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ケテンを合成ブロックとして活用する新規有機分子構築法の開発

このケテンとイミンとの反応は多くの場合,完全に立体選択的に進行し,可能な4種の異性体のうち1種のみがほぼ定量的に得られ,β-ラクタムの光学活性体合成法として極めて優れた手法になることを見出した。ケテンは一般に反応性に富む不安定な分子種であり,単量体として存在し得る誘導体はごくわずかしか知られていない。ケテンはその構造的特徴から,特異な反応性を示すことが知られており,有用な反応剤であると考えられるが,一方でその不安定さから,合成反応への適用という観点からは,まだ十分な検討がされているとはいえない。本研究は,ケテンを活用する新しい立体制御法の開発,新しいタイプの反応の開発,温和な条件下での新しいケテン発生法の開発などを目的とする。前年度までに,ケテンとイミンとの反応によるβーラクタムの合成法すなわちStaudinger反応について,ケテンあるいはイミンへの不斉源導入による立体制御法の開発について検討した。この過程において,不斉助剤としてエリトロー2-アミノ-1,2-ジフェニルエタノールから誘導されるオキサゾリジノン部位を有するケテンを活用するStaudinger反応では,立体選択性,収率ともに極めて優れた結果が得られることを見出した。ケテンは,イミンとの反応の他,炭素一炭素二重結合への付加環化反応によりシクロブタノンを与えることも知られている。そこで,次に同様のキラルケテンとオレフィン類の反応を検討した。まず,分子間反応により同様の反応を試みたところ,予期に反し生成物は複雑な混合物となった。そこで,分子内に二重結合を有するキラルケテンを調整し,これを用いて分子内環化反応の検討を行なった。その結果,この場合には円滑に反応が進行し,対応する環化生成物が高収率で得られることを見出した。立体選択性は置換基により77:23-91:9程度であり,Staudinger反応ほどの高選択性は観測されなかったものの,今後,不斉源の検討などを通じて,より高い立体選択性を実現できるものと考えられる。
異方性界面を利用したアジマス配向有機薄膜作成の実用的手法の開発

有機デバイスの伝導機構は,用いる有機半導体だけでなく,分子配向に大きく影響している。本研究では,研磨剤等を用いた簡便な手法で作成したしたミクロンサイズの溝構造を持つ基板上,PTFE(Polytetrafluoroethylene膜)を作成し,その軟X線吸収スペクトルの測定から,PTFEが-C-C軸を基板の溝方向に平行に配向していることを見出した。またこの上に作成したペンタセン膜が,面内異方性配向をしていることを,角度分解紫外光電子スペクトルから見出した。また,溝構造がより均一な構造を持つ基板に対して同様の実験を行い,溝間隔がより細か数100nmのほうが,より高い異方性配向を示すことを見出した。膜表面の特定方向に分子を配向させた面内異方性有機薄膜を作成する手法を開発し,その配向を評価する。本手法では,機械的に特定の方向に傷をつけた基板に,一軸配向したポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜を作成し,これをベースとして,面内異方性をもつ機能性有機薄膜を作成するものである。本研究の目的は,成膜条件(特に機械的な溝構造)を制御して作成した膜の分子配向を正確に決定し,より高い面内異方性を持つ膜の作成条件,および配向メカニズム(ミクロンサイズの機械的な溝がナノサイズの分子の配向に与える効果)を明らかにすることである。一方方向に傷をつけた銅基板上に作製したPTFE膜の軟X線吸収スペクトル(NEXAFS)を測定した。入射光の電場ベクトルが,傷の方向と平行および直交条件で,NEXAFSの入射角依存性を測定した。密度汎関数法を利用したPTFEのNEXAFSの解析を行い,かつ分子配向に分布を取り入れた解析を行った。理論計算との比較を行うことにより,PTFE分子の分子鎖と溝方向への配向角は,正規分布(標準偏差=30°)であることを見出した。さらに,一軸配向したPTFE上に作製したペンタセン膜の角度分解紫外光電子スペクトルを測定し,その結果を理論計算(自己散乱まで取り込んだ光電子強度解析プログラム)と比較した。その結果,ペンタセンの単結晶(バルク層)のa軸が,下地の基板のみぞ方向と一致しているとして,測定値をよく再現することがわかった。以上のように,異方性分子配向の定量的解析をすすめることができた。軽量、低コストの点から次世代のデバイスとして有機デバイスが注目されている。より高いキャリア移動度を有する有機FETの開発が求められている。典型的な有機半導体であるPentaceneのようなπ系有機分子は,π軌道の重なりがキャリア移動度に影響を与える。そのため高いキャリア移動度を得るには、Pentaceneの分子配向を制御する必要がある。昨年までの研究で銅を蒸着した溝構造を持つ基板上に、Pentaceneを蒸着すると、1Pentaceneは面内異方性配向を示す。2溝の間隔を狭めることで、Pentacene膜の異方性が高まること見出した。。本年度はではより高い面内異方性を得るために,よく規定された溝構造を持ち,溝間隔100nmと非常に狭いナノ構造溝構造をもつSi(SiO2)を基板とし,その上にPentacene,およびpolytetrafluoroethylene (PTFE) ,Pentacenenを蒸着した膜を作製した。これらの試料の角度分解紫外光電子スペクトル(ARUPS)およびSEMを測定し,基板の溝構造と膜作成機構およびPentacene分子の分子配向の関係を明らかにすることを目的とした。Pentacene (65nm)/PTFEのARUPSスペクトルにおいてPentaceneのHOMOは,溝方向と入射光の電場ベクトルが平行(平行配置)では観測されるが、垂直(垂直配置)では観測されない。さらにPentacene/PTFEのSEM像からPentaceneは溝の内部で優先的に成長していることがわかった。溝構造により,膜成長に位置選択性があることを見出した。Pentacene (15nm)/SiのARUPSスペクトルのPentaceneのHOMOから放出光電子はPentacene/PTFEの場合と異なり、垂直配置でもHOMOのピークが現れている。このことはPTFE層を間に挟むことにより、pentaceneが異なる膜成長をしていることを示している。さらに放出光電子強度が平行配置と垂直配置で異なることから、Pentacene/Siにおいて面内異方性配向をしていることがわかった。

本研究の目的は,成膜条件(特に機械的な溝構造)を制御して作成した膜の分子配向を正確に決定し,より高い面内異方性を持つ膜の作成条件,および配向メカニズム(ミクロンサイズの機械的な溝がナノサイズの分子の配向に与える効果)を明らかにすることである。一方方向に傷をつけた銅基板上に作製したPTFE膜の軟X線吸収スペクトル(NEXAFS)を測定した。入射光の電場ベクトルが,傷の方向と平行および直交条件で,NEXAFSの入射角依存性を測定した。これよりPTFE分子は分子軸(C-C軸の方向)を溝方向に向けて,基板に平行に配向している分子が多いことがわかった。傷をつけた銅基板と溝の構造(溝の間隔や形状等)が既知の回折格子を基板とし,PTFE膜をその上に作製し,さらにペンタセンを蒸着した。これらの膜の角度分解紫外光電子スペクトルを測定した。入射光の電場ベクトルが,傷の方向と平行および直交条件でペンタセンのHOMOからの放出光電子の放出角依存性を測定した。その結果,3種類の基板全てにおいて,水平条件と,垂直条件で放出角依存性が異なっており,ペンタセン分子の異方性配向が起こっていることを見出した。その中で,異方性は,傷をつけた銅基板>溝間隔が細かい(800nm)の回折格子>広い(3μm)となった。銅基板上に作成した溝の間隔は最も狭いもので数nmまで広く分布していることから,高い異方性配向を達成するためには,基板上の溝間隔は数100nm以下の狭い溝間隔が必要であることがわかった。◎一軸配向したPTFE上に作製したペンタセン膜の角度分解紫外光電子スペクトルを測定し,その結果を理論計算と比較することで,ペンタセンの分子配向の定量的に見積もることができた。しかしながらここでは,単結晶(バルク相)に関して行ったのみであり,より実際の系に近い単結晶(薄膜相)でかつ分子配向の分布も取り入れた系については,まだ未解析である。◎機械的に傷をつけた基板にPTFEを蒸着することでPTFE分子が,傷をつけた方向にPTFEの主軸(C-C結合の方向)配向するメカニズムを解明する。このために,有機薄膜へのダメージが少ない光電子放射顕微鏡(PEEM)を使うことを計画し有機膜作成チャンバーを装着した。しかしながら,PEEM測定で放電等頻発し,測定条件を十分見積もることができず,まだ十分な実験結果が得られていない。平成23年の研究計画◎高い異方性を持つ一軸配向PTFE膜作成の条件を見出す。入射光の電場ベクトルが,傷の方向と平行および直交条件でペンタセンのHOMOのからの放出光電子の放出角依存性を測定した。
経験確率の情報理論的研究

経験確率の情報理論的研究を行い,以下の研究成果をあげた.1)有限型かつ準対称なdivergence関数を用い,2つの計算可能な確率測度に対する新たなMartin-Loefランダムネス基準を導いた.2)Lynch-Davissonユニバーサル符号化を用い,ゲーム論的大数の法則の別証明を与えるとともに,一般の予測ゲームに対し,大数の法則や意見収斂定理を拡張できる可能性を見いだした.経験確率の情報理論的研究を行い,以下の研究成果をあげた.1)有限型かつ準対称なdivergence関数を用い,2つの計算可能な確率測度に対する新たなMartin-Loefランダムネス基準を導いた.2)Lynch-Davissonユニバーサル符号化を用い,ゲーム論的大数の法則の別証明を与えるとともに,一般の予測ゲームに対し,大数の法則や意見収斂定理を拡張できる可能性を見いだした.本研究の目的は,Vovkらが提唱しているゲーム論的枠組みにおける確率論の定式化を一つの足がかりとして,一般情報源に対するユニバーサル符号化理論の観点から確率空間をアプリオリに仮定しない経験確率の理論を構築することをめざすことにある.また,こうした定式化の試みと並行して,原理的には確率概念とは無縁であるはずの力学的システム(例えば熱/統計力学的システム)が確率的記述を許容することの根源的理由を探究したい.上記目的に向けての一つの重要なステップは,ユニバーサル符号化と仮説検定の関係を明らかにすることにあると研究代表者は考えている.そこで本年度は,マーティン-レフの意味でのランダムネスの枠組みにおいて,2つの計算可能な確率測度に関して同時にランダムとなる無限列のf-ダイバージェンスによる特徴づけを試みた.その結果,「準対称」なダイバージェンス関数を用いたランダムネス基準の完全な特徴づけに成功した.これは,研究代表者の先行研究結果であるα-ダイバージェンスによる特徴づけを本質的に拡張する結果である.しかしながら,ダイバージェンス関数が「準対称」という仮定を外せるのかどうかについては未解決である.実際,上記結果を導く際の鍵となる補題において,ダイバージェンス関数に対する何らかの条件が必要であることは明らかとなったが,これが「準対称」というクラスに一致するかどうかについては,今のところ解決への糸口が見つかっていないので,今後の研究でこの点を明らかにしたい.本研究の目的は,Vovkらが提唱しているゲーム論的枠組みにおける確率論の定式化を一つの足がかりとして,一般情報源に対するユニバーサル符号化理論の観点から確率空間をアプリオリに仮定しない経験確率の理論を構築することをめざすことにある.また,こうした定式化の試みと並行して,原理的には確率概念とは無縁であるはずの力学的システム(例えば熱/統計力学的システム)が確率的記述を許容することの根源的理由を探究したい.具体的なユニバーサル符号がどの程度のランダムネス識別能力があるかを検討するため,本年度はVovkらの研究の出発点となった「ゲーム論的大数の法則」の情報理論的研究を行った.Vovkらは,確率空間を一切用いずに,大数の強法則を意味すると解釈される,ある種のゲームの漸近評価を得ているが,その証明において,混合戦略とよばれる,巧妙ではあるが作為的な戦略を本質的に用いている.一方Kumonらは,i.i.d.過程の場合には,混合戦略を用いずとも単一のBayes戦略で同等の漸近挙動が導出できることを証明している.本研究では,単一のユニバーサル符号のみを用いて同等の結果が得られるかどうかを検討した.その結果,やはりi.i.d.過程に対してではあるが,Lynch-Davisson符号化を応用することで,Kumonらと同じ漸近評価を得ることに成功した.さらに,予備的な数値実験により,例えばロジスティック写像が生成するデータ系列がBernoulli過程と同型か否かという判定問題において,パラメタの変化に非常に鋭敏なテストを構成できることも分かった.しかし,Vovkらの定理は定常性を満たさない過程に対しても成立するのに対し,今年度の研究では,そこまでをカバーできる論法をユニバーサル符号化の観点から導くことはできなかったので,今後も研究を継続していく.Shafer-Vovkによって証明され,Kumon-Takemura-Takeuchiによって明示的なBayes戦略を用いた別証明が与えられた(必ずしもi.i.d.とは限らない)ゲーム論的大数の法則に対し,Lynch-Davissonユニバーサル符号化を用いた別証明を与えることに成功した.しかもここでは,2元アルファベットに限らず,任意有限集合をアルファベットとする場合に拡張することにも成功した.そしてこの研究を通じ,実は資産過程が尤度比過程として一般に書けること,言い換えればゲーム論的ランダムネスとは,予測ゲームの枠組みにマーチンゲール収束定理を埋め込んだものに他ならないことが分かった.さてこのような視点に立つと,資産過程の対数は対数損失関数ゲームにおけるリスク関数の差に一致するので,問題を一般化して,任意の損失関数を用いたゲームにおける大数の法則や意見の収斂といった問題を議論できるようになる.しかもこれはWaldが提唱した統計的決定理論の一般的枠組みとの整合性もよく,Dawidが導入した決定幾何学という枠組みにも直結するため,微分幾何学的手法を用いて経験確率を研究するという,本研究事業の立案段階には予想だにしなかった研究の方向性が見えてきた.

なお,ゲーム論的ランダムネス理論の応用として現在,区分線形力学系が生成するデータのみを見て背後にある力学系を推定するという問題にも着手しているが,まだ具体的な研究成果は得られておらず,今後の研究を待たねばならない.Vovkらの研究の出発点となったゲーム論的大数の法則について,定常性は仮定するものの,ユニバーサル符号化の観点のみを用いた別証明を与えることに成功した.しかしながら,従来のユニバーサル符号理論はしばしば定常性やエルゴード性を仮定した漸近評価が中心であるため,Vovk型のゲーム論的大数の法則をカバーするには,こうした仮定を用いないユニバーサル符号化の漸近評価を研究する必要がある.24年度が最終年度であるため、記入しない。上述のように,定常性やエルゴード性を仮定しないユニバーサル符号化の性能評価が本研究の鍵となるので,これを扱う方法を研究していく予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
オージェ電子放出核種標識オリゴヌクレオチドの遺伝子治療への応用

オージェ電子は,10nm程度の短飛程で高LETの特性を持つため,がん細胞の核内へターゲティングできれば,極めて殺細胞効果が高い.アンチセンスDNAは,核遺伝子の特定塩基配列と相補的に結合するため,これをオージェ電子放出のアイソトープで標識し,細胞内にターゲティングすれば,ハイブリッドした核酸の特定の塩基配列部位でオージェ電子が切断する.アンチセンス分子の薬効機序は,主に酵素的切断であるが,アイソトープ標識アンチセンスDNAは,相乗効果により薬効の飛躍的向上の可能性を秘めている.モデルのmdr 1アンチセンスオリゴヌクレオチドを合成し,2官能基性キレート剤との反応用にアミノ基を導入した.このantisense S-oligo 15merとモル比40倍のcDTPA (cyclic diethylenetriaminepentaacetic acid)とを反応させ,さらにIn-111で標識したところ,最大で4,000MBq/nmolと高い比放射能が得られた.アドリアマイシン感受性のP388野生株とアドリアマイシン耐性のP388変異株を標識オリゴマーのモデルとすることの妥当性を検証するため,P糖タンパクの発現をキャリアである^<99m>Tc-MIBIを用いて細胞への取り込みを比較した.耐性株では野生株より有意に細胞内の^<99m>Tc-MIBI集積が低い結果となった.また,mdr 1のmRNAの比較では,耐性株が野生株より多くのmRNAが認められた.したがって,タンパクレベルでもメッセンジャレベルでもモデル間の差があると考えられた.このモデルでは,In-111標識アンチセンスDNAは,アドリアマイシン耐性のP388変異株への取り込みが野生株より有意に多い結果となった.オージェ電子は,10nm程度の短飛程で高LETの特性を持つため,がん細胞の核内へターゲテイングできれば,極めて殺細胞効果が高い.アンチセンスDNAは,核遺伝子の特定塩基配列と相補的に結合するため,これをオージェ電子放出のアイソトープで標識し,全く新しい遺伝子治療法の開発を目指す.アンチセンス分子の設計と分子内の標識部位をコントロールすることにより,オージェ電子は,ハイブリッドした核酸を特定の塩基配列部位で切断する.従来からのアンチセンス分子の薬効機序は,主に酵素的切断であるが,アイソトープ標識アンチセンスDNAは,相乗効果により薬効の飛躍的向上の可能性を秘めている.モデルのmdr 1アンチセンスオリゴヌクレオチドを合成し官能基を導入した.antisense S-oligo 15merを,通常のフォスフォアミダイト法による固相自動合成により得た.その際,5'末端には,炭素鎖6個(C6)のスペーサーを介してチオール基を導入した.この化合物と過剰(10当量)のメアーズ試薬とを反応させた結果,生理的pH条件下で結合反応は進行し,目的とする化合物が得られた.精製ははODS逆相クロマトグラフィーで行った.オージェ電子による殺細胞効果を検討するため,In-111 oxineを用いて種々の比放射能で白血球を標識した後,1週間培養し生細胞数の推移を観察した.0.25×10^6細胞あたり,1, 5, 20, 50uCiの4条件で標識したところ,非標識の対照に比較して,それぞれ24.8%, 8.6%, 6.7%, 3.8%に生細胞数が減少し,殺細胞効果が認められた.オージェ電子は,10nm程度の短飛程で高LETの特性を持つため,がん細胞の核内へターゲティングできれば,極めて殺細胞効果が高い.アンチセンスDNAは,核遺伝子の特定塩基配列と相補的に結合するため,これをオージェ電子放出のアイソトープで標識し,細胞内にターゲティングすれば,ハイブリッドした核酸の特定の塩基配列部位でオージェ電子が切断する.アンチセンス分子の薬効機序は,主に酵素的切断であるが,アイソトープ標識アンチセンスDNAは,相乗効果により薬効の飛躍的向上の可能性を秘めている.モデルのmdr 1アンチセンスオリゴヌクレオチドを合成し官能基を導入した.antisense S-oligo 15merを,通常のフォスフォアミダイト法による固相自動合成により得た.その際,5'末端には,炭素鎖6個(C6)のスペーサーを介してチオール基を導入した.この化合物と過剰(10当量)のメアーズ試薬とを反応させた結果,生理的pH条件下で結合反応は進行し,目的とする化合物が得られた.アドリアマイシン感受性のP388野生株とアドリアマイシン耐性のP388変異株を標識オリゴマーのモデルとすることの妥当性を検証するため,P糖タンパクの発現をキャリアである^<99m>Tc-MIBIを用いて細胞への取り込みを比較した.耐性株では野生株より有意に細胞内の^<99m>Tc-MIBI集積が低い結果となった.また,mdr 1のmRNAの比較では,耐性株が野生株より多くのmRNAが認めちれた.したがって,タンパクレベルでもメッセンジャレベルでもモデル間の差があると考えられた.オージェ電子は,10nm程度の短飛程で高LETの特性を持つため,がん細胞の核内へターゲティングできれば,極めて殺細胞効果が高い.アンチセンスDNAは,核遺伝子の特定塩基配列と相補的に結合するため,これをオージェ電子放出のアイソトープで標識し,細胞内にターゲティングすれば,ハイブリッドした核酸の特定の塩基配列部位でオージェ電子が切断する.

アンチセンス分子の薬効機序は,主に酵素的切断であるが,アイソトープ標識アンチセンスDNAは,相乗効果により薬効の飛躍的向上の可能性を秘めている.モデルのmdr 1アンチセンスオリゴヌクレオチドを合成し,2官能基性キレート剤との反応用にアミノ基を導入した.このantisense S-oligo 15merとモル比40倍のcDTPA (cyclic diethylenetriaminepentaacetic acid)とを反応させ,さらにIn-111で標識したところ,最大で4,000MBq/nmolと高い比放射能が得られた.アドリアマイシン感受性のP388野生株とアドリアマイシン耐性のP388変異株を標識オリゴマーのモデルとすることの妥当性を検証するため,P糖タンパクの発現をキャリアである^<99m>Tc-MIBIを用いて細胞への取り込みを比較した.耐性株では野生株より有意に細胞内の^<99m>Tc-MIBI集積が低い結果となった.また,mdr 1のmRNAの比較では,耐性株が野生株より多くのmRNAが認められた.したがって,タンパクレベルでもメッセンジャレベルでもモデル間の差があると考えられた.このモデルでは,In-111標識アンチセンスDNAは,アドリアマイシン耐性のP388変異株への取り込みが野生株より有意に多い結果となった.
節水と高圧給水に対応する給水性能試験装置と試験法の開発

省資源・省エネルギーのために、給水装置の性能を改善し節水を計ること、また、建物内の小型受水槽をなくし、衛生状態を改善するために、水道に高圧給水システムを採用することが検討されている。このような状況に対して、給水装置を見直し、その操作性能を改善し、圧力損失を削減するなどの性能向上を計る必要が生じているため、本研究は給水装置の性能試験法及び試験装置を開発し給水装置の性能試験を行い、最適な試験条件を決定するとともに、性能向上の方策及び設計基準を明確にすることを目的としたものである。平成7年度は、3年間の研究の第1年度であり、関係文献の収集・分析を行うとともに、節水と高圧給水の性能に関わる要点を検討し、その概要をとりまとめた。さらに、性能試験装置の基本設計と試作をすすめ、予備実験に着手した。また、性能試験法について検討し、性能試験の実施について計画を立案した。平成8年度は、前年度にまとめた給水装置の性能試験を継続するとともに、管内流れのシュミレーションを計画実行し、設計基準の骨子となる指針を策定することを試みた。あわせて、関係文献の収集・分析を行った。平成9年度は、3年間を予定した本研究の最終年度であり、前年度までにまとめた給水装置の性能試験を継続するとともに、設計基準の骨子となる指針を策定することを試みた。即ち、高圧給水装置、試験用配管、計測システムからなる給水装置の性能試験を継続実行し、今後あるべき性能試験法の詳細について検討し、とりまとめた。また、設計基準について検討を行った。合わせて、関係文献の収集・分析を継続実施するとともに、3年間の成果を研究成果報告書としてとりまとめた。省資源・省エネルギーのために、給水装置の性能を改善し節水を計ること、また、建物内の小型受水槽をなくし、衛生状態を改善することを目的として、水道では高圧給水システムを採用すべく検討されている。これに対して、給水装置を見直し、その操作性能を改善し、圧力損失を削減するなどの性能向上を計ることを目的として、本研究は着手された。平成7年度は、3年間の研究の第1年度であり、当初の研究計画に従い、以下の通り研究を勧めた。1)研究方針を確認し、分担を調整した。2)関係文献の収集・分析を行った。3)節水と高圧給水の性能に関わる要点を検討し、その概要をとりまとめた。4)性能試験装置の基本設計と試作をすすめた。5)試作した性能試験装置による予備実験に着手した。6)性能試験法について検討した。7)給水装置の性能について検討し、性能試験の実施について計画を立案した。このような状況に対して、給水装置を見直し、その操作性能を改善し、圧力損失を削減するなどの性能向上を計る必要が生じているため、本研究は給水装置の性能試験法及び試験装置を開発し給水装置の性能試験を行ない、最適な試験条件を決定するとともに、性能向上の方策及び設計基準を明確にすることを目的としたものである。平成8年度は、3年間を予定する本研究の第2年度であり、前年度にまとめた給水装置の性能試験を継続するとともに、流れのシュミレーションを計画実行し、設計基準の骨子となる指針を策定することを試みた。即ち、高圧給水装置、試験用配管、計測システムからなる給水装置の性能試験を継続実行し、性能試験法の詳細について検討した。また、管路内流れのシュミレーションプログラムの作成と設計基準案の検討を行なった。あわせて、関係文献の収集・分析を行なった。

このような状況に対して、給水装置を見直し、その操作性能を改善し、圧力損失を削減するなどの性能向上を計る必要が生じているため、本研究は給水装置の性能試験法及ぴ試験装置を開発し給水装置の性能試験を行い、最適な試験条件を決定するとともに、性能向上の方策及び設計基準を明確にすることを目的としたものである。平成9年度は、3年間を予定した本研究の最終年度であり、前年度までにまとめた給水装置の性能試験を継続するとともに、設計基準の骨子となる指針を策定することを試みた。即ち、高圧給水装置、試験用配管、計測システムからなる給水装置の性能試験を継続実行し、今後あるべき性能試法の詳細について検討し、とりまとめた。また、設計基準について検討を行った。合わせて、関係文献の収集・分析を継続実施するとともに、3年間の成果を研究成果報告書としてとりまとめた。
小・中学校段階における跳躍系種目（走り幅跳び・走り高跳び）のカリキュラム構成検討

本研究課題では,小学校から中学校段階を対象として,陸上運動・競技領域における跳躍系種目(走り幅跳び・走り高跳び)のカリキュラム構成を提起することを主たる目的とした。走り幅跳びおよび走り高跳びにおける技能学習の焦点を走動作と跳動作の組み合わせの局面に置き,単元を通した学習成果を「助走速度の踏切速度への効率よい変換」という視点から明らかにすることとし,特に助走リズムに着目した学習指導の成果について検証を行った。中学校の生徒を対象とした実践研究における走り幅跳びと走り高跳びの跳躍動作を単元前後で比較した結果,走り幅跳びでは踏み切り動作中における水平重心速度が有意に減少していた。このことには,踏切脚接地時に脚がより後傾した接地となっていたことが影響していると推察できる。また,走り高跳びでは踏み切り時の水平重心速度が有意に減少したが,踏み切り時の鉛直変換率が向上していた。以上のことから,助走のラスト3歩のリズムアップを強調した学習指導は,走り幅跳びにおいて「間延びした踏切動作」を引き起こす可能性が指摘できると考えられた。そしてここには,跳躍系種目の学習の順序性の問題が横たわっていると言える。本研究課題では,走り高跳びを学習したのちに走り幅跳びの学習へと展開したが,走り高跳びにおける踏切脚接地時の深い後傾姿勢が走り幅跳びにおける「間延びした踏切動作」を助長した可能性が指摘できる。この点から考えれば,ラスト3歩のリズムアップを強調する場合には,遠くへ跳ぶ運動から高く跳ぶ運動へと,学習を展開していくことが一つの解決策として提案できると思われる。中学校体育の走り幅跳び授業の実践において,助走,踏み切りおよび着地動作における技能向上を意図した単元展開を構成し,走り幅跳びの技能向上および記録向上のための効果的な学習指導について検討し,指導現場に有用となる知見を得ることを目的とした研究を実施した.本研究では,体育授業における走り幅跳びを対象とした先行研究や走り幅跳びの運動学的特徴に基づいて作成した単元指導計画の下で,中学生を対象に走り幅跳びの授業を全7時間にわたり実施した.その結果,1跳躍記録が有意に向上し,さらに,2跳躍角度の向上を意識した踏み切り動作の習得,3脚を前方に振り出した着地姿勢の習得,といった走り幅跳び動作の技能的向上がみられた.したがって,本研究において実践した中学校体育における走り幅跳びの学習指導内容は,走り幅跳びの技能向上および記録向上に一定の効果があったと言える.しかしながら,踏み切り進入速度が有意に向上したにも関わらず,踏み切りの瞬間における助走スピード(水平速度)には変化がなかった.冒頭で述べたように,走り幅跳びでは,踏み切りから空中へ跳び出す瞬間の水平速度が跳躍距離の決定要素とされていることからも,本研究における一連の学習指導は,助走スピードを生かした踏み切りという点については課題を残した内容となった.このことに関して,単元序盤および中盤で指導した,「タ・タ・タン」という3歩のリズムによる助走での踏み切りや,単元終盤で扱った,助走歩数およびリズムアップの契機の探求の時間に改善の余地があるように考える.本研究で対象としている走り幅跳びおよび走り高跳びといった2つの跳躍系種目のうち,走り幅跳びについて,学校現場と共同しながら授業を実施し,データを得ることができた。特にそこでは,体育授業における走り幅跳びを対象とした先行研究や走り幅跳びの運動学的特徴に基づいて作成した単元指導計画の有用性が,1跳躍記録が有意に向上,2跳躍角度の向上を意識した踏み切り動作の習得,3脚を前方に振り出した着地姿勢の習得,といった点から確認できた。中学校体育授業における走り幅跳びおよび走り高跳びの助走から踏切局面において,ラスト3歩を強調した助走リズムの指導の有効性について検討した.対象とした中学校の生徒たちに,助走ラスト3歩のリズムアップを強調した走り幅跳びの授業(7時間)と,同じく助走ラスト3歩のリズムアップを強調した走り高跳びの授業(7時間)を実施し,授業前と授業後の踏切動作の変容をキネマティクス的に分析した.被験者は,中学1年生から3年生であり,走り幅跳び17名,走り高跳び22名であった.対象となった生徒たちの跳躍動作について分析を行った結果,走り幅跳びでは,踏み切り動作中における水平重心速度の減速が有意に増大したが,踏み切り時における垂直重心速度に変化がみられなかったことから,踏み切り指数が減少した.このことには,踏切脚の接地において単元開始時に比べ単元終了時で脚がより後傾した接地となっていたことも関連すると推察できる.踏切脚がより後傾して接地することは,地面反力による助走の減速成分が大きくなることとなり,助走スピードの大きな減速を招いていたと考えられる.一方で,走り高跳びでは,踏み切り時の水平重心速度が有意に減少したが,垂直重心速度に変化がなかったことから,鉛直変換率が向上していた.これらのことから,助走ラスト3歩のリズムアップを強調した指導は,走り高跳びには有効であるが,走り幅跳びでは効果的ではない可能性が示唆された.これまでの助走ラスト3歩のリズムアップ指導から,例えば「タタン」というような,助走ラスト2歩のリズムアップを強調する指導の可能性についても検証が求められる.当初の計画通り,走り幅跳びおよび走り幅跳びの踏切動作において,ラスト3歩を強調した助走リズムの指導の有効性について実際の授業実践から知見を得ることができた。特にそのプロセスでは,助走ラスト3歩のリズムアップを強調した指導は,走り高跳びには有効であるが,走り幅跳びでは効果的ではない可能性が示唆されており,このことは今後の跳躍系運動の学習指導における有効な知見となり得るといえる。

よって,現在までの進捗として,おおむね順調であると判断した。本研究課題では,小学校から中学校段階を対象として,陸上運動・競技領域における跳躍系種目(走り幅跳び・走り高跳び)のカリキュラム構成を提起することを主たる目的とした。走り幅跳びおよび走り高跳びにおける技能学習の焦点を走動作と跳動作の組み合わせの局面に置き,単元を通した学習成果を「助走速度の踏切速度への効率よい変換」という視点から明らかにすることとし,特に助走リズムに着目した学習指導の成果について検証を行った。中学校の生徒を対象とした実践研究における走り幅跳びと走り高跳びの跳躍動作を単元前後で比較した結果,走り幅跳びでは踏み切り動作中における水平重心速度が有意に減少していた。このことには,踏切脚接地時に脚がより後傾した接地となっていたことが影響していると推察できる。また,走り高跳びでは踏み切り時の水平重心速度が有意に減少したが,踏み切り時の鉛直変換率が向上していた。以上のことから,助走のラスト3歩のリズムアップを強調した学習指導は,走り幅跳びにおいて「間延びした踏切動作」を引き起こす可能性が指摘できると考えられた。そしてここには,跳躍系種目の学習の順序性の問題が横たわっていると言える。本研究課題では,走り高跳びを学習したのちに走り幅跳びの学習へと展開したが,走り高跳びにおける踏切脚接地時の深い後傾姿勢が走り幅跳びにおける「間延びした踏切動作」を助長した可能性が指摘できる。この点から考えれば,ラスト3歩のリズムアップを強調する場合には,遠くへ跳ぶ運動から高く跳ぶ運動へと,学習を展開していくことが一つの解決策として提案できると思われる。今後は,昨年度に実施した研究に倣いながら,走り幅跳びおよび走り高跳びといった2つの跳躍系種目のうち,走り高跳びに焦点を当て,中学校体育の走り高跳び授業の実践において,技能向上および記録向上のための効果的な学習指導について検討し,指導現場に有用となる知見を得ることを目的とした研究を実施する予定である。体育授業における走り高跳びを対象とした先行研究や走り高跳びの運動学的特徴に基づいて単元指導計画を作成し,技能的な成果について検証を進めていく。中学校体育の走り幅跳びおよび走り高跳びの踏切動作において,ラスト3歩を強調した助走リズムの指導の有効性を検討した結果,助走ラスト3歩のリズムアップを強調した指導は,走り高跳びには有効であるが,走り幅跳びでは効果的ではない可能性が示唆された.このことについて,より発展的な知見を得るために,小学校段階を対象とした追証的な研究,さらには走り幅跳びにおける有効な助走リズムを明らかにする実践的研究に着手していく。次年度使用額が生じた理由としては,研究に使用する図書の購入が予定より少なかったことが挙げられる。また,本年度は,研究内容の観点から児童・生徒のパフォーマンスについて,緻密な動作分析を行う必要が生じなかった。よって,動作分析用の機材(モニターやソフト)の購入も行わなかったためである。なお,このことによる研究計画および進捗状況への支障は生じていない。次年度使用額が生じた理由・・・中学校の体育授業を対象とした調査を実施したが,生徒数が少ない小規模学校であったため,少ない実験機材でまかなうことができた。
外因性内分泌攪乱物質が脳の性分化・攻撃行動発現に及ぼす影響と作用機序

本研究では、脳の性分化を、特に脳内の芳香化と性ホルモン受容体という視点から性分化について概観し、性行動や攻撃行動の表出系中枢領域と考えられる扁桃体内側核、分界条床核、内側視索前野を外因性内分泌撹乱物質の脳内標的領域であると想定した。そしてDHT, T, E2の3種類の内因性の性ホルモンが同領域の性ホルモン受容体に与える影響を検討した結果、多量のE2投与は、扁桃体内側核、分界条床核、内側視索前野のEsRαに対する強いdown regulationの効果とAnRに対するある程度のup regulation効果を持ち、DHTはAnRに対する強いup regulation効果とEsRαに対するある程度のdownregulation効果を持つことが判明した.一方TはEsRαに対し強いdownregulation効果を示すが、投与量が脳内AROM活性量に比して多い場合には同時にAnRに対しても強いup regulation効果を示した。しかし投与量が少ない場合にはAnRに対するup regulation効果は弱いものにとどまった.脳内性ホルモン受容体の発現制御が密接に脳の性分化の方向づけと関わることは容易に想像されるが、生殖系組織でエストロゲン様効果が報告されるノニルフェノールとオクチルフェノールについて同脳領域のEsRα抑制効果を免疫組織化学的に検討した結果、中枢性にもエストロゲン類似効果を発揮することが示された。本研究成果の重要な点は、ある種の"環境ホルモン"が実際に脳の性ホルモン受容体の制御を介し中枢性に生殖機能や攻撃行動に影響を及ぼす可能性を示した点と脳内でのエストロゲン作用やアンドロゲン作用のアッセイ系確立へ大きな扉を開いたという点と、詳細な報告は控えるが、性分化のメカニズムの解明と外因性内分泌撹乱物質の脳内作用経路を探るうえで重要な新たにEsRβの脳内発現分布を明らかにした点である。この分野の今後の課題は、EsRβの脳内発現分布や機能を踏まえて脳の性分化メカニズムの解明し、EsRα、EsRβ,AnRの制御を利用した脳における外因性物質の性ホルモン類似作用のアッセイ系を確立し、これにより外因性物質の脳内性分化干渉強度の測定を可能にすることであろうと思われる。本年度は、CCDカメラ、コンピューターらの機器購入と設置および正常雌雄ラットの発達過程での扁桃体-分界条床核-内側視索前野の弓状領域(mPO-AM)でのアロマテース(AROM)、アンドロゲン受容体(AnR)、エストロゲン受容体(EsR)発現の発達過程での変化に関する実験データの収集が中心となり、内分泌撹乱物質の投与実験は、実験条件を決める予備実験にとどまった。AROM発現は雌雄ともに胎生13-15日頃より検出され、胎生後期-新生仔期にかけてピークに達した後、生後1週以内に落ち初め、4週頃より雄のみで増え始め、雌では低レベルの発現となる。AnRは雄で視索前野の室周囲領域にわずかながら認めれるも、一般に新生仔期では雌雄ともにmPO-AMではあまり発現せず、4週を過ぎるころより雄特異的に発現が増し、成獣では雄優位に著明な雌雄差が見られるようになる。EsRは、胎生期より雌雄ともにかなりの発現が認められ、特に内側視索前野尾側で雌優位の発現の性差が見られた。

雌雄ともに成獣においても新生仔期における発現を維持するが、mPO-AMでは雌でやや高いものの雌雄ともに発現レベルは低く、4週を過ぎる頃より、雌のmPO-AMでは雌特異的に発現が増強し始め、性差が顕著になる。また、生直後に去勢した成獣脳での三者の発現パターンは、雌では大きな変化はなかったが、雄ではAROMとAnRの発現が減弱し、EsRの発現が増強した。生直後に去勢された雄へのジヒドロテストステロン投与はAROMとAnRの発現を増強させるがEsRの発現にはあまり影響がなく、エストロゲン投与はAROMとAnRの発現をやや増強し、EsRの発現を強く減弱させ、テストステロンの投与はAROMとAnRの発現を増強し、EsRの発現を減弱させることがわかった。現在、ビスフェノールA、オクチルフェノール、ノニルフェノールを成獣へ投与した際の脳内AROM、AnR、EsRへの影響、母ラットに投与した後の胎児脳AROM、AnR、EsRへの影響を中心に、データの収集中である。dihydrotestosterone(DHT), testosterone(T), estradiol(E2)の3種類の内因性の性ホルモンが扁桃体内側核、分界条床核、内側視索前野領域の性ホルモン受容体に与える影響を免疫組織化学的に検討し、さらに生殖系組織でエストロゲン様効果が報告されるアルキルフェノール系化合物(ノニルフェノールとオクチルフェノール)についても同領域の特にエストロゲン受容体α(EsRα)への影響について免疫組織化学的検討がなされた。これらの結果、多量のE2は、扁桃体内側核、分界条床核、内側視索前野のEsRαに対する強いdownregulation効果を持ち、DHTはアンドロゲン受容体(AnR)に対する強いup regulation効果を持つことが判明した。一方Tは投与量が脳内AROM活性量に比して多い場合には、EsRの発現に対し強いdownregulation効果を示し、同時にAnRに対して強いup regulation効果も示た。投与量が脳内AROM活性量に比して少ない場合には、EsRの発現に対し強いdownregulation効果を示す一方で、AnRに対するup regulation効果は弱いものにとどまるという知見が得られた。また、生殖系組織でエストロゲン様効果が報告されるノニルフェノールとオクチルフェノールについて検討した結果、中枢性にも同脳領域でエストロゲン類似のEsRα発現抑制効果を発揮することが免疫組織化学的に示された。今年度の重要な研究成果は、ある種の"環境ホルモン"が実際に脳の性ホルモン受容体の制御を介し中枢性に生殖機能や攻撃行動に影響を及ぽす可能性を示した点と、脳内でのエストロゲン効果やアンドロゲン効果のアッセイ系確立へ大きな扉を開いた点と、また詳細な報告は控えるが、性分化のメカニズムの解明に重要な新たにEsRβの脳内発現分布を明らかにした点あると思われる。これらは、外因性内分泌撹乱物質の脳内性分化干渉経路、機序、強度を探るうえでも新たな鍵となるであろう。
金属トランスポーターを利用した動物細胞工学

高度に糖鎖修飾された組換え型タンパク質は動物細胞を用いて生産されるが、生産コストの抑制のため高い生産性を有する株の樹立が求められている。本研究では糖鎖付加効率の改善のため、糖鎖生合成酵素の補因子である亜鉛・マンガンを供給するトランスポーターを同定することを試みた。その結果、カルシウム代謝に重要と目されていたトランスポーターが糖鎖生合成に関与することを示唆する結果が得られ、動物細胞工学の新たな可能性を提示することができた。高度に糖鎖付加された組換え型タンパク質は動物細胞を用いて生産されるが、高生産株においては、正しく糖鎖付加されなかった異常タンパク質の割合の増加や、その蓄積による細胞増殖の抑制により、かえって生産性が低下する。この問題を解決するために、様々な研究が実施されてきたが、最近、組換え型タンパク質生産細胞の培養液中にマンガンを添加することが、糖鎖生合成の効率を増大させることが示された。この理由として、ほぼ全ての糖鎖合成酵素(糖転移酵素)がマンガンを活性補因子として要求するためであることが予想されているが、培養液中に高濃度のマンガンを添加することは、たとえ糖鎖生合成の促進に有効であったとしても、その毒性という側面から最善策とは言えない。そこで本研究では、小胞体・ゴルジ体といった分泌経路内へのマンガン供給に機能するトランスポーターを同定し、その発現を増強させることで、複雑な糖鎖構造を持つ組換え型タンパク質の生産性向上に役立てることを試みた。出芽酵母において、マンガン代謝に関係することが報告されているトランスポーターの相同タンパク質の中から、どの輸送体が動物細胞での分泌経路内マンガントランスポーターに相当するのかを明らかにするため、これら候補トランスポーターを欠損させた欠損株をそれぞれについて作成し、その効果について検討した。作成した単独欠損株の中のSPCA1を除くすべての株において、顕著なマンガン代謝異常は観察されなかったことから、脊椎動物細胞においては、SPCA1がマンガン代謝の中心に位置することが予想された。しかしながら、SPCA1欠損株においても糖鎖付加に異常は認められず、他のトランスポーターの関与が考えられた。現在、SPCA1との二重欠損株を作成し、その同定を進めている。高度に糖鎖修飾された組換え型タンパク質は動物細胞を用いて生産される。生産コストの抑制のため、高い生産性を有する株の樹立が求められるが、高生産株においては、正しく糖鎖付加されなかった異常タンパク質の割合の増加や、その蓄積による細胞増殖の抑制により、かえって生産性が低下する。この問題を解決するために、様々な試みが実施されているが、最近、組換え型タンパク質生産細胞株の培養液中にマンガンを添加することが、糖鎖生合成効率を改善させることが示された。この理由として、ほぼ全ての糖鎖合成酵素(糖転移酵素)がマンガンを活性補因子として要求するためであると考えられるが、培養液中にマンガンを添加することは、たとえ糖鎖生合成の促進に有効であったとしても、その毒性という側面から最善策とは言えない。そこで本研究では、小胞体・ゴルジ体といった分泌経路内へのマンガンを供給する機能を持つトランスポーターを同定し、複雑な糖鎖構造を持つ組換え型タンパク質の生産性向上に役立てることを試みた。出芽酵母において、マンガン代謝に関係することが報告されているトランスポーターの相同タンパク質に関しては、前年度の解析ですでにそのすべての単独欠損株を作成していたため、本年度は、それらの二重欠損株、三重欠損株を作成し、細胞表面の糖鎖構造の解析を行った。その結果、カルシウム代謝に重要と目されていたトランスポーターの多重欠損株において糖鎖構造に異常が認められ、このトランスポーターが糖鎖生合成に関与している可能性を示す結果を得ることができた。現在、当該トランスポーターの性状解析を進めている。
近現代日本の農業農村基盤整備事業と農家経済

本研究は、近現代日本における農業農村基盤整備事業が農業経営・農家経済に与えた影響を実証的に検討した。主たる研究成果は、次の2点が挙げられる。第1に、19301940年代における農家経済に関するデータベースを構築したことである。第2に、1950年代の農業政策の政策効果を検討し、農業生産の向上という面で意義を見出せること、その一方で、農業経営におけるモノカルチャー的生産(水稲単作)から多角的生産への転換という点では限界があったことを明らかにした。平成26年度の研究計画として、1.事例対象地である新潟・福井・愛知の農業農村基盤整備事業に関する史料調査を実施すること、2.各県の農家経済に関する史料収集とデータベースの構築を行うことを掲げた。1.史料調査に関しては、新潟・福井・愛知各県の農業農村基盤整備事業に関する史料調査を実施した。調査は国立国会図書館、東京大学、各県立図書館・史料館、土地改良区(亀田郷、西蒲原、豊田)に対して行った。これによって各県の事業に関する基礎的な情報を得ることができた。2.農家経済に関する史料収集とデータベースの構築に関しては、国立国会図書館、東京大学、各県立図書館、北陸農政局で調査を実施し、「農家経済調査」・「農業経営調査」などの農家経済に関する史料を収集した。北陸農政局では戦後直後の農家経済に関する貴重なデータを入手することができた。各県立図書館および東京大学では戦前の農会による「農家経済調査」・「農業経営調査」、戦後の農林省による「農家経済調査」などの史料を収集することができた。そして戦前の「農家経済調査」と戦後の農林省による「農家経済調査」のデータベース化を行った。平成27年度の研究計画として、農家経済に関するデータベースの構築と分析を掲げた。研究実績としては、まずデータベースの構築に関しては、京都大学農学部が所蔵する「農家経営経済調査」(19421948年)の新潟県分の農家経済に関するデータベースの作成を行った。新潟県分として残されている農家データ(42戸分)のうち、8戸分のデータ入力が完了した。これら42戸はすべてがパネルデータとして存在するわけではなく、7年分の完全なパネルデータとして残されている農家は5戸のみであり、そのうちの4戸と西蒲原郡分(従来、研究代表者が研究対象としてきた地域)を優先的にデータ入力した。データ分析では、1950年代の土地改良事業が展開するもとでの農村・農家経済に関する分析を行った。新潟県の農業振興計画の内容と、新潟県農村の事例に基づいた農業生産の多角化の実態を検討し、研究成果を公刊した。平成26年度に掲げた研究計画が予定通り実行されている。27年度が最終年度であるため、記入しない。経済史平成27年度は、農家経済に関するデータベースの構築とその分析を進めることが課題である。分析結果は学会における研究発表および論文投稿することで公表していく。
協調運動学習下の脳機能ネットワーク解析に基づく運動学習支援アルゴリズムの開発

本年度は,二者が協調して運動学習を行う際の脳機能ネットワークの解析に適した協調運動学習課題の設計に取り組んだ.その要求仕様として,(1)ペアを組む相手の熟練度が課題成績および他の新規の相手と組んだ場合の適応性に及ぼす影響を調査できること,(2)運動課題が脳計測にアーティファクトとして影響を及ぼさないこと,の2点を考慮する必要がある.これに対し本研究では,二者協調による物体操作課題を考案した.この課題は,操作対象である物体のダイナミクスと協調相手の操作力から計算される手先反力に基づいて自らの操作力を決定する協調運動学習課題である.まず予備的検討として,力覚提示を省略した視覚フィードバックのみのバージョンで協調運動学習実験を実施し,ペアを組む相手の運動技能の違いが,協調運動学習の運動成績に及ぼす影響を評価した.具体的には,二者がそれぞれ利き手で操作するcursorと仮想バネで繋がれたobjectを協調して動かすことでtargetまで到達させるものである.ただし,各自の最適行動を探索的に学習させるため,objectには未知外力が作用するものとする.また前述の目的を達するため,被験者は初心者(Novice)同士で訓練するNN群と熟練者(Expert)と組んで訓練するNE群に無作為に分ける.協調運動学習の評価指標には,総運動時間とobjectの総移動距離の積を用いる.予備実験の結果,熟練者とペアを組んだ場合(NE群)よりも,自身と同程度のレベルの者とペアで組んで協調運動学習を経験した初心者(NN群)の方が,学習後に,別の初心者と組んだときの成績が有意に高く,汎化性に優れることを明らかにした.この結果は,IEEEの国際会議MHS2018(名古屋大学,12月)にて報告した.H30年度は,本務で学科長,専攻長,部門長,学科改組担当委員などを併任し,長期の海外出張がほぼ不可能な状況であり,海外共同研究先の英国・レディング大学に,のべ18日間しか訪問することができず共同研究の立ち上げが遅れた.しかしながら,海外共同研究者のYoshikatsu Hayashi博士と博士課程学生のNicolas Thorne氏が,2018年12月に,国際会議参加のために来日され,その間に複数回の研究打ち合わせを行うことができたことからこの遅れをカバーすることができた.現在までに,日本側では協調運動学習の実験課題の予備的検討を終え,本実験に向けた実験仮説の妥当性を確認した.また,University of Reading側では,協調運動学習で二者の運動をソフトウェア的に結合するためのハプティックシステムを開発した.以上のことから,本研究はおおむね順調に進展していると言える.2019年度は,のべ5ヶ月の英国滞在を予定しており,共同開発したハプティックロボットの制御プログラム開発と,二者協調運動学習の予備実験を実施する予定である.すでにハードウェアのプロトタイプは完成しており,ロボットの制御アルゴリズムについても検討が終了しているため,渡英後すぐにプログラムの実装に着手する.内定年度:2017本年度は,二者が協調して運動学習を行う際の脳機能ネットワークの解析に適した協調運動学習課題の設計に取り組んだ.その要求仕様として,(1)ペアを組む相手の熟練度が課題成績および他の新規の相手と組んだ場合の適応性に及ぼす影響を調査できること,(2)運動課題が脳計測にアーティファクトとして影響を及ぼさないこと,の2点を考慮する必要がある.これに対し本研究では,二者協調による物体操作課題を考案した.この課題は,操作対象である物体のダイナミクスと協調相手の操作力から計算される手先反力に基づいて自らの操作力を決定する協調運動学習課題である.まず予備的検討として,力覚提示を省略した視覚フィードバックのみのバージョンで協調運動学習実験を実施し,ペアを組む相手の運動技能の違いが,協調運動学習の運動成績に及ぼす影響を評価した.具体的には,二者がそれぞれ利き手で操作するcursorと仮想バネで繋がれたobjectを協調して動かすことでtargetまで到達させるものである.ただし,各自の最適行動を探索的に学習させるため,objectには未知外力が作用するものとする.また前述の目的を達するため,被験者は初心者(Novice)同士で訓練するNN群と熟練者(Expert)と組んで訓練するNE群に無作為に分ける.協調運動学習の評価指標には,総運動時間とobjectの総移動距離の積を用いる.予備実験の結果,熟練者とペアを組んだ場合(NE群)よりも,自身と同程度のレベルの者とペアで組んで協調運動学習を経験した初心者(NN群)の方が,学習後に,別の初心者と組んだときの成績が有意に高く,汎化性に優れることを明らかにした.この結果は,IEEEの国際会議MHS2018(名古屋大学,12月)にて報告した.H30年度は,本務で学科長,専攻長,部門長,学科改組担当委員などを併任し,長期の海外出張がほぼ不可能な状況であり,海外共同研究先の英国・レディング大学に,のべ18日間しか訪問することができず共同研究の立ち上げが遅れた.しかしながら,海外共同研究者のYoshikatsu Hayashi博士と博士課程学生のNicolas Thorne氏が,2018年12月に,国際会議参加のために来日され,その間に複数回の研究打ち合わせを行うことができたことからこの遅れをカバーすることができた.現在までに,日本側では協調運動学習の実験課題の予備的検討を終え,本実験に向けた実験仮説の妥当性を確認した.

また,University of Reading側では,協調運動学習で二者の運動をソフトウェア的に結合するためのハプティックシステムを開発した.以上のことから,本研究はおおむね順調に進展していると言える.2019年度は,のべ5ヶ月の英国滞在を予定しており,共同開発したハプティックロボットの制御プログラム開発と,二者協調運動学習の予備実験を実施する予定である.すでにハードウェアのプロトタイプは完成しており,ロボットの制御アルゴリズムについても検討が終了しているため,渡英後すぐにプログラムの実装に着手する.