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造礁性サンゴ骨格の窒素同位体比変動要因の解明および古環境復元指標への応用

造礁性サンゴ骨格に含まれる有機物の窒素同位体比は、周囲の栄養塩濃度および栄養塩の供給源の変化と共に変動し、貧栄養海域における栄養塩循環の解明及びその歴史的変化の復元の有用なツールとなりうる。本研究ではサンゴ骨格の窒素同位体比を新たな古環境復元指標として確立し、これまで復元できなかった過去の栄養塩情報(濃度、起源、供給過程)を復元することを目的としている。平成22年度はサンゴ骨格の窒素同位体比が海水中の硝酸の窒素同位体比を反映することを明らかにした。平成23年度はサンゴ骨格の窒素同位体比測定手法の確立と窒素同位体比の古環境復元指標への応用に向けて、研究を行った。平成24年度はサンゴ骨格の窒素同位体比を古環境復元指標としてサンゴ長尺コアの分析を行った結果を解析し、論文を国際誌に投稿した。一つ目の論文では現生と化石サンゴ骨格の段階加熱法により、化石サンゴ骨格であっても窒素同位体比が保存されている可能性を示した。これにより、サンゴ骨格の窒素同位体比指標が長期に渡って利用可能であることがわかった。二つ目の論文では石垣島轟川河口のサンゴ骨格を用いて、約50年間の沿岸の土地利用と比較し、サンゴ礁内に流れ込む硝酸の起源を復元した。この結果からサンゴ骨格の窒素同位体比指標をサンゴ礁への人為起源栄養塩流入の指標として用いることができることを示した。三つ目の論文では高知県竜串湾のサンゴ骨格を用いて約150年間の窒素同位体比変動が黒潮流量の変動に対応していることを示し、その十年規模の変動と北太平洋の気候変動との関連を議論した。平成22年度は1.サンゴ飼育実験の開始、2.有機分子の抽出・窒素同位体比測定の準備実験、3.環境水の窒素同位体比モニタリングを実施計画に記載した。1.サンゴ飼育実験の目的はサンゴ骨格に含まれる窒素の起源と骨格に至るまでの経路を特定することである。15Nトレーサーを水槽に添加し、サンゴ骨格中に保存されるまで飼育を続ける。2010年9月に沖縄県石垣島でハマサンゴの生体を採取し、飼育を開始した。持ち帰ったサンゴは水槽で5ヶ月間飼育し、石灰化速度を測定した結果、今後、半年間の飼育をつづけることにより、分析必要量の骨格を成長させることが分かった。2.有機物の抽出と窒素同位体比測定手法の検討を行い、造礁性サンゴ骨格の窒素同位体比指標としての可能性を検証した。石垣島白保サンゴ礁に生息する造礁性サンゴの窒素同位体比分布と海水中の硝酸の窒素同位体比分布を比較し、ほぼ同じ分布になることを発見した。本研究の成果は造礁性サンゴ骨格の窒素同位体比が、海水の窒素同位体比組成をそのまま反映することを示し、古環境復元に有用なツールであることを示唆した。3.環境水の窒素同位体比とサンゴ骨格の窒素同位体比の季節変動を比較することにより、指標としての有用性を検証する。環境水のモニタリングサイトには高知県竜串湾と石垣島白保サンゴ礁を選んだ。環境水の採取は竜串ダイビングセンター、WWFサンゴ礁保護研究センターの協力の下、3ヶ月に一度、海水および河川水の分析を行っている。平成22年度にサンゴ骨格の窒素同位体比が海水中の硝酸の窒素同位体比を反映することを明らかにした。測定手法の確立と窒素同位体比指標の評価本年度では測定手法の改良のため、サンゴ骨格の洗浄実験と段階加熱によるサンゴ骨格の測定を行った。サンゴ骨格の窒素同位体比を古環境指標とするためには骨格中の有機物が長期間保存されており、その窒素同位体比を測定する必要がある。そのため、まずはじめにサンゴ骨格粉末の洗浄実験を行い、骨格中に完全に保存されている有機物のみを分析する手法を確立した。この実験を検証するため、アラゴナイト骨格が崩壊する800°Cまでサンゴ骨格粉末を加熱し、骨格結晶中に保存されている窒素の同位体比を測定した。その結果、洗浄済み試料の窒素同位体比は一致した。サンゴ骨格の窒素同位体比による古環境復元次に、実際にサンゴ骨格の窒素同位体比を古環境復元指標として、サンゴ長尺コアの分析を行った。一つ目は石垣島轟川河口のサンゴ骨格を用いて、約50年間の沿岸の土地利用と比較し、サンゴ礁内に流れ込む硝酸の起源を復元した。

二つ目は高知県竜串湾のサンゴ骨格を用いて約150年間の窒素同位体比変動と黒潮流量との関係を比較した。造礁性サンゴ骨格に含まれる有機物の窒素同位体比は、周囲の栄養塩濃度および栄養塩の供給源の変化と共に変動し、貧栄養海域における栄養塩循環の解明及びその歴史的変化の復元の有用なツールとなりうる。本研究ではサンゴ骨格の窒素同位体比を新たな古環境復元指標として確立し、これまで復元できなかった過去の栄養塩情報(濃度、起源、供給過程)を復元することを目的としている。平成22年度はサンゴ骨格の窒素同位体比が海水中の硝酸の窒素同位体比を反映することを明らかにした。平成23年度はサンゴ骨格の窒素同位体比測定手法の確立と窒素同位体比の古環境復元指標への応用に向けて、研究を行った。平成24年度はサンゴ骨格の窒素同位体比を古環境復元指標としてサンゴ長尺コアの分析を行った結果を解析し、論文を国際誌に投稿した。一つ目の論文では現生と化石サンゴ骨格の段階加熱法により、化石サンゴ骨格であっても窒素同位体比が保存されている可能性を示した。これにより、サンゴ骨格の窒素同位体比指標が長期に渡って利用可能であることがわかった。二つ目の論文では石垣島轟川河口のサンゴ骨格を用いて、約50年間の沿岸の土地利用と比較し、サンゴ礁内に流れ込む硝酸の起源を復元した。この結果からサンゴ骨格の窒素同位体比指標をサンゴ礁への人為起源栄養塩流入の指標として用いることができることを示した。三つ目の論文では高知県竜串湾のサンゴ骨格を用いて約150年間の窒素同位体比変動が黒潮流量の変動に対応していることを示し、その十年規模の変動と北太平洋の気候変動との関連を議論した。計画では、平成23年度にサンゴ骨格の窒素同位体比測定手法を確立し、古環境復元へ応用するため、長尺サンゴコアの分析を開始するとしていた。本年度は当初の計画通り、石垣島と高知の2カ所のサンゴ骨格コアの分析がすでに終了しており、当初の計画どおり進んでいる。また、初年度の研究成果を国際誌で報告した。平成24年度は平成22年度に掘削したインドネシアのサンゴ骨格コアを分析する予定である。また、平成23年度に測定した結果を国際誌に投稿する。
進行非小細胞肺癌におけるxCT（シスチントランスポーター）発現の薬剤耐性機構

非小細胞肺癌に比べて小細胞肺癌で有意にxCT発現量は低かった。細胞実験で薬剤感受性試験を行い小細胞肺癌で有意に細胞増殖能が低下した。小細胞肺癌ではxCT発現量に関わらず細胞増殖能低下が見られた。しかし、非小細胞肺癌細胞株ではxCT高発現で薬剤感受性は低かった。これらの結果から、小細胞肺癌ではxCT発現は低い傾向があり、薬剤抵抗性にはあまり関与しない可能性がある。非小細胞肺癌はxCT発現は高く、薬剤抵抗性となることがわかった。肺癌切除例に対して腫瘍組織110例のxCT発現量を測定した。xCT高発現症例は、xCT低発現量症例に比べて有意に予後不良であった。肺がん細胞株を非小細胞肺がん、小細胞肺がんを用いて、xCT発現について、RT-PCR法にて、mRNA発現を評価した。xCTのmRNA発現の条件設定を行った。条件設定では、RT-PCRの条件決めに時間がかかり、繰り返して実験を行った。さらに、xCTのタンパク発現も評価するため、免疫染色にてxCT発現を検討した。染色性には限界があるが、腫瘍組織におけるxCT発現を評価することはできた。非小細胞肺がん細胞株に比べて、小細胞肺がん細胞株のほうが、xCT発現が有意に低い結果が得られた。この小細胞肺がん株は、薬剤感受性が高く、治療による腫瘍の縮小は著明であり、非小細胞肺がん細胞株は治療に抵抗性であり、薬剤耐性しやすいこともわかっているので、xCT発現が低い細胞では、化学療法が効くことは、薬剤抵抗性の因子の一つになっていることを示唆するデータであると考える。さらに、xCT以外のアミノ酸トランスポーターである、LAT1, ASCT2についても併せて検討したが、小細胞肺がんと非小細胞肺がんでこれらのmRNA発現に有意な差はなく、薬剤抵抗性のアミノ酸トランスポーターである可能性は基礎的には弱く印象であった。xCT発現とCD44v発現の関係についても調べたが、今年度の実験では、薬剤抵抗性の因子として有意な結果は得られなかったが、引き続き検討をしていく予定である。臨床検体におけるxCT発現と薬剤抵抗性を検討するため、臨床試験計画を立てて、次年度には実施していく予定である。本年度は、xCTの腫瘍組織における免疫染色の条件を決定するため、いくつか抗体を購入して染色条件を検討した。しかし、抗体の問題で染色はきれいには膜には染色されず、今後の検討が必要と考え、今年度の課題とした。数種類の肺がん細胞株を用いてxCTの発現をタンパクレベルで検討して発現の高い細胞株、低い細胞株に分けることができた。CDDP. 5-FU, Paclitaxelなど抗がん剤を用いて、xCT発現の高い細胞株と低い細胞株に投与してがんの増殖をMTT assayにて検討し、結果は現在解析中である。さらに、実際に化学療法を施行している肺がん患者における治療抵抗性の意義を検証するため、気管支洗浄液を採取して、xCTのmRNAをreal time PCRにて定量的に測定して薬剤抵抗の可能性を検討するため、現在、当院倫理審査委員会へ研究計画書を申請して、修正中である。IRB承認後、実際の肺がん患者の検体を用いてxCT発現を検討することになる。また、肺癌細胞のxCT発現をノックダウンするため、現在、CRISPR/Cas9の技術を用いて、xCT遺伝子そのものを消失させ、薬剤感受性実験を行う準備を現在している。この技術にてxCTのノックダウンがうまくいくかどうかを検証する。これにより薬剤耐性が克服できるのか、薬剤ごとにxCT発現の感受性が異なるのか、ということも含めて数種類の薬剤での検討を予定している。さらに、分子標的治療薬の薬剤耐性の可能性も探索する予定である。xCT発現を免疫染色に評価することに難渋した。条件設定の問題ではなく、抗体の質の問題が考えられた。xCTのノックダウンについても色々と検討したが、CRISPR/Cas9の技術がよさそうであり、新たな検討することになり予定より遅れている。本年度は、肺癌腫瘍から採取したDNAを用いて、xCT発現をRT-PCRでその発現量を検討して臨床病理学的な検討を加えた。腫瘍組織からの研究について、関連病院で前向き研究で採取された検体を当院臨床研究倫理審査委員会でも申請を行い承認を得たのちに研究を開始した。110例の非小細胞肺癌組織からxCT発現を評価したところ、発現量が高いと有意に外科的切除後の予後は不良であった。腺癌や扁平上皮癌など組織型での違いは症例数の問題もあるが有意ではなかった。治療抵抗性について、術後再発の治療内容も症例ごとに異なっていたが、xCT発現が高いと治療後の予後は悪い傾向になった。この結果からxCT高発現は肺癌の進展には関与しており、術後治療の効果予測ができる可能性がある。ただ、進行期肺癌を対象とした検討も必要であるので、進行非小細胞肺癌における気管支鏡洗浄液のDNAを採取して、xCT発現をRT-PCRで検討し、4期肺癌における治療抵抗性を評価する臨床研究を倫理審査委員会へ申請承認を得て開始した。しかし、これはまだ症例集積が終わらず解析は今後の課題である。肺癌細胞株における薬剤抵抗性についてのin vitro studyでは、xCT高発現で5FU、タキサン系薬剤、プラチナ系薬剤など各種薬剤の治療抵抗性が確認できた。しかし、xCT発現が薬剤耐性になるメカニズムについて次世代シークエンサーを用いた網羅的な解析を検討しており、今後の予定する。

また、in vivoでの検討も条件設定がうまくいかずこの期間内には終了できず、今後の課題となった。非小細胞肺癌に比べて小細胞肺癌で有意にxCT発現量は低かった。細胞実験で薬剤感受性試験を行い小細胞肺癌で有意に細胞増殖能が低下した。小細胞肺癌ではxCT発現量に関わらず細胞増殖能低下が見られた。しかし、非小細胞肺癌細胞株ではxCT高発現で薬剤感受性は低かった。これらの結果から、小細胞肺癌ではxCT発現は低い傾向があり、薬剤抵抗性にはあまり関与しない可能性がある。非小細胞肺癌はxCT発現は高く、薬剤抵抗性となることがわかった。肺癌切除例に対して腫瘍組織110例のxCT発現量を測定した。xCT高発現症例は、xCT低発現量症例に比べて有意に予後不良であった。細胞実験で,RT-PCRによるxCT発現の条件設定に少し時間がかかったからxCTノックダウンによる薬剤感受性における評価を中心に実験を進める。今後の方針としてin vivoでマウスレベルでの検討と臨床検体を用いた評価を行いたいと思う。呼吸器内科肺がん細胞株におけるxCT発現とグルタチン発現の関係について、細胞株を用いて調べることが次の課題であり、グルタチンの発現と関連するシグナルの関係も調べていく。また肺癌臨床検体を用いて治療抵抗性とxCT発現の関係をmRNAとタンパク発現を検討して、臨床的な側面からも薬剤耐性を評価する予定である。当初計画していた研究が、抗体の条件設定や遺伝子操作技術の導入などで研究の進行が遅れたため、次年度へ助成金が生じた実験の進行がうまくいかず、次のステップになかなか移れなかったため、次年度使用額が生じた。抗体条件設定を終了させて、ヒト腫瘍組織での検討を行い、xCT発現をノックダウンして、薬剤耐性感受性についての研究を当初予定した通りに進める。細胞実験の継続と新規に抗体を購入して、予定通り研究を進める予定。
動画像実験によるドライバー・歩行者の誤判断特性と影響要因の分析

本研究は,交通行動時の対向車の速度に対する人間の判断特性を把握するための動画像を用いた実験手法の開発を主目的とするもので,平成11年度の研究内容と得られた事項を要約すれば以下のとおりである.今年度は,実験用動画像の規模(サイズ)が速度判断に及ぼす影響の把握に的を絞って実験を行った.実験映像の投影サイズは,縦横174×231cm(大),116×154cm(中),58×77cm(小)の3種類(面積比9:4:1)とし,全部で6シリーズの実験を行った.被験者は大学生で(各シリーズ6名,計36名),2名づつ実験を行いスクリーンから2mの位置に着座して投影された映像から車の速度の推定を求めた.こうして得られた実験データを分析することにより,以下の事項が明らかになった.(1)60km以下の速度に対する誤認量は,0-5km程度で,速度に関係せずほぼ一定とみなしうる.また,実験動画像のサイズによる変化は認められない.(2)70km以上の速度に対しては,速度の増加とともに誤認量が直線的に増加する.また,誤認量は画面サイズ(速度判断対象車両の映像)が小さいほど大きくなる傾向がある.(3)同一被験者に対して同じ実験映像を2回繰り返して速度の判断を求めたが,1回目の映像に対する判断と2回目の映像に対する判断を比較すると,いずれのシリーズにおいても2回目のほうが速度の誤判断量が小さくなった.これは,被験者の馴れによるものと考えられる.(4)推定速度の変動係数は60kmに対する場合が最低となり,これより離れるにしたがって増大する.今回の一連の研究により,対抗車両の速度に対する判断特性分析に動画像実験が有効な手段になることがある程度確認できた.今後は,現場実験との比較も行いながらさらに信頼性の高い実験方法の開発に努めたい.本研究は,ドライバー・歩行者の誤判断特性を把握するための動画像を用いた実験手法を開発するとともに誤判断と交通事故危険度との関係性を明らかにすることを目的として遂行中であり,平成10年度に実施した研究内容を示せば以下のとおりである.(1)実験用VTR映像の作成山口県総合交通センターのテストトラックで大型車(バス),乗用車,バイクの3車種を用いて30,35,40,45,50,60km/hの各速度での走行映像を横断歩行者,右折ドライバーの各視点に設置したビデオカメラで撮影した.これらの映像を編集(一部は倍速度編集)することにより30,40,50,60,70,80,l00km/hの各速度をランダムに配列した実験用映像を作成した.なお,実験用映像は車両が完全に通過するまでを示す実験映像1と,横断,右折限界地点で映像をカットした実験映像IIの2種類を作成した.(2)予備実験の実施対象車種と速度判断特性の関係を把握するために,学生98人を対象に実験映像Iを大型スクリーンに投影して速度判断実験を行った.その結果,車両速度が高くなるほど負の速度誤認量が大きくなること,また車両サイズが大きくなるほど速度の誤判断量が小さくなることなどが確認された.さらに,年齢による違いを把握するために,学生25人,高齢者82人(8284歳),交通機動隊白バイ隊員7人を対象として,実験映像I,II(対象車種:普通車,視点:横断歩行者)を用いた実験を行った.その結果,属性による誤判断特性の違いがある程度把握できた.今回の予備実験により基本的な速度判断特性が把握でき,実験映像の配列や提示方法の改善方向も明らかになったので,次年度はさらに信頼性の高い結果が得られるように実験方法を改善していきたい.本研究は,交通行動時の対向車の速度に対する人間の判断特性を把握するための動画像を用いた実験手法の開発を主目的とするもので,平成11年度の研究内容と得られた事項を要約すれば以下のとおりである.今年度は,実験用動画像の規模(サイズ)が速度判断に及ぼす影響の把握に的を絞って実験を行った.実験映像の投影サイズは,縦横174×231cm(大),116×154cm(中),58×77cm(小)の3種類(面積比9:4:1)とし,全部で6シリーズの実験を行った.被験者は大学生で(各シリーズ6名,計36名),2名づつ実験を行いスクリーンから2mの位置に着座して投影された映像から車の速度の推定を求めた.こうして得られた実験データを分析することにより,以下の事項が明らかになった.(1)60km以下の速度に対する誤認量は,0-5km程度で,速度に関係せずほぼ一定とみなしうる.また,実験動画像のサイズによる変化は認められない.(2)70km以上の速度に対しては,速度の増加とともに誤認量が直線的に増加する.また,誤認量は画面サイズ(速度判断対象車両の映像)が小さいほど大きくなる傾向がある.(3)同一被験者に対して同じ実験映像を2回繰り返して速度の判断を求めたが,1回目の映像に対する判断と2回目の映像に対する判断を比較すると,いずれのシリーズにおいても2回目のほうが速度の誤判断量が小さくなった.これは,被験者の馴れによるものと考えられる.(4)推定速度の変動係数は60kmに対する場合が最低となり,これより離れるにしたがって増大する.今回の一連の研究により,対抗車両の速度に対する判断特性分析に動画像実験が有効な手段になることがある程度確認できた.今後は,現場実験との比較も行いながらさらに信頼性の高い実験方法の開発に努めたい.
骨の体内時計の同調機構の解明

本課題では、大腿骨の体内時計について、時計遺伝子の発光レポーター遺伝子を導入したマウスを用いて検討した。大腿骨を採取して器官培養下に発光計測したところ、明瞭な約1日周期のリズムを観察した。発光イメージングシステムを用いた観察から、特に著名なシグナルが軟骨部に認められることが分かった。大腿骨の体内時計は、糖質コルチコイド(デキサメタゾン)やフォルスコリン、副甲状腺ホルモンで位相変位した。これらの作用は投与時刻依存的であった。大腿骨の体内時計について詳細を検討した。時計遺伝子の1つであるPeriod2遺伝子のカルボキシル末端にホタルルシフェラーゼ遺伝子を挿入したレポーター遺伝子(PER2::Luc)をもつマウスを用い、大腿骨に存する時計を可視化した。大腿骨を採取して組織培養下で発光を観察したところ、明瞭な約1日周期のリズム(概日リズム)が観られた。大腿骨全長を視野に含めることが可能なイメージングシステムを用いて観察し、成長板、大転子、小転子、大腿骨頭に著明な概日リズムを示すシグナルを認めた。これらの部位に成長軟骨が存在することから、体内時計が成長軟骨に内在すると考えられた。顆間窩にもシグナルが認められ、関節軟骨に体内時計が内在することが示唆された。大腿骨体内時計の同調機構を解明するために、化合物投与による位相変位(体内時計の刻む時刻の変化)を検討した。フォルスコリンの投与により、大腿骨の体内時計は位相変位した。位相変位量は投与時刻依存的であり、PER2::Luc活性のピークより前では位相前進が、ピークより後では位相後退が観察された。また、合成グルココルチコイドであるデキサメタゾンを投与したところ、フォルスコリンと同様に大腿骨の体内時計の位相変位が観察された。デキサメタゾンの影響もまた投与時刻依存的であった。フォルスコリンによる作用が観られたことから、例えばGタンパク質結合型受容体を介して細胞内のcAMPレベルを上昇させるペプチドが体内時計の同調因子として機能することが示唆された。時計遺伝子の1つであるPeriod2遺伝子にホタルルシフェラーゼ遺伝子を挿入したレポーター遺伝子(PER2::Luc)をもつマウスを用い、体内時計を可視化した。大腿骨を採取して器官培養下で発光を観察したところ、明瞭な約1日周期のリズム(概日リズム)が観察された。また、合成糖質コルチコイドであるデキサメタゾンを投与したところ、フォルスコリンと同様に大腿骨の体内時計の位相変位が観察された。骨代謝に重要なホルモンである副甲状腺ホルモン(PTH)を、器官培養した大腿骨に投与したところ、体内時計は位相変位した。PTHの作用は濃度依存的であり、また投与時刻依存的であった。発光イメージングシステムを用いた観察で、位相変位は成長軟骨に観察された。このことから、PTHが軟骨の体内時計に時刻情報を伝えることができる可能性が示唆された。時間生物学以下に述べる通り、組織培養系を用いた大腿骨の体内時計についての研究が進展し、同調機構についてその一端を明らかにすることができた。また、長期培養に伴う、予想外の結果を観察することができた。このことから、研究はおおむね順調に進展していると考える。具体的には、世界で初めて大腿骨の全体を視野にいれ発光を観察できる系を用い、軟骨部に強いシグナルが局在することを示した。培養下の大腿骨の体内時計に同調能が存在することを明らかにし、cAMP系を介した同調機構および、グルココルチコイドによる大腿骨の体内時計の同調機構の存在を示唆する結果を得た。さらに、今後の重要な基礎データとなるであろう、投与時刻依存性に関する詳細な解析を行った。予期していなかった結果として、培養開始直後と比較し、長期培養後の大腿骨に長さの変化が生じていることを観察した。今後の研究の推進方策は次のとおりである。体内時計の同調

機構について、引き続き、組織培養系を用いた解析を実施する。その一つとしてPTHに着目した解析を進めたい。例えば、PTHの体内時計への作用について、投与時刻依存性や濃度依存性について検討する。提案時点では細胞培養系を用いた解析も同時に行う予定であったが、研究を着実に進展させるため、組織培養系を用いた解析に注力する考えである。また、長期培養による大腿骨の変化について、詳細を検討する。PLoSONE誌に報告した組織培養の方法を用い、幼若マウスの大腿骨を長期に維持し、大腿骨のサイズの変化を追跡する。この際、体内時計の状態をモニターできるよう工夫し、大腿骨のサイズの変化が、正常な組織の生理機能の1つである体内時計を維持したままなされるのかどうか、確認する。
「21世紀型環境教育:観る・知る・体験する・考える」の開発

大気中の二酸化窒素の濃度の簡易測定と新規な環境教育への展開大気や水の汚染を学ぶ手法として簡易測定をおこなうという手法がある。例えば大気中の二酸化窒素濃度を調べるという測定実験はよく知られ、様々な小学校・中学校でおこなわれている。しかしながらそれらのほとんどは「ただ測定している」ものである。確かに大気中の二酸化窒素の濃度を実験で知るというだけでも重要なものであるが、「環境を考える、学ぶ」という目標をふまえるとしたら不十分であるといえる。そこで、測定に加え「なぜ二酸化窒素が発生するのか?」「その原因は何か?」「どのようなところで濃度が高くてどのようなところで濃度が低いのか?」といったことも学ぶことで、より効果的な環境教育が可能であると考えた。そこで、1.簡易測定法の精度についての評価2.意味のある測定場所の設定と評価3.ミニチュアモデルを用いた説明と評価の3つをおこない、新規な環境教育プログラムの創成をおこなった。大気中の二酸化窒素濃度をはかる簡易測定法としてフィルムケースを用いる手法を検討し、それについて上記の3つの点について検討した。その結果、1.においては簡易測定法の精度について考慮しなくてはならない問題点などを明らかにした。2.については茨城大学附属小学校・中学校の学生を対象として、学校付近の国道、そこから数十メートル入った路地、学校の校庭、自分の家といった場所で測定することにより、それらから違いが観られそこから有効な考察ができるような授業プログラムを作ることができた。
高温超伝導コイルの高性能化に関する研究

高温超伝導線材は高い臨界温度を有し、冷却コストの有利性を持つが、製造コストがいまだに高価なことが、高温超伝導線材を用いたアプリケーションの実用化・普及の妨げになっている。本研究では、そのアプリケーションのひとつである高温超伝導コイルについて、そのコストを下げるため、少ない使用線材で、より大きな蓄積エネルギー・中心磁界を発生できる高温超伝導コイルの開発を研究目的とした。そのためには、巻線されている高温超伝導線材の臨界電流(高温超伝導体に流し得る電流値で、これが大きいほど望ましい)の平均である高温超伝導コイルの臨界電流を向上させる必要がある。一般に、高温超伝導線材の臨界電流は、一定冷却温度では、印加される磁界強度と磁界印加角度に依存して減少する特性を持つ。コイル断面端部の線材においては、磁界強度と磁界角度が大きいため、この端部の線材の臨界電流が特に低い。そこで、この端部の線材の臨界電流を向上させることができれば、コイルの平均臨界電流も増加し、コイル性能を向上させることができる。本研究では、コイル断面端部を多層に分離移動したコイルを考案および解析を行った。コイル端部を多層に分離移動することで、コイル端部の大きな磁界角度が緩和され、それに伴い、コイル平均臨界電流を増加させることができた。しかし、コイル端部を分離移動することで、その空隙を含めた実効的なコイル体積は増加する。そこで、分離移動するコイルの個数を変えて解析を行った。分離移動するコイルの個数を増やすと、その空隙を含めたコイルの実効的な体積は増加するが、総使用線材量は一定のままである。解析の結果、分離コイルの個数を8個にした場合に、実効体積あたりの蓄積エネルギーが最大となり、同じ使用線材を用いた矩形断面コイルに比べ、中心磁界を13%、蓄積エネルギーを43%、向上させるごとができることを確認することができた。1.論文誌Cryogenicsへの掲載決定:本研究では、より少ない使用線材で高温超伝導コイルの中心磁界・蓄積エネルギーを向上させることを研究目的としている。そのためには、コイルの臨界電流(高温超伝導コイルに流し得る電流値で、これが大きいほど望ましい。)を向上させる必要がある。通常の矩形断面の高温超伝導コイルは、断面端部の線材の臨界電流が特に小さく、この箇所に比較的大きな電界が発生し、これがコイルの臨界電流の低下につながっている。そこで、この端部の電界発生箇所を切除したコイルを考案し解析した結果、臨界電流および蓄積エネルギー密度が向上することがわかった。これを受けて、切除したコイルについて電界を再度計算し、切除するという繰り返しを合計4回行った。その結果、第3切除コイルにおいて、蓄積エネルギー密度が最大になり、また、使用導体量が20%削減できたにもかかわらず、中心磁界・蓄積エネルギーは減少せず、保持できることを確認できた。2.論文誌IEEE Transactions on Applied Superconductivityへの掲載決定:臨界電流は、磁界印加角度に依存して減少する特性を持ち、このため、コイルの磁界分布から端部の線材の臨界電流が低くなる。そこで磁界印加角度を積極的に緩和させる、外層端部シフトコイルを考案した。このコイルは、通常の矩形断面コイルの外層端部を部分的に分離移動し、コイル系の磁界分布を変化させ、メインのコイル端部への磁界印加角度を緩和し、コイルの臨界電流を向上させるコイルである。解析を行った結果、コイル断面積の約32%を分離移動した場合において、中心磁界および蓄積エネルギーが最大に向上し、特に蓄積エネルギーは使用線材量が通常の矩形断面コイルと同一であるにもかかわらず、20%向上することがわかった。以上の研究成果が、上記の各論文誌に掲載が決定した。

分離移動するコイルの個数を増やすと、その空隙を含めたコイルの実効的な体積は増加するが、総使用線材量は一定のままである。解析の結果、分離コイルの個数を8個にした場合に、実効体積あたりの蓄積エネルギーが最大となり、同じ使用線材を用いた矩形断面コイルに比べ、中心磁界を13%、蓄積エネルギーを43%、向上させるごとができることを確認することができた。
高速噴射成膜法(パウダージェットデポジッション法)による歯質再構築

パウダージェットデポジッション(PJD)法によりエナメル質基板上へHA膜を生成し、(1)噴射時間(2)噴射速度(加速圧力)を変化させた際のHA膜微細構造および機械的性質(膜厚・硬さ)を評価した。また、スクラッチ試験、電動歯ブラシによる耐磨耗試験を行った。【方法】・噴射装置:ニコン社製アブレイジブジェット加工装置・基板:ヒト新鮮抜去歯(エナメル質)・噴射条件:噴射距離1mm、噴射時間10,100ms,1,5,10秒、供給圧力0.8MPa、加速圧力0.2,0.4,0.6MPa、噴射角度90度、ノズル径0.8mm、搬送ガス:窒素、大気中室温【結果】1.HA粒子は密にパッキングされた。また、付着したHA粒子は原粒子と異なる形状であった。2.HA膜とエナメル質基板との界面に隙間は見られなかった。3.エナメル基板上へのHA膜の付着高さは5秒程度で飽和に至り、その平均膜厚は10μm程度であった。また、HA膜のビッカース硬さは593.2±221.6Hvで、エナメル質のビッカース硬度(604.2±87.4Hv)との間に有意差は見られなかった(P=0.37,Mann-Whitney U-test)。4.噴射圧力が0.2,0.4,0.6MPaと上昇するにつれ、HA膜の硬度も385±137,559±143,700±108Hvと上昇した。5.4Nの荷重でスクラッチ試験を行っても、HA膜は完全には剥離しなかった。6.電動歯ブラシによるブラッシング(3分間)後も、HA膜は膜厚、硬さともに変化しなかった。以上のことから、PJD法によりヒトエナメル質上にHA膜を強固に付着させることが可能であり、付着したHA膜の硬さはエナメル質と同等であることが明らかになった。パウダージェットデポジッション(PJD)法によりエナメル質基板上へハイドロキシアパタイト(HA)厚膜を生成し、噴射速度(加速圧力)を変化させた際のHA膜微細構造および機械的性質を評価した。【方法】○PJD方法・噴射装置:ニコン社製アプレイシブジェット加工装置・HA粒子:粒子径10μm以下、球形(宇部マテリアルズ)・基板:ヒト新鮮抜去歯(エナメル質)・噴射条件:噴射距離2mm、噴射時間5秒、加速圧力0.2,0.4,0.6MPa、噴射角度90度、ノズル径0.8mm○HA厚膜の評価方法1.微細構造の観察:表面と接着界面の観察(走査型電子顕微鏡)2.形状測定:直径、高さ(最大高さ、平均高さ)、体積の測定(非接触型3次元形状測定器)3.粒子間結合力:粒子の押し込み試験による(ダイナミック硬度より評価:ダイナミック硬度2(DH2)-ダイナミック硬度1(DH1))【結果】1.HA粒子は密にパッキングされた。2.最大高さ、平均高さ、直径、体積はそれぞれ480.-94.1μm、24.9-48.9μm、922-1263μm、0.012-0.040mm3だった。HA膜の形状に関して加速圧力による有意差は見られなかった。3.粒子間結合力(DH2-DH1)は0.2、0.4、0.6MPaでそれぞれ0.23、0.80、3.1だった。0.6MPaは0.2および0.4MPaの場合よりも高い結合力を示した(p<0.05、Tukeyテスト)。以上のように、PJD法によりヒトエナメル質上にHA厚膜を生成することが可能で、付着したHA厚膜中の粒子間結合力は加速圧力に依存することが明らかになった。

4.噴射圧力が0.2,0.4,0.6MPaと上昇するにつれ、HA膜の硬度も385±137,559±143,700±108Hvと上昇した。5.4Nの荷重でスクラッチ試験を行っても、HA膜は完全には剥離しなかった。6.電動歯ブラシによるブラッシング(3分間)後も、HA膜は膜厚、硬さともに変化しなかった。以上のことから、PJD法によりヒトエナメル質上にHA膜を強固に付着させることが可能であり、付着したHA膜の硬さはエナメル質と同等であることが明らかになった。
地方における地産地消型水素社会の実現に向けたイノベーションの実証分析・評価

本研究の最初の一年間である2017年度の間には、地方における水素社会の実現に向けた全国の取り組み(実証事業、制度設計、政策など)に関して、俯瞰的な知見を得るために努めてきた。2018年度の間には、福島県の戦略に主眼を置き、詳細なケース分析を行った。福島県を対象としたケース分析を行うによって、再生可能エネルギー100%の社会の実現を追求するに当たって、水素が如何なる役割を果たすことが可能なのかについて、実証的に研究することができた。日本の地方の動きを代表とする福島県のケース分析を進めると共に、国レベルの動きも視野に入れ、同時並行で調査を行った。具体的には、日本が目指すべき水素社会のあり方に対する政府機関および大手企業の基本的な考え方と戦略を明らかにするために文献調査およびインタビュー調査を実施した。これによって、国および地方の水素社会の実現に向けた取り組みに対して比較分析が可能となり、ひいては福島県の取り組みの特徴と課題がより明確となった。本年度は、これまでの研究の結果を取りまとめ、水素社会の実現に向けた日本の取り組みについて、海外の学術雑誌、学会、および講演会などにて青果発表を行った。具体的には、ElsevierのEnergy Research and Social Scienceへ査読付きの論文を投稿した上で、フィンランド(タンペレ)、オーストラリア(メルボルン大学)、中国(清華大学)、フィリピン(フィリピン大学ディリマン校)で発表を行った。これによって、本研究の成果は、日本の水素社会の実現に向けた戦略の重要性や特徴、課題、それから求められている対策に関する国際社会の理解を深める上で大いに貢献したと考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。日本は、主に4大都市圏を中心に水素ステーションなどといったインフラを整え、燃料電池自動車(FCV)およびエネファームなど、既存の水素関連技術の大幅な導入を図っており、安価かつ大量の水素を製造するために海外の未利用の化石燃料資源由来の水素のサプライチェーンの実現化に向けた実証事業が始まろうとしている。一方、地方では、FCVやエネファームの普及のために必要な条件(人口密集地や都市ガス網羅の整備等)は必ずしも揃っていないが、多くの再生可能エネルギーの資源は豊富にあるため、それを活用して水素を製造する上で大きな可能性を持っている。しかし、再生可能エネルギー由来の水素は、具体的に如何にして製造・利活用すれば経済的、環境的に合理的な社会技術的システムおよびビジネスモデルを構築することが可能なのかは、非常に大きな課題である。そこで本研究では、福岡県、福島県、北海道を対象として、日本の地方における水素社会の実現に向けた取り組み(つまり政策、制度設計、実証事業)に着目し、如何にしてその地域の資源とニーズと組み合わせて地産地消型のグリーン水素システムの構築が可能なのかについて社会科学的観点から検討を行った。その結果、下水汚泥、風力、太陽光などを活用した水素製造の特徴および導入拡大に伴う課題について、文献調査を行いつつ、全国的にあらゆる研究機関、地方自治体、企業、実証事業を対象としたインタビュー調査を実施し、データを収集して整理した。結果、日本の水素社会の実現に向けた地方の取り組みに関して、政策、技術、経済などといったあらゆる側面より俯瞰的な知見を得ることができ、更に詳細な分析を行うための基盤の整理ができた。今年度の目的は、主に水素社会の実現に向けた日本の地方における動きに関する俯瞰的な理解を深めることだったが、九州、福島県、北海道を中心にして文献調査と共に現地訪問およびインタビュー調査を予定通り行うことができた。よって、今年度の目的は概ね達成できたと考える。今後の推進方策は、インタビュー調査と文献調査を継続しつつ、これまでの研究の成果を取りまとめて国際学会と海外の学術ジャーナルにて発表を行っていく予定である。
抗腫瘍免疫応答における樹状細胞の役割

正常生体中のリンパ系器官においては、樹状細胞は免疫応答を誘導するのではなく、末梢免疫寛容を誘導することが申請者等の研究でも明らかになりつつある。しかも、タンパク抗原だけでなく細胞に由来する抗原に対しても、CD4陽性T細胞ならびにCD8陽性T細胞の活性化による増殖応答の後に、それら特異的T細胞が除去されるという結果も得ている。また、これまでの本申請領域における研究で、腫瘍局所に未熟な樹状細胞が多数存在するという結果も得ている。これらの結果を踏まえ、また担癌動物においても免疫寛容が誘導される可能性を念頭に、本申請では抗原を負荷した腫瘍細胞あるいはアポトーシス腫瘍細胞を生体に投与し、抗原提示細胞である樹状細胞の機能を検討した。その結果、CFSEで標識した種々のアポトーシス腫瘍細胞を尾錠脈より投与したところ、非樹状細胞のCD8陽性樹状細胞に選択的に取り込まれることがフローサイトメトリーによる解析により示された。また、EL4にあらかじめ卵白アルブミンを負荷してC57BL/6マウスに投与したところ、CD8陽性特異的T細胞の活性化が、CD8陽性樹状細胞によってのみ誘導されることが明らかになった。しかし、内因性抗原ペプチドの輸送に関与するTAP遺伝子欠損マウスを用いて同様の実験を行ったところ、CD8陽性T細胞の活性化は誘導されなかったが、CD4陽性T細胞の活性化はC57BL/6の場合同様に誘導された。これらの結果は、生体内のCD8陽性樹状細胞は死細胞を取り込み、細胞由来の外来性抗原をCD4陽性T細胞だけでなく、CD8陽性T細胞にも提示し、それらを活性化することを示すものであり、担癌動物においても同様の機構で特異的免疫応答が起きていることが予想された。
ホット・グループの生成要因に関する実証分析

企業組織におけるホット・グループには、個人学習の組織学習への橋渡しとしての役割と、イノベーション実現の駆動力としての役割が期待される。しかし、日本の製造上場企業を対象にアンケート調査を実施した結果、ホット・グループの生成が見られる企業の割合は、まだ10%台にとどまっている。ホット・グループの生成には諸経営要因が関わっており、とりわけミドル・マネジメントには従来とは異なる戦略的役割が求められる。今日の企業にとって新製品開発や新事業開発といったイノベーションへの取り組みは、生き残りをかけた死活の問題である。こうしたイノベーション能力の構築と関連して、再び組織学習が理論的にも実務的にも多くの注目を集めている。本研究は、戦略的組織学習を創発的戦略形成のプロセスとしてみなし、個人学習の組織学習への橋渡しの機能を果たすホット・グループの存在に焦点を当てている。ホット・グループとは、熱意ある人々によって自発的に形成される非公式的な集団を意味するが、限られた環境条件の下でしか生成しない特徴を持つものである。本年度は(平成20年度)、戦略的組織学習のフレームワークの精緻化に努めながら、戦略的組織学習におけるホット・グループの意義について理論的な検討を加えた。ホット・グループは、創造的組織学習の行われる相互作用の場として、また創発的戦略形成の駆動力として位置づけることが可能である。来年度は(平成21年度)、本年度のこうした理論的な成果に基づいて、ホット・グループ生成の促進要因と阻害要因をマネジメントの観点から究明する。そのために、日本の製造上場企業に対するアンケート調査と国内外の企業に対するインタビュー調査を実施する予定である。前年度は(平成20年度)、戦略的組織学習のフレームワークの精緻化に努めながら、戦略的組織学習におけるホット・グループの意義について理論的な検討を加えた。本年度は(平成21年度)、前年度の成果に基づき、日本の製造上場企業に対するアンケート調査を実施することで、価値創造プロセスの活性化の促進要因の究明に努めた。その結果、企業が創造的組織学習を実践し、いわば破壊的イノベーションを実現するためには、多様性の促進と異部門間コミュニケーションの有効性が認められた。また、そこには、自発的な非公式組織であるホット・グループが創発的戦略の駆動力として、イノベーションの担い手であることが検証された。
学習時の新生神経細胞の活動の可視化

海馬歯状回では神経細胞新生が生涯続き、記憶の形成や消去、忘却、記憶パターンの分離に重要な働きを担っていると報告されている。しかし、記憶課題遂行中の新生神経細胞の具体的な活動パターンはほとんど明らかになっていない。本研究では記憶想起課題中の新生細胞、成熟細胞をカルシウムイメージング法により観察し、記憶想起課題中の新生、成熟細胞の活動を明らかにした。その結果、新生細胞では成熟細胞に比べて行動による発火率の変動が少なかった。新生細胞は成熟細胞の活動を抑制しているとの報告があることから、新生細胞は成熟細胞の過剰な活動を定常的に抑制し記憶の精度を上げている可能性が示唆された。げっ歯類やヒトでは、海馬歯状回顆粒下層において活発な神経細胞新生が生涯続く。歯状回は場所の情報を表現している領域であることから、新生顆粒細胞も空間情報の維持、想起や消去に関連していると考えられるが、具体的にどのように情報を表現しているのかについては現時点で全く明らかになっていない。その理由は、これまでの電極記録による細胞活動の記録では成熟顆粒細胞と新生顆粒細胞の活動を明確に区別できなかったからである。本研究は細胞の活動をイメージングすることにより、歯状回の新生顆粒細胞の活動パターンを記録し、特に記憶の消去における役割を明らかにすることを目的としている。H27年度は新生神経細胞特異的にカルシウムインジケーターを発現させたマウスを作出した。また、新生細胞ではなく成熟細胞の活動をイメージングするために、アデノ随伴ウイルスにより歯状回の興奮性細胞全てにGCaMP6またはG-CaMP8を発現させたマウスも作出した。それらのマウスの海馬歯状回直上にレンズを埋め込み自由行動下で歯状回の新生神経細胞と成熟神経細胞の活動を記録することに成功した。これまで自由行動下でマウスの新生顆粒細胞の活動を記録した報告はなく、極めて画期的な成果である。次にこれらの動物を用いて、場所依存性恐怖条件付け、および音依存性恐怖条件付けを行い、条件付けを行った場所や音に暴露したときの新生および成熟顆粒細胞の活動を記録した。また、条件付け記憶を消去中の細胞活動の記録にも成功した。現時点で解析にほぼ十分な個体数を得ており、次年度以降は詳細な解析を行うとともに、光遺伝学的に細胞活動を操作した場合の個体の行動の変化も明らかにする。当初予定していた歯状回の新生および成熟顆粒細胞の自由行動下におけるカルシウムイメージング、恐怖条件付け記憶の形成時および消去時のカルシウムイメージングはすべて予定通りに進展しており、すでに解析に十分な個体数もそろいつつある。H28年度の課題のために新生神経細胞特異的にチャネルロドプシンを発現するマウスの作出も開始しており、計画通りに進展していると考えられる。歯状回はエピソード記憶を貯蔵している領域であることから、新生顆粒細胞もエピソード記憶の維持、想起や消去に関連していると考えられるが、具体的な活動はほとんど明らかになっていない。本研究は自由行動下のマウス海馬歯状回の新生顆粒細胞の活動パターンを、微小顕微鏡を用いたカルシウムイメージング法を用いて記録し、特に記憶の想起や消去における役割を明らかにすることを目的とした。マウス歯状回顆粒細胞にカルシウムインジケーターを発現させ、場所および音依存性恐怖条件付け記憶の想起時の新生顆粒細胞と成熟顆粒細胞の活動を記録した。新生顆粒細胞の活動は細胞分裂後6週で記録した。また対照群として恐怖条件付けを行っていない群の顆粒細胞の活動も記録した。場所依存性恐怖条件付け記憶の想起時には、行動に伴う顆粒細胞の活動の変化がみとめられ、成熟顆粒細胞では行動に伴って活動が著しく低下したが、新生顆粒細胞は成熟顆粒細胞と比較して活動の減少が少なかった。次に、成熟顆粒細胞の活動変化と行動の因果関係を明らかにするため、Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drug (DREADD)を歯状回興奮性細胞に発現させ歯状回の活動を増加させたところ、すくみ行動が減少した。先行研究で新生顆粒細胞は抑制性細胞を介して成熟顆粒細胞に再帰性の抑制性入力を与えていることが報告されていることから、新生顆粒細胞は成熟顆粒細胞の余分な活動を抑制することで記憶の想起を促進している可能性が示唆された。H28年度はこれまでに記録した細胞活動と動物の行動を詳細に解析し、新生顆粒細胞の情報表現を明らかにする。また、新生神経細胞特異的にチャネルロドプシンを発現するマウスを用いて、新生細胞特異的に活動を変化させたときの記憶学習への影響を検討する。具体的には、音依存性恐怖条件

付け中または消去課題中に、海馬歯状回に青色光を照射し、新生顆粒細胞を活性化させる。新生細胞がそれぞれの行動課題中に活性化することで記憶の想起または消去が促進されるかどうかをすくみ行動の時間で判定する。神経生理学予想以上にレンズ埋め込み手術や顕微鏡設置手術の手技が上達し、光学部品の再利用も行えたため、必要な物品の量が減ったことによる。現在の動物の手術ペースから考えて、H28年度に行う予定である光刺激実験で光刺激用のプローブが足りなくなる可能性がある。また、当初のGCaMP3マウスだけでなく、性能が改善されたカルシウムインジケーターを発現するマウス(G-CaMP8マウス)も使用しているため、それらのマウスの飼育費用もかかる。これらの使途に使用する予定である。
塩蔵食品の低塩化がもたらした健康リスクの原因究明

大量の塩を用いて作られる塩蔵食品は腐敗菌や食中毒菌の増殖を抑える安全な食品であった。しかし2007年、低塩分のイカ塩辛で大規模食中毒が発生した。そこで低塩分の塩蔵食品がもつ食中毒リスクを調べた。まず市販製品の市場調査と細菌汚染調査を実施し、市販品の多くが低塩分の製品であることが分かった。またそれら食品では食中毒菌汚染は確認できなかった。さらにそれら食品に食中毒菌を接種したところ、菌はすぐに死滅した。現在の市販塩蔵食品は低塩分化しているが、安全が担保されていることが分かった。わが国の食中毒統計によると、毎年1,000件以上の食中毒事例が発生し、3万人以上の患者が報告されている。2007年9月、東北地方の水産食品加工業者が製造した塩蔵食品(イカ塩辛)による大規模食中毒事例が発生した。元来この食品では大量の塩により食中毒菌や腐敗菌の増殖が抑えられていたが、近年の健康志向の影響から低塩分化が進み、その働きが失われていると考えられた。本研究では、低塩分の塩蔵食品の特性と食中毒菌による汚染の実態とその挙動を解明して、食中毒リスクを明らかにすることにした。市販イカ塩辛を調べたところ、1品を除いて全てが低塩分の製品で塩分濃度は5%前後(3.9-6.0%)であった。残りの1品は18.0%の高塩分の製品であった。それら製造情報のラベルには、低塩分の製品については「要冷蔵」が記載されており、高塩分のものでは「直射日光を避けて保存」と明記されており、保管方法の明確な違いが示されていた。次にそれらの細菌汚染(食中毒菌および一般細菌)を調べたところ、大規模食中毒の原因菌であった腸炎ビブリオによる汚染はどの製品でも確認できなかった。また一般細菌数の増殖については、25°C条件下で低塩分の製品で約1,000倍(48時間後)に増加し、高塩分のものでは時間が経過しても一定に維持されていた。さらにそれら食品に腸炎ビブリオを汚染させた後、食中毒菌の消長を確認したところ、どの製品においてもすぐに死滅した。また自家製のイカ塩辛(塩分濃度4.5%)では一般細菌数は48時間で1,000倍以上に増加し、接種した腸炎ビブリオは48時間後で死滅(24時間後では生残)していた。市販イカ塩辛では、腸炎ビブリオで汚染していたとしても原材料に含まれる添加物の影響でその増殖は抑えられると考えられるが、自家製品の場合はそれらを加えていないため、腸炎ビブリオ食中毒のリスクが高いことが明らかとなった。
治療のランダム割り付けにもとづいたサンプルサイズ設計

佐藤(1994,応用統計学)のランダム化にもとづく治療効果の推定方法にもとづいて、ランダム化臨床試験のための新しいサンプルサイズの設計方法を開発した。ランダム化臨床試験では、治療のランダム割り付けという非常に強い操作を通じて、確率分布の仮定を必要としない解析方法を用いることができるが、サンプルサイズの設計に関しては従来二項分布の仮定にもとづいて計算されてきた。この方法は、現実の臨床試験では、医師または患者が割り付けられた治療法を正しく守らない状況が起こりうるので、いわゆる治療不遵守(ノンコンプライアンス)も考慮に入れて計算できるという特徴を持っている。現実に起こりうる3,100通りのパラメータの組み合わせについて、従来提案されている二項分布にもとづいたサンプルサイズ設計法との比較を行った。その結果、87%は±10%の違いしかみられなかったが、サンプルサイズが20%以上食い違う場合がごくわずかではあるが存在した(0.5%)。この研究成果の一部は、第18回国際計量生物学会議(1996年7月、アムステルダム)で発表した。
センサベース行動パターン解析に基づく生活機能スコアの統計的予測

高齢期の健康維持には,自立生活に必要な能力「生活機能」の定量的把握と,機能低下の早期発見が必要である.現状,生活機能はアンケートを用いた調査により得られるが,適切なタイミングで調査が行われているとは言いがたい.一方,生活行動をモニタリングすることで,当事者にとって予期せぬ生活機能の低下を事前に検出しようという期待が高まりつつある.本研究課題では,日常行動パターンと生活機能との関連性の解明に貢献しうる技術として,IoT技術を活用し定量的な行動データを収集するIT基盤技術の実現と,その技術を用いた高齢者を被験者とする実フィールド調査の実施,また,詳細行動データに対する統計的分析手法の開発を行った.統計的予測手法の基礎の確立とセンサシステム開発,大規模実験の準備を進めた.本申請課題の目的は,住宅内に設置した焦電センサとスマート携帯端末等で得られるセンサ情報をもとに,生活機能スコアの統計的予測モデルを構築することである.本格的な実証データ取得の前段階として,申請者がこれまでに計測を進めてきた焦電センサの行動パターン情報を利用し研究を進めた.ここで,生活機能スコア予測が従来の行動理解研究と枠組みが異なることを踏まえ,研究開始1年目にはスコア予測問題の定式化し,また研究期間後半の実証実験に備え,行動センシングシステムを試作した.前者については,生活機能の評価指標を下記センサシステム等で得られる活動データから変換される特徴量に基づく線形回帰として定式化し,先に入手した高齢者活動データで手法の有効性を検証した.後者であるセンサシステム試作として,居住内に設置する焦電・電流センサ等による活動量データと,スマート携帯端末を活用した測位・生理量・運動量計測情報を統合し蓄積するデータストレージシステムの一部を開発した.このセンサシステムは1)センサノード:温度,湿度,照度,動き(焦電)を計測する機能に加え,ZigBeeチップを内包,2)中継ノード:組み込みLinuxによりセンサノードのデータを収集し,ゲートウェイセンサにデータを送付,3)ゲートウェイセンサ:組み込みLinuxによりクラウド環境にデータを送付,から構成される.1)は天井に1メートル間隔に設置する.従来我々が開発した焦電センサベースのシステムでは,複数人の動きに対する対象者(高齢者)の同定が課題であったが,複数人存在した場合でも対象者位置を1m未満の誤差で追跡が可能である.位置のみならず姿勢を効率よく計測する,圧力分布センサや焦電センサに変わる次世代位置センサとして熱画像ベーズ人位置推定アルゴリズムを開発した.2013年度に開発した統計的予測手法を発展させるとともに,同じく前年度開発したセンサシステムについても改良を進めた.大規模実験についても医学系研究者と連携し準備を進めた.本申請課題の目的は,住宅内に設置したセンサとスマート携帯端末等で得られるセンサ情報をもとに,生活機能スコアの統計的予測モデルを構築することであった.センサシステムに関する成果を述べる.昨年度の予備実験を踏まえ,当初予定していた焦電センサによる動き計測を差し替え,無線通信技術(ZigBee,Bluetooth Low Energy)を活用した屋内測位法を開発した.このとき高齢者家庭への導入時の設置センサ数をいかに抑制するかが課題となる.センサ配置によっては測位品質が大きく低下するため,貪欲探索に基づくセンサ配置最適化アルゴリズムを提案しその有効性を検証した.また,複数の高齢者が同居する施設での導入を想定し,昨年度開発した低解像度熱画像に基づく人位置推定アルゴリズムを改良した.設置時のセンサの配置の制約を軽減するものであり,導入の負荷低減が可能になった.また高齢者の活動状況を取得するためのスマートフォンを用いた行動計測ソフトウェアも開発した. 2013年度に開発した独自仕様のセンサで構成された計測システムと比べ,取得情報の品質を大きく落とさず導入コストを抑えることに成功した.またセンサデータの解析手法についての成果を述べる.従来取り組んできた階層ベイズ法に基づく多タスク学習による活動データのパターン抽出法の問題点を解消する,双線形回帰法を提案し,パターン変化をもたらす外的情報の明示的な埋め込みが可能となった.検証の結果,パターン抽出精度で大幅な性能向上を達成した.行動データの解析のみならず行動データを効率よく効果的に取得するため,被験者のインセンティブ制御の手法も開発した.本課題では,住宅内に設置したセンサとスマート携帯端末等で得られる人の行動に関するセンサ情報をもとに,生活機能スコアの統計的予測モデルを構築することである.今年度は2014年度までに開発した統計的モデリング手法を発展させつつ,前年度までに開発したセンサシステムに関しても改良を進めた.大規模実験に向けた準備を進めた.センサシステムに関する成果を述べる.今年度は,昨年度から利用を開始した無線通信技術(BLE: Bluetooth Low Energy)に基づく屋内測位の性能検証を進めた.具体的には2014年度に提案した貪欲探索に基づくセンサ配置最適化アルゴリズムの検証を進め,国際雑誌Advanced Robotics上で成果を発表した.従来,システム導入者の経験と勘に頼っていた無線センサの設置位置を,自動的に設置位置を最適化し,さらに設置数と測位性能のトレードオフカーブを効率的に算出する.論文ではZigBeeを用いて評価したが,BLEでも同様の傾向を示すことが予想され,低コストに実フィールド実験の実施が可能となることが期待される.屋内測位と並行してモバイル端末の標準的なAPIを通じて計測できる行動センシングとして,例えばGPSや加速度,地磁気センサなどの情報を記録するシステムのフィージブルスタディを実施した.具体的には10名程度の被験者の行動を1ヶ月程度記録する実験を実施した.さらに年度終盤にかけ,複数人居住の高齢者数名を対象としたフィージブルスタディに向けた準備を行った.