hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ペリプラズムにおけるアンフォルド状態タンパク質を安定化する因子

脱窒光合成細菌が有するDMSO呼吸の末端還元酵素,DMSORはペリプラズムに局在するタンパク質である。ペリプラズムにおけるタンパク質のフォルディング機構はあまり研究されておらず、またペリプラズムには分子シャペロンの存在は見出されていない。私達は光合成細菌のペリプラズム中にアンフォルドDMSORの擬集を抑制するタンパク質が存在することを見出した。本研究では,そのタンパク質の分離精製を行い,次の結果を得た。(1)ゲルろ過,イオン交換,疎水クロマトの各クロマトグラフィーにより,ある特定のタンパク質が擬集抑制活性をもつことを再確認した。(2)分離したタンパク質の分子量は58kDaで,N末端の14アミノ酸は大腸菌DppA (dipeptide binding protein)と全く相同であった。(3)大腸菌の細胞質に局在する典型的な分子シャペロンであるGroEL (14mer)は強いアンフォルドDMSORの擬集抑制活性をもつが,分離した58kDaタンパク質のモノマー当たりの比活性はGroELとほぼ同様であった。以上の結果は,大腸菌のDppAタンパク質と相同な58kDaタンパク質が分子シャペロン様活性をもつことを示し,これはグラム陰性細菌のペリプラズムに存在する分子シャペロン様タンパク質の最初の例と考えられた。
ゲームを適用したフォーマル・インフォーマルラーニング接続支援システムの開発

本研究の目的はインフォーマルとフォーマル学習を効果的に接続するためのゲーム型学習環境の構築と評価をすることである。本研究では2点のことを行った。1つ目はフォーマル・インフォーマルラーニングの接続を促進するゲームデザインの検討を行う。2つ目はフォーマル・インフォーマルラーニング接続を行うゲーム型支援システムを開発・評価を行うことである。2つの成果としてインフォーマル学習環境において動きを交えた身体性を考慮した学習環境を構築することでフォーマル学習への効果的な接続ができる可能性があること、それを踏まえたゲーム型学習環境により、教材としての主観的効果や知識習得、技能習得に有効であることが示された。本研究はフォーマルラーニングとインフォーマルラーニングの接続支援をするためのゲーム型学習システムを開発し、評価することを目的としている。平成27年度では、当初計画を変更し、先に英語教育、特に語彙学習を目的としたゲーム型学習システムのプロトタイプの開発を行った。ゲームのデザインをインストラクショナルデザインの観点から、検討を行い、ゲームデザインの評価を行い、ゲームのリデザインを行った。ゲームのデザインとしては、チーム戦を想定し、大学のキャンパスにおいてGPSを使い、大学内の場所などに関連した語彙を提示し、学習していくものをデザインした。学習の継続性、学習意識の喚起、ストーリーの興味喚起などの観点で評価を行った。その結果、ストーリーに若干の修正が求められたが、大学内の地図など、日常生活や授業との関連もあり、有効性の認知はされた。その結果を踏まえ、リデザインを行い、プロトタイプの開発を行った。研究分担者の都合もあり、計画を変更し、デザインとプロトタイプの開発を先に進めたが、両方とも順調に開発ができており、デザインは概ね固まった。またゲームの活動で中心となるコア機能のプロトタイプの開発もほぼ終わっている状況で、細かなデザインを適用していく段階にある。そのため、順調に進んでいると評価している。平成28年度では、平成27年度で開発を行った英単語学習ゲームのプロトタイプの形成的評価を行い、実際の授業においても、評価を行った。また、GPSを活用した学習ゲームの汎用性を検討し、そのゲーム開発プラットフォームの開発も行った。英単語学習ゲームのプロトタイプ形成的評価では、平成27年度に引き続き、ストーリーの評価に加え、機能、インストラクショナルデザインや情報認知の観点で評価を行った。その結果、インターフェースについては「ツールの詳細」、「プレイヤー情報の可視化」、「100%の場所は教えてほしい」、「前のページに戻るボタン」等詳しい意見が挙げられた。また操作感については「位置情報が不安定、近づいたと思うと離れていく」、「押しても反応しない、位置情報が読み取りにくい」、「スポットに来ても、問題にアクセスできなかった」等、位置情報に関する指摘は多く挙げられた。インストラクショナルデザインに関する評価では「チーム戦というのがおもしろい」、「自分の知っている土地がゲームになっていて面白かった。」、「チーム分けの由来がわかる」などゲームの注意、関連、満足度については高い評価が得られたが、学習後の能力に関する自信の向上については低く評価された。これらの問題を改善し、実際に授業で評価を行った。評価項目はインストラクショナルデザインの観点、能力についてである。その結果、インストラクショナルデザインの観点では関連性、満足度は評価されたものの、ゲームが難しく、自信や注意は低く評価された。しかし、能力については、事前事後において、有意傾向であるが単語能力が伸びていることが示され、GPSを使用した英単語学習ゲームの有効性が示された。プロトタイプの形成的評価、改善に加え、実際の授業において評価し、その有効性が示された。またこのようなゲームの利用普及を進めるため、Webベースのゲーム開発プラットフォームも開発できた。これは当初予定にはないことであり、研究知見の社会実装を進めていくことが望まれる科研費の特性から、高く評価することができると考えられる。本研究ではインフォーマル学習とフォーマル学習の橋渡しとして、2つのアプローチを展開し、研究を行った。1つはこの2年で開発をしたゲーム型学習支援システムの評価を行った。2つめはゲーミフィケーションを取り入れたインフォーマルとフォーマルをつなぐ授業デザインを行い、実施・評価を行った。1つめについては、図書館活用ゲームに展開し、評価を行った。ゲームのデザインとしては学習の動機付けに活用されるインストラクショナルデザインであるARCSモデルを適用したものである。さらに実際に図書館に行かないとゲーム進行ができず、行動を伴う学習ゲームとなっており、スマートフォンで動作する。大学生36名を対象に、スライド教材との比較実験を行い、知識の習得とARCSの意識、行動テストにて評価したところ、知識の習得については、学習後、1ヶ月後の遅延テストにおいて、群間で差は見られなかった。ARCSの意識変化についてはゲーム群の方がARSの3点において有意に高いことが示され、学習動機を高める効果があることが示された。行動テストについては、ゲーム群の方が、回答時間が早く、正解へ至る問題が多いことが示された。2つめとしては小学校を対象に、ゲーム的要素を含めた、インフォーマル学習とフォーマル学習をつなぐ授業デザインを行い、その効果の評価を行った。具体的には、震災時の健康管理をテーマにプロジェクトベースの授業を行い、児童たちが自宅での手洗いを行うと、保護者にスタンプカードにスタンプを押してもらえ、そのスタンプ数に応じて、議論の観点を与えられるヒントカードが配布されるものである。小学校6年生68名を対象にした実践の結果、健康管理意識と知識ともに有意に向上することが示された。また自由記述の結果、インフォーマル学習とフォーマル学習を橋渡しするゲーミフィケーションデザインの有効性認識や満足度が高いことが示された。

本研究の目的はインフォーマルとフォーマル学習を効果的に接続するためのゲーム型学習環境の構築と評価をすることである。本研究では2点のことを行った。1つ目はフォーマル・インフォーマルラーニングの接続を促進するゲームデザインの検討を行う。2つ目はフォーマル・インフォーマルラーニング接続を行うゲーム型支援システムを開発・評価を行うことである。2つの成果としてインフォーマル学習環境において動きを交えた身体性を考慮した学習環境を構築することでフォーマル学習への効果的な接続ができる可能性があること、それを踏まえたゲーム型学習環境により、教材としての主観的効果や知識習得、技能習得に有効であることが示された。平成28年度は、まずプロトタイプの形成的評価を行い、ゲームの評価、動作の確認などを行う。また、プロトタイプの機能要素と自己調整学習の関係性についてデータを収集し、フォーマル・インフォーマルラーニングの関係性とゲームデザインの接点を検討する。本年度後半には授業との連携を進め、授業との接続性を検討していく計画である。平成29年度は最終年度であるため、長期的な評価を行いたい。評価の観点として、利用ログの観点も加え、心理データと突き合わせ、フォーマル学習とインフォーマル学習の接続としての本ゲームの役割についても検討していく。また利用頻度など、学習者特性によって差が出ることが多いの予想されるため、インフォーマル学習において使用する学習者の特性についても、フォーマル学習における状況なども踏まえ、検討したい。教育工学研究計画当初は、自己調整学習、フォーマル・インフォーマルラーニングのモデルを構築し、国際会議発表をするなどを検討していたが、共同研究者の状況など考慮する事態があり、先にプロトタイプ開発を行うこととした。年度末にプロトタイプのほぼ完成をしたが、検証のデバイス購入、ならびに成果発表をすることができなかったためである。本年度はレンタルサーバーを契約し、研究を遂行する計画であったが、学内のサーバーに空きが生じたため、そちらの方を使わせて頂くことで、経費に差分が生じた結果となった。平成28年度は当初予定であったモデルの構築、プロトタイプの開発・評価に関する成果が出るため、積極的に研究成果発表をし、検証用のデバイスを購入する予定である。平成29年度では、学内のサーバーが使えなくなるため、外部のサーバーを使用することとなる。外部のサーバーの契約費用、ならびにスマートフォンをもたない学生向けの貸出端末の購入が予想以上に必要になることがわかったため、その経費に充てる予定である。
回転拡散を利用した螢光相関分光による細胞骨格蛋白分子の重合過程の解析

本研究は、回転拡散係数を利用した螢光相関分光法(Fluorescence Correlation Spectroscopy,FCS)により、細胞骨骼蛋白分子の重合の過程を観察する事を目的とする。重合制禦において特に重要だと考える重合開始、および重合早期の過程を溶液中で観察する実験を行う。更に相互作用する蛋白や薬剤やなどが重合に与える影響を、溶液中で観測する実験を行い、重合制禦の仕組みに関する知見を得ることを目指す。
強磁性超薄膜における電界誘起冷却効果

スピン流の生成・検出はスピン流の基礎物理のみならずスピントロニクスデバイス研究開発の観点からも重要であり、研究が進められている。これまでに、光、熱、電磁気、力学的回転を介したスピン流生成および検出が実現されている。その中でもスピンポンピングと逆スピンホール効果の組合せは最も代表的なスピン流生成・検出手法の一つであり、様々な物質群に適用されてきた。昨年度に続き、スピンポンピングと逆スピンホール効果を用いることで、金属/強磁性半導体におけるスピン流生成とその検出に関する実験を行った。昨年度得られた知見を活かすことで、金属/強磁性半導体界面におけるスピン流生成・検出の精密測定を実現した。その結果、Pt/(Ga,Mn)As界面においてp型GaAs/(Ga,Mn)As界面における13倍のスピンミキシングコンダクタンスが観測された。また、強磁性金属/常磁性金属積層構造におけるスピンポンピング、逆スピンホール効果、輸送測定の実験結果を比較することにより、スピンポンピングによって生成されるスピン流のスピン偏極方向が強磁性体層のスピン偏極方向に依存することが明らかとなった。本研究成果はスピン流の生成・検出手法として幅広い物質群に対して用いられてきたスピンポンピングと逆スピンホール効果について新たな知見を与えるものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。近年,スピントロニクスで培われてきたスピン流に関する基本的な枠組みを熱的な現象まで拡張することを目的としたスピンカロリトロニクスと呼ばれる研究領域が急速な進展を見せている.申請者はこれまでに,強磁性体/常磁性体接合におけるスピン流の生成・検出に関する研究に取り組んできた.本年度はスピンホール効果を介して発現する「スピンホール磁気抵抗効果」と呼ばれる新しい現象を発見し,これを報告した.この現象は強磁性絶縁体/常磁性金属複合膜において,常磁性金属層に生じる異方的な磁気抵抗効果であり,簡便な輸送測定から常磁性層のスピン流一電流変換効率やスピン拡散長といったパラメタの決定が可能となる.我々は更に,電界効果誘起強磁性相転移現象を用いた新奇な現象を探求する取り組みをスタートさせた.磁性体の磁化は通常,外部磁界や電流によって制御される.近年,電界印加による物質のキャリア変調法が省エネルギーの観点から注目されており,多種多様な物性の変調が実現されている.これらの研究を基に,申請者は電界によるキャリア変調手法を外部磁界印加下の磁性体に応用し,電界による強磁性相転移現象を引き起こすことで,磁気熱量効果の電界制御という新しい物質機能を引き出せるのではないかと考えた.このような現象が実現すれば,新しいタイプの省エネルギー熱デバイスの構築が可能となるとともに,スピンカロリトロニクスにおける基礎研究に対して新たな知見を与えることが期待される.特別研究員初年度に当たる平成25年度は,強磁性体を用いた試料の作製・評価とその解析,実験系の構築に取り組むとともに,二年目の研究に向けた予備実験を行ってきた.これ迄に強磁性金属/強磁性半導体の新しい磁性積層構造においてスピンポンピングと逆スピンホール効果の観測に成功している.本年度得られた知見を活かし,来年度は磁気熱量効果の観測を行う予定である.スピン流の生成・検出はスピン流の基礎物理のみならずスピントロニクスデバイス研究開発の観点からも重要であり、研究が進められている。当初の計画通り,電界によって誘起される磁気熱量効果の観測に向けた強磁性超薄膜試料作成・評価・解析および測定系の構築を行ってきた.その結果,良好な膜質の磁性薄膜を得ることができており,来年度の研究に向けた予備実験を遂行することでデータを蓄積することができた.以上のことから,研究は計画通り進められている.本年度,強磁性半導体および強磁性金属の超薄膜における電界誘起効果の観測に向けた試料および測定系の準備を行ってきたが,来年度はこれまでに予備実験で得られた知見を生かし,電界による磁気熱用効果の本格的な測定に取り組む.もし必要があれば更に材料探索を行い,電界効果により誘起される磁気熱量効果の測定に最適な物質群を調べる.
都市への移動と社会ネットワークの動態に関する人類学的研究―モザンビーク島を事例に

アフリカ都市における貧困層や移民に関する多くの研究では、人々は都市において親族や同郷者などとの社会関係を構築・拡大し、互助を行う主体として描かれた。本研究では、これら先行研究で着目されてこなかった人々の社会関係の一時性や不確実性に着目する必要を示し、人々が経験する社会関係の変化や、その中で彼らが関係を紡ぎまた切り離す過程を詳細に描く。また、この社会関係の一時性に寄与する対象地域の歴史や都市空間構造の形成などの構造的な要因も明らかにする。本研究は、モザンビーク北部の位置する都市的漁師町であるモザンビーク島を事例に、複数回にわたる長期間のフィールドワークに基づき行う。
乳癌細胞におけるビスフォスフォネート製剤と放射線療法の併用効果に関する基礎的検討

再発乳癌、特に骨転移に対して放射線療法は疼痛緩和や腫瘍縮小にすぐれた効果を発揮する。このように乳癌に対して、放射線療法は多大な有効性が認められているにもかかわらず、その抗腫瘍効果に関するメカニズムは明らかではない。さらに、最近では骨転移に対して、Bisphosphonate製剤が有効とされており、高カルシウム血症の改善のみならず、抗腫瘍効果も確認されている。臨床的に乳癌の骨転移に対しては、放射線療法とBisphosphonate製剤の併用はよく行なわれる治療法であるが、放射線療法とBisphosphonate製剤の併用に関する基礎的な報告はいまだにみられず、その抗腫瘍効果のメカニズムを解明することは意義あることと考えられる。Bisphosphonate製剤存在下で放射線療法を併用したときの抗腫瘍効果を乳癌培養細胞であるMCF-7、MDA-MB-231細胞を用いin vitroで検討した。その結果、それぞれの細胞においてBisphosphonate製剤1μM、放射線療法単独群(3Gy)ではほとんど増殖抑制効果がみられなかったが、併用群では明らかな抗腫瘍効果が認められた。また、MCF-7細胞においてBisphosphonate製剤単独では5%、併用群では30%のアポトーシス細胞がみられ、併用群において有意にアポトーシスの誘導が増加した。Cyclin D1の発現変化をWestern blotで検討すると、併用群において発現が著明に低下した。また、ERK MAPKのリン酸化の変化を検討すると、併用群では著明なリン酸化抑制が認められた。以上の結果より、放射線療法とBisphosphonate製剤の併用は細胞周期や細胞内シグナル伝達を変化させることによりアポトーシスを誘導することが示唆された。再発乳癌、特に骨転移に対しては放射線療法は疼痛緩和や腫瘍縮小にすぐれた効果を発揮する。Cap43遺伝子は細胞の分化やcell arrest時に増加し転移を抑制することが報告されており、乳癌骨転移のメカニズム解明には重要な遺伝子と考えられる。今後、Bisphosphonate製剤と放射線療法の併用療法がCap43にどうのような影響をおよぼすかを検討したい。
超高速非線形光信号処理のための強度揺らぎ補償に関する基礎研究

光通信ネットワークでは,伝送,増幅,スイッチング等の処理により光信号の各ビット間に強度揺らぎが生じる.本研究では、この光信号の強度揺らぎの補償において、強度揺らぎ補償範囲の拡大および強度安定化の高精度化を目指し、その機能をもとにした高繰り返し信号に対する適用可能性、強度安定化の信号を後続の光信号処理に利用可能性の検討を進めた。その結果、40Gbpsの信号への対応(シミュレーション)および自己周波数シフト発生の安定化(実験)を実現し、これらの成果を論文および学会において発表した。光通信ネットワークでは,伝送,増幅,スイッチング等の処理により光信号の各ビット間に強度揺らぎが生じる.これら光信号の強度揺らぎは信号のS/N比を悪化させ,データの誤り率を増加させるため,補償を行う必要がある.本研究では、この光信号の強度揺らぎの補償において、対応可能な入力光強度のダイナミックレンジを飛躍的に拡大することを目指している。従来の単純なバンドパスフィルタリングを用いた光信号の強度揺らぎの補償方法では,自己位相変調現象による入力強度の増加による中心周波数成分の減少を用いている.しかし,一般には中心周波数成分の減少の効果が強すぎることにより,自己位相変調現象後の出力光強度レベルが理想の強度レベルよりもはるかに小さくなってしまうために,対応可能な入力光強度レベルのダイナミックレンジが非常に狭くなってしまうという大きな課題を抱えている.平成21年度は、中心周波数成分の減少効果の制御方法を検討することを目的として、1)時間-周波数分布表示のアシストによる解決法の抽出および2)次年度の予備実験を中心に進めた。検討の結果、これまで明らかとなっていなかった中心周波数成分周辺での物理的な状況を明らかにする糸口を掴んだ。また、その知見をもとに時間波形の適切な制御方法を検討した結果、中心周波数成分の減少の効果を制御するための入力信号波形に適切な変調をあらかじめ印加することにより所望の中心周波数成分の減少の効果の制御の可能性を見出した。今後、得られた知見を一般化するために、さらに最適化を計算機シミュレーションをもとに検討していく予定である。従来の単純なバンドパスフィルタリングを用いた光信号の強度揺らぎの補償方法では,自己位相変調現象による入力強度の増加による中心周波数成分の減少を用いている.しかし,一般には中心周波数成分の減少の効果が強すぎることにより,自己位相変調現象後の出力光強度レベルが理想の強度レベルよりもはるかに小さくなってしまうために,対応可能な入力光強度レベルのダイナミックレンジが非常に狭くなってしまうという大きな課題を抱えている.平成22年度は、平成21年度の検討結果を踏まえ、1)入力時間波形の制御による安定した強度依存スペクトルパターン生成によるアプローチの検討および2)入力時間波形の制御による特徴的な強度依存スペクトルパターン生成によるアプローチの検討を進めた。その結果、特に高精度化に関して、安定した強度依存スペクトルパターン生成によるリミッタ機能が得られ、10Gbpsでの安定化に成功した。それらの検討結果を国際会議の招待講演などで発表した。今後は、更に高いビットレートへの適用と接続する非線形光信号処理の安定化の実現を目指す。光通信ネットワークでは,伝送,増幅,スイッチング等の処理により光信号の各ビット間に強度揺らぎが生じる.これら光信号の強度揺らぎは信号のS/N比を悪化させ,データの誤り率を増加させるため,補償を行う必要がある.本研究では、この光信号の強度揺らぎの補償において、対応可能な入力光強度のダイナミックレンジを飛躍的に拡大することを目指して研究を行った.従来の単純なバンドパスフィルタリングを用いた光信号の強度揺らぎの補償方法では,対応可能な入力光強度レベルのダイナミックレンジが非常に狭くなってしまうという大きな課題を抱えていた.本研究では,波長フィルタリングと強度依存スペクトルパターン生成の双方をバランスよく機能させることにより強度揺らぎ補償範囲の拡大および強度安定化の高精度化を検討した。平成23年度は、平成22年度の検討結果を踏まえ、1)更に高いビットレートへの適用と2)接続する非線形光信号処理の安定化の検討を進めた。その結果、特に10Gbpsを超える高ビットレートの信号に対する検討に関して、40Gbpsの信号に対するリミッタ機能をシミュレーション実験により確認した。また、接続する非線形光信号処理として、スーパーコンティニューム光発生のための種光パルスの安定化の効果の検討を進め、広帯域光源の安定化への適用可能性を明らかにした。それらの成果を論文および学会において発表した。本研究の成果より、当初の目的である対応可能な入力光強度のダイナミックレンジの飛躍的な拡大だけでなく,高繰り返し信号に対する適用可能性、強度安定化の信号を後続の光信号処理に利用可能であることなどを明らかにした。
ニュートリノによる新物理の現象論的研究

MINOS実験におけるニュートリノ混合角はT2K実験のものと有意に異なっていることが知られている。MINOS実験グループが用いているニュートリノー核子散乱の断面積は必ずしも実験データを再現しておらず、又、彼らの最適解のフィットが悪いことも知られている。そこで、標準的枠組みの範囲内でニュートリノのエネルギーの推定値に大きな系統誤差があることを仮定し、フィットの良さが統計的に良くなるように(具体的にはreduced χ^2が1となるように)系統誤差を決めて解析を試み、MINOS実験とT2K実験との整合性を吟味した。結果は混合角の許容領域に関してはT2KとMINOSの齟齬が消失することはなかったが、質量二乗差に関しては両者の違いが少なくなることがわかった。太陽ニュートリノ観測とKamLAND実験の質量二乗差に有意な差があることが知られているが、それを説明するための可能性として、非標準的な大きさの太陽磁場とニュートリノ磁気モーメントを仮定して両者の差を説明する可能性を探った。残念ながらこのシナリオでは太陽ニュートリノ生存確率の現実的なエネルギー依存性の補正を説明することは出来ず、両者を整合させることは出来ないことがわかった。太陽ニュートリノ観測とKamLAND実験の齟齬を説明する一つの仮説としてフレーバーを保存しない非標準的相互作用が提唱されているが、そのような非標準的相互作用が存在する場合の低エネルギー領域での長基線実験でのニュートリノ振動確率を一般の非標準的相互作用の場合に求めた。この振動確率は高エネルギー領域でのCerveraの公式とは相補的なものとなっている。研究結果の一部が期待していたものとは異なるものであり、その対策を考えるのに若干時間がかかったため。若干の遅れはとったものの、研究のある程度の見通しは立っているので、今後は得られた成果を論文にするなどで計画通り研究を進めて行く予定である。出席を予定していた国際会議が国内で開催されることになり、当初予定していた旅費を全て使う必要がなくなった。このため、この旅費を翌年度以降にまわし、研究成果をより精力的に発表する予定である。
生体膜モデル表面の階層構造と元素特異的な密度分布の精密計測法の開拓

本課題では、細胞膜モデルを用いて、膜面内および膜近傍のタンパク質が持つ電荷による膜構造の変化と、膜-タンパク質の相互作用の強さを解明することを目的とした研究を行った。X線を膜に照射した際に、反射されるX線量の測定(X線反射率)と、膜やタンパク質を構成する原子から放出される蛍光の測定(微小角X線蛍光散乱法)を同時に測定することで、これまでに測ることのできなかった細胞膜中の電荷の分布をオングストローム(100億分の1メートル・原子の大きさレベルの長さ)精度で測定することに成功した。本申請では、膜タンパク・イオンとの相互作用を支配している静電相互作用を記述するため、微小角X散乱蛍光法(GIXF)とX線鏡面反射(XRR)を組み合わせた実験を行った。合成リポポリマーの気液界面単分子膜系においては、親水基の双生イオンであるPC基と水相イオンの相互作用をX線蛍光で直接測定した。膜近傍においてナトリウムイオンあるいはカリウムイオンとカルシウムイオンの局在の競合について調べ、これまでの一般的な分光法では不可能であった一価・二価のイオンの空間分布を測定した。また、疎水基-親水基のバランスが異なる分子について実験を行い、分子構造がもたらす膜厚・ラフネス・電荷密度の差異をX線反射率測定から見出した。現在これらの結果を、より定量的な理解に向けて解析している。過酸化脂質の気液界面単分子膜とCRPタンパク質の相互作用に関しても同様の手法で実験を行った。膜下水相に注入したタンパク質が脂質単分子膜と相互作用することによる、膜構造及びその直下のイオン分布の変化を見出した。構造の異なる2つの酸化脂質(PazePC、PoxnoPC)についても実験を行ったので、今後これらの比較を含め解析を行う予定である。また、糖脂質Gb3については、関連して中性子非鏡面散乱法を用いた力学パラメーターの決定に関する内容をフルペーパーとしてまとめ、JCP誌に掲載された。本申請では、オングストロームから数十ナノメートルにわたる生体膜モデルの階層構造と静電相互作用を解明する方法論と解析法を確立するために、微小角X線蛍光散乱法(GIXF)と(X線反射率法XRR)を組み合わせ、生体膜モデル近傍におけるイオンの空間分布の精密計測およびタンパク質の空間分布・表面密度の特定に基づく、選択的・非選択的相互作用の様式の解明を目的とした研究を行った。気液界面での合成リポポリマーブラシ単分子膜を用いた実験では、親水基の双対イオンであるPC基側鎖と水相中のイオンの相互作用をX線蛍光散乱で直接測定した。従来の分光法では得られなかった一価・二価のイオンの空間分布を分離して測定することに成功し、膜近傍におけるナトリウム・カリウム・カルシウムイオンの競合的局在の様子を明らかにした。本年度はさらに、膜構造の物理特性として膜厚とラフネスをX線反射率の測定によって取得し、GIXFで得られた情報を組み合わせ、イオンの空間局在による膜構造の変調を定量するための解析を行った。現在論文の投稿準備中である。過酸化脂質の気液界面単分子膜を用いた系では、膜面直下水相に注入したタンパク質CRPが脂質単分子膜と相互作用することによる膜構造と直下のイオン分布の変化に注目した実験と解析を行ってきた。本年度は特に、CRPによる膜の構造のみならずその剛性変化に注目し、新たに中性子非鏡面散乱実験を行った。現在論文を執筆中である。糖脂質Gb3を用いた系でも、中性子非鏡面散乱法を用いて膜合成の定量を行った結果をまとめた。(A. Yamamoto et al., JCP, 2015)さらに本年度は、糖脂質と中性リン脂質の二成分系で同様の実験を行い、その構造と物性の変化を測定した。本研究では、実験をフランスグルノーブルの放射光施設ESRFで限られた時間しか行うことが出来ないにもかかわらず、多くの興味深いデータを得ることに成功した。一方で、これらの結果の解析に当たっては実験サンプルごとに適切な追加実験を行い、それらを組み合わせることで膜厚やラフネス等のパラメーターを現実的な範囲で決定することが望ましい。リポポリマーに関しては合成分子の分子量測定等に多少困難があったものの、ほぼすべての系で現在までに解析が始められる状態になっているため、おおむねに順調に進展していると言える。ソフトマター物理今後は、これまでに得られたデータをもとに解析を行い、それぞれの系に対し定量的な結果を見出すことを目指す。解析のためのプログラムはほぼ準備が整っているが、X線鏡面散乱の実験結果が予定していたプログラムで扱いにくいものであったため、まずこの部分を改良する必要がある。これをもとに膜の構造に関する情報を決定し、X線蛍光の結果と組み合わせることで最終目標であるイオンの空間分布の定量決定を行う。

さらにこれらの実験系に関して、静電相互作用だけでなくその力学的な特徴についても明らかにするために、中性子非鏡面散乱実験を計画している。この実験・解析手法については既にGb3分子に関する研究で確立しており、スムーズに進むものと考えている。静電相互作用に加え力学特性を明らかにすることで、細胞膜モデルとしての包括的な記述が可能になると期待できる。設備備品費として計上していたUVオゾン洗浄装置は、研究室の運営費から支出されて購入し、本申請での購入を控えた。消耗品費に関しては、特に脂質に関して予定より少ない量で必要な実験を行うことができたため、費用が抑えられた。またPCについては、年度末直前に実験結果がある程度揃い、解析に必要なスペックの見直しが必要になったため、購入を延期した。今年度には実験と議論のために述べ2か月ドイツとフランスに滞在する予定で、このために約100万円を計上している。また、新たに糖脂質とタンパク質などのサンプル購入費(50万円)、消耗品費(20万円)を計上している。さらに、デスクトップPC(40万円)を購入し解析をより迅速に進めたい。平成27年度は申請最終年度となるので、成果をまとめ学会発表(物理学会・生物物理学会)のための旅費、論文の校閲費・出版費を計上する予定である。
奄美大島の森林生態系保全‐森林性カエルの保全に配慮した森林管理手法の提言

奄美大島における森林性カエルの保全につなげるため、林道敷設や伐採がカエル成体の餌資源量や幼生の生存に与える影響を評価した。カエルが一晩に動く範囲内における林道、林内間で餌資源である地上徘徊性昆虫のバイオマスに相違は見られないこと、また、林齢によっても影響を受けているとは言えないことが明らかとなった。林道や伐採が複合的にカエルに与える影響について、今後の解析に不可欠な多くのデータを得ることができた。奄美大島の森林生態系は希少な生物の生息地として重要であるが、近年、森林伐採、林道開発、外来種の導入、といった人為的な環境改変が、森林性生物の存続を脅かしている。一方で、島の暮らしには森林環境の改変は欠かせない。本研究は、保全指標種として有用である森林性のカエルに着目し、その保全に配慮した森林管理の在り方を提唱することで、奄美大島の森林生態系全体の効果的な保全につなげることを目的としている。特に、人為的な環境改変として複数の項目を扱った総合的な解析を行うこと、および、森林性カエルの保全指標種としての特長を活かすため、幼生と成体という生活史段階別のプロセスを考慮することに留意している。本年度は、エサ資源の定量を行うための予備調査を行い、粘着トラップによる徘徊性昆虫類調査手法を確立した。また、個体数推定のための標識再捕獲を進めた。再捕獲のデータについては、ラジオテレメトリーのデータと併せることでオットンガエルの行動範囲推定を行い、論文を執筆・投稿した。さらに、オットンガエルの拇指に関するデータをまとめた論文を発表し、研究対象としているオットンガエルの、保全対象種としての価値を明らかにした。この論文については出版社からのプレスリリースにより、ナショナルジオグラフィック誌をはじめとする各国のネット上で取り上げられた。奄美大島の森林生態系は、稀少な生物の生息地として重要であるが、近年、森林伐採、林道開発、外来種の導入、といった人為的な環境改変が、森林性生物の存続を脅かしていると言われている。本研究は、保全指標種として有用な森林性のカエルに着目し、その保全に配慮した森林管理の在り方を提唱することで、奄美大島の森林生態系全体の効果的な保全につなげることを目的としている。本年度は、餌資源の定量として、粘着トラップによる徘徊性昆虫類調査を行い、林齢と餌資源の関係を解析したが、分類群ごとに反応が異なり、一概に林齢との関係を言うことは難しいことが明らかとなった。環境改変の現状とカエルの生息パターンの関係については、解析方法に習熟した研究者と共同研究とし、環境要因からオットンガエルの生息適地を推定した。これらの結果について論文化を進めている。また、カエルの生息パターンを理解する際に必要な、行動範囲についての結果をまとめ、論文を発表した。さらに、カエルの餌動物である徘徊性動物量を林道と林内で比較し、論文として投稿した。当初初年度予定であった環境改変の現状とカエルの生息パターンとの関係を明らかにするモデル作成は終了していないが、これに必要なGIS解析による地形変数、林齢に関する変数のデータ収集が終了した。一方で、当初二年目の予定であった、徘徊性動物量の評価に着手し、その方法を確立することができた。また、溜桝利用の幼生生存率を明らかにするため、サンプル採取を行った。成果発表では、カエルの行動範囲推定について論文投稿、および、対象種の生態についての論文発表を行い、本種の保全対策に有効な知見を提供することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。環境改変の現状とカエルの生息パターンの関係についてのモデル作成のため、最新の解析方法の習得を進める。生物の在情報のみから分布を推定する方法を用いることとし、その方法に習熟した研究者との連携を強める。影響経路メカニズムの検証においては、昨年度方法を確立した、徘徊性動物量の評価を行う。また、溜桝の利用率、および林道におけるロードキルの実態を明らかにするため、現地調査を続行し、さらに、溜桝における幼生の生存率を明らかにするため、昨年度採取した幼生のサンプルからのDNA抽出、解析を行う。
超塑性を利用した強加工微細化マグネシウム合金粉体大型成形材の創製

本年度は繰り返し粉体圧延を施したマグネシウム合金粉体の押出材を用い高温圧縮試験を行なうことにより超塑性領域が発現するか否かを明らかとした。試験は繰り返し粉体圧延回数N=0,10,20,50について行い押出加工は400°Cで行なった。その結果N=50材では粒径23μmの微細粒組織が得られた。高温圧縮試験は200,300,400°Cで行い初期歪速度は1x10^<-4>,1X10^<-3>,1x10^<-2>s^<-1>で実験を行なった。その結果N=50材において上降伏点、下降伏点の発現が見られた。また、歪が10%での応力と歪速度の関係をとり応力指数を評価した。すべての温度すべての歪速度においてNが増加するとともに変形応力の低下が見られた。また応力指数は400°C,N=0,10,30において4程度の値が見られ,N=50では89の高い応力指数が見られた.この高い応力指数は粉体繰り返し圧延中に導入される微細酸化物によるしきい応力の発現のためと予測される.また得られるしきい応力の値は8MPa程度で過去に報告されている粉末冶金法によるMg合金で見られるしきい応力とほぼ一致している.300°Cにおける応力指数はN=0,10,20において3程度の応力指数が見られ,N=50では歪速度1x10^<-3>と1x10^<-2>s^<-1>の間で応力指数2を示す.一般的に応力指数が2以下の領域では超塑性が発現することが言われておりN=50材の歪速度lx10^<-3>と1x10^<-2>s^<-1>の間で超塑性変形が発現することが予測される.200°Cにおいてはすべての試料で710の高い応力指数を示しべき乗則クリープから離脱した領域であると予測される.以上のことよりN=50材において300°C,歪速度1x10^<-3>と1x10^<-2>s^<-1>の条件で超塑性現象が発現することが予測される.本年度は繰り返し粉体圧延を施したマグネシウム合金粉体の押出材を用い高温圧縮試験を行なうことにより超塑性領域が発現するか否かを明らかとした。また応力指数は400°C,N=0,10,30において4程度の値が見られ,N=50では89の高い応力指数が見られた.この高い応力指数は粉体繰り返し圧延中に導入される微細酸化物によるしきい応力の発現のためと予測される.また得られるしきい応力の値は8MPa程度で過去に報告されている粉末冶金法によるMg合金で見られるしきい応力とほぼ一致している.300°Cにおける応力指数はN=0,10,20において3程度の応力指数が見られ,N=50では歪速度1x10^<-3>と1x10^<-2>s^<-1>の間で応力指数2を示す.一般的に応力指数が2以下の領域では超塑性が発現することが言われておりN=50材の歪速度lx10^<-3>と1x10^<-2>s^<-1>の間で超塑性変形が発現することが予測される.200°Cにおいてはすべての試料で710の高い応力指数を示しべき乗則クリープから離脱した領域であると予測される.以上のことよりN=50材において300°C,歪速度1x10^<-3>と1x10^<-2>s^<-1>の条件で超塑性現象が発現することが予測される.
超高圧電子線トモグラフィの撮影に要する時間を1/100以下にする高速撮影法の開発

超高圧電子顕微鏡を用いた電子線トモグラフィの実験において、従来多大の時間と労力を必要としていたが、本研究において主として、(1)高精度試料傾斜装置の開発、(2)画像の高速撮影法の開発、(3)撮影の自動化と支援システムなどの開発を行うことにより、1枚あたりの撮影時間においても、またトモグラフィの1シリーズの撮影時間においても所要時間を当初目標どおりの1/100の時間短縮を達成することができた超高圧電子顕微鏡を用いた電子線トモグラフィの実験において、従来多大の時間と労力を必要としていたが、本研究において主として、(1)高精度試料傾斜装置の開発、(2)画像の高速撮影法の開発、(3)撮影の自動化と支援システムなどの開発を行うことにより、1枚あたりの撮影時間においても、またトモグラフィの1シリーズの撮影時間においても所要時間を当初目標どおりの1/100の時間短縮を達成することができた電子顕微鏡において、試料の立体的情報を得る手法である電子線トモグラフィーでは、試料を±60度以上傾斜して多数の像を撮影する必要がある。超高圧電顕では1シリーズ撮影するにはおよそ35時間を要している。さらに、撮影画像から再構築像を得るには画像の正確な位置合わせが必要であり、これにも長時間を要している。本研究ではこれらの時間を大幅に短縮するために大きく分けて3つの問題を解決する。まず、1.撮影に時間を要している原因の一つは傾斜に伴う像の位置とフォーカスの変化の修正作業である。この作業を不要にするために高精度試料傾斜装置を開発した。機構部の高精度化、ユーセントリック調整機構の改良などを行い±60度傾斜しても像の移動が3μm以内の性能が実現できた。これは1万倍以下であれば傾斜をしても目標物が視野内に留まる量であり、修正の作業が不要であることを意味し、大幅な時間短縮が実現できた。次に、2.現在撮影に用いている冷却CCDカメラは1コマ撮影に1分弱の時間が必要である。これに代わって高速連写ができる一眼デジタルカメラおよびハイビジョンカメラによる撮像ができるシステムを構築した。得られた画像を大きく拡大して冷却CCDと比較すると、一眼デジカメの場合S/N比が、ハイビジョンカメラの場合解像度が少し劣っていた。しかし三次元像再構築に用いる場合は1Mピクセル程度なのでいずれも十分な画質であった。これらに加え、撮影効率をより向上するために、傾斜装置と連動して撮影シーケンスが進むソフトウエアーを開発した。その結果、従来1シリーズ121枚の撮影に数時間要していたものが、一眼デジタルカメラで20分程度、ハイビジョンカメラの場合は最速で1分弱で撮影ができるようになった。これは遠隔観察の場合も同様である。20年度はさらなる撮影シーケンスの最適化および3.像の再構築作業の高速化を重点に進める予定である。電子顕微鏡において、試料の立体的情報を得る手法である電子線トモグラフィーでは、試料を±60度以上傾斜して多数の像を撮影する必要がある。超高圧電顕では1シリーズ撮影するには従来およそ35時間を要している。この時間を短縮するために19年度において、視野位置の補正やフォーカスのずれを極めて小さくできる高精度傾斜装置と、撮影時間を大幅に短縮できる一眼デジタルカメラおよびハイビジョンカメラによる撮影法を開発した。本年度は、上記撮像方法が予想以上に好結果が得られたので、撮影効率をより向上するために、傾斜装置と連動して撮影シーケンスが最適なタイミングで自動的に進む制御ソフトウエアーを開発した。これは、撮影する傾斜角度の範囲、傾斜角度のステップ及び各動作間の待ち時間を決めると自動で1シリーズの撮影が進行するもので、手動で操作を行う場合に比べて無駄な時間がなくなるため極めて効率のよい撮影ができた。この場合のカメラはX線環境下の電子顕微鏡下部に取り付けるため、約30m離れた操作室から上記の制御及びカメラの操作ができるコントローラーを作成した。これには撮影画像を操作室に即座に転送する機能も含んでいる。これとは別に、試料が傾斜するにつれ実効厚さが変化するので、ビームの透過能が変わり像の明るさが変化するという問題がある。この対策として明るさの調整などの自動化機能を組み込んだこれらの結果、、従来1シリーズ121枚の撮影に数時間要していたものが、一眼デジタルカメラを用いた場合で320分程度、ハイビジョンカメラの場合は最速で約75秒で撮影ができるようになり、当初目標の1/100の時間短縮を達成することができた。
関節軟骨の表面・最表層構造および軟骨下骨結合部の形態学的研究

関節は2つの骨の間に可動性と支持性を賦与する構造物であり、骨端は薄い関節軟骨に覆われている。関節軟骨の実質部の形態学的・生化学的研究の進む中で、関節の潤滑に関係深い表面構造、摩耗に対する高い耐久性を持つ最表層構造、そして関節軟骨の立体的構築維持の鋳型としての軟骨下骨との結合様式が不明のまま残されている。そこで、関節軟骨の表面・最表層構造および軟骨下骨結合部について、位相差顕微鏡・偏光顕微鏡・走査電子顕微鏡を用いてそれらの形態を明らかにするため本研究を行った。得られた結果の概略を以下に記した。(1)関節軟骨表面構造:関節液に由来する不定形な高分子の蛋白・脂質を取り除いた関節表面は、コラゲン細線維の密な網目からなり、ミクロン単位で平滑であった。(2)最表層構造:関節軟骨最表層に無細胞性のコラゲン細線維から構成される層を認めた。その厚さは、成人大腿骨頭関節軟骨で48μm、ラット大腿骨頭関節軟骨で12μmであった。この最表層の膜様構造物は薄膜として機械的に剥ぐことができ、関節軟骨周辺部では滑膜組織に移行していた。剥離境界面にコラゲン線維の破断は無く、境界の上下の面の線維径・線維密度に明瞭な差を認めた。これらの所見より、最表層は独立した層で、関節軟骨の最外殻として関節軟骨の形態維持の役目を果たしていることが判明した。(3)関節軟骨の軟骨下骨結合部について:成人大腿骨頭の前額面の全割標本を作製し、荷重部と非荷重部について軟骨と軟骨下骨の結合部の形態を比較した。結合部は一本の曲線として観察され、単位直線当たりの曲線の軌跡を計測し、その起伏率を算出した。その結果、荷重部の結合部が非荷重部に比べ有意に起伏に富むことが判明した。軟骨・骨結合部の起伏は、加わる力学的ストレスの強弱に影響されると考えられる。平成3年度には、関節の潤滑作用に密接に関連する関節軟骨の表面構造と、関節運動に伴う摩耗に対して高い耐久性を備える最表層構造について形態学的な検討を行い、以下の結果を得た。1.表面構造については、ヒト成人と成熟ラットの正常大腿骨頭を材料とし、無処置・生理的食塩水洗浄・超音波洗浄処置の各群の関節軟骨をグルタ-ルアルデヒド・オスミウム・タンニン酸固定後、臨界点乾燥を行い、走査電子顕微鏡で観察した。その結果、無処置では関節液の高分子物質が残存し、関節表面は凹凸不整であるが、洗浄操作後には関節液成分が除去され、密なコラ-ゲン細線維網からなる平滑な表面が露出する所見が得られた。2.最表層構造については、ヒト成人と成熟ラットの大腿骨頭関節軟骨を材料として、関節軟骨の縦方向の薄切切片を作製し、普通光顕像・偏光像・位相差像を観察した。偏光像・位相差像において、関節軟骨最表層にヒトでは10μm弱の、ラットでは2ー3μmの厚さのその下層とは明かに区別される輝板の存在を認めた。ラットの骨頭の全割切片では、この輝板は軟骨・滑膜接合部で滑膜下のコラ-ゲン線維層に移行していた。

さらに、輝板が独立した層であるか否かを検討するため、最表層を実体顕微鏡下に機械的に剥離し、その剥離面・被剥離面の走査電子顕微鏡による観察と、剥離膜と表面を剥離された軟骨片の縦方向の薄切切片の光学顕微鏡(偏光像・透過型微分干渉像・位相差像)による観察を行った。その結果、最表層は関節軟骨内でその下層の線維と連絡性を有しない独立した、無細胞性の線維層であることを明らかにすることが出来た。平成4年度以後には免疫組織学的手技を使い、輝坂の生化学的特性を明らかにする。関節軟骨の表面構造と最表層構造について形態学的な検討を行った平成3年度の結果を踏まえて、平成4年度には最表層構造のコラーゲン線維と関節周囲の滑膜組織との構造的関連性とコラーゲン線維の生化学的特性、そして関節軟骨と軟骨下骨組織との境界部の形態について検討し、以下の結果を得た。1.最表層構造について平成3年度に関節軟骨最表層にヒトでは10μm弱の、ラットでは2-3μmの厚さのその下層とは明かに区別される“輝板"の存在を認め、最表層は関節軟骨内でその下層の線維と連絡性を有しない独立した、無細胞性の線維層であることを明らかにした。平成4年度には、ヒト大腿骨頭の頚部の滑膜組織を骨頭側へ剥離し、剥離片の組織学的観察を行い、周囲の滑膜組織の滑膜下コラーゲン線維層と“輝板(関節軟骨最表層)"が機械的連続性を有していることを明らかにした。また免疫組織学的手技を用いて、“輝板"のコラーゲン線維の生化学的特性を明らかにした。2.関節軟骨と軟骨下骨組織の境界構造について7例の正常なヒト大腿骨頭の前額面の全割組織標本を作製し、荷重部と非荷重部について軟骨と軟骨下骨組織の境界の形態を比較した。軟骨と軟骨下骨組織の境界は一本の曲線として観察され、単位当たり曲線の長さをコンピューター・デジタイザーで計測し、その起伏率を求めた。その結果、荷重部における境界が非荷重部に比べて有意に起伏に富んでいることが判明した。この所見は、軟骨・骨境界部の形態の形成には加わる力学的ストレスの強弱が関与していることを示唆している。関節軟骨の表面・最表層構造、軟骨と軟骨下骨組織との境界構造について、平成3・4年度の結果を踏まえ平成5年度には含水状態の表面構造の観察、最表層構造物の免疫組織学的検討、そして軟骨・骨境界構造の立体的構造の検討を行った。1.表面構造:ラット大腿骨頭を材料として、グルタールアルデハイド・タンニン酸・オスミウム酸固定後、1)臨界点乾燥を行った標本、2)空気中で自然乾燥させた標本、3)乾燥を行わない含水状態の標本の3種類の標本の観察を走査電子顕微鏡で行った。1)の標本の表面はミクロン単位で平滑であった。2)の標本の表面は不整で、表層細胞に一致した凹みを多数認めた。3)の標本は観察中に乾燥され、標本(2)と同様の形態を示した。したがって、これまでに報告されている表面の凹凸は、乾燥状態の不良な標本にみられたため、これらの像は試料作製、特に乾燥過程の不備による人工的な像であると結論される。2.関節軟骨最表層構造:この層のコラーゲン線維は免疫組織学的に下層と同様にタイプIIであった。滑膜との境界部でのコラーゲン線維のタイプについて検討を加える予定である。3.軟骨・骨境界構造:成人の大腿骨頭関節軟骨の連続切片を作製し、それぞれの切片の境界構造の形態をコンピューターに入力し、境界部の立体的な形態を検討したところ、荷重部と非荷重部に明らかな違いを認めた。前者では0.10.2mm周期の起状を認めたが、後者ではなだらかであった。本所見の再現性の検討と、一軸関節での違いを検討中である。
人間行動の非線形情報処理構造の解明のための生態学的統合計測評価手法に関する研究

人間の感覚行動の機構は、外界の複雑さに適応するために獲得された非線形情報処理のプロセスであり、多様な行動パターンの遷移、多義性の競合的認知など行動レベルの複雑適応システムとして人間行動を解明し理解につなげていく研究が重要になっている。他方、生物の持つ感覚と行動の情報処理プロセスは、最近の知見からは脳情報処理におけるカオティックな現象の関与や、いわゆる免疫システムに代表されるハイパーなシステムとして探求する必要性が強まっており、カオス計算、ニューロコンピューティングの理論的手法の開発から複雑適応システムとしての構成論的研究が重要視されている。本研究は、人間の行動に現れる微小な動きの生体カオスから認知行動レベルまでを計測し、解析、同定、モデル化して評価する生態学的な手法にまとめあげることを目標に以下の課題に取り組んできた。(1)生体非線形ダイナミクスの解析:生体生理レベルでの同調、遷移、競合等の非線形ダイナミクスの解析に基づく予測評価の研究(2)自己組織的情報処理モデル:認知的行動の特徴を抽出するニューロエージェント群の自己組織的構成及び学習手法の研究(3)行動生態学的計測評価手法:ヒューマンインタフェースにおける人間行動の生態学的な計測評価手法の研究本研究の結果、(1)では、生体信号の解析からカオティックカップリングにより人間の感覚行動を多義性・多様性を伴う特徴をとらえる非線形の刺激反応システムとして予測評価モデル化を達成した。(2)では、多数のニューロエージェントを時間空間的に自己組織化するパルスニューラルネットワークの手法を開発し、知覚情報を統合する制御や認知情報処理など新たな知見を得た。(3)では、ヒューマン・マシン・インタラクションにおいて競合と協調を伴いつつ親しみ易さや使い易さが増していく(あるいは減じていく)認知行動課題の評価実験を行い、人間行動における状況依存性を考慮したインタフェース設計の評価資料を得た。これらにより人間機械系においてこれまで評価の難しかった生理的及び心理的な要因が重なる非明示的なヒューマンファクターに対する理論的実験的アプローチと新たな統合的評価の枠組みを提供できたと考えている。本研究は、人間の多様な行動における非線形情報処理のプロセスを解明するために、人間がおかれた環境の動的要因と人間自体の多様な反応時間をもった動作要因を同時に扱える多数のセンサ群を時間的空間的に統合した生態学的な計測評価手法を確立することを目的とし、本年度は以下の成果を得た。1.人のリズミックな行動に見られる同調、遷移、競合等の非線形情報処理構造を解明するため、生態微細振動とよばれるカオティック波形、及び指先脈派のリズミック波形を観測するシステムを試作した。さらに、得られたデータから、それを生成する非線形力学系への多次元埋め込み手法等の解析を加え、人の緊張状態、睡眠状態などで非線形アトラクタ構造が大きく変化することを見出した。さらに、生体信号のような多次元のカオティックなデータを再構成できるニューラルネットワーク力学系を遺伝的アルゴリズムを用いて設計する手法の開発を進めた。2.人間行動を無標点かつ実時間で観測できるトラッキングビジョンを用い、動物体の計測を行えるシステムを構成した。多点トラッキングでは照明などの影響が大きいので課題を残すが、特定部位の追尾には頑健性があることから、リズミックに変動する動体画像の明暗を数段階でとらえ動きを予測する手法を考察し、これによってセンシングの行動プランを生成することができることを示した。また、柔軟面状の触センサをもったグローブ状の把持力計測装置を開発し、ビジョンと融合させることにより、人間の把握動作の巧緻性を評価できるシステムを構築した。

3.今後、被験者実験により、マンマシンインタラクションの中で通常見られるカオティックなリズムの力学的構造特性を計測評価しデータを蓄積していくことにより、今後の望ましいインタフェースへの応用を展望していく。本研究は、人間の多様な行動における非線形情報処理のプロセスを解明するために、人間がおかれた環境の動的要因と人間自体の多様な反応時間をもった動作要因を同時に扱える多数のセンサ群を時間的空間的に統合した生態学的な計測評価手法を確立することを目的とし、本年度は以下の成果を得た。1.人のリズミックな行動に見られる同調、遷移、競合等の非線形情報処理構造を解明するため、生体微細振動とよばれるカオティック波形、及び指先脈派のリズミック波形を観測するシステムを試作した。従来解析の行われていなかった微細振動の時空間的な特性を,カオス性判別手法によりダイナミクスにより生成された信号であることを明らかにし,情動など人の状態をはかる情報源として利用可能であるという展望を開いた.2.得られたデータから、それを生成する非線形力学系への多次元埋め込み手法と,観測されたダイナミクスとのカップリング手法を用いて,人の緊張状態、睡眠状態などによる非線形アトラクタ構造の違いを識別するための理論と手法を構築し,有効性を示した.3.人間行動を無標点かつ実時間で観測できるトラッキングビジョンを用い、動物体の計測を行えるシステムを構成した。多点トラッキングでは照明などの影響が大きいので課題を残すが、特定部位の追尾には頑健性があることから、リズミックに変動する動体画像の明暗を数段階でとらえ動きを予測する手法を考案し、これによってセンシングの行動プランを生成するこができることを示した。また、柔軟面状の触センサをもったグローブ状の把持力計測装置を開発し、ビジョンと融合させることにより、人間の把握動作の巧緻性を評価できるシステムを構築した。3.被験者実験により、マンマシンインタラクションの中で通常見られるカオティックなリズムの力学的構造特性を計測評価しデータを蓄積し、今後の望ましいインタフェースへの応用を展望した.人間の感覚行動の機構は、外界の複雑さに適応するために獲得された非線形情報処理のプロセスであり、多様な行動パターンの遷移、多義性の競合的認知など行動レベルの複雑適応システムとして人間行動を解明し理解につなげていく研究が重要になっている。他方、生物の持つ感覚と行動の情報処理プロセスは、最近の知見からは脳情報処理におけるカオテイックな現象の関与や、いわゆる免疫システムに代表されるハイパーなシステムとして探求する必要性が強まっており、カオス計算、ニューロコンピューティングの理論的手法の開発から複雑適応システムとしての構成論的研究が重要視されている。本研究は、人間の行動に現れる微小な動きの生体カオスから認知行動レベルまでを計測し、解析、同定、モデル化して評価する生態学的な手法にまとめあげることを目標に以下の課題に取り組んできた。