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真核型シャペロニンと大腸菌翻訳系を組み合せてみる

タンパク質は鎖状の分子であるが,それが立体的に正しく折り畳まれてはじめて機能を持つ.高等動植物のタンパク質が折り畳まれるには,真核細胞特有のシャペロニンが必要であるが,大腸菌にはこれが無い.ヒトや植物のタンパク質を大腸菌に自在に合成させる技術の確立を目指して,関連技術と理論について研究した.まず,大腸菌に真核型シャペロニンを含む多数の遺伝子を同時導入するために便利なDNA構築法を開発した.次に,遺伝子そのものを大腸菌で効率よく発現するよう最適化する際に研究者が自分で合理的に塩基配列を微調整できる方法を開発した.さらに,大腸菌で複数の遺伝子が発現するときの相対発現量に関する理論を構築した.コムギ由来のシャペロニンCCTは,他の真核細胞由来のCCTと同様に8つの異なるサブユニットから成っている.これら(αからθまで)に対応するナショナルバイオリソースプロジェクトでクローニングされたcDNAは,合計で11種類あり,その中から8つのサブユニットそれぞれについて,1つ以上,PCRで増幅することを確認した.また,今後の実験に必要な大腸菌無細胞タンパク質合成系を調製するために必要な培養装置に経年変化に依る故障が見られたので,修理した.コムギシャペロニンCCTの8つのサブユニットそれぞれをコードするcDNAの大腸菌用発現ベクターへのサブクローニングと発現テストを行った.cDNA由来の遺伝子は,マイナーtRNAを補充発現していない宿主大腸菌ではほとんど発現しなかった.θサブユニットについては,cDNAがPCR増幅しにくかったため,コドン最適化した配列を化学合成した.コドン最適化には,独自の方法を用いた.結果として,ポリペプチドとしては大量に発現した.独自のコドン最適化法についてはNucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids誌に報告した.また,CCTサブユニット遺伝子を扱うことを念頭に昨年度から開発を続けていた,複数のORFを組み合わせて同時発現させるための発現ベクターを効率よく構築するためのシステム(SfiNXシステム)について,最小限のセットを実際に作成して,その能力を評価した.その結果をBiotechnology Letters誌に報告した.さらに,上記の結果を踏まえて,θ以外のサブユニットについても化学合成により全合成した(これについては結果として科研費以外の予算を当てた).マイナーtRNAが補充されていない大腸菌ではほぼ発現しないという結果が得られ,当初の予定ではマイナーtRNAを発現した大腸菌で実験を進めるつもりであったが,化学合成による遺伝子全合成サービスが非常に安価になり,コドン最適化した遺伝子を化学合成したうえで,それらを使って先に進むのが先々有利であるとの判断に至った.安価と言っても30万円以上かかるため,予算が確保できるか見極めてから実施した.このような計画変更を行ったため,想定の範囲内ではあるが,やや進捗が遅れている.大腸菌のタンパク質合成系とコムギのシャペロニンCCTとを組み合わせることによって,大腸菌のタンパク質合成系を使いながらも真核細胞型タンパク質を正しくフォールディングさせる系を作れないか,試みることを目標として,実験研究を進めた.H27年度までは,CCTの8つのサブユニットのcDNAをナショナルバイオリソースプロジェクトから調達してそれぞれ発現を試みたが,残念ながら,tRNAを補充した大腸菌を使わないとほとんど発現しないことがわかった.これを踏まえて,H28年度は,すべての遺伝子をコドン最適化したものに置き換えてそれらの発現を試みること,及び,当初計画から変更して大腸菌無細胞タンパク質合成系に加える前提で,コムギ胚芽からCCTを精製することを試みた.その結果,発現を試みることができたサブユニットについてはすべて高効率に発現し,そのうちの少なくとも1つは,単独でも可溶性の状態で得られることを発見した.本来,8種のサブユニットが合わさって機能すると考えられているタンパク質であるから,単独で可溶性タンパク質として得られることには何らかの生物学的意義があるものと推測される.コドン最適化はH27年度に開発したCodHonEditorを用いて行ったので,そこで採用された方法論が一応正しいことを実証できたと考えている.また,発現ベクターとしても,H27年度に発表したSfiNXベクターを用いており,それが十分使えることを示したこととなった.同時に,多数の遺伝子を同時発現させるためには,大腸菌における発現量と遺伝子配列との相関に関して理論構築が必要と考えるに至ったため,その基盤となるモデルを発表した.一方,CCT活性のあるコムギ胚芽由来タンパク質画分を得ることができたが,予想される1 MDaよりもかなり大きい複合体になっていることが判明した.今後,このまま無細胞系に加える実験を計画している.タンパク質は鎖状の分子であるが,それが立体的に正しく折り畳まれてはじめて機能を持つ.高等動植物のタンパク質が折り畳まれるには,真核細胞特有のシャペロニンが必要であるが,大腸菌にはこれが無い.ヒトや植物のタンパク質を大腸菌に自在に合成させる技術の確立を目指して,関連技術と理論について研究した.まず,大腸菌に真核型シャペロニンを含む多数の遺伝子を同時導入するために便利なDNA構築法を開発した.次に,遺伝子そのものを大腸菌で効率よく発現するよう最適化する際に研究者が自分で合理的に塩基配列を微調整できる方法を開発した.

さらに,大腸菌で複数の遺伝子が発現するときの相対発現量に関する理論を構築した.実験室のある建物の耐震改修工事は見越して計画したが,建物の内装の仕様策定に予想以上に時間がかかったため,着工が予想よりも1ヶ月以上遅くなり,そのために時間の取れる夏休み後半の時期に実験ができなかった.CCTのコムギ胚芽からの粗精製法を確立し,これを使って活性測定法を確立する(ほぼできている).そのうえで,新たに,胚芽から精製したCCTを添加した大腸菌無細胞タンパク質合成系を試みる.これは,本計画の最終目的の前段階で「様子を見る」ために行う.化学合成遺伝子を用いた発現実験については,H27年度内に最低限必要な部品が揃ったので,あとは実行するだけである.生物化学まずは,遅れを取り戻すために,上記8つの配列に関して,無細胞タンパク質合成系用の発現ベクターに組み込み,発現を試みる.その結果次第で,その後の発現方法を検討する.もし,8つのものの中に強力に発現しないものがある場合には,遺伝子全合成を含め,配列の変更を検討する.そうしたうえで,大腸菌で8つすべての発現が見られるようにする.初年度に建物の耐震化工事のために十分に研究ができなかったため,多額の次年度使用額が生じた.当該年度は,この前年度未使用分を使って,遅れを取り戻すことを試みた.実際に,当該年度分の支払請求額よりも多い金額を使用した.ところが,年度末に学内経費で35万円程度の補填ができたため,その分を次年度使用に回したので,元々最終年度まで残ってもよい予定だった分と合わせて80万円程度の次年度使用分が生じた.耐震改修工事の準備段階で予想よりも労力と時間がかかったため,11月ころまで物品費を使うような実験が始められなかった.CCTを大腸菌で発現させる実験の遅れを取り戻すために用いるほかに,当初計画になかった,コムギ胚芽からCCTを精製して大腸菌無細胞タンパク質合成系に添加する実験・研究のために用いる.8月ころまでに一定の成果が挙がれば,研究会での発表・情報交換のための出張旅費も支出する.昨年度物理的に実験ができなかったために使用しなかった,試薬や消耗器具を購入するために用いる.
小中高児童生徒が放射線防護３原則等を学ぶ放射線基礎教育プログラムの構築

本研究は、サーベイメータ(ALOKA TCS-171B, 172B 3台、TGS-121 1台)、NaI(T1)シンチレーション検出器(φ2")とマルチチャンネルアナライザ(MCA7700)、放射線量モニター(IWATSU・SV-2000、12台)、標準線源(137Cs、60Co)、放射能鉱物標本等を使用して、計測実技を中心とした小中高校生および大学生・教職員対象の「放射線基礎教育プログラム」の構築を目指し、以下の内容で実施した。(1)放射能・放射線基礎講義の説明資料を準備し、標準線源からの距離や遮蔽物の影響を調べるための実験装置を製作した。遮蔽物としては、鉛・鉄・アルミニウム・プラスチック・水等を準備した。また、簡単な霧箱の自作を行うための準備を行った。(2)自分の身の周りで、測定条件(計測高さ(距離)、天候(晴れ・雨・雪)、地面や床(土・砂・草・石・岩・コンクリート・アスファルト・木造等))によって放射線量が変化することを理解するために、屋内外で計測実験(1m、1cm計測)を行った。(3)基礎講義・放射線防護3原則の実験の前後にアンケート調査を行い、放射能・放射線に関する認識の変化を調査した。本研究は、2013年10月から山形大学地域貢献推進事業として一部スタートさせており、当初行った地域小中学校教職員へのアンケート調査から、担当教職員の放射線に関する知識および計測機器等が不足しており、指導体制が全く整っていないことが分かっていた。そこで、小中高校生および小学校教員、高校物理系教員を対象とした放射線基礎教育プログラム(基礎講義と放射線防護3原則の計測実技実験)を計画・実施した。その後のアンケート結果から、放射能・放射線に関する知識(正しく理解すること)が得られていることが分かった。今後、さらに実験手法等の改良を進め、一般市民対象のプログラムを検討する。
地方小都市での“都市じまい型まちづくり”に対応する土地利用管理のあり方

本研究は、都市計画にもとづくまちづくりのウェイトが低下し、都市じまい的なまちづくりを志向する地方小規模自治体が存在することを、都市計画マスタープラン(都市MP)策定の意義に対する自治体の認識を調査・分析することによって明らかにしたものである。九州、中国、四国地方を対象とした調査の結果、都市MP未策定においてもデメリットがないものの、都市計画事業の実施に都市MPを関連づけて策定することが多いこと、一方で新規の都市計画事業や民間開発が想定できない状況では、都市MPを充実させるインセンティブは働かず、総合計画や区域MPで都市の将来像を緩やかに示すことを望む自治体が存在することが明らかになった。初年度の研究計画は次の3点である.1)小規模非線引き都市計画区域に関する基礎資料(用途面積,人口等)をデータベース化する。2)全国の都道府県を対象として土地利用規制緩和型見直し指針の有無を調査する.3)データベースから規制緩和措置を実施したと推察される自治体に対し,緩和策の背景,検討事項,現在での評価および都市計画事業・都市マス策定状況等を問い,“都市じまい"の内容とそれを指向する自治体の類型化する.1)については全国の人口5万人以下自治体を対象に,平成13,18,23年度都市計画年報のデータベース化を終了した.次いで3)の第1段階として,都市計画区域面積,用途地域面積の変化を調査した.この結果,土地利用規制緩和措置が顕在化している自治体は極めて少ないことを明らかにした.なお,2)については2年目に実施する.3)については土地利用規制緩和措置の事例からではなく,都市計画のビジョンすなわち都市計画マスタープラン(都市マス)の位置づけから“都市じまい"の潜在的可能性を探ることとした.具体的にはまず九州地域全自治体を対象に,都市マスの策定(既改訂・未改定)・未策定状況を調べ,次いで未策定自治体を対象に,人口や面積,都市マス未策定に伴う代替措置,都市マス策定の必要性の認識,さらに都市計画関連事業との関係を分析した.この結果,都市マス未策定は人口7万人以下の自治体で多く見られること,未策定に伴うデメリットはさほど認識されていないこと,未策定に伴う代替的措置を有する自治体は少ないこと,一方で,都市マス策定は都市の将来像の確定と提示のために必要としている自治体も多いことも明らかにした.このギャップが都市マス,ひいては都市計画のあり方が揺らいでいることを示すと考えられる.すなわち,次年度において“都市じまい"はこのような自治体を対象として検討すべきとの結論を得た.2年目は,1)九州地域の人口5万人以下の市町村を対象として都市計画区域の縮小,用途地域の緩和の事例を抽出し,その傾向を分析して「都市じまい」の徴候を探るとともに,2)九州・中国・四国地方の人口5万人以下の小規模市町村でここ5年間に都市マス策定・改訂済みの自治体に対し,都市マスの策定・改訂の現実的理由や策定時の困難性,今後の都市マスの制度的位置づけに関する考え方等をアンケート調査し,人口縮小化時代における都市マスおよび都市計画の意義について検討した.さらに,3)1年目の研究成果を論文としてとりまとめている(都市計画学会論文に登載決定).具体的な検討成果を以下に示す.1)については,小規模な都市計画区域の縮小が1自治体,用途解除が2自治体,規制緩和型(混在用途の許容方向への変更)の用途変更が14自治体ある.規制緩和を実施した自治体の都市マスを確認すると,その多くは現況用途との指定用途の乖離の解消,開発の誘導を意図したものであることが確認でき,都市じまい的な志向を持つものではない.一方,都市計画区域の縮小,用途解除の3自治体については,今年度に調査を行う.2)については,策定・改訂理由で多いのは「都市の将来像の確定・修正」と「市町村合併」であるが,策定・改訂を必然とした理由は「都市計画区域の再編・線引きや用途の見直し」が最も多い.また,都市の将来像確定の困難性,予算確保の困難性について質問したが,いずれも都市マスを重視した回答が多く,都市マスの役割は依然として重要といえる.ただし,望ましい都市マスの方向性については,都市マスの制度的位置づけを強化することを望む自治体が多い一方で,都市マスの位置づけを軽くする,都市マス自体をなくすという回答も少なからずあり,都市マスの必要性に対する認識が二極分化していることがうかがえる.本研究は、都市施設整備事業がほぼ収束し、人口減少期を迎えた地方部小規模自治体においては、都市計画区域外を含めた全域的なまちづくりや、より生活に密着したソフト的まちづくりの比重が高くなり、都市計画制度にもとづく都市整備の必然性が低下した「脱都市計画」「都市じまい」の段階にあるのとの仮説から出発した。具体的には九州・中国・四国地方を中心に、人口5万人以下で、都市MP未策定の自治体と、最近5年間で都市MPを策定・改訂した自治体に対し、都市MPの意義や課題、今後の都市MPのあり方に関するアンケート・ヒアリング調査を実施した。未策定自治体では、1)都市MP策定の優先度・必要性が高くなく、都市MP不在でも実務に支障がない場合が多い。2)総合計画や区域MPを代替措置とする自治体がある。3)合併や都市計画道路の見直しが都市MP策定の契機になることが多い。4)都市の将来像の確定と提示や都市計画の住民周知は重要とされているが、策定動機とはなりにくい。5)都市MP策定予定の有無は,特に人口規模、交付金事業、区画整理事業や都市計画道路の見直し等が関係する傾向があることが明らかになった。策定・改定自治体では、6)「都市の将来像の確定」の重要性の認識はあるものの、策定・改訂の予算や人員を確保するためには実務的契機が必要である。

7)将来像をあえて具体的な形では描かない選択をした自治体が存在する。8)都市MPの位置づけを軽くする、あるいは都市MPを不要とする自治体が存在すること等が明らかになった。また両者共通で9)小規模自治体の中でも特に都市計画のウエイトが小さな自治体では、都市MPと他の計画の一体化が望まれている。以上より、都市MPの位置づけや意義が希薄化した自治体においては、都市MPに依らない方針の示し方、あるいは都市MPで定めるべき事項や精度についてより多様性を認めることが必要と言える。本研究は、都市計画にもとづくまちづくりのウェイトが低下し、都市じまい的なまちづくりを志向する地方小規模自治体が存在することを、都市計画マスタープラン(都市MP)策定の意義に対する自治体の認識を調査・分析することによって明らかにしたものである。九州、中国、四国地方を対象とした調査の結果、都市MP未策定においてもデメリットがないものの、都市計画事業の実施に都市MPを関連づけて策定することが多いこと、一方で新規の都市計画事業や民間開発が想定できない状況では、都市MPを充実させるインセンティブは働かず、総合計画や区域MPで都市の将来像を緩やかに示すことを望む自治体が存在することが明らかになった。本研究の現在までの達成度は「おおむね順調に進展している」と判断している.その理由を以下に示す.研究実績概要に示したように,本年度は大きく2つの項目を実施したが,1つめについては現実的には「都市じまい」志向の自治体は極めて少ないながらも,存在することを明らかにし,2つめについては,都市マスの重要性は依然として高いとする自治体は多いものの,その都市マスの位置づけの軽減を志向する自治体があることを明らかにできた.また,1年目の研究成果は査読論文として公表できた.ただし,1つめの項目については実際に自治体に赴いてヒアリングする必要があり,2つめの項目についても,都市マスの軽減を志向する自治体へのヒアリングが必要である.また,2項木目については関東地方での調査が未実施のままである.これらについては3年目の本年で実施可能なため,「おおむね順調」と判断した.地域・都市計画本年度は昨年度に続き,土地利用規制緩和措置の事例からではなく,都市計画のビジョンすなわち都市計画マスタープラン(都市マス)の位置づけから「都市じまい」の潜在的可能性を探る.具体的には,昨年度に西日本を対象に実施した都市マス既策定の自治体に対するアンケート調査にもとづき,特徴的な自治体に都市マス策定と都市じまいの関係をヒアリングする(吉武,寺町,出口).また,東日本地区については,西日本地区で修了している都市マスの必要性および今後の方向性に関するアンケート調査を東日本地区で実施するとともに,既策定自治体に対するアンケート調査およびヒアリング調査を実施する(梶田).その上で,研究成果をとりまとめる(吉武,寺町).本研究の現在までの達成度は「おおむね順調に進展している」と判断している.その理由を以下に示す.研究実績概要に示したように,当初の本年度予定の3つの研究計画のうち1つめのデータベース作成については完了している.
膵消化管神経内分泌腫瘍の危険因子と浸潤転移機構の解明および新規治療法の基盤形成

研究代表者らは膵・消化管神経内分泌腫瘍の新たな予後予測因子の確立、浸潤・転移機構の解明および新規治療法の基盤形成を目的とし、2018年度はGangliocytic paraganglioma (GP)を主体とした解析を行った。GPは上皮様細胞、神経節細胞様細胞、紡錘形細胞の3成分で構成される予後良好と目される腫瘍であるが、症例によりそれぞれの成分割合が異なる上に、従来考えられていたよりも高頻度に発生するため、しばしばneuroendocrine tumor (NET) G1と誤診される。しかしながらNET G1よりも明らかに予後良好であるGPを正しく診断し、その情報を提供することは研究者の社会的使命のひとつである。そこで研究代表者らは、世界に先駆けてGPに対するSystematic Reviewを実施し、従来の解析では不可能であったGPに対する生物学的特徴の解明及び標準的診断・治療法の基盤形成に取り組んだ。その結果、GPは大部分が十二指腸原発(89.7%)であり、発症平均年齢53.5歳、男女比3:2、平均腫瘍径25.7mm、リンパ節転移率11.4%、肝転移率1.1%と判明した。さらに、多変量解析によりリンパ節転移の危険因子が実質的に深達度のみであることも見いだした。よって最小限の侵襲的治療を目指すには、術前生検による確診、画像検査でのリンパ節転移の否定及び深達度判定が必須である。これまでに得られた成果は神経内分泌腫瘍における浸潤・転移機構の解明のみならず、診断法の均てん化に貢献するものであり、低侵襲治療の促進基盤にもなる。昨年度も後腸由来neuroendocrine tumor (NET)に対する、血管新生と転移・浸潤経路や腫瘍発育の関連性を国際査読雑誌に報告することができ、現在膵原発NETの解析も進行中である。総合的に予定計画年数の半分が経過した時点の達成度としては当初の計画以上に順調であることから、上記達成度とした。今後は膵原発NETを主体としながらも他臓器症例も含め解析を進めることで、神経内分泌腫瘍における浸潤・転移機構の解明や予後予測因子の確立を目指すと同時に、新規治療法確立への基礎的な知見を得たい。膵・消化管の神経内分泌腫瘍: neuroendocrine tumor (NET)の罹患率は年々増加傾向にある。研究代表者らは膵・消化管神経内分泌腫瘍の新たな予後予測因子の確立、浸潤・転移機構の解明および新規治療法の基盤形成を目的とし、平成29年度は手術例を含めた後腸由来NETを対象とした各種解析を遂行した。具体的には後腸由来NETとして44内視鏡的切除術例ならびに12外科的切除例を集積することができ、各症例における臨床情報を抽出した。次いで、免疫組織化学的手法も用いて病変部における神経内分泌分化、脈管侵襲の有無、Ki-67指数、核分裂数、単位面積当たりの脈管数、腫瘍径を確認した上で、臨床病理情報を比較・検討した。その結果、静脈・リンパ管侵襲は当初考えられていたよりも高率に発生(約30%)していたが、内視鏡切除術例で新たに脈管侵襲が判明した症例は追加切除未施行であるにも関わらず全例で再発なく生存が確認できた。また、病変内の静脈数と腫瘍径の間には有意な正の相関関係が存在した。以上の所見より、脈管侵襲が外科的治療の絶対的な適応因子であるか否かさらなる検討が必要となる。一方、腫瘍病変内の静脈数が腫瘍発育へ関与する可能性も示唆され、転移・浸潤経路や腫瘍発育の解明への新たな道筋も示された。今後、他臓器症例も含め解析を進めることで、神経内分泌腫瘍における浸潤・転移機構の解明や予後予測因子の確立を目指すと同時に、新規治療法確立への基礎的な知見を得たい。平成29年度は後腸由来neuroendocrine tumor (NET) 56症例を集積することができ、病理組織学的解析を主体とした各種解析を行った。その結果、脈管侵襲が外科的治療の絶対的な適応因子であるか否かの問題提起を促す結果を得た。また、血管新生と転移・浸潤経路や腫瘍発育の関連性に関しても、その一端を解明することができた。それ故、一定の研究成果は得られたものと考えている。一方、解析症例が後腸由来NETに限られており、今後は他臓器NET症例も含めたより詳細な解析を遂行する必要がある。総合的に予定計画年数の1/4が経過した時点の達成度としてはおおむね順調であることから、上記達成度とした。

その結果、GPは大部分が十二指腸原発(89.7%)であり、発症平均年齢53.5歳、男女比3:2、平均腫瘍径25.7mm、リンパ節転移率11.4%、肝転移率1.1%と判明した。さらに、多変量解析によりリンパ節転移の危険因子が実質的に深達度のみであることも見いだした。よって最小限の侵襲的治療を目指すには、術前生検による確診、画像検査でのリンパ節転移の否定及び深達度判定が必須である。これまでに得られた成果は神経内分泌腫瘍における浸潤・転移機構の解明のみならず、診断法の均てん化に貢献するものであり、低侵襲治療の促進基盤にもなる。昨年度も後腸由来neuroendocrine tumor (NET)に対する、血管新生と転移・浸潤経路や腫瘍発育の関連性を国際査読雑誌に報告することができ、現在膵原発NETの解析も進行中である。総合的に予定計画年数の半分が経過した時点の達成度としては当初の計画以上に順調であることから、上記達成度とした。平成29年度は後腸由来neuroendocrine tumor (NET) 56症例に対する病理組織学的解析を行うことで、後腸NETにおける浸潤・転移機構や予後予測因子の一端を明らかにすることができた。今後、他臓器症例も含め解析を進めることで、神経内分泌腫瘍における浸潤・転移機構の解明や予後予測因子の確立を目指すと同時に、新規治療法確立への基礎的な知見を得たい。また、希少NET症例に関しては現存する文献の網羅的解析(システマティック・レビュー)を行うことで希少NET症例を総括して評価できるようにしたい。今後は膵原発NETを主体としながらも他臓器症例も含め解析を進めることで、神経内分泌腫瘍における浸潤・転移機構の解明や予後予測因子の確立を目指すと同時に、新規治療法確立への基礎的な知見を得たい。平成29年度は後腸由来NETを対象とした各種解析を施行した結果、脈管侵襲の意義や腫瘍発育に関与し得る因子の一端を解明することができ、その結果を報告することができた。しかしながら、当初の見積もりよりも安価に消耗品を購入することができ、論文も結果的に予定よりも少ない金額で報告・出版することが可能であったため、次年度使用額が生じた。その結果、GPの生物学的特徴やリンパ節転移の独立した危険因子を見いだすことに成功し、国際査読雑誌に報告することができた。しかしながら、当初の見積もりよりも安価に消耗品を購入することができ、論文も結果的に予定よりも少ない印刷代で出版することが可能であったため、次年度使用額が生じた。
機能統合型階層的樹脂成形法とそれを用いた内骨格型ハンドの構築に関する研究

本研究課題では,人間のように器用に物体を操れるロボットハンドの実現を目指し,従来から開発されてきたハンドの構造を根本的に見直し,新しい内骨格型多指ハンド構築のための基盤技術を開発することを目的として,MEMSの製造方法のアイディアを樹脂成型に応用したSDM(Shape Deposition Manufacturing)にヒントを得た新しい機能統合型階層的樹脂成形法を提案し,それを利用した内骨格型指モジュールおよびプロトタイプハンドを開発した.本研究課題では,人間のように器用に物体を操れるロボットハンドの実現を目指し,従来から開発されてきたハンドの構造を根本的に見直し,新しい内骨格型多指ハンド構築のための基盤技術を開発することを目的として,MEMSの製造方法のアイディアを樹脂成型に応用したSDM(Shape Deposition Manufacturing)にヒントを得た新しい機能統合型階層的樹脂成形法を提案し,それを利用した内骨格型指モジュールおよびプロトタイプハンドを開発した.多くの先進的なロボットが提案・開発されているが,生活環境内の多様な物体を自由に操れるロボットは実現していない.人間のように器用に物体を操れるロボットハンドが存在しないことが主な理由の1つである.そこで,本研究課題では,従来から開発されてきたハンドの構造を根本的に見直し,新しい内骨格型多指ハンド構築のための基盤技術を開発した.本年度は,多指ハンドへの展開を前提とした指モジュールを開発した.本年度の成果は次の通りである.1.感覚機能を有する人工皮膚の開発を行った.柔らかい樹脂により成形された空気袋に圧力センサを埋め込むことによって,樹脂の持つ物理的性質を利用した接触力のセンシングを行えることを実験により確認した.2.樹脂で一体成形された,アクチュエータおよびセンサを内蔵した指モジュールの開発を行い,動作確認を行った.アクチュエータを内骨格の一部として利用することで指のモジュール化を実現した.これにより小型ロボットへの適用も可能で,将来的には,医療,福祉分野などへの展開も期待される.3.快速造形法の一種である積層造形法を用いて,2.で設計した骨格構造に,1.で開発した人工皮膚を直接積層造形する事で「様々な部品をそれらの機能を維持しながら,樹脂と一体化する」機能統合型階層的樹脂成形法の開発を行った.4.1.で開発した人工皮膚と2.で開発した骨格構造とを,3.で開発した樹脂成形法によって統合し,内骨格型指モジュールの構築を行った.5.4.で開発した内骨格型指モジュールによりプロトタイプハンドの構築を行い,把持やハンドリングの制御に有効な指の構成や指先の感覚機能について考察を行った.
関数空間上の線形作用素の代数学的研究

未発表であるが得られた結果とその概要を記すことにする。ハンケル作用素の値域の包含関係と同値なハンケル作用素のシンボルの条件を調べ、その応用として、ハイポノーマル,ティープリッジ作用素についてのコ-ウェンの結果の易しい別証を与えた。ティープシッツ作用素及びハンケル作用素の代数的性質を応用して、H^∞のインターポレーションについてのサラソンの結果の易しい別証を与えた。双子の作用素、ティープリッツ作用素とハンケル作用素の代数的性質と関係について得られた結果について述べた。ティープリッツ作用素及びハンケル作用素の値域の包含関係についてのロット-の結果を精密化し、また〔1〕で得られた結果を用いて、ハイポノーマル、ハンケル作用素及びノーマル,ハンケル作用素の構造を解明した。正規作用素の満たす性質として有名なパットナム、アグレデの定理がY族の作用素まで拡張出来ることを示した。その結果コンパクトなM-ハイポノーマル作用素は正規作用素であることがわかった。
ピコ秒時間分解赤外分光法の開発と励起状態ダイナミクスへの応用

本年度の研究計画は、理学部スペクトル化学研究センターに新設されたピコ秒レーザーシステムを用いてピコ秒の時間幅で指紋波数領域まで波長可変な赤外光源を開発し、更にこの光源を用いてピコ秒時間分解赤外分光システムを作ることであった。まず赤外光源についてであるが、繰り返し率1KHzの、Nd:YLF再生増幅器から得られる波長1053nmの光と増幅された同期励起色素レーザーの光を、CaF_2結晶中で四光波混合することにより、長波長側は1170cm^<-1>程度までのピコ秒赤外光が、吸収測定に十分な強度で、安定に発生可能であることを確認した。この長波長側の限界はCaF_2の屈折率分散から計算される理論値と極めてよく一致し、また位相整合角も計算値とよい一致を見た。短波長側の発生は色素レーザーの波長範囲の関係で1400cm^<-1>程度までしか調べていないが、用いる色素を適切に交換することにより近赤外域まで可能と思われる。なお、1053nmの光と色素レーザーの光をCaF_2に入射する際、両者のタイミングを一致させるため1053nmの光に数メートルの光学遅延を置く必要があり、このため二つの光のビーム拡がりが大幅に異なり混合がうまく行かないという問題が生じた。これを回避するため、レンズ系を用いてビームの横モードマッチングをとることが重要であることが判明した。繰り返し率10Hzのシステムについては、色素増幅器がまだ立ち上げを終了しておらず、実験を行っていない。得られた光源を用いた時間分解赤外分光システムの開発については、本研究予算で励起光変調用の光学チョッパー等を購入してシステムを組んだが、現在までのところ過渡赤外吸収スペクトルを得るまでには至っていない。しかし、今後試料部分や励起方法の工夫等を重ねることにより、近い将来に過渡赤外吸収スペクトルを得ることができると考えており、更にピコ秒のタイムスケールで時間分解測定も可能になるものと期待している。
連続加熱条件下における食品タンパク質付着凝集挙動の速度論的解明

ホエイと卵白の連続加熱工程における機器表面へのタンパク質の付着挙動解明を目的として、構成タンパク質の凝集とステンレス鋼表面への付着との関係を中心として、速度論的な観点も含めた解析を行った。ホエイを対象とした研究では、液中での加熱凝集体形成と競合して付着が進行することを明らかにした。卵白タンパク質を対象とした研究では、共存する小さな多価イオンがステンレス表面に吸着してタンパク質の付着に大きな影響を与えることを明らかにした。以上、付着機構解明と速度論的解析をさらに進め、付着抑制策を確立するための有用な知見を得ることができた。ホエイと卵白の連続加熱工程におけるタンパク質の機器表面への付着機構を解明することを目的として、加熱時の凝集特性とステンレス鋼表面への付着特性の解析を行なった。平成23年度の研究の結果、ホエイタンパク質の主要成分であるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)を70°C以上の温度で予め加熱するとステンレス鋼表面に付着し難くなることが明らかになっている。本年度は共存タンパク質の影響を調べるため、第二成分であるα-ラクトアルブミン(α-La)とβ-Lgとの混合系について、予め加熱した試料を調製し、試料中の凝集体生成状況を調べるとともに、ステンレス鋼表面に対する付着特性の解析を行なった。α-La/β-Lg混合試料を75°C以上で予備加熱すると、遊離SH基を持たないα-Laの凝集体形成に対する寄与率が大きくなること、75°Cにおけるタンパク質付着量が減少することが示された。さらに、凝集体が未形成の試料から付着するのはほとんどがβ-Lgであるのに対し、予め凝集体が形成された試料ではα-Laの付着に寄与する割合が高くなることが示された。以上、凝集体の付着挙動をモデル化するうえで、有用な情報を得ることができた。ホエイタンパク質濃縮物(WPC)溶液とホエイ溶液についても上記と同様の検討を行った。同じ固形分濃度で比較すると、タンパク質含量の多いWPC溶液の方が凝集体形成が速いことが示された。平成23年度の連続加熱実験でWPC溶液の方がホエイ溶液よりも付着量の少ないことが明らかになっており、併せて考察すると、高温下での付着と液中での凝集体形成とは競合しており、液中での凝集体の形成が起こりやすい条件では付着量が少なくなる可能性が考えられた。卵白タンパク質については、その主要成分であるオボアルブミンを主な試料として付着実験を行ない、付着量の温度依存性等に関するデータを蓄積した。ホエイと卵白の連続加熱工程における機器表面へのタンパク質の付着挙動解明を目的として、構成タンパク質の加熱時の凝集挙動とステンレス鋼表面への付着挙動との関係について解析を行ってきた。最終年度は、卵白タンパク質を主な対象としてステンレス鋼表面への付着挙動について検討した。卵白アルブミン(OVA)、オボムコイド(OVM)、リゾチーム(LYZ)の付着量を各種条件下で比較検討したところ、クエン酸等の多価陰イオンの共存下で酸性タンパク質であるOVAとOVMの付着量が低減、塩基性タンパク質であるLYZの付着量が増加することが示された。これらの結果は、多価陰イオンがタンパク質に先んじてステンレス鋼表面に吸着し、静電的相互作用によってタンパク質の付着に影響を及ぼすと考えると説明できる。さらに、多価陰イオンを含む水溶液でステンレス鋼表面を予め洗浄した後に3080°Cの温度条件下で付着実験を行ったところ、付着温度によって程度に差はあるものの、OVAとOVMの付着が抑制された。この結果は上述の仮説の妥当性を支持するとともに、多価陰イオンによる予備洗浄が加熱条件下も含めたタンパク質付着抑制法として有望であることを示すものである。小型連続加熱装置による連続加熱実験における加熱管内壁への付着経過を記述可能な速度論モデルの構築も試みた。前年度までの検討結果から、試料中のタンパク質のうち加熱時にステンレス鋼表面に付着可能な画分の濃度Cは、試料の熱凝集が進むと低下する。よって、連続加熱管内流れ方向の定常温度分布のみを考慮すると、濃度Cは加熱管内の位置の関数と考えられる。そこで、付着速度が濃度Cの一次反応で記述でき、アレニウス型の温度依存性をもつと仮定して、ホエイを試料とした連続加熱実験のモデル計算を行った結果、付着量と直接関係する加熱管内圧力損失を推算できる可能性が示された。本研究では、ホエイと卵白を対象として小型連続加熱装置による連続加熱試験を行うとともに、変性・凝集の程度の異なるホエイと卵白及びこれらを構成するタンパク質の溶液を試料として付着挙動の解析を行い、これらを総合して食品タンパク質の付着機構を解明することを目的としている。初年度はホエイおよびその構成タンパク質を中心に実験を進めた。

ホエイおよびホエイタンパク質濃縮物(WPC)を水に溶解した試料について、小型連続加熱装置を用いて一定流速条件下で加熱処理を行い、加熱管出入口の圧力差によって加熱管内付着量の増加過程を評価した結果、WPCの方が明らかに付着量が少ないことが示された。WPCの方がタンパク質濃度が高く、熱凝集性が高いことから、水溶液中でタンパク質が熱凝集体を形成すると器壁への付着量が低下することが示唆された。そこで、タンパク質の加熱凝集状態と付着性との関係を調べた。加熱温度および時間を変化させたβ-ラクトグロブリン試料を調製し、ステンレス鋼表面に対する付着実験を行った結果、加熱温度が70°Cを越えるとβ-ラクトグロブリンが付着し難くなることが示された。また、加熱β-ラクトグロブリン試料の凝集状態を非還元SDSポリアクリルアミド電気泳動法により確認するとともに、エルマン試薬を用いたSH基の定量を行った結果、加熱しても総SH基量には大きな変化が無く、凝集に起因する立体障害が付着量の減少をもたらすことが明らかになった。β-ラクトグロブリンのステンレス鋼表面に対する付着挙動については、水晶振動子マイクロバランスを用いた常温での付着量についても解析を行った。付着量測定前に水晶振動子センサーのステンレス表面の洗浄を行うが、その洗浄条件によって付着量の差異が認められた。ホエイおよびその構成タンパク質については、熱凝集特性の解析とともに連続加熱実験と付着実験による付着特性の把握を計画に従って順調に進めることができ、知見を深めることができた。卵白についてもデータを蓄積しつつあり、おおむね順調に進展しているものと判断できる。ホエイやホエイタンパク質濃縮物の連続加熱実験を行って組成による付着特性の差異を明らかにするとともに、加熱凝集タンパク質試料の凝集構造が付着特性に及ぼす影響を明らかにした。本研究では卵白も対象としているが、本年度はホエイおよびホエイタンパク質に関する解析を卵白よりも優先することによって、研究を深めることができた。また、水晶振動子マイクロバランス法による解析もほぼ計画に従って進めた。以上の点から、おおむね順調に進展しているものと判断できる。多種共存するタンパク質の加熱時のステンレス鋼表面に対する付着挙動をより明確に把握できるよう、凝集体の形成進度および構造と付着量の影響についてさらに詳細な解析を進める。また、本年度の途中から着手した連続加熱実験における加熱管内壁に対する付着の速度論的数理モデルの構築についても引き続き注力し、構築されたモデルに基づいた解析を推進する。小型連続加熱装置を用いた検討については、ホエイの付着特性に関する解析を進めるとともに、卵白についても検討を行う。水晶振動子マイクロバランスを用いた解析については、凝集構造と付着量の影響についてさらに詳細な解析を進める。また、加熱管内の付着に対する速度論的数理モデルの構築にも着手する。該当なし。平成23年度の研究費にはわずかな次年度使用額が生じたが、これは実験操作を工夫し、当初予定に比べて実験規模を少しずつ縮小できたことによる。平成24年度はこの次年度使用額と併せて、研究費のほとんどを実験試料と実験器具に宛てる。成果発表のための旅費としても一部を使用する予定である。
分極制御による可視光応答・高耐久性窒化物半導体人工光合成デバイス

AlN極薄層を用いた分極制御トンネル接合を用い,n型窒化物エピタキシャル結晶(GaNおよびInGaN)を光吸収層とする光カソード電極の作製と動作実証に成功した.デバイスシミュレーションに設計したAlNトンネル接合を得るため,低温成長やガス切り替えシーケンスの最適化などエピタキシャル成長における新手法を開発した.さらに,PtによりGaN表面修飾により,外部電位を用いない光水分解による水素生成を達成した.成長技術の最も発達したGa極性面を利用して高効率の光電変換を目指す上で,分極の悪影響を低減する構造が必須となる.そこで,デバイスシミュレーションを用い,光電極の基本となる太陽電池特性に関して,Ga極性面上にも関わらず分極が有利に働く層構造を設計した.Ga極性面上のn-GaN/n-AlN/InGaN/n-GaN構造(膜厚は順に300 nm/3 nm/500 nm/10 nm)により,全In組成域で通常の太陽電池特性が得られていることが示された.次に,実際にデバイス構造を作成するための有機金属気相成長プロセスにおいて,上記機能発現の鍵を握るAlN層上下のヘテロ界面形成シーケンスを改良した.GaNからAlNにかけての成長条件遷移においては,成長中断中にGaN表面が雰囲気ガス(NH3+N2)によりエッチングされることが界面急峻性を損なう原因であることを突き止め,高NH3分圧中で迅速にGaNからAlNの成長条件に遷移するべくシーケンスを改良した.一方,AlN層の成長に関しては,ウエハ周囲から蒸発したGaの混入を防ぐために低温(800°C)成長が必須であることを見出した.さらに,その上にGaNを成長する際には,AlNからGaNへの成長条件変更中の成長中断においてAlNの表面がエッチングされて凹凸化することが判明したため,AlN成長後に高温(1100°C)でのGaN成長条件に遷移する前に,数nmの低温GaN層でAlN表面を保護することがきわめて有効であることを見出した.これらの成長シーケンス改良によるヘテロ界面の組成急峻化は,XRDによるサテライトピークの解析から明確に実証された.水の光電気化学分解反応における電流-電圧特性からは,成長シーケンスの改良により電流の立ち上がりが低電圧側にシフトすることが確認され,AlN層によるバンドエンジニアリングがより有効に機能していることが示された.想定したデバイス構造の有効性がデバイスシミュレーションにより検証された.さらに,その構造を実装するための有機金属気相成長に取り組み,当初の目論見に比べてAlN層上下のヘテロ界面の組成急峻化がハードルの高い課題であることが判明したものの,結晶成長メカニズムの観点から組成急峻化を妨げる要因を解明し,成長シーケンスの改良を行うことで実際のデバイス特性の改善を実証できた.次年度以降に可視光応答する光電極の開発を進めるのに十分な基盤を構築することができた.表面構造による液中化学種・バンド端エネルギーのオフセットの測定法を確立するため,銀塩化銀標準電極電位に対してモデル電極として用いたn型GaN光電極が有する電位(電子擬フェルミ準位の電位)を開放電位として測定し,その照射光強度依存性が光電極表面構造により異なる様子を詳細に検討した.光電極と同様に光励起キャリアの蓄積により擬フェルミエネルギーの分裂幅を増大させて外部回路に仕事を行う太陽電池においては,照射光強度の対数に対して線形に開放電位が増大することが知られている.一方,今回解析したn型GaN光電極に関しては,光強度が非常に弱い領域で,光強度を増大させても開放電位が変化しない現象が見いだされた.これは,n型GaNのバルク欠陥あるいは半導体/電解液界面に存在する界面準位が光励起キャリアの再結合を促して,光強度の増大にも拘わらずキャリア濃度が増大しない現象が観察されたものと考えられた.すなわち,半導体界面物理で広く論じられているフェルミレベルのピニングが起きていることが強く示唆された.そこで,n型GaN光電極の表面を電気化学還元すると上記ピニングの程度が異なることが観察されたため,半導体/電解液界面の化学的状態が光電極の機能に大きな影響を与えると結論された.そこで,光アノードにおける酸素発生に有効な触媒として知られている酸化ニッケルを微粒子状にn型GaN光電極の表面に導入した結果,酸化ニッケルの表面修飾法次第でフェルミレベルのピニングが大きく異なり,良好に導入できた場合にはピニングが抑制されて弱い照射光のもとでも電子の擬フェルミレベルが上昇しやすいことが発見された.これは,表面構造の制御が光励起キャリアの蓄積による自由エネルギーの上昇を助け,光電極の反応性を向上させることを明確に示す結果である.以上の結果を開発中のフォトカソードに応用するため,白金の光電着法を開発した.前年度に得られた分極制御窒化物半導体構造のバンドエンジニアリングを有効に行うためのGaN/AlN界面制御手法により,半導体光カソード内部で擬フェルミエネルギーの分裂幅を増大させることが可能になっている.今年度の成果は,擬フェルミエネルギーの分裂を妨げる主要要因である半導体表面(半導体/電解液界面におけるキャリア再結合)が,界面反応を促進するための半導体表面修飾により抑制される場合のみならず逆に促進される場合もあることを示したものである.今後,半導体表面への各種触媒の導入にあたり,今回開発した光照射による開放電位のオフセットを観察して,その半導体電極における光起電力生成への影響をスクリーニングすべきであるという指針を与えるものである.

すでに本指針を援用しつつ,開発中のフォトカソード表面に半導体から溶液中分子への電子伝達を促進するための白金微粒子を光電着により導入する手法を開発している.本成果を用いてCO2還元に有効なフォトカソード表面の触媒構造を探索することで,研究目的の達成が可能であると考えている.前年度までに達成したAlN分極制御層を挿入したGaN光カソードの動作実証に続き,光照射のみで外部バイアスを印加せずに水の分解・水素生成を可能にするための特性改善を試みた.まず,GaN表面(電解液との界面)から溶液中のプロトンへの電子移動が電流を律速している傾向がみられたため,GaN表面に電気化学堆積法によりPt粒子を導入した.その際,光触媒として動作させる際と同様の光照射条件下で電気化学体積を行うことで,GaN表面のうちでも電子が蓄積しやすいサイトに選択的にPtを導入し,GaNに存在する結晶欠陥の影響を低減することに成功した.また,分極制御層に関して,従来は歪み由来のピエゾ電界を最大化するべくGaNと格子定数差が大きい純AlNを成長すべく結晶成長温度の低温化などの工夫を施してきたが,GaN上に成長した純AlNは格子緩和しやすく,理論で予測されるほどの電解を得ることは難しいことが判明した.そこで,格子定数差よりも格子緩和せずに結晶成長できる可能性を優先して分極制御層をGaが0.3程度含まれるAlGaNに変更して,光カソード構造の結晶成長を再度試みた.AlGaN分極制御層の採用により,結晶成長装置からのGaのクロスコンタミネーションを気にせずに高温成長することが可能になり,分極制御層の格子緩和を抑制するのみならず結晶欠陥の低減も同時に達成できた.これらの改良により外部バイアス無しの2電極系において水の光電気化学分解を行うことが可能となった.一方,Ptを含む表面修飾の導入によりもたらされるバンド端位置と溶液中の酸化還元電位との相対関係の変化を解析するため,光誘起オープンサーキットポテンシャルの光強度依存性から電解液/GaN界面のバンドアラインメントを解析する手法を構築した.この解析によれば,粒子上Ptによる表面修飾はバンドアラインメントにはほとんど影響しないことが判明した.AlN極薄層を用いた分極制御トンネル接合を用い,n型窒化物エピタキシャル結晶(GaNおよびInGaN)を光吸収層とする光カソード電極の作製と動作実証に成功した.デバイスシミュレーションに設計したAlNトンネル接合を得るため,低温成長やガス切り替えシーケンスの最適化などエピタキシャル成長における新手法を開発した.さらに,PtによりGaN表面修飾により,外部電位を用いない光水分解による水素生成を達成した.可視光応答の鍵を握るInGaN光吸収層の結晶成長と,それを用いた光電極の特性検証に取り組む.転移密度が小さいGaN基板を用いて,InGaN光吸収層の品位向上を図る.・フォトカソード表面への白金微粒子導入法の改良による,無バイアス下での光照射水素生成反応の達成・CO2還元に有効なフォトカソード表面触媒構造の探索.まずは光照射しない半導体電極表面で外部電位を印加して,電気化学的CO2還元に有効な表面触媒構造を探索する.ついで,それを窒化物半導体フォトカソード表面に導入して,CO2還元能を精査する.・フォトカソードにおいて可視光をより有効に吸収して光起電力を得るためにInGaN光吸収層を実装する.29年度が最終年度であるため、記入しない。電気電子材料工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
自己身体認識における運動システムの寄与の解明：ラバーハンド錯覚によるアプローチ

昨年度,脳波電極の感覚運動野付近で計測されるμ波(8-13Hz)抑制により,身体所有感を生じた偽の手(他者の手)の運動観察中,感覚運動システムが活性する現象を発見した.しかしながら,μ波は後頭葉由来のα波(8-13Hz)の変化を反映している可能性も否定できない.そこで,本年度は昨年度と同じ実験システムを用い,偽の手と実際の手の視触覚刺激のタイミングを系統的に操作し,偽の手に対する身体所有感と偽の手の運動観察時の脳活動の関連性を詳細に検討した.実験者は被験者の手と偽の手を同時に撫でた.この時,偽の手のモニター映像に80ms,280ms,480msの時間遅延を挿入した.視触覚刺激中,モデルの手は時々大きく開いた.従来の報告通り,偽の手への身体所有感は遅延間隔の延長に伴って有意に低下した.全頭から記録された脳波データに対して,独立成分(IC)分析と独立成分クラスタリング解析を行った.その結果,10Hz周辺にパワーのピークを有するいくつかのクラスタが抽出された.右感覚運動クラスタで観察されたμ波抑制は,80ms条件が280msと480ms条件のよりも有意に大きかった.他方,頭頂葉クラスターの抑制は,480ms条件の方が80msと280ms条件よりも大きかった.これに対して,後頭クラスターで観察されたα波抑制では,条件間に有意差は認められなかった.本結果は,身体化,非身体化した偽の手の運動観察が,感覚運動野と頭頂葉の活性化を誘発することを示唆する.なお,本成果は,国際誌に投稿予定である.1.脳波の実験システムの構築が出来ており,順調に実験が進行しているため2.新たな脳波解析(独立成分分析クラスタリング法)の手法が適応できているため3.VRゴーグルを用いた,新たな実験システムの構築が進んでいるため4.研究成果が査読付き国際誌に発表できているため今後は,観察する偽の手の動きのタイプを変えて,感覚運動野の活性化を詳細に検討する予定である.また,VRゴーグルを用いた実験も同時に進める予定である.今年度は,32チャネルの脳波計測(EEG)により,ラバーハンド錯覚によって,錯覚性の身体所有感を生じた他者(モデル)の手の運動観察が被験者の感覚運動システムを活性化することを発見した.ラバーハンド錯覚とは,眼前の偽の手(ラバーハンド)と被験者本人の手を実験者がブラシで同時に撫でると,触覚がラバーハンドから生じるように感じ,さらにラバーハンドが自己の手のように感じる身体錯覚である.本実験では,ビデオカメラとモニターを用いて,眼前のモデルの手と視覚的に遮断された被験者の手が同時(同期条件)もしくは交互(非同期条件)にブラシで撫でられた.この視触覚刺激中(錯覚誘発),モデルの手は時々大きく開いた.この手の動きを観察している際のμ波(8-13Hz)抑制(脳波)を感覚運動システム活性化の指標とした.先行研究と同じく,被験者は,同期条件でのみモデルの手に対する錯覚性の身体所有感を報告した.運動観察中,被験者の手指に不随意な動きが生じた.この発生率は同期条件の方が非同期条件よりも高く,試行回数と伴に上昇した.運動観察に伴うμ波抑制の大きさは,非同期条件に比べて同期条件の方が強く,その持続時間も長かった.さらに,μ波抑制の大きさは身体所有感の強さと有意に相関した.この結果は,義手や仮想手に対する身体所有感の客観的評価や行為観察を利用した運動回復のリハビリに寄与すると考える.本成果は,国際誌(Neuropsychologia)に3月掲載された.実験システムの開発および脳波計測が上手く出来,データも蓄積できているため昨年度,脳波電極の感覚運動野付近で計測されるμ波(8-13Hz)抑制により,身体所有感を生じた偽の手(他者の手)の運動観察中,感覚運動システムが活性する現象を発見した.しかしながら,μ波は後頭葉由来のα波(8-13Hz)の変化を反映している可能性も否定できない.そこで,本年度は昨年度と同じ実験システムを用い,偽の手と実際の手の視触覚刺激のタイミングを系統的に操作し,偽の手に対する身体所有感と偽の手の運動観察時の脳活動の関連性を詳細に検討した.実験者は被験者の手と偽の手を同時に撫でた.この時,偽の手のモニター映像に80ms,280ms,480msの時間遅延を挿入した.視触覚刺激中,モデルの手は時々大きく開いた.従来の報告通り,偽の手への身体所有感は遅延間隔の延長に伴って有意に低下した.全頭から記録された脳波データに対して,独立成分(IC)分析と独立成分クラスタリング解析を行った.その結果,10Hz周辺にパワーのピークを有するいくつかのクラスタが抽出された.右感覚運動クラスタで観察されたμ波抑制は,80ms条件が280msと480ms条件のよりも有意に大きかった.他方,頭頂葉クラスターの抑制は,480ms条件の方が80msと280ms条件よりも大きかった.

これに対して,後頭クラスターで観察されたα波抑制では,条件間に有意差は認められなかった.本結果は,身体化,非身体化した偽の手の運動観察が,感覚運動野と頭頂葉の活性化を誘発することを示唆する.なお,本成果は,国際誌に投稿予定である.1.脳波の実験システムの構築が出来ており,順調に実験が進行しているため2.新たな脳波解析(独立成分分析クラスタリング法)の手法が適応できているため3.VRゴーグルを用いた,新たな実験システムの構築が進んでいるため4.研究成果が査読付き国際誌に発表できているため今後は脳波の事象関連脱同期を利用し,今回の身体化したラバーハンドの動きの観察中の感覚運動活性を更に検討する予定である.具体的にはラバーハンド誘発期に遅延視覚フィードバックを入れ,その効果を調べる予定である.今後は,観察する偽の手の動きのタイプを変えて,感覚運動野の活性化を詳細に検討する予定である.また,VRゴーグルを用いた実験も同時に進める予定である.旅費・人件費が当初の予定よりかからなかったため.いずれも次年度の旅費・人件費として使用する予定である.旅費・人件費に関しては,他の助成金により支出出来たため,当初の予定額の使用が不必要であった.次年度の使用額は,主に新たな実験システムの構築のため物品費の購入を中心に支出する予定である.加えて,旅費・人件費,論文掲載費にも支出する計画である.