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活性型ビタミンD3誘導体:エルデカルシトールの永久軟骨細胞に対する作用機序の解明

本研究では、活性型ビタミンD3誘導体(エルデカルシトール)の軟骨細胞、特に永久軟骨細胞に対する作用機序の解明を行うことにより、その関節軟骨変性予防効果に関するメカニズムを追及することを目的とする。これまでにマウス変形性関節症誘導モデルを用い、活性型ビタミンD3誘導体の局所関節内投与による早期における関節軟骨変性予防効果を解明し論文発表(Biochem Biophys Res Commun. 2018 ;495(1):179-184.)を行った。免疫組織学的研究の結果、活性型ビタミンD3誘導体投与により関節軟骨の表層部における、転写因子ErgやLubricinの発現が増強されたことから、活性型ビタミンD3誘導体の関節軟骨変性予防効果は永久軟骨細胞である関節軟骨表層細胞をターゲットとしていることが考えられた。さらにそれらメカニズムを追及するため、マウス骨端部の軟骨細胞から表層軟骨細胞を分離培養を行い、活性型ビタミンD3誘導体(1α,25-dihydroxy-2β-(3-hydroxypropoxy) vitamin D3)を添加後の関節マーカーの発現評価を中心として研究を行った。活性型ビタミンD3誘導体濃度:10-9M、10-8 M、10-7 M添加後のRNAを回収しErg、及びLubricinの発現について検索した結果、活性型ビタミンD3誘導体非投与細胞と比較してその発現量は増加する傾向にあった。マウス表層軟骨細胞における、活性型ビタミンD3誘導体投与後の関節マーカー発現を評価したin vitro研究とともに、活性型ビタミンD3誘導体投与下培養を行った関節軟骨表層細胞(永久軟骨細胞)を一塊としてヌードマウスの皮下に細胞移植し、形成されたペレットを組織学的に解析するin vivo研究を行っている。細胞移植後4週で検討した結果、形成された組織片が生体内で吸収される傾向にあり、組織学的評価が困難であった。培養期間や移植細胞数等についての条件検索を追加して行っているため、組織学的評価について、当初の予定よりやや遅れていると考えている。マウス表層軟骨細胞における、活性型ビタミンD3誘導体投与後の関節マーカー発現を評価したin vitro研究で得られた結果をもとに、再度移植細胞数や培養期間等についての条件検索を行い、活性型ビタミンD3誘導体投与下培養を行った関節軟骨表層細胞(永久軟骨細胞)移植研究について組織学的評価を中心に進めていく予定である。本年度ではこれまでに行ってきたマウス変形性関節症誘導モデルを用いた、活性型ビタミンD3誘導体の関節軟骨変性に及ぼす影響を引き続き検討を重ねた結果、活性型ビタミンD3誘導体の局所関節内投与により、早期における関節軟骨変性予防効果を解明し論文発表(Biochem Biophys Res Commun. 2018 ;495(1):179-184.)を行った。組織免疫染色の結果、活性型ビタミンD3誘導体投与により関節軟骨表層における、転写因子ErgやLubricinの発現が増強されたことから、活性型ビタミンD3誘導体の関節軟骨変性予防効果は永久軟骨細胞である関節軟骨表層細胞をターゲットとしていることが考えられるため、さらにin vitroにおける研究をすすめている。生後3-5日のマウス骨端部の軟骨細胞を単離した後、fibronectinのaffinityの相違によりソーティングを行い、表層細胞(surface layer cell)とその深層にある成長軟骨細胞に分離することに成功した。分離した表層軟骨細胞に活性型ビタミンD3誘導体(1α,25-dihydroxy-2β-(3-hydroxypropoxy)vitamin D3);濃度:10-8 M添加後5日のRNAを回収しtype10コラーゲンの発現について検索した結果、活性型ビタミンD3誘導体非投与細胞と比較してその発現量は低下する傾向にあった。今後活性型ビタミンD3誘導体の濃度としては10-8 Mを中心に研究を進めていく予定である。マウス変形性関節症誘導モデルを用いたin vivo研究から、軟骨変性早期において、活性型ビタミンD3誘導体は関節軟骨表層に影響を与えていることが考えられたが、in vitroにおける関節軟骨表層細胞分化に対する活性型ビタミンD3誘導体の培養条件等の検索が当初の予定よりやや遅れていると考えている。

マウス表層軟骨細胞における、活性型ビタミンD3誘導体投与後の関節マーカー発現を評価したin vitro研究とともに、活性型ビタミンD3誘導体投与下培養を行った関節軟骨表層細胞(永久軟骨細胞)を一塊としてヌードマウスの皮下に細胞移植し、形成されたペレットを組織学的に解析するin vivo研究を行っている。細胞移植後4週で検討した結果、形成された組織片が生体内で吸収される傾向にあり、組織学的評価が困難であった。培養期間や移植細胞数等についての条件検索を追加して行っているため、組織学的評価について、当初の予定よりやや遅れていると考えている。関節軟骨表層細胞分化に対する活性型ビタミンD3誘導体の効果について関節マーカーを中心としてさらに検討を行う。今後はそれら条件をもとに活性型ビタミンD3誘導体投与下培養を行った関節軟骨表層細胞(永久軟骨細胞)を一塊としてヌードマウスの皮下に細胞移植し、形成されたペレットを組織学的に解析するin vivo研究を進めていく予定である。マウス表層軟骨細胞における、活性型ビタミンD3誘導体投与後の関節マーカー発現を評価したin vitro研究で得られた結果をもとに、再度移植細胞数や培養期間等についての条件検索を行い、活性型ビタミンD3誘導体投与下培養を行った関節軟骨表層細胞(永久軟骨細胞)移植研究について組織学的評価を中心に進めていく予定である。(理由)本年度に予定していた、活性型ビタミンD3誘導体による関節軟骨表層細胞分化に対するin vitroの実験が遅れていたため、その実験に必要な備品、消耗品等の購入をしていなかったため。(使用計画)関節軟骨表層細胞の細胞移植実験に必要な備品、消耗品や組織学的研究に必要な試薬、抗体等、実験動物としてヌードマウスの購入に使用する。また、生後3-5日のマウス骨端部の軟骨細胞の単離を行うため、実験動物としてC57BL/6J妊娠マウスやの購入にも使用する予定である。(理由)本年度に予定していた、活性型ビタミンD3誘導体投与下培養を行った関節軟骨表層細胞(永久軟骨細胞)を一塊とした細胞移植によるin vivo組織学的評価の実験が遅れていたため、その実験に必要な備品、消耗品等の購入をしていなかったため。また、引き続き活性型ビタミンD3誘導体投与後の表層軟骨細胞からのRNA抽出を行い、遺伝子発現について評価を行っていくため、それら実験に必要な備品、消耗品の購入にも使用する予定である。
動いて脳を作る細胞群の動態制御機構

発生期の大脳皮質において移動する細胞の動態及びその制御機構を明らかにした。すなわち、まず抑制性ニューロンの移動経路を制御する機構を明らかにするとともに、その移動能が哺乳類への進化に伴って変化したこと、さらに大脳皮質IIIV層には哺乳類特有の「場」が形成されており移動抑制性ニューロンの動態に影響を与えることなどを見出した。さらに、従来報告のない新規の細胞移動様式を複数発見した。また、動く大脳皮質細胞が示す細胞間相互作用の特徴を、数理モデルと培養実験とを組み合わせることによって明らかにした。大脳の尾側基底核原基から尾側に向かう抑制性ニューロンの細胞移動経路である「尾側細胞移動経路caudal migratory stream(CMS)」を構成する細胞成分を確実に把握するため、その発生起源を詳細に明らかにするための検討を行った。その結果、従来観察していた尾側基底核原基そのものだけではなく、視索前野の一部に由来し尾側基底核原基を通過してさらに尾側に向かう細胞成分が存在していることがわかった。また、大脳皮質の抑制性ニューロンは、大脳基底核原基から脳表面に平行に背側に向かって移動した後に皮質板へと進入するが、マウス、マーモセット、ニワトリ、スッポンの4種の基底核原基の細胞を子宮内マウス胎児の脳に移植してその後の挙動を調べる実験を行ったところ、マウス大脳新皮質のV/VI層にはすべての種由来の移動細胞が進入できるものの、大脳新皮質IIIV層にはほ乳類(マウス、マーモセット)の細胞しか進入できないことを見いだした。すなわち、ほ乳類に特徴的な構造と考えられている大脳新皮質IIIV層には、鳥類や爬虫類の移動抑制性ニューロンは進入できないことがわかった。以上の結果は、大脳新皮質のIIIV層にはほ乳類特有の「場」が形成されており、移動抑制性ニューロン側の変化と相俟って、機能的な新皮質という秩序構造が進化上成立した可能性を示唆する。大脳皮質の抑制性ニューロンは、大脳基底核原基から脳表面に平行に背側に向かって移動して皮質板へと進入するが、その際、鳥類やは虫類においては終脳壁全体を移動していくのに対し、げっ歯類においては主に辺縁帯及び脳室下帯を移動していく。移植実験の結果から、この特異的な移動経路はげっ歯類における「場」の変化によることが示唆されたが、この「場」が霊長類においても存在するかを検討するため、マーモセットにおける抑制性ニューロンの移動経路を調べた。胎生80日及び91日のマーモセットで形態学的に解析したところ、げっ歯類と同様に辺縁帯及び脳室下帯を主に移動することを見いだした。以上より、抑制性ニューロンが好む特異的な移動経路の「場」は、霊長類においても保存されていることが示唆された。間脳の視索前野(POa)由来の抑制性ニューロンは、尾側細胞移動経路caudal migratory stream(CMS)を通り、極めて限局した細い部位をほぼ特異的に通って尾側に向かうが、これらの細胞はその後さらに背側に移動して大脳皮質全体に広く分布するか、腹側に向かって扁桃体に分布するかのいずれかであることがわかった。そのどちらに分布するかについては、COUP-TFIIの下流で特定の受容体の発現が適切に制御されることが重要である可能性を、全大脳半球培養法等を用いて見出した。すなわち、この分子機構は、CMSを移動する抑制性ニューロンの最終配置部位を決める上でスイッチのように働き、細胞がCMSから背側に向かうか腹側に向かうかがそのON/OFFによって制御されるという新しいメカニズムの存在が示唆された。また、発生期大脳皮質内を特定の軌道をとらずにランダムに方向転換しながら移動する新しい細胞群を見出した。これらは、通常の細胞分裂部位である脳室帯や脳室下帯のみならず中間帯や皮質板内など、さまざまな部位で分裂しうることがわかった。そこでその移動速度や軌道等を定量的に解析した結果、従来知られている細胞移動様式のいずれとも大きく異なる全く新しい細胞移動様式であることがわかった。さて、放射状に移動するニューロンの移動終了部位である辺縁帯直下においては、移動を終えたニューロンが次々に集合して層構造を形成する。この層構造形成に関わる細胞間相互作用をシミュレートする数理モデルを作成し、それを用いた検討を開始した。抑制性ニューロンの移動経路として見いだした尾側細胞移動経路caudal migratory stream(CMS)の発生起源を調べた解析で、間脳の視索前野(POa)が含まれることを発見したが、そのPOa由来のCMS移動細胞は、極めて限局した細い経路をほぼ特異的に通って尾側に向かう。

昨年度までの全大脳半球培養法等を用いた解析で、これらの細胞はその後さらに背側に移動して大脳皮質全体に広く分布するか、腹側に向かって扁桃体に分布するかのいずれかであること、またそのどちらになるかは、特定の受容体の発現がCOUP-TFIIの下流で正しく制御されることによって決まることが示唆された。そこで本年度はさらにin vivoでの阻害実験、及び、COUP-TFIIの発現を阻害した状態で受容体を強制発現する等の実験を行い、仮説をサポートする結果が得られた。また、本研究において新たに見出した、分裂しながらランダムに方向転換を頻繁に繰り返しながら移動する新規移動様式について、erratic migrationと命名することにした。この移動様式をとる細胞の系譜を調べるため、スライス培養中にレーザーをあてて細胞を標識し、その後にそれを分散して培養し各種マーカーに対する抗体で染色するという実験を行った。その結果、erratic migrationをする細胞はグリア細胞に分化することを見出した。またその移動には足場となる特定の構造があることが示唆されたので、現在その詳細を解析中である。まず、昨年までに見いだしたLgi1遺伝子は、予想通りCOUP-TFIIの下流分子であることを示唆する知見を得た。これについては、今後さらに検証していく予定である。また、抑制性ニューロンの移動経路として見いだした尾側細胞移動経路caudal migratory stream(CMS)の発生起源を調べた解析で、間脳の視索前野(POa)が含まれることを発見したが、そのPOa由来のCMS移動細胞は、極めて限局した細い経路をほぼ特異的に通って尾側に向かうことを観察した。そこで、この特定の経路を通ってから皮質に分布する意義を調べるため、この経路を人為的に乱した場合の皮質への分布を調べた。その結果、皮質に進入するタイミングと分布する部位が変化することを見いだした。また、尾側基底核原基(caudal ganglionic eminence, CGE)、外側基底核原基(lateral ganglionic eminence, LGE)、POaの各々のマイクロアレイ解析をマウス胎生13.5日で行い、比較検討して、移動細胞側で「場」からの拘束を受容する細胞表面分子の候補を検索した。そこで得られた候補分子について、さらに胎生期マウス脳を用いたwhole mount in situ hybridizationでCOUP-TFIIと局在が似ている分子を同定した。さらにRNAiベクターを子宮内胎児脳電気穿孔法でPOa特異的に導入したり、全大脳半球培養法を用いて細胞分布を解析すること等により、この移動経路に与える影響を検討している。当初計画していた、尾側細胞移動経路caudal migratory stream(CMS)を構成する抑制性ニューロンの発生起源を明らかにしその移動経路を制御する分子機構を解明するという目標については、既にそれを担う受容体及びリガンドを同定することができ、その経路が乱れたときの最終的な細胞分布への影響も見いだすなど、ほぼ達成することができた。これらについては、現在論文にするために様々な詰めの実験を追加しているところである。加えて、興奮性ニューロンについても不規則な動きをする未知の新しい細胞群を見いだすことができたため、現在その解析を進めている。後者は、当初の計画時点においては未発見であったが、本研究での細胞移動経路の詳細な観察の際に新たに見いだした細胞群である。26年度が最終年度であるため、記入しない。
自己免疫性肝炎の分子遺伝学的研究

多数症例の自己免疫性肝炎(AIH)についてHLA抗原の検討を行うとともに、遺伝子レベルでの検討もおこなった。また、近年C型肝炎の診断法が確立した結果、従来のAIHの診断基準を満たした症例の中には、相当例の慢性C型肝炎ウイルス感染者が含まれていることが判明したために、血清中のHCV由来RNAをRTーPCR法により検出し、陽性例と陰性例の、免疫遺伝学的差異についても検討した。即ち、29例の慢性活動性肝炎患者でANAを含む1種以上の自己抗体が陽性かつ血清γグロブリン値が2.5g/dl以上の症例を、14例のHCVーRNA陰性、15例の陽性群に分類し、HCVーRNA陰性群をPーAIH群,陽性群をC型AIH群として各群でのHLAを検討した。その結果、PーAIH群ではHLAーDR4が全例にみられ、またDR4と連鎖するDQw4も9例に認められた。一方、HLAクラスI抗原では、以前の研究で有意差の認められたB35や他の研究で有意に増多していたとされるBW54に有意差はなく、C型肝炎に関係しないPーAIHでは、HLAクラスII抗原のDR4のみが、真にAIHの疾患感受性に関わっていることが確認された。一方C型AIHでは、15例中9例60%にDR4が認められたが、この陽性率は日本人のHLAーDR4保有率である40%と比較して有意の増加ではなかった。C型AIHにおいてはHLAーB35の保有率が健常人およびAIHの定義を満たさないC型肝炎患者のB35保有率よりも高いことが判明した。この結果は、免疫遺伝学的にはC型肝炎ウイルス保有者でAIHの定義を満たした群とそうでない群には差異のあることを示すものである。次に、PーAIH群のDR4遺伝子の分子生物学的検討では、検討しえた症例全てにDRβ遺伝子第2エクソンの第3hypervariable領域に、共通の荷電を有するアミノ酸配列がコ-ドされていることが確認された。12例の自己免疫性肝炎についてHLAの表現型について検討し、健常日本人に於ける表現型の出現頻度と比較検討した。その結果、HLAクラス工抗原ではB35及びB54が、又クラスII抗原ではDR4及びDR4の連鎖抗原であるDRw53が自己免疫性肝炎で有意に高頻度に認められた。実にハプロタイプの解析ではB35ーDR4、B54ーDR4、B35ーDQw3、B35ーDR4ーDQw3が有意に高頻度であった。しかし、以前より疾患感受性とされていたA26については、今回の検討で有意差がみられなかった。なお、これらの抗原の中では、DR4が全例にみられ、DR4が本疾患の感受性を最も強く規定しているものと思われた。DR4は単一な表現型ではなく、リンパ球混合培養により数種のサブタイプに分類されている。現在では、それらサブタイプの塩基配列も判明しているので、DR4の自己免疫性肝炎患者に於けるサブタイプについて、分子生物学的手法を用いて解析した。すなわち末梢血単核球より得たDNAから、DRB鎖をコ-ドするDNAの第2エクリンをPCRで増幅し、DR4サブタイブ特異的オリゴヌクレオタイドとのSpot Hybridizationを行い(SSO法)DR4のサブタイプを同定した。その結果、KT2とDw10以外のDR4サブタイプが自己免疫性肝炎にみられた。

そこで、日本の自己免疫性肝炎とコ-カシアンの症例でみられるDR3とに共通するアミノ酸の配列について検討した給果、第3高変異部位であるアミノ酸番号70ー73に、疾患群に特異的な荷電を有するアミノ酸の配列が認められた。この配列で関筋リウマチで疾患感受性とされるアミノ酸配列に酷似していたが、第74番めのアミノ酸の荷電はリウマチでは一定しているものの、自己免疫性肝炎では一定の傾向を認めなかった。以上の結界は、自己免疫性肝炎に感受性を有する人類共通のDRB鎖の構造を示したものと思われる。多数症例の自己免疫性肝炎(AIH)についてHLA抗原の検討を行うとともに、遺伝子レベルでの検討もおこなった。また、近年C型肝炎の診断法が確立した結果、従来のAIHの診断基準を満たした症例の中には、相当例の慢性C型肝炎ウイルス感染者が含まれていることが判明したために、血清中のHCV由来RNAをRTーPCR法により検出し、陽性例と陰性例の、免疫遺伝学的差異についても検討した。即ち、29例の慢性活動性肝炎患者でANAを含む1種以上の自己抗体が陽性かつ血清γグロブリン値が25g/de以上の症例を、14例のHCVーRNA陰性、15例の陽性群に分類し、HCVーRNA陰性群をPーAIH群、陽性群をC型AIH群として各群でのHLAを検討した。その結果、PーAIH群ではHLAーDR4が全例にみられ、またDR4と連鎖するDQw4も9例に認められた。一方、HLAクラスI抗原では、以前の研究で有意差の認められたB35や他の研究で有意に増多していたとされるBW54に有意差はなく、C型肝炎に関係しないPーAIHでは、HLAクラスII抗原のDR4のみが、真にAIHの疫患感受性に関わっていることが確認された。一方C型AIHでは、15例中9例60%にDR4が認められたが、この陽性率は日本人のHLAーDR4保有率である40%と比較して有意の増加ではなかった。C型AIHにおいてはHLAーB35の保有率が健常人およびAIHの定義を満たさないとC型肝炎患者のB35保有率よりも高いことが判明した。この結果は、免疫遺伝学的にはC型肝炎ウイルス保有者でAIHの定義を満たした群とそうでない群には差異のあることを示すものである。次に、PーAIH群のDR4遺伝子の分子生物学的検討では、検討しえた症例全てにDRB遺伝子第2エクソンの第3hypervariable領域に、共通の荷電を有するアミノ酸配列がコ-ドされていることが確認された。
撥油・親油テクスチャリングと閉じ込め油膜による滑り出し過程での油膜破断抑制法

本研究では,閉じ込め油膜や,撥水面での気泡の捕集と接触面外への排出による,すべり出し過程での油膜破断の回避や修復効果について検討した.その結果,油を閉じ込めた状態からすべらせた場合には,キャビティーの発生が遅れ,表面損傷が軽減されることが分かった.また,接触状態からのすべり出し過程であっても,粗さを付与した撥水面や,粗い内面を持つ撥水性ディンプルに保持された気泡は,移動面に強固に保持されたまま系外に排出され,その後の潤滑面は連続した潤滑膜で満たされることが明らかになった.本研究では,閉じ込め油膜や,撥油性すべり面での気泡の捕集と接触面外への排出による,すべり出し過程での油膜破断の回避や修復効果について,超音法と渦流探傷法を併用した潤滑状態のその場観測を基に明らかにすることを目的としている.本年度は,先ず1滑り出し初期の油膜破断抑制に対する閉じ込め油膜の影響を総括し,効果的な閉じ込めや滑り出しの条件について検討した.次に2表面エネルギ差が大きい撥水・親水組み合わせ面での気泡の捕集効果について検討した.得られた結果を以下に示す.1トラクション油とEHL試験機(ガラス円板と鋼球),そして,超音波と光学の同時観測により,閉じ込め油膜の効果を検討した結果,閉じ込め状態からすべらせた場合には,閉じ込めの無い場合に比べ,接触部からの反射エコーの変動が緩慢で,キャビティーの発現とそれに付随して起こる表面損傷の発生が遅れ,摩擦は緩やかに上昇すること,この傾向は軽荷重下で顕著になる反面,ディスクの加速度が遅くなると現れ難くなること等が明らかになった.210μmの膜厚を有する平行2平面(鏡面)の一方を,5mm/sですべらせた場合,静止側が親水面ですべり側が撥水面の条件では,気泡はすべり面に付着して系外に移動すること,0.5mm以上の大きな気泡は,小さな気泡に比べてすべり易くなることを確認した.すべり速度がV=30mm/sと高くなると,気泡は3050%ものすべりを発生し,効率的な気泡排除が難しくなるが,すべり面を,Ra=0.40μm(鏡面の40倍の粗さ)の撥水性の強い粗面にすることにより,効率的な気泡の排出が可能になる.一方,親水性と撥水性の縦縞を,すべり方向に対して10°傾けて交互に配置した鏡面すべり面(静止側は全面親水の鏡面)の場合,親水領域にある気泡はすべり面の半分の速度ですべり方向に移動した後,撥水領域に保持されたまま系外に排出された.申請時の計画に示した,1すべり出し過程での油膜破断抑制に対する閉じ込め油膜効果と,2撥水・親水組み合わせ面での気泡の捕集と系外への効率的な排出の可能性,の把握については,「研究実績の概要」に示したように,おおむね達成できた.ただし,1については,閉じ込め油膜の効果は,鋼円板と鋼球の組み合わせの場合にも認められたが,衝突時の鋼球の跳ね返りにより,閉じ込め油膜の形成が妨げられたため,僅かなものであった.閉じ込め法の再考を含め,今後の課題となった.また,2については,撥水・親水の効果的なテクスチャ(パターン)や,撥水性の強さ等の詳細の検討は残されているが,これまでの縦縞パターンでの結果からの類推で,おおよその推測は可能である.また,潤滑剤の効果的な導入や気泡の捕集にとって有効となる,撥水部と親水部を交互に配置した縦縞テクスチャの条件については,例えば,気泡径に対する縞の幅や間隔の影響を知る必要があるが,微小気泡の生成と保持が難しく,進展が遅れていた.現在,超音波造影剤として使用されるレボビストにより,微小気泡の生成を確認している.これにより,静止状態での気泡挙動ばかりでなく,極薄膜(10μm以下)で高せん断場での気泡挙動の把握も期待できる.以上のように,本年度までに,閉じ込め油膜や,気泡との親和性の高い撥水面の効果的な配置が,すべり出し過程での油膜破断抑制に及ぼす効果についての,基礎的事項の把握はほぼ終了した.本研究では,閉じ込め油膜や,撥油性すべり面での気泡の捕集と接触面外への排出による,すべり出し過程での油膜破断の回避効果について,超音法と渦流探傷法を併用した潤滑状態のその場観測を基に明らかにすることを目的としている.本年度は先ず,1表面粗さによる気泡保持効果の増大が,低速すべり過程での気泡挙動に及ぼす影響の補足を行った.次に,2微小なディンプル底面を撥水性とした試験片の製作と,気泡保持の向上の可能性を確認した.最後に,3超音波と渦流探傷法を併用した潤滑診断法の基礎を確立した.それら概要を以下に示す.1移動側を撥水粗さ面,固定側を親水粗さ面とした場合には,気泡は移動側撥水粗さ面に付着して移動する.逆の組み合わせとした場合には,固定側の撥水面に固着する傾向にあるものの,わずかに滑りが生じる.この傾向は,2面が静止している状態からの滑り出し過程であっても同じであった.

2微細サンドブラスト(マイクロブラスト)加工を用いれば,使用砥粒の径等の選択により,凹部底面での粗さ,したがって撥水性の調整が可能となる.φ100μmの凹みを,ピッチ200μmで格子状に配置し,その深さを0.5, 1, 5μmとした試験片を作成し,超音波造影剤として使用されるレボビストにより,それら凹部への微小気泡の優先保持を確認した.3渦流探触子の励起コイルの周波数を80Hzと低周波にすることで,5mm厚さの鋼板であっても,相手面との間の膜厚の測定が可能であることを明らかにした.一方,超音波法では,気泡や油膜部から反射する超音波の干渉と,気泡面積割合の2つの影響を考慮した簡便な理論式を導出した.そして,渦流探傷法で計測される膜厚と,同位置で観測される反射エコー高さを基に,気泡の含有(面積)割合を推定する方法の基礎を確立した.申請時の計画に示した,1効率的に気泡を撥水部に保持するためのテクスチャ(粗さや微小ディンプル,静的接触角), 2超音波法と渦流探傷法の複合型潤滑診断技術,については,「研究実績の概要」に示したように,おおむね達成できた.ただし,1については,粗さの大きさやディンプル形状と配置等の詳細な検討,鋼製油潤滑面でのそれらの影響について,最終年度に実施しなければならないが,油潤滑中での気泡の挙動もまた表面エネルギに依存するため,これまでの水潤滑での結果を基に,それら挙動が容易に類推できることを,壁面への気泡の付着仕事と気泡にかかるせん断仕事との関係を基に確認している.また,2については,超音波と渦流の併用による潤滑診断(膜厚や気泡面積割合)を実現するための,超音波・渦流複合センサの製作と,それによる評価を,最終年度に実施しなければならないが,スクイーズ軸受(2面の近寄り)での超音波・渦流膜厚測定(両探触子を近距離に設置)や,平行摺動面での膜厚や油膜破断の影響を確認する予備実験は,平成29年度初めに実施済みである.以上示したように,「研究実績の概要」の内容を含め,本年度までに,閉じ込め油膜や,撥水面の効果的な配置がすべり出し過程での油膜破断抑制に及ぼす影響,粗さや微小ディンプル等のテクスチャの付与効果,超音波と渦流の併用による潤滑診断についての,基礎的事項の把握はほぼ終了した.本研究の主目的は,閉じ込め油膜や,撥水・撥油性すべり面での気泡の捕集と接触面外への排出による,すべり出し過程での潤滑膜破断の回避効果の調査にある.本年度得られた結果は以下のようになる.1気泡の保持にとっては,気泡との付着面積を増大させる粗さの効果と粗さ突起末広部での負圧による気泡の保持効果が期待できる撥水性直交粗さすべり面と,親水性平滑固定面の組み合わせが有利であり,特に,小さな気泡(例えば0.1mm以下)の場合に,気泡は高いせん断場であっても撥水粗さ面に保持され続ける.2凹部に撥水処理を施した,微小なディンプル(交差配置テクスチャ)を有するガラスすべり面では,滑り出し過程で凹部に保持される気泡は,速度が増しても凹みに留まり続け,下流域には流出しない.同様の傾向は,交差配置テクスチャに近い多孔質潤滑面での超音波の反射エコー分布図でも確認された.3渦流(探傷)法による膜厚測定では,前年度のφ19mmプローブの半分以下のφ7mmプローブにおいて,厚さ2mmの鋼板裏面と1/2インチ鋼球間の膜厚測定(0.9kHz)を,2μmの精度で可能にした.また,小型フェライトを使用して高密度磁界を発生させる非シールド型プローブ(φ6mm)と,位相と振幅を制御して検出感度を倍増した専用アンプの組み合わせにより,厚さ5mm鋼板裏面と鋼球間の膜厚測定の可能性を確認した.4超音波・渦流複合センシングについては,前年度提案した気泡含有率(潤滑膜破断率)の概算法の有効性を,鋼製平板からなる2平面において検証した.この場合のエコー高さの変化率(乾燥状態と連続潤滑膜のエコー高さの差を1とする)は,膜厚によらず,ほぼ気泡含有率に比例するため,上記の渦流法による膜厚測定結果,連続潤滑膜での膜厚とエコー高さの較正曲線,そして,潤滑面でのエコー高さの実測値から,容易に気泡含有率の推定が可能になることが確認できた.本研究では,閉じ込め油膜や,撥水面での気泡の捕集と接触面外への排出による,すべり出し過程での油膜破断の回避や修復効果について検討した.
控えめに手取り足取りして，身振りをコーチする“着るロボット”

被験者の右肘関節の屈曲方向にトルクを加える装置を試作し,被験者の能動的な動作を誘導する「控えめ能動的教示」を実装した.屈曲角度再現実験により,この教示は,受動的教示に比して,再現精度を維持しながら,必要トルクを大幅に削減できることを確認した.また,受動モード,すなわち手導きして視覚障碍者に図形情報を伝える指先誘導マニピュレータを開発し,心理物理実験によりヒトの知覚特性を明らかにした.武術「なぎなた」の動作を対象として,「注釈付き三次元CG」を活用したHMD動作教示システムを制作し,同システムが代表的な従来手法であるYouTubeに比べ,注釈の量,質ともに有効であることを確認した.被験者の右肘関節の屈曲方向にトルクを加える装置を試作し,被験者の能動的な動作を誘導する「控えめ能動的教示」を実装した.屈曲角度再現実験により,この教示は,受動的教示に比して,再現精度を維持しながら,必要トルクを大幅に削減できることを確認した.また,受動モード,すなわち手導きして視覚障碍者に図形情報を伝える指先誘導マニピュレータを開発し,心理物理実験によりヒトの知覚特性を明らかにした.武術「なぎなた」の動作を対象として,「注釈付き三次元CG」を活用したHMD動作教示システムを制作し,同システムが代表的な従来手法であるYouTubeに比べ,注釈の量,質ともに有効であることを確認した.要素技術1"身振り"計測技術"身振り"計測については,「Movenモーション・キャプチャ・システム」の利用技術として,計測結果をパソコンにインポートし,3次元立体表示するソフトウェアシステムを開発した.要素技術2FESによる"身振り"教示技術前腕内に動作筋が存在する指・手首関節に注目し,それぞれの関節の動作を引き起こすに適したFES(機能的電気刺激)位置,すなわち運動点を検出することを目指した.具体的には,刺激位置の網羅的な調査,実験時間の短縮,発生動作の定量的なデータの取得等の可能な前腕全位置刺激実験装置を製作した.これは前腕にくまなく貼りつけた電極の刺激位置を電気的に次々と変化させながら,電気刺激により誘導された動作をセンサで取得できる.実験の結果,各関節の動作の運動点の存在範囲を示す運動点存在範囲マップを作成した.このマップは現状の運動点マップよりも詳細な情報が示されており,指や手首関節のリハビリに有用なデータとなることが期待される.要素技術3HMDによる"身振り"教示技術モーション・キャプチャで計測された動作を,3D人体モデルとして,ヘッドマウントディスプレイ(以下HMD)上に立体視で表示し,仮想空間内において効率的に姿勢教示を行えるシステムを提案した.具体的には,動作の計測には計測環境を選ばない慣性センサを用いたモーションキャプチャスーツMVNを使用し,目標となる動作モデルと現在の自分の動作モデルをHMD上で重ねて表示させ,そこにリアルタイムに矢印等の教示情報を付加することにより教示を行うシステムを開発した.さらに,教示の際の視点として,頭部の動きに連動して視点が動く頭部連携視点を提案した.そして実際に本システムを用いて静止した姿勢を教示する実験を行い,提案した頭部連携視点と矢印等による教示情報が静止姿勢の教示に対し有効であることを確認した.要素技術1 "身振り"計測技術:壁タッチ動作,および綱引き動作など,典型的な身振りの動作データを収集した.要素技術2アクチュエータによる"身振り"教示技術:圧覚に関する錯覚を利用した小型の非ベース型力覚提示装置の基礎技術として,前腕を挟んで向かい合う形で圧覚刺激を非対称に与えることで,特定の方向へ前腕を誘導する効果(錯覚の一つ)について実験したところ,被験者の半数強に現われた.この錯覚の検討のため,順応・順回復効果,多点効果など,人体の圧覚特性を調査した.要素技術3 "身振り"教示技術:モーションキャプチャスーツMVNにより動作を計測し,得られた動作と目標動作をHMD上で重ね合わせ表示させる枠組みにおいて,頭部連動視点からの仮想画像を生成するとともに,矢印等の教示情報を付加する教示システムについて研究を進めた.壁タッチ動作については,同システムにより教示効果が高まることが分かったが,綱引き動作では,奥行き知覚の支援機能が必要であることを見出した.要素技術4 FESによる"身振り"教示技術:前腕内に動作筋が存在する指・手首関節に注目し,各関節の動作の誘起に適した運動点(機能的電気刺激,FESの位置)のマップ,電気刺激と誘起動作の関係について調査を進めた.応用技術1 HMDによる"身振り"教示技術の応用:自分の身体動作と連動して動くバーチャル解剖模型を提案,開発した.学習支援機能として,現在の自分の関節がどのように運動するかを判定し,教示する機能を実装した.応用技術2 3次元力覚提示装置PHANTOMOmniを用いて手導きして,視覚障碍者に図形情報を伝える指先誘導マニピュレータについて,能動/受動モードの使い分けの考え方,ペン先を押し当てるステージの効果を示した.応用技術3転倒防止の観点で松葉杖歩行動作教示をめざし,加速度を推定して転倒可能性を予測し,警告するシステムの開発に着手した.要素技術1"身振り"計測:下手投げによる投球課題の動作データを収集した.要素技術2アクチュエータによる"身振り"

教示:サーボモータによりトルクを肘関節に直接に加え,屈曲動作を起動させるための予備実験として,サーボモータの電気的・機械的パラメータのキャリブレーションと,"力を感じる閾値","動かされたと感じる閾値"を調査する実験を行った.さらに,マニピュレータの動作方向からの被験者が力を発揮する方向のズレに基づいて"筋肉の疲れ"を推定できることを示した.応用技術1HMDによる"身振り"教示技術の応用:オンラインで,MVNにより計測した学習者の手先速度がその後のリリースポイントまで保持されたと仮定して投球後のボール軌跡を推定し,推定した軌跡を3次元CGにより学習者にHMD等を介してフィードバック提示する軌跡表示システムを構築した.さらに下手投げによる投球課題に対して,軌跡表示システム,および一般的手法としてゴースト表示,メータ表示,カラー表示を実装し,比較検討した.応用技術2アクチュエータによる"身振り"教示の応用(線画教示):リニアアクチュエータによる位置制御方式,および3次元力覚提示装置による力制御方式で,指先を誘導して線画を提示する研究を行った.能動/受動モード,運動覚(手先・腕)/指先触覚,受動モードにおける速度/時間知覚等の観点から比較検討した.振動による運筆の教示方式を考案・実装し,ひらがなの書き方を教示できることを示した.応用技術3視覚による"身振り"教示の応用:転倒防止の観点で松葉杖歩行動作教示をめざし,電気回路を小型化するなど,システムを全体的に改良した.【要素技術1】“身振り"計測:引き続き,モーション・キャプチャ・システム,MVNを用い,武術「なぎなた」を題材として,その身振り動作を計測した.【要素技術2】トルク刺激による“身振り"教示:(1)1自由度肘関節:被験者の右肘関節の屈曲方向にトルクを加える装置を試作し,使用者の能動的な動作を誘導する「控えめ能動的教示」を実装した.屈曲角度再現実験により,この教示は,受動的教示に比して,再現精度を維持しながら,必要トルクを大幅に削減できた,(2)1自由度手関節:電磁力は発生させず,摩擦抵抗力のみが発生する状態で,被験者が能動的に手関節を屈曲・伸展させる完全能動的教示を取り上げ,受動的教示に比べ再現精度は有意に高いことを確認した.【応用技術1】HMDによる“身振り"教示:武術「なぎなた」の動作などを対象として,「注釈付き三次元CG」を活用した動作教示システムは,代表的な従来手法であるYouTubeに比べ,注釈の量,質ともに有効であることを確認した.【応用技術2】アクチュエータによる“身振り"教示の応用:受動モード,すなわち手導きして視覚障碍者に図形情報を伝える指先誘導マニピュレータを用い,心理物理実験によりヒトの知覚特性について研究を進めた.(1)触覚による線分の知覚特性を包括的に検討し,凸格子因子,速さ因子が長さ知覚特性を有意に改善することを確認,(2)抽出した因子を用い,線分の長さ・角度の相対誤差の知覚特性を,被験者,速さ,長さ,角度でモデル化,(3)得られたモデルを用い,線分知覚の歪の補正方法を提案するとともに,折れ線認識実験で有効性を確認した.【応用技術3】松葉杖歩行訓練,不適切な歩行により引き起こされる動きの特性を明らかにした.【応用技術4】控えめな運筆動作矯正のための圧覚提示装置:書道の導入段階の練習を想定した運筆動作矯正装置を開発した.【要素技術1】
魚類繁殖機構に及ぼす地球温暖化・気候変動影響の早期警戒指標の構築

魚類の性分化と生殖機能は水温などの外的環境要因の影響を受けやすい。例えば、適応範囲を超える高水温/低水温は性決定機構の撹乱(性転換や雌雄比の偏り)や生殖細胞の退行変性(生殖能力の低下)を引き起こすと言われている。地球温暖化と気候変動が問題視されている今、それら生殖障害による生物集団の絶滅、さらには周辺生態系の崩壊の可能性が危惧される。本研究では地球温暖化と気候変動が魚類資源とそれを取り巻く生態系に与える悪影響を正確に予測・評価するため、水温起因の生殖障害が生じやすい魚種に着目し、「魚類繁殖機構に及ぼす地球温暖化・気候変動影響の早期警戒指標」の構築を目指す。魚類の性分化と生殖機能は、遺伝情報以外の外的環境要因の影響も受けやすく、特に水温は性決定機構の撹乱因子であり、高水温は生殖細胞の退行変性を引き起す。本研究は地球温暖化と気候変動が魚類資源とそれを取り巻く生態系に与える悪影響を予測するため、世界各地に分布し、水温起因の生殖障害が生じやすいトウゴロウイワシ目魚類に着目し、魚類繁殖機構に及ぼす地球温暖化・気候変動影響の早期警戒指標の構築を目指す。本研究課題の学術的な問いは明確で、その社会的意義も認められる。世界的な研究ネットワークを構築し、研究を進める体制が構築されており、調べるスケールも広域である。
法人営業における営業スキルと個人業績の関係についての実証研究

本研究の目的は、エビデンス・ベースト・アプローチと機械学習アプローチにより、営業スキルと個人業績の関係を科学的に解明することである。営業員の個人業績の積み重ねが企業全体の業績であることから、営業スキルと個人業績の関係を科学的な手法で解明することは重要である。また、機械学習の一種であるベイジアンネットワークを用いて、多岐にわたる営業スキルの全体像をネットワーク構造で体系化することが可能となる。研究2年度の研究実績の概要は、下記の通りである。1アンケートの実施とデータの収集セールスパーソンならびに対照群として教員・学生に対してアンケート調査(ビッグファイブ性格診断)を実施した。まず、質問票の作成に際し、質問項目についてはニューカッスル・パーソナリティ評定尺度表(NPA)を利用した。。作成した質問票を用いてアンケート調査を実施した。アンケート調査は、個別自記入式の質問紙調査、ならびにインターネット上のサーバーに設置した質問項目への自回答によって実施した。調査対象者は、法人営業活動に従事するセールスパーソン、国内外の大学教員、ならびに首都圏内の私立大学に通う大学生3・4年生の、合計155名であった。性別の内訳は、男性77名、女性78名であった。職業の内訳は、セールスパーソン55名、教員54名、学生46名であった。2収集データの分析収集したデータを用いて、5つの特性因子の得点について、職業別に対応なし一元配置分散分析で比較した。等分散性の検定をおこない、等分散性が仮定できた特性因子について多重比較をおこなった。当初の研究実施計画に照らし合わせてみて、概ね計画通りの活動実績を残すことが出来ているため。なお、研究計画の一部変更に伴い、ベイジアンネットワークを用いた分析については、次年度(2019年度)に実施するよう予定を繰り下げた。研究最終年度の2019年度は、データ分析と研究の総括をおこなう。第4四半期には、本研究期間全体を通した活動報告書の作成をおこなう。1データ分析:営業スキルをネットワーク構造で体系化する機械学習の一種であるベイジアンネットワークは、複数の要因間の関係に対して、有向非巡回グラフ(矢印を用いたリンク)を用いてネットワーク(重み付けグラフ)に表現する手法であり、因果関係の分析と解釈に有効であるとされている。先行した因子分析の結果残された項目を用いてベイジアンネットワーク分析をおこない、営業スキルをネットワーク構造で体系化する。ネットワーク内でのそれぞれの営業スキルの役割(ハブ、ゲートキーパー等)を調べる。また、営業スキルのつながり具合から、複数スキル間の因果関係や依存関係を分析する。機械学習という特長を活かし、設定を変更しながら多数回の反復処理を通じて、ネットワーク構造を多数生成し分析する。2活動報告書作成:三年間の本研究期間の分析結果の整理と取りまとめをおこなう。また、研究成果の公表のために、web等を通じた情報発信の仕組みを準備する。。また、機械学習の一種であるベイジアンネットワークを用いて、多岐にわたる営業スキルの全体像をネットワーク構造で体系化することが可能となるため有意義である。今年度の研究実績の概要は、下記の通りである。【先行研究資料の収集】関連書籍の購入や先行研究論文の収集をおこなった。それらの先行研究資料を精査し、データ分析に先立つ分析枠組の構築をおこなった。【収集データの分析】研究協力者である(株)セールスヴィガーから、法人営業に携わる営業員を対象としたアンケート・データの提供を受け、その分析をおこなった。まず、営業員の営業スキルに必要とされる個人の資質について明らかにするため、因子分析をおこなった。今回のアンケート調査では、法人営業活動に必要とされる営業スキルについて洗い出し、92項目にまとめた。その上で、これら92の質問項目を次の三つのカテゴリーに分けて質問票を作成した。三つのカテゴリーとは、1営業員のモチベーションに関する質問、2業務知識に関する質問、3業務スキルに関する質問である。アンケート調査データから、本人による回答データを用いて因子分析を行った。因子分析は、上述の3つの領域について、領域毎に個別に分析を行った。次に、因子分析によって得られた10因子(モチベーション:3、業務スキル:4、業務知識:3)について、回帰法により因子得点を算出した。算出した因子得点をもとに、階層的クラスター分析(Ward法)をおこない、標準化された変数を用いて、ユークリッド平方距離で測定した。分析の結果、5つのクラスター解を採用した。一部、実施していない活動予定(企業へのインタビュー等)については、当初予定を繰り下げたためで、平成30年度以降に実施予定である。

まず、質問票の作成に際し、質問項目についてはニューカッスル・パーソナリティ評定尺度表(NPA)を利用した。。作成した質問票を用いてアンケート調査を実施した。アンケート調査は、個別自記入式の質問紙調査、ならびにインターネット上のサーバーに設置した質問項目への自回答によって実施した。調査対象者は、法人営業活動に従事するセールスパーソン、国内外の大学教員、ならびに首都圏内の私立大学に通う大学生3・4年生の、合計155名であった。性別の内訳は、男性77名、女性78名であった。職業の内訳は、セールスパーソン55名、教員54名、学生46名であった。2収集データの分析収集したデータを用いて、5つの特性因子の得点について、職業別に対応なし一元配置分散分析で比較した。等分散性の検定をおこない、等分散性が仮定できた特性因子について多重比較をおこなった。当初の研究実施計画に照らし合わせてみて、概ね計画通りの活動実績を残すことが出来ているため。なお、研究計画の一部変更に伴い、ベイジアンネットワークを用いた分析については、次年度(2019年度)に実施するよう予定を繰り下げた。1データ分析:(2)対照比較分析をおこなう業績をコントロールとして、収集したサンプルを2グループに分割し、先行した因子分析のスコアを用いて、業績上位者と下位者の対照比較をおこないその差異の分析をする。業績に関連があるスキル(質問項目)に関して、業績上位者と下位者ではどのような差異が生じているかを中心に分析をおこなう。例えば、上位者は必要なスキルを獲得しているのに反して、下位者は不必要なスキルを獲得している、などである。スキル評価全般について、業績上位者と下位者による自己評価と他者評価の乖離度合いや乖離が出現するパターンについての分析をおこない、その原因を考察する。さらに、乖離が大きくなる特定の営業スキルを特定する。また、企業間のスコアの比較もおこなう。研究最終年度の平成31年度の研究実施計画は下記の通りである。なお、第4四半期には、本研究の総括と報告書作成をおこなう。1データ分析:(3)営業スキルをネットワーク構造で体系化する機械学習の一種であるベイジアンネットワークは、複数の要因間の関係に対して、有向非巡回グラフ(矢印を用いたリンク)を用いてネットワーク(重み付けグラフ)に表現する手法であり、因果関係の分析と解釈に有効であるとされている。先行した因子分析の結果残された項目を用いてベイジアンネットワーク分析をおこない、営業スキルをネットワーク構造で体系化する。ネットワーク内でのそれぞれの営業スキルの役割(ハブ、ゲートキーパー等、図中太線丸)を調べる。また、営業スキルのつながり具合から、複数スキル間の因果関係や依存関係を分析していく(図中太線矢印)。
環境適応型スマート人工肛門括約筋の開発

本研究では、人工肛門括約筋を開発対象として、その生体と構造物との相互作用を理解することを目指す。具体的には、腸管組織の機械的特性を実験により測定する。それらの機械的特性をモデル化し、解析を行い、実験で求めることが困難な部位の圧力分布などの検討を行う。本年度は、前年度に開発した生体組織(腸管)の力学的特性の測定を行うための生体内押し込み試験機の改良を行い、より精度よく力学特性を同定するシステムを構築した。改良点としては、押し込み装置にレーザー変位計を付属し、測定部位の厚みを測定できるようにした。この改良により、押し込み圧子と腸管との接触した時点(押し込み開始時点)をより精度よく求めることができる。この改良した押し込み試験機を用いてヤギの大腸に対して生体内実験を行った。本研究で行った押し込み試験は、圧子の押し込み過程と最大押し込み量で押し込み状態をしばらく保持する過程に大別してデータ処理を行い、それぞれから腸管の非線形弾性特性と粘弾性特性を同定した。非線形弾性特性は、Mooney-Rivlinモデルを用い、粘弾性特性は2要素の一般化マクスウェルモデルを用いた。同定手法としては、まず、応力緩和曲線から粘弾性特性を同定し、押し込み過程の実験結果とMooney-Rivlinモデルとマクスウェルモデルを畳み込み積分した粘弾性特性を考慮した非線形弾性モデルを用いて同定した。これらの材料定数を用いて人工肛門括約筋の閉鎖動作を汎用有限要素解析ソフトANSYS8.1でシミュレーションした。このシミュレーションによって、人工肛門括約筋の設計と圧力分布の関係、また、圧力の時間変化を解析できることが確認できた。これらの成果は、生体組織にやさしいスマート人工肛門括約筋の実現のために必要不可欠であり、非常に有用である。本研究は、人工肛門括約筋の設計を通して生体組織と構造物との相互作用を理解することを目的としている。本年度は、生体組織の機械的特性を測定し、モデル化を行うことを目的とした。具体的には、ヤギの腸管を用いて、生体内・生体外で押し込み試験を行った。生体内で押し込み試験を行うため、押し込み試験装置を開発した。装置の概要は、XYZステージを組み合わせ、Zステージにロードセルを固定し、その先端にφ2mmの円柱押し込み圧子を取り付けた構成となっている。また、腸管を管状のまま押し込み試験を行うために、腸管固定台として片持ち梁を圧子の直下に設置した。生体内での試験方法としては、腸管の一部に切り込みをいれ、その切り込みから、先に述べた片持ち梁を挿入し固定する。一定速度でZステージに固定されているロードセルを押し込んでそのときの押し込み量と荷重の関係を測定した。生体外実験には、ヤギから切除後、0°C程度の生理食塩水中で密閉保存した腸管を用いた。腸管は筋肉、粘膜、しょう膜の3層からなるが、それぞれの機械的特性を生体内で測定することは困難であるため、生体外でそれぞれの層を剥離後、測定を行った(しょう膜のみ除去した場合、粘膜のみの場合、筋肉のみの場合の3種類)。生体内、生体外のそれぞれについて線形近似した際のヤング率を導出した。また、押し込み速度を変えることで応力緩和の影響を観測できた。これらの結果から、粘弾性特性についても同定ができると考えられる。次に、生体内の実験データを基に、ANSYSを用いて押し込み試験のモデリングを行った。今年度は腸全体を一層として扱ったモデルについて検討を行った。押し込み試験をシミュレーションできることを確認した。来年度において、さらに生体内押し込み試験、新たに生体外引っ張り試験を行い、非線形なき快適特性の同定を行い、モデルと実験の整合性を検証する予定である。
カントールコーディングによるエピソード記憶形成の理論

海馬は一連の出来事の連鎖すなわちエピソードの記憶を形成するのに必須の器官といわれている。本研究においては複雑系科学の観点からエピソード記憶形成の問題を捉える。高次元力学系の研究で得られた知見をもとに、エピソード記憶の形成機構を明らかにする事を目的に研究計画をたてた。2年間の研究により、エピソード記憶のカオス力学系によるモデルを提案する事が出来た。ヒトの経験は、外界を連続的に流れる物理事象を意識が離散化したものである。一つの仮説として意識による離散化はγ波によって行われると考えた。一方、海馬-皮質の相互作用系は約200ミリ秒の回帰時間を特徴的な時間として持ち、θリズムと同期している。従って、海馬への入力はθ波をγ波が離散化することによる事象の連鎖と考えられる。海馬CA3は、そのネットワーク構造から意味記憶の遷移を可能にする。この遷移がカオス的遍歴で記述されることがわかった。CA3の錐体細胞のシェーファー側枝は、CA1への入力を形成する。一方、CA1はそのネットワーク構造から安定な力学系であると考えられる。従って、CA3-CA1相互作用系はカオス的遍歴によって駆動された縮小力学である。カオスによって駆動された縮小写像系の一般理論から、海馬CA1にはカントール集合状のアトラクターが形成されることが期待され、実際モデルシミュレーションにおいてそのことを確かめた。この場合、カオス的遍歴は、出来事の連鎖すなわちエピソードを表現しており、カントール集合の階層性はカオス的遍歴の履歴を表現しているので、カントール集合はエピソードのカテゴリーを表現しているということを明らかにした。エビソード記憶形成に海馬CA3-CA1相互作用系が、いかに本質的に関わっているかを調べるために数理モデルを構築し、計算機シミュレーションを行なった。解剖学的知見をとり入れCA3を抑制性のあるリカレントネットで構築し、CA1を,リカレント結合のない安定回路として構築した。CA3は予想どおりカオス的なパターン系列を生み出した.このパターン系列は,事象系列と考えられるため経験(学習)にもとづいて内的に生成されたエビソードのひとつを考えられる.問題は、パターン系列として表現されたエビソードがいかにしてネットワーク内に定着していくかその機構の解明にあるが、CA1に生成されたカントール集合の構造を詳しく調べた結果、パターン系列の時間軸方向の構造、履歴が.カントール集合のクラスターとしての空間構造に埋め込まれていることが分った.この階層的埋め込みが.エビソードの固定に深く関与する一因であることが示唆された.海馬は一連の出来事の連鎖すなわちエピソードの記憶を形成するのに必須の器官といわれている。今年度の研究によりγ波、θ波とエピソード記憶の関係を明らかにするモデルを構築出来た。CA3に現れるカオス的遍歴は、出来事の連鎖すなわちエピソードを表現しており、カントール集合の階層性はカオス的遍歴の履歴を表現しているので、カントール集合はエピソードのカテゴリーを表現しているということを明らかにした。CA3におけるカオス的遍歴では事系列を構成する各パターンの間に自然な距離の概念があるが、事系列間の距離を定義できるしくみにはなっていない。この事系列間の距離はカントール集合内のサブクラスター間の距離で計測可能であるので、CA1のダイナミックスで表現されている可能性が指摘できる。以上の結果から次の仮説を導いた。仮説:エピソード記憶は思考の原型である。

エピソード記憶のカントールコードのような符号化が、自然言語と結び付くことで演繹推論が可能になったであろう。カントールコードの学習はカテゴリー学習である。このようなカテゴリー分類はルール生成や関係生成である帰納推論の原型になった可能性がある。