hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳癌のコンパニオン診断に向けた3T-MRIのマルチパラメトリック解析モデルの開発

我々の施設ではMRIを用いて乳癌のサブタイプを予測するモデルを確立するため、MRIによる腫瘍の形態とみかけの拡散係数ADC値について乳癌のサブタイプで検討を行い、予後良好なルミナルA乳癌が形態的に異なり、最小ADC値が有意に高く、トリプルネガティブ乳癌の中で低中悪性度の特殊型が、高悪性度の通常型よりも最小ADC値が高い事を示した。MRI用血流解析ソフトウェアを開発し、腫瘍と背景乳腺の血流を定量化して解析を行い、トリプルネガティブ乳癌の診断能が向上することを示した。さらに新たな指標である拡散尖度K値について、ホルモン受容体陽性乳癌や腋窩リンパ節転移陽性乳癌でK値が有意に高いことを示した。乳癌はER、PgR、HER2の各遺伝子の発現や細胞の増殖能を示すKi-67の多寡によりサブタイプに分類され、サブタイプにより治療戦略や予後が異なる。我々の施設では、3テスラMRIを用いてサブタイプを予測するモデルを確立するため、まずは3テスラMRIによる高精細な画像を用いた腫瘍の形態、および悪性度の指標の一つとされている拡散強調像のみかけの拡散係数(ADC値)ついて、乳癌のサブタイプ間で比較・検討を行った。その結果、比較的予後のよいとされるルミナルA乳癌と悪性度が高く予後が不良とされるトリプルネガティブ乳癌において形態的特徴やADC値の差異が認められた。以上の初期解析結果は、原著論文として現在投稿中である。さらに造影ダイナミックMRIを病変部と背景乳腺組織とに分けて解析するソフトウェアを開発し、サブタイプ間での差異につき検討中である。また、新たな拡散強調像である拡散尖度画像を解析するソフトウェアを作成し、浸潤性乳癌においてKi-67値の多寡、腋窩リンパ節転移の有無との比較検討を行った。初期症例を対象とした検討において、腋窩リンパ節転移陽性腫瘍の病変部の拡散尖度は、リンパ節転移陰性腫瘍よりも有意に高いという結果が得られ、第131回日本医学放射線学会北日本地方会で報告した。なお、この演題は学会における優秀演題賞を受賞した。加藤扶美他「3T乳腺MRIにおける拡散尖度画像の検討」乳癌はER、PgR、HER2および細胞増殖能の指標であるKi-67といったバイオマーカーによりいくつかのサブタイプに分類され、そのサブタイプにより治療戦略や予後が異なる。MRIにおける拡散強調像のみかけの拡散係数(ADC値)は悪性度の指標の一つとされており、新たな拡散強調像である拡散尖度画像は、より微細な生体構造を反映している可能性がある。我々の施設では、3テスラMRIを用いてサブタイプを予測するモデルを確立するため、まずは3テスラMRIによる高精細な画像を用いた腫瘍の形態、および従来の拡散強調像におけるADC値について、乳癌のサブタイプ間で比較・検討を行った。その結果、比較的予後がよいとされているルミナルA乳癌や、悪性度が高く予後不良なトリプルネガティブ乳癌に形態的特徴を認めた。さらにER陽性乳癌におけるルミナルA乳癌と予後がより不良なルミナルB乳癌の間、トリプルネガティブ乳癌における浸潤性乳管癌と予後良好な群を含む特殊型乳癌の間で、最小ADC値に差異を認めた。拡散尖度画像を用いた初期症例を対象とした検討においては、腋窩リンパ節転移陽性腫瘍の病変部の拡散尖度は、リンパ節転移陰性腫瘍よりも有意に高いという結果が得られ、第74回日本医学放射線学会総会で報告した。さらに症例を増やし、バイオマーカーやADC値を含めて検討したところ、ER陽性腫瘍ではER陰性腫瘍と比し有意に拡散尖度が高く、腋窩リンパ節陽性腫瘍では腋窩リンパ節転移陰性腫瘍と比し拡散尖度が有意に高く、ADCは有意に低いという結果が得られた。この結果は、平成28年6月に開催される第24回日本乳癌学会学術総会において厳選口演として発表予定である。また、造影ダイナミックMRIを解析するソフトウェアを開発し、サブタイプ間での差異につき検討中である。3テスラMRIを用い、乳癌のサブタイプ間で形態および従来の拡散強調像による解析を行った。造影ダイナミックMRIの解析用ソフトウェアを開発し、それを応用して各サブタイプにおける血流について検討中である。拡散尖度画像を解析するソフトウェアを作成し、それを用いた検討について症例を追加して解析中である。さらに新たな指標である拡散尖度K値について、ホルモン受容体陽性乳癌でK値が有意に高いことを示し、2016年6月の第24回日本乳癌学会学術総会において“3T乳腺MRIにおける拡散尖度画像を用いた浸潤性乳癌の評価:バイオマーカーおよび腋窩リンパ節転移との比較"として厳選口演の形式で報告した。3TMRIを用い、乳癌サブタイプの形態および拡散強調像による解析を行い、原著論文を投稿中である。

造影ダイナミックMRIの解析用ソフトウェアを開発し、それを応用して各サブタイプにおける病変部や背景乳腺の血流について検討中である。拡散尖度画像を解析するソフトウェアを作成し、その結果を解析中である。現在は、造影ダイナミックMRIを用いた血流評価を行っている段階であり、拡散尖度画像を用いた病変部の解析については症例を追加し解析中である。今後はさらに症例を蓄積しながら、より詳細な解析を行っていく予定である。放射線診断学現在は、造影ダイナミックMRIを用いた乳癌病変部および背景乳腺組織の血流評価と、拡散尖度画像を用いた病変部の解析を行っている段階で、今後症例が蓄積されることで、より詳細な検討が可能となると考えている。国内学会で発表を行っており、当初国際学会への参加費として計上していた額よりも低い額の支出で済んだことによる。次年度は繰り越し金を国際学会での発表で使用する予定である。今年度は繰り越し金を国際学会での発表へ使用する予定である。
ハイブリッド補聴器の実用化に向けたリアルタイムシステムの開発

○研究目的本研究で扱うハイブリッド補聴処理では、様々な難聴者に対して同時、あるいは選択的に適用可能な「音声受聴に特化した補聴器用」信号処理方式である。この補聴処理の有効性に関する検証は、Windowsベースのシミュレーションにより行われており、そのアルゴリズムについてもほぼ完成の域にある。更なる実用化志向の課題として、実時間処理の可能性を検証する必要がある。このような背景から、本研究では「ハイブリッド補聴処理のリアルタイムシステム開発」を目的とする。○研究方法実時間性の検証を行いながら、DSPボード上に既存システムの各補聴処理を段階的に実装していく。○まとめ本研究では、TexasInstruments社のTMS320C6713DSKを用いて補聴システムのリアルタイム化を試みた。現在主な補聴処理のうち、話速変換処理と話速変換のためのVUS判別処理が実装できておらず、それ以外の部分についでは実時間で動作している。本システムでは実時間化のボーダーラインが1フレームあたり10.66msであるため、各処理の高速化が必須であった。高速化・簡略化の結果、各処理では入出力処理・ケプストラム係数算出に1.0ms、ピッチ抽出・処理に3.844.44ms、周波数伸縮処理に0.4ms、合計5.445.84msとなっている。今後の課題としては、まだ実装できていない話速変換処理、VUS判別処理を残り時間の4.8ms以内に収まるように実装することが挙げられる。また、更なる高速化のための手法として、デバイス固有の関数を用いた近似値計算や、ソフトウェアパイプラインを用いた最適化を試みる。また、本研究の成果に関して、平成21年3月に行われた京都大学総合技術研究会にて口頭発表を行った。
筋音図と感覚刺激で動作技術を教示する：体性感覚刺激駆動型ヒト－ヒトインタフェース

本研究では,多チャネル加速度センサから身体運動情報と筋収縮情報(筋音図)を同時計測してユーザの関節運動を推定し,電気刺激と振動刺激を用いて筋収縮状態を再現・増幅する新たな方法論を提案する.そして提案する計測・増幅技術をベースに,ヒトーヒト間で複雑な関節運動を伝達可能な新しいインタフェースシステムを開発し,運動に伴う筋収縮技術・力情報を伝達・訓練可能とする.具体的には(1)運動・筋音図の同時計測法に基づく筋収縮量と感覚刺激量の関係をモデル化し,(2)巧みな関節運動を表現・予測する関節運動モデルと動作推定ニューラルネットを提案するとともに,(3)感覚刺激による筋収縮情報伝達システムを開発し,運動技術を再現・伝達する訓練装置の開発を目指す.■仮装電極モデルに基づく電気刺激効率向上と運動増幅電気刺激による運動誘発では、関節運動に伴って筋の長さが変化することから、運動を誘発するための適切な電気刺激位置(Motor Point: MP;運動点)が変化する問題がある.MPが変化すると、電気刺激によって効率的な運動誘発ができないのみならず、不快感や痛みが生じてしまう可能性がある。そこで、複数電極による多チャネル電気刺激を組み合わせて仮想的な電気刺激電極を生成する仮想電極理論をもとに、関節運動状態を筋収縮ー筋長モデルを構築することで効率的な電気刺激法を考案した。提案法に基づく運動誘発実験により、単純なMP位置の電気刺激法に比べ、提案する仮想電極を用いた追従刺激法によってより効率的な筋収縮誘発が可能であることを示し、誘発する関節角度や角速度が大きく向上できることが明らかになった。本研究では,多チャネル加速度センサから身体運動情報と筋収縮情報(筋音図)を同時計測してユーザの関節運動を推定し,電気刺激と振動刺激を用いて筋収縮状態を再現・増幅する新たな方法論を提案する.そして提案する計測・増幅技術をベースに,ヒトーヒト間で複雑な関節運動を伝達可能な新しいインタフェースシステムを開発し,運動に伴う筋収縮技術・力情報を伝達・訓練可能とする.具体的には(1)運動・筋音図の同時計測法に基づく筋収縮量と感覚刺激量の関係をモデル化し,(2)巧みな関節運動を表現・予測する関節運動モデルと動作推定ニューラルネットを提案するとともに,(3)感覚刺激による筋収縮情報伝達システムを開発し,運動技術を再現・伝達する訓練装置の開発を目指す.本年度は,[1]加速度信号から運動と筋音図の同時計測法確立,[2]運動中における感覚刺激の知覚特性のモデル化を目的として研究を実施した.筋付近に加速度センサを配置して関節運動を実施した場合,計測される加速度信号には周波数領域によって筋音図(30150Hz)[三田,2002],身体運動に伴う関節運動情報(25Hz)が含まれる.このことから多チャネル加速度センサを用いて関節運動と筋収縮パターンを同時計測する方法論を構築した.6軸加速度センサ(加速度+ジャイロ)を皮膚表面に多チャネル配置して関節運動を実施させ,2種類のバンドパスフィルタを用いて筋音図と身体運動情報を分離抽出可能とした.また,被験者に電気刺激用の電極を複数取り付け,刺激に対する筋収縮量を筋音図で計測するとともに,被験者の筋収縮知覚特性をマグニチュード推定法によってモデル化した.電気刺激の振幅(刺激量I)として伝達するとしたとき,知覚する筋収縮の大きさ(知覚量E)は刺激閾I0を最小値とするモデルを構築した.提案法の確立には,電気刺激および振動刺激を用いた運動コミュニケーション技術の確率が必要不可欠である.本年度は,既に各種刺激を用いた運動伝達の基礎理論は確立できており,筋音図と加速度センサを用いた動作推定と運動感覚特性の評価に注力した.学術雑誌論文の掲載にこそ至らなかったものの,既に感覚特性のモデル化には成功しており,さらに多チャネル筋音図を用いた動作推定・評価法を確立し,被験者に対する評価を進めている.本研究では,多チャネル加速度センサから身体運動情報と筋収縮情報(筋音図)を同時計測してユーザの関節運動を推定し,電気刺激と振動刺激を用いて筋収縮状態を再現・増幅する新たな方法論を提案する.そして提案する計測・増幅技術をベースに,ヒトーヒト間で複雑な関節運動を伝達可能な新しいインタフェースシステムを開発し,運動に伴う筋収縮技術・力情報を伝達・訓練可能とする.具体的には(1)運動・筋音図の同時計測法に基づく筋収縮量と感覚刺激量の関係をモデル化し,(2)巧みな関節運動を表現・予測する関節運動モデルと動作推定ニューラルネットを提案するとともに,(3)感覚刺激による筋収縮情報伝達システムを開発し,運動技術を再現・伝達する訓練装置の開発を目指す.■電気刺激による運動技術教示方法の開発(電極位置と刺激量の評価)多チャネルの加速度センサを関節運動に関連する各筋表面に貼り付け,被験者の動作意図を運動情報と筋音図から推定して適切な筋収縮パターンの時系列的な変化と収縮量・収縮のタイミングを振動あるいは電気刺激,またはその重畳刺激を与えて筋収縮を促すトレーニング法を考案した.本研究では多数の電極を配置したシート電極を被験者に貼り付け,計測した関節運動と電気刺激パターンの関係性を研究代表者が考案してきたニューラルネットに学習させる.解剖学的知見とHillの筋モデルをベースとした筋骨格モデルから,関節運動を生成するための適切な電気刺激位置と刺激量を被験者個々に自動的に獲得する事に成功した.提案法の確立には,電気刺激および振動刺激を用いた運動コミュニケーション技術の確率が必要不可欠である.これまでに既に各種刺激を用いた運動伝達の基礎理論は確立できており,学術雑誌論文の掲載には至らなかったものの,多チャネル筋音図を用いた動作推定・評価法を確立し,関節インピーダンスの伝達にまで発展させて有効性を示すに至っており,近日中に学術雑誌へ論文掲載となる見込みである.

本研究では,多チャネル加速度センサから身体運動情報と筋収縮情報(筋音図)を同時計測してユーザの関節運動を推定し,電気刺激と振動刺激を用いて筋収縮状態を再現・増幅する新たな方法論を提案する.そして提案する計測・増幅技術をベースに,ヒトーヒト間で複雑な関節運動を伝達可能な新しいインタフェースシステムを開発し,運動に伴う筋収縮技術・力情報を伝達・訓練可能とする.具体的には(1)運動・筋音図の同時計測法に基づく筋収縮量と感覚刺激量の関係をモデル化し,(2)巧みな関節運動を表現・予測する関節運動モデルと動作推定ニューラルネットを提案するとともに,(3)感覚刺激による筋収縮情報伝達システムを開発し,運動技術を再現・伝達する訓練装置の開発を目指す.■仮装電極モデルに基づく電気刺激効率向上と運動増幅電気刺激による運動誘発では、関節運動に伴って筋の長さが変化することから、運動を誘発するための適切な電気刺激位置(Motor Point: MP;運動点)が変化する問題がある.MPが変化すると、電気刺激によって効率的な運動誘発ができないのみならず、不快感や痛みが生じてしまう可能性がある。そこで、複数電極による多チャネル電気刺激を組み合わせて仮想的な電気刺激電極を生成する仮想電極理論をもとに、関節運動状態を筋収縮ー筋長モデルを構築することで効率的な電気刺激法を考案した。提案法に基づく運動誘発実験により、単純なMP位置の電気刺激法に比べ、提案する仮想電極を用いた追従刺激法によってより効率的な筋収縮誘発が可能であることを示し、誘発する関節角度や角速度が大きく向上できることが明らかになった。次年度は,■電気刺激による運動技術教示方法の開発(電極位置と刺激量の評価)と■ユーザの意図する/意図しない動作を推定する方法論の構築を目指す.多チャネルの加速度センサを関節運動に関連する各筋表面に貼り付け,被験者の動作意図を運動情報と筋音図から推定して適切な筋収縮パターンの時系列的な変化と収縮量・収縮のタイミングを振動あるいは電気刺激,またはその重畳刺激を与えて筋収縮を促すトレーニング法を考案する.本研究では多数の電極を配置したシート電極を被験者に貼り付け,計測した関節運動と電気刺激パターンの関係性を研究代表者が考案してきたニューラルネットに学習させる.解剖学的知見とHillの筋モデルをベースとした筋骨格モデルから,関節運動を生成するための適切な電気刺激位置と刺激量を被験者個々に自動的に獲得する.
分子線エピタキシー法による1μm波長帯GaN/AlN量子カスケードレーザの開発

カスケードレーザの電流注入機構の基本となるGaN/AlN二重障壁共鳴トンネルダイオード構造を作製し、室温における明瞭な微分負性抵抗の観測に初めて成功した。ピークバレイ比32という極めて大きな値が得られ、原子層レベルの膜厚制御技術が確認された。カスケードレーザの電極層となる高Al組成AlN/GaN超格子結晶における高濃度n型ドーピングを実現するため、Siのバルクおよびデルタドーピングを試み、数分子層厚のGaN井戸層への2x10^<20>cm^<-3>という高濃度ドーピングに成功した。同時にポテンシャル形状のシミュレーションを行い、ドーピング方法と濃度がサブバンド間遷移(ISBT)波長に及ぼす影響を明らかにした。高濃度ドーピングを行った292周期のAlN(11ML)/GaN(4ML)超格子結晶を用い、波長1.55μmのフェムト秒レーザによるポンプアンドプローブ法で超高速吸収緩和時間の観測に成功し、170フェムト秒の超高速緩和と1.1ピコ秒の遅い緩和の2つの過程が存在することを見出した。吸収緩和はp偏波にのみ観測され、ISBTによる吸収緩和であることが確認された。光通信波長帯におけるGaN系光導波路の理論解析と基礎パラメータの測定(実効屈折率および自由キャリア吸収)を行い、GaN光導波路による方向性結合器を試作し、GaN系光導波路の有用性を実証した。さらに、AlN/GaN超格子を有する窒化物系光導波路構造において、波長1.55μmのレーザ光に対するISBT吸収の観測にも成功した。本年度は、RF-MBE法を用いて、AIN/GaN2重障壁共鳴トンネルダイオードおよび、AIN/GaN超格子を作製し、特性評価を行った。共鳴トンネルダイオードではピークバレイ比32という明瞭な負性微分抵抗が得られ、AIN/GaN超格子では、光通信用波長帯を含む1μm帯において明瞭な量子準位間遷移(ISBT)吸収が観測された。AIN/GaN系量子カスケードレーザの電流注入機構には、AIN/GaN超格子構造における共鳴トンネル現象が用いられる。本研究では、MOCVD法でサファイア基板上に成長したGaNテンプレート上に、AIN多重中間層という貫通転位低減法を用いて二重障壁共鳴トンネルダイオードを作製した。素子作製プロセスを改良することにより、印加電圧2.4Vにおいて、ピークバレイ比32、ピーク電流密度180A/cm^2という良好な値が得られた。光通信波長帯におけるAIN/GaN超格子のISBT光吸収の観測を試みた。サファイア基板上にAIN高温核形成層を成長した後、90周期のAIN/GaN短周期長格子構造を成長した。ここではAIN層厚を約11MLに固定し、GaN層厚を2.39.4MLの範囲で変化させた複数の試料を成長した。これらの試料の近赤外域における光透過測定を行ったところ、波長1.081.61μmにピークを持つ明瞭な吸収が観測された。吸収はp偏光にのみ観測されることから、ISBT吸収であることが確認された。1.08μmの吸収はこれまで報告された最も短波長のISBT吸収であり、RF-MBE法により分子層レベルで急峻なヘテロ界面が形成されたことを示す結果である。また、吸収スペクトルは単峰性でありローレンツ関数でフィッテングできることから、位相緩和時間に起因する均一広がりを反映している可能性が示された。光通信波長である1.54および1.37μmにおける吸収ピークの半値全幅はそれぞれ61、66meVと、これまでの報告の中で最も狭く、高品質かつ均一な構造を有する超格子結晶が得られた。
妊娠中期胎児の子宮外適応に関する病態生理学的研究

妊娠中期胎児の子宮外適応に関する病態生理学的研究の一段階として、出生後の子宮外適応が遅れると言われている帝王切開分娩児(以下C/S群)と正常経膣分娩児(NSD群)において一回換気量(VT),静的総肺コンプライアンス(Crs)及び,肺抵抗(R)を経時的に測定し比較検討を行った。対象:対象は正常正期産児において、VTの測定はC/S群,NSD群各々15人,VT及びRの測定にはC/S群9人,NSD群11人であった。C/S群の児はいずれも選択的帝王切開分娩児で、全員腰椎麻酔下で行われた。方法:fleish型pveumotachogropnと呼吸モニター(VH8400)を用い、得られたdatasをパソコン(PC9801)にて処理を行った。方法はinfant fare waskを用いariway occlusion techniqueによりHering-Breuer反射を利用し、得られたflowとvolumeより、パソコンにてflow-volume曲線を描き、Lesouefらの方法によりVT及びRを決めた。結果:1)VTの推移は、生後15分値ではNSD群>C/S群であったが、それ以後は両群での差は認められなかった。2)Crs及びRの推移では生後3060分において両群の差は認められなかった。3)以上より正常正期産児においては、帝王切開児であっても比較的早期に呼吸の確立が行われるものと推測された。未熟児における検討は今後の課題として残された。
小動物における基礎代謝量と安静時代謝量の同時測定と行動解析への応用

一日のエネルギー代謝量は,人でも動物でも,主に,基礎代謝量(BMR),特異動的作用(SDA又はDIT),流動代謝量(Activity)に区分されて考えられいるが,それらを個別に測定して比較することは,出来ても同時に測定して一日の代謝量を研究することは,出来ていない。そこで,本研究では,飼育環境下にあるラットの一日のエネルギー代謝量の連続測定データを基にして,一日のエネルギー代謝量の新しい区分法を確立した。まず,単位時間(普通10分)当りのデータをコンピュータにとり込み昇べき順に並べグラフ化した。ついで基本値としてその日の最小代謝量(MEE)を設定した。この値が、その日の基礎的代謝量となる。次に、最大安静時代謝量(RMR_<max>)を次の方法で求めた。すなわち、エネルギー代謝と同時に,今回,初めてアニメックスにより測定した運動量のデータとビデオテープに収めたラットの雲像解析による移動量のデータを,昇べき順に並べたエネルギー代謝のデータに対応させてグラフ化した。すると,エネルギー代謝のグラフでは、最初MEEから始まって勾配の緩やかな安静時のデータが並び、その後、急にレベルが変化する点が観察された。この変化点では、なんらかの動作が加わったものと推論され、この点の代謝量がRMR_<max>ではないかと思われた。この推論が正しいことは,エネルギー代謝のデータと対応してグラフ化した運動量と移動量がその変化点を境にして急増することで明白に確認出来た。MEEを、その日の基礎的代謝量とすると、MEEからRMR_<max>までの積算値は,食事を主とする一日の環境刺激に対して行動を伴わないで安静代謝が亢進した分(Elevated Internal Activity)となるので,それをEIAと定義した。RMR_<max>以上の分は,当然,行動を伴なう代謝量(External Activity)となるので、EAと定義した。このようにして,飼育環境下(もちろん温度は一定)にあるラットの一日のエネルギー代謝量を,正確に測定してMEE,EIA,EAの三区分にすることに成功した。この結果,食事や運動などによって一日のエネルギー代謝がどのように変動するか,又,どのように個体が活動的になるかなど,行動の定量的解析を軸にして,種々な研究を展開することが可能になった。成果は,日本栄養,食糧学会で口頭発表したが,アジア栄養学会議(1995年,北京)でも発表する予定である。
NF膜による農薬除去特性に関する研究

NF膜は分子量200400Daの有機溶質の除去に有用であることが示されてきたが,その阻止メカニズムは解明されていない。本研究では,有機溶質の阻止特性に影響を及ぼす因子として,分子篩い作用と膜に対する吸着に着目した。分子篩作用については、溶質分子の形状を考慮した分子篩モデルの構築を試みた。分子形状パラメータとして分子長と分子幅を導入し、分子篩作用を表現できる新たなモデルを開発した。親水性溶質を対象とし、それらの分子形状に関するパラメータはすべて計算によって求め、その値を用いて膜細孔径を評価した。得られた細孔径を用いて阻止率を算出した結果、実験値と比較的良好な対応が認められた。膜に対する吸着する溶質としてアルキルフェノール類を用いて、膜および膜高分子と類似構造のポリアミドに対する吸着特性についても検討を行った。分配係数を用いて評価した両者の吸着特性は高い直線的関係を示した。さらに、分配係数はlog Pと直線関係を示し、吸着は溶質分子の疎水性に支配されることが明らかとなった。NF膜によるアルキルフェノール類の阻止特性を実験的に検討した結果、緻密なNF膜では高い阻止率が得られ、NF膜の有用性が示された。膜に吸着するアルキルフェノール類に対して、前述の分子篩作用に基づく計算モデルを用いて阻止率の予測を行った。その結果、2-phenylphenolを除くアルキルフェノールは計算値よりも実測値の方が高くなることが示された。この結果から,アルキルフェノール類は膜への吸着作用によって膜を透過しやすくなっていることが示唆された。
計算機援用によるアルゴリズムの性能保証

本研究の成果は、主に以下の3つからなる。(1)逆算法による詰将棋の列挙アルゴリズムを設計し、与えられた駒に対する最長手数に関する証明が可能となった。(2)逆探索により、p4タイリング(90度回転によるタイリング)およびp6タイリング(60度回転によるタイリング)の基本図形を生成するアルゴリズムを設計した。(3)正多面体の展開図の列挙アルゴリズムを設計し、「正多面体の任意の展開図は重なりを持たない」との定理を証明することで数百年に渡る未解決問題を解決した。アルゴリズムの設計とその理論的な性能保証のため、計算機援用パラダイムの確立を目指す。数学的に厳密な証明として性能保証を行うには、有限の資源しか持たない計算機上で数値の無限性を扱う一般的手法の開発が必要である。また、近年のアルゴリズム設計においては、従来からの主眼である「正確な計算を限られたメモリ量で早く」だけでなく、情報の不完全性をいかに扱うかが課題となっている。こうした要求に対応すべく、将来の入力が分か照ない状況下での時々刻々の最適化や、最適解との差を保証した近似最適化、確率モデルを導入した最適化といった観点か照アルゴリズムを設計する必要がある。本年度は、膨大な数の列挙による証明を中心に取り組んだ。まず、タイリングによる平面敷詰問題をテーマに、逆探索法を用いてタイリングの基本領域を列挙するアルゴリズムを提案した。タイリングは、工業デザイン等に広く用いられるため、その波及効果は大きいと思われる。また、詰将棋をテーマに、漏れのない列挙により、指定された駒の集合を利用した詰将棋が最長手数まで抽出でき、それを超える手数が存在しないことを証明するアルゴリズムを提案した。さらに、上記のいずれのテーマに対しても実装と計算機実験を行い、その有効性を示した。また、近年のアルゴリズム設計においては、従来からの主眼である「正確な計算を限られたメモリ量で速く」だけでなく、情報の不完全性をいかに扱うかが課題となっている。こうした要求に対応すべく、将来の入力が分からない状況下での時々刻々の最適化や、最適解との差を保証した近似最適化、確率モデルを導入した最適化といった観点からアルゴリズムを設計する必要がある。本年度も昨年度に引き続き、計算機による膨大な数の列挙を利用した証明を中心に取り組んだ。まず、タイリングによる平面敷詰問題をテーマに、逆探索法を用いてタイリングの基本領域を生成するアルゴリズムを提案した。これは、昨年度に提案したp4タイリング(90度回転によるタイリング)を拡張し、また新たな種類の生成ルールを導入することで、p6タイリング(60度回転によるタイリング)を生成している。計算機実験により、p4タイリングでは単位正方形のセル数18で90,652種類の、p6タイリングでは単位正三角形のセル数21で27,528種類の基本図形の生成に成功した。また、非冗長プリミティブ整列回路網の列挙に二分決定グラフ(BDD)を利用する手法を提案した。非冗長プリミティブ整列回路網は置換群の変換と対応関係があり、より大きなサイズの回路網の列挙が必要である。アルゴリズムの設計とその理論的な性能保証のため、計機援用パラダイムの確立を目指す。まず、タイリングによる平面敷詰問題をテーマに、60度回転によるタイリング(p6タイリング)のための基本図形を、逆探索を用いて生成するアルゴリズムを設計した。これまでの90度回転の場合と同様の生成ルールの他に、p6タイリングのための新たなルールを利用することを提案した。また、オークションにおいて、競売人が不正を防止しつつ、同額の入札者の一部を落札者として決定するタイブレークを実施するためのプロトコルを提案した。対象は、第1価格オークション、Vickreyオークション、第(M+1)価格オークションである。
炎症性骨・軟骨破壊に対するMMPの役割

軟骨マトリックスの主要分解酵素であるMMP-13の炎症性骨軟骨破壊における役割を検討した。MMP-13欠損マウス(KO)は野生型と比べて、変形性関節症の誘導には差を認めなかったが、II型コラーゲン抗体カクテル投与による関節炎モデルにおいて亜急性期のミエロイド系細胞の集積および滑膜増生とその後の骨軟骨破壊が抑制されていた。MMP-13は炎症環境下における骨髄由来細胞の末梢への動員および関節炎局所への集積を調節する新規機能をもつ可能性が示唆された。MMP-13はII型コラーゲンを分解することが知られているが、変形性関節症(OA)や関節リウマチ(RA)の関節破壊における役割の詳細は明らかでない。関節破壊における本酵素の役割を解明する目的で,MMP-13欠損マウス(MMP-13KO)を用いてOAモデルおよび関節炎モデルの解析をおこなった.また,炎症性細胞の遊走・浸潤に関与する膜型ケモカインに対するMMP-13の切断活性を解析した.8週齡・雄のMMP-13KOマウスおよび同胞野生型マウス(WT)を用いた.MMとMCLの切除・切離により誘導したOAモデルでは,WT,MMP-13KOともに術後14週,術後28週と経時的に関節軟骨の破壊を認めたが,有意差は認めなかった.関節炎モデルは,抗II型コラーゲン抗体カクテルの腹腔内投与により関節炎を惹起させた.MM-13KOではWTに比べて亜急性期における関節炎スコアが有意に低く,組織所見で滑膜増生と骨軟骨破壊が抑制されていた.また,細胞膜結合型のケモカインであるCXCL16およびCX3CL1の細胞外領域にalkalinephosphataseを結合させた融合蛋白を用いた解析で,MMP-13が両者に対して切断活性を有していることが示された.MMP-13の欠損は,OAモデルにおける軟骨破壊には影響を及ぼさないが,関節炎モデルにおける滑膜炎および骨軟骨破壊の発症を抑制することが明らかになった.関節炎の病態形成において,MMP-13は軟骨基質を分解するだけでなく、膜型ケモカインのsheddingによって炎症性シグナルを誘導する機序が考えられ、MMP-13はRA治療の重要な標的分子となる可能性が示された軟骨マトリックスを分解する主要酵素であるMMP-13は、関節リウマチや変形性関節症(OA)などの病態における軟骨破壊への関与が指摘されているが、その標的となる生体活性分子や下流で作動するシグナル経路の詳細は明らかにされていない。われわれが作製したMMP-13欠損マウス(KO)は野生型マウス(WT)と比べて、機械的ストレスによるOAモデルの誘導には差を認めなかったが、II型コラーゲン抗体カクテルを投与し関節炎を惹起すると、KOでは亜急性期における関節炎スコアが有意に低く、ミエロイド系細胞の集積が減少し、滑膜増生と骨軟骨破壊が抑制されていた。また生理的な表現型としてKOは加齢とともに骨硬化症となるが、増加した骨量はOVXによる高代謝回転誘導に抵抗性であった。骨形態計測では骨形成パラメータに差を認めなかったが、KOでは骨吸収面が有意に減少し、結果として二次海綿骨量が明らかに増加していた。また、KO由来の骨芽細胞との共存培養で誘導される破骨細胞は小型で大きく広がらず、象牙質切片上での吸収窩形成活性が低下していた。さらに、KOの骨硬化症はWT由来の全骨髄移植によってレスキューされたが、致死量の放射線を照射したWT骨髄の造血微少環境はKO由来の全骨髄移植によって改善されなかった。そこで、MMP-9欠損マウスと交配しMMP-9・MMP-13ダブルKOを作製すると、胎生期肢芽への血管侵入の障害と肥大軟骨細胞層の延長が相乗的に増強され、一次骨化形成後は海綿骨骨梁によって骨髄腔が閉鎖し、四肢短縮型の骨硬化症を呈した。以上の結果から、MMP-13遺伝子の欠損によって、炎症環境下での骨髄由来ミエロイド系細胞の動員、および内軟骨性骨化過程において末梢を循環する造血系前駆細胞のホーミングに障害が生じることが考えられ、MMP-13は関節炎局所および軟骨性骨原基における走化性因子を活性化する役割をもつ可能性が示唆された。
マン―マシン間対話における双方向型マルチモーダル感情コミュニケーションのモデル化

本研究は,マンーマシン間の双方向的な感情インタラクションの実現を目指し,話者を対話に没入させ,感情表出の頻度・強度を人間同士の対話に近づけるコンピュータの振る舞いを明らかにすることを目指した。そのために,まずは人間同士の対話を対象に,対話中の感情表出(表情・音声・自律神経系反応)の同調について分析を行った。その結果,感情経験では同調傾向/非同調傾向を示すことがあるものの,感情表出においては同調傾向しか示さず,感情経験とは無関係に表出行動の模倣がある可能性を示唆した。また,キャラクタエージェントを用いてマンーマシン間対話を実施し,同様の分析を行って,コンピュータに対する同調の傾向を調べた。表出行動の模倣は,対話中に話者の感情表出が行われていることが前提となる,そのため,まずは親近性のある話者同士の対話とコンピュータシステムとの対話とで,感情表出の頻度がどの程度異なるかを調べた.そのために過去に収録し,コーパスとして公開した対話音声と複数の対話音声コーパスとを比較した.その結果,親近性のある話者同士の対話の方が,聞き手に知覚可能な感情表出が多く含まれることが明らかとなった.本内容は感情が自発的に表出されている対話音声コーパスに関する研究として日本音響学会にて発表を行った.さらに,マンーマシン間のマルチモーダル対話データ収集に向けたコンピュータ側の振舞いを決めるために,人間同士の対話における表情・音声・生理反応などの表出行動の模倣の程度について分析を行った.その結果,対話の課題種別(競合/協調課題)に関わらず,ほとんどの特徴量が正の相関を示し,同期傾向にあることが分かった.また,表情に関する特徴量の一部に非同期傾向を示すペアが存在することも確認した.さらに,感情体験の同調傾向については,競合課題では多くの女性ペアは同調傾向を,男性ペアは非同期傾向を示したが,協調課題では男女に関わらず同調傾向を示すペアが多かった.また,感情体験は同調傾向を示すペアと非同調傾向を示すペアが存在するものの,表情・音声・生理反応のほとんどの特徴量が対話者間で正の相関を示し,感情体験とは無関係に表出行動に模倣の関係がある可能性を示した.表出行動の模倣が話者の感情理解が前提となっていることから,対話場面の感情理解・伝達に関して調査を進めた。今年度は,対面コミュニケーション場面の感情表出の調査だけではなく,話者同士の間に人工物を介したコミュニケーション場面の感情表出の調査を行った。その結果,対面コミュニケーション場面よりも人工物を介しているコミュニケーション場面のほうが,話者は情報を伝達することが困難であると感じているのと同時に,感情を理解することも,伝達することも困難であると感じていることを明らかにした。さらに,話者本人による情動の評価実験で得られたデータから,対面コミュニケーション場面よりも人工物を介したコミュニケーションの方が情動の理解度も低くなることを示すとともに,用いた人工物の種類によって理解度に差が生じることを示した。これは人工物の種類によって表出される感情の情報の伝達が制限されるためと考えられる。さらに,対話システムの表情・音声の制御を半自動で行うWOZ対話システムの開発に着手した。対話システムの出力として音声インタラクションシステム構築ツールキットである「MMDAgent」を利用し,応答の即時性,しりとりゲームにおける回答の人間らしさの保持,発話内容が複雑化する可能性などの可能性について検討した。その結果,MMDAgentを用いて,表情の生成および音声の韻律情報の操作がある程度可能であることが分かった。さらに,しりとり対話を実現するための,対話(状態)遷移について検討した。本研究では,マンーマシン間の双方向的な感情インタラクションの実現を目指し,話者を対話に没入させ,感情表出の頻度および強度を人間同士の対話に近づけるコンピュータの振る舞いを明らかにすることを目的としている。まずは人間同士の双方向的な感情コミュニケーションのひとつである表出行動の模倣に着目して,話者のマルチモーダルな表出行動をコンピュータに模倣させることでマンーマシン間の双方向的な感情インタラクションを実現し,その効果を検証する。今年度は,マンーマシン間の感情インタラクションを実現することを目指し,人間同士の対話場面の感情理解とマルチモーダルな感情表出との関連について分析を進めた。本分析の研究成果を論文としてまとめ,国内科学雑誌に発表した。さらに,来年度に査読つき国際学会での発表が決定している。また,マンーマシン間の対話実験を行うため,実験に必要な収録機材や計測器の調達を行い,実験環境を整備した。さらに,対話実験で使用する予定の対話システムの動作検証を行い,課題対話への適用可能性を検討した。その結果,課題遂行のために発話生成に用いる辞書の構築,および辞書内を探索する仕組みの構築が必要であることが判明した。来年度は,辞書の構築および探索モジュールの構築を進め,早急に実験環境を整備し,マンーマシン間の対話実験を行って,コンピュータによる感情表出の模倣が対話の円滑化に与える効果を検証する予定である。今年度は,再び本務先が変更となり,実験場所を他機関へ移設したこと,さらに研究代表者の体調不良により,予定していた実験はほとんど実行することができなかった。来年度への繰越を行い,本年度の計画は来年度に実行する予定である。本研究では、マンーマシン間の双方向的な感情インタラクションの実現を目指し、話者を対話に没入させ、感情表出の頻度および強度を人間同士の対話に近づけるコンピュータの振る舞いを明らかにすることを目的としている。

昨年度に引き続き、人間同士の対話場面の感情理解とマルチモーダルな感情表出との関連について文責を進め、研究成果を論文にまとめて、査読つき国際学会で発表を行った。さらに、今年度は、人間とキャラクタエージェントとの対話実験を行い、対話中のキャラクタエージェントの感情表出の有無によって話者の対話への没入度に変化があるかを確認した。28名の実験参加者(男性15名、女性13名、平均年齢21.1歳(sd=1.81))にキャラクタエージェントと対話する実験を行った。実験に必要な収録機材や計測器の調達を行い実験環境を整備し、簡易な防音環境を居室内に構築した。実験中の音声認識エラーなどを極力排除するために、WOZ方式によるキャラクタエージェントとの対話を行った。キャラクタエージェントとの円滑な対話を実現するため、キャラクタエージェントの応答可能性を検索可能なシステムを作成し、実験に利用した。カメラとマイクを用いて人の外在的な表出を計測するとともに、内在的な変化として発汗・心拍・表情筋(大頬骨筋および雛媚筋)などの自律神経系反応を計測した。また、計測したデータを文責可能な形に整備するため、対話に含まれる発話内容の転記作業を行った。本データを用いて、話者のマルチモーダルな表出行動とコンピュータの模倣との関係を分析し、マンーマシン間の双方向的な感情インタラクションの効果を検証する。本研究は,マンーマシン間の双方向的な感情インタラクションの実現を目指し,話者を対話に没入させ,感情表出の頻度・強度を人間同士の対話に近づけるコンピュータの振る舞いを明らかにすることを目指した。そのために,まずは人間同士の対話を対象に,対話中の感情表出(表情・音声・自律神経系反応)の同調について分析を行った。その結果,感情経験では同調傾向/非同調傾向を示すことがあるものの,感情表出においては同調傾向しか示さず,感情経験とは無関係に表出行動の模倣がある可能性を示唆した。また,キャラクタエージェントを用いてマンーマシン間対話を実施し,同様の分析を行って,コンピュータに対する同調の傾向を調べた。今年度は,前半に収録データが消去されてしまい,その復旧作業に時間がかかった。さらに,本務先の変更となったため,作業を中断せざるおえなくなった。そのため,本年度に予定していた開発作業は着手しているものの,未完となっている。来年度以降に開発および実験を行う予定である。対話システムの表情・音声の制御を半自動で行うWOZ対話システムの開発を進める。本システムでは,話者の表情・音声・生理反応をリアルタイムにモニタリングし,話者のアクション(リアクション)に対するシステム側のリアクションとして,キャラクターエージェントの音声・表情を半自動的に制御する。キャラクタの表情生成については音声インタラクションシステム構築ツールキット「MMDAgent」を用いる予定である。また,キャラクタの合成音声については,主に韻律情報を操作し,話者とできる限り同じ感情の表現を実現する。対話システムの発話生成に関しては,対話内容にしりとりゲームを採用するため,これまでに収録してきた人間同士のしりとり課題対話からしりとり用辞書を作成し,実装する予定である。
A Novel Integrated Solution to Improve the Performance of Vehicular Content Delivery

ITS(Intelligent Transport Systems)と移動体通信技術の普及に伴い、車車間通信ネットワーク構築に関する研究が活発である。その場合、災害、ソーシャル情報を含め、マルチメディアコンテンツをいかに効率よく配信するかが重要な課題になる。本研究では、車車間ネットワークコストモデルを構築し、新たなネットワークアーキテクチャを提案し、トラフィック負荷を分散した。そして、アクセスパターンと更新率を分析し、コンテンツの一貫性を保証した。また、キャッシュ容量を分析し、分散配置を用いて、新たなストレージ方法を提案した。マルチメディア投稿と学会発表が次年度になったため投稿と学会発表論文の投稿及び学会発表が次年度になったため論文投稿及び学会発表
皮膚と消化管に共通発現するスプラバシンの欠損が導く内因性アトピー性皮膚炎の解明

スプラバシン(SBSN)ノックアウトマウスにおけるSBSN発現を検討した。SBSNノックアウトマウスでは低発現あるいは無発現であることが、確認された。皮膚のバリア機能は、SBSNノックアウトマウスでは胎生14.5日に背部の皮膚で損なわれていた。しかし出生後からは、経表皮水分蒸散量(TEWL)、ルシフェラーゼ透過性ともに、WTマウスと同程度であった。皮膚バリア障害は胎生期のみにしか認められないことを示した。またOVA蛋白質を皮膚に密封塗布する方法でも、OVAの経皮透過はSBSNノックアウトマウスで増強しておらず、OVA特異的IgEあるいはIgG1抗体の値はWTマウスと変わらなかった。以上の結果は、通常の外因性アトピー性皮膚炎にみられるバリア障害は、SBSNノックアウトマウスでは軽微であり、蛋白質抗原ではなく金属やハプテンなどの分子にしか反応しないことが示唆された。SBSNノックアウトマウスでは上部消化管でのSBSN発現が低下しているために、この部分で吸収されるニッケルを負荷し、血中のニッケル濃度が上昇するか検討した。マウスに100 ppmのニッケルを含む飲水を14日間与え、0日目、7日目、14日目に採血し血中ニッケル濃度を測定した。SBSNノックアウトマウスはWTマウスに比べ、血中のニッケル濃度が7日目で顕著に上昇し、14日目では有意に高値となった。したがってSBSNノックアウトマウスは恐らく上部消化管での金属吸収が亢進している。さらに血中のニッケル濃度が亢進したSBSNノックアウトマウスに対し、ニッケルの感作と惹起を行ったところ、SBSNノックアウトマウスにおいて有意に強いニッケル接触過敏症を認めた。ニッケルに対する接触皮膚炎が強くなる機序についてニッケル経口負荷したSBSNノックアウトマウスで感作T細胞の解析を進めている。以下の解析をすでに滞りなく行っており、順調に推移している。1)SBSNノックアウトの樹立、2)SBSNノックアウトマウスでのSBSN発現の解析、3)胎児でのトルイジンブルー吸収阻害による皮膚バリアの評価、4)経表皮水分蒸散量、ルシフェラーゼ透過性、OVA蛋白質を密封塗布による特異抗体産生性の評価、5)ニッケル経口負荷によるニッケルの消化管吸収と血中濃度、6)ニッケル経口負荷したSBSNノックアウトマウスでのニッケル感作による感作T細胞の出現ニッケル経口負荷マウスにニッケル感作を行った場合、口腔免疫寛容の破綻が起こっていることが推察されるがこのメカニズムの解明を完遂したい。ニッケルを経口投与すると制御性T細胞(Treg)が誘導されて免疫寛容状態となり、ニッケルに対する接触過敏症が減弱することが知られている(Wu X, etal: Int Immunol 19: 965, 2007; Roelofs-Haarhuis K, et al: J Immunol 15; 173: 2004)。この経口免疫寛容は金属の量に依存して誘導されるという。SBSNノックアウトマウスでは上部消化管のスプラバシン欠如により、金属の吸収に異常が生じていると考えられ、実際に血中のニッケル濃度も高い。そこでSBSNノックアウトマウスにおいて、ニッケルの経口投与による免疫寛容が正常に誘導されるか、あるいは破綻しているかを調べる。塩化ニッケルを含む飲水をSBSNノックアウトマウスと野生型マウスに4週間与え、1週間後に前述の方法にて接触過敏症を誘導し、通常の飲水を与えたマウスと反応性を比較する。また、SBSNノックアウトマウスにおいてTregが誘導されるか否かを調べるために、塩化ニッケルを含む飲水を与えたSBSNノックアウトマウスおよび野生型マウスの脾臓からT細胞を分離し、野生型マウスに移入する。レシピエントマウスに接触過敏症を誘導し、反応性の低下によりTregの存在を評価する。またin vitroの実験系においてニッケル反応性T細胞の産生するサイトカインが、インターフェロンγ、IL-4、IL-17のどれであるかを検討する。SBSNノックアウトマウスにおけるSBSN発現を検討したところ、野生型(WT)マウスで発現しているSBSNが、食道、前胃で低発現であることが、免疫染色、ウエスタンブロット、real-time PCRによって確認された。皮膚のバリア機能は、胎生14.5日にトルイジンブルーによる判定方法によって、背部の皮膚で損なわれていた。しかし出生後からは、経表皮水分蒸散量、ルシフェラーゼ透過性ともに、WTマウスと同程度であった。ことのことは皮膚バリア障害は胎生期のみにしか明確に認められないことを示した。

したがってSBSNノックアウトマウスは恐らく上部消化管での金属吸収が亢進している。さらに血中のニッケル濃度が亢進したSBSNノックアウトマウスに対し、ニッケルの感作と惹起を行ったところ、SBSNノックアウトマウスにおいて有意に強いニッケル接触過敏症を認めた。なぜニッケルに対する接触皮膚炎が強くなるかの機序を、今後感作T細胞の解析を含め検討していく。以下の解析をすでに滞りなく行っており、順調に推移している。1)SBSNノックアウトの樹立、2)SBSNノックアウトマウスでのSBSN発現の解析、3)胎児でのトルイジンブルー吸収阻害による皮膚バリアの評価、4)経表皮水分蒸散量、ルシフェラーゼ透過性、OVA蛋白質を密封塗布による特異抗体産生性の評価、5)ニッケル経口負荷によるニッケルの消化管吸収と血中濃度スプラバシン(SBSN)ノックアウトマウスにおけるSBSN発現を検討した。SBSNノックアウトマウスでは低発現あるいは無発現であることが、確認された。皮膚のバリア機能は、SBSNノックアウトマウスでは胎生14.5日に背部の皮膚で損なわれていた。しかし出生後からは、経表皮水分蒸散量(TEWL)、ルシフェラーゼ透過性ともに、WTマウスと同程度であった。皮膚バリア障害は胎生期のみにしか認められないことを示した。またOVA蛋白質を皮膚に密封塗布する方法でも、OVAの経皮透過はSBSNノックアウトマウスで増強しておらず、OVA特異的IgEあるいはIgG1抗体の値はWTマウスと変わらなかった。以上の結果は、通常の外因性アトピー性皮膚炎にみられるバリア障害は、SBSNノックアウトマウスでは軽微であり、蛋白質抗原ではなく金属やハプテンなどの分子にしか反応しないことが示唆された。SBSNノックアウトマウスでは上部消化管でのSBSN発現が低下しているために、この部分で吸収されるニッケルを負荷し、血中のニッケル濃度が上昇するか検討した。マウスに100 ppmのニッケルを含む飲水を14日間与え、0日目、7日目、14日目に採血し血中ニッケル濃度を測定した。SBSNノックアウトマウスはWTマウスに比べ、血中のニッケル濃度が7日目で顕著に上昇し、14日目では有意に高値となった。ニッケルに対する接触皮膚炎が強くなる機序についてニッケル経口負荷したSBSNノックアウトマウスで感作T細胞の解析を進めている。
マイクロインプリンティングシリカガラスの作製とその透明焼結機構の解明

本研究ではマイクロインプリンティングシリカガラスの開発に重要な有機一無機ナノコンポジットガラス前駆体作製法の研究を行った。透明で塊状のシリカガラスはシリカナノ粒子とPVA(ポリビニールアルコール)からなるコンポジットを作製し、これを焼成することで得られた。更に、得られたコンポジットへ室温にて型押し・焼成することでガラスの表面にマイクロメートルサイズの凹凸パターンを低温で作製することができた。耐熱性・光透過特性に優れたシリカガラスに代表される無機材料をベースとした光・電子集積技術は今後、重要な基盤技術である。すなわち、将来的には従来の板ガラスからガラスフィルムへと、更には、マイクロインプリンティング加工へと今後、用途に応じたマイクロ成形・加工技術の要求は益々高まり、高精度かつ生産性の高いプロセスの確立が要請されている。しかしながら、省エネルギー型製造プロセスが明らかにされていないのが現状である。本年度は粉末焼結法を用いた透明マイクロインプリンティングシリカガラスの製造に関する研究を行った。出発原料としてはナノシリカ粒子とポリビニールアルコール(PVA)を用いて、ナノ粒子分散スラリーを調整した。得られた溶液を所望の形状を有する鋳型ヘキャスティングを行い、乾燥後、ナノコンポジット成形体を得た。成形体は電子顕微鏡による微細構造、細孔径分布測定により評価した。得られたナノコンポジット成形体へ室温インプリントを行った。微細構造を有する石英モールドを、大気中、室温にてインプリントを行った後に、大気中、1000°Cにて焼成することにより透明シリカガラスの表面に微細構造を形成することが出来た(凹凸構造のピッチ幅:500nm)。作製したシリカガラスの密度やビッカース硬さは、合成石英の物性と同等の値を示し、可視域で85%以上の高い光透過特性を示した。シリカガラスはSiO_4四面体を単位構造とし、その連結様式が不規則な多員環(n員環(n=38))構造を有することが知られている。クリストバライト結晶は6員環のみから構成されることが知られており、大気中の酸素や水分によりシリカガラス表面のSi-O-Si結合が切断され、熱力学的に安定な構造を有する6員環へ再配列することで結晶核の生成が起こる。しかしながら、焼結雰囲気条件が異なる過程での構造、焼結挙動については明らかにされていない。また、焼結雰囲気の他に、ナノシリカ粒子の表面状態、言い換えれば固体/気相界面は活性であり、焼結雰囲気やガラス中の水酸基が表面への拡散機構により焼結挙動を左右すると考えられる。本年度はマイクロインプリンティングシリカガラスを焼結するための各種焼結雰囲気におけるT-T-T(温度-時間-相変態)図を作成した。更に、ラマン活性な3員環,4員環,結晶化へのトリガーとなる6員環や水酸基の焼結過程における構造変化を高温UVラマンその場観察装置を用いた観察した。真空焼結雰囲気では、3員環,4員環構造の存在割合は、焼結温度の上昇とともに双方増加する傾向を示した。1500°C以上では、3員環構造の存在割合が4員環構造よりも多いことが実験的に明らかとなった。このことは、高真空焼成雰囲気下におけるSiOの揮発反応が関与しており、6員環のみから構成される結晶構造への相転移が阻害され、非晶質構造を保ち、焼結したものと推測している。高純度SiO_2のみからなるシリカガラスは機械的強度,化学的耐久性,熱的安定性,真空紫外域から近赤外域における高い光透過特性を有することから,ガラス表面上へ微細加工技術が容易に付与できれば,次世代のフォトニクス産業を担う基盤材料として期待される。シリカガラスは高温製造プロセスを用いて作製されるため,従来技術の代替となる低温製造法の開発が求められている。本年度はマイクロインプリンティングシリカガラスの開発に重要なSiO_2-PVAナノコンポジットガラス前駆体作製法の研究を行った。その結果,SiO_2-PVAサスペンション中のSiO_2とPVAの分散・凝集状態および乾燥して得られるナノコンポジットの平均細孔径(530nm)が,サスペンションの組成およびpHに依存することを明らかにし,亀裂の原因のひとつが前駆体の乾燥過程での毛細管力に起因することを考察した。その考察に基づき,サスペンションの組成とpHによりガラス前駆体の細孔径を制御し,亀裂の生じないナノコンポジットを得る条件(SiO_2-PVA=4,pH=24)を提案した。更に,マイクロインプリント後のガラス成形体を焼結するための焼結条件としてT-T-T図(温度-時間-相変態)を作成した。結晶化開始温度ならびに時間は以上シリカガラス中に含有されるシラノール基の含有量に依存した。焼結過程におけるガラスの構造変化を高温UVラマン分光その場観察装置を用いて観察した。
ドーパミン神経の非ドーパミン作用による記憶メカニズムの解明

1. pERK誘導に必要な神経ペプチドXを放出するDA神経の同定記憶中枢であるキノコ体でのpERK誘導を神経活動の指標として、どのDA神経がpERKの誘導に重要かを検証した。そのために、各DA神経で内向性のカリウムチャネルkir2.1を発現させて神経活動を抑制し、学習刺激によるキノコ体でのpERK誘導に重要なDA神経を網羅的に解析した。その結果、ある神経を抑制すると、学習刺激を与えても、キノコ体でのpERK誘導が有意に減少することが明らかになった。2.トランスクリプトーム解析を用いた神経ペプチドXの同定上記1で同定した単一DA神経をGFPでラベルし、顕微鏡下で単離した。これを集めて一細胞RNA-seqを行い、トランスクリプトーム解析を行った。この結果から、過去のプロテオミクス解析から得られた神経ペプチドリストと比較、得られたDA神経が放出する神経ペプチドの候補を得た。しかし、他のDA神経や対照群と比べて、大きく発現量が増加した神経ペプチドを得ることはできなかった。そのため、神経ペプチド以外のものが関わっている可能性も考え、発現量が変化したタンパク質などを含むものと、ある程度発現量が増加した神経ペプチドの幾つかと候補として、次の解析に進むことにした。