hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
体軸形成におけるAxinの作用機構の解析

細胞間分泌蛋白質Wntは、種を越えて生物の胎生期における体軸形成や細胞の分化に関わることが明らかになりつつある。Wntのシグナルは細胞膜上のFrizzledを介してDishevelled、リン酸化酵素GSK-3β(glycogen synthase kinase-3β)、β-catenin、転写因子TCFへと伝達される。Wntのシグナル伝達系はβ-cateninの分解を抑制し細胞質に蓄積させる作用があると考えられている。私共はGSK-3βと結合する二つの新規蛋白質を見出した。一つの蛋白質はWntシグナル伝達系を抑制的に制御してアフリカツメガエルの体軸形成を決定するAxinと同一で、他の一つはAxinのホモログであったことからAxil(Axin like)と命名した。これら2つの分子は、共にN末端側にregulators of Gprotein signaling(RGS)領域、C末端側にDshと類似した領域が認められた。東京大学浅島教授らとの共同研究でAxilをアフリカツメガエル初期胚に導入すると、AxilもAxin同様にWntシグナルを抑制的に制御した。AxinのRGS領域にAPCが、中央の隣接した異なる領域にGSK-3βとβ-cateninが結合しこの4者が複合体を形成した。AxinのGSK-3β結合領域の直前にはGSK-3βのリン酸化モチーフが認められ、この部分はGSK-3βによってリン酸化される、Axin存在下ではGSK-3βによるβ-cateninのリン酸化が著明に充進した。さらに、COS細胞やSW480細胞にAxinを発現させるとβ-cateninの分解が促進される。これらの結果から、AxinはGSK-3βによるβ-cateninのリン酸化を促進することによりβ-catenin分解を誘導し、その結果Wntシグナル伝達系を抑制することが明らかになった。
骨形成を誘導するキトサンミクロ粒子の創製と医用工学的応用

本研究では,損傷した生体組織を修復するための材料として,カニ等の甲羅から精製されるキトサンにケイ酸化学種を分子レベルで修飾し,多孔質粒子および生理活性物質を包括したカプセルを作成した。多孔質粒子は細胞1個の大きさとほぼ同程度の孔を有し,生体内に多く存在するタンパク質であるアルブミンに対して高い吸着能を示した。一方,生理化成物質を包括したカプセルでは,ケイ酸化学種の修飾率によってその徐放率を制御することが可能であった。組織工学的技術を用いて臓器の機能を復元させる為に,高気孔率で種々の孔径を有する多孔質足場材料が開発されているが,欠損部位が大きく多孔質体材料も大きくなると,その内部まで細胞を早期に遊走させ,目的とする機能を持った細胞に分化させることは困難である。一方,注入型インプラント材料は,取り扱いが簡便で低襲治療の為,患者にかかる負担が軽減されることから注目されている。つまり,細胞が材料内部まで遊走するのが容易で,さらに適切な部位に生理活性分子を送達し適切な期間それらを徐放可能な薬物徐放能を有し,組織再生と共に分解・吸収される注入型材料であればさらに有用である。本研究では,埋入時に周辺組織の再生を誘導するだけではなく,骨形成誘起能を有しナノサイズでハイブリッド化した有機-無機複合体と細胞を複合化したミクロサイズ粒子およびカプセルを作製し,材料内部からの組織再生と材料の分解性を制御し,新規な注入型骨誘導材料を創製する。その粒子・カプセルが注入された欠損部で集積して3次元体を構築すると共に,この粒子・カプセルの分解性を内部の細胞増殖速度に伴って制御すれば,最終的に複合体と細胞が完全に置換し,欠損部に3次元的に組織が再生されると期待される。生分解性材料のキトサンおよび無機化合物を出発原料とするゾル溶液を各種溶液に滴下することによって,粒子およびカプセルを創製した。また粒子およびカプセルの大きさは,滴下するゾル溶液の体積によって制御可能であった。現在,得られたカプセルおよび粒子の分子構造等を調査中である。細胞が材料内部まで遊走するのが容易で,さらに適切な部位に生理活性分子を送達し適切な期間それらを徐放可能な薬物徐放能を有し,組織再生と共に分解・吸収される足場材料は,組織再生において有用な材料となり得る。作製した複合体粒子は,作製時の組成および温度によって,孔径,分解性を制御可能であった。また,出発組成にカルシウム源を導入し,リン酸溶液に浸漬すると,その表面にヒドロキシアパタイトを形成した。析出したアパタイト皮膜により,粒子の機械的強度が向上し,また高いタンパク質吸着能を示した。一方,カプセルは無機成分の複合化によって,膜の機械的強度が向上し,溶液中で破損することなく長期的にその形態を保持することが可能であった。またカプセル内部に包括した種々のタンパク質の徐放能を修飾する無機成分の割合によって制御可能であった。また得られたカプセルから溶出する各成分は,骨芽細胞様細胞に対して毒性は示さなかった。
ヒト精巣腫瘍における低メチル化維持機構の解明とその生物学的意義に関する研究

本研究課題では精巣腫瘍が他の体細胞由来の固形癌とは異なり、低メチル化というユニークなエピジェネティックDNAプロフィールを有することを明らかにした。また精巣腫瘍の低メチル化DNAプロフィールを利用して新規DNAマーカーを作成することを試みた。本研究課題の具体的な成果は次の通りである。すなわち、精巣腫瘍においては本来女性の体細胞固有に存在するX染色体不活化因子(XIST)が発現しているにも関わらず、X-linked geneの不活化やメチル化にはつながっていないことを見出し、精巣腫瘍で染色体付加の高頻度であるX染色体ではXISTの発現にも関わらず、Hypomethyltionで活性型Xであることを証明した(J.Urol 2003)。さらに精巣腫瘍は通常の体細胞由来の固形癌で近年数多く報告されているCpG islandsでaberrant methylationによる遺伝子不活化がほとんどみられないが、体細胞由来である精巣悪性リンパ腫ではいくつかの癌関連遺伝子プロモータでaberrant methylationがみられることを報告した(Genes Chromosome Cancer 2003)。これらのデータより、われわれは精巣腫瘍ゲノムが恒常的に低メチル化に維持されている可能性があると考えた。しかしながら、このことは精巣腫瘍において異常なメチル化遺伝子を見出し、特異的メチル化DNAマーカーを作成することが困難であることを意味するものである。われわれは逆に精巣腫瘍にみられる低メチル化を利用してDNAマーカーを作成出来ないかと考え、精巣腫瘍で発現のみられるXIST遺伝子自身のDMR領域に注目した。その結果、本来女性にしか存在しないXIST遺伝子の非メチル化DNA断片が精巣腫瘍組織および精巣腫瘍患者血清中に検出されることを証明した(Lancet 2004)。またCTA遺伝子群での精巣腫瘍のメチル化プロフィールについても明らかにした(Genes Chromosome Cancer 2005)。精巣腫瘍の低メチル化維持機構については現在、始原生殖細胞との比較を行いながら研究を進めているところである。われわれは精巣腫瘍の発生感受性遺伝子座としてX染色体に着目して研究を展開してきた(J. Urol 2001,J. Urol 2003)。精巣腫瘍で染色体付加の高頻度であるX染色体ではXISTの発現にも関わらず、低メチル化で活性型Xであることを証明した(J. Urol 2003)。さらに精巣腫瘍は通常の体細胞由来の固形癌で近年数多く報告されているCpG islandsでaberrant methylationによる遺伝子不活化がほとんどみられないが、体細胞由来である精巣悪性リンパ腫では比較的高頻度にaberrant methylationがみられることを報告した(Genes Chromosome Cancer 2003)。これらの研究結果からわれわれは精巣腫瘍ゲノムにおいてはX染色体,常染色体を問わず、また刷り込み遺伝子、癌関連遺伝子のいずれのプロモーターでも恒常的に低メチル化に維持されて何らかの強いmethylation resistanceな特徴を有しているという仮説を持つに至った。しかしながらこれらの実験結果は精巣腫瘍に固有なメチル化遺伝子を見出し、特異的メチル化DNAマーカーを作成することが困難であることを意味するものである。そこでわれわれは逆に精巣腫瘍にみられる低メチル化を利用してDNAマーカーを作成出来ないかと考え、精巣腫瘍で発現のみられるXIST遺伝子自身のpromoter領域領域に注目することにより、本来女性にしか存在しないXIST promoterの非メチル化DNA断片が精巣腫瘍患者血清中に検出されることを証明した(LANCET 2004)。

このことはDNAメチル化ではなく、DNA非メチル化を腫瘍マーカーとして応用できる可能性を示した世界最初の報告である。次年度は精巣腫瘍エピジェネテイックス制御機構に注目し、さらに臨床応用の可能性を探っていきたい。本研究課題ではヒト精巣腫瘍におけるDNAメチル化の特性を明らかにし、将来的なDNAマーカーとしての応用や、化学療法感受性との関係を知るための基礎実験を展開した。これらのデータより、われわれは精巣腫瘍ゲノムが恒常的に低メチル化に維持されている可能性があると考えた。しかしながら、このことは精巣腫瘍において異常なメチル化遺伝子を見出し、特異的メチル化DNAマーカーを作成することが困難であることを意味するものである。われわれは逆に精巣腫瘍にみられる低メチル化を利用してDNAマーカーを作成出来ないかと考え、精巣腫瘍で発現のみられるXIST遺伝子自身のDMR領域に注目することにより、本来女性にしか存在しないXIST遺伝子の非メチル化DNA断片が精巣腫瘍組織および精巣腫瘍患者血清中に検出されることを証明した(Lancet 2004)。
計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明

本研究の目的は、神経細胞集団による情報処理、特に意思決定/運動制御の過程の計算論的解明である。これは、高次脳機能の解明の根本的課題の一つであり、理論的蓄積、特に実験と共同した理論研究は、この課題解明には必要不可欠である。本申請の将来的な研究目的として、(I):多電極同時記録からの細胞集団の相互結合の推定、(II):細胞集団活動の相互作用に基づく意思決定と運動制御の二つがある。本年度では、各々の研究目的で基礎となる研究を進めた。(I)では、時間/空間の両方のドメインにわたる相関を考えていくことが細胞集団の相互結合の解明の基礎となる。そのため、本年度では、個々のドメインで、単一神経細胞の時系列の高次相関、及び細胞集団活動の情報の復号化の最適性、について研究を行った。(II)では、大脳基底核が、情動(具体的には報酬獲得の期待)をどのようにして意思決定・運動制御へと反映させるかについて、我々の提案をまとめた。簡潔にはその提案は、報酬方向へのバイアス(情動における快を得られる判断・運動を選好する方向へバイアス)を大脳基底核が予め作りだすというものである。広範な実験結果に基づいており、我々はこの提案に自信をもっている。また、異なる潜時をもつ大脳皮質-大脳基底核回路の機能に関する計算モデルを提案し、検証した。以上述べた研究は、既に出版論文などの成果物としてまとめられた。来年度以降、上述した研究目的に向かって、着実に歩を進めていきたいと考えている。特に、多電極記録からの相互結合の推定を少しでも実現していくことは、両方の研究を統合しながら大きく発展させていく良い原動力となるので、力を入れていきたい。
多くの等長変換を許容するローレンツ多様体と軌道空間の構造

8次元等長群を許容する5次元ローレンツ多様体を分類する問題を考察し,以下のような結果を得て投稿の準備中である。なお,(n-1)(n-2)/2+1次元の等長変換を許容するn次元ローレンツ多様体の軌道空間の構造を明らかにする問題についてはまだ未解決である。
MDおよび統計熱力学手法による金属ガラスのナノ構造解析

統計力学的手法を用いた解析として、まず液相中の短範囲規則度を考慮できる会合溶体モデルを用い、ガラス形成能の高い合金系であるZr基合金に関し、Thermo-Calcデータベースを援用して液相のCLAPHAD法による自由エネルギー関数の熱力学評価を行った。得られた自由エネルギー関数を用いて臨界冷却速度を求めた結果、短範囲規則度の効果を取り入れることで、過冷却液相が安定化し、結晶化の駆動力・臨界冷却速度共に大きく低下することが判った。特にAI-Ni-Zr三元系およびCu-Ni-Zr三元系についてガラス形成能を評価し、実験と整合的な結果を得た。また液相からの冷却時の結晶化に関するTTT-曲線のノーズ位置に与える熱力学パラメーターの影響を定量的に評価し、融点が同じであれば融解のエンタルピーおよびガラス転移温度が高いほどガラス形成能が高くなることを示し、新規金属ガラスの探索や組成最適化のための指針を得た。MD法を用いた解析としては、Al-Cu-Zr系を模した三元モデル合金系につき液相冷却シミュレーションおよび生成したガラス相を等温保持するシミュレーションを行ない、ガラス相中の短範囲・中範囲構造の起源とそれらが構造緩和でどう変化するかを調べた。ガラス相中の基本構造は正20面体型クラスターが連結したネットワークであること、構造緩和に伴いそのネットワークが成長しガラス相の全域を覆うこと、またその正20面体ネットワーク構造とネットワーク外部に相補的に存在する結晶的配位を持つ原子群とが絡み合ってガラス相特有の中範囲秩序を形成していることが判った。また構造緩和に伴ってガラス相中の自由体積は減少すること、そしてその過程ではひも状の原子の集団運動が観測されることを明らかにした。統計熱力学計算における自由エネルギーの評価方法の一つであるCompound energy formalismでは、従来の枠組みでは2つの副格子しか記述できず、BCC格子など限られた構造でしか解析できなかったが、等価な4つの副格子で記述できる規則・不規則相に対して短範囲規則度(SRO)の取り扱いに関する定式化をおこない、FCC格子などより一般的な構造についての解析が可能になった。その結果、SROはReciprocal parameterによって記述され、実験値を再現できることが明らかとなった。分子動力学(MD)法で液相急冷による金属ガラスの生成過程をシミュレーションする場合、計算機の能力による制限から、実験の10^<10>倍におよぶ非常に速い冷却速度しか再現できないため、臨界冷却速度など従来のガラス形成能の尺度を評価することができなかった。そこで、生成ガラス相のエンタルピー、過冷却液相の充填度および拡散能、ガラス転移温度の冷却依存性など、MDシミュレーションで計算可能な尺度から総合的にガラス形成能を予測する手法を確立し、実験と整合的な結果を得た。また、原子位置の局所解析により、ガラス相および過冷却液相における構造緩和の過程では、自由体積の減少は常に正20面体型クラスターの増加を伴うこと、また正20面体型クラスターの分布は一様ではなく、数ナノメートルの中範囲規則構造を有していることを明らかにした。また、今回導入した小規模なクラスター計算機システムを用い、次年度以降導入予定のより大規模なクラスターシステムでの使用にたえるMDシミュレーション用並列計算コードを開発した。アモルファス形成合金系における液相の混合のエンタルピーは、強い温度依存性を持ち、温度の低下に伴って低下するが、これまでの液相の熱力学評価では、高温側の熱力学特性のみを用いているため、こういった温度依存性や低温域の熱力学特性を再現できない。そこで、会合溶体モデルを用い、幅広い温度域で得られた熱力学特性の測定値と組み合わせて液相の自由エネルギー関数を評価し、そこから駆動力および臨界冷却速度を求めた。その結果、これまでの手法に比べ、結晶化の駆動力、臨界冷却速度共に大きく低下し、アモルファス形成合金系では、低温域における熱力学特性を考慮しなければならないことが明らかとなった。そこでまず、ガラス相および過冷却液相における構造緩和過程をシミュレーションし、正20面体型クラスターの増加とともに自由体積が減少すること、クラスターの分布は数ナノメートル程度の非一様な中範囲規則構造を有していること、更に充填率の高い液相では拡散が抑えられ緩和時間が急激に増大することなどを明らかにした。このことから、過冷却液相の充填率がMDシミュレーションで計算可能なガラス形成能の尺度として使えることを提唱し、Zr-Cu-Al系で実験と整合的な結果を得た。また、合金間の大きな原子サイズ差が最も充填度を高めるのに寄与し、混合熱の効果は副次的であることや、正の混合熱を導入することで、2相ガラス組織など新しいタイプのナノ組織を制御できる可能性を示した。特に後者の計算は今年度CPUを増設して大規模になったクラスターシステムと、そこで効率よく働く並列計算コードの開発に拠るところが大きい。化合物形成合金系においては、温度の低下に伴い液相中の短範囲(中範囲)規則構造の発達により、生成エンタルピが大きく低下する。したがって、より正確に臨界冷却速度などのガラス形成能を評価するためには、低温域における熱力学特性を考慮しなければならない。液相中の短範囲規則度を取り扱うことができる会合溶体モデルを用いて、ガラス形成能の高い合金系をして知られている

Cu-ZrとNi-Zr二元系液相のCLAPHAD法による自由エネルギ関数の熱力学評価を行った。得られた自由エネルギ関数を用いて液相から結晶相の晶出のTTT曲線と臨界冷却速度を求めた結果、両合金系共に、会合溶体モデルにより短範囲規則度の効果を取り入れることで、取り入れていない場合と比べて、結晶化の駆動力、臨界冷却速度共に大きく低下することが明らかとなった。MD法を用いた解析では、原子サイズ比や混合熱を変化させた種々の合金系につき液相冷却シミュレーションを行ない、過冷却液相中の拡散能や局所構造の変化からガラス形成能やナノ組織形成過程を予測した。まず、ガラス相および過冷却液相の局所構造並びに緩和など動的挙動の解析から、正20面体型クラスター分布の非一様性が中範囲秩序構造の源であること、また充填度の高い液相中では正20面体型クラスター数密度の増加、自由体積の減少、拡散の低下、構造緩和時間の増大という特徴がみられることを示した。これらの特徴は、過冷却液相の充填率からガラス形成能を予測できる可能性を示唆しており、Zr-Al-Cu三元合金系において実験と整合的な結果を得た。また、三元系合金のモデルで、混合熱の組合せを変化させて液相急冷シミュレーションを行い、混合熱の組合せと冷却速度を変えることで、ナノ相分離組織や2相ガラス組織など、新しいタイプのナノ組織の形成を制御できることを示した。統計力学的手法を用いた解析として、まず液相中の短範囲規則度を考慮できる会合溶体モデルを用い、ガラス形成能の高い合金系として知られるZr基合金に関し、液相のCLAPHAD法による自由エネルギー関数の熱力学評価を行った。得られた自由エネルギー関数を用いて臨界冷却速度を求めた結果、短範囲規則度の効果を取り入れることで、過冷却液相が安定化し、結晶化の駆動力、臨界冷却速度共に大きく低下することが判った。過冷却液相における相分離の有無は、ガラス材料の微細組織形成および結晶化挙動に大きく影響する。そこで次にThermo-Calcデータベースを援用し準正則溶体近似を用いて液相の自由エネルギーを評価し、種々の三元合金系につき金属ガラスを形成する組成域において過冷却液相中で相分離の起こる可能性を熱力学的に評価した結果、Cu-Ti-Zr系を除いてはガラス形成能の高い組成では相分離が見られないことが判った。MD法を用いた解析としては、まず原子サイズ比と混合熱を変化させた種々の三元モデル合金系につき液相冷却シミュレーションを行ない、原子サイズ・混合熱と冷却速度の違いにより過冷却液相およびガラス相の微細組織がどう変化するかを調べた。特に過冷却液相中の相分離の有無に関しては上記の熱力学評価と一致する結果を得ている。次に、ガラス転移温度直下でガラス相を等温保持するシミュレーションを行ない構造緩和の様子を調べ、ガラス相中の基本構造は正20面体型クラスターが連結してできたネットワークであること、構造緩和に伴いそのネットワークが成長しガラス相の全域を覆うこと、そしてそのネットワーク構造の非一様性がガラス相特有の中範囲秩序構造の幾何学的な源であることを明らかにした。
オーガナイザーにおける細胞運動統御機構の解明

初期発生時の原腸陥入運動おいて、ZnトランスポーターLIV1は転写因子Snailを介して上皮-間葉転換(EMT)を制御する。LIV1がどのようなメカニズムでSnailの活性を制御しているのかを明らかにするために、LIV1活性化リガンド候補因子の機能解析、ZnによるSnailの細胞内局在制御機構解析を行ない、以下の事実まで研究を進めた。1)LIV1活性化リガンドの候補因子を複数同定し、機能解析を行った。LIV1の細胞外ドメインは受容体様に働くことより、この細胞外ドメインをプローブとしてcDNA発現ライブラリーをスクリーニングした。その結果、複数のリガンド候補因子が得られ、そのうちの一因子が原腸陥入運動に関わっていることを前年度に明らかにした。そこでこの原腸陥入運動に関わる因子を過剰発現もしくは機能欠失させ、Snailの細胞内局在が変化するか調べたところ、残念なことに影響が認められなかった。この因子の原腸陥入期における発現パターンおよび既知の機能より、おそらくこの因子が細胞運動の足場形成に関与することにより、原腸陥入運動に関わってはいるのだろうが、LIV1活性化リガンドとしては作用していなかった。今後、他のLIV1活性化リガンドの候補因子を解析する必要がある。2)Snailはzinc-fingerへのZnの配位の有無により構造が変化し、細胞内局在が制御されている。GFP標識したSnailの各種zinc-finger変異体を用いて、zinc-fingerへのZnの配位の有無によりSnailの細胞内局在が制御されていることを前年度に明らかとした。Snailには4つのzinc-fingerおよび核から細胞質への移行を制御する配列;NESが存在するが、どのzinc-fingerとNESが相互作用しているのかを明らかとするためにFRET用ベクターを用いてSnailの各種deletion変異体を作成した。このFRET用各種deletion変異体を培養細胞に発現させ、FRETを行なったところ、zinc-fingerとNESが相互作用していることが明らかとなった。すなわちzinc-fingerへのZnの配位の有無によりSnailの構造が変化し、分子内でのNESの露出あるいは分子内への巻き込みが生じ、細胞内局在が制御されていることを明らかにした。そこでLIV1がどのようなメカニズムでSnailの活性を制御しているのかを明らかにするために、LIV1活性化リガンドの同定、LIV1会合因子およびSnail会合因子の同定、ZnによるSnailの細胞内局在制御機構解析を行ない、以下の事実まで研究を進めた。1)LIV1活性化リガンドの候補因子を複数同定。その結果、複数のリガンド候補因子が得られた。さらに各リガンド候補因子の原腸陥入期の発現パターンやアンチセンスモルフォリーノを用いた機能欠失胚の解析より、そのうちの一因子が原腸陥入運動に関わっていることを明らかにした。2)LIV1会合因子およびSnail会合因子の候補遺伝子を複数同定。核内、細胞質内、細胞膜上でのYeast Two-Hybrid法を用いて、LIV1会合因子およびSnail会合因子のスクリーニングを行った結果、複数の候補因子が得られた。そのうちの一因子はLIV1およびSnailの両者に結合し、培養細胞にてSnailのZn結合の有無によりその一因子が結合したり解離したりすることが明らかとなった。3)Snailはzinc-fingerへのZnの配位の有無により細胞内局在が制御されている。GFP標識したSnailの各種zinc-finger変異体を培養細胞に発現させたところ、核内に局在する変異体、細胞質に局在する変異体、核、細胞質の両方に存在する変異体と細胞内局在の違いが認められた。すなわちzinc-fingerへのZnの配位の有無によりSnailの細胞内局在が制御されていることを明らかにした。

2)Snailはzinc-fingerへのZnの配位の有無により構造が変化し、細胞内局在が制御されている。GFP標識したSnailの各種zinc-finger変異体を用いて、zinc-fingerへのZnの配位の有無によりSnailの細胞内局在が制御されていることを前年度に明らかとした。Snailには4つのzinc-fingerおよび核から細胞質への移行を制御する配列;NESが存在するが、どのzinc-fingerとNESが相互作用しているのかを明らかとするためにFRET用ベクターを用いてSnailの各種deletion変異体を作成した。このFRET用各種deletion変異体を培養細胞に発現させ、FRETを行なったところ、zinc-fingerとNESが相互作用していることが明らかとなった。すなわちzinc-fingerへのZnの配位の有無によりSnailの構造が変化し、分子内でのNESの露出あるいは分子内への巻き込みが生じ、細胞内局在が制御されていることを明らかにした。
デザインされた空孔を持つ有機分子と金属ナノ粒子の1:1複合体の調製

前年度に引き続き、三脚型チオエーテルオリゴマーを用いた金ナノ粒子の安定化について検討した。ナノ粒子1個に対して多数の分子が結合しているという結果が前年度に得られていたため、ナノ粒子に対して分子サイズを最適化する必要がある。このため、さまざまな分子に対して、分子動力学を用いた計算機シミュレーションで1:1複合体の安定構造を探索した。具体的には、チオエーテルオリゴマーを構成する炭化水素部分(隣接するイオウ原子の間の部分)にナフタレン・ビフェニル・フルオレン等の広がりの大きな芳香族分子を12種類想定し、どのような組み合わせ・数の時にナノ粒子と最もよく相互作用するかを計算した。金ナノ粒子としては、実験で得られた1.51.7nmサイズのモデルとして、AU_<147>を用いた。三脚型のそれぞれの脚が持つ炭化水素部分の数(以下「残基数」と呼ぶ)が3、4の時は、フルオレンのような大きな芳香族分子を用いてもナノ粒子表面は十分には覆いきれない。残基数が5、6の時は、ナフタレン程度の大きさの分子でもナノ粒子表面は80%以上覆うことができる。興味深いことに、残基数が5までの場合、最も安定な構造では比較的ランダムに分子がナノ粒子表面を覆っているが、残基数6の場合に、3本の脚が三回対称のらせん状にナノ粒子に巻き付く構造が現れた。今回のモデル計算ではナノ粒子・分子間の相互作用は方向性を持っていないが、それでも適切な分子を設計することで、一定の方向性を持った複合体構造が現れうることを示唆している。また、残基数5・6の場合に遺伝的アルゴリズム探索を適用し、少ない計算量で合理的な結果が得られることを確かめた。(1)脚の長さの異なる3種類の三脚型チオエーテルオリゴマーを保護分子として用い、金ナノ粒子の調製を行った。得られたナノ粒子はTEM,SAXSの解析から粒径1.5nm前後と見積もられ、脚の長さに対する強い依存性は見られなかった。これらのナノ粒子のクロロホルム溶液に1-ドデカンチオールを加えると、チオール保護ナノ粒子と遊離のチオエーテルオリゴマーの生成が確認された。チオエーテルはチオールにくらべて金表面への結合が弱いが、この系では分子内の多点相互作用によってナノ粒子が安定化されていることを示唆している。ナノ粒子1つあたりの金原子数をTEMで得られた粒径から推測し、またAu:Sの原子数をICP発光分析で調べることにより、ナノ粒子1つあたりのチオエーテルオリゴマー分子の結合数を見積もったところ、1025という値が得られ、1つのナノ粒子に対して多数の保護分子が結合していることがわかった。1:1の結合比を実現するためには、より精密な分子設計が必要となる。(2)(1)で述べた分子は柔軟で自由度の高い構造を持っており、溶液中での動的構造を直観的に予測することは困難である。そこで、分子設計の補助手段として分子動力学計算の活用を検討した。金とチオエーテルの相互作用は、金を含む原子対に対して6-12型のvan der Waalsポテンシャルと仮定し、そのパラメータは金(111)表面に対するチオール・チオエーテルの物理吸着エネルギーを再現するように最適化した。このポテンシャルと、AMBER99に基づく分子力場を用い、クロロホルム溶媒中での全原子分子動力学計算を行った。Au_<147>が1.6mM,チオエーテルオリゴマー分子が27mMの初期濃度で、300K,6nsのシミュレーションを行うと、金粒子に35個チオエーテルオリゴマーが結合した複合体が観測された。実験で得られた「1粒子あたり保護分子が1025個」という値はこれよりはるかに大きいため、これらの分子の一部は金粒子に直接結合せず、精製段階で共沈を起こしている可能性を示唆している。
血中テストステロン濃度が中高年男性のライフイベントと心理的健康の関係に及ぼす影響

本研究では男性更年期障害の原因とされる血中テストステロン濃度の減少と中高年男性の心理的特性との関連を検討することを目的としている。本年度はネガティブなライフイベントに対する心理的反応が血中テストステロン濃度によって異なるかどうかを検証した。対象は国立長寿医療センターで平成9年から行われている「老化に関する長期縦断疫学調査」の第1次調査、第2次調査に共に参加した、第1次調査時40-79歳の地域在住男性894名である。2年間隔で抑うつ得点(CES-D)を2回調査した。第2次調査時に、過去2年間でのネガティブなライフイベント(近親者の死、大きな怪我や病気、財産の喪失、失業のいずれか)の有無を質問票および面接調査で確認した。60歳未満群479人と60歳以上群415人をそれぞれ、血中総テストステロン、遊離テストステロンの中央値で2群に分けた(総テストステロン高/低群、遊離テストステロン高/低群)。60歳未満群/以上群それぞれについて、ネガティブライフイベント有りの者での第2次調査時のCES-D得点が、男性ホルモンの高/低で異なるかどうかについて、第1次調査時のCES-D得点と年齢を調整して一般線形化モデル(SAS8.2 Proc GLM)を用いて検討した。60歳以上群では総テストステロン、遊離テストステロン共に、ネガティブライフイベントによる抑うつに対しての効果を認めなかったが、60歳未満群では、遊離テストステロンが中央値以下の群では中央値以上の群に比して調整後のCES-D得点が1.7点高く、(遊離テストステロン低群でのCES-D得点7.9±0.6、高値群6.3±0.7(最小自乗平均値±標準誤差,p=0.07)、男性ホルモンの低い者ではストレスフルなライフイベントにより、抑うつを来しやすい可能性が示唆された。研究代表者らが長寿医療研究センターにおいて平成9年から開始した「老化に関する長期縦断疫学調査」の第1回参加者中の男性1139名を対象として本年度は1.平成9年から11年にかけて行われた第1回調査結果からの必要なデータの抽出2.各心理的特性と血中テストステロン濃度との関連の横断的検討および多変量解析による血中テストステロン濃度関連心理特性の検討3.4年後の追跡調査である第3回調査の開始、をおこなった。第1回調査結果から抽出したデータは、血液データ(血中総テストステロン、遊離テストステロン)、基本属性・背景要因(性、年齢、学歴、職種、管理職の有無、年収、睡眠時間、老研式活動能力指標、知能検査)、心理的特性(抑うつ、自尊感情、エリクソン心理社会的段階、自律性、生活満足度、ストレスス対処行動尺度、いきがい)である。これらのデータを用いて、各心理的特性と血中テストステロン濃度との関連の検討、多変量解析による血中テストステロン濃度関連心理特性の抽出、中年(40-59歳)でのホルモン低下者における心理的デメリットの抽出、高齢者(60-79歳)でのホルモン維持者での心理的メリットの抽出を行った。背景要因調整後は遊離テストステロンと有意な関連を示す心理指標は認められなかったが、遊離テストステロンは老研式活動能力指標総合点および手段的自立、知的能動性得点と有意な正の相関を示し、年齢・学歴・職業の有無・年収・妻帯の有無で調整した後も同様の関連が認められ、遊離テストステロンが高い者では自立度が高いと考えられた。第3回の調査は平成14年5月から開始し、平成15年1月末現在、約800人のデータが集積されている。研究代表者らが国立長寿医療センターにおいて平成9年から開始した「老化に関する長期縦断疫学調査」のコホートを用いて本年度は以下の調査・研究を行った。(1)平成12年から14年にかけて行われた第2回調査結果から必要な背景要因・心理特性データを抽出した.また,引き続き行われている第3回調査において心理,背景要因の調査を継続して行った.(2)昨年度の解析で,遊離テストステロンとの関係が有意であった老研式活動能力指標の2年間縦断的変化を検討した。老研式活動能力指標の総合点,下位尺度(手段的自立,知的能動性,社会的役割),各素点の中で有意な縦断的変化を認めたのは,総合点,社会的役割,問10(友人宅への訪問),問13(若い人に話しかける)であり,2年間で有意に低下した.年代別検討では,総合点が70代で,社会的役割が40代から70代のすべての年代で,問10が40代から60代で,問11(相談に乗る)が70代で,問13が60代と70代でそれぞれ低下した.(3)初回調査時の血中遊離テストステロンが老研式活動能力指標の縦断的変化に及ぼす影響について検討した.年齢調整後に遊離テストステロンとの有意な関連を示したのは,問1(公共機関での外出),問12(病人を見舞う)の縦断的変化で,また手段的自立と問3(食事の準備)の縦断的変化は関連がある傾向を示した.これらはいずれも負の関連であった.

そのほかの交絡要因を調整した後も問1,問12の縦断的変化は遊離テストステロンと負の関連を示した.昨年度の横断的検討では遊離テストステロンが低下している者では活動能力が低かったことから,本年度の研究結果では遊離テストステロン低下による活動能力の低下は一過性である可能性が示されたと考えた.本研究では男性更年期障害の原因とされる血中テストステロン濃度の減少と中高年男性の心理的特性との関連を検討することを目的としている。本年度はネガティブなライフイベントに対する心理的反応が血中テストステロン濃度によって異なるかどうかを検証した。対象は国立長寿医療センターで平成9年から行われている「老化に関する長期縦断疫学調査」の第1次調査、第2次調査に共に参加した、第1次調査時40-79歳の地域在住男性894名である。2年間隔で抑うつ得点(CES-D)を2回調査した。第2次調査時に、過去2年間でのネガティブなライフイベント(近親者の死、大きな怪我や病気、財産の喪失、失業のいずれか)の有無を質問票および面接調査で確認した。60歳未満群479人と60歳以上群415人をそれぞれ、血中総テストステロン、遊離テストステロンの中央値で2群に分けた(総テストステロン高/低群、遊離テストステロン高/低群)。60歳未満群/以上群それぞれについて、ネガティブライフイベント有りの者での第2次調査時のCES-D得点が、男性ホルモンの高/低で異なるかどうかについて、第1次調査時のCES-D得点と年齢を調整して一般線形化モデル(SAS8.2 Proc GLM)を用いて検討した。60歳以上群では総テストステロン、遊離テストステロン共に、ネガティブライフイベントによる抑うつに対しての効果を認めなかったが、60歳未満群では、遊離テストステロンが中央値以下の群では中央値以上の群に比して調整後のCES-D得点が1.7点高く、(遊離テストステロン低群でのCES-D得点7.9±0.6、高値群6.3±0.7(最小自乗平均値±標準誤差,p=0.07)、男性ホルモンの低い者ではストレスフルなライフイベントにより、抑うつを来しやすい可能性が示唆された。
AIDS粘膜ワクチン:Th1/Th2型細胞によるHIV特異的粘膜免疫の誘導

本研究計画ではHIVに対する粘膜ワクチン開発に向けて、粘膜免疫機構の基礎的解明の立場から新しい情報を提供する事を目的としている。初年度は、効果的に抗原特異的粘膜免疫を誘導するのに不可欠な粘膜免疫調節因子として注目を浴びている大腸菌由来のHeat-labile toxin(LT)の分泌型lgA誘導の為の粘膜バリアーシステムへの影響について分子・細胞レベルで解析を加えた。つまりHIV特異的粘膜免疫応答を誘導するにあたり、LTが抗原、粘膜免疫調節因子もしくはアジュバントとして、どの様な機構を介して作用するかを検討した。まず最初に異なるハプロタイプのマウス群〔例BALB/c(H-2^d)、C57BL/6(H-2^b)、C3H/HeN (H-2^k)〕に0-25μgのLTを経口投与し、同抗原(例LT-B)に対する抗原特異的免疫応答をELISA法で調べると、25μgを投与された前者2群のマウスにおいて顕著な抗原特異的分泌型IgAと血液型IgCが誘導された。IgEについて検討を加えてみると、似た様な免疫生物学的作用を有するコレラ菌由来の毒素CTに比較して、抗原特異的IgE誘導がほとんど認められず同アイソタイプ抗体による副作用の可能性が少ない事が示唆された。血清中のIgGサブクラスについて検討してみると、LT-B特異的IgGlが最も高く、その後IgG2aとIgG2bがほぼ同レベルで誘導されており、サブクラスのパターンからTh1型(例IgG2a)とTh2型(例IgG1/IgG2b)両者の反応が誘導されている事が示唆された。それを裏付ける様にLT-B特異的Th細胞によるサイトカインの産生プロファイルをmRNAとタンパク両レベルで調べると両者サイトカインつまりIFN-γ(Th1型)とIL-4、IL-5(Th2型)の産生がLTを経口免疫したマウスより分離した粘膜系と全身系CD4^+T細胞の解析により認められた。つまりLTを経口投与する事により、Th1型とTh2型CD4^+T細胞を粘膜系/全身系両免疫機構に誘導し、その結果として分泌型IgA、血清型IgG1、IgG2a、IgG2b免疫応答が惹起され、二段構えの免疫が構築される可能性が示唆された。さらに分泌型IgA、血清型IgGに代表される液性免疫だけでなく経口投与されたLTによりTh1型や傷害性T細胞を中心とする細胞性免疫も誘導されている事が予想される。HIV用ワクチンを考慮すると、細胞性、液性両者の免疫を成立させる事が必要であり、LTによる抗原特異的傷害性T細胞を中心とする細胞性免疫の誘導についても検討をさらに加えていく必要がある。この点に関しては、現在当研究班において実験を進めている。
クリープ・疲労破壊におけるミクロ破壊機構に関する基礎研究

燃料電池用改質炉改質管として使用される遠心鋳造合金HK40(24Cr-20Ni)を用いて、クリープ破断試験、クリープ試験およびクリープ・疲労試験[ひずみパターンにより4種類の三角波形(pp波、cc波、pc波、cp波)と1種類の台形波に分けられる]を実施した。ここでpp波とcc波は対称波形で、ppとは引張り、圧縮ともにクリープ変形の起きない程速いひずみ速度で、ccとは引張り、圧縮ともにクリープ変形の起きうる程遅いひずみ速度で繰り返されることを意味している。また、pc波とcp波は非対称波形で、pcとは引張りが速く、圧縮が遅いひずみ速度で、cpはその逆で圧縮が速く、引張りが遅いひずみ速度で繰り返されることを意味している。台形波は遅いひずみ速度で引張り、圧縮され、引張り側で1hの保持を受ける波形である。その結果は、対称波形にくらべて非対称波形でひずみの繰返しを受ける場合には寿命が短く、特に台形波形での寿命低下が著しいことを明らかにした。そこで、この現象とミクロ破壊機構との関係を明らかにするために破壊過程のミクロ組織の顕微鏡観察および破面の詳細解析を実施し、それら波形の違いによる影響を調べた。対称波形では、クリープ変形の起きうる程遅いひずみ速度の繰返しを受ける場合のcc波においても疲労によりその破壊が支配されており、割れは粒内を伝播しストライエーションが認められた。これに対して、非対称波形では、クリープ破壊が支配的になっており、特に台形波形では粒界に沿って割れが伝播しておりストライエーションは認められなかった。これらの結果から、クリーブ・疲労破壊でのミクロ破壊機構は、対称波形ではその引張り過程で形成されたクリープ・キャビティが続く圧縮過程で消滅し、非対称波形では一旦できたクリープ・キャビティが圧縮過程で消滅されきれず、寿命がこのクリープ損傷に強く影響され低下すると考えられた。そこで、この効果を取り込んだ寿命推定を損傷速度説によって実施し、クリープ・疲労試験での実測値とこの推定値とを比較し、両者が良く一致することを明らかにした。
新しい原理に基づく中性子EDM超精密測定法の開発

本研究は中性子の永久電気双極子モーメント(EDM)を、その崩壊寿命や蓄積容器壁での吸収に起因する限界に制限されずこれをはるかに越える精度で決定するのに有用な、新しいタイプのスピンメーザーを提案し、これを実証することを目指している。すでに平成11年度の研究において、このメーザー発振を、^<129>Xe気体をモデル物質としスピン歳差検出をコイルによって行なうという間接的方法でではあるが、このタイプのメーザーが実際に発振することを示すデータを得ている。本年度はこれを、(中性子の場合に要求される)コイルにたよらない方法で実証するため、以下の研究を行った。まず^<129>Xe核スピンの歳差を感度よく検出する方法として、低エネルギー偏極中性子ビームをプローブとしてその捕獲ガンマ線を検出する方法、およびXeガス中に混入したRb原子をプローブとしてレーザー光の透過度の時間変化から検出する方法、の2種を検討した結果、後者の方法が精度および追随性の上で優れているとの結論を得た。次いでこの結果に基づき、レーザー光源、およびレーザー光の円偏光成分に変調をかける光弾性変調器(PEM)を導入、ロックイン検波方式によりXe核スピンの歳差シグナルをRb原子の最偏極効果を通じて検出する計測系を構築した。これまでにRbのスピン偏極度を磁気共鳴の手法で操作することにより、既知の偏極度変化条件でテストを行なった結果、Rbスピンからの明確なシグナルが得られている。しかしまだPEM由来のノイズが高感度化を阻んでおり、今後PEMの反射抑制コーティングによりこの問題を解決し、^<129>Xe核スピンの歳差シグナルを得て本研究の目標である能動型スピンメーザーの非誘導型歳差検出による動作検証とその特性解析を行なう予定である。
リチウムイオン電池材料の表面・界面の電子・原子レベル解析

リチウムイオン電池の高性能負極材料として期待されるチタン酸リチウム(Li_4Ti_5O_<12>)について、電子顕微鏡観察、走査プローブ顕微鏡観察、第一原理計算を組み合せて適用することで、第一に、結晶表面の原子配列や組成の詳細、第二に、Liの出入りに伴うバルクや表面、電解質/電極界面の原子・電子構造変化やポテンシャル変化、第三に、電極二次粒子でのLiの吸収反応の伝播の様子を詳細に解明し、リチウムイオン電池の電極材料の表面・界面の学理の構築に貢献した。表面科学的研究では、走査プローブ顕微鏡(SPM)による観察に適した電極材料の試料作成手法の開発を行った。具体的にはリチウム二次電池負極に用いられるスピネル型チタン酸リチウム(Li_4Ti_5O_<12>)のSPM観察に適した結晶表面の作成法を検討した。その結果、二酸化チタン単結晶の表面にチタン酸リチウムの結晶を成長させる事で、原子レベルで平坦なLi_4Ti_5O_<12>結晶表面の作成に成功し、AFMによる詳細な表面観察が行える事を明らかにした。また、この過程で、生成結晶の詳細な電子顕微鏡観察、電子線エネルギー損失スペクトル(EELS)の観察も行い、この電極材料に電顕観察が有用であることを確認した。第一原理計算では、典型的な正極材料であるLiCoO_2について、原子・電子構造とEELSスペクトルの第一原理計算をQMASコードで行った。Co3d電子間の相互作用をDFT+Uで扱うことで、実験と合致する結果が得られることを確認した。類似の構造を持つLiNiO_2やLiMhO_2に関しても同様の計算を行い、実験とreasonableな結果が得られた。一方、実験で扱っているLi_4Ti_50_<12>について、同組成を再現するセルモデルを作成し、原子・電子構造とEELSスペクトルの計算を試みた。得られた結果は、上記のEELS観察の結果とreasonableであった。本研究では、リチウムイオン電池で優れた電極特性を有するスピネル型チタン酸リチウム(LTO,Li_4Ti_5O_<12>)の表面の充放電(Li挿入・離脱)時の詳細な原子・電子構造変化を、表面科学観察(AFM)・電子顕微鏡観察・第一原理計算の三つの連携で明らかにし、電極表面での電気化学反応機構を解明することを目指している。前年度にAFM観察可能な原子レベルで平坦なLTO表面試料の作成技術の確立に成功し、AFM観察を行うとともに、電池セルで電気化学測定を開始した。本年度は、初回充放電サイクル(capacity-voltage曲線)の各時点でのLTO表面構造変化をAFMで詳細に探り、さらに電顕観察を適用した。その結果、(1)初回のLi挿入反応の初期段階で既にLTO表面に構造変化が起こり始め、ラフネスが大きくなること、(2)一サイクル後には、乱れた構造の表面層が形成され、cubicの新規結晶構造が存在すること、(3)こうした表面構造変化が電解質/LTO電極の界面電荷移動抵抗の低下と相関していること、等が見いだされ、また、(4)一サイクル後の表面新規構造はEELS(電子線エネルギー損失スペクトル)観察からα-Li_2TiO_3と推定された。こうした表面層は、SEIのように第二サイクル以降の充放電を安定に行わせる働きが推測される。一方、第一原理計算では、PAW法(QMASコード)を用いて、Li挿入前後のバルク結晶相の原子・電子構造変化、EELSスペクトル変化の第一原理計算を試み、reasonableな結果が得られた。引き続き、実験に対応した表面構造モデルの構築と、表面の原子・電子構造及びEELSの第一原理計算に着手している。また、バインダフリーのナノ構造新規電極開発の取り組みも進めており、集電体(金属箔)への酸化鉄系のナノ構造負極材料の直接作製・成長を試み、こうしたアプローチの可能性を検討した。高性能負極材料であるチタン酸リチウム(Li4Ti5O12, LTO)の平坦表面試料作成法を確立し、Li挿入/離脱における表面構造変化を走査プローブ顕微鏡(SPM)と電子顕微鏡で探り、電気化学ポテンシャル変化との相関から表面層形成の機構を検討してきた。本年度は、第一に、Li吸収前と吸収相(Li7Ti5O12)の電顕による電子線エネルギー損失スペクトル(STEM-EELS)観察を行い、第一原理計算との比較を行った。当グループが開発に参画している第一原理計算プログラムQMASで酸素K-edgeスペクトルが良好に再現され、Li吸収相/未吸収相がEELSで明確に識別できることが判明した。そこで、第二に、商用LTO二次粒子について、電池セルでのLi吸収過程のSTEM-EELS観察を行い、スペクトル分布から相分布を探った(spectral-imaging法)。その結果、二次粒子内Li吸収相伝播は、一次粒子間のparticle-by-particleで行われることが判明した。実際の電極材料で吸収相伝播の様子を明らかにしたのは初めてである。また、第三に、LTO表面の原子配列の詳細観察を行った。

Li吸収/離脱による表面構造変化やLTO/電解質界面の諸現象を解明するためである。STM観察とイオン散乱スペクトル(MEIS)から、(111)表面には二種のテラス構造が存在し、両方ともLi六方原子層が最上層であること、majorなLTO(111)表面は酸素原子層の上にLi原子層が積層し、酸素リッチで、表面酸素バンドに正孔を有する可能性があることが判明した。これはLTO/電解質界面でCO2が発生する現象の原因の可能性がある。以上のように、LTOを対象に、電顕・SPM・第一原理計算の連携により、電極材料の表面・界面の微細構造・諸現象を解明し、この分野のフロンティアを切り拓いた。電極活物質の充放電曲線(capacity-voltage曲線)の充放電過程の各時点での表面構造変化を、走査プローブ顕微鏡観察・電子顕微鏡観察・第一原理計算の三つの連携により、詳細に解明することが、本研究の第一の目的である。H22年度には、優れた負極材料として期待されているチタン酸リチウムについて、AFM観察可能な平坦表面試料の作製技術を確立した。H23年度は、従来からの計画通りに充放電過程での平坦表面試料の詳細観察を行い、表面構造変化について多くの興味深い知見を得た。また、第一原理計算も計画通り、バルク相・表面構造の原子・電子構造やEELSスペクトルの計算で、実験観察結果の解析に貢献している。24年度が最終年度であるため、記入しない。チタン酸リチウムの充放電過程の各時点での表面構造変化を、走査プローブ顕微鏡観察と電子顕微鏡観察、第一原理計算で詳細に解析する取り組みを、さらに発展させる。充放電過程の表面構造のEELS観察、第一原理計算での安定な表面構造探索とそのEELSスペクトル計算を集中的に進める。また、EELSスペクトラルイメージング法観察で、Li挿入・離脱の反応の進行過程を明らかにする。これらを通じて、チタン酸リチウム表面での電気化学反応の機構・支配因子を解明する。
動力学解析可能な広範囲動作計測システムの構築

本研究の目的は動力学解析可能な広範囲動作計測システムを構築することであった。この研究は代表者のこれまでの研究(MEMS慣性センサーを用いた広範囲動作計測装置の開発)に基づいて行われた。本研究は以下の3つのサブ研究で構成された(1:慣性センサーの性能改善、2:身体質量パラメータの推定、3:100m走への適用および結果の検証)。本研究を通して、衝撃力の小さい動作であれば、慣性センサーのデータから床反力を推定することが可能であることが分かった。加えて、COPの推定が測定誤差やモデリング誤差により難しいことが示唆された。開発された手法の長所は、キネティックデータを追加のセンサなしで得られる点である。本研究では持久系動作の動力学解析も可能な動作計測システムを開発することを目的として研究を実施中である。申請者はこれまでにスキー動作を測定可能な広範囲動作計測システムを開発した(H23-25若手(B))。本研究はこれを発展させるものである。平成26年度はこれまでに開発した測定システムの改良を主に実施し、以下の点を改良した。1センサの分解能を16ビットから24ビットに向上させ、これまで困難であった1rpm程度の非常に遅い動きに対しても正確に計測できるように改良した。一見、ヒトの動作には関係ない速度領域と考えられるが、陸上競技場の400mトラックを1周する際の身体の方向変化の速度がそれに相当し、本研究においては必須の性能であった。この改良により、陸上競技場を一周する動作を計測しても、計算後の姿勢データに許容できない誤差(約3度)が生じることがなくなった。2従来のDCオフセットの補正方法を修正し、データ処理を50%以上短縮化した。3従来のDCオフセットの補正に加え、ゲインおよびセンサの取り付けアライメントの補正を加えた。その結果、従来のシステムでは光学式モーションキャプチャシステムの結果との差異が最大3度弱であった結果が、1度未満まで改善された。また、上記改良に加えて、本研究で用いる光学式動作計測システムの選定、購入、基礎的試験を実施した。基礎的試験では、同期テストや屋外計測テスト等を実施し、平成27年度以降に予定されている力学パラメータ推定および屋外での長時間計測に必要な準備を行った。申請者は平成23-25年度においてスキー動作を測定可能な広範囲動作計測システムを開発した(若手(B))。本研究はこれを発展させるものであり、平成26年度はセンサ分解能の向上、DCオフセットの補正方法の改良、ゲインおよびセンサの取り付けアライメントの補正の追加を行った。なお、平成27年度は力学パラメータの推定についての研究に取り組む予定であった。しかし、各種の測定試験を通して、ゲインおよびセンサの取り付けアライメントの補正が不十分であることが判明した。そのため急遽、校正装置を新たに作成し、より精度の高い補正方法に変更するなど対策を行った。その結果、予定が遅れた。ただし、その対策により測定精度が格段に安定するようになるという成果を得ることができた。現在は、平成27年度の予定であった各個人の質量パラメータの算定システムの構築を行っているところである。具体的には、センサを付けた被験者がフォースプレート上で動作を行い、計測されたセンサデータと力データの力学的整合性を取るように質量を推定することを行っている。その実験を終え、現在はプログラムの作成中である。近日中には何らかの結果を得ることが出来る予定である。また、その結果を受けて各種の対策を取り、実用的な水準になるよう改良を重ねる予定である。また、より安定したシステムの構築をめざし、屋外においての計測を繰り返し試験し、実用上のノウハウを蓄積している。補正方式の変更に伴う若干の遅れは生じているものの、研究目標の達成には大きな支障はないと考えられる状況である。実績概要で記述した通り、若干の遅れが生じている。ただし、全体を通して着実に進んでおり、停留するような大きな問題はないため、上記進捗の遅れに大きな不安はない。なお、昨年度の進捗状況報告において、システムの使い勝手(ソフトウェアのインターフェースの改善)やシステム全体の作り込みの点では十分とはいえない部分が見えてきており、改善が必要であることを述べた。その点については、屋内・屋外での複数の試験を通して改善されてきており、その様な改善も着実な進捗を後押ししている。本研究では持久系動作の動力学解析も可能な動作計測システムを開発することを目的として研究を実施した。平成27年度は校正装置を作成し、更なる姿勢測定精度向上をおこなった(投稿準備中)。最終年度である平成28年度は、センサを付けた被験者がフォースプレート上で動作を行い、計測されたセンサデータと力データの力学的整合性を取るように質量を推定することを行った。また、ランニング動作を対象に力推定および動力学解析を行った。その結果、スプリント走においては着地時の振動による加速度が非常に大きく、センサのレンジオーバーが生じることから、現状のセンサでは解析ができないことが判明した。