hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
センサーの知能化に関する基礎的研究

従来、センサーは対象を限った物理量を検出する素子として捉えられていたが、階層化された高度な情報処理システム、たとえば生体内の神経回路システムが外界の状況を把握する場合などでは、各所に分散したセンサーがそれぞれ付随した情報処理機能を有する方が全体としてより効率の高いシステム構成が可能となる。ところが、得られた各センサーからの情報は例えば医用診断を例にとってみれば、最終的に病名を確定し、治療に役立つ情報の形にまとめ上げる作業が必要となる。そこで、本年度は、各センサーごとに分数処理された情報を融合する技術を中心に調査・研究を行った。以下具体的成果を列挙する。1)超高波映像系におけるセンサ情報の融合昨年までの研究では生態組織の超音波計測について提案してきた、反射率変化パラメータΔI_N、位相シフトパラメータN、構造変化パラメータΔφ_D、等を精度良く得るために各々の特質に応じた知的処理を行ってきたが、本年度は組織の特性化を含め、腫瘍の悪性度を判定するという立場からこれらの情報を融合する研究を進め、先ずΔI_NとΔφ_Dの融合により、ヒトの肝臓における組織の微細構造マップを得ることに成功した。次いで、相関図上の分布から新しいパラメータの抽出を行い。これをもとにしたクラスタリング処理の結果、ヒト胎盤の繊維化した組織の映像化が可能になった。2)ニューラルネットによる画像融合体内の血流量や代謝分布を測定するための画像センサの一つであるPET(Positron Emission Tomography)は心理負荷を与えた時の人間の脳内の活動分布を求めたり、脳梗塞などによる病変を映像化するうえで重要なセンシング技術であるが、ポジトロンの発生位置と再結合に伴うガンマ線の放出位置が異なること、およびセンサの密度がS/Nの制約上十分に上げられないことなどからボケた画像しか得られなかった。本研究では、PETからの情報に、MR(核磁気共鳴)像から得られる脳内組織分布に関するアプリオリな情報を融合することで制約付きデコンボリューションを行い、今までには得られなかった鮮明な画像を得ることに成功した、特に画像融合を行うためには逆問題を解くためのニューラルネットワーク動作の一形式であるネットワークインバーションの方式を用い、MR像からあらかじめ得られる脳灰白質、白質、髄液などの分布に応じた固定結線をネットワークに組み込むことで、実際に有り得ない解を排除し、合理的な逆問題解を得ている。3)ニューラルネットによる位置情報の結合昨年度米国側で進めているこうもりの位置検出モデルの高精度化の技術と、日本側で進めているAnswer-in-weights形式のニューラルネットを用いた位置情報の推定技術を融合させた位置推定方式については、サンプリング点の増大などの改良を進め、昨年度より精度を向上させることができた。また、この技術を生体内の神経の位置探査にも応用する方式について基礎的検討を行い、複数の電極対から得られる誘発電位波形に関する情報をAnswer-in-weights形式の層状ネット内で融合することで神経の走行位置を推定できる方式を提案するとともに、ボランティアの上腕正中神経の誘発電位計測結果に適用することでその有効性を確かめることができた。以上のように本年度は、昨年度までで得られた個別のセンサーについての知能化に加うるに異種センサーもしくは同種多数のセンサーから得られる情報の2次的な知能化処理の一つである融合処理を主眼に研究を進め、このような階層的なセンサの知能化技術が非常に多くの分野に適用可能であることを特に医用工学面での実測で示すことができた。これらのアイディアの一部は2年間の主として米国における調査過程で得られたものである。

本研究では、PETからの情報に、MR(核磁気共鳴)像から得られる脳内組織分布に関するアプリオリな情報を融合することで制約付きデコンボリューションを行い、今までには得られなかった鮮明な画像を得ることに成功した、特に画像融合を行うためには逆問題を解くためのニューラルネットワーク動作の一形式であるネットワークインバーションの方式を用い、MR像からあらかじめ得られる脳灰白質、白質、髄液などの分布に応じた固定結線をネットワークに組み込むことで、実際に有り得ない解を排除し、合理的な逆問題解を得ている。3)ニューラルネットによる位置情報の結合昨年度米国側で進めているこうもりの位置検出モデルの高精度化の技術と、日本側で進めているAnswer-in-weights形式のニューラルネットを用いた位置情報の推定技術を融合させた位置推定方式については、サンプリング点の増大などの改良を進め、昨年度より精度を向上させることができた。また、この技術を生体内の神経の位置探査にも応用する方式について基礎的検討を行い、複数の電極対から得られる誘発電位波形に関する情報をAnswer-in-weights形式の層状ネット内で融合することで神経の走行位置を推定できる方式を提案するとともに、ボランティアの上腕正中神経の誘発電位計測結果に適用することでその有効性を確かめることができた。以上のように本年度は、昨年度までで得られた個別のセンサーについての知能化に加うるに異種センサーもしくは同種多数のセンサーから得られる情報の2次的な知能化処理の一つである融合処理を主眼に研究を進め、このような階層的なセンサの知能化技術が非常に多くの分野に適用可能であることを特に医用工学面での実測で示すことができた。これらのアイディアの一部は2年間の主として米国における調査過程で得られたものである。本研究は、超音波や光を検出するセンサーにニューラルネット等を用いた情報処理系をも併合したIntelligent Sensorを構成し、センサの識別能力を高めることを目的とするが、本年度は米国側エール大学のKuc教授が進めているロボット用超音波センサ及びこうもりの位置検出モデルの研究と日本側で進めているニューラルネットを用いたセンサー融合技術、非線形パラメータの映像化法、高次相関を用いた情報処理系についての研究内容の相方を開示・連携することで、より高度なセンサー知能化の原理・方式を定式化することを意図し、主として次の3項目について基礎的な研究を進めた。1.ニューラルネットを用いた複数センサからの位置情報の統合:現在米側、Kuc教授が進めている。こうもりの物体位置検出機構を模した超音波エコー解析アルゴリズムでは障害物環境への適応能力に問題があったが、日本側で開発したAnswer-in-Weights方式のニューラルネットを適用することで障害物環境にも学習的に適応できる能力を得ることができた。2.高次相関を用いた観測系の構成:移動ロボットの位置検出について米側、Kuc教授は超音波エコーによる方式を提案しているが、これに加えるに、路面パターンの不規則性を利用した高次相関系を構成し、光学的情報をも移動ロボットの位置・速度等の検出に役立てる方式を提案し、予備実験を行い、その動作を確認した。3.超音波診断
地表環境の総合理解を目指した地理空間データ蓄積共有システムの構築

本研究により、陸域環境の様々なデータを扱う世界の研究者がそのデータを蓄積し共有できるシステム“CEReS Gaia"を完成させ、運用を開始した。このシステムの特徴は、1ユーザフレンドリーであること、2クラスターシステムで国際的に拡張が可能であること(既にインドネシア大学のサーバと接続し、ベトナム国立大学と接続を計画中である)、3地図座標が付与されたラスターデータ、ベクトルデータ、地図座標付きの地上写真などの地理空間データの共有が可能である、4多言語機能を持っている、などである。また、このシステムを利用してグローバル土地被覆データGLCNMO2008を作成し、データ公開している。本研究の主目的は、「継続的に国際的に地理空間データを蓄積共有するシステムを構築すること」である。平成22年度は、この地理空間データ蓄積共有システムの基本的な設計を完了し、ソフトウェアシステムの基本部分の開発を行い、保有しているサーバにインストールした。開発するシステムの最大の特徴は、地表環境の研究者にとってuser friendlyなシステムを構築することで、その特徴があって初めてデータを蓄積共有が促進される。この意味において、開発システムでは、ユーザーの権限タイプ、データの公開レベルなどを考慮して設計したところに特色がある。「改良グローバル土地被覆データの作成」に関しては、既存の6種類のグローバルな土地被覆データ(IGBP DISCover, Univ.of Maryland, MODIS 1-km Land cover, GLC2000, Globcover,地球地図)の重ね合わせによる信頼できる部分の抽出を完了した。また、一般にグローバルでは分類が困難なクラス、すなわち、都市域、マングローブ、湿地、雪氷、水域に対しては衛星データから独立に抽出する手法の研究を行った。「東・東南アジアの100年間の環境変化の理解」の研究に関して、インドネシアを中心とする東南アジアの外邦図を入手し、ディジタイズした。以上、平成22年度の研究は当初の研究目的、研究実施計画に沿って行われ、平成24年度に予定されている地理空間データ蓄積共有システムの公開に向けて基本的な研究段階が完了した。交付申請書に記載した「研究の目的」は地表環境の研究者が自由にデータ共有、蓄積できるwebベースの地理空間データベース"CEReS Gaia"を構築することで、平成23年度における「研究実施計画」では一般公開できる最低限のシステムを構築することであった。具体的には、最小限システムの作成はほぼ完了し、平成24年4月の一般公開が3ケ月遅れ、7月には一般公開できる見込みである。GEOportalあるいはHarvard Geospatial Libraryなどの他の類似システムにない本システムの主な特徴は、(a)地理空間データをある特定のユーザーグループ内でのみ共有できること、(b)3種類のラスターデータを連続的に透過重ね合わせ表示できること、(c)サーバーを国際的に多数拡張できるクラスター構造をもっていること、である。これらの機能を持つシステムの意義は、地表環境研究者が関心のある地域のデータを容易に共有し、分析しやすくすることである。具体例を上げれば、リモートセンシング画像の分類におけるトレーニングデータ取得において、衛星画像、既存の地図、他の研究成果画像などを重ね合わせて、ある地域の土地被覆タイプをより高い信頼性を持たせて推定することができる。「研究実施計画」では、システムの開発完了後に、このシステムを利用した(1)グローバル土地被覆データの作成、(2)外邦図を用いたインドネシアの環境変化分析、を上げていた。システムの完成に先立って、(1)については大陸単位でマッピングを行い、ユーラシア大陸が完成した。(2)については、1943年作成の外邦図1枚に対して2004年観測のASTERデータと比較し、その間の土地利用変化を明らかにした。前年度に完成・公開したシステムCEReS Gaiaに対して、次の改良・機能追加を行った。1ユーザーインターフェイスの改良、2災害時におけるCEReS設置のスーパーユーザー用サーバーの機能停止に対応するため、京都大学にスーパーユーザー用サーバーの退避サーバーを設置し、スーパーユーザー機能の一次移転を可能にした。3海外のサーバーとリンクしたクラスターシステム構築のため、インドネシア大学へのシステム導入の準備をした。4英語表示が基本であるが、日本語表示を追加した。CEReS Gaiaシステムはhttp://gaia.cr.chiba-u.jp/portal/からアクセス可能である。CEReS Gaiaシステムを利用したグローバル土地被覆データ(GLCNMO2008 = GLCNMO version 2)の作成に関して、完成したGLCNMO2008データ、使用した2008年観測のMODISデータ、グランドトルースデータをCEReSホームページより公開した。http://www.cr.chiba-u.jp/database-jp/wiki/wiki.cgi?page=GEOinfoDB_global(このサイトの[GG-10][GG-11][GG-12][GG-13])また、GLCNMO2008と他のグローバル土地被覆データとの精度比較を行い、本成果GLCNMO2008が最も精度が高いことを確認した。

20クラスに対してoverall accuracy77.9%、グループ化した8クラスに対して91.4%であった。交付申請書に記載した「研究の目的」は地表環境の研究者が自由にデータ共有、蓄積できるwebベースの地理空間データベース"CEReS Gaia"を構築することである。平成24年度における「研究実施計画」に対応させて、以下に項目ごとに実績を記述する。<CEReS Gaiaの開発>1最小限のシステムCEReS Gaiaを完成する」完成した。2「メタデータの構成を改善する」進行形である。一部改善したが、次年度も続行する。3「災害時の対応として遠隔地(関西地域)にメインサーバーの代替サーバーを構築する」京都大学に代替サーバーを構築した。4「画像の重ね合わせ機能の改善」改善を行った。5「国際会議ISPRSで教育研究用開発システムの国際コンペに応募する」応募した。審査は教育目的に重点があり、研究目的の本システムは受賞に至らなかった。6「多言語に変更する」次年度の持越しとなった。7「開発システムのホームページを作成する」作成した。8「ユーザーから改良のコメントを集める」コメントを収集しシステムの改良を実施した。以上、18で述べたように、CEReS Gaiaを完成・公開し、改良に取り組んでおり、ユーザーもシステムを利用し始めている。<改良グローバル土地被覆データの作成>9「中間プロダクトを作成する」最終プロダクトを完成させた。<外邦図と衛星データによる環境変化研究>10「ジャカルタを含む広域の土地被覆変化を調査する」外邦図9枚の地域に対して、土地被覆変化調査を実施した研究期間5年間の最終年度として、次の研究を実施した。(1)データ蓄積・共有システムCEReS Gaiaの改良と拡張:次の改良と拡張を行った。1ユーザーインターフェイスの改良、2インドネシア大学とのクラスター接続の完成、3ベトナム国立大学とのクラスター接続の準備、4和文・英文のマニュアル・インストールキットの作成、5第3以降の言語の対応を含む今後の開発課題の検討。CEReS Gaiaはhttp://gaia.cr.chiba-u.jp/portalよりアクセス可能であり、誰でも自由に使うことができる。(2)CEReS Gaiaシステムを利用した大陸規模土地被覆データ作成:グローバル土地被覆データGLCNMO2013 = GLCNMO version 3)のユーラシア大陸部分を完成させた。
ミトコンドリアにおける翻訳停滞解消機構およびその不全による病態発現機構の解明

ミトコンドリアの翻訳系では,2つの翻訳停滞解消因子ICT1及びC12orf65蛋白質が必須であるが,役割分担は未知である。一方,ヒトではC12orf65遺伝子に変異が起こると,ミトコンドリア病を引き起こす。本研究では,CRISPR/Casゲノム編集法によりC12orf65の欠損マウスの作製を行った。その結果,ヘテロ型な欠損マウスを得ることはできたが,ホモ型の欠損マウスは現在まで得ることができなかった。これは,ヒトの場合と異なりホモ型のマウスは胎生致死であることが示唆された。また,ヒトとマウスにおいて,C12orf65の機能不全に対するICT1の補完能に差異がある可能性が示唆された。蛋白質合成(翻訳)の滞りの解消機構は生物種によって異なる。ミトコンドリアの翻訳系では,2つの翻訳停滞解消因子ICT1及びC12orf65蛋白質が必須であることを示してきたが,どのような翻訳停滞状態が生じ,それに対し2つの因子がどのように役割分担し機能しているのかは未知である。一方,ヒトではC12orf65遺伝子に変異が起こると,その位置により病態の異なるミトコンドリア病を引き起こす。本研究の目的は,1リボソームプロファイリングによりICT1あるいはC12orf65依存的に解消される翻訳停滞解消状態(配列)を明らかすることで,「翻訳停滞解消機構」の全容を示し,2CRISPR/Casゲノム編集法によりC12orf65の欠損領域が異なるマウスを複数作製し解析することで,解消機構不全によるミトコンドリア病の病態発現機構を解明することである。今年度は,CRISPR/Casゲノム編集法によるC12orf65欠損マウスを作製を集中的に行った。CRISPR/Cas法とは,2本鎖DNA切断とDNA修復のエラーを利用したゲノム編集で,目的の遺伝子のDNA2本鎖切断後に偶発的に起こる塩基の挿入欠失によるフレームシフト変異により,正常な蛋白質発現を不可能にしている。すでに報告されているミトコンドリア病患者で起きているフレームシフトに相当する変異を,マウスゲノムで起こさせるようにgRNAを設計した(3種類)。現在,前段階として,マウスのES細胞に対してこれらのgRNAがゲノム編集を起こしているか確認した。その結果,設計した一つのgRNA配列が有効に機能していた。ノックアウトマウスを作製するゲノム編集法の過程で,培養細胞の段階は,1つのgRNA配列ではあるが成功したと考えられるので,(2)と判断した。それ以外の実験が進まなかった点がマイナス評価である。今年度は,前年度に培養細胞で成功したgRNAの配列を用いて,マウス(C57BL/6J,日本チャールスリバー)の受精卵にRNAをマイクロインジェクションを行った。92個の受精卵へのインジェクションを行い,74個の生存を確認した。翌日,2細胞期まで発生した同74個の胚を偽妊娠マウスの卵管に移植した。20日後に22匹の産仔が得られたことが確認された。その後離乳した19匹に対しgenomic typingによって,C12orf65遺伝子が欠損されているヘテロなマウスが9匹いることがわかった。現在,ヘテロ同士を掛け合わせて,欠損がホモなマウスを作製中である。想定より時間がかかっているが,c12orf65が欠損したヘテロなマウスの作製に成功している。今年度は,前年度に得られたC12orf65遺伝子が欠損しているヘテロ型マウス,オス2匹およびス2匹を交配させ,ホモ型マウスの作製を行った(ヘテロ型では野生型と異なる表現系は見られなかった)。

その結果,得られた産仔をgenomic typingしたところ,ホモ型を得ることができなかった。現在,ホモ型は胎生致死である可能性を視野に入れ,胎齢10.514.5日目の胎仔をすべて取り出してC12orf65遺伝子の欠損状態を確認し,ホモ型が存在すればその細胞を解析する予定である。また,より軽度な症状を示すと考えられる配列の欠損のさせ方をしたマウスを作製することを検討している。リボソームプロファイリングの実験に関しては,抗生物質によるミトコンドリア翻訳系での安定した停滞状態を引き起こすことができず,抗生物質の種類などを変更して条件を検討している。ミトコンドリアの翻訳系では,2つの翻訳停滞解消因子ICT1及びC12orf65蛋白質が必須であるが,役割分担は未知である。一方,ヒトではC12orf65遺伝子に変異が起こると,ミトコンドリア病を引き起こす。本研究では,CRISPR/Casゲノム編集法によりC12orf65の欠損マウスの作製を行った。その結果,ヘテロ型な欠損マウスを得ることはできたが,ホモ型の欠損マウスは現在まで得ることができなかった。これは,ヒトの場合と異なりホモ型のマウスは胎生致死であることが示唆された。また,ヒトとマウスにおいて,C12orf65の機能不全に対するICT1の補完能に差異がある可能性が示唆された。ゲノム変異が異なる複数のマウスを作製を目標としているので,gRNAの配列を変更し再度ES細胞を使ってゲノム編集を試みる。成功したもの関しては,共同研究者と共にマウスの受精卵へのマイクロインジェクションを試み,ノックアウトマウスの作製を行う。また,他の予定されている実験(二次元電気泳動,リボソームプロファイリング)を行う。欠損がヘテロなマウス同士を掛け合わせて,欠損がホモなマウスを作製し,その動態や組織の状態を野生型と比較する。分子生物学設備備品としてCO2インキュベーターを計上していたが,共同にて別途早期に購入されたので,本費用で購入する必要がなくなってしまったため。次年度,消耗品として使用する予定。
幾何学的トポロジーにおける力学系の研究

多様体上より一般にコンパクト距離空間上に拡張型同相写像の存在するかどうかの問題を研究した。特に、2次元球面上、クラインボトル上に存在しないことが知られる。局所デニドライトな近傍をもつ局所連結な連続体、平面上の局所連結な連続体、一様弧状連結な連続体等の上には拡張型同相写像の存在しないことが示された。準局所1-連結な局所連結連続体X上に正方向の拡開型関連続写像が存在するならば、Xはインフラニル写様体と同相となることが証明された。さらに、上のような拡開型関連続写像は拡張型インクラニル準同型に位相共軛となる。遺伝的分解不可能な連続体の間のコニフルエント連続写像があるとき、一方のスパンが0となることから他方のスパンが0となる必要十分条件が得られた。一般の連続体上の力音等の研究として、シュードアーク上の拡張型同相写像の存在が追求された。Knasterの分解不可能連続体上ではエントロピーがいくらでも大となる同相写像が存在する。この様な結果がシュードアーク上で成立するかが研究対象となった。
高濃度スラリーの水力輸送によるフライアッシュの廃棄システムの開発

固液分散スラリー系・エマルジョン系のレオロジー特性を把握することは分散系を取り扱うプロセスにおいて重要な課題である。固液分散スラリーの粘度はその粒径分布・固体体積分率・粒子形状・固体表面特性・媒体との相互作用などによって大きく変化するので、これらのパラメータを包含した統一的な粘度予測モデルの提案が望まれてきた。球形粒子の凝集性スラリーのチキソトロピーモデルについては、薄井らが一連の研究で報告してきた。従来の研究では非球形粒子に対する取り扱いが完全でなかったので、本研究では石炭灰の水分散スラリーを例として、非球形微粒子分散系のチキソトロピーモデルを提案することを研究目的とした。一方、近年における地球環境問題の重視と、エネルギー安定供給の面から、化石燃料の一つである石炭については、炭酸ガス排出問題からの指摘はあるものの、石炭使用量は今後増加の傾向を続けるものと予想される。現在我が国で利用している石炭中には平均12%の灰分を含んでいる。このため、多量の石炭灰が排出され、その有効利用が検討されつつある。現在、石炭灰のほとんどはセメント混入材として有効利用されているが、セメント生産量の低迷、石炭灰有効利用技術の新規開発が進んでいないことなどから、数年先では数百万トン規模の石炭灰を埋め立て処理する必要が生じると予想されている。そこで、本研究では先に述べた石炭灰スラリーのチキソトロピーモデルを基礎として、高濃度石炭灰・水スラリーのパイプライン輸送システムを提案し、低コストの石炭灰処理技術に寄与することを第2の研究目的とした。本研究では石炭灰の球形度を画像解析により決定し、多くの画像データから粒径分布の各範囲に対する球形度を決定した。更に、粒径分布を持つ非球形粒子の最大充填体積分率を算出するアルゴリズムを提案した。従来提出されている薄井の分散系レオロジーモデルを非球形粒子系に拡張し、Simhaの完全分散系モデルと合わせた分散系レオロジー予測モデルを提案した。これらのモデルによる予測精度を高濃度石炭灰-水スラリー(固体濃度=70wt%)のレオロジー測定結果と対比して、モデルの有効性を確認した。更に、石炭灰-水スラリーのレオロジー予測結果を基にして、火力発電所から10km離れた管理型埋め立て処分場にパイプラインによりスラリー輸送する場合のシステム設計を行った。動力計算、設備のコスト計算を行い、提案したスラリー輸送システムが実用上、有効であることを示した。以上の研究成果は、非球形微粒子を分散させた分散系レオロジーにおける非ニュートン粘度の予測を可能にするものであり、学術的価値が高い。またこの基礎研究に基づいたスラリー輸送システムの設計手法は実用上も有益である。日本における火力発電所から排出されるフライアッシュは、その性状が多岐に渡っている。

そこで本研究では電源開発松浦発電所、および東北電力原町発電所から排出されたフライアッシュを原料とする高濃度フライアッシュ・水スラリーを調製し、それらのスラリーのレオロジー特性を測定した。同時にフライアッシュの粉体特性(粒度分布・表面特性(ζ電位)・円形度など)を測定し、スラリーの流動化特性を非球形粒子に対する非ニュートン粘性モデルで予測した。この結果粉体の基本特性値と粒子間結合エネルギーパラメータによって広範囲のスラリー流動特性の予測が可能であることが明らかになった。研究第2段階として、スラリー輸送試験装置(配管径5mm)を用いて高濃度フライアッシュスラリーの配管内輸送試験を行なった。第一段階で得られたスラリーのレオロジー特性より推算される流量と圧損の関係をスラリー輸送試験で得られたデータと比較してスケールアップ則の検討を続行中である。以上の結果を総合して、高濃度石炭灰-水スラリーのパイプライン輸送による火力発電所の石炭灰廃棄処理システムの設計を考察中である。固液分散スラリー系・エマルジョン系のレオロジー特性を把握することは分散系を取り扱うプロセスにおいて重要な課題である。固液分散スラリーの粘度はその粒径分布・固体体積分率・粒子形状・固体表面特性・媒体との相互作用などによって大きく変化するので、これらのパラメータを包含した統一的な粘度予測モデルの提案が望まれてきた。球形粒子の凝集性スラリーのチキソトロピーモデルについては、薄井らが一連の研究で報告してきた。従来の研究では非球形粒子に対する取り扱いが完全でなかったので、本研究では石炭灰の水分散スラリーを例として、非球形微粒子分散系のチキソトロピーモデルを提案することを研究目的とした。一方、近年における地球環境問題の重視と、エネルギー安定供給の面から、化石燃料の一つである石炭については、炭酸ガス排出問題からの指摘はあるものの、石炭使用量は今後増加の傾向を続けるものと予想される。現在我が国で利用している石炭中には平均12%の灰分を含んでいる。このため、多量の石炭灰が排出され、その有効利用が検討されつつある。現在、石炭灰のほとんどはセメント混入材として有効利用されているが、セメント生産量の低迷、石炭灰有効利用技術の新規開発が進んでいないことなどから、数年先では数百万トン規模の石炭灰を埋め立て処理する必要が生じると予想されている。そこで、本研究では先に述べた石炭灰スラリーのチキソトロピーモデルを基礎として、高濃度石炭灰・水スラリーのパイプライン輸送システムを提案し、低コストの石炭灰処理技術に寄与することを第2の研究目的とした。本研究では石炭灰の球形度を画像解析により決定し、多くの画像データから粒径分布の各範囲に対する球形度を決定した。更に、粒径分布を持つ非球形粒子の最大充填体積分率を算出するアルゴリズムを提案した。従来提出されている薄井の分散系レオロジーモデルを非球形粒子系に拡張し、Simhaの完全分散系モデルと合わせた分散系レオロジー予測モデルを提案した。これらのモデルによる予測精度を高濃度石炭灰・水スラリー(固体濃度=70wt%)のレオロジー測定結果と対比して、モデルの有効性を確認した。
Aktによる細胞極性形成・維持機構の解析

細胞がどうやって運動する方向を決めているのかについて研究を行い、Aktという癌の悪性化にも関わる非常に重要な分子が関与していること、さらにそのメカニズムを検討することで、微小管という細胞の中の構造体をAktが制御していることを突き止めた。そしてさらにAktの機能解析を進めていったところ、新しい微小管の動態制御の仮説を提唱するに至った。細胞は正しい方向に遁走するために、PI3Kの産物であるPI(3,4,5)P_3(PIP3)がポジティブフィードバックによって前方に集積し、このPIP3の集積が細胞の極性形成に重要な役割を果たしている可能性が示唆されている。さらに、一旦形成した細胞の前後極性は微小管によって維持されると考えられており、また運動中の細胞では、運動方向に向かって伸びる微小管のみが安定化し、安定化された微小管が極性の維持に貢献することが示唆されている。本研究ではこれらの極性の形成と維持の両方をAktがどのようにして制御するか、その分子メカニズムについて検討している。現在、Akt1 KO繊維芽細胞及びAkt2 KO繊維芽細胞を用いた実験からAkt1のみが細胞運動性に関与していること、さらにAkt1KO繊維芽細胞は多方向に仮足を伸張することから、Akt1が細胞の極性に関与していることを示唆する結果を得ている。さらにAkt1KO繊維芽細胞では運動方向微小管の安定化が起きないことを見出した。またAktを局所的に活性化する手法について、ガラス上に抗体を固定化する手法を習得したところである。またAktによるRP1のリン酸化部位をin vitroにおいて同定し、現在リン酸化抗体を作成中である。さらにRPIがファミリー分子であるEB1のように微小管の先端ではなく、常にEBIより内側の微小管上に位置していることなどから、現在Akt-RP1経路による全く新しい微小管伸張・安定化メカニズムを考え、さらに検討中である。細胞は正しい方向に遊走するために、細胞外にある走化性因子の濃度の差を感知して前後の極性を形成する。しかし細胞の前後の幅で感知する走化性因子の濃度の差は非常に小さい。そこで細胞はこの小さい濃度(シグナル)の差を「増幅」し、前後の極性を形成するシステムを有していることが予測される。これまでにPI3Kの産物であるPI(3,4,5)P_3(PIP3)がポジティブフィードバックによって前方た集積することが示され、PIP3の集積が細胞の極性形成に重要な役割を果たしている可能性が示唆されている。さらに、一旦形成した細胞の前後極性は微小管によって維持されると考えられており、運動中の細胞では、運動方向に向かって伸びる微小管のみが安定化し、安定化された微小管が極性の維持に貢献することが示唆されている。しかし運動方向の微小管のみが選択的に安定化されるメカニズムはほとんど明らかではない。申請者はこれまでにAktが微小管安定性に重要な役割をもつEBファミリータンパク質のうち、EB2/RP1を試験管内でリン酸化することを見出していた。そしてEB2のリン酸化部位特異的認識抗体を作製し、Aktが実際に細胞内においてもEB2をリン酸化することを見出した。また活性型Aktの過剰発現、あるいはPDGF刺激による細胞の運動性の上昇に、EB2のリン酸化が重要であることを見出した。一方、EB2をノックダウンすることで微小管の安定性が上昇することから、EB2は微小管の安定を抑制する可能性が示唆された。従ってAktは細胞運動の先端においてEB2をリン酸化し、リン酸化されたEB2は微小管の安定性に対して抑制的に働く機能を失い、運動方向に向いた微小管が安定化されるという仮説を提唱するに至った。
下顎頭軟骨破壊機序の解明とコールドレーザーを応用した変形性顎関節症治療法の確立

本実験では、従来よりもパルス幅を短縮化することにより、生体組織への熱的損傷を最小限にし、かつ深部到達性を高めたコールドレーザーを用いて、顎関節軟骨破壊機序に対する影響を検討するとともに、下顎頭軟骨細胞の基質代謝に及ぼす影響とその作用機序を解明することが目的である。平成30年度予定していた、下顎頭軟骨細胞の基質代謝に対する半導体レーザー照射の影響および、機械的刺激および炎症性サイトカイン添加時におけるレーザー照射の影響についての検討は、現在ヒト由来の膝関節軟骨細胞(NHAC-kn)を用いて照射条件の検討を終え、1L-β添加時において、レーザー照射が基質代謝や炎症性サイトカインにどのような影響を及ぼすかの検討を行った。定量PCRにより、1L-β添加(100g/ml)群において実験開始4時間後に細胞を回収し、TNF-αおよびCOX2の遺伝子発現が上昇するのを確認した。さらに、1L-β添加とレーザー照射(4J/cm2)を行った群では、1L-β添加群と比較して、IL-1β、TNF-αおよびCOX2の遺伝子発現の減少が認められた。また、MMP1およびMMP3も同様に、1L-β添加とレーザー照射を行った群では、1L-β添加群と比較して、遺伝子発現の減少が認められた。以上の結果より、超短パルス発振の可能な半導体レーザー(コールドレーザー)照射は、炎症性サイトカインや気質代謝に関わる遺伝子の発現を抑制することによる、抗炎症効果が示唆された。また、半導体レーザー(コールドレーザー)照射による効果がp-ERKに関与していることが示唆された。現在のIn Vitroにおける実験は、細胞培養に関しては、ラット軟骨細胞株(ATDC5)およびヒト膝関節軟骨細胞(NHAC-kn)の培養を行っている。各種細胞を用い、細胞を回収し、定量PCR解析および定量Western blot解析を行っている。当初予定していたブタ由来の細胞に関しては、採取培養の過程の手技等が困難であり、難しい状況である。今後も使用を検討していくが、本実験において上記二つでも充分と考える。また、ヒト膝関節軟骨細胞(NHAC-kn)のメーカー推奨の培養関連材料は海外からの輸入であり、在庫が国内になったこと、生産数が少ないことから、入手に時間がかかってしまっている。このため実験開始が遅れてしまったこともあり、進行がやや遅れている。実験2のブタ下顎頭軟骨細胞を培養し、培養細胞圧縮装置(Flexercell Compression Plus Unit)を用いて機械的圧縮刺激を負荷し、レーザー照射が基質代謝や炎症性サイトカインにどのような影響を及ぼすかを検討する予定であったが、ブタ由来の細胞の培養が難しいため行っていない。しかし、その代わりに炎症性サイトカイン(1L-β)添加時におけるレーザー照射の影響を検討している。研究実績の概要に結果を示したように、30年度の実験予定である、培養下顎頭軟骨細胞の基質代謝に対する半導体レーザー照射の影響の検討、機械的刺激および炎症性サイトカイン添加時におけるレーザー照射の影響の検討、というテーマにおいて、好ましい結果がでており、総合的には順調であると考える。今後のIn Vitroにおける実験は、細胞培養に関しては、ブタ由来の細胞の採取培養の過程の手技の確立を目指す。しかし、主な実験はヒト膝関節軟骨細胞(NHAC-kn)を用いて行うこととし、円滑に実験が進むよう行っていく。1L-β添加時において、レーザー照射が基質代謝や炎症性サイトカインにどのような影響を及ぼすかの検討については、好ましい結果がでており、引き続き行っていく予定である。2019年度行う予定である、動物実験に関しても平行して行っていく。ラットの下顎頭を切断し、TMJ-OAモデルを作製しレーザー照射を行い、顎関節部のCT撮影や切片を作成し組織学的、形態学的な検討を行う。また、脳の切片を作成し、中枢でのTMJ-OAモデルへのレーザー照射時の疼痛緩和の検討を行っていく予定である。

現在のIn Vitroにおける実験は、細胞培養に関しては、ラット軟骨細胞株(ATDC5)およびヒト膝関節軟骨細胞(NHAC-kn)の培養を行っている。各種細胞を用い、細胞を回収し、定量PCR解析および定量Western blot解析を行っている。当初予定していたブタ由来の細胞に関しては、採取培養の過程の手技等が困難であり、難しい状況である。今後も使用を検討していくが、本実験において上記二つでも充分と考える。また、ヒト膝関節軟骨細胞(NHAC-kn)のメーカー推奨の培養関連材料は海外からの輸入であり、在庫が国内になったこと、生産数が少ないことから、入手に時間がかかってしまっている。このため実験開始が遅れてしまったこともあり、進行がやや遅れている。実験2のブタ下顎頭軟骨細胞を培養し、培養細胞圧縮装置(Flexercell Compression Plus Unit)を用いて機械的圧縮刺激を負荷し、レーザー照射が基質代謝や炎症性サイトカインにどのような影響を及ぼすかを検討する予定であったが、ブタ由来の細胞の培養が難しいため行っていない。しかし、その代わりに炎症性サイトカイン(1L-β)添加時におけるレーザー照射の影響を検討している。研究実績の概要に結果を示したように、30年度の実験予定である、培養下顎頭軟骨細胞の基質代謝に対する半導体レーザー照射の影響の検討、機械的刺激および炎症性サイトカイン添加時におけるレーザー照射の影響の検討、というテーマにおいて、好ましい結果がでており、総合的には順調であると考える。今後のIn Vitroにおける実験は、細胞培養に関しては、ブタ由来の細胞の採取培養の過程の手技の確立を目指す。しかし、主な実験はヒト膝関節軟骨細胞(NHAC-kn)を用いて行うこととし、円滑に実験が進むよう行っていく。1L-β添加時において、レーザー照射が基質代謝や炎症性サイトカインにどのような影響を及ぼすかの検討については、好ましい結果がでており、引き続き行っていく予定である。2019年度行う予定である、動物実験に関しても平行して行っていく。ラットの下顎頭を切断し、TMJ-OAモデルを作製しレーザー照射を行い、顎関節部のCT撮影や切片を作成し組織学的、形態学的な検討を行う。また、脳の切片を作成し、中枢でのTMJ-OAモデルへのレーザー照射時の疼痛緩和の検討を行っていく予定である。2018年度に残金があるが、3425円と少額であり概ね計画通りであると考える。2019年度の消耗品の物品代として使用する予定である。
VDT作業による調節機能障害と対応

教室の継続事業としてきた「会津大学computor-summer camp」の中学生を対象に屈折・調節機能の変化を中心として検討を行った。その結果、近視の進行には発症の時期、すなわちearly-onsetとlate-onsetにおいて、近視の進行に差が認められる傾向のあることが推測できた。最終的に、平成13年3月のAsia Pacific Academy of Ophthalmology(台湾)において、現状報告を行った。研究員の一人梶田はVDT作業に伴う調節微動の解析を行い、安静位に相当する距離で調節微動が減ずることを確かめた。このことは、作業距離に対応させた適切な作業用眼鏡を装用させ、かつ有害光線の除去を兼ねたコーティングを行えば、VDT作業に由来する眼疲労はかなりの程度まで防ぎ得るものと推測させた。また、この事実を調節由来の眼精疲労の診断・加療に応用することにより、眼精疲労のスクリーニング、および病状の把握に役立つことを立証した。中・高年層におけるVDT作業を円滑に行う目的で、平成10年累進屈折レンズ(遠近、および中近用)のセットを試作、VDT作業に携わる大学勤務職員を対象として視機能の追跡を試みた。また、このセットを眼疲労を訴えるVDT作業者に貸与することによって、愁訴の軽減が図られる。臨床的に重要と思われる調節機能における明視時間を測定する目的で、Visual-Basicを使って試作視標をcomputer画面上に作成、疲労群と非疲労群を比較した。その結果、対照群(非疲労群)では明視に要する調節時間は0.6-0.8秒であるが、個人的な作業環境に応じて明視時間は延長を示し、screeningに有用であるとともに、矯正眼鏡の選択においても有益な情報が得られることが推定された。1)数年来、継続事業として実施している「会津大学Computor Summer-Camp」の中学生を対象に、作業開始前、作業後の視感覚(アンケート)、および屈折・調節機能の変化を調査し、国際近視学会(台湾)他において報告を行ってきた。さらに、現在学内のVDT作業員(主として病院業務担当者、2時間以上の作業者)を対象に、愁訴の有無により調節・瞳孔反応、捩液分泌を主とする.眼機能の実態、眼鏡、コンタクトレンズの調整による眼機能の変化・愁訴との関連を検討中である。2)加齢によるVDT作業への対応を検討する目的で、瞳孔距離に応じた累進多焦点眼鏡レンズのセット(試験眼鏡)を作成、快適な明視を確保するための実験を「遠近」「中近」累進多焦点レンズにより比較検討を行っている。その一つの手法として、Visual-Basicを用い日本語環境の視標群を作成、本法による明視時間の基礎資料を蓄積している。液晶を用いたDisplay上の視標表示位置、視標の選択により,差はあるものの、正常眼においては調節緊張、弛緩時間はそれぞれおおよそ0.60.8秒を要することが分かった。3)従来の近用、中近用眼鏡の作成には、静的明視環境のみのチェックが主体とされてきたが、VDT作業においては時間を重視した動的視機能の確認が欠かせず、本法がその一助として使われる可能性があることを推索できたので、臨床実験を追加して報告として纏める予定である。1)数年来、教室の継続事業としてきた「会津大学computor-summer camp」の中学生を対象に屈折・調節機能の変化を中心として検討を行い、国際近視学会他に報告を行ってきた。その結果、近視の進行にはearly-onsetとlate-onsetにおいて差が認められる傾向のあることが推測できた。現在、統計学的な解析を加え、7月の国際近視学会(Boston)において報告を予定している。

2)中・高年層におけるVDT作業を円滑に行う目的で、累進多焦点レンズ(遠近、および中近用)を試作(平成10年度)、VDT作業に携わる大学勤務職員を対象として視機能の追跡を試みている。特に、臨床的に重要と思われる調節機能における明視時間を測定する目的で、Visual-Basicを使って試作視標をcomputer画面上に作成、疲労群と非疲労群を比較した。その結果、対照群(非疲労群)では明視に要する調節時間は0.6-0.8秒であるが、個人的な作業環境に応じて明視時間は延長を示し、screeningに有用であるとともに、矯正眼鏡の選択においても有益な情報が得られることが推定された。今後、継続的に調査を進める予定である。
メンデル遺伝病に対する無侵襲出生前遺伝学的検査の臨床応用

出生前診断において、妊婦の採血による無侵襲的出生前遺伝学的検査(noninvasive prenatal testing:NIPT)が注目されている。NIPTとは、母体血漿中に含まれている僅かな胎児由来のcell-free DNA(cfDNA)を使用して遺伝学的検査を行う方法であり、日本国内では、21番染色体トリソミーなどの染色体異数性の診断のみが臨床応用されている。現時点で、メンデル遺伝性疾患への応用はほとんど進んでいないが、その主な原因として、母親と胎児由来ゲノムDNAを高精度に区別することができないためと考えられる。そこで本研究では、母親と胎児由来ゲノムDNAを高精度に区別する手法を開発するとともに、重篤なメンデル遺伝性疾患保因者夫婦に対し臨床応用が可能な非侵襲性出生前診断法の確立を目的とした。当該年度に実施した研究成果は以下の通りである。母体血漿中に含まれる胎児由来cfDNAの割合は10%前後であるため、従来のサンガーシーケンスでは検出が困難であることが予想される。そのため次世代シークエンサー(NGS)を用いて該当する変異箇所をdeep sequenceし、低頻度のアリル変異の検出方法を確立する。一般的にNGSのエラー率は0.1%程とされており、該当の変異箇所の前後のエラー率と比較することで、変異の有無を明らかにすることができると考えている。胎児由来cfDNAは母体由来cfDNAと比較してサイズの短いことが知られているため、サイズ分画によりcfDNAを濃縮する。申請者が行った予備的実験では、サイズ分画前には15.3%だったcffDNAの割合が、サイズ分画後には36.5%に増加することが確認された(N=3)。初期に設定した研究実施計画通りに研究が進んでいるため。検査精度の向上のために、疾患の遺伝子変異のPCRと同時に、複数のcommon SNPを含む領域をmultiplex PCRで増幅後にシークエンスし、全リード数から各SNPのマイナーアリル頻度(minor allele frequency = MAF)の割合を算出するとともに、各SNPの遺伝子型が母親:胎児=AB:ABと母親:胎児=AB:AAとなるMAFの閾値を決定する。その後、原因遺伝子変異のMAFの割合が、母親:胎児=AB:ABと母親:胎児=AB:AAのどちらのグループに属するか決定し、母親の遺伝子変異が胎児に遺伝しているかを決定する。本研究では常染色体劣性遺伝、もしくはX連鎖性疾患の保因者妊婦の血漿を同時に収集し、cfDNAを抽出後に、tailed PCRによりcommon SNP領域と原因遺伝子変異の領域を増幅し、NGSで解析する。また、出産に至った児の表現型、もしくは遺伝子型からNIP Tの結果について判定する。常染色体劣性遺伝やX連鎖性疾患で、母親が同じ原因遺伝子変異を有している場合は、胎児における変異の同定は非常に困難であることが予想される。

これまでの報告で母体血漿中に含まれるcfDNAのサイズ分布を調べると、胎児由来cfDNAでは母親由来cfDNAよりもサイズが小さいことが示されているためこの特徴を利用し、母体血漿から抽出したcfDNAから、胎児由来cfDNAを濃縮し、モザイク率を高めてからdeep sequenceすることにより、胎児の遺伝子変異の有無を明らかにする。一方、cfDNAは断片化が進んでおり、cfDNAやcfDNA由来のPCR産物を断片化し、アダプター配列のライゲーションを行うのは難しい。そのためPCRプライマーの5'末端にシーケンス用のアダプターを付加したtailed PCRを用いて、目的遺伝子領域の増幅を行う。アダプター配列が付加されたPCR産物をNGSでdeep sequenceし、変異箇所を数万回繰り返し読むことで低頻度モザイクの検出を試みる。
新しい概念のもとに考案した「心機能回復促進型左心補助人工心臓」の有用性の研究

心機能回復促進型左心補助人工心臓(RDLVAD)は、左室収縮期には左室の後負荷を著明に軽減する点と左室拡張期の左室弛緩・拡張を制限しない点を特徴とし、これによって不全心の機能回復を促進させるタイプの新しい左心補助人工心臓である。心尖部弁付きグラフト、伸展性のある後負荷調整室、連続流型血液ポンプからなる。模擬循環回路実験とウサギ摘出心灌流実験で、RDLVADの有用性および構成部分のサイズなどを検討した。1.構成部分のサイズなどの検討:この評価は重症左心不全状態を再現した模擬循環回路実験で主に行った。サイズの異なる3個の心尖部弁とサイズおよびコンプライアンスの異なる4個の後負荷調整室の合計12通りの組合せにおいて、それぞれの組合せが不全心の左重圧、後負荷調整室圧、心拍出量(=ポンプ流量)などに及ばす影響を検討した。心尖部弁内径がそれぞれ9と13mmの場合、RDLVADの後負荷軽減効果を充分実現するには弁が小さすぎることが判った。内径18mmの心尖部弁(内径23mmの大動脈弁の弁口面積の60%)の場合、後負荷調整室容積が一回抽出量の少なくとも半分以上あれば(約30ml)、コンプライアンスがかなり低くても(約0.1-0.6mL/mmHg)小さい心室圧仕事(平均収縮期左重圧約27mmHg,左室ピーク圧約47mmHg)で5.8L/minの最大心拍出量(=最大ポンプ流量)を出すことができ、充分な後負荷軽減効果と血液供給力が得られることが判った。2.RDLVADと連続流型左心補助人工心臓(CLVAD)の比較:CLVADはポンプ流量の増加につれ、左室の弛緩・拡張制限の危険が増すことを指摘してきたが、これを模擬循環回路および動物実験で証明した。また、動物実験ではポンプ流量を大きくしていくと、急に心拍数が増加する例が認められた。一方、RDLVADは左室弛緩・拡張を制限しないことを確認した。心機能回復促進型左心補助人工心臓(RDLVAD)の構成は、心尖部弁付きグラフト、後負荷調整室、遠心ポンプからなる。収縮期に後負荷調整室を低く設定することによって(0-10mmHg)、左室内血液を大動脈ではなく後負荷調整室にすべて駆出させる。これによって左室発生圧力を低く抑え、低左室仕事量を実現する。拡張期には、心尖部弁が閉鎖するため遠心ポンプの吸引が左室内まで及ばず、左室に充分な弛緩・拡張を与える。遠心ポンプは後負荷調整室内の血液を連続的に大動脈へ送血する。1)ウサギ摘出心灌流実験:RDLVADの心機能回復促進効果を分子生物学的に検討するため企画した。灌流装置を作製した後、ウサギ用のRDLVADを作製した。後負荷調整室には小型ゴム風船、遠心ポンプには自動車のウォッシャー液用ポンプ、心尖部弁付きグラフトには鶏の上行大動脈を使用した。左室脱血の定常流補助人工心臓(CLVAD)は連続的に左室から血液を吸引するため、ポンプ流量とポンプ回路圧は激しく変動し、回路圧は拡張期に-100mmHgにも達し、左室の極度の弛緩・拡張制限が示唆された。

一方、RDLVADはポンプ回路圧、ポンプ流量ともに安定しており、63%低い左室収縮力で20%多いポンプ流量を達成した。以上、RDLVADはより少ない左室負荷でより多くの血液を全身に供給できることが判った。2)RDLVADの至適デザインとサイズを検討するため模擬循環回路を作製した。まず、この模擬循環系で重症左心不全状態の模擬を企画した。この指標は、大動脈圧が80-90/50-60mmHg、心係数が1.0-2.2L/min/m^2、心拍数が100-110/minとした。駆動ポンプ設定、抵抗ニードル弁締め具合、コンプライアンスタンク容量(液・空気比)などを検討した結果、上記の重症左心不全状態を得ることができ、RDLVAD評価への準備が完了した。重症急性左心不全の回復は、左室の低仕事量と充分な弛緩・拡張の達成が鍵と考え、これを実現させる心機能回復促進型左心補助人工心臓(RDLVAD)を考案した。このRDLVADは、心尖部弁付きグラフト、後負荷調整室、遠心ポンプからなる。収縮期に後負荷調整室を低く保つことによって、左室に大動脈ではなく後負荷調整室に駆出させる。これによって低左室仕事量を実現する。このとき心尖部弁内径は駆出抵抗の主因となるので、昨年度作成した模擬循環回路における重症左心不全モデルを用い、RDLVADの心尖部弁の至適サイズを検討した。すなわち、心尖部弁内径が大きければ大きいほど駆出抵抗が少なくなるため左室発生圧力は低くなるが、その一方で左室心尖部への外科的損傷は大きくなるので、可能な限り最小の弁サイズを検討した。左心補助人工心臓を装着する前の重症左心不全状態(ベースライン)の血行動態は、心拍出量3L/min、心拍数100/min、大動脈圧80-90/50-60mmHg、左室拡張終期圧15mmHgと設定した。これに、大動脈弁内径に対する心尖部弁内径の比率がそれぞれ100%、75%、50%のRDLVADを装着し、血行動態がどのように変化するか検討した。1)50%の場合、左室圧はベースラインのそれを超えたため(大動脈遮断した場合)、50%ではRDLVADの利点を達成できないことが判った。2)100%の場合は、心拍出量(ポンプ流量)はベースラインの45%増加、収縮期圧時間係数は62%低下、平均大動脈圧は38%上昇、左室拡張終期圧は100%低下した。3)75%の場合、心拍出量は21%増加、収縮期圧時間係数は31%低下、平均大動脈圧は75%上昇、左室拡張終期圧は71%低下した。以上から、心拍数100/minの場合、心尖部弁が大動脈弁の75%であれば、RDLVADの低左室仕事量が達成できることが判った。心機能回復促進型左心補助人工心臓(RDLVAD)は心尖部弁付きグラフト、後負荷調整室(ACC)、遠心ポンプからなり、拡張期には不全心が充分に弛緩・拡張でき、収縮期には低い圧仕事で血液を駆出できる環境を作り出すことによって、不全心の機能回復を促進させる補助人工心臓である。心尖部弁サイズとACCのコンプライアンスが低左室圧仕事達成に及ぼす影響を検討した。1)模擬循環回路実験:模擬循環系の大動脈弁、僧帽弁はそれぞれ内径23、28mmとし、重症左心不全状態を再現した。模擬左室にRDLVADを装着した。RDLVADの心尖部弁は3サイズ(内径9、13、18mm:大動脈弁口面積の17、32、60%に相当)、ACCは4種類を評価対象とした。ACCはサイズが小さいものほどコンプライアンスも小さい傾向にあった。9mmおよび13mm弁の場合、左室圧仕事はACCコンプライアンスには無関係で弁サイズに依存し、9mm弁では低仕事は得られなかった。
ディジタル紙芝居から広がるICT活用教育の可能性～日韓の幼稚園における実践から～

中学校技術科の授業(情報処理分野)の中で日韓の類似した昔話をアニメーションGIFとして作成する実践研究を通して、(1)情報スキル(2)情報モラル(3)異文化理解(4)アサーティブな表現の4点について、能力の向上及び意識の変容が見られると考え本実践研究を行った。具体的には、日本の昔話「さるかに」と韓国の昔話「あずきがゆばあさんとトラ」のそれぞれについてアニメーション作成ソフトウェアを用い、アニメーション形式のディジタル紙芝居を作成した。ソウル大学韓敬九教授の協力を得、韓国の幼稚園で上演するとともに日本の幼稚園においても上演を行った。園児が自分たちの作成したディジタル紙芝居を鑑賞するという状況の設定は、生徒たちによい緊張感を与え、全生徒が学習活動に真摯に取組むという好影響を与えた。その結果が情報スキルの向上にもつながった。また生徒自身が、参考とした日韓の絵本についての使用許可を出版社に問い合わせる学習を通して、座学や視聴覚教材からだけでは学びきれない情報モラルの重要性について知ることができた。さらに、昔話は幼児を対象としたものであるため、その中で使用される言葉は非常にやわらかい表現が用いられている。物語を作成する中でアサーティブな表現についても学ぶことができた。本実践研究の結果、ICT学習においても、題材の選定により異文化理解をはじめとする様々な複合的教育効果をもたらすことができることが明らかとなった。