hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動による骨格筋肥大におけるリボソーム合成活性化の役割

運動・トレーニングによる骨格筋肥大におけるリボソーム生合成の役割について、ラット骨格筋を用いて調べた。筋肥大率を段階的に調節可能な代償性肥大モデルにおいて、筋肥大率とリボソーム量およびrRNAの転写因子であるUBFの発現量の間に強い相関が認められた。筋力トレーニングモデルにおいては、トレーニング6週間後における筋肥大率とリボソーム量の間に強い相関が認められた。一方、トレーニングによるリボソーム量の増加は、トレーニングの初期段階で起こり、mTORシグナル伝達系活性、タンパク質合成とは異なる経時変化を示した。本結果は、トレーニング刺激によってリボソーム量がダイナミックに変化することを示唆する。本課題は、運動・トレーニングによる骨格筋肥大のメカニズムにつき、タンパク質合成における翻訳能力の調節、特にリボソーム生合成の活性化に焦点を当てて解明を試みることを目的とする。平成27年度の研究により、以下の成果を得た:1)筋肥大率を段階的にコントロール可能なラット代償性肥大モデルにおいて、筋肥大率はmTORシグナル伝達系の活性化(p70S6Kなどのリン酸化)や筋線維核数の増加に比べ、リボソーム量(rRNA量)とより強い相関を示した(Nakada et al., PLoS ONE, 2016);2)アクチノマイシンDの投与によってリボソーム生合成を阻害すると、筋肥大率とリボソーム量が平行して低減した;3)リボソーム生合成に必要なrRNAの転写活性化に重要な転写因子であるUBF(Upstream Binding Factor)のタンパク質量は、筋肥大率およびrRNA量との間に強い相関を示した;4)等尺性収縮を用いたラットトレーニングモデルにおいて、刺激量の増大に依存しタンパク質合成量とリボソーム量がともに増加した;5)同モデルにおいても、刺激量の増大に伴うmTORシグナル伝達系の活性化とタンパク質合成量の増加は必ずしも一致せず、タンパク質合成が一定レベルに飽和した後にもmTORシグナル伝達系の活性が上昇し続ける現象が観察された。これらの結果から、運動・トレーニングによるタンパク質合成と筋肥大は、リボソームにおける翻訳活性化(翻訳効率)とリボソームそのものの量(翻訳容量)の両者によって調節されているが、タンパク質合成および筋肥大の上限を規定する要因としてはリボソーム量がより重要な役割を果たしていることが示唆される。今後は、mTORシグナル伝達系の活性化、リボソーム合成、タンパク質合成・分解の時系列変化、長期的トレーニングの効果などにつき検討を加える予定である。平成27年度には主に、筋肥大率をコントロール可能な代償性筋肥大モデルを用いて研究を行い、上述のような成果を得た。すなわち、mTORシグナル伝達系による翻訳効率の増大は、筋肥大のために必要な要因ではあるが、筋肥大の程度の調節にはリボソーム量(翻訳容量)が重要であることが明らかとなり、この点は全く新しい知見といえる。一方、このモデルは、常時大きな力学的負荷が筋に作用し続ける、短期間のうちに大きな肥大効果を示す、などの点で、運動・トレーニングによる刺激とは異なる特徴をもつ。また、リボソーム量の増大と、タンパク質合成の活性化との間の因果関係を調べる上で、アクチノマイシンDによるリボソーム生合成の抑制実験のみでは不十分であり、より生理的な条件のもとでの実験を行う必要がある。そのため、本課題では当初より、ラット用ダイナモメータ上で電気刺激による筋収縮を行わせるトレーニングモデルの使用を計画している。このモデルを用いることにより、mTORシグナル伝達系の変化、リボソーム生合成、タンパク質合成のそれぞれの時系列的変化を捉えることが可能と考えられる。その第1段階として、負荷する運動容量(発揮筋力の時間積分×収縮回数)と、運動負荷6時間後の時点での上記3要因の関係を調べ、上記4)および5)に示す結果を得ることで、28年度の研究計画の実施に向けた基盤を作ることができたと評価される。平成28年度の研究では、主にmTORシグナル伝達系の活性化とリボソーム合成の時系列的変化について調べた。基本的な実験方法としては、ラット腓腹筋に50回の等尺性最大収縮を起こさせる筋力トレーニングモデルを用い、3回/週の頻度でトレーニング刺激を負荷した。対照群、1-bout群、2-bout群、3-bout群、6-bout群、18-bout群の6群に分け、それぞれ最後のトレーニング刺激より3,6,48時間後に筋をサンプルし、リボソーム量(rRNA量およびリボソームタンパク量)、mTORシグナル伝達系の活性化、UBFのリン酸化などの経時的変化(開始1日後6週間後)を調べた(6×3群、それぞれN=5)。その結果、以下が明らかとなった:1)トレーニング6週間後における筋湿重量とrRNA量との間に強い正の相関があること;2)同様に、rRNA量とリボソームタンパク質(rpS6)の間にもきわめて強い相関があること;3)トレーニング開始後比較的初期のうちに(1週間)rRNA量は最大値を示し、以後増大しないこと;4)トレーニング刺激3時間および6時間後のmTORシグナル伝達系活性は、1 bout後に最大値となり、以後同様の値をとること;5)トレーニング刺激を与えて48時間後にUBFのリン酸化が増大すること;6)トレーニング開始初期(1週間)において、UBFのリン酸化の程度とrRNA量との間に強い正の相関が見られること。

これらの結果から、リボソーム生合成の活性化はトレーニング初期の段階で起こり、後続(中期後期)のタンパク質合成の需要増大に備えるプロセスであることが示唆された。平成27年度には主に、筋肥大率をコントロール可能な代償性筋肥大モデルを用いたが、平成28年度はより生理的条件に近い、ラット筋力トレーニングモデルを用いて実験を行った。結果として、mTORシグナル伝達系による翻訳効率の増大は、筋肥大のために必要な要因ではあるが、リボソーム量(翻訳容量)も比較的初期の段階で増加することが明らかとなり、この点は全く新しい知見といえる。リボソーム量の増加は、筋肥大のための翻訳容量が頭打ちになって起こる現象ではなく、むしろ継続的な筋肥大に備えるための初期段階での反応とみなすことができる。一方、28年度に達成しきれなかった点としては、UBF以外にrRNAの転写活性化に関与すると考えられるc-mycなどの初期転写因子の変化を捉えきれなかったことが上げられる。その原因として、タンパク質量の定量の精度に問題があると考えられたので、29年度にはRT-PCRを用いた定量化を中心に補足的な実験を行う予定である。また、リボソーム量の経時的変化については十分なデータを得られたが、リボソーム量の増加が、実際のタンパク質合成量にどのように関連しているかは全く不明であり、29年度にはこの点の解明を中心に研究を進める予定である。本課題は、運動・トレーニングによる骨格筋肥大のメカニズムにつき、リボソーム生合成の活性化に焦点を当てて解明を試みることを目的とする。平成28年度までの研究から、筋肥大の程度がリボソーム量に強く依存すること、UBFのリン酸化を介したリボソーム生合成の活性化がトレーニングの初期(3 bout目までの間)に起こることなどが判明した。平成29年度は、同様のラット筋力トレーニングモデル系を用い、主にタンパク質合成(SUnSET法)、リボソーム量、翻訳活性化因子の間の関係につき調べた。基本的なプロトコルとして、対照群、1B群(5セット/boutのトレーニング刺激を負荷)、3B群(1日おきに計3 bouts)に分け、それぞれ最後のトレーニング刺激から6時間後に筋をサンプルした。結果は以下のとおり:1)タンパク質合成速度は、1B群、3B群で有意に増加したが(ともに2倍程度)、1B群、3B群で差がなかった;2)rRNA量は1B群では増えず、3Bでのみ増加した;3)翻訳活性化に関わるmTORシグナル伝達系では、p70S6K、rpS6、4EBP1のリン酸化フォームが、1B、3Bのいずれでも増加したが、3Bでは1Bに比べて低値であった;4)20セットを1bout行う群(1B-20S)と、3 boutsのうちの最後のboutのみ20セット行う群(3B-20S)に分けて調べたところ、タンパク質合成およびrRNA量は3B-20S>1B-20Sとなり、mTORシグナル伝達系活性は3B-20S=1B-20Sとなった。
糖鎖抗原を介した口腔癌細胞の転移機序の解析

癌細胞が転移するための重要なステップである癌細胞と内皮細胞との接着に着目し、内皮細胞上に発現するE-セレクチンとそのリガンドで、癌細胞上に発現される糖鎖抗原シアリルルイスA(sLe^a)が口腔扁平上皮癌のリンパ節転移と相関することを免疫組織学的に見い出した。次に、マウスによる癌転移実験モデルを用いたin vivoの実験においてsLe^aの関与を証明すること試みた。(1)FACSにて口腔扁平上皮細胞株8種のsLe^aおよびシアリルルイスX(sLe_x)の発現の解析を行うと、sLe^xは全ての細胞株において軽度の発現が認めらたが、sLe^aは2株において高度発現が認められたのみで、他の細胞株では全く発現が認められなかった。(2)sLe^a陽性またはsLe^a陰性の8株をSCIDマウスの尾静脈から細胞数5×10^5を注射し、4週間後に屠殺して肺への転移を調べた。sLe^aを発現していない6株は肺に転移巣を形成しなかったが、sLe^aを高度に発現していた2株は共に90%の頻度で肺に転移していた。(3)この2株をsLe^xおよびsLe^aの中和抗体でそれぞれ処理した後、SCIDマウスの尾静脈から注射し再度肺への転移を調べると、sLe^xの中和抗体で処理したマウスでは肺への転移を抑制できなかったが、sLe^aの中和抗体で処理した場合は、それぞれ転移頻度は40%と0%に低下していた。現在、癌細胞がsLe^aを発現する原因として合成酵素の発現とその抑制効果をin vitroの実験系にて証明することを試ている。(1)癌細胞におけるフコース転移酵素およびシアリル転移酵素の発現を、ノーザンブロット法にて解析している。(2)フコース転移酵素およびシアリル転移酵素のアンチセンスヌクレオチドを作成し、癌細胞に導入し、癌細胞の血管内皮細胞(HUVEC)との接着実験を試みている。以上のことから、口腔癌の転移にsLe^aは重要であり、sLe^aを効率よく抑制する方法を現在も解析中である。癌細胞が転移するための重要なステップである癌細胞と内皮細胞との接着に着目し、内皮細胞上に発現するEセレクチンとそのリガンドで、癌細胞上に発現される糖鎖抗原シアリルルイスA(SLe^a)が口腔扁平上皮癌のリンパ節転移と相関することを免疫組織学的に見い出した。これをマウスによる癌転移実験モデルを用いたin vivoの実験において証明することを試みた。(1)FACSにて口腔扁平上皮細胞株8種のSLe^aおよびシアリルルイスX(SLe^x)の発現の解析を行うと、SLe^xは全ての細胞株において軽度の発現が認められたが、SLe^aは2株において高度発現が認められたのみで、他の細部株では全く発現が認められなかった。(2)SLe^a(+)またはSLe^x(+)の6株をSCIDマウスの尾静脈から細胞数5×10^5を注射し、4週間後に屠殺して肺への転移を調べた。SLe^aを発現していない4株は肺に転移巣を形成しなかったが、SLe^aを高度に発現していた2株は共に90%の頻度で肺に転移していた。(3)この2株をSLe^xおよびSLe^aの中和抗体でそれぞれ処理した後、SCIDマウスの尾静脈から注射し再度肺への転移を調べると、SLe^xの中和抗体で処理したマウスでは肺への転移を抑制できなかったが、SLe^aの中和抗体で処理した場合は、それぞれ転移頻度は40%と0%に低下していた。このことからSLe^aが口腔扁平上皮癌の転移に重要な役割を果していることが示唆された。

(1)癌細胞におけるフコース転移酵素およびシアリル転移酵素の発現を、ノーザンブロット法にて解析している。(2)フコース転移酵素およびシアリル転移酵素のアンチセンスヌクレオチドを作成し、癌細胞に導入し、癌細胞の血管内皮細胞(HUVEC)との接着実験を試みている。以上のことから、口腔癌の転移にsLe^aは重要であり、sLe^aを効率よく抑制する方法を現在も解析中である。
骨再生治療に適用するマグネシウム基複合材料の創製とその超塑性マイクロ加工

本研究ではこれまでに、リン酸三カルシウムの粒子が分散したマグネシウム合金基複合材料を開発することができている。今年度は計画どおりに、この開発材を使ったマイクロ加工を検討した。まず、マイクロ加工の金型の検討と、この金型初期案によるマイクロ加工から着手した。マイクロ加工の金型の初期案では、マイクロ加工の最中に金型の変形が起こってしまい、外観上、良好なマイクロ加工体を得ることができなかった。一方、マイクロ加工の加工条件(加工温度など)として、超塑性という高延性を発現させる変形機構が働く条件をうまく設定することができるように、変形にともなう組織変化の観点からも加工条件を検討することとした。円柱試験片を使っての模擬的な加工を開発材に対して付与し、FE-SEM/EBSDを用いて加工にともなう組織変化を詳細に評価した。解析の結果、初期に形成されたいた集合組織は、変形後には顕著に弱化しており、かつ結晶粒成長が起こっていることが確認された。これらの組織変化は超塑性変形にともなう変化と良く合致している。すなわち、昨年度に確認していた高い二次加工性は、開発材が超塑性的に振舞うことで達成できていたことが明らかになった。金型の初期案における加工時の変形荷重などを考慮すると、加工条件(加工温度など)は適切であると判断するに至った。そこで、適切な材料流動になるような金型に設計変更したところ、良好なマイクロ加工体を得ることができた。当初の計画では、開発した複合材料のマイクロ加工とマイクロ加工品の特性評価を予定していた。マイクロ加工品の創製は成功したが、マイクロ加工用金型の設計見直しにより予定した時期よりも若干遅れが生じた。マイクロ加工用金型の設計見直しの結果、マイクロ加工品の特性評価の検討が完了できていない。このため、来年度も評価を継続することで、このマイクロ加工品の特性評価の検討を行う。怪我や病気で骨に大きな欠損を負った場合、骨再生治療が必要となる。本研究では、まず、この骨再生治療で用いられる骨補填材の素材としての利用を想定した生体吸収性セラミックを分散したマグネシウム合金基複合材料の作製を試みた。このような複合材料の生体内での挙動に影響を及ぼす要因として母相中のFeやNiなどの不純物元素が考えられる。しかしながら、これまで不純物の影響まで考慮して複合材料作製や得られた複合材料の評価が行われていない。そこで、3種類のマグネシウム粉末(市販の純マグネシウム粉末、Mg-Ca合金のアトマイズ粉末、Mg-Ca合金の粉砕粉末)を原料として用いた複合材料を作製し、不純物含有率の評価から着手することとした。不純物含有率は蛍光X線分析により定量した。市販の純マグネシウム粉末を原料とした場合には、押出し加工によって固化した後でもFe、Ni、Cuなどの含有率は低く抑えられていた。Mg-Ca合金のアトマイズ粉末を原料とした場合には、押出し加工によって固化した材料においてFe、Niなどの含有率が高かった。原料粉末作製時の混入に起因すると推測された。Mg-Ca合金の粉砕粉末はMg-Ca合金の鋳塊をスタート材として自作した。押出し加工によって固化した複合材料においてFe、Niなどの含有率が大幅に増加していることが判明した。例えば、Feの母相における含有率は粉砕前の鋳塊で30ppm以下であったのに対して、粉砕後に固化した後では1000ppmを超えるまでに増加していた。初年度において、概ね計画どおりに生体セラミック分散複合材料を作製する技術的な知見が得られ、さらに原料となるマグネシウム粉末の不純物含有率評価まで行うことができた。このため概ね順調に進展していると判断する。本研究ではまず、この骨再生治療で用いられる骨補填材の素材としての利用を想定した生体吸収性セラミックを分散したマグネシウム合金基複合材料の作製から着手する。今年度はリン酸三カルシウムが分散したマグネシウム合金基複合材料を、マグネシウム合金粉末とリン酸三カルシウム粉末をスタート材として、これらの混合粉末を押出し加工によって固化することで得た。初年度に検討したマグネシウム粉末は不純物鉄の含有率が高かったことが判明し、この点を克服したマグネシウム粉末を用いた。マグネシウム合金としてはカルシウムを添加した合金を選択した。混合粉末を適切な条件下で押出し加工することにより、マクロ的な欠陥のない複合材料を得ることができた。計画どおりに、得られた複合材料の組織・物性評価や二次加工性評価を行った。得られた複合材料に関してX線回折によって結晶相の評価を行ったところ、マグネシウム相とリン酸三カルシウム相のみから構成されることがわかった。このことから複合材料の作製過程で化学変化が起こっていなかったことが示された。室温における引張耐力と圧縮耐力はいずれも300 MPaを超え、しかもマグネシウム合金の押出し材でしばしば発生する引張耐力と圧縮耐力の大きな違い(非対称性)もほとんどなかった。高温での圧縮試験によってこの複合材料の二次加工性を評価したところ、変形応力は高いひずみ速度感受性指数を示し、良好な加工性が示唆された。今年度は、初年度の知見を元に、ほぼ計画どおりにリン酸三カルシウムが分散したマグネシウム合金基複合材料を作製し、得られた複合材料の組織・物性評価や二次加工性評価を行うことができた。

本研究ではこれまでに、リン酸三カルシウムの粒子が分散したマグネシウム合金基複合材料を開発することができている。今年度は計画どおりに、この開発材を使ったマイクロ加工を検討した。まず、マイクロ加工の金型の検討と、この金型初期案によるマイクロ加工から着手した。マイクロ加工の金型の初期案では、マイクロ加工の最中に金型の変形が起こってしまい、外観上、良好なマイクロ加工体を得ることができなかった。一方、マイクロ加工の加工条件(加工温度など)として、超塑性という高延性を発現させる変形機構が働く条件をうまく設定することができるように、変形にともなう組織変化の観点からも加工条件を検討することとした。円柱試験片を使っての模擬的な加工を開発材に対して付与し、FE-SEM/EBSDを用いて加工にともなう組織変化を詳細に評価した。解析の結果、初期に形成されたいた集合組織は、変形後には顕著に弱化しており、かつ結晶粒成長が起こっていることが確認された。これらの組織変化は超塑性変形にともなう変化と良く合致している。すなわち、昨年度に確認していた高い二次加工性は、開発材が超塑性的に振舞うことで達成できていたことが明らかになった。金型の初期案における加工時の変形荷重などを考慮すると、加工条件(加工温度など)は適切であると判断するに至った。そこで、適切な材料流動になるような金型に設計変更したところ、良好なマイクロ加工体を得ることができた。当初の計画では、開発した複合材料のマイクロ加工とマイクロ加工品の特性評価を予定していた。マイクロ加工品の創製は成功したが、マイクロ加工用金型の設計見直しにより予定した時期よりも若干遅れが生じた。初年度において、原料となるマグネシウム粉末の選択次第で、複合材料における不純物(FeやNiなど)含有率が大きく異なることが明らかになった。この知見を元に、当初計画どおりに生体吸収性セラミックを分散したマグネシウム合金基複合材料を作製し、複合材料の組織・物性評価や二次加工性評価を行う。これと並行して超塑性マイクロ加工金型用材料の調製を摩擦攪拌プロセスを利用して行うことに着手する。初期の計画どおり良好な加工性を期待できる複合材料が作製できたため、この複合材料を被加工材としてマイクロ加工を試みる。得られたマイクロ加工品の表面品質や内部組織を評価して、骨補填材の素材として適用できうるか検討を進める。マイクロ加工用金型の設計見直しの結果、マイクロ加工品の特性評価の検討が完了できていない。このため、来年度も評価を継続することで、このマイクロ加工品の特性評価の検討を行う。原料の準備のための費用を抑制することができたため。(理由)原料の準備のための費用を抑制することができたため。(使用計画)成果発表のための旅費や論文投稿費用として有効に使用する計画である。
水環境中の未知ウイルス発見のための選択的メタゲノム解析技術の開発

本研究は効率的な新興病原ウイルスの発見に適した検出手法の開発を目標とした。下水中のウイルスゲノム群から解析対象のゲノムのみを選択的に回収し,次世代シーケンシング法によりその塩基配列を決定することで,下水中の存在量が低いウイルスであってもゲノム解析を可能にする手法を開発した。また,下水中のウイルスを対象としたメタゲノム解析を行い,得たほとんどの配列がデータベースに近縁配列がないことを確認した。メタゲノムで得た塩基配列で得た塩基配列をもとに,未知のウイルスによると考えられるコンティグを作成し,その配列を持つウイルスゲノムが国内下水に常在する可能性を示した。本研究の目的は下水等の環境試料に存在する未同定ウイルスの解析を可能とする選択的メタケゲノム解析技術の開発である。この目的を達成するため平成27年度は,1.ウイルスゲノム群から検出対象ウイルスゲノムを選択的に回収する手法と,2.回収したウイルスゲノム全長を非特異的に増幅する手法の2つの技術開発における基礎的検討を行った。1.では末端をビオチン修飾したプローブ(キャプチャープローブ)を検出対象ウイルスゲノムにハイブリダイゼーションさせ磁気ビーズで回収する手法である。キャプチャープローブの設計(対象ウイルスゲノムへの特異性と結合力),ハイブリダイゼーション条件(プローブ濃度,温度,バッファー,時間),および回収ビーズから非対象ウイルスゲノムを洗浄する方法について,各条件におけるモデルウイルス(ポリオウイルスワクチン株)の回収率から最適条件を決定した。プローブ設計ではキャプチャープローブに加えて4種のヘルパープローブ(キャプチャープローブの結合部位周辺に結合するプローブ)を加えることで回収率を顕著に上昇させることができた。さらに本手法を下水試料に適用したところ,対象ウイルスゲノムをその存在量によらず高い回収率で回収可能であったことから,様々なウイルスゲノムが存在する試料から対象ウイルスゲノムを効率的に回収する最適化手法の確立に成功したと言える。2.について,回収したウイルスゲノムの全長を次世代シーケンシンサー(NGS)に供するための増幅手法を検討した。増幅方法として3手法を検討した結果,ランダムプライマーを用いてある決まった範囲の断片を増幅する手法がウイルスゲノムの全長をカバーし,かつNGSから得られる配列のクオリティーが高い最適な手法であった.なお,本検討ではNGSにGS Juniorシステムを使用したが,他のNGSにおいても同様の結果が得られると考えられる。研究実施計画では,テーマ1および2についての研究を主に進めることとしていた。テーマ1についてはプローブを用いたウイルスゲノム回収法について,モデルウイルスを用いた条件検討を行うこととしており,これは予定通り完了した。また開発した手法を採取した流入下水試料に対して試験し,十分な回収率を上げることができた。次にテーマ2については,ゲノム断片を非特異的に増幅する3つの手法を評価し,ランダムプライマーを用いて増幅する手法が最適であるという結果を得た。それぞれ研究計画に沿って進展しており,順調に進展していると判断した。昨年度検討した+鎖RNAウイルスゲノムの全長を非特異的に増幅する技術を用いて,流入下水中のウイルスメタゲノム解析を実施した。その結果,ヒトに感染するウイルス由来の塩基配列は全体の5ー8%(全ウイルス由来の塩基配列数の62-74%)で検出され,本技術を用いない場合より40-1000倍の効率であった。また,ノロウイルスやサポウイルスはその流行期(冬季)に最も高い割合で検出された。定量PCR法による調査結果も同様であったことから,本技術を用いたメタゲノム解析により,下水中ウイルスの存在を定量的に評価できることが示唆された。さらに,ノロウイルスは全塩基長の96%を占める塩基配列を得ていたことから,本手法により環境試料(下水)においてもウイルスゲノム全体の非特異的増幅が可能であることがわかった。したがって,下水中のウイルスゲノム群から検出対象(未同定ウイルス)のゲノムを選択的回収するための十分な塩基配列を得ることが可能であると考えられた。また,下水処理プロセスにおけるファージやウイルスの遺伝的多様性を調べるために,初沈汚泥,活性汚泥,余剰汚泥および嫌気性消化汚泥のサンプルを採取し,DNAおよびRNAウイルスを対象としたメタゲノム解析を行った。解析に先立って細菌を対象とした微生物群集構造解析を実施し,群集構造として特異なサンプルではないことを確認した。試料中のファージ・ウイルス様粒子を集積し,核酸抽出後MiSeqを用いたメタゲノム解析に供した結果,DNAウイルスとRNAウイルスの塩基配列をそれぞれ100-200万リード得た。しかし,消化汚泥試料から得た配列を用いてBLASTによる相同性検索を行ったところ,既知のウイルスには100-200リードとごくわずかしかヒットしなかったことから,試料に存在したウイルス・ファージの大部分が未知であることがわかった。昨年度計画していた研究はおおむね完了しており,順調に進展していると判断した。一部の項目(例えばウイルスゲノムの選択的回収の実試料への適用)において遅れがみられるが,逆に環境試料からのウイルスゲノム配列の取得や解析は本来平成29年度に行う項目を前倒しして進めている。解析の結果本研究で開発する技術を適用する意義が高いことが見いだされており,研究の先が見通せたという点でも重要な知見を得る事ができている。本研究で開発した特定の配列を持つRNAウイルスゲノムを選択的に回収する手法を下水試料中のF特異RNA大腸菌ファージ(F-RNAファージ)に適用し,回収効率を評価した。

F-RNAファージI群のゲノムに結合するキャプチャープローブ,ヘルパープローブを設計し,最適化した実験条件に置いて国内の都市下水等に適用したところ,70%程度の回収率を得た。本手法は検出対象外のRNAを除去するのが主目的であるが,同時に対象RNAを高効率で回収できることが示された。昨年度採取した流入下水試料6試料に対し,一本鎖プラス鎖RNAウイルスを対象としたメタゲノム解析を行った。MiSeqでのシーケンシングで得た配列より試料ごとにコンティグを作成し,BLASTn検索により既知のウイルスに由来する配列を除去した結果,1試料あたり4-27のコンティグを得た。複数の試料に由来する配列を統合するためさらに解析を行い,データベースに近縁配列を持たない7つのコンティグを得た。これらの配列は下水に存在する未知の一本鎖プラス鎖RNAウイルスに由来すると考えられる。得た配列のいくつかは近年新しいピコルナ様ウイルスとして報告された配列に類似度は低いものの似ており,今回得られた配列も同様の分類に属する可能性がある。すなわち,国内の下水には未知のピコルナ様ウイルスが多数存在しており,今回の解析でその一部を検出したと考えられる。さらに,得たコンティグの1つについて,PCR法で検出するためのプライマーを設計して下水試料からの検出を試みたところ,すべての下水試料から増幅産物を得た。これは,このようなウイルスが国内の下水中に常在している可能性を示している。本研究は効率的な新興病原ウイルスの発見に適した検出手法の開発を目標とした。下水中のウイルスゲノム群から解析対象のゲノムのみを選択的に回収し,次世代シーケンシング法によりその塩基配列を決定することで,下水中の存在量が低いウイルスであってもゲノム解析を可能にする手法を開発した。また,下水中のウイルスを対象としたメタゲノム解析を行い,得たほとんどの配列がデータベースに近縁配列がないことを確認した。メタゲノムで得た塩基配列で得た塩基配列をもとに,未知のウイルスによると考えられるコンティグを作成し,その配列を持つウイルスゲノムが国内下水に常在する可能性を示した。平成27年度は順調に研究を進めることができた。平成28年度も同様に研究計画に従い,テーマ1および2の研究を中心に進める。また,テーマ3についても取り組む。現状研究遂行上の問題は見られないが,今後実環境試料(流入下水など)に怪異初した手法を適用し,メタゲノム解析を行うにあたり,特にメタゲノム解析において想定していない結果が出る可能性は否定できない。これまでに収集したウイルスゲノムデータなどを参考に,効率的なウイルス同定についての手法を確立し,メタゲノム解析の結果が本研究の主目的である新規ウイルス同定技術開発に影響を与えないようにする。平成29年度は本課題の最終年度であることから,開発した手法を環境試料に適用することによる実用性評価や,成果のとりまとめを中心に研究を進める。下水等に存在するウイルスゲノム配列はある程度蓄積できており,本課題の主目的である「選択的メタゲノム解析による未知ウイルスの探索」を行う準備はできている。
スペクトル解析を用いた超音波減衰の自動測定システムの開発

近年、高温機器プラントなどの寿命延伸の必要性が確認されるにつれてその余寿命評価の重要性が高まっている。本研究は、高温機器部材の経年劣化損傷(クリ-プ・クリ-プ疲労)の非破壊評価技術として、超音波法による非破壊評価方法について研究したものである。通常、超音波減衰は超音波パルスエコ-波の第一ピ-クと第二ピ-クによって評価されている。しかし、この方法により評価された減衰定数には、例えば重畳されたノイズの影響など、いくつかの誤差要因が含まれる。そこで、超音波減衰測定の高精度化のためにスペクトル解析を用いた新たなアルゴリズムを開発した。超音波原波形の包絡線形状から減衰定数を評価する方法と、第一エコ-と第二エコ-から被検査材料のシステム関数を計算しそれを用いて減衰定数を評価する方法である。この提案法と従来法に対しモンテカルロシミュレ-ションを行ったところ、提案法による超音波減衰定数の測定精度のほうが従来法よりもバラツキが小さいという結果が得られた。上記の提案法を実際の損傷試験片に適用したところ、減衰定数は寿命消費率につれて増加する傾向があることが確認され、減衰定数がクリ-プ損傷及びクリ-プ疲労損傷の非破壊評価パラメ-タとして有効であることが示された。この開発したアルゴリズムをパ-ソナルコンピュ-タ上に構築し、超音波測定装置とデジタルストレ-ジオシロスコ-プと結合した。さらにこのシステムにFFTアナライザ-を組み込むことによってソフトウェアアルゴリズムをハ-ドウェア化することができ、いままでに比べて大幅に計算時間が短縮された。そして、測定から解析までの一連の作業を完全自動化することができ、高温機器プラントの非破壊検査装置として実用化に一歩近づいた。1)超音波計測装置ハードウェアの開発;パルスエコー法を用いて超音波減衰測定を行うための基本的なハードウェア開発を完了した。主計算機システムである32ビットワークステーションにGPIBを介してスペクトルアナライザー、ディジタルオシロを接続し、パルサ、レシーバから送られてくる超音波信号のディジタル処理が可能となった。また、試験片内の超音波減衰の分布特性を調べるため、探触子をパルスモータと結合してスキャニングするための装置の開発を完了した。2)スペクトル法を導入した超音波測定法アルゴリズムの開発;スペクトル解析を導入することにより超音波物性量をより高精度に測定するための理論的取扱いの検討を行い、定式化を完了した。超音波原波形のトレンド成分の除去、高周波ノルズ成分を除去して整形した後逆フーリエ変換によって波形を再生し、パルス波間隔からの超音波速度の測定及びパルスピーク値列からの材料物性の減衰特性の推定が可能となった。3)システムソフトウェアの開発;上記で開発されたアルゴリズムに基づき、コンピュータ上でのシステム開発を行った。開発言語は高速処理に適したFORTRANとし、スペクトルアナライザのコントロール、データストレージからのデータ転送、ディスクとのデータのやりとり、スキャニング用パルスモータの制御、グラフィック表示システムなどのソフトウェア開発も合わせて完了した。4)超音波減衰測定予備実験;上記開発のシステムに供するため損傷試験片の作成を平行して実施した。供試材は供用後のタービンロータ材とし、これにクリープ試験及びクリープ疲労試験を実施し、複数の寿命消費率レベルにおける試験片の収集を行った。これらの試験片に対し、今後超音波特性を系統的に測定し、損傷度との相関を明らかにする予定である。・開発システムの性能検定;前年度開発したシステムの性能検定を行った。スペクトラム特性、超音波速度、超音波減衰定数について測定精度を調べた。

スペクトル解析を用いた超音波減衰定数の算出において、超音波原波形の包絡線形状から減衰定数を評価する方法と、第一エコ-と第二エコ-から被検査材料のシステム関数を計算しそれを用いて減衰定数を評価する方法の2つを提案し、従来法と提案法に対してモンテカルロシミュレ-ションを行ったところ、提案法による超音波減衰数の測定精度のほうが従来法よりもバラツキが小さいという結果が得られた。・超音波減衰測定の実施;開発したシステムを用いて前年度収集したクリ-プ損傷及びクリ-プ疲労損傷試験片の超音波測定を実施したところ、減衰定数は寿命消費率につれて増加する傾向があることが確認され、減衰定数がクリ-プ損傷及びクリ-プ疲労損傷の非破壊評価パラメ-タとして有効であることが示された。・今後の展望;今までは底面での反射波の減衰を評価してきたが、今度は超音波が供試材中で散乱し戻ってくる信号、すなわち後方散乱ノイズ(第一反射波以前の波形)を周波数領域で評価してみる。ノイズ成分は超音波が結晶粒界で散乱されて生じるノイズのほかに、もし、劣化損傷によるボイド、キャビティあるいは微小き裂が発生している場合には、そこから後方散乱ノイズが計測されるため、ノイズ成分の増加が起こると思われる。第一反射波以前の波形は表面波の余韻にノイズ成分が重畳されたものであるが、この部分では損傷の大きいものほど高周波よりの成分が検出できるのではないかと予想される。この開発したシステムによりノイズ分析を行うことを試みる。
サッカーにおけるゴールキーパーの守備能力評価指標の開発と主観的評価との比較

サッカー等の集団競技では、評価を監督やコーチの主観に依存することが多い。だが、主観的評価は様々な問題点が指摘されている。これまでに申請者らは、サッカーにおけるゴールキーパー(以下GK)の、シュートを止めるプレーである「シュートストップ」能力を客観的に評価する指標を開発した。しかし、GKがゴールを守るためには、シュートを止めるだけでなくボールを奪うことも重要である。本研究の目的は、ボールを奪うプレーである「クロス対応」及び「ブレイクアウェイ」の能力を客観的に評価する指標を開発することである。本目的達成により、GKの全守備能力を数値化することが可能になり、先発選手の選択や選手獲得に有益である。
北タイの水資源管理に見る共同体の変容と住民参加型開発

北タイのチェンラーイ県パーン郡の農村でのフィールドワークで観察された事例について、「伝統的」な形態の灌漑システムの盛衰に各アクターの思惑や行動がどのように関わるのかをポリティカル・エコロジーの視点から分析を試み、論文にまとめる作業を進めている。また、これまでのタイの住民組織による資源管理のあり方についての研究との比較対象として、文化や言語の面ではタイとある程度類似している一方で、政治的・経済的状況が大きく異なるラオスにおける天然資源管理の事例に関する研究を行ってきた。ラオス北部ウドムサイ県パクベン郡で、住民の森林資源利用のあり方についてフィールド調査を実施するとともに、現地の研究機関および開発機関・NGO等からラオスの森林行政に関する資料収集・聞き取り調査を実施した。パクベン郡の事例について、地域住民が抱えている天然資源の利用と保全に関する問題を取り巻くアクターを整理し、ラオスの土地・森林委譲政策や少数民族を低地に移す村落移転政策などの国家政策、ラオスの天然資源管理に関わる国際機関やNGOの動向が、地域住民の天然資源管理のあり方にどのような影響を与えているかを検証している。タイとラオスの事例から、天然資源の利用と保全をめぐる「問題」の政治性を分析した上で、NGOや研究機関などの外部アクターの役割に注目し、住民主体の天然資源管理を成功させるために外部アクターが果たせる役割と課題を提言することを目的として研究を進めている。1タイの水資源管理および農村開発に関する文献の整理タイの水資源管理および農村開発に関する文献の整理を行うことで、北タイの「伝統的」水資源管理システムであるムアン・ファーイ・システムを取り巻く環境の変化を明らかにした。従来の公共工事への批判、「水の有料化」をめぐる議論という政府の灌漑政策における状況の変化、村落開発や資源管理のために外部資源を運営する経験の蓄積という住民組織の変化という2つの側面からタイの水資源管理をめぐる状況を整理することができる。タイの水資源管理をめぐる現在の文脈において、ムアン・ファーイ・システムは、小規模な開発資金など外部資源の投入を必要としたとしても、その存続が維持されれば、有効な水資源管理システムとして機能していく可能性があることを提示した。2現地調査タイを訪問し、タイの農村開発・天然資源管理に関する文献および統計資料を収集するとともに、現在のタイにおける水資源管理政策に関する資料収集・インタビューを実施した。特に、タイ国内や近隣諸国にダム貯水池を建設し、そこから長大な導水管を通して、タイ全土に灌慨用水を供給するウォーター・グリッド計画に関する情報を得ることができた。政府主導の大規模な水資源管理政策が住民組織主体の水資源管理システムに与える影響について今後の研究課題の1つとしたい。3研究成果の発表研究の成果については、日本タイ学会の研究大会において報告(テーマ「水資源管理における住民組織の役割タイのムアン・ファーイ・システムに関する一考察」)するとともに、論文としてまとめ、日本タイ学会『年報タイ研究』に投稿中である。またムアン・ファーイ・システムの変容についてポリティカル・エコロジーの視覚から整理し、東京大学大学院新領域創生科学研究科のポリティカル・エコロジー研究会において報告を行った。ポリティカル・エコロジーおよび資源論に関する文献の整理を行ったうえで、タイを訪問し、タイの農業・灌漑政策に関する文献および統計資料を収集するとともに、タイ北部チェンラーイ県パーン郡においてフィールド調査(「北タイ農民連盟」の役員への聞き取り及び同団体主催のワークショップへの参加、水利組織のリーダーおよび組合員への聞き取り)を実施した。政府主導の大規模な灌漑システムが拡大する中、住民主体の水利組合は自治体の開発資金など様々な外部資源にアクセスすることでシステムを維持する試みを行っている現状が明らかになった。ポリティカル・エコロジーの視点から、フィールド調査で観察された各アクターの思惑や行動が「伝統的」な形態の灌漑システムの盛衰とどのように関わるのかについて分析を行うとともに、灌漑堰という人工物の構造が変化した時、資源管理のあり方がどのように変化するのかについての検証を行っている。また、2005年中に施行されると見られる水資源管理に関する法律が、住民組織主体の灌漑システムおよび政府主導の灌漑システムの運営に与えるインパクトについては、2005年度の研究課題としたい。研究成果の発表として、第一に、日本タイ学会が発行する『年報タイ研究』(No.4,2004)に論文(「水資源管理における住民組織の役割-北タイのムアン・ファーイ・システムに関する一考察-」)を発表した。第二に、調査地であるタイ北部チェンラーイ県パーン郡において、「北タイ農民連盟」主催のワークショップの場で、研究報告を行った。また、東京大学大学院新領域創生科学研究科の資源論研究会に参加し、北タイの住民組織主体の灌漑システムに関して「人工物の構造と資源管理のあり方」という視点から報告を行うとともに、参加者と資源論の系譜と東南アジアの水資源管理のあり方に関する共同研究に取り組んでいる。

パクベン郡の事例について、地域住民が抱えている天然資源の利用と保全に関する問題を取り巻くアクターを整理し、ラオスの土地・森林委譲政策や少数民族を低地に移す村落移転政策などの国家政策、ラオスの天然資源管理に関わる国際機関やNGOの動向が、地域住民の天然資源管理のあり方にどのような影響を与えているかを検証している。タイとラオスの事例から、天然資源の利用と保全をめぐる「問題」の政治性を分析した上で、NGOや研究機関などの外部アクターの役割に注目し、住民主体の天然資源管理を成功させるために外部アクターが果たせる役割と課題を提言することを目的として研究を進めている。
統計アトラスを用いたコンピュータ支援診断システム： MRIによる肝線維化診断法

CT画像を対象とした肝臓領域自動抽出システムを改良して、腹部MR画像から肝臓領域を自動的に抽出する統計アトラスの手法を利用した方法を開発した。また、MR画像によって得られ得る肝臓の立体形状を分析することで、肝線維化ステージを推定するシステムを開発した。本法により、肝線維化ステージを推定することができたが、MRエラストグラフィの弾性率を用いた線維化ステージ推定能には及ばなかった。本研究は、統計アトラスを用いて大局的な臓器形状変化を定量化する技術が、コンピュータ支援診断に応用できる可能性を示した。MRIを用いた肝線維化のコンピュータ支援診断について、1) MRIデータに内在する形態的特徴を適切に表現するための工学的基盤技術を確立し、2) MRIデータから抽出される形態的特徴量による肝線維化診断技術の開発し、さらに3)他の非侵襲的肝線維化診断法との比較・融合するのが本研究の目的である。本研究で中心的に用いる工学的手法は統計アトラスである。本研究の成果を通じて、1)慢性肝炎・肝硬変患者の管理・治療を向上させ、2)統計アトラスとMRIを用いたコンピュータ支援診断の可能性を明らかにすることを目指している。平成26年度研究実施計画では、(1)統計アトラス構築および肝線維化診断のためのMRIデータベース構築、(2)階層的統計アトラスを用いた統計モデル構築を行うこととなっていた。この計画に沿って、腹部領域のMRIデータを60例収集し、これらの症例臨床情報を収集した。また、MRIデータから臓器領域を自動抽出できるような技術を改良して、精度の向上に努めた。さらに、多臓器の3次元統計的形状モデルを構築するための理論的、実験的検討を行った。このほか、統計アトラスとCTを用いて肝線維化を定量する研究成果について、査読のある英文学術誌(Acad Radiol. 22: 303-309, 2015)で成果を公表した。平成26年度の研究により、MRIを用いた非侵襲的肝線維化診断技術を確立する為の重要な成果を得た。平成26年度での画像データ収集数が少なく、研究実施がやや遅れた状況となっていたため、平成27年度では十分な画像データを収集することに努めた。その結果、昨年度に収集した60例に加えて、新たに61例を加えることができた。また、平成27年度研究実施計画では、(1) MRIデータに内在する形態的特徴を適切に表現するための工学的基盤技術の確立、(2) MRIデータから抽出される形態的特徴量による肝線維化診断技術の開発を行うこととなっていた。この計画に沿って、収集されたMRIデータから臓器領域を自動抽出できるような技術を改良して、精度の向上に努めた。また、多臓器の3次元統計的形状モデルを構築するための理論的、実験的検討を行った。ただし、肝線維化診断技術の開発については、研究計画で想定していたものに比べてやや遅れた状況となっている。平成27年度の研究により、MRIを用いた非侵襲的肝線維化診断技術を確立する為の重要な成果を得た。画像データ収集状況は概ね良好であったが、肝線維化診断技術の開発についてやや遅れた状況となっている。その他の事項については概ね順調である。本研究の成果を通じて、1)慢性肝炎・肝硬変患者の管理・治療を向上させ、2)統計アトラスとMRIを用いたコンピュータ支援診断の可能性を明らかにすることを目指した。平成27年度までの研究により、121例の肝臓MRIデータを集積した。平成28年度では、これらのうち61例についてMRエラストグラフィによる肝硬度データと各種生化学検査データを取得し、肝線維化診断のためのMRIデータベース構築を行った。さらに、前年度までの研究により確立された「MRIデータに内在する形態的特徴を適切に表現するための工学的基盤技術」を用いて、MRIデータから抽出される形態的特徴量による肝線維化診断技術の開発を行った。本法での診断能をMRエラストグラフィによる診断能と比較したところ、MRエラストグラフィによる診断能と比べて劣っていた。本研究では、MRIデータから臓器形状を分析し、非侵襲的肝線維化診断技術を確立することを試みた。MRエラストグラフィによる診断能と比べて劣る結果となったが、医用画像に含まれる臓器形状分析に利用するための工学的基盤技術確立という重要な成果が得られた。得られた知見は他の疾患の評価にも適用できる可能性がある。

また、本研究では肝臓全体の大局的な形状を肝線維化の診断に利用したが、これに加えて表面の結節形状など局所的評価を組み入れることで診断能が向上する可能性もあり、こうした面での更なる研究を行う価値があると考えられた。CT画像を対象とした肝臓領域自動抽出システムを改良して、腹部MR画像から肝臓領域を自動的に抽出する統計アトラスの手法を利用した方法を開発した。また、MR画像によって得られ得る肝臓の立体形状を分析することで、肝線維化ステージを推定するシステムを開発した。本法により、肝線維化ステージを推定することができたが、MRエラストグラフィの弾性率を用いた線維化ステージ推定能には及ばなかった。本研究は、統計アトラスを用いて大局的な臓器形状変化を定量化する技術が、コンピュータ支援診断に応用できる可能性を示した。画像データ収集が60例にとどまっており、当初計画の100例を下回っている。その他の事項については概ね順調である。研究の方向については大きな問題が無いと考えている。引き続きMRIデータ収集に努めるとともに、肝線維化診断技術の開発に力を入れて研究を遂行する。医歯薬学研究の方向については大きな問題が無いと考えている。しかし、当初予定でMRIデータ100例を収集する予定だったが、実際には60例にとどまった。前年度に引き続いて、平成27年度にもMRIデータの収集に努める。その他については、概ね順調であり、研究計画に沿って研究を遂行する。現在までの達成度の欄に記載の通り、研究の達成度がやや遅れている。これに伴って、次年度での使用額が生じた。平成28年度は、研究達成度の遅れを取り戻す予定であり、これに伴って当初予定通りに使用することになると考えている。平成27年度は、研究達成度の遅れを取り戻す予定であり、これに伴って当初予定通りに使用することになると考えている。
抵抗値制御による小型並列密集可能な人工筋肉分散モジュールの試作

平成19年度においては,前年度に開発してきた基本モジュールを拡張する形で,形状記憶合金(SMA)の抵抗値制御のための小型駆動モジュール,その駆動モジュールと統合するための携帯電話用超小型カメラによる視覚処理可能な小型感覚動作モジュールと球面関節の形状記憶合金による拮抗筋制御機構を組み合わせることにより,外部のシステムからは独立して環境探査行動が可能な超小型腱駆動ロボットシステムを実現した.具体的には,70[mm]x70[mm]x30[mm],26[g]の大きさを持ち,24本のSMAアクチュエータで16自由度を持つ骨格を駆動する腱駆動型の超小型4脚移動ロボットを開発した.開発した4脚腱駆動ロボットの中央部には,19年度に開発した駆動制御モジュールとLi-ionバッテリ,カメラモジュールを搭載しており,カメラモジュールは高速な携帯電話用のCPUを搭載し高度な画像処理が可能である.そして,制御モジュール及び,カメラモジュールはBluetoothを搭載した通信モジュール基板と連結され,外部との通信を行うことができる.更に,そのロボットの動作生成手法を提案した.即ち,足先位置から逆運動学問題を解き,関節トルクと関節姿勢を求め,そこから2次計画問題を解くことによって,まず,各SMAの腱長と張力を求める.そして,その腱長と張力から,18年度の研究において確立した抵抗値制御法を用いることで,所望の足先姿勢から制御するSMAの抵抗値を求める手法を開発し,実際のロボットの3自由度球面関節部で検証を行った.複数の形状記憶合金を密集させ並列に利用する新しい人工筋肉システムを構築することを考え,形状記本研究の目的は,形状記憶合金を複数本同時制御可能な小型分散筋駆動モジュールを構成し,そのモジュールを複数組み合わせることで,超多自由度の人工筋肉駆動型ロボットの構成法への見通しをつけることである.本年度は,形状記憶合金制御のための小型モジュール開発と,それに統合される分散感覚処理モジュールの開発,更に,実際に開発した小型制御モジュールを用いた拮抗筋の剛性制御を実現した.1)多数の形状記憶合金の抵抗値制御のための小型モジュール開発多数の形状記憶合金を抵抗値により制御するための超小型基板の回路設計,試作を行い,実際に,24.6mmx26.7mmイズで48ch駆動可能な形状記憶合金の制御,駆動モジュールを開発した.2)分散感覚処理モジュールの小型化と形状記憶合金駆動モジュールとの統合形状記憶合金の抵抗値制御モジュールを統合するための,分散感覚処理モジュールとして,携帯電話用小型カメラを利用した超小型視覚処理基板の試作,開発を行った.また,ロボットの自律行動を可能にするためにバッテリ充放電回路とBluetooth無線通信モジュールを搭載した制御基板の開発を行った.3)抵抗計測に基づく拮抗筋剛性制御上記1)で開発した超小型制御モジュールを利用し,センサレス制御による形状記憶合金で腱駆動ロボットの腱を拮抗配置し,形状記憶合金の抵抗値制御による3自由度関節の剛性制御を実現した.また,この超小型制御モジュールおよび,2)で開発した超小型視覚処理基板を搭載した拮抗筋駆動による自律移動ロボットシステムの試作設計を行った.平成19年度においては,前年度に開発してきた基本モジュールを拡張する形で,形状記憶合金(SMA)の抵抗値制御のための小型駆動モジュール,その駆動モジュールと統合するための携帯電話用超小型カメラによる視覚処理可能な小型感覚動作モジュールと球面関節の形状記憶合金による拮抗筋制御機構を組み合わせることにより,外部のシステムからは独立して環境探査行動が可能な超小型腱駆動ロボットシステムを実現した.具体的には,70[mm]x70[mm]x30[mm],26[g]の大きさを持ち,24本のSMAアクチュエータで16自由度を持つ骨格を駆動する腱駆動型の超小型4脚移動ロボットを開発した.開発した4脚腱駆動ロボットの中央部には,19年度に開発した駆動制御モジュールとLi-ionバッテリ,カメラモジュールを搭載しており,カメラモジュールは高速な携帯電話用のCPUを搭載し高度な画像処理が可能である.そして,制御モジュール及び,カメラモジュールはBluetoothを搭載した通信モジュール基板と連結され,外部との通信を行うことができる.更に,そのロボットの動作生成手法を提案した.即ち,足先位置から逆運動学問題を解き,関節トルクと関節姿勢を求め,そこから2次計画問題を解くことによって,まず,各SMAの腱長と張力を求める.そして,その腱長と張力から,18年度の研究において確立した抵抗値制御法を用いることで,所望の足先姿勢から制御するSMAの抵抗値を求める手法を開発し,実際のロボットの3自由度球面関節部で検証を行った.複数の形状記憶合金を密集させ並列に利用する新しい人工筋肉システムを構築することを考え,形状記
衝撃波を伴う圧縮性ナビエ・ストークス方程式の数値解法の開発

高速空気力学の分野では、衝撃波を伴う流れの解明が重要な研究課題となって久しい。衝撃波は非線形双曲偏微分方程式で記述される現象にあらわれる非常に急峻な状態量の変化である。従って、衝撃波を安定に不連続面として数値解析することは容易ではなかった。しかし、スーパーコンピュータの発達によって、衝撃波を含む複雑な流れを精度良く差分法によって解くことが可能となりつつある。本研究は衝撃波を含む高速気流を定量的に解くための数値解法の開発を目的とする。開発する数値解法は二次精度TVD型差分法である。まず二次元非定常非粘性流れについて本差分法を適用し、衝撃波管内においた種々の物体まわりの流れを解いた。次に、この手法を二次元非定常粘性流れの解法に拡張した。その数値解法の結果をホログラフィ干渉計法による定量的密度分布の実験結果と対比することにより、開発した数値解法の検証を行なった。衝撃波管内流れについて、マッハ数、気体比熱比およびレイノルズ数を一致させると、実験と数値解は非常に良く一致した。このことより、開発した手法の信頼性が確認された。数値計算の応用例として、以下の諸問題を解析した。(1)固気二相衝撃波管内流れ;衝撃波背後に生ずるレーリー型境界層およびブラジウス型境界層の特性を明らかにし、特に、微粉塵混入の効果を定量的に明らかにした。(2)超音速ノズルの始動過程の解明;二次衝撃波の生成とノズル内の衝撃波と境界層の干渉を明らかにした。(3)水中衝撃波のフォーカッシング;TVD法を水中衝撃波の伝播・収束現象の解明に適用し、収束点における高圧発生の機序を明らかにした。(4)一つの生産光学への応用として、衝撃波過給機内の波動を解析した。以上、二次元非定常粘性流れについて、本手法の有効性をよく実証できた。今後三次元非定常流れの解明に本手法を適応することを検討中である。
超幾何関数の多角的研究

超幾何関数を巡る数学は以下に述べるように様々な研究の方向があり、分野ではひどく離れているように見えても、思いがけない関連が発見されて進化している。Eulerにより発見された超幾何積分は今や多くの人により現代的言葉で再定式化されている:即ち捻れ表路地と捻れ裏路地の双対内積として。期待される交差理論は、表路地では喜多と吉田により、裏路地ではChoと松本により確立された。更なる発展が進行中である、特に松本は真島・岩崎の協力を得て合流型の場合の完成を目指している。表路地と裏路地の交差理論の整合性は自動的に超幾何関数(周期積分)に関する2次関係式を生産するのであるが、それらは古典的なRiemannの等式の捻れ版と考えることが出来る。花村と吉田は捻れHodge理論を通してRiemannの不等式の捻れ版を得た。それらは超幾何関数のあたらしい2次不等式を生産する。配置空間の一意化:X(k,n)によってk-1次元射影空間内のn点配置の成す配置空間を表すことにする。幾つかの配置空間は対称空間の離散群による商という表示を持つ;配置空間X(2,4)を上半平面Hなる対称空間の楕円母数主合同部分群Γ(2)による商として表示するX(2,4)〓H/Γ(2)を嚆矢とする。松本・佐々木・吉田は(3,6)型超幾何関数を通じて配置空間X(3,6)のIV型古典対称領域による一意化を構成した:ここでΓは数論的鏡映群である。射影平面上にある6点が2次曲線に乗っている特殊な場合が丁度井草が60年代におこなった種数2のSiegel上半空間の研究を再現している。金子はD.Zagierと超特異楕円曲線と超幾何関数を繋ぐ保型値形式を発見した。金子はj(r)のFourier係数にかんする新しい数論的公式を得た。加藤は果敢にも代数多様体でDrinfeld対称空間でp-進一意化される例を構成し、p-進解析的一意化微分方程式を構成しようとしている。加藤はすでに石田と新しい射影平面もどきを発見しp-進及び複素解析的に研究している。果してp-進超幾何関数(微分方程式)でp-進一意化される例が存在するのかという興味深い問題に挑戦している。渡辺はPainlve関数の岡本変換を高野の相空間の構成を利用した新しい見通しのいい方法で導き出した。1)代表者吉田が松本圭司と佐々木武と共に確立した,射影平面内の6点のなす配置空間X(3,6)の超幾凾関数による一意化理論を本にまとめて「Hypergeometric Functions,My Love」を出版した。この本と近い内容の和書「私説超幾何関数」も出版予定(1997)である.