hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
がん・生活習慣病予防のための新規ゲノムディフェンダー食品の開発

本研究では、青森県産カシスが出芽酵母やヒト培養細胞にてゲノムディフェンダー活性を示すことを明らかにした。出芽酵母では過酸化水素、メチルメタンスルホン酸、紫外線によって生じる突然変異に対する抑制効果が確認された。また、ヒト培養細胞では完熟および未完熟カシス並びにそれぞれの加熱処理済カシスからの抽出物が過酸化水素によって生じるDNA損傷や染色体異常を抑制することを明らかにした。更に、in vitroおよびin vivoでの抗酸化活性試験ではいずれも高い抗酸化活性が確認されており、ゲノムディフェンダー食品として高い可能性を有していることが示された。今後は、マウスを用いて生体内での活性を明らかにする。研究は出芽酵母とヒト培養細胞などを用いてゲノムディフェンダー(ゲノム情報防御物質)として機能する新規機能性食品を開発することを目的とし、そのための新規食品の探索ならびのその防御機構の解明を行うものである。従って、本研究はゲノム情報を防御することでヘルスケアを行う仕組み(ゲノムディフェンスヘルスケア)を構築するための基盤として位置づけられるものである。平成25年度は「ヒト培養細胞を利用し、化学物質誘発DNA損傷・染色体異常・突然変異に対するゲノムディフェンダーの効果の評価ならびに防御機構の解明」と「ヒト培養細胞を利用した放射線障害に対するゲノムディフェンダーの抑制効果の検討」を実施した。特に青森県産カシスの機能性に着目して研究に取り組み、その結果、過酸化水素によって生じるDNA損傷や染色体異常に対するカシス抽出物のゲノムディフェンダー活性が細胞内活性酸素を大きく抑制することに起因していることを明らかにした。また、放射線照射によって生じる染色体異常・遺伝子突然変異に対しても青森県産カシスが有効性を示すことを明らかにし、その効果においても放射線照射によって生じる細胞内活性酸素の抑制効果が関与していることが示唆された。今後は、カシスが有しているこのようなゲノムディフェンダー活性が生体レベルで確認されるかどうか、マウスなどの動物を用いてin vivo試験により確認し、その有効性を明らかにしていくところである。また、平成24年度に取り組んでいた菊花抽出物、センキュウ葉抽出物および発酵ホタテエキスに関する機能性評価やI-SceI認識配列導入ヒト細胞株の作製についても引き続き実施していく。本研究は出芽酵母とヒト培養細胞を用いてゲノムディフェンダー(ゲノム情報防御物質)として機能する新規食品を開発することを目的とし、そのための新規食品の探索ならびにその防御機構の解明を行うものである。平成24年度は「出芽酵母LOH検出系を用いた新規ゲノムディフェンダーの探索」と「I-SceI認識配列を導入した新規ヒト培養細胞株の作製」を実施する計画で進めてきた。その結果、特に青森県産カシスのゲノムディフェンダーとしての可能性に関して大きな成果を得ている。これまでに申請者は出芽酵母を用いた実験により青森県産カシスが過酸化水素(酸化損傷誘発物質)やアルキル化剤(アルキル化損傷誘発物質)、紫外線(ピリミジンダイマー損傷誘発因子)などにより誘発される突然変異を抑制することを明らかにしていたが、平成24年度はヒトリンパ芽球由来培養細胞を用いた実験を実施し完熟ならびに未完熟の果実から抽出したカシスエキスが過酸化水素によるDNA損傷や染色体異常を抑制することを明らかにした。また、カシスがジャムとして加熱調理され食されることを想定した実験を実施したところ、この抑制効果が加熱後果実から抽出したエキスでも維持されていることを明らかにした。また、出芽酵母実験系を用いセンキュウ葉抽出エキスや菊花抽出エキスが新規ゲノムディフェンダーとしての可能性があることを明らかにしている。また、I-SceI認識配列導入ヒト細胞株の作製に関しては現在、候補となる細胞を単離しており今後遺伝子配列解析により目的のものが得られているか明らかにしていくところである。本研究は出芽酵母やヒト培養細胞、マウスなどを用いてゲノムディフェンダー(ゲノム情報防御物質)として機能する新規機能性食品を開発することを目的とし、そのための新規食品の探索ならびにゲノムディフェンダー活性評価および防御機構の解明を行うものである。従って、本研究はゲノム情報を防御することで日常的に疾病予防を行う仕組み(ゲノムディフェンスヘルスケア)を構築するための基盤研究として位置づけられるものである。平成24年度から平成26年度にかけて、申請者は青森県産カシスのゲノムディフェンダー活性の解析を中心に菊花抽出物やセンキュウ葉抽出物などで種々の成果を得た。例えば、カシスについては出芽酵母試験系を用いることで活性酸素やアルキル化剤、紫外線に対して効果を有していることを明らかにし、その発展的研究としてヒト培養細胞での活性酸素や放射線に対する防御効果を確認した。更に、現在、マウスを用いたin vivo試験によりその機能性の評価を実施しており、有望な結果が得られつつある状況である(なお、これまでにカシスについては2報の論文を公表するなどの成果をあげている)。

今後、カシスのin vivoでの活性評価を継続するとともに、菊花抽出物のヒト細胞等での機能性や新規ゲノムディフェンダー食品の探索に取り組み、将来的な日常的なヘルスケアシステムの構築につなげていきたいと考える。八戸工業高等専門学校マテリアル・バイオ工学コースホームページ内のスタッフ情報ならびに研究室情報にて研究内容や研究成果を公開中。細胞生物学平成25年度研究の進捗状況は当初計画と比較し、概ね順調に進展しているものと考えられる。その理由として、1.ヒト培養細胞を用いて青森県産カシスが有する過酸化水素に対するゲノムディフェンダー活性のメカニズムを明らかにした(論文公開済み)。2.放射線防護におけるゲノムディフェンダーの可能性について青森県産カシスを用いて検討し、その有用性を明らかにした(論文執筆中)。3.当初の研究計画にはない、より発展的な研究であるマウスを用いたin vivo動物実験に向けた準備をスタートしており、平成26年度には実施できる目途を付けている。などが挙げられる。当初の研究計画だけでなく、今後の発展的な研究にも着手していることから「おおむね順調に進展している」と判断する。平成24年度の研究の進捗状況は当初計画と比較し、おおむね順調に進展しているものと考えられる。その理由として、1出芽酵母LOH系を用いた実験によりセンキュウ葉抽出物と菊花抽出物が新規ゲノムディフェンダーとしての可能性を有していることを明らかにした。2青森県産カシスを用いた研究では平成25年度に実施予定のヒト培養細胞を用いた実験に既に取り組んでおり、過酸化水素によるDNA酸化損傷に対して抑制効果を示しており、その効果は完熟・未完熟および加熱・非加熱それぞれの果実から抽出したエキスで確認されることを明らかにした。3I-SceI認識配列導入新規細胞株の作製においては候補となる細胞株の単離を実施しており、今後、DNAを抽出し目的領域の遺伝子配列を確認する予定である。という進捗状況であり、当初予定していた出芽酵母を用いた実験系以外にヒト培養細胞を用いた実験にも既に取り組んでいることが挙げられる。そのため、「おおむね順調に進展している」と判断する。平成26年度の研究計画では「平成25年度の実施計画を継続し、出芽酵母およびヒト培養細胞を用いたゲノムディフェンダー食品の探索・機能性解析を行う」ならびに「放射線障害に対するゲノムディフェンダーによる防護の検討」を実施することとしていた。
非けいれん性てんかん重積状態の診断における脳波ヘッドセットの有用性の検討

非けいれん性てんかん重積状態(non-convulsive status epilepticus: NCSE)は,救命および脳機能温存の観点から的確かつ迅速な診断が必要とされる.しかし,診断に必須な脳波検査は,人的資源不足や時間的制約により検査開始が遅れ,さらに所見の判読に時間を要することで,結果的に診断および治療開始が遅延することが大きな問題となっている.本研究では,この問題を克服すべく,脳波ヘッドセットを用いた簡易脳波モニタリングを導入し, NCSEの早期かつ高感度の検出および早期治療介入を図り,将来的にはNCSE患者の神経学的予後および生命予後の改善を目指すものである.非けいれん性てんかん重積状態(non-convulsive status epilepticus: NCSE)は,救命および脳機能温存の観点から的確かつ迅速な診断が必要とされる.しかし,診断に必須な脳波検査は,人的資源不足や時間的制約により検査開始が遅れ,さらに所見の判読に時間を要することで,結果的に診断および治療開始が遅延することが大きな問題となっている.本研究では,この問題を克服すべく,脳波ヘッドセットを用いた簡易脳波モニタリングを導入し, NCSEの早期かつ高感度の検出および早期治療介入を図り,将来的にはNCSE患者の神経学的予後および生命予後の改善を目指すものである.
組合せ問題におけるラグランジュの方法による解空間の探索に関する研究

我々は,命題論理の充足可能性問題SATを効率よく解くニューラルネットLPPHを提案している.LPPHのダイナミックスは一連の微分方程式で表されるが,このダイナミックスは,SATをラグランジュの方法で解くことに対応している.本研究においては,LPPHのグローバルな解(SATの解)への収束性の検討,より高速に解を求めるための改良,配線問題への適用,および,予備解に対応する方法についての研究を行った.グローバルな解(SATの解)への収束性に関しては,LPPHに2種類の重みを持たせることを提案した.一方は,0もしくは非常に小さい減衰係数を持ち,他方は,ある程度大きい減衰係数を持つ.このことにより,解を求める時間,および,最適な減衰係数の決定のしやすさ等が改善できることを示した.解を求める時間の短縮のための,もう一つの方法として,ニューロンの各結合に注目度と呼ばれる係数を導入し,その係数を制御する方法を提案した.本手法により,与えられた充足可能性問題のクローズの集合のうち,解くのが困難なものが注目を受け,より優先的に充足され易くなり,結果として効率良く解を見つけることができるようになる.実験により,特に難しい問題ほど本手法が有効であることが分かった.配線問題に関しては,コストが凸関数である最小コストフロー問題の双対問題を解く手法を組込んだ手法を提案した.従来の引剥し再配線を用いた迷路法では配線のできないいくつかの問題を解くことができるという実験結果が得られた.予備解は,解に対するヒントや要求として問題と共に与えられる.一般に予備解には,不正確さやあいまいさが含まれる.本研究では,力学系LPPHにおいて,バイアス項を導入することにより,これらの2つの型の予備解に対応する方法を提案した.従来のSATを解く手法に対しても,これらの予備解に対応する手法を作成し,比較実験を行った結果,LPPHの方が有効であることが分かった.我々は,命題論理の充足可能性問題SATを効率よく解くニューラルネットLPPHを提案している.LPPHのダイナミックスは一連の微分方程式で表されるが,このダイナミックスは,SATをラグランジュの方法で解くことに対応している.本研究においては,LPPHのグローバルな解(SATの解)への収束性の検討,より高速に解を求めるための改良,配線問題への適用,および,予備解に対応する方法についての研究を行った.グローバルな解(SATの解)への収束性に関しては,LPPHに2種類の重みを持たせることを提案した.一方は,0もしくは非常に小さい減衰係数を持ち,他方は,ある程度大きい減衰係数を持つ.このことにより,解を求める時間,および,最適な減衰係数の決定のしやすさ等が改善できることを示した.解を求める時間の短縮のための,もう一つの方法として,ニューロンの各結合に注目度と呼ばれる係数を導入し,その係数を制御する方法を提案した.本手法により,与えられた充足可能性問題のクローズの集合のうち,解くのが困難なものが注目を受け,より優先的に充足され易くなり,結果として効率良く解を見つけることができるようになる.実験により,特に難しい問題ほど本手法が有効であることが分かった.配線問題に関しては,コストが凸関数である最小コストフロー問題の双対問題を解く手法を組込んだ手法を提案した.従来の引剥し再配線を用いた迷路法では配線のできないいくつかの問題を解くことができるという実験結果が得られた.予備解は,解に対するヒントや要求として問題と共に与えられる.一般に予備解には,不正確さやあいまいさが含まれる.本研究では,力学系LPPHにおいて,バイアス項を導入することにより,これらの2つの型の予備解に対応する方法を提案した.従来のSATを解く手法に対しても,これらの予備解に対応する手法を作成し,比較実験を行った結果,LPPHの方が有効であることが分かった.本研究では,命題論理の充足可能性問題(SAT)を解くニューラルネットワークLPPHに対して,グローバルな解(SATの解)への収束性の検討,より高速に解を求めるための改良,および,配線問題への適用に関する研究を行った.グローバルな解(SATの解)への収束性に関しては,力学系の減衰係数が大きく関与している.問題ごとに最適な減衰係数の値が存在し,小さすぎる値での収束性の悪さと,大きすぎる値での悪さの原因が異なることを考察した.この原因を回避するために,LPPHに2種類の重みを持たせることを提案した.一方は,0もしくは非常に小さい減衰係数を持ち,他方は,ある軽度大きい減衰係数を持つ.このことにより,解を求める時間,および,最適な減衰係数の決定のしやすさ等が改善できることを示した.解を求める時間の短縮のための,もう一つの方法として,ニューロンの各結合に注目度と呼ばれる係数を導入し,その係数を制御する方法を提案した.本手法により,与えられた充足可能性問題のクローズの集合のうち,解くのが困難なものが注目を受け,より優先的に充足され易くなり,結果として効率良く解を見つけることができるようになる.実験により,特に難しい問題ほど本手法が有効であることが分かった.配線問題に関しては,コストが凸関数である最小コストフロー問題の双対問題を解く手法を組込んだ手法を提案した.従来の引剥し再配線を用いた迷路法では配線のできないいくつかの問題を解くことができるという実験結果が得られた.今後の研究課題としては,人工知能や認知科学の分野での応用,MIN-SAT等,目的関数がある問題への適用,ハードウェアによるニューラルネットワークの実現等を考えている.命題論理の充足可能性問題(SAT)は,計算機科学におけるもっとも重要な問題のひとつである.

我々はSATに対して,LPPHと呼ばれる力学系を提案し,この力学系を用いることにより効率良く解を求めることができることを,理論的,実験的に証明している.本研究では,この与えられたCNFの各節に注目度と呼ばれる係数を導入し解を求める時間のさらなる短縮を計ること,および,問題と共に予備的な解が与えられた時にその予備解に対応する方法についての研究を行った.これまでの研究により,グローバルな解(SATの解)への収束性に関しては,力学系の減衰係数が大きく関与していることが分かっている.減衰率によりCNFの各節への重点の置き方をダイナミックに調節していると考えられる.本研究では,各節への重点の置き方を各節に対する注目度とみなし,注目度を制御することにより解を求める時間を短縮する手法を開発した.この手法では,充足が困難である節の組み合わせを見つけ,その組み合わせに注目し,力学系LPPHにおいて充足させるような力を重点的に働かせることにより,効率良く解を探索しようとする.実験の結果,従来解くのが困難であった問題ほど,より効果が高いことが実証された.予備的な解は,「解はこのようになりそうだよ」というヒントや,「このような解がほしい」という解に対する要求として与えられる.前者の場合は,予備解を有効に利用して解を求める時間の短縮を計ることが,後者の場合は,より予備解に近い解が要求される.一般に予備解には,不正確さやあいまいさが含まれる.本研究では,力学系LPPHにおいて,バイアス項を導入することにより,これらの2つの型の予備解に対応する方法を提案した.従来のSATを解く手法に対しても,これらの予備解に対応する手法を作成し,比較実験を行った結果,LPPHの方が有効であることが分かった.
異シナプス性長期抑圧の学習における役割

神経活動に応じてシナプス伝達を強化するシナプス可塑性現象は、海馬における学習・記憶の形成、さらに活動依存的な発達期神経回路の再構築に関与すると考えられており、特に成熟動物のシナプス可塑性メカニズムは電気生理学・薬理学的方法のみならず近年分子生物学的手法も導入されて、非常に精力的に研究されてきた。ただ、生後一週ほどの幼若な動物の神経組織においてはGABAシナプス等の抑制系の発達が乏しく、大きな興奮性増加を伴う可塑的変化は病的興奮や神経組織の障害を起こす可能性がある。発達期海馬には成熟期とは異なり、PKAによって生じる比較的小さな長期増強が生じることを報告した(Yasuda et al.2003)。さらに発達期海馬では、興奮性入力が活動依存的に興奮性シナプス自身を抑圧するメカニズムが発達しており、長期増強に伴って別の、高頻度刺激を受けないシナプスに異シナプス性長期抑圧が生じることを見いだした。活動の低いシナプスを抑圧して活動の高いシナプスを相対的に増強することにより、発達期の小さな長期増強を補完するメカニズムであると考えられる。この異シナプス性長期抑圧は(1)若い動物であるほど抑圧の程度が大きく、(2)生後数週間にわたって観察されるが、発達とともに減弱し消失する。(3)逆行性シグナルであるカンナビノイド受容体が関与していて、(4)一部のシナプスに高頻度入力を受けた神経細胞の、入力の少ないシナプスだけではなく、別の近傍の細胞間に広がっていることを示す結果を得た。
新規転写因子SREBPのコレステロール代謝調節機構の解析

転写因子SREBPは、小胞体、核膜上に膜タンパク質として局在し、未だ同定されていないプロセッシング酵素によりN末端側が切り放され、それが核へと移行し、転写因子として働く。このプロセッシングは、細胞内のコレステロール量が増えると低下し、一方減少すると亢進し、コレステロールによる転写フィードバックコントロールを担っている。N末端側が切り出され、膜上に残った膜貫通領域とC末端側の去就とC末端側の機能を明らかにする目的で、発現ベクターに膜貫通領域とC末端側をコードするcDNAを組み込み、恒常的にこれを過剰発現するCHO細胞株を獲得した。C末端側を認識するポリクローナル抗体は、大腸菌にC末端側を含む融合タンパク質を過剰発現させ、これを精製し、抗原としてウサギを免疫し、抗血清を得た。この細胞を[^<35>S]Metでラベルし、pulsc-chasc実験を行い、目的のタンパク質をポリクローナル抗体を用いて免疫沈降させ、解析した。膜貫通領域とC末端側は数時間の半減期で比較的早い速度で代謝回転され、転写活性を持たない部位は速やかに除去されることが明らかになった。また、過剰発現したC末端側のプロセッシング酵素による内因性SREBPプロセッシングに及ぼす影響を検討した。即ち、本細胞株をコレステロールを枯渇させた条件、コレステロールを過剰に負荷した条件で培養し、LDL受容体、HMG CoA合成酵素のmRNAの変動を観察した。いずれのメッセージもコレステロールの増減に応じて親株と同様の応答を示し、過剰発現したC末端側はプロセッシング反応に影響を及ぼさないことが明らかになった。
CMB偏光望遠鏡のための偏光感度変調超伝導TESボロメータシステムの開発

超伝導TESボロメータのバイアスに交流電気変調をかけ、信号帯域を高周波域に移行させることで、宇宙マイクロ波背景放射偏光望遠鏡の低周波域で問題となる1/fノイズの影響を低減するアイデアの実証実験を実施した。まず、TESボロメータの電流電圧特性(IVカーブ)を計測し、TESボロメータが安定に動作しうる印加バイアスの中央値と交流変調の振幅を決定した。その後、150GHzのミリ波をTESボロメータに入射し、交流バイアス変調で確かにミリ波信号が高周波域に移行出来ることを確認した。また、変調周波数はボロメータの時定数と同程度の1300Hzまで可能な事が分かった。以上より、本提案を実証することが出来た。超伝導TESボロメータに交流バイアスを印可したElectro-Thermal Feedback法を開発することにより、超伝導TESボロメータに直接電気的な変調をかけ、CMB観測で問題となる低周波の1/fノイズ低減を図ることが本研究の目的である。初年度は、この研究を行うためのセットアップを行った。当初使用を予定していた超伝導TESのテストシステムでは、センサーを冷却するソープション冷凍機の不調とDC SQUID readoutセンサーのノイズが大きいという問題が明らかとなったため、TESのテストを行うクライオスタットを別のものに変更し、SQUIDセンサーは独Magnicon社製のDC SQUIDを新規調達してインストールすることにした。DC SQUIDの調達には少々時間がかかったため、まずは手持ちのfrequency domain multiplexed SQUID readoutsystemを用いて、超伝導TESボロメータをきちんと動作させるセットアップづくりに注力した。TESにはUC Berkeleyで製作したdipole-slot antenna couple TESを用い、Vespelパイプで保持された焦点面上にマウントした。この状態でTESの動作試験を行い、うまくElectro-Thermal Feedbackによるボロメータの動作に成功した。このSQUID readoutでは交流バイアス印可が出来ないため、Magnicon社のDC SQUIDが納品された後、readout SQUIDの置き換え作業およびエレクトロニクスの交換作業を行っている。現在はDC SQUIDのセットアップを行っている途中である。本研究は、超伝導TESボロメータのバイアスに交流電気変調をかけ、信号帯域を高周波側に持って行く事で宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の1/fノイズの影響を除去しようとするアイデアの実証実験である。H25年度までは実験装置の開発、具体的にはAl-Tiバイレイヤー超伝導TESボロメータを0.3Kまで冷却することおよびSQUIDによる読み出しに注力し、H26年度はいよいよAC変調TESでのミリ波読み出し実験を行った。実験では、まず、TESボロメータが常伝導から超伝導へ転移する過程の電流電圧特性(IVカーブ)を測定した。これによりボロメータが安定に動作しうる印加DCバイアス(1.077V)および変調ACバイアスの振幅と周波数(±130mV, 35Hz)を調べた。つまり、動作点と変調の大きさを決定した。このTESボロメータ駆動条件のもとで、ボロメータに150GHzのミリ波を照射した。ミリ波の信号が区別できるよう、ミリ波にはチョッパーで12Hzの変調をかけ、ボロメータのACバイアスとのビートを取った。このようにして取得した信号をスペクトラムアナライザーで周波数解析した。この結果、チョッパーの変調周波数およびボロメータのACバイアス周波数の他に、これらのサイドバンド信号を観測し、本研究で提案するボロメータへのAC変調によるミリ波信号の高周波移行が実現出来ていることを実証した。また、ACバイアスの周波数を変化させてボロメータの応答を確認したところ、1300HzまでACバイアス駆動できることがわかり、また、これはボロメータの時定数と一致していることが確認できた。以上より、本研究で提案した超伝導TESボロメータにACバイアスをかけることで、ミリ波信号を高周波側へ移行し、1/fノイズの影響を受けにくく出来る事を原理実証することができた。よって本研究の目的は達成された。宇宙物理初年度の目標である超伝導TESボロメータの動作試験自身は無事終了したが、SQUID readout systemの入れ替えが必要になったため、この部分については少々遅れが生じている。しかし、DC SQUID readout systemの新規調達は完了し、現在置き換え作業の途上である。DCSQUID readoutの動作試験完了後、直ちに交流バイアス印可によるElectro-Thermal Feedback試験を実施する予定であり、早期に当初予定通りのスケジュールへ復帰可能である。DCSQUID readoutの動作試験完了後、直ちに交流バイアス印可によるElectro-Thermal Feedback試験を実施する。交流バイアス印可後のElectro-Thermal Feedback法の検証では、ボロメータのsaturation power測定などを行い、その後ミリ波偏向の入射実験を行う。

外からミリ波を入射する場合は赤外線対策などが非常に難しく、現在のクライオスタットではそのようなセットアップが出来ていないため、クライオスタット内に弱い光源を設置して、原理検証を行う方針を考えている。これにより、本研究アイデアの原理検証は実現可能である。
ドーパミンシグナルを介した精神疾患病態に関するマイクロエンドフェノタイプの解明

ドーパミンは、快情動、人格、注意など主要な精神活動や運動を制御する極めて重要な脳内物質であり、ドーパミンシグナルの変調は精神疾患病態におけるマイクロエンドフェノタイプであると考えられる。ドーパミン欠乏マウスの解析は、ドーパミンシステムの機能解明において画期的な手法であるが、予備検討により、従来の条件ではドーパミンが脳に残存していることが明らかになった。そこで本研究では、真のドーパミン欠乏マウスを用いることで、ドーパミンシグナル変調というマイクロエンドフェノタイプが精神活動に与える真の影響の解明を目指した。平成26年度は以下の成果を得た。ドーパミン欠乏マウスに、ドーパミンの前駆体であるL-DOPAを毎日投与することで長期間飼育し、その後3日間のL-DOPA断薬をすることでドーパミン欠乏マウスを準備し実験に用いた。前年度に、クロザピンがドーパミン欠乏マウスの多動を抑制し、クロザピンの多数の作用点の中でムスカリニックアセチルコリン受容体作動効果が主にドーパミン欠乏マウスの異常を抑制したことから、今年度は、マイクロダイアリシス分析により、線条体におけるアセチルコリンの細胞外濃度を測定した。その結果、ドーパミン欠乏マウスは細胞外アセチルコリン量が有意に低下していることが明らかになった。さらに、ドーパミン欠乏マウスの脳を採取し、免疫組織化学的解析、ウェスタンブロット解析、遺伝子発現解析を行ったところ、アセチルコリン合成酵素であるコリンアセチル転移酵素の遺伝子発現および蛋白質量が有意に低下していることが明らかになった。これらの結果より、ドーパミンが枯渇することによる異常行動にはアセチルコリンシステムが関与していることが分子レベルで明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は以下の成果を得た。ドーパミン欠乏マウスは、ドーパミンの前駆体であるL-DOPAを毎日投与することで長期間飼育することができた。3日間のL-DOPA断薬後に移所運動量試験を行った結果、ドーパミン欠乏マウスは初期には低活動であったが、30分間に徐々に行動量が増加し、その後測定した5時間は顕著な活動亢進を示した。定型抗精神病薬のハロペリドールを投与したところ、野生型マウスでは強い鎮静効果が現れたのに対して、ドーパミン欠乏マウスの活動量は亢進したままであった。次に、非定型抗精神病薬のクロザピンを投与したところ、野生型マウスと同様にドーパミン欠乏マウスにおいても移所運動量が顕著に低下した。クロザピンには多数の作用点が知られているが、それぞれの作用点に特異的な薬物を投与したところ、ムスカリニックアセチルコリン受容体作動薬がクロザピンと同様に移所運動量を低下させることが明らかとなった。これらの結果は、ドーパミンが枯渇すると異常行動が現れ、この異常行動にはアセチルコリンシステムが関与することを示唆している。特に研究を妨げる予想外の事象は生じなかったため。当初計画通りに推進する。
統合失調症に対するメタ認知療法日本語版作成とその効果研究

妄想や幻覚を改善するためにハンブルク大学のMoritzらが開発したメタ認知トレーニング集団療法用(MCT)と個人療法用(MCT+)の日本語版を作成した。MCTに関する知識の普及と実践活動の相互扶助のためにMCT-Jネットワーク(Mネット)を設立した。Mネットの会員により臨床研究が行われ、統合失調症患者への有用性は確認された。平成22年度は、ドイツ・ハンブルク大学のMoritz教授らが開発した「メタ認知トレーニング(metacognitive training : MCT)」の図版およびマニュアルの日本語版を、科学研究費補助金によって作成できた。その際、開発者のMoritz教授には直接ないしは電子メールにて詳細な指導をいただき、連携研究者(丹野義彦〔東京大学〕・井村修〔大阪大学〕)からは基礎心理学的・臨床心理学的見地から有益な助言を得ることができた。また、個人面接用のMCT+(MCT Plus)日本語版もほぼ完成している。ただし、MCT+についてはMoritz教授らも改訂中であるため、完成版ではない。MCTの構成は以下のようになっている。16種類のパワーポイント・スライド(各々8つのモジュールからなる2つのCycleからなる)、マニュアル(日本語版は37ページ)、6つのホームワーク資料(モジュール2と7および4と6で同じ資料を用いる)、参加者に手渡す1枚のイエローカードと1枚のレッドカード。8つのモジュールの内容は、1.「原因帰属」、2.「結論への飛躍バイアス1」、3.「思い込みを変える」、4.「心の理論I」、5.「記憶」、6.「心の理論II」、7.「結論への飛躍バイアスII」、8.「自尊心」である。MCT+も8つのモジュールからなり、8つのワークシートが付属している。これら日本語版の図版とマニュアルが完成したので、23年度以降は臨床の現場で実践が可能になり、認知療法学会と行動療法学会において、MCTに関する3時間のワークショップを開催する予定になっている。平成23年度は、昨年度作成したメタ認知トレーニング(Metacognitive Training:MCT)日本語版に関して、次の研修会でワークショップを行った。(1)第12回認知療法研修会(3時間ワークショップ)、(2)第35回行動療法研修会(3時間ワークショップ)。両方ともタイトルは「統合失調症のメタ認知トレーニング」であり、参加者は合計約200人であった。ハンブルク大学のMoritz教授よりMCTに関する貴重なデータをいただくことができたので、それも含めた情報発信を行うことができた。その他、日本デイケア学会やSST普及協会研修会などにおいても、MCTについて適宜解説を行う機会を得た。対個人用のMCT+(plus)の翻訳も終了したが、昨年度と同様に、原著者であるMoritz教授による修正が現在行われているため確定版ではない。連携研究者である丹野義彦(東京大学)と井村修(大阪大学)からは、ワークショップに関して基礎心理学と臨床心理学の立場から有益な助言を得ることができた。研修会と学会において協力を募ったところ、多くの医療機関・福祉機関から承諾を得ることができ、神奈川県内の複数の医療機関でMCT日本語版の有効性に関する臨床研究に着手した。測定尺度としては、病識尺度、対人ストレッサー尺度、3次元モデルにおける対処方略尺度、抗精神病薬治療下ウェルビーイング尺度などを用いている。現在の参加者は統合失調症の外来患者約25名である。MCTに関する学会発表としては、スイス・ジュネーヴで開催されたEABCT2012にてポスター発表"A Pilot Study of Metacognitive Training (MCT) Japanese version"を行い、2012年9月14日に愛知学院大学で開催された日本心理臨床学会にて「統合失調症のメタ認知トレーニング」と題し、国立病院機構花巻病院の高橋昇、東京都医学総合研究所の山崎修道とともにシンポジウムを行った。また、「MCT-Jネットワーク」を立ち上げ(会長:石垣琢麿、事務局長:細野正人)、ホームページも作成した(URLはhttp://www.mct-j.net/)。2013年3月末現在でネットワーク会員数は60名を超えている。加えて、大阪府、愛知県、福井県、三重県でMCTに関する研修会を7回開催した。各研修会の参加人数は20名から80名程度であり、医師、臨床心理士、作業療法士、看護師など多職種が参加した。こうしたネットワークや研修会活動を通じてMCTに関する啓蒙普及活動が可能となり、多施設共同研究も可能な環境が整った。さらに、個人用のMCT+(MCTplus)も、弘前大学の則包和也と川添郁夫の協力によって、ほぼ完成している。MCTおよびマニュアルの日本語版は完成し、臨床場面で統合失調症患者を対象に用いることができている。また、その有効性の検討に入ることができているので、おおむね順調に進展していると判断する。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度である平成24年度は、現在行っている臨床研究をまとめ、ジュネーヴで開かれるヨーロッパ行動認知療法学会にて発表し、論文化する予定である。また、MCTに関する研修会への要請が多いので、24年度も研修会・ワークショップは継続して各地で行う予定である。
水熱合成法による新規遷移金属化合物探索及び、その単結晶育成と磁性に関する研究

前年度では主にフラストレーション磁性体の探索を、後年度では不安定原子価を持つ新規物質の探索を目標とした。結果、いくつかの新規物質を発見に成功し、磁性測定から基本的な磁気特性について明らかにした。例えば、同型構造を持つ新奇カゴメ格子磁気フラストレーション遷移金属酸化物KV3Ge2O9(S=1)とKMn3Ge2O9(S=2)の発見に成功した。整数スピンを持つカゴメ格子は数が限られており、これらの新規物質は整数スピンフラストレーション系の良い参照物質になると考えられる。磁性測定と比熱測定の結果から、明確な磁気転移がKV3Ge2O9では観測されないのに対しKMn3Ge2O9では観測される事を見出した。平成25年度の研究目的として、前年度からの継続課題である新奇磁気特性を示す新規物質探索と、Mo(V+)等の不安定原子価を持つ遷移金属を含む新規酸化物の合成を掲げた。新奇磁気特性を示す新規物質探索では、前年度に報告したKV3Ge2O9(S=1)との比較物質の合成を目標とした。本年度KV3Ge2O9と同型構造で量子スピン数が異なるKMn3Ge2O9(S=2)の合成と単結晶育成に成功した。KV3Ge2O9同様、1mm3程度の複数の単結晶を再現良く育成でき、その単結晶試料を用いて磁性測定を行い、その結果をまとめて公表した[日本物理学会2013年秋季大会(徳島大学),26aKM-4]。S=2を持つ実在する磁気フラストレーション系カゴメ格子物質はこれまで報告例が無く、その基底状態が如何様な状態を示すのか実験的な示唆は無い。本研究による新規物質の発見は該当研究分野の発展を促進するものとしてその意義・重要性は大きいと考えられる。不安定原子価を持つ新規遷移金属酸化物の合成では、不安定原子価を持つ物質の報告が比較的なされているMo元素に着目し合成を行った。本年度の研究に於いてK2V2Mo3O11の組成式で表される新規遷移金属酸化物の合成に成功した。この物質ではV元素は3+を取っていると考えられMo(IV+)とMo(V+)が存在する事になる。本合成結果は無機酸化物において、不安定価数を持つ物質の合成が一部選択制御可能である事が明らかになったと考えられる。また、磁性の評価等、物性測定は今後行う予定であるが、この物質はMoが層状カゴメ格子を形成しておりフラストレーション系の新奇な参照物質となり得る。これらの結果は、合成及び物性両面において研究の発展に重要な役割を果たすものと考えられる。2年間の研究に於いて、計4つの新規物質合成と1つの単結晶化に成功し、磁性測定から基底状態のモデルを提案した。初年度(平成24年度)の研究目的として、カゴメ格子を持つ新奇遷移金属酸化物KV3Ge2O9の単結晶試料の育成と、ダイヤモンド鎖を持つリンドグレン鉱(モリブデン銅鉱)Cu3(MoO4)2(OH)2の単結晶合成及び育成を掲げた。カゴメ格子を持つKV3Ge2O9では、これまでの代表者の研究に於いて、その相が水熱合成法により得られる事を発見し、単結晶の粗大化を目的としていた。初年度に於いて、磁化測定等に用いる事の出来るサイズ(1mm3弱)の単結晶を育成することに成功した。また、その単結晶試料を用いて磁化測定を行い、その結果をまとめ公表した。[J. Phys. Soc. Jpn., 81 (2012) 073707.]スピン量子数S=1を持つ実在する磁気フラストレーション系カゴメ格子物質は2-3点しか存在せず、その基底状態が、如何様な磁気状態を示すのか未だ結論に達していない。本研究による新規参照物質の発見は該当研究分野の発展を促進する物として、その意義・重要性は大きいと考えられる。ダイヤモンド鎖を持つCu3(MoO4)2(OH)2の単結晶合成及び育成では、先行研究に於いて多結晶試料を用いた物性測定結果のみが知られており、磁気異方性等の詳細な測定は行われていなかった。本研究に於いて、水熱合成法で単結晶試料を合成及び育成する事が可能である事を発見し、磁化測定用の結晶育成を行った。また、磁化測定を行い、その結果をまとめ公表した。[日本物理学会春季大会(広島大学), 26aPS-74 (2013).]本研究結果は、ダイヤモンド鎖に対する理論的研究の予測を支持するものであるが、多結晶試料を用いた結果とは磁気異方性等が異なる事、磁場中に於いて新奇な磁気相が出現する事を発見した。これらの結果は単結晶試料を用いる事でしか得られない情報であり。

その基底状態の解明に重要な役割を果たすものと考えられる。初年度の進捗状況において、ほぼ予定通りの成果を出せたものと信ずる。カゴメ格子を持つ新奇遷移金属酸化物KV3Ge2O9の単結晶試料の育成と、ダイヤモンド鎖を持つリンドグレン鉱(モリブデン銅鉱)Cu3(MoO4)2(OH)2の単結晶合成及び育成を、平成24年度の研究目的として掲げた。カゴメ格子を持つ磁気フラストレーション系新奇物質KV3Ge2O9の磁気特性については、論文にまとめ公表までを行った。本物質KV3Ge2O9は巨視的な磁性測定を終え、現在は多研究機関と共同研究を提携し、ESR、NMR、ラマン分光等の測定を行う予定である。現段階において本申請課題としてのフェーズは終了し、新たな申請課題として取り上げるフェーズであると考える。よって代表者の申請課題中、本物質についての目的は完遂したと考えられる。また、ダイヤモンド鎖を持つ量子スピン系天然鉱石Cu3(MoO4)2(OH)2の人工的な単結晶合成及び育成に成功し、磁気測定を行いその結果を日本物理学会で報告した。それらの結果を公表する為、現在、論文を執筆中である。また、この磁性体の示す特異な磁気秩序状態は今後より詳細な実験が必要とされており、現在、共同件研究を提携する為の予備実験を行っている。よって、本課題については共同研究の提携と論文発表を残しており、未完と判断する。また、これらの課題進行中に副次的に発見した、類似構造を持つ酸化物磁性体が存在し、これらの物質については現在研究が進んでいない。これらの新奇物質は来年度または、他申請課題として研究を行う事を予定しており、継続的研究が必要であると考えられる為、達成度としては完遂する余地有りと評価する。初年度の進捗状況において、おおむね順調に進展しているものと考えられる。この為、次年度の推進方策は、特に大幅な変更等無く、基本的に申請書に記した方針に則った研究活動を実践する予定である。次年度も引き続き新規物質の探索を行う。ただし次年度は過去の事例からMo5+、W5+、Rh4+、Ir5+などの不安定原子価を持つ遷移金属を含む新規酸化物の合成を行う(不安定原子価Ru5+を持つCa2Ru2O7は、原料を強力な酸化剤と共に反応させることで得られる)。水熱合成では、常圧室温では難溶性の酸化物等でも、容易に溶解することが可能となる。更に、本計画では、溶解及び反応をより速やかに行うため、出発原料に遷移金属のアンモニウム化合物((NH4)6Mo7O24等)、ハロゲン化物(MoCl5等)を選定する。特に、Mo5+、W5+では典型的原子価数が4+と6+であるため、その中間価である5+は選択が難しいが、反応に不要な寄与又は阻害しない酸化(H2O2等)・還元剤(H2C2O2等)を選び、微量な調整で合成を試みる。また、Rh4+、Ir5+は3+が典型的原子価数であるため、過塩素酸等の強酸化剤を用いる。この際、Clと結び付く可能性があるが、Clを含む新規物質であれば問題視しない。また、反応環境のpH調整のため、酸・塩基性の溶媒を使用する。このとき反応容器自体を侵さないように、貴金属管に原料と溶媒を封入し合成を行う。次年度の研究計画から、予算の大部分は消耗品(合成用貴金属管)に使用する予定である。次年度は特にMo5+、W5+、Rh4+、Ir5+などの不安定原子価を持つ遷移金属を含む新規酸化物の合成を行う予定である。
鉄筋コンクリート造内部柱梁接合部の損傷評価と梁主筋定着条件

鉄筋コンクリート造内部柱梁接合部の合理的な設計法を確立するために、接合部の損傷評価や骨組の挙動に与える梁主筋付着性状などの基本性状の把握を目的として、実験的及び解析的研究を行った。その成果は以下のようにまとめられる。1.これまでに国内で行われたRC柱梁接合部の実験データを収集し、平面骨組を対象としたものと立体架構を対象にしたものに分けて整理した。2.梁降伏先行型鉄筋コンクリート造骨組の挙動に与える梁主筋付着特性の影響を検討するため、柱梁接合部への剪断入力量を2レベル設定し梁主筋の径を変化させた試験体による加力実験を行った。(1)接合部剪断入力量の僅かな差でも接合部の剪断破壊が生じる(2)剪断入力量の小さく梁主筋の付着特性が良いほど骨組のエネルギー吸収能が大きいが、接合部剪断破壊する場合は梁主筋の付着特性の影響は小さい3.梁降伏時接合部せん断入力量、梁主筋付着性状と加力ルールを変化させた立体接合部試験体の加力実験により、以下の知見が得られた。(1)梁降伏先行型に設計されていても接合部せん断余裕度が小さい場合、梁曲げ降伏後梁曲げ破壊と接合部せん断破壊が混在する様相を呈した。しかし、大変形時においても耐力低下が認められず、降伏後においても直交梁の効果が認められた。(2)一方向加力を大変形時まで行いその後直交方向に加力した場合、直交加力を交互に漸増繰り返した場合に比べ、先行加力と直交加力時の耐力低下が著しい。4.既往の研究で行った梁降伏後に接合部がせん断破壊した試験体を対象に、2次元非線形有限要素解析を行った。(1)梁主筋の付着性状を極端に良くした場合には、接合部コンクリートに発生する引張歪度が悪い場合よりもかなり大きい。(2)接合部圧縮ストラットの角度は梁主筋付着性状の影響を受け、良い場合には水平方向へ、悪い場合は鉛直方向へ変化する。当初予定していた実験的研究は、試験装置の稼働条件により不可能になったため、試験体の製作に必要な材料の確保に留まった。本年度は研究の後半に予定していた有限要素法による解析的研究を行い、試験体の実験変数の与え方について検討を行った。以下に、その結果を示す。1.鉄筋コンクリート造骨組の層剪断力-層間変形角関係は、梁主筋量が多い場合には柱梁接合部の剪断亀裂発生時に大きな剛性低下が認められる。しかし、梁主筋量が少なく、接合部剪断亀裂発生時と梁降伏時がほぼ同じに起こる場合には、梁降伏の影響が大きい。従って、梁主筋量は接合部剪断亀裂体力との比率を考慮して決定する。2.梁主筋の接合部内における付着性状を変化させた解析結果では、性状が悪い場合には耐力が小さくなるが全体の挙動には大きな影響は現れない。ただし、接合部が剪断破壊する際の接合部コンクリート応力度は、梁主筋の付着性状の影響を受ける。3.解析では単調載荷による検討に留まったが、繰り返し載荷による影響、特に塑性域における繰り返し挙動の影響は大きいと考えられるので、実験では塑性域における加力ルールについて慎重に検討が必要である。4.接合部コンクリートの劣化指標として考えられる主引張歪度は、梁主筋の付着性状による違いは少なくなかった。

これは、解析が単調載荷によって行われているためで、梁降伏後の繰り返し時に梁圧縮力を梁主筋が負荷することによる付着力の増大を再現できなかったためである。実験ではこの点について、接合部コンクリートの引張歪度の計測を行うことによって検討を行うべきである。鉄筋コンクリート内部柱梁接合部の破壊性状に対する梁主筋付着性状の影響を実験的に検討した。試験体は実大の約1/2スケールの十字形平面骨組部分加構で、梁が降伏する際の接合部剪断入力量(byτj)を2レベル(σB、1.4σB)設定し、それぞれのレベル毎に3タイプの梁主筋径を用いて梁主筋の接合部内の付着性状に変化を与えるように考え、計6本製作した。梁主筋断面積を同じにしたことにより、梁主筋が2段配筋になる試験体については、配筋の影響についても検討を行った。加力は、柱に定軸力(σ0=σB/6:σBはコンクリート圧縮強度MPa)を導入後、正負繰り返し変位漸増の水平加力を行った。以下に、その結果を示す。1.梁降伏時接合部剪断入力量が1.4σB程度の試験体は、全て梁降伏後に接合部の剪断破壊が進んだが、σB程度の試験体では梁曲げ破壊または梁降伏後の接合部剪断破壊を示した。2.荷重変形ループから求められる等価粘性定数は、梁降伏後の剪断破壊を示した試験体では同じ推移を示したが、梁曲げ破壊を示した試験体では梁主筋の付着性状が良好なものほど大きな値を示した。3.梁主筋が2段配筋の場合、内側筋の付着応力度は外側筋のそれよりも小さくなる。これは、梁付け根圧縮側で内側筋に大きな圧縮応力が作用しないこと、接合部コンクリートに剪断亀裂が発生した後は内側筋に引張応力が生じ接合部補強筋として機能することが原因である。4.接合部剪断入力量が小さく梁曲げ破壊した試験体においても、接合部剪断亀裂発生後接合部補強筋に作用する力の合力は、梁降伏後に接合部が剪断破壊した試験体と同程度であった。しかし、最大耐力後は作用力は減少した。鉄筋コンクリート内部柱梁接合部立体架構の破壊性状に対する梁主筋付着性状の影響を実験的に検討した。試験体は実大の約1/2スケールのスラブ付十字形柱梁部分立体架構で、梁が降伏する際の接合部剪断入力量(byτj)が、2.0 σBを基本とし、載荷履歴を変化させたもの、入力量は同じで梁主筋径を用いて梁主筋の接合部内の付着性状に変化させたもの、入力量が1.3 σBのもの、計4体製作した。加力は、柱に定軸力(σ0=σB/6:σBはコンクリート圧縮強度MPa)を導入後、XY構面方向に交互に正負繰り返し変位漸増の水平加力を基本として行った。以下に、結果を示す。1.梁降伏時接合部剪断入力量が2.053程度の試験体は、全て梁降伏後に接合部の剪断破壊が進んだが、耐力低下は平面接合部試験体ほど顕著ではない。2.一方向に層間変形角1/20までの正負繰り返し加力を行った後に直交方向加力を行った試験体では、初期の段階から剛性が著しく小さく耐力も大きく低下した。これは、直交方向での加力によって接合部コアコンクリートの損傷と梁主筋の付着が劣化したことが原因と考えられる。3.直交梁が降伏た後でも接合部コアコンクリートの拘束効果が認められた。4.接合部剪断入力量が小さく梁曲げ破壊した試験体においても、等価粘性定数は高入力試験体と相違なかった。5.最大耐力後に剪断破壊に移行する場合には、梁主筋径を変えて付着性状を変化させても架構の履歴性状に影響は見られなかった。
母体の運動時にも測定が可能な胎児の心電信号測定ウェアラブルモニタの開発

平成30年度は、心電信号測定ウェアラブルモニタの初段に用いる時分割型多入力生体信号増幅回路の試作を行った。試作は時分割多入力増幅回路2種について行い、「消費電力を最適設計」と「入力オフセット電圧低減機能」の効果が確認できる内容としている。これらの設計内容は、国際会議および国内会議においてそれぞれ1件づつ発表している。前年度までに心電信号測定ウェアラブルモニタにおいて初段に用いる生体信号増幅回路を複数の入力信号の増幅に共有することでシステムの小型化および省電力化が可能であることを示してきた。本年度は前年度に引き続き時分割型多入力生体信号増幅回路の設計を行った。まず前年度終了時に未解決であった課題の解決を行った。時分割型多入力生体信号増幅回路では、入力電圧に直流のオフセット電圧が重畳される場合、オフセット電圧を十分に低減することが出来ず増幅回路の出力が飽和する。これは、各入力信号に含まれる直流電圧が入力信号の切り替え周期の周期信号に変換されることに起因する。既存のオフセット電圧低減回路を時分割型の多入力回路においても適用可能とするため、新たな回路構成を提案した。各入力が有するオフセット電圧を集積回路内の容量に保存し、増幅回路に加えられる入力信号が切り替わる際に入力電圧に応じたオフセット電圧を帰還容量に復元することでオフセット電圧の除去性能の向上と動作速度の向上を実現している。増幅回路としてチップ面積および電力効率に最も優れるインバータ型増幅回路を採用した場合の時分割多入力型増幅回路の低消費電力を最適化する設計手法も提案し、提案手法に基づいて設計した回路の試作を行った。試作した回路は令和元年6月に完成予定であり、完成後は試作した増幅回路の性能を評価する予定である。平成30年度の研究により、心電信号測定ウェアラブルモニタの初段に時分割型多入力生体信号増幅回路を用いる場合、当初計画策定時には認知されていない課題の解決が必要であることが明らかとなった。これまでに課題の原因の解明および解決方法の提示もなされており、これらは当初は予定を超える成果であるが、課題の解決のために当初計画には予定していない時間を要した。このため、研究の進捗状況に遅れが生じた。当研究課題では、回路の試作を東京大学大規模集積システム設計教育センター(VDEC)を通じて安価に実施することで、全研究期間を通じて複数回の実施を可能としている。反面、同機関を通じての設計機会は年4回に限られているため、上記のような理由で当初予定していたスケジュールで試作ができない場合、次回の設計機会は数か月後となる。このため、当初予定では当研究課題の最終年である平成30年度であったが、研究課題の期間延長の申請を行っている。平成30年度に行った試作回路は令和元年6月に納品予定である。試作回路の納品後は試作した回路の性能の評価を行い、研究課題の総括を行う予定である。今回、新たに明らかとなった課題は、時分割型多入力生体信号増幅回路の入力電圧に直流のオフセット電圧が重畳される場合には、オフセット電圧は十分に低減されず増幅回路の出力が飽和する現象である。これは各入力信号に含まれる直流電圧が増幅回路の時分割共有により入力信号の切り替え周期の周期信号に変換されることに起因する。この課題を解決するため、既存のオフセット電圧低減回路にオフセット電圧保持用の容量と高速な充放電を可能とする電圧バッファを追加した新たな構成を提案している。平成30年度に行った試作ではこの提案構成の性能評価も目的としている。前年度に試作した心電信号測定ウェアラブルモニタ用の増幅回路が6月に納品予定である。今後は納品された試作回路を用いて以下の評価を行う予定である。まず、増幅回路を複数の入力で時分割共有した場合の増幅回路の特性評価を行う。生体信号程度の周波数(0.5100Hz程度)の正弦波を入力した際の評価を行い、時分割で増幅回路を共有する構成の基本原理の有効性の確認を行う。続いて、生体信号測定時に電極と皮膚の間に生ずる静止電位を模擬した直流電圧を入力信号(正弦波)に重畳した場合についての評価を行う。前年度に提案したオフセット電圧を低減する回路構成の有効性を評価する。評価では、試作回路の後段にアナログ・ディジタルコンバータ(ADC)を接続し、アナログ・ディジタル変換したディジタル信号をパソコンに取り込んでパソコン上で行う。提案回路はオフセット電圧を有する増幅回路としてチョッパ型回路を採用しているが、チョッピング動作が出力電圧に与える影響や雑音特性についての評価も併せて行う。これらの評価を通じて、増幅回路の時分割共有による増幅回路の多入力化の性能と課題を明らかにする。次に、生体信号を模擬した入力信号を波形生成器で生成し、心電信号測定ウェアラブルモニタとしての動作を確認する。研究の迅速な実行のため人体部分は生体を模擬した回路素子で実現し、取得を目的とする生体信号の他、混入が想定される様々な雑音を加えた際の性能評価を行う。アナログ・デジタル変換した信号は独立成分分析を行い、入力した信号と混入した雑音との分離性能の評価を行う。様々な信号による分離性能の評価を行うことで、心電信号測定ウェアラブルモニタとして用いた際の信号の選択方法についても考察を行う。本研究課題を通じて得られた研究成果をまとめ国際会議および論文として発表する予定である。平成28年度は、まず先に試作を行った多入力生体信号増幅回路の測定を行い、既存の生体信号増幅回路の問題点を明らかにした。

既存の回路は大きな電圧利得で動作する際にオフセット電圧の影響で出力電圧振幅が十分に確保出来ない。この問題を解決するため、出力オフセット電圧および電圧利得の自動調整回路を提案し、大きな出力電圧振幅を実現した。続いて、出力オフセット電圧を低減可能な異なる原理の増幅回路についても検討した。スイッチにクロックフィードスルーやチャージインジェクションが生じた場合にも出力オフセット電圧を低減可能な新たな回路構成を提案した。まず、前年度に試作した多入力生体信号増幅回路の測定により既存回路の性能評価を行った。測定を通じて以下の2点の問題を明らかにした。第一に、既存の回路は入力インピーダンスが大きな節点において周囲の雑音の影響を大きく受ける問題を有する。この問題はバイアス回路のインピーダンスを低く再設計することで低減可能であることを実験により確認した。第2に、既存の増幅回路は電圧利得が低い場合には概ね正しい動作をするものの、回路の利得を大きくすると出力電圧が飽和し充分な週力電圧振幅を確保できない問題を有する。これは、回路の直流オフセット電圧が増幅回路の大きな電圧利得により増幅されることに起因する。そこで、増幅回路の出力オフセット電圧及び電圧利得を自動制御する回路構成を提案し、オフセット電圧を適切に制御することでより広い出力電圧範囲が確保できることを示した。さらにオフセット電圧をフィドバックにより低減する異なる増幅回路の構成についても検討を行った。回路内部で用いられるスイッチにクロックフィードスルーやチャージインジェクションが含まれる場合にも出力電圧のオフセットや出力電圧変動を低減する構成を提案し、その動作の解析および今後の試作に向けた準備を行った。平成28年度は、前年度に試作した既存回路の測定と、提案回路の集積回路試作および測定を実施している。さらに第2回チップ試作のための設計よび準備を実施した。これは当初に予定した年度内2回の試作および測定と同等の内容である。申請時に予定していた第1回の試作を前年度に前倒して実施することで、初年度の後半に予定していた測定を年度当初から行うことが出来た。これに伴い、申請時に初年度に実施する予定であった集積回路試作のうち1回目の試作が省略可能となった。次回の試作は平成29年度5月に設計データ提出することとし、当初の予定より実践的な回路の動作確認を行うことを予定している。平成27年度5月に実施予定の試作の準備についても大半は平成28年度内に完了しており、順調に準備は進んでいるため、研究は「おおむね予定通りに進展している」と評価する。申請時には平成28年度の実施内容として「増幅回路の多入力化」を中心に位置づけていたが、これについては平成29年度に実施することとした。これは、年度当初に実施した測定により、既存回路が有する問題点が明らかになったため、その改善を優先的に実施したことによる。既存回路で問題となった「オフセット電圧の存在による出力電圧範囲の制限」は2種類の新たな手法で回避することを提案することが出来た。