hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子顕微鏡による細菌べん毛など生体超分子の構造解析

細菌の運動器官であるべん毛は、細胞外に細長く伸びたらせん型繊維のべん毛と、その根元の細胞膜を貫通する構造の基部体からなり、基部体は回転モーターとして、べん毛繊維はらせん型プロペラスクリューとして働く。モーターの直径は40nm程で、毎分数万回する高速モーターである。モーターは固定子と回転子からなり、固定子はイオンチャネルで、細胞外から細胞内へ流れる水素イオンのエネルギーによって回転を駆動する。本研究の目的は、凍結水和試料の低温電子顕微鏡像の解析により、モーターの立体構造を解析し、べん毛モーターのトルク発生や回転方向スイッチのメカニズムを解明することである。今年度も昨年度に引き続き、フランスCNRSの共同研究者Long-Fei Wu博士のグループが地中海から採取して単離培養に成功したMO-1株と呼ばれる磁性細菌のべん毛について、低温電子顕微鏡による構造研究を進めた。MO-1株は大腸菌の10倍にもおよぶ300μm/sの超高速で泳ぐ。これはMO-1株のべん毛が複数のべん毛を一つの鞘の中に束ねたユニークな構造によるものである。Wu博士の研究室から学んだMO-1株の培養条件に工夫を重ねて改善し、2つのべん毛の束を持つ細胞や単離したべん毛を急速凍結し、FEIのTitanKriosと呼ばれる低温電子顕微鏡を用いて低温電子線トモグラフィーによる立体構造観察を進めた。急速凍結試料の作成条件を丹念に探索した結果、目標とする構造部分の立体像が効率よく得られるようになり、7本のべん毛が束となって一つの鞘に包まれ、べん毛繊維間を数多くの細いフィブリルが埋めている様子が観察された。界面活性剤などにより細胞膜を可溶化して細胞から単離したべん毛基部の試料の電子顕微鏡観察では、7個のべん毛基部体が六方格子状に規則的に並び、べん毛基部体より小さなフィブリルの基部体がその六方格子の格子点間に存在することを発見した。その構造は、筋細胞の筋原繊維に見られる太いミオシン繊維と細いアクチン繊維が形成する高次構造にそっくりで、大腸菌の10倍にもおよぶ高速遊泳の秘密は、この7連結の回転エンジンによるものであることが明らかとなった。当初は培養も困難で、べん毛モーターを単離して電子顕微鏡で観察することさえも困難であると思われたが、培養条件の工夫により試料調整の方法も確立し、十分な量の電子顕微鏡観察試料が得られるようになったため、7つのべん毛モーターが並列に連結し、その間をフィブリルの基部体がつなぐという、極めて特殊な高次構造を有するMO-1株のべん毛基部の構造を明らかにできた。細菌におけるこのような高次構造の存在はだれも予測しなかったものであり、当該研究員のたゆまぬ努力と、実験結果をていねいに考察して次の実験計画を練る慎重な研究姿勢によって得られた成果である。Juanfang Ruan研究員については、当研究室の別の研究費にて最低1年間は雇用を確保し、現在得られている実験データをより明確かつ説得力の高いものにするべく研究を継続し、結果をまとめてインパクトの高い成果とし、国際学術誌に発表の予定である。べん毛モーターは、細胞膜を貫通する固定子と回転子の間でトルクを発生するが、固定子がイオンチャネルとして働き、そのチャネルを通して細胞外から細胞内へ流れる水素イオンやナトリウムイオンのエネルギーによって回転を駆動する。モーターは直径40nm程で、1分間に2万回から10万回も回転する高速モーターである。この研究の目的は、極低温電子顕微鏡を用いた画像解析法により、モーターの様々な状態の立体構造を解析することにより、べん毛モーターのトルク発生や回転方向スイッチのメカニズムを解明することである。今年度はまず、基部体やその部分複合体の単離精製と極低温電子顕微鏡観察の技術習得から始めた。低温電子顕微鏡観察による立体像解析にも、単粒子像解析法やトモグラフィーなど様々な手法があり、今年度はトモグラフィーによる立体像解析技術を習得した。そして、その技術をサルモネラ菌べん毛や、フランスの共同研究者から構造解析の依頼を受けた磁性細菌のユニークなべん毛構造に応用し、立体像の再構成を試みている。Juanfang RUAN研究員は、フランスCNRSの共同研究者Long-Fei Wu博士のグループが地中海から採取して単離と培養に成功した、MO-1株と呼ばれる磁性細菌のべん毛について、低温電子顕微鏡による構造研究を進めた。

これはMO-1株のべん毛が複数のべん毛を一つの鞘の中に束ねたユニークな構造によるものであるらしい。MO-1株の培養条件は特殊で当初は培養が困難であったため、まずWu博士の研究室を訪問して培養条件を学び、さらに研究室で工夫を重ねて培養条件と単離精製法を確立した。そして、MO-1株の細胞や単離したべん毛を急速凍結したグリッドを作成し、昨夏に設置完了したFEIのTitan Kriosと呼ばれる低温電子顕微鏡を用いて低温電子線トモグラフィーによる立体構造観察を進めた。急速凍結試料の作成条件を丹念に探索した結果、目標とする構造部分の立体像が効率よく得られるようになり、7本のべん毛が束となって一つの鞘に包まれ、べん毛繊維間を数多くの細いフィブリルが埋めている様子や、根元で7個の基部体が並んでいる様子、そしてべん毛の束を包む鞘を構成する蛋白質分子のらせん対称性配列などを次々と明らかにした。細菌の運動器官であるべん毛は、細胞外に細長く伸びたらせん型繊維のべん毛と、その根元の細胞膜を貫通する構造の基部体からなり、基部体は回転モーターとして、べん毛繊維はらせん型プロペラスクリューとして働く。モーターの直径は40nm程で、毎分数万回する高速モーターである。モーターは固定子と回転子からなり、固定子はイオンチャネルで、細胞外から細胞内へ流れる水素イオンのエネルギーによって回転を駆動する。本研究の目的は、凍結水和試料の低温電子顕微鏡像の解析により、モーターの立体構造を解析し、べん毛モーターのトルク発生や回転方向スイッチのメカニズムを解明することである。今年度も昨年度に引き続き、フランスCNRSの共同研究者Long-Fei Wu博士のグループが地中海から採取して単離培養に成功したMO-1株と呼ばれる磁性細菌のべん毛について、低温電子顕微鏡による構造研究を進めた。MO-1株は大腸菌の10倍にもおよぶ300μm/sの超高速で泳ぐ。これはMO-1株のべん毛が複数のべん毛を一つの鞘の中に束ねたユニークな構造によるものである。Wu博士の研究室から学んだMO-1株の培養条件に工夫を重ねて改善し、2つのべん毛の束を持つ細胞や単離したべん毛を急速凍結し、FEIのTitanKriosと呼ばれる低温電子顕微鏡を用いて低温電子線トモグラフィーによる立体構造観察を進めた。急速凍結試料の作成条件を丹念に探索した結果、目標とする構造部分の立体像が効率よく得られるようになり、7本のべん毛が束となって一つの鞘に包まれ、べん毛繊維間を数多くの細いフィブリルが埋めている様子が観察された。界面活性剤などにより細胞膜を可溶化して細胞から単離したべん毛基部の試料の電子顕微鏡観察では、7個のべん毛基部体が六方格子状に規則的に並び、べん毛基部体より小さなフィブリルの基部体がその六方格子の格子点間に存在することを発見した。その構造は、筋細胞の筋原繊維に見られる太いミオシン繊維と細いアクチン繊維が形成する高次構造にそっくりで、大腸菌の10倍にもおよぶ高速遊泳の秘密は、この7連結の回転エンジンによるものであることが明らかとなった。当初は培養も困難で、べん毛モーターを単離して電子顕微鏡で観察することさえも困難であると思われたが、培養条件の工夫により試料調整の方法も確立し、十分な量の電子顕微鏡観察試料が得られるようになったため、7つのべん毛モーターが並列に連結し、その間をフィブリルの基部体がつなぐという、極めて特殊な高次構造を有するMO-1株のべん毛基部の構造を明らかにできた。
遺伝子修復、組み換え、スプライシングをターゲットとする新規抗癌剤の探索研究

癌化学療法における重大な問題の一つは、癌細胞の耐性獲得であり、その一端を遺伝子修復機構が担っており、抗がん剤開発のターゲットとして考えられている。また、修復系以外でも、遺伝子の転写や修飾機も優れた薬剤開発のターゲットであることが示されてきている。本研究では、これらのシステムを容易に検出できるアッセイ系の構築を行い、微生物二次代謝産物をはじめとする天然物より、遺伝子修復等に対する阻害剤を探索し活性物質を見出した。癌化学療法における重大な問題の一つは、癌細胞の耐性獲得である。癌細胞では、癌抑制因子であるp53の変異あるいは脱落していることが多く、そのために遺伝子の安定性が低い。このため、癌細胞は常に遺伝子変異を繰り返しており、周囲へのストレスから逃れるような様々な耐性を獲得する。したがって、遺伝子修復を阻害する化合物は、癌細胞の抗腫瘍剤、放射線療法への感受性を増大させることが期待される。平成20年度は、遺伝子修復機構のうち、相同組み換え機構をターゲットとしたスクリーニングを展開した。組み換え修復が起こることにより全長ルシフェラーゼが発現するレポーターアッセイを指標に、約3万サンプルの天然物ライブラリーについて、相同組み換え阻害剤のスクリーニングを行った結果、72個のヒットを得た。これらのヒット株のうち、12菌株について活性物質の精製を行った結果、beauvericin、antimycin類、leucinostatin A、BおよびB2の単離に成功した。これらの化合物は、ミトコンドリア呼吸系あるいはタンパク質合成系に作用する化合物であることから、相同組み換え特異的な阻害活性ではないと判断した。さらに、平成20年度は、スプライシングをターゲットとしたスクリーニング系の構築を進めた。がん抑制遺伝子p27は、通常スプライシングを受け不安定な形で発現する。スプライシングを阻害することにより、安定なp27の発現が促進され癌細胞に対し細胞毒性を示す。本スクリーニングを展開するため、スプライシングが阻害された際に全長ルシフェラーゼが発現するレポータープラスミドを導入した、stable transformantを作製した。本細胞は、通常状態ではルシフェラーゼが発現していないが、スプライシングを阻害するとルシフェラーゼが強く誘導されることを確認した。がん抑制遺伝子p27は、通常スプライシングを受けて不安定なタンパク質として存在するが、スプライソソームが阻害されスプライシングを受けないp27のまま発現すると、安定なタンパク質として存在し、細胞増殖阻害あるいは細胞死を誘導する。平成21年度は、遺伝子スプライシングの可視的検出を可能とする系の構築を確立し、スクリーニングを展開した。p27タンパク質のC末端に、スプライシングを受けているとルシフェラーゼ遺伝子が発現せずに、スプライシングが阻害された場合にルシフェラーゼ遺伝子が発現するようなレポーターコンストラクトを、細胞に導入し、安定形質転換細胞を調製した。本系を用いて、放線菌およびカビ約16,000菌株以上から調製した、約65,000サンプルを用いて、ハイスループットスクリーニングを行った結果、5種類の化合物の単離に成功した。これらの化合物のうち、一つは現在臨床開発中のスプライソソーム阻害剤pladienolideの誘導体であり、本アッセイ系により真の活性物質を得ることが出来ることが明らかになった。その他の化合物として、遺伝子発現を促進することが報告されているヒストンデアセチラーゼ阻害剤であるFR901375を得た。一方、細胞増殖活性化物質テレオシジンの誘導体である7-geranylindolactam-Vも本アッセイ系で活性を示したが、細胞増殖によるレポーター活性増強であることが示唆された。しかしながら、これらの化合物のようにその活性発現メカニズムからは、スプライソソーム阻害活性が予測できない2種類の化合物の単離に成功した。これらの化合物は、構造的にもあるいは報告されている活性的にも、スプライソソーム阻害活性は推定できず、これまで報告されているスプライソソーム阻害剤とは異なるメカニズムを有する抗腫瘍剤のリード化合物となることが期待される。遺伝子スプライシング阻害剤として得られた、FD-895は現在臨床開発が進められているpladienolideの誘導体であった。本化合物は12員環マクロライドであるが、抗菌活性などは示さず細胞毒性のみを特異的に発現する化合物として報告されていたが、その作用メカニズムは不明なままであった。がん抑制遺伝子p27のスプライシング阻害を指標としたスクリーニングにおいて、FD-895はレポーター遺伝子であるルシフェラーゼを、12μMの濃度で23,500%まで発現誘導したことから、FD-895はスプライシング阻害を介して細胞毒性を発現することが明らかになった。また、他の活性物質として得られたFR901375は、HDAC阻害剤として知られており、非選択的に多くの遺伝子の発現を誘導すると考えられる。本化合物は、10μMの濃度で4,700%までルシフェラーゼの発現を誘導した。

他の活性物質として得られた化合物は、発がんプロモーター物質teleocidinの誘導体である7-geranylindolactam-Vに関しては、細胞増殖促進活性を示すと考えられ、ルシフェラーゼ誘導活性よりもむしろ細胞数が増殖した結果、総ルシフェラーゼ活性が増加したためと考えられる。また核酸誘導体であるtoyocamycinを活性物質として得たが、本物質は代謝拮抗型の抗腫瘍活性を示す化合物として知られている。今回、本スクリーニング系にて得られた結果から、代謝拮抗阻害の他にスプライシング阻害活性が抗腫瘍活性の作用機序の一因として作用する興味ある結果が得られた。さらに、マイコトキシンとして知られるsecalonic acidを活性物質として得たが、転写因子のDNA結合阻害という報告されている阻害メカニズムでは、スプライシング阻害活性は説明できないことから、さらに詳細な作用機作解析が期待される。
環境化学物質の安全性評価に関わるヒト実験動物の薬物代謝酵素の種差に関する研究

くすりの生体に及ぼす効果や毒性に重要な役割を果たしているチトクロームP450(CYP)酵素の種差を実験動物とヒトを用いて検討し、以下の成果を得た。1.CYP2Aサブファミリーに属する酵素は、ヒト,サル,イヌ,モルモット、ウサギ及びラット肝のいずれにおいても検出された。CYP2A酵素に選択的な抗凝血薬クマリンの7水酸化反応には、約20倍の活性の動物種差が認められ、なかでもラットでは検出限界以下であった。一方、テストステロン7α水酸化活性はラットのみ認められた(論文1)。2.降圧薬ブフラロールはヒトで遺伝的多型を示すCYP2D6酵素によって1'位水酸化を受けることが知られている。本反応に対するCYP2D酵素の特異的阻害剤とされるキニジン及びキニンの作用は、これら5種動物とヒト阻害程度が異なった。ラットでは、CYP2D1以外に、雄特異的CYP2C11、CYP1A1/2の関与が示唆された(論文2、3)。3.環境発癌性物質6-アミノクリセンの代謝物ジオール体の代謝的活性化をDNA障害性を指標に検討したところ、ラットではCYP1A1が活性化に関与することが明らかになった。ヒトにおいてはCYP1A1は肝外臓器で発現しており、ヒト肝ではCYP3A4の活性化反応への寄与が示唆された。(論文4)。4.新規免疫抑制剤FK506の代謝物を調べたところ、13位脱メチル化体の他、3種の酸化体が得られた。主要代謝物の生成は、ラット、ウサギ及びヒト肝のいずれにおいてもCYP3Aサブファミリーによって触媒されることが明らかとなり、実験動物がヒトのモデルになりうることが推察された(論文5)。以上、くすりや発癌性物質の代謝に関与するP450酵素分子種や活性に種差が認められる例を明らかにした。今後、ヒトにおけるくすりの安全性、有効性を検討していくためには、実験動物との種差の情報を基に、必要に応じてヒトのP450酵素やその発現系を用いる代謝研究の重要性が示唆された。(論文4)。
長距離相互作用ハミルトン系の非平衡ダイナミクス

エネルギーが保存するハミルトン系では、相互作用が短距離か長距離かで大きく二つに分類できる。長距離相互作用系の例としては、重力相互作用をする星団や銀河団、電磁気相互作用をするプラズマや水分子系などが挙げられる。長距離相互作用系では、熱平衡状態に緩和する前に、しばしば準定常状態と呼ばれる状態にトラップされることがある。準定常状態のライフタイムは自由度(粒子数)の増大に伴って長くなるため、非平衡状態である準定常状態における統計力学を構築し、そのダイナミクスを理解することは非常に重要である。本研究では、特にダイナミクスの理解を目指した。具体的には、本年度は拡散現象に着目し、平均二乗変位が時間に比例する通常拡散か、そうではない異常拡散かを理論的に予測し、数値計算によって検証した。モデルとしては、長距離相互作用系の典型的な例である平均場相互作用をするHamiltonian Mean-Field(HMF)モデルを取り上げた。平均場系は自由度が十分に大きいときには1体分布関数方程式であるVlasov方程式でよく近似される。初期状態に依存して異なる準定常状態に落ち着くため、われわれは2つのタイプの1体分布関数を初期状態として用意し、それぞれの初期状態から到達する準定常状態における拡散を調べた。その結果、ひとつの初期状態では速い異常拡散を起こすことを理論的に導き、数値実験によって確かめた。またもうひとつの初期状態では平均二乗変位は時間に比例するが対数関数による補正を受けることも理論的・数値的に確かめた。これらの結果、準定常状態における拡散が通常拡散か異常拡散かは初期状態に依存していることがわかった。また後者の結果は、本質的には通常拡散であるものの、対数補正が効いているために短い時間では見かけ上異常拡散に見えるという例になっており、通常拡散か異常拡散かを判定するためには、相当の注意が必要であることを示唆している。[J.Stat.Mech.に発表]本研究では、長距離相互作用を有するハミルトン系の相互作用距離依存性およびダイナミクを調べることが目的である。この目的を実行するため、長距離から短距離まで、相互作用距離を一つのパラメータでコントロールできるα-XYと呼ばれるモデルを用いた。このα-XYモデルは二次相転移を起こし、特に長距離領域では同じ臨界温度を持つことが知られている。研究初年度である本年度においては、ダイナミクスを調査するための基盤として、統計力学におけるカノニカル平均と、ハミルトン力学における時間平均が合致するか否かを調べた。特に、数値的にシミュレーション可能な条件として有限自由度を考えたとき、有限サイズ効果まで含めて合致するか、また有限サイズ効果が相互作用距離によってどのように変化するかを観察した。臨界点の高温側と低温側のそれぞれで観測したところ、それぞれの温度領域で次のことがわかった。まず高温側においては、有限自由度であってもカノニカル平均は時間平均と定量的によい一致を示すことがわかった。カノニカル統計力学が相加性を仮定し、一方で長距離相互作用系ではその相加性を破っていることを考えると、これは非自明な結果であるといえる。さらに、相互作用距離を短くするとともに、無限自由度への接近が遅くなることがわかった。次に低温側でも、定性的には相互作用距離と有限サイズ効果は高温側と同じであることを見出した。これらの結果から得られた知見や有限サイズ効果により、次年度からのダイナミクスの研究を効率よく行える準備が整ったと言える。本研究の目的は、長距離相互作用を持つハミルトン系の静的(統計的)性質と動的(ダイナミクスの)性質を調べることである。まずは静的性質を調べるため、2粒子間の相互作用が距離に依存するモデルを導入し、カノニカル統計力学による予想と正準方程式を数値的に時間発展させて得られた時間平均との比較を行った。このモデルでは、相互作用がある程度長い場合には2次相転移が起こり相転移点は相互作用距離に依存しないことが知られているが、有限サイズ効果が相互作用距離に依存するか否かは不明であった。本研究の結果、有限サイズ効果はカノニカル平均値と時間平均値の差異という形で現れ、差異は相互作用距離に依存することが分かった。また秩序相では、相互作用距離が長くなるほど、自由度を上げたときに差異が速やかにゼロに近付くことが分かった。次に動的性質を調べるため、平均場相互作用系における分布関数方程式の時間発展を考えた。この方程式はVlasov方程式と言われており、無限自由度のときには系を厳密に正しく記述する。長距離相互作用系では、しばしば準定常状態と言われる状態にトラップされることがあるが、この準定常状態における相関関数を理論的に予測し、この予測を数値的に確認することができた。この結果は論文として投稿準備中である。

モデルとしては、長距離相互作用系の典型的な例である平均場相互作用をするHamiltonian Mean-Field(HMF)モデルを取り上げた。平均場系は自由度が十分に大きいときには1体分布関数方程式であるVlasov方程式でよく近似される。初期状態に依存して異なる準定常状態に落ち着くため、われわれは2つのタイプの1体分布関数を初期状態として用意し、それぞれの初期状態から到達する準定常状態における拡散を調べた。その結果、ひとつの初期状態では速い異常拡散を起こすことを理論的に導き、数値実験によって確かめた。またもうひとつの初期状態では平均二乗変位は時間に比例するが対数関数による補正を受けることも理論的・数値的に確かめた。これらの結果、準定常状態における拡散が通常拡散か異常拡散かは初期状態に依存していることがわかった。また後者の結果は、本質的には通常拡散であるものの、対数補正が効いているために短い時間では見かけ上異常拡散に見えるという例になっており、通常拡散か異常拡散かを判定するためには、相当の注意が必要であることを示唆している。[J.Stat.Mech.に発表]
光励起種を媒体とする超交換相互作用と光誘起電子移動の研究

1.光変換材料としてのD-A系構築と分子環境光合成型の光変換機能をもつ人工材料の開発には、超薄膜を介したD-A系の電子移動連鎖の実現が鍵を握る。DとAの化学構造はそのままで、周囲の分子の電子状態の変化あるいは電場・磁場の印加により光誘起電子移動を制御できる可能性が高い。2.超分子構造と磁場を用いる電子移動ダイナミックスの外部制御DとAを結ぶスペ-サの中に存在するπ電子系が光誘起電子移動を律速する事と、LB膜中のD-A系の電子移動が磁場で制御できる事を本研究で実証した。(1)DとAの中間にあるπ電子系が電子移動に及ぼす効果:D-A系のα-CD錯体について、スペ-サ中にヒドロキノン骨格が存在すると、D(フェノチアジン骨格)からA(ビオローゲン)への電子移動による励起一重項の減衰速度は50%増大し、光誘起電子移動で生成した三重項ラジカル対の消失速度もやや増大する事が明らかになった。交換相互作用による電子移動反応の律速を強く示唆する成果である。(2)D-A連結系を担持したLB膜修飾電極の光電流応答と磁場効果:ポルフィリンとビオローゲン骨格を連結したD-A系を埋め込んだLB膜を透明電極上に固定し、光照射で得られた電流が磁場の印加により15%も増大することを見出した。光電流の増分は、光励起で生成したD-A系ラジカル対の寿命の磁場による増大とまさしく対応する。超薄膜中での電子移動が磁場で制御できることを示す初めての成果である。
細胞チップを用いた超高効率遺伝子導入が可能な高速スクリーニングシステムの開発

本研究は,酵母細胞を固定化した細胞チップを用いて,超高効率に遺伝子を導入し,短時間で導入した細胞をスクリーニングするシステムを新規に開発することが目的である.まず装置の設計製作において,既に代表者が遺伝子導入に使用している自製のコンデンサの充放電による直流高電圧パルス発生装置を改良し,極小電極間で適用可能な範囲のパルス条件(15V,110msec)を試行できる導入装置を設計製作した.また,遺伝子導入用細胞チップ用の電極は,細胞の固定化や観察も考慮して電極形状や材質などを検討し,具体的に顕微鏡下での観察も可能にするためスライドガラスに液晶などに用いられている酸化インジウムスズを蒸着した透明電極を作成した.特に遺伝子導入条件を検討するため,製作したパルス印加装置と上記の透明電極や従来のアルミニュウム製電極を用い,従来は電極間2mmで実施していたものを,酵母細胞直径レベルに近づけるため電極間100μmで電圧パルスの印加を行った.ここでは数種類の酵母菌の栄養要求性変異株とそれを相補する遺伝子を組み込んだプラスミドDNAを用いて,電圧パルス印加後の細胞懸濁液を寒天最少培地上に直接プレーティングしスクリーニングを行い,微小電極間での遺伝子導入に最適な放電パルス条件と生理的条件の知見を得た.同様に乳酸菌においても同様の実験を行った.また,このときの細胞を懸濁する溶液は非電解質の糖類を使用することで火花を防ぐと共に浸透圧など遺伝子導入効率に重要なファクターとなった.本研究は,酵母細胞を固定化した細胞チップを用いて,超高効率に遺伝子を導入し,短時間で導入した細胞をスクリーニングするシステムを新規に開発することが目的である.平成18年度では,まず装置の設計製作において,既に代表者が遺伝子導入に使用している自製のコンデンサの充放電による直流高電圧パルス発生装置を改良し,極小電極間で適用可能な範囲のパルス条件(15V,110msec)を試行できる導入装置を設計製作した.また,遺伝子導入用細胞チップ用の電極は,細胞の固定化や観察も考慮して電極形状や材質などを検討し,具体的に顕微鏡下での観察も可能にするためスライドガラスに液晶などに用いられている酸化インジウムスズを蒸着した透明電極を作成した.本年度は特に遺伝子導入条件を検討するため,製作したパルス印加装置と上記の透明電極や従来のアルミニュウム製電極を用い,従来は電極間2mmで実施していたものを,酵母細胞直径レベルに近づけるため電極間100μmで電圧パルスの印加を行った.ここでは数種類の酵母菌の栄養要求性変異株とそれを相補する遺伝子を組み込んだプラスミドDNAを用いて,電圧パルス印加後の細胞懸濁液を寒天最少培地上に直接プレーティングしスクリーニングを行い,微小電極間での遺伝子導入に最適な放電パルス条件と生理的条件の知見を得た.また,このとき細胞を懸濁する溶液は非電解質の糖アルコールを使用することで火花を防ぐと共に浸透圧など遺伝子導入効率に重要なファクターとなった.本研究は,酵母細胞を固定化した細胞チップを用いて,超高効率に遺伝子を導入し,短時間で導入した細胞をスクリーニングするシステムを新規に開発することが目的である.まず装置の設計製作において,既に代表者が遺伝子導入に使用している自製のコンデンサの充放電による直流高電圧パルス発生装置を改良し,極小電極間で適用可能な範囲のパルス条件(15V,110msec)を試行できる導入装置を設計製作した.また,遺伝子導入用細胞チップ用の電極は,細胞の固定化や観察も考慮して電極形状や材質などを検討し,具体的に顕微鏡下での観察も可能にするためスライドガラスに液晶などに用いられている酸化インジウムスズを蒸着した透明電極を作成した.特に遺伝子導入条件を検討するため,製作したパルス印加装置と上記の透明電極や従来のアルミニュウム製電極を用い,従来は電極間2mmで実施していたものを,酵母細胞直径レベルに近づけるため電極間100μmで電圧パルスの印加を行った.ここでは数種類の酵母菌の栄養要求性変異株とそれを相補する遺伝子を組み込んだプラスミドDNAを用いて,電圧パルス印加後の細胞懸濁液を寒天最少培地上に直接プレーティングしスクリーニングを行い,微小電極間での遺伝子導入に最適な放電パルス条件と生理的条件の知見を得た.同様に乳酸菌においても同様の実験を行った.また,このときの細胞を懸濁する溶液は非電解質の糖類を使用することで火花を防ぐと共に浸透圧など遺伝子導入効率に重要なファクターとなった.
多様な働き方に即した産業衛生制度再構築のための国際比較研究（国際共同研究強化）

1年間の国際労働機関(ILO)研究部門に客員研究員として滞在した。同部門担当者との共同研究としては、非正規雇用や雇用形態多様化の健康影響に関する既存の文献レビューを行い、成果をレビュー論文として国際学術誌と報告書のために執筆した。多様な働き方を取り巻く状況は世界でも変化しているため、新たな知見を追加して体系的なレビュー論文を執筆することができた。本研究課題の主たる目的である、欧州と各国の労働安全衛生の政策や実情については、ILO内のデータベースや報告書・書籍を活用すると共に、ILO内の各専門家、同じスイスのジュネーブに拠点があるそのほかの国際機関等の各国の専門家へのヒアリングから情報を得ることができ、各国の新しい働き方に対する産業衛生制度の取組の整理を行った。システマティックレビュー論文、各国の産業衛生制度比較に関する論文執筆を行い、昨年度から継続して国際共同研究の基盤を構築した。研究計画どおり、欧州や各国の労働安全衛生に関する情報や、過去の研究についての情報を順調に得て研究を進めることができた。また、国際共同研究の基盤を構築して研究論文を執筆することができた。今後、こうした研究成果を学術的に公表するだけではなく、実務家なども含めた一般公開型の情報発信を行うよう計画している。今後は得られた情報による産業衛生制度に関する論文と、非正規雇用労働者ならびに新しい働き方と健康に関するレビュー論文を国際学術誌に掲載するように努める。今回の研究成果と構築した国際共同研究基盤を活かし、2019年度内には今回の共同研究先を含む研究者・実務家らと共に、東京での国際シンポジウム開催を企画している。広く一般に向けたシンポジウムにして、働き方改革を推進する日本において、益々多様化する働き方や職場環境が見えにくい新しい就労形態の労働者とその健康について、最新の研究や情報を共有する場を提供して研究成果を発信する予定である。内定年度:2016本研究の目的は、現在日本で進む多様な働き方に即した産業衛生制度を構築するために、それに必要な要素と制度を検討するため、先行する欧州諸国の産業衛生制度を築く法律や政策、実際の産業衛生活動を調査し国際比較を行うことである。特に実務や行政関係者のインタビュー調査と現場訪問によって政策決定過程と実施状況に注目し、今後日本での産業衛生制度再構築の提案を行うことである。研究は雇用形態多様化に即した労働政策を有する欧州諸国を対象に、(1)EU全体の動向、(2)雇用形態多様化に即した社会制度を有するオランダ、デンマーク等北欧諸国、(3)フランス・英国・ドイツ等の人口規模が大きい欧州諸国について以下の4つの側面から分析を行う。(1)法制度や政策に関する資料収集、(2)雇用形態多様化に即した産業衛生制度の各国達成状況の整理、(3)インタビュー調査による産業衛生制度と具体的活動の情報収集と政策決定過程の把握、(4)具体的な産業衛生活動の観察による事例分析である。平成28年度は、平成29年1月末の採択を受けた後に、国際共同研究のための準備を本格的に開始した。共同研究連携先となる国際労働機関(International Labour Organization: ILO)と共同研究を行うための準備である。具体的には、客員研究員(Visiting Scholar)としての受け入れに関する申請、今後の研究に関する面談と話し合い、研究実施に関わる説明のための訪問や打合せの計画などを行い、国際共同研究基盤づくりに努めた。平成28年度は、平成29年1月末の本研究採択を受け、現地の受け入れ先であるInternational Labour Organization(ILO)との本格的な調整を開始した。受け入れに関する面談や共同研究の提案に関する面会、打合せに関わる現地訪問など、平成29年度以降の計画について相談と話し合いを実施した。当初の計画どおり、平成29年7月1日付で国際労働機関(International Labour Organization:ILO)のVisiting Scholar(客員研究員)に採用され、ILOの調査局に在籍して共同研究を行っている。滞在期間中の前半は主に、非正規雇用や雇用形態多様化の健康影響に関する既存の文献レビューを行い、成果をレビュー論文として国際学術誌と報告書のために執筆した。本研究課題の主たる目的である、欧州と各国の労働安全衛生の政策や実情については、ILO内のデータベースや報告書・書籍を活用すると共に、ILO内の各専門家、同じスイスのジュネーブに拠点があるそのほかの国際機関等の各国の専門家へのヒアリングから情報を得ることができた。滞在期間中、これまでの研究計画では想定していなかった新しい働き方について知ることになった。科学技術とグローバル化の影響を大きく受けた働き方で、海外で注目が高まっている労働分野の見識を深め、研究対象を広げることができた。現在、こうした新しい働き方についての欧州各国の労働安全衛生政策についても追加で情報を収集し、制度分析に活用している。研究実施にあたり、滞在先のカウンターパートである研究者と共に、そのほかの職員の方からも様々な支援を受けている。ILO内での多様な講演会や会議等への参加機会を得られたことも貴重な経験である。また、日本の所属先からは共同研究のための長期滞在と往来を許していただいているなど、多方面からの支援を得て研究を進められることに感謝している。当初予定していた研究計画である、欧州や各国の労働安全衛生に関する情報や、過去の研究についての情報を順調に得て研究を進めることができた。労働安全衛生に関する法律や制度に関する情報収集は、各国を訪問する予定でいたが、ILOに勤務する各国の関係者や、スイスのジュネーブに本拠地があるほかの国際機関など多様な専門家と会い、情報にアクセスすることができたため、効率的に情報収集することができた。

今後、日本に戻ってからも日本を含めたアジア諸国の雇用形態多様化と健康に関する研究を共同で行う基盤づくりを行うことができた。また、研究実績の概要に述べた新しい働き方についての研究を開始するなどは、当初の予定以外で研究を進展させたことである。1年間の国際労働機関(ILO)研究部門に客員研究員として滞在した。同部門担当者との共同研究としては、非正規雇用や雇用形態多様化の健康影響に関する既存の文献レビューを行い、成果をレビュー論文として国際学術誌と報告書のために執筆した。多様な働き方を取り巻く状況は世界でも変化しているため、新たな知見を追加して体系的なレビュー論文を執筆することができた。本研究課題の主たる目的である、欧州と各国の労働安全衛生の政策や実情については、ILO内のデータベースや報告書・書籍を活用すると共に、ILO内の各専門家、同じスイスのジュネーブに拠点があるそのほかの国際機関等の各国の専門家へのヒアリングから情報を得ることができ、各国の新しい働き方に対する産業衛生制度の取組の整理を行った。システマティックレビュー論文、各国の産業衛生制度比較に関する論文執筆を行い、昨年度から継続して国際共同研究の基盤を構築した。研究計画どおり、欧州や各国の労働安全衛生に関する情報や、過去の研究についての情報を順調に得て研究を進めることができた。また、国際共同研究の基盤を構築して研究論文を執筆することができた。今後、こうした研究成果を学術的に公表するだけではなく、実務家なども含めた一般公開型の情報発信を行うよう計画している。平成29年度は、ILOでの客員研究員(Visiting Scholar)としての受け入れと、共同研究の開始を目指す。着任前には、ILOの産業衛生部門と研究部門の担当者らと数回の面談と打合せを行い、円滑な研究開始と実施に努める。また、日本国内で実施可能な事前の各国政府やILOなど国際機関の情報収集については日本で行う。今後、残りの滞在期間で欧州各国の労働安全衛生に関する制度比較分析を行い、論文と報告書として執筆する。また、共同研究の一部として行った雇用形態多様化の健康影響に関する文献レビュー論文は国際学術誌に今後掲載していく予定である。今回の共同研究を通じて、新たに発生している雇用形態などにも注目することができ、研究成果を世界での課題解決に活用できると認識した。今後も共同研究を継続する中で、日本やアジア諸国の研究フィールドを用いて、従来以上に新しい雇用形態で働く労働者の健康に関する研究を共同研究として続ける予定である。今後は得られた情報による産業衛生制度に関する論文と、非正規雇用労働者ならびに新しい働き方と健康に関するレビュー論文を国際学術誌に掲載するように努める。今回の研究成果と構築した国際共同研究基盤を活かし、2019年度内には今回の共同研究先を含む研究者・実務家らと共に、東京での国際シンポジウム開催を企画している。
公共インフラ資本と垂直的財政移転に関する政治経済学的理論研究

今年度は実証パートを中心に研究を進めた。具体的に取り組んだのは、政治的財政循環仮説に関するパネルデータ分析で、本プロジェクトでは特にGDP規模に着目して仮説の妥当性を検討した。ここで問題にする政治的循環仮説とは、現政府(与党)が次回選挙での得票を最大化するために、選挙前に財政支出を拡大する日和見的な行動をとるというものである。1996年から2016年の多国間データ(GDPや政府支出等のマクロデータとPolity IVや国政選挙に関するBrender & Drazenら(2004)のデータを独自に更新したもの等)を用いて分析を行った結果、GDP水準が高い場合では、循環仮説が支持されない一方で、低い場合では仮説が支持されることが明らかになった。先行研究でも先進国と途上国との間で仮説の成立に違いがあることは指摘されていたが、その分類は恣意的であり、GDP水準によって仮説が有意に異なるというのは新しい発見である。また、この理由については、公共財消費についての有権者の時間割引率の違いに由来するものと考えている。一方、これを地方財政の文脈で捉え直すと、この分析結果は、地方政府の財政支出の違いは、(少なくともその一部が)地域固有の時間的割引率の違いに由来する可能性があることを示唆している。地方政府間に存在する財政支出水準の違いに、選挙を通じた政治的要因が絡んでいるとすれば、興味深い知見と言える。本研究の目的は、各地域の生産性の違いを所与として、中央から地方政府への垂直的財政移転(再配分)をモデル化し、効率的な配分が、政治的要因によってどのように歪められるのかを理論的に検証することである。具体的には、中央政府には、地方の社会資本の生産性が直接観察できず、且つ、種々の政治的な配分制約があるという仮定のもと、地方政府へのインセンティブを供与するための効率的再配分システムを検討していく。平成28年度は、主にベンチマークとなる理論モデルの枠組みの構築に注力した。特に、本研究で参考としている動学的非線形課税のモデルは、一般に仕立てが複雑であることから、極力簡便で直感的に理解しやすい理論構築を追求することに時間を費やした。また、関連する文献の精査を行い、従来研究の成果を整理し、本研究の分析対象を絞り込むことで本研究の意義を明確にすることができた。当初予定していた海外出張はスケジュールの調整がつかず、実現できなかったが、その代わり、研究協力者が来日した際、有意義な研究打ち合わせを行うことができた。現状、理論構築の段階ではあるが、平成29年度は海外出張を計画しており、研究協力者と集中的に研究を進める予定である。また、数値計算を行うために必要な地域レベルの集積データ(社会資本の生産性、GDPを含む)の収集も併せて行っていく。当該年度内に学会等で中間報告できるよう、引続き計画的に研究を遂行していく。研究協力者とオンライン上で関係書類(計算結果等)を共有し、必要に応じて、電話での打ち合わせを行っている。また、研究協力者が別件で来日した際にも、数回に渡って打ち合わせを行っている。特に、研究の方向性や課題を明確にするために、文献を参照しながら、モデルの構成要素についての詳細な議論を行っている。本研究の第一義的な焦点は、中央・地方政府間の垂直的財政移転(再配分)における、政治的歪みの生じるメカニズムを政治経済的観点から考察することである。平成29年度は、このテーマについて、理論モデルを構築すること(理論研究パート)に引き続き注力した。具体的には、中央政府には、地方の社会資本の生産性が直接観察できず、且つ、種々の政治的な配分制約があるという仮定のもと、地方政府へのインセンティブを供与するための効率的再配分システムを検討した。特に、11月から12月にかけては、研究協力者(Dr. Timothy Kam)の所属先大学(オーストラリア国立大学)に滞在し、有意義な研究打ち合わせを行うことができた。しかしながら、モデルの解の存在証明に困難な箇所が見つかったことから、現状では成果を論文として纏めるには至っていない。理論的考察については引き続き検討を行っていく所存である。一方、今後は、実証的な観点から、政府予算に与える政治的要因を明らかにすること(実証研究パート)にも注力していきたいと考えている。具体的には、国家間パネルデータを用いて、政府支出と政治要因(例えば、大統領制・議会制等の政治システムや民主主義の度合いを表す政治指標等。)との関係について回帰分析を行っていく予定である。現在のところ、参考とする政治的予算サイクル(political budget cycle)の文献を調査・精読している状況で最終的には地方政府・中央政府間の資源配分についても同様の分析を進めていきたいと考えている。理論研究パートにおいては、研究協力者とオンライン上で関係書類(計算結果等)を共有し、必要に応じて、打ち合わせを行っている。一方、実証研究パートにおいては、参考文献とデータを収集している状況である。

1996年から2016年の多国間データ(GDPや政府支出等のマクロデータとPolity IVや国政選挙に関するBrender & Drazenら(2004)のデータを独自に更新したもの等)を用いて分析を行った結果、GDP水準が高い場合では、循環仮説が支持されない一方で、低い場合では仮説が支持されることが明らかになった。先行研究でも先進国と途上国との間で仮説の成立に違いがあることは指摘されていたが、その分類は恣意的であり、GDP水準によって仮説が有意に異なるというのは新しい発見である。また、この理由については、公共財消費についての有権者の時間割引率の違いに由来するものと考えている。一方、これを地方財政の文脈で捉え直すと、この分析結果は、地方政府の財政支出の違いは、(少なくともその一部が)地域固有の時間的割引率の違いに由来する可能性があることを示唆している。地方政府間に存在する財政支出水準の違いに、選挙を通じた政治的要因が絡んでいるとすれば、興味深い知見と言える。平成28年度中に実施できなかった海外出張を実現し、研究協力者と集中的に遂行していく方針である。具体的には9月から10月に10日間程度、研究協力者の所属先大学に滞在し、モデル構築と数値計算を行うことを予定している。また、その数値計算に必要なデータ収集も並行して進めていく。理論研究パートについては引き続き、モデル構築の試みを継続する方針である。実証研究パートについては、国家間パネルデータの整備を早期に進めて、最終年度内にワーキングペーパーとして纏めることを目標とする。また、平成30年度は、10月から11月にかけて、ドイツのコンスタンツ大学を訪問し、短期在外研究する予定である。同大学には、財政学や政治経済学の研究スタッフが多く揃っていることから、本プロジェクトについて有意義な意見交換を行いたい。予定していた海外出張の日程調整がつかなかったため。(理由)日程調整がつかず、年度内に2回予定していた海外出張を1回に縮約したため。(使用計画)海外出張(ドイツ/コンスタンツ大含む)や文献等の購入に充当する。海外出張や必要な文献等の購入に充当する。
筋空間における類似性を活かした道具使用ダイナミック運動のロボットによる実現

本研究では、身体外物体の特性活用によるロボットの運動能力拡大として、筋骨格ロボットによる道具使用ダイナミック運動実現を目的とした。運動生成において、類似運動からの要素転用を図った。道具使用ダイナミック運動として棒高跳びを取り上げ、その実現法を調べた。前年度に続き、筋トルクー角度特性に着目し、角度依存モーメントアーム機構(ADMA)が垂直跳び高さに与える効果をシミュレーションで調べた。結果、股関節、膝関節、足首関節の順で高い跳躍を可能とするトルクピーク角度が関節限界から可動域中程に移動した。ここで跳躍動作中の姿勢によるトルク発揮有効性の差の影響が示唆された。これは、似た姿勢を通る運動間での適切な出力特性の共通性を示唆する。そこで、棒高跳びロボット設計のために、似た動作の鉄棒の逆上がりにおいてADMA導入の有効性を確認した。棒高跳びにおける筋骨格系の働きとして、粘弾性が跳躍高さ安定性に与える効果を調べた。結果、粘弾性ありモデルが粘弾性なしモデルよりも外乱による誤差が小さく、外乱の種類により単関節粘弾性、二関節粘弾性の有効性が異なった。これは、棒高跳びの高さ安定性向上への筋骨格系の粘弾性の有用性、外乱の種類による単関節筋、二関節筋の賦活の使い分けの重要性を示唆する。棒を操作する関節腕を持つロボットは身体重心が棒先端から離れるため、この要素を含むモデルにより曲げ動作が棒高跳びに与える効果を再検討した。このモデルにおいても曲げ動作による跳躍高さ向上が確認され、棒先端に質点のあるモデルと比べて遅い動作切り替えの有効性が確認された。知見を統合し、筋骨格二腕ロボットを開発した。棒高跳び実験により切り替えタイミングの跳躍方向制御への有効性を示し、ロボットは最大1.72mの棒高跳びを実現した。この成果はロボットによる身体・環境複合系を活かす適応的運動実現に向けた重要な学術的・技術的貢献である。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、筋空間において運動を捉えることで、他運動からの運動要素の転用を図り、道具使用を含む複雑な運動をロボットにより実現、その実現に必要な要素を明らかにすることを目的としている。本年度は、その第一歩として、筋の制御法の検討、タスク実現に必要なスペックを得るための機構の改良、タスク特有の問題について取り組んだ。多数の筋の制御方策として、動物の運動指令は少数のプリミティブからなるという筋シナジーの考えを基に、発火同期に着目した運動表現を考えた。その有効性をシミュレーション上での筋骨格ロボットの走行学習により検証した。結果、プリミティブの要素を少数筋群に限ることの有効性、フェーズ切り替えが運動固有の特徴を捉えていることが示唆された。機構の改良として、空気圧筋の弱点である極端な姿勢特異性の改善のために、角度依存モーメントアーム機構を実装した。この機構の実装により、浅いスクワット姿勢からの跳躍性能の向上、複数スクワット姿勢からの跳躍における運動のばらつきの減少が見られた。これは、多様な姿勢を含むダイナミック運動において有用と考えられる。さらに、モーメントアームを電磁モータにより変更可能なハイブリッド機構についても検討した。この機構は運動毎に異なるトルク特性を準備でき、運動への適応性の向上が期待できる。タスク特有の問題の検討として、道具使用ダイナミック運動の1つである棒高跳びの技術について、単純モデルによるシミュレーションを行った。結果、棒に与えるトルクの方向を棒接地期の中程で反転させることにより跳躍高さが向上することを示した。これらを統合するものとして、道具使用ダイナミック運動を実現するためのロボットを現在製作中である。なお、計画においてはヒト計測、ロボット機構の検討を挙げていたが、そのうちヒト計測に代え、シミュレーションによる制御戦略、タスク特有の問題の検討を行った。本研究では、筋空間において運動をとらえることで、他の運動からの運動要素の転用を図り、ロボットによる道具使用ダイナミック運動を実現することを目的としている。冗長筋骨格系においては、その要素である筋がそれぞれ様々な出力特性を持つことが、その冗長性を活かす上で有効と考えられる。運動の要求により、筋空間において異なる特性を持つ筋の重みの配分が決まり、共通する要求をもつ運動間での転用が可能になると考えられる。本年度は、道具使用ダイナミック運動における特有の問題、筋の出力特性を調節する機構、また、筋骨格系の特性である拮抗に着目した筋空間における運動生成について取り組んだ。道具使用ダイナミック運動特有の問題として、道具使用ダイナミック運動である棒高跳びにおける身体動作の効果について、シミュレニション、ロボットを用いて検討した。結果として、曲げモーメントを与えることで跳躍高さが向上すること、特に棒の最大湾曲時の曲げモーメント方向の切り替えが跳躍高さ向上に有効であることを示した。また、身体の慣性の反力により早い動作の切り替えはパフォーマンスに負の効果をもたらすことを示した。筋の出力特性としてトルク-角度関係に着目した角度依存モーメントアーム機構を応用して、電磁モータにより出力特性を様々に変化可能な機構を組み込んだ四脚ロボットを開発した。これは、異なる要求を持つ運動に対して、適した特性を備えた身体を準備することに相当する。筋骨格系の要素である拮抗筋の制御について、動作を行う前の構えについて検討した。拮抗筋の応答性能に差が見られる場合、遅い筋があらかじめ力を発揮する側に拮抗を調節することで、素早い反応動作が実現することをシミュレーション、実機のロボットアームを用いて示した。

出力特性を活かす筋骨格系の制御をさらに詳しく検討し、運動転用につなげるために、現在、詳細な筋骨格シュミレータを構築中である。本研究では、身体外物体の特性活用によるロボットの運動能力拡大として、筋骨格ロボットによる道具使用ダイナミック運動実現を目的とした。運動生成において、類似運動からの要素転用を図った。道具使用ダイナミック運動として棒高跳びを取り上げ、その実現法を調べた。前年度に続き、筋トルクー角度特性に着目し、角度依存モーメントアーム機構(ADMA)が垂直跳び高さに与える効果をシミュレーションで調べた。結果、股関節、膝関節、足首関節の順で高い跳躍を可能とするトルクピーク角度が関節限界から可動域中程に移動した。ここで跳躍動作中の姿勢によるトルク発揮有効性の差の影響が示唆された。これは、似た姿勢を通る運動間での適切な出力特性の共通性を示唆する。そこで、棒高跳びロボット設計のために、似た動作の鉄棒の逆上がりにおいてADMA導入の有効性を確認した。棒高跳びにおける筋骨格系の働きとして、粘弾性が跳躍高さ安定性に与える効果を調べた。結果、粘弾性ありモデルが粘弾性なしモデルよりも外乱による誤差が小さく、外乱の種類により単関節粘弾性、二関節粘弾性の有効性が異なった。これは、棒高跳びの高さ安定性向上への筋骨格系の粘弾性の有用性、外乱の種類による単関節筋、二関節筋の賦活の使い分けの重要性を示唆する。棒を操作する関節腕を持つロボットは身体重心が棒先端から離れるため、この要素を含むモデルにより曲げ動作が棒高跳びに与える効果を再検討した。このモデルにおいても曲げ動作による跳躍高さ向上が確認され、棒先端に質点のあるモデルと比べて遅い動作切り替えの有効性が確認された。知見を統合し、筋骨格二腕ロボットを開発した。棒高跳び実験により切り替えタイミングの跳躍方向制御への有効性を示し、ロボットは最大1.72mの棒高跳びを実現した。この成果はロボットによる身体・環境複合系を活かす適応的運動実現に向けた重要な学術的・技術的貢献である。26年度が最終年度であるため、記入しない。主にシミュレーションを用いて制御戦略、ロボット機構、タスク特有の問題について総合的に検討を行い、ロボットの製作、製作したロボットによるタスク実現のための準備を整えることが出来た。さらに、ロボット実機、その実験設備についても検討を行い、次年度の実験を円滑に進める上での具体的準備も整ってきている。以上より、本課題を進める上での準備としての本年度の役割を全うしたことから、研究は順調に進展しているといえる。本研究の課題タスクである道具使用ダイナミック運動として棒高跳びを取り上げ、シミュレーション、ロボットを用いて、そのパフォーマンスに関わる身体運動の効果を調査した。
高非線形光ファイバを用いた超高速光信号処理に関する研究

160Gbit/s光伝送システムに適用可能な高品質かつ高安定な10GHzパルス列発生法として,位相変調,チャープ補償,非線形フィルタリングと位相同期ループ(PLL)の組合せ方式を提案し,160Gbit/s時間多重にも充分な低ジッタ性・高消光比が得られることを実験的に示した。さらに,位相変調と光フィルタリングを用いる光周波数領域での信号処理を基本とする時間多重分離方式を提案し,160Gbit/sから40Gbit/sへの良好な時間多重分離機能を実証した。本研究では,高非線形光ファイバを駆使した超高速光信号処理回路を開発し,160Gbit/s光時分割多重(OTDM)システム上で性能評価することにより,その実用性を検証することを目的とする。今年度は,160Gbit/sに時間多重可能な10GHzピコ秒パルス列を安定に発生させる方式として,種々のパルス圧縮法を比較検討した。その中で,光導波路型Fabry-Perot電気光学(Fabry-Perot electro-optic:FP-EO)変調器]によって発生した光コムを光フィルタで切り取る方式が最適であることがわかった。この方式では,CW光をFP-EO変調器によって周波数fmで位相変調する。この位相変調によって、長波長シフト及び短波長シフトした繰返しfmのパルス列が交互に並ぶ繰返し周波数2×fmの光パルス列が得られる。このパルス波形はローレンツ型であり、隣接パルスの周波数が異なる為に、光時間多重への応用に適しているとは言えない。しかし、光フィルタによって光コムの長波長または短波長シフトした成分のみを抽出すれば、高消光比の繰返し周波数fmのパルス列が得られることが明らかになった。光回路の設計に基づき,デバイスの試作を行い,160Gbit/sへの時間多重が可能なことを実証した。さらに,光時分割多重伝送用受信器においては,クロック抽出回路が主要な機能となる。今年度は,ニオブ酸リチュウム光位相変調器を用いて160Gbit/s信号光に40GHzクロックによる位相変調を加え,周波数シフトした成分を光フィルタで切り抜くことにより,クロック誤差信号を検出する方法を提案した。きわめて安定な分周クロックを得ることに成功し,実用レベルのクロック抽出装置の試作を完了した。この方式では,CW光をFP-EO変調器によって周波数f_mで位相変調する。この位相変調によって,長波長シフト及び短波長シフトした繰返しf_mのパルス列が交互に並ぶ繰返し周波数2×f_mの光パルス列が得られる。このパルス波形はローレンツ型であり,隣接パルスの周波数が異なる為に,光時間多重への応用に適しているとは言えない。しかし,光フィルタによって光コムの長波長または短波長シフトした成分のみを抽出すれば,高消光比の繰返し周波数f_mのパルス列が得られることが明らかになった。この光パルス特性の詳細な評価を行い,160Gbit/sシステムに適用可能なパルス品質を有することを示した。光回路の設計に基づきデバイスの試作を行い,160Gbit/sへの時間多重が可能なことを実証した。さらに光時分割多重伝送用受信器においては,クロック抽出回路および時間多重分離回路が主要な機能となる。今年度は,ニオブ酸リチュウム光位相変調器を用いた16oGbit/sから40Gbit/s4チャンネルへのDEMUX回路を設計し,基本動作を実証した。160Gbit/sに時間多重可能な10GHzピコ秒パルス列を安定に発生させるために,光導波路型Fabry-Perot電気光学(Fabry-Perote lectro-optic:FP-EO)変調器]によって発生した光コムを光フィルタで切り取る方式を開発した。光フィルタによって光コムの長波長または短波長シフトした成分のみを抽出すれば、高消光比の繰返し周波数fmのパルス列が得られる。昨年度行った光回路の設計に基づきデバイスの試作を行い,160Gbit/sへの時間多重が可能なパルス光源の開発を完了したた。