hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
第二言語としての日本語における空項の習得

本研究では、空項の中でも空主語現象に焦点を置き、上級日本語を外国語・第二言語として習得する英語母語話者30名、中国語母語話者30名、韓国語母語話者30名の計90名と、統制群としての日本語母語話者30名を対象に、空主語の認識と生産に関する実験調査を行った。調査の結果、認識に関しては、英語・中国語母語の二つのグループが日本語母語統制群と比べて有意差があったが、生産に関しては、文の種類によって英語・中国語・韓国語母語のそれぞれのグループで統制群との有意差が観察された。これらは、Miyagawa (2017)の一致素性の類型論やBaker (2008)のマイクロパラメータにより説明できると考えられる。本研究では、英語、中国語、韓国語を母語とする上級日本語学習者を対象に、主語制約のある述語を用いた場合の文の空主語と、制約のない文を用いた場合の空主語の習得を比較研究することを目的とした。これまでの先行研究を踏まえて、研究期間中に明らかにすべき課題として:1)全般的な習得困難の原因が主語の人称によるものなのか、あるいはインターフェイス領域に関わるからなのか、2)中国母語学習者の空主語過剰生成は母語の影響によるものか、3)英語母語学習者の空主語過剰生成は言語の原理(例えばAvoid Pronoun)によるものか、という3点を掲げていたが、平成27年度は、これらの課題に答えるために、どのような実験文をどのような手法で調査するかについて、これまで発表されてきた言語学・第二言語習得の分野の先行研究を洗い出し、本研究に適した理論と方法論を考察した。特に、いわゆる統語論におけるカートグラフィー研究がインターフェイス領域の言語的事象を解明する手立てとなると考え、この種の研究に従事する研究者と協議を行い、分析の基盤となる言語理論を選定した。さらに、連携研究者とともに、実験方法と結果の分析方法について多角的な議論を重ね、国内外の日本語教育・言語学の教員のネットワークを通じて、実験調査への協力を仰いだ。実験文と方法の確定、倫理委員会等への提出書類の作成など、年度明けから実験調査が滞りなく行われるよう準備を重ねた。研究代表者の職場環境での過度なストレスによる集中力の低下や食欲不振、不眠の状況と、心筋梗塞・心不全の疑い、さらには風邪をこじらせたことによる急性副鼻腔炎を患うなどの状態が続いたため、通常の研究活動が行えない状況であった。その後病状は回復し、所属機関での本務を問題なく遂行できた。しかしこのことから、実験協力者らと研究代表者、研究協力者の三者間の日程調整と各大学の被験者の収集が、予定していた時期には困難であることが判明した。実験の性質上、可能な限り同時期にまとめて行うことが理想的であり、被験者数が多く、より質の高い実験の遂行が本研究を成功させる上で不可欠であるため、実験開始を平成28年新年度である4月に延期し、平成28年度前期期間中に各大学で実施することとした。これまでの先行研究を踏まえて、研究期間中に明らかにすべき課題として:1)全般的な習得困難の原因が主語の人称によるものなのか、あるいはインターフェイス領域に関わるからなのか、2)中国母語学習者の空主語過剰生成は母語の影響によるものか、3)英語母語学習者の空主語過剰生成は言語の原理(例えばAvoid Pronoun)によるものか、という3点を掲げていたが、平成28年度は、これらの課題に答えるためにより精査した実験文を用いた調査を行った。実験調査は、空主語の認識と文法性を問うもので、国内8大学、海外5大学で行われ、120名以上の参加者を得、目標人数(各言語30名以上と統制群としての日本語母語話者)を達成して無事終了した。調査結果は数値化され、統計処理が施された。その結果から、1)学習者は、人称の違いが原因というよりも、インターフェイスに関わる要素が原因で習得が困難であること(但し、韓国語母語学習者は、日本語母語話者の空主語認識・生産に非常に近い)、2)中国語母語学習者は、複数の文のタイプで、「同じ」空主語言語であると言われる韓国語母語学習者よりも有意に日本語母語話者と結果が異なっており、これはMiyagawa (2017)等で議論されているようなカートグラフィーを基盤とした言語間の違いで説明が可能になることが明らかとなった。3)については、調査結果の詳細な分析がさらに必要である。なお、当初計画していた目的語省略については、実施する実験問題数が多くなりすぎ、協力者の負担を考えて項目から省くこととし、主語省略現象のみに焦点を当てた。研究の成果は、国内外の国際学会や学術雑誌、著書を通じて発表していく。

調査の結果、認識に関しては、英語・中国語母語の二つのグループが日本語母語統制群と比べて有意差があったが、生産に関しては、文の種類によって英語・中国語・韓国語母語のそれぞれのグループで統制群との有意差が観察された。これらは、Miyagawa (2017)の一致素性の類型論やBaker (2008)のマイクロパラメータにより説明できると考えられる。平成28年度前半を目処に実験調査を実施し、後半は実験結果のまとめと統計処理、データ分析と考察を行う。また、国内外の研究会や学会に向けて発表要旨を投稿し、研究成果を発表する。さらに、発表等で得られた助言等をもとに分析を再考し、学術雑誌向けの論文を執筆する。28年度が最終年度であるため、記入しない。言語学28年度が最終年度であるため、記入しない。
転写因子E2F1を軸としたフィードバック・ループによる細胞機能制御の解明

研究では「細胞周期とアポトーシスを制御する転写因子E2F1の転写ネットワークの理解」を目的として、E2F1を軸としたフィードバック・ループによる細胞機能制御の解明を目指した。特本に、E2F1の新規ヒト標的遺伝子として見出したGemininならびにCDCA4について解析を進めた。E2F1-CDCA4、E2F1-Gemininといったフィードバック・ループによりE2F1活性が制御される可能性が示唆され、E2F1を介した細胞増殖・分化や細胞死などの制御を考える上で重要な知見であると推察される。本研究では「細胞周期とアポトーシスを制御する転写因子E2F1の転写ネットワークの理解」を目的として、E2F1を軸としたフィードバック・ループによる細胞機能制御の解明を目指した。特に、E2F1の新規ヒト標的遺伝子として見出したGemininならびにCDCA4について解析を進めた。1.ヒトCDCA4遺伝子プロモーターのE2F1反応性配列は、転写開始点上流8578bpに確認された。この配列はE2Fファミリー(E2F16)のうちE2F14に対してルシフェラーゼ遺伝子の転写を活性化した。2.CDCA4転写活性化領域を用いたワン・ハイブリッドアッセイの結果、そのC末端領域(175241アミノ酸残基)に転写活性を有することが確認された。この活性はE2FファミリーのうちE2F14により抑制された。3.CDCA4はE2F1依存性の転写活性を抑制した。4.E2F1とCDCA4との相互作用部位特定に向け、GFPないしFlgタグ付きのCDCA4発現ベクターを作製し、免疫沈降実験に供した。しかしながら、E2F1とCDCA4との相互作用は検出されなかった。5.E2F1転写活性化領域を用いたワン・ハイブリッドアッセイの結果、この活性はGemininも共発現によって活性化された。以上より、E2F1-CDCA4、E2F1-Gemininといったフィードバック・ループによりE2F1活性が制御される可能性が示唆され、E2F1を介した細胞増殖・分化や細胞死などの制御を考える上で重要な知見であると推察される。今後、より詳細なメカニズムの解明が必要である。「細胞周期とアポトーシスを制御する転写因子E2F1の転写ネットワークの理解」を目的として、E2F1を軸としたフィードバック・ループによる細胞機能制御の解明を目指した。GemininやCDCA4によりE2F1を制御する新たなフィードバック・ループを形づくる転写複合装置が解明されれば、GemininやCDCA4によるE2F1を介した細胞機能の制御を理解する新たな視点が確立できる。まず、E2F1とCDCA4との相互作用部位特定に向け、GFPないしFlgタグ付きのCDCA4発現ベクターを作製し、免疫沈降実験に供した。次いで、E2F1転写活性化領域を用いたワン・ハイブリッドアッセイの結果、この活性はGemininも共発現によって活性化された。SirT1が抗癌剤エトポシドによるE2F1を介したアポトーシスを軽減したように、GemininやCDCA4がどのようなシグナルに応じてE2F1を制御するのか理解できれば、細胞増殖の制御不能状態である癌の制御に向けた基礎的理解にも結実すると予想される。
血管平滑筋型ＡＴＰ感受性カリウムチャネルのサブユニット構造の決定とその機能解析

本研究では、血管平滑筋型KATPチャネルのサブユニット構造の決定を目的として免疫組織学的解析を実施した。マウス門脈平滑筋細胞において、抗SUR2B抗体、抗KIR6.1抗体を用いた『Proximity Ligation Assay(PLA)法』を行い、SUR2BおよびKIR6.1タンパク質の組織学的共局在を呈する免疫蛍光シグナルが観察された。一方、一次抗体の省略または抗体吸収試験を行い、同様の実験を実施したが、PLAシグナルは殆ど観察されなかった。これらの結果から、マウス門脈平滑筋細胞におけるKATPチャネルのサブユニット構造の組み合わせはSUR2B/KIR6.1であることが強く示唆された。研究代表者は既に、従来の免疫組織化学染色法(蛍光二重染色法)を用い、マウス門脈平滑筋細胞においてSUR2Bタンパク質およびKIR6.1タンパク質が共発現していることを明らかにした(Yamamoto et al., Vascul. Pharmacol., 2015)。しかし、両サブユニットタンパク質が互いに近接し、カップリング(共役)しているか、否かについては未だ不明のままであった。そこで、細胞・組織における微量な内在性タンパク質の相互関係を画期的な増感技術で特異的に検出し、可視化することが可能な『Proximity ligation assay(PLA)法』を駆使し、マウス門脈平滑筋細胞における血管平滑筋型KATPチャネルの分子サブユニット構造を決定することを研究目的として研究を実施した。使用したDuolink In Situ試薬は、検体に特異的な一次抗体の存在を高感度に検出するために、二次抗体を利用して開発されたものであり、『PLA法』のセットアップにおいて一次抗体の選択が重要となる。今回、前述の報告で使用した優れた抗原特異性を有する2種類の一次抗体(ヤギ由来抗SUR2B抗体、ウサギ由来抗KIR6.1抗体)を用いた。また『PLA法』における一次抗体の染色条件の最適化のために、まずsingle recognition(それぞれ1種類の一次抗体による1種類のタンパク質の検出)を行い、固定化、抗原回復、ブロッキング溶液、抗体希釈液、一次抗体の希釈濃度等を決定した。それらの結果を開始条件として、同一のアッセイに両方の一次抗体を使用して、目的とするアッセイの最適化を実施した。現有する両一次抗体(ヤギ由来抗SUR2B抗体、ウサギ由来抗KIR6.1抗体)を用いた『PLA法』にて、SUR2B、KIR6.1タンパク質のカップリングを示すPLAシグナルの蛍光スポットが観察され、BALB/cマウスから採取した門脈平滑筋単離細胞においてSUR2Bタンパク質およびKIR6.1タンパク質が共局在していることが示唆された。2種類の一次抗体のうち、どちらか一方のみ、もしくは両方を省略して入れずに同様の実験を行ったが、バックグラウンドシグナルの発生は殆ど観察されなかった。一方、当初はKATPチャネルKOマウス(SUR2-/-およびKIR6.1-/-)の門脈から得られた血管平滑筋単離細胞を用い、『PLA法』によるnegative control実験を実施する計画であったが、連携研究者から供与していただく予定であった当該マウスの継代がなされていないことが判明した。急ぎ、凍結胚からのマウス個体作製、繁殖に着手する予定としている。そのため、研究計画の一部を変更し、初年度に得られた『PLA法』での結果と比較・考察する研究内容について主として実施している(今後の研究の推進方策の項目をご参照ください)。研究代表者は既に、従来の免疫組織化学染色法(蛍光二重染色法)を用い、マウス門脈平滑筋細胞においてSUR2Bタンパク質およびKIR6.1タンパク質が共発現していることを明らかにしている(Yamamoto et al., Vascul. Pharmacol., 2015)。そこで、細胞・組織における微量な内在性タンパク質の相互関係を画期的な増感技術で特異的に検出、可視化することが可能な『Proximity ligation assay(PLA)法』を駆使し、マウス門脈平滑筋細胞における血管平滑筋型KATPチャネルの分子サブユニット構造を決定することを研究目的として、以下の研究を実施した。初年度は、現有する両一次抗体(ヤギ由来抗SUR2B抗体、ウサギ由来抗KIR6.1抗体)を用いて『PLA法』を実施し、SUR2B、KIR6.1タンパク質のカップリングを示すPLAシグナルの蛍光スポットが観察された。本年度は、これら両サブユニットタンパク質のカップリングの有無の確証実験として、(1)両一次抗体に対する抗原ペプチドを用いた抗体吸収試験を行い、吸収処理を終えた一次抗体を用いて『PLA法』を実施した。また(2)HEK293細胞にKATPチャネルサブユニット(SUR2BおよびKIR6.1)のcDNAを強制発現させた実験系を構築し、遺伝子導入していない細胞サンプルをnegative controlとして同様の実験を実施した。さらに(3)マウス門脈平滑筋細胞にSUR2B遺伝子およびKIR6.1遺伝子を選択的に抑制するsiRNAを導入する実験系の構築にも取り組んでおり、同様の実験を予定している。これらの実験結果は、初年度に得られた成果を概ね裏付けるものであった。

マウス門脈平滑筋細胞において、抗SUR2B抗体、抗KIR6.1抗体を用いた『Proximity Ligation Assay(PLA)法』を行い、SUR2BおよびKIR6.1タンパク質の組織学的共局在を呈する免疫蛍光シグナルが観察された。一方、一次抗体の省略または抗体吸収試験を行い、同様の実験を実施したが、PLAシグナルは殆ど観察されなかった。これらの結果から、マウス門脈平滑筋細胞におけるKATPチャネルのサブユニット構造の組み合わせはSUR2B/KIR6.1であることが強く示唆された。前年度と同様に、主に『PLA法』による実験系を実施する計画である。具体的には今後、下記の実験研究を行う。(1)SUR2Bタンパク質とKIR6.1タンパク質のカップリングの有無の確証実験の実施HEK293細胞にKATPチャネルサブユニット(SUR2BおよびKIR6.1)のcDNAを強制発現させた実験系を構築し、遺伝子導入していない細胞サンプルをnegative controlとして『PLA法』を実施する。また可能であれば、KATPチャネルKOマウス(SUR2-/-およびKIR6.1-/-)から採取した門脈平滑筋単離細胞を用い、同様の実験を実施する。さらに、マウス門脈平滑筋細胞の抽出タンパク質を用いて免疫沈降法を行い、SUR2B、KIR6.1タンパク質のカップリングの有無を明らかにする。(2)KATPチャネルKOマウスでの解析上記の実験結果から推定される血管平滑筋型KATPチャネルのサブユニット構造(SUR2B/KIR6.1)を基に、特定のサブユニットのみが欠損したKATPチャネルKOマウス(SUR2-/-およびKIR6.1-/-)を用い、各サブユニットに対する血管作動性因子(ノルアドレナリン、アンジオテンシンII、エンドセリン等)による細胞内シグナル伝達機序についてWTマウスの結果と比較し、その修飾作用を明らかにする。循環器薬理学平成28年度の研究成果については、既に現有する機器類で代用し実験を遂行することが出来たため、予算の節減につながった。次年度の研究費(主に物品費に使用)として、有効に予算執行する予定である。
核多角体病ウイルス感染による宿主DNA複製の制御機構解析

本研究は,核多角体病ウイルス(nucleopolyhedrovirus, NPV)の感染により誘導される,昆虫細胞DNAの複製停止機構を解明することにより,NPVの感染戦略についての理解を深めることを目的として行ったものである.Autographacalifornica MNPV (AcMNPV)は,ウイルスDNAの複製に関わる遺伝子のいくつかを自らのゲノムにコードしているが,その中のpcna遺伝子は,ウイルスDNA複製への関与が推測されているにもかかわらず,機能が不明のまま残されていた.そこで,本研究ではpcna遺伝子を欠損した組換えAcMNPVを作出し,その増殖特性を調査することによって,pcna遺伝子の機能解析を行った.この解析により,NPVは宿主DNA複製装置を奪い取ることによって,宿主のDNA複製を停止させるのと同時に,宿主DNA複製関連タンパク質を自らのDNA複製に利用するという,NPVのユニークな感染戦略が浮かび上がってきた.さらに,宿主細胞DNA複製停止とアポトーシス誘導の関連を明らかにする目的で,種々のアポトーシス関連因子をカイコ培養細胞から同定し,ウイルス感染に伴う変動様相を解析した.この解析により,アポトーシス関連因子のウイルス感染に伴う変動は細胞種に特徴的であり,宿主に備わっているアポトーシス制御機構がNPVの宿主域決定に関連していることを示唆した.宿主細胞DNA複製停止とアポトーシス誘導の直接的な関連性については今後の課題として残された.本研究は,核多角体病ウイルス(nucleopolyhedrovirus, NPV)の感染により誘導される,昆虫細胞DNAの複製停止機構を解明することにより,NPVの感染戦略についての理解を深めることを目的として行ったものである.Autographacalifornica MNPV (AcMNPV)は,ウイルスDNAの複製に関わる遺伝子のいくつかを自らのゲノムにコードしているが,その中のpcna遺伝子は,ウイルスDNA複製への関与が推測されているにもかかわらず,機能が不明のまま残されていた.そこで,本研究ではpcna遺伝子を欠損した組換えAcMNPVを作出し,その増殖特性を調査することによって,pcna遺伝子の機能解析を行った.この解析により,NPVは宿主DNA複製装置を奪い取ることによって,宿主のDNA複製を停止させるのと同時に,宿主DNA複製関連タンパク質を自らのDNA複製に利用するという,NPVのユニークな感染戦略が浮かび上がってきた.さらに,宿主細胞DNA複製停止とアポトーシス誘導の関連を明らかにする目的で,種々のアポトーシス関連因子をカイコ培養細胞から同定し,ウイルス感染に伴う変動様相を解析した.この解析により,アポトーシス関連因子のウイルス感染に伴う変動は細胞種に特徴的であり,宿主に備わっているアポトーシス制御機構がNPVの宿主域決定に関連していることを示唆した.宿主細胞DNA複製停止とアポトーシス誘導の直接的な関連性については今後の課題として残された.Autographacalifornica核多角体病ウイルス(AcMNPV)はpcna遺伝子をゲノム上にコードしている.このPCNAのウイルス増殖における機能解析を目的として,これまでにpcna遺伝子欠損組換えAcMNPV(vΔpcna)を作出した.今回は,vΔpcnaの8種の鱗翅目昆虫培養細胞における増殖性について調査した.その結果,vΔpcnaをSf9,Tn368,Se301,BmN-4,Ld652YおよびSpLi細胞に感染させた場合の増殖性は,野生型AcMNPVを感染させた場合とほとんど違いが認められなかった.これまでにSf9細胞を用いた実験で,AcMNPVは宿主のPCNAを利用していることを明らかにし,Tn368,Se301,BmN-4,Ld652YおよびSpLi細胞においても同様に,宿主のPCNAを利用していることが予想された.一方,SpImおよびHuCu細胞に感染させた場合には,vΔpcnaと野生型AcMNPVの間で顕著な違いが観察された.すなわち,野生型AcMNPV感染では細胞病変効果が観察され,細胞の増殖はほとんど認められないのに対し,vΔpcna感染では一部の細胞に細胞病変効果が認められるにとどまり,その一方で顕著な細胞数の増加が観察された.そこで,SpIm細胞におけるvΔpcnaの増殖性を,ウイルスDNAの複製,ウイルスタンパク質の合成,子孫ウイルスの産生を指標に調査した結果,vΔpcnaのSpIm細胞に対する感染力は野生型と比較して著しく低下していることが明らかとなった.同様の結果がHyCu細胞においても観察された.以上の結果から,AcMNPVのPCNAは細胞特異的にウイルス増殖において機能していることが示唆された.今後,さらにウイルスの増殖性と宿主DNA複製との関係について解析を進めていく計画である.核多角体病ウイルス(NPV)の初期遺伝子の発現制御は,ウイルス感染成立に大きな影響を及ぼしている.NPVのゲノムに特徴的な相同繰り返し配列(hr)は初期遺伝子プロモーターのエンハンサーとして機能し,その機能が転写調節因子であるIE1タンパク質との相互作用によって調節されることから,初期遺伝子の発現においてhrとIE1による制御が特に重要な鍵を握っていると考えられている.これまでに,アメリカシロヒトリNPV(HycuNPV)の初期遺伝子の一つであるgp64遺伝子(hycu-gp64)の上流にはhycu-hr6が存在することを明らかにした.

そこで,本研究ではHycuNPVのIE1タンパク質(Hycu-IE1)によるhycu-gp64プロモーターの活性調節を解析し,hycu-gp64プロモーターの活性はHycu-IE1によって低下することを明らかにした.さらに,Hycu-IE1によるhycu-gp64プロモーターの活性低下に関与する領域を探索し,hycu-gp64プロモーター内の2つの領域が活性低下に関与していることを明らかにした.この2つの領域の塩基配列を,これまでにAcMNPVで報告されている,Ac-IE1によるプロモーター活性低下に関与する配列と置換して,Ac-IE1の影響を調べた結果,Ac-IE1による活性低下は認められなかった.以上の結果から,IE1による初期遺伝子プロモーターの発現制御機構は,NPVの間で異なっていることが示された.Autographacalifornica核多角体病ウイルス(AcmmPV)がゲノムにコードしているP35タンパク質は,エフェクターカスパーゼ活性を阻害し,感染細胞のアポトーシス誘導を阻止する.ところが,Tn368細胞では,p35遺伝子が欠損したAcMNPVを感染させてもアポトーシスが起こらない.この原因を探る目的で,細胞にTricoplusia niのエフェクターカスパーゼであるTn-caspase-1を発現させて,ウイルス感染にともなうTn-caspase-1のプロセシング様相を調査した.その結果,Tn368細胞はAcMNPVP35と同様の活性,すなわちTn-caspase-1の中間型から活性化型へのプロセシングを阻害する活性を持つことがわかった.さらに,感染後期のTn368細胞は,エフェクターカスパーゼ活性が上昇するにもかかわらず,アポトーシスの形態的特徴を示さなかったことから,Tn368細胞はカスパーゼの活性化よりも下流でアポトーシス誘導を阻止する活性を持つことが示唆された.以上の結果から,宿主細胞に備わ旨っているアポトーシス制御機構がNPVの宿主域決定に関連していることを示唆した.さらに,宿主細胞DNA複製停止とアポトーシス誘導の関連を明らかにする目的で,イニシエーターカスパーゼおよびアダプター因子を含む種々のアポトーシス誘導因子をカイコ培養細胞から同定した.今後,ウイルス感染にともなうアポトーシス誘導因子のプロセシングや発現変動を調査することによって,宿主DNA複製停止とアポトーシス誘導の関連が明らかになることが期待される.
ハイパースペクトル画像解析による作物雑草識別法を用いた機械除草システムの開発

本研究では,機械除草システムのための作物雑草識別を目的として,ハイパースペクトル画像解析による識別アルゴリズムの設計を行った。雑草といってもさまざまな種類が存在し,それぞれの種類が固有の特徴を持っているため,作物雑草識別アルゴリズムを設計する際,多種の雑草を同一のものとして扱うことはできない。そこで,まず,植物体を作物・雑草にかかわらず,個々の種に分類推定し,次に作物およびその他雑草グループの2つに再分類することとした。植物種分類アルゴリズムの処理の流れにおいて,画素スペクトルデータの低次元化と分類推定処理の2つに分離することができる。画素スペクトルデータには多次元の情報が含まれており,このデータをそのまま推定モデル作成に用いた場合,推定アルゴリズムが複雑になり,また処理速度の面でも不利である.そこでまず,画素スペクトルデータの低次元化を検討する必要があるが,データ次元が小さくなってもセンシング対象の特徴情報はできるだけ失われないような手法が望ましい.本研究ではデータ低次元化の手法として,ステップワイズ変数増減法による変数選択を採用した。変数選択により低次元化された画素スペクトルデータを推定モデルに入力することで,その画素の植物種を推定する。推定モデルの設計の際には,多群を対象とした判別分析を採用した。以上の処理手順により,画像中の各画素について植物種が推定されるが,実際には画素単位ではなく,植物個体単位で種が推定できればよい。そこで,各画素の推定結果から多数決原理により植物個体の推定種を決定した。このように,波長分析に加えて,空間情報の分析も加えることにより,より精度の高い植物種推定が可能となった。本研究では,機械除草システムのための作物雑草識別を目的として,ハイパースペクトル画像解析による識別アルゴリズムの開発を行った。作物雑草識別において既往の研究で用いられてきたRGBカラーカメラや近赤外光カメラなどと比較して,ハイパースペクトルカメラでは波長分解能の高い画像情報を取得することが可能である。しかし,こうした利点を持つ反面,一般的な画像データと比べてハイパースペクトル画像は特殊で複雑なデータ構造を持ち,データ量も膨大である。このため,画像データを解析しようとした場合,高度な情報処理手順が必要となる。このため本研究では,作物雑草識別アルゴリズムの開発に先立って,ハイパースペクトル画像データを汎用的に処理するためのソフトウェアフレームワークを設計開発した。このソフトウェアフレームワークを利用することによってハイパースペクトル画像データの取り扱いが飛躍的に容易となり,またこのフレームワークは汎用的で拡張性の高い設計となっているので,作物雑草識別だけでなく様々なセンシング(作物生育診断,作物品質推定,土壌診断など)を目的としたデータ解析アルゴリズムを組み込んだ解析ソフトウェアを容易に構築することができる。ソフトウェアフレームワークの設計開発と並行して,作物雑草識別アルゴリズムの開発も行った。波長スペクトル情報を利用した手法によりある程度の識別性能が得られたが,この手法に空間情報を考慮した手法を統合することによりさらなる識別性能向上が期待できる。
夜勤・交代勤務の耐糖能に及ぼす影響-血糖日内変動とインスリン感受性の検討

夜勤・交代勤務者は代謝異常症候群の準備状態にあり、代謝異常症候群の指標であるインスリン値、血糖値、血清脂質値がシフトの影響をうけて変動する時期があるとの仮説のもと、週番性の交代勤務を行っている工場労働者33名について、シフトの変遷にともなうインスリン値、血糖値、血清脂質値、血圧、血球成分、栄養摂取、身体活動の変動を検討したところ以下のような結果を得た。(1)一定期間の平均血糖値を反映する1,5アンヒドログルシトール、グリコアルブミン、HbA1cはシフトによって変動しなかった。しかし、空腹時のインスリン分泌が夜勤週では日勤週より高く、インスリン抵抗性の指標とされているHOMA-Rも高値であった。(2)脂質代謝の指標である中性脂肪も夜勤週では高くなる傾向がみられたが、LDLコレステロール、脂肪酸値は逆に夜勤週では低下していた。またHDLコレステロールは変化がなかった。(3)血圧は夜勤週で日勤週に比べて有意に高かった。(4)赤血球数、ヘマトクリット、ヘモグロビン、血小板も夜勤週では日勤週に比べて有意に高かった。(5)摂取カロリーにはほとんど差がなかったが、きのこ類の摂取が有意に少なく、いも加工品、大豆加工品、緑黄色野菜も統計的には有意ではないが少ない傾向があった。逆に乳製品や小麦加工品の摂取が多い傾向があった。(6)各食事時間における栄養摂取量の配分をみると、中番・深夜ではエネルギー摂取量の面からみて一日に4食に近いパターンをとっていた。(7)全体の身体活動量は夜勤週の方が日勤より少なかった。これらの成果をもとに夜勤交代勤務の健康影響最小化を目的とした介入研究にもつなげていきたい。目的:交代勤務は虚血性心疾患などの循環器疾患発症の危険性を高めることが報告されている。メカニズムの一つとして、生活習慣の変容や体内リズムと生活スタイルの不適合から脂質や糖代謝異常(代謝異常症候群)を生じ、循環器疾患の危険性を高めていることが考えられている。そこで、以下の仮説に基づいて調査研究を行った。(1)交代勤務者では食習慣、カロリー摂取、栄養摂取量、栄養バランスがシフト(日勤、中番、深夜)ごとに変動する。(2)比較的短期間(数日から2週間)の血糖コントロールの指標となる1,5アンヒドログルシトール、グリコアルブミンはシフトによって変動する。(3)空腹時のインスリン分泌が夜勤週では日勤週より高い。(4)脂質代謝の指標である中性脂肪、HDLコレステロール、LDLコレステロール、脂肪酸値がシフトによって変動する。対象と方法:3交代勤務(週番性)を行っている生産従事職、男、年齢35-44歳35人に協力を得て、5日間の3交代の各直の終了後の朝(8時から10時まで)9時間以上の絶食にて採血し、血液検査(代謝異常症候群に関連する項目)を行った。また各直の栄養摂取状況を書留法(写真撮影にて情報の補強を行う)にて評価した。また、身体活動量をスズケン・ライフコーダEXにて計測した。倫理的配慮調査に際しては、調査の内容と意義を十分説明した上で、同意を得て実施した。目的:交代勤務は虚血性心疾患などの循環器疾患発症の危険性を高めることが疫学研究で示されてきた。その介在要因の1つに、生活習慣の変容や、脂質や糖代謝などの変化があげられている。我々はこれまで、交代勤務者は日勤者に比べて体重増加度が大きく、糖尿病罹患率が高いことなどを報告してきた。慢性的な代謝異常症の前段階として特殊な労働形態による脂質や糖代謝への一過性の影響が存在するとの仮説のもと、交代勤務者の勤務直のローテンションに伴う血清脂質、糖代謝関連指標の変動を検討した。

対象と方法:対象は一製造企業の男性生産従事職である。週番性の3交代勤務を行っている男性生産従事職28人(36-44歳)から協力を得た。いずれも糖尿病や高脂血症などの代謝異常症は指摘されていない。3交代の各直の終了後の朝(8時から10時まで)に、8時間以上の絶食で採血した。血液検査(総コレステロール、LDLコレステロール、HDLコレステロール、中性脂肪、血糖、インスリン、I,5アンヒドログリシトール(1,5AG))を行った。またインスリン抵抗性指数のHOMA-Rを算出した。また、各直における栄養摂取状況を2日間の書留法にて評価した(写真撮影にて情報の補強を行う)。血液検査項目および栄養摂取量を日勤週と深夜週で比較した(paired t-test)。調査に際しては、調査の内容と意義を十分説明した上で、同意を得て実施した。結果:血清脂質のうち、血清総コレステロールおよびコレステロール分画は、2つの勤務週の間で有意差はなかった。中性脂肪は深夜勤務週が日勤週に比べて有意に高かった。血糖値や短期間の血糖コントロール指標とされる1,5AGに差がなかったが、インスリン値、およびインスリン抵抗性の指標であるHOMA-Rは、深夜勤務週が日勤週に比べて有意に高い値を示した。栄養調査では、日勤週と深夜勤務週で総エネルギー比やPFUバランスに有意差はなかった。ただし、穀物エネルギー比が深夜勤務週では日勤週に比べて有意に高かった。考察とまとめ:これまで横断的疫学研究で、交代勤務者は日勤者に比べて代謝異常症候群の有病率が高いことが報告されてきた。本研究は、その前段階として、夜勤による可逆的な代謝への影響が存在することを示唆するものと考えられる。
幹細胞の動態を中心とした毛の成長周期解析

最近、毛包幹細胞は表皮および毛包形成に与る全能的な幹細胞であり、毛の成長周期に伴いバルジ域から毛球に移動して毛母細胞となり、毛球の再構築と毛の産生にかかわることが明らかにされた。しかし、(1)表皮の幹細胞がどのようにして毛包幹細胞なるのか、(2)毛包幹細胞が毛周期に伴い毛母前駆細胞としてどのような動態を示すのか、は明らかにされていない。(1)に関しては、β-ガラクトシダーゼ遺伝子を導入したレトロウイルスを培養表皮細胞に感染させて遺伝的に標識し、in vitroで多層化させた。基底層から角質層にいたる、いわゆる上皮増殖単位に標識がみられたことから、表皮幹細胞が標識されたと判断した。次に、幹細胞標識培養表皮を移植して表皮を再生させたところ、標識は有棘層以上の分化層に発現していたが基底層にはみられなかった。その原因を検討した結果、基底層では導入遺伝子の発現抑制が起こっていることがわかった。移植後10週以上では基底層でも発現が見られるようになるとの報告があることから、今後は標識の発現が基底層でも見られるようになった再生表皮と毛乳頭を結命して再移植し、誘導された毛包の標識を手がかりに毛包幹細胞の分布を調べる予定である。(2)に関しては、毛周期各期から種々の長さの毛球部のみを切り出して移植し、それらの毛球再構築パターンから毛母前駆細胞の移動状況を推測した。その結果、幹細胞はバルジ域から毛周期を通して絶えず毛球に送られて毛母前駆細胞になるのではなく、成長期後期から移行期後期にかけては幹細胞が送られない時期が介在することが強く示唆された。幹細胞動態の解析毛は成長期に毛乳頭細胞のはたらきにより毛母細胞が増殖・分化する事によって産生されるが、移行期を経て休止期には毛母細胞が失われ、毛の産生は完全に停止する。しかし、未知のしくみによって新しい毛母細胞が出現し再び成長期にはいる。毛はこのようにして生涯再生し続ける。毛母細胞を生涯供給し続けると考えられる幹細胞から毛母細胞形成への道筋を明らかにする目的で、毛球各部の外根鞘細胞(このなかに少数の幹細胞が存在すると予想されている)をマイクロインジェクション法で蛍光標識して、器官培養により毛周期を進行させ標識細胞の移動を解析する計画で研究を進めた。しかし、いろいろ試みたが外根鞘の外側に位置する結合組織性毛鞘が強固で外根鞘細胞を標識することが不可能であると判断した。そこで現在ベータ・ガラクトシダーゼ遺伝子を導入したレトロ・ウイールスを単離毛包に取り込ませて外根鞘細胞を標識する条件を検討している。このウイールスを取り込んだ増殖細胞およびその子孫細胞は組織化学的に検出できる。従って毛母細胞を供給した幹細胞がどこに存在したか、その由来を知ることが出来ると期待される。一方、蛍光標識法では外根鞘細胞は標識出来なかったが、結合組織性毛鞘細胞は標識でき、培養後に標識細胞の移動を検討したところ毛乳頭に標識が認められた。このことから他の実験結果をも踏まえて毛乳頭細胞の結合組織性毛鞘細胞による更新の可能性についても検討を開始している。毛母細胞を生涯供給し続けると考えられる幹細胞から毛母細胞形成への道筋を明らかにする目的で、ベータ・ガラクトシダーゼ遺伝子を導入したレトロ・ウイールスを単離毛包に取り込ませて上皮細胞を標識する条件を検討した。

このウイールスを取り込んだ増殖細胞およびその子孫細胞は組織化学的に検出できる。従って毛母細胞を供給した幹細胞がどこに存在したか、その由来を知ることが出来ると期待された。事実、培養細胞への遺伝子導入は問題なく成功したが、現在までのところin vitroでの毛包上皮細胞への導入には成功していない。ウイルスが基底膜や結合織性毛鞘を通過できない可能性を考え、これらを酵素的に破壊する、血管経由でウイルス導入、ウイルス濃度そのものを高める、などの試みを行っている。表皮幹細胞と毛包幹細胞本研究では毛の成長周期解析の重要なポイントである幹細胞から毛母細胞への道筋を明らかにする目的で,ベーター・ガラクトシダーゼ遺伝子を導入したレトロウィルスを単離毛包に取り込ませる試みを行ってきたが,基座膜の存在などから上皮細胞への直接導入は困難であると判断した。そこで培養表皮細胞にウィルスを感染させ,一定数の増殖表皮細胞がウィルスを取り込んだ培養表皮を作製した。標識細胞をXgalにより検出すると,基座層に残らず有棘層角質層に発見されるものと,基座層を含む表皮増殖単位全体に発見されるものとがみられ,後者は幹細胞が標識されたものと判断された。最近,毛包幹細胞は表皮及び毛包形成に与るmultipotentなstem cellsとするデータが報告されているが,表皮幹細胞の毛包形成へのかかわりについては明らかにされていない。そこで上記の幹細胞標識培養表皮に毛乳頭を接触させて毛包を評導し,1)表皮幹細胞が毛包形成にどのように関与しているのか.2)毛包幹細胞は表皮幹細胞に由来するのか.3)標識幹細胞からどのようにして毛母細胞がつくられるか等の問題を解析している。最近、毛包幹細胞は表皮および毛包形成に与る全能的な幹細胞であり、毛の成長周期に伴いバルジ域から毛球に移動して毛母細胞となり、毛球の再構築と毛の産生にかかわることが明らかにされた。しかし、(1)表皮の幹細胞がどのようにして毛包幹細胞になるのか、(2)毛包幹細胞が毛周期に伴い毛母前駆細胞としてどのような動態を示すのか、は明らかにされていない。(1)に関しては、β-ガラクトシダーゼ遺伝子を導入したレトロウイルスを培養表皮細胞に感染させて遺伝的に標識し、in vitroで多層化させた。基底層から角質層にいたる、いわゆる上皮増殖単位に標識がみられたことから、表皮幹細胞が標識されたと判断した。次に、幹細胞標識培養表皮を移植して表皮を再生させたところ、標識は有棘層以上の分化層に発現していたが基底層にはみられなかった。その原因を検討した結果、基底層では導入遺伝子の発現抑制が起こっていることがわかった。移植後10週以上では基底層でも発現が見られるようになるとの報告があることから、今後は標識の発現が基底層でも見られるようになった再生表皮と毛乳頭を結合して再移植し、誘導された毛包の標識を手がかりに毛包幹細胞の分布を調べる予定である。(2)に関しては、毛周期各期から種々の長さの毛球部のみを切り出して移植し、それらの毛球再構築パターンから毛母前駆細胞の移動状況を推測した。その結果、幹細胞はバルジ域から毛周期を通して絶えず毛球に送られて毛母前駆細胞になるのではなく、成長期後期から移行期後期にかけては幹細胞が送られない時期が介在することが強く示唆された。
幼児の自然体験プログラムの開発と普及に関する実践的研究

東京都・兵庫県の保育所・幼稚園1600園を対象とした質問紙調査を実施し、分析を進めた。その結果、園庭や地域の環境の実態にかかわらず、保育者が意図的に自然との関わりを活動の中に含まれるよう環境や活動を考えていることがわかった。しかし、そこで見られる活動内容や環境設定は従来の自然との関わりと大差はなく、自然の循環性や多様性を意識した内容などはまだあまり検討されていないことが明らかになった。また、幼保・公私のカテゴリー別にみてみると、多くの点で公立幼稚園の実態が高く評価できた。今後、自然体験プログラム等のノウハウが蓄積すれば、保育現場が受け入れる余地は十分にあると考えられ、期待が持てた。環境教育実践施設キープ自然学校における幼児対象自然キャンプでは、3年間の継続実施の過程で、幼児対象のプログラムは原則的にフリープログラムが有効であることが確認できた。しかし、そこには保育者、あるいは、関係する大人のかかわり方が重要であり、子ども観・保育観を共有しながら、子どもが自主的に遊びを創出していく過程を援助する役割に徹する必要性が確認できた。また、子どもが森の中で活動する内容には単に自然体験だけの枠に留まらない多様な経験があり、子どもの総合的な発達の全ての部分に関わる場を提供していると考えられた。その上に、自然の中ではそこでしかできない体験も含まれることから、自然との関わりが発達に寄与するものが再確認できたといえる。今後は、保育者に向けてこれらの活動の意義を啓発していく必要が感じられた。最終年度には、同様の活動をしている他団体と、保育現場の教員を交えてまとめの研究会を実施した.各実践者とも自然との関わりの価値を認めそこに子どもの多様な育ちの場認めているが、それを言語化していくこと、また、親にどう向き合っていくかが課題であると確認できた。本年度は、3月に東京都及び兵庫県の幼稚園及び保育所(公私)の1600園対象に今年度の保育にどの程度自然体験が導入されたかについての質問紙調査を実施した。今年度の内容を調査対象としたため、3月15日に発送し、現在回収中である。分析は次年度の5月以降に実施する予定である。もう一つは、民間の環境教育実践施設キープ自然学校で今年度実施された「やまのようちえん」のプログラムに参加し、幼児向けプログラムの実施記録を取ると同時に、参加した幼児の発話を録音記録した。プログラムの実施は11月、2月、3月の3回で、それぞれ1泊2日の期間で行われ、プログラム自体はそれぞれ期間内に1日目の午後・夜、2日目の午前の3回に分けて実施された。各回とも10名を超える幼児が参加した。初対面である子どもがほとんどで、また、年齢も3歳児から6歳児までと幅があり、また、保護者とは離れて子どもと実践者だけという実施ではあったが、どの子どもも抵抗なくプログラムに参加していった。本年度は、3回のプログラムを含む実施が3回、計9回のプログラムを実施したが、どれも季節に応じた異なる内容となった。3回目の終了後に今年度のプログラムについてのコンファレンスを実施し、9回行われた内容についての問題点が検討された。そこであがったことは、(1)自然の中で遊ぶだけでいいのか・目的を持って意図された体験ができるような工夫が必要なのか、(2)ある程度年齢幅・経験幅のある幼児が対象であるので、自然体験するエリアの大きさをどう設定するのか、(3)子どもの主体性に応じた内容とインタープリターの関与のバランスをどう考えるのかという点だった。

次年度は、同様のプログラムを5回、2泊3日のプログラムを2回の計7回実施する予定である。上記の検討課題をプログラムに導入し、評価できるようにすることになった。また、どのような保護者が子どもを参加させているのかも次年度はアンケートを実施して、保護者の実態も探る予定である。前年度末に実施した、東京都・兵庫県の保育所・幼稚園1600園を対象とした質問紙調査は5月末で回収を終了し、入力後、現在分析中である。回収数は427園で回収率は26.7%であった。東京都よりは兵庫県、公立幼稚園と私立保育所からの回収が比較的良好であった。回収園は自然体験への関心が高い園だと予想され、実際に分析中の結果には保育現場がそれなりに自然体験の保障を意識している実態がうかがえた。しかし、環境教育の視点からはその内容が重要であり、今後、その観点からの分析を進める予定である。前年度から継続して実施している、幼児の自然体験プログラムの開発を目的とした民間の環境教育実践施設キープ自然学校における幼児対象自然キャンプに3回、参与観察者として参加した。今年度は前年度の反省を踏まえ、「森の幼稚園」という名称で7回の企画が立てられた。しかし、リピーター参加者が多く、予定外で6回の別企画が追加で実施された。開始した前年度には予想できなかった希望者数であり、幼児を持つ親が求めていることが伺えた。幼児のプログラムの観察は、発話記録と観察記録を取るという方法を踏襲し、これも現在、分析中である。また、保護者に対しては今までの自然体験量や幼児と自然との触れあいについての考え方などを知るための質問紙調査も並行して実施した。昨年度は秋から冬にかけての実施であったが、今年度は通年を通しての実施であったため、1年間のプログラム計画の基本が確定した。次年度は、これらを元に、今年度の反省と評価を踏まえて、プログラム計画を洗練させていく。このキャンプの特徴の一つとして、保護者も参加し、保護者も自然体験プログラムを子どもと離れて行うというものであるが、この企画は保護者にとって大きな意味があるようで、保護者の変容が子どもの受け止め方にも影響するのではないかと感じられた。幼児の場合は、親をどう巻き込んでいくのかという観点も重要であるとわかった。東京都・兵庫県の保育所・幼稚園1600園を対象とした質問紙調査の分析を進め、その結果を保育学会で発表した。保育現場は園庭や地域の環境の実態にかかわらず、保育者が意図的に自然との関わりを活動の中に含まれるよう環境や活動を考えていることがわかった。しかし、そこで見られる活動内容や環境設定は従来の自然との関わりと大差はなく、自然の循環性や多様性を意識した内容などはまだあまり検討されていないことが明らかになった。また、幼保・公私のカテゴリー別にみてみると、自然と関わることが意図的に考えられているかどうか・園庭などで子どもが好きなことをして遊べるよう保障されているかどうかなど、多くの点で公立幼稚園の実態が高く評価できた。継続実施している、幼児の自然体験プログラムの開発を目的とした民間の環境教育実践施設キープ自然学校における幼児対象自然キャンプに2回、参与観察者として参加した。今年度は前年度に引き続き、「森のようちえん」という名称で12回の企画が企てられた。幼児のプログラムの観察は、発話記録と観察記録を取るという方法を踏襲し、分析を行った。
吸収性HAp/BMP-2による頭部骨膜上誘導骨の下顎骨離断部への移植実験

生体模倣傾斜機能アパタイト(fg-HAp、吸収性HAp)/BMP-2は頭皮下骨膜上で高い細胞増殖活性と優れた硬組織誘導特性を示した。さらに骨形成の進行とともに周囲組織が骨膜化していくことが示唆された。またHApに超音波部分溶解析出処理をますと、BMP-2添加時の硬組織誘導能が向上されると示唆された。なお新生骨と頭匝骨とは骨架橋を認めないので、骨膜上の新生骨は容易に摘出して骨移植へ用いることができると考えられた。バイオマテリアルとして傾斜機能を付与した吸収性のハイドロキシアパタイト(HAp)である生体模倣傾斜機能アパタイト(fg-HAp)を用い,3×3×3mmのブロックに細胞増殖因子であるrhBMP-2(5μg)を複合化したものをWistar系ラット(雄性,4週齢)の頭部骨膜上へ埋入し,硬組織誘導能とfg-HApの吸収性について組織学的な評価と骨膜の観察と共に,抗増殖細胞核抗原抗体による免疫組織化学的観察を行って細胞増殖活性を検索した。また市販されている非吸収性のHApを同様に埋入し組織学的観察を行い,頭部骨膜上における硬組織誘導能の比較を行った。fg-HAp群では骨形成は1週後骨膜側に生じ,2週後梁状となり4週後は中心部まで認め,8週後には中心部は脂肪髄となった。いずれも新生骨と既存骨問は骨架橋を認めなかった。fg-HApは骨格内部へ体液が浸透,崩壊・吸収により断片化して8週後まで部分的に残存したが吸収が進んでいるのが形態計測により確認された。対象群ではHApは崩壊・吸収せず埋入時の形状を保ち,骨形成は埋入物表面のみに極めてわずかに認めた。これらの結果からfg-HApは骨膜上への埋入においてBMP-2添加により優れた骨誘導特性を示す吸収性セラミックスであることが確認された。そして4週後には埋入物全体的に骨形成を認めて周囲の細胞増殖活性が低下するため,その後は新生骨の外周に旺盛な骨添加が起きる可能性は低いと考えられ,埋入後4週の新生骨が移植に適していると思わる。また新生骨と頭頂骨との骨架橋を認めないため,既存骨と連続した骨を移植骨として摘出するよりも容易に摘出できると考えられる。これまで傾斜機能を付与した吸収性のハイドロキシアパタイト(HAp)である生体模倣傾斜機能アパタイト(fg-HAp)を用いて実験を行ってきたが、将来的により早期に臨床応用できると考えられる、既存の市販されている合成HApに吸収性を付与してより優れた材料へと加工するという方向性にも着目して今年度は研究を行った。市販HApをfg-HApの作製過程を参考にして処理を行った。まずHAp細粒を硝酸水溶液中で完全溶解し、その中にHApブロックを含浸してエッチングおよび超音波処理を行って部分溶解を施した。その中へアンモニア水を滴下して熟成し、表面に針状微細結晶を析出させ、洗浄・乾燥後に完成とした。3×3×3mmに加工したブロックに骨芽細胞増殖因子であるrhBMP-2(5μg)を複合化したものをWistar系ラット(雄性、4週齢)の頭部骨膜上へ埋入し、硬組織誘導能とHApの吸収性について組織学的な評価と骨膜の観察を行い、処理を施さないHApでの同様の実験と比較した。超音波部分溶解および析出処理を施したHAp群では4週後に中心部のほぼ全ての気孔内で骨形成を認めたのに対し、処理を施さないHAp群では、硬組織形成を認めない気孔を多数認めた。8週後には処理を施したHAp群では辺縁部に梁状の骨形成を認めたが、処理を施さないHAp群では気孔内のみに骨形成を認めた。これらの結果からHApに超音波での部分溶解および析出処理を施すと、骨膜上への埋入においてBMP-2添加により優れた骨誘導特性を示すことが、処理を施さなかったものと比較して確認されたが、前年度に行ったfg-HApでの同様の実験と比較すると骨形成量は少なく、HAp吸収量も微量であり、骨膜上への埋入においてはさらなる処理方法の改良が必要と思われた。またこの研究においても新生骨と頭頂骨との骨架橋を認めなかったため、骨膜上で作られた新生骨は容易に剥離・摘出でき、骨移植へ用いることができると考えられる。
異なる世界を結ぶ知能化操作システムの開発研究

本年度は、主に次のことを行った:(i)2+1次元ジョイスティックの製作、(ii)注視点不動型視覚情報獲得装置の製作、(iii)加工の物理モデルを用いた時間遅れ補償型力覚情報提示手法の確立、(iv)多軸力情報-視覚情報変換法をはじめとする情報の変換と情報予測提示手法の提案と確立、(v)操作環境伝送型遠隔地加工実験、(vi)操作環境伝送型遠隔微細操作・加工実験。本研究では、極微の世界や宇宙空間、あるいは、地球の裏側のように人間が通常備える感覚器官をもってしては直接知覚することができない環境を「異なる世界」と呼ぶ。異なる世界と人間が存在する環境とを結ぶシステムを構築するには、機械の制御情報、および、臨場感を伝達するための力覚情報(操作反力)、温覚情報(熱)、聴覚情報(音)、視覚情報(操作状態、加工状態)を相互に送る必要がある。このようにして、異なる世界の環境を操作者側に実現することを「操作環境伝送」と銘名する。まず、「2+1次元ジョイスティック」は異なる世界で生じる現象を力覚情報として操作者に提示するための装置である。人間は左手で物体の位置を決め、右手で工具などを用いて操作や加工することが多い。そこで、2自由度を有するジョイスティックと1自由度を有するジョイスティックとを作成し、これによって異なる世界に存在する機械を操作できるようにした。各ジョイスティックは直動機構、アクチュエータ、エンコーダ、2軸力センサあるいは1軸力センサ、コントローラから成る。ジョイスティックの動作は速度制御型のモータ・ドライバによりD.C.モータを駆動することによって行う。操作者の手からの力を検出するために2軸、および、1軸の力センサを組み込んである。次に、遠隔臨場感微細操作加工システムにおいて視覚情報を獲得するとき、作業場所を移動するための並進機構と任意の角度から観察を行なうために顕微鏡視野内に回転中心を有する回転機構が必要である。特にこの回転機能を実現するため「注視点不動型視覚装置」を作成した。注視点を動かさないようにする機能は特殊なリンク機構で実現し、モータ駆動とした。また、顕微鏡は光源内蔵型とし、モータ駆動ズ-ム機構付とした。異なる世界として遠隔地を対象とするとき光の速さで通信しても時間遅れが発生する。これを補償するため、操作者側に加工の物理モデルを持たせることによって加工時に発生する力を予測しこれをジョイスティックに力覚情報として提示可能なシステムを構築した。さらに、情報予測について力覚情報の予測だけではなく、聴覚情報や視覚情報の予測強調提示手法を提案し、基礎的な部分を実現した。まず、遠隔加工における聴覚情報の予測提示を行なうため、設定加工条件から加工状態(例えば、正常切削かびびり振動発生切削か)を予測するマップ(安定限界線図と呼ぶ)を作成し、これによって現象を予測し、予め用意してある加工音を提示する。また、切削力を工具の回転数を考慮してグレイスケールとしてマップすると実際の加工面に極めて近いものが得られる。このことを利用して多軸力情報-視覚情報変換による情報変換による現象予測・強調提示が可能となる。上記の2+1次元ジョイスティックおよび制御システムと情報変換、情報予測・強調提示手法を用いることにより、遠隔地(米国、ワシントンD.C.、ジョージ・ワシントン大学)より「操作環境伝送型」の加工実験、および、微細操作・加工実験を行なった。システムの制御情報はコンピュータ・ネットワークを通して送り、視覚・聴覚情報は人工衛星のディジタル回線を用いて行なった。加工実験では、加工反力が2+1次元ジョイスティックに予測提示された。また、微細操作・加工実験では、多軸力情報-聴覚情報変換法が有用であった。