hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト－ロボット相互作用の局在性に注目したセンサトポロジに基づく特徴抽出

本研究では外骨格型ロボットなどをはじめとしたアシスト機器の安心・安全な制御を実現するため、ヒト-ロボット間の相互作用を考慮した情報処理および制御手法の開発を行った。生体情報による人の運動意図推定を行う手法に、センサ構造の中間的な表現を用いたモデル化の手法を導入することで、センサの欠損などが起こっても頑健に運動意図を推定することが可能で、これまで安定化しなかったアシスト力を安定に出力することが可能となった。本年度はセンサのトポロジマップを、センサフィードバック制御に有用な情報の中間表現として利用するものである。本年度は、生体信号のうち、特に筋電位情報に注目した。筋電位情報のタスクとして、筋電位に基づくトルク推定を行い、ロボットを力制御することを考える。ここで、筋電位情報の相互相関に基づき、センサのトポロジマップを作成する。トポロジマップには、筋の発生力に関する情報に加えて、筋の情報の構造に関する情報が含まれており、例えば筋電位計が断線やショートなど、異常が起こったような場合は、この構造が変化することになる。構造の変化を変化点検出として捉えれば、異常検出が可能である。これに加えて、異常検出されたセンサノードの重みを下げることにより、制御器が暴走したり機能しなくなることを防止することができる。これまでの筋電位信号の異常検出に関する研究はいずれも1つのセンサノードに注目していたため、その検出には長期観測が必要で、検出精度も低くなってしまっていた。本研究では、異常検出にセンサの相互相関に基づくトポロジマップを利用することで、相互作用によるセンサ欠損などの異常をリアルタイムに検出することを可能にした。実際に外骨格型ロボットを筋電位信号から推定したトルクにより力制御するシステムによる基礎実験により、上記手法が有効に機能し、実際にセンサ欠損がおこった場合もこれをリアルタイムに検出でき、一時的な変動はあるものの力制御が継続して機能することを確認した。ヒト-ロボット間の相互作用を考慮した運動意図の抽出を行うための、シミュレーションおよび実機によるデータ取得・解析を行った。関連研究では筋電位に基づくトルク制御のフィードバックにおいて、そもそも、ヒト-ロボット間の相互作用を考慮していないことがわかり、これを考慮したトルクフィードバックに注目し手法を構築した。ヒト-ロボット間相互作用を伴う動的な運動として上肢の運動タスクを想定し、このタスクを脳活動・筋電位によって1自由度の外骨格型ロボットで実時間アシスト実験を行った。ここで、特に筋電位フィードバックの際に、現状のアシスト量により筋電位信号が減少することに注目し、筋電位から推定したトルクをアシスト量に応じて調整することをコンセプトとした。まず、ヒト-ロボット間の相互作用を考慮したアシストをシミュレーションし、手法の妥当性を検証した。さらに、上記の実時間アシストが行えるシステムを構築し、従来手法と提案手法の比較を行うことで、提案手法がヒト-ロボット間の相互作用が安定化できることを確かめた。これまで、ヒト-ロボット間の相互作用を考慮した生体信号のフィードバックが行われておらず、これを考慮するフィードバック手法を提案するとともに、実機においてアシストが安定化されることを示したことは非常に重要な成果である。さらに、脳活動を脳波計により計測し、センサのマップ上において隣接するセンサとの差異と相関に注目した情報処理を行い、これを実時間処理してフィードバックすることで運動アシストを行うことが可能になってきている。本研究では、脳のホムンクルスに代表されるセンサマップなどの中間表現が、ヒト-ロボット間の相互作用を考慮したインタラクションにおける脳・筋電位など生体信号の情報処理や予測において役に立つという仮説を、外骨格型ロボットなどのアシスト問題において検証するものである。本研究で実施した具体的な応用としては、筋電位信号の相互相関に基づきセンサマップを予め構築しておくことで、筋の協調を学習することができる。生体信号の欠落や信号の発振など、異常状態が発生した場合にも確実に情報処理が行うことが可能である。より具体的には、筋電位の断線などが発生してもセンサの異常を検出し、そのセンサを含まない予測モデルを利用することで、頑健なトルク推定が可能になることを示した。従来研究で提案されていたシステムでは、単chの時間方向の観測で異常判別をしていたが、本研究では空間的な複数chの相関構造に注目することで、より短時間かつ精度よく予測が可能である。特に近年のビックデータを背景としたセンサ情報の多チャンネル化が進む中、脳・生体信号においてもセンサ数の増大が予測され、生体信号の異常は避けられない問題である。特に、ヒトロボット間のインタラクションによって物理的に損傷する可能性が高い外骨格型ロボットなどの制御に応用可能な重要な成果である。該当年度は、上記の研究内容を含む1)相互作用が含む場合の脳情報識別、2)センサマップに基づくロバストな筋電位情報処理、3)筋電位に基づく免荷装置の制御と開発などの研究が順当に国際誌に採択され、さらに実験系のシステム開発論文が国際会議に複数採択されるなど、当初想定した以上の成果を得た。外骨格型ロボット本年度は、外骨格型ロボットのアシスト制御のため、生体信号のデータベース化を主に進める予定であった。実験システムの構築・データ取得は順調に進んでいる。

この実験中に問題となっていたセンサ欠損に関して、改善に取り組んだところ、想定以上の成果を得ることができた。具体的には、本研究のコンセプトに基づき相互相関の変動を捉える手法を実装したところ、センサの欠損があっても制御機能が破綻しないシステムが構築でき、この成果をもって学術論文として投稿予定である。本研究の仮説の有用性が一部、検証できたことに加え、実用性の高い制御システムが構築できたことは、当初の計画以上の研究の進展である。本研究の最終的な成果目標は、ヒト-ロボット間の相互作用の局在性に注目することで、外骨格型ロボットの制御フィードバックに相互作用の影響を組み込んだシステムを構築し、ヒトの運動アシストを安心・安全かつスムーズに行うことである。本年度は主に手法を構築するためのデータセットの取得と相互作用を考慮したシミュレーションを行うことで、次年度以降に予定している解析を行う計画であった。今年度は、ヒト-ロボット間の相互作用を考慮したシミュレーションと、動的な運動中の生体信号を含むデータセットを取得する実験を行った。これらの実験データに基づき、脳波・筋電を信号処理して実時間フィードバックするためのパラメータの学習と、そのパラメータに基づき実際のシステムにおいてアシスト装置を構築できた点で、最終年度までの成果目標の一部を既に達成した。ただし、この成果は、非常に単純化された外骨格型ロボットでの実験に限定されている点、フィードバックにおけるセンサマップの利用が限定的である点、およびデータch数が十分でない点が課題であり、これらの点を次年度以降に手法の改良を検討する必要がある。しかし、脳波・筋電を使った生体信号フィードバック手法は国内および国際会議で発表し高い評価を得ており、これら成果は特許出願にも繋がった。これらは上記のような課題を上回る成果であるといえ、総合的に判定すると当初の計画以上に研究が進展しているといえる。今後は、これまでに取得してきた外骨格型ロボットによるアシスト制御における生体信号のデータベースに基づき、センサフィードバック制御系の構築を予定どおり進める。この時、平成24年度において既に分かっている「アシスト量の調整の問題」を再検討し、ヒト-ロボット間の相互作用を考慮したアシストを実現する。さらに平成25年度の研究において新たに得られたセンサ欠損への応用も同時に進めることで、より安心・安全なアシスト制御システムの構築が可能となる予定である。これまでに、1関節の外骨格型ロボットにおいて、脳波および筋電位フィードバックを行うための基本インタフェースが構築できており、アシストシステムにおけるソフトウェア的な開発は当初の計画よりかなり進んでいる。今後はこのインタフェース部分をさらに改良を進めることで研究を円滑に推進することが期待できる。インタフェース部分の、特にヒト-ロボット間の相互作用を考慮したフィードバック手法に関する成果が、当初の予定以上に進んでおり、これらに関係するアイディアを必要
ＢＲＣＡ１／２遺伝子変異に対するハイスループット機能解析法の開発

遺伝性乳がん・卵巣がんの原因遺伝子として知られるがん抑制遺伝子BRCA1/2には、機能が不明な多数の変異体(variant of unknown significance, VUS)が存在し、遺伝子検査の解釈が困難となっている。申請者はBRCA欠損細胞株にBRCA変異体cDNAを導入・安定発現させる簡便な実験系を樹立し、さらにPARP阻害薬への感受性の変化を用いたBRCAのhigh-throughput機能解析法を開発した。本研究は、日々の遺伝子検査で新たに発見される多数のVUSを、この新規実験手法を用いて随時機能解析し、結果を公開し遺伝子検査の信頼性を向上させることを目的とする。
アンモノイドのジレンマ：軽量化と殻強度のトレードオフによる殻形態の多様性の制約

前年度の研究で,アンモノイド類では殻の比重が大きくなり過ぎないことがある程度重要だったという結果が得られたが,今年度は,静水力学的形状特性に加えて,遊泳時に海水から受ける形状抵抗に関する流体力学的形状特性についても,進行方向への殻の投影面積に基づいて評価した.静水力学的形状特性(浮力特性)を単位表面積当たりの殻体積で,流体力学的形状特性(遊泳特性)を単位投影面積当たりの殻体積で評価し,Raupの理論形態モデルを使って様々な殻形状についてこれらを計算した結果,両者の間にトレードオフの関係が成立し,どちらかを犠牲にしなければ片方の機能特性を向上させられないようなパレートフロントが存在することがわかった.そこで,6000種以上のアンモノイドと700種以上のオウムガイ類について,文献等に図示されている写真からRaupの理論形態パラメータの値を計測し,そこから浮力特性と遊泳特性を近似的に見積もった.その結果,オウムガイ類,古生代のアンモノイドであるプロレカニテス類,中生代のアンモノイドのフィロセラス類では,ほとんどの種がパレート最適に近い形状であることがわかった.プロレカニテス類が遊泳特性に特化した形状を有する一方で,オウムガイ類では反対に浮力特性に特化した殻形状のものが支配的であった.フィロセラス類にはその中間的な形状が多かった.一方,古生代のアンモノイドであるゴニアタイト類とクリメニア類では,パレート最適から遠い殻形状の種の割合が特に多かったが,ゴニアタイト類ではやや浮力特性寄り,クリメニア類ではやや遊泳特性寄りの形状が多い傾向も見られた.また,アンモノイドやオウムガイ類とは異なる系統の外殻性頭足類であるタルフィセラス類数十種についても同様の解析を行った結果,タルフィセラス類は浮力特性と遊泳特性のいずれも劣るような殻形状をしていたことがわかった.当初計画では,2年目以降には,1)多数の種からの計測データの蓄積,2)殻強度からみた機能特性の評価,3)形状毎に算出された機能特性値に基づく機能地形の構築と機能-形態空間解析を行う予定であった.これらに加えて,1年目の結果を受けて,4)遊泳の際の流体力学的形状特性の評価も必要であると考えられた.今年度は,2)については着手していないが,1)については,文献に図示されている写真を用いることで,デボン紀から白亜紀までのほとんど系統のアンモノイドについてデータを集めた.当初計画していた比表面積に基づく浮力特性に加え,4)の遊泳特性についても,全測定対象種について見積もり,これら二つの特性ついてはそれぞれ3)の機能地形を構築することができた.また,当初予定していなかったオウムガイ類についてもまとまったデータを得た結果,オウムガイ類がアンモノイドに比べてより浮力特性に特化した殻形状を進化させたことがわかった.さらに,オウムガイ類とアンモノイドのいくつかの系統で,地質時代とともにパレート最適に近い形状のものが増加する傾向があることもわかった.これら二つの特性のトレードオフが作るパレート最適だけではアンモノイドの形態的多様性を十分説明できないものの,それら特性の分布の系統特異性や時代的変化傾向が一部で検出されたことは興味深い成果であるといえる.殻を浮力器官として遊泳性ないしは遊泳底生の生活を送る外殻性頭足類にとって,比重を大きくしないことや遊泳時に海水から受ける形状抵抗を小さくすること以外にも,海水中での殻のバランスも重要であると考えられる.現生頭足類では,漏斗から噴射する水流によって移動するが,オウムガイのような平巻外殻性の種では,この水流によって殻が搖動するロッキング運動が知られている.ロッキング運動が大きいほど遊泳時の姿勢は不安定になるが,ロッキング運動の程度は殻形状に依存すると考えられる.次年度は,この観点からの機能特性を評価し,浮力特性と遊泳特性では説明できない殻形状をこの観点からどの程度説明できるか検討する.また,浮力特性と殻強度との相反関係が作るパレートフロントがアンモノイドの進化形態学において重要かどうかを検討するために,外形から見積もられる比表面積と殻断面で見積もられる相対殻厚の関係を種内変異や個体発生変異において検討し,両者の間に負の相関がみられるかどうか検討したい.遊泳性ないしは遊泳底生であったと考えられるアンモノイドにとって,殻を重くしすぎないようにすることは重要である.しかし一方で,殻を薄くしすぎると殻の強度が弱くなってしまう.殻の重くなりやすさは,単位体積当たりの形成殻の表面積である比表面積と,軟体部が入っていた体房の体全体に占める体積比,殻の相対的厚さなどによって決まる.本年度は,殻形状によって決まる比表面積と,体房体積比や相対殻厚の間にトレードオフの関係があるかどうかを検討した.まず,Raupの理論形態モデルを用いて,殻の外形を,巻きの緩さ,へその広さ,相対的な殻幅の3変数で近似し,これらの変量と殻の比表面積との関係を調べた.その結果,巻がきつい形状ほど,また臍が相対的に広いものほど,また相対的に殻幅が薄い扁平なものほど,比表面積が大きくなるという結果が得られた.さらに,殻口と最終隔壁の位置が確認できる個体の実標本や文献写真から,128種について体房の角度長とRaupモデルのパラメータの値を計測し,それらのデータから,成長を通じて形状が一定に保たれるRaupモデルに基づいて,体房の体積比と外殻の比表面積を算出した.

また,それらとは別に,84種のアンモノイドについて,殻の縦断面上において殻物質の断面積を計測し,断面上の周囲長と直径とで割って相対殻厚を求めた.その結果,比表面積が大きくて比重が大きくなりやすい殻形状の種ほど,概して体房が小さく殻も薄い傾向が認められた.殻の比表面積は,単位体積当たりの軟体部が作らなければならない殻の量(殻の形成効率)にも関係する.もし殻の形成効率の方が体の比重よりも重要であったなら,比表面積が大きな形状のものほど体房が大きくなければならないが,上述したように実際にはそれとは逆の相関が得られている.この結果は,アンモノイドにとって比重を重くしすぎないことがある程度重要であったことを示唆している.初年度の計画は,1)計測用の試料を準備するとともに,理論形態モデルを用いて,2)殻の外形と比表面積の関係を明らかにすることと,3)殻の厚さや体房体積比を仮定した場合に比重を見積もることであった.2)と3)に関しては既に達成されている.3)については研究実績の概要には詳述しなかったが,実測値の範囲内では,比表面積のばらつきと体房体積比のばらつきがそれぞれ比重のばらつきに同程度に寄与していることがわかった.1)については,殻断面から殻の厚さを計測できた種の中で殻口と最終隔壁の位置が確認できる個体の試料や写真が得られたものがごくわずかしかなかった.そこで,比表面積と体房体積比の関係と,比表面積と相対殻厚の関係をそれぞれ異なるデータセットから分析することにした.白亜系蝦夷層群産の11種については,同一種内で体房体積比と相対殻厚を比較することができたが,両者の間に相関は見いだせなかった.また,これら11種について,実測した比表面積と体房体積比および相対殻厚の値を使って体の比重を計算したところ,いずれも海水より若干重くなり,蝦夷層群産のアンモノイドに関する先行研究の結果を支持する予察的結果が得られた.前年度の研究で,アンモノイド類では殻の比重が大きくなり過ぎないことがある程度重要だったという結果が得られたが,今年度は,静水力学的形状特性に加えて,遊泳時に海水から受ける形状抵抗に関する流体力学的形状特性についても,進行方向への殻の投影面積に基づいて評価した.静水力学的形状特性(浮力特性)を単位表面積当たりの殻体積で,流体力学的形状特性(遊泳特性)を単位投影面積当たりの殻体積で評価し,Raupの理論形態モデルを使って様々な殻形状についてこれらを計算した結果,両者の間にトレードオフの関係が成立し,どちらかを犠牲にしなければ片方の機能特性を向上させられないようなパレートフロントが存在することがわかった.そこで,6000種以上のアンモノイドと700種以上のオウムガイ類について,文献等に図示されている写真からRaupの理論形態パラメータの値を計測し,そこから浮力特性と遊泳特性を近似的に見積もった.その結果,オウムガイ類,古生代のアンモノイドであるプロレカニテス類,中生代のアンモノイドのフィロセラス類では,ほとんどの種がパレート最適に近い形状であることがわかった.プロレカニテス類が遊泳特性に特化した形状を有する一方で,オウムガイ類では反対に浮力特性に特化した殻形状のものが支配的であった.
分子シャペロン基質認識の分子構造基盤及びメカニズムの解明

(1)Hsp90βの遺伝子を二つノックアウトしたDT40細胞(βnull)のα遺伝子を一つ破壊したところ(以下、α+/-βnull)生育温度である39°Cにおける生育速度が、野生株やβnull株に比べて顕著に低下していた。(2)α+/-βnull株は43°Cにおける生育に関しても、野生株やβnull株に比べて顕著に低下していた。しかし、熱ショック応答について、熱ショック因子であるHsf3の活性化に伴うリン酸化を調べたところ、α+/-βnull株は野生株と同等のリン酸化及びattenuationによる脱リン酸化が認められ、Hsp70の誘導発現についても遜色なかった。(3)α遺伝子を一つノックアウトした細胞(α+/-β+/+)を作製し、解析したところ、39°C及び43°Cにおける生育がα+/-βnull株と同程度にまで低下していた。(4)Cdc37を、Raf-1のキナーゼ領域と共にCos7細胞に発現させ、結合領域を探る実験を行った結果、Cdc37のN領域であるとこれまで報告されていたのとは異なり、Cdc37のM領域に結合することが判明した。(5)Cdc37はダイマーでHsp90に結合することが報告されていたが、キナーゼ領域が存在しないと、一分子のCdc37しかHsp90(ダイマー)には結合せず、キナーゼ領域(即ち、基質)が存在する場合に限り、Cdc37二分子がキナーゼとHsp90と共に複合体を形成することが分かり、キナーゼ分子の成熟過程におけるHsp90とCdc37の役割を探る上で重要な知見が得られた。(1)PA28の基質結合解析:モデルペプチド(TRP2)をビオチン化し、再構成したPA28α・β或いは、コントロールとしてBSAと混合し、G-50カラムにより結合したペプチドをタンパク質と共に素通りに回収して定量した結果、PA28ではコントロールの2.5倍の結合が検出された。(2)PA28γの細胞内基質タンパク質の同定:ヒトHeLa細胞から核分画を調製し、核に局在するアイソフォームであるPA28γに対する抗体を用いて免疫沈降を行い、特異的に結合したタンパク質を電気泳動で分離した後、ゲルから切り出しトリプシン消化して、TOF-MSを用いたPMF解析を行なった。タンパク質量の多い方の二つのバンドについては顕著なピークが得られたが、複数の分子が混在している可能性があり、分子の同定には至らなかった。(3)Hsp90のコンディショナルノックアウトの作製:ニワトリDT40細胞を用いて、Hsp90βの二つの遺伝子を破壊することに成功した。また、コンディショナルノックアウトに必要となるHsp90αの発現コンストラクトを作製した。Hsp90αの遺伝子破壊については、最初に用いたノックアウトコンストラクトでは成功せず、新たなコンストラクトの作製を行なった。(4)Hsp90とプロテインキナーゼとの結合様式の解析:Hsp90の基質として知られているプロテインキナーゼのHsp90との結合様式(結合部位)を明らかにすることを目指し、Raf-1キナーゼのキナーゼドメインにFLAGタグを付け、COS7細胞で発現させたところ、内在性のHsp90及びコシャペロンのCDC37(p50)との結合が確認できたが、キナーゼドメインをいくつかに分けた断片として発現させた場合には、発現量そのものが少なく解析できなかったので、今後はGST融合タンパク質として大腸菌で発現させ、Hsp90との結合を解析することにした。
開口を有する鉄筋コンクリ-ト梁のせん断終局強度に関する研究

1.はじめに鉄筋コンクリ-ト梁のせん断破壊のメカニズムは大変複雑であるが、その破壊機構とせん断終局強度を明らかにするために多くの研究が成されてきた。鉄筋コンクリ-ト梁のせん断伝達をア-チ機構とトラス機構に分ける考え方は、それらの中でも非常に有力な提案で、かなりの精度で鉄筋コンクリ-ト梁のせん断終局強度を予測することが出来、日本建築学会「鉄筋コンクリ-ト造建物の終局強度型耐震設計指針(案)」にも取り入れられているが、この考え方では、梁に開口がある場合、圧縮斜材のコンクリ-ト部分に欠陥が生じ、ア-チ、トラスどちらの機構においてもその機構が成立しないという大きな弱点がある。本研究は、このア-チトラス機構に基づき開口のある鉄筋コンクリ-ト梁におけるせん断力の伝達機構を明らかにし、有効なせん断補強のあり方を考えるものである。2.実験試験体の断面は30cm×55cmで、孔径15cmとした。孔の周りの補強はなるべく少なくした(広沢式で計算すると0.21%)。試験体は全てせん断破壊した。最大せん断耐力にシアスバン比の影響はなかった。これは、従来の設計式とは傾向が異なるものである。孔位置が最も材端に近い試験体が最もせん断耐力が大きかった。3.解析孔位置を考慮したトラスモデルを作成した。破壊機構としては、せん断ずれ破壊とコンクリ-トストラットの圧縮破壊が考慮できるようにした。解析結果は実験結果とよく一致し、現在の、鉄筋コンクリ-ト有孔梁のせん断設計式である広沢式よりもよく実験結果の傾向を説明することが出来た。また、同じ鉄筋量であっても、補強金物の配置によって、せん断補強効果は大きく異なることを示した。4.結果実験結果と解析結果から鉄筋コンクリ-ト有孔梁のせん断力の流れを解明でき、補強金物の有効な配置について示唆出来た。
井戸の出現に関する考古学的研究

日本における井戸の出現については、縄文時代からあったとする説と、弥生文化とともに大陸から移入されたとする説がある。水脈を求め人為的に掘削したものを井戸とするならば、その初現は弥生時代の前期に求められる。そこで、出現期の井戸の性格を理解するために、弥生時代の井戸祭祀について検討した。弥生時代の井戸を概観すると、壷を主とする土器が井戸底にまとまって発見される場合と、埋井の途中で数回にわたって土器群を投入する場合がある。井戸底の壷類は、井戸端で行われていた水の神の祭祀で呪術的意味をもって沈めらたもので、埋井中の土器群は、井戸の廃棄時に土器を投棄しつつ埋め戻す祭祀に供せられたものと考えられる。畿内地域の例を見ると、中期と後期とでは井戸出土土器数や器種数に違いがあり、井戸祭祀に変化が認められる。また、弥生時代の井戸では、小鐸、鳥形をはじめとする木製品、モモなどの果核類、獣骨類の中には、供物として捧げたものがあったようである。他に、井戸中から火鑽臼が出土することから、井戸の祭事に火をおこしていたことが推定される。弥生時代の井戸祭祀の特徴は、壷や高坏などの供献形態の土器が使用されていることである。こうした祭祀は古墳時代まで続き、飛鳥時代になると完形の杯を用いる祭祀に変化する。供献形態の土器を用いる祭祀は稲作にともなう農耕社会的な祭祀形態であることから、井戸をめぐって行われた祭祀は農耕生活の中から始まったものとして捉えられる。
非平衡反応性プラズマ制御によるC_<60>因子の高次構造クラスター形成

今年度は、メタン(CH_4)/水素(H_2)混合ガスによる非平衡反応性高周波(RF)グロー放電の、弱磁化プラズマ内に設置した触媒金属を兼ねたRF電極に外部から直流電圧を印加して電位(V_<RFE>)を制御した場合の、カーボンナノチューブ(CNTs)成長状態とフラーレン形成量の詳細を調べた結果、以下のことが判明した。(1)RF電極に生じる自己バイアス電圧(-300V)よりもやや高いV_<RFE>=-210Vの場合、CNTsは殆ど存在せずに多面体状グラファイトが大半を占めていた。しかし、V_<RFE>を負に深くすると、CNTsが頻繁に観察され、V_<RFE>=-400Vでは、単独に成長した直径70nm、長さ10μmの細長い多層CNTsの形成が確証された。更に、フラーレンを内包したCNTsの形成を示唆する結果が得られている。(2)現行の質量分析の他に、可視/紫外吸収分光器による水冷式RF電極上に堆積した煤の分析を行った。その結果、フラーレンC_<60>とC_<70>の吸収が観測され、それらの強度はRF投入電力の増加に比例して増えることが判明している。ゆえに、各種パラメーターの最適条件を見出すことにより、フラーレンの大量合成のみならず、ナノチューブ形成機構の解明にも大きく寄与すると考えている。(3)我々の実験におけるガス混合比(H_2/CH_4=1/9)は、従来の熱又はプラズマCVD法の場合と比べると逆転しているため、従来の基板加熱膜成長法とは全く異なるC_<60>因子のより高次構造の炭素クラスター形成機構が存在することを示唆する結果が得られた。以上の結果を総合すると、CNTsの単独形成・成長とフラーレン形成には、RF電極表面に平行な弱磁場を印加するマグネトロン放電方式による特異な放電形態に起因した、電極へのイオン衝撃による多面体状グラファイトの分解・合成の促進と、それに伴なうRF電極表面温度変化との相乗効果が重要であるという結論に達した。(1)メタン(CH_4)と水素(H_2)の混合ガスを導入して生成した高周波(RF)放電による非平衡反応性弱磁化(<0.1T)プラズマのプラズマパラメータ(電子温度,電子密度,空間電位)測定を行った.外部より印加する磁場の方向(水平もしくは垂直)を変えることにより,プラズマパラメータが大きく変化し,特にプラズマ密度は著しく変化することが判明した.(2)平行平板型またはマグネトロン型電極配位の場合に,電極上に形成された堆積物の電界放射型透過型電子顕微鏡(FE-TEM)による直接観察を行った結果,マグネトロン型電極配位の中心電極(RF電極)表面に堆積した膜中から束状ではなく個々に分散した形状の多層カーボンナノチューブ(直径約70nm、長さが10μm以上)が観察された.また,このナノチューブの成長状態は,電極の形状及び材質,CH_4及びH_2のガス比及び圧力に大きく依存する傾向がみられた.(3)レーザー脱離飛行時間型質量分析装置(LD-TOF MS)による堆積物の質量分析を行った.その結果,フラーレンC_<60>,C_<70>,C_<84>に相当する質量ピークが検出された.これらの検出強度は非常に大きく,高効率でフラーレンも形成可能であることが判明した.したがって,フラーレンとカーボンナノチューブの形成機構には相関があると思われるので,今後も詳細な実験並びに評価・分析を行う必要がある.(4)さらに,形成された堆積物には,シート状のグラファイトが数層も重なった多面体カプセルやカーボンナノチューブの形成途中であると思われるグラファイト片がロール状になった物質が多く観察された.このことから,非平衡反応性プラズマのパラメータを制御することにより,多様な形状のカーボンナノチューブまたはフラーレン類を高効率で形成させるための最適条件を見出すことが可能であるといえる.今年度は、メタン(CH_4)/水素(H_2)混合ガスによる非平衡反応性高周波(RF)グロー放電の、弱磁化プラズマ内に設置した触媒金属を兼ねたRF電極に外部から直流電圧を印加して電位(V_<RFE>)を制御した場合の、カーボンナノチューブ(CNTs)成長状態とフラーレン形成量の詳細を調べた結果、以下のことが判明した。

(3)我々の実験におけるガス混合比(H_2/CH_4=1/9)は、従来の熱又はプラズマCVD法の場合と比べると逆転しているため、従来の基板加熱膜成長法とは全く異なるC_<60>因子のより高次構造の炭素クラスター形成機構が存在することを示唆する結果が得られた。以上の結果を総合すると、CNTsの単独形成・成長とフラーレン形成には、RF電極表面に平行な弱磁場を印加するマグネトロン放電方式による特異な放電形態に起因した、電極へのイオン衝撃による多面体状グラファイトの分解・合成の促進と、それに伴なうRF電極表面温度変化との相乗効果が重要であるという結論に達した。
ABCタンパク質D群のオルガネラ膜への選別輸送と機能発現の分子メカニズム

ABCタンパク質D群(ABCD14)のオルガネラ選別輸送機構を解析し、N末端に存在する疎水性領域の有無が局在性を決めていることを明らかにした。この疎水性領域をもつABCD13はペルオキシソーム形成因子Pex19pと相互作用し、ペルオキシソーム膜上のPex3pを介してペルオキシソーム膜へ輸送されることを示した。一方、この領域をもたないABCD4は小胞体膜へ輸送される。ABCタンパク質D群の機能については、ペルオキシソーム型(ABCD13)がacyl-CoAの輸送に関与すること、小胞体型(ABCD4)はヘム代謝に関与する可能性を示した。ABCタンパク質D群のオルガネラ膜への選別輸送機構と基質輸送の分子機構の解析を行い以下に示す成果を得た。I. D群中でペルオキシソームへ輸送されるABCタンパク質(PMP70、ALDP、ALDRP)は生合成後、Pex19pと複合体を形成し、ペルオキシソーム膜上のPex3pと相互作用することによりペルオキシソーム膜へ挿入される。各種の欠失ならびに変異をもつGST-Pex19pを大腸菌に発現精製し、同様に精製したHis-Pex3pとの相互作用をNi^<2+>-NTAagarose resinへの結合を指標に解析した。その結果、Pex19pのN末33アミノ酸、特に29番目のPheがPex3pとの結合に必須であることが示唆された。2. D群中、P70Rは小胞体膜へ局在化する。P70R-HAの各種変異体をCHO細胞に発現させ、細胞内の局在性を蛍光抗体法で解析した。その結果、N末端の膜貫通ドメインを含むアミノ酸配列の疎水性が小胞体膜局在化に重要であること、小胞体滞留には第6膜貫通ドメインだけでも十分であることが示唆された。3. P70Rの機能は不明であるが、肝細胞での脂質代謝やリポタンパク質生合成に関わる可能性を想定し、ヒト肝癌細胞HuH-7において、野生型ならびに変異型P70Rを安定過剰発現する細胞株を複数取得した。今後、脂質代謝の変動を指標に解析する予定である。4. ABCタンパク質D群の機能解析のため。酵母からヒトまでの15種について、すべてのD群タンパク質のクローニングを行ないつつ、酵母Pichia pastorisならびにHEK293細胞を用いて、タンパク質発現の最適化を試みている。1.ペルオキシソームへ局在化するABCタンパク質PMP70のN末端80アミノ酸の役割について解析した。PMP70のN末端80アミノ酸を除去するとPMP70は小胞体に局在化すること、N末端80アミノ酸自体はミトコンドリアに局在すること、N末端80アミノ酸とその後のTMD1-2でペルオキシソームに局在化することを見出した。N末端80アミノ酸は小胞体への局在化を抑制し、TMD1-2と協調してPMP70をペルオキシソームへ局在化させることが示唆された。2.上記に示したN末端配列のペルオキシソーム局在化における役割は、線虫や酵母においても観察された。よってN末端のペルオキシソーム局在化配列は、種を超えて保存されていることが示唆された。3. P70Rの機能を明らかにするため、ヒト肝癌細胞HuH-7において野生型ならびに変異型P70Rを安定過剰発現する細胞株を複数取得した。プロテーオーム解析等によりP70Rが影響を与えるタンパク質を検索中である。4. ABCタンパク質D群の機能解析のため、酵母からヒトまでの25種について酵母Pichia pastorisで発現させた。ヒトP70Rとそのホモログが可溶化後、安定な構造を維持していることが示唆された。今後、結晶化に向けて取組む予定である。1.D郡中で、PMP70、ALDP、ALDRPはペルオキシソーム膜へ、P70Rは小胞体膜へ局在化する。ペルオキシソーム膜局在化には、N末端細胞質領域にに存在する疎水性配列が重要であること、P70Rはこの配列を欠くことを明らかにした。また、N末端のペルオキシソーム局在化配列は、線虫、粘菌,酵母等、種を超えて保存されていることが示唆された。2.ペルオキシソームへ輸送されるABCタンパク質は、生合成過程でPex19pと複合体を形成する。次いで、ペルオキシソーム膜上でのPex3pとPex19pとの相互作用を介してペルオキシソーム膜へ局在化する。

Pex3pの細胞質ドメインとPex19pのN末端フラグメント複合体のX線結晶構造解析に成功した。その結果、Pex3pとPex19pとの相互作用の分子機構を明らかにし、ABCタンパク質局在化のモデルを提示した。3.P70Rの機能を明らかにするため、ヒト肝癌細胞HuH-7において野生型ならびに変異型P70Rを安定過剰発現する細胞株を取得し、各細胞における遺伝子発現プロファイルをDNAチップで解析した。その結果、P70Rはヘム代謝に関与する可能性が示唆された。4.ABCタンパク質D群の機能解析のため、酵母からヒトまでの25種について酵母Pichia pastorisで発現させた。現在、その構造と機能の関連を解析中である。
どうぶつタッチ&ゴー：NFCタグ装着の野生動物を誘き出してピッと記録回収する機構

NFCタグ装着の動物を誘き出して情報を取得するユビキタス基盤、A1)物理的な刺激を用いて動物を「誘き出す機構」と、A2)誘き出された動物に装着しているNFCタグと「非接触通信する機構」を開発した。そして、連携研究者が飼育する犬を用いて有効性の評価を行った。A1)に関してペットの犬を対象とし、犬小屋の内部形状を改善することで、非接触通信動作に必要な行動制限や行動停止が起こりやすい条件を明らかにした。具体的にはスチレンブロックを使用して、高さ方向や幅方向の内部形状変更による犬の姿勢評価を通じて、小屋への入場を阻害せず、かつある程度の姿勢制御が可能な条件を見つけることが出来、成果をSI2017、SCI'18で発表した。この内部形状条件を利用して、床と両壁部3か所に非接触ステーション、犬体部には両肩、腹の計3か所に非接触コイルを貼りつけて非接触通信評価を行った。結果、肩部でかなり安定した非接触通信状態を作ることに成功し、評価に使用した2匹の犬で犬小屋滞在時間80分、436分のそれぞれ、55%、36%の時間、コイルが通信可能な位置に存在することが確認出来た。A2)に関しては動物装着側と基地局側のプロトタイプを作成した。このプロトタイプデバイスは、動物装着側デバイスで収集した情報をNFC(Felica)タグのタッチ動作をトリガーにして基地局との無線通信(ZigBee)を行い、装着側保持データを基地局に転送するものである。NFCをトリガーのみに使用することにより、転送データ速度に対する柔軟性をもたせるとともに、タッチ動作が発生するまでは通信機器の電源はOFFにしており、タッチ動作をトリガーにして動物装着側、基地局側双方の通信機器の電源をONすることにより省電力性も同時にもたせる仕様にした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は「どうぶつタッチ&ゴー:NFCタグ装着の野生動物を誘き出してピッと記録回収する機構」の実現を目的とする。従来の野生動物装着型センサでは、センサ情報の回収には調査員による野生動物自体の物理的な再捕獲が必要となる。つまり実際の調査は、再捕獲可能な特定個体の移動範囲に限られる問題がある。NFCタグ装着の動物を誘き出して情報を取得するユビキタス基盤、A1)物理的な刺激を用いて動物を「誘き出す機構」と、A2)誘き出された動物に装着しているNFCタグと「非接触通信する機構」の開発により目的を達成する。そして、連携研究者が飼育する犬を用いて有効性の評価を行う。動物には特殊な形状に反応して誘き出される習性がある。例えば、箱はペットにとってストレスの低い隠れ家になることが知られている。この、物理形状により動物が箱型シンクノードまで接近した場合、動物に装着したセンサとシンクノードが、互いの非接触型通信の半径内に存在し、通信が持続的に成立する確率が高い。事前研究で物理形状を用いてセンサ装着した動物(犬)を誘き出して実際に非接触通信が行えることを獣医らと実証している。しかしながら、その場合に通信可能な時間の多くは物理形状内で睡眠をする時間帯に限られる。そして装着部と充電部の非接触コイルにズレが存在しない通信状態であることが要求される。そこで今年度はA1)に関してペットの犬を対象とし、犬小屋の内部形状を改善することで、非接触通信動作に必要な行動制限や行動停止が起こりやすい条件を明らかにした。具体的にはスチレンブロックを使用して、高さ方向や幅方向の内部形状変更による犬の姿勢評価を通じて、小屋への入場を阻害せず、かつある程度の姿勢制御が可能な条件を見つけることができた。

イヌを用いた屋外実験を行う予定であったが、地域住民から苦情がでたため、実施場所を協力機関側で構築中の別の屋外実験場に変更した。そのため屋外実験場の都合に合わせて実験スケジュールを延期せざるを得ず、計画していた非接触通信機構の設計・開発に遅延が生じた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。実験スケジュールの遅れによって停止していたシステム構築を実施するため、作業の一部に市販の完成品を用いることで解決した。
胎児期免疫寛容誘導の難治性皮膚疾患治療への応用

出生後の細胞移植治療を効果的に行うため、免疫システム確立前の胎児に、特定の細胞を暴露させることで、それらに対する免疫寛容を効率的かつ安全に誘導する方法を開発することを目的として研究を行った。マウスモデルを用いて、絨毛内細胞移植により、胎児にその移植した幹細胞に対する免疫寛容が誘導できることを示し、論文として発表した。出生後の細胞移植治療を効果的に行うため、免疫システム確立前の胎児に、特定の細胞を暴露させることで、それらに対する免疫寛容を効率的かつ安全に誘導する方法を開発することを目的とする。先天性表皮水疱症を治療対象モデルとする。細胞の暴露方法としては、ヒト胎児期に行われる侵襲的臨床手技のうち、もっとも早期に行われる絨毛検査の手技を応用する。また、移植する細胞は、骨髄細胞、間葉系幹細胞、血液幹細胞を用いてそれぞれの誘導する免疫寛容を比較する。本課題では、平成27年度は、下記の2つを主たる目標とした。1絨毛内細胞移植により、移植細胞に対して、あるいはその細胞が産生する蛋白に対して、免疫寛容を誘導するかどうかを調べること、2骨髄細胞移植と、骨髄由来の血液幹細胞あるいは間葉系幹細胞単独移植によって誘導される免疫寛容の質的違いを検討すること。1に関しては、特定の蛋白を発現する細胞の中でも、特に幹細胞の移植によってのみ、免疫寛容が誘導されることが示された。幹細胞を含まない分化した細胞からは、免疫寛容を誘導することはできなかった。また、異型細胞を用いた実験によって、異型細胞に対する免疫寛容の誘導も可能であることが示された。2に関しては、間葉系幹細胞のみに発現する蛋白に対する免疫寛容の誘導は、間葉系幹細胞移植では獲得されたが、同蛋白を発現しない血液幹細胞からは免疫寛容は誘導されないことが示され、たとえ同種細胞であっても、幹細胞の種類によって、誘導される免疫寛容に差異があることが示された。達成できた点、1絨毛内幹細胞移植によって、特定蛋白に対する免疫寛容が誘導されることが示せた。2絨毛内幹細胞移植によって、異型細胞に対して免疫寛容が誘導されることが示せた。3幹細胞の違いによって、誘導される免疫寛容に差異があることを示すことができた。それによって、特定の蛋白に対する免疫寛容を誘導する為には、適切な種類の幹細胞を選択して、移植する必要性のあることが示された。遅れている点:特になし出生後の細胞移植治療を効果的に行うため、免疫システム確立前の胎児に、特定の細胞を暴露させることで、それらに対する免疫寛容を効率的かつ安全に誘導する方法を開発することを目的とする。本課題では、平成28年度は、下記の3つを主たる目標とした。1胎盤内でも母体側胎盤(脱落膜側)と胎児側胎盤(絨毛側)それぞれへの細胞移植により、移植細胞に対して、あるいはその細胞が産生する蛋白に対して、免疫寛容の誘導に違いがあるかどうかを調べること、2母体胎児間マイクロキメリズムのみで、胎児が母体由来細胞に対する免疫寛容誘導が可能かどうかについて確認すること、3免疫寛容誘導を質的評価する方法の確立。1に関しては、胎児側胎盤への正確な細胞移植が、細胞性および液性免疫両方の誘導には必要となることが示された。2に関しては、母体胎児間マイクロキメリズムのみでは、一部の胎児(約10%)に対してしか、母体由来新規蛋白に対する免疫寛容が誘導されていないことが示された。3現在条件設定を行っているところである。達成できた点>1胎盤内細胞移植で免疫寛容を誘導するためには、移植する部位を正確に同定することが重要であることが示せた。2母体胎児間マイクロキメリズムのみでは、すべての胎児に母体由来新規蛋白に対する免疫寛容を誘導できないことが示せた。遅れている点>1免疫寛容誘導を質的に評価する方法の確立のための条件設定ができていない。2iPS細胞に対する免疫寛容誘導実験が行えていない。最終年度は、母体胎児間マイクロキメリズムで誘導された、母体由来新規蛋白に対する胎児における免疫寛容の機序の解明を主に行った。特に細胞性免疫がその中心的役割を果たすことを示したが、中心性あるいは末梢性免疫寛容の区別は未だ示されなかった。研究期間全体で以下のことを示したことが成果である。1絨毛内細胞移植により、胎児にその移植した細胞に対する免疫寛容が誘導できること。(Takahashi K. )2その際、移植する細胞としては、幹細胞では免疫寛容が誘導できたが、非幹細胞では免疫寛容を誘導できなかったこと。3特に、間葉系幹細胞の移植のみでも免疫寛容を誘導することができたこと。

4免疫寛容を誘導したい対象蛋白によって、移植する幹細胞を適切に選択する必要があること。5絨毛内細胞移植の際に、胎児側胎盤への正確な細胞移植が、細胞性および液性免疫両方の誘導には必要となること。6間葉系幹細胞に特化した母体胎児間マイクロキメリズムマウスモデルを作成したこと。7母体胎児間マイクロキメリズムのみでも、一部の胎児に母体由来細胞に対する免疫寛容誘導することが可能であること。8その免疫寛容のメカニズムは、胎児への直接的な幹細胞移植と同様に、細胞免疫と液性免疫の両方に関連していること。(28については現在論文作成中)出生後の細胞移植治療を効果的に行うため、免疫システム確立前の胎児に、特定の細胞を暴露させることで、それらに対する免疫寛容を効率的かつ安全に誘導する方法を開発することを目的として研究を行った。マウスモデルを用いて、絨毛内細胞移植により、胎児にその移植した幹細胞に対する免疫寛容が誘導できることを示し、論文として発表した。平成26年度の研究進捗状況を踏まえ、1異型細胞による免疫寛容誘導の結果、2異なる幹細胞による、異なる免疫寛容の結果をまとめて報告すること。また、3iPS細胞をある程度分化させ、同方法を用いて移植することで、免疫寛容を誘導し、出生後に同iPS細胞由来の実質組織を移植し、生着することが可能かどうかを確認すること。4母体胎児間マイクロキメリズムと現象のみで、胎児が母体由来細胞に対する免疫寛容誘導が可能かどうかについて確認すること。等の研究も追加して行う予定にする。平成27年度の研究進捗状況を踏まえ、1iPS細胞をある程度分化させ、同方法を用いて移植することで、免疫寛容を誘導し、出生後に同iPS細胞由来の実質組織を移植し、生着することが可能かどうかを確認すること。2母体胎児間マイクロキメリズムの現象を、薬剤を用いて増強させることによって、より高確率に、胎児が母体由来新規蛋白に対する免疫寛容誘導を行えるかどうかについて確認すること。3免疫寛容誘導の質的評価の確立、等の研究も追加して行う予定にする。胎児治療
パワーアシスト椅子の研究

平成11年度:(1)パワーアシスト椅子の製作・助成金により購入した空気圧シリンダ、空気圧比例制御弁などを用いてアシスト力の発生機構を製作し、アルミ構造材で椅子の支持部材を製作した。・助成金により購入したパーソナルコンピュータなどを用いて制御用コントローラを構成した。・これらを組み合わせてパワーアシスト椅子の試作機を製作した。(2)仮想ばね特性の考案・立ち上がり動作の効果的なアシストが可能な制御則として仮想ばね特性を考案した。平成12年度:(3)仮想ばね特性の改良:統合モード制御の考案・平成11年10月に開催された油空圧国際見本市において、パワーアシスト椅子のデモンストレーションを行い、参加者より下記の指摘を受けた。〓立ち上がりと座り込みで違ったばね特性を与える〓立ち上がりきったところで体を支えるように座部をロックする〓衝撃なしに座り込めるようにする。・上記の改良に際し、立ち上がりモードおよび座り込みモードの制御を有機的に組み合わせた仮想ばね特性の制御アルゴリズム、すなわち統合モード制御を考案した。研究成果の公表・仮想ばね特性の考案について日本油空圧学会論文集(第31巻第2号、2000、pp.38/43)に論文発表した。統合モード制御について日本油空圧学会論文集に投稿し、第32巻第2号(2001)に掲載予定である。平成11年度は、申請者が提案するパワーアシスト椅子の製作とその基本的な制御手法、ならびに特性試験を実施した。(1)パワーアシスト椅子の製作・今回の補助金で購入した空気圧シリンダ、空気圧比例減圧弁などを用いてアシスト力を発生する空気圧駆動部を製作した。・ジュラルミン製の構造部材などを用いて椅子本体を製作した。・空気圧駆動部を椅子本体に組み付け、さらに購入した圧力センサと荷重センサを取付けて動作情報検出部を構成した。・購入したパーソナルコンピュータにADボードなどを組み込み、制御用コントローラを構成した。(2)空気圧シリンダ駆動系の基本特性の測定・(1)の装置を用いて、アシスト力の測定を実施した。また、設計の意図どおりのアシスト効果が得られているか、アンケート調査を交えて検証した。(3)アシスト力発生のための制御則の開発・(2)の結果をうけて、立ち上がり動作の効果的なアシストが可能な制御則として仮想ばね特性を考案した。・仮想ばね特性を制御用コントローラで実現した。(4)研究成果の公表・さらに、研究論文として日本油空圧学会論文集に投稿し、第31巻(2000年3月号)に掲載される予定である。平成12年度は、平成11年度に製作した仮想ばね特性をもつパワーアシスト椅子について、アシストの効果を向上させるために、仮想ばね特性の改良を行った。(1)仮想ばね特性の改良●平成11年10月に開催された油空圧国際見本市において、試作したパワーアシスト椅子のアンケート調査を行った結果をもとに、下記の項目に重点をおいて仮想ばね特性の改良を行った。〓立ち上がりと座り込みで違ったばね特性を与える〓立ち上がりきったところで体を支えるように座部をロックする〓座部が水平に近い状態ではばね定数を強くして、大きなアシスト力が発生するようにし、衝撃なしに座り込めるようにする。(2)統合モード制御の考案●上記(1)の課題に対し、制御ソフトの工夫によって仮想ばね特性の改良を試みた。●立ち上がりモード、および座り込みモードなどのそれぞれの制御を有機的に組み合わせた仮想ばね特性の制御アルゴリズム、すなわち統合モード制御を考案した。(3)研究成果の公表
究極の深撮像データで捉える遠方銀河外縁部の冷たいプラズマ

近年の銀河観測天文学の発展は凄まじく、銀河内部の星や星間空間の理解は急速に深まりつつある。しかしながらこれらは銀河を織りなすバリオンの一部に過ぎず、実際には銀河外縁部に広がるプラズマがその大半を締めており、銀河の成り立ちを完全に理解するためにはこれら全てを統一的に理解することが重要である。本研究ではこの銀河外縁部を取り巻くプラズマを、すばる望遠鏡の大規模広視野探査によって構築されたビッグデータを集約することで可視化することを目指す。そして得られた結果から銀河形成とプラズマの関連性を明らかにする。
フェムトアンペアレベルの単一チャネルノイズ解析のための統合的方法論の確立

ノイズ解析は電気生理学できわめて重要な手法だが、その適用に当たって様々な物理的・数学的概念を駆使するために、一般的に使えるような汎用性を持っているとはいいがたい。標準的な方法を確立し、プログラムをパッケージ化することにより、その適用性が大きく広がるであろう。実験・解析システムの確立のために、単一チャネル電流が極めて低い(数fA)ことが示唆されてきた電位依存性プロトンチャネルで実験を行った。パワースペクトルと非定常ノイズ解析のための実験を全細胞電流記録法で行った。培養microglia細胞を全細胞パッチクランプし、脱分極刺激を数10回繰り返しかけた。電位依存性プロトンチャネルの活性化が遅いので、電流トレースができるだけ一致するように脱分極パルスの間隔を十分大きく設定した。バイナリデータからのデータ抽出、FFTなどすべての解析とそのアルゴリズム開発のためにMathematica (Wolfram)でプログラムを書いた。定常ノイズ解析のためにはゆらぎ成分を抽出する必要がある。そのための効率的な手法を比較検討した。従来から使われてきた隣接トレースの差分をノイズ成分とする手法は期待する結果を与えにくいことが明らかになった。ゆらぎ成分のパワースペクトルを計算し、複数のローレンツ成分を捉えた。非定常ノイズ解析のために、パワースペクトル密度分布から周波数帯域を5kHzに設定した。得られたアンサンブル電流の経時変化を最小化するために、グループ分けしたトレースの全時間経過の中で、基準値を超える電流値を示すトレースは集合平均から除外した。この操作がきわめて重要であることが明らかになった。バックグラウンドノイズを除去し、放物線フィットから単一チャネル電流値、チャネル数、最大開確率を得た。脱分極電位など異なる条件下でこの実験を繰り返し、得られた電流値やチャネル数の系統性から推定値の信頼性を評価した。数10fAの単一チャネル電流値を得た。ノイズ解析は電気生理学できわめて重要な手法だが、様々な物理的・数学的概念を駆使するために、一般的に使えるような汎用性を持っているとはいいがたい。標準的な方法を確立しプログラムパッケージ化することにより、その適用性が大きく広がるであろう。実験・解析システムの確立のために、単一チャネル電流が極めて低いことが示唆されてきた電位依存性プロトンチャネルで実験を行った。定常ノイズ解析と非定常ノイズ解析のための実験を全細胞電流記録法で行った。アンサンブル電流ができるだけ一致するように脱分極パルスの間隔を十分大きく設定した。隣接トレースの差分をノイズ成分とする手法を試みた。

ノイズ解析は電気生理学できわめて重要な手法だが、その適用に当たって様々な物理的・数学的概念を駆使するために、一般的に使えるような汎用性を持っているとはいいがたい。標準的な方法を確立し、プログラムをパッケージ化することにより、その適用性が大きく広がるであろう。実験・解析システムの確立のために、単一チャネル電流が極めて低い(数fA)ことが示唆されてきた電位依存性プロトンチャネルで実験を行った。定常ノイズ解析と非定常ノイズ解析のための実験を全細胞電流記録法で行った。培養microglia細胞を全細胞パッチクランプし、脱分極刺激を数10回繰り返しかけた。電位依存性プロトンチャネルの活性化が遅いので、アンサンブル電流ができるだけ一致するように脱分極パルスの間隔を十分大きく設定した。バイナリデータからのデータ抽出、FFTなどすべての解析とそのアルゴリズム開発のためにMathematica(Wolfram)でプログラムを書いた。定常ノイズ解析のためにはゆらぎ成分を抽出する必要がある。そのための効率的な手法を比較検討した。従来から使われてきた隣接トレースの差分をノイズ成分とする手法は期待する結果を与えにくいことが明らかになった。ゆらぎ成分のパワースペクトルを計算し、複数のローレンツ成分を捉えた。非定常ノイズ解析のために、パワースペクトル密度分布から周波数帯域を5kHzに設定した。得られたアシサンブル電流の経時変化を最小化するために・グループ分けしたトレースの全時間経過の中で、基準値を超える電流値を示すトレースは集合平均から除外した。この操作がきわめて重要であることが明らかになった。バックグラウンドノイズを除去し、放物線フィットから単一チャネル電流値、チャネル数、最大開確率を得た。脱分極電位など異なる条件下でこの実験を繰り返し、得られた電流値やチャネル数の系統性から推定値の信頼性を評価した。数10fAの単一チャネル電流値を得た。
光薄膜の多重共鳴吸収を用いた超細径中空ファイバー型光センサーの研究

光薄膜の多重共鳴吸収を用いた超細径中空ファイバー型光センサーの開発を目的として、中空導波路の製造プロセスの改善、更に理論的な検討によるセンシングデバイスとしての有効性を検討した。結果は以下のようにまとめられる。1.超細径伝送路の製作技術の確立赤外領域で重要とされるEr:YAG、CO_2レーザ光用の高性能な伝送路の実現のため、内径540700μm、長さ1m程度のポリイミド及びフッ素樹脂内装銀中空導波路の製作手法を確立することを目的として、製作条件の改善を中心に検討を行った。基本的には、母材パイプに内面精度が高くフレキシブルな石英キャピラリーチューブを用いて、内面に銀及び高分子層を成膜する工程である。このプロセスの中で、銀層成膜時における銀鏡反応条件およびポリイミド層成膜時における乾燥条件について詳細な検討およびプロセス改善を行った結果、光学特性の観点から導波路の安定した製作が可能となり、またプロセスの改善に伴う低損失化も図ることができた。更に、従来まで2μ以上の中赤外領域での特性評価に加え、可視・近赤外領域における特性評価を行った結果、製作した導波路の内装高分子層の膜厚の均一性が従来のものに比べて非常に向上したことが明らかとなった。2.中空導波路のセンシングデバイスへの応用のための基礎検討高分子層内装中空導波路をセンシングデバイスの性能について理論的に基礎検討を行った。測定原理はセンシング媒体と高分子層との相互作用による光の干渉効果の変化であり、この原理では光の絶対量に変化に依存せず安定な手法である。検討事項については、液体の屈折率の濃度依存性や環境温度に対する高分子層の屈折率及び膜厚の変化に依存する光の干渉ピークのシフト量との関係を中心に調査した結果、センシングデバイスの基礎特性として液体の屈折率に対して比較的精度の良いセンシングの可能性が見いだされた。