hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
衛星淡水フラックス変動と海洋表層塩分変動の統合的理解の研究

その結果、蒸発量推定の大きな誤差要因となっていた海上大気比湿の推定手法について、大気の水蒸気の鉛直構造を考慮することで海上大気比湿の推定精度を格段に向上させることが可能であることが明らかとなり、その手法が論文として公表された。この手法は複数の人工衛星観測に適用可能で、これにより全球域を対象とする淡水フラックスの推定精度が向上し、淡水収支変動のより正確な把握することに大きく寄与する。さらに海面淡水フラックスと関連する衛星プロダクトの比較を実施し、その成果の一部についても国内外の学会等で報告した。また関連する衛星プロダクトのデータ整備を実施しドキュメントなどを作成した。また、淡水フラックスプロダクトの評価のために、現場観測や他のプロダクトとの比較を実施した。解析については、昨年度までに実施した全球規模の淡水収支についての解析をさらに進めた。特に、衛星淡水フラックスと海洋表層塩分場の観測と解析が比較的充実している最近20年間の場と気候学的な場からの差とその過程の理解についてまとめた。関連する研究成果が査読付き論文雑誌,国際学会,国内の学会や研究集会等で発表された。地球規模の水循環変動のより良い理解のために、新たに開発された人工衛星淡水フラックスデータおよび改良された海洋データ同化システムで構成される統合海面淡水フラックスデータセットを整備が行われた。過去20年の淡水フラックスと表層の海洋変動との関連がこれらのデータセットを用いて研究され、全球規模の海洋変動を伴う蒸発と降水の変動が明らかになった。データセットはオープンデータのポリシーに基づき、より幅広い研究における利用のために公開された。衛星および海洋観測データの整備,海洋データ同化システムの整備など当初予定していた研究計画項目を実施し順調に研究が進展しているため。来年度は、前年度までに整備された衛星および海洋観測データと同化システムを用いて実施した海洋環境再現実験の結果の解析を行う。本年度の行われた解析の結果や研究の進捗状況を踏まえて、さらに踏み込んだ海洋変動と淡水フラックス変動の理解を試みる。その際、衛星データセットの整備に伴い実施された現場観測データとの検証結果や他のデータセットとの相互比較結果を踏まえて、衛星データセットの改善についても可能な限り検討する。最終年度に予定する統合海面淡水フラックスデータセットの公開の準備を開始する。最終年度は、主にこれまでの一連の研究成果のとりまとめを行う。とりまとめられた成果は、国内外の学会や研究集会などで発表されるほか、論文雑誌などへの投稿を行う予定である。本研究の最終的な成果物の一つとして「統合海面淡水フラックスデータセット」を公開サーバに配置し、これにより当該分野の研究者コミュニティーを含め一般に公開を行う。さらに本研究の目的以外においても利用可能な海面淡水フラックスプロダクトの評価も実施しその結果を報告する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
核外移行機序を標的とした新規インフルエンザ薬の同定

表面抗原と異なり変異が起こりにくいインフルエンザウイルスの核内蛋白質Nucleoprotein(NP)の核外移行シグナルと核外移行宿主因子CRM1との結合を阻害することで検査した全てのインフルエンザAおよびB分離株のウイルス複製を阻害するDP2392-E10化合物を取得した。さらに、東大創薬機構からデータベースに登録されているDP2392-E10の構造類縁体5化合物の提供を受け、そのうち10mMで入手可能であった4化合物についてプラーク法によるインフルエンザウイルス複製阻害能の測定を行った。その結果、1化合物は複製阻害能が認められた(IC50=27.26&#61549;M)。複製阻害能を示した化合物はDP2392-E10と同様のピラゾール様骨格を持つのに対し、阻害能を示さなかった化合物はいずれもピラゾール様骨格が2-ピラゾリン様骨格となっており、それにより3次元構造が変化し、活性を失ったと考えられた。また、DP2392-E10のベンゼン環パラ位のニトロ基をフッ素に置換した構造を持つ化合物がDP2392-E10と比べ、弱い複製阻害能を示したことから、構造関連相関による構造最適化およびリード化合物の創製が可能であることが示された。さらにDP2392-E10は宿主因子のCRM-1に結合し、ウイルスタンパク質の核外移行を阻害することから、すべての亜型のインフルエンザに加え、CRM-1依存的ウイルス複製を行うウイルスに対しても効果を示すことが考えられた。ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)のRevタンパク質はCRM-1依存的核外輸送によりウイルス複製に関与することから、DP2392-E10によるHIV-1複製阻害能についてp24-ELISA法による検討を行った。その結果、DP2392-E10はHIV-1複製阻害能を示すことが明らかになった。29年度が最終年度であるため、記入しない。
機能印象の有効性に関する検討

義歯を製作するための印象方法は術者によりさまざま存在する。一般的な方法として、個人トレーを用いて術者が加圧して採得することが一般的な方法であるが、患者自身の咬合圧を利用して採得する方法もある。この咬合圧印象法は、患者自身の咬合力で加圧した方が義歯機能時の状態を正しく表現しているという考え方に基づいている。その有効性にも関わらず、両者の患者満足度を比較した研究・報告はほとんど認められない。本研究は、我々が考案した咬合圧印象採得を行うシステムを利用して、CAD/CAMにより咬合圧印象用トレーを設計・製作し、印象採得する方法と一般的に行われている精密印象との間の違いを明らかにするため、患者による評価、術者による評価を行うことで両印象方法による有効性の違いの有無を明らかにすることを目的としている。昨年度は咬合圧印象用トレーの詳細な設計と製作システムの構築、複製義歯をデジタル化するためのポータブル光学センサの条件設定、患者のリクルートを行った。咬合圧印象用トレーの設計には我々が所有しているCADソフトを、また製作に関しても既存の3Dプリンタを用いることとした。複製義歯をデジタル化するために、最も義歯を鮮明に撮像できるポータブル光学センサと回転台の条件を設定した。本年度は、前年度に設計した咬合圧印象用トレーと構築した製作システムを用いて、研究計画に従って全部床義歯を製作し、製作した義歯に関する評価研究を行った。平成31年度も継続して評価研究を行う予定である。結果に関しては、研究が現在進行中であり分析を行っている。平成30年度は患者のリクルートおよび評価研究を開始している。咬合圧印象用トレーの製作する際に必要である3Dプリンタの溶液等を購入し、咬合圧印象用トレーを製作した。3Dプリンタに関しては、徳島大学病院に現有の3Dプリンタが使用可能であった。それに伴い、消耗品費の使用が平成31年度へ移行した。平成31年度には、3Dプリンタの消耗品に加えて、評価研究に必要な消耗品を購入する予定である。また研究の総括のための分析を行う予定である。一般的な印象採得法と咬合圧印象採得法を用いた機能印象法に違いがあるのか、について我々が開発した咬合圧印象採得を行うシステムを用いて検討する。その際、両術式に関して、製作した義歯に対する咀嚼能力、咬合力の評価と術者主観評価の検討を行うことで、機能印象の有効性の有無を明らかにしていく。得られた結果について考察し、研究の分析・総括を行うとともに、歯科補綴学における国内・国外の学術大会や英文の学術雑誌への投稿を準備する予定である。本年度はまず咬合圧印象用トレー詳細な設計と製作システムの構築、複製義歯をデジタル化するためのポータブル光学センサの条件設定、患者のリクルートを行った。患者のリクルートに関しては平成29年度に引き続き、平成30年度も継続して行っていく予定である。平成29年度は咬合圧印象用トレーを製作するシステムの構築と義歯をデジタル化して複製義歯を製作するための条件設定の検討を行った。設計のために用いたソフトウェアは既存のソフトウェアが使用可能であった。それに伴い、消耗品費の使用が平成30年度へ移行した。平成30年度にはこの経費を用いて、咬合圧印象用トレーを製作する際に必要である3Dプリンタの溶液等、追加の消耗品を購入し、評価研究を進めていく予定である。

咬合圧印象用トレーの設計には我々が所有しているCADソフトを、また製作に関しても既存の3Dプリンタを用いることとした。複製義歯をデジタル化するために、最も義歯を鮮明に撮像できるポータブル光学センサと回転台の条件を設定した。本年度は、前年度に設計した咬合圧印象用トレーと構築した製作システムを用いて、研究計画に従って全部床義歯を製作し、製作した義歯に関する評価研究を行った。平成31年度も継続して評価研究を行う予定である。結果に関しては、研究が現在進行中であり分析を行っている。平成30年度は患者のリクルートおよび評価研究を開始している。咬合圧印象用トレーの製作する際に必要である3Dプリンタの溶液等を購入し、咬合圧印象用トレーを製作した。3Dプリンタに関しては、徳島大学病院に現有の3Dプリンタが使用可能であった。それに伴い、消耗品費の使用が平成31年度へ移行した。平成31年度には、3Dプリンタの消耗品に加えて、評価研究に必要な消耗品を購入する予定である。また研究の総括のための分析を行う予定である。一般的な印象採得法と咬合圧印象採得法を用いた機能印象法に違いがあるのか、について我々が開発した咬合圧印象採得を行うシステムを用いて検討する。その際、両術式に関して、患者による咀嚼能力、咬合力の評価と術者主観評価を行うことで、機能印象の有効性の有無を明らかにしていく。その際、両術式に関して、製作した義歯に対する咀嚼能力、咬合力の評価と術者主観評価の検討を行うことで、機能印象の有効性の有無を明らかにしていく。得られた結果について考察し、研究の分析・総括を行うとともに、歯科補綴学における国内・国外の学術大会や英文の学術雑誌への投稿を準備する予定である。製作システムの開発の中で、既存のソフトウェアを使用することにより、消耗品費の使用が減少したため。平成30年度には、この経費を用いて評価研究に伴う消耗品を購入し、臨床研究を進めていく。現有の3Dプリンタを使用でき、消耗品費の使用が減少したため。平成31年度には、この経費を用いて評価研究に必要な消耗品を購入し、臨床研究を進めていく。
増殖因子を用いた新しい瘢痕治療の開発

線維芽細胞増殖因子(bFGF)の瘢痕治療への有用性を検討することを目標に、線維芽細胞への影響評価を中心に研究を行った。線維芽細胞が性質の異なる不均一な集団であることを考慮し、瘢痕形成への関与が異なる線維芽細胞のサブグループをそれぞれ採取し、マイクロアレイやリアルタイムPCRを用いてbFGFの影響を評価した。bFGFは、瘢痕への関与が強い深層線維芽細胞に特徴的な遺伝子の発現を下げ、瘢痕への関与が弱い浅層線維芽細胞に特徴的な遺伝子の発現を上げた。既知のメカニズムとは異なる方面から、bFGFの瘢痕抑制効果が示唆された。研究代表者は本研究以前に、コラーゲン分解酵素であるMMP-1の発現低下が肥厚性瘢痕の病態のひとつと考えられること、瘢痕組織内にbFGFを投与するとMMP-1の発現亢進および瘢痕形成を抑制するHGFの発現亢進を介して瘢痕重量やコラーゲン量が減少することを明らかにしてきた。外的に投与されたbFGFが肥厚性瘢痕など皮膚の瘢痕状態に対して大きな影響を及ぼすことが示された。これによって初めて、bFGF投与が既に形成された肥厚性瘢痕に対する新しい治療アプローチになりうることが示された。創傷関連増殖因子であるbFGFは瘢痕組織の線維芽細胞を刺激し、適切な組織再構築と優れた整容的改善をもたらすのではないかと考えられ、肥厚性瘢痕以外の醜状瘢痕にも治療的効果をもたらすことが期待できる。瘢痕形態を気にして受診する患者は多いものの、確立した治療法はなく、ステロイドの外用や注入、シリコンゲルシート貼付、放射線治療、外科的手術などが行われているが、必ずしも満足な結果を得られているわけではない。瘢痕の整容的改善をもたらす新しい治療法の開発は、創を扱う医療において大きな意義をもつ。bFGF製剤は臨床で難治性潰瘍治療目的に利用可能であり、瘢痕に対する治療効果が証明されれば、臨床応用はすぐにでも可能である。しかし現状では肥厚性瘢痕や醜状瘢痕に対する増殖因子局所投与治療についての報告は少ない。bFGFが皮膚に及ぼす影響を分子レベルで評価した本研究結果が、様々な瘢痕に対する安全な治療につながると考えられる。代表者のこれまでの研究で、コラーゲン分解酵素であるMMP-1の発現低下が肥厚性瘢痕の病態のひとつと考えられること、瘢痕組織内へのbFGFの局所投与が、MMP-1の発現亢進とHGFの発現抑制をもたらし、既に形成された肥厚性瘢痕に対する新しいアプローチになり得ることを示してきた。本研究では、さまざまな形態の瘢痕の組織と細胞を採取して目立つ醜状瘢痕の病的特性を解明すること、bFGFがさまざまな状態の醜状瘢痕組織に与える影響と機序を細胞レベルで詳細に調べ、瘢痕治療への臨床応用につなげることを目標としている。瘢痕形成の発生機序や予防についての研究はすでに多数の機関で行われており、徐々にそのメカニズムが提唱されているものの、肥厚性瘢痕を含む醜状瘢痕が維持される病態を対象とする研究は少なく、臨床での治療法も慣習的である。しかし長期間残存している瘢痕の治療を希望して受診する患者は多く、瘢痕の整容的改善をもたらす新しい治療法の開発は、創を扱う医療において大きな意義をもつ。また瘢痕に対する増殖因子局所投与治療についての報告はないが、私たちの前実験ではin vitro, in vivoの両方で、増殖因子が肥厚性瘢痕に対して治療的効果を持つことが示唆されている。bFGF製剤は臨床で使用可能であるが、その最適条件を十分に検討することで、効果的かつ安全性の高い治療につながると考えている。予定通りのエフォートで研究に従事できている。さまざまな瘢痕組織から、線維芽細胞を採取し、組織標本を作成した。細胞の遺伝子発現解析、組織の免疫組織化学、bFGFの影響などを解析している。線維芽細胞は、真皮浅層と深層とでその性質を大きく変えること、肥厚性瘢痕やケロイド組織は真皮深層細胞の影響が強いという報告があることから、それぞれの検体で浅層細胞と深層細胞をそれぞれ採取するように計画を変更した。それぞれの細胞の遺伝子発現解析を行い、増殖因子の影響も調べる。またin vivoでのマウス瘢痕モデルを用いて生体での増殖因子局所投与の影響も調べる予定である。物品・試薬などの消耗品や動物の購入に、計画費を使用する予定である。
量子輸送チャネルを利用したTHz光源とTHz光子検出器の結合状態の基板上制御

本研究の目的は、THz電磁場を発生から伝送・検出まで完結して制御するオンチップ光学系を構築することである。その物理的舞台として量子ホール端状態と量子ドット単一光子検出器が利用され、以下の成果が得られた。(1)単一光子レベルでTHz波を発光・伝送(共振)・検出する全電気駆動のオンチップ・光学系を実演した、(2)このオンチップ・THz光学系を用いた実験から、量子ホール端状態を注入電流とする発光がスピンフリップを介したランダウ準位間遷移であることが見出された。これらの成果は、THz光子のオンチップ制御の可能性を示すとともに、スピン自由度を加えた量子輸送チャネルによる新たな光子制御の展開を示唆する。本研究の目的は、強磁場中2次元電子系(2DES)で実現される量子ホール端状態を注入電流とした点光源と単電子制御による量子ドット単一光子検出器を利用して、固体上の電磁場を発生から伝送・検出まで完結して制御するオンチップ量子光学系を構築することである。特に本研究では上記点光源と量子ドットの結合状態の制御に焦点を合わせる。平成25年度は当初計画どおり、THz共振器を用いてエッジ注入光源の光子エネルギーが発光のオンセット電圧に相当しているのか(7 meV)、サイクロトロンエネルギーに相当しているのか(9 meV)を特定する実験を行った。まず、様々なタイプの共振器を検討した結果、テラヘルツ帯域で適当なバンド幅をもつ金属平面共振器としてSplit-ring型が最適であると判断した。そこで、電磁場シミュレーションによりキャパシタンスに対応するsplit部とインダクタンスに対応するring部を最適化し、エッジ注入光源と量子ドットをバンド幅7%程度で結合するデバイス設計を行った。オンセット電圧に相当する光子エネルギー(7 meV)およびサイクロトロン発光に相当する光子エネルギー(9 meV)のそれぞれ二つの共振器に対して、電子ビームリソグラフィにより試料を作製した。その結果、エッジ状態からの発光は、少なくとも二つの光子エネルギーを伴う発光であることが見出された。特に、発光閾値近傍では、オンセット電圧に相当する光子エネルギーをもつ発光が主流であり、これはスピンフリップ・サイクロトロン発光が生じていることを示唆している。特に本研究では上記店光源と量子ドットの結合状態の制御に焦点を合わせ、THz共振器等を用いてエッジ注入光源の光子エネルギーを特定する。まず、端状態から発生したTHz波をコプレーナ導波路を用いて量子ドットに伝送し、単一光子計測に成功した。ここで新たな問題として、発光閾値電圧が当初予定のサイクロトロンエネルギー(ランダウ分裂間隔)よりも2割程度ずれていることである。これは、増大したスピン分裂の可能性が示唆され、その場合、スピン自由度を含めた発光過程の理解が要求される。次に、昨年度は端状態からのTHz発光の光子エネルギーを特定するために、上記THz点光源と量子ドットをスプリットリング型のTHz共振器で結合し、単一光子分光を行った。その結果、端状態を注入電流とした点光源から発生するTHz波の光子エネルギーは発光閾値電圧近傍では、その閾値電圧に相当する光子エネルギーをもつことが示された。これは、端状態においてスピン分裂が大きく増大し、さらにスピンフリップサイクロトロン発光が生じていることが示唆される。特に本研究では上記点光源と量子ドットの結合状態の制御に焦点を合わせ、THz共振器等を用いてエッジ注入光源の光子エネルギーを特定する。次に、端状態からのTHz発光の光子エネルギーを特定するために、上記THz点光源と量子ドットをスプリットリング型のTHz共振器で結合し、単一光子分光を行った。さらに、IV特性の詳細な結果から、発光閾値電圧のサイクロトロンエネルギーからのずれの原因は、端状態におけるスピン分裂の増大として説明できることを示した。これらの結果は、スピン偏極した非平衡端状態において、スピンフリップサイクロトロン発光が生じていることを強く示唆している。当初計画どおり、端状態と量子ドットの結合状態を制御することにより、端状態を注入電流とするTHz発光の光子エネルギーの特定、および単一光子レベルでのTHz波の基板上閉じ込めに成功した。

その結果、端状態を注入電流とした点光源から発生するTHz波の光子エネルギーは、発光閾値電圧近傍ではその閾値電圧に相当する光子エネルギーをもつことが示された。また、詳細なIV特性の分析結果から、発光の閾値電圧のサイクロトロンエネルギーからのずれの原因は、端状態におけるスピン分裂の増大として説明できることを示した。これらの結果は、スピン偏極した非平衡端状態において、スピンフリップサイクロトロン発光が生じることを強く示唆している。本研究の目的は、強磁場中2次元電子系(2DES)で実現される量子ホール端状態を注入電流とした点光源と単電子制御による量子ドット単一光子検出器を利用して、固体上の電磁場を発生から伝送・検出まで完結して制御するオンチップ量子光学系を構築することである。まず、THz波をコプレーナ導波路を用いて量子ドットに伝送するオンチップ光子発生・伝送・検出素子を作製した。このオンチップ光学系により、端状態に非平衡電子分布により発生するTHz波の単一光子検出に成功した。この実験により、発光閾値電圧が当初予定のサイクロトロンエネルギー(ランダウ分裂間隔)よりも2割程度ずれていることが見出された。これは、増大したスピン分裂の可能性が示唆され、その場合、スピン自由度を含めた発光過程の理解が要求される。次に、端状態からのTHz発光の光子エネルギーを特定するために、上記THz点光源と量子ドットをスプリットリング型のTHz共振器で結合し、単一光子分光を行った。その結果、端状態を注入電流とした点光源から発生するTHz波の光子エネルギーは発光閾値電圧近傍では、その閾値電圧に相当する光子エネルギーをもつことが示された。このことは、スピン偏極したランダウ準位間の非平衡電子分布において、スピンフリップを要する発光過程が存在することを強く示唆する。さらに、IV特性の詳細な結果から、発光閾値電圧のサイクロトロンエネルギーからのずれの原因は、端状態におけるスピン分裂の増大として説明できることを示した。また、3つ以上のランダウ準位間における端状態の非平衡形成において、複数段階で平衡化の過程を得て緩和することが分析され、各段階において光学遷移過程と非光学遷移過程に分類された。この結果は、ランダウ準位間に反転分布を形成して波長可変のTHz増幅を実現するための指針となる。本研究の目的は、THz電磁場を発生から伝送・検出まで完結して制御するオンチップ光学系を構築することである。その物理的舞台として量子ホール端状態と量子ドット単一光子検出器が利用され、以下の成果が得られた。(1)単一光子レベルでTHz波を発光・伝送(共振)・検出する全電気駆動のオンチップ・光学系を実演した、(2)このオンチップ・THz光学系を用いた実験から、量子ホール端状態を注入電流とする発光がスピンフリップを介したランダウ準位間遷移であることが見出された。これらの成果は、THz光子のオンチップ制御の可能性を示すとともに、スピン自由度を加えた量子輸送チャネルによる新たな光子制御の展開を示唆する。当初計画どおり、端状態と量子ドットの結合状態を制御することにより、まず、端状態を注入電流としるTHz発光の光子エネルギーの特定、および単一光子レベルでのTHz波の基板上閉じ込めに成功した。ランダウ準位間におけるスピンフリップ遷移は角運動量保存則の観点から本来禁制であり、極めて興味深い。
蛍光色素法を用いた摘出心臓におけるプロタミンの筋小胞体機能に与える影響

ヘパリンの拮抗薬であるプロタミンは、全身血管抵抗低下、肺動脈圧上昇、直接心筋抑制の3つの相互作用により循環変動を引き起こすとされるが、心機能の抑制メカニズムは未だ不明である。そこで本研究では、ラット摘出心臓においてカルシウム感受性蛍光色素を用いることで、プロタミンが心収縮力と筋小胞体機能に与える影響を検討した。平成10年度は、プロタミンの量・時間依存性の心収縮抑制作用に関する結果が得られた。次に平成11年度は、プロタミシの心筋抑制作用と心筋細胞内カルシウム濃度の関係について検討を加え、プロタミンの有する心筋抑制作用は細胞内カルシウムの低下によること、プロタミン投与中止後も持続する心筋抑制には心筋ミオフィラメントのカルシウム感受性低下も関わっていることが示唆された。また、プロタミン投与初期に認められた細胞内カルシウム変動幅と左室収縮能の解離から、プロタミンはミオフィラメントのカルシウム感受性を一時的には上昇させることも示唆された。さらに平成11年度から12年度にかけて、心収縮抑制作用におけるヘパリンとプロタミンの関係を更に検討した。その結果、ヘパリンをプロタミン投与前に投与しておくと、プロタミンが有する細胞内カルシウム減少作用を増強することにより左室収縮能低下作用が増強し、ヘパリンをプロタミンと同時に投与すると、プロタミンが本来有する細胞内カルシウム低下作用を抑制することにより収縮能低下作用を打ち消すことが判明した。また、プロタミン投与後にヘパリンでWashoutした場合は、細胞内カルシウム変動幅の回復が促進された。以上のように、一連の研究から、プロタミンが有する量・時間依存性の心収縮抑制作用、プロタミンの心収縮抑制作用と心筋細胞内カルシウム濃度の関係、さらに心収縮抑制作用におけるヘパリンとプロタミンの関係に関しての新しい知見が得られた。ヘパリンの拮抗薬であるプロタミンは、全身血管抵抗低下、肺動脈圧上昇、直接心筋抑制の3つの相互作用により破局的な循環変動を引き起こす。今年度に行った研究では、このうちプロタミンの心筋抑制作用に焦点を絞り検討した。実験方法は、Fura-2/AMで色素負荷したLangendorff型心臓灌流標本を作成し、プロタミンの投与による心筋細胞内カルシウム濃度と心機能データの変化を測定記録した。さらに、プロタミンの心抑制作用にヘパリンがどのように関わるかについても検討を加えた。その結果、まずプロタミンは量依存性、時間依存性に心収縮抑制作用を示した。すなわち、10mg/Lでは明らかな作用を示さなかったが、20mg/Lでは約50%の左室収縮能の低下を示し、40mg/Lでは心停止する心臓がみとめられるようになった。また、20mg/Lのプロタミンを投与した場合、投与5分後までは明らかな左室収縮能の低下作用を示さないが、投与8分後頃より急速に左室収縮能が低下し、10分以上投与した場合にはプロタミンの投与を中止しても左室収縮能の回復に時間を要することが明らかになった。さらに、プロタミンの投与後にヘパリンを含んだ灌流液で灌流すると心機能の回復が早くなる傾向が認められている。心筋細胞内のカルシウム濃度に関しては、現在データ数を増やして細胞内カルシウム濃度変化と心筋収縮能変化の解離について解析をすすめているところである。今後の研究の展開としては、心筋細胞内カルシウム濃度の変化の解析とともに、プロタミンの筋小胞体に及ぼす影響がヘパリンの存在の有無によりそれがどのように変化するか、さらに心筋虚血を負荷した場合についても検討を加えたい。また、瞬間凍結、乾燥保存してある心臓の代謝物質を測定して心筋代謝の面からもプロタミンの影響を検討する予定である。

昨年度はヘパリンの拮抗薬であるプロタミンの量依存性、時間依存性の心収縮抑制作用に関する結果が得られた。今年度では、プロタミンの心筋抑制作用と心筋細胞内カルシウム濃度の関係、陽イオン化したプロタミンの心抑制作用に対する陰イオン化したヘパリンの影響について検討した。実験方法は、Fura-2/AMで色素負荷したLangendorff型心臓灌流標本を作成し、プロタミンの投与による心筋細胞内カルシウム濃度と心機能データの変化を測定した。その結果、プロタミン(20mg/L)の投与5分後においては左室収縮能と収縮期細胞内カルシウムレベルは変化しないが、細胞内カルシウム変動幅の有意な減少と心筋酸素消費量の上昇(10%)が認められた。投与10分後においては左室収縮能の抑制(50%)と収縮期細胞内カルシウムレベルの減少(10%)も認められた。プロタミンを投与中止後は、収縮期細胞内カルシウムレベルは2分以内に回復したが、左室収縮能の回復には10分間必要だった。また、ヘパリンでWashoutした場合は、心機能と収縮期細胞内カルシウムレベルに変化を認めなかったが、細胞内カルシウム変動幅の回復が促進された。以上のことから、プロタミンの有する心筋抑制作用は細胞内カルシウムの低下によること、プロタミン投与中止後も持続した心筋抑制には心筋ミオフィラメントのカルシウム感受性低下も関わっていることが示唆された。また、プロタミン投与初期に認められた細胞内カルシウム変動幅と左室収縮能の解離から、プロタミンはミオフィラメントのカルシウム感受性を一時的には上昇させることも示唆された。さらに、ヘパリンによるWashoutでは細胞内カルシウム動態に若干の変化を認めたが、心機能の回復を促進するまでには至らないことが示された。今後の研究の展開としては、プロタミンは人工心肺離脱後に使われることから、心筋虚血とプロタミンの影響についても検討を加える予定である平成10年度はプロタミンが有する量、時間依存性の心収縮抑制作用のデータが得られた。平成11年度では、プロタミンの心収縮抑制作用と心筋細胞内カルシウム濃度の関係と、プロタミンの投与後にヘパリンでWashoutすると細胞内カルシウム変動幅の回復促進を認めるが心機能の回復には影響を及ぼさないことが判った。そこで今年度においては、心収縮抑制作用におけるヘパリンとプロタミンの関係を更に調べるために、ヘパリン投与後にプロタミン投与した群と、ヘパリンとプロタミンを同時投与した群を、プロタミン単独投与した群と比較検討した。実験方法は、これまでと同様にFura-2/AMで色素負荷したLangendorff型心臓灌流標本を作成し、心筋細胞内カルシウム濃度と心機能データの変化を測定した。その結果、ヘパリンの前投与により、プロタミンの左室収縮能低下作用が増強される傾向が認められ、プロタミン投与中止後の左室収縮能の回復も遷延した。心筋細胞内カルシウム濃度に関しても、ヘパリンを前投与しておくと変動幅の有意な減少が認められた。これに対して、ヘパリンとプロタミンを同時に投与すると、プロタミン単独投与した群と比較して、左室収縮能低下が有意に抑制され、細胞内カルシウム濃度への影響も抑えられた。以上のことから、ヘパリンの投与時期によりプロタミンが有する心収縮抑制作用が変化することが判明した。
熱帯低湿地環境造林のための樹木の根圏低酸素ストレス耐性の解明

根圏低酸素ストレス耐性種のMelaleuca cajuputiの低酸素環境下の根での炭素の利用状況を調べるため、リグニン合成などの芳香族化合物合成経路の酵素活性と代謝物質量測定およびトランスクリプトーム解析を行った。フェニルアラニンアンモニアリアーゼ(PAL)活性およびPAL遺伝子の発現量が低酸素処理初期に低下したが、低酸素処理後14日目にはPAL活性が回復した。M. cajuputiの根圏低酸素耐性にPAL活性の一時的な低下とその後の回復が関連している可能性がある。8種の熱帯樹木の根圏低酸素ストレスへの通気組織形成等の形態的な応答には種間差があり、耐性との関連は明瞭でなかった。Melaleuca cajuputiとEucalyptus camaldulensisの根圏低酸素環境下での根におけるリグニン生合成に関与する芳香族代謝を調べた。低酸素処理2日後のM. cajuputiの根でフェニルアラニンアンモニアリアーゼ(PAL)の活性が低下し、ケイ皮酸濃度が減少したが、E. camaldulensisの根ではPAL活性の低下はみられなかった。13Cを用いた標識実験による確認が必要だが、根圏低酸素環境下のM. cajuputiの根ではリグニンへの光合成産物の分配が減少すると考えられる。M. cajuputiとE. camaldulensisの水耕苗について、4日間の根圏低酸素ストレス処理に対する根の遺伝子発現応答をRNA-Seq法により解析するために、細根からRNAを抽出し、de novoアセンブリにより発現量解析を行った。今後、得られたコンティグについてシロイヌナズナやE. grandisの遺伝子情報データベースを対象にアノテーションを進めて低酸素ストレスに応答する遺伝子の絞り込みを行う。酸素呼吸の指標となるユビキノンの酸化還元比の測定法を確立した。今後、その比を指標として通気組織の発達の時系列変化を調べる。根圏低酸素環境がMelaleuca cajuputiの根における糖の利用様式に与える影響を明らかにするための13Cを用いた標識実験の結果は次年度に持ち越しになったものの、他は順調に進捗している。次年度には計画通りの進捗状況となる予定である。水耕栽培系を用いて根圏低酸素ストレスを4日間施したMelaleuca cajuputiの根の遺伝子発現応答のRNAシーケンスによる解析を前年度に引き続いて行った。16万超のアイソフォームが推定され、そのうち2000超のアイソフォームにおいて根圏低酸素ストレスによる発現強度の変動が2倍以上の応答性を示した。これらの応答性遺伝子には糖代謝や二次代謝に関連する遺伝子が含まれていることを確認した。Eucalyptuscamaldulensisについても同様に解析を進めている。今後、リアルタイムPCRによる発現解析の対象とする遺伝子群を絞り込んでRNAシーケンスの結果も参考にしながらプライマーを設計し、発現応答の経時変化を調べる。湿地に自然分布するHorsfieldia iryaとH. crassifoliaの根圏低酸素ストレスへの応答を調べた。両種とも地際近辺の根と茎で、処理による空隙率の変化はなかったが、H. iryaの方がH. crassifoliaより空隙率が高かった。側根のエネルギー充足率の処理による低下は両種ともわずかであり、H. iryaは処理23日目には回復していたがH. crassifoliaは低下したままであった。元来持っている空隙率の違いが両種の回復スピードに影響した可能性がある。ミトコンドリアについては精製法について検討を行ったが、ショ糖密度勾配法でもパーコール段階密度勾配法でも良好な精製度が得られなかった。今後、両勾配法を組み合わせて精製を行い、ATP生産経路推定のための実験を行う。ミトコンドリアの単離について良好な精製度が得られなかったため、精製法を検討する。Melaleuca cajuputiとEucalyptus camaldulensis、Syzygium cinereum、S. grandeの根圏低酸素処理をした根におけるリグニン生合成に関与する代謝の時間変化を調べた。全ての種で低酸素処理4日目までに芳香族代謝の鍵酵素であるフェニルアラニンアンモニアリアーゼ(PAL)の活性の低下がみられたが、M. cajuputiとS. cinereumは処理14日後にはPAL活性が回復する傾向にあった。PALより上流に位置するシキミ酸脱水素酵素の活性とその酵素反応で生成されるシキミ酸の濃度の双方が低酸素処理4日目までに低下する種はなかった。また、低酸素処理4日目のM. cajuputiとE.camaldulensisについて、根に転流された光合成産物のリグニン画分への配分比を、13Cを用いた標識実験によって調べたところ、低酸素処理5日目には両種ともリグニンへの光合成産物の分配が減少していた。以上から、PAL活性の低下によってリグニン生合成が抑制されるが、抑制された分の炭素がエネルギー代謝に使われていた可能性は低いと考えられる。S. cinereum、S. grandeについて、14日間の根圏低酸素ストレスへの応答を調べた。両種とも成長や光合成速度に根圏低酸素処理による低下がみられなかった。側根のエネルギー充足率と総アデニル酸量は、S. cinereumでは低酸素処理による影響がなかったが、S. grandeでは低下した。また両種とも、主根の空隙率が低く処理による影響が見られず、側根のアルコール脱水素酵素活性は根圏低酸素処理によって増加していたことから、低酸素環境によって通気組織がほとんど発達しない種であると考えられる。

両種とも根圏低酸素に耐性を持つが、S. cinereumが通気組織の形成によらないより高い耐性を持つと考えられる。根圏低酸素ストレス耐性種のMelaleuca cajuputiの低酸素環境下の根での炭素の利用状況を調べるため、リグニン合成などの芳香族化合物合成経路の酵素活性と代謝物質量測定およびトランスクリプトーム解析を行った。フェニルアラニンアンモニアリアーゼ(PAL)活性およびPAL遺伝子の発現量が低酸素処理初期に低下したが、低酸素処理後14日目にはPAL活性が回復した。M. cajuputiの根圏低酸素耐性にPAL活性の一時的な低下とその後の回復が関連している可能性がある。8種の熱帯樹木の根圏低酸素ストレスへの通気組織形成等の形態的な応答には種間差があり、耐性との関連は明瞭でなかった。RNA-Seqの結果の解析を進め、低酸素ストレス応答性のある炭素代謝関連遺伝子群を絞り込み、発現様式を明らかにする。M. cajuputiのミトコンドリアの無酸素環境下でのATP生産の実態を明らかにするための実験を進める。また、新たに種子等を入手した熱帯造林候補樹種について苗を育成し、根圏低酸素ストレス応答のデータの蓄積を進める。RNAシーケンスの解析結果を用いて、リアルタイムPCRにより炭素代謝関連遺伝子の発現様式を明らかにし、代謝物量と酵素活性の網羅的解析の結果と照らし合わせながら低酸素ストレスに対する炭素代謝応答を総合的に考察する。本種のミトコンドリアの、無酸素環境下でのATP生産の実態を明らかにするため、単離ミトコンドリアでの阻害剤を用いた電子受容体付加実験により、ATP生産経路を推定する。さまざまな熱帯樹木について、炭素利用様式と通気組織の発達の応答性を元に耐性の種間差の要因を考察し、種の耐性と応答性を取りまとめる。29年度が最終年度であるため、記入しない。林学、造林学、樹木生理学29年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞工学的手法による酸性土壌耐性作物品種の作出

酸性土壌における植物生育の主要な阻害要因は、主としてアルミニウムイオンの濃度過剰にある。本試験研究では、細胞工学的手法、とくにストレス選抜法によりアルミニウムイオン耐性のオオムギ並びにニンジン培養細胞を選抜し、その再分化によって得られた植物体のアルミニウム耐性を水耕栽培などで調べ、以下の結果を得た。(1)オオムギ(K16系統)の培養細胞を1mMのアルミニウムイオン含有の固形培地にプレ-トして選抜した。アルミニウム耐性を調べたところ、50%生育阻害へのアルミニウム濃度は、非選抜細胞の0.26mMに比して選抜細胞の0.7mMと、両者間に明らかな相違が認められた。アルミニウムストレス非選抜並びに選抜両オオムギ培養細胞を再分化した。再生植物から得られた種子を川渡黒ボク土壌に播種して栽培試験を試みた。選抜系統の種子は、非選抜系統またはオリジナル種子に比して、とくにリン酸無添加の石灰添加区において明らかに良好な生育を示した。(2)ニンジン(MS_4寸)の培養細胞からも細胞工学的手法によりアルミニウム耐性変異種を選抜した。選抜培地はpHを4.0とし、リン酸を0.1mMに減じ、塩化アルミニウムを添加することでアルミニウムをイオン状に保持調製することができた。上記のストレス条件下(アルミニウムイオン0.51.0mM)で282個の耐性細胞塊が選抜された。このうち7個の細胞塊から再分化した28個のニンジンから自殖により種子が得られた。種子を発芽させた幼苗による水耕試験の結果、これら種子にアルミニウム耐性が確認された。本年度は、酸性土壌耐性試験を圃場レベルで数種の作物について行ない、比較・検討を加えた。供試するのはニンジン・アルファルファ・タバコ・アルミニウム耐性を異にするといわれるコムギの2品種(IAS・PIMA)およびオオムギの6種で、未耕の酸性火山灰土壌からなる圃場を塩ビわくで区画し、発芽時からの生育に及ぼす石灰およびリン酸の添加効果を調べた。試験区の構成は次のとおりである。(1)無リン酸・無石灰、(2)無リン酸・石灰施用、(3)リン酸施用・無石灰(4)リン酸・石灰両施用、(5)リン酸アルミニウム・石灰両施用、の5区。〈ニンジン〉各区とも初期は生育差がみられなかったが、次第に(1)区の生育が遅れた。(2)区、(3)区での差は初期はわずかであったのに対し、最終的には(3)区の生育が(2)区を大幅に上まわった。また(4)区に比し、難溶性リン酸アルミニウムを用いた(5)区の生育が悪く、前の結果より、土壌中の難溶性リン酸の利用能が低いことが示唆された。〈アルファルファ〉初期から区間差が歴然としており、とくに(1)区、(3)区では本葉の展開が遅れ、かつ下位葉の赤褐色化が顕著にみられた。最終的に、(1)(3)区の生育は(4)、(5)区に比して極端に悪く、とくに石灰施用の効果が大きいことがわかった。なお、タバコも似た傾向であった。〈コムギ〉アルミニウム耐性種IASは、(1)区において感受性種PIMAの生育を上まわったが、他区では両品種とも似た傾向を示した。コムギでは,石灰施用の効果があまり顕著でなく、むしろ、品種間差の方が大きかった。〈オオムギ〉コムギの感受性品種PIMAとほぼ同様の区間差の傾向を示した。本年度は、アルファルファについて特に石灰施用効果についての知見が得られ、今後の解析の重要な手がかりをつかむことができた。(1)アルファルフィ、ニンジン、タバコ、コムギ(2品種)およびオオムギを供試し、川渡黒ボク土における石灰並びにリン酸添加による生育促進効果を調べた。

(2)アルファルフィもニンジンも、石灰並びにリン酸両要素無添加ではほとんど生育は不可能であった。アルファルファは石灰もリン酸も単独添加で効果は認められなかったが、ニンジンではリン酸に限って単独添加効果が認められた。(3)タバコはニンジンの生育反応に類似しており、リン酸単独添加である程度の生育改善がみられたが、石灰単独添加では全く効果はなかった。両要素同時添加区での生育量は、それぞれの単独添加区の生育量の和より大きく相乗効果が認められた。(4)生育初期にはイネ料作物であるコムギ並びにオオムギは、石灰並びにリン酸両無添加でもある程度生育することができ、供試双子葉植物とその反応を異にした。とくにAl耐性コムギ品種IASはその傾向が強く、完全区の70%もの生育を示した。(5)Al感受性コムギ品種PIMAでは、石灰もリン酸も単独添加によりある限度内で効果が認められた。これに対してAl耐性品種IASは、無処理区でもかなり良好な生育を示したが両要素の単独添加効果は小さく、同時添加でその効果が明らかとなった。オオムギの石灰並びにリン酸添加効果は、コムギPIMA品種のそれに類似した。(1)オオムギ(K16系統),コムギ2品種,イネ合計4品種を供試し幼植物の水耕栽培におけるアルミニウムの濃度試験を試みたところ,オオムギはイネやコムギ(品種IAS)に比してAlに対する感受性が高く0.1mMの濃度で、対照区の40%の根の生育を示すにすぎなかった。(2)培養オオムギ細胞を1mMのAlイオン含有の固形培地下でストレス選抜し、Al耐性を調べたところ、50%生育阻害のAl濃度は、0.7mMでアリ、非選抜細胞の同じく0.26mMより明らかに高い値を示し耐性であることがわかった。(3)Alストレス選抜並びに非選抜両オオムギ培養細胞を再分化し、再生植物体から得られた種子を、川渡黒ボク土壌に播種して生育を比較した。選抜系統の種子は、非選抜系統またはオリジナル種子に比して、とくにリン酸無添加の石灰添加区において良好な生育を示した。(4)酸性土壌を想定した培地を用い、ニンジン品種MS4寸の培養細胞からアルミニウム耐性変異株を選抜した。選抜培地はPH4.0とし、リン酸を0.1mMに減じ、塩化アルミニウムを添加することでアルミニウムをイオン状に保持し、調製した。このような条件下で(アルミニウムイオン0.51.0mM)282個の耐性細胞魂が、選抜された。このうち、7個の細胞魂から再分化した28個体のニンジンから、自殖により種子が得られた。種子を発芽させた幼苗による水耕試験の結果、これらの種子にアルミニウム耐性が確認された。
情報の非対称性のもとでの中央政府補助金システムに関する研究

I中央政府が地方政府の選好についての不完全な情報しかもたないケースにおいて、補助金支出を通じて望ましいと考える地方財政支出を誘導するためのメカニズムをモデルを用いて考察した。ここで考案した負の定額補助金と各選好タイプ別の2段階の定率補助金からなる非線形の補助金システムの下で、地方政府にとって誘引両立的で、かつ最小の補助金支出で一定単位αを下回らない地方公共支出を実現することができるという結論を得た。II地方政府が公共サービス供給の効率性に関して2つのタイプ(高生産性タイプh対低生産性タイプl)に属し、個々の地方政府がいずれの効率性タイプに属するのかについて地方政府のみが完全な情報を持つ場合についてシグナリング・ゲーム・モデルを適用した分析を行った。分析の結果、直感的規準を満足する均衡は、タイプlの地方政府は100パーセントの補助率での定率補助金を選択し、タイプhの地方政府は誘因両立性制約をちょうど等号で満足するだけの十分に低い補助率での定率補助金を選択するような一つのユニークな分離均衡のみであることを明らかにした。III全国の都市の1990年度と1999年度のデータに基づいて、人口および財政力指数階層による都市グループ別での財政支出総額と民生費および普通建設事業費歳出額について、フライペーパー効果とファンジビリティー効果が存在するか否かの検証を行った。この結果各都市グループ別で、歳出総額では両年度に有意の正または負のフライペーパー効果の、また各費目で有意の逆ファンジビリティーの存在を確認し、また両年度間で正(負)のフライペーパー効果ならびに正の逆ファンジビリティー効果がより強まる(弱まる)という傾向を明らかにした。さらに、これらのフライペーパー効果や逆ファンジビリティーの存在が、Iで分析した誘因両立的な非線形の補助金システムに対してもつ含意を明らかにした。Levaggi,R.(1991)において展開された、中央政府が地方政府の選好についての不完全な情報しかもたないケースにおいて、補助金支出を通じて望ましいと考える地方財政支出を誘導するためのメカニズムをモデルを用いて考察した。Levaagi(1991)では、地方政府に真の選好を表明させるための誘引メカニズムの具体的な形は示されていないが、本研究ではその具体的な形態を考察した。公共支出に対する選好の弱い方から順に第1第3タイプの3タイプの地方政府が存在するものとする。中央政府は地方政府からその選好がいずれのタイプに属するかを申告させ、申告されたタイプに基づいて異なった補助率で公共財供給に対する補助を行う。このとき以下の補助金システムのもとで、地方政府にとって誘引整合的で、かつ最小の補助金支出で一定単位αを下回らない地方公共支出を実現することができるという結論を得た。(1)第1タイプの地方政府に対しては、αの公共財供給を実現する水準に補助率を設定し、かつ負の定額補助金Rを適用して補助金交付前の効用水準を維持する。αを上回る公共支出に対する補助率は、公共財価格が公共財供給量αにおける第2タイプの地方政府の限界代替率を下回らない水準に定める。(2)第2タイプの地方政府に対する補助金交付後の公共財価格は、第1タイプと同一の負の定額補助金Rのもとで、予算線が第1タイプの地方政府にとっての均衡点(α,y_1^*)を通る無差別曲線とちょうど接する水準に設定する。この予算線上の均衡点x_2^*を上回る公共支出に対する補助率は、公共財価格がx_2^*における第3タイプの地方政府の限界代替率を下回らない水準に定める。

(3)第3タイプの地方政府の公共財供給に対する補助金交付後の公共財価格は、第1・第2タイプと同一の負の定額補助金Rのもとでの予算線が、第2タイプの地方政府にとっての均衡点x_2^*を通る無差別曲線とちょうど接する水準に設定する。前年度に分析した、当該公共サービスに関する地方政府の選好に関して、中央政府が不完全な情報しか持たない場合において、地方政府が自発的に正直な選好表明を行うような誘因合理的な2段階の定率補助金メカニズムに関するモデルに改良を加え、中央政府による補助金費用最小化行動のより厳密な定式化を行った。これに加えて、地方政府の効率性タイプについての情報の非対称性の元での、地方政府対中央政府間の補助金交付を巡るシグナリング・モデルによる分析を行った。すなわち、地方政府が公共サービス供給の効率性に関して2つのタイプ(高生産性タイプ(タイプh)対低生産性タイプ(タイプl))に属し、個々の地方政府がいずれの効率性タイプに属するのかについて、地方政府は完全な情報を持っているが、中央政府はその情報を持たないという意味での非対称性が存在する場合についてのシグナリング・ゲーム・モデルを適用した分析を行った。ここでは次のようなゲームを想定した。1単位の公共サービスの供給に関して、地方政府は定率補助金の補助率と定額補助金額からなるスケジュールを中央政府に対してオファーし、中央政府は地方政府からの補助金計画のオファーを受け入れるか却下するかを選択するものとする。このシグナリング・ゲームには、それぞれのタイプの地方政府が異なった補助計画のオファーを選択する分離均衡と同一の補助計画を選択する一括均衡が存在するが、直感的規準を満足する均衡は、以下のような性質をもつユニークな分離均衡のみであることを明らかにした。この分離均衡では、2つのタイプの地方政府が受け取る定率補助金と定額補助金の和は、中央政府にとっての地方公共支出の限界便益に等しい。タイプlの地方政府は100パーセントの補助率での定率補助金を選択する。タイプhの地方政府は誘因両立性制約をちょうど等号で満足するだけの十分に低い補助率での定率補助金を選択する。
医療分野への応用を意識した外部電源・力センサを必要としないマスタースレーブの開発

バッテリー交換が不要で,力センサなしでも力覚を有するという従来にはない新しい概念の双方向のマスタースレーブシステムの基礎技術として,2台のモータおよびエネルギー回生を用いた制御システムを提案することができた.その基礎理論を確立し各種のパラメータのエネルギー効率への影響度を明確にするとともに,基礎実験により提案法の妥当性を検証した.さらに,提案する理論を用いて外部電源が不要で力覚を有する義手の実験装置を試作し,柔軟物の把持が可能であることを確認した.「エネルギー回生メカニズムを用い,バッテリー交換が不要で力センサなしでも力覚を有する軽量のマスタースレーブ」の基礎技術を確立し,義手などへの応用の可能性を探るとともに,幅広い分野へ応用可能な技術に育てることを目的として,研究を実施した.提案法の基本概念は,2台のDCモータを電気回路で結合し,マスターモータを発電機として用い力学的エネルギーを電気エネルギーに変換し,そのエネルギーでスレーブモータを駆動することである.エネルギー不足ならバッテリーより補充し,余ればバッテリーへ回収する.エネルギー的に有利であること,2台のモータで電流が共通であるので力センサレスでも力覚があること,が特徴となる.また,どちらのモータをマスターとしてもよいので,双方向で駆動することが可能となる.初年度は,基礎理論を確立するとともに,1次基礎実験装置を試作し,提案法の考え方が妥当であることを示した.さらに,マスターモータとスレーブモータの特性(アクチュエータ係数)を異なったものに設定すれば,バッテリー交換などによる外部からのエネルギー補充が不要なマスタースレーブ装置の実現が可能であるかどうかを理論的に検討し,2次実験装置の基本設計を行った.今年度は,まず2次実験装置を試作し,実験によりマスターモータのアクチュエータ係数をスレーブモータのそれより大きくすれば増速効果があり,条件によってはバッテリーへエネルギーを回収することができることを示した,それは,義手などへの応用を考える場合には,その使用条件に合わせた設計を行えば,バッテリー交換が不要な装置の実現の可能性があることを意味する.次に,提案する方法の応用例として,義手部にスレーブモータ,反対側の腕部にマスターモータを装着する電動義手の実験装置を試作し,動作実験を行い,力覚を持って柔軟なものを把持することが可能なことを実証した.バッテリー交換が不要で,力センサなしでも力覚を有するという従来にはない新しい概念の双方向のマスタースレーブシステムの基礎技術として,2台のモータおよびエネルギー回生を用いた制御システムを提案することができた.その基礎理論を確立し各種のパラメータのエネルギー効率への影響度を明確にするとともに,基礎実験により提案法の妥当性を検証した.さらに,提案する理論を用いて外部電源が不要で力覚を有する義手の実験装置を試作し,柔軟物の把持が可能であることを確認した.従来にはなかった新しい概念である「エネルギー回生メカニズムを用い,バッテリー交換が不要で力センサなしでも力覚を有する軽量のマスタースレーブ」の基礎技術を確立し,その技術の義手やウエアラブルなリハビリ支援装置などへの応用の可能性を探るとともに,バイラテラルなマスタースレーブとしての機能を付加することにより,幅広い分野へ応用が可能な技術に育てることを目的としている.初年度の平成23年度は,以下のように研究を進めた.まず,提案するマスタースレーブシステムの基礎式を機械ー電気連成系での連立微分方程式として設定し,それらを変形した結果,電気回路のなかの電気抵抗で消散されるエネルギーのためにマスターとスレーブの間に速度差が生じること,その効果を近似的に等価な機械系に置き換えれば,それは相対速度に対する減衰にあたることを示した.また,その減衰により力が伝達されるとともに,その減衰定数は電気回路の抵抗が小さいほど大きくなることを明らかにした.そのような理論の妥当性を確認するために,導出した理論式を用いて,同一の特性を有する2個のDCモータを用いた1次基礎実験装置を設計,製作し,実験により提案するマスタースレーブ装置に関する理論が妥当であることを確認した.また,相対速度をフィードバックし,外部より,電気回路で消費されるエネルギーを補充してやれば,その装置で発生する速度差はほぼなくなることを示した,次に,異なった特性を有するモータを用いてバッファとしてのバッテリーを用いることにより,バッテリー交換などによる外部からのエネルギー補充が不要なマスタースレーブ装置の実現が可能かどうかの理論的検討を行い,限定された条件ではその可能性があることを確認し,2次実験装置の設計を完了した.理論的観点からの作動メカニズムの検討を完了し,1次基礎実験装置の設計・製作・実験については計画通りに進んだ.外部からのエネルギー補充を全く行わない2次基礎実験装置については,理論的検討を完了して実現の可能性があることを示すとともに,理論検討の結果をもとにした実験装置の設計を完了した.2次基礎実験装置の製作および実験を積み残したが,数値シミュレーションによる検討や1次基礎実験装置を用いた予備実験などにより2次基礎実験についてはおおよその見通しが得られていることから,ややおくれているとはいえ,問題なく取り戻せると考えられ,当初計画での24年度実施予定の項目も含めて,すべて24年度内に完了する計画である.また,24年度実施予定の義手の実験装置については,すでに1次基礎実験装置を用いた実験と数値シミュレーションに予備検討を始めているいる.

したがって,(3)としたが(2)に近い(3)であると自己評価している.初年度に積み残した2次基礎実験装置の試作・実験(その分予算も残った)については,設計は完了しているので,早期に試作を終えられるように段取りして,すぐに実験にとりかかれるようにする予定である.当初計画での24年度実施項目である義手に関する検討については,すでに製作済みで実験も完了している1次基礎実験装置を用いて実施した予備実験で得られた結果を参照し,その方向性についてはすでに検討を始めている.したがって,義手に関しても可能な部分から2次基礎実験と並行して装置の基本設計を進める予定である.2次基礎装置の製作および実験が完了すれば,2次基礎実験装置を用いて技手に関する予備実験を実施し,前述の検討結果とあわせ,義手に関する検討を加速する計画である.物品費では,積み残した2次基礎実験装置の試作および今期に予定していた義手の試作のための構造・電子部品,ならびに計測,制御ための装置,結果を評価するのための装置などが中心である.また,義手の実験では被験者への謝金も計画している.また,非常に挑戦的なテーマであり,面白い結果が得られれば,研究成果を国際会議などで積極的に発表したい考えている.さらに,提案するマスタースレーブ装置には,外部エネルギーが少ない,ウエアラブルに使用できる,バイラテラルである,力センサなして力覚を有するなどの多くのおもしろい特徴を有していることから他の用途にも使える可能性,また大きく発展できる可能性が潜在していると考えられるので,その調査のための旅費も予定している.