hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
負曲率空間の全曲率の幾何学

平成9年度においては、HamiltonやHuiskenによるcurvature flowを用いた曲面の変形を利用して、全曲率の変化を調べた。その結果、副産物として、ユークリッド空間の極小部分多様体についてのBernstein型の定理を証明することができた。が成り立てば、各u_k,は一次関数になる。「R^n上の関数uについて、そのグラフがユークリッド空間の極小超曲面ならば、uは一次関数になるか?」というのが、有名なBernstein問題である。この問題は、1969年に完全に解決され、n【less than or equal】7ならば正しくn【greater than or equal】8のときは反例があることが示された。そこで次の問題uにどんな条件をつければ、uは一次関数になると結論できるか?これについては、sup|Du|<∞なら正しいことがMoser(1961)によって示されている。この結果を拡張する形で、EckerとHuisken(1990)は、|Du(x)|=o(√<|x|^2+|u(x)|^2)>ならば正しいことを示した。本研究では、MoserとEcker-Huiskenの結果が、余次元が高いグラフでも成り立つことを示した。次の記号を使う。が成り立てば、各u^kは1次関数となる.定理u=(u^1,...,u^p):R^n→R^pのグラフが極小部分多様体であって,次の条件を満たす正数Lがあるとする。このときuは一次関数となる。M^n⊂R^<n+1>を超曲面とする。k次の平均曲率H_kをで定義する(ここでλ_1,..,λ_nはMの主曲率である)。kを奇数とする。M上の各点で∂/(∂λi)Hk>0 for∀iが成り立つとき、Mをelliptic typeと呼ぶことにする。ここで注意することは、kが奇数なのでelliptic typeかどうかは、単位法線ベクトルの取り方によらないということである。この定理は、Hoffman-Meeks[Inv.Math 101,373-377(1990)]のR^3の極小曲面に関するHalf spase theoremを高次の平均曲率に拡張したものである。彼らの証明のポイントは、極小曲面であるCatenoidが上下に無限に伸びている、ということである。そこで我々も同じアイデアを用いる。要点は次のよう。まず0(n)不変回転超曲面で、H_k=0なものを構成する。k,nの条件から、この超曲面はどの半空間にも含まれない。また0(n)不変という条件から、elliptic typeになる。Mが半空間に含まれると仮定したとき、この回転超曲面の半分を下から近づけて接触させ、最大値原理を使って矛盾をだす(最大値原理を使うときに、elliptic typeであることを利用する)。
筋活動入力で多自由度指運動が可能な電動グローブの開発と脳卒中リハビリでの効果検証

片麻痺者の上肢機能回復訓練を支援する電動グローブの開発に取組み、医療機関での臨床試験を通してリハビリ効果の評価を実施した。装置の開発については計画で掲げた実現すべき4つ機能、自動介助運動、多様な指運動、指先運動軌跡および指先力の測定機能、装具部の簡易着脱機能、はほぼ全て実現することができた。しかし、開発が大幅に遅れたために臨床評価試験は被験者1名での実施に留まった。1名のデータではあるものの、各種上肢機能評価試験を通して、優れたリハビリ効果が定量的に示されており、今後継続する臨床試験により、今回開発した装置を活用した訓練の片麻痺者の上肢機能回復への効果がより詳細に示されると期待される。本年度の研究の実績は以下のとおりである。(1)筋活動センサの製作実験用パワーグローブに用いる筋活動センサを3式製作した。従来タイプから感受面の素材と構造を変更し、長時間の連続測定でも利用者の負担とならないよう、測定性能を維持しながら感触を向上させた新タイプのセンサを実現した。このセンサを用いることで、本人の指運動努力を検出でき、これをパワーグローブの制御入力に用いることで運動努力に連動した他動運動が可能となる。(2)実験用パワーグローブの装具部と駆動装置の製作本研究申請当初は示指や中指の多自由度運動を可能とするリハビリ用グローブシステムの開発を想定していた。最終目的であるパワーグローブの利点を活かした新しい上肢リハビリ方法の実現をより確実なものとするために、我々は新たにロボットリハビリの分野で多くの研究実績を有する医学系研究者を共同研究者として招き、研究体制の充実を図ることとした。この新しい共同研究者より、多自由度の指運動という特徴をより活かす上で、示指や中指ではなく、拇指に自由度を配分した方が望ましい、また単純指運動の繰り返しではなく、5指全体を用いて日常生活動作に則した運動をリハビリプログラムに取り入れた方が良い、という助言を得たため、我々は装具部及び駆動装置の設計変更を行なうこととした。具体的には、拇指に屈伸運動、内外転運動、対立位とその解除、の3自由度、示指に屈伸運動で1自由度、中指、薬指、小指の3指を同期した屈伸運動をさせることとして1自由度、全体で合計5自由度を割り当てた。この自由度配置により、完成すれば飲料ボトルや、ドアノブの把持、飲料ボトルのフタ開閉、タブレットやスマートフォンのタッチパネル操作等の手指を用いて行なう一般的生活動作を交えた訓練が可能なシステムが構成可能となった。新しい共同研究者を迎え、その助言を取り入れて装置の自由度配置を変更することとなり、それに伴って研究計画の見直しを行った。新たな部品の製作も必要となり、27年度に当初予定していた実験装置開発工程と臨床評価試験の準備は後倒しのスケジュールに変更することとなった。そこで、予算執行のスケジュールも変更することとし、装置製作費として計上した予算の一部を28年度に繰越した。(1)実験用パワーグローブ一式の製作と動作確認の完了:昨年度にロボットリハビリに関する研究で経験豊富な研究分担者を新たに迎え、加わった新しい知見に基づいて、本研究で実現を目指すリハビリプログラムの内容と開発する機器の仕様の変更を行なった。それに伴い、装置の設計を変更し、新仕様の装置の製作を行なった。コントローラには10個のDCモータを配し、それを用いて装具部では拇指の屈伸、内外転、対立位とその解除、示指の屈伸、中指、薬指、小指の3指を同期させての屈伸、の合計5自由度を実現した。新設計の装置一式が完成し、動作確認まで完了した。(2)パワーグローブを用いたリハビリテーションプログラムの設計:確定したパワーグローブの詳細機能に基づき、臨床評価試験を担当する医学研究者らとともに、パワーグローブを活用した上肢リハビリプログラムの具体案を作成した。リハビリプログラムは上肢機能のレベル別に5つのコースを設定し、各コースの訓練項目の構成と各詳細を決定した。(3)効果検証試験の実施計画作成:効果検証試験の実施方法、評価方法、スケジュール等を含めた具体的な実施計画を作成した。各協力医療機関での被験者数や割り付け方法の決定、実施工程の作成、実施協力者の手配、スケジュールの作成、インフォームドコンセントに必要な書類作成、データ管理方法の確認等を行なった。評価の際の身体状況や運動機能の測定方法、時期、具体的項目、用いる評価指標を定めた。昨年度、医学系研究者一名を研究分担者に新たに向かえ、研究体制の更なる充実を図った。新加入の分担者の意見を踏まえ、より優れたリハビリプログラムおよびリハビリ機器を実現すべく、研究計画の見直しを行い、開発する装置の設計も変更した。それに伴い、実験用装置製作とそれを活用したリハビリプログラムの作成が申請当初の計画より後倒しとなった。

1名のデータではあるものの、各種上肢機能評価試験を通して、優れたリハビリ効果が定量的に示されており、今後継続する臨床試験により、今回開発した装置を活用した訓練の片麻痺者の上肢機能回復への効果がより詳細に示されると期待される。28年度は以下のように研究を推進する。(1)臨床評価用グローブシステムの完成:新しい自由度配置のグローブシステムは大まかな設計は定まり製作も始めていているが、一部の詳細設計が定まっていない。臨床評価試験を担当する医学系共同研究者と十分議論し、28年度早々に設計を完了し、製作を実施する。まずは一式を完成させ、動作確認した後に、残りの台数の製作に取り掛かる。臨床評価を3医療機関で実施する予定なので装置は全部で3台必要であり、残り2台を28年度前期中に完成させる。(2)リハビリプログラムの作成:装置製作と並行して、確定したパワーグローブの設計仕様に基づき、臨床評価試験を担当する医学研究者らとともに、パワーグローブを活用した上肢リハビリプログラムの設計を行なう。手、手指の麻痺の程度に合わせた訓練プログラムを用意する予定である。(3)臨床評価試験の準備:効果検証試験の実施方法、評価方法、スケジュール等を含めた具体的な実施計画を作成する。また各協力医療機関での被験者数や割り付け方法の決定や試験実施手順書の作成、実施協力者の手配、スケジュールの作成等、臨床評価試験の実施に向けた準備を行う。また本リハビリプログラムに適した評価方法についても検討を開始する。次年度は以下のように研究を推進する。(1)臨床評価用グローブシステムの複製評価試験に用いるグローブシステムは一式が本年度完成し、動作確認まで終了した。複数機関での臨床評価を可能とするために、これの複製に取り組み、6月までに完成させる。(2)臨床評価試験の実施7月に臨床評価試験を開始する。研究全体の遅れを取り戻すべく、評価試験の実施計画を見直して効率化を図り、研究期間終了までの目標達成を目指す。臨床評価試験は都内および九州地区の協力医療機関にて以下の要領で実施する予定である。リハビリ訓練の基本内容:脳卒中片麻痺患者の麻痺側の肩、上腕、前腕、手関節部は従来の作業療法による訓練プログラムを行い、手、手指に関連してグローブによる訓練を行う。手、手指の麻痺の程度に合わせた訓練プログラムを用意する。対象:脳卒中片麻痺患者20名程度。年齢50-89歳の男女とする。上肢機能はBrunnstrom recovery stage IVIを想定する。効果の評価:開始時と終了時の身体状況と運動機能を測定。身体状況は関節可動域,修正Ashworth尺度、脳卒中インパクト尺度(stroke impact scale)等を含む。運動機能はFugl-Meyer評価(上肢機能)、Wolf運動機能検査、STEFやペグテストなどで測定する。解析:アウトカムは,介入前後における両群の変化量について95%信頼区間を求めて有意差を判定する。また、フォローアップ時のアウトカムが計測できた場合は同様に有意差を判定する。医療工学本研究で開発した装置の応用研究として、米国の脳波研究者らと共同で、脳波から得られる利用者の運動意図に連動した指運動による上肢機能回復訓練の実現とその効果検証に関する研究を本格的にスタートした。
ナノ気孔を有する硬質多孔性炭素粒子を配合した高摩擦・耐摩耗エラストマーの開発

本研究では,合成ゴムに硬質多孔性のRBセラミックス粒子を配合した複合材料が水潤滑下,油潤滑下において高摩擦を示すための,好適なベースゴムの硬度, RBセラミックス粒子の平均粒径,配合率を実験的に明らかにした.さらに, RBセラミックス粒子配合ゴムを靴底に用いたサンダルを作製し,水で濡れた床面における耐滑性評価試験を通して,同材料が耐滑靴底材料として応用可能であることを示した.本研究では,合成ゴムに硬質多孔性のRBセラミックス粒子を配合した複合材料が水潤滑下,油潤滑下において高摩擦を示すための,好適なベースゴムの硬度, RBセラミックス粒子の平均粒径,配合率を実験的に明らかにした.さらに, RBセラミックス粒子配合ゴムを靴底に用いたサンダルを作製し,水で濡れた床面における耐滑性評価試験を通して,同材料が耐滑靴底材料として応用可能であることを示した.本研究の目的は,申請者らが開発した米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックスを合成ゴムなどのエラストマーに配合することにより,水や油などの流体存在下におけるエラストマーの高摩擦化,及び耐摩耗性の向上を実現することである.平成21年度では,合成ゴム(ニトリルブラジエンゴム:NBR)にRBセラミックス粒子を配合した複合材料の製造を行い,水潤滑下,油潤滑下における摩擦特性の解明を行った.ショア硬度が5575の6種類のNBRに,平均粒径161μm,314μm,690μm,1462μmのRBセラミックス粒子をそれぞれ2wt%,5wt%,8wt%配合したRBセラミックス粒子配合ゴムを作製し,実験に供した.摩擦試験は,半径4mmのSUJ2球を用いて,垂直荷重0.196N0.98N,すべり速度0.01m/sのもとで,水潤滑下において行われた.摩擦繰返し数は,100回とした.その結果,ショア硬度58以上のNBRにRBセラミックス粒子を配合することで,NBR単体に比べ高い摩擦係数を示すことが判った.また,RBセラミックス粒子の平均粒径が314μm以上において,NBR単体に比べ,高い摩擦係数を示し,配合率については5wt%の場合に,最も高いRBセラミックス粒子を5wt%配合したRBセラミックス粒子配合ゴムのSUJ2ボールに対する水潤滑下における静摩擦係数は幅広い荷重条件下で1.0以上となり,NBR単体に比べ,2.2から4.8倍の極めて高い値を示すことが判った.本件研究の目的は,申請者らが開発した,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックスの粒子を合成ゴムなどのエラストマーに配合することにより,水や油などの流体存在下におけるエラストマーの高摩擦化,及び耐磨耗性の向上を実現することである.平成22年度では,RBセラミックス粒子を配合した合成ゴムが水潤滑下,油潤滑下において高摩擦材料として利用可能な相手材料を明らかにした.3種類の平均粒径(145μm,409μm,776μm)のRBセラミックス粒子をそれぞれ5mass%ずつ配合した合成ゴム(NBR:ニトリルブタジエンゴム)を作製し,実験に供した.相手材料として,アクリル樹脂(HV:0.20GPa),ステンレス鋼SUS303(HV:1.84GPa),軸受鋼SUJ2(HV:7.51GPa)を用いた.その結果,水潤滑下,油潤滑下ともに,相手材料がRBセラミックス(HV:3.90GPa)よりも軟質な場合,RBセラミックス粒子を配合したゴムの摩擦係数は,未配合のゴムに比べ高い値を示した.これは,RBセラミックス粒子のマイクロスパイク効果と水膜・油膜吸収効果が発現したためであると考えられる.一方,相手材料がRBセラミックスよりも硬質な場合には,RBセラミックス粒子未配合のゴムに対するRBセラミックス粒子配合ゴムの摩擦係数の増加の割合は小さく,粒径によっては低下する場合も見られた.これは,相手材料がRBセラミックスよりも硬質であるため,上述のマイクロスパイク効果が発現せず,水膜・油膜吸収効果のみが発現したためと考えられる.以上のことから,RBセラミックス粒子配合ゴムは,RBセラミックスよりも軟質な相手材料に対して,RBセラミックス粒子のマイクロスパイク効果,水膜・油膜吸収効果が得られることから,高摩擦材料として応用可能であるといえる.本研究の目的は,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックスを合成ゴムなどのエラストマーに配合することにより,水や油などの流体存在下におけるエラストマーの高摩擦化,及び耐摩耗性の向上を目指すことである.平成22年度までの研究成果から,RBセラミックス粒子を合成ゴムやウレタン樹脂に配合することで,水や油で濡れた相手面に対して高摩擦を示すことが判った.この結果を受け,平成23年度では,RBセラミックス粒子配合ゴムの耐滑靴底材料としての応用の可能性を実験的に明らかにした.具体的には,これまでの研究から明らかにされている,RBセラミックス粒子の好適粒径(平均150μm),好適配合率(5mass%)ならびに好適なベースゴム硬度(57HS)に基づいてRBセラミックス粒子配合ゴムシートを作製し,市販のサンダルの底に貼り付けて,試験靴を作製し,耐滑性の評価を行った.

比較対象として,塩化ビニル(PVC),エチレン酢酸ビニル(EVA)を靴底素材とする市販のサンダルを用いた.耐滑性の評価試験として,携帯型靴・床すべり測定器を用いて,各試験サンダルと床面の静摩擦係数を測定した.床面は,樹脂製床面,タイル製床面の2種類であり,乾燥状態と水濡れ状態それぞれで測定を行った.その結果,PVC及びEVAを靴底材料に用いたサンダルは,水濡れ面に対する静摩擦係数は,0.5以下の値を示すのに対して,RBセラミックス粒子配合ゴムを靴底材料に用いたサンダルは,乾燥面,水濡れ面いずれに対しても,0.5以上の値を示すことが判った.人間の歩行中にすべりを生じずに安全に歩行するために靴底と床面の間に求められる静摩擦係数は0.5以上であることから,水濡れ面においてもRBセラミックス粒子配合ゴム底は実用に耐え得る優れた耐滑性を有しているといえる.
薬を肺に飛ばして結核を治す DDS の開発

抗結核薬を含有した微粒子製剤を経気道投与装置を用いて結核の疾患部位である肺胞に直接ピンポイント送達することが肺結核の治療にとって有用であることを明らかにした。このためには、乳酸とグリコール酸の共重合体であるPLGAを基剤として用いて、マクロファージに貪食されやすく、抗菌活性が高くしかも肺結核の疾患部位である肺胞にまで送達可能な微粒子製剤を調製することが必要であり、これらの目標を達成した。また、肺の総体積が数ミリリットルと小さなラットに微粒子製剤を肺全域に均一に送達可能にする経気道投与装置をVenturi効果を利用して開発することに成功した。抗結核含有微粒子製剤を結核患部である肺にピンポイント送達する薬物送達システム(DDS)によって、結核に対する根治療法を確立しようとするのが本研究の目的である。そのためには、1)各肺葉に微粒子製剤を均一に分布するように送達できる装置の開発、2)結核菌が集積している肺胞マクロファージに効率的に貧食され、しかもマクロファージに無害で、なおかつマクロファージ内で結核菌に対して抗菌作用を示す微粒子製剤の調製を行う必用がある。その結果、以下に示すような成果を得た。1.乳酸とグリコール酸の共重合体PLGAを基剤として用い、これに抗結核薬リファンピシンを含有させたDDS製剤は、粒子サイズが3μmの粒子が最も良く貧食され、抗結核作用も高かった。2.微粒子製剤は、肺胞マクロファージに対して全く無害であった。これは、PLGA微粒子製剤が貧食される際に、一酸化窒素(NO)やサイトカインを産生しないからである。3.ポリスチレンラテックス粒子は、貧食関連のレセプターとシグナル伝達レセプターを有しているが、PLGA粒子には貧食関連レセプターのみしか存在していないことが示唆された。4.新規の経気道投与装置の作成を行った。5. PLGA微粒子製剤の結核感染ラットに対する抗結核効果を経気道投与によって調べたところ、顕著な結核治療効果が見られた。経気道投与の有用性を示す世界で始めての結果である。以上の結果は、結核の根治療法がDDS製剤の径気道投与によって確立することが可能であることを云す、極めて意義ある成果であり、次年席以降、この成果を一層発展させたい。本年度においては以下に示すような実績を得ることができた。1.肺胞マクロファージの微粒子製剤貧食機構:微粒子製剤は、肺胞マクロファージ膜表面に存在する脂質に富んだリピッドラフトドメインを介して貧食されるが、貧食に伴って発生する生化学的シグナル伝達には関与していないことを明らかにした。貧食とシグナル伝達とは別個の部位において行われていることを明らかにした意義ある成果であると考える。2.肺間質マクロファージの性状と役割:本年度においては、間質マクロファージを単離し、その性状に関する研究を行った。肺胞マクロファージと比較するならば、その大きさは1/2程度、存在量は約20%であった。結核菌モデルとして用いたBCGは、このマクロファージに対し効率的に感染することも明らかになった。3.DDS製剤の投与装置の開発:本プロジェクトの最大の課題はDDS製剤を均一に肺内に分布させる投与装置を開発することである。DDS製剤の薬効評価に用いられているマウスなどの小動物に対する投与装置の開発を試みた。しかし、マウスの肺は1ミリリットル程度の極めて小さな密閉系であるので、その肺内に粒子を投与することは極めて困難である。しかし、我々は、フィリップ・ドリンカー型人工呼吸器を活用した投与装置の開発に着手し、小動物肺内にDDS製剤を均一に分布させることに成功した。4.ナノコンポジット粒子:ロイシンとアルギニンを賦形剤として用いることによって、肺内のような高湿度下でも安定なエアロゾル特性を示すナノコンポジット粒子の調製に成功した。5.結核感染モデルラットの作出:BCGをフロイント完全アジュバントにより感作したラットに感染させ、慢性の結核感染ラットを作出することができた。本年度に得られた研究実績を以下にまとめた。1.経気道投与装置により投与したDDS製剤の肺における分布:ベルヌーイの定理を活用し、Venturi効果を発生することのできる経気道投与装置を開発することに成功した。本開発装置人工呼吸器に接続し、DDS製剤を肺に投与したところ、5葉あるラットの肺へ均一に送達させることができた。2.結核モデル動物に対するDDS製剤の効果:肺結核を治療する上で重要なことは、病態の進行に合わせて治療の方策を練ることである。例えば、結核に特徴的な肉芽腫の形成は、病巣への治療薬の到達を妨げると考えられる。

急性結核モデルラットおよび慢性結核モデルラットを作出し、従来のリファンピシンの経口投与及びDDS製剤の経気管投与による抗結核効果を検討した。急性モデルに対する効果は経口及び経気管投与どちらも同じ程度であったが、慢性モデルに対する効果において、経気管投与は経口投与に比べ抗結核効果は1/4に減少していた。すなわち、慢性期において形成された肉芽腫が経気管投与したDDS製剤の効果を減弱させたことが明らかとなった。肉芽腫を伴う慢性結核を効果的に治療するためには、肉芽腫内部への薬物送達が重要である。3.ナノ粒子に対する肺胞マクロファージの取り込み活性:微粒子による肺胞マクロファージへの送達効率について、50-3,000 nmの種々の大きさの粒子を用いて研究を行った。肺胞マクロファージへの微粒子の送達効率は、3,000 nmにおいて最も高く、500 nmにおいて最も低くなることが判明した。興味深いことに、肺胞マクロファージは50-200 nmの大きさであれば、500 nmの微粒子より積極的に取り込むことが明らかとなった。基本的に当初の計画通りに研究は進展した。ただ、各研究課題を完成させるためには、一定の期間が更に必用である。次年度には、完成させることが可能であると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究は、基本的に当初の計画通り進展している。研究計画を変更する必用はないと考えている。研究を円滑に推進するためには、肺内へDDS製剤を均一に分布させる蓄肺性の経気管投与装置を完成させることが最重要課題である。
アミノサイクリトール抗生物質生合成遺伝子の機能解明と生物的類緑体合成への応用

Bacillus circulansにおけるプチロシン生合成遺伝子クラスターに存在するbtrS遺伝子を大腸菌で発現させ、その活性を調べることによって、本遺伝子がL-グルタミン:2-デオキシ-scyllo-イノソースアミノ基転移酵素遺伝子をコードしていることが明らかとなった。さらにこの遺伝子組み替え大腸菌で発現させたBtrSを電気永動的均一にまで精製し、その酵素的、分子的性質の解明を行った。BtrSは、Streptomyces griseusのL-グルタミン:scyllo-イノソースアミノ基転移酵素StsCと相同性を示す。StsCはストレプトマイシン生合成に関与する酵素であり、このタイプの酵素がアミノサイクリトール生合成系に普遍的に存在する可能性を示すものである。そこでBtrSとStsCの配列をもとにオリゴヌクレオチドを設計し、degenerate PCRによってネオマイシン生産菌S. fradiae、カナマイシン生産菌S. kanamyceticus、リボスタマイシン生産菌S. ribosidificusにおけるbtrS相同遺伝子の探索を行った。その結果、いずれの菌からもbtrSおよびstsCと高い相同性を有する配列を持ったDNA断片を得ることができた。興味深いことにこれらの配列は2-デオキシストレプタミン含有アミノサイクリトール生合成に関与するbtrSよりもイノシトール由来のアグリコンを持つストレプトマイシン生合成に関与するstsCと遥かに高い類縁性を示した。つまりbtrS類縁遺伝子の分類は、生産される化合物の分類ではなく微生物の系統的分類にしたがう。このことはアミノサイクリトール生合成遺伝子が比較的古くから存在する遺伝子であり、進化が垂直、水平の両方向で起こっていることを示唆するものである。Bacillus circulansのブチロシン生合成系における2-デオキシ-scyllo-イノソース合成酵素20kDaサブユニットの機能解明を目的として、遺伝子(btrC2)の取得を行い、40kDaサブユニットとの同時大量発現系を構築した。両サブユニットは大腸菌における同時発現系でもヘテロ二量体を形成した。40kDaサブユニットを単独で発現させた場合、精製過程で容易に酵素が沈巌してしまうなどの不安定性を示すが、ヘテロ二量体ではこのような不安定性は見られなかった。また40kDaサブユニットはB.circulansから精製した2-デオキシ-scyllo-イノソース合成酵素に比べて高い酵素活性効率を示すが、発現させたヘテロ二量体ではB.circulansの酵素に近い活性を示した。これらのことから20kDaサブユニツトは2-デオキシ-scyllo-イノソース合成酵素の活性発現には直接関与はしないが、酵素全体の安定性や活性調節に寄与していることが示唆された。さらにbtrC2破壊株を構築し、本遺伝子の生理的役割について検討を行った。遺伝子破壊株は野生株に比べて生育が悪くなるが、培地にアンモニウム塩を添加することによって生育は回復した。また本株はブチロシン生合成能を失っていた。このことから本タンパク質がブチロシン生合成のみならず一次代謝にも関与していることが示唆された。またブチロシン生合成遺伝子クラスター全領域の取得を目指して遺伝子歩行を行った。その結果上流側にL-グルタミン:2-デオキシ-scyllo-イノソースアミノ基転移酵素遺伝子を見いだした。さらに本遺伝子の大腸菌における発現系を構築し、予想された酵素活性を示すことを確認した。
ヒューマン・インターフェイスのための視覚情報処理機構に関する基礎的研究

本補助金による研究のテーマであるヒューマン・インターフェイスのための視覚情報処理機構はほぼ同じ構成メンバーによってすでに実施された、文部省科学研究費補助金総合B(代表今井四郎)「知覚研究における重点課題とそのモデル論的検討」でとりあげられたテーマをある形で引き継いでスタートしたものである。そしてこのテーマに関連した各種研究がおこなわれた。それは多岐にわたるものであったが、あえてそれらの研究成果をまとめると次のように要約出来よう。いずれの研究も知覚の環境認知のための情報処理機構としての役割に焦点を当てているが、今までの知覚研究ではその人間的側面にはほとんど光が当てられず、それぞれ関係する受容器を含む閉じられた系を中心に研究が行なわれて来たが、今回のテーマでの研究では人間全体をひとつの情報処理系とみなし、環境内のより複雑な情報の処理と、さらに外的刺激に決定論的に規定された知覚ではなく、人間をふくめた生物が主体的また積極的に情報の統合を行なう側面についても光が当てられた。今回の研究活動によって明らかになったもう一つの側面は、研究者間の学際的コミュニケーションが研究の発展にいかに重要であるか、ということである。たしかに今回のメンバーはすべて心理学をその第一の専門分野とする研究者であったが、各々の専門領域は広い範囲にわたっており、動物生態学から認知・知覚にまで及んでいる。また知覚も視覚に限定されていない。このような広い範囲の研究領域の研究者あいだの討議が今回の成果を産み出したといってよい。今年度は本科学研究費で扱われる課題の主なテ-マである「ヒュ-マン・インタ-フェイス」の概念規定について研究代表者・分担者の間で議論が行なわれた。このテ-マおよびそれに直接・間接に関わると思われる具体的研究の成果について知り、かつ論じるための会合が期間中に開かれた(12月;場所札幌)。この会合で扱われたテ-マのうち、具体的研究の成果に関するものは:1)等質視野内における知覚の変容2)仮想現実条件下における作業特性3)視野制限条件下の視覚情報処理一文字読みとりを中心として4)等輝度・低純度制激条件下の色彩視の特性などであったが、これらの研究とヒュ-マン・インタ-フェイスとの関連が種々論じられた。一方研究を分担している各研究者では、それぞれの分野で鋭意研究が進められおり、その成果は今年度中に各種学会誌や学会で発表されている。その研究テ-マは大きくわけて運動視を中心としたもの、錯視を中心としたもの、それに音楽などについての主観的評価に関するものである。運動に関するものでは仮現運動、3次元的運動、運動に関係した視覚中枢の神経生理学的過程、および運動視の計算理論などがあり、錯視に関連したものではその位相幾何学的分類、Fraserのダイナミック特性などがある。また音楽の評価ではその連続評価法による諸特性の解明などがある。概して各個の研究が今のところ別々に行われているが、これらの研究はすべて何らかの形でヒュ-マン・インタ-フェイスに関連するところであり、各研究者がそれぞれの研究の遂行を通じてその概念を明確にすることが出来ると信ぜられる。今年度は、本補助金による研究の中心課題であるヒューマン・インターフェイスの概念規定については、各研究者ともあまり深く立ち入らず、それぞれの領域での個別の研究がすすめられた。それは以下のとおりである。1)主観的輪郭線の基礎過程これは主観的輪郭線を生じさせるような視覚的パターンの「しきい値」を測定することによって、それを成立させているのは、輝度システムに基づくエッジ情報か、それとも色システムに基づく領域情報かを探るものである。結果は主観的輪郭線を生じさせるパターンの種類によってそのいずれもが関与することが示唆された。2)知覚的恒常性を成立させる条件空間的に展開されるある種のテクスチャを持つ2次元平面と、立方体など立体を比較した場合、立体の方に恒常性がより強くみられた。これらにかんがみ、恒常性が完全でないときにある種の認知的推移が起こり、これと一般的なパターン認知における変換との関連性が示唆された。

3)視野制限条件下での「読み」これらについてさらに一層緻密な分析的研究が続けられ、眼球運動の役割が解明された。4)視覚の時間分解能に関連して、その空間的特性が密接な関係をもつことが明らかにされた。5)日常的な環境における、具体的事物を音原とする聴覚的刺激(たとえば街のなかの騒音)の主観的尺度化の試みは継続され、それらの物理的特性との関連がより明確化された。これらのもろもろの成果が、ヒューマン・インターフェイスと如何に関わりあうかは今後の課題として、各研究者がこれに引き続き取り組むことになっている。今年度は、本補助金による研究の最後の年度にあたるのでヒューマン・インターフェイスの概念規定について研究会を開いた折に若干論じられた。またそれとは別にそれぞれの領域での個別の研究がすすめられた。それらのうち主なものは以下のとおりである。1)主観的輪郭線知覚への輝度および色チャネルの寄与と、それらが刺激の幾何学的特徴によって補間的に働くことがさらに確認された。また主観的輪郭線知覚の生成の時間的要因の検討から、それに関与する多重特徴抽出機構の高次視覚野での情報調和的統合機構についての示唆を得た。2)視野制限下の「読み」では眼球位置に対応して窓が動く「移動窓法」とその条件下のサッケードの距離から読みのための有効視野を推定できた。3)従来から行なわれて来た2次元平面内の文字検索タスクを3次元空間のそれに発展させると、そのことによる探索時間の延長がみられた。4)ミュラー・リヤー錯視において図形を全体的に提示するか部分的にするかによって錯視量に大きな差があらわれた。また後者の条件において能動的に提示した場合は単に受動的にそれを行なった場合にくらべて僅かながら錯視量は大きかった。5)複数の単音を継時的に聴取したときそれが連続的に聞こえるか断続的に聞こえるかについて、継時マスキングの結果と音の減衰のエンベロープ・パターンからモデル化された。現実場面の音声や音楽演奏の聴取は、このようにして生成されたモデルによく適合することが示された。6)仮現運動の生起に関係する刺激の物理的要因と観察者の主体的要因(たとえば注意や指示)の間の相互依存性について調べられ、両者の間のマッピングが行われた。
てんかん遺伝子研究の治療への展開:変異蛋白機能補正とSynprint仮説を応用した、新たなてんかん薬の開発

部分発作の二次性全般化発作への進展部位と考えられている、皮質海馬路の興奮性伝播に関わる蛋白リン酸化酵素の機能を、神経活動二次元画像解析装置optical-MED64と神経伝達物質遊離測定装置in vivomicrodialysisを用いて検討した。A型蛋白リン酸化酵素(PKA)は興奮性アミノ酸glutamateの遊離を亢進し興奮性伝播を増強するが、C型蛋白リン酸化酵素(PKC)は興奮性glutamate系神経伝達よりも抑制性GABA系神経伝達を亢進し、相対的には興奮性伝播を抑制する可能性を示唆した。神経伝達物質開口分泌機構における細胞外及び細胞内カルシウムシグナリングの機能解析も試みたが、N型カルシウムイオンチャネルを通過し細胞内に流入したカルシウムイオンは粗面小胞体上に分布するイノシトール三リン酸受容体を活性化し、細胞内カルシウムストアーからのカルシウム流入を発現させる。一方、P型及びL型カルシウムイオンチャネルを通過し細胞内に流入したカルシウムイオンは、粗面小胞体上に分布するリアノジン受容体に内蔵されているカルシウムイオンチャネルを活性化し、細胞内カルシウムストアーからのカルシウム流入を発現させる。非興奮時では、N型カルシウムイオンチャネル・イノシトール三リン酸受容体機能的複合体が神経伝達物質開口分泌を有意に制御していた。しかし、過剰興奮時では、N型カルシウムイオンチャネル・イノシトール三リン酸受容体とL型・P型カルシウムイオンチャネル・リアノジン受容体の機能的複合体の序列が乱れ、L型・P型カルシウムイオンチャネルを通過したカルシウムイオンチャネルはリアノジン受容体だけではなくイノシトール三リン酸受容体をも活性化し、同様にN型カルシウムイオンチャネルを通過したカルシウムイオンチャネルはリアノジン受容体とイノシトール三リン酸受容体を活性化した。モノアミン・グルタミン酸・GABAの開口分泌機構の解析を試みた。モノアミンではC型蛋白リン酸化酵素活性を介した、N-型カルシウムイオンチャネル・syntaxinの複合体分離-形成過程が基礎遊離を規定する主要機構であった。一方、脱分極性神経伝達物質遊離は、A型蛋白リン酸化酵素活性を介した、P-型カルシウムイオンチャネル・synaptobrevinの複合体分離-形成過程が主要規定機構であった。グルタミン酸の脱分極性遊離機構では、モノアミン同様にA型蛋白リン酸化酵素活性を介した、P-型カルシウムイオンチャネル・synaptobrevinの複合体分離-形成過程が主要規定機構であった。GABAの基礎遊離は、モノアミン同様にC型蛋白リン酸化酵素活性を介した、N-型カルシウムイオンチャネル・syntaxinの複合体分離-形成過程が主要機構であり、また脱分極性遊離は、A型蛋白リン酸化酵素活性を介した、P-型カルシウムイオンチャネル・synaptobrevinの複合体分離-形成過程が主要規定機構であり・モノアミン・グルタミン酸と同様の結果を得た。Optical-MED64を用いた神経興奮性伝播の解析でも、A型蛋白リン酸化酵素活性の亢進とN-型カルシウムイオンチャネルの抑制環境下では、興奮性伝播がむしろ増強する結果を得た。以上の結果から、A型蛋白リン酸化酵素活性を介した、P-型カルシウムイオンチャネル・synaptobrevinの複合体分離-形成過程を抑制することで、過剰興奮の伝播を抑制しうる可能性が示唆される。本研究結果は、カルバマゼピンが神経伝達物質遊離機構を制御することで、情動安定化作用・抗てんかん作用を発現する可能性を示唆するものであり、各種受容体の機能を調整することで臨床効果を発現する従来の神経精神疾患治療薬とは明らかに異なる作用機序であり、今後、神経伝達物質遊離制御を主要作用機序とした、新たな治療薬の開発のコンセプトを提唱するものと考えられる。神経伝達物質開口分泌機構における細胞外及び細胞内カルシウムシグナリングの機能解析を試みた。N-型カルシウムイオンチャネルを通過し細胞内に流入したカルシウムイオンは粗面小胞体上に分布するイノシトール三リン酸受容体を活性化し、細胞内カルシウムストアーからのカルシウム流入を発現させる。

一方、P-型カルシウムイオンチャネルを通過し細胞内に流入したカルシウムイオンは、粗面小胞体上に分布するリアノジン受容体に内蔵されているカルシウムイオンチャネルを活性化し、細胞内カルシウムストアーからのカルシウム流入を発現させる。非興奮時では、N-型カルシウムイオンチャネル・イノシトール三リン酸受容体機能的複合体が神経伝達物質開口分泌機構を有意に制御していた。しかし、過剰興奮時では、N-型カルシウムイオンチャネル・イノシトール三リン酸受容体とP-型カルシウムイオンチャネル・リアノジン受容体の機能的複合体の序列が乱れ、P型カルシウムイオンチャネルを通過したカルシウムイオンはリアノジン受容体だけではなくイノシトール三リン酸受容体をも活性化し、同様にN-型カルシウムイオンチャネルを通過したカルシウムイオンはリアノジン受容体とイノシトール三リン酸受容体を活性化した。今年度は以上の細胞内カルシウムイオンのシグナルカスケードをモノアミン遊離で検証した。部分発作の二次性全般化発作への進展部位と考えられている、皮質海馬路の興奮性伝播に関わる蛋白リン酸化酵素の機能を、神経活動二次元画像解析装置optical-MED64と神経伝達物質遊離測定装置in vivomicrodialysisを用いて検討した。A型蛋白リン酸化酵素(PKA)は興奮性アミノ酸glutamateの遊離を亢進し興奮性伝播を増強するが、C型蛋白リン酸化酵素(PKC)は興奮性glutamate系神経伝達よりも抑制性GABA系神経伝達を亢進し、相対的には興奮性伝播を抑制する可能性を示唆した。神経伝達物質開口分泌機構における細胞外及び細胞内カルシウムシグナリングの機能解析も試みたが、N-型カルシウムイオンチャネルを通過し細胞内に流入したカルシウムイオンは粗面小胞体上に分布するイノシトール三リン酸受容体を活性化し、細胞内カルシウムストアーからのカルシウム流入を発現させる。しかし、過剰興奮時では、N-型カルシウムイオンチャネル・イノシトール三リン酸受容体とP-型カルシウムイオンチャネル・リアノジン受容体の機能的複合体の序列が乱れ、P-型カルシウムイオンチャネルを通過したカルシウムイオンはリアノジン受容体だけではなくイノシトール三リン酸受容体をも活性化し、同様にN-型カルシウムイオンチャネルを通過したカルシウムイオンはリアノジン受容体とイノシトール三リン酸受容体を活性化した。
大腸菌リボソームの可塑性と表現型進化の機構解明

大腸菌rrnオペロン完全欠損株Δ7を宿主とした異種16S rRNAの機能相補株として、大腸菌とは門レベルで異なるAcidobacteria、FIrmicutes、Bacteroidetes門に帰属される16S rRNAを見出した。大腸菌とは進化系統的に非常に乖離した16S rRNAが機能的であることは、16S rRNA遺伝子の進化中立性をさらに補強する成果である。また、系統の異なる生物種間で組換わったと思われるキメラも見出された。以上の結果は、16S rRNAが系統を超えて遺伝子組み換えにより進化することを強く示唆している。課題1年目にあたる平成26年度は、環境ゲノムおよび進化に生じ得た過渡的な16S rRNAなど、種々の16S rRNA遺伝子を取得し、大腸菌リボソームにおける機能をスクリーニングした。環境ゲノムを用いた16S rRNA遺伝子の機能相補実験については、全長16S rRNA遺伝子を増幅するプライマーをいくつかのパターン設計し、スクリーニングを行った。その結果、16S rRNAの微生物起源によっては、遺伝子の末端付近にミスマッチが導入されてしまう場合があり、これが機能に影響することが判明した。また同様の箇所におけるミスマッチであっても、その種類によっては、リボソーム活性を失わずに、薬剤耐性を獲得するという発見した。ミスマッチの効果とは別に、それを排除できるように新たに設計したプライマーを用いて環境16S rRNA遺伝子を機能スクリーニングしたところ、従来知られているものよりもさらに遠縁、すなわち門レベルで異なる微生物由来の16S rRNA遺伝子が機能相補可能なことを見出した。これらの遺伝子について「なぜ機能し得たか」を解析した。機能性16S rRNA遺伝子のマルチプルアラインメントと、ゲノムデータベース上に登録されている16S rRNA遺伝子を系統群ごとにマルチプルアラインメントを作成し、座位ごとの多様度を解析する手法により、大腸菌で機能する16S rRNA遺伝子について、機能性16S rRNAに特徴的な領域が存在することが判明した。バイオインフォマティックスによる祖先型の推定については、大腸菌とサルモネラ菌の共通祖先などを推定し、さらに共通祖先から現存する子孫へ進化してきたであろう進化史を表現する派生遺伝子を推定した。これらについて、幾つかの遺伝子の合成を行った。昨年度までに、大腸菌rrnオペロン完全欠損株Δ7を宿主とした異種16S rRNAの機能相補株として、大腸菌とは門レベルで異なるAcidobacteriaに帰属される16S rRNAを複数単離した。配列相同性は78-79%程度であった。Acidobacteria門16S rRNAの中でも最も生育に遅れの見られたNS5株について、継代培養による生育復帰株の獲得を試みた。NS5株を3系統(A, B, C)に分け、対数増殖期に菌体を植え継ぐ方法で37°C、栄養培地にて連続培養を行った。2週間後に各系統から3株ずつを寒天培地上で単離した。これらの株よりゲノムDNAを調製し、新学術領域「ゲノム支援」の支援を受け、全ゲノム解析を行った。その結果、各系統のいずれの3株も独立した変異株であり、A系統及びB系統の各3株において、同一のリボソームタンパク質をコードする遺伝子内にアミノ酸置換を伴う塩基変異を見出した。A系統、B系統では別々のアミノ酸置換であり、これらの変異が適応進化の原因であることが強く示唆された。大腸菌リボソームの立体構造上の位置を確認したところ、16S rRNAと変異アミノ酸部位との距離が3オングストローム以内であった。C系統においては、A, B系統とは別のリボソームタンパク質中に塩基置換を見出した。これらは3株間で共有されていた。Acidobacteria由来16S rRNAのNS11については大腸菌16S rRNAとドメインキメラを作成し、生育速度を比較した。その結果、3'マイナードメインを置換したものについて大幅な生育回復が見られた。さらに部位特異的な塩基置換により重要な部位を絞り込んだところ、わずか1塩基対を大腸菌型に変えることで同等の生育復帰が観察された。300塩基以上の異なる16S rRNAでもわずか数塩基の置換で機能回復が見られることは、大半の異なる塩基が機能的に中立であることを示している。大腸菌16S rRNAの欠損株を相補する異種16S rRNAをスクリーニングするという手法により、大腸菌とは系統的に門レベルで異なる生物由来の16S rRNA(Acidobacteria由来)を獲得したことは、16S rRNAが進化系統的な分子マーカーとして確立されていることに鑑み非常に驚きであり、インパクトは大きい。さらに、Acidobacteria 16S rRNAの一つ、NS5の増殖復帰実験により、生育復帰株を得た。この復帰株獲得には最大でも2週間しか要しておらず、従来の長期にわたる継代培養よりもはるかに短時間であった。このことは、リボソームの可塑性を示している。また、新学術領域「ゲノム支援」による支援解析を受けることができ、全ゲノムレベルでの比較解析までを加速的に進めることができた。リボソーム可塑性の実験的な証明と進化実験によるさらなる確証は、当初の計画以上に大きな進展であった。また、Acidobacteria 16S rRNAの一つNS11株については、配列ー機能相関に供し、わずか数塩基の置換で生育復帰を果たすことができることを証明した。

このことは、リボソームの機能不全を16S rRNA内の復帰変異やリボソームタンパク質の変異など、複数のルートで可能なことを示している。また変異の多くが中立であることは、16S rRNAが進化分子時計としてふさわしいことの証明でもある。上記の通り、本年度は、リボソームの機能可塑性について、様々な角度から証明することができ、当初の予定をはるかに上回る成果を得られたと考えている。大腸菌rrnオペロン完全欠損株Δ7を宿主とした異種16S rRNAの機能相補株として、大腸菌とは門レベルで異なるAcidobacteriaに帰属される16S rRNAを複数単離した。配列相同性は78-79%程度であった。Acidobacteria門16S rRNAの中でも最も生育に遅れの見られたNS5株について、継代培養による生育復帰株の獲得を試みた。NS5株を3系統(A, B, C)に分け、対数増殖期に菌体を植え継ぐ方法で37°C、栄養培地にて連続培養を行った。2週間後に各系統から3株ずつを寒天培地上で単離した。これらの株よりゲノムDNAを調製し、新学術領域「ゲノム支援」の支援を受け、全ゲノム解析を行った。その結果、各系統のいずれの3株も独立した変異株であり、A系統及びB系統の各3株において、同一のリボソームタンパク質をコードする遺伝子内にアミノ酸置換を伴う塩基変異を見出した。A系統、B系統では別々のアミノ酸置換であり、これらの変異が適応進化の原因であることが強く示唆された。大腸菌リボソームの立体構造上の位置を確認したところ、16S rRNAと変異アミノ酸部位との距離が3オングストローム以内であった。C系統においては、A, B系統とは別のリボソームタンパク質中に塩基置換を見出した。これらは3株間で共有されていた。Acidobacteria由来16S rRNAのNS11については大腸菌16S rRNAとドメインキメラを作成し、生育速度を比較した。その結果、3'マイナードメインを置換したものについて大幅な生育回復が見られた。さらに部位特異的な塩基置換により重要な部位を絞り込んだところ、わずか1塩基対を大腸菌型に変えることで同等の生育復帰が観察された。300塩基以上の異なる16S rRNAでもわずか数塩基の置換で機能回復が見られることは、大半の異なる塩基が機能的に中立であることを示している。大腸菌rrnオペロン完全欠損株Δ7を宿主とした異種16S rRNAの機能相補株として、大腸菌とは門レベルで異なるAcidobacteria、FIrmicutes、Bacteroidetes門に帰属される16S rRNAを見出した。大腸菌とは進化系統的に非常に乖離した16S rRNAが機能的であることは、16S rRNA遺伝子の進化中立性をさらに補強する成果である。また、系統の異なる生物種間で組換わったと思われるキメラも見出された。以上の結果は、16S rRNAが系統を超えて遺伝子組み換えにより進化することを強く示唆している。当初計画以上に進展している。とくに、環境ゲノムからの遺伝子増幅の際に、プライマー配列を再検討した結果、遺伝子の開始部位付近にプライマーと鋳型の組み合わせによってはミスマッチが生じてしまうことを見出した。
絶対位置情報に基づく自動車の自動運転システムの開発

本研究では,絶対位置情報の車両運動制御への利用性を検討するために,DGPSを利用した絶対位置情報の推定手法の構築と絶対位置情報に基づく車両運動制御系の構築を行った.DGPSのみによって獲得した絶対位置情報には,精度,遅れ,サンプル周期の問題があり,そのまま車両運動制御に利用することは困難である.そこで,DGPSからの絶対位置情報と車両運動状態量を情報を統合することにより,車両運動制御に利用するために十分な精度とリアルタイム性を有する絶対位置および車両方位角の推定手法を提案した.この手法により20[Hz]のサンプルレートで遅れのない絶対位置および車両方位角情報が獲得できることをシミュレーションおよび実験で明らかにした.また,獲得した絶対位置情報を車車間通信で送受信し,通信遅れの影響を補償することにより周囲車両の高精度な相対位置情報が獲得できることを実験で明らかにした.絶対位置情報を利用した車両運動制御として,目標コースに自動追従する操舵制御システムの開発を行った.この制御の特徴は,追従対象の目標コースが書きかえ可能なデジタルデータとして記述されていることである.この特徴により,進路変更や車線変更,障害物回避の要求に応じて自由に目標コースを変更することが可能である.これは,自動運転システムの横方向制御において,進路変更,車線変更,インシデントに対処する際の融通性を向上するものである.実験により15[cm]以下の精度コース追従ができることを明らかにした.またインフラからコース上の障害物情報を送信することにより,車両が目標コースを適切に変更して障害物を回避する制御系を構築し,その有効性を実験により明らかにした.本研究では,絶対位置情報の車両運動制御への利用性を検討するために,DGPSを利用した絶対位置情報の推定手法の構築と絶対位置情報に基づく車両運動制御系の構築を行った.DGPSのみによって獲得した絶対位置情報には,精度,遅れ,サンプル周期の問題があり,そのまま車両運動制御に利用することは困難である.そこで,DGPSからの絶対位置情報と車両運動状態量を情報を統合することにより,車両運動制御に利用するために十分な精度とリアルタイム性を有する絶対位置および車両方位角の推定手法を提案した.この手法により20[Hz]のサンプルレートで遅れのない絶対位置および車両方位角情報が獲得できることをシミュレーションおよび実験で明らかにした.また,獲得した絶対位置情報を車車間通信で送受信し,通信遅れの影響を補償することにより周囲車両の高精度な相対位置情報が獲得できることを実験で明らかにした.絶対位置情報を利用した車両運動制御として,目標コースに自動追従する操舵制御システムの開発を行った.この制御の特徴は,追従対象の目標コースが書きかえ可能なデジタルデータとして記述されていることである.この特徴により,進路変更や車線変更,障害物回避の要求に応じて自由に目標コースを変更することが可能である.これは,自動運転システムの横方向制御において,進路変更,車線変更,インシデントに対処する際の融通性を向上するものである.実験により15[cm]以下の精度コース追従ができることを明らかにした.またインフラからコース上の障害物情報を送信することにより,車両が目標コースを適切に変更して障害物を回避する制御系を構築し,その有効性を実験により明らかにした.平成10年度の研究計画では、絶対位置情報に基づいた自動運転システムの構築とその基礎実験を行い、一力学系とみなした多台数車両による自動追従実験の準備を行う予定であった。実際に実施した研究の概要を以下に示す。(1)絶対位置情報に基づいた自動運転システムの構築に関する研究・絶対位置計測システムの作成・絶対位置情報に基づく自動操舵システムの構築・シミュレーションによるコース追従運転の検証・操舵制御による目標コースへの自動追従走行基礎実験・シミュレーションと実験結果の評価(2)一力学系とみなした車両群の最適な制御に関する研究・プラトゥーンを一力学系として扱った制御系の構築・シミュレーションによる制御系の評価・実験車による縦方向制御(モデルマッチング制御)実験・複数車両(2台)による状態量通信実験本年度に計画されていた研究は計画どおり完了した。DGPSによる絶対位置捕捉、情報の補完・加工等、シミュレーションで解決された問題はすべて実験でも解決され、コース追従自動運転実験も成功した。また、本研究の大きな目標であるより高度な車両追従運転(プラトゥーン走行)の前段階として、各車両の加減速特性を一致させるモデルマッチング制御にも試み、シミュレーション・実車実験を行った。来年度以降は、絶対位置から計測される各車両間の相対距離を用いた、より高度な車両追従実験を行う予定である。平成11年度は,絶対位置情報の車両運動制御への利用性を検討するために,DGPSを利用した絶対位置情報の推定手法の構築と絶対位置情報に基づく車両運動制御系の構築を行った.DGPSのみによって獲得した絶対位置情報には,精度,遅れ,サンプル周期の問題があり,そのまま車両運動制御に利用することは困難である.そこで,DGPSからの絶対位置情報と車両運動状態量を情報を統合することにより,車両運動制御に利用するために十分な精度とリアルタイム性を有する絶対位置および車両方位角の推定手法を提案した.この手法により20[Hz]のサンプルレートで遅れのない絶対位置および車両方位角情報が獲得できることをシミュレーションおよび実験で明らかにした.また,獲得した絶対位置情報を車車間通信で送受信し,通信遅れの影響を補償することにより周囲車両の高精度な相対位置情報が獲得できることを実験で明らかにした.絶対位置情報を利用した車両運動制御として,目標コースに自動追従する操舵制御システムの開発を行った.この制御の特徴は,追従対象の目標コースが書きかえ可能なデジタルデータとして記述されていることである.

この特徴により,進路変更や車線変更,障害物回避の要求に応じて自由に目標コースを変更することが可能である.これは,自動運転システムの横方向制御において,進路変更,車線変更,インシデントに対処する際の融通性を向上するものである.実験により15(cm)以下の精度コース追従ができることを明らかにした.またインフラからコース上の障害物情報を送信することにより,車両が目標コースを適切に変更して障害物を回避する制御系を構築し,その有効性を実験により明らかにした.