hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
反復運動スキルを対象とした熟達化支援

人間の統合運動の一環として,反復運動を取り上げ,それを支援する情報システム技術の研究を行った.具体的な対象は,縄跳び運動とフラフープ運動である.これらは,運動の方向性が異なる単調な運動であるが,その運動要素には,運動タイミングの位相差があり,学習に際しては段階的な習熟化が必要である.そこで,本研究では映像解析やセンサを用いた観測と,視覚,聴覚的フィードバックによる学習支援環境を構築し評価を行った.本研究では,連続運動を対象としているが,中でも移動を伴わないフラフープ運動や縄跳び運動を運動スキルとして取り上げ,そのモニタリング・分析および学習支援を行なっている.平成27年度は,まず連続運動のセグメント化およびセグメント化した単位運動の取得技術を開発した.セグメント化せずに支援するアプローチも試行しているが,こちらについては,数値データとして評価することが困難であり,継続実施していくこととする.フラフープ運動の学習に際しては,フラフープに加振する腰部運動の周期および運動の幅・タイミングに関する微調整が要点として挙げられる.そこで,単位運動を切り出すためのモニタリングしたデータに対するセグメント化を実施し,学習者の内部モデル同定からの習熟を支援するアプローチとして,取得データのリアルタイム判定から次の加振タイミングを計算する手法を開発し,国際会議(ICKM)にて発表した.一方で,縄跳び運動の学習としては,二重跳びスキルの詳細な分析を行う処理技術を設計した.本研究では,一重跳びと二重跳びの間にある差を,映像による二次元の運動軌跡から解析し,非同期的ではあるが,フィードバックを与える手法をシステム実装した.二重跳びが不得手な学習者に対して,縄を持たない段階での学習過程を3ステージ,縄を持った総合的なステージと合わせて4ステージで計画し,本研究で開発したシステムを適用した.この手法については,国際会議(KES)にて発表した.このような二つの反復運動(連続運動からセグメント化を実施して,一定の同様な運動の繰り返し)に関する習熟化の抽象化はまだ継続的に検討を進める必要があるが,個々の運動に関しては,熟達化に関する学習戦略を初期検討して実装を進めている.これらについては,国内の学会等でも発表を実施した.研究開始時のキックオフミーティングを実施し,代表者・分担者・協力者相互に,年度計画を確認して取り組んでいる.当初の計画通り,内容面では進んでいるが,国際会議発表に止まっており,論文化できていない.その意味では進捗としてやや遅れているものと認識している.主たる原因は,当初予想してた被験者よりも,本研究の対象として認められる被験者がかなり限定的になってしまったため,比較的少数の被験者ということであった.例えば,縄跳び支援においては,一重跳びができても二重跳びが困難な成人(経験はあるが一定期間以上未経験)というような要件が必要となったため,該当者が実際には少数となってしまった.一方で,研究課題のサブ課題に対しては,検討・設計および実装に関しては,概ね問題なく進んでいる.特に,モーションキャプチャからの取得データやビデオ映像からの動画像データの解析技術開発および,各運動を習熟化していくための要素技能の特定については,一定の研究進捗が認められる.フラフープに関しては,ある時刻における次の加振タイミングを重み付き移動平均によって算出していたが,その問題点を検討し,新しい手法を導入した.また,加振する幅についても検討を行い,フラフープの継続的運動に繋がらない被験者に対しては,自然落下しないフラフープ練習装置を開発し,それによって評価を実施している.また,縄跳び運動に関しては,映像解析だけでも一定の支援技術が開発できているが,この場合リアルタイム処理ができないという点と,視覚的支援に重点が置かれるため,聴覚やリアルタイム支援への展開が課題として挙がっている.反復運動を対象とした,運動スキル開発の新しい支援手法の提案に取り組んでいる.平成28年度は,その前年度に実施した非同期的支援を発展させつつ,同期的支援に着目した支援手法の開発にも注力した.平成28年度の研究成果は,国内外の学会等において比較的多くの実績に繋がっている.まず,非同期系の支援手法では,縄跳び運動の学習を対象に,要素技術として動画解析を進めてきた.動画解析に際しては,パーティクルフィルタを応用することによって,二重跳びの周期運動に対する縄の速度分析に成功し,発表している.この分析結果は,縄跳びにおける周期運動の加振タイミングを指南するのに役立つことが見込まれる.さらに,縄跳びに関する学習戦略においては,4段階での学習プロセスに含まれる運動要素毎の分析手法を詳細化し,その統合化での学習支援を進める形式でのシステム設計を行った.次に,同期的な支援手法として,縄跳びだけでなくフラフープといった類似した運動を対象に,モーションキャプチャやセンサを用いた学習支援手法を設計・実装し,発表を行った.運動技能の本質を,タイミング,グレーディング,スペーシングによってモデル化し,回帰分析を導入することによって,反復運動の発動制御を学習する手法を提案した.数理モデルに対して,身体運動として実現する際には,理想解通りには動けないため,ある程度の補正を,特定の方向にかける必要がある.このための,データ取得と分析に基づいて,これらの具体的な実装を行った.また,運動の対象を広げることにより,同期・非同期の両面からの支援に拡充させるべく,運動感覚の記録や再生,選択的フィードバックの方法論を検討した結果,複数のシステム提案としての発表に繋がっている.平成28年度では,研究組織(代表者,分担者,協力者)の定期的なミーティングを通じて,活発な研究と外部への発表を展開し,おおむね順調に進展していると判断できる.

特に,反復(周期)運動の中でも短時間での運動を捉える必要のある二重跳びを対象に,動画像分析した結果,加振するタイミングについて,新たな知見を得て発表を行った.この結果は,学習支援する際の効率化に寄与することが可能である.そのために,観測自体をリアルタイムに行いつつ,得られた適切な加振タイミングに対して,認知的な特性や,反応までの遅延を考慮した補正を行う必要があると考えている.つまり,反復運動における運動のセグメント化をせずとも,時系列データの中で特徴点をとらえて,そこからの相対的なタイミングでの支援を行う手法についても着手している.したがって,その補正の方法等についてもシステム設計し,一次評価を実施している.また,フィードバックのメディアとしては,初学者にとってはシンプルであるほど受容しやすいことからも,聴覚系で実装し,上記一次評価の中でデータ取得を行なっている.反復運動の対象としては,前述の縄跳びとフラフープを中心に,移動のない周期運動を対象に,観測・分析・フィードバックという基本的な支援フローで取り組んでおり,概ね当初予定通りの研究成果を内外に発表できているものと考える.研究協力者の一部が,交代することもあったが,過年度の研究成果の継承も問題なく進んでいる.ただし,初年度も少し検討を要した,支援対象者の制限が比較的厳しい点については,当初計画における研究での特徴から,まだ改善の余地はあるものと見ている.このことから,平成28年度の進捗に関しても,おおむね順調との判断となった.反復運動を対象として,人間の運動スキル開発の支援手法を研究している.平成29年度は,研究期間の最終年度であり,それまでの個々の課題間での研究連携を行いつつ,計画していた統合運動学習支援の研究を進めてきた.また,個々の課題に関しても派生した研究が進んでいる.これらは,ジャーナル論文や国際会議発表,国内学会全国大会や研究会など多数の貢献に繋がった.本研究では,反復運動タスクとしての全身統合運動に対し,以下の研究実績を得た.(1)個々の身体部位運動を観測すると,セグメント化された運動単位の間に位相のずれがある.この位相のずれも一定のばらつきの中で周期的に伸縮する.この伸縮を軽減させることが,反復運動の安定化につながると考え,そのモニタリングと学習者へのフィードバックを行う環境を設計・構築した.運動学習に対しリアルタイムにシステム支援を行う困難さに対して,センサーからの分析・フィードバック処理をなるべく即時に行うには,ある程度の予測に基づいたシステムの動作原理を要する.このため,固定的な予測に基づく支援と,限定的でも動的な支援の二つのシステムを設計,開発し,それぞれ論文,国際会議論文として発表した.これらは主に縄跳びを対象に適用した.(2)周期性のある反復運動における周期のばらつきに対しては,そのばらつきを軽減する方向にシステムが働きかける戦略をとる必要がある.
胸腔鏡を利用した血管内ステント人工血管留置術の臨床応用に関する基礎的研究

近年、大動脈瘤に対する低侵襲な治療法として、ステントグラフト留置術が臨床導入されたが、いまだ解決すべき問題がある。正確な位置への挿入・固定技術の改善は、ステントグラフト留置術の適応拡大に寄与すると考える。比較的低侵襲の胸腔鏡を併用利用すれば、血管外からステントグラフトの留置固定を確実に行えるのではないかとの着想に至った。本研究では、胸腔鏡から挿入可能で、血管外からステントグラフトの固定を確実にする器具(外固定デバイス)を試作し、その有効性を検討した。(1)解離性大動脈瘤モデルの作成雑種成犬を用い、胸部下行大動脈に径8mmの人工血管を並列に吻合した。これを解離性大動脈瘤における偽腔と想定した。術後1カ月で人工血管が閉塞しており、モデルとして不適当であった。そこで、人工血管の代わりに、他の実験に供された成犬の上行弓部大動脈を同種グラフトと使用し、術後3カ月までの開存を確認した。解離性大動脈瘤モデルとして有用であると考えられた.2)外固定デバイスのデザイン・作成シリコン被覆ワイヤーを利用し、ステントグラフトを血管外から絞扼するデバイス(a)、磁力によって、ステントグラフトの移動を予防するデバイス(b)を試作した.デバイス(a)は,胸腔鏡を通して操作が可能な形に至らなかった.デバイス(b)に関しては,シート状の磁石を血管外に巻いて、血管内の金属片を留置固定できるか基礎的な実験を行ったが,金属片を血管内に確実に固定することは困難であった.しかし,今後磁力の強い素材を入手する事ができれば,有用な手段になり得ると考えられた.3)ステントグラフト留置時の新しい血圧低下法以上の一連の実験中,ステントグラフト留置術中の簡便で有効な血圧低下法(血圧コントロール法)としてIVC balloon occluding techniqueを考案した.この方法を臨床症例で応用し,その有効性を報告した.(目的)近年、大動脈瘤に対する低侵襲な治療法として、ステントグラフト留置術が臨床導入されたが、いまだ解決すべき問題がある。本研究では、胸腔鏡から挿入可能で、血管外からステントグラフトの固定を確実にする器具(外固定デバイス)を試作し、雑種成犬を用いた解離性大動脈瘤モデルでその有効性を検討することを計画した。(平成9年度)1)解離性大動脈瘤モデルの作成体重1820kgの雑種成犬を用い、胸部下行大動脈に径8mmの人工血管を並列に吻合した。そこで、人工血管の代わりに、他の実験に供された成犬の上行弓部大動脈を同種グラフトと使用し、術後3カ月まえの開存を確認した。今後、デバイスの評価は、偽腔(並行に吻合された同種グラフト)を閉塞できるかで行う予定としている。2)外固定デバイスのデザイン・作成a)シリコン被覆ワイヤーを利用し、ステントグラフトを血管外から絞扼するデバイス、b)磁力によって、ステントグラフトの移動を予防するデバイスの試作を試みているが、a)は現在のところ工作に難渋している。b)に関しては、シート状の磁石を血管外に巻いて、血管内の金属片を留置固定できるか基礎的な実験を行った。現在まで検討したシート状の磁石の磁力は弱く、金属片を血管内に固定することはできなかった。柔軟でより磁力の強い素材を入手する事が今後の課題と考える。平成10年度も継続し、デバイスの試作を行い、解離性大動脈瘤モデルでの検討に進むことを目標にしている。解離性大動脈瘤モデルとして有用であると考えられた.

2)外固定デバイスのデザイン・作成シリコン被覆ワイヤーを利用し、ステントグラフトを血管外から絞扼するデバイス(a)、磁力によって、ステントグラフトの移動を予防するデバイス(b)を試作した.デバイス(a)は,胸腔鏡を通して操作が可能な形に至らなかった.デバイス(b)に関しては,シート状の磁石を血管外に巻いて、血管内の金属片を留置固定できるか基礎的な実験を行ったが,金属片を血管内に確実に固定することは困難であった.しかし,今後磁力の強い素材を入手する事ができれば,有用な手段になり得ると考えられた.3)ステントグラフト留置時の新しい血圧低下法以上の一連の実験中,ステントグラフト留置術中の簡便で有効な血圧低下法(血圧コントロール法)としてIVC balloon occluding techniqueを考案した.この方法を臨床症例で応用し,その有効性を報告した.
竜巻強度を樹木被害から簡便に推定する手法に関する研究

竜巻の強さを樹木の被害状況から評定するため、樹木の被害と被害をもたらす風速とを対応付ける簡便な表を作成した。竜巻等の突風によって樹木に幹折れ、根返り、枝折れなどの様々な被害が発生する。公園樹、街路樹、庭木の毎木調査を行うとともに、森林域においては過去の被害データを使って、被害形態ごとの被害発生風速を個々の樹木ごとに計算した。これら被害発生風速のばらつきが大きかったため、針葉樹、広葉樹の2つのカテゴリーに分けた後に、統計的な処理を加えることによって代表風速、下限値、上限値を推定した。本課題は竜巻強度と樹木被害状況の対応関係を検討し、樹木被害から竜巻強度を推定できる簡便な表を作成するものである。これまでに樹木被害に対して被害を生じさせる風速の推定を、森林、公園樹、街路樹等の植栽環境ごと、および針葉樹、広葉樹ごとに推定した。森林に関してはスギ、ヒノキの森林を対象に毎木調査データを活用して被害発生風速の推定を行った。また、公園樹や街路樹に関しては、個別に樹木の形状を計測して被害発生風速の推定を行った。以上の結果、街路樹に関しては強度に剪定されるなど樹冠サイズが小さく抑制されているため、被害発生風速が大きく計算される傾向が見られ、そのため森林や公園樹と比較して有意に被害発生風速が大きかった。また、近年は特に西日本において竹林の拡大が顕著であることから、モウソウチクの被害発生風速を推定した。その結果、20m/s25m/s程度の風速で被害が発生すると推定された。以上の結果を表形式にまとめ、シンポジウムで発表した。根系の根返り抵抗力が引き倒し試験等で報告されているが、樹種が限定的でかつ森林域における樹木が対象であることが多いため、公園樹や街路樹においては根返り抵抗力の推定が困難であった。そこで、既存の根系図を活用して根の伸長を制限した条件下における根返り抵抗力を推定した。その結果植樹桝に四方を囲まれた条件下では6-7割に強度が低下すること、一方で道路側片面のみ桝で伸長が制限された場合にはほとんど強度低下は無いと推定された。森林域における樹木に近い領域の気流性状についてラージエディシミュレーションにより推定した。その結果、森林がモザイク上に配置された場合、一塊の森林のサイズが小さいほど大気に対する抵抗力が大きくなり粗度長が大きくなると推定された。本課題は竜巻等突風の強さを樹木の被害状況と対応付け、樹木の被害から竜巻等の突風の強さを推定可能な簡便な表を作成するのが目的である。竜巻等の突風によって樹木の被害は幹折れ、根返り、枝折れなどの被害形態で発生する。一方で、樹木は森林域は無論のこと、街路樹、公園、庭木など様々な植栽環境に分布し、それぞれ樹木の樹形や樹種が異なる。そこで、公園樹、街路樹、庭木の毎木調査を行うとともに、森林域においては過去の強風被害データを使って、被害形態ごとの被害発生風速を個々の樹木ごとに計算した。これら被害を発生させる風速のばらつきが大きかったため、針葉樹、広葉樹の2つのカテゴリーに分けた後に、統計的な処理を加えることによって代表風速、下限値、上限値を設定した。すなわち、被害を発生させる風速の頻度は対数正規分布を示したため、対数変換を行った上で、平均値を代表値、±σを上限値、下限値とした。これらの被害を発生させる風速を表形式にとりまとめた。本表は気象庁による竜巻等突風の強さを推定する日本版改良藤田スケールの策定に活用され、スケールにおける被害指標として「針葉樹」「広葉樹」が採用された。策定されたスケールは平成28年度から気象庁によって運用が始まる予定である。なお、代表値、上限値、下限値を決定する際には、建造物や施設などの人工物における被害発生風速と相互に比較を行うことによって、現実の被害発生状況を考慮した。日本版改良藤田スケールにおいて樹木以外は人工物が被害指標とされており、樹木は田園地帯や森林などの人工物が少ない場所の数少ない被害指標として重要である。また、樹木は世界中に分布するので、世界各国に共通した汎用の被害指標として活用できる可能性もある。竜巻等突風の強さの評定に利用可能な樹木被害と風速との対応関係を見出し、それを簡便な表形式で示すことが本課題の目的である。今年度は毎木調査によるデータの蓄積を行い、それを元に被害発生風速の代表値を決定し、樹木被害と被害発生風速の対応関係を表形式でまとめた。これが気象庁における日本版改良藤田スケールの策定において採用される運びとなった。今年度で表の作成ができ、気象庁によって採用されたことから進捗状況は計画以上に進展していると判断される。樹木被害と竜巻の風速との対応関係を明らかにして簡便なリスト形式で体系化することにより、竜巻等突風の強さを樹木被害から推定する技術を開発することが本研究の目的である。本研究では街路樹、公園樹、森林、庭木などの樹木の生育環境や利用状況、ならびに針葉樹、広葉樹などの属性、および幹折れ、根返り、枝折れの被害形態ごとに等価限界風速を計算した。樹冠サイズの実測値や胸高直径、樹高などの樹形を表すパラメータから樹木に作用する風荷重を計算した。また、根系の限界モーメントや幹の曲げ強度を既存の文献を参考に規程した。樹木に作用する風荷重と樹木の耐力(限界モーメント、曲げ強度)が一致する風速を等価限界風速とした。

計算した等価限界風速は対数変換し、その平均値の指数を代表値とした。さらに、対数変換した風速において代表値を中心とする±1σの指数を上限値および下限値とした。また、代表値、上限値、下限値は形状比と対応付けることにより、被害木の形状比から適切な値を選択できるようにした。さらに、幹に腐朽がある場合の等価限界風速を計算した。以上により、樹木のと風速との対応関係を表形式で示したことにより、樹木の被害から簡便に突風風速が推定できるようになった。これら簡便な表形式による被害と風速との対応付けは当初の計画通りであり、腐朽をも考慮した点は計画を上回る成果といえ、当初の計画よりも汎用性の高い成果が得られた。作成した樹木被害と風速との対応関係は、気象庁策定の日本版改良藤田スケールに「広葉樹」「針葉樹」として指標に組み込まれ、すでに社会実装され気象庁の業務に利用されている。竜巻の強さを樹木の被害状況から評定するため、樹木の被害と被害をもたらす風速とを対応付ける簡便な表を作成した。竜巻等の突風によって樹木に幹折れ、根返り、枝折れなどの様々な被害が発生する。公園樹、街路樹、庭木の毎木調査を行うとともに、森林域においては過去の被害データを使って、被害形態ごとの被害発生風速を個々の樹木ごとに計算した。これら被害発生風速のばらつきが大きかったため、針葉樹、広葉樹の2つのカテゴリーに分けた後に、統計的な処理を加えることによって代表風速、下限値、上限値を推定した。竜巻スケールを簡便な表形式にまとめて表現することを本研究の目的としている。今年度の課題遂行において年度中に被害発生風速と樹木被害形態との対応関係を表として作成し公表した。個別には精度を高める必要があるが、大枠として一揃いの表が作成できたことから当初の計画以上の進展とした。目標としていた表の作成には到達したが、これは定常状態を仮定した風速であり、現実に樹木に作用した風速とは異なる。そこで、竜巻様の気流を樹木に作用させ、現実に作用していると思われる風速と作用モーメントを見積もる。作成した風速と被害との対応関係が現実の被害発生状態から客観的に評価できると考えられる。森林気象害これまでの表形式の作成において、風力係数を過去の文献を参考に一定値を与えている。計算される被害発生風速は風力係数に影響されるため、表の精度を高めるためにはその妥当性の検証が必要である。既存の文献の精査、および樹木の動揺試験から風力係数を推定することにより妥当性を検証する。茨城県東海村において樹木に作用する風力測定を開始したが、観測システムの電力消費量が予想外に大きく、バッテリーとソーラーパネルによる電力供給が不足して観測がたびたび中断している。強風時のデータを記録するため、連続データが必要であり、観測が中断しないようにシステム改変が必要になっている。そのため予定していた機材を電力消費の少ないものへと再検討しているところであり旅費と物品費を次年度に繰り越した。筑波山の水文気象観測サイトにおいて樹木動揺の観測を行う予定であったが、水文気象観測サイトの管理者と予定が合わなかったことから試験木の選定ができず次年度に観測を延期した。そのための旅費とひずみゲージ等の物品費を次年度に繰り越した。連続データを得られるように、電力消費量の少ない機材を購入する。昨年度予定していた水文気象観測サイトで動揺観測を行い、気象条件と樹木動揺の関係から伝達関数を得る。
過度の紫外線対策とアレルギー

我が国の若い女性では、日焼けを極端に避ける生活や痩せ願望による不適切な食事等、ビタミンD不足条件が揃っている。我々は実際に、妊婦においてビタミンD不足が深刻であり、ビタミンD不足が妊婦のアレルギー様症状のリスク因子になっていること、ビタミンD不足群では黄砂・花粉時のアレルギー症状発現リスクが高いことを示した。周産期は児にも重要な時である。今後は、児の健康も考慮に入れた妊娠期の最適ビタミンD濃度を探る必要がある。なお、出生後の児の日光浴頻度は、母親の日光浴への考え方でなく、元々母親が屋外に出る頻度と強い関連があった。社会として、日常生活の中で自然に日光を浴びる時間をもつことが重要と思われる。1.妊婦の紫外線曝露状態:紫外線に対する考え方と、実際に日光に曝露される時間について3地域4607名から回答を得て、平均的な妊婦像と個人や地域でどの程度のばらつきがあるのかをみた。また、生後3ヶ月頃の児の日光浴の頻度、そして母親の紫外線に対する考え方や出産前の生活スタイルが、児の日光浴頻度にどのように影響しているかをみた。妊娠中に日光を15分以上あびる頻度は「ほとんどない」「週に1-2日」「週に3-4日」「週に5日以上」が4分の1ずつであった。「冬でも肌に直射日光をあてることはほとんどない」ものも地域によらず2-3%存在した。「赤ちゃんの紫外線」への考え方は「赤ちゃんはできるだけ紫外線にあてない方がよい」と考える母親も「赤ちゃんが弱い日差しに週に数回あたることは大切である」と考える母親も30%程度ずつ存在した。生後3ヶ月頃の児の日光浴頻度は、週に12回が最も多く30%強、ほとんどしなかったものも20%いた。妊娠中に日光をあびる頻度はその後の児の日光浴の頻度や屋外に出る頻度と強く相関していた一方で、「赤ちゃんの紫外線」に対する考え方は、児の日光浴や屋外に出る頻度にさほど大きな影響はみられなかった。2.妊婦のビタミンD充足状況:妊娠期血清4,7,10,1月の検体で血中ビタミンD(血中25(OH)D濃度)を測定した。まずは、骨代謝の観点から不足,不十分の基準とされる10, 25ng/mL未満の存在割合を季節毎、地域毎に算出した。76%が「不十分」11%が「不足」の状態であった。明瞭な季節変動があり、特に冬の終わり(4月)の採血では80%が「不十分」18%が「不足」、「十分」であった妊婦は2%という結果であった。普段、日光にあたる頻度が高い(ほぼ毎日15分以上)妊婦では、頻度が低い妊婦より年間を通じてビタミンD濃度が有意に高く(+3.2ng/mL)、夏にその差が大きかった。妊婦のビタミンD充足状況とアレルギー様症状との関連環境省の子どもの健康と環境に関する全国調査(エコチル調査)追加調査『黄砂と子どもの健康調査』にて収集された、妊婦の日々のアレルギー様症状のデータ3,363例の29,434回答から、2012年4月・10月、2013年1月・4月に採血をした妊婦の、採血後から3ヶ月以内の回答(793例の5,608回答)を抽出し、ビタミンD充足状況(血中25(OH)D濃度)とアレルギー様症状発現との関連をみた。25(OH)Dは、793例中575例(73%)で20ng/mL未満であった。一般化推定方程式により、ビタミンD不足(25(OH)D<20ng/mL未満)のアレルギー様症状発現(アレルギー症状スコア>0)リスクを、1.28(95%CI: 1.01-1.62, p=0.041)と算出した。ビタミンD不足群(<20ng/mL)では、花粉飛散時、黄砂飛来時ともにアレルギー様症状発現リスクが有意に上昇していた(OR 1.51, 1.27-1.79, p<0.001; OR 1.39, 1.18-1.64, p<0.001)。一方、ビタミンD充足群(>20ng/mL)では、リスク上昇は低減されており有意なリスク上昇は観察されなかった(OR 1.10, 0.76-1.60, p=0.61; OR 1.14, 0.78-1.66, p=0.49)。なおこの結果は、スギ花粉抗体価等で調整しても、同様であった。以上、わが国の妊婦において、ビタミンD不足がアレルギー様症状発現リスクとなっていること、そしてビタミンD不足があると、花粉飛散時や黄砂飛来時にアレルギー症状発現リスクが有意に高まることを示した。ただし、ビタミンD充足群でのオッズ比95%信頼区間が広いため、ビタミンD測定サンプル数を増やした上で詳細な検討を行う必要があると考えている。我が国の若い女性では、日焼けを極端に避ける生活や痩せ願望による不適切な食事等、ビタミンDが不足する条件が揃っている。我々は実際に、妊婦においてビタミンD不足が非常に深刻であること、また、ビタミンD不足が妊婦のアレルギー様症状の発現リスク因子になっていること、ビタミンD不足群では黄砂・花粉等のイベント時のアレルギー症状発現リスクが高いことを示した。妊娠期・出産後数年は、妊婦自身の健康さることながら、未来の世代の健康にとっても重要な時期である。

今後は、児の健康の観点も考慮に入れた妊娠期の最適ビタミンD濃度を探る必要がある。なお、出生後12年間に児が紫外線にあたる頻度は、母親の「赤ちゃんの日光浴・紫外線」に対する考え方ではなく、妊娠期に母親が屋外に出る頻度と、強い関連があった。今後は、知識・情報の伝達に加えて、社会として、日常生活の中で自然に日光を浴びる時間がとれるような工夫をすることが重要と思われる。我が国の若い女性では、日焼けを極端に避ける生活や痩せ願望による不適切な食事等、ビタミンD不足条件が揃っている。我々は実際に、妊婦においてビタミンD不足が深刻であり、ビタミンD不足が妊婦のアレルギー様症状のリスク因子になっていること、ビタミンD不足群では黄砂・花粉時のアレルギー症状発現リスクが高いことを示した。周産期は児にも重要な時である。今後は、児の健康も考慮に入れた妊娠期の最適ビタミンD濃度を探る必要がある。なお、出生後の児の日光浴頻度は、母親の日光浴への考え方でなく、元々母親が屋外に出る頻度と強い関連があった。社会として、日常生活の中で自然に日光を浴びる時間をもつことが重要と思われる。予定通り、妊婦のビタミンD充足状況と黄砂や花粉への感受性の関連について解析を実施し、有意な結果を得た。ただ、妊婦の食事からのビタミンD摂取量については、データの固定が遅れているため、検討できていない。データ自体は入手できており、固定を待って解析したい。疫学ビタミンD濃度と妊婦のアレルギー様症状について有意な関連を得たため、さらに詳細に検討すべく保管している血清にて追加測定を行う。また、予定通り、妊娠中のビタミンD充足状況と、生まれてきた児のアレルギー疾患リスクの関連について解析を実施する。さらに、食事からのビタミンD量のデータが固定され次第、妊婦の経口ビタミンD摂取量やそのビタミンD不足への影響等の検討を実施する。そして、妊婦でのビタミンD充足状況と充足状況を決める因子(経口ビタミンD摂取量/屋外時間/紫外線に対する考え方)、そしてビタミンD充足状況とアレルギー症状リスクとの関連について、国民に情報発信すべく論文として投稿し、また積極的に学会発表していく。妊婦の紫外線曝露に関するデータや児のアレルギー発症に関するデータ等、必要なデータは予定通りに入手できている。また、それらを使った解析も予定通り完了できた。食事中のビタミンD量についてのみ未解析であるが、これはデータクリーニングを待っている状態であり、データ自体は得られているため、近い将来、解析が実施できると考えている。データは順調に蓄積している。今後も予定通りに実施していく。薄謝の送付を次年度にまわしたため、糊や紙の代金が余った。昨年度の余剰分は、予定通り参加者への薄謝送付時の糊や手紙の印刷等に使う。その他変更の予定なし。
米国のパブリック・ディプロマシーとメディア：人権問題に関する国際放送の比較分析

本年度は、主に以下の二つの研究に取り組んだ。1)パブリック・ディプロマシーの理論に関する研究本研究では、米国の対外政策として行われるパブリック・ディプロマシーに関する理論的枠組みを考察した。国際関係論の枠組みにおける、国際文化交流と対外文化政策の先行研究をレビューしつつ、国家政策として行われる文化事業として、国際文化交流と対外文化政策があることを確認した。そして、パブリック・ディプロマシーの意義を、国際関係論やコミュニケーション研究の先行研究を踏まえつつ検討し、パブリック・ディプロマシーの新たな分析枠組みを提案する論文を執筆した。2)天安門事件時のVOA放送政策に関する研究本研究では、米国の国際放送を研究対象とするが、より理解を深めるために、英国の国際放送との比較研究も実施した。研究の方法としては、米国および英国における資料収集やインタビュー調査を採用した。米国においては、ハーヴァード・イエンチン図書館、コロンビア大学東アジア図書館で資料収集を行った。このほか、ワシントンDCのVOA本部およびメリーランド州において、VOA関係者にインタビュー調査を実施した。そして論文を完成させた。英国においては、国立公文書館において、天安門事件時のブリティッシュ・カウンシルの活動に関する情報収集を実施した。2018年春に公開されたばかりの資料群であった。BBCアーカイブにおいては、天安門事件時のBBC放送の内容に関する資料にあたった。1)パブリック・ディプロマシーの理論に関する研究本研究では、コミュニケーション研究の成果である、パブリシティ、プロパガンダ研究、ジャーナリズム論、PR理論の成果が、パブリック・ディプロマシーの理論構築に援用されてきた経緯を説明した。そしてこれらの理論が援用されるに至った背景を分析することで、米国社会に特有の問題や議論も紹介した。これらの先行研究を整理したうえで、パブリック・ディプロマシーの理論的枠組みを議論した。2)天安門事件時のVOA放送政策に関する研究米国と英国における調査をもとに、以下のような内容の論文を執筆した。冷戦後の対中外交において重視された、アジェンダである人権外交は、冷戦構造の崩壊という世界のパワーバランスの大きな変化、世界のアメリカ化を希求する米国外交の理念、米国側の中国像の問題等の交差点で浮上した。本論文では、上記の研究で提起した、パブリック・ディプロマシーの理論モデルを用いて、VOAと中国政府のメディアを用いた戦いを以下のように解釈した。VOA放送は、一方向性コミュニケーション側によったパブリック・ディプロマシーであり、トランスナショナル・ジャーナリズムであった。そして、一方向性コミュニケーションであり、国家によって経営されているという観点から、プロパガンダの領域に位置する中国国営メディア制度に攻撃を仕掛けたのであった。これに対して、中国政府もVOAをジャミングするという対抗措置を取った。これは人権という概念の解釈をめぐる、普遍主義と文化相対主義の戦いであった。本年度に執筆した論文を、今後は修正をしつつ、次年度に国際学会での口頭発表や、学術雑誌への投稿を準備する予定である。

これに対して、中国政府もVOAをジャミングするという対抗措置を取った。これは人権という概念の解釈をめぐる、普遍主義と文化相対主義の戦いであった。本年度に執筆した論文を、今後は修正をしつつ、次年度に国際学会での口頭発表や、学術雑誌への投稿を準備する予定である。
自己相似確率過程の研究

1.長い期間にわたって強い従属性をもつ確率現象を記述するモデルとしての自己相似確率過程として,特に多次元の値をとる確率過程を主な研究対象とした。その結果,多次元のランダムな環境の中を動くランダムウォークの極限として,ある多次元値自己相似確率過程を構成した(前島)。又,そのような現象をよく記述できる分布として,作用素的安定分布があるが,それらについて,新しい作用素的安定過程の概念の提案(前島)、又、作用素的安定極限定理における収束の速さの問題を確率距離を使って論じた(前島-Rachev)2.ランダムな自己相似性をもつ環境下での拡散過程の挙動について,特にその環境にドリフトと呼ばれるずれの要素がある時,そのずれの影響がどうなるかについての成果を得た(田中-河津)。3.非対称マルコフ過程の大偏差原理のラプラス近似の精密化をヘシアンが退化している場合に論じた(田村他)。この問題は今後の従属性が強い場合への第1歩として行われた。4.エルゴード性に関連する研究として,数論的な結果を測地流という力学系のアルゴリズムを使ってアプローチするという試みがなされた(仲田)。
ベイズ推定に基づくロバストな電子透かし検出システムの開発

本研究では、透かし入り画像に対する画像処理や攻撃に対応して、電子透かしシステムの検出部を補正することにより透かし情報の検出精度を上げるという立場で、ロバストな電子透かしシステムの設計についてベイズ推定手法を用いて検討を行った。このような立場をとることにより、電子透かしシステムが現状で耐性をもたないような画像処理や攻撃を受けた場合、及び、将来新たな画像処理や攻撃を受けた場合でも電子透かしが正確に検出できるようになると期待される。今年度の実施計画に対する研究成果は次の通り。1.電子透かしシステムの調査:電子透かしシステムの一般的モデルを作るために,電子透かしシステムを調査し分類整理した。これに関連して,ウェーブレット変換に基づく電子透かしシステムについて,システムの性能と基本ウェーブレットの関係を明らかにした。2.電子透かしシステムのモデリング:上記1の結果に基づいて,電子透かし埋め込み/検出システムの一般的モデルをコンボリューションモデルとして近似した。また,様々な画像処理や攻撃によって透かし情報がどのように歪むか,そのモデル化を行い,電子透かし検出システムの補正問題の定式化を行った。3.デコンボリューション問題の解決方法の調査:上記2の結果に基づいて,電子透かし検出システムの補正問題がデコンボリューション問題(一般にはブラインド、デコンボリューション問題)になることを確かめ,その解決方法を調査した。4.電子透かし検出問題のベイズ推定を用いた解決:上記2,3の結果に基づいて,ベイズ推定を用いたデコンボリューション問題の解決方法について研究し,適当な制約条件のもとで電子透かし検出システムの補正問題を解くためのアルゴリズムを与えた。数値実験によりこのアルゴリズムの有効性を確かめた。次年度は,上記4で開発したアルゴリズムの改良並びに制約条件を課さない電子透かし検出アルゴリズムの開発などが主な研究課題として挙げられる。1.電子透かしの歪みモデルの妥当性を検証するため、電子透かしシステム、画像処理ツール及び電子透かし攻撃ツールの調査を継続して行った。2.電子透かし検出システムの補正問題はデコンボリューション問題として取り扱うことができるので、この問題を3つの場合:(1)歪みモデルが既知あるいは何らかの方法で推定可能な場合、(2)歪みモデルが未知ではあるが、その平均や共分散などの統計的性質が既知あるいは推定可能で、かつ透かし情報の集合に関する情報を利用する場合、(3)歪みモデルが未知ではあるが、その平均や共分散などの統計的性質が既知あるいは推定可能な場合に分けて、それぞれについてベイズ推定に基づいて問題の定式化を行い、その解法について議論した。3.上記の(2)と(3)の場合はブラインド・デコンボリューション問題になる。平成19年度は(2)について重点的に研究を行った。平成20年度は制約条件が最も少ない(3)について重点的に研究を行い、この問題がEMアルゴリズム(Expectation-Maximization Algorithm)を用いて解決できることが分かった。このアプローチにより電子透かし検出システムの補正アルゴリズムを与えた。4.本研究で開発したアルゴリズムが通信路等化や画像復元の分野で現れるブラインド・デコンボリューション問題に適用できるための条件を明らかにした。5.本研究を総括し、報告書等の作成を行った。また、今後の課題について整理した。
つかみ行動の運動学的分析

「手を伸ばして物をつかむ」という単純な動作にも、つかむ対象の位置と方向の視覚的な決定、肩と肘の筋肉系により対象獲得のために正確な位置に手を置く、手と前腕の筋肉により対象の構造的特徴に合うように指を方向付け、適切な握りが可能なように準備状態を形成、次に指を閉じることで対象を捕獲する、という複数の複雑なメカニズムが関与している。本研究では特に、ヒトがものをつかむ際の手の移動速度・加速度などの運動学的パラメータと指の開きの大きさに焦点を当て、2つの運動成分の協応関係と視覚運動制御機構についての考察を行った。実施した実験は以下の通りである、1.ターゲットの大きさは2cmと8cm、ターゲットまでの距離は30cmとした。2.主たるフィードバック情報源である視覚情報の系統的除去を行った。3.計測部位に発光ダイオードをとりつけ、運動実行中の手首の移動と、親指と人指し指の開きの大きさを算出した。正規化された運動時間に対する移動の平均軌道と開きの大きさの分析から以下のことが明らかとなった、1.ターゲットの大きさにより視覚的フィードバックの効果は異なり、8cmでは移動・握りとも変化は見られなかった。2.精度が要求される2cmでは、移動の軌道変動性は、被験者に利用可能な視覚情報が少ないほどそのバラツキが大きくなった。また、握りも一度収束した後に再び変動が大きくなり、ターゲットに収束してゆく再調節化の過程が観察され、これもフィードバック量に依存していることが観察された。
表面衝突によるイオンの励起と散乱の研究

本研究では、イオンと固体表面の相互作用について、高速イオン(MeV)に関しては万波、福沢が、低速イオン(【<!】keV)では塙が研究を分担、また、理論は大槻が担当している。得られた成果は以下の通りである。1.装置製作:清淨固体表面をうるため、超高真空装置の製作・改良を行い設備の充実を計った。これら装置を用いて清淨表面作製法として、(【i】)超高真空中でのその場エピタキシアル成長によるSnTe単結晶の作製、(【ii】)アルゴンガス放電スパタリングによる金属表面清淨化の方法を確立した。散乱イオンの非弾性エネルギー損測定用にはイオンアナライザーの精密回転機構を試作した。2.成果:MeV【He^+】ガスパタリング清淨面で散乱されたときの荷電分布は、表面汚染と共に変化することを確認した。一方、単結晶SnTe表面に30分以下の小角で入射したMeV【He^+】、【H^+】が表面最外原子列のみと相互作用し鏡面反射させることに成功し、この時のイオンの荷電分布は薄膜透過時と異ることを示した。また、水素分子イオン【H(^+_2)】が表面で小角散乱により解離する過程を調べ、衝突により生じた陽子対が固体表面にほぼ平行になって散乱されることを示した。さらに、鏡面反射したMeV【H^+】のエネルギー損失を測定することに成功し、そのエネルギー、入射角依存を明らかにした。低速イオンについては、Pb,Si表面で散乱された【He^+】の非弾性散乱の測定を行い異常エネルギー損失を求めた。理論的研究では、固体表面におけるオージェ中性化過程を各種近似法を用いて検討し、有用な一般公式の根掾を明らかにした。また、イオンのディチャネリング過程における核衝突の寄与のより正確な評価を行った。
リン脂質修復と生体膜ストレスによるアポトーシス誘導機構の解明

D-セリンはL-セリンに対して20-30%程度の量で存在し、神経伝達物質として機能することが確認されている。L-セリンはタンパク質合成のみならずリン脂質や核酸の合成にも不可欠であるが、D-セリンが多く存在することが細胞の生存に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで報告者は培養神経細胞にD-セリンを処理したところ、アポトーシスが誘導されることを確認した。D-セリンが脂質の合成に影響すると仮定し、さまざまな脂質合成酵素のmRNA発現を確認したが、特に大きな変動を認めなかった。そこでD-セリンが誘導する細胞死メカニズムは脂質合成ではなく、むしろタンパク質合成へ影響しているのではないかと予想した。タンパク質合成はアミノ酸をtRNAに結合し、リボソームがRNAの配列に合わせたアミノアシルtRNAを選択してアミノ酸を数珠状につなげていく。リボソームはtRNAとmRNAのコドンの相補性に基づいてアミノ酸を結合していくため、アミノアシルtRNAを合成する過程でアミノ酸とtRNAのマッチングを間違えると間違った配列のタンパク質が形成されてしまう。したがって正しいアミノ酸とtRNAの結合は細胞の生存には不可欠な要素である。セリンはseryl-tRNA合成酵素(SARS)によりtRNAと結合する。SARSの変異は神経発達遅滞や小頭症などの神経疾患を引き起こすことが知られており、また、筋萎縮性側索硬化症の原因物質と言われるL-BMAAはSARSを阻害することから、SARSの機能障害が神経の発達や機能に影響していると考えられる。そこで本研究ではD-セリンがSARSの機能を阻害することで細胞死を誘導している可能性を検証した。L-セリンはSARSによりtRNAに結合してリボソームによるタンパク質合成の基質となる。SARSには細胞質で機能するSARS1とミトコンドリアで機能するSARS2の2種類が存在する。そこでまず細胞生存に必須のエネルギー産生を担うミトコンドリアタンパク質の合成に関与するSARS2に対し、D-セリンが影響するかを調べた。D-セリン処理後の培養神経細胞におけるミトコンドリアタンパク質Cytochrome B, NADH dehydrogenaseおよびATP synthetaseの発現をウェスタンブロットで確認したが、いずれのタンパク質も発現に大きな変化は認められなかった。続いてSARS1に着目した。SARS1はセリンをtRNAに結合するのみならず、セレノシステインをtRNAに結合するのに必須の酵素である。セレノプロテインにはthioredoxinやglutathione peroxidase(Gpx)など活性酸素除去に必要なタンパク質が含まれる。そこでD-セリン処理後の培養神経細胞におけるセレノプロテインGpx4の発現をウェスタンブロットで確認したが、発現量に大きな変化は認められなかった。D-セリンはリン脂質の細胞死誘導機構に関与していると考えていたが、むしろタンパク質合成への影響が示唆される結果を得ている。近年SARS1は転写因子と結合し核内で転写調節に寄与することが報告されている。SARS1が異常アミノアシルtRNAを認識し、転写を介して細胞死を誘導する可能性があると考えられる。そこでSARS1に着目し、まずD-セリンが正常なseryl-tRNAの合成を阻害するか否かを確認する。さらに、すでにプルダウン法で確認した約50kDaの結合タンパク質を同定し、転写因子との関連および細胞死への寄与を検討する予定である。リン脂質二重膜により細胞構造の区切りとしての意味のみならず、細胞構造における伸展ストレスなどを知覚するセンサーとしての機能を有する。リン脂質の多くはアミノ酸のL-セリンを基質として合成されることが知られることから、膜の構成にとって重要なアミノ酸と考えられている。D-セリンはL-セリンの光学異性体であり、哺乳類の脳内ではL-セリンに対して30%程度の量の存在が確認されている。D-セリンはL-セリンと構造が類似していることから、L-セリンの利用を阻害する可能性がある。そこで本年度は培養神経細胞にD-セリンを処理して細胞生存率の変化と脂質合成への影響を検討した。D-セリンを初代培養神経細胞に処理し、脂質に含まれる成分を解析したところ、未処理コントロールと比較してホスファチジルセリンの増加が確認された。ホスファチジルセリンに含まれるセリンを解析したところ、多くはD-セリンであった。このことからD-セリンはホスファチジルD-セリンとして取り込まれたと考えられる。また、初代培養神経細胞にD-セリンを処理すると細胞死が確認された。細胞死とリン脂質に含まれるD-セリンの関係を明らかにするためリン脂質代謝酵素阻害剤を処理し細胞生存率を検討したが、有意な差は認められなかった。このことから細胞膜にとりこまれたD-セリンは細胞死とはあまり関係しないと考えられた。一方でL-セリンはタンパク質性アミノ酸である。D-セリンによる細胞死の誘導がタンパク質合成への影響である可能性を検証したところ、D-セリンは直接タンパク質に取り込まれないものの、間接的にタンパク質合成を阻害することが確認された。当初、D-セリンが細胞膜にストレスを与えることで細胞死を誘導していると予想していたが、予想に反し細胞膜ではなくタンパク質合成系に影響することで細胞死を誘導している可能性が示された。これは新たなアポトーシス誘導メカニズムの解明につながると期待できる。一方でリン脂質中に取り込まれるD-セリンを分析することが可能となったことから、この分子をモニターすることによりリン脂質極性基の組成をコントロールする機構を検証することができる。

L-セリンはタンパク質合成のみならずリン脂質や核酸の合成にも不可欠であるが、D-セリンが多く存在することが細胞の生存に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで報告者は培養神経細胞にD-セリンを処理したところ、アポトーシスが誘導されることを確認した。D-セリンが脂質の合成に影響すると仮定し、さまざまな脂質合成酵素のmRNA発現を確認したが、特に大きな変動を認めなかった。そこでD-セリンが誘導する細胞死メカニズムは脂質合成ではなく、むしろタンパク質合成へ影響しているのではないかと予想した。タンパク質合成はアミノ酸をtRNAに結合し、リボソームがRNAの配列に合わせたアミノアシルtRNAを選択してアミノ酸を数珠状につなげていく。リボソームはtRNAとmRNAのコドンの相補性に基づいてアミノ酸を結合していくため、アミノアシルtRNAを合成する過程でアミノ酸とtRNAのマッチングを間違えると間違った配列のタンパク質が形成されてしまう。したがって正しいアミノ酸とtRNAの結合は細胞の生存には不可欠な要素である。セリンはseryl-tRNA合成酵素(SARS)によりtRNAと結合する。SARSの変異は神経発達遅滞や小頭症などの神経疾患を引き起こすことが知られており、また、筋萎縮性側索硬化症の原因物質と言われるL-BMAAはSARSを阻害することから、SARSの機能障害が神経の発達や機能に影響していると考えられる。そこで本研究ではD-セリンがSARSの機能を阻害することで細胞死を誘導している可能性を検証した。L-セリンはSARSによりtRNAに結合してリボソームによるタンパク質合成の基質となる。SARSには細胞質で機能するSARS1とミトコンドリアで機能するSARS2の2種類が存在する。そこでまず細胞生存に必須のエネルギー産生を担うミトコンドリアタンパク質の合成に関与するSARS2に対し、D-セリンが影響するかを調べた。D-セリン処理後の培養神経細胞におけるミトコンドリアタンパク質Cytochrome B, NADH dehydrogenaseおよびATP synthetaseの発現をウェスタンブロットで確認したが、いずれのタンパク質も発現に大きな変化は認められなかった。続いてSARS1に着目した。SARS1はセリンをtRNAに結合するのみならず、セレノシステインをtRNAに結合するのに必須の酵素である。セレノプロテインにはthioredoxinやglutathione peroxidase(Gpx)など活性酸素除去に必要なタンパク質が含まれる。そこでD-セリン処理後の培養神経細胞におけるセレノプロテインGpx4の発現をウェスタンブロットで確認したが、発現量に大きな変化は認められなかった。当初の目的であったリン脂質の異常による細胞死はD-セリンでは誘導されないため、他の阻害剤を用いてリン脂質ストレスについて検討を行なっていく。
機能を生み出す単位生体分子集団（機能モジュール）の動的秩序の探査

本研究では、タンパク質分子と細胞の中間階層に位置するタンパク質集団の動的秩序を明らかにすることを目的とし、量子ビーム溶液散乱測定法と新たに開発したμ流路デバイスを組み合わせた連続滴定X線溶液散乱測定法を考案し実用化してきた。当該年度は、μ流路デバイスの改良を行うと同時に、昨年度から継続して行ってきた神経軸索伸長に関わるタンパク質集団の解析を進めた。これまでPDMS製のμ流路デバイスを用いてきたが、PDMSは柔らかいため高流速時の脈動や耐圧安定性に問題があった。そこで、素材をPDMSから金属に変更し、新たな金属製μ流路デバイスを作製した。この結果、耐圧性能や流速安定性を向上することに成功し、より精度の高い解析ができるようになった。これに加え、従来、1デバイスあたり10万円かかっていたコストを3万円まで下げることができ、協力企業(ユニソク社)が製品化し高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設に納品され一般共同利用に供されるに至った。神経軸索伸長に関わるタンパク質集団(shootin1/cortactin/L1-CAM)に関しては、リン酸化調整を受けるshootin1に注目し、2つあるリン酸化部位(セリン)を失活させた変異体を系統的に作製し、リン酸化とshootin1の構造変化を比較した。これらのセリンのリン酸加速度は大きく異なり、結果としてshootin1は1つのセリンがリン酸化した状態と2つのセリンがリン酸化した状態の2つのリン酸化状態が存在することが明らかとなった。更に、両者は構造が異なり、shootin1が作用するcortactinとL1-CAMの結合が速度論的に調節を受けていることが示唆された。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、溶液中でのタンパク質集団の集合・離散過程を観測することができる量子ビーム溶液散乱の新しい手法を開発することによって、機能性を生み出す単位分子集団(機能性モジュール)が示す動的秩序を解析し、生理機能の関連性を明らかにすることを目的としている。本年度は、本研究の基盤となるX線溶液散乱自動測定システムの構築を行った。互いに弱い相互作用で関連づけられた多数の分子からなる溶液中には様々な複合体が存在する。このような多成分平衡系で生じる集合離散現象を解析するためには、活性種の濃度に連続的に変調を加え、その時々の散乱曲線を観測する必要がある。1つの構成要素に線形的な濃度変調を与える場合でも数10点、活性種が複数ある場合にはその数だけ測定する必要があり、試料の使用量をできるだけ減らし、迅速な測定を可能とする自動計測システムの構築が不可欠である。当該年度は、試料の使用量を減らし、測定の自動化を実現するために、送液部、混合部、モニター部をオンチップ化したマイクロ流路チップの設計作製を行った。2液混合流路を試作し試験を行い、Mixing流路、観測部流路の最適化を行い、送液速度1マイクロL/minで均一な混合状態を再現することが可能な流路の作製に成功した。作製したマイクロ流路チップに無脈動マイクロシリンジポンプを接続し、流速を制御することで多成分の溶液の混合比率を自在に変調することが可能なシステムを構築した。可視光をプローブとした、X線を用いないオフラインでの試験を通じ、測定の自動化のためのソフトウェアの開発、性能評価を行った結果、当初予定した性能が実現されていることを確認した。生命システムにおいては、弱い相互作用で関連づけられた多種多様な蛋白質が、集合・離散を繰り返し様々な秩序状態をとること(動的秩序)によって機能を実現している。蛋白質分子集団が示す動的秩序を理解するためには、構成要素の存在比や外的要因に依存して、系の平衡状態がどのように応答するのかを定量的に分析することが必要となる。そこで、本研究では、系中に存在する複合体を含む全ての構成要素を区別し、その存在比率を定量的に評価することが可能な新たな測定/解析手法の開発研究を進めている。量子ビーム溶液散乱測定からは、溶液中に存在する蛋白質の形に依存した散乱曲線が測定される。さらに、測定に用いる溶液の、種々の蛋白質の組成比率を任意に変化させ測定すれば、系中に含まれる全ての構造を同定できるだけでなく、その複合体種を規定する相互作用を定量的に評価することが可能となる。そこで本研究では、マイクロ流路技術を応用した「微量試料自動サンプリングシステム」を開発し、量子ビーム溶液散乱測定法と組み合わせることで当初の目的を達成しようとしている。当該年度は、3液混合タイプのマイクロ流路を新規に設計しサンプリングシステムの実証機を作製し、所属研究科に設置されたX線発生装置導入し、光応答性蛋白質分子複合系に対して実証実験を行った。その結果、光応答性蛋白質の活性種濃度の変調に伴う散乱曲線の変化を観測することに成功した。解析を進めたところ、活性種の存在比率に依存して、光応答性蛋白質と相互作用蛋白質の結合比が異なる複数の複合体種が形成されることが明らかとなった。この事実は、光応答性蛋白質自身は光に対してON/OFFの応答しか示さないにもかかわらず、相互作用蛋白質と共在する分子複合系では、光の強度に依存したアナログ出力を実現していることが明らかとなった。