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乾燥時における農水産物のタンパク質分解酵素活性と抗酸化性に及ぼすUV-Aの影響

乾燥は収穫された農水産物に適用される加工方法である。乾燥は伝統的に直射日光にさらす天日乾燥が用いられてきた。一般的に天日干しされた農産物水産物は温風乾燥品より美味しいと言われている。その違いが太陽の各種波長の光の影響なのか、外気の気温、湿度、風速の影響なのかは不明である。そこで、本研究では収穫された農水産物のタンパク質分解酵素活性と抗酸化性に及ぼすUV-A照射の影響を検討した。その結果、青とUV-Aの光照射が抗酸化性を増大させることがわかった。一般的に農水産物の乾燥において、太陽光で乾燥させた天日乾燥品がより味が良いといわれている。その理由として、本研究では太陽光線の中の波長の短い紫外線(UV-A)が関与していることが明らかになっている。しかし、UV-A照射によってアミノ酸がどのようなメカニズムで増加するのかは解明されていない。そこで本研究では、農水産物に含まれる機能性成分は各波長の光によって増加するのか、UV-A照射によって遊離アミノ酸量が増加する要因は、タンパク質分解酵素に与えた影響によるものなのか、それとも他の要素に影響を及ぼした結果に因るものなのかを検討した。試験管スケールでの実験では、酵素についてはイカ肉中の酵素を基質はカゼインを使用し、UV-Aを規定時間照射することで、適切と思われる時間を提示した。さらに酵素にキモトリプシンを使用した実験ではUV-Aの照射強度や反応時間、照射時期を変えて行う事で、UV-A照射による遊離アミノ酸含量の増加には酵素への影響より基質への影響が大きい事等を提示した。また、分子量3000以下のタンパク質を測定するLOWRY法を用い、UV-A照射による遊離アミノ酸増加のメカニズムを検討した。その結果、アミノ酸含量変化の結果と同様に、基質にUV-Aを照射した後に酵素を添加した場合の方が酵素添加と同時にUV-Aを照射した場合より分子量3000以下のタンパク質濃度も大きくなり、UV-Aが基質に影響を及ぼして、酵素反応が起こりやすくなったことを提示した。一般的に太陽光で乾燥させた天日乾燥品がより味が良いといわれている理由として、太陽光線が関与していると考え、太陽光の中に含まれる各波長の光を照射しながら農水産物を乾燥させ、味覚に関与する遊離アミノ酸量を測定したところ、特にUV-Aを照射したサンプルにおいて増加することを明らかにした。しかし、アミノ酸がどのようなメカニズムで増加するのかは解明されていない。そこでUV-A照射によって遊離アミノ酸量が増加する要因は、タンパク質分解酵素に与えた影響なのか、それとも他の要素に影響を及ぼした結果に因るものなのかを検討した。試験管スケールの実験では、石英セルにカゼインとトリプシンを一定量入れ、UV-A照射装置でUV-Aを照射して実験を行った。基質はカゼインとし、基質量/酵素量(S/E)反応時間および照射強度を変化させてUV-Aの影響を検討した。その結果、基質にUV-Aを照射してから酵素を添加して反応させたサンプルの方が同時照射の場合よりもLowry法を用いたタンパク質濃度が若干増加し、アミノ酸量も増加した。またS/Eの値を変化させて実験しても同様の傾向であった。基質にUV-Aを照射すると、3000以下のタンパク質濃度が増加し、末端のアミノ酸量も増加するという実験結果から、UV-A照射がタンパク質分解酵素活性に影響を与えるということではなく、基質であるタンパク質構造の変性に影響を与えると考えられる。即ち、UV-A照射すると、タンパク質構造を揺らがせ、酵素が内部まで入りやすくなり、通常では切断されない箇所も酵素が切断し、タンパク質の分解が促進されると考えられる。乾燥する農水産物を食品としてみた場合、抗酸化性が増強される乾燥・貯蔵方法を開発することが重要である。そこで、大型冷蔵庫内で、ほうれん草とシソを5°C、10°Cと低温に保ち、光合成光補償点付近以下の光強度PPFD10μmol/(m^2s)で各種波長の光を照射して貯蔵実験を行った。アスコルビン酸は1日間の各種波長の光照射によって1.251.75倍増加した。2日目になると減少に転じるが、青と緑の波長の場合、減少率が少なく、UV-Aは大きかった。特に緑色の光は赤色と青色に比べてクロロフィルの吸収が弱く、緑色単体では光合成があまり行われないと考えられが、緑色の光にはストレス性があり、UVAと同様に光合成を抑えつつアスコルビン酸を増加させる効果があると考えられる。抗酸化性に指標であるDPPHラジカル捕捉活性については、Troloxの相当量として算出した。DPPHラジカル捕捉活性は、UV-A照射は非照射の1.75倍に増加し、青、緑のような短波長の光もUV-Aと同様に1.51.75倍増加した。

光照射によるアスコルビン酸含量変化とDPPHラジカル捕捉活性の傾向は類似しており、UV-Aのような短波長の光照射によって、乾燥時だけでなく、貯蔵時も抗酸化性物質を増加させることができることが明らかになった。これによって、冷蔵庫内の野菜の貯蔵にもUV-Aのような光照射が抗酸化性を増大させるのに有効であることが示された。また、出荷後の野菜に光照射することで品質を保ったまま栄養価の高い野菜を流通させることが可能になった。
オートファジー亢進型膵臓がんに対するがん免疫治療ターゲットの探索

細胞傷害性T細胞(CTL)は標的細胞の表面上にあるヒト主要組織適合性抗原(HLA)が提示するエピトープペプチドを認識する。がんに特異的なCTLによる腫瘍退縮効果が明らかとなり有望な治療方法として注目を浴びている。一方で、膵臓がんでは有効性の高い変異に由来するエピトープペプチドが少ないと考えられ、新たなCTLターゲットの発見が必須である。申請者らは活性型K-RAS遺伝子変異を有する膵臓がんで誘導されるオートファジーを介在した場合にのみ生成されるCTLエピトープを同定した。この現象の普遍性を検討するために、治療ターゲットとなり得るオートファジー介在性CTLエピトープの網羅的な探索を行う。
ハードウェアアルゴリズムの性能評価に関する研究

ハードウェアアルゴリズムの性能評価に関して、以下の研究を行った。(1)配線遅延を考慮したハードウェアアルゴリズムの評価ハードウェアアルゴリズムの性能評価は、回路を数学的にモデル化し、評価基準を定義した上で、その回路モデルに基づいて行う。評価基準として、従来は組合せ回路モデルにおける回路の段数や素子数、VLSIモデルにおける面積が用いられてきた。各論理素子の遅延を定数値とし、配線遅延を無視すれば、回路の計算時間は回路の段数に比例する。しかし、実際のCMOS論理回路においては、遅延は素子のファンアウトや出力に接続される配線の長さに依存する。集積回路技術の進展に伴い、回路の微細化が進み、論理素子の遅延に対して配線遅延が相対的に大きくなってきている。本研究では、より現実に則したハードウェアアルゴリズムの性能評価を行うために、配線長に依存する配線遅延を考慮した回路モデルを提案する。その上で、種々の並列乗算のハードウェアアルゴリズムについて回路全体の配線遅延を見積もり、配線による遅延を考慮した場合の回路の計算時間を評価する。(2)$GF(2)$上の多項式乗算命令を用いたGF(2^m)上の逆元計算アルゴリズム二つの1ワードオペランドから、2ワードの積を求めるGF(2)上の多項式乗算命令を用いた実装に適したGF(2^m)上の乗法逆元の高速計算アルゴリズムを提案する。提案アルゴリズムは、Brunnerらによる拡張ユークリッド法に基づくVLSI実装向けアルゴリズムに基づいている。Brunnerらのアルゴリズムにおける連続した反復での演算を行列で表現し、行列の演算を1ワードオペランド命令で計算する。プロセッサのワード長が32と16の場合、提案アルゴリズムはほぼ全てのmで従来のアルゴリズムより高速で、特に、プロセッサのワード長が32でmの値が571である場合、約半数の命令数で逆元計算が可能であった。ハードウェアアルゴリズムの性能評価に関して、以下の研究成果を得た。(1)Karatsubaアルゴリズムに基づく、乗算の新しいハードウェアアルゴリズムを開発し、従来の配列型乗算アルゴリズムおよびWallace木を用いた乗算アルゴリズムと性能の比較を行った。回路設計支援ソフトウェアを用いて論理合成と配置配線を行うことで、スタンダードセル方式のLSI上に実現した場合の計算時間および面積を評価した。新しい乗算器は、素子数は少なく、配線が複雑であるが、配置配線の結果、面積が小さくなることが明らかになった。(2)冗長2進表現の絶対値計算を用いた、整数除算の新しいハードウェアアルゴリズムを開発した。これに基づく除算器の組合せ回路モデル上での段数は演算数の長さに比例し、素子数は演算数の平方に比例する。また、VLSIモデル上での面積は演算数の平方に比例する。現在、回路設計支援ソフトウェアを用いて論理合成と配置配線を行い、スタンダードセル方式のLSI上に実現した場合の計算時間および面積の評価を進めている。(3)算術演算のための減算シフト型ハードウェアアルゴリズムの自動合成システムを構想し、開発を開始した。この自動合成システムでは、ハードウェアアルゴリズムの性能の見積もりを基に、アルゴリズム中のさまざまなパラメータを決定する。(1)前年度に提案したKaratsubaアルゴリズムに基づく新しいハードウェアアルゴリズムに基づく乗算器の詳細設計を行った。この乗算器は、従来の乗算器に比べ、配線は複雑であるが、素子数が少ない。現在、LSIを試作中である。(2)前年度に提案した冗長2進表現の絶対値計算を用いた新しいハードウェアアルゴリズムに基づく整数除算器を設計し、回路設計支援ソフトウェアを用いて論理合成と配置配線を行い、スタンダードセル方式のLSI上に実現した場合の計算時間および面積の評価を行った。市販の演算器IPライブラリ中の整数除算器に比べ、面積は大きくなるが、高速であることが明らかになった。(3)前年度に開始した、算術演算のための減算シフト型ハードウェアアルゴリズムの自動合成システムの開発を進めた。(4)暗号処理で用いられる乗算剰余算について、並列処理を可能にした新しいハードウェアアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムでは、乗数を上位と下位に分け、それぞれについて独立に計算を行い、最後にそれぞれの結果を足し合わせることにより最終結果を得る。初めて乗算剰余算の並列計算を可能にしたものであり、上位と下位のそれぞれの計算には従来の種々の計算法を用いることができる。(1)配線層数の乗算器の回路面積への影響スタンダードセル方式のVLSIにおいては、配線層数の増加により配線の複雑さによる面積の増加量が小さくなり、セルの総面積が回路面積に直接反映されるようになってきた。そこで、前年度までに提案したKaratsubaの方法に基づく新しいハードウェアアルゴリズムを含む6種類のアルゴリズムについて、それらに基づく乗算器の回路面積が、VLSIの配線層数によりどのような影響を受けるかを明らかにした。(2)冗長2進表現の絶対値計算を用いた整数開平のハードウェアアルゴリズム2進非回復型減算シフト法に基づく、整数開平のハードウェアアルゴリズムを開発した。部分残余を符号と絶対値の組で保持し、絶対値を冗長2進表現で表す。漸化式の計算を桁上げの伝搬なしに高速に行い、かつ、演算数の正規化を必要としない。アルゴリズムに基づく開平回路は組合せ回路モデル上での段数が演算数の長さに比例し、素子数が演算数の長さの平方に比例する。また、VLSIモデル上での面積が演算数の長さの平方に比例する。

(3)GF(2^m)上の乗算・逆元計算の統合ハードウェアアルゴリズム楕円曲線暗号の処理に現れるGF(2^m)上の乗算と逆数計算の統合ハードウェアアルゴリズムを開発した。MSB-firstの乗算アルゴリズムと拡張ユークリッド法に基づく逆元計算アルゴリズムの各ステップにおける計算の類似性に着目し、この二つのアルゴリズムを改変して統合した。このアルゴリズムに基づく複合回路は、乗算回路と逆元計算回路を別々に実現するよりも約4割小さな面積で構成される。ハードウェアアルゴリズムの性能評価に関して、以下の研究を行った。(1)配線遅延を考慮したハードウェアアルゴリズムの評価ハードウェアアルゴリズムの性能評価は、回路を数学的にモデル化し、評価基準を定義した上で、その回路モデルに基づいて行う。評価基準として、従来は組合せ回路モデルにおける回路の段数や素子数、VLSIモデルにおける面積が用いられてきた。各論理素子の遅延を定数値とし、配線遅延を無視すれば、回路の計算時間は回路の段数に比例する。しかし、実際のCMOS論理回路においては、遅延は素子のファンアウトや出力に接続される配線の長さに依存する。集積回路技術の進展に伴い、回路の微細化が進み、論理素子の遅延に対して配線遅延が相対的に大きくなってきている。本研究では、より現実に則したハードウェアアルゴリズムの性能評価を行うために、配線長に依存する配線遅延を考慮した回路モデルを提案する。その上で、種々の並列乗算のハードウェアアルゴリズムについて回路全体の配線遅延を見積もり、配線による遅延を考慮した場合の回路の計算時間を評価する。(2)$GF(2)$上の多項式乗算命令を用いたGF(2^m)上の逆元計算アルゴリズム二つの1ワードオペランドから、2ワードの積を求めるGF(2)上の多項式乗算命令を用いた実装に適したGF(2^m)上の乗法逆元の高速計算アルゴリズムを提案する。提案アルゴリズムは、Brunnerらによる拡張ユークリッド法に基づくVLSI実装向けアルゴリズムに基づいている。Brunnerらのアルゴリズムにおける連続した反復での演算を行列で表現し、行列の演算を1ワードオペランド命令で計算する。プロセッサのワード長が32と16の場合、提案アルゴリズムはほぼ全てのmで従来のアルゴリズムより高速で、特に、プロセッサのワード長が32でmの値が571である場合、約半数の命令数で逆元計算が可能であった。
マイクロデバイスを利用した原子間相互作用による摩擦制御

応力集中を得る方法として、曲げによる方法、引っ張りによる方法について検討を行った。このうち引っ張りによる方法では、応力集中を高めるために20ミクロンの厚さのデバイス層のハンドル層側をFIB(focused ion beam)で削ることも試みた。応力集中の有無による摩擦力の差を比較するため,応力集中を起こしている測定部と十分離れた応力が作用しない部分での2箇所の平均摩擦力を測定した.測定には、SIIナノテクノロジー社製AFM SPA300HVを用い、荷重と走査速度をパラメータにとり、電圧の印加の有無による摩擦力の変化を調べた。曲げにより応力集中を加えた時に、0.3μm/s以下の速度で荷重が高い時に摩擦係数の差が大きくなる傾向が確認された。また、部分的な酸化膜の影響とプローブ先端の摩耗の影響により摩擦力分布の確認が難しかったため、走査ライン毎に電圧(応力)を変化させる実験も行ったが、明確な摩擦力分布は確認出来なかった。これらに加え、理論的な検討を行うために、分子動力学法によるシミュレーションも行った。実験系と同様にSi(100)面同士を摩擦させ、一方を2%程度歪ませたときに、20%程度摩擦力が低下することを確認した。異種金属間の摩擦係数は、それぞれの表面の格子定数の差によって決定されるという仮説を検証するとともに、固体間の摩擦係数をアクティブに制御する新しい手法を提案することを目的としている。そのために、AFM(atomic force microscope:原子間力顕微鏡)の試料台に組み込み可能な複数のマイクロデバイスをDRIE(deep reactive ion etching)プロセスにより、SOI(silicon on insulator)ウェハ上に作製した。作製したデバイスの種類は大きく分けて2つあり、引っ張りにより応力を加えるタイプと、曲げにより応力を加えるタイプである。何れのタイプも静電アクチュエータにより駆動される。引っ張りを加えるタイプのデバイスについては、作製上の問題により、十分な駆動力を得ることが出来ず、AFMに組み込んだ試験を行わなかった。曲げにより応力を加えるタイプについて、AFMに組み込んだ試験を実施した。静電アクチュエータに、0 V、100 V、200 Vの駆動電圧をそれぞれ加えた時に、応力の集中する部分の摩擦力分布を測定した。その結果、応力を加えない状態でも摩擦力分布にコントラストの差が生じていた。そこで、それぞれの電圧で測定された摩擦力分布の差分を計算することによって、応力集中による構成定数変化が摩擦力に影響を与えていたかを検討した。その結果、100 Vと200 Vそれぞれの電圧で測定された摩擦係数分布の差分像で、わずかにコントラスの変化が認められた。しかし、0 Vと200 Vで測定された摩擦力分布の比較を行ったときには、明確な差を確認することが出来なかった。測定に用いたデバイスで発生させた力では、十分な歪みを得ることが出来なかったことも原因の一つであると考察した。デバイスを完成させ、摩擦実験まで遂行できたことで、研究を進めていく上での問題点も明らかになり、一応の成果を得ることが出来た。しかしながら、デバイスの加工に必要なフォトレジストやHMDSなどの薬品が劣化していて、新しく購入するのに時間がかかったことなどもあり、デバイスの加工に遅れが生じた。そのために、十分な種類と数量のデバイスを準備することができず、予定していた内容の測定実験を全て行うことが出来なかった。その結果、格子定数変化が摩擦力に与える影響について、明確な証拠を得るまで至らず、標記の自己評価とした。本研究では,試験片に応力集中を起こすことで部分的に原子間隔を変化させ,その部分の摩擦力分布をAFM(atomic force microscope)を用いて測定することで,応力分布と摩擦力分布の関係を明らかにすることを目的としている.そのためには、AFMの試料台上で応力分布を発生させる仕組みが必要となる.そこでMEMS(microelectromechanical systems)技術を用いて、静電アクチュエータにより力を発生させる応力集中マイクロデバイスを作製した。実験に用いたAFMは,真空チャンバを備えるSIIナノテクノロジー社製AFM SPA300HVである。カンチレバーは単結晶シリコン製(ばね定数1.7 N/m)を用いた.応力集中マイクロデバイスはAFMの試料台にカンチレバー探針先端の結晶方位と同じ方向になるように取り付けた.摩擦力の変化を測定したわずかな摩擦力変化を捉えるために、試料表面ー探針間の凝縮水による粘性抵抗の影響を小さくする必要がある.そこで,真空下で試料台に組み込まれたヒーターを用いてデバイスを超高真空中で200°Cまで加熱し、デバイス表面の凝縮水を取り除いた.その後3時間冷却し、常温に戻ったことを確認して摩擦力測定を行った.荷重と走査速度を各4条件,合計16条件を設定し,各条件においてデバイスへの印加電圧を0Vと200Vの2通り測定した.デバイス上の応力集中を生じさせる領域では荷重と走査速度の16条件全て測定を行い,比較のために設定した応力が作用しない領域では、荷重114 nNにおける走査速度4条件のみを測定した.摩擦力測定を行った領域の面積は,それぞれ300 nm×300 nmカンチレバーの長手方向に対して90度方向に往復走査を行った.

その結果、応力集中が生じている領域では、電圧を印加することによって、最大で約40%摩擦力が減少した.摩擦力分布の測定のよって、応力分布の様子を摩擦力像として得るところまでは至っていないが、走査範囲を狭くすることで摩耗による表面の変化を安定化させることに成功し、その結果応力によって摩擦力が変化することを確認することができた点が大きい。これによって、摩擦力分布の測定においても、目的とする摩擦力像が得られる目処が立ったことになる。したがって、概ね順調に進展していると判断される。応力集中を得る方法として、曲げによる方法、引っ張りによる方法について検討を行った。このうち引っ張りによる方法では、応力集中を高めるために20ミクロンの厚さのデバイス層のハンドル層側をFIB(focused ion beam)で削ることも試みた。応力集中の有無による摩擦力の差を比較するため,応力集中を起こしている測定部と十分離れた応力が作用しない部分での2箇所の平均摩擦力を測定した.測定には、SIIナノテクノロジー社製AFM SPA300HVを用い、荷重と走査速度をパラメータにとり、電圧の印加の有無による摩擦力の変化を調べた。曲げにより応力集中を加えた時に、0.3μm/s以下の速度で荷重が高い時に摩擦係数の差が大きくなる傾向が確認された。また、部分的な酸化膜の影響とプローブ先端の摩耗の影響により摩擦力分布の確認が難しかったため、走査ライン毎に電圧(応力)を変化させる実験も行ったが、明確な摩擦力分布は確認出来なかった。これらに加え、理論的な検討を行うために、分子動力学法によるシミュレーションも行った。実験系と同様にSi(100)面同士を摩擦させ、一方を2%程度歪ませたときに、20%程度摩擦力が低下することを確認した。引き続きデバイスの作製とAFMによる摩擦力分布測定実験を行う。AFMのカンチレバーの結晶方位とデバイスの結晶方位を一致させた時に、応力が集中している部分を効率良く測定範囲に収めるようにするため、SOIウェハ上でデバイスを作製する方向を変更する。その時、ステージを支えるサスペンションのばね定数が結晶方位の影響を受け増加し、測定部に加わる力が低下するので、デバイスの作製に当たっては、より大きな力を発生できるように櫛歯型アクチュエータの櫛歯の数を増加させる。測定環境としては、真空中で且つ高温処理を行った後に測定ができるように、必要に応じてステージを取り付けるアダプタにヒータを組み込む。上記の実験と並行して、応力集中の分布の様子については、有限要素法解析によって検討を行い、測定結果との比較が行えるようにする。電圧を変化させた摩擦力分布測定により、まずは格子定数変化による摩擦係数変化の確認を目指す。当初の予定通り、摩擦力分布の計測によって、原子間隔の相対的な差が摩擦係数に与える影響を明らかにすることを目指す。そのさい、プローブの先端、シリコン表面を摩耗によって十分に安定化させることが必要になる。さらに、シリコン表面に金属膜を蒸着させることで、酸化の影響が生じない条件での測定も行う。応力集中に関しては、切り欠きだけではなく、FIBによる薄膜化加工によって、より測定を行いやすい条件も実現させる。以上の方策によって、研究の目的の達成を目指す。今年度については、研究室に残っていた消耗品類を一部で使用することができた。
敗血症に対するニカラベン投与の臓器保護効果

本研究においては、盲腸穿孔術によって作成するラット敗血症モデルを用いて、ニカラベン投与の効果を検討した。まずはじめに、ニカラベン投与の生存率および敗血症心機能障害に対する効果の検討を行った。心機能評価については、順行性摘出灌流心標本を用いて、心拍出量、心仕事量、心筋酸素利用効率などのパラメーターを測定した。データ数がまだ少ないものの、現時点では、生存率および心機能に関して、治療を行わない対象群とニカラベン投与群とで有意差は認めていない。敗血症は、多臓器不全を併発して死に至る可能性が依然として高い。敗血症における臓器障害の原因の一つとされているフリーラジカールをターゲットとする治療戦略は、死亡率軽減につながる可能性が高い。本研究では、リポポリサッカライド(LPS)投与によって作成したラット敗血症モデルを用いて、フリーラジカールスカベンジャーであるニカラベンが、敗血症における心機能障害を抑制するとともに、腸管の機能を維持することによって、生存率を改善することを証明することを目的としている。平成20年度ではまず、LPSの至適投与量の検討を行った。敗血症モデルの代表とされる盲腸穿孔術における24時間生存率はおよそ50%であることから、それとほぼ同等の生存率を示すLPS投与量を検討した結果、LPS投与量は15mg/kgであった。次に、LPS15mg/kgを投与した後に生理食塩水2m1/hrの持続投与を行うコントロール群と、ニカラベン30mg/kg/hr(2m1/hr)投与群で生存率の比較検討を行った。各群で、10匹ずつの生存時間を検討した結果、コントロール群では平均で30時間、ニカラベン投与群で平均31時間であり、有意差は認められなかった。仮説通りの結果とならなかった原因として、ニカラベンの投与量が少ない可能性を考え、現在は投与量を60mg/kg/hrに増加して検討しているところである。本研究は、ラットに盲腸穿孔術を施行することで作成する、高心拍出量敗血症ラットモデルを使用して、敗血症に対するニカラベン投与の臓器保護効果および生存率に与える影響を検討することを目的とする。このモデルは、敗血症動物モデルのゴールデンスタンダードであるが、ラットの個体差を考慮すると、侵襲のばらつきを最小限にするためには熟練を要する。ニカラベン投与の臓器保護効果および生存率に与える影響を検討するうえで、薬剤投与を行わない対象群の48時間生存率50%を目標として、盲腸穿孔術の侵襲の程度を調整した。48時間生存率がおよそ50%となるモデルを作成できるようなった段階で、ニカラベン投与の効果を検討する実験に進んだ。まず、ニカラベン投与の効果を検討する臓器として、心臓に対する効果について検討を行った。以前の我々の研究室で行った実験において、敗血症モデルの心機能が障害されていることは、すでに証明済みである。心機能評価を行う手段としては、ex vivoによる順行性摘出灌流心標本を用いた。この方法では、後負荷を一定にしたうえで、前負荷を調整することで心機能を評価できる。主な評価項目は、心拍出量、dP/dt maxおよびdP/dt min、心仕事量、心筋酸素利用効率である。心機能評価と平行して、生存率の検討も行った。現段階では、各実験に関する数匹ずつのデータが得られたところであるが、ニカラベン投与を行わない対象群とニカラベン投与を行う治療群との間に、有意差は認められていない。今後はデータ数を増やしていく予定であったが、研究者が2009年7月よりアメリカに研究留学となったため、本研究はそれ以上進んでいないのが現状である。
全ゲノム手法から見えてきた新規殺菌剤作用点「タンパク質プレニル化機構」の解析

先行研究で、抗菌性化合物トルニファニドの耐性遺伝子の候補としてゲラニルゲラニルトランスフェラーゼ遺伝子(GGT1)を見出した。本研究でトウモロコシごま葉枯病菌の野生株に耐性株由来のC406Y変異型GGT1遺伝子を導入した結果、強い耐性化が認められた。次に、タンパク質プレニル化機構がトルニファニドの作用点であるか否かを検証した。野生株のGGT1遺伝子の破壊を試みた結果、破壊株は作出できず生存に必須の機能をもっていることが示唆された。さらにゲラニルゲラニル化修飾を受けると予測されるRHO1の局在を調べた結果、トルニファニド処理によって、正常な局在化が阻害されることが示唆された。本年度はまず、トウモロコシごま葉枯病菌(Bipolaris maydis)の野生株にC406Y変異型のゲラニルゲラニルトランスフェラーゼ遺伝子(BmGGT1)を導入する再試験を行った。その結果、予備試験の結果と同様に、遺伝子導入株は完全なトルニファニド耐性株となった。このことから、BmGGT1遺伝子はトルニファニドの作用ターゲットの可能性が強く示唆された。そこで野生株の持つBmGGT1遺伝子の遺伝子破壊試験を試みた。その結果、通常は見られない強いメラニン化を伴う非常に小型のコロニーが多数得られた。ゲノム抽出の結果、この菌株は遺伝子破壊された核と野生型の核を持つヘテロカリオンであった。一方で、完全な遺伝子破壊株を得ることは出来ず、BmGGT1は致死遺伝子である可能性が強く示唆された。得られたヘテロカリオン株では、強いメラニン化を伴ったこん棒状に肥大した菌糸が多数観察された。この形状は、トルニファニド作用時の菌糸形態変化と非常に類似していることから、トルニファニドの作用はBmGGT1の機能欠損によるものであることが示唆された。次に、BmGGT1遺伝子の変異とは異なる原因(現在のところファルネシルトランスフェラーゼ遺伝子変異株と考えている)でトルニファニドに耐性化しているTFR1株を用いれば、BmGGT1遺伝子の破壊が可能ではないかと仮説を立てた。しかし、遺伝子破壊を試みた結果は野生株の場合と同様であり、強いメラニン化とこん棒状肥大を伴う菌糸のヘテロカリオン株のみが得られ、完全な遺伝子破壊株は得ることができなかった。以上の結果より、トルニファニドは致死遺伝子であるGGT1の機能欠損を起こしている可能性が示唆された。本年度の研究により、ゲラニルゲラニルトランスフェラーゼをコードするBmGGT1遺伝子の破壊試験を試み、致死遺伝子の可能性が高く、その機能欠損が起きた場合にはトルニファニド作用時と類似の菌糸形態が認められることが明らかとなった。このことは、本研究の仮設を強く支持するものであり、大きな進展といえる。その他に計画している実験についても、すでに着手しており、次年度にさらに研究を発展させることが十分に可能であるため。昨年度までの結果により、トルニファニドはゲラニルゲラニルトランスフェラーゼGGT1の機能欠損を引き起こしているのではないかと仮説を立てた。そこで、トウモロコシごま葉枯病菌のゲノム配列のなかから、ゲラニルゲラニルトランスフェラーゼによってプレニル化修飾を受けると予測される遺伝子を探索した。その結果、6種類のRHO型GTPase(RHO1、RHO2、RHO3、RHO4、CDC42、RAC1)を含む10個の候補遺伝子を見出した。今年度はこのうちRHO1遺伝子に着目し実験を行った。まず、eGFP-RHO1融合遺伝子を発現する菌株を作出し、蛍光顕微鏡で観察を行った。その結果、RHO1は主にセプタム(隔壁)に局在することが示唆された。次に、トルニファニド処理条件でRHO1の局在を観察したところ、このRHO1のセプタムへの局在はほとんど観察されなかった。このことから、トルニファニド処理によってRHO1の局在が影響を受けていることが明らかとなった。また、この結果に加えて、トルニファニド処理によってセプタム形成そのものも強く阻害されていることが明らかとなった。以上の結果から、トルニファニドはゲラニルゲラニルトランスフェラーゼの機能不全を引き起こすことで、RHO1のような下流因子の局在および機能に影響を与えているのではないかと示唆された。多くの糸状菌においてRHO1遺伝子は生存に必須の機能を果たしており、その機能不全は致死性であることが知られている。トルニファニドは、これら10種の下流因子の機能不全を引き起こしていることが考えられる。これらを実証するために、さらなる検証が必要と考えられる。今後はまず、トルニファニドがタンパク質プレニル化の阻害活性を持つか否かをmCherry-CaaX導入株およびRHO1-eGFP

株を用いて実証する予定である。さらに、トルニファニドが本来作用しない植物病原菌種(ウリ類炭疸病菌および灰色かび病菌)を用いて、GGT1遺伝子がトルニファニドの作用ターゲットであることを分子遺伝学的手法で実証する。具体的には、これらの植物病原菌種の持つGGT1遺伝子を導入した場合に、トウモロコシごま葉枯病菌がトルニファニド耐性となるか否かの検証を行う。また、トウモロコシごま葉枯病菌由来のGGT1遺伝子をこれらの植物病原菌種に持たせることで、トルニファニドが毒性を発揮することができるかについての検証をすすめる。菌類分子遺伝学、植物病理学、農薬科学研究計画上、1年目よりも2年目に多くの遺伝子組換え株の作出およびその培養装置が必要となるため、繰越を行った。遺伝子組換え株作出のための試薬類、培養器具、および培養装置への使用を計画している。
国際的観点からみた実物的景気循環論とサーチモデルによる日本の労働市場分析

日本の失業率は90年代に大幅に増加し,また,この期間中に創出された新規雇用の多くが,従来の日本の標準雇用形態,すなわち常勤終身雇用とは対照的な短期および非常勤雇用であった.本プロジェクトでは日本の労働市場を様々な角度から研究した.「90年代のTFP成長鈍化と日本労働市場」の論文では,失われた10年の労働市場の変遷は生産性の変化によって起こされたものであることを発見した.「臨時雇用は行き止まりかそれとも常勤労働への足がかりか,構造推定による証拠」の論文では,若年労働者にとって臨時雇用が常勤雇用への足がかりでも行き止まりでもないことを突き止めた.最後に,「日米ビジネスサイクル比較」の論文で,日米の労働時間の循環調整の差は両国の労働者の価値観の差が原因になっていることが分かった.日本の失業率は90年代に大幅に増加し,また,この期間中に創出された新規雇用の多くが,従来の日本の標準雇用形態,すなわち常勤終身雇用とは対照的な短期および非常勤雇用であった.本プロジェクトでは日本の労働市場を様々な角度から研究した.「90年代のTFP成長鈍化と日本労働市場」の論文では,失われた10年の労働市場の変遷は生産性の変化によって起こされたものであることを発見した.「臨時雇用は行き止まりかそれとも常勤労働への足がかりか,構造推定による証拠」の論文では,若年労働者にとって臨時雇用が常勤雇用への足がかりでも行き止まりでもないことを突き止めた.最後に,「日米ビジネスサイクル比較」の論文で,日米の労働時間の循環調整の差は両国の労働者の価値観の差が原因になっていることが分かった.本年度は、特にマクロ理論の観点から、日本の労働市場に関する研究を含む、このプロジェクトと関係する3つの異なる論文作成を行った。第1の論文はRichard A.Braun、Nao Sudou, Toshihiro Okadaとの「日本と米国景気循環の比較」に関する共同研究である。この論文では、過去40年の日本の雇用が拡張的収益(雇用)より集約的限界(時間数)において、より不安定だった理由を検討する。特に米国の労働市場が、広範囲な、より大きな変化を見せたことが興味深い。論文では、我々は、男性と女性2名のメンバーによって構成された世帯をから成る、実際の景気循環を使用する。データの中で観察された、基礎的な事実を再構築するためのモデルの基礎となるパラメータを推測した。我々は、日本の労働市場の予想変動率は、大概、勤務時間の調整ではなく、男性労働者の雇用形態を調節する(雇用か、失業か)というリスク回避によって動かされる、ということが分かった。日本人の女性労働者は、米国の男性および女性に非常に似て振る舞い、また時間数より雇用形態を調節することを望む。この論文はJapan and the World Economyで最近刊行された。第2,第3の論文については、中嶋亮氏(筑波大学)・田中隆一氏(東京工業大学)と研究を進めつつ、現在データの取り寄せ・分析・執筆を行っており、今後、完成させていく予定である。論文に加えて、本年度は、川口大司氏(一橋大学)によって組織された労働ワークショップの一員も務めた。月一回、参加者により進められている研究について議論した。これは、日本の労働市場と関わる我々の研究に規則的なフィードバックを与え、ミクロ理論または計量経済学のような他の分野の研究者の見解を得ることを可能にした。このワークショップは来年度も継続する予定である。昨年度に引き続き、本研究に関わる2本の論文について、マクロ的観点からみた日本の労働市場に関わる研究を行った。第1の論文、中嶋亮氏・田中龍一氏との共同研究である"Understanding Japanese Unemployment Flows From the 1990s"の中で、我々は、論理的観点から1990年代の日本の失業の流れの最も顕著な特徴を研究した。特にその10年の失業率の劇的増加に着目した。また、モデリングと中間集計を行った。現在、年齢、性別、地方などの異なったカテゴリーに細分化された、日本の労働者の主要な流れを研究した論文の、計量経済学的部分を終えたところである。また、モデリングを行い1990年代の日本に見られた不況増加のタイミングや規模を再現しうるモデルを示した中間結果を得た。2本目の論文は、"Labor Market Structure and Inequality in Japan"(同じく中嶋亮・田中隆一氏と共著)である。この論文で我々は、日本の職業の変遷をより理解するために、日本のミクロデータを使ったサーチモデルを測定した。我々は日本の労働市場の変化を研究し、異なるグループのクロスセクション的賃金不均衡度を理解するため、コホート分析を行った。そして最終的に、他の日米研究の成果と比較した。これも実証的部分を終了し、現在は、計量経済学的手法を通したモデルの測定を行っている。また、一橋大学・川口大司氏主催の労働ワークショップへ参加し、月一回、進行中の研究について議論を交わした。これが我々の研究への定期的なフィードバックとなり、ミクロ経済学や計量経済学等の他の分野の研究者からの意見を得る貴重な機会となった。このワークショップは2008年8月迄開催の予定である。昨年度は本プロジェクト関連の日本の労働市場の研究を含む二件の論文を手がけた。最初の論文は「90年代のTFP成長率鈍化と日本労働市場」は中島亮氏と田中隆一氏との共著である。本論文では、理論的見地から90年代の失業率増加の根底にある主因の研究を行った。

その結果、失業率増加の主要原因は生産性の低下であり、それが雇用率の低下と労働者解雇の増加につながったという結論に至った。また、生産性の低下は生産および賃金増加の鈍化、労働者の流入、流出低下の原因にもなっていることが分かった。本論文はRIETIワーキングペーパーNo.09-E-003として発表された。二番目の論文のタイトルは、「非正規雇用は行き止まりか正規雇用への踏み台か?構造推定による証拠」であり、同じく中島亮氏と田中隆一氏との共著である。本論文では非正規雇用が正規雇用につながる度合いの研究を行った。そのために日本のミクロデータを用い日本における労働の変遷の理解を試みた。非正規雇用は短期、中期的には正規雇用にはつながらないが、長期的な正規雇用の妨げにはならないという結果が出た。本論文はRIETIワーキングペーパーNo.09-として発表された。また、International Economic Review誌にも提出してある。昨年度は、本二件の論文以外に、川口大司氏が主催する労働ワークショップにも参加し、毎月の会合では、メンバーの現在の研究について議論した。これにより、日本労働市場に関するわれわれの研究に対し定期的にフィードバックが得られることになったほか、マイクロエコノミクスや計量経済学等他の分野の研究者の意見を得ることもできた。本ワークショップは2009年度一杯継続する。
中国農村の工業化と経済・社会変動にかんする実証的・定量的研究

本国際学術共同研究事業は、平成元年より2年間のプロジェクトとして開始された。しかし、初年度に予定していた中国における予備的な農村調査が1989年春に北京に起きた政治的大変動、とくに6月4日の「天安門事件」の結果予定どおり実施することができず、またわれわれの中国側研究協力機関であった国務院農村発展研究中心発展研究所が政治的理由により活動停止、最後には解散といった異常事態が公生するに及び、平成2年2月にやむなく「研究廃止」の願いを出さざるをえない事態に追い込まれてしまった。その後中国の政治情勢が鎮静化するにともない、平成2年4月末に日本側研究代表者(中兼和津次)が北京を訪れたさい、社会科学院農村発展研究所所長(陳吉元氏)と会談し、研究調査事業最終年度である今年度に同研究所と協力し、現地調査ならびに外国側研究員招聘事業を行うことになった。以下、「研究実績の概要」と一部重複するが、第2年度目の研究成果を中心に述べる。まず、11月までは日本側研究者は経常的に国内における研究会を積み重ね、中国における農村実態調査のための具体的な調査頂目の検討といった予備的作業を進めていった。中国側との綿密な打ち合せを手紙・ファクスにより何回となく行った後、平成2年11月25日、日本側5人のメンバ-(中兼和津次、小島朋之、田嶋俊雄、池上彰英、杜進)が訪中した。中国側研究機関である中国社会科学院農村発展研究所、および同所所員研究員の協力のもとに、山東省武城県において精力的な調査活動を約1週間行った。まず県レベルの概況調査から始まり、その下の郷レベルの概況調査、さらにその下の村レベルの調査を行い、併せて2ケ村各40戸の農家に対する面接による農家調査、20余の郷および村の郷鎮企業経営幹部、ならびにそれら企業に働く100余名の労働者に対するアンケ-トによる意識調査も実施した。また県において各種の非公開統計資料の収集も行った。これまでもこうした農村実態調査は外国人研究者により行われないではなかったが、選択した武城県は典型的な華北農村地帯にあってこれまで調査されたことのない村であるうえ、戸別の経営実態調査や労働者へのアンケ-ト調査はいままでほとんどなされたことはなく、重要な研究デ-タを収集できたと考える。これらのデ-タは一部研究参加者の研究論文に生かされるが、われわれの共同の財産としてコンピュ-タ-に入力し、デ-タベ-ス化し、将来同種の調査を行うときの比較対照材料とすることを考えている。平成3年2月1日から9日まで、中国側研究者3人(庚徳昌、張軍、蒋久栄)を日本へ招待した。その間2日間にわたって日中学術ワ-クショップ(テ-マ「体制改革以後の中国農村・農業の社会経済変動」)を開催し、日本側5人の研究者も含め全員が各自の研究テ-マについて中国語で報告し、また中国語による白熱した討論を行った。こうした試みはいままで行われたことはなく、その成果が危ぶまれていたが、そのワ-クショップには多くの日本人研究者ならびに在日中国人研究者もオプザ-バ-として参加し(計約30名)、積極的に発言して会議を盛り上げてくれた。このワ-クショップの後、中国側研究者は日本側メンバ-の案内のもとに長野県においていくつかの農村工場を視察し、また帰京後農業総合研究所を初めとする研究機関を訪問し、日本の農村と農業、および中小工業の果たす役割について知見を貴重な得たようである。彼らのこの調査結果は、いずれ中国において発表される予定である。本来2年プロジェクトであるはずの本研究事業が、先に述べた理由により事実上単年度事業になったしまった結果、予定していた多くの研究・調査項目を割愛せざるをえなくなったことは誠に残念である。しかし、短い期間とはいえ、中国との共同研究事業を実施し、とくに中国農村において多くの貴重な体験と情報を得ることができたということは、来年度以降に予定しているより本格的な日中学術共同研究への貴重な一歩を記すことができた。事実、今回調査を行った山東省武城県は今後追跡調査すべき地点として十分意味のある調査対象であると考える。その意味で今回のわれわれの研究プロジェクトはきわめて大きな成果を納めたといえる。

中国側との綿密な打ち合せを手紙・ファクスにより何回となく行った後、平成2年11月25日、日本側5人のメンバ-(中兼和津次、小島朋之、田嶋俊雄、池上彰英、杜進)が訪中した。中国側研究機関である中国社会科学院農村発展研究所、および同所所員研究員の協力のもとに、山東省武城県において精力的な調査活動を約1週間行った。まず県レベルの概況調査から始まり、その下の郷レベルの概況調査、さらにその下の村レベルの調査を行い、併せて2ケ村各40戸の農家に対する面接による農家調査、20余の郷および村の郷鎮企業経営幹部、ならびにそれら企業に働く100余名の労働者に対するアンケ-トによる意識調査も実施した。また県において各種の非公開統計資料の収集も行った。これまでもこうした農村実態調査は外国人研究者により行われないではなかったが、選択した武城県は典型的な華北農村地帯にあってこれまで調査されたことのない村であるうえ、戸別の経営実態調査や労働者へのアンケ-ト調査はいままでほとんどなされたことはなく、重要な研究デ-タを収集できたと考える。これらのデ-タは一部研究参加者の研究論文に生かされるが、われわれの共同の財産としてコンピュ-タ-に入力し、デ-タベ-ス化し、将来同種の調査を行うときの比較対照材料とすることを考えている。平成3年2月1日から9日まで、中国側研究者3人(庚徳昌、張軍、蒋久栄)を日本へ招待した。その間2日間にわたって日中学術ワ-クショップ(テ-マ「体制改革以後の中国農村・農業の社会経済変動」)を開催し、日本側5人の研究者も含め全員が各自の研究テ-マについて中国語で報告し、また中国語による白熱した討論を行った。こうした試みはいままで行われたことはなく、その成果が危ぶまれていたが、そのワ-クショップには多くの日本人研究者ならびに在日中国人研究者もオプザ-バ-として参加し(計約30名)、積極的に発言して会議を盛り上げてくれた。このワ-クショップの後、中国側研究者は日本側メンバ-の案内のもとに長野県においていくつかの農村工場を視察し、また帰京後農業総合研究所を初めとする研究機関を訪問し、日本の農村と農業、および中小工業の果たす役割について知見を貴重な得たようである。彼らのこの調査結果は、いずれ中国において発表される予定である。本来2年プロジェクトであるはずの本研究事業が、先に述べた理由により事実上単年度事業になったしまった結果、予定していた多くの研究・調査項目を割愛せざるをえなくなったことは誠に残念である。しかし、短い期間とはいえ、中国との共同研究事業を実施し、とくに中国農村において多くの貴重な体験と情報を得ることができたということは、来年度以降に予定しているより本格的な日中学術共同研究への貴重な一歩を記すことができた。事実、今回調査を行った山東省武城県は今後追跡調査すべき地点として十分意味のある調査対象であると考える。その意味で今回のわれわれの研究プロジェクトはきわめて大きな成果を納めたといえる。
ＮＫＣＣ２のエンドサイトーシスとＢａｒｔｔｅｒ症候群におけるモエシンの役割の解明

本研究では、モエシンノックアウト(MKO)マウスを用いてヘンレのループの太い上行脚において、モエシンが担うNa+/K+/Cl-共輸送体2 (NKCC2)のエンドサイトーシス制御および電解質再吸収における役割を解析し、その成果を学術論文として発表した(Kawaguchi K et al. Pflugers Archiv, 2018, 470(7), 1055-1068)。NKCC2のエンドサイトーシスにおけるモエシンの役割について、日本生化学会近畿支部例会で口頭およびポスターでの発表を行った。その結果、優秀発表賞を受賞することができた。本研究により、モエシンがNKCC2の細胞膜における脂質ラフトへの集積に重要な働きを担い、正常なエンドサイトーシスに必要なタンパク質であることが明らかとなった。次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラムや日本生化学会大会においても本研究成果を口頭発表した。また、K+アナログとしてTl+を用いたNKCC2の輸送活性測定およびin vivoにおける血中、尿中の電解質動体を解析し、NKCC2を介した電解質再吸収の変化を解析した。MKOマウスでは、エンドサイトーシスの異常により細胞膜上でのNKCC2の蓄積が見られ、電解質輸送活性の上昇が確認された。in vivoにおいても、高Cl-血症や尿中へのNaClの1日総排泄量の低下などが認められた。本研究結果についても、Europhysiology、生体膜と薬物の相互作用シンポジウム、近畿生理学談話会およびFAOPS 2019などの国際および国内学会で発表を行った。生体膜と薬物の相互作用シンポジウムでは優秀発表賞を受賞した。また、膜誌(日本膜学会)において、研究結果に基づく総説を発表した(Kawaguchi K etal.膜, 2018, 43(5), pp199-205)。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
全身協調動作を誘発する福祉支援ロボットの制御手法の開発

超高齢社会の到来に伴い,動作支援ロボットに対する社会的ニーズは急速に拡大している.しかし,動作支援ロボットでは,支援する関節・筋の生体情報のみを利用してロボットの動作を決定しているため,全身協調運動に与える影響は十分に検討されていない.本研究では,ロボット使用者の全身の動作が協調されることが可能なロボットの制御則の構築に向け,課題を大きく以下の3つに分けて取り組んだ.(1)ヒトの全身協調動作モデルの構築,(2)生活動作における被介助者の全身動作の最適化,(3)介助ロボットの動作生成.そして,用途の異なる複数のロボット対し上記の3つの課題に基づき,全身協調動作を誘発するロボットの開発を目指した.超高齢社会の到来に伴い,動作支援ロボットに対する社会的ニーズは急速に拡大している.しかし,動作支援ロボットでは,支援する関節・筋の生体情報のみを利用してロボットの動作を決定しているため,全身協調運動に与える影響は十分に検討されていない.本研究では,ロボット使用者の全身の動作が協調されることが可能なロボットの制御則の構築に向け,課題を大きく以下の3つに分けて取り組んだ.(1)ヒトの全身協調動作モデルの構築,(2)生活動作における被介助者の全身動作の最適化,(3)介助ロボットの動作生成.そして,用途の異なる複数のロボット対し上記の3つの課題に基づき,全身協調動作を誘発するロボットの開発を目指した.本研究では、動作支援ロボットの普及を目指し、直接的なアシスト部位だけでなく、全身の動作が自然と調和されることを目標に加えたロボットの制御則の構築を行うことを目的としている。初年度の成果を以下に記す。(1)人の全身協調動作モデルの構築:生理学的モデルと力学的モデルを組み合わせた動作シミュレータの構築に向け、筋電義手を対象とした検討を行った。シミュレータ上で義手の関節を再現し、実際にシミュレータ上の義手を被験者の筋電位により制御しつつ、シミュレータの情報をFESにて被験者にフィードバックすることで筋電義手を正確に制御するための感覚フィードバック手法に関する新たな知見を得た。(2)人の全身協調動作モデルのパラメータ推定技術:全身協調動作モデルのパラメータ推定手法の構築に向け、高齢者の身体機能を維持しながら移動範囲を拡大することができる移動支援機器Tread-Walkを対象とした検討を行った。本検討では、Tread-Walkを制御する上での違和感を解消するために、これまでの力学的な観点からの検討に加えて、生理学的な観点から非侵襲に脳活動を計測することが可能な光トポグラフィ装置を用い、制御パラメータを決定した。(3)自然な全身動作が被介助者に誘発されるような動作支援アルゴリズムの実現:高齢者の起立支援ロボットを対象に、三次元位置計測装置VICONを用いて、背骨が円背した高齢者を模擬した被験者の体幹形状をモデル化した。また、介助者の支援動作の最適軌道生成に向け、体重免荷装置における骨盤運動からの歩行相の事前推定、移動支援機器Tread-Walkにおけるハンドルにかかる力を考慮した移動方向推定など動作推定手法を改良した。また、被介助者とロボットの接触法の検討に向けて、体重免荷装置に関して、左右非対称な歩行を有する患者に適した免荷手法の検討を行った。本研究では、動作支援ロボットの普及を目指し、直接的なアシスト部位だけでなく、全身の動作が自然と調和されることを目標に加えたロボットの制御則の構築を行うことを目的としている。本年度の成果を以下に記す。ヒトの全身協調動作モデルの構築:高齢者の起立に関して、手すりの利用や起立誘導ロボットなどを、高齢者個人個人が有する能力(残存能力)に応じて提供するためのアルゴリズムを構築した。本アルゴリズムにより、高齢者個人の部位ごとの能力に応じた機器が提供可能となることが期待される。生活動作における被介助者の全身動作の最適化:機能的電気刺激を用いて、片麻痺患者の歩行リハビリを行うことを目指し、機能的電気刺激による刺激タイミングを最適化できるパラメータの同定とタイミングの同定精度を検証した。介助ロボットの動作生成:高齢者の起立誘導ロボットにおいて、残存能力に応じた起立を実現するアルゴリズムを構築した。また、高齢者が加齢に伴い、体性感覚が衰える問題に対し、視覚を遮断し体性感覚を意識することで歩行の安定性を向上する手法を提案した。体性感覚を意識することで、足底圧中心のばらつきが軽減されることを確認した。ヒトの全身協調動作モデルの構築:上肢の巧緻動作における各関節自由度の協調を明らかにするために、筆記動作を対象タスクとして、力覚センサを搭載したペン型デバイスとペンタブレットと描画タスクアプリケーションを用いた解析を実施した。生活動作における被介助者の全身動作の最適化:骨盤支援ロボットに於いて、ロボットによる体重免荷量の増加に伴い、全身の姿勢が後傾することが確認され、姿勢が後傾せずに免荷支援を行える機構が必要であることを確認した。また、上肢のふるえを抑制する装着型ロボットに於いて、ふるえを抑制する際に起こる関節の拘束によって他関節の代償動作が発生し、不自然な動作となることによる疲労の発生が確認されている。そこで、他関節との連動機構を開発し搭載することで、代償動作の発生抑制に成功した。介助ロボットの動作

生成:片麻痺患者の骨盤を支持し、冠状面方向の体重移動を整えながら、歩行リハビリを行う「ハンドリング」という手法を模擬する骨盤支持ロボットに関連して、患者の不意な冠状面方向のバランスの乱れに対応した患者への接触方法について検討を行った。また、被介助者とロボットの接触方法として、生体の粘弾性特性に近い、特性を有する分数次微分を用いたインピーダンス制御の有効性を確認した。全身の協調動作を誘発する協調動作モデルの構築に向け、概ね予定通りに研究を進めることができた。以下に大項目ごとにその理由を記す。(1)人の全身協調動作モデルの構築:「中項目B:生理学的モデルと力学的モデルを組み合わせた動作シミュレータの検討」として、概要の(1)に記載した通り、筋電義手を対象とした検討を進めることができた。また、概要の(2)に記載した光トポグラフィを用いた移動支援機器Tread-Walkにおける制御パラメータの決定は、「中項目A:生理学的モデル」にも関連のある検討項目である。(2)人の全身協調動作モデルのパラメータ推定技術:「中項目C:被介助者に合わせた全身協調動作モデルのパラメータ同定」に関連して、当初の申請書のような筋骨格モデルのパラメータ推定ではないが、異なる観点からの体性感覚に基づくパラメータ推定技術の検討を進めることができた。(3)自然な全身動作が被介助者に誘発されるような動作支援アルゴリズムの実現:「中項目E:介助者からの支援を含んだ被介助者の全身協調動作モデルの構築」に関連して、高齢者の起立支援ロボットを対象とした被介助者のモデル化に取り組んだ。また、「中項目F:介助者の支援動作における最適軌道生成」に関連して、体重免荷装置、移動支援機器Tread-Walkに関して、使用者の意図や状態を推定する技術の精度向上を図ることができた。また、「中項目G:被介助者のアテンション消費を低減するロボットからの接触方法の検討」に関しては、体重免荷装置に関して、左右非対称な歩行を有する患者に適した免荷手法の検討を行った。25年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトの全身協調動作モデルの構築:協調動作モデルの構築に向け、上肢の巧緻動作における各関節自由度の寄与を、筆記動作を対象タスクとして検討することができた。生活動作における被介助者の全身動作の最適化:不随意のふるえを有する患者のふるえを抑制するために開発されている装着型ロボットにおいて、ふるえを抑制することに伴う関節の拘束による代償運動の発生を抑制し、自然な動作軌道の生成に成功した。また、骨盤支持ロボットにおいて、体重の免荷量を増やすことにより、姿勢の後傾が発生しており、自然な歩行を阻害していることを明らかにした。これにより、後傾を伴わない免荷機構・アルゴリズムの構築の必要性が示唆された。介助ロボットの動作生成:介助ロボットと人との接触に関して、実装と理論双方の観点から検討を行うことができた。