hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
省メモリ下における計算の効率化と基本的諸特性の理論的解明

本研究は,入力データサイズに比べて作業ディスク(2次記憶)容量が極めて少ないコンピュータを想定し,大容量入力データをごく限られた作業領域量で処理する際の効率化と諸特性について,理論的に解明することを目的としている.ここでは,現在のコンピュータの理論的なマシンモデルとして知られるチューリングマシン(以下,TM)を考察の対象とする.入力データサイズnに対し,その作業領域量がo(loglog n)の場合,TMは,有限オートマトン(主記憶のみの理論マシンモデルとして捉えることができる)と等価であることが知られており,loglog nは作業領域量が意味をもつ下限と考えられる.よって,loglog n以上かつo(log n)以下の作業領域量をもつTMについて考える.本研究目的の1つに並列計算の理論モデルである交代性計算によるデータ流が1方向と2方向の場合の計算能力の本質的な差異の解明がある.なお,研究計画書にも記しているが,上記TMによる一般的な結果を導出することが困難な場合,まずは制約を加えたマシンモデルで考察し,その得られた結果をより一般化するというアプローチも試みる.以上を踏まえて,2018年度では,作業領域がカウンタとしての機能しか持たない制約の強いマシンモデルであるカウンタオートマトン(以下,CA)について,強log n領域限定2方向交代性1-CAでは受理できるが,弱L(n)領域限定1方向交代性k-CAでは決して受理できない言語が存在することを示した.ここに,m-CAはm個のカウンタをもつCAを表し,L(n)はlog L(n) = o(log n)を満たす関数であり,k ≧1である.よって,限られた作業容量での並列計算において,2方向計算が1方向計算よりも能力が真に高いことを制約されたマシンモデルではあるが示すことができた.並列計算マシンモデルとして,交代性カウンタオートマトンを用い,作業領域量がloglog n≦L(n)=o(log n)を満たす関数L(n)に限定された中での並列計算における1方向計算と2方向計算の差異を示すことができた.すなわち,交代性計算においては,強L(n)領域制限および弱L(n)領域制限のいずれにおいても2方向動作の方が1方向動作よりも真に計算能力が高いことを示すことができた.しかしながら,制約の強いマシンモデルでの結果であり,目標のo(log n)作業領域量限定のチューリングマシンによる結果には至っていない.2018年度の研究を継続し,これまでの結果をより一般化する方向で進める.このことと並行して,並列動作するマシン数と計算能力の関係,つまり,並列動作中のマシンの数がkの場合よりもk+1の場合の方が全体としての計算能力は向上するか,および作業領域量の増減と計算能力の関係,つまり,loglog n≦L1(n)<L2(n)=o(log n)となる関数L1(n)とL2(n)について,L2(n)領域制限の方がL1(n)領域制限よりも計算能力が真に向上するか,について考察する.併せて後半には乱択計算に関する同様の考察についても着手する予定である.本研究は,入力データサイズに比べて作業ディスク容量が極めて少ないコンピュータを想定し,超大な入力データをごく限られた作業領域量で処理する際の効率化と諸特性について,数理マシンモデルを用いて理論的に解明することを目的とする.一般に,決定性計算では,状態遷移が一意的であり,通常のコンピュータの直列計算に相当する.また,その拡張である交代性計算では,マシンの状態が“存在状態"と“全称状態"の2種類に分類され,存在状態では,マシンはその複数のコピーを生成し,その中の1つを非決定的に選択・実行する.これはよく知られている非決定性計算と同等である.一方,全称分岐では,マシンは生成したコピーの全てを選択し,“並列"に実行する.なお,通常の交代性計算では並列に動作するマシン間の同期は取れないが,同期機能を付与した同期型交代性計算があり,有限オートマトン(以下FA)においては,決定性,非決定性,交代性のいずれも計算能力は等価であるが,同期型交代性では計算能力が向上することが知られている.当該年度では,マシンモデルとして,FA(限られた一定の作業領域量)とFAに複数のカウンタを付加したマルチカウンタマシン(以下MCM)を用い,同期型交代性FAでは受理できるが,非決定性MCMおよび全称状態のみの交代性MCMでは受理できない言語が存在することを示した.ここで,カウンタとは領域量は無制限であるが,格納記号が1種類に限定されたプッシュダウンストアのことである.よって,限られた作業領域量における並列計算および並列動作中のマシン間の同期の有用性について,部分的にではあるが,理論的に示すことができた.マシンモデルとして,有限オートマンとマルチカウンタマシンを用いて,同期型交代性計算導入による計算能力の向上を示すことにより,作業領域量が限定された中での並列計算および並列動作中のマシン間の同期の有用性について部分的に示すことができた.しかしながら,上記マシンは制約の多いモデルであり,より一般的なモデルである,作業領域量が入力サイズの対数以下のオーダに制限されたチューリングマシンによる結果には至っていない.本研究は,入力データサイズに比べて作業ディスク(2次記憶)容量が極めて少ないコンピュータを想定し,大容量入力データをごく限られた作業領域量で処理する際の効率化と諸特性について,理論的に解明することを目的としている.

ここでは,現在のコンピュータの理論的なマシンモデルとして知られるチューリングマシン(以下,TM)を考察の対象とする.入力データサイズnに対し,その作業領域量がo(loglog n)の場合,TMは,有限オートマトン(主記憶のみの理論マシンモデルとして捉えることができる)と等価であることが知られており,loglog nは作業領域量が意味をもつ下限と考えられる.よって,loglog n以上かつo(log n)以下の作業領域量をもつTMについて考える.本研究目的の1つに並列計算の理論モデルである交代性計算によるデータ流が1方向と2方向の場合の計算能力の本質的な差異の解明がある.なお,研究計画書にも記しているが,上記TMによる一般的な結果を導出することが困難な場合,まずは制約を加えたマシンモデルで考察し,その得られた結果をより一般化するというアプローチも試みる.以上を踏まえて,2018年度では,作業領域がカウンタとしての機能しか持たない制約の強いマシンモデルであるカウンタオートマトン(以下,CA)について,強log n領域限定2方向交代性1-CAでは受理できるが,弱L(n)領域限定1方向交代性k-CAでは決して受理できない言語が存在することを示した.ここに,m-CAはm個のカウンタをもつCAを表し,L(n)はlog L(n) = o(log n)を満たす関数であり,k ≧1である.よって,限られた作業容量での並列計算において,2方向計算が1方向計算よりも能力が真に高いことを制約されたマシンモデルではあるが示すことができた.並列計算マシンモデルとして,交代性カウンタオートマトンを用い,作業領域量がloglog n≦L(n)=o(log n)を満たす関数L(n)に限定された中での並列計算における1方向計算と2方向計算の差異を示すことができた.すなわち,交代性計算においては,強L(n)領域制限および弱L(n)領域制限のいずれにおいても2方向動作の方が1方向動作よりも真に計算能力が高いことを示すことができた.しかしながら,制約の強いマシンモデルでの結果であり,目標のo(log n)作業領域量限定のチューリングマシンによる結果には至っていない.平成29年度の研究を継続する.修正・改良を加えながら,これまでの結果をより一般的な形に展開すると共に,並列計算中のマシンの数と計算能力の関係,作業領域量の増減と計算能力の関係および1方向動作と2方向動作の計算能力の差異について考察を進める.得られた結果は適宜発表していく予定である.2018年度の研究を継続し,これまでの結果をより一般化する方向で進める.このことと並行して,並列動作するマシン数と計算能力の関係,つまり,並列動作中のマシンの数がkの場合よりもk+1の場合の方が全体としての計算能力は向上するか,および作業領域量の増減と計算能力の関係,つまり,loglog n≦L1(n)<L2(n)=o(log n)となる関数L1(n)とL2(n)について,L2(n)領域制限の方がL1(n)領域制限よりも計算能力が真に向上するか,について考察する.併せて後半には乱択計算に関する同様の考察についても着手する予定である.情報収集としてプロシーディングスの購入を予定していたが,本研究に関連する内容が記載されているもの見つからなかったため,学内から無料で使用できるオンライン・ジャーナルを中心に情報収集を行ったことや学会等の場所等の関係から旅費が想定していたより小額であったため,次年度使用額が生じた.研究成果を学術雑誌に投稿するための費用,成果発表や情報収集のための旅費,および文献の購入費などの一部として使用する予定である
アディポカインによる家禽の下垂体機能制御に関する研究

昨年度までの研究では、腹腔内に投与したレプチンが幼若期のニワトリヒナ卵巣の機能発達に影響を与える可能性を見出した。そこで本年度は、7日齢ニワトリメスヒナを用い、レプチンの脳室内投与による視床下部のGnRH、GnIHおよびレプチン受容体(LEPR)、下垂体のLHβとFSHβのmRNA発現を検討した。その結果、レプチンの脳室内投与により、視床下部のGnIH mRNA発現は濃度依存的に変動する傾向を示したが、GnRHとLEPR mRNA発現はレプチン投与による変化は認められなかった。また、下垂体のLHβmRNA発現は濃度依存的な減少を示し、FSHβmRNA発現には変化は認められなかった。一方、LHβサブユニットとFSHβサブユニットと対をなす糖タンパク質ホルモンαサブユニットのmRNAはレプチン濃度依存的に増加した。これらの結果と昨年度までに実施した腹腔内へのレプチン投与の結果を総合すると、レプチンは7日齢のニワトリメスヒナの卵巣の直接作用し、機能発達を促し、視床下部ー下垂体を介した制御は補助的に作用する可能性が示唆された。また、同日齢のニワトリメスヒナについて、レプチンの脳室内投与による他の下垂体ホルモン遺伝子のmRNA発現を合わせて解析した。成長ホルモン及びプロラクチンmRNA発現はレプチン投与による変化は認められなかったが、ACTHの前駆体のPOMCmRNA発現は濃度依存的に減少した。これら結果は、ニワトリヒナ下垂体の器官培養および初代培養により得られた結果と一部異なっており、レプチンによる下垂体ホルモン遺伝子発現の制御は下垂体への直接作用と視床下部を介した間接作用の協調により行われると示唆された。飢餓や飽食など栄養状態の変化は、動物の成長や生殖機能に影響を及ぼすが、その影響は視床下部ー下垂体系に作用するホルモン等による支配を受けている。家禽の中でも、ニワトリは用途に応じた改良の結果、肉用鶏と卵用鶏の間にはエネルギー要求量のみならず、摂食に対する内分泌支配など種々の生理学的差異が認められている。そこで本研究では、摂食応答に係るホルモンの1つであるレプチンの下垂体ホルモン産生に及ぼす影響を器官培養および初代培養により検討した。その結果、下垂体ホルモン遺伝子に対するレプチンの効果は様々であり。レプチン処理による影響を受けない遺伝子、増加する遺伝子、減少する遺伝子が認められた。またこれらのレプチンにより反応性は、肉用鶏と卵用鶏で異なる可能性をあわせて確認した。さらに、低濃度のレプチン処理ではmRNA発現が増加するものの、高濃度ではその効果が消失する遺伝子が認められたが、高濃度のレプチン処理では、レプチン情報伝達を抑制する分子であるSOCS3の発現量が増加していることから、ネガティブフィードバックによる反応性の低下であると考えられた。さらに、下垂体ではレプチンmRNAが発現していることも確認した。これらの結果より、下垂体はレプチンの標的器官であり、下垂体ホルモン遺伝子の発現を視床下部を介さずに、下垂体で発現するレプチンによって制御されている可能性を見出した。また、レプチンと下垂体ホルモンの相互作用を明らかにする目的で、レプチン受容体と成長ホルモン受容体またはプロラクチン受容体の共発現細胞株の樹立を行い、STAT分子の活性化を指標としたスクリーニングにより、レプチンとプロラクチンまたは成長ホルモンに応答する細胞株を得ることに成功した。下垂体ホルモンの遺伝子発現に対する効果については、下垂体培養系を用いて検討を行い、各種ホルモン遺伝子の発現に対するレプチンの効果について、肉用鶏と卵用鶏の系統差も含めて明らかにすることができた。また、レプチンと下垂体ホルモンによるJAK-STAT系情報伝達の協調的制御の解析に用いる細胞株については、初年度に樹立を完了し、翌年度以降の実験に利用できる状況が整えられた。その一方で、初代下垂体培養法の確立のための条件検討に時間を要した結果、当初予定していた視床下部ホルモンのmRNA発現に対するレプチンの影響については、採材までにとどまり、遺伝子発現の解析を完了することはできなかったため。昨年度までの培養下垂体を用いた実験によりレプチンが下垂体ホルモン遺伝子の発現を変化させることを認めていることから、ニワトリヒナを用いて、レプチンは視床下部及び下垂体ホルモンの発現に及ぼす影響について解析した。特に本年度は幼若期の性腺機能の発達にレプチンが及ぼす影響を解析する目的で、卵巣の機能分化が生じる7日齢と28日齢のヒナを用いて、視床下部ではGnRH、GnIHおよびレプチン受容体(LEPR)、下垂体ではLHβとFSHβのmRNA発現を検討した。その結果、視床下部のLEPR mRNA発現は、7日齢、28日齢ともにレプチン投与により有意な変化を示さなかったが、28日齢ではレプチンの用量依存的にその発現が増加する傾向が認められた。視床下部のGnRHとGnIHのmRNAの発現は日齢により異なる変化を示し、下垂体のLH βとFSHβのmRNA発現も、時期特異的なレプチンに対する応答を認めた。一方、7日齢と28日齢の卵巣のおけるLEPR mRNA発現はレプチン投与でそれぞれ増加および低下した。また卵巣のFSH受容体およびCyp19A1の発現は、7日齢ではレプチン投与で増加したが、28日齢では変化せず、レプチンへの応答性は日齢で異なっていた。

以上より、レプチンは視床下部ー下垂体ー性腺軸に作用し、幼若期の卵巣機能の発達に影響を及ぼす可能性が示された。さらにレプチンが7日齢の卵巣のCyp19A1 mRNA発現を上昇させたことから、レプチンによるCyp19A1遺伝子の転写制御を明らかにするため、昨年度までに樹立した細胞株を用いてレプチンによるCyp19A1プロモーターの活性化をルシフェラーゼアッセイで解析した。しかしながら、今回の条件ではレプチンによるCyp19A1プロモーターの活性化は確認されなかった。培養系の研究から個体を用いた研究へと展開し、レプチンが視床下部ー下垂体系に作用することを改めて確認できた。特に本年度は、卵用鶏の産卵機能との関係に着目し、視床下部及び下垂体の遺伝子に加え、卵巣の機能発達に関与する遺伝子群についてもあわせて解析し、レプチンが下垂体を介して幼若期のニワトリ卵巣機能の発達に影響を及ぼす可能性を見出した。その上で、レプチンが、エストロゲン合成酵素であるCyp19A1の転写に対するレプチンの効果を樹立した細胞株を用いて検討したが、特異的な影響は認められず、その変化がレプチンの卵巣への直接作用ではなく、中枢を介した作用である可能性が示唆された。しかしながら、レプチンに対する視床下部及び下垂体の遺伝子の応答性が時期により異なることから、レプチンに特異的応答する遺伝子のスクリーニングが課題として残されている。昨年度までの研究では、腹腔内に投与したレプチンが幼若期のニワトリヒナ卵巣の機能発達に影響を与える可能性を見出した。そこで本年度は、7日齢ニワトリメスヒナを用い、レプチンの脳室内投与による視床下部のGnRH、GnIHおよびレプチン受容体(LEPR)、下垂体のLHβとFSHβのmRNA発現を検討した。その結果、レプチンの脳室内投与により、視床下部のGnIH mRNA発現は濃度依存的に変動する傾向を示したが、GnRHとLEPR mRNA発現はレプチン投与による変化は認められなかった。また、下垂体のLHβmRNA発現は濃度依存的な減少を示し、FSHβmRNA発現には変化は認められなかった。一方、LHβサブユニットとFSHβサブユニットと対をなす糖タンパク質ホルモンαサブユニットのmRNAはレプチン濃度依存的に増加した。これらの結果と昨年度までに実施した腹腔内へのレプチン投与の結果を総合すると、レプチンは7日齢のニワトリメスヒナの卵巣の直接作用し、機能発達を促し、視床下部ー下垂体を介した制御は補助的に作用する可能性が示唆された。また、同日齢のニワトリメスヒナについて、レプチンの脳室内投与による他の下垂体ホルモン遺伝子のmRNA発現を合わせて解析した。成長ホルモン及びプロラクチンmRNA発現はレプチン投与による変化は認められなかったが、ACTHの前駆体のPOMCmRNA発現は濃度依存的に減少した。これら結果は、ニワトリヒナ下垂体の器官培養および初代培養により得られた結果と一部異なっており、レプチンによる下垂体ホルモン遺伝子発現の制御は下垂体への直接作用と視床下部を介した間接作用の協調により行われると示唆された。H28年度に計画していた視床下部ホルモンのmRNA発現に対するレプチンの影響の解析を完了し、下垂体ホルモン発現に対するレプチンの効果について、視床下部を介した間接制御と、下垂体細胞への直接制御について明らかにする。
f電子系プニクタイトにおける重い電子状態の研究

極めてキャリヤー数の少ないf電子系プニクタイトにおいて、異常な磁性を示すCeモノプニクタイトでは、超高圧下での総合的解明の著しい進展があった。即ち圧力下における電気抵抗、ホール効果、圧力下でのフェルミー面の変化の測定も併せて行はれた。参照系のLaモノプニクタイトでは、圧力によってフェルミー面は増加する通常の効果を示すが、Ceの場合はむしろ減少し、明らかにf電子の異常な効果を観測した。圧力下での中性子散乱及び回折では、結晶場の圧力変化と磁気構造の圧力下の転移を明らかにした。一方超高磁場の磁化の測定がCePについて60T迄行われ、10ケ近い多段のステップ的増加が、伝導電子のランダウ準位がフェルミー準位を横切る時と同期して観測された。この類例のない現象は多くの注目をあつめている。又超音波ドハース効果によって懸案であったCeSbの一番大きなフェルミー面の観測に成功しp-f混成理論の正さが実証された。またLaAsの純良単結晶作製に成功しキャリヤー数が10^<-4>のオーダーであることが判明し、量子極限状態が利用出来る磁場範囲で実現出来る見通しがついた。このようにCeモノプニクタイトは急速に国内外の共同研究が発展した。一方キャリヤー数の少ない系で重い電子状態を実現している点に特徴のあるYbモノプニクタイトでは、YbAsのドハース効果では1より小さい有効質量の電子と一個の正孔が観測された。しかし極低温比熱で得られたおおきな電子比熱係数を説明することは出来ず、質量増強因子数千に及ぶ他の正孔の存在が間接的であるがあきらかにされた。このような大きな増強は金属的な物質には存在しない。少数キャリヤー物質に特徴的なこととして浮上してきた。またキャリヤー数が極端にすくなく、低温においても磁気秩序を示さないYb4As3での、低温の諸性質が明らかにされた。最も衝撃的な物質の発見はキャリヤーの存在しないSm3Se4,Sm3Te4での重い電子状態の発見である。これは重い電子状態をつくるのにもはやキャリヤーは必要ないことを意味し、従来の考えに重要な変革をせまるものである。f電子系プニクタイトの中で集中的に、CeP,CeAsおよびYbN,YbAsの研究が行われた。今年度の研究の特徴は共同研究が数多く行われたこと、それによって文字通りの著しい前進があったことである。以下それを列挙する。1)CePの強滋場磁化課程が阪大伊達グル-プによって詳細に行われ、従来最も複雑な磁気相図として知られていたCeSbと匹敵する複雑な相図が判明した。更に高磁場中の磁気転移は正孔のフェルミ面のランダウ準位がフェルミ面を通過するときに生ずることが判明し、いまだ類例のない事実の原因に興味がもたれる。2)CeAsの高圧下の測定が物性研毛利グル-プとの共同で今年度は中性子回折および散乱で集中的に行われ、高圧下の磁気構造の決定など行った。

中でも注目されることは僅か5Kbarの圧力下で、常圧下で観測された170Kbarの結晶場遷移が全く消失してしまったことである。結晶場分裂の大きさの変化ではなく、消失したということは、結晶場準位に大きな巾が生じ、ボケたことによるとしか考えられず、これも又類例がなく、混成の圧力効果が大きいことを示す。更に詳細な測定が現在進行中である。3)CeAs,YbAsのdHcA効果を50mK迄の極低温測定が東北大理小松原グル-プとの協同で行われ、フェルミ面およびキャリヤ数が正確に定められた。この場合Γ7基底状態でもなお電子の有効質量が質量が軽いということは、従来の混成の立場からすると一見奇妙であるが、小さなフェルミ面とはいえブリルアンゾ-ンの対称点から僅かでもはずれると(x点から)d電子との混成が殆どないことを明確に示したと解釈される。4)金研木戸グル-プによって高磁場下のシュブニコフドハ-ス効果がCeAsで行われ15T以上で強磁性に転移した後フェルミ面の大きな変化が示唆され、詳細は現在進行中である。5)以上の共同研究を支えるため、結晶作成が精力的に行われた。極めてキャリヤー数の少ないf電子系プニクタイトにおいて、異常な磁性を示すCeモノプニクタイトでは、超高圧下での総合的解明の著しい進展があった。即ち圧力下における電気抵抗、ホール効果、圧力下でのフェルミー面の変化の測定も併せて行はれた。参照系のLaモノプニクタイトでは、圧力によってフェルミー面は増加する通常の効果を示すが、Ceの場合はむしろ減少し、明らかにf電子の異常な効果を観測した。圧力下での中性子散乱及び回析では、結晶場の圧力変化と磁気構造の圧力下の転移を明らかにした。一方超高磁場の磁化の測定がCePについて60T迄行われ、10ケ近い多段のステップ的増加が、伝導電子のランダウ準位がフェルミー準位を横切る時と同期して観測された。この類例のない現象は多くの注目をあつめている。又超音波ドハース効果によって懸案であったCeSbの一番大きなフェルミー面の観測に成功しp-f混成理論の正さが実証された。またLaAsの純良単結晶作製に成功しキャリヤー数が10^<-4>のオーダーであることが判明し、量子極限状態が利用出来る磁場範囲で実現出来る見通しがついた。このようにCeモノプニクタイトは急速に国内外の共同研究が発展した。一方キャリヤー数の少ない系で重い電子状態を実現している点に特徴のあるYbモノプニクタイトでは、YbAsのドハース効果では1より小さい有効質量の電子と一個の正孔が観測された。しかし極低温比熱で得られたおおきな電子比熱係数を説明することは出来ず、質量増強因子数千に及ぶ他の正孔の存在が間接的であるがあきらかにされた。このような大きた増強は金属的な物質には存在しない。少数キャリヤー物質に特徴的なこととして浮上してきた。またキャリヤー数が極端にすくなく、低温においても磁気秩序を示さないYb4As3での、低温の諸性質が明らかにされた。最も衝撃的な物質の発見はキャリヤーの存在しないSm3Se4、Sm3Te4での重い電子状態の発見である。これは重い電子状態をつくるのにもはやキャリヤーは必要ないことを意味し、従来の考えに重要な変革をせまるものである。
ぶどう膜炎の発症機序に関するCD28分子を用いた分子生物学的研究

1.CD28ノックアウトマウスをProf.T.Makより供与されたCD28ノックアウトマウスを用いて、B10BRマウス(H-2^k)と交配させ、5代以上の逆交配をさせる計画であった。現在2代以上交配させたところである。2.抗体投与で、in vivoでCD28をブロックしたマウスを用いてIRBPを抗原とした自己免疫性網膜ぶどう膜炎(EAU)を起こして、前眼部の状態や網膜の状態をB10BRマウスと比較した。CD28をブロックしたマウスとB10BRマウスでは前眼部の炎症の発症時期は変わりなく、網膜剥離の程度も有意差はなかった。組織学的にもリンパ球の浸潤に有意差はなかった。
金属の内部摩擦振幅依存性の機構

金属材料の内部摩擦は、従来からその温度依存性がよく研究されてきたが、これには研究方法として、多くの欠点や限界が存在する。そこで本研究では、内部摩擦の振幅依存性と振動数依存性を取上げて、現象論の立場から原理的可能性を明らかにし、従来の研究方法の限界を克服することを試みた。得られた研究成果は、以下のように二つの論理結果と一つの実験結果からなる。1.内部摩擦の振幅依存性の測定において、試料の均質性が期待できないような一般的場合に対して、内部摩擦の実測値と材料の物理特性との間の理論的関係を明らかにした。その結果、内部摩擦の実測値は、材料の物理特性に支配されるだけでなく、測定条件の影響も強く受けることを示した。2.金属中の転位運動にもとづく内部摩擦に対して、その振幅依存性と振動数依存性を表す一般理論を提示し、従来の理論に含まれる原理上の問題点と限界を明らかにした。その結果、低温高振動数の場合と高温低振動数の場合とで、内部摩擦の機構および理論表現が大きく異なることを示した。3.強制振動法による内部摩擦測定装置を設計し、従来はあまり研究されていない振動数依存性の実測を可能にし、室温以下の低温領域で測定を実施した。その結果、鉄の炭素スネークピークとインバー合金の水素緩和ピークを確認し、従来の温度依存性の実験データとは異なる領域の知見を得た。
原爆線量評価システム(DS86)の見直し-新しい線量に基づく人の放射線影響-

DS86にはまだ残された問題があり、広島長崎の原爆被爆者の被曝線量を推定するための理論的実験的研究を進めた。アメリカ側とも協同研究を続けてきたが、1996年カリフォルニアで日米の研究会が持たれ日米で研究を開始することが決まり、1997年広島原爆線量研究会の主催で日米の研究会を放影研で開催し検討した。内容は以下の通りである1.広島の中性子の系統的なずれについては、すでに確認されているが、1km以遠のずれが大きい。そこでごく微量放射能の問題の検討のため試料を収集し測定を行う。2.各測定グループごとの測定の相互比較を行う。3.広島の速中性子の直接測定の可能性を考え銅のサンプルを集め測定する。4.長崎の測定データにはDS86と一致するデータと系統的なずれを示す、相矛盾するデータがある。新しい資料を収集の上いくつかのグループで同一試料の測定を行い相互比較する。5.本研究代表者は、原爆が割れ隙間から裸の核分裂中性子が漏れたと提案した。アメリカ側からありえないとの返事があった。しかし、これまでの結果を解釈するには横方向にわずかに裸の中性子が漏れたとする以外に現在のところ方法がないことが確認された。アメリカ側は持ち帰って関係者と再検討する。さらに本研究の代表者はモンテカルロ計算を基に、解決のための基本である3点の提案をした。それらは(1)横方向の裸の核分裂中性子が5%漏れ、(2)爆発地点を90m引き上げ、(3)爆発のエネルギーを20%増加させる必要性がある。(3)についてはアメリカ側と一致した。また広島の1km以遠のデータは大きすぎて中性子の輸送計算からの説明は困難である。測定誤差の問題としての検討も必要である。今後本研究者の提案を軸に、研究を分担して推進し何とか系統的なずれの原因を明らかにする必要がある。その上で被爆者の被曝線量を見積もる必要がある。本研究の目的は被爆試料中のEu-152の測定に基づき,中性子発生装置を使ってシュミレーション実験をし、その後MCNPコードの正しさを証明した後,DS86を見直し改定し新しい線量評価体系を作成すること。そして原医研の線量推定方式(ABS93D)を改定し独自の放射線の人へのリスクを見積る方法を検討開発することにある.平成7年度の研究の目標は、(1)被爆試料の収集と保管、測定と、(2)中性子によるシュミレーション実験と,計算コードMCNPの計算精度の確認(ベンチマークテスト)であった。このうち被爆試料の収集については広島大学の東千田町キャンパス(1,3-1.5km)の3ヵ所の建物から、コンクリートコア、タイル、鉄の被爆試料を採取した。それぞれ保管している。またベンチマークテストについては中性子発生装置からの中性子の発生状況が良くなる安定な運転ができていないので次の年度に回した。本年度はそれに加え次年度に準備を予定していた広島大学原医研の被曝者集団へのDS86に基づいた線量を付与する問題点について検討を加えている。この線量はABS93と命名しすでに線量付与を開始している。このABS93Dはその方法についてHealth Physics誌に投稿し、この度掲載が認められた。印刷中である。ただ線量付与で問題となる、しゃへいの状態(木造家屋のなかの被曝か、そばか、まったくの無しゃへいかなど)および被曝距離を出すための被曝の場所にまだ問題がありそうであり、検討を開始した。

特に即死状態となる線量が600cGy以上の被爆者が多数わかってきたことがその理由である。広島長崎の原爆被爆者の放射線量評価体系はDosimetry System 1986 (DS86)と呼ばれ1986年に日米の共同研究の結果定められた。DS86は放射線影響研究所で使われ、その後広島大学や長崎大学でもそれをもとにした線量評価体系(ABS93D)が使われている。DS86が決められてまもなく、我々の研究グループが広島の中性子線量についての疑問を指摘した。現在ではアメリカ側も矛盾が存在することを認めている。本研究の目的はこれらの矛盾を解決する事にあり、研究としては(1)被爆資料の収集と保管およびその測定、(2)中性子によるシュミレーション実験と計算コードMCNPの計算精度のベンチマークテストによる確認、(3)中性子のMCNPによる透過計算(輸送計算)、(4)原医研の被爆者集団にたいする被爆線量の見積もり、等がある。(1)については広島商業高校(約2km)や、糧秩廠(約3km)などの試料を集めた。まださらに1件ほど収集の必要があると考える。(2)についてはカリフォルニウムからの核分裂中性子を使った実験をもとに精度を検討したが、精度は十分に高く問題は見あたらない。(3)の計算については原爆が割れたと仮定した計算を行っている。広島の近距離では実験データと合わせることは可能であるが、遠距離ではずれが大きすぎてとても計算では考えられない。今後の大きな問題である。(4)については現在作業中である。また昨年(1996年5月)日米の会議が開かれ、日米の共同研究が再開されることになった。日米の会議では私どもの考えていた内容が認知された。その主な内容を以下に示す。a)広島の遠距離の被爆資料を集めDS86とのずれが本当かどうか確認する、b)被爆した銅を集め速中性子線の実測を試み、(c)長崎の被爆岩石や鉄試料を集め測定し長崎では合っているのかどうか確認する。広島長崎の原爆線量評価システムDS86にはまだ残された問題がある。本研究代表者はグループとしてこの原因を追求してきた。今回は広島原爆のガンマ線の測定結果から、広島原爆の放射線量の問題を検討し、中性子の計算から以下の提案をしてきた。「1.原爆が底が抜けたように割れ、そこの隙間から5%位の速中性子が横方向に漏れたこと、」「2.爆発地点の高さを90m引き上げること、」の2点である。これを仮定すると1km以内の中性子のデータと計算値はよく合う。ここではこの同じ仮定を使ってガンマ線の線量を計算しその結果が合うかどうかを試した。広島原爆関連の過去のデータをすべて集め上記の仮定の基に即発中性子が空気や地上の土壌と反応して発生した即発2次ガンマ線を計算した。ガンマ線には、即発ガンマ線、即発2次ガンマ線、遅発ガンマ線、遅発2次ガンマ線と呼ばれる4つの成分があるが、主な成分は即発2次ガンマ線と遅発ガンマ線である。他の2つは無視できる。遅発ガンマ線にはDS86の結果をそのまま使った。ガンマ線は全体的によく合っているといえるが、強いて言えば近距離ではデータはDS86による推定により低いものが多い。一方遠距離ではデータはDS86の推定より大きいものが多い。
Drug repositioning 戦略による整形外科領域の新規医療開発

昨年に引き続きDrug repositioning戦略による整形外科領域の新規医療開発研究を行った。1Runx IIを標的とした医療開発:濃度の最適化は終了している。担体の形状を新たに設計し直し、ウサギに対する動物実験を開始した。担体からの薬剤溶出の最適化に工夫を要した。単純な溶出では濃度勾配を生じるため実験を繰り返したが、最終的な形に辿り着いた。前臨床POC構築のために大型動物での検討を予定している。2Wnt/βcateninを標的とした医療開発:新たな候補化合物の選定し、動物モデルで組織学的な検討を行った。候補化合物の絞り込みに成功した。作用機序を明確にして次の段階を目指す。前臨床データの構築はほぼ完了した。3Sox9を標的とした医療開発:開発計画を見直した。4神経軸索伸長作用を持つ物質の医療開発:末梢神経障害治療薬としての臨床開発に向けて適応症を決定し、用法特許を取得した。最初は探索的臨床試験計画を立案し、臨床介入研究として開始する予定である。その結果により資金提供を受けて医師主導型の臨床研究へ進みたいと考えてる。5FOP (進行性骨化性線維異形成症)に関する医療開発:目的を達成し開発を終了した。6TRPV4を対象とした医療開発:軟骨系細胞でSox9発現・維持に関与することを目的に研究を続けた。機械的刺激と関節症変化との関係を明確にすることが出来た。7FGFG23阻害効果化合物に関する医療開発:luciferaseレポーター遺伝子導入細胞株を樹立して、一次Screening系の確立を試みたが、達成に至らなかった。8新たな標的として、関節症に注目してCD44断片化を引き起こす酵素群に注目して研究を進めた結果、ADAM10が関節症進行に大きな役割を果たすことを確認して、それの抑制について予備的検討を開始した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1Runx IIを標的とした医療開発:ヒト間葉系細胞においてRunx IIの発現上昇に関わる物質を特定,高機能医療材料開発のための非臨床POC確保に向けて、企業と共同研究中である。最適濃度設定を検討しているが、確立に手間取っている。最適濃度の決定が困難である場合はバックアップ化合物の研究を進める予定である。2Wnt/βcateninを標的とした医療開発:変形性関節症でのWnt/βcateninの役割に注目して阻害物質を探索し、抗不整脈薬verapamilが阻害作用を持つことを見出した。既に関節炎抑制効果の訴求項目で製薬企業により特許が成立していたので基礎研究に留まり臨床開発を断念した。別の候補化合物の検討を進め、新たな候補化合物の選定に至った。細胞レベルでの検討は終了している。動物モデルで組織学的、組織生化学的に検討を行っている。3Sox9を標的とした医療開発:軟骨細胞培養治療の促進を目的にSox9遺伝子の発現増強する化合物を検討した。候補化合物を得て、動物実験を行った。本化合物はSOX9の発現を高めるもののその作用はPTHを介したもので最終的には骨化を促進するものである事を確認し、軟骨細胞治療薬としては不適当であった。候補化合物を求めて一次screeningからの検討を再開した。4神経軸索伸長作用を持つ物質の医療開発:神経軸索の伸長作用を持つ物質を既存薬より見出した。ラット坐骨神経挫滅モデルでの神経回復は確認さして、論文化した。末梢神経障害の神経回復作用を電気生理学的、組織学的に確認後したので、末梢神経障害治療薬としての臨床開発の可能性を検討している。5FOP (進行性骨化性線維異形成症)に関する医療開発:一次Screeningで遺伝子導入を行う細胞種、二次screeningでの刺激による用量相関確定に用いる細胞種での設定を見直したが問題が多い。1Runx IIを標的とした医療開発:予想外の細胞毒性が見られ、濃度の最適化が難渋している。平行してバックアップ化合物の検討を進める。2Wnt/βcateninを標的とした医療開発:新たな候補化合物の選定に行い、一部細胞レベルでの検討結果を得た。動物モデルで予備的な検討を開始して、良好な結果を得ている。3Sox9を標的とした医療開発:当初予定していた化合物は全体として、骨化を促進するものであった。当初目的に合うSox9特異的な候補化合物を求めて一次screeningからの検討を再開した。4神経軸索伸長作用を持つ物質の医療開発:末梢神経障害治療薬としての臨床開発に向けて適応症の検討を開始している。5FOP (進行性骨化性線維異形成症)に関する医療開発:Screening時に使用する条件によって結果が異なる事象が解決されない。本病態自体が想定以上に複雑な背景を持つ可能性があり、全体を検討し直す必要がある。全ての項目が順調にしている訳ではないが、当初の申請内容に従い順調に進む課題に資源を再配分することにより、進捗の促進が図られている。結果を待っている状況である。この化合物については用法特許が取得できており前臨床POCの確立に努める。

一部に良好な結果を得たものの当初の期待値に達していない。再度、化合物選びから始める予定である。3Sox9を標的とした医療開発:化合物の再Screeningを行い、物質を得たが、結局内軟骨性骨化機序の促進によるSox9上昇は認めるものの最終的には骨化に向かう結果に終わった。開発を断念した。4神経軸索伸長作用を持つ物質の医療開発:末梢神経障害治療薬としての臨床開発に向けて適応症を決定し、用法特許を取得した。前臨床POCの確立に努め,医師主導型の臨床研究を開始する予定である。5FOP (進行性骨化性線維異形成症)に関する医療開発:Screening時に使用する条件によって結果が異なる事象が解決されない。開発を断念した。6TRPV4を対象とした医療開発:軟骨系細胞でSox9発現・維持に関与することが知られているTRPV4を標的とした化合物Screeningを継続して行っている。幼弱な軟骨細胞で新たな知見を見出した。7FGFG23阻害効果化合物に関する医療開発:luciferaseレポーター遺伝子導入細胞株を樹立して、一次Screening系を確立を試みたが、達成に至らなかった。8新たな標的を探索し、化合物検討を始める予定である。開発研究を断念したものが複数領域存在する。本年はそれに代わる新たな標的分子を設定して研究を続ける。全ての項目が順調にしている訳ではないが、予想以上の進展を見せるprojectもある。1Runx IIを標的とした医療開発:企業との共同研究を更に進める。担体の形状・薬剤濃度の決定に時間がかかり遅れていたがこれら問題に解決がつき、本格的にウサギ実験を開始する予定。この化合物については用法特許が取得できており前臨床POCの確立に努める。結果をもってPMDAの対面助言を予定している。2Wnt/βcateninを標的とした医療開発:Dkk1まで範囲を拡げて検討したが、十分な結果は得られていないので、再度細胞種類を変更してscreening系を立ち上げる予定である。細胞種類によって反応が違う結果を今までに得ており、これらを考慮してヒト細胞での検討を予定している。3抗てんかん薬ゾニサミドが運動神経の軸索伸長効果を有することを発見し、坐骨神経切断モデルマウスの軸索再生および下肢運動機能改善を確認した。また脊髄損傷モデルマウスにおける下肢運動機能改善効果も確認し、脊髄損傷部尾側での各種神経栄養因子の増加が得られた。以上から神経再生作用があると結論した。神経障害治療薬としての臨床POC確立を目的に小規模な臨床研究を計画している。有効性が確認できれば、無作為対照試験に進む予定である。4TRPV4を対象とした医療開発:当初の目標に達成出来ていない。軟骨細胞への分化程度により結果が異なる印象を得ており、今後の開発研究の方向性を含め検討する必要がある。基礎的な研究が不足している。軟骨細胞分化と受容体発現を絡めて再度検討し直す必要がある。その他開発研究を断念したものが本年2領域存在するが、本年はそれに代わる新たな標的分子を設定して研究を続ける。臨床研究段階が1project,前臨床POC段階が1projeectある。
パーキンソン病および認知機能関連分子とパーソナルゲノム解析

パーキンソン病および認知機能関連分子に焦点をおき,パーソナルゲノム解析を行った。パーキンソン病のRareながら強い因子を発見するため、全エクソン配列解読し患者・対照関連解析をおこない、LRRK2領域に中等度の強さのリスクとなる2つのアミノ酸置換を伴うSNVを検出した。IQ差の顕著な一卵性双生児34検体を用いて網羅的DNAメチル化、発現解析を行い、ミトコンドリアのリボソームタンパク質とDNAヘリカーゼ関連遺伝子群、イオンチャネル関連遺伝子の差を見出した。優性遺伝性ミオパチー大家系のエクソーム解析にてMYH7遺伝子の3塩基欠失変異を同定し、東アジアで最初のLaing遠位型ミオパチーを見出した。知能は多因子形質であり、遺伝要因と環境要因の影響を受けることが今日までの多数の研究の結果から明らかになっている。知能における兄弟間の一致率は一卵性双生児で0.86、二卵性双生児で0.60と一卵性が二卵性をかなり上回ることから、遺伝要因の重要性が表される。しかし、一部の一卵性双生児では兄弟間に顕著な知的レベルの不一致も認められる。この現象は、一卵性双生児間における知能関連遺伝子のエピジェネティックな相違で遺伝子発現レベルの差がもたらされることを示唆している。本研究では知能に関するエピジェネティックな要因の同定を目指し、IQ差の顕著な一卵性双生児17組34検体の血液由来ゲノムを用いて網羅的DNAメチル化解析を行った。マイクロアレイにはAffymetrix Human Promoter 1.0R arrayを使用した。アレイのデータはMAT(Model-based Analysis of Tiling arrays)によって、兄弟間のメチル化状態に顕著な違いが見られる領域を候補メチル化領域として抽出した。より定量的なbisulfite genomic sequencingを用いて、あるGTPase活性化タンパク質をコードする候補領域のメチル化状態の相違が確認された。この遺伝子の発現レベルはIQの低い方の検体で高いことは定量RTPCRで分かった。今後はこれら候補遺伝子の機能解析により認知能力への関与を解明することを目指す。孤発性パーキンソン病遺伝子を同定するため、(1)第2期ゲノムワイド関連解析をおこなった。またパーキンソン病の、エクソンに存在するRareながら強い遺伝子リスクを発見するため、(2)候補遺伝子のエクソンのサンガーシークエンスによる関連解析をおこなった。さらに、強いRare Variantリスクは、家系に濃縮されていると思われるので、(3)多発家系について、次世代シークエンサーによるエクソームシークエンス(全エクソン塩基配列の解読)を行った。(1)では、ゲノムワイド関連解析の上位9000個のSNPにまで、再現研究の対象を拡大し、検討した。中間解析では、ゲノムワイド有意水準をこえる、P=1x10-8の関連を示す新規遺伝子を見出している。(2)では、脂質代謝カスケードの遺伝子、および、パーキンソニズムを部分症として示す疾患の遺伝子、の原因変異についてサンガーシークエンスで検討したが、有意な関連を示す結果を得なかった。(3)では、試験的に、同胞例2検体について、次世代シークエンサーによる全エクソン解読を行った。参照配列へのマッピングと多型・変異の検出などのパーソナルゲノム情報解析を行い、検出した多型・変異から既知の多型・変異を引き算したところ、同胞に共通する新規の多型・変異を、321個検出した。多発家系の次世代シークエンサー解析により候補遺伝子が絞り込まれたが、1つの小家系のみからでは、まだ候補が多すぎるので、今後、より多くの家系・検体を重ねていく必要がある。また、絞られた候補を孤発例で検証する(サンガー・次世代シークエンサー)ことにより孤発例への広がりをしらべ、さらに、自験のゲノムワイド関連解析データをつかうことにより、家族例・孤発例を統合したゲノム解析をおこなって、パーキンソン病遺伝子同定を目指す。孤発性パーキンソン病遺伝子を同定するため、特にエクソンに存在するRareながら強いパーキンソン病(PD)ゲノム因子を発見するため、とくに孤発性PD患者を中心に、全エクソン塩基配列解読(エクソーム解析)をおこなった。715例のPD患者ゲノムから、全エクソン(エクソーム)を抽出、HiSeq2000シークエンサーで超高速・並列シークエンスをおこなった。BWAソフトウェアでヒト参照配列hg19へマップし、GATKソフトウェアで、参照配列とことなるSNV (single nucleotide variant)を約30万個検出した。715検体のエクソームデータの平均被覆は126。1xであり、全エクソン配列の94。9%のエリアが10x以上で被覆された。これは、孤発性PD患者755人について、全遺伝子の全エクソン塩基配列のほぼすべてが解読できたことを意味する。また優性遺伝性

ミオパチーの大家系について、次世代シークエンサーをもちいたエクソーム解析を行い発症者4人にMYH7遺伝子の3塩基欠失変異を同定し、東アジア人で最初のLaing遠位型ミオパチーであることがわかった。孤発性パーキンソン病遺伝子を同定するため、400例のパーキンソン病患者血液から、標準的な方法でゲノムDNAを抽出した。Sureselect V4試薬(アジレント社)により、各ゲノムDNAから全エクソン配列(エクソーム)を抽400例のパーキンソン病患者血液から、標準的な方法でゲノムDNAを抽出した。Sureselect V4試薬(アジレント社)により、各ゲノムDNAから全エクソン配列(エクソーム)を抽出した。えられたエクソームを、HiSeq2000シークエンサーで超高速並列シークエンスをおこなった。参照配列hg19へBWAソフトウェアでマッピングした。GATKソフトウェアで、参照配列とことなるSNV (single nucleotide variant)を検出した。400検体のエクソームデータの平均depthは146.6xであった。全エクソン配列の98%のエリアが10x以上で被覆された。また、各検体の平均depthと、全エクソンのうちx1, x5, x10,x20で被覆されるエクソン領域の割合をプロットしたところ、平均depthが高いほど、十分な被覆度でカバーされるエクソン領域の割合が高かった。さらに、single nucleotide variantの検出に必要とされるx10での被覆についてみると、平均depth 80程度のデータ量をとった検体では、全エクソンの95%以上が解読されたと考えられた。また優性遺伝性ミオパチーの大家系について、次世代シークエンサーをもちいたエクソーム解析を行い発症者4人に共通する変異を1個得た。孤発性パーキンソン病遺伝子を同定するため、エクソンに存在すると推定される、Rareながら強いPDゲノム因子を発見するため、次世代シークエンサーによる全エクソン配列解読し、患者・対照関連解析をおこなった(エクソーム関連解析)。主成分分析において患者対照間の集団構造化をみとめなかった。まず先述の4つの孤発性PD遺伝子のエクソン配列を関連解析(PD 625例とcontrol 961例)したところ、LRRK2領域に、中等度の強さのリスクとなる2つのアミノ酸置換を伴うSNVを検出した(P=10-4)。LRRK2以外の3つの遺伝子座には、アミノ酸置換を伴う強いPDリスクを検出しなかった。全遺伝子全エクソン配列の関連解析による孤発性PDのゲノム因子発見へつなげる。26年度が最終年度であるため、記入しない。神経内科学、人類遺伝学、ゲノム医学、認知神経科学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定どおりの成果が得られているため。おおむね順調に進展している。今後1)PD血族婚患者
グルタミン酸シグナルによるインスリン開口分泌制御機構の解明

インクレチン(GLP-1, GIP)による膵β細胞からのインスリン分泌調節機構の解明は、糖尿病の克服のため極めて重要な課題である。研究代表者らは、グルコース代謝により産生されたグルタミン酸が、インクレチン/cAMPシグナルによりインスリン顆粒内に取り込まれ、インスリン分泌が促進されることを示した。しかし、インスリン顆粒内に取り込まれたグルタミン酸がインスリン顆粒の開口分泌を増強する分子メカニズムは不明である。本研究では、インスリン顆粒の網羅的解析により同定された開口分泌関連タンパク質について詳細な機能解析を行うことにより、グルタミン酸によるインスリン開口分泌制御機構を解明することを目的とする。
大腿切断者のための健脚側動作情報を利用した大腿能動義足の制御手法の確立

本年度は、複数種類の義足に対応可能な既存の大腿義足を能動化,サイバニック化するデバイスの健常者試験と制御手法に関する研究開発を実施した.昨年度までに研究開発された既存の大腿義足を能動化,サイバニクス化するデバイスであるアタッチメント型サイバニックユニットは4節リンクにより複数種類の大腿義足に装着可能な構造となっている.このユニットは構造上,義足の膝関節角度とユニットの角度が一致しないため,義足膝関節角度を推定する必要がある.そのため,ユニットリンクの下腿側の接続部角度を計測するセンサを設計,製作し,概ねリンク長が変わらない場合には角度を推定可能にした.これにより本ユニットを使用した場合でも制御の基本的な機能である,膝関節角度制御が可能となった.この角度推定手法を元にこれまでに研究開発された階段登り制御手法を搭載し,健常者による試験を行った.この健常者試験を通じて,大腿切断者を模擬した試験協力者が5段の階段を健常者と同じ1足1段の方法で登ることが可能であることを確認した.そして軌道制御手法について,大腿切断者の下肢を逆運動学に基づいてモデル化した.また,義足の下腿部の2種類の径に対応するため,太い径のためのユニット下腿側保持部を設計,製作した.今後は階段の軌道生成手法の見直しと義足側が今後通るであろう軌道を推定するためのセンサー,それを元にした1つの制御則で複数の動作に対応可能な制御則の研究開発および大腿切断者による実証試験を実施していく.本研究では大腿切断者のための単一アルゴリズムで複数動作に対応可能な制御手法の確立を目指している.最終的にその目標を達成するためには,目標の位置姿勢から膝関節角度を得る逆運動学と,ユニットが膝関節角度を把握するセンサは不可欠である.そしてそれらを統合して大腿切断者を模擬した試験協力者により,健常者と同じ一足一段での階段登りが可能であることを確認できたことから,研究は概ね順調に進展している.今後は階段の軌道生成手法の見直しと義足側が今後通るであろう軌道を推定するためのセンサー,それを元にした1つの制御則で複数の動作に対応可能な制御則の研究開発および大腿切断者による実証試験を実施していく.本年度は、複数種類の義足に対応可能な既存の大腿義足を能動化,サイバニック化するデバイスの健常者試験と制御手法に関する研究開発を実施した.昨年度までに研究開発された既存の大腿義足を能動化,サイバニクス化するデバイスであるアタッチメント型サイバニックユニットは4節リンクにより複数種類の大腿義足に装着可能な構造となっている.このユニットは構造上,義足の膝関節角度とユニットの角度が一致しないため,義足膝関節角度を推定する必要がある.そのため,ユニットリンクの下腿側の接続部角度を計測するセンサを設計,製作し,概ねリンク長が変わらない場合には角度を推定可能にした.これにより本ユニットを使用した場合でも制御の基本的な機能である,膝関節角度制御が可能となった.この角度推定手法を元にこれまでに研究開発された階段登り制御手法を搭載し,健常者による試験を行った.この健常者試験を通じて,大腿切断者を模擬した試験協力者が5段の階段を健常者と同じ1足1段の方法で登ることが可能であることを確認した.そして軌道制御手法について,大腿切断者の下肢を逆運動学に基づいてモデル化した.また,義足の下腿部の2種類の径に対応するため,太い径のためのユニット下腿側保持部を設計,製作した.今後は階段の軌道生成手法の見直しと義足側が今後通るであろう軌道を推定するためのセンサー,それを元にした1つの制御則で複数の動作に対応可能な制御則の研究開発および大腿切断者による実証試験を実施していく.本研究では大腿切断者のための単一アルゴリズムで複数動作に対応可能な制御手法の確立を目指している.最終的にその目標を達成するためには,目標の位置姿勢から膝関節角度を得る逆運動学と,ユニットが膝関節角度を把握するセンサは不可欠である.そしてそれらを統合して大腿切断者を模擬した試験協力者により,健常者と同じ一足一段での階段登りが可能であることを確認できたことから,研究は概ね順調に進展している.本年度は、既存の大腿義足を能動化,サイバニクス化するデバイスの研究開発を実施した.これまでの研究で研究開発された,既存の大腿義足を能動化,サイバニクス化するデバイスであるアタッチメント型サイバニックユニットは,大腿接続部と意図的に自由度を持たせることにより既存の義足への装着を可能としていた.しかしこの方式では数多くある義足のうち回転軸を1つしか持たないものにしか対応できなかった.この問題を解決するため,本年度は新たに大腿接続部と下腿接続部にそれぞれ回転自由度を持たせた4節リンク構造を新たに提案・研究開発した.下腿接続部には回転自由度に加え,特異点回避のために,バネにより常時トルクが加わり,原点に回帰するような力がかかる構造とした.まず3Dプリンタモデルによる試作を行なった.この3Dプリンタモデルにより4節リンク構造により回転軸が1を超える複数の軸の膝継手をもつ義足に対応できることが確認された.そして強度解析を含めた再設計を行い,金属により4節リンク構造を持つ新しいアタッチメント型サイバニックユニットを製作した.同時に制御回路などの見直しをおこない,大幅な軽量化を実現した.

今後は4節リンク構造の力学的特性を明らかにした上で,制御アルゴリズムを確立する.そして,健脚側の動作情報を取得するセンサおよび膝関節角度推定アルゴリズムを研究開発する.これにより健脚側の動作情報を利用した制御を盛り込むことで,本研究の目標である健脚側動作情報を利用した大腿能動義足の制御手法の確立を目指す.本研究では健脚側の動作情報を取得し,それを利用して大腿能動義足を制御することを目指している.最終的にその目標を達成するためには,大腿切断者の協力のもと実証試験を行う必要がある.これまでに研究開発されたアタッチメント型サイバニックユニットは一部の種類の義足にのみ対応可能であった.本年度の研究により複数種類の義足に対応可能となったことから,実証試験を行うにあたり多くの大腿切断者に協力していただくことが可能となった.よって研究は最終的な目標へと概ね順調に進展している.今後は階段の軌道生成手法の見直しと義足側が今後通るであろう軌道を推定するためのセンサー,それを元にした1つの制御則で複数の動作に対応可能な制御則の研究開発および大腿切断者による実証試験を実施していく.今後は4節リンク構造の力学的特性を明らかにした上で,制御アルゴリズムを確立する.そして,健脚側の動作情報を取得するセンサおよび膝関節角度推定アルゴリズムを研究開発する.その後大腿切断者の協力のもと実証試験を行う.これにより健脚側の動作情報を利用した制御を盛り込むことで,本研究の目標である健脚側動作情報を利用した大腿能動義足の制御手法の確立を目指す.