hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ねじからのアコースティックエミッションの検出及び降伏点締付けへの応用

1.研究目的ねじの締付け力をねじの降伏荷重により与える降伏点締付けは,ねじ締結体の限界設計に有用である.締付け方法として,締付けトルクのねじの回転角に対する変化率を検出するトルク匂配法が一般的であるが,作業には複雑な装置が必要となる.同様の方法である塑性域締付けは回転角法により実施されるが,締付け時の過大な塑性伸びに注意する必要があり,ねじの降伏の直接検出が望まれる.本研究では,降伏点締付けにおける締付け力管理方法として,ねじの降伏を高い精度と信頼性で決定するために,AE(アコースティック・エミッション)の検出による方法について検討する.2.研究成果(1)試験用ねじとしてM10のボルトを用い,その頭部にAEセンサを取り付けるための治具を設計・製作している.AEセンサをボルト頭部に密着させるため頭部を研削加工し,ワックスを介して取り付けている.引張り試験及び締付け試験において,ボルトの荷重-伸び曲線を測定する必要があるが,ボルト頭部のAEセンサをまたぐように変位計は取り付けられる.(2)AE計測装置(Uプロット9502)により測定されたAE信号に関する情報をGP-IBインターフェースを介してパーソナルコンピュータに取り込み,AEに関する各種の解析が行える計測システム及びソフトウェアを構成している.(3)弾塑性域締結ねじ性能試験機を用いてM10ボルトの単軸引張り試験を行い,ねじからのAEの検出を試みている.AEのイベントレート及び振幅分布の変化とねじの巨視的な降伏条件との関係について検討している.(4)締付けによるねじの降伏の検出の場合には,ねじ面等の摩擦面から生じるノイズを弁別するためのディスクリレベルの設定が設定などが今後の検討課題である.1.研究目的ねじの締付け力をねじの降伏荷重により与える降伏点締付けは,ねじ締結体の限界設計に有用である.締付け方法として,締付けトルクのねじの回転角に対する変化率を検出するトルク匂配法が一般的であるが,作業には複雑な装置が必要となる.同様の方法である塑性域締付けは回転角法により実施されるが,締付け時の過大な塑性伸びに注意する必要があり,ねじの降伏の直接検出が望まれる.本研究では,降伏点締付けにおける締付け力管理方法として,ねじの降伏を高い精度と信頼性で決定するために,AE(アコースティック・エミッション)の検出による方法について検討する.2.研究成果(1)試験用ねじとしてM10のボルトを用い,その頭部にAEセンサを取り付けるための治具を設計・製作している.AEセンサをボルト頭部に密着させるため頭部を研削加工し,ワックスを介して取り付けている.引張り試験及び締付け試験において,ボルトの荷重-伸び曲線を測定する必要があるが,ボルト頭部のAEセンサをまたぐように変位計は取り付けられる.(2)AE計測装置(Uプロット9502)により測定されたAE信号に関する情報をGP-IBインターフェースを介してパーソナルコンピュータに取り込み,AEに関する各種の解析が行える計測システム及びソフトウェアを構成している.(3)弾塑性域締結ねじ性能試験機を用いてM10ボルトの単軸引張り試験を行い,ねじからのAEの検出を試みている.AEのイベントレート及び振幅分布の変化とねじの巨視的な降伏条件との関係について検討している.(4)締付けによるねじの降伏の検出の場合には,ねじ面等の摩擦面から生じるノイズを弁別するためのディスクリレベルの設定が設定などが今後の検討課題である.
非アーベル岩澤理論の新展開

本研究の主要課題は非自由予想と分岐予想である.非自由予想に関しては,最近研究代表者が開発した新しい手法をさらに発展させることによって更なる前進を図る.また,分岐予想は有限次代数体上にp上の素点のみが実際に分岐する非アーベルp-拡大を構成する問題に帰着される.この種の構成にはある種の特別なアーベル多様体の等分点から来るガロワ表現が応用できる可能性があるので,それを視野に入れた研究を行う.本研究の主要課題は非自由予想と分岐予想である.非自由予想に関しては,最近研究代表者が開発した新しい手法をさらに発展させることによって更なる前進を図る.また,分岐予想は有限次代数体上にp上の素点のみが実際に分岐する非アーベルp-拡大を構成する問題に帰着される.この種の構成にはある種の特別なアーベル多様体の等分点から来るガロワ表現が応用できる可能性があるので,それを視野に入れた研究を行う.
神経障害性疼痛に直結する神経回路動作異常メカニズムの解明と創薬への応用

がんや糖尿病,脳梗塞などに伴う神経系の障害により,モルヒネにも抵抗性を示す神経障害性疼痛が発症する。特に,触刺激で誘発される激烈な痛み(アロディニア)の治療は困難で,多くの患者が苦しんでいるが,「なぜ触覚が痛覚に変わるのか」という根源的な問いは未解明である。本研究では,代表者らがこれまで構築した疼痛・グリア研究基盤と,最近確立した技術(新規アロディニア評価法,神経サブセット特異的機能制御法)を融合させ,アロディニアに直結する神経回路とその動作異常を特定し,触から痛への転換メカニズムを解明する。そして,アロディニアの発症メカニズムの理解を深め,画期的な創薬シーズの発見に繋げる。
テレマティックス音声対話における安全性と快適性の評価に関する研究

3年間の研究期間の最終年度として、対話システム構成要素における心的負荷の評価を行い、研究のまとめを行った。特に高品質早口音声の聴取タスクに着目し、これを心的負荷の観点から評価した。具体的には、親密度別単語音声データFW03から作成した2倍速および4倍速の音声を聴取させた。これらの検討は、客観的尺度(タスクパフォーマンス評価、二重課題法など)、主観的尺度(NASA-TLXなど)の両面から行った。まず予備実験としてオリジナル速度と2倍速の音声の聴取実験を行い、NASA-TLXによる評価プログラムを新たに開発し、単語了解度と心的負荷の関係を確認し、手法の妥当性を検証した。さらに、単語親密度と学習効果がこれらの課題遂行に与える影響を明らかにする実験を行った。30人以上の被験者による実験の結果、以下の仮説を支持する結果が得られた。(1)学習の効果は「課題そのものへの慣れ」「ボトムアップ情報としての聴覚刺激に対する慣れ」「トップダウン情報としての心的辞書アクセスにおける慣れ」の3つに対して個別に現れる。親密度の低い単語を聞き続ける場合はトップダウン情報に関する学習は阻害される。反対に、親密度の高い単語を聞き続ける場合はトップダウン情報に関する学習が促されるため、学習効果が得られやすい。(2)トップダウン情報を多く活用できるほど、心的負荷は軽減される。早口化されて明瞭性の低くなった音声を聴取する際に、親密度の高い単語の聴取であっても、被験者がトップダウン情報を活用しようとしていれば心的負荷は軽減される。これに対して、トップダウン情報に頼らずに聞き取ろうとする場合は、心的負荷は高まる。本研究の目的は、テレマティックス音声対話におけるドライバの操作負荷を定量化することである。本年度の成果は以下の通りである。(1)車載音声対話システム設計のガイドラインを作成し、その一部を2つの国際会議で発表した。これは財団法人日本自動車研究所の活動の一環として行った。(2)国際会議等でテレマティックス音声対話の研究動向を調査した。音声認識で使われる信号処理や確率モデルなどの手法がドライバや運転状況の識別に有用であること、高品質音声合成、対話制御、マルチモーダル入力など対話システム構成要素に関する最新の研究成果を踏まえた研究が重要であること、などの知見を得た。(3)頭部モーションセンサと音声入力を併用した入力システムの試作検討を行った。ユーザの音声入力に対するシステムの応答を聞きながら頭を縦や横に振ることにより肯定や否定を意思表示を行う入力インタフェースの提案と試作、評価用モーションデータの採取を行った。(4)音声対話システムの設計に必要な知見を得るために、対面朗読者と視覚障害者の対話を分析した。対面朗読者は音声対話によって問題解決を支援する専門家である。ケータリングメニュー選択の対話を分析した結果、ショッピングカートモデル型の対話制御、音訳ボランティア固有の読み上げ技術、大局的理解や双方向性などの対面朗読技術など、実現可能性のレベルに分けて技術要素を整理することができた。(5)早口音声合成の実装と評価に関する検討を行った。早口合成音声は、テレマティックスにおいて情報の効率的な伝達に有用である。また、早口音声を聴取する課題は、視覚に依存せずに実施できる対話負荷の評価手法としても有望である。(1)情報処理学会・学会試行標準ワーキンググループの活動の一環として、車載音声対話システムのディストラクション評価に関する検討をすすめた。また、マルチモーダル音声対話システムの設計およびコンテンツ記述に関する検討を行い、FIT2006イベント企画「音声・マルチモーダル対話記述とその標準化」にて発表した。また、音声対話技術コンソーシアムにおけるGalatea Toolkit開発の一環として音声対話エンジンの改良を進めた。(2)頭部モーションセンサと音声入力を併用した入力システムの検討を前年度に引き続き行った。ユーザの音声入力に対するシステムの応答を聞きながら頭を縦や横に振ることにより肯定や否定の意思表示を行う入力インタフェースの提案と試作、評価を行った。特にモーションセンサと効果音によるフィードバックを併用した手法が良好であるとの示唆を得た。(3)心的負荷に関して、特にNASA-TLXなどの主観的尺度について、本研究の着眼点であった客観的尺度を併用することを念頭に置いて検討した。また、テレマティックスにおいて情報の効率的な伝達に有用と考えられる早口音声の聴取は、若年者と合わせて高齢者も新たな対象にして実験を行った。さらに、対面朗読者と視覚障害者の対話分析に基づくショッピングカートモデル型の対話システムを実装し、予備的な評価を行った。これらは最終年度に心的負荷の評価対象として用いる予定である。

30人以上の被験者による実験の結果、以下の仮説を支持する結果が得られた。(1)学習の効果は「課題そのものへの慣れ」「ボトムアップ情報としての聴覚刺激に対する慣れ」「トップダウン情報としての心的辞書アクセスにおける慣れ」の3つに対して個別に現れる。親密度の低い単語を聞き続ける場合はトップダウン情報に関する学習は阻害される。反対に、親密度の高い単語を聞き続ける場合はトップダウン情報に関する学習が促されるため、学習効果が得られやすい。(2)トップダウン情報を多く活用できるほど、心的負荷は軽減される。早口化されて明瞭性の低くなった音声を聴取する際に、親密度の高い単語の聴取であっても、被験者がトップダウン情報を活用しようとしていれば心的負荷は軽減される。これに対して、トップダウン情報に頼らずに聞き取ろうとする場合は、心的負荷は高まる。
血縁判定・生殖生理を基礎としたニホンザルの配偶戦略研究

本研究は,ニホンザルの繁殖単位である群れに,複数の雄がいる(複雄群)条件とその要因を解明する研究の一環である。そのため本研究では、劣位オスの繁殖成功度に複雄群の成立の条件が潜むというアイデアで研究を進めた。調査は、霊長類研究所の若桜群を対象に交尾期の配偶行動の資料を収集した。また出産期には、新生児の血液によりDNA父子判定を行った。95年度の交尾による子供はまだ生まれていないので、配偶行動と出産の資料との照合による分析は94年度交尾の資料を用いた。行動の資料収集には、雄の繁殖成功度(各雄が生ませた子どもの数)、交尾成功度が、どのような要因によって決定されるかということを解析するため、雄間競争の指標として雄の順位を調べるほかに、雌による選択の程度の指標として、交尾の過程での雌からの接近の程度(雄の魅力)を調べた。劣位の雄も繁殖に強く関与していることは数年前の研究で明らかになっていたが、今回の行動、父子判定の分析では、雄の交尾成功度頻度、繁殖成功度は、雄の順位よりむしろ雌の側の判断が強く影響していることが明らかになった。劣位オスの繁殖参加、すなわち複雄化を支える要因は雌の判断であると言うことができる。屋久島の野外研究では、糞資料と配偶行動資料を未だ集積中である。繁殖期に雄の精子の野外での採取が可能になったことは収穫であった。繁殖生理に関しては、雄の発情のためには、雌のエストロジェンレベルが約100pg/m以上、射精のためには300pg/m以上が必要とされることが明らかとなった。このほか、個体群中での出産の一般的傾向を洗い出すため、高崎山の出産の経年変化の資料を収集分析した。個体群中の出産率の分布は、0.3から0.9までが約70%を占め、雌の繁殖成功度も大きな変異があることが分かった。今後は、この雌の繁殖率の変異も考慮に入れた研究を進める必要がある。本研究は、複雄のニホンザルの群れ内において、劣位雄の繁殖成功度が比較的高いという現象を、行動の直接観察および生殖生理学的分析、DNA父子判定により解析しようとするものである。1.性行動の観察は主として昨年10月から、本年1月まで、京都大学霊長類研究所野外放飼場集団「若桜」群について行った。行動観察の結果は、優位雄と対比して、劣位雄は(1)雌に対する接近を、優位雄に干渉される。(2)しかし、より積極的に接近することにより、交尾の機会をつくり、集中的にマウンティングする。(3)集中マウンティングの機会がないときには、場所を移動し、再度マウンティングの機会をつくる。集中マウントの後には必ず射精する。(4)結論的には、野性群に較べ、優位雄からの干渉が強い放飼群でも、劣位雄は配偶の各段階の行動を随時変えていくことで、雌との交尾の機会を得ているといえる。2.生殖生理学的基礎的分析からは、(1)非授乳雌の排卵機能は、交尾期の初期にすでに増大しており、その多くは、最初の排卵で妊娠する。(2)多くの妊娠雌は、妊娠中の7-9週まで、連続的に発情状態を示した。(3)その結果、交尾期の中期までずっと高い頻度の交尾が見られた。(4)なお雄についても、血液中のtestosteroneの濃度が、交尾期初期に頂点になるように増加すことが確認された。

さらに3.授乳と排卵の関係を調べるため、交尾に直前に乳児を失った個体の性行動と、ホルモン動態を調べた結果、授乳刺激が除去されてから、約30日で交尾を始め、約50日で排卵することがわかった。なお、新生児の父子判定は、95年の出産期を待たねばならない。本研究は、ニホンザルの繁殖単位である群れに、複数の雄がいる(複雄群)条件とその要因を解明する研究の一環である。そのため本研究では、劣位オスの繁殖成功度に複雄群の成立の条件が潜むというアイデアで研究を進めた。調査は、霊長類研究所の若桜群を対象に交尾期の配偶行動の資料を収集した。また出産期には、新生児の血液によりDNA父子判定を行った。95年度の交尾による子供はまだ生まれていないので、配偶行動と出産の資料との照合による分析は94年度交尾の資料を用いた。行動の資料収集には、雄の繁殖成功度(各雄が生ませた子どもの数)、交尾成功度が、どのような要因によって決定されるかということを解析するため、雄間競争の指標として雄の順位を調べるほかに、雌による選択の程度の指標として、交尾の過程での雌からの接近の程度(雄の魅力)を調べた。劣位の雄も繁殖に強く関与していることは数年前の研究で明らかになっていたが、今回の行動、父子判定の分析では、雄の交尾成功度頻度、繁殖成功度は、雄の順位よりむしろ雌の側の判断が強く影響していることが明らかになった。劣位オスの繁殖参加、すなわち複雄化を支える要因は雌の判断であると言うことができる。屋久島の野外研究では、糞資料と配偶行動資料を未だ集積中である。繁殖期に雄の精子の野外での採取が可能になったことは収穫であった。繁殖生理に関しては、雄の発情のためには、雌のエストロジェンレベルが約100pg/m以上、射精のためには300pg/m以上が必要とされることが明らかとなった。このほか、個体群中での出産の一般的傾向を洗い出すため、高崎山の出産の経年変化の資料を収集分析した。個体群中の出産率の分布は、0.3から0.9までが約70%を占め、雌の繁殖成功度も大きな変異があることが分かった。今後は、この雌の繁殖率の変異も考慮に入れた研究を進める必要がある。
確率モデルに基づく意図・状態理解とコミュニケーション制御に関する研究

人間から観測される不確実性のある多種多様な情報から,コミュニケーションロボットが,どのように意図や状況を理解すべきかを明らかにするとともに,人間がストレスを感じない自然なコミュニケーション制御方式について技術的な解決策を示すことを目的とし,(i)確率モデルに基づく意図・状態理解,(ii)階層的な確率的状態遷移モデルに基づくインタラクション制御モデル,(iii)相互引き込みによるコミュニケーション制御に関して検討を進め,コミュニケーションロボットの認識精度を向上させるために,(iv)意図・状態理解のためのセンシング方式にも取り組んだ結果,ストレスを感じない自然なコミュニケーションの実現に一歩前進したと言える.具体的には,1.ダイナミック・ベイジアンネットワークの出力値である意図推定確率の時系列変化曲線の特性パターンに基づく意図理解・意図獲得を行う方式を提案し,コミュニケーション制御において確率モデルに基づく意図・状態理解の実現可能性を示した.2.階層的な確率的状態遷移モデルに基づくインタラクション制御モデルを提案し,人間・ロボット間の複数のインタラクションモジュールを効率的に構成可能であることを,実装したコミュニケーションロボットで示した.3.頷きや相槌・呼吸などの間に基づき,コミュニケーション制御を円滑に行う相互引き込みアルゴリズムを適用し,その有効性を示した.4.意図・状態理解のために必要なセンシングとして,人間の位置同定,視線認識・話者の方向認識・ジェスチャ認識に着目し,環境変化やノイズにロバストなアルゴリズムを適用し,意図・状態理解の実現性を向上させた.今後の研究課題としては,複数人の間での相互引き込みのコミュニケーションモデルの解明とコミュニケーションロボットへの実装および評価や,飽きないコミュニケーションモデルの解明が挙げられる.人間から観測される不確実性のある多種多様な情報から,コミュニケーションロボットが,どのように意図や状況を理解すべきかを明らかにするとともに,人間がストレスを感じない自然なコミュニケーション制御方式について技術的な解決策を示すことを目的とし,(i)確率モデルに基づく意図・状態理解,(ii)階層的な確率的状態遷移モデルに基づくインタラクション制御モデル,(iii)相互引き込みによるコミュニケーション制御に関して検討を進め,コミュニケーションロボットの認識精度を向上させるために,(iv)意図・状態理解のためのセンシング方式にも取り組んだ結果,ストレスを感じない自然なコミュニケーションの実現に一歩前進したと言える.具体的には,1.ダイナミック・ベイジアンネットワークの出力値である意図推定確率の時系列変化曲線の特性パターンに基づく意図理解・意図獲得を行う方式を提案し,コミュニケーション制御において確率モデルに基づく意図・状態理解の実現可能性を示した.2.階層的な確率的状態遷移モデルに基づくインタラクション制御モデルを提案し,人間・ロボット間の複数のインタラクションモジュールを効率的に構成可能であることを,実装したコミュニケーションロボットで示した.3.頷きや相槌・呼吸などの間に基づき,コミュニケーション制御を円滑に行う相互引き込みアルゴリズムを適用し,その有効性を示した.4.意図・状態理解のために必要なセンシングとして,人間の位置同定,視線認識・話者の方向認識・ジェスチャ認識に着目し,環境変化やノイズにロバストなアルゴリズムを適用し,意図・状態理解の実現性を向上させた.今後の研究課題としては,複数人の間での相互引き込みのコミュニケーションモデルの解明とコミュニケーションロボットへの実装および評価や,飽きないコミュニケーションモデルの解明が挙げられる.人間から観測される不確実性のある多種多様な情報からの意図・状況理解および人間がストレスを感じない自然なコミュニケーション制御方式を明らかにするため、17年度は、以下のように、コミュニケーションモデル生成の体系化を進めるとともに、実証実験のためのコミュニケーションロボットの構成要素を明らかにし、試作を行った。同時に、意図・状況理解のためのセンシング方式に関する検討も行った。1.コミュニケーションモデル生成の体系化に関する検討人間・ロボット間の状況に対応するコミュニケーション相互作用モデルとして、インタラクションスキーマを定義し、それに基づいた階層的な確率的状態遷移モデルを提案した。具体的には、複数の状況依存モジュール郡から構成され、再利用可能な粒度をもつ「インタラクションモデル階層」、複数のインタラクションモジュール群から構成される「行動モデル階層」とし、再利用化と確率推論計算コストの低減化を図った。行動モデルとして、巡回動作、気づき、コミュニケーション距離の調整といった複数のインタラクションモジュールから構成される巡回型タスクモデルをとりあげて定式化を行い、その結果について大会論文発表を行った。2.コミュニケーションロボットの構成要素の明確化とその試作「説明する」「教える」「気付かせる」「指し示す」などの基本的なコミュニケーション機能を実現するために必要な構成要素を明確化し、実装を行った。現在、巡回タスクモデルが評価できるところまで、実装が進んでいる。本ロボットは3月の展示会に出展した。3.意図・状況理解のためのセンシング方式ステレオカメラから検出されたユーザの軌跡に、アクティブ型RFIDのユーザIDを対応させる同定・位置検方式の評価を進め、大会論文発表を行った。コミュニケーション制御機構を実現するための非常に大きな課題である「意図状態推定」問題に取り組んだ。視線、対人距離、確認動作を利用しインタラクションの中で確率推論に基づき意図状態推定を行い、意図推定確率の時系列変化曲線の特性に基づき意図理解・意図獲得を行う方式を提案した。具体的には、意図状態推定確率の時系列変化曲線を以下の3つのパターンに分類し解析を行った。(1)最新意図選択:意図不明確率を超えた最初(最大)の意図を選択するケース(2)意図理解型選択:意図状態間の論理的・因果関係を解釈してから選択するケース(

3)意図予測型選択:意図状態間の論理的・因果関係を用いてイベントが発生する前に予測して選択するケース提案方式の有効性を確認するために、研究室において「モノ」を探すや「人」を探すというイベントを取り上げ、ロボットが、「探そうとして困っている」や「頼みたい」という人間の意図を推定できるかどうかを検証した。ここでは、1対1のコミュニケーションだけでなく、複数人がコミュニケーションしている中に割り込んでコミュニケーションを行うケースも想定した。約90%のケースで、推定された各意図の状態変化が人間の実際の意図変化と合致しており、距離、視線、確認動作のコミュニケーション属性による確率推論がうまく動作し、意図をインタラクションの過程の中で獲得できていることを確認した。また、コミュニケーションロボットの動作や人間の行動履歴を入力することにより、インタラクションプロセスを考察できるロボットインタラクション・シュミレータを開発し、検証に用いた。コミュニケーションを促進する制御方式において非言語情報の役割とグループコミュニケーションにおける振る舞いのモデルについて検討を進めた.具体的には,非言語情報として,呼吸と頷き・相槌などに着目し,コミュニケーション分析を行い,センシング方式とともにコミュニケーションを活性化する相互引き込み方式の提案・検証を行った.コミュニケーション実験の結果,以下のことが判明した.(1)会話中には聞き手だけでなく、話し手も頷きを行っている.(2)頷きのタイミングが会話の区切りや話し手の呼吸のタイミングと相関がある。(3)話し手が文末に行う頷きには聞き手も同期して頷きを行っている.(4)呼吸や句読点に合わせた頷きが多いが、それらと関係のない頷きも多く見られる.この知見に基づき,相互引き込み制御のためのコミュニケーションモデルを提案した.具体的には,相互引き込みには,発話長による頷きを行い対話全体のリズムを刻む大局的な引き込みと,語尾のピッチにより頷きの速度や頷きの深さを変化させ単文の引き込みを行う局所的な引き込みがあり,この2重構造によりコミュニケーションを促進していると考えられる.局所的な頷きのタイミング決定には決定木を適用し,大局的な頷きのタイミング決定にはエネルギー飽和の考え方を導入し実装した.以上のコミュニケーションモデルを病院の待合室でのコミュニケーションロボットに実装し,大学生の被験者による予備実験および実際の患者を通してのコミュニケーション実験により,有効性を検証した.
ニッケル-水素二次電池用水素吸蔵合金の高機能化に関する研究

環境対応型高密度Ni-MH電池の負極に使用される水素吸蔵合金には、自己放電、腐食の抑制などのため種々金属が添加されるが、その効果の具体的な発現メカニズムは不明で、事前にその効果を予測した合金設計はなされていないのが実情である。本研究では、TEM-EDS、XPSなどによる合金の表面構造解析を通してその効果を予測し、高性能・希土類系AB_5(LaNi_5)型水素吸蔵合金を設計・合成し、評価した。先ず、LaNi_5のNiの一部をAl、Coなどで置換した三元系合金表面には、アルカリ電解液との反応によって、LaNi_5合金には認められないLa(OH)_3ウィスカ-の成長と、これに誘発された金属NiあるいはNi-Co合金微結晶の析出が生じ、水素吸蔵合金電極の負極特性は、この微結晶堆積層の電気化学特性に大きく依存していることを明らかにした。これは、合金設計のポイントが(1)微結晶析出を誘発するウィスカ-成長を促すアルカリ易溶成分および(2)表面生成合金微結晶成分の選定と量比の決定にあることを強く示唆した。そこで、ウィスカ-成長が顕著なAlを易溶成分に、また母合金中のNiと全率固溶が可能で、高耐食性の単相からなる合金微結晶の生成が期待されるCoを後者に選択し、高性能LaNi_<5-(a+b)>Co_aAl_b合金の設計と評価を実施した。Al置換量が固溶限であるb=0.4を超える合金では、その一部がAl_2O_3として表面に残存し、過多のAl置換は吸蔵水素の利用率の低下を招くことが明らかとなった。一方、ウィスカ-成長に誘発され生成した微結晶はNi-Co固溶合金で、均質な置換構造をとるNi/Co=3組成で最も耐食性に優れ、充放電サイクル過程での劣化も大きく抑制された。以上に基づいて合成されたLaNi_<3.5>Co_<1.1>Al_<0.4>合金の最大放電容量は320Ah/kg、劣化速度は0.01Ah・kg^<-1>・cycle^<-1>で、高容量・長寿命合金であることが検証された。Ni-MH二次電池に使用される希土類系水素吸蔵合金の負極特性は、アルカリ電解液との反応で生じる表面生成相、特に金属析出相の電気化学特性に大きく影響される。LaNi_5のNiの一部をAl、Coで置換したLaNi_<5-(a+b)>Co_aAl_b合金では、置換Alのアルカリ電解液中への溶出にともない、Al原子の移動を駆動力とするフランク・リ-ド転位源の上昇運動によって合金表面にはLa(OH)_3ウイスカーが成長し、これに誘発されて510nmの大きさのNi-Co合金微結晶が析出した。析出合金相の組成は、母合金である水素吸蔵合金のNi/Co比にほぼ対応していた。こうした表面に生成する微結晶組成を想定して合成されたモデル合金のCVには、本電池の充放電時に位置する電位領域で、Ni、Co単金属に見られるそれぞれの酸化ピークが減少する傾向がみとめられた。特にNiCo_<0.3>NiCo_<1.0>の組成範囲では極めて小さく、アルカリ電解液中での電気化学的安定性は優れていた。

モデル合金の評価結果に基づいて設計された水素吸蔵合金の電池負極特性は、CV特性から推定される通り、Co/Ni=0.31.0の置換合金で優れており、充放電サイクル試験に対し270300mAh/gの安定した放電容量を示した。なお、水素吸蔵合金へのAlの置換・添加は合金微結晶の析出には不可欠ではあるが、過剰な添加はAL_2O_3の生成につながり、充放電反応に対する反応活性の低下と水素移動の障害となることが明らかとなった。固溶限界濃度が最大添加量と考えられる。高密度Ni-MH電池の負極に使用される水素吸蔵合金には、自己放電、腐食の抑制などのため種々金属が添加されるが、その効果の具体的な発現メカニズムは不明で、事前にその効果を予測した合金設計はなされていないのが実情である。本研究では、TEM-EDS、SEM、XPSなどによる合金の表面構造解析を通してその効果を予測し、高性能・希土類系AB_5(LaNi_5)型水素吸蔵合金の設計をすすめた。平成8年度に得られた知見(LaNi_5のNiの一部をAl、Coなどで置換した三元系合金表面には、アルカリ電解液との反応によって、LaNi_5合金には認められないLa(OH)_3ウイスカーの成長と、これに誘発された金属NiあるいはNi-Co合金微結晶の析出が生じ、水素吸蔵合金電極の負極特性は、この微結晶堆積層の電気化学特性に大きく依存する)は、合金設計のポイントが(1)微結晶析出を誘発するウイスカー成長を促すアルカリ易溶成分および(2)表面生成合金微結晶成分の選定と量比の決定にあることを強く示唆した。そこで本年度は、ウイスカー成長が顕著なAlを易溶成分に、また母合金中のNiと全率固溶が可能で、単相からなる合金微結晶の生成が期待されるCoを後者に選択し、高性能LaNi_<5-(a+b)>Co_aAl_b合金の設計・合成と評価を実施した。Al置換量が固溶限であるb=0.4を越える合金では、その一部がAl_2O_3として表面に残存し、過多のAl置換は吸蔵水素の利用率の低下を招くことが明らかとなった。一方、ウイスカー成長に誘発されて生成した微結晶はNi-Co固溶合金で、均質な置換構造をとるNi/Co=3組成でもっとも耐食性に優れ、充放電サイクル過程での劣化も大きく抑制された。以上に基づいて合成されたLaNi_<3.5>Co_<1.1>Al_<0.4>合金の最大放電容量は320Ah/kg、劣化速度は0.01Ah・kg^<-1>・cycle^<-1>で、高容量・長寿命合金であることが検証された。
骨特異的マーカーを用いた骨疾患の病態および治癒レベル評価法に関する研究

【目的】口腔外科領域における疾患には,骨(顎骨)に病変がある疾患あるいは骨(顎骨)に病変が波及する疾患が非常に多い。そこで,骨の細胞外有機基質の一種で,骨に特異的なオステオカルシン(Osteocalcin:Oc)に着目し,患者血清中のOc濃度を測定することにより,Ocがその患者の病態,病期,治癒の過程等の指標になるか否かの検討を行うことを目的に、研究を開始した。【材料と方法】本研究機関では,患者顎変形症患者の入院全麻下における手術が比較的多いため,顎変形症患者から外科的矯正手術前後の血清を採取し,その血清中の遊離Oc濃度を測定した。また,比較的稀な下顎骨線維性骨異形成症の患者の入院全麻下における手術を経験したため,その下顎骨整形手術前後の患者血清遊離Oc濃度も測定した。測定法は,抗ヒトOc抗体と[^<125>I]標識ヒトOcを用いたラジオイムノアッセイ(RIA)法により,本研究機関のアイソトープ総合センターで行った。【結果と考察】健常者ボランティアの血清遊離Oc濃度は7.6ng/mlであった。顎変形症患者の血清Oc濃度は,術前,術直後,術後1週,術後2週,術後3週,術後4週で,各々6.6,5.3,7.2,8.3,7.9,12.8ng/mlであった。これらの結果から,健常者と顎変形症患者の術前値とに差は認められなかった。また,顎変形症患者の術後の値の変動では,術直後に術前と比べ低値を示し,その後は術前値ないしはそれよりやや高値に上昇した。術後4週ではさらに高い値が得られたが検体数が少なく,はっきりと結論づけることが出来なかった。線維性骨異形成症患者では,術前では平均13.5ng/mlで健常者より高い値を示した。術後は術前より低値となり,術後1週,2週,3週,4週でそれぞれ7.4,6.8,9.0,10.0ng/mlという結果が得られた。現在,術後6ヶ月経過しているが,現在の値は6.5ng/mlである。
日本語教室をめぐる人的資源と日本児・外国籍児の社会文化的認識発達

本研究は、今日の日本の国際化、多文化化状況の中で、外国籍児をめぐる問題に焦点を当て、日本語教室におけるフィールド縦断観察によって、人的リソースや組織の公式・非公式な変化が、日本児および外国籍児の社会文化的認識発達にどのように関係するかを明らかにすることを目的とした。11-12年度は、中、小学生の日本語教室での活動観察の他、メインストリームの教室での日本児、外国籍児の相互作用の観察を行い、両場面の比較をした。その結果、外国籍児の在日時間の継過にともない、両場面での行動(相互作用の質量)に差がなくなる傾向が見られた。また、外国籍児に1対1でサポートする補助教員の制度が短期で廃止されると、それに代わる非公式なサポータが自然発生的に出現するなど、リソースの流動的活用システムが、制度にとってかわる様子が見られた。外国語を母語とする外国籍児にとっての日本語習得について、社会的リソース利用の観点から説明づけると同時にリソースとなる周りの環境の変化の規則性を共構成というキー概念で説明した。1.日本:本研究は、今日の日本の国際化、多文化化状況の中で、外国籍児をめぐる問題に焦点を当て、日本語教室におけるフィールド縦断観察によって、人的資源、および組織の柔軟な変化が、日本児および外国籍児の社会文化的認識発達にどのように関係するかを明らかにすることを目的としている。2.観察経過:11年度は、中、小の日本語教室の他、メインストリームの教室の縦断観察を行っており、12年度も継続する予定である。すでに、日本語教室での活動と、正規の教室での活動の差違とその変化などについて、興味深い知見が得られている。また、外国籍児にマンツーマンで援助する補助教員の参加など、新しい制度が加わることで、事態に変化が見られるなど、本研究の目的である、人的資源の流動の影響についても興味深い結果が得られつつある。3.インタビュー調査:日本語教室教師、外国籍児の担任教師、保護者それぞれが、外国籍児について記述した資料をもとに、インタビュー項目をつくり、個別に調査を継続中である。地域の保育園などにも、外国籍児の入学に関する諸種の事項について、聞き取りを行っている。この結果を観察研究の結果と関係付けることによって重層的に、日本の現代社会における日本児、外国籍児の社会文化的認識発達の方向付けを行う予定である。1,目的:本研究は、今日の日本の国際化、多文化化状況の中で、外国籍児をめぐる問題に焦点を当て、日本語教室におけるフィールド縦断観察によって、人的資源、および組織の公式、非公式な変化が、日本児および外国籍児の社会文化的認識発達にどのように関係するかを明らかにすることを目的とした。2,観察経過:11年度は、中学生、小学生の日本語教室での活動の他、メインストリームの教室での日本児、外国籍児の縦断観察を行い、12年度も継続し現在に至っている。日本語教室での外国籍児の活動と、正規の教室での活動の差違、およびその縦断的変化などについて、興味深い知見が得られた。例えば、外国籍児にマンツーマンで援助する補助教員の参加とその制度の廃止をめぐり、それに代わる非公式なサポーターを教師側や外国籍児本人がリクルートするなど、公式な制度の有無によらず、新しい社会的サポートシステムが、自然発生的に柔軟に加わることで、事態に変化が見られた。このような結果から、本研究の目的である、日本児および外国籍児の社会文化的認識発達への人的資源の流動の影響について検討する。3,インタビュー調査:日本語教室教師、外国籍児の担任教師、保護者それぞれが、外国籍児について記述した資料をもとに、インタビュー項目をつくり、個別に調査を行った。地域の保育園にも、外国籍児の入学に関する諸種の事項について、聞き取りを行った。この結果を観察研究の結果と関係付けることによって、重層的に、日本の現代社会における日本児、外国籍児の社会文化的認識発達とそのメタ認識の特色を検討する。
船舶環境における疲労削減を目的としたサイボーグスーツの開発

本研究は,船舶動揺に対する操船者の姿勢維持運動を外部から力を加え制御することで,操船者の肉体的疲労を軽減するサイボーグスーツの開発を目的とする.サイボーグスーツは,乗船者の船舶動揺に対する姿勢動揺を抑制・吸収することを目的とするものである.このため,アクチュエータは,パワーアシストではなく,生体の姿勢動揺にブレーキをかける機能を実現するとともに,湿度の高い環境でも安全に動作し,狭い船舶内でも利用できる小型なものである必要が有る.また,研究を実施するためには,実際の船舶動揺と同様な動揺を,陸上に於いて再現できる動揺装置が必要となる.本年度は,昨年度デバイスとして選定したEAM(Elector Attractive Material)の利用について,小型で受動的な機構により足関節周りの筋肉を支援する機能を,制動装置によりバネの力を歩行動作に連動して切り替える機構を考案し,その応用について検討を行った.また,サイボーグスーツの機構設計のための基礎研究として,疲労に繋がる船舶動揺に対する姿勢動揺の解析と,波などの視覚情報が姿勢動揺に与える影響について解析を行った.船舶動揺に対する姿勢動揺は,肉体的疲労に繋がると考えられるエネルギー代謝が生体の腰のPitchの揺れに影響していることを解明したが,生体により個体差がある可能性が示唆された.また,視覚情報を原因とする姿勢動揺は,生体の重心動揺が波向きに応じて異なることがわかった.開発検証環境として,安全機構,電磁ノイズ対策,操作インターフェースの簡略化を行った小型の動揺装置のハードウエアの製作をおこなった.本年度の研究で実施したサイボーグスーツの機能設計における姿勢動揺の解析に関する基礎実験と,開発検証環境の製作に時間を要し,計画に遅れが生じた.さらに,基礎実験から生体の姿勢動揺について,新しい知見を得ることができたため,この結果をサイボーグスーツの機構設計や制御手法の開発に反映する必要が生じ,試作環境と実験環境の再構築を行ったため,計画全体が遅れることとなった.本研究の基礎実験で得られた知見を基に,サイボーグスーツの機械機能と生体が協調動作可能な,機構と制御アルゴリズムの開発を目指す.サイボーグスーツの開発は,アクチュエータデバイスとしてEAMブレーキデバイスを用い,肢補装具の構造を応用し,生体の動揺に応じて関節動作を制御する機構の試作および検証を行う.開発検証環境については,新規に開発した動揺装置のソフトウエアの再構築を行う.本研究は,船舶動揺に対する操船者の姿勢維持運動を外部から力を加え制御することで,操船者の肉体的疲労を軽減するサイボーグスーツの開発を目的とする.サイボーグスーツは,乗船者の船舶動揺に対する姿勢動揺を抑制・吸収することを目的とするものである.このため,アクチュエータは,パワーアシストではなく,生体の姿勢動揺にブレーキをかける機能を実現するとともに,湿度の高い環境でも安全に動作し,狭い船舶内でも利用できる小型なものである必要が有る.また,研究を実施するためには,実際の船舶動揺と同様な動揺を,陸上に於いて再現できる動揺装置が必要となる.本年度は,昨年度デバイスとして選定したEAM(Elector Attractive Material)の利用について,小型で受動的な機構により足関節周りの筋肉を支援する機能を,制動装置によりバネの力を歩行動作に連動して切り替える機構を考案し,その応用について検討を行った.また,サイボーグスーツの機構設計のための基礎研究として,疲労に繋がる船舶動揺に対する姿勢動揺の解析と,波などの視覚情報が姿勢動揺に与える影響について解析を行った.船舶動揺に対する姿勢動揺は,肉体的疲労に繋がると考えられるエネルギー代謝が生体の腰のPitchの揺れに影響していることを解明したが,生体により個体差がある可能性が示唆された.また,視覚情報を原因とする姿勢動揺は,生体の重心動揺が波向きに応じて異なることがわかった.開発検証環境として,安全機構,電磁ノイズ対策,操作インターフェースの簡略化を行った小型の動揺装置のハードウエアの製作をおこなった.本年度の研究で実施したサイボーグスーツの機能設計における姿勢動揺の解析に関する基礎実験と,開発検証環境の製作に時間を要し,計画に遅れが生じた.さらに,基礎実験から生体の姿勢動揺について,新しい知見を得ることができたため,この結果をサイボーグスーツの機構設計や制御手法の開発に反映する必要が生じ,試作環境と実験環境の再構築を行ったため,計画全体が遅れることとなった.本研究は,船舶動揺に対する操船者の姿勢維持運動を外部から力を加え制御することで,操船者の肉体的疲労を削減するサイボーグスーツの開発を目的とする.サイボーグスーツは,乗船者の船舶動揺に対する姿勢動揺を抑制することを目的とするものである.このため,アクチュエータは,パワーアシストではなく,生体の姿勢動揺にブレーキをかける機能を実現する.また,アクチュエータは,湿度の高い環境下でも安全に動作し,狭い船舶内でも利用できる小型な者である必要が有る.本年度は,利用環境を考慮しアクチュエータとして用いるデバイスの選定を行い,アクチュエータの機能試作および検証を行った.サイボーグスーツは,先行研究で明らかになった船舶動揺に対する生体の姿勢制御メカニズムに基づき,前記のアクチュエータを用いて,生体の立位姿勢制御に関わるエネルギー代謝量の削減を目指す機能を実現する.本年度は,生体の立位姿勢動揺を抑制することで生じる生体反応の確認と,サイボーグスーツの基本構造の検討を行った.本研究を実施するためには,実際の船舶動揺と同様な動揺を,陸上に於いて再現できる環境が必要となる.本年度は,先行研究で開発した簡易型動揺装置を対象に,安全機構の開発,電磁ノイズ対策,操作インターフェースの簡略化を行い,検証実験を行った.さらに,装置の小型化,メンテナンサビリティの向上を図るための再設計を行い,専用の動揺装置の開発を行っている.

サイボーグスーツのアクチュエータのデバイスの選定は,1EAM(Electro Attractive Material)ブレーキデバイス,2EHD(Electro Hydro Dynamics)アクチュエータ,3MR流体を用いた小型のアクチュエータを候補として行った.その結果,使用環境を考慮し,EAMブレーキデバイスを選択し,アクチュエータの機能試作および検証を行った.動揺装置を用いて,膝および足首の関節に強力なサポータを装着し,生体の立位姿勢動揺を抑制することで生じる生体反応の確認を行った.また,サイボーグスーツの基本構造の検討を行った.動揺装置を容易かつ安全に利用でき,メンテナンサビリティの向上を図るための動揺装置の再設計を行った.新規の動揺装置は,製作中である.本研究の基礎実験で得られた知見を基に,サイボーグスーツの機械機能と生体が協調動作可能な,機構と制御アルゴリズムの開発を目指す.サイボーグスーツの開発は,アクチュエータデバイスとしてEAMブレーキデバイスを用い,肢補装具の構造を応用し,生体の動揺に応じて関節動作を制御する機構の試作および検証を行う.開発検証環境については,新規に開発した動揺装置のソフトウエアの再構築を行う.(1)サイボーグスーツの開発サイボーグスーツの開発は,アクチュエータデバイスとしてEAMブレーキデバイスを用い,肢補装具の構造を応用し,生体の動揺に応じて関節動作を制御する機構の試作および検証を行う.(2)評価装置の開発本年,8月までに,新規の動揺装置の製作・検証を終了する.
分子イメージングを用いた頸動脈内膜剥離術後認知機能改善のメカニズムの解明

慢性脳虚血に対する血行再建術後に認知機能の改善とともに脳代謝が改善する。この事実は、機能を停止しているがviableである神経組織が存在することを示唆する。一方、ヒトで低酸素環境下のviable tissueを画像化できる18F-FRP170がある。そこで、15O-gas PETおよび18F-FRP170 PETを用いて、脳主幹動脈の慢性閉塞による慢性脳虚血における、低酸素組織の存在の有無について調べた。その結果、貧困灌流かつCMRO2が中等度低下した部位で低酸素環境下のviable tissueが存在することがわかった。頚部内頚動脈狭窄病変に対して、脳虚血再発予防目的に行われる外科的血行再建術によって認知機能が改善することが知られている。これは術前の慢性虚血脳には生存しているが機能を停止し、代謝が低下している低酸素細胞が存在し、血行再建術後に神経細胞の低酸素状態および代謝が改善することにより、認知機能が改善するのではないかと考えてきた。これを証明するため、慢性虚血脳における低酸素細胞の存在を示すために18F-FRP170 PETを用いて、また糖代謝低下を示すために18F-FDG PETを用いて検討することとした。またそれと並行して、認知機能検査行うこととした。平成25年度は、18F-FRP170 PETを用いた検査を20例に施行して画像を作成、また18F-FDG PETを用いた検査を13例に施行して画像を作成した。18F-FRP170 PETで低酸素細胞の存在を確認できた症例は20例中3例、18F-FDG PETで糖代謝低下を確認できた症例は13例中5例であった。これらの症例では、それぞれ認知機能検査も施行しており、その結果については、現在解析中である。今後、18F-FRP170 PETおよび18F-FDG PETで得られた画像データと、認知機能検査で得られたデータを比較検討し、低酸素細胞の存在と認知機能の関係、糖代謝低下と認知機能の関係について、何らかの関連性を見いだせるものと考えている。頸部頸動脈狭窄による慢性虚血脳における低酸素細胞の存在および糖代謝低下の存在を示し、その血行再建術による変化と認知機能との関係について低酸素細胞をイメージングできる18F-FRP170 PETと糖代謝をイメージングできる18F-FDG PETを用いて検討を行った。まず低酸素細胞のイメージングについて検討した。脳主幹動脈狭窄・閉塞性病変52例において、15O-gas PETのCBF、OEF、CMRO2画像および18F-FRP170 PETの低酸素組織画像をそれぞれ撮影した。3DSRTを用いて脳を解剖学的に標準化し、関心領域を中大脳動脈領域の前頭葉、側頭葉、頭頂葉の3か所に設け、病側/健側比を算出した。その結果、18F-FRP170 PET上、低酸素組織の存在を示したROIは21個(13%)であった。これらの領域では、CBFの低下、CMRO2の中等度低下、OEFの上昇を示した。貧困灌流かつCMRO2が中等度低下した部位で低酸素細胞が存在することを証明した。今後は低酸素細胞の存在と認知機能との関連について研究を進めていく。次に糖代謝のイメージングについて検討した。頚部頚動脈内膜剥離術(CEA)を施行した88症例のうち、術前の脳血流SPECTで脳循環予備能が低下している22症例を対象とした。術前後に神経心理検査(WAIS-R、WRS、Rey test)を行い、このデータをもとに認知機能の術後改善、不変、悪化の3つに分類した。また、術前後に18F-FDG PETを用いて脳糖代謝画像を撮像し、3D-SSPを用いて認知機能不変群の術前後変化を対象として、各症例の大脳皮質における術後の有意な糖代謝増加あるいは低下面積を算出した。その結果、術後認知機能改善は7例、不変は9例、悪化は6例であった。大脳皮質における術後の糖代謝増加面積は改善>不変>悪化の順で有意差があり、糖代謝低下面積は改善<不変<悪化の順で有意差があった。CEA後の認知機能変化と手術側大脳半球の脳糖代謝変化とは相関することを証明した。脳循環代謝予定していた2年間での検査症例数のおよそ半分の症例を集めることができた。今後も継続して症例を集め、これまで通りに解析を進めていく。
限界状態を考慮した座屈補剛に関する研究

本研究は鋼構造部材の座屈補剛に関連して、補剛材設計に関する限界状態を部材の限界状態に対応して設定し、各限界状態に対する座屈補剛の力学的特性を明らかにするとともに、補剛材設計に必要な物理量を抽出し、その物理量と限界状態との定量的な関係を求め、最終的に設計式を得ることを目的とする。座屈補剛の限界状態としては圧縮材の曲げ座屈、曲げ材の横座屈に対応する座屈耐力補剛、終局耐力設計時の限界耐力に対応する全塑性限界耐力補剛、耐震設計時の指標となる限界変形能力補剛を設定する。各限界状態補剛に対して、補剛間隔・必要補剛剛性・強度(軸剛性、曲げ剛性、捩れ剛性)を決定するとともに補剛形式、補剛材設計詳細にまで言及する。対象とする部材は圧縮材、曲げ材である。数値解析はポテンシャルエネルギーの停留原理に基づく限界要素法解析で、補剛材の強度・剛性に対応する物理量を補剛点に入力して、その弾塑性挙動を追跡している。補剛点で無限大の強度と剛性を持つ状態に対応する部材の耐力あるいは変形能力を、いわゆるフルブレースと考え、それと同等の効果が得られる補剛材剛性・強度を求めている。得られた結果は各限界状態に対して必要剛性・強度と補剛性で纏めている。必要補剛力はこれまでの結果より大きめになっており補剛力の規定にたいする再検討が必要であろう。変形能力限界に対する補剛材設計では基本的に全塑性限界を確保する補剛材設計をすれば変形能力は確保できる。
HLA-B*54:01陽性造血不全患者における免疫病態の解明

再生不良性貧血(再不貧)は、造血幹前駆細胞に対する細胞傷害性T細胞の攻撃がきっかけとなって発症する自己免疫疾患である。これまでの研究により、再不貧では特定のHLAクラスIアリルを欠失した造血幹前駆細胞が細胞傷害性T細胞からの攻撃を免れた結果、造血を支持することが分かっている。再不貧の白血球で欠失しやすいHLAクラスIの中でも、HLA-B5401を欠失した血球を持つ再不貧患者はほとんどが男性であることが最近の研究により明らかになった。本研究では、男性に偏って発症するHLA-B5401欠失血球陽性の再不貧の免疫病態と、HLA-B5401が提示する再不貧の自己抗原を明らかにする。
甲状腺癌幹細胞をターゲットとした放射線感受性関連遺伝子スクリーニング

甲状腺癌幹細胞の維持に関連する遺伝子群・シグナル伝達経路を同定するため、siRNA Libraryを用いた遺伝子ノックダウンとスフィアアッセイ、および自動セルイメージャーによる解析を組み合わせた新たなスクリーニング法を開発した。714のプロテインキナーゼ遺伝子に対するスクリーニングの結果、PDGFRβ刺激からJAK、STAT、Pimを介したNF-κBの活性化までのシグナル経路が甲状腺癌幹細胞の維持に重要な役割を果たす可能性が示唆された。阻害剤を用いた検討により、この経路が甲状腺癌幹細胞の放射線抵抗性に関連することが示唆された。スフィアを形成することがわかっている甲状腺癌細胞株FROをスフィアアッセイ用の低接着表面加工された96穴プレートに播種し、siRNAライブラリーを用いて遺伝子ノックダウンを行い、コントロールsiRNAを導入したwellのスフィア数・径と比較することでスフィア形成能の検討を行った。通常、スフィア形成能の検討は直径100 μm以上の大きさのスフィアを顕微鏡下でカウントすることで行ってきたが、我々は多数のターゲットに対するスクリーニングを、スフィア形成能・細胞増殖能の両方に対応させるため、ThermoのArrayScan VTI HCS Reader(96-wellフォーマットの自動セルイメージャー)を用いて、今回のアッセイ用に新しくマクロファイルを開発し、スフィアの定量をより簡便に行うことを可能にした。よりスフィア形成能特異的な分子を同定するため、スフィアアッセイに加えて通常の単層培養を用いた細胞毒性試験も平行して行った。通常の単層培養ではあまり細胞増殖抑制効果が見られないが、癌幹細胞の指標とされるスフィア形成能を高度に抑制するsiRNAは、それだけ癌幹細胞の機能に特異的な役割を持つものと考えられる。これまでに714のキナーゼ遺伝子に対するスクリーニングを行い、いくつかの候補遺伝子が、スフィア形成、おそらくは癌幹細胞の維持に重要な役割を果たしている可能性を示唆するデータが得られている。以上、本年度における研究により、高精度で効率的な実験基盤が整い、予備的なデータも取得することができた。また、明らかに癌幹細胞に特異的なシグナル伝達の存在が認められ、通常の癌細胞との違いを明らかにする上でも重要な知見となることが予想される。714のプロテインキナーゼ遺伝子に対するスクリーニングの結果、およそ100の候補遺伝子が、スフィア形成、おそらくは癌幹細胞の維持に重要な役割を果たしていることを示唆するデータが得られた。候補遺伝子のアノテーションから甲状腺癌幹細胞の維持に関与しているシグナル伝達経路をいくつか特定した中でPDGFRβ/JAK/STAT経路に対するsiRNAが最も効果的にスフィア形成能を抑制していた。また、候補遺伝子のひとつであるPimはこの経路の下流に存在し、NF-κBの活性化に関与することが報告されている。我々はこれまで甲状腺未分化癌細胞はNF-κB活性が極めて高く、アポトーシスを強力に阻害することで抗癌剤耐性に寄与していることを明らかにしてきた。今回の結果と総合すると、PDGFRβ刺激からJAK、STAT、Pimを介したNF-κBの活性化までのシグナル経路が甲状腺癌幹細胞の維持に重要な役割を果たす可能性が示唆された。以上、本年度は甲状腺癌幹細胞の維持に重要な役割を果たすシグナル経路を特定することができた。予後不良な甲状腺未分化癌に対しては未だ有効な治療法が確立されておらず、おそらく治療抵抗性と考えられる癌幹細胞を標的とした新たな治療法の開発は、癌の治癒のみならず再発・転移を防ぐうえでも大きな意義がある。また、このスクリーニング法は甲状腺癌以外の癌幹細胞にも応用可能であると考えられる。本年度はこの経路に対するsiRNAや阻害剤等を用いた検証実験を行った。NF-κB特異的阻害剤であるDHMEQ、JAK inhibitor I、STATに対するsiRNAを用いた検証実験の結果、この遺伝子の阻害によるスフィア形成能、軟寒天コロニー形成能の抑制効果を確認した。予後不良な甲状腺未分化癌に対しては未だ有効な治療法が確立されておらず、治療抵抗性と考えられる癌幹細胞を標的とした新たな治療法の開発は、癌の治癒のみならず再発・転移を防ぐうえでも大きな意義がある。

甲状腺癌幹細胞の維持に関連する遺伝子群・シグナル伝達経路を同定するため、siRNA Libraryを用いた遺伝子ノックダウンとスフィアアッセイ、および自動セルイメージャーによる解析を組み合わせた新たなスクリーニング法を開発した。714のプロテインキナーゼ遺伝子に対するスクリーニングの結果、PDGFRβ刺激からJAK、STAT、Pimを介したNF-κBの活性化までのシグナル経路が甲状腺癌幹細胞の維持に重要な役割を果たす可能性が示唆された。阻害剤を用いた検討により、この経路が甲状腺癌幹細胞の放射線抵抗性に関連することが示唆された。スクリーニングは終了し、甲状腺癌幹細胞の維持に重要な役割を果たすシグナル経路を特定することができたためおおむね予定通り進展していると考えられる。甲状腺癌基本的には、当初の予定通り研究を進める方針である。今回特定した経路に対するsiRNAや阻害剤等を用いた検証実験や放射線照射を組み合わせた治療効果を検証する予定である。高精度で効率的な実験基盤が整い、予備的なデータも取得することができたためおおむね予定通り進展していると考えられる。候補遺伝子の絞り込みに時間を要したため検証実験を行うことができなかった。基本的には、当初の予定通り研究を進める方針である。引き続き放射線照射を組み合わせたスクリーニングを行う予定である。他の甲状腺癌細胞株を用いた検証も行う予定である。候補遺伝子の検証実験を行うための物品費として使用する予定である。スクリーニングに時間を要したため、予定していた数のsiRNAのスクリーニングを全て行うことができなかった。引き続きスクリーニングのための物品費として使用する予定である。