hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
塗装型高速応答感圧塗料による移動物体周り非定常圧力場計測法の確立

ファンや風車のような回転翼全体の表面圧力分布を把握することを最終目的に,高速応答型感圧塗料(PSP)による非定常圧力場計測法の開発を進めた.まず,圧力・温度・湿度感度を独立して測定する装置を製作し,それらの感度を定量的に定めた.固定翼,円柱を対象にした実験から,流速測定から得た渦渡場とよく相関する圧力場がPSPから得られること,適切なデータ処理法を用いればPSPによる変動圧力振幅の測定限界を10 Pa以下にまで広げられることを示した.ファン表面の圧力は,1 kPa以内の動圧分布を100 Pa程度の精度でとらえられ,ラージエディシミュレーションによる解析結果とも良く一致することが分かった.ファンや風車のような回転翼全体の表面圧力分布を把握することを目的として,塗装型高速応答感圧塗料(PSP)による移動物体周り非定常圧力場計測法の確立を図った.CFD(非圧縮LES)解析結果との比較を通じて,0.1 kPa以下の振幅を持つ表面圧力変動分布を定量的にとらえる計測システムの構築を進めた.まず,PSP出力の温度・湿度依存性補償法を検討した.大型恒温恒湿器と飽和塩法による調湿を組み合わせて,温度,湿度,圧力を独立に制御できるPSP較正試験装置を構築した.この装置を用いて,高速応答型感圧塗料の一つであるAA-PSP発光特性を詳しく調べた結果,それぞれのパラメータが微小に変化する範囲では,a priori法で湿度,温度依存性を補償できることがわかった(吉田ら2013;関谷ら2014).つぎに,回転体発光画像撮影システムの構築と圧力算出画像処理プログラムを開発した.高速度ビデオカメラとレーザダイオード光源を用いて,回転中の小型ファン表面に塗布したPSP,感温塗料(TSP)画像を取得するシステムを構築した(田近ら2014).また,異なる2枚の翼面上のPSP, TSP出力を組み合わせた処理を行うために,翼外縁を正確に一致させる画像処理アルゴリズムを構築した(Makoshiら2013)最後に,PSP/PIV複合計測による空力音源探査方法を構築した.円柱を対象に,表面変動圧力場をPSPによって,円柱周りの速度場をPIVによって測定する風洞実験を行った.スパン方向の圧力相関,速度場から得た渦度の相関を比較し,両者が良く一致することを確認した(Kamedaら2013).ファンや風車のような回転翼全体の表面圧力分布を把握することを目的として,高速応答型感圧塗料(PSP)による移動物体周り非定常圧力場計測法の確立を図った.CFD (非圧縮LES)解析結果との比較を通じて,0.1 kPa以下の振幅を持つ表面圧力変動分布を定量的にとらえる計測システムの構築を進めた.まず,PSP出力の温度・湿度依存性補償法を検討した.昨年度に製作した,大型恒温恒湿器と飽和塩法による調湿を組み合わせによる温度,湿度,圧力を独立に制御できるPSP較正試験を用いて,高速応答型PSPの一つであるAA-PSPの発光特性を評価した結果,温度,相対湿度,圧力の違いによる発光量の変化はそれぞれ独立しており,それぞれに対する感度を用いてa prioriに圧力を定めることができることを示した(亀田ら2014,日本航空宇宙学会講演会流体力学部門最優秀賞受賞; Kameda etal. 2015).また,温度,湿度の違いが周波数応答性に与える影響の評価も行い,風洞実験で変化する範囲内であれば,これらは大きな影響を与えない,ということも分かった(渡邉ら2015).つぎに,発光量変化の時系列画像データから,微小変動圧力を取り出すために,ノイズ源の特定と,画像処理法(特異値分解(SVD)法(Pastuhoff et al. 2013),画像内各点輝度値周波数スペクトル積算による方法(Nakakita 2013))の比較検討を行った.その結果,カメラショットノイズの影響が卓越していること,SVD法により,少ない画像枚数で変動振幅を抽出できることを明らかにした(野田ら2015).最後に,PSP/PIV複合計測による物体周り渦度場と物体表面圧力場の相関解析を行った.円柱を対象とした風洞実験から,両者に良い相関があることが確認できた(野邑ら2015).低速流中における物体表面の圧力分布を把握することを目的として,高速応答型感圧塗料(PSP)によ圧力場計測法の確立を図った.まず,陽極酸化アルミPSP(AA-PSP)を対象に,PSP出力の周波数応答特性に対する温度,湿度依存性を評価した.その結果,風洞実験の範囲内では,これらは大きな影響を与えないことがわかった(渡邉ら2015; Watanabe and Kameda 2015).つぎに,発光量変化の時系列画像データから微小変動圧力を取り出すために,ノイズ源の特定と,ノイズ低減法の改良を進めた.NACA0012翼の後縁ノイズを検討対象に用いた.

その結果,主なノイズ源はカメラショットノイズであり,このノイズが卓越するため,Patsuhoffらによる特異値分解に基づくPSPノイズ低減法では,流れ場由来の変動が有効に抽出できないことがわかった(野田ら流力講演会2015; Nodaら2015),測定対象のような純音性の高いノイズに対しては,流れ場由来の変動周波数付近のみを取り出すバンドパスフィルタ処理が有効であり(野田ら分子イメージングフォーラム2015).バンドパスフィルタを狭帯域化することで,数Paの振幅を持つ2kHzの変動まで抽出可能(オリジナルのSVD法では20 Pa)であることがわかった(野田ら2016).最後に,シリカ超微粒子をバインダーとするPSPを用いて,回転するファン表面の圧力分布を測定した.その結果,基準となる静止状態の翼画像と回転時のスナップショットの位置を1ピクセル以内で一致させ,同時並行で取得した感温塗料(TSP)による温度場データを温度補償に用いることで,1 kPa以内の動圧分布を100 Pa程度の精度でとらえることに成功した.さらに,同じファンに対するLES計算値と比較し,両者が良く一致することも分かった(兼村ら2015).ファンや風車のような回転翼全体の表面圧力分布を把握することを最終目的に,高速応答型感圧塗料(PSP)による非定常圧力場計測法の開発を進めた.まず,圧力・温度・湿度感度を独立して測定する装置を製作し,それらの感度を定量的に定めた.固定翼,円柱を対象にした実験から,流速測定から得た渦渡場とよく相関する圧力場がPSPから得られること,適切なデータ処理法を用いればPSPによる変動圧力振幅の測定限界を10 Pa以下にまで広げられることを示した.ファン表面の圧力は,1 kPa以内の動圧分布を100 Pa程度の精度でとらえられ,ラージエディシミュレーションによる解析結果とも良く一致することが分かった.本研究の最終的な目標は,ファンや風車のような回転翼全体の表面圧力分布を対象に,0.1 kPa以下の振幅を持つ表面圧力変動分布を定量的にとらえる感圧塗料(PSP)計測システムを構築し,得られた圧力データから遠方場の空力音を予測する有効な手段を提供することである.この目標に対する過去2年間の達成度は3分の2程度と考えている.本年度の最大の成果は,特異値分解(SVD)法による画像処理が,変動圧力分布の抽出に効果的であることを見出した点である.SVD法は,画像内各点の時系列輝度値のFFT処理による抽出法に比べて,同程度のノイズレベルを得るためのデータ量が10分の1程度で済むことから,回転翼のような厳しい撮影を強いられる対象の画像処理法としてきわめて有効である.また,高速応答型PSPの応答性に対する温度,湿度の影響も定量的な評価が進み,それぞれの影響を補償することにめどがついたことも良い方向である.ファン計測システムでは,昨年度にネックとなっていた発光量不足を解決するため,新たにストロボ発光が可能な高輝度LEDを導入した.その結果,輝度画像の品質が向上し,SVD法を用いることで,変動圧力が抽出できるのではないか,という手ごたえが得られている.最終的な目標を達成するために,(1) LES計算データとの間に見られる食い違いの原因を特定し,計測,画像処理システムの改良を図ること,また,(2) PSP測定データに基づく遠方場音場の推定アルゴリズムを構築すること,が必要である.27年度が最終年度であるため、記入しない。流体工学ファン表面圧力計測を継続する.大学院生2名(田近義宏,兼村寛人)の協力を得て,過去2年間で構築した計測システムの最適化を進める.また,これまでの計測で大きな誤差要因となっているファン駆動用モータ発熱の影響を低減するため,供試ファンの改造も行う.得られた実験結果を,昨年度まで2年間協力を仰いだ研究分担者(豊橋技科大横山博史)から提供済みのLESに基づくCFD解析結果と照らし合わせ,0.1 kPa以下の変動圧力がとらえられることを実証する.
デザイン的思考プロセスにおける身体的コミュニケーションモデルの提案

本研究では、グループでの合意形成プロセスと身体的コミュニケーションの関係性を解明し、この研究の成果に基づきグループの身体的コミュニケーションから合意形成のプロセスを推定するシステム構築可能性を図ることを目指している。本研究の結果、合意形成プロセスにおいて、対話者が合意する場面では、対話者のうなずきを中心とする頭部動作の周波数空間での同調現象を観測することができた。すなわち、対話者が同意する場面では、聞き手と話し手の頭部動作に関係性が見られ、身体動作から合意形成プロセスを解明することができることが明らかとなった。これらの研究成果は、共同学習の支援にも利用でき、その応用範囲は広いと考えられる。本研究では、これまで一対一のコミュニケーションを中心に行われていた、コミュニケーション動作の解析を多人数に拡張し、グループでの合意形成プロセスと身体的コミュニケーションの関係性を解明し、この研究の成果に基づきグループの身体的コミュニケーションから合意形成のプロセスを推定するシステム構築可能性を図ることを目指している。これまで多人数のコミュニケーションにおける引き込み現象については検証されてこなかった。さらに、合意形成においては、バーバル情報を中心とした解析が多く、本研究で目指すノンバーバル情報に基づいた分析・評価はされていない。データの種類や量が多く、関係性の時系列変化を分析することは困難を伴うが、本研究の成果は共同学習の支援にも利用でき、その応用範囲は広いと考えられる。2014年度は、うなずきなどのコミュニケーション動作を自動収集するためのシステム開発を行い、実験によりシステムの有効性を検証している。また、合意形成のプロセスを理解するためにグループディスカッションにおける発想・展開・収斂支援を行うシステムを開発し、それぞれのプロセスがどのように進められるかの理解とそれに基づいた支援の在り方について研究を行っている。また、様々なコミュニケーション形態の中で、ノンバーバルな情報通信の重要性を検証するために、無意識的なノンバーバル情報の通信がテキストチャットと対話者に及ぼす影響についても検証を行っている。これらの研究成果は、国内では、ヒューマンインタフェースシンポジウムやコミュニケーション支援研究会、国外では、Human Computer Interaction InternationalやAdvandced Human Factors and Ergonomicsで発表を行う予定である。平成27年度は、これまでに開発を行ってきた,うなずきなどのコミュニケーション動作を自動収集するためのシステム開発の改良を行い、実験により得られたデータから合意形成のプロセスを推定するアルゴリズムの開発を進めている。また、コミュニケーションで送受信される様々な種類のノンバーバル情報が合意形成に与える影響を検証するため,対面,音声,文字によるコミュニケーションで,情報の伝達感と伝達度の二つ観点から解析し,検証を行っている。実験の結果、コミュニケーションのモードや対話者のコミュニケーションスキルによって、ノンバーバル情報の送受信が情報の伝達感と伝達度に影響することが明らかとなった。また、伝達感と伝達度の間に相関が見られず、伝達感と伝達度は別の評価値として扱う必要が明らかとなった。これらの研究成果は、国内では、ヒューマンインタフェース学会のシンポジウムやコミュニケーション支援研究会,また日本機械学会設計工学システム部門講演会、国外ではiDECONで発表を行う予定である。2015年度までに、二者間でのデザイン的思考のプロセスの理解を目的とした合意形成プロセスにおける身体動作を計測するシステムを構築し、計測データから合意形成プロセスの推定の可能性について検証している。本システムにより、発想の展開から合意形成に至る各場面とその遷移過程において、身振り・手振りやうなずきを計測し、得られた動作データを解析している。また、発話音声についても、指向性マイクを使い個人ごとに計測を行っている。本システムを利用して記録した対話者の動作から,合意形成によく利用されるうなずきを自動的に抽出するモデルの開発を行っている。2015年度はとくにうなずきを動作の閾値処理だけでなく周波数領域で解析することで、大きなうなずきと小さなうなずきに分けて抽出を行うことができた。本システムを用い、合意形成プロセスにおける対話者の動きの関係性について検証し、合意のプロセスでは対話者の動作に関係性が見られることが分かった。さらに、うなずきなどのノンバーバル情報が合意形成に及ぼす影響について検討をしている。すなわち、コミュニケーションで送受信される様々な種類のノンバーバル情報が合意形成に与える影響を検証するため,対面,音声,文字によるコミュニケーションで,情報の伝達感と伝達度の二つ観点から解析し,検証を行っている。本研究では、コミュニケーションにおいて身体動作がどのような役割を果たすかを解明するため、合意形成プロセスを対象としたコミュニケーション計測システムを開発している。本システムを用いて、参加者各自の音声や身振り・手振り・うなずきなどの身体動作を同時計測し、合意形成プロセスにおけるアイディア発想の展開

・議論・収斂フェーズとの関係性を検証し、これらの結果から、身体動作の表出と合意形成プロセスとの関係性について検証することを目的としている。具体的には、発話に同意の意味を示すうなずきは、対話中に同時に起こりやすいとされていることから、対面会話におけるうなずき時の頭部動作の周波数領域におけるパワースペクトルの相関値が高いと推測される。すなわち、相関の強弱により、同意・不同意が推定できる可能性がある。提案システムでの合意形成実験の結果、10個の会話データにおいて、頭部動作の周波数領域におけるパワースペクトルの相関値の正の相関の連続区間が100箇所見られた。この箇所では、お互いがうなずきを含めた身体動作を行っている場面(73/100)が一番多く見られた。このことは、話し手がうなずきながら発言している場面(75/100)が多く見られたことが影響している。これは、話し手が自己の発話に納得しながら発言していることが、聞き手のうなずきを間接的に誘起している可能性がある。また、正の相関の連続区間における聞き手の肯定的・否定的・それ以外の発言が共起している身体動作を分類したところ、肯定的な発言が共起している身体動作の場面(94/100)が非常に多く見られた。これらの結果から、正の相関の連続区間では、話し手と聞き手が同意している可能性が高い。これらのことから提案システムを用いて、合意形成プロセスの解析が可能であり、さらに身体動作と合意形成プロセスの関係性が高いことが示された。本研究では、グループでの合意形成プロセスと身体的コミュニケーションの関係性を解明し、この研究の成果に基づきグループの身体的コミュニケーションから合意形成のプロセスを推定するシステム構築可能性を図ることを目指している。本研究の結果、合意形成プロセスにおいて、対話者が合意する場面では、対話者のうなずきを中心とする頭部動作の周波数空間での同調現象を観測することができた。すなわち、対話者が同意する場面では、聞き手と話し手の頭部動作に関係性が見られ、身体動作から合意形成プロセスを解明することができることが明らかとなった。これらの研究成果は、共同学習の支援にも利用でき、その応用範囲は広いと考えられる。2014年度は、二者間でのデザイン的思考のプロセスの理解を目的とした合意形成プロセスにおける身体動作を計測するシステムを構築している。本システムにより、発想の展開から合意形成に至る各場面とその遷移過程において、身振り・手振りやうなずきを計測することができる。また、発話音声についても、指向性マイクを使い個人ごとに計測を行っている。
歯周炎組織中におけるアルツハイマー病原因分子のネットワーク解析

アルツハイマー病(AD)は、加齢・炎症に伴う歯周全身関連疾患であり生物学的関連メカニズムに関しては不明な点が多い。ADはamyloidbetaタンパクが遺伝・加齢・炎症に伴い蓄積するとことが一因となりその合成と分解のバランスには、ネプリライシン(Neprilysin NEP)等の生体酵素が重要な役割を果たす。我々はこれまで、歯周炎歯肉組織で、Amyloid beta precursor protein (APP)をはじめAD関連遺伝子群が発現亢進していることを発見した(J Periodont Res 2011)。本研究では、ADに共通する炎症・生物学的経路に着目し、慢性歯周炎歯肉組織破壊病変部における、アルツハイマー病原因分子:APPタンパク、beta-site APP cleaving enzyme: BACE、Presenilin: PSEN及びNEP)の遺伝子発現を定量し、タンパク質組織局在を比較し機能を検索する。我々は、歯周炎罹患歯肉局所でのAPP発現細胞同定、更にその発現量の亢進を報告した(Archs oral Biol 2014)が、更なるAPP, BACE, PSEN, NEPは、相互に協調して機能しておりネットワーク解析が必要である。これまでの結果よりNEPの遺伝子およびタンパク発現が明らかになり、国際学会(AAP 2016及びIAP 2017)にて発表、国際口腔生物学雑誌(AOB, 79: 35-41, 2017)に論文掲載された。また、一連の研究が評価され代表者は2018年度日本歯周病学会学術賞を受賞、レビュー論文掲載された(日本歯周病学会雑誌60: 123ー130, 2018)。APP, NEPタンパク発現責任細胞の同定および炎症歯肉組織中局在の検索:ヒト重度慢性歯周炎歯肉中のAPPのタンパク質の局在について特異抗体を用いた免疫組織科学的手法を用いて解析した。サンプルは、今後の追加解析に備えて適宜追加している現在は、beta-site APP cleaving enzyme: BACE、Presenilin: PSENについても解析中であるが、症例数がやや不足しており追加が必要である。更なるAD-歯周炎ネットワーク解析のために、試料サンプリングを継続し適宜RNA、パラフィンブロックとして保存する。先のAPP論文は、歯周炎組織に於いて初めてAPPの遺伝子発現の上昇を報告した論文としてPLOS ONE 2016、Alzheimer's Dis 2016,Frontier in Aging and Neurosciences 2018. Periodontology for Geriatric Patients2018をはじめ歯周炎と多くのResearchersにより引用されている。国内外の研究動向を注視しつつ「歯周炎罹患歯肉組織中におけるAPP,遺伝子発現の上昇とマクロファージによるAPP産生」がAD病理と結びつくのか?あるいは、慢性炎症共通の全身的発現動態なのか?アミロイドタンパクの関与は?について研究を発展させる。具体的には、APP調節遺伝子群:Neprilysin (NEP),アスパラギン酸プロテアーゼ、BACE1, ADAM-10, 17, ADAMTS-1とその最終産物でありアルツハイマー病の主因子であると考えられているAmyloid betaがどの程度歯周炎局所で発現しているのか?研究中である。既に、一部酵素遺伝子発現レベルの結果が出てきており、その研究成果をまとめ近く歯周病国際学会にて報告し国際医学専門誌に投稿する予定である。アルツハイマー病(AD)は、加齢・炎症に伴う歯周病関連全身疾患とされながら相互関係や生物学的関連メカニズムに関しては不明な点が多い。ADはamyloid beta A4 precursor protein (AAP)タンパクが遺伝・加齢・炎症に伴い蓄積するとことが一因となることが解っており、その合成と分解のバランスには、ネプリライシン(Neprilysin NEP)等の生体酵素が重要な役割を果たす。我々はこれまで、歯周炎罹患歯肉組織で、アルツハイマー病関連遺伝子群が発現亢進していることを発見した(J Periodontal Res 2011)。本研究では、ADに共通する炎症関連遺伝子群・生物学的経路に着目し、慢性歯周炎により歯肉組織破壊をきたした病変部における、アルツハイマー病原因分子:APPタンパク、beta-site APP cleaving enzyme: BACE、Presenilin: PSEN及びネプリライシン(Neprilysin: NEP)の遺伝子発現量を定量し、そのタンパク質組織局在・ネットワークを比較することにより機能を検索する。先行研究に於いて歯周炎罹患歯肉局所でのAPP発現細胞同定、更にその発現量の亢進を報告した(Kubota et al, Archs Oral Biol 2014)。APP, BACE, PSEN, NEPは、相互に協調して機能しておりこれら遺伝子発現解析は、慢性炎症による歯周炎組織破壊と原因不明な加齢関連炎症性疾患であるADとのつながりを考える上できわめて貴重な結果をもたらすことが期待される。これまでの解析結果よりNEPの遺伝子発現とタンパク発現局在も明らかになってきており、中間報告をを国際学会(American Academy of Periodontology 2015)にて発表予定であり、論文作成の準備も始めている。サンプルは、今後の追加解析に備えて適宜追加している。

通法によりパラフィン包埋後、5ミクロン薄切切片を作成してHE及び免疫組織学的染色用に保存している。これまで順調に解析を進め、APP発現細胞は主としてCD68陽性マクロファージ系細胞を同定し、NEPに関しては炎症の程度によりその発現細胞に違いが見られ主として好中球、あるいは線維芽細胞に発現を認めた。結果をまとめ、国内外の学会で報告すると共に論文を作成中である。アルツハイマー病(AD)は、加齢・炎症に伴う歯周病関連全身疾患とされながら相互関係や生物学的関連メカニズムに関しては不明な点が多い。ADはamyloid beta A4 precursor protein (AAP)タンパクが遺伝・加齢・炎症に伴い蓄積するとことが一因となることが解っており、その合成と分解のバランスには、ネプリライシン(Neprilysin NEP)等の生体酵素が重要な役割を果たす。我々はこれまで、歯周炎罹患歯肉組織で、アルツハイマー病関連遺伝子群が発現亢進していることを発見した(J Periodontal Res 2011)。本研究では、ADに共通する炎症関連遺伝子群・生物学的経路に着目し、慢性歯周炎により歯肉組織破壊をきたした病変部における、アルツハイマー病原因分子:APPタンパク、beta-site APP cleaving enzyme: BACE、Presenilin: PSEN及びネプリライシン(Neprilysin: NEP)の遺伝子発現量を定量し、そのタンパク質組織局在・ネットワークを比較することにより機能を検索する。すでに歯周炎罹患歯肉局所でのAPP発現細胞同定、発現量の亢進を報告した(Kubota et al, Archs Oral Biol 2014)。APP, BACE, PSEN, NEPは、相互に協調して機能しておりこれら遺伝子発現解析は、慢性炎症による歯周炎組織破壊と原因不明な加齢関連炎症性疾患であるADとのつながりを考える上できわめて貴重な結果をもたらすことが期待される。昨年度はNEPの遺伝子発現とタンパク発現局在が明らかになり、国際学会にて発表すると共に国際口腔生物学雑誌(Archeives of Oral Biology, 2017)に報告した。更なるネットワーク解析予定でありすでに研究を始めている。
コグニティブ無線におけるセンシング情報の高効率交換に関する研究

本研究では、コグニティブ無線における協調センシング時のセンシング情報集約手法に関する研究を行い、プライマリシステムと同じ周波数帯を用いて情報交換を行うことで周波数共用により高効率な情報集約を行う手法の確立を目的とする。協調センシングでは、周辺に位置する協調端末から、観測している受信電力、チャネル情報などを周辺情報として集めることで、周辺の環境を認知する精度を向上させるため、既存のシステムと周波数共用をしつつ情報交換する技術が重要となる。複数の端末からセンシング情報を集める手法では、プライマリシステムの周波数帯を2次利用しつつ情報交換を行う場合、プライマリシステムに対する干渉を回避しなければならない。これまで、電力設計などによる与干渉回避について研究を進めてきたが、.本年度はセカンダリシステムが利用できる限られた周波数資源を有効に利用するため、シャネルの空き時間を推定し、チャネルを選択する手法について提案し、評価を行った。本研究によって、伝送情報に応じたチャネル選択により、時間的に短い空きを制御チャネルに用いることで、従来、データ伝送に利用が適さないとされる時間的に短い空き周波数を有効利用することが可能となることを明らかにした。これにより、周波数共用時におけるチャネル全体の利用率向上を見込むことができ、周波数資源不足が深刻となる将来において、本研究は更なる無線通信の発展に寄与できる技術である。協調センシングでは、周辺に位置する協調端末から、観測している受信電力、チャネル情報などを周辺情報として集めることで、周辺の環境を認知する精度を向上させるため、既存のシステムと周波数共用をしつつ情報交換が可能となる技術が重要となる。複数の端末から一括でセンシング情報を集める手法では、トーン信号を用いて情報伝送を行うことで、トーン信号よりも広帯域なプライマリシステムに対する干渉は少ないとしてきたが、実際にプライマリシステムのサービスエリア境界におけるSINRを定量的に評価することで有用性を示した。本研究成果はコグニティブ無線を実現させる上で、2次システムが無線環境認知能力を向上させることでプライマリシステムを保護することができ、2次システム間の情報交換においてプライマリシステムの周波数帯を利用することにより周波数利用効率を向上させることが可能となる技術を目指す。平成24年度は本研究課題の1年目であり、事前検出として単独センシングを行った結果を用い、単独センシングの誤りを考慮した上でプライマリシステムを検出できる範囲を推定し、その範囲から範囲外に対する干渉電力を計算することで電力設計を行い、セカンダリシステムの情報交換時における電力制御とその情報交換により集められた複数情報を用いて協調センシングを行うことによりセンシング性能を向上させる手法の確立を行った。協調センシング時に最も問題となるプライマリシステムへの与干渉について、提案手法を用いて情報集約を行った場合に解析的に電力設計を行うことでプライマリシステムの許容干渉電力を満足できることを明らかにしたため。コグニティブ無線における周辺情報集約手法として実用面を考え、技術の精度や有効性について実験的検討と理論的検討の総合評価を実施する。実際に運用されているシステムを観測し、利用傾向を模擬することで、実環境への適応性を計る。
小学校・図画工作科における技術教育のカリキュラム開発

本研究の目的は、我が国の小学校「図画工作科」における技術教育のカリキュラムを開発することである。そのためにまず、イングランドの小・中学校を訪れ、教科「設計と技術」について種々調査した。次に、「図画工作科」のための題材として「ノックダウン式椅子モデル」を開発し、大学生に対する授業でその有効性を確かめた。更に、「図画工作科」における指導計画を作成し、小学校で授業実践を行った。以上の結果を総合し、技術教育のカリキュラムを開発できた。本研究の目的は、小学校「図画工作科」における「普通教育としての技術教育」を含むカリキュラムを開発し、「美術」的内容と「技術」的内容の連携の可能性を探ることである。本年度は諸外国の小学校・図画工作教育の内容・位置づけと技術教育の実態を探るため、イギリスを訪問調査し上記の件を分析した。結果は以下のようにまとめられる。次に「教科の目標・内容等」であるが、DTのキーワードはcreative(独創性),problem solving(問題解決),sustainability(環境保全)にあるとされ,これらに繋がる技術的能力育成が目指されている。またDTの基本概念としてmarketing(市場分析:誰のためのものか),constructional(構造的:どんな構成にするか),conceptual(発想的:どう為すか),technical(技術的:どう機能実現するか),aesthetic(美的:どんな見た目にするか)の5つが提案されている。これら基本概念をどの学年(KS)で重視するかという観点でカリキュラム構成される。以上の結果から,本年度の目的に照らして明らかにできたことは,イギリスのDTはArt(芸術)を取り扱うADとは区別されているものの,その基本概念の一つにaesthetic(美的な見た目のよさ)が含まれており,この点が我が国の「図画工作科」で「美術教育」的内容と「技術教育」的内容の連携を図る手立てとなる可能性である。次年度は、この観点で具体的教材開発を進めたい。本年度は,昨年の「UK訪問調査」の成果等を基に,小学校「図画工作科」で用いることを想定した「技術教育的要素を含む教材開発」を行い,大学生を被験者とした授業実践を通して得たデータからその課題や可能性を明らかにした。具体的にはダンボール製「ノックダウン式椅子モデル」を開発し,授業実践で被験者に構想・設計・製作させ,その過程で行う「事後アンケート」等から,「ノックダウン式椅子モデル」の教材としての課題や可能性を明らかにした。まず,「椅子モデルの構想が円滑に進むように,参考になる展開図を何パターンか準備すること」が必要である。事後アンケートから,大学生でも構想時の展開図をかく作業が難しいと感じており,この作業は小学生にはかなり困難であると考える・小学生に構想・設計を行わせる場面では,教師が展開図を予め何パターンか用意し,児童に選択させたり,基本となる展開図に少し手を加えさせたりする程度にとどめるべきと考えられる。次に,「展開図に厚紙を使用するなどして,ずれ難くする配慮が必要」である。大学生でもテープで紙を固定し,ずれを防ぐ様子が見られたため,小学生に作業を行わせる際は,展開図に厚紙を使用し,それを型紙として使わせるといった配慮が必要と考えられる。これらの結果から,開発した「ノックダウン式椅子モデル」は,小学校「図画工作科」で用いることを想定すると,幾つかの改善すべき点はあるが,構造が複雑にならなければ小学生でも十分取り組め,作図や切り抜きなど多くの技能習得にも役立つ意義ある教材になり得ると考えられる。次年度は、小学生の発達段階を考慮した教材配列を確定し,「図画工作科」における技術教育カリキュラムを確定したい。平成24年度は,小学生の発達段階を考慮した「図画工作科」における技術教育カリキュラムを具体的に考案し,小学校での授業実践を通して課題や可能性を探った。具体的には,主に教師の指導改善の手立てとされるPDCAサイクルを,図画工作科の工作分野で児童の手立てとして活用し,「てこ・クランク機構」を含む動くおもちゃの「しくみ」を改善する教材・カリキュラムを開発した。本実践(教材・カリキュラム)は,児童自身が構想と作品と照らし合わせて,意識的に作品の改善に繋げることを目的とするものである。具体的な課題(題材)としては,自分が作った作品を製作し動かすことで,それに内包される「仕組み」に興味・関心をもち達成感を味わわせることが期待できる「てこ・クランク機構」を含む「動くおもちゃ」を教材とした。授業実践では,この教材にPlan(構想・設計),Do(製作),Check(比較・検討・評価),Action(調整・改善)を位置づけ,教材としての課題や可能性を探った。その結果,PDCAサイクルを用いることで,児童はものを作る楽しさを十分味わい,ものの仕組みについての興味・関心が高めることができた。

すなわち,今回考案した「動くおもちゃ」の教材,及びPDCAサイクルの位置づけにより,構想と作品を比較し改善することが比較的簡単に行えることが確かめられた。これは「図画工作科」における技術教育カリキュラムとして具体的に活用することが可能と考えられる。本年度予定していた小学校「図画工作科」で用いることを想定した「技術教育的要素を含む教材開発」については,具体的な教材を開発し,授業実践を通した課題や可能性の評価も行えたので,「研究の目的」の達成度はおおむね順調に進展していると判断される。ただ,本年度予定していた,小学生の発達段階に応じた教材の選択確定,学習指導案の作成については未達成であるので,次年度(最終年度)ペースアップして当初の目的達成を図りたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画の変更や研究を遂行する上で障害となる問題点はないが,上記のように,小学生の発達段階に応じた教材の選択確定,学習指導案の作成については最終年度に行うことになったので,研究分担者とも平成24年度の研究計画を十分に検討し,協力して当初の「研究の目的」を年度内に達成できるようにしたい。
アストロサイトの部位特異性に基づくα-シヌクレイン動態および神経障害機構の解明

孤発性パーキンソン病(PD)におけるLewy小体を伴う神経障害機構は未だ解明されていない.Lewy小体の主要構成成分であるα-シヌクレイン(α-syn)の凝集・蓄積および伝播がPD発症の重要な要因として注目されている.本研究では,アストロサイトの部位特異性がもたらす神経細胞内α-syn動態と環境毒ロテノン誘発α-syn凝集体形成・選択的神経障害との連関について初代培養細胞およびロテノン投与PDモデルマウスを用いて検討し,PDにおける中枢および末梢神経系のLewy小体形成および神経障害機構の解明を目指す.孤発性パーキンソン病(PD)におけるLewy小体を伴う神経障害機構は未だ解明されていない.Lewy小体の主要構成成分であるα-シヌクレイン(α-syn)の凝集・蓄積および伝播がPD発症の重要な要因として注目されている.本研究では,アストロサイトの部位特異性がもたらす神経細胞内α-syn動態と環境毒ロテノン誘発α-syn凝集体形成・選択的神経障害との連関について初代培養細胞およびロテノン投与PDモデルマウスを用いて検討し,PDにおける中枢および末梢神経系のLewy小体形成および神経障害機構の解明を目指す.
AMSによる海洋試料中マクロ有機分子の極微量放射性炭素分析法に関する研究

本年度は、(1)加速器質量分析計(AMS)による微量試料測定のさらなる技術的な改良と(2)高速液体クロマトグラフィ・質量分析計イオントラップ型分取システム(LC/MS ion trap)による分取条件の検討を行った。(1)については、ルーチン的に1020マイクログラム炭素量での極低バックグラウンドでのAMS分析条件の確率を行い、実施料への応用を行った。次に(2)として、まず堆積物試料から抽出した生体分子であるリン脂質(フォスファチジルコリン、フォスファチジルエタノールアミンなど計6種)並びににエーテル脂質(アーキオール、ヒドロキシアーキオール、GDGTs)について、昨年度に引き続き、高速液体クロマトグラフィ・質量分析計のESI/APCI検出器による高感度化を可能とする最適な分離条件についてさらに検討し、さらに大口径カラムを用いた、大容量での分取を可能とするための分析条件の検討を行った。特に一回の分析あたり、5マイクログラムg炭素相当量の化合物の分離と回収を実現するための条件の確率を行った。これにより、海洋堆積物に存在するマクロ有機化合物についてAMSによる自然レベル放射性炭素測定が実現し、新たな起源情報をもつバイオマーカーの大量濃縮単離を実現することが可能となり、未知の微生物が関与した炭素循環の解明のための同位体比情報の獲得が可能になる。本年度は、分子レベルでの極微量放射性炭素測定を可能にするため、極微量試料でのグラファイト作成方法とグラファイト作成時のバックグラウンドの低減を目的に、グラファイト反応ラインの製作を行った。グラファイト生成真空ラインは、大きく2つの部分、1.試料精製部、2.グラファイト反応部から構成される。特に本研究の目的である海洋試料中の有機分子の分析においては、目的試料が極微量(炭素量にして50マイクログラム以下)であるため、グラファイト生成時に混入する現代炭素の汚染が最大の問題になる。そこで、本年は、グラファイト生成に使用する反応管について、汚染に対して最大限考慮した設計で反応管の製作を行い、AMSによる評価を行った。その結果、炭素量にして10マイクログラムまでの試料について、モダーン炭素の汚染が、0.1マイクログラムカーボン以下のレベルでのグラファイト生成が可能となった。さらに極微量試料によるAMS測定の再現性についても検討を行った。AMSでは、炭素量が100マイクログラムカーボン以下になると、イオン化の際のビーム量が指数関数的に減少する。そのため、本研究では、極微量試料によるビーム量の減少が、試料量の変化に影響を与えないようにするため、測定試料と同様な微量スタンダードを作成し、測定を行った。その結果、極微量試料については、測定する試料と同量の炭素を含むスタンダード試料による補正を行うことで、通常の炭素量(500マイクログラムカーボン以上)で得られるスタンダードの保証値を得ることが出来ることを確認した。来年度は、分取高速液体クロマトグラフによる、分取の際のバックグラウンドの評価を行うため、放射性炭素を含まないスタンダードによる分取を行い、海洋試料などの実試料へ応用する際の基礎データを得る。本研究の目的は、とりわけ有機地球化学において活発に研究が行われているバイオマーカーとは一線を画すマクロ有機分子(たとえば、リグニン、アルジータンなど)、すなわち堆積物試料中に難分解性画分として多く存在するが比較的研究の進んでいない有機溶媒にとけない化合物について、その分子レベル放射性炭素分析法を開発することである。さらにこの手法を海洋堆積物試料に応用して、従来の起源情報や環境中でのプロセス等に関する新たな知見につながる情報を得ることを目標に、有機地球化学における新たなブレークスルーを展開することである本年度は、(1)AMSによる微量試料測定のさらなる技術的な改良と(2)高速液体クロマトグラフィ・質量分析計イオントラップ型分取システムによる分取条件の検討を行った。(1)の成果として、ルーチン的に1020マイクログラム炭素量での極低バックグラウンドでのAMS分析条件を確立した。これによりおよそ0.1マイクログラム現代炭素の汚染以下に抑えた分析が可能になった。次に(2)の成果としては、まず生体分子であるリン脂質(フォスファチジルコリン、フォスファチジルエタノールアミンなど計6種)を用いて、高速液体クロマトグラフィ・質量分析計のESI検出器による感度、カラムによる最適な分離条件、また定量のためのダイナミックレンジの検討を行った。その結果、1回の分析におおいて、50ng相当量のリン脂質の分離と回収が可能になった。来年度はさらに大口径のカラムを用いた、大容量の分取条件の検討を行い、自然レベルマクロ有機化合物のAMS測定を実現する。これにより目的分子の大量濃縮単離を実現し、AMSと組み合わせることにより、AMS-分取HPLC法の確立が可能となる。次に(2)として、まず堆積物試料から抽出した生体分子であるリン脂質(フォスファチジルコリン、フォスファチジルエタノールアミンなど計6種)

並びににエーテル脂質(アーキオール、ヒドロキシアーキオール、GDGTs)について、昨年度に引き続き、高速液体クロマトグラフィ・質量分析計のESI/APCI検出器による高感度化を可能とする最適な分離条件についてさらに検討し、さらに大口径カラムを用いた、大容量での分取を可能とするための分析条件の検討を行った。特に一回の分析あたり、5マイクログラムg炭素相当量の化合物の分離と回収を実現するための条件の確率を行った。これにより、海洋堆積物に存在するマクロ有機化合物についてAMSによる自然レベル放射性炭素測定が実現し、新たな起源情報をもつバイオマーカーの大量濃縮単離を実現することが可能となり、未知の微生物が関与した炭素循環の解明のための同位体比情報の獲得が可能になる。
次世代海上通信システムVDESの通信量評価とVDESシミュレータの開発

本研究ではVDESを用いた通信データの欠損状況や海域の総通信量など統計情報に基づいてVDESアクセス方式の特性を明らかにするためにVDES通信状況を現実に近い形でシミュレーションできるVDESシミュレータを開発した。VDESシミュレータは、VDES通信の際のタイムスロット占有率、メッセージの衝突率などを評価することができる。これらのデータはAIS1,AIS2、ASM1、ASM2、VDEのチャンネル毎にデータを集計することで、AIS Class A通信に加えて、VDESで新しく追加された他チャンネルの動きについてもより詳細なデータを出力することができる。現在,国際航路標識協会において次世代AIS(自動船舶識別装置)と云われるVDES (VHF Data Exchange System)の技術仕様が策定されようとしている.このVDES技術仕様の中でも特にアクセス方式(スロット割当方式)については,VDESに予定されている周波数帯の問題からAISなど既存の海上通信システムへの阻害が危惧されており,アクセス方式(スロット割当方式)の最適化を図るべき技術仕様の策定が急務となっている.本研究では,この課題についてVDESシミュレータを開発し,世界に先駆けてVDESの最適な技術仕様を提案することを本研究の目的としている.今年度はVDESシミュレータを開発し,東京湾をサンプルとしたVDESデータ通信状況の可視化を試みた.今年度は研究協力者である古野電気株式会社を交えながらVDESシステムに関する勉強会を定期的に開催してきた。また、研究計画で示したVDESシミュレーターのシステム開発は予定どおり進めており、シミュレーション結果を検証しながら通信方式の仕様について幾度も検討を重ねている最中である。VDESシステムを用いた通信量評価については形成的評価は行っているが本格的な通信量の評価は通信方式の仕様をさらに精査してから実施する予定である。AIS(Automatic Identification System)は,船舶ー船舶間,船舶ー陸上局間において,各船舶の位置,速力などに加え航行に関する情報を自動的に送受信するシステムである。2008年以降、AISの導入が進み一定の成果を上げているが,輻輳海域での通信容量の逼迫化への対策や通信機能の拡充が求められている。こうした現状を踏まえ次世代AISとしてVDES(VHF Data Exchange System)の開発が進められている。ここで,現在VDES向けに提案されている通信チャネルは,現行のAISチャネルとは異なるものの,それに隣接連続しているチャネルであるためにVDESによる通信が現行AISの運用を阻害してしまう恐れがある.VDESは現在,国際航路標識協会などでその仕様が策定中であるが,既存AISに影響を及ぼさない形でAISおよびVDESに割り当てられた周波数帯域の利用効率を最適化することが開発上の課題のひとつとなっている.VDESでは送受信するメッセージの種類に応じて用いる周波数帯を切り替えることが提案されているが,この仕様変更に伴う通信性能の評価は,実機が存在しないために非常に困難な状況にある.そこで,本研究ではVDESを運用した際の通信データの欠損状況や海域の総通信量など統計情報に基づいてVDESアクセス方式の特性を明らかにすることを目的とし,その手段としてVDES通信状況を現実に近い形でシミュレーションできるVDESシミュレータを開発し,東京湾をサンプルとしたVDESデータ通信状況の可視化を試みた.その結果,VDESを用いた通信データが既存のAIS通信に与える影響など,VDESシミュレータを用いることで高い精度でVDESの通信状況を予測することが可能となり,VDES通信容量の推定やVDES通信の分析に有効であるとの見解を得ることができた.本研究ではVDESを用いた通信データの欠損状況や海域の総通信量など統計情報に基づいてVDESアクセス方式の特性を明らかにするためにVDES通信状況を現実に近い形でシミュレーションできるVDESシミュレータを開発した。現在、開発を進めているVDESシミュレーターの通信方式の仕様をさらに精査し、完成度を高めるとともに東京湾をモデルとした通信量評価に取り組む。また、評価結果は学会などで発表することを計画している。情報工学VDESシミュレーターに実装する通信方式の仕様の精査を重ねている最中であり、今年度は本格的な通信量評価は行わなかった。シミュレーションで用いる計算サーバー機器の購入を延期することとしたため、その予算を次年度に繰り越すこととした。予定通り計算サーバーの機器を購入し、本格的な通信量評価の実施にあたる予定である。
顕微光学法による免疫系と神経系のクロストークの研究

即時型アレルギー反応に関与する肥満細胞や好塩基球の細胞膜には神経成長因子や神経ペプチドの受容体が存在し、免疫系と神経系との相互作用(クロストーク)が強く示唆されている。この種のクロストークは、ストレスとアレルギー反応の関連や自律神経過剰興奮に伴う種々の疾病の発症の要因であると考えられている。しかし、免疫系と神経系のクロストークを追求する適切な研究手段はこれまでなく、その分子機構の解明はほとんどなされてこなかった。そこで、本研究では、カナダ・マクマスター大学のビ-ネンストック教授らのグループと調査研究実績の項に記載の共同研究を遂行するとともに、神経成長因子(NGF)の存在下で肥満細胞(好塩基球)と神経節初代培養細胞との共存培養(co-culture)システムの確立に成功した。同時に、それら共存培養システムでの細胞機能を共焦点レーザ顕微鏡および原子間力顕微鏡を駆使して追求するシステムの確立にも成功した。そして、神経細胞をbradykininで特異的に刺激すると、神経突起部でのカルシウムイオン濃度の上昇の後に、神経突起と接触している肥満細胞のカルシウムイオン濃度が上昇することを明らかにした。その際、肥満細胞単独ではbradykinin刺激により細胞内カルシウムイオン濃度上昇は起こらなかった。また、サソリ毒(scorpion venom)で神経突起に刺激を与えたときにも、神経突起と接触した肥満細胞に特異的なカルシウムシグナルの誘導が起こることを明らかにした。これらは、神経細胞の活性化の情報が細胞間相互作用により免疫細胞に伝達することを示した世界で最初の研究となった。また、神経細胞から免疫細胞(肥満細胞)への情報伝達にはサブスタンスPが関与していることも明らかにした。これらの研究成果は神経系と免疫系のクロストークを細胞間レベルで明らかにした世界で最初の成果であり、本研究の成果は誠に甚大であるといえる。顕微光学法を用いて免疫系と神経系のクロストークを追求するため、研究代表者(中西)と研究分担者(手島、古野)はカナダMcMatster大学のBienenstock教授、Perdue教授と免疫細胞(好塩基球、肥満細胞)と神経細胞の共存培養システムの確立と顕微光学法による研究を開始した。研究代表者(中西)と研究分担(手島、古野)はカナダのMcMatster大学におもむき、免疫系と神経系のクロストークの研究に関しての情報交換、研究討議、共存培養システムの開発を行った。新生マウスから頸部神経節(SCG, superior cervical ganglion)を摘出、マトリゲルでコートしたプラスチック皿の上で神経細胞を培養する技術を確立した。また、神経成長因子(NGF)を添加して、神経細胞の集合体からから、数百ミクロンの長さの神経突起の伸長に成功した。次に、ラットの好塩基球細胞株を加えて、一晩培養し、神経細胞と好塩基球の共存培養のシステムを確立した。この共存培養の技術を名古屋市立大学に導入し、両者の細胞の相互作用を共焦点レーザ顕微鏡を用いて追求した。その結果、突起伸長した神経細胞をbradykininで刺激すると、カルシウムイオン濃度が神経突起の部分で上昇した後に、神経突起に接触した好塩基球にその情報が伝達し、好塩基球の細胞内カルシウムイオン濃度も上昇することを明らかにした。bradykinin自身は直接には好塩基球のカルシウムイオン濃度を上昇させないので、bradykinin添加により上昇した好塩基球のカルシウムイオンは、神経突起を介した、神経細胞からの免疫細胞への情報の伝達であると診断された。これは画期的な事実であるとともに、免疫系と神経系のクロストークの今後の研究を発展にっとってもたいへん意義の深い実験だと考えられた。

この種のクロストークは、ストレスとアレルギー反応の関連や自律神経過剰興奮に伴う種々の疾病の発症の要因であると考えられている。しかし、免疫系と神経系のクロストークを追究する適切な研究手段はこれまでなく、その分子機構の解明はほとんどなされてこなかった。そこで、本研究では、カナダ・マクマスター大学のビ-ネンストック教授らのグループと調査研究実績の項に記載の共同研究を遂行するとともに、神経成長因子(NGF)の存在下で肥満細胞(好塩基球)と神経節初代培養細胞との共存培養(co-culture)システムの確立に成功した。同時に、それら共存培養システムでの細胞機能を共焦点レーザ顕微鏡および原子間力顕微鏡を駆使して追究するシステムの確立にも成功した。そして、神経細胞をbradykininで特異的に刺激すると、神経突起部でのカルシウムイオン濃度の上昇の後に、神経突起と接触している肥満細胞のカルシウムイオン濃度が上昇することを明らかにした。その際、肥満細胞単独ではbradykinin刺激により細胞内カルシウムイオン濃度上昇は起こらなかった。また、サソリ毒(scorpion venom)で神経突起に刺激を与えたときにも、神経突起と接触した肥満細胞に特異的なカルシウムシグナルの誘導が起こることを明らかにした。これらは、神経細胞の活性化の情報が細胞間相互作用により免疫細胞に伝達することを示した世界で最初の研究となった。また、神経細胞から免疫細胞(肥満細胞)への情報伝達にはサブスタンスPが関与していることも明らかにした。これらの研究成果は神経系と免疫系のクロストークを細胞間レベルで明らかにした世界で最初の成果であり、本研究の成果は誠に甚大である。
動的天然物化学の総合的研究

計画研究のみならず公募研究を含めて、研究者相互の討議と情報交換を活発に行ないながら研究を推進した。その間、班員間で11件にのぼる協同研究が生まれて成果を収めた。本年度第1回目の会合は京都において第3回総括班会議、班会議、全体会議および第2回公開シンポジウムを6月1011日に行ない、各班員に重点領域研究の意義と推進方法を徹底させるとともに、各班の研究計画の説明を行なった。各班会議は、班員同志の充分な情報交換と総括班評価グル-プが全体を通じて出席でき、班相互の出席も可能であるように考慮した。そのため班全体を2分割して、2、3、5、6班は7月2930日に大阪箕面で、また1、4班は8月67日札幌定山渓でそれぞれ泊まりがけで行った。各自研究の進捗状況とその後2年間の研究計画を詳細に説明し、活発な討論を行ない情報交換の実を充分に挙げることができた。第3回公開シンポジウムは仙台において12月34日に行ない、さらに第4回総括班会議、班会議を開催し、班員相互の情報交換を行なった。協同利用設備として、分子構造解析用コンピュ-タ-が名古屋大学農学部に設置されており、随時班員の利用にあて、協同利用の実を挙げている。これによれば複雑な構造の化合物の安定な形や、分子間相互の存在状態の計算を行ない、さらに核磁気共鳴装置を用いた2次元NOE測定値からの距離情報と連動させることにより計算値を実験値と対比させることができる。本年度は、1次元の分解能を向上させるべくデ-タ-変換端末システムおよびソフトウエア-を追加設置することにより、分子計算とNMR解析が同時に可能となった。これにより混雑が解消し、コンピュ-タ-グラフィックによる精密構造認識化学の実験科学として実績をあげた。一方、各班の研究課題を中心に班員以外の研究者の出席を含めた生物発光研究会および花色素の構造研究会も開催した。