hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
宇宙ひもの検証へ向けた重力波データ解析体制の構築

本研究課題は、重力波直接検出・パルサータイミングを用いて宇宙ひも起源の重力波を探索するための体制を、理論・データ解析の両面において構築していくことを目標にしている。本年は初年度に引き続き、日本の重力波実験KAGRAのデータ解析班のメンバーとして、宇宙ひもからの重力波バーストを探索するための、データ解析コードの開発を進めた。ます昨年度に開発したマッチドフィルター解析のコードのテストを行い、正常に動作することを確認した。また、公開されているLIGO O1のデータを解析し、LIGOのデータ解析結果と比較することで、実データでもコードが正しく動作していることを確かめた。この成果はKAGRAのface-to-face meetingのポスターセッションで発表された。また、宇宙ひもの理論研究として、キンクと呼ばれる特異点同士が衝突によって作られる背景重力波を見積もった。その結果、従来考えられていたよりも、はるかに強度の高い重力波が作られることが明らかになり、LIGOのような地上型重力波検出器で検証できることが示された。成果は論文としてまとめられ、現在は国際誌で査読中である。さらに昨年度に考案した、パルサーのスピンダウン率の四重極パターンを探索することで低周波数帯の重力波を検出する方法を、実際のデータに適用して、重力波強度に制限を与える解析を行った。成果をまとめた論文は国際誌に投稿され査読中である。また同時に、パルサータイミングのデータを解析して宇宙ひも起源のバースト重力波を探索する研究にも着手した。すでにデータの解析や、シミュレーションを使って検出されたイベントの優位性を調べる作業は済ませ、現在はその結果を宇宙ひもの情報に焼き直す作業を進めている。当初の研究計画であるデータ解析体制の準備は、直接検出実験・パルサータイミング実験ともに、順調に進められ、最終年度である来年度には両者ともまとまった成果を発表できると思われる。また、今年度は宇宙ひもからの重力波バーストの波形の理論的計算にも着手し、徐々に成果を得られていることから、研究は順調に進展していると言える。今後はLIGO O1データの解析結果を基にして、宇宙ひもの重さや存在量に制限を与える作業を行う。また、パルサータイミングを用いた宇宙ひも探索においても同様に、解析結果を宇宙ひもの情報に焼き直し、物理的な解釈を明らかにする。また、宇宙ひもからの重力波バーストの波形の理論的計算を進め、宇宙ひもバースト重力波を検出するためにより良いテンプレートを作成する。重力波は、天体物理検証の新しい窓となるだけでなく、宇宙初期の相転移の名残として存在している可能性がある一次元の位相欠陥「宇宙ひも」を探索する強力な手段である。近い将来には、日本のKAGRAをはじめとする重力波直接検出実験や、電波望遠鏡を使って重力波の間接的検出を目指すパルサータイミングを用いて、現存の探索法よりも圧倒的に良い感度で宇宙ひもを検証することができると期待されてる。本研究課題では、重力波直接検出・パルサータイミングを用いて宇宙ひも起源の重力波を探索するための体制を、理論・データ解析の両面において構築していくことを目標にしている。初年度である本年は、日本の重力波実験KAGRAのコラボレーションに参加し、宇宙ひもからの重力波バーストを探索するための、データ解析コードの開発を進めた。コードはKAGRA独自のデータ解析ライブラリKAGALIを用いて作成し、マッチドフィルター解析に基づいて、特徴的な周波数依存性を持つ宇宙ひもからのシグナルを探し出すコードの基礎部分の開発を済ませた。これにより次年度に擬似データ解析を行って新しい解析法をテストできる体制が整ったと言える。また、パルサータイミングの新たな可能性を広げるための理論研究として、パルサーを用いて低周波数帯の重力波を検出する方法を考案した。従来のパルサータイミングでは、電波パルスの到着時間のずれを測ることで重力波に制限を与えているが、本研究ではずれの時間変化に着目し、重力波による四重極パターンを探索することで、低周波数の重力波に制限を与えることができることを示した。成果は論文としてまとめられ、国際誌のMonthly Notices of the Royal Astronomical Societyに掲載が決まっている。当初の研究計画では、1宇宙ひもからの重力波バーストの波形の理論的計算、と2直接検出実験に向けたデータ解析体制の準備、が予定されていた。1に関しては本年度はほとんど取り組むことができなかった一方で、次年度に予定していたパルサータイミングに関する理論研究を前倒しして進めた。こちらの研究はすでに成果を論文として仕上げるところまで済ませており、当初予定していたバースト波形の理論研究を行う時間は次年度に確保できるため、研究計画全体としては遅れはないと考える。2に関しては計画通り、直接検出における宇宙ひも探索のデータ解析コードの基礎部分の構築を済ませることができ、計画通りに進んでいると言える。

また、宇宙ひもの理論研究として、キンクと呼ばれる特異点同士が衝突によって作られる背景重力波を見積もった。その結果、従来考えられていたよりも、はるかに強度の高い重力波が作られることが明らかになり、LIGOのような地上型重力波検出器で検証できることが示された。成果は論文としてまとめられ、現在は国際誌で査読中である。さらに昨年度に考案した、パルサーのスピンダウン率の四重極パターンを探索することで低周波数帯の重力波を検出する方法を、実際のデータに適用して、重力波強度に制限を与える解析を行った。成果をまとめた論文は国際誌に投稿され査読中である。また同時に、パルサータイミングのデータを解析して宇宙ひも起源のバースト重力波を探索する研究にも着手した。すでにデータの解析や、シミュレーションを使って検出されたイベントの優位性を調べる作業は済ませ、現在はその結果を宇宙ひもの情報に焼き直す作業を進めている。当初の研究計画であるデータ解析体制の準備は、直接検出実験・パルサータイミング実験ともに、順調に進められ、最終年度である来年度には両者ともまとまった成果を発表できると思われる。また、今年度は宇宙ひもからの重力波バーストの波形の理論的計算にも着手し、徐々に成果を得られていることから、研究は順調に進展していると言える。今後は今年度に完成した宇宙ひも探索のデータ解析コードを基盤にして、大量に見つかる偽の(検出器のノイズ由来の)シグナルを選別し、本当の重力波シグナルを取り出していくための新たな統計処理の方法を考案する。また、同時にマッチドフィルター解析に必要な、波形のテンプレートの精度を上げるための理論研究を進める。この2つが完成することで、これまでよりも効率良く宇宙ひものシグナルを取り出していくことができる。さらに、パルサータイミング実験においても、宇宙ひも起源のバースト重力波を探索するためのデータ解析体制を作っていく。まずはシミュレーションで疑似的に宇宙ひも起源重力波のデータを作成し、データ解析に必要な計算コードや統計処理方法の構築と検証を行う。データ解析体制が確立した後には、実際のパルサー観測のデータを解析し、宇宙ひもの重さや存在量に新しい制限を与えていく。今後はLIGO O1データの解析結果を基にして、宇宙ひもの重さや存在量に制限を与える作業を行う。また、パルサータイミングを用いた宇宙ひも探索においても同様に、解析結果を宇宙ひもの情報に焼き直し、物理的な解釈を明らかにする。また、宇宙ひもからの重力波バーストの波形の理論的計算を進め、宇宙ひもバースト重力波を検出するためにより良いテンプレートを作成する。初年度に計算用の大型計算機を購入する予定であったが、所属する研究施設の計算機の空いたスペースを利用することができるようになったため、新しい計算機の購入を見送った。
電導性原子間力顕微鏡を用いる単一分子電界発光素子の研究

本研究では開発した電導性原子間力顕微鏡を用いて金属探針を単一(又は数)分子に接触させ、その電気物性やキャリア注入による発光の特性・効率を分子空間分解能で明らかにし、単一分子レーザー実現の可能性を探ることを目的とした。ミクロな電気物性や光学物性を観測する走査型プローブ顕微鏡を開発し、金基板上に形成させた共役系分子自己組織化膜(SAM)に金属探針を接触させバイアス電圧を印加しナノスケールでの電導メカニズムについて明らかにすると共にその光学物性や構造について明らかにした。はじめにアルカンチオール(絶縁分子)中に孤立させた単一共役系分子(電線分子)構造を形成させ、その電気特性について検討した。デカンチオール(C10)に挿入したターチオフェンSAM(3T1)のSTM像は約5Åの周期を示すアルカンチオールの結晶格子の中に輝点が観測された。この輝点はC10の単独膜で観測されなかったことから孤立した3T1分子であると考えられる。この孤立した共役系分子を電導性AFMで観測した電導像はSTM像と同様に数個の輝点が観測された。STMでは輝点の見かけ上の高さが得られるのに対し、電導性AFMではトンネル電導度の絶対値を得ることができる。3t1とC10の電導度の比較が輝点付近の電流値の断面を測定することにより1個の共役系分子を介する電気抵抗求められる。輝点の電流はバックグラウンドより2桁大きな電流値を示した。またこの電流値は3T1単独膜の電流値にほぼ等しいことが分かった。以上からアルカンチオールに挿入した共役分子系は孤立した分子の電気特性を測ることが可能であり周囲の分子との電導性の違いが容易に計測できることが明らかとなった。電導性原子間力顕微鏡と単一光子計測系を組み合わせた単一分子空間解像度を持つ新しい走査型プローブ顕微鏡を開発することを目的とした。今年度は、装置の開発を行った。装置は、電導性原子間力顕微鏡(AFM)の部分と光検出系の部分から成る。電導性AFM部分は、微動機構として圧電アクチュエーター(三軸スキャン用)、低ノイズピエゾドライバー、フィードバックコントローラーを組み合わせて構成した。探針としては、白金コートしたシリコンナイトライド導電性カンチレバーを用い、圧電アクチュエーターに取り付け、x, y, zの三軸の微動、並びに光てこ法による試料とチップの距離制御を行った。超高真空排気システムを用いてマイカ上にアニール真空蒸着した原子レベルで平坦な金電極上に共役系分子を結合させた有機分子自己組織化膜(SAM)を試料として用いた。電導性カンチレバーを用いてSAMの電導性を画像化すると共に電導特性を明らかにした。光検出部分は、光電子増倍管を用いて、試料に電導性探針を接触させバイアス電圧を印可し、試料に電流を流して発生する発光像を現有の単一光子計測システムを用いて測定する。電導性探針を2次元で走査することにより、分子形状、電導像、発光(スペクトル)像の3像を同時にマッピングする。今後、電圧-電流測定と電圧-発光強度測定を行い因果関係を探り、1個の分子を使った発光素子の実現を目指す。電導性AFMを使って、1個の共役系分子を介する伝導機構を解明することを目的とした。

この輝点はC10の単独膜で観測されなかったことから孤立した3T1分子であると考えられる。輝点の断面を測るとアルカンチオールよりも5Å高くなっている事がわかる。3T1の幾何学的分子長は約14Å(法線方向から30度傾斜していると仮定)であり、これはC10の分子長(30度傾斜)とほぼ等しいことが判明した。輝点が5Åも高く観測されているのは3T1分子がC10に比べトンネル電導効率が高いため、一定の電流値に保ちながら高さを変化させるSTMの動作機構により共役分子が見かけ上高く観測されているものと考えられる。この孤立した共役系分子を電導性AFMで観測した電導像はSTM像と同様に数個の輝点が観測された。STMでは輝点の見かけ上の高さが得られるのに対し、電導性AFMではトンネル電導度の絶対値を得ることができる。3t1とC10の電導度の比較が輝点付近の電流値の断面を測定することにより1個の共役系分子を介する電気抵抗求められる。輝点の電流はバックグラウンドより2桁大きな電流値を示した。またこの電流値は3T1単独膜の電流値にほぼ等しいことが分かった。以上からアルカンチオールに挿入した共役分子系は孤立した分子の電気特性を測ることが可能であり周囲の分子との電導性の違いが容易に計測できることが明らかとなった。
結節性硬化症遺伝子変異が惹起する代謝変動とエピゲノム制御異常の解明

本研究は、結節性硬化症(TSC)の原因遺伝子(Tsc1、Tsc2)欠損腫瘍細胞とES細胞を用い、これまで用いられているmTORC1阻害による治療の改良、さらに新たな治療オプションを開発することを目的とする。これまで、Tsc2欠損ラットES細胞において、野生型細胞に比して、ヒストンH3リジン4トリメチル化(H3K4me3)が低下することを見出しており、それがmTORC1の活性阻害により回復することを見出していた。一方、今回長期的にラパマイシン処理を行ったTsc2欠損腎腫瘍細胞株におけるエピゲノム修飾の様子を調べたところ、予想に反し、非処理細胞に比べてH3K4me3およびH3K9me3の低下する傾向を認めた。現在、それぞれの細胞システムにおいて、当該メチル化・脱メチル化を司る酵素の発現を調べている。各細胞でのmTORC1とヒストン修飾の関連の違いが、細胞種・分化に関わるものであるか、また病態発生に関わるものであるか、今後腫瘍組織などでの動態分析を行って明らかにしたい。一方、これまで分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素(Bcat1)の遺伝子発現がmTORC1の阻害やTsc遺伝子発現再導入により抑制されることを見出していた。本研究では、Bcat1の発現を人為的に増減させたTsc1欠損細胞株を用い、免疫不全マウスへの移植実験により、in vivoの腫瘍増生におけるBcat1の役割について調べを進めた。しかしながら、腫瘍形成能が比較的弱い腫瘍細胞株であるため、現在まで結論付けるにいたっておらず、新たな代替細胞システムにより継続して分析を進めている。Bcat1の働きによるBCAAとαケトグルタル酸の代謝と上記エピゲノム修飾についても今後調べたい。Bcat1に関する腫瘍細胞の移植実験において、予定していたような十分な腫瘍形成が観察されず、新たな腫瘍細胞株での解析が必要となったことから遅れが生じたことは否めない。しかしながら、新システムの樹立が進んでいることから、研究の進展を図ることは可能である。ES細胞の分化における分析についても充分な分析が進んだものとは言えない。一方、ヒストン修飾についてはmTORC1の下流におけるヒストンメチル化の制御の重要性が判明してきており、進展があったと判断できる。現在、既にTsc2欠損腫瘍細胞株を用いてBcat1ノックダウン細胞、強制発現細胞の樹立を進めており、それらの細胞株を用いて移植実験を行い、in vivoにおける腫瘍増生とBcat1の機能の関連を明らかにする。また、質量分析を用いた代謝分析においては、安定同位体標識グルタミン等を用い、フラックス解析を行ってBCAAやαケトグルタル酸の動態を明らかにし、mTORC1やTsc1/2の機能との関連を明らかにすると共に、ヒストン修飾の様子との相関を調べる。また、遺伝子発現分析やノックダウンなどにより、Tsc1/2-mTORC1の下流においてヒストン修飾の変化を司る酵素を特定すると共に、腫瘍発生における意義を、腫瘍移植系などにおけるメチル化・脱メチル化阻害薬投与の実験系を活用して明らかにする。可能であれば、倫理審査を経た後、ヒトTSC患者の病変部等における、Bcat1、ヒストン修飾関連経路の動態を免疫染色により調べ、病態発生との関わりをより直接的に調べたいと考えている。それらの知見を元に、新規治療オプションの標的となる候補の経路・分子の候補を提示する。本研究では、結節性硬化症(TSC)の病態発生の理解を進めるため、ラットTsc2欠損ES細胞、およびモデルマウス由来のTSC遺伝子欠損腎腫瘍細胞株を用い、エピゲノム修飾異常、代謝関連異常について解析を進めた。Tsc1欠損腎腫瘍細胞株に対し野生型Tsc1の発現を補う実験系を利用し、種々の代謝関連酵素の遺伝子発現がTsc1の発現、およびラパマイシン処理によって抑制されること、すなわちTSC1/TSC2-mTORC1の経路依存性制御が存在する可能性が示唆される。それら遺伝子の中で、ヒトがんの発生促進やてんかんに関わると推察されている分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素(Bcat1)にまず着目した。Bcat1の発現を抑制するshRNAあるいはsiRNAによってTsc1欠損腫瘍細胞を処理したところ、細胞増殖が促進されることがわかった。一方、Bcat1を強制発現させた実験においては、腫瘍細胞の増殖が抑制される傾向が認められた。従って、Bcat1はTSC遺伝子欠損腫瘍の発生・進展に対し、抑制的に働いていることが示唆され、TSC遺伝子欠損による何らかのフィードバック機構の存在が想定される。一方、ES細胞の実験系においてはこれまでホモ変異体においてヒストンH3リジン4のトリメチル化(H3K4me3)の低下が認められることがわかっていたが、ホモ変異体で発現低下を示す遺伝子について調べたところ、ミトコンドリアのリン酸トランスポートに関連する遺伝子などが見出された。現在、さらに遺伝子の機能を調べると共に、質量分析を用いた代謝産物の分析を進めている。本年度はとりわけTsc1欠損腎腫瘍細胞株を用いた実験系において大きな進展が見られたと言える。主要な解析の一つである質量分析による代謝産物の分析は途上であるものの、遺伝子発現の分析結果をもとにBcat1の解析が進み、細胞増殖に対する発現変化の影響の基礎データが得られた。一つの重要な研究の標的を絞り込むことができた。ES細胞の実験については、神経細胞、心筋細胞の分化誘導実験の条件の至適化が予想よりも困難であり、展開が遅れていると言わざるを得ない。しかしながら、ホモ変異体における遺伝子発現に関する先行研究のデータをもとに代謝に関わる遺伝子の調べを進めるなど、補完的な分析を進めることができた。研究全体としてはおおむね進行は順調と言える。

本研究は、結節性硬化症(TSC)の原因遺伝子(Tsc1、Tsc2)欠損腫瘍細胞とES細胞を用い、これまで用いられているmTORC1阻害による治療の改良、さらに新たな治療オプションを開発することを目的とする。これまで、Tsc2欠損ラットES細胞において、野生型細胞に比して、ヒストンH3リジン4トリメチル化(H3K4me3)が低下することを見出しており、それがmTORC1の活性阻害により回復することを見出していた。一方、今回長期的にラパマイシン処理を行ったTsc2欠損腎腫瘍細胞株におけるエピゲノム修飾の様子を調べたところ、予想に反し、非処理細胞に比べてH3K4me3およびH3K9me3の低下する傾向を認めた。現在、それぞれの細胞システムにおいて、当該メチル化・脱メチル化を司る酵素の発現を調べている。各細胞でのmTORC1とヒストン修飾の関連の違いが、細胞種・分化に関わるものであるか、また病態発生に関わるものであるか、今後腫瘍組織などでの動態分析を行って明らかにしたい。一方、これまで分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素(Bcat1)の遺伝子発現がmTORC1の阻害やTsc遺伝子発現再導入により抑制されることを見出していた。本研究では、Bcat1の発現を人為的に増減させたTsc1欠損細胞株を用い、免疫不全マウスへの移植実験により、in vivoの腫瘍増生におけるBcat1の役割について調べを進めた。しかしながら、腫瘍形成能が比較的弱い腫瘍細胞株であるため、現在まで結論付けるにいたっておらず、新たな代替細胞システムにより継続して分析を進めている。Bcat1の働きによるBCAAとαケトグルタル酸の代謝と上記エピゲノム修飾についても今後調べたい。Bcat1に関する腫瘍細胞の移植実験において、予定していたような十分な腫瘍形成が観察されず、新たな腫瘍細胞株での解析が必要となったことから遅れが生じたことは否めない。しかしながら、新システムの樹立が進んでいることから、研究の進展を図ることは可能である。ES細胞の分化における分析についても充分な分析が進んだものとは言えない。一方、ヒストン修飾についてはmTORC1の下流におけるヒストンメチル化の制御の重要性が判明してきており、進展があったと判断できる。Bcat1については、in vivoにおける造腫瘍能に対して発揮する働きをマウスの移植系を用いて明らかにする。また質量分析を用いて、Tsc1欠損腎腫瘍細胞株の代謝産物の網羅的分析を行い、Bcat1関連分子、それ以外の代謝産物についての動態を明らかにする。Bcat1はエピゲノム修飾に深く関わるαKGの産生に関わっていることから、とりわけその経路について注目し、またエピゲノム修飾の状態も調べ、関連性を追求する。一方、ES細胞については、神経細胞、心筋細胞分化誘導系の効率が未だ十分なものとは言えない状況であることから、その至適化も課題の一つとする。さらに条件検討を進め、エピゲノム修飾と代謝の動態をES細胞の分化誘導系において明らかにするための実験系構築を進め、実際に動態解析を進める。
還元反応を基軸とする生体分子修復機構の解明研究

生体内で活性酸素種を生じるようなストレスを酸化ストレスと総称する。活性酸素種は一般に生体分子を傷つけるため、ヒトはそのストレスから生体を防御する機構を備えていると考えられる。活性酸素種の一つである活性窒素酸化物とグアニンヌクレオチドから産生される8-ニトロ-cGMPは生体活動における重要なメディエーターであることが分かってきたが、本化合物の消去機構は不明であった。本研究ではその消去機構に生体内のどのような分子が関わっているのかに焦点を当てて研究を行い、金属含有因子の関与を明らかにした。活性窒素酸化物とグアニンヌクレオチドから産生される8-ニトロ-cGMPは翻訳後修飾によるタンパク質機能制御やオートファジー誘導など生体内において重要なメディエーターとして働いている。このシグナル分子の細胞内消去機構の一つとしてこれまでに8-アミノ-cGMPを経由してcGMPへ戻る経路を報告しているが、ニトロ基からアミノ基へ還元される分子機構は不明であった。そこで本年度は8-ニトロ-cGMPの細胞内還元の分子機構解明に取り組んだ。研究計画に従って8-ニトロ-cGMPから8-アミノ-cGMPへの還元反応に金属含有細胞内因子が関与しているかについて調査した。生理的条件下、8-ニトロ-cGMPと金属含有細胞内因子とを混合したところ8-アミノ-cGMPの生成が確認された。一方、同条件で同因子非存在下では8-アミノ-cGMPの生成が確認されなかった。このことから、8-ニトロ-cGMPの還元に金属含有細胞内因子が重要であることが示唆された。生理的条件における内因性ニトロ化合物の還元を試験管実験で再現した例はこれまでになく、本研究で初めて明らかにすることができた。一方で金属含有細胞内因子はタンパク質と相互作用して細胞内に存在することが分かっている。従って、8-ニトロ-cGMPのシグナル消去機構の一つと考えられる8-アミノ-cGMPへの還元には細胞内のタンパク質が関与している可能性がある。今後はどのような金属含有因子結合タンパク質が還元に関与しているかも検証する。活性窒素酸化物とグアニンヌクレオチドから産生される8-ニトロ-cGMPはタンパク質および細胞小器官の分解回収機構であるオートファジーを誘導することで、細菌排除における重要なメディエーターとして働いていることを明らかにしてきた。このシグナル分子の消去機構に関する知見はなかったため、安定同位体標識体を化学合成することで、非標識体と区別して分析・検出することを可能とした。その結果、細胞内消去機構の一つとして8-ニトロ-cGMPから8-アミノ-cGMPの産生を経由してcGMPへ戻る経路が存在することを明らかにした。しかしながら、ニトロ基からアミノ基へ還元される際に細胞内でどのような因子が関与しているのかについては不明なままだった。そこで細胞内における還元反応の分子機構に金属含有細胞内因子が関与しているか調べるために、生理的条件下において8-ニトロ-cGMPと同因子を混合したところ、8-アミノ-cGMPの生成が確認された。一方、同条件で同因子非存在下では8-アミノ-cGMPは生成されなかった。このことから、ニトロ基からアミノ基への還元に金属含有細胞内因子が関与していることが示唆された。さらに本因子の添加量を減らして反応を行ったところ、触媒量存在下でも還元反応を進行させることが明らかとなった。生理的条件における内因性ニトロ化合物の還元を報告した例はこれまでになく、本研究期間で初めて明らかにすることができた。本年度は8-ニトロ-cGMPから8-アミノ-cGMPへの還元に金属含有細胞内因子が関与することを明らかにした。これまでニトロ基からアミノ基への還元反応に細胞内のどのような分子が関わっているのかは判明しておらず、本研究によって初めて明らかとなったため。ケミカルバイオロジー8-ニトロ-cGMP以外の内因性ニトロ化合物においても金属含有細胞内因子による還元反応、および元の分子への再生反応(脱アミノ化反応)が進行するか検証する。本年度は獲得した科研費以外に大学から配分された年度内のみに使用可能な研究予算があり、そちらを優先的に使用したため。次年度は大学から配分される研究予算が減額されるため、申請時の使用計画通りに科研費を使用する予定である。
ゾウギンザメの体液調節軟骨魚類研究の新規モデルの創生

本研究は、ゲノムプロジェクトによる分子基盤を利用でき、繁殖期の成魚と受精卵を使用できるゾウギンザメを用いることで、軟骨魚類の適応生理学、繁殖生理学、発生学研究を推進するものである。腎臓での尿素保持機構については、分子マッピングによりネフロンでの尿素再吸収の分子モデルを提唱した。加えて、発生過程での体液調節、ホルモンによる制御など、軟骨魚類のホメオスタシス維持機構の理解を大きく進めた。軟骨魚類(サメ・エイ・ギンザメ)は体内に尿素をため込むことで、体内の浸透圧を海水と同じレベルに保つ。その結果、海という高浸透圧環境でも脱水から免れ適応できる。この尿素による体液調節のしくみを明らかにするため、ゲノム情報が利用可能なゾウギンザメをモデルとして確立し、本年度は特に腎臓における尿素再吸収機構の解明を進めた。ゾウギンザメの腎臓からスプライシングバリアントを含む5種類の尿素輸送体をクローニングすることに成功し、抗体を作製して腎ネフロンでの分布を調べたところ、UT-1は我々がドチザメで得た輸送体の同じ分布を示し、UT-2と-3は異なるネフロン分節に存在したことから、尿素再吸収のメカニズムがこれまで考えられてきたものよりも複雑であることがわかった。NKCC1,NKCC2,NCC,CFTRをはじめとする膜輸送タンパク質のクローニングも済ませており、今後腎ネフロンでの分布を調べることにより、尿素再吸収に関わる駆動力の解明が進むと考えている。体内尿素濃度は、合成と排出のバランスであるため、尿素合成についても研究を進めた。尿素サイクルの律速酵素であるCPSIIIを指標として調べたところ、ドチザメではこれまで考えられてきた肝臓以外に筋肉の寄与が大きく、環境浸透圧の変化に伴いCPSIII遺伝子の発現量が筋肉で大きく変化するのに対し、肝臓では一定であることがわかった。ゾウギンザメでもCPSIII mRNAの配列を決定しており、今後発現部位の解析を進める。個体発生の過程でいつから尿素を利用する体液調節を獲得するのかについても研究を開始した。ゾウギンザメの受精卵を確保し、孵化まで飼育しながら間隔をおいてサンプリングを行っている。今後CPS遺伝子の発現を、発生段階を追って解析する。軟骨魚類は体内に尿素をため込むことで、体内の浸透圧を海水と同じレベルに保つ。今年度は、ゾウギンザメの尿素合成系の解明を進めた。グルタミン合成酵素、CPSIII、アルギナーゼなどの主要な尿素サイクル酵素群をクローニングにより同定した。これらの酵素活性も測定した。その結果、ゾウギンザメでも肝臓が主要な尿素産生部位であり、環境塩分濃度の変化に応答して尿素合成活動を変化させた。筋肉でもCPS活性は見られたが、mRNA量はドチザメと比べて少なく、体内尿素量への寄与は低いと考えられた。その他、腎臓などでも尿素サイクル酵素群のmRNA発現と活性が見られた。これは、腎臓で再吸収したアンモニアを尿素の変換し、尿素保持に重要な現象だと考えられる。肝臓での尿素合成は卵殻内で発生中の胚から見られたが、現在発生段階を追ったサンプリングを行っており、今後詳細な解析を行う。本年度は、腎機能をはじめとする様々な機能の調節に関わる神経葉ホルモン(ゾウギンザメではバソトシンとオキシトシン)の受容体の解析も進めた。4種類の受容体様遺伝子を同定し、COS細胞での機能解析により、そのうちのひとつはこれまでに未同定のバソトシン受容体であることを発見した。同タイプの受容体をメダカなどの真骨魚類からも発見したが、四肢動物では見つけることができず、魚類特異的な受容体であり、四肢動物の腎尿細管で働くV2受容体の原型である可能性を見出した。ゾウギンザメの受容体は四肢動物と比べてリガンド選択性も異なり、機能的・進化的な観点から新たな概念を示すものであった。今後、ホルモンの機能を詳細に調べていく予定である。今年度は、以下の3つの内容について研究を進め、成果を得た。1.ゲノム情報を活用した膜輸送タンパク質の同定と発現解析:腎臓での尿素再吸収の駆動力を生みだすNaCl輸送分子(NKA,NKCC2,NCC)、水チャネル(AQP3)を同定し、ネフロン上の分布を明らかにした。その結果、まず原尿からNaClを再吸収して浸透圧を下げることで水の再吸収を促進し、さらにNaClを再吸収することで尿素を濃縮し、最終分節での尿素再吸収を可能にすることがわかった。腎臓は硫酸イオンをはじめとする二価イオンの排出にも重要で、Slc26a1とSlc26a6という分子が硫酸イオンを特異的に輸送すること、尿素再吸収とは異なりネフロンの第2ループで硫酸イオンの排出を行うことがわかった。2.初期発生における体液調節機構:発生の初期、すなわち肝臓や腎臓などの器官が未発達の時期にはどのように環境適応を行うのだろうか?

発生の初期から尿素を利用する体液調節を行っていることを確認し、卵黄を包む卵黄嚢上皮が体液調節の場であることを発見した。発生の進行とともに肝臓や腎臓に体液調節の場は移行する。3.脳下垂体神経葉ホルモン受容体の解析:腎機能をはじめとする様々な機能の調節に関わる神経葉ホルモン(ゾウギンザメではバソトシンとオキシトシン)の受容体解析:昨年度、ゾウギンザメから新規受容体の存在を発見したが、他の魚類や四肢動物にも存在することを見出した。ただし、哺乳類では偽遺伝子化していた。リガンド選択性、培養系での機能解析、分子系統解析、シンテニー解析から、脊椎動物での神経葉ホルモン系の進化について新たな説を提唱した。
ステロイド緑内障発症におけるエピジェネティック因子の解析

ヒト培養線維柱帯細胞をデキサメサゾン添加状態で2週間培養しメチル化状態の変化をメチル化アレイにより網羅的に解析した。その結果有意にメチル化状態が変化した23遺伝子を検出した。それらの遺伝子のうち、RICS, RGS6, GPR126遺伝子の機能解析を施行した。その結果、ゲノムのメチル化状態の変化が単純な遺伝子発現の量的な調節にとどまらず、mRNAのスプライシングなど、遺伝子発現の質的な変化にも関係していることを示唆する所見を得た。平成21年度はヒト培養線維柱帯細胞をデキサメサゾン添加状態で2週間培養しメチル化状態の変化をイルミナ社製メチル化アレイを用いて網羅的に解析した。その後、それぞれの遺伝子のメチル化状態の経時的変化、および遺伝子発現量の変化ををバイサルフィトシークエンス法およびリアルタイムPCR法にて検討した。その結果、βカテニンおよびN-カドヘリンと結合し、線維柱帯細胞の細胞動態に変化を及ぼす遺伝子Xを同定し、現在その機能および線維柱帯細胞における役割を詳細に検討している。具体的には遺伝子Xの抗体を作成するとともに、遺伝子Xをサブクローニングし、哺乳類細胞においてタンパク質発現を誘導する発現ベクター系を構築して、現在細胞形態、増殖能、マトリックス産生能、貪食能などの指標を観察している。線維柱帯細胞の培養計に関しては、初代線維柱帯細胞の培養系を立ち上げるとともに、より大量の生細胞を必要とするたんぱく質関連の実験の施行のため、不死化ヒト線維柱体細胞を米国の研究者から譲与を受け培養を開始した。また、研究代表者の松田の移動にともない、新任地の順天堂大学においても倫理委員会の承認を得て、ステロイド緑内障患者の患者対照相関研究を開始している。今年度は上述の23遺伝子の一塩基多型のジェノタイピングを検討した。現在のところまだステロイド緑内障の発症と相関する有意な遺伝子多型は検出されていない。平成21年度に施行したヒト培養線維柱帯細胞のデキサメサゾン添加によるメチル化状態の変化の網羅的に解析の結果を受けて、本年度にメチル化状態が変化した遺伝子の遺伝子発現量の変化をアジレント社のDNAチップを用いて検討し、両者の比較によってゲノムメチル化の影響をより詳細に検討した。さらにステロイド緑内障患者のDNAサンプルの収集に努めるとともに、ステロイド緑内障患者の線維柱帯切除術を施行する際に得られた組織切片を用いて、上述のメチル化状態の変化を認めた遺伝子のタンパクレベルでの発現を再検討した。また、ゲノムのメチル化と合わせて他のエピジェネティクス因子であるヒストンのアセチル化の影響を調べるため、あらかじめデキサメサゾン処理した培養線維柱帯細胞を脱アセチル化剤であるTSAと24時間反応させ、デキサメサゾン未処理のサンプルと合わせてデキサメサゾンの影響によるヒストンアセチル化によってその発現に影響を受ける遺伝子を網羅的に解析した。現在これらの結果から得られたステロイド緑内障発症とエピジェネティクスの影響に関連する遺伝子群について、組織学的な解析および遺伝子多型の影響を検討中である。また21年度は培養線維柱帯細胞としてセルラインを使用していたが、本年度は初代培養線維柱帯細胞を入手したため、実験データの再現性の確認も合わせて施行した。現在この初代培養線維柱帯細胞を用いたタンパク機能実験の系を確立している最中である。平成23年度は、ヒト培養線維柱帯細胞のデキサメサゾン添加によるメチル化状態の変化の網羅的に解析の結果を受けて、メチル化状態が有意に変化したRICS,RGS6,GPR126遺伝子の機能解析を施行した。GTPase調節因子であるR工CSは、デキサメサゾン添加により遺伝子のエクソン部位にメチル化が生じ、その発現量が減少していることが判明した。また7回膜通過型受容体であるGPR126遺伝子は、デキサメサゾン添加により遺伝子のエクソン部位に脱メチル化が生じ、その発現量が減少していることが判明した。さらにGTPase活性化因子であるRICSはCpGサイトがアイソフォーム1特異的エクソン上に存在し、エクソン上のCpGサイトのゲノムメチル化がスプライシングに影響し、RICSアイソフォーム1の発現量がデキサメサゾン添加により減少することを発見した。このことはヒト培養線維柱帯細胞のデキサメサゾン添加によるゲノムのメチル化状態の変化が単純な遺伝子発現の量的な調節にとどまらず、mRNAのスプライシングなど、遺伝子発現の質的な変化にも関係していることを示唆する所見と考える。また平成22年度に引き続き、ゲノムのメチル化と合わせて他のエピジェネティクス因子であるヒストンのアセチル化の影響を調べるため、あらかじめデキサメサゾン処理した培養線維柱帯細胞を脱アセチル化剤であるTSAと24時間反応させ、デキサメサゾン未処理のサンプルと合わせてデキサメサゾンの影響によるヒストンアセチル化によってその発現に影響を受ける遺伝子を網羅的に解析した。
肢体不自由児施設における被虐待児の段階的支援システムの解明

肢体不自由児施設において、専門職が、被虐待児に対して専門的支援を行う際に抱く困難がどのようなものかを質問紙調査した。その結果、多くの専門職は、子どもの心理面に関すること、家族に関すること、退所に関する支援に困難を感じていることが明かとなった。さらに、支援を行うための支援体制にも困難が存在しており、施設内外との協働の在り方を見直す必要があることが示唆された。本年度はまず、肢体不自由児施設で被虐待児に対して行われている支援内容とそれを提供する際に抱く困難感を専門職ごとに調査するための準備として、肢体不自由児施設における支援内容と、児童養護施設等で提供されている支援内容の文献のレビューと関連学会等において情報収集を行った。児童養護施設においては、心理職を中心とした愛着修復の立場からのプログラムが多く報告されていた。その方法としては、従来からの個別的心理療法に加えて、こどもの養育環境を心理治療的環境とする介入を行うことで、生活環境によって継続的に支援する重要性が明らかにされていることが分かった。肢体不自由児施設において、ケアワークにあたるのは、看護師、保育士、指導員といった専門職である。養護施設で行われている心理的治療環境を肢体不自由児施設で行う際には、まず現状に専門職により行われている支援内容を明らかにするとともに、それぞれの専門職が自らの役割、他専門職の役割をどのようにとらえているかを明らかにする必要があると考えた。その自らの役割についての認知と、他専門職に期待する役割の認知のずれを描きだすことで、肢体不自由児施設における課題が明らかになり、現在あるマンパワーを活用した相互に協力しあう関係を再考することが、可能となると考える。現在は、これらを踏まえ、「現状の支援内容」を把握するための質問紙を作成している。また、支援にあたる特にケアワーカーには、様々なストレス因子が存在することが明らかにされている。先行研究で明らかにされたストレス因子は、肢体不自由児施設の職員にも同様にあてはまるのか、専門職によって異なるのかを明らかにするために、これらを参考に「支援に際する困難」を明らかにする質問紙も作成中である。今後は、「現状の支援内容」と「支援に際する困難』をまず明らかにし、その結果により具体的な専門職の役割における認知を調査する方法を検討していく予定である。本研究の目的は、肢体不自由児施設(現医療型障害児入所施設)における被虐待児を対象とした支援システムの在り方を明らかにすることであった。肢体不自由児施設(現医療型障害児入所施設)において各専門職が、被虐待児にどのような支援を提供しており、その役割遂行にどのような困難感を抱き、他の専門職にどのような期待をもっているかを調査した。加えて、肢体不自由児施設(現医療型障害児入所施設)入所している児の行動特徴について、虐待を受けたこどもの行動チェックリスト(ACBL-R)を用いて調査を行った。調査は、全国の肢体不自由児施設(現医療型障害児入所施設)のうち同意の得られた18施設に勤務する被虐待児支援に携わった経験のある、医師、看護師、理学療法士、言語療法士、指導員、保育士、薬剤師、検査技師、心理士を対象とした。多くの専門職が困難を感じているのは、提供している支援のうち、特に家族に関する支援であることが明らかになった。特に、家族と連絡を取ること、家族と面接を行うこと、子どもと家族の仲介をすること、家庭療育を行う調整をすること、退所時や就職時の移行時期に家族と調整をすることに困難を感じる職員が多いことが分かった。被虐待養育における家族支援について、施設がもつ課題が存在することが示唆された。また、退所時や就職時には、児自身の準備を行うことにも困難さがあることが示されており、入所施設においては、入所中の療育に限らず、退所や施設移行、地域移行を見越した支援を行っていく必要があることが示唆された。遅れた理由のひとつは、調査を開始するにあたっての準備に十分な時間を割けなかったことである。そのため、調査の準備までを行い、調査を開始することができなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在は、「現状の支援内容」「支援に際する困難」を把握するための質問紙を作成中である。同時に、所属大学の倫理委員会に計画書を提出し、研究協力施設への依頼を行う予定である。
近現代華北地域における伝統芸能文化の総合的研究

本研究では、清代中期から現代に至る中国北方地域の伝統芸能を対象とし、(1)伝統演劇劇種の実態と変遷、(2)京劇・?子戯・皮影戯の相互影響関係と上演・受容の実態、(3)地域内および地域間の文化流通ネットワークの具体像と社会経済史的背景、の三点の解明を目的とした。まず皮影戯に関しては、陜西省を中心に数次の現地調査を行い、同省各地で現在行われている皮影戯・木偶戯をほぼ網羅した。インフォーマントへの聞き取り調査および上演は全て録画保存し、同時に文献資料・博物資料も収集し分析を行った。合わせて陜西省民間芸術劇院の楊飛氏らによる皮影戯関連の未公刊資料を『陜西皮影芸術』として出版し、陜西皮影戯研究の資料的環境を整えた。以上を通じ、陜西省における、皮影戯および他の伝統演劇・芸能間での、演目や音楽など文化流通のネットワーク、またそれを取り巻く社会経済的環境について明らかにした。京劇に関しては、民国期の上演資料の収集を行うとともに、従来から開発を進めている民国期京劇上演データベースの一環として、『全民報』など新聞資料からのデータ抽出を行った。また『清代燕都梨園資料』など関連文献のデジタル化を進めた。加えて民国時期の京劇の舞台や上演に関する日本やアメリカの従来知られていなかった資料を整理し、論考としてまとめた。以上により、民国期の京劇に対して西洋近代が与えた影響について、その一端を解明した。この他、北京で収集した1950から60年代を中心とする中央ラジオ局旧蔵の公文書・台本・映画関連資料など約730点を目録化し公開した。合わせて中華人民共和国のメディア政策と伝統演劇・芸能の関係に対し同資料の持つ価値について考察し、それを明らかにした。上記の出版した図書やインターネットWWW上で公開した資料に加えて、研究分担者、協力者が発表した論文は計24篇に上る。以上により前述の本研究の目的は達成しえたと考える。本年度においては、今後の研究遂行のための研究基盤確立を目標に、現地調査および各地の収蔵機関訪問調査を通じた資料収集活動を重点的に実施した。まず、6月上旬および7月下旬に国内研究会合を開催し、今年度の調査方針及び研究計画について策定を行い、これを受け7月から9月にかけて中国における現地調査を実施した。皮影戯・〓子戯に関しては、陝西の大茘碗碗腔老皮影社・安康道情皮影社・漢陰漢劇皮影社・旬陽道情皮影社を訪問し、上演状況の実態調査および文献資料の収集を進めるとともに、湖北省武当山における関連宗教施設の実地調査も行った。また京劇に関しては、北京において資料調査および現地研究者との意見交換を進めた。10月以降、皮影戯・〓子戯については収集した多数の映像資料の整理複製作業を行うとともに、各分野の担当者による分析作業を進め、上演実態や宗教施設の実地報告をはじめ、テキストの分析や歴史的背景の考察などを行った関連する八件の研究成果を雑誌論文の形式で発表した。また京劇に関しては、従来から構築を進めていた民国時期京劇上演データベースの充実と実用性の向上をはかるため、従来の入力済データの校正加工の作業を行うとともに、新たに『全民報』からのデータ抽出作業を開始した。また、1月に北京の中易中標社等を訪問し、今後のデータベース構築のための打ち合わせを行った。

以上の研究活動によって来年度以降のさらなる研究の深化へ向けた準備を完了するとともに、(1)伝統演劇劇種の実態と変遷、(2)京劇・榔子戯・皮影戯の相互影響関係と上演・受容の実態、(3)地域内および地域間の文化流通ネットワークの具体像と社会経済史的背景、の三点の解明を目的とする本研究の研究基盤を確立し得たと言えよう。研究期間の2年目である平成18年度は、研究の深化を目標に、初年度に収集した資料の整理・研究を進めるとともに、引き続き現地調査を通じて各地の劇団や機関を訪問、新たな資料の収集を行った。7月下旬に国内研究会合を行い、今年度の調査方針及び研究計画を策定、8月から9月にかけて現地調査を行った。今回は調査の重点を陝西省関中平野の周縁地域に置き、陝西の王雲飛皮影劇団・洛川民俗博物館・陝西省洛川県民間業余皮影芸術団・陝西省合陽線腔木偶劇団および河南の霊宝県道情皮影の老芸人をそれぞれ訪問、皮影戯と木偶戯に関する聞き取り調査と資料の収集を行った。また前年に引き続き、現地研究者と朕陝西皮影戯に関連する資料集の出版へ向けて打ち合わせ、編集作業を進めた。ほう子戯と京劇に関しても北京で資料調査を行った。10月以降、皮影戯・木偶戯については収集した資料を整理しつつ、歴史的背景や現状に関する考察を行い、研究成果をまとめた。京劇に関しては、担当者が個別に進める成果を発表したほか、従来から構築を進めている民国時期京劇上演データベースの充実をはかり、『全民報』・『順天時報』といった新聞や、『清代燕都梨園史料』など上演資料からのデータ抽出・整理の作業を行い、一部資料はweb上で公開した。12月には再び国内研究会合を開き、今年度の作業に関する整理と来年度に向けての打ち合わせを行った。上の過程で、5件の研究成果を雑誌論文として発表した。本研究の目的である、(1)伝統演劇劇種の実態と変遷、(2)京劇・ほう子戯・皮影戯の相互影響関係と上演・受容の実態、(3)地域内および地域間の文化流通ネットワークの具体像と社会経済史的背景、の3点の解明に対する研究の深化と、最終年度に研究成果をまとめるための準備を行い得たといえよう。研究期間の最終年度である平成19年度は、最終的な成果の取りまとめとして以下のような活動を行った。4月上旬に国内研究会合を行い、今年度の調査方針及び研究計画を策定、8月から9月にかけて現地調査を行った。前回同様、今回も調査の重点を陝西省関中平野の周縁地域に置き、西安の王雲飛皮影劇団・西安徳慶皮影社、千陽の千陽灯蓋頭碗碗腔皮影演出団、商洛の商州堆区文化館・商洛白家山村皮影楽隊・商洛磨溝村皮影戯隊、周至の周至県西秦木偶皮影芸術団をそれぞれ訪問、皮影戯と木偶戯に関する聞き取り調査と資料の収集を行った。また前年に引き続き、陝西皮影戯に関連する資料集の出版についての打ち合わせを現地研究協力者と行い、編集作業を進めた。?子戯と京劇に関してはこれまでに収集した文献の考察を行なうとともに、北京において補完的な文献資料調査を行った。10月以降、収集した資料を整理しつつ歴史的背景や現状に関する考察を行い、各自研究成果をまとめた。12月には再び国内研究会合を開き、今年度の作業に関する整理に向けての打ち合わせを行った。そして2008年3月にこれまでの研究成果を報告書に纏めた。なお、上の過程で雑誌論文9点および資料として図書1点を研究成果として発表した。本研究の目的は、(1)伝統演劇劇種の実態と変遷、(2)京劇・?
ILー6遺伝子導入による生体内T細胞分化調節機構及び抗原特異性獲得機構の解析

1.ILー6による生体内T細胞分化調節機構の解析;ヒトILー6 cDNAをマウス・レトロウィルス・ベクタ-,pM5Gneoに組み込み、低免疫原性腫瘍RL♀γにtransfectした。このtransfectant腫瘍を同系マウスにi・p投与し、著明な延命効果及び約50%の完全治癒率を認めた。この効果はtransfectantより産生されるILー6量に相関した。さらに、この低免疫原性腫瘍に対して特異的なCD4^-8^+キラ-Tが治癒マウスよりin vitro及びin vivoの系で分化誘導された。(正常マウスからは誘導されない。)2.さらにモノクロ-ナル抗Lyt2.2抗体を大量生体内投与し前処置したBalb/cマウスにtransfectant腫瘍を投与すると抗腫瘍効果は抑制された。一方,抗Lyt2・1抗体処置マウスではこの抑制効果は認められなかった。この結果よりILー6 cDNAーtransfectantによる抗腫瘍効果はCD8^+キラ-Tの生体内分化を介して発揮されることが示された。さらに、他の低免疫原性腫瘍,RL♂2T,transfectant(ILー6 cDNA導入)を用い同様の結果を得た。したがって,本法は種々の低免疫原性腫瘍に対する強力なキラ-T分化誘導機構解析に有用である。3.T細胞レセプタ-を発現していない胎児マウス胸腺CD4^-8^-T細胞からはin vitroのILー6+ILー2刺激により抗原非特異的なキラ-Tが出現する。一方、adultヒト及びマウスCD4^-8^-胸腺T細胞からは抗原+ILー6+ILー2刺激により、抗原特異的キラ-Tが誘導される結果を得た。さらに、モノクロ-ナル抗ヒトILー6レセプタ-(R)抗体,PM1,及びILー6R_<ーgp>120に対する抗体,AM64,を用いキラ-Tの分化が抑制された。すなわち,ILー6はキラ-T分化に必須な因子の一つであることを明らかにした。さらに,抗マウスILー6R抗体を用いてマウス・キラ-T分化においても同様の結果を得た。これらのILー6R抗体を用いて抗原特異性獲得機構を解析中である。
触覚受容器の動特性に着目した能動触センシングの力学的解釈

本研究は,ヒトの能動的触覚センシングの基本原理を明らかにする.特に,機械受容器とその周辺構造からなるセンサ系の力学特性が動的条件下においていかに機能するのかを明らかにする.機械受容器と皮下構造については,皮膚の材質と幾何学構造に基づくモデルにより表皮変形から受容器伸展までを数学的に表した.同モデルは筋紡錘へと拡張し,閾値以下の外乱による感覚運動制御機能向上法へ展開した.さらに,知覚と指先動作との関係を調べ,センサの動特性を考慮した触覚フィードバック系として作業座標系のP-SD制御則を得た.また,人体パラメータ推定法とあわせ,ヤコビ行列を用いたSMA拮抗駆動系制御および予測制御へと展開した.本研究は,ヒトの能動的触覚センシング原理を明らかにすることである.特に,機械受容器とその周辺構造からなるセンサ系の力学特性が動的条件下においていかに機能するのかを明らかにする.はじめに,皮膚構造と触覚受容器からなるセンサ系の動特性を考慮した指先の制御原理を解析する.次に対象を筋空間でのセンサ系へと展開し,上腕や下肢の運動をタスクとした運動制御特性の解析と実験的検証を進める.平成23,24年度は,指先皮下の機械受容器とその周辺構造のモデルを導出し力学特性を考察した.次に,研究対象を筋空間でのセンサ系へと展開し,人体の骨格筋構造のモデル化とパラメータ推定に取り組んだ.骨格筋構造に関する制御原理は,拮抗筋の内力を利用した筋張力の制御法として人工筋(SMAアクチュエータ)を利用した腱駆動ロボットを用い,位置制御,インピーダンス制御等に関してむだ時間を有する強い非線形系における制御原理の機能的検証がなされた.また,繰り返し学習制御とパラレルワイヤ駆動装置を利用した人体のパラメータ推定法を展開した.さらに,上腕や下肢運動における知覚と運動特性の解析を進めた.平成24年度からは,片足立ち姿勢制御を例に基礎実験と解析を進めた.従来までの成果では,足裏の機械受容器に無意識下で機械ノイズを印加すると,SRの効果により姿勢制御機能が向上することが確認されている.このことは前述の皮膚構造モデルからも考察できる.平成24年度は,無意識下で筋が受ける外乱の作用を調べることにより,筋のセンサ系が能動/受動運動に際していかに機能するのかについて調べた.さらに,上肢による目標軌道追従動作を題材とし,軌道追従時の予測機能を調べた.ここでは,簡便な制御モデルとして,骨格筋等の身体特性を考慮したモデル予測制御系を構築し,数値シミュレーションによる検証をおこなうとともに,タブレット操作タスクを例に実証を進めた.本研究では,ヒトの能動的触覚センシング原理に関し,機械受容器と皮膚構造からなるセンサ系が動的条件下でいかに機能するのかを明らかにする.平成23,24年度の成果では,受容器と皮膚構造の動特性の非線形性により,弱い刺激に高感度で強い刺激に対して低感度であり広い刺激帯域を有すること,感度帯域は外圧により可変であることをモデルと実験により示した.また,閾値未満の外乱を筋紡錘へ与えることで姿勢制御能が向上するとの知見を得た.さらに,運動制御系の導出と人工筋を用いた工学的応用を進めた.25年度の実績は以下に要約される.1)触知覚と皮膚構造モデルについては,皮膚変形から伸縮による発火までのモデルを得る.その後,知覚と指先動作との関係を調べ,触覚情報を考慮した運動制御系を得た.得られた制御系は,皮膚センサによる観測速度を指先の非線形な動特性を介して伝達するもので,作業座標系のP-SDサーボ系の構造を有する.ここでは,提案制御系の有効性と学習制御系と統合した運動生成機構について解析され,拡張を進めている.2)人工骨格筋の運動制御では,前年構築したヤコビ行列を用いた骨格筋制御系を拡張し,予測作用を考慮した制御モデルの解析を進めた.さらに,人体のパラメータ推定結果を用い,これらを知覚運動モデルへ統合することで前述の実験結果を検証した.本結果は,力触覚呈示装置の構築と機能評価へ応用され,柔軟な表層を有する呈示装置に関し,呈示作用の有用性を示し機能拡張を実現した.3)骨格筋系の運動制御機能については,繰り返しなぞり運動を例にセンサ系が能動/受動運動に際していかに機能するのかを調べた.このとき,触覚受容器系の非線形な動特性が運動制御系へ寄与し,高摩擦面等の指先負荷が大きく大変形を伴う場合でも,感覚情報は発散等せずに帰還され,繰り返し試行後には安定した運動軌道が得られることを示し,解析を進めている.本研究は,ヒトの能動的触覚センシングの基本原理を明らかにする.特に,機械受容器とその周辺構造からなるセンサ系の力学特性が動的条件下においていかに機能するのかを明らかにする.機械受容器と皮下構造については,皮膚の材質と幾何学構造に基づくモデルにより表皮変形から受容器伸展までを数学的に表した.同モデルは筋紡錘へと拡張し,閾値以下の外乱による感覚運動制御機能向上法へ展開した.さらに,知覚と指先動作との関係を調べ,センサの動特性を考慮した触覚フィードバック系として作業座標系のP-SD制御則を得た.また,人体パラメータ推定法とあわせ,ヤコビ行列を用いたSMA拮抗駆動系制御および予測制御へと展開した.本研究の目的は,ヒトの能動的触覚センシングについて,その原理を明らかにすることである.