hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鳥類の環境化学物質の感受性は食性が決定するか? 鳥類の解毒機構の進化を探る。

異物代謝酵素シトクロムP450 (CYP)は、環境汚染化学物質に対する感受性を決定する重要な要因の一つでる。昨年度、3種の鳥類(ニワトリ、シチメンチョウ、キンカチョウ)を用いて、鳥類CYP遺伝子を網羅的に同定・分類した。さらに、鳥類異物代謝上重要なCYP分子種を特定するため、ニワトリ肝臓を用いてmRNA発現量解析を行い、CYP2C45が高発現していることを明らかにした。現在は、CYPのタンパク質発現量解析と分子種間での発現量比較を目的としてLC-MS/MSを用いた定量系の構築に取り組んでいる。複数の野生鳥類種についてCYPタンパク質発現量の定量解析を行うことで、鳥類の異物代謝機構とその種差の解明につながると考えられる。鳥類CYPの解析と並行して、殺鼠剤ワルファリンに対する鳥類種間での感受性の種差の解明に取り組んだ。本年度は、ワルファリンの標的であるビタミンK還元酵素(VKOR)について詳細な検討を行った。VKOR活性は、哺乳類ではVKORC1 (C1)とVKORC1L1 (L1)という二つの酵素により、肝臓で高発現しているC1はワルファリンによる阻害を強く受ける一方、低発現であるL1はワルファリンによる阻害をほとんど受けない。ニワトリにおいてはVKOR活性がワルファリン抵抗性であることを先に明らかにしていたため、1ニワトリではL1が高発現している、もしくは、2ニワトリC1は阻害を受けにくいアミノ酸配列・立体構造をとっている、という二つの可能性について検討を行っている。まず、Eadie-Hofsteeプロットを用いた代謝活性の解析により、ニワトリにおいても二つの酵素が関与していることが示唆された。また、肝臓のmRNA発現量解析ではL1もC1と同程度の発現を示したため、今後タンパク質発現量の解析と、異種発現系を用いたニワトリC1、L1に関する機能解析を進める予定である。(抄録なし)シトクロムP450(CYP)は薬物・異物代謝酵素として最も重要な酵素群であるが、そのワルファリン代謝能について鳥類間で大きな種差が存在すること、また、それによって化学物質感受性に大きな種差が存在することが示されている。しかしながら、鳥類においてCYP分子種に関する解析がほとんどなされておらず、異物代謝上重要な分子種も特定されていない。本年度は、鳥類CYP研究の第一歩として、ニワトリにおけるCYP分子種の正確な分類と、肝臓でのmRNA発現量比較による重要な分子種の同定を行った。その結果、ゲノムプロジェクトにより同定された複数の分子種について命名が誤っていることを示し、その正確な命名を行った。CYP分子種別に見ると、CYP2ファミリーの遺伝子数が多く、その中でもCYP2C23a(旧CYP2H1)やCYP2C45などのCYP2Csが肝臓で大きなmRNA発現を示し、異物代謝酵素として重要な分子種・ファミリーであることが示唆された。さらに、ワルファリン代謝に寄与していると予想される分子種CYP2C23について、野生鳥類を含めた8種類の鳥類で部分配列クローニングを行い、鳥類間で保存されているアミノ酸領域をエピトープとするポリクローナル抗体作製を行った。この抗体を用いタンパク質発現量解析を行ったところ、ワルファリン代謝活性ほど大きな種差が見られなかった。本研究により、鳥類において注目すべき分子種としてCYP2C23、2C45が特定され、さらにCYP2C23について、鳥類種間では活性に見られるほど大きな種差が見られないことが明らかになった。よって、活性レベルで見られる種差がタンパク質の機能に由来するものと考えられるため、今後、タンパク質発現などによるさらなる検証が必要であると考えられた。平成24年度は、鳥類の異物代謝酵素シトクロムP450(CYP)に関する理解を深めるため、複数の鳥類種でのCYP遺伝子の網羅的同定・分類を行った。他に、ニワトリでのフェノバルビタールによるCYP分子種の誘導解析や、ワルファリンの体内動態解析および排泄物中の代謝物分析などを行った。鳥類CYP遺伝子の同定・分類については、これまでに解析したニワトリに加えて、キンカチョウ・シチメンチョウというゲノム情報が公開されている3種の鳥類を用いて行い、哺乳類であるヒトとの比較をした。その結果、CYP2AB/CYP2ACなど鳥類特有と考えられる分子種が数多く存在し、鳥類特有の異物代謝酵素を保持していることが示された。また、鳥類間でもCYP2Cについて遺伝子数が異なるなど、遺伝子レベルでの種差があることも明らかになった。さらに、ニワトリ肝臓での各分子種のmRNA発現量を比較したところ、CYP2C45が最も高発現しており、ニワトリの異物代謝上重要な分子種であると考えられた。一方で、哺乳類におけるCYP2B誘導剤であるフェノバルビタールは、ニワトリではCYP2C23aやCYP2C23bなどを顕著に誘導することが明らかになった。また、CYP3A37やCYP3A80などもフェノバルビタールにより誘導された。ニワトリでのワルファリン体内動態解析を行ったところ、血中半減期は約40時間だった。これはラットの4倍程度に相当し、ニワトリよりもワルファリン代謝活性が低い他の鳥類種ではより長い半減期になることが予想された。排泄物中の代謝物解析については、4'位水酸化体が多く見られ、in vitroでの代謝活性測定結果と合致する結果だった。

今後、排泄物中の代謝産物について、グルクロン酸抱合体や硫酸抱合体に関するより詳細な解析を進める予定である。異物代謝酵素シトクロムP450 (CYP)は、環境汚染化学物質に対する感受性を決定する重要な要因の一つでる。昨年度、3種の鳥類(ニワトリ、シチメンチョウ、キンカチョウ)を用いて、鳥類CYP遺伝子を網羅的に同定・分類した。さらに、鳥類異物代謝上重要なCYP分子種を特定するため、ニワトリ肝臓を用いてmRNA発現量解析を行い、CYP2C45が高発現していることを明らかにした。現在は、CYPのタンパク質発現量解析と分子種間での発現量比較を目的としてLC-MS/MSを用いた定量系の構築に取り組んでいる。複数の野生鳥類種についてCYPタンパク質発現量の定量解析を行うことで、鳥類の異物代謝機構とその種差の解明につながると考えられる。鳥類CYPの解析と並行して、殺鼠剤ワルファリンに対する鳥類種間での感受性の種差の解明に取り組んだ。本年度は、ワルファリンの標的であるビタミンK還元酵素(VKOR)について詳細な検討を行った。VKOR活性は、哺乳類ではVKORC1 (C1)とVKORC1L1 (L1)という二つの酵素により、肝臓で高発現しているC1はワルファリンによる阻害を強く受ける一方、低発現であるL1はワルファリンによる阻害をほとんど受けない。ニワトリにおいてはVKOR活性がワルファリン抵抗性であることを先に明らかにしていたため、1ニワトリではL1が高発現している、もしくは、2ニワトリC1は阻害を受けにくいアミノ酸配列・立体構造をとっている、という二つの可能性について検討を行っている。まず、Eadie-Hofsteeプロットを用いた代謝活性の解析により、ニワトリにおいても二つの酵素が関与していることが示唆された。また、肝臓のmRNA発現量解析ではL1もC1と同程度の発現を示したため、今後タンパク質発現量の解析と、異種発現系を用いたニワトリC1、L1に関する機能解析を進める予定である。本年度の研究実施計画に従い、CYP2C23について野生鳥種など複数の鳥類を用いたクローニングとタンパク質発現量解析を行うための抗体作製を行った。さらに、いくつかの種については完全長クローニングが終了しており、現在はタンパク質発現系の構築を進めている。また、鳥類CYP研究上欠かせない重要な分子種の同定を行うなど、来年度以降の研究をより大きく推進するための基盤を構築できた。本年度の研究実施計画にしたがって、ニワトリでのフェノバルビタールによるCYP誘導や、ワルファリンの体内動態解析などについて順調に研究を進め、鳥類異物代謝に関する理解を深めることができた。特に、鳥類CYP分子種の網羅的同定および分類と、鳥類で重要なCYP分子種特定を行ったことで、鳥類CYP研究において長年欠落していた知見を提供することができた。本研究により今後の研究基盤を構築したことで、2012年度日本毒性学会では優秀研究発表賞受賞している。来年度の研究で焦点を合わせるべき分子種を特定できたため、来年度はさらなる研究発展が見込める。これまでの研究から、CYP2C23について、鳥類種間でタンパク質発現量ではなく、活性に種差が存在することが予想された。これは当初の仮説に合致するものであり、来年度以降は完全長クローニングとタンパク質発現により機能面での種差を明らかにする。
心不全における概日リズムの破綻と時間治療学的観点からの治療

心不全の際には高率に睡眠呼吸障害を合併することが知られている。また睡眠呼吸障害の際には睡眠パターンが変化しており、睡眠時無呼吸と心不全、体内時計の変調は密接に関連しあっていると推測される。以前から心筋梗塞は午前中に多く発症することが知られているが、睡眠呼吸障害の有無により発症時間帯を解析したところ、睡眠呼吸障害のある患者で心筋梗塞が午前中に好発することが明らかになった。睡眠呼吸障害が、睡眠リズムの障害や、低酸素を介して心筋梗塞の発症時間帯に影響していることが考えられた。以前から研究を行っていたメラトニンの心血管系への作用について、論文発表を行った。その中で1)アンジオテンシンIIとコレステロールの負荷により、血管内皮細胞において酸化ストレスが亢進し、lipid raftとeNOSの細胞内局在が変化し、eNOSのbioavailabilityが低下して血管内皮機能障害がおこること、2)アンジオテンシンIIによる血管内皮の酸化ストレスがメラトニンの投与により抑制され、血管内皮障害が改善することをin vitroとin vivoで示した。そしてメラトニン受容体のアゴニストであるラメルテオンでも同様の効果があることを示した。このことより、時間治療学の観点からラメルテオンを用いて血管内皮機能、心不全への効果を検討する臨床研究の基盤が整った。心不全を増悪させている機序として、レニン・アンジオテンシン(RA)系の活性亢進があり、RA系阻害薬は慢性心不全の治療として早期からの使用が推奨されており、通常朝1回投与されている。しかしRA系の活性は早朝が最大であることが知られており、RA系阻害薬は夜内服する方が、早朝最大になるRA系活性亢進を抑制することにより心不全治療効果が増強することが期待される。今回、RA系阻害薬の朝と夜の内服での心不全治療効果に差異があるか検討する目的で、RAS系阻害薬をクロスオーバー法にて朝食後または夕食後に投与して、それぞれ投与前と投与後3ヶ月で各種因子を検討している。評価項目としては外来血圧、家庭血圧(朝と就寝前)、一般検査(心電図、胸部xp、心エコー)に加え、血中レニン、アルドステロン、NT-proBNP、尿中アルブミン・クレアチニン比である。既に長崎大学病院臨床研究倫理委員会の承認を得て100例を目標に症例登録中である。昨年度より長崎大学病院臨床研究倫理委員会の承認を得て症例登録中であるが、クロスオーバーで施行することへの抵抗感が強い患者も多く、予定通り症例の登録ができなかったため、併行して朝から夜への切り替えのone armの研究も行っている。Watch Padを用いることにより、簡便に睡眠、呼吸状態、自律神経活動のモニターができるようになった。心不全の入院患者においてWatch padによる検査を施行し、睡眠時無呼吸のモニターのみならず、睡眠、自律神経のリズムに対する各種薬剤とその投与タイミングの影響を検討している。体内時計の変異が心肥大、心不全に影響を及ぼすかについて、特に肺高血圧による右心不全に焦点をあて検討している。ラットではモノクロタリンあるいは低酸素で肺高血圧モデルを作成する系が確立していたが、時計遺伝子改変マウスで検討するためには、マウスで肺高血圧を作成する必要があった。マウスでのモデル作成に難渋し時間を要したが、血管内皮増殖因子受容体拮抗薬投与下に、10%低酸素下で飼育する阿部らのモデルに沿って条件設定を行い、肺高血圧を来すマウスを作成することができた。さらにマウスで心エコーによる肺動脈血流の評価、カテ入れによる右室圧測定、遺伝子発現、組織学的解析が可能となった。この条件下で時計遺伝子改変マウスを飼育し、体内時計が乱れた際の心不全への影響を検討するが、結果は次年度に持ち越すことになった。心不全を増悪させている機序として、レニン・アンジオテンシン(RA)系の活性亢進があるが、RA系の活性は早朝が最大であることが知られており、RA系阻害薬は夜内服する方が、早朝最大になるRA系活性亢進を抑制することにより心不全治療効果が増強することが期待される。前年度に引き続き、RAS系阻害薬をクロスオーバー法にて朝食後または夕食後に投与して、それぞれ投与前と投与後3ヶ月で心不全への効果をNT-proBNP,心エコー、尿中微量アルブミンなど各種因子を検討している。症例数は蓄積して来たが、今年度までに統計解析に十分な患者数を得ることができず次年度に報告することになった。

また睡眠呼吸障害の際には睡眠パターンが変化しており、睡眠時無呼吸と心不全、体内時計の変調は密接に関連しあっていると推測される。以前から心筋梗塞は午前中に多く発症することが知られているが、睡眠呼吸障害の有無により発症時間帯を解析したところ、睡眠呼吸障害のある患者で心筋梗塞が午前中に好発することが明らかになった。睡眠呼吸障害が、睡眠リズムの障害や、低酸素を介して心筋梗塞の発症時間帯に影響していることが考えられた。心不全患者に対するRA系阻害薬の朝投与と夜投与での比較検討は、クロスオーバー試験での患者の登録が遅れており目標症例数に達していない。循環器内科学RA系阻害薬の朝と夜投与の研究に関しては、クロスオーバー試験と併行して朝から夜への切り替えのone armの研究も行っている。また他の病院にも協力してもらい症例数を確保するように務める。心不全患者に対するRA系阻害薬の朝投与と夜投与での比較検討は、患者の登録が遅れており目標症例数に達していない。RA系阻害薬の朝と夜投与の研究に関しては、他の病院にも協力してもらい症例数を確保するように務める。また入院後不眠を訴える患者や概日リズムが障害されている患者に対して、ラメルテオンを投与し、睡眠、概日リズムへの効果や心血管系への効果を検討する臨床研究を開始する。
体外増幅したヒト造血幹細胞に対するCXCR-4遺伝子導入-臍帯血移植の適応拡大を目指して-

造血幹細胞移植は、血液疾患、悪性腫瘍のみならず代謝異常症や免疫不全症など多くの疾患に対する日常的な治療となりつつあり、そのソースとして臍帯血の有用性はすでに認められている。しかし含有される造血幹細胞の量的な制限がある。もし造血幹細胞の骨髄への生着率を向上することができれば、造血幹細胞移植成立に必要な幹細胞数を減少させる事が可能となる。近年の、骨髄ストローマ由来のケモカインでpreB細胞の増殖因子であるSDF-1とそのレセプターCXCR4の造血幹細胞における発現が骨髄生着に重要な役割を果たしていること、さらにDextran sulfate(Dex)がSDF-1の分泌に関与することがわかてきた。そこで我々は、GFPマウスをドナー、Ly5.2マウスをレシピエントとして骨髄移植実験を行なった。Dex及びSDF1をマウスに経静脈的に投与すると濃度依存性に末梢白血球数の上昇を認めた。また前処置としてSDF1、Dexを各々投与したドナーGFPマウスから採取した4×105個の骨髄単核球を移植した群と、前処置していないドナーマウスの骨髄を移植したコントロール群を比較したところ、移植1カ月後に骨髄生着率はコントロール群に比しSDF1、DEXを投与した群は有意に上昇した。また移植10日後の末梢白血球数とキメラリズムを解析したSDF1、Dex投与群ではキメリズムの上昇と末梢白血球の早期回復が認められた。さらに、DNAチップを用いてマウスにSDF1,DEXを投与したのちに骨髄採取し、SDF1,DEX投与時の骨髄生着に関与するケモカイン、サイトカインの発現を調べ骨髄生着率向上に関与する因子の検討を進めていく。造血幹細胞はすべての血球に分化する能力(多分化能)細胞分裂により自己と同じ能力をもった細胞を複製する能力(自己再生能力)を併せ持った細胞です。近年、骨髄ストローマ由来のケモカインSDF-1とそのレセプターとしてのCXCR4が同定され、造血幹細胞においてCXCR4の発現が骨髄生着に重要な役割を果たし、さらにEx vivoで対外増幅中にこのCXCR4が失われる事がわかってきた。そこで我々はCXCR4遺伝子を有するレトロウイルスベクターの作製し、さらにウイルスベクターを産生するパッケージング細胞を樹立した。今後、ヒト造血幹細胞をEx vivoで増幅しながら生着に需要な役割を持つCXCR4遺伝子を導入し、NOD/SCIDマウスを用いたアッセイ系で骨髄生着率の向上とCXCR4の機能を検討する予定である。我々は造血幹細胞移植の治療成績の向上を目指し骨髄生着の機序に着目した。近年の、骨髄ストローマ由来のケモカインでpreB細胞の増殖因子であるSDF-1とそのレセプターCXCR4の造血幹細胞における発現が骨髄生着に重要な役割を果たしていること、さらにDextran sulfate(Dex)がSDF-1の分泌に関与することがわかってきた。まず、我々はCXCR-4遺伝子を有するレトロウイルスベクターを作成し造血幹細胞への遺伝子導入を試みた。次いでGFPマウスをドナー、Ly5.2マウスをレシピエントとして骨髄移植実験を行なった。

また前処置としてSDF1、Dexを各々投与したドナーGFPマウスから採取した4×105個の骨髄単核球を移植した群と、前処置していないドナーマウスの骨髄を移植したコントロール群を比較したところ、移植1ヵ月後に骨髄生着率はコントロール群に比しSDF1、DEXを投与した群は有意に上昇した。また移植10日後の末梢白血球数とキメラリズムを解析したSDF1、Dex投与群ではキメリズムの上昇と末梢白血球の早期回復が認めることを確認した。
水酸化カルシウムの歯内療法領域に関する細菌学的研究

感染根管から分離される細菌に対する水酸化カルシウムの最小発育阻止濃度の測定およびその時の培地のpH測定を行った。さらに水酸基およびカルシウムイオンに関するコントロール実験を試みた。1.感受性測定用培地の検討平成10年度の実験において、細菌の水酸化カルシウムに対する感受性の測定には希釈法が適している事が明らかになった。さらに培地の水酸化カルシウム濃度は0%から10%が適当である事が明らかになった。2.水酸化カルシウムの根管内分離細菌に対する最小発育阻止濃度及びpHの測定3.水酸基およびカルシウムイオンに関するコントロール実験を試みたが、培地が変性し実験に適した条件を得ることができなかった。細菌に対する水酸化カルシウムの最小発育阻止濃度を測定するための感受性測定用培地の検討、および水酸化カルシウムの根管内分離細菌に対する最小発育阻止濃度の測定を行った。1.受性測定用培地の検討細菌の薬剤に対する感受性の測定方法は大きく分けて拡散法と希釈法の2種類がある。そこで、予備実験としてこの2種類の方法を用い、それぞれ水酸化カルシウム濃度の違う培地を作製、細菌を接種し発育状態を検討したところ、拡散法では水酸化カルシウム濃度の違いによる阻止円の大きさの差は観察することができなかったが、希釈法を用いた場合は菌種間で発育する濃度の違いが観察することができた。そこで感受性測定用培地は希釈法を利用することにした。次に培地に加える水酸化カルシウム量を決定するために、強いアルカリの環境下でも発育する好アルカリ菌を用い、培地自体が変性しない範囲の水酸化カルシウム濃度を検索した。その結果、水酸化カルシウム濃度が10%をこえると細菌が発育する事ができない培地になることが明らかになった。そこで、感受性測定用に用いる培地の水酸化カルシウム濃度は10%から倍数希釈になるように、0%から10%までの10種類とした。2.水酸化カルシウムの根管内分離細菌に対する最小発育阻止濃度の測定感染根管内から分離した細菌20菌種に対する水酸化カルシウムの最小発育阻止濃度の測定を行った。この結果、通性嫌気性菌の最小発育阻止濃度は、0.156から5.0%で、偏性嫌気性菌は0.156から2.5%であった。最も水酸化カルシウムに対して感受性の低かった菌は、Enterococcus faecalisで、最小発育阻止濃度は5%であった。
肝炎デルタウィルスRNA型リボザイムの構造と作用機構

本研究の目的は、肝炎デルタウィルス(HDV)RNAのリボザイム活性(RNA鎖切断)に着目し、その溶液中の構造および触媒作用に必要な金属イオンの結合様式を解明することにある。本年度の主な成果は次に示す如くである。1.小型化したHDVリボザイム系の大量合成3本のRNA鎖(基質成分8-mer、酵素成分16-merおよび35-mer)からなるHDVリボザイム系を設計した。基質成分については、化学合成により合成した。切断されない基質類似体として切断部位のシチジン残基の2^'-水酸基をメチル化した誘導体も合成した。酵素成分は、適当な鋳型DNAを用いT7RNAポリメラーゼによる転写反応を利用して調製した。2.マグネシウムイオン濃度の効果の分析リボザイムの構造および活性に及ぼすMg^<2+>イオン濃度の影響を、CDスペクトルの変化およびRNA鎖切断速度定数の変化を追跡することにより調べ、得られたデータをカーブフィッティング法により分析した。その結果、このリボザイムには、Mg^<2+>イオンは3個以上結合することが可能であり、RNA鎖切断活性を持つには2個以上のMg^<2+>イオンが必要であることが明らかになった。3.NMRによる解析NMRスペクトルの測定により、3本のRNAが実際に複合体を形成すること、およびMg^<2+>添加により複合体が構造変化を起こすことを明らかにした。2D NOESYスペクトルを測定することにより、シグナルの一部を帰属した。
熱帯太平洋域におけるオゾン収支の解析

東西方向に全く異なる気候状態をもつ熱帯太平洋域において、中部・東部太平洋に注目しつつ、惑星規模における対流圏オゾンの動態を明らかにすることがこの研究の目標である。対流圏界面を特徴づける気象要素の値を熱帯東太平洋ガラパゴス諸島のサンクリストバルと西太平洋のシンガポールとで比較した。良く知られた季節変動の特徴は両地点で確認できるが、海面水温(SST)がより低い前者において高温の後者より圏界面が高圧・低高度・高温という特徴は認められない。各要素の平年偏差は同位相の関係を保って推移し、エルニーニョとの対応は明確でない。これらの結果は、赤道に沿ったSSTの東西コントラスト及びその時間変動が圏界面の気象量に対する主たる変動要因ではないことを示唆している。サンクリストバルと熱帯中部太平洋に位置するクリスマス島におけるオゾンと水蒸気のゾンデ観測値の解析を行った。オゾンの高度分布には下方伝播する波動が存在する。その対流圏内における破砕は成層圏から対流圏へのオゾン輸送を担っているが、水蒸気における同様の過程は下部成層圏・上部対流圏の乾燥状態の維持に重要な役割を果たしている可能性がある。乾期にはオゾンと相対湿度に層状構造が卓越し、高度分布に認められる逆位相の関係は海洋と大陸を起源とする大気の相違として理解できる。9月に特徴的なことは、高度1km程の境界層とその上の温度逆転層の存在である。東太平洋域は湧昇に伴う高栄養塩濃度と活発な海洋生物生産性で特徴づけられ、そこで放出されるハロゲン化合物によるオゾン破壊も予想されることから、逆転層内に閉じこめられたオゾンの変動に関する詳細な解析が待たれる。また、対流圏界面を通した水蒸気輸送の成層圏乾燥状態の維持に対する寄与については、異なる季節を含む更なるデータの集積が望まれる。
鉄筋コンクリート構造物の耐震補強工法に関する研究

(1)コンクリート増打ち補強や鋼板巻き立て補強において、鉄筋の座屈を防ぐのに必要となる補強範囲を解析するプログラムを作成した。(2)鉛直打継目を設けたRCはりを鋼板巻立て補強すれば、斜めひび割れ発生荷重が増加し、打継目におけるスターラップの分担せん断力が増加することが防止される。また、プレストレスを鉛直打継目に直角方向に導入すれば、鋼板被覆と同様な補強効果が得られる。(3)FRPシートにより巻立て補強された鉄筋コンクリート柱について、シートひずみに関する4つのモデルを構築し、シートが破断して終局に至る破壊モードに対して緯局変形を算定することを可能とした。(4)破断ひずみが格段に大きいポリアセタール繊維(PAF)を巻立て補強に用いれば、通常の終局状態ではシートは破断せず、終局変形性能が向上し、せん断耐力も向上することを明らかにした。また、破断を伴わない場合の終局変形を推定するモデルを構築した。(5)静的格子モデルに、弾性座屈理論より算出した座屈長内の鉄筋の局所座屈挙動を空間的に平均化した鉄筋モデルを組み込み、壁式RC橋脚を対象とした解析を行った結果、最大耐力以降の変形挙動が精度良く把握できることが明らかになった。(6)壁式橋脚では、その基部に中間拘束筋として異形鉄筋を配し、これを定着用膨張材によって定着すれば、効果的に耐震補強できることが示された。(7)電着補修した後の鉄筋コンクリート部材の耐久性について検討した結果、2年間の自然環境暴露では、見掛けの透水係数はほとんど低下せず、中性化速度係数は、むしろ低下していることが示された。(1)帯状に巻き立てた鋼板補強を施した帯鉄筋を有する供試体の正負交番載荷実験結果より、等量の鋼板と帯鉄筋が、終局変形能に与える影響はほぼ同じであることが示された。(2)FRPシートにより耐震補強する場合、シートの全能力が発揮されない理由について、曲げ降伏後コンクリート断面によって受け持たれるせん断力の低下を考慮してもなお説明できない部分が残ることが明らかとなった。(3)既存のFRPシート巻立て補強に対するじん性率評価式では、帯鉄筋量がじん性率に与える影響を正確には評価できないばかりか、じん性率そのものも正確には推測できないことが示された。(4)正負交番載荷試験の結果、炭素繊維シートでも、横糸の多少により補強効果が相違すること、破断ひずみが大きいが弾性係数が小さいポリアセタール繊維を用いてシート巻立て補強を行えば、じん性の向上に寄与でき、終局変形を迎えるまでシートが破断しないことが示された。(5)軸引張力を受ける部材のせん断耐力は、修正圧縮場理論による方が土木学会式によるより、実験値に近い値が与えられることが明らかとなった。(6)ゼブラ状に炭素繊維シートで補強した供試体について塩分による劣化過程を試験した結果、せん断耐力のみならず曲げ耐力に対する補強も必要であることが示された。(1)鉛直打継目を有するRCはりを鋼板巻立て工法によって適切に補強すれば、鉛直打継目を起点とするせん断破壊を効果的に防止できることが示された。(2)FRPシートによる補強効果は、コンクリート表層部の微小領域の強度の影響を受けること、FRPシートを付着させると、表層部の強度は水セメント比が高いほど、また養生湿度が低いほど高くなることが示された。(3)有限要素解析による数値実験で、FRPシートで補強された鉄筋コンクリート柱のせん断耐力を推定するモデルを構築し、過去の実験結果と対比してその妥当性を確認した。(4)FRPシート巻付け補強に対し、実験結果に基づき、せん断ひび割れの形成とシートの剥離領域の進展を考慮してじん性率を評価する力学モデルを作成し、これによれば、補強後のじん性率を精度よく計算できることを確かめた。

(5)無補強の柱およびコンクリート増打ち補強、鋼板巻立て補強、FRPシート巻付け補強を行った柱の挙動解析を行った結果、軸鉄筋の座屈を有効座屈長係数によってモデル化すれば、ホストピーク域の挙動を精度よく追跡できることが明らかとなった。(6)軸引張力と曲げを受ける部材について載荷実験を行った結果、軸引張力が大きくなると安全率が増加し、せん断スパン比が大きくなると安全率が減少する傾向が示された。(7)壁式橋脚の耐震補強では、中間拘束筋を定着用膨張材を用いて定着する方法が効果を発揮することが認められた。(1)コンクリート増打ち補強や鋼板巻き立て補強において、鉄筋の座屈を防ぐのに必要となる補強範囲を解析するプログラムを作成した。(2)鉛直打継目を設けたRCはりを鋼板巻立て補強すれば、斜めひび割れ発生荷重が増加し、打継目におけるスターラップの分担せん断力が増加することが防止される。また、プレストレスを鉛直打継目に直角方向に導入すれば、鋼板被覆と同様な補強効果が得られる。(3)FRPシートにより巻立て補強された鉄筋コンクリート柱について、シートひずみに関する4つのモデルを構築し、シートが破断して終局に至る破壊モードに対して終局変形を算定することを可能とした。(4)破断ひずみが格段に大きいポリアセタール繊維(PAF)を巻立て補強に用いれば、通常の終局状態ではシートは破断せず、終局変形性能が向上し、せん断耐力も向上することを明らかにした。また、破断を伴わない場合の終局変形を推定するモデルを構築した。(5)静的格子モデルに、弾性座屈理論より算出した座屈長内の鉄筋の局所座屈挙動を空間的に平均化した鉄筋モデルを組み込み、壁式RC橋脚を対象とした解析を行った結果、最大耐力以降の変形挙動が精度良く把握できることが明らかになった。(6)壁式橋脚では、その基部に中間拘束筋として異形鉄筋を配し、これを定着用膨張材によって定着すれば,効果的に耐震補強できることが示された。(7)電着補修した後の鉄筋コンクリート部材の耐久性について検討した結果、2年間の自然環境暴露では、見掛けの透水係数はほとんど低下せず、中性化速度係数は、むしろ低下していることが示された。
メインテナンス期における新しい歯周疾患診断法に関する研究

歯周治療においてメインテナンス期における予後の判定は困難で、次回リコール時までの変化は非常に予測しにくい現状を踏まえ、歯周病原性細菌産生のcollagenaseに着目し、本酵素活性およびDNAプローブにより歯周組織の炎症症状を的確に把握する目的でメインテナンス時の歯周病原性菌のcollagenaseの局在および活性をDNAプローブを用いて解析し、その後の臨床症状と合わせて新たな診断方法を追及した。患者はメインテナンス期に入り3-4カ月おきのリコールを最低1年以上経過し、ポケットの深さ4mm以上でプロービング時の出血がある部位と無い部位がそれぞれ最低2ケ所以上存在している者42名を対象とした。対象歯はポケットが3mm以下、4mm以上6mm以下、7mm以上に分類し、さらにプロービング時の出血がある部位と無い部位に分類する。出血のある部位はすべてコントロールとして考えた。患者は2日連続して来院させ、1日目は歯肉溝滲出液からcollagenase活性の計測のためのサンプリングを、2日目はP.gingivalisおよびP.intermediaのcollagenase geneの特異的な塩基配列からのprimerを用いてPCR法により増幅させた反応により局在を判定するためのサンプノングを行った。さら患者の了解を得た後、歯肉のサンプルを採取し、歯肉溝滲出液と同様にして両者の酵素活性の判定および局在を判定した。その結果、1)歯肉溝浸出液中ならびに歯肉中のcollagenase活性はポケットの進行(深化)を予測する因子となりえなかった。しかしながら深いポケットでは有意にその活性は上昇していた。2)P.gingivalisおよびP.intermediaの産生するcollagenaseの局在は一部症例においては顕著な炎症の進行(急性転化を含む)を予測する因子となることが示唆された。そこでこれについては検討を加える予定である。
ロストジェネレーションの動学的一般均衡分析

マクロ経済環境の変化は世代間で異なる影響を与える。近年の労働環境の変化が特に若年層の雇用環境を大きく不安定化させたことはその一つの例である。本研究ではマクロ経済環境の変化が世代間及び世代内の富の分配にどのような影響を与えたかについて定量的に分析した。家計の最適な消費・貯蓄行動に基づいたライフサイクルモデルを構築し、これを分析のためのラボラトリーとして、(1)経済成長率の鈍化は格差拡大には貢献していないこと、(2)このままでは大幅な消費税増税は避けられずそれを回避するために鍵の一つが若年(女性)労働者の活用であることなどを明らかにした。昨年度に引き続き、まずは個票データに基づく実証的ファクトの整理を行った。総務省統計局に「家計調査」及び「全国消費実態調査」について第33条申請を行い、1981年から2008年までの個票データを再取得した。バブル崩壊以降、日本的雇用慣行は大きく変化したと考えられている。その一つが年功賃金への影響である。大企業を中心として年功序列型賃金の影響は未だに色濃く残っているものの、多くの先行研究で賃金カーブの傾きが緩やかになっている事が指摘されている。もし賃金カーブがフラット化したのであれば、ライフサイクルにおける家計消費にもそれが反映されている可能性がある。家計消費は個人の経済厚生に直結する変数であり、財政政策などの政策効果を測る際にも重要になる。個票データを用いて、詳細に分析をしたところ、半耐久財・耐久財のようにライフサイクルでの消費支出パターンが変わっているものと、家庭での食費のように時代の影響を受けないものが存在していることが明らかになった。マクロ経済の総需要は家計消費を年齢でウェイト付けた総計であることから、この実証的事実は総需要の将来予測にも重要な意味を持つ。1980年代から90年代にかけて日本の所得格差は拡大傾向にあるが、80年代の格差拡大を牽引したのが高所得階層の伸びであるのに対して、90年代に入ると低所得階層の所得低下が見られる。そこで構造変化を推計したところ、下位層20%、上位層20%共に90年代の所得の伸び率にブレイクが存在することが確認された。同時に、経済格差の各種指標や所得と消費の相関についても1990年代に構造変化が起こっている。これらを説明する最大の要因がTFPである。シミュレーション分析を用いて、TFP成長率の低下は所得と消費の相関の低下を引き起こすことを明らかにした。本年度は、研究計画書に基づいてファクトの整理から研究を開始した。総務省統計局に「家計調査」及び「全国消費実態調査」の第33条申請を行い、1981年から2008年までの個票データを再取得した。日本の財政再建・維持可能性に関する論文を共同研究で執筆した。現在、日本が直面している少子高齢化と巨額の政府債務が将来の世代間格差にどのような影響を与えているかについて、新しいMeasurement Deviceとなるモデルを構築して定量的に分析した。分析に際して家計行動のミクロ的基礎づけが必要になるため、上記の個票データを用いて個人の消費及び所得プロファイルを推計し、推計結果を用いてAccounting Exerciseを行った。分析結果は下記の通りである。今後何も財政再建の試みが行われない場合、政府債務の利払いが巨額となり、大きな世代間不平等を引き起こす。それを回避するためには、消費税を20%まで引き上げても足りないため、年金給付額の削減や女性の労働供給の拡大などの追加策が必要となる事を明らかにした。本論文は、一橋大学、学習院大学、日本銀行などのセミナーで既に報告済みで、現在、海外の査読誌に投稿中である。また、日本経済における1980年代以降の所得・消費格差の時系列的推移から、構造変化の可能性についても探った。このプロジェクトは現在進行中で暫定的な結果であるが、日本では1990年前後に経済格差の推移に構造変化があったことが統計的に検出された。近年回復傾向にあるものの、バブル崩壊以降、日本経済は長期停滞を余儀なくされている。多くの先行研究ではGDPや総消費、総投資といった集計量の動きに注目してきた。しかし、経済成長率の鈍化は一次のモーメントである集計量だけではなく、二次のモーメントである分布(経済格差)にも影響を与えていることが、須藤直氏(日本銀行)、鈴木通雄氏(東京大学)と山田による家計調査及び全国消費実態調査を用いた実証研究から明らかとなった。いわゆる「失われた10年」がTFP(全要素生産性)成長率の鈍化で説明されることはHayashi and Prescott (2002)による理論的研究でよく知られているが、同時期に所得及び消費格差の伸びが止まっていることがデータから確認できる。一方、1990年代後半には消費格差の拡大が観察された。

最終年度はこれらの事実を整合的に説明できる、同一世代内の異質性を考慮した世代重複型動学的一般均衡モデルを用いて、日本経済が実際に経験した長期停滞が世代内・世代間にどのような影響を与えたのかを分配的側面と厚生的側面からシミュレーションを用いて定量的に分析した。モデルに基づくと、TFP成長率の鈍化は家計が直面する流動性制約を通じて、消費格差に影響することが明らかとなった。経済成長の鈍化は格差拡大につながるというPiketty等によるイメージと異なり、データに基づくと日本経済の格差は成長の鈍化と共に拡大が止まっている。この点を現代のマクロ経済理論と整合的に説明できたことは大きな成果であり、日本の経済格差のメカニズムを理解する一助となった。一方で、政策的含意、特に再分配政策を通じた富の再配分については本モデルではシンプルなエクササイズにとどまっており、より詳細な累進的税制や社会保障制度を通じた所得再分配による経済厚生の改善については今度の課題である。研究成果は全て上記のホームページにて公表している。動学的一般均衡理論本研究プロジェクトの目的は、1990年代から2000年代にかけてのいわゆる「失われた10(20)年」が、世代間格差と世代内格差を通じて、ロストジェネレーション及びそれ以外の世代にどのような影響を与えたのかを定量的に分析することを目的としている。この目的のために、データに基づくファクトの整理、定量的モデルに必要になるパラメターの推計及び動学的一般均衡モデルが必要になる。研究対象が、(a)TFP成長率の鈍化といったマクロ経済環境の変化、(b)日本の労働市場と(c)ミクロレベルでの家計の消費・労働供給の意思決定の間の関係性になることから、マクロデータとミクロデータの両面からアプローチをしていく必要がある。労働経済学者を中心として、(b)の日本の雇用市場の分析は精力的に行われてきたものの、(a)マクロ経済変数との関係性については研究が不足しており、ファクトの整理も不十分である。そこで個票データに基づいて(c)の経済格差や家計レベルでの所得と消費の相関といった変数の時系列データを作成して、時系列分析を行い、モデルのターゲットになるファクトの積み上げを行った。最終的なゴールは、ロストジェネレーションの厚生評価を世代間と世代内の異質性を同時に考慮した形で定量的評価に耐えうるモデルを構築することである。2012度はその前段階として、世代間格差が分析できるAccounting Exercise用モデル(部分均衡モデル)を構築したが、2013年度はそのモデルを家計の意思決定について拡張して、一般均衡分析が出来るようにした。まだカリブレーションをより精緻にする等の課題は残されているものの、各種政策評価や反事実的実験を行なうフレームワークは出来ており、研究計画は順調に消化していると考えられる。研究計画書に記載したとおり、本研究は、世代効果が世代間格差と世代内格差を通じてロストジェネレーションに与えた影響を、動学的一般均衡モデルを用いて定量的に評価し、反事実的実験などから政策的含意を得る事を目的としている。研究目的を達成するためには、モデルの基礎となるパラメター及びターゲットとなる経済変数の実証的裏付けが必要になる。
複数菌種を用いたオーラルプロバイオティクスの開発

我々は、プロバイオティクスの口腔特に歯周疾患予防製剤としての応用を目的とし、Lactobacillus reuteriの歯周病原菌に対する効果を検討し、増殖抑制効果があることを明らかにした。また、L. reuteriより産生される抗菌物質reuterinにおいて、歯周病原菌に対する抗菌効果およびバイオフィルム抑制効果を有する可能性を明らかにした。プロバイオティクスは生体に有益に働く生菌製剤で、その作用はプロバイオティクス中の細菌が産生するバクテリオシン、有機酸あるいは過酸化水素代謝産物による強い殺菌活性と、栄養成分を病原細菌と競合的に摂取することでもたらされる病原細菌の増殖抑制である。本研究では、プロバイオティクスが歯周病の改善・予防に有益であるという仮設のもとに、抗菌物質reuterinを産生するLactobacillus reuteri(L. r)を中心に、プロバイオティクス応用時の歯周病原菌の増殖・共凝集・臭気物質産生、バイオフィルム形成に対する効果をin vitroで詳細に検討することを目的としている。本年度は、オーラルプロバイオティクスになり得る菌を複数入手し、それらのPorphylomonas gingivalis(P. g)に対する増殖抑制効果を検討した。乳酸菌のほとんどは代謝産物として大量の乳酸を産生する。また、P. gは酸に対する影響が大きいことから、酸に影響されないように培養上清を限外濾過する方法を用いて検討した。経時的な測定の結果、菌種・菌株によって増殖抑制効果が異なることが明らかとなった。また、L. rから産生される抗菌物質reuterin非産生株を得るために、glycerol dehydratase活性遺伝子を欠失させ、形質転換を試みたが、目的の形質転換株を得ることができなかった。そこで予定していた実験計画を変更し、reuterinそのものを化学合成し、各種歯周病原因菌に対する最小発育阻止濃度(MIC)を検討していく予定である。さらに、L. rから産生されるreuterinの産生量を定量するために、コントロールとなるアクロレインを用いて比色法での標準曲線を得ることができた。今後は実際のL. r培養液中からreuterinを抽出し定量していく予定である。本年度は、L. rが口腔環境に良好な影響を与えるメカニズムを検討するために、L. rから産生される抗菌物質reuterinに着目した。reuterinの口腔細菌への影響を検討するために、reuterinそのものの有機化学合成を行った。しかしながら、reuterinの構造は非常に不安定で検討が困難なことが示され、安定させるための付加体を用いたreuterin誘導化合物(RICs)を複数作成し、それらのの効果(殺菌効果、バイオフィルム形成抑制効果、揮発性硫黄化合物の産生抑制効果)を検討した。RICsは、一般細菌であるE. coli, P. aeruginosaなどには殺菌効果を持たないのに対し、歯周病原性細菌(F. nucleatum, P. gingivalis, A. actinomycetemcomitans, P. intermedia)への殺菌効果を認められるRICsがあることが示された。また、いくつかのRICsにはバイオフィルム形成抑制効果、揮発性硫黄化合物の産生抑制効果があることが示され、L. rから産生される抗菌物質reuterinも同様に口腔細菌への効果を有する可能性が示唆された。本年度は歯周病原因菌に対するプロバイオティクスの増殖抑制効果を明らかにすることを予定していた。昨年度から、歯周病原因菌に対する増殖抑制効果の検討は進んでおり、P. gに対する増殖抑制効果が有効であることが示唆されている。さらに複数の菌種や菌株においても検討していることから、増殖抑制効果の検討に関してはおおむね順調に進展していると思われる。Reuterinの歯周病原因菌に対する効果をけんとうするためのreuterin非産生株を得ることは困難となったが、それを補う検討方法が予定されているため、次年度に検討する予定である。医歯薬学本年度は、Lactobacillus reuteri以外のオーラルプロバイオティクスの応用につながり得る菌種・菌株の検討ができたので、次年度にはそれらを混合させた時に相乗効果が得られるのかを検討する予定である。また、歯周病原因菌に対してのreuterinの可能性を明らかにするために、reuterinの化学合成物質の作製とそれの最小発育阻止濃度を検討していく予定である。本年度はL.rのGD活性欠失遺伝子改変株の作製、L.r、Streptococcus salivarius(S.s)、B.coagulans(B.c)の共

凝集能と培養上清の精製を予定していた。当初の研究計画の進行変更が多少あるものの、おおむね順調に研究が進展していると考えられる。オーラルプロバイオティクスを用いた歯周病原菌の増殖を検討するための実験系を立ち上げるのに時間を要したが、本年度で確立できたので次年度に検討する予定である。本年度実施予定であった研究計画進行および実験進行の変更により、次年度使用額が生じたが、平成27年度に使用する予定である。本年度にオーラルプロバイオティクスを用いた歯周病原菌の増殖を検討するための実験系が確立されているため、本年度に実施予定であったS.s、B.cにおいても増殖抑制効果を検討する。また、L.rのGD活性欠失遺伝子改変株からreuterinが産生されていないことを確認した後、同様に歯周病原菌の増殖抑制効果を検討し、歯周病原菌に対するreuterinの有効性を探索する。さらに、オーラルプロバイオティクスの歯周病原菌から産生される揮発性硫黄化合物(VSC)に対する効果も検討する。次年度は試薬類・測定キット・ガラス・プラスチック製品等の購入が必要不可欠であり、消耗品費として計上している。また、本研究において最新の動向を知る必要性及び研究成果の積極的な公表のため学会出張費を国内旅費として計上している。なお、交通費、宿泊費、日当は学内の旅費規程に従って算出している。本年度実施予定であった研究計画進行および実験進行の変更により、次年度使用額が生じたが、平成26年度に使用する予定である。次年度は試薬類、測定キット、ガラス、プラスチック製品等の購入が必要不可欠であり、消耗品費として計上している。
垂直方向へ拡張したパイ電子系-4及び5層積層オルトシクロファン

スルースペース相互作用が可能な位置にベンゼン環を積層したパラシクロファン、メタシクロファンは垂直方向にパイ電子系を拡張した系であるが、これらのシクロファンでは、ベンゼン環は平面性を保持出来ずボート型に歪んでいる。著者らは、ベンゼン、ナフタレン環が平面性を保持したまま接近して積層した3層、4層[3.3]オルトシクロファンを合成し構造を明らかにした。以下に結果を示す。1)弱塩基を用いてアセトンジカルボン酸ジエステル5とビス(プロモメチル)ナフタレンあるいはビス(プロモメチル)ベンゼンを反応させ、ナフトシクロヘプテンを合成し、次いで、テトラキス(プロモメチルベンゼン)を弱塩基を用いて反応させて、4個の芳香環をを持つトリスケトンテトラエステルを合成した。これを加水分解、加熱脱炭酸してトリスケトン体を得、ケトン基をアセタール化して4層積層オルトシクロファンを合成した。ベンゾ/ベンゾ/ベンゾ-、ナフト/ベンゾ/ナフト-3層オルトシクロファン、ベンゾ/ベンゾ/ベンゾ/ベンゾ-4積層オルトシクロファンも同様な方法により合成した。2)多層積層ファンの1H NMRでは、上下の芳香環で挟まれたベンゼン環のプロトンは高磁場シフトした。また、3層、4層ベンゾファンのUVスペクトルでは、積層構造に基く吸収帯の長波長シフトが見られた。3) 3層ナフト/ベンゾ/ナフト-及びベンゾ/ベンゾ/ベンゾ-オルトシクロファンのX線結晶構造解析を行った。いずれのファンにおいても、積層したベンゼン環は平面性を保持したままスペース相互作用が可能な位置に近接し、積層した環の面間角は、2層ファンからから3層ファンへ積層数が増加するにつれて狭まっている。以下に結果を示す。
人間の描画獲得過程に基づくロボットの包括的な描画発達モデルの構築

平成30年度はロボットの描画発達において,単純な描画対象からより複雑な描画対象へと移行する課題に取り組んだ.具体的には,以下の3つの課題に取り組んだ.1.部分描画系列からの描画図形予測,2.ペンの持ち上げに対応可能な学習方法,3. 6自由度ロボットアームを用いた描画発達モデルの基盤構築.1.について,神経力学モデルMultiple Timescale Recurrent Neural Network (MTRNN)を用い,描画対象となる一部の系列から全体の系列を予測し,生成することに成功した.実験は実ロボットではなくシミュレーションによって行ってきたが,モデルの解析を通じ,描画図形の力学的性質と生成性能の関係性を検証した.2.について,これまでは一筆書き可能な描画図形のみを用いて実験を行ってきた.モデル内でペンの状態を予測するニューロン群を付加することでペンの持ち上げタイミングも同時に学習・予測することが可能となった.実験では画の間でペンの持ち上げが必要となる漢字を対象とした学習を行い,漢字の執筆系列から漢字を認識することや,モデルを用いて漢字の系列を生成することが可能であることを確認した.3.について、これまで用いた実験ではロボットの2自由度のみを用いてきた.そのため,ペンが描画キャンバスから離れるという問題点を扱わなかった.6自由度のロボットアームにモデルを実装することでペンが描画キャンバスから離れた際にモデルの予測値でデータを補間する手法を導入した.本実験システムにおいても描画発達モデルの基盤を構築した.当初の予定では,単純な図形から複雑な図形へとプリミティブを発達させることでロボットの描画能力を発達させることを考えていた.しかし,多自由度アームロボットで実験を行った際,ペンが描画キャンバスから離れることがしばしば見られた.平成30年度はこれを解決することに注力することにした.研究成果では,描画発達の実応用における課題の解決の糸口を発見することができた.現時点では各要素技術を個別に開発しており,それらを統合することが今後の課題となる.今後の研究方法としては,これまで構築した要素技術をロボットに実装することを考えている.具体的にはこれまで,ロボットアームの描画は平面上の動きのみで実験を行っていたため,ペンの持ち上げ・描画中の状態を予測しながら,描画学習を行う.その際,各描画ストロークをプリミティブとした学習をモデル内で行うことで,階層的に情報を構造化した学習方法を実現し,従来の学習手法と比較することで手法の有効性を確認する.また,直線から基本図形,基本図形から複雑図形とプリミティブが発達し,獲得される枠組みを実装する.これらを6自由度のロボットアームを用いた実験系によって検証することで,より高度な描画機能の獲得を目指す.上記の研究を遂行すると共に,用いるMTRNNの学習性能の向上についても検討する.具体的には時系列データを階層的に学習する際,まずは単純な系列から学習し,足場作りを行うscaffoldingのような効率的な学習手法を導入する.本モデルでは,ネットワーク構造が階層的になっており,このような学習手法を導入することで,情報の階層性がより明確に自己組織化できると考えている.本研究では主に神経回路モデルMultiple Timescales Recurrent Neural Network(MTRNN)を用い,人間の描画発達と同様の発達機構をロボットでモデル化することを目標としている.特にLuquetの提案した人間の5段階の描画発達に基づいてモデルを構築し,ロボット自身のバブリング動作,人間とのやりとりなど,多面的に展開していくことを目指している.本年度は主にロボット自身のバブリング動作に注目したモデル構築を行った.これまでの研究ではランダムな指令値をロボットの目標関節角として指定することでバブリング動作を実現していたが,本年度はεグリーディ法を導入することで拘束条件付きのバブリング動作を生成した.また神経回路モデルだけではなく,Dynamics Learning Tree (DLT)を用いた学習も行った.人間型ロボットNaoを用いた描画動作生成実験の結果,εグリーディ法によって効率よく有効な学習データを取得できることを確認した.また,DLTによる学習も描画模倣においては有効であることを確認した.これまでの研究ではLuquetの5段階の描画発達のうち,第3段階までを対象をしてモデル開発・実験を行った.現在,第4段階に移行するためのモデルの検討をしており,描きやすさを数値的に表現できるようなモデルを構築している.これまで人間の描画データについて,実験的に有効性を確認しており,今後はロボットにおいても有効性を検証する予定である.本年度はロボットの検討に時間がかかり,ロボットを用いた実験は予定通りに行うことができなかった.一方,描きやすさのモデル内表現については人間の描画データを用いたが,実験的に予測誤差との関連性が示されるような結果が出ており,ロボットの描画にも応用できることが期待される結果が得られた.さらにバブリングについてもこれまではランダム動作を用いていたが,より効率的な動作生成が実現でき,これまでのモデルに組み込むことでさらにモデルが洗練できると考えている.以上のように,本年度計画していた内容を多少次年度に回すことになったが,モデルの基盤となる実験においては良好な結果が得られた.平成29年度は神経回路モデルの一種であるMultiple Timescale Recurrent Neural Network (MTRNN)を用い,1.人間の描画特徴の学習と2.プリミティブの段階的な発達学習,3.連続的空間における人間とロボットの発達的対話モデルの三つを実現した.1.と2.はロボットの描画発達に関する研究の一環であり,3.は発達的なモデル構築を目指したものである.

1.については,様々な星型図形の描画系列を学習することで被験者の星型の描画特性(描きやすい描画方法)を学習することに成功した.2.についてはプリミティブとして単純な円弧からより複雑な円へと発達するモデルを開発した.これら1.と2.はロボットではなく,人間の描画系列において実現したが,今後のロボットの描画発達システムの基盤技術となることが期待される.また,ロボットへの実装を目指し,アームロボットによるペンタブレット上のランダム動作(バブリング動作)を実現し,本年度の研究成果をアームロボットを用いたシステムへと実装する基盤も構築した.3.については本研究課題における発達的な学習モデルを感情ロボットで実現したものであり,有効性を確認できた.これらの成果を描画用のアームロボットに実装する予定である.平成29年度の成果は国際会議NLPKEと国内会議であるロボット学会学術講演会や情報処理学会全国大会などで発表した.NLPKEでは(1)に関する研究発表を行い,研究内容と発表が評価され,Best Paper Awardを受賞した.平成29年度はロボットではなく,主にモデルの開発に注力した.ロボットの描画発達の次の段階へと発展させる上でランダム動作から描画発達したロボットの描画特性から高度な描画動作を生成することが必要であり,本年度実現したモデルはロボットの描画動作の解析においても応用することが可能であると考えられる.特に本モデルを解析した結果,学習したモデルが人間の描画特徴を反映していることが確認された.ロボットに実装することで描画性能を向上する有効性を示唆する結果が得られており,本研究で目指すロボットの描画発達にも大きく貢献する結果が得られたと考えられる.平成30年度はロボットの描画発達において,単純な描画対象からより複雑な描画対象へと移行する課題に取り組んだ.具体的には,以下の3つの課題に取り組んだ.1.部分描画系列からの描画図形予測,2.ペンの持ち上げに対応可能な学習方法,3. 6自由度ロボットアームを用いた描画発達モデルの基盤構築.1.について,神経力学モデルMultiple Timescale Recurrent Neural Network (MTRNN)を用い,描画対象となる一部の系列から全体の系列を予測し,生成することに成功した.実験は実ロボットではなくシミュレーションによって行ってきたが,モデルの解析を通じ,描画図形の力学的性質と生成性能の関係性を検証した.2.について,これまでは一筆書き可能な描画図形のみを用いて実験を行ってきた.モデル内でペンの状態を予測するニューロン群を付加することでペンの持ち上げタイミングも同時に学習・予測することが可能となった.実験では画の間でペンの持ち上げが必要となる漢字を対象とした学習を行い,漢字の執筆系列から漢字を認識することや,モデルを用いて漢字の系列を生成することが可能であることを確認した.3.について、これまで用いた実験ではロボットの2自由度のみを用いてきた.