悲、怒のそれぞれを示す)を1つ選ばせると方法で判断させた。15の演奏はいずれも、ピアノ演奏経験を積んだ2名の評定者によって、演奏者の意図したとおりの情動を表現していると評定された。実験の参加者は幼稚園児(45才児32名)及び小学生(3年生75名、6年生80名)である。小学生の2群のそれぞれ半数ほどはピアノ演奏の基礎的技能(バイエル終了程度)は習得していたが、以下の分析では音楽経験による有意差はなかった。参加者の反応が演奏者の意図と一致した場合に1点を与えて15演奏分合計し、年齢要因の一元の分散分析を行った結果、小学生の正答数は幼稚園児よりも有意に高かったが、3年生と6年生の間は有意な差がなかった。各演奏に対して参加者が選んだ反応の度数の合計を年齢別、長調・短調別に求めて年齢×演奏の分散分析を行なったところ、長調の曲では「楽反応」が「楽演奏」と「怒演奏」に対して多くなされ、2演奏の分化が十分でないことが示された。それに対して短調の曲では「楽反応」は「楽演奏」に対して分化してなされていた。「悲演奏」に対してはいずれの年齢においても「悲反応」が他の2反応より多かった。「怒演奏」に対してはいずれの年齢においても、「怒反応」が他の2反応より多かった。正答数の分析から、幼稚園児は小学生よりも解読の正確さの点でやや劣ることが明らかになったが、反応の分析結果は、幼稚園児であっても小学生と同様、演奏に対して分化した情動の解読を行っていることを示しており、小さな子どもであっても情動の解読について高い技能を持っていることが示唆された。
製品の視覚的デザインに対する美的感性の神経基盤

本研究は製品の視覚的デザインに対する美的感性に関わる脳内情報処理プロセスを脳機能計測により解明することを目的とする.本研究により,製品の美的感性に基づく評価がどのような脳内情報処理により構築されているのかを明らかにする.また,製品の視覚的デザインに対する美的感性の評価プロセスの定量的評価法として脳機能計測技術を用いた新たな評価手法を構築する.本研究は製品の視覚的デザインに対する美的感性に関わる脳内情報処理プロセスを脳機能計測により解明することを目的とする.本研究により,製品の美的感性に基づく評価がどのような脳内情報処理により構築されているのかを明らかにする.また,製品の視覚的デザインに対する美的感性の評価プロセスの定量的評価法として脳機能計測技術を用いた新たな評価手法を構築する.
椎間板性腰痛の軟骨変性および神経侵入におけるDUSP-1による抑制効果

近年,椎間板性腰痛の分子機構が明らかになり,椎間板の変性に伴い,疼痛伝達をする神経線維が椎間板内側に侵入し,さらに疼痛感作が行われることが慢性腰痛の病態の1つであると考えられている.一方,我々は腰痛治療に汎用されるCOX-2阻害剤が椎間板変性および神経侵入をむしろ促進させ,逆にPGE2がこれらを抑制することを見出した.本研究の目的は,椎間板性腰痛に関わると考えられる細胞内情報伝達経路(MAP kinase)を抑制的に制御するDUSP(dual-specificity phosphatase)-1に着目し,椎間板性腰痛の病態形成に関わる細胞外基質分解酵素および神経成長因子(NGF)発現への関与を明らかにし,慢性腰痛の予防,慢性腰痛に対する薬学的治療の可能性について検討することである.前年度までに,炎症性サイトカインであるinterleukin (IL)-1により誘導される細胞外基質分解酵素およびNGF発現誘導に関わるMAP kinasesのサブタイプを,各種MAP kinase阻害剤を用いて明らかにした.当該年度は,siRNAを遺伝子導入することでDUSP-1 knock downヒト椎間板細胞を調整し,細胞外基質分解酵素およびNGF発現調節におけるDUSP-1の重要性の評価を試みた.その結果,DUSP-1 knock down細胞において,IL-1により誘導されるMAP kinasesのリン酸化が顕著に増強され,リン酸化期間も延長することが判明した.また同細胞において,IL-1により誘導される細胞外基質分解酵素およびNGF発現が有意に増強されることも明らかとなった.近年,椎間板性腰痛の分子機構が明らかになり,椎間板の変性に伴い,疼痛伝達をする神経線維が椎間板内側に侵入し,さらに疼痛感作が行われることが慢性腰痛の病態の1つであると考えられている.一方,我々は腰痛治療に汎用されるCOX-2阻害剤が椎間板変性および神経侵入をむしろ促進させ,逆にPGE2がこれらを抑制することを見出した.本研究の目的は,椎間板性腰痛に関わると考えられる細胞内情報伝達経路(MAP kinase)を抑制的に制御するDUSP(dual-specificity phosphatase)-1に着目し,椎間板性腰痛の病態形成に関わる細胞外基質分解酵素および神経成長因子(NGF)発現への関与を明らかにし,慢性腰痛の予防,慢性腰痛に対する薬学的治療の可能性について検討することである.当該年度は,炎症刺激により活性化されるMAP kinasesのサブタイプであるERK, p38およびJNKのどの経路が細胞外基質分解酵素およびNGF発現に関わるかを明らかにするために,それぞれのMAP kinaseの阻害剤を用いて検討した.その結果,炎症刺激であるIL-1により処理後20分から30分をピークとしたERK, p38およびJNKのリン酸化が観察され,細胞外基質分解酵素(MMP-1およびMMP-13)発現は,p38およびJNK阻害剤により抑制され,NGF発現はp38阻害剤により抑制された.これらの結果から炎症刺激により誘導される細胞外基質分解酵素およびNGF発現に,p38経路が共通に関与することが明らかなった.さらに,MAP kinaseの内因性脱リン酸化酵素であるDUSP-1発現もIL-1により強力に誘導されることも判明した.今後,DUSP-1をsiRNAによりknock downした細胞系を確立し,DUSP-1の機能的評価を行う予定である.さらにラットを用いたin vivoでの評価を見据え,ラット椎間板細胞を用いて当該年度にヒト椎間板細胞を用いた実験を行い,同様な結果が再現されるか否か検討する予定である.当該年度は,ヒト椎間板細胞を用いて,炎症刺激としてinterleukin (IL)-1刺激により誘導される細胞外基質分解酵素およびNGF発現調節におけるMAP kinaseの関与を明らかにすべく,MAP kinase (ERK, p38およびJNK)の阻害剤を用いて検討した.その結果,細胞外基質分解酵素(MMP-1およびMMP-13)発現は,p38およびJNKを介すること,NGF発現は主にp38を介することが明らかとなり,おおむね順調に進展していると言える.近年,椎間板性腰痛発症の分子機構として,椎間板の変性に伴い,疼痛伝達を担う神経線維が変性椎間板内側に侵入し,さらに疼痛感作が行われることが明らかになってきた.一方,我々は,腰痛治療に汎用される選択的COX-2阻害剤が,椎間板変性に関わる細胞外基質分解酵素発現や神経侵入を担う神経成長因子(NGF)発現をむしろ促進させ,逆に選択的COX-2阻害剤で抑制されるPGE2は,これらの発現を抑制することを明らかにし報告してきた.本研究では,細胞外基質分解酵素およびNGFの発現制御の機序解明を目指し,炎症の細胞内情報伝達を担うMAP (mitogen-activated protein) kinases (p38, ERK, JNK)を抑制する内因性脱リン酸化酵素DUSP (dual specificity phophatase)-1に着目し検討を行い,DUSP-1の椎間板性腰痛に対する新規薬剤としての可能性を明らかにすることを目的とした.当該年度は,ヒト椎間板細胞の内因性DUSP-1をsiRNAの手法によりknock downさせ,同細胞におけるMAP kinasesのリン酸化,細胞外基質分解酵素発現およびNGF発現に対する効果を検討した.その結果,炎症性サイトカインであるIL-1により誘導されるMAP kinasesのリン酸化はDUSP-1 knockdown細胞において顕著に増強,遷延され,細胞外基質分解酵素およびNGF発現は有意に亢進することが明らかとなった.本研究成果によりDUSP-

1は,椎間板変性および神経侵入を抑制的に制御しうる分子であることが明らかとなり,今後delivery等の検討を重ねることで,椎間板性腰痛に対する新規薬剤となりうる可能性が期待される.当該年度は,前年度までに確立したDUSP-1をknock downしたヒト椎間板細胞を用いて,MAP kiansesのリン酸化,細胞外基質分解酵素およびNGF発現に対する効果を検討し,DUSP-1が椎間板性腰痛の病態を制御しうることを確認し,おおむね順調に進展していると言える.近年,椎間板性腰痛の分子機構が明らかになり,椎間板の変性に伴い,疼痛伝達をする神経線維が椎間板内側に侵入し,さらに疼痛感作が行われることが慢性腰痛の病態の1つであると考えられている.一方,我々は腰痛治療に汎用されるCOX-2阻害剤が椎間板変性および神経侵入をむしろ促進させ,逆にPGE2がこれらを抑制することを見出した.本研究の目的は,椎間板性腰痛に関わると考えられる細胞内情報伝達経路(MAP kinase)を抑制的に制御するDUSP(dual-specificity phosphatase)-1に着目し,椎間板性腰痛の病態形成に関わる細胞外基質分解酵素および神経成長因子(NGF)発現への関与を明らかにし,慢性腰痛の予防,慢性腰痛に対する薬学的治療の可能性について検討することである.前年度までに,炎症性サイトカインであるinterleukin (IL)-1により誘導される細胞外基質分解酵素およびNGF発現誘導に関わるMAP kinasesのサブタイプを,各種MAP kinase阻害剤を用いて明らかにした.当該年度は,siRNAを遺伝子導入することでDUSP-1 knock downヒト椎間板細胞を調整し,細胞外基質分解酵素およびNGF発現調節におけるDUSP-1の重要性の評価を試みた.その結果,DUSP-1 knock down細胞において,IL-1により誘導されるMAP kinasesのリン酸化が顕著に増強され,リン酸化期間も延長することが判明した.また同細胞において,IL-1により誘導される細胞外基質分解酵素およびNGF発現が有意に増強されることも明らかとなった.今後は,ヒト椎間板細胞におけるDUSP-1発現をsiRNAを導入することによるknock downを試み,DUSP-1の細胞外基質分解酵素およびNGF発現に対する機能評価を行う予定である.さらに,ラット椎間板性腰痛モデルにおけるin vivoの評価を見据え,ラット椎間板細胞を用いてヒト椎間板細胞で行なった実験結果が再現されるか否かについても検討する予定である.今後は,研究成果の再現性を確認する必要があり,引き続き実験を遂行する.また,研究成果を国内および国際学会等で発表および専門誌への投稿すべく準備を行う.当初の計画よりも,効率良く研究遂行がなされたため.(理由)当初の計画よりも効率良く研究遂行がなされたため.(使用計画)今後は,研究成果の再現性を確認するため引き続き実験を行う.また,研究成果を国内および国際学会で発表するための参加費および旅費に使用する.さらに,研究成果を専門誌に投稿するための経費(英語校閲,投稿費用)として使用する.今後は,ヒト椎間板細胞を用いて,siRNAによるDUSP-1のknockdown
咬合の身体症状,心理におよぼす影響について

従来より、歯科領域においては咬合は非常に重要視されてきた。近年顎関節症が、増加する傾向にあり、その症状が全身症状におよぼす影響がささやかれるようになり、咬合が全身に与える影響を注目するようになってきた。近年手術適応となる顎変形症も著しい左右非対象が増加している傾向にある。手術の動機に全身症状の改善をあげるものもあった。当教室では、高度な不正咬合を有する手術適応の下顎前突症患者に姿勢異常、脊柱変化、肩こり、腰痛といった身体症状が多く出現することに早くから着目し、咬合がこういった全身症状にあたえる影響について、アンケート、脊柱状態の評価などを確立、研究を進めてきた。下顎前突症患者の手術前後の心理的変化と身体症状,脊柱状態の変化についても従来より行っている方法で、身体症状に、咬合あるいは顔貌形態に対する心理的因子がどのように関与しているかの資料を採取している。咬合が全身症状におよぼす影響を総合的に判断するうえで、手術適応ではないボランティアの咬合状態と身体症状,脊柱状態の相関関係について検討し、現在まで行ってきた下顎前突症患者との比較を行うこととした。ボランティアの検診に際して地元の中学生、高校生を対照とし、検診を新学期の歯科など各種健診と統一して、資料採取を行った。中学生では咬合が発育段階にあり上顎前突や過蓋咬合傾向が多く、身体症状の出現率も低いためはっきりとした相関関係はみられなかった。高校生では開咬を示すものに身体症状の出現率が高い傾向がみられた。当教室では、高度な不正咬合を有する手術適応の下顎前突症患者に姿勢異常、脊柱変化、肩こり、腰痛といった身体症状が多く出現することに早くから着目し、咬合がこういった全身症状にあたえる影響について、アンケート,脊柱状態の評価などを確立、研究を進めてきた。また、短期間に顔貌の変化をきたす下顎前突症の手術前後の患者の心理面についても、研究を行っており、手術適応の下顎前突症患者においては、心理的因子から姿勢異常をきたす可能性も示唆された。ボランティアの検診に際して地元の高校生を対象としたため、学校の事情により、検診を新学期の歯科など各種検診と統一して欲しいとの要望があり、本年度はこれらの計画、学校歯科医との打ち合わせ、資料採取に伴うハード機器の充実に務めた。同時に下顎前突症患者の手術前後の心理的変化と身体症状,脊柱状態の変化についても従来より行っている方法で、身体症状に、咬合あるいは顔貌形態に対する心理的因子がどのように関与しているかの資料を採取している。しかし、近年手術適応となる顎変形症も著しい左右非対称が増加している傾向にある。手術の動機に全身症状の改善をあげるものがあった。これら要素を付け加えたチャートの作成が必要であった。また筋電図の評価については術直前、術後ではさほど著明な変化が見られず、術前矯正前の状態と術後の比較に変更することにした。
HJB量子化と確率過程量子化の融合に基づく非線形最適制御理論の構築

宇宙ロボットのように非線形性の強い制御系を,状態フィードバック(位置や速度などの情報)を用いて安定化するならば不連続性を伴う入力が必要である。また,現代では省エネルギー性も重要である。本課題は,これらを統一的に扱う非線形最適制御問題を解くために,二つの手法(HJB量子化と確率過程量子化)を掛け合わせ,新たな近似解法アルゴリズムを構築した。また、提案手法を超音波モータの位置決め制御に施し、有用性を確認した。非線形最適レギュレータ問題を解決するには正準方程式の2点境界値問題を解くかHJB方程式を解く必要があるが,Lyapunov安定論の方向から解析を進めるならば後者の方が有利である。しかし,HJB方程式は非線形偏微分方程式なので一般解を得ることが困難である。更に,宇宙ロボットのような非ホロノミックシステムの最適制御問題においては不連続解が許容されなくてはならないため,近似解の構成方法が問題となっている。本研究では,不連続制御則を許容する非線形最適レギュレータ問題の新しい近似解法を得るため,HJB量子化と確率過程量子化を組み合わせることを試みている。本年度では,まず,二つの手法をそのまま組み合わせた場合にどのようなことが言えるのかを示し,HJB方程式の正定解を導く際に理論的に困難な部分があることを指摘するなど,種々の問題点を明らかにした。次に,HJB方程式の不連続解に対応した近似解法を導くべく,確率過程量子化をLevy過程へと拡張する試みをした。また,状態制約下での最適制御問題にも対応した近似解法を導く取っ掛かりとして,HJB量子化手法を指数1のHessenberg型微分代数方程式システムへと拡張する試みをした。更に,確率ハイブリッドシステムが提案手法に使用可能かどうかについて調査を行った。その後,確率過程量子化手法には理論的部分およびアルゴリズム的部分に曖昧な部分があったため,手法を洗練させLyapunov関数の構築がしやすい手法に発展させた。特に,固有関数を適切に重ね合わせるアルゴリズムを開発できたので,最適レギュレータ問題の近似解法への拡張が現実味を帯びてきた。まず,HJB量子化手法の理論的な曖昧さについて検討し,非線形無限時間最適レギュレータへの適用可能性について研究発表を行った。更に,次年度で行う予定の超音波モータを用いた提案手法の実機実験への適用の事前準備として,制御Lyapunov関数に基づく符号の反転しないスライディングモード制御を超音波モータに適用し,その有用性を実機実験により示した。非線形最適レギュレータを導くHJB方程式の正定解は制御Lyapunov関数として考えることができるため,提案手法が完成した際には超音波モータ実機への適用可能性が見込まれる。本年度は最終年度であるため,提案手法の有用性ならびに妥当性について検討した。まず,提案手法の一部を為す確率安定性について,その確定システムとの違いを明確にした上で,できるだけ確定システムの安定性に近づける方法を模索した。また,収束性をより早く達成するために有限時間安定性の概念も取り入れた。実機実験においては,まず超音波モータの局所モデルを構築し,次いで制御リャプノフ関数をベースとした最適制御を適用し,提案手法の有用性を確認した。本研究課題は,不連続制御則を許容する非線形最適レギュレータ問題の新しい近似解法を得るため,HJB量子化と確率過程量子化を組み合わせることを主目的とするものである。本年度の成果の一つは,HJB量子化手法の理論的な曖昧さについて検討し,非線形無限時間最適レギュレータへの適用可能性について研究発表を行ったことである。