hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
震災による地域生活の崩壊と復興-レスキュー段階から復興段階のNGOの新たな展開

本年度の研究は総括年度としてまとめを行った。以下はその要約。阪神淡路大震災の思想的インパクトとそこから生成されたテーマ;95年1月の「阪神淡路大震災」は人々の実存の限界をいやというほど知らされた。そしてこのことは、人間存在が、受苦的な存在として世界を受けとめているというテーマを、あらためて認識せざるをえなかった。限界状況limits-situationsのただ中での希望である。ここでの限界状況下における<希望>とは、ひとびとにとってその存在が、現時空間から将来の時空間に対し、あらゆる可能性がそこからはじめるところの現実的境界」として了解された、そしてそれを支援したボランティアの存在は、日本社会の有り様をめぐる基本的な思想的インパクトを現した。それは同時に市民社会や地域社会の在り方をめぐる新たな方法的視点構築を不可欠としている。生成されたテーマ-<受動性>から出発する《新しい主体性論の構築》<身体性>という主体:被災を被るという事態は、ひとびとの身体性をして、自らが弱く、また苦しみを受ける、という受苦性を認識させた(絶望)。パテーマ(pathos : passion)論からの<主体>像の再検討:苦しみを受ける身体性、こうしたテーマが意味するものは、身体的な主体を全面に出しつつ、そこから<主体の転位>が試みるられている必要がある。それは、受動的主体が受動的ではあるが能動的主体へと転生する行為を新たにテーマとする必要がある、という<主体の転位>が問題とされよう。<主体の位相の転位> :近代的知の主体性が、全体として強さと力の<能動性>の原理から論ぜられきたことに対置して、現代は、痛み・苦痛という人間の弱さ、すなわち<受動性>から出発する《新しい主体性論の構築》こそが緊要である。阪神淡路大震災から今日までの、被災者ボランティアの存在こそは、身体性の受苦、受動、弱さからの<自立>を支援するという、こうした自律的な多くの<出会い-組み合わせ>によって、新たに<弱さの存在論>、<弱さの主体性>がテーマ化されつつある、とうい予感である。<弱さの存在>-<受動的主体>からいかに<受動的能動>へと転生するか、という問題が最も現代性を帯びて提起されてきたといえよう。それは近代知からみれば<主体の位相の転位>である。同時にこうした問題提起は、市民社会の主体像や地域社会の主体像の設定に、大きなインパクトを与える。以下はその要約。現在の日本のボランティア論の限界をどのように超えていくことができるか。それを経験的調査検証した。ボランティア活動は、その被災地の復興へ至る諸段階により、視点や行動基準の移動が引き起こされる。つまり諸局面におけるボランティアの役割変化に応じてボランティア自身の主体変容をも引き起こす。こうした事象をボランティアの時系列的展開と呼ぶことにする。

主体的変容を伴うボランティア活動のこうした展開は、理論的には「市民社会」による国家と「公共性」への協働と対抗という〈相補性〉のモメントを「公共圏」に構築することになる。こうした局面を、理論的に新たな多元的/対抗的「公共圏」創出問題と呼ぶ。そのためにまずボランティア論としては、社会的には、チャリティ段階のボランティア論から、社会再生としてのボランティアの理論化がはからわれなければならない。今回の調査では、諸状況変化におけるボランティア自身の自己変容を伴うボランティア活動の〈諸相と時系列的展開〉の単な進化論的把握を、一般ボランティアの役割〔一般ボランティアの自己変容過程とその限界を押さえた上で〕と専門職ボランティア〔専門職のボランティア化という自己変容過程そのものもテーマ化しつつ〕の役割の複合性の中で捉えた。すなわち、1)諸ボランティア状況変化への対応A諸状況変化における一般ボランティアの自己変容過程とその限界B諸状況変化における専門職がボランティア化していく際の、専門職の自己変容過程とその社会的条件2)諸ボランティア組織の状況への対応とその限界A自然発生的ボランティア組織:case studyl鷹取救援基地2ピースボート/SVA 3阪神地元NGO救援連絡会議(仮設住宅支援NGO連絡会)/被災地障害者センターB専門職主導型ボランティア組織:case study 1看護医療現地対策本部(兵庫県立看護大学)2長田支援ネットワーク(阪神高齢者・障害者支援ネットワーク)3)専門職ボランティアの成立とその意義A〈制度・施設の諸ルールの中で遂行される専門職の業務〉の問題点B〈制度化された専門職〉の理論的問題提起の仕方。本年度は専門ボランティア論を経験的に調査検証した。専門職主導のボランティア活動の特色として〈専門性〉へのこだわりを指摘することができる。法制度や施設の諸ルールのもとで遂行される専門職業務を、自由意志のもとに〈施設〉institution外部へ延長し、専門活動の実践praxisの空間の創出、それが専門職ボランティアの出現であった。このような出現は、専門職の専門性が実は、自己を(施設〉という空間での限定的な責任行為にすぎないことを反省せざるを得なくなる。専門性の〈施設)での業務活動は、諸ルールによって日常化されるに従って、慣行化され平板化され、そして〈惰性化)される。こうした現象をわれわれは、専門活動の〈制度化〔施設化〕〉institutionalizationと定義する。そして、このように日常化して〈惰性化〉されてしまった専門職行為を〈制度化された専門性〉ないし〈制度化された専門性〉と名付ける。専門職ボランティア活動は、こうして枠づけられ、限界づけられた専門職行為を解放し、可能な限りのクライアント(サービス対象者)との新しい配慮care的行為の実践課題を創出していく。ボランティア行為領域のこのような展開は、今後理論的・実践的にには、専門性を枠づける〈職業〉と〈職能〉の概念的差異を明らかにする必要性に迫られるとともに、〈職能〉というカテゴリーが、〈連帯〉という概念と深く関わり合うということを究明することになるであろう。本年度の研究は総括年度としてまとめを行った。以下はその要約。
東北日本弧火山岩類の光量子放射化分析

東北日本弧は、海溝側から背弧側へと4つの火山列、青麻一恐、脊染森吉、鳥海火山列に分帯されている。これらの火山列からの火山岩について、組成の広域的変化様式が調べられた。青麻-恐火山列はlow-Kカルクアルカリ岩と少量のlow-Kソレアイトからなる。脊染火山列では、medium-Kカルクアルカリ岩とlow-Kソレアイトが相伴っており、しばしば、前者の活動に後者が続いて活動している。森吉火山列では、medium-KKカルクアルカリ岩がmedium-Kソレアイトを伴っている。鳥海火山列では東側でmedium-Kカルクアルカリ岩と高アルミナ玄武岩が、西側で、high-Kカルクアルカリ岩とアルカリ玄武岩が活動している。機器光量子放射化法により、以上の火山岩類中の13微量元素(Sc、Cr、Co、Ni、Zn、Rb、Cs、Sr、Ba、Ce、Y、Nb、Zr)の分析を行った。東北日本弧の第四紀火山岩類ではCe、εYに大して、K、Ba、RbをSrに富み、一方、Nb、TiとZrに乏しい傾向が認められる。また、これらの火山岩類の化学組成は規則的な広域的変化を示している。すなわち、火山フロントからの距離が大きくなるに従って、P_2O_5、Rb、Ce、Sr、BaそしてCsが増加している。また、K_2O、Y、ZrとNbも増加しているが、その増加率は少し小さい。各火山からの火山岩の微量元素組成を用いて、マグマの起源物質における部分溶融度と起源マントル物質のインコンパティンブル元素組成を算出した。得られた結果は、東北日本弧下のウェッジマントル内における組成不均質性の存在を明瞭に示している。島孤・海溝系におけるサブダクション・プロセスを理解するうえで、そこに分布する火山岩類について、その化学組成の空間変化とその時間的変還を明らかにすることは最も基本的な作業である。本研究の目的は、そのような観点から東北日本弧に産する新生代火山岩類について、光量子放射化分析方によって可能な限り多数の試料の微量成分元素組成を高精度で定量することである。本年度は光量子放射化分析のための新しいγ線自動計測システムを構築することを目標としていたが、昨年末までに自動計測システムのハードの部分を完成した。その内容はGP-IBインターフェイスを介して試料自動交換系、ピュアゲルマニウム検出器、多重波高分析器をマイクロコンピュータに接続し、総合的にコントロールするシステムである。基本的な自動計測システムの作動テストは年内に終了し、このシステムを用いた照射火山岩試料のγ線自動計測をこれまでに2回行った。それによれば、新自動計測システムを用いることによりBa、Cs、Nb、Y、Zn等の測定精度を飛躍的に上げることができる。このγ線自動計測システムをさらに効率的なものとするためには、自動計測解析システムを組む必要がある。この部分に関しては現在開発中であり、その完成は次年度を予定している。新システムを用いた測定結果の解析には、とりあえず、旧来のシステムを援用し、先の目的に沿ったデータの処理・解析を行い、それらを用いてこれまでに新生代火山岩組成の空間的変化および時間的返還に関する報告書を数編印刷公表した。新たに明らかになった事実のうち、最も重要なものは火山岩類の起源物質の地球化学的性格と、その不均質性に関するものである。昨年度、基本的なシステムを構築したγ線自動計測システムを本年度は完成させ、多数の東北日本弧火山岩類に対して実分析を行った。

構築した計測システムの構成はマイクロ・ロボットを利用した試料自動交換系、ピュアゲルマニウム検出器、多重波高分析器とパ-ソナル・コンピュ-タからなり、これがGP-IBインタ-フェイスを介して全体として一つの自動計測システムを構成している。パ-ソナル・コンピュ-タはさらにイ-サネットを介して、サ-バに接続され、大型計算機に接続することも可能なシステムとなっている。新たに構築した計測システムを用いて、光量子放射化法により、東北日本弧の第四紀から古生代に至る火山岩類中の13微量元素(Sc、Cr、Co、Ni、Zn、Rb、Cs、Sr、Ba、Ce、Y、Nb、Zr)の分析を行った。東北日本弧の第四紀火山岩類ではCeとYに対して、K、Ba、RbとSrに富み、一方、NbとTi、Zrに乏しい傾向が認められる。また、これらの火山岩類の化学組成は規則的な広域的変化を示している。すなわち、火山フロントからの距離が大きくなるに従って、P_2O_5、Rb、Ce、Sr、Ba、そしてCsが増加している。また、K_2O、Y、ZrとNbも増加しているが、その増加率は少し小さい。各火山からの火山岩の微量元素組成を用いてマグマの起源物質における部分溶融度と起源マントル物質のインコンパティブル元素組成を算出した。得られた結果は、東北日本弧下のウエッジマントル内における組成不均質性の存在を明瞭に示している。また、東北日本弧に産する第四紀、第三紀、中生代、古生代の火山岩類の組成を比較検討し、火山岩組成の時間的変遷の様式を明らかにした。
軸索遠位部に特異的な膜直下細胞骨格の形成機構の解明

細胞骨格は建物の鉄骨の様な形態維持の役割を持つだけでなく、動的に様々な細胞機能に関わる。神経細胞の軸索遠位部には規則的に並んだ格子状細胞骨格が膜直下に構築されていることが2013年に超高解像度顕微鏡を用いた観察から新たに発見された。この構造は軸索特異的な構造であり、軸索先端から形成されることが知られている。しかし、軸索遠位部構造がどのような分子機構で形成されるのか理解されていない。申請者は、軸索先端で活性化されている蛋白質リン酸化酵素Cdk5および軸索遠位部骨格分子αII-spectrinに着目し、Cdk5がαII-spectrinをリン酸化することを見出した。本研究の目的は、Cdk5とαII-spectrinを足がかりにして、軸索遠位部に特異的な細胞骨格を形成する分子機構を解き明かすことである。平成30年度は、Cdk5によるαII-spectrinのリン酸化部位の同定するためにin vitroキナーゼアッセイを行った。リン酸化候補部位のセリン/スレオニンをアラニンに置換したαII-spectrin変異体を作製し、この変異体とRIラベルされたATP([γ-32P]-ATP)、および精製されたCdk5を用いてin vitroキナーゼアッセイを行った。サンプルをSDS-PAGEで分離した後に銀染色を行い、オートラジオグラフィーを用いてリン酸化されたサンプルを検出した。そして、Cdk5によるαII-spectrinのリン酸化部位を同定した。次にリン酸化の生理的意義の解析を行う。Cdk5によるαII-spectrinのリン酸化部位を同定できたため。αII-spectrinのリン酸化部位が同定できたので、リン酸化部位特異的抗体を作製する。αII-spectrinのリン酸化模倣変異体または非リン酸化型変異体を用いてKIF3/KAP3とのin vitro結合実験を行い、リン酸化がαII-spectrinとKIF3/KAP3の結合に与える影響を測定する。キナーゼ阻害剤を用いて軸索遠位部構造の形成が阻害されるか超高解像度顕微鏡を用いて観察する。非リン酸化型αII-spectrin変異体を発現する遺伝子改変マウスを作製し、αII-spectrinのリン酸化が軸索遠位部構造の形成に必須であることを証明する。平成29年度は、Cdk5によるαII-spectrinのリン酸化部位の同定するためにin vitroキナーゼアッセイを行った。アッセイ後、質量分析法によりαII-spectrinのリン酸化部位の候補を複数得た。リン酸化候補部位のセリン/スレオニンをアラニンに置換したαII-spectrin変異体を作製した。この変異体を用いてin vitroキナーゼアッセイを行った後、放射性同位体を用いない手法であるPhos-tagを用いたSDS-PAGEでサンプルを分離し銀染色を行ったが、リン酸化部位の同定に至らなかった。次に放射性同位体32Pを用いて実験を行うために準備を行っている。αII-spectrinのリン酸化部位を同定し、リン酸化を特異的に認識する抗体の作製を作製予定であったが、リン酸化部位の絞り込みまでは行うことが出来たが同定に至らなかったため。放射性同位体を用いない手法でαII-spectrinのリン酸化部位を同定しようと試みたが良い結果が得られなかったので、次は放射性同位体32Pを用いる予定である。

リン酸化候補部位のセリン/スレオニンをアラニンに置換したαII-spectrin変異体を作製し、この変異体とRIラベルされたATP([γ-32P]-ATP)、および精製されたCdk5を用いてin vitroキナーゼアッセイを行った。サンプルをSDS-PAGEで分離した後に銀染色を行い、オートラジオグラフィーを用いてリン酸化されたサンプルを検出した。そして、Cdk5によるαII-spectrinのリン酸化部位を同定した。次にリン酸化の生理的意義の解析を行う。Cdk5によるαII-spectrinのリン酸化部位を同定できたため。αII-spectrinのリン酸化部位の同定し、リン酸化部位特異的抗体を作製する。αII-spectrinのリン酸化模倣変異体または非リン酸化型変異体を用いてKIF3/KAP3とのin vitro結合実験を行い、リン酸化がαII-spectrinとKIF3/KAP3の結合に与える影響を測定する。キナーゼ阻害剤を用いて軸索遠位部構造の形成が阻害されるか超高解像度顕微鏡を用いて観察する。αII-spectrinノックアウトマウスと非リン酸化型αII-spectrin変異体を用いてαII-spectrinのリン酸化が軸索遠位部構造の形成に必須であることを証明する。αII-spectrinのリン酸化部位が同定できたので、リン酸化部位特異的抗体を作製する。非リン酸化型αII-spectrin変異体を発現する遺伝子改変マウスを作製し、αII-spectrinのリン酸化が軸索遠位部構造の形成に必須であることを証明する。申請者は新たな所属機関におけるラジオアイソトープ従事者登録を行おうとしたが、研究科設立以降初めての登録者であったために手続きが遅れた。手続き中の期間に放射性同位体を用いない手法でαII-spectrinのリン酸化部位を同定しようと試みたが良い結果が得られなかった。ラジオアイソトープ従事者登録が完了したために、次は放射性同位体32Pを用いてαII-spectrinのリン酸化部位を同定する予定である。本年度の実験は最大の山場であるαII-spectrinのリン酸化部位の同定を遂行できたが、前年度は計画通り進まなかったため全体として計画にずれが生じた。次にリン酸化の生理的意義の解析を行う予定である。
分散深層学習のI/O性能最適化と次世代の人工知能クラウドへ向けた展開

スーパーコンピュータとクラウドが融合した大規模並列環境である人工知能クラウド上での最重要カーネルである分散深層学習を対象に,1)実環境での精緻な性能モデリングによる分散深層学習のI/Oワークロードの性能解析,2)細粒度なアクセスパターンに応じてI/O性能を最適化するためのメモリ・ストレージ階層の深化を考慮したデータのライフサイクル管理アルゴリズムの開発と分散I/Oフレームワークへの実装,3)既存のデファクトな分散深層学習フレームワークへの分散I/Oフレームワークの組み込み・統合化をコデザインすることで,次世代のAIクラウド上でのメモリ・ストレージI/Oの高速化のためのシステムソフトウェアの要素技術の設計と開発を行い,更にその先のBig Data/AIのRebooting Computingのための要求要件の明確化や設計情報となるを目指す.本年度は、近い将来に登場すると見込まれる、次世代NVIDIA GPU、Intel Nervana,富士通DLUなどのアクセラレータ,ポスト「京」スパコンを目指したHPC向けのARMなどのプロセッサ,Intel Apache Pass技術による3D XPoint等の不揮発性メモリ,InfninibandやOmni-Pathなど高性能ネットワークなど最先端のコモディティデバイスを想定してメモリ・ストレージへのI/Oに関する性能モデリングを行うための基礎の性能評価として、ImageNet1Kのオープンデータセットを対象にI/Oの高速化を行った。具体的には、パラメタ設定を行うことで分散処理を行い、各プロセスが担当するデータをDRAMメモリへのキャッシュ、及びネットワークI/Oを考慮した集団通信の最適化を行うことで、大幅な性能向上を達成することを産総研AI橋渡しクラウド(ABCI)上で確認し、基礎的な性能解析を行った。
マイクロフォンアレイとロボット聴覚を用いた野鳥の歌行動観測と生態理解への試み

本研究は、マイクロフォンアレイとロボット聴覚を用いた鳥類自動観測の実用可能性を検証し、集音した音情報とその位置情報から鳥個体間の相互作用を明らかにするとともにその知見を観測対象鳥類の生態理解へ応用することを目的とした。野外での鳥類自動観測の試行により以下の3点が明らかになった。第一に、マイクロフォンアレイとロボット聴覚を用いた自動観測・分類結果と人間が現地で視覚と聴覚を頼りに観測した鳥類の歌や位置情報の比較から、自動観測による歌のタイミングや2次元上の位置を推定する上の優位性とともに、再現検証性の高さが実証された。第二に、個々の鳥が同時に鳴くことをさける重複回避行動に関する解析から、外来種ソウシチョウが周辺在来種の歌行動、特に歌い出すタイミングに影響を及ぼしている可能性が示唆された。第三に、夜間に行動するために目視観測が難しいフクロウなどの夜行性鳥類の鳴き声の特色や移動をともなう個体の位置情報など、従来の観測手法では容易に得られないデータの集積が可能になった。さらに、森林で集積した長期間録音データを用いた歌の3次元定位結果は、各夜行性鳥類の生存戦略に関する推察など、音情報に基づく知見の応用可能性が示された。これらの知見に基づき、各テーマにおいてデータ収集を継続し、種内、種間の相互関係の解明や各種の生態理解を深めるとともに、希少種や絶滅危惧種に関しては生息地の保全への展開を予定している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、マイクロフォンアレイとロボット聴覚を組み合わせたシステムを用いて、音の到来方向付きの鳥類の歌情報を集積・解析し、サウンドスケープ及びランドスケープ内における個体間の歌を介した相互作用を明らかにすること、さらにその知見を鳥類の生態理解へ応用することを目的とする。平成29年度の成果は、主として次の2点に集約される。まず第1に、音の伝達状況の異なる森林や草藪など多様な自然環境下で複数のマイクロフォンアレイを用いて録音実験を実施し、各調査地で歌データを集積した。また、複数のマイクロフォンアレイで集音した音情報を統合する方法で2次元平面上における歌の位置情報を推定し、その推定結果を人間が直接観測した鳥の位置情報と比較することで観測対象種の2次元定位の妥当性を検討した。さらに、集音した歌情報を耳で確認しながら手動で分類した結果と自動分類結果を比較することで歌の自動分類精度を検証した。第2に、歌を介した個体間の相互作用のうち歌のタイミングをずらす重複回避行動に着目し、外来種ソウシチョウと在来周辺鳥種の歌のタイミングから、外来種であるソウシチョウが在来種の歌行動に及ぼす影響の評価を試みた。主に3月から6月にかけての繁殖期に豊田市稲武および四條畷市の森林で集音した音データをもとにした予備的解析結果からは、ソウシチョウが生息環境を共有し、かつ同じような周波数帯の歌を持つ周辺在来種の歌行動に影響を及ぼしている可能性が示唆された。研究業績の概要で述べた2つの点に触れつつ、それぞれの進捗状況を以下にまとめる。第1に、研究計画通り各調査地の多様な自然環境下で繁殖期の歌データを集積し、自動定位・分離・分類精度の検証を通して当該システムのフィールドでの実用可能性を検討した。録音に関する技術的な進展としては、マイクロフォンアレイに超小型パソコンを接続する新規システムを用いることで、従来システムで生じていた長時間録音による音飛びなどの問題解決につながった。音の分類に関しては、集積した歌データに含まれる各種の歌の特徴量を抽出する新規の簡易分類機能の開発がすすんだため、解析効率の向上につながることが見込まれる。第2に、外来種ソウシチョウと周辺在来種の歌空間をめぐる相互作用に関する課題に関しては、従来の調査地である豊田市稲武町と四條畷市の森林で継続調査が進行中でありデータを集積中である。さらに今期は、観測対象種を直接捕獲して抱卵班の有無などを調べるバンディング調査結果から、各鳥種の繁殖期を確認するなど鳥種間が歌を介して行う縄張り争いに関する分析手法の洗練を検討しはじめた。研究対象が予測の難しい自然であるため、当初予定していた観測対象鳥種とは相違が生じていること、また研究に必須な機材(3次元の音情報を集音する16チャネルマイクロフォンアレイ)の長期録音に関する機能上の不具合が生じたこと、そして音の3次元定位に必要な情報が不足しているため、3次元の定位に関する研究課題については遅れが生じているものの、上記のように全体としておおむね順調に進展している。

第三に、夜間に行動するために目視観測が難しいフクロウなどの夜行性鳥類の鳴き声の特色や移動をともなう個体の位置情報など、従来の観測手法では容易に得られないデータの集積が可能になった。さらに、森林で集積した長期間録音データを用いた歌の3次元定位結果は、各夜行性鳥類の生存戦略に関する推察など、音情報に基づく知見の応用可能性が示された。これらの知見に基づき、各テーマにおいてデータ収集を継続し、種内、種間の相互関係の解明や各種の生態理解を深めるとともに、希少種や絶滅危惧種に関しては生息地の保全への展開を予定している。現在までの進捗状況で述べた2つの点にふれつつ、以下今後の研究推進方法について述べる。まず第1に、自動定位・分離・分類機能を含む当該システムのフィールドでの実用可能性を検討した結果を踏まえ、本年度各調査地でいよいよ本格的な集音を実施する。本調査実施に関しては、マイクロフォンアレイに超小型パソコンを接続する新規システムを用いること、マイクロフォンアレイの数自体を増やすことでより長時間・広域の録音を実現する予定である。また集音した音データ解析の際には、新規の簡易分類機能を用いることで解析効率の向上をはかる。第2に、外来種ソウシチョウの周辺在来種への歌行動の影響の評価に関しては、現地で鳥類を直接捕獲し抱卵班の有無などを記録するバンディング実施者と連携し、各種の繁殖期間の確認を実施するなど、各鳥種間の歌による空間的な縄張り争い、そして歌空間をめぐる争いに関する分析手法を洗練する。現在進行中の調査を継続し、各分野の専門家からのフィードバックを基に論文化につなげる。また、現在開発中のマイクアレイのフィールド評価、および自動定位・分離、分類の各機能へのフィードバックを行う。さらに鳥類学会や講習会で、研究者、環境調査の実務者、政策者、一般バードウオッチャーを対象としたアウトリーチ活動を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
メモリーTh1/Th2細胞の形成と機能維持のエビジェネティック制御に関する研究

免疫が関与する難治性の慢性疾患(成人の喘息、アトピー性皮膚炎など)の治療法の開発には、免疫記憶細胞の形成の分子機構を明らかにすることが肝要である。本研究では、メモリーTh1/Th2細胞の形成機構とアレルギー反応・病態形成の制御に関する解析を行った。その結果、ポリコーム複合体のEZH2やトライソラックス複合体のMen-1がTh2細胞の分化や機能維持に大きな役割を果たしていることが分かった。当該研究では、免疫記憶細胞の形成、特に「エフェクターTh1/Th2細胞が機能を維持した状態で、生体内でメモリーTh1/Th2細胞に分化し長期間維持される分子機構」を解明することを目的としている。今年度は、下記の研究を行った。1.ポリコームやトライソラックス群遺伝子産物によるGATA3遺伝子発現制御機構の解明ナイーブT細胞→エフェクターTh2細胞→メモリーTh2細胞の各段階において、MLLとポリコーム複合体のTh2特異的な結合交換反応を担う分子機構を解明するための実験を行った。抗MLL抗体、抗Bmi-1抗体、抗ヒストンアセチル化(H3-K9)抗体、抗ヒストンメチル化(H3-K4)抗体等を用いて、クロマチン免疫沈降(ChIP)解析やクロマチン免疫沈降-DNAアレイ(ChIP-on-chip)解析を行なし、GATA3遺伝子座における細胞ステージ別のヒストン修飾とMLLとBmi-1の結合マップを作成した。STAT6依存性のMLL結合領域、STAT6結合領域、転写を正に制御するHAT complexのSTAT6結合領域への結合が分かった。2.ポリコームやトライソラックス群遺伝子産物によるメモリーTh1/Th2細胞の形成機構の解明次に、これまでの我々のメモリーTh2細胞の解析で同定されたMLL複合体のコンポーネントとしてのMen1の機能を明らかにするための実験を行った。特に、Men1に関しては、MLLとPol II分子の橋渡しをし、転写活性化部位にMLL複合体をリクルートする機能が示唆されている。Men1ノックアウトマウスを用いて解析を行った。メモリーTh1/Th2細胞の形成、GATA3の発現、メモリーTh2細胞の機能維持に注目して機能解析を行った。さらに、メモリーTh2細胞特異的に発現するMLL複合体の新規の会合分子を網羅的にプロテオームの手法を用いて解析した。連携協力者として、長谷川明洋博士(山口大学)と橋本香保子博士(千葉工業大学)の両名に、上記の解析の一部を行ってもらった。免疫記憶細胞の形成、特に「エフェクターTh1/Th2細胞が機能を維持した状態で、生体内でメモリーTh1/Th2細胞に分化し長期間維持される分子機構」を解明することを目的として下記の研究を行った。1.ポリコームやトライソラックス群遺伝子産物によるGATA3遺伝子発現制御機構の解明平成21年から行っている、ナイーブT細胞→エフェクターTh2細胞→メモリーTh2細胞の各段階における、MLLとポリコーム複合体のTh2特異的な結合交換反応に関する実験を終え、GATA3遺伝子座における、細胞分化ステージ特異的なMLLとBmi-1の結合マップおよびSTAT6などによる制御機構を明らかにし、論文発表を行った(Onodera et al.J.Exp.Med.207:2493 2010)。また、GATA3のChIP-Seq解析をTh1/Th2細胞で行い、多くのGATA3とSTAT6の両方が関与するTh2特異的遺伝子を同定した。2.ポリコームやトライソラックス群遺伝子産物によるメモリーTh1/Th2細胞の形成機構の解明Menin-KOマウスのエフェクターT細胞を種々の細胞表面マーカーで分画し、メモリーマウスの実験系を用いてその同定を試みる予定であったが、Th17細胞の分化自体にもMeninが必要な事が分かり、この分化制御機構をまず解析した。3.生体レベルでの解析、ポリコームとトライソラックスによるアレルギー反応・病態形成の制御ポリコームのEZH2ノックアウトマウスを樹立し、解析をはじめた。メモリーTh1/Th2細胞の形成や機能維持に関する研究を行った。EZH2ノックアウトマウスでは、Th2細胞の分化が亢進しており、現在、生体レベルでの解析を行っている。マウス喘息気道炎症モデルを利用し、アレルギー反応・病態形成における分子制御機構を生体レベルで解明するための基礎実験を終えた。1.ポリコームやトライソラックス群遺伝子産物によるGATA3遺伝子発現制御機構の解明平成22年度から行っている、ES細胞、B細胞、ナイーブT細胞、エフェクターTh2細胞の各段階における、MeninとポリコームのBmi1複合体の結合遺伝子の網羅的同定に関する実験をChIP-sequence法を用いて解析した。ポリコームやトライソラックス分子による遺伝子発現調節に関して数多くの知見を得た。現在論文を作成中である。平成21年から行っているGATA3のChIP-sequence解析は、成果をまとめて論文発表をした。

GATA3複合体の新規会合分子ChD4がプロテオーム解析で同定され、その分子をレトロウイルスやレンチウイルスでT細胞に強制発現させ、Th1/Th2分化、メモリーTh1Th2細胞のin vivoでの形成と機能解析を行い、新規分子の機能を細胞レベルで解析した。ノックアウトマウスを作成中である。今年度は連携研究者としてこの部分を免疫発生学・助教・細川裕之先生が担当した.2.ポリコームやトライソラックス群遺伝子産物によるメモリーTh1/Th2細胞の形成機構の解明ポリコーム複合体のEZH2がTh2分化を抑制的に制御していることが分かったので、その分子メカニズムを解析した。3.生体レベルでの解析、ポリコームとトライソラックスによるアレルギー反応・病態形成の制御平成23年度は、生体レベルでの解析にも力を入れた。メモリーTh1/Th2細胞の形成や機能維持に関して大きな役割を持つことが分かった分子に関して、生体レベルでの解析を行った。特に、我々が樹立したメモリーTh1細胞、Th2細胞依存的なマウス喘息気道炎症モデルを利用し、アレルギー反応・病態形成における分子制御機構を生体レベルで解析した。遺伝子操作マウスとしては、Men1-KOマウス、EZH2conditional KOマウス、ApoA-II-KOマウスなどを用いた。
小動物のアレルギー性疾患における非特異的及び特異的lgE抗体の測定システムの確立

今回の研究においては小動物のアレルギー性疾患における非特異的及び特異的lgE抗体の測定システムの確立を目的とし、(1)すでに塩基配列の決定されているlgE遺伝子の一部をプローブとして用いたプラークハイブリダイゼーションを行い、lgE遺伝子をスクリーニングし、全塩基配列を決定し、(2)エクソントラッピングシステムを用いてエクソンを取り出した後に、cDNAを作成し、それを発現ベクターに組み込むことによりコンビナントのlgE抗体を作成し、(3)それを用いて抗lgEモノクローナル抗体を作成し、lgEの測定系を確立し、(4)その確立された測定系を用いて、既に皮内検査を実施したアレルギー性疾患患蓄の血清lgEレベルを測定するとともに、その相関性を検証する予定であった。まずはじめにイヌ及びネコのlgE遺伝子の全塩基配列を決定するべく実験を進めた。肝臓より取り出したDNAをEcoRlを用いて切断し、その断片をファージベクターであるEMBL4に挿入した後、宿主大腸菌であるXL1-Blue MRA(P2)に感染させることによりプラークを作成する。それを、ナイロン膜に転写した後、ニックトレンスレーション法により^<32>Pを標識した450Kbのプローブを用いてハイブリダイゼーションを行い陽性プラークを検出するべく努力をしたが想像以上に困難であり、目的とする遺伝子を得ることはできなかった。このことは採取したDNAサンプルの問題もあると考えられるため、商品として発売されているイヌのゲノムライブラリーを購入し、それを用いて今後もスクリーニングを続けることによりlgE遺伝子の全塩基配列を決定し、当初の目的に添って研究を進めていく予定である。
日本語オノマトペの言語特性の解明と日本語学習者のための指導システムの開発

本研究は,申請者がこれまでに行ってきた重要オノマトペの特定とその言語的特性の解明をふまえ,日本語学習者が自然な形でオノマトペを理解し,自然な形でオノマトペを使用できる効果的なオノマトペの指導システムの開発を目指す。オノマトペについての言語学的知見を具体的な日本語教育の現場に落とし込むため,具体的に,以下の3つのモジュールを予定している。(1)言語学の観点からオノマトペの言語的特性を反映した教材の開発,(2)日本語教育学の観点から効果的なオノマトペ教授システムの開発,(3)具体的な学習実験を実施することで開発した教材や指導システムの有効性の検証,を行う。
海底圧力計観測とモデルシミュレーションによる房総沖スロースリップの解明

房総沖スロースリップ(SSE)を解明するために以下を行った。観測研究では、すべり分布を明らかにするため海底圧力計を用いた観測を行った。2014年1月ごろSSEが発生しその変動を捉えることに成功した。この際、圧力計データをパラメトリックモデルで解析する方法を開発した。シミュレーション研究では、その基礎となる房総沖の構造の決定と房総沖SSEを再現するモデルの開発を行った。構造では、房総沖のフィリピン海プレート上面の形状が面的に求まった。また、SSE領域から強い反射波を確認した。房総沖SSEの再現については、2011年まではほぼ再現できたが2014年については再現できず、今後の課題となった。平成25年度は、房総沖スロースリップ(SSE)の解明のために以下のことを行った。1.海底圧力計を用いたSSE域の観測房総沖SSE海側(すべりの南東側)はどこまですべっているかは不明瞭であるので、すべり領域を正確に把握するために、南東側に海底圧力計を配置して観測を行った。まず3台の製作を行い、現有1台と合わせて4台の海底圧力計を9月に白鳳丸を用いて設置した。新設3台は2年間観測、既存1台は1年間観測予定である。房総沖SSEは2014年1月に発生したので、これによる変動が捉えられているものと期待している。また、海底圧力観測の精度向上手法についても研究を行った。圧力センサーの傾きによる機器的なノイズを補正するため、傾斜による変動の測定を行った。その結果、数度傾いただけで数hPa(水深換算で数cm)の変化がでることが分かった。2.房総沖スロースリップを再現するためのシミュレーションモデルの開発今年度は、モデルによるシミュレーションを行った。SSE領域の有効圧を様々に与えてSSEの再現を試みた。また、1987年千葉県東方沖地震や2011年東北地震のような外部イベントによる応力変化がSSEの発生間隔に与える影響も調べた。その結果、SSE領域内で有効圧が変化している(南側が低く、北側が高い)場合、1983-1990-1996の発生間隔や、2007-2011の発生間隔をうまく説明できることが分かった。このことは、シミュレーションを通してSSEのパラメータを推定できることを示す重要な結果である。ただし、2014年1月に発生したSSEの発生間隔は説明できないため、さらなる研究が必要である。平成26年度は、房総沖スロースリップの解明のために以下のことを行った。1.海底圧力計を用いた房総沖スロースリップ域の観測房総沖スロースリップ海側(すべりの南東側)はどこまですべっているかは不明瞭であるので、すべり領域を正確に把握するために、昨年度に引き続き、南東側に海底圧力計を配置して観測を継続している。10月に白鳳丸を用いて昨年度設置した4台のうち2台について位置決めを行い、新たに1台の海底圧力計の設置を行った。昨年度設置した1年仕様の1台については、白鳳丸の観測日数の問題から来年度に回収することとした。海底圧力観測の精度向上手法ついての研究については、傾斜による変動の成果を4月の地球惑星科学連合2014年大会で発表した。2.房総沖スロースリップを再現するためのシミュレーションモデルの開発今年度は、房総沖スロースリップの発生間隔の再現について研究を進めた。2011年の東北地震の地震時の応力変化に加えて余効変動の効果も取り入れることのできるシミュレーションモデルの開発を行った。その結果、余効変動による効果は顕著でなく、2014年1月にスロースリップを発生させることはできなかった。発生間隔の変化については、他の要因を考える必要があることがわかった。データ同化に関しては、まずその土台となる構造の決定を進めた。過去に行われた人工地震観測データを解析し、これまではっきりわかっていなかった房総沖のフィリピン海プレート上面の位置の決定を行った。その結果、10kmの等深線は相模トラフ沿いに延び、15kmの等深線はほぼ東西、20kmの等深線は東北東に延びることがわかった。平成27年度は、房総沖スロースリップの解明のために以下のことを行った。1.海底圧力計を用いた房総沖スロースリップ域の観測と解析房総沖スロースリップ海側(すべりの南東側)のすべりは不明瞭であるので、すべり領域を正確に把握するために、昨年度に引き続き、南東側に海底圧力計を配置して観測を継続した。7月に「なつしま」を用いて2年間設置した3台について回収し、新たに4台を設置した。回収した圧力計には、2013年12月から2014年1月のスロースリップ時のデータが記録されているので、海底上下変動の解析を行った。解析では、潮汐の除去において2種類の潮汐推定プログラムを比較し、より良好な推定プログラムを採用した。解析の結果、観測精度は約1cmであり、この範囲を超える上下変動はなかったと考えられる。この解析結果については、3月のJAMSTECブルーアース2016で発表した。また、観測精度向上に関しては、正確な時間が必要なことが分かり、既存の機器に原子時計を組み込むため、原子時計を購入しテストを行った。2.房総沖スロースリップを再現するためのシミュレーションモデルの開発今年度は、昨年度に引き続き、データ同化に必要な土台となる構造の決定を進めた。昨年度の人工地震観測データの解析に加えて、自然地震データを用いた3次元のトモグラフィー解析を進めた。

陸上観測に加えて海域で観測した海底地震計の記録も用いて、房総沖のフィリピン海プレート(PHS)上面の位置の決定を行った。その結果、PHS上面の深さ10 kmの等深度線は、相模トラフに平行で、20 km、30 km等深度線は途中で湾曲する形状となった。また、人工地震観測データにPHS上面からの反射波が見つかり、その性質についても研究を行った。これらの結果は、5月の連合大会、10月の地震学会で発表した。海底圧力計を用いた房総沖スロースリップ域の観測と解析、シミュレーションモデルの開発とも、ほぼ予定通り研究が進んでいるため。平成28年度は、房総沖スロースリップの解明のために以下のことを行った。1.海底圧力計を用いた房総沖スロースリップ域の観測と解析房総沖スロースリップ海側(すべりの南東側)のすべりは不明瞭であるので、すべり領域を正確に把握するために、昨年度に引き続き、南東側に海底圧力計を配置して観測を継続した。8月に地震研用船を用いて5台について回収し、新たに4台を設置した。また、平成27年度に回収したデータについて再解析を行った。昨年度までは、2地点の差を取ることで変動を推定していたが、今回は陸上GNSSに用いる方法を応用した。それは圧力計データに線形トレンドと季節変動、2011年東北地震の影響(対数関数で近似)、スロースリップによる変動(ステップ関数)を組み込んだ関数をフィッティングし、スロースリップによる変動の推定を試みた。その結果、観測精度は約1cmであり、スロースリップ領域に近いKAP3観測点で2.4cmの隆起の変動が推定された。この結果は、海底圧力計による数cmの変動の世界初の確実な観測例である。この解析結果については、10月の地震学会秋季大会で発表し、Geophysical Research Lettersに論文として発表した。また、観測精度向上に関しては、既存の機器に原子時計を組み込んだ。2.房総沖スロースリップを再現するためのシミュレーションモデルの開発今年度は、昨年度に引き続き、データ同化に必要な土台となる構造の決定を進めた。人工地震観測の1測線下から見つかったPHS上面からの反射波について研究を進め、強い反射がスロースリップ付近と沈み込んだ海山付近にあること、その2つの間には強い反射がないことがわかった。これは、スロースリップ付近で遅い物質がプレート境界にあることを示唆している。この結果は、4月のヨーロッパ地球科学連合、10月の地震学会で発表した。平成29年度は、房総沖スロースリップの解明のために以下のことを行った。1.海底圧力計を用いた房総沖スロースリップ域の観測と解析房総沖スロースリップのすべり領域を正確に把握するために、昨年度に引き続き、南東側に海底圧力計を配置して観測を継続した。
高周波帯域における高精度インピーダンス計測を用いた新しい血栓子検出法の開発

本研究では、栓子を電気的に無侵襲検出することを目指しているが、実際の動物・生体実験を行う前に、生体組織と電気的に等価なモデルを用いて栓子検出法を検討する必要がある。そこで本年度は、「寒天を用いた模擬栓子の製作」および「寒天と導電性ゴムを用いた頸部血管電気モデルの製作」を試みた。(1)寒天を用いた模擬栓子の製作:模擬栓子は、特定の導電率をもつ寒天液を、φ180mm×500mmの101アクリルメスシリンダーに満たした油中に滴下して球となるように製作した。球ならば、測定結果に回転による影響が生じない。提案法によって製作した直径16mmの模擬栓子(420個)を画像撮影・処理したところ、回転楕円体近似した模擬栓子の長軸と短軸の比は、最大1.0±0.03であり、ほぼ球体とみなせた。(2)寒天と導電性ゴムを用いた頸部血管電気モデルの製作:皮膚と筋肉組織は導電率の異なる寒天を、脂肪層と血管(頸動脈)には導電性ゴムを用いた。モデル構造は、健常被験者1名(38歳、男性、163cm、59kg)の頸部CT画像を参考にして決定した。255mmのアクリル水槽に、皮膚と同じ導電率をもつ寒天液を流し込み、凝固後に脂肪と同じ導電率をもつ導電性ゴムシートを載せる。次に、血管と等価の導電率を持つ導電性ゴムチューブを所定の位置に固定し、筋肉と同じ導電率をもつ寒天液を流し込む。血管モデル内には、血液と同じ導電率をもつ食塩水を満たす。皮膚と筋肉間および筋肉と血液間に導電性ゴムを入れることにより、食塩水の濃度拡散を防いだ。この皮膚モデル上に、電流電極間隔50mm、電圧電極間隔10mmで電極(直径3.5mm)を直線上に配置し、直径6mm模擬栓子を血管内に流したところ、明確なインピーダンスの変化が検出できた。血管内の栓子(微小血栓あるいは気泡)を検出する新しい方法を開発することを目的として、その可能性を明らかにするために、食塩水中の気泡をインピーダンス計測によって検出することを試みた。300mm立方のアクリル水槽に2mS/cmの導電率を持つ食塩水を満たし、水槽の側面の垂直方向にインピーダンス計測のための4電極を取り付け、電気分解によって気泡を周期的に発生させた。我々がすでに開発した光アイソレーションによる高周波高精度インピーダンス計測装置によって、1.25MHzにおけるインピーダンスを8.2ms間隔で計測した。インピーダンス計測の誤差はベンチテストでは0.09%であった。食塩水中を上昇する気泡をビデオカメラで毎秒25フレーム撮影し、その画像をキャプチャーして、気泡が電極列の中央に到達する時刻を求めた。直径5mmの気泡が電極付近を通過したときに計測されたインピーダンスがもっと本明確に変化した例では、初め約5%減少し、ついで10%増加してから元の値に復帰した。この変化が生じた時刻は、ビデオ画像から求められた時刻と一致した。すべての気泡において時刻の一致が見られたが、インピーダンス変化の大きさは異なっていた。これらの結果から、気泡をインピーダンス計測によって検出可能なことが示された。インピーダンスが減少と増加を示すことは、感度理論によって説明できる。また、インピーダンス変化の大きさが異なるのは、気泡と電極の距離が異なったためと考えられる。血管内の栓子(微小血栓あるいは気泡)を検出する新しい手法を開発することを目的として、その可能性を明らかにするために、インピーダンス計測によって食塩水中で検出される気泡の大きさの限界を調べ、インピーダンス計測装置の精度について検討し、導電率の異なる寒天による生体組織のファントムを作り、模擬血管内に流れるガラスビーズが検出されることを確認した。300mm立方のアクリル水槽に2mS/cmの導電率を持つ食塩水を満たし、水槽の側面の垂直方向にインピーダンス計測のための4電極を取り付け、炭酸ガスによる微小気泡を発生させた。光アイソレーションによる高周波高精度インピーダンス計測装置によってインピーダンスを計測し、その変化から検出可能であった気泡の大きさをビデオ画像から求めた。直径1.8mmの気泡が深さ6.9mmで検出された。この測定限界は計測装置の雑音によって決まっているので、雑音を軽減することによって直径0.5mm程度の気泡が検出できると予想される。模擬血管内で検出できるガラスビーズの大きさは食塩水中の気泡より大きいが、この理由の一つは導電率が異なる複数の組織が混在するときの計測条件(電極間距離など)が最適化されていないことであると考えられる。今後は、計測装置を改良して雑音を減らし、計測条件を最適化し、信号処理法を考案してファントムでの検出性能を高める予定である。また、血栓のインピーダンスの周波数特性を調べ、気泡との相違の有無を検討する。

(1)寒天を用いた模擬栓子の製作:模擬栓子は、特定の導電率をもつ寒天液を、φ180mm×500mmの101アクリルメスシリンダーに満たした油中に滴下して球となるように製作した。球ならば、測定結果に回転による影響が生じない。提案法によって製作した直径16mmの模擬栓子(420個)を画像撮影・処理したところ、回転楕円体近似した模擬栓子の長軸と短軸の比は、最大1.0±0.03であり、ほぼ球体とみなせた。(2)寒天と導電性ゴムを用いた頸部血管電気モデルの製作:皮膚と筋肉組織は導電率の異なる寒天を、脂肪層と血管(頸動脈)には導電性ゴムを用いた。モデル構造は、健常被験者1名(38歳、男性、163cm、59kg)の頸部CT画像を参考にして決定した。255mmのアクリル水槽に、皮膚と同じ導電率をもつ寒天液を流し込み、凝固後に脂肪と同じ導電率をもつ導電性ゴムシートを載せる。次に、血管と等価の導電率を持つ導電性ゴムチューブを所定の位置に固定し、筋肉と同じ導電率をもつ寒天液を流し込む。血管モデル内には、血液と同じ導電率をもつ食塩水を満たす。皮膚と筋肉間および筋肉と血液間に導電性ゴムを入れることにより、食塩水の濃度拡散を防いだ。この皮膚モデル上に、電流電極間隔50mm、電圧電極間隔10mmで電極(直径3.5mm)を直線上に配置し、直径6mm模擬栓子を血管内に流したところ、明確なインピーダンスの変化が検出できた。
ヘビのロコモーションから探る身体の可変形性が生み出す適応的運動機能の発現機序

生物の適応的運動機能の発現機序を理解する上で,力学系に基づいて自律分散制御則を設計し,その妥当性をロボットを用いて検証する構成論的アプローチは有効な方法論となる.しかるに従来のロボットが示す環境適応性は,実際の生物に比肩し得るレベルには達していない.申請者はこの原因が「身体の可変形性」の欠如にあると考え,本研究では身体の可変形性に由来する豊富な感覚情報から生み出される環境適応的な振る舞いの発現機序解明を目的とした.単純な身体構造にもかかわらず高度な環境適応性を示すヘビをモデル生物として採り上げ,行動観察,数理モデリング,ロボット実機開発を通して,その適応的運動機能の発現機序を明らかにした.生物は,その身体が持つ膨大な自由度を巧みに協調させることにより,環境適応的な振る舞いを示す.この現象を理解する上で,力学系に基づいて自律分散制御則を設計し,その妥当性をロボットを用いて検証する構成論的アプローチは有効な方法論となる.しかるにこのアプローチに基づく従来のロボットが示す環境適応性は,実際の生物に比肩し得るレベルには達していない.本研究では,この理由が「身体の可変形性」に関する考察が欠落しているためであるという作業仮説に基づき,一次元の単純な身体構造を有するヘビをモデル生物として採り上げ,その身体の可変形性に由来する豊富な感覚情報から生み出される環境適応的な振る舞いの発現機序解明を目的とした.まず,ヘビのロコモーション様式を理解するため,行動実験を行った.研究室内でヘビを飼育し,フォースプレート上でヘビをロコモーションさせることで,ヘビが地面を押しつける力を計測するとともに,撮影した動画を解析して体幹がなす曲線の曲率や身体表面の歪みの時空間分布に関する定量的なデータを取得した.次に,行動実験結果をもとにヘビのロコモーションの数理モデル化を行った.モデル化に際し,身体の可変形性を考慮に入れ,運動に伴って生み出される身体の局所的な歪みに関する感覚情報を制御系にフィードバックする自律分散制御則を設計した.モデルの妥当性はシミュレーションにより検証した.さらには,柔軟な身体構造を有するロボットを設計・製作し,モデルの実世界での妥当性を検証した.提案した制御則をロボットに実装することで,ロボットはランダムに配置された杭を活用して推進することが確認できた.さらに,身体の接地箇所の時空間的変化の効果もモデルに取り込むことで,蛇行推進のみならずsidewindingやconcertina locomotionなどの多様な振る舞いをシミュレーションで再現することにも成功した.生物の適応的運動機能の発現機序を理解する上で,力学系に基づいて自律分散制御則を設計し,その妥当性をロボットを用いて検証する構成論的アプローチは有効な方法論となる.しかるに従来のロボットが示す環境適応性は,実際の生物に比肩し得るレベルには達していない.申請者はこの原因が「身体の可変形性」の欠如にあると考え,本研究では身体の可変形性に由来する豊富な感覚情報から生み出される環境適応的な振る舞いの発現機序解明を目的とした.単純な身体構造にもかかわらず高度な環境適応性を示すヘビをモデル生物として採り上げ,行動観察,数理モデリング,ロボット実機開発を通して,その適応的運動機能の発現機序を明らかにした.生物は,その身体が持つ膨大な自由度を巧みに協調させることにより,環境適応的な振る舞いを示す.この現象を理解する上で,力学系に基づいて自律分散制御則を設計し,その妥当性をロボットを用いて検証する構成論的アプローチは有効な方法論となる.しかるにこのアプローチに基づく従来のロボットが示す環境適応性は,実際の生物に比肩し得るレベルには達していない.本研究では,この理由が「身体の可変形性」に関する考察が欠落しているためであるという作業仮説に基づき,一次元の単純な身体構造を有するヘビをモデル生物として採り上げ,その身体の可変形性に由来する豊富な感覚情報から生み出される環境適応的な振る舞いの発現機序解明を目的とした.まず,ヘビのロコモーション様式を理解するため,行動実験を行った.研究室内でアオダイショウを飼育し,フォースプレートの上でヘビをロコモーションさせることで,ヘビが地面や突起物を押しつける力を計測するとともに,撮影した動画を解析して体幹がなす曲線の曲率や身体表面の歪みの時空間分布に関する定量的なデータを取得した.次に,行動実験結果をもとに,ヘビのロコモーションの数理モデル化を行った.モデル化に際し,身体の可変形性を考慮に入れ,運動に伴って生み出される身体の局所的な歪みに関する感覚情報を制御系にフィードバックする自律分散制御則を設計した.モデルの妥当性はシミュレーションにより検証した.さらに,柔軟な身体構造を有するロボットを設計・製作し,モデルの妥当性を検証した.提案した制御則をロボットに実装することで,ロボットはランダムに配置された杭を活用して推進することが確認できた.当初の予定では,平成24年度は1)ヘビのロコモーションの行動実験,2)身体の柔軟性を活用したロコモーションの数理モデリング,3)柔軟で連続体的特性を示す材質によるセンシング技術の開発,を行う予定であった.しかしながら本研究は,上記1)-3)のみならず,平成25年度に行う予定であったロボット実機の開発および検証実験まで完了している.したがって,本研究は当初の計画以上に進展していると言える.平成24年度に開発したロボット実機は地面にランダムに配置された杭を活用して推進することができた.しかしながら,実際のヘビはさらに複雑かつ非構造な環境にも適応して推進することができ,そのメカニズムの解明までには至っていない.また,開発したロボットは,操縦が困難である,杭の配置によっては推進できないことがある,などの問題点を依然として抱えており,これらの問題を解決する必要がある.

そこで,平成25年度では,多様な感覚情報を活用することで,実際のヘビに比肩し得る環境適応性の実現を目指す.現状のロボットは身体側面に生じる垂直方向の応力を感覚情報として検出しているが,剪断方向の応力もロコモーションにおいて重要な役割を果たしているはずである.そこで,剪断応力を活用した自律分散制御則を設計し,ロボットに実装することで,適応的ロコモーションの実現を試みる.剪断応力を活用した自律分散制御則をロボットに実装するためには,ロボットを再設計・構築する必要がある.それゆえ,ロボット製作用部品や三次元プリンタ・樹脂カセットが必要である.これらの消耗品としておよそ90万円を見積もっている.ロボットの製作に際し,研究補助に対する謝金として10万円使用する予定である.その他,研究打ち合わせおよび国内外での成果発表65万円,論文投稿料および外国語論文校閲料20万円を見積もっている.