hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シグナル伝達酵素ホスホリパーゼDの機能調節ドメインと生理的役割に関する研究

新規な細胞内シグナル伝達酵素として注目を集めているほ乳類ホスホリパーゼD(PLD)については、現在までにPLD1とPLD2の二種類のアイソザイムが同定されており、これらの活性調節機構や生理機能の解明が待たれている。申請者は、PLD1の機能調節ドメインを解析すること、およびPLD2の活性調節機構と生理機能を解明することをおもな目的として本研究を計画し、以下に示した成果を得た。(1)PLD1のRhoAに対する結合部位の同定:PLD1aは1074アミノ酸残基からなるが、酵母Two-hybrid systemとin vitro相互作用システムを用いて、そのC末端側712-1074アミノ酸領域がRhoAと相互作用部位であることを同定した。(2)PLDの下流因子の探索:PLD2によって産生されるホスファチジン酸が低分子量Gタンパク質のARFと相乗的にホスファチジルイノシトール4-リン酸5-キナーゼを活性化することを明らかにした。また、プロテインキナーゼC(PKC)、とくにPKCεがPLDの下流シグナル分子として機能している可能性を示した。(3)PLD2の生理機能の解析:PLD2は、EGFによるラッフル膜形成に関与していることを示した。また、本酵素は、小脳顆粒神経細胞において、神経接着因子のL1刺激による軸索伸展に重要な役割を果たしていることを明らかにした。(4)PLD2の活性制御機構の解析:PLD2は、NGF刺激によるPC12細胞の突起伸長シグナル伝達およびL1刺激による小脳顆粒神経細胞の軸索伸展シグナル伝達において、それぞれERKとp38MAPキナーゼ系およびERK経路により活性化されることを明らかにした。現在までに哺乳類ホスホリパーゼD(PLD)としてPLD1とPLD2がクローニングされており、PLD1にはPLD1aとPLD1bのスプライシングバリアントが存在する。これらのPLDのうち、PLD1(PLD1aとPLD1b)はin vitroで低分子量G蛋白質のRhoAとADPリボシル化因子(ARF)、およびプロテインキナーゼCα(PKCα)により活性化されることが明らかにされている。さらに、これら因子の効果は相乗的であることより、それぞれの因子はPLD1の異なる部位に直接結合して活性化効果を示すと考えられているが、PLD1の結合部位は解明されるに至っていない。そこで、これらの因子に対するPLD1の結合部位を検索し、以下の成果が得られた。酵母two-hybridsystemにおいて、PLD1a(全長1074アミノ酸)の各種断片と活性化因子ARF、RhoA、およびPKCαとの相互作用を検討した結果、PLD1aのC末端部分712-1074アミノ酸残基PLD断片(D4ペプチド)が活性型RhoA(RhoAval14)と特異的に相互作用したが、その他の活性化因子についてはポジティブな結果は得られなかった。D4ペプチドとRhoAval14との相互作用は、in vitroおよびin vivo(COS-7細胞内)でも確認できた。また、このペプチドは、in vitroにおいてARFやPKCαによるPLD1αの活性化には影響を与えなかったが、RhoAにより活性化されるPLD1aを特異的に阻害した。以上の結果より、RhoAはPLD1aのC末端領域に結合し、ARFとPKCaはPLD1αのその他の領域に結合してPLD1a活性を調節するものと結論づけられる。申請者は、ホスファチジルイノシトール4-リン酸(PI(4)P)のD5位をリン酸化するPI(4)P5-キナーゼ(PI(4)P5K)はin vitroで低分子量G蛋白質のADPリボシル化因子(ARF)とホスファチジン酸(PA)により相乗的に活性されることを見いだした。

PAは細胞膜にわずかながら存在するが、ホスホリパーゼD(PLD)によっても膜局所で産生される。そこで、アゴニスト刺激によりPI(4)P5KとPLDの細胞内局在が一致するか否かを指標に、PI(4)P5K活性調節機構へのPLDの関与について検討した。現在までにPLD1とPLD2の二種のPLDがクローニングされているが、これらのPLDアイソザイムをヒト子宮頸ガン由来HeLa細胞に一過的に発現させると、PLD1はリソソーム/後期エンドソームに局在し、PLD2は細胞膜と細胞質全体にドット状に存在した。また、PI(4)P5KαもPLD2と同様に細胞膜と細胞質に散在した。PI(4)P5KαとPLD1またはPLD2を共発現させたHeLa細胞を上皮細胞増殖因子(EGF)で刺激すると、PLD2とPI(4)P5Kαはともに5-10分後に形成されたラッフル膜に移行し、それらの局在はほぼ完全に一致した。一方、PLD1については、EGF刺激してもその局在に変化は見られず、PI(4)P5Kαの局在とは異なっていた。これらの結果より、PLD2はPI(4)P5Kの活性化に関与し、ラッフル膜形成において重要な役割を果たすことが示唆された。申請者は、この結果をCell99,521-532,1999に発表している。現在までにクローニングされている2種のホスホリパーゼD(PLD)アイソザイム(PLD1とPLD2)のうちPLD2を誘導発現させたクロム親和性細胞腫PC12細胞においては、上皮増殖因子(NGF)刺激により形成される神経突起が非常に顕著に進展した。一方、活性欠失型PLD2を誘導発現させると、NGFによる神経突起の形成は有意に阻害された。また、PLD2による加水分解反応を抑制する1-butanolもNGFによる神経突起の形成を阻害した。これらの結果から、PLD2はその反応産物のホスファチジン酸を介して神経突起の形成に重要な役割を果たしているものと結論づけられる。PC12細胞において、NGFによる神経突起形成にはERKやP38のMAPキナーゼが重要であることが明らかにされている。そこで、NGFによる神経突起形成において、これらのMAPキナーゼカスケードとPLD2を介するシグナル伝達経路との関係を解析すると、PLD2はこれらのMAPキナーゼの下流因子として機能していることが明らかとなった。しかしながら、これらのMAPキナーゼが直接的あるいは間接的にPLD2を活性化している化については不明であり、今後はこの点を解析していく予定である。一方、PLD1の生理機能を推察するために、PC12細胞に誘導発現したPLD1の細胞内局在を解析した結果、発現したPLD1はおもにリソゾームに局在した。この結果から、PLD1はリソゾームの放出反応に関与している可能性が考えられる。この点の詳細についても、今後解析していく予定である。二種のほ乳類ホスホリパーゼD(PLD)アイソザイム(PLD1とPLD2)のうち、PLD1の生理機能については解析が進展しているが、PLD2については全く不明である。申請者はこれまでに、PC12細胞におけるNGF依存的な突起伸長に対するPLDの影響を解析した結果、PLD1は影響を与えなかったが、PLD2はERKとp38MAPキナーゼにより活性化されて、突起伸長に重要な役割を果たしていることを明らかにした。
住環境マップを総合化した住民主導の地区住環境整備方針形成支援システムの展開と検証

1.ケーススタディの対象とする自治会を広く募集し、自治会側から自発的に応募させた。個人情報保護法を遵守しつつ、平成18年度は埼玉県・東京都の22市区合計約2000の自治会長へ、平成19年度は26市区合計2768の自治会長へ応募案内を送付した。2.応募のあった自治会からのヒアリング、現地視察を通じて、平成18年度は、(1)高速道路と国道の沿道に位置するK自治会グループを選定した。これに加え、住環境整備方針の形成には時間を要するため、前年度にケーススタディの対象とした(2)工場に隣接する公団高層集合住宅団地のTo自治会及び(3)市街化調整区域と住居専用地域が混在するTa自治会を引き続き対象とした。平成19年度は、(4)街灯整備状況に問題を抱える戸建住宅地区であるJi、M、O、Bの各自治会を選定した。これに加え、前年度にケーススタディの対象とした(3)Ta自治会を引き続き対象とした。3.(1)のK自治会では、高速道路と国道の沿道で住民が車両交通量、騒音レベル、二酸化窒素濃度を実測し研究者が支援した。また道路新設後の騒音レベルを予測した。(2)のTo自治会では工場からの臭気を住民が実測し研究者が支援した。(3)のTa自治会では両年度とも、前年度に作成した街灯照度マップから導いた街灯新設計画を自治会が実行したため、夜間道路照度を実測してその効果を確認した。上記(4)の各自治会では夜間の道路の安全性が問題であることから、住民が地区内の全道路において夜間の水平面照度を実測し研究者が支援した。4.各地区とも、実測に基づく住環境マップと住民意識アンケート結果を分析し視覚的に表現した報告書を研究者が作成し、それをもとに住民同士が住環境の実態とそれを改善するための具体的な方針形成に向けて協議した。研究者はそれを記録・観察し、そうした活動の支援システムを展開させるとともにその有効性を検証した。1.本研究の目的は、実測に基づく住環境マップと住民意識アンケート結果を総合化した住環境整備方針を住民主導で形成するための支援システムを試作するとともに、その有効性を検証することにある。2.ケーススタディの対象とする自治会を広く募集し、自治会側から自発的に応募させた。個人情報保護法を遵守し、自治会連合会から入手した自治会長名簿の管理を徹底するとともに、研究者を介さず連合会から直接自治会長へ送付する方法を併用し、埼玉県・東京都の22市区合計約2000の自治会長へ応募案内を送付した。その結果、78の自治会長から詳細資料の請求があり、15の自治会長から応募があった。3.応募のあった自治会からのヒアリング、現地視察を通じて、(1)高速道路と国道の沿道に位置するK自治会グループを選定した。これに加え、住環境整備方針の形成には時間を要するため、前年度にケーススタディの対象とした(2)工場に隣接する公団高層集合住宅団地のTo自治会及び(3)市街化調整区域と住居専用地域が混在するTa自治会を引き続き対象とすることとした。4. K自治会では、車両交通量、騒音レベル、二酸化窒素濃度の実測を行うこととし、高速道路と国道の沿道で住民が実測を行い、研究者が支援した。また、道路新設後の騒音レベルをシミュレーションした。

To自治会では、住民意識アンケートを行うとともに、工場からの臭気の実測を住民が行い、研究者が支援した。Ta自治会では、前年度に作成した街灯照度マップから導いた街灯新設改善計画を自治会が実行したため、その効果を確認する夜間照度実測を行った。5.各地区とも、住環境マップと住民意識アンケート結果を分析し視覚的に表現した報告書を研究者が作成し、それをもとに懇談会で住民同士が住環境の実態とその改善にっいて話し合った。研究者はそれを記録・観察し、住環境整備方針を住民主導で形成するための支援システム検討の基礎資料とした。6.アンケートの実施に当たっては、回答者の人権やプライバシー保護に十分留意した。1.ケーススタディの対象とする自治会を広く募集し、自治会側から自発的に応募させた。個人情報保護法を遵守し、自治会連合会から入手した自治会長名簿の管理を徹底するとともに、研究者を介さず連合会から直接自治会長へ送付する方法を併用し、崎玉県・東京都の26市区合計2768の自治会長へ応募案内を送付した。その結果、66の自治会長から詳細資料の請求があり、15の自治会長から応募があった。2.応募のあった自治会からのヒアリング、現地視察を通じて、(1)街灯設置間隔が広い戸建住宅地であるJi自治会、(2)住宅密集度に差ゐある戸建住宅地区であるM自治会、(13)戸建住宅の密集する広大な住宅地であるO自治会、(4)従前より街灯環境改善を目指す戸建住宅密集地区であるB自治会を選定した。これに加え、前年度にケーススタディめ対象とした(5)市街化調整区域と住居専用地域が混在するTa自治会を引き続き対象とすることとした。3.各自治会との討論及び地区の全世帯を対象とした住民意識アンケートの結果から、上記(1)(4)の自治会では夜間の道路の安全性が問題であることから、夜間の道路照度を実測することとなった。住民が地区内の全道路において水平面照度を中心とした実測を行い、研究者が支援した。(5)の自治会では、前年度に作成した街灯照度マップから導いた街灯新設・改善計画を自治会が実行したため、その効果を確認する夜間の道路照度実測を行った。4.各地区とも、実測に基づく住環境マップと住民意識アンケート結果を分析し視覚的に表現した報告書を研究者が作成し、それをもとに懇談会で住民同士が夜間の道路照度を改善するための具体的な方策について話し合った。研究者はそれを記録・観察し、住環境整備方針を住民主導で形成するための支援システムを展開させるとともにその有効性を検証した。5.アンケートの実施に当たっては、回答者の人権やプライバシー保護に十分留意した。
生活習慣と遺伝子の交互作用の脳卒中発症に与える影響に関する研究

兵庫県北西部に位置するS郡と新潟県S市の4069歳の全住民から、性別・年齢階級によって層化無作為抽出を行い、そのうち男性403人、女性468人が本研究に参加した。書面によるインフォームドコンセントを得た後に、採血及び問診(喫煙、飲酒、身体活動習慣)行った。本年度は、血球からDNAを抽出することができなかった者を除外した男性372名、女性460名を解析対象として、白血球よりDNAを抽出し、PCR法によりNOS3多型を分析した。また、兵庫県S郡の男性335名を対象にして、ADH2、ALDH2の遺伝子多型を分析した。NOS3 intron4のaアレルをもつ人(aa+ba)においては、収縮期血圧と身体活動量の間に負の関係があった(linear trendのP値=0.0496、相互作用のP値=0.0071)。この遺伝子変異は、身体活動の低い人においてのみ、収縮期高血圧と有意に関係があった(オッズ比=2.4、95%CI;1.15.6、相互作用のP値=0.0474)。この結果より、運動が高血圧に対して予防的に働く場合の遺伝的背景の関与が示唆された。一方、アルコールの消費量と拡張期血圧との関連を、多重線形回帰モデルにより検討すると、ADH2^1/2^2または2^2/2^2の人よりもADH2^1/2^1の人の方が両者の関連は有意に強かった(調整した回帰係数=0.0392vs0.0113nmHg/1gエタノール/週、傾きの違いのP値=0.018)。しかし、アルコールと血圧の関係は、ALDH2の全ての遺伝子グループ間で同じであった。このように飲酒と血圧との関連にも、遺伝的背景が関与することが示唆された。兵庫県北西部に位置するS郡の4069歳の全住民から、町・性別・年齢階級によって層化無作為抽出し、男性358名と女性393名が本研究に参加した。書面によるインフォームドコンセントを得たのちに、採血及び問診(喫煙、飲酒、身体活動習慣、高脂血症治療の有無)を行った。抗高脂血症薬服用者・非空腹時採血だった者、血球からDNAを抽出することができなかった者を除外した男性258名、女性272名を解析対象とした。白血球よりDNAを抽出し、PCR法によりTaqI多型を分析した。我々は、日本の地域住民を対象として、CETP-TaqI多型と血清脂質・リポ蛋白レベルとの関連を初めて明らかにした。TaqIB多型におけるB2B2遺伝子型は、いくつかの環境要因で調整しても、特に男性において、独立にHDL-C濃度と関連していた。また、TaqIB多型は日本人においても頻度の高い変異であることが明らかになった。TaqIA遺伝子型と血清脂質・リポ蛋白レベルとの関連は明らかではなかった。

NOS3 intron4のaアレルをもつ人(aa+ba)においては、収縮期血圧と身体活動量の間に負の関係があった(linear trendのP値=0.0496、相互作用のP値=0.0071)。この遺伝子変異は、身体活動の低い人においてのみ、収縮期高血圧と有意に関係があった(オッズ比=2.4、95%CI;1.15.6、相互作用のP値=0.0474)。この結果より、運動が高血圧に対して予防的に働く場合の遺伝的背景の関与が示唆された。一方、アルコールの消費量と拡張期血圧との関連を、多重線形回帰モデルにより検討すると、ADH2^1/2^2または2^2/2^2の人よりもADH2^1/2^1の人の方が両者の関連は有意に強かった(調整した回帰係数=0.0392vs0.0113mmHg/1gエタノール/週、傾きの違いのP値=0.018)。しかし、アルコールと血圧の関係は、ALDH2の全ての遺伝子グループ間で同じであった。このように飲酒と血圧との関連にも、遺伝的背景が関与することが示唆された。
地球表層環境における鉱物表面／水／有機物界面の構造解析

主たる成果として、カルサイト(CaCO3)表面のイオンが人工海水中に含まれるMgSO4に置換されると、表面がより親水性になることを理論計算から発見した。このことが、石油の貯留岩であるチョークに人工海水を注入した際に、石油の回収率増進がみられることの原因の一つである。環境中に存在する2価の毒性イオンであるNi2+, Cd2+, Pb2+はカルサイトに取り込まれやすく、Sr2+は取り込まれにくいことが分かった。またNi2+は表面のイオン置換で安定に存在できることがわかった。毒性元素の存在形態を理論計算から予測することに成功した。本研究は、X線CTR散乱実験と第一原理電子状態・古典分子動力学計算を組み合わせて、鉱物表面/水溶液/炭化水素分子界面の構造を0.1 nm以下の分解能で決定し、鉱物表面近傍におけるイオン・有機分子の収着形態、および構造とダイナミクスの関係を理解することを目的としている。鉱物表面近傍における水・イオン・有機分子の収着形態の解明は、毒性元素の回収・石油の回収率向上・新規有機/無機複合体の材料設計など多くの研究分野で重要である。研究手法は、(1)高エネルギー加速器研究機構およびイギリスの放射光施設DIAMONDで行う表面X線CTR散乱実験と、(2)分子シミュレーションの2つを用いている。本年度は研究対象としてカルサイト(CaCO3)結晶と人工海水(塩としてNaCl, MgSO4を含む)の界面とし、界面構造解析を行った。カルサイトは石油の主要な貯留岩の一つであるチョークを構成する鉱物であり、人工海水との界面は、石油の回収率向上に向けて重要な研究対象である。研究成果:(1)本年度は新たにX線CTR散乱測定用の試料セルを作成した。液体の密封性の向上と温度制御が可能となり、室温80°Cまでの実験を行うことができる。塩としてNaClのみを含む人工海水とNaClおよびMgSO4を含む人工海水を調製し、カルサイトと人工海水界面のX線CTR散乱を室温および40°Cの条件下で測定した。結果として、MgSO4を含む場合、温度に依存して界面の構造が変化する様子が見え始めた。今後複数回の実験結果から詳細に解析する。(2)引き続きコペンハーゲン大学のAndersson助教、Stipp教授と、カルサイト/塩水溶液界面の第一原理電子状態計算を行っている。カルサイト表面の親水性が吸着イオンによって変化することが明らかになり、現在投稿論文を準備中である。研究手法は、(1)高エネルギー加速器研究機構(KEK)およびイギリスの放射光施設DIAMONDで行う表面X線CTR散乱実験と、(2)分子シミュレーションの2つを用いた。本年度の主要な成果として、研究手法ごとに説明する。(1)室温と80°Cまでの高温条件下における人工海水/カルサイト(CaCO3)界面の構造解析を継続して実施した。特に、本年度は溶液の蒸発を防ぐ試料セルの開発に取り組み、高温での測定の信頼性を徐々に向上させた。結果として、MgSO4を溶解させた人工海水と接したカルサイトの表面は70°C以上の高温で、常温とは異なる電子構造を取ることがわかってきた。これは、MgSO4イオンが高温で表面に吸着している可能性を示唆している。(2)第一原理電子状態計算から、カルサイトの(104)面のCa-CO3イオンペアをMg-SO4イオンペアに置換すると、表面がより親水性となることがわかった。この成果はJ. Chem. Phys. C誌に報告した。この結果は、MgSO4を溶解した人工海水と石油の貯留岩が接することで、石油の貯留岩の主要鉱物であるカルサイトの表面に吸着した石油分子が、脱離しやすくなることを示唆する。

高エネルギー加速器研究機構で行う予定だったX線CTR散乱実験が、東日本大震災の影響で前期の期間実施することができなかった。そこで、前期は解析プログラムの作成、文献調査等を行った。後期には、より現実の環境に近い白雲母/2成分塩水溶液(NaCl, CaCl2)界面のX線CTR散乱実験を行い、予備的ではあるが、興味深い結果が出つつある。今年度は震災の影響もあり、特に分子シミュレーションに集中した研究を行った。これまで低コスト・低環境負荷で如何に石油の回収率を向上させるかについて研究が盛んに行われている。最近ノルウェーの研究グループは、主要な貯留岩の一つであるチョーク(未固結の石灰岩)に人工海水を注入することで、石油の回収率を60%まで上昇させることができることを発見した(Zhang et al., 2007, Colloid Surf. A, 301, 199-208)。しかし、そのメカニズムは未解明である。そこでチョークの主要構成鉱物であるカルサイト表面の親水性・親油性が人工海水の影響でどのように変化するかについて第一原理電子状態計算で調べた。研究成果はコペンハーゲン大学との共同研究であり、デンマークで現在特許出願準備中であるため、まだ詳細を述べることができないが、人工海水中のイオンがカルサイト表面の性質(親水性・親油性)を変化させることがわかってきた。本研究はX線CTR散乱法による実験と分子シミュレーションの2つの手法から研究目的の達成を目指している。今年度の実験に関して、温度制御型試料セルの作製、カルサイト/塩水界面の構造解析の実施を目標としていた。今年度は15日間の放射光ビームタイムをいただき、カルサイト/塩水溶液界面の構造解析を順調に実施した。新たに製作した試料セルにより、精密な温度制御・溶液の保持が可能となり、実験データの信頼性が向上している。現在解析プログラムの更新を実施しており、詳細な実験データの解析も可能になりつつある。分子シミュレーションに関しては、昨年度から継続して、雲母/塩水溶液およびカルサイト/塩水溶液界面の構造と物性を調べることを目的とした。今年度は、特にカルサイト/塩水溶液界面について、第一原理計算の結果がまとまりつつあり、ミクロにみた鉱物表面の親水性・親油性を、液滴の接触角で測定するマクロな親水性・疎水性をつなげる理論の構築が進んでおり、研究が順調に進展している。X線CTR散乱測定の平成23年度の研究計画は、東日本大震災の影響で高エネルギー加速器研究機構(KEK)のビームラインが前期の間使用できないことから、解析プログラムの作成・文献調査・新しい試料セルの作製を行うこととし、実験が可能な状況になり次第、白雲母/塩水溶液界面の構造解析を行うこととした。また平成24年度以降のビームタイムの申請をすることが重要な目的であった。これらの研究目的に対して、おおむね順調に進展している。まず解析プログラムについては改良を加え、使い勝手の向上に努めた。新しい試料セルについては、温度制御(室温100°C)セルを作製することにし、現在設計を検討中である。白雲母/
レーザー加速電子顕微鏡による超短パルスレーザーと物質の相互作用の超高速診断

レーザー航跡場から発生する電子バンチはフェムト秒オーダーの時間幅で、大電荷、低エミッタンスといった特徴を持っており、超高速イメージングなど様々な応用研究に期待される。本研究課題では実用性のある高品質なレーザー駆動電子源を開発し、超短パルスレーザーと物質の相互作用における電磁場や物質の状態の高速な時間変化を捉え、その詳細な物理の解明を目指す。前年度はレーザー航跡場加速で発生した極短の電子バンチを用いて、超短パルスレーザーと固体との相互作用で発生する強磁場の時間変化を観測し、ピコ秒オーダーで高速に変化する現象を捉えることに成功した。また、超高速電子線回折をめざしたレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行ってきた。今年度は昨年度に引き続きレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行った。電子ビームの指向性と安定性を向上させるプラズママイクロオプティクスを制御する磁気回路をガスジェットターゲットから独立化し、ガスジェットの振動を磁気回路に伝えないようにすることで、約10mradの発散角を持つビーム(プラズマ背景電子を含む電荷量2nC)のポインティングのふらつきを0.5mrad以下抑え、レーザー加速器における世界最高レベルの安定性を実現した。さらにエネルギー単色化のための100GV/mの加速勾配を持つ位相回転用長尺航跡場の励起に成功し、その方向制御にも成功した。今後、安定した電子ビームをこの長尺航跡場に乗せ、エネルギーの単色化を図る。その一方で、従来の加速器のビームオプティクスを用いて電子のエネルギー選別と超高速電子線回折のための電子ビームの収束を行う輸送系の開発を行った。この輸送系は四極磁石とエネルギー選別用のピンホールで構成され、実際にレーザー加速からの5MeV付近のエネルギーを持つ電子をこの四極磁石によって収束させることに成功し、超高速電子線回折への目処を立てることができた。(抄録なし)レーザー航跡場加速はフェムト秒オーダーの時間幅で、大電荷、低エミッタンスのこれまでにない電子バンチが生成可能で、本研究課題ではこの電子バンチを用いて、レーザー航跡場の加速電場など超短パルスレーザーと物質の相互作用におけるプラズマ中の電磁場および物質の状態の高速時間分解・高空間分解診断を行い、その詳細な物理を解明することを目的としている。しかしながら、これまでのレーザー航跡場加速によって発生する電子バンチはポインティングが不安定で、広く発散することが一般的であった。上記の応用には電子源の安定化が不可欠であり、今年度は防振による高強度レーザーのポインティング安定化を行い、ガスジェットへの外部磁場印加による安定な電子バンチの生成を行った。その結果、7TW,30fsの高強度レーザーパルスをFナンバー3.5の軸外し放物面鏡で0-2Tの磁場がレーザー軸方向に印加されたガスジェットに集光し、1nC近い大電荷の安定した電子バンチの発生に成功した。この高強度レーザーパルスの集光点付近でのブレが1ミクロン以下というポインティングの安定化にも成功している発生した極短電子バンチはエネルギー幅が広く、輸送の際にそのエネルギー(速度)の違いによって観測対象に到達するときには時間幅が広がってしまう。さらに短バンチで高電荷のバンチは電子自身の電界によって、こちらも時間幅が広がり(空間電荷効果)、時間分解能を下げる可能性がある。そこで一度電子バンチの時間幅を,エネルギー分散を与えることで意図的広げ、空間電荷効果を抑えながら転送し最終的に電子バンチ圧縮器によって圧縮し、観測対象で最適な時間幅を達成するチャープ電子バンチ輸送システムを提案し、現在開発中である。さらに電子の輸送・集光・イメージングに必要な四極磁石の開発も行なっている。これらの内容を含んだ新型電子源および電子顕微鏡に関する特許を申請中である。レーザー航跡場から発生する電子バンチはフェムト秒オーダーの時間幅で、大電荷、低エミッタンスといった特徴を持っており、様々な応用研究に期待される。昨年度、ガスジェットへの外部磁場印加によって電子バンチの指向性と安定性の向上、方向の制御に成功した。これらはプラズママイクロオプティクスが非常に深く関係していることがトムソン散乱計測と光プローブによってわかった。超短パルスレーザーのプレパルスによってできるプレプラズマに外部磁場を印加すると、このプレプラズマが後続のメインパルスに対してオプティクスのように働き、パルスが磁場の方向にガイドされていることがわかった。このことから電子は磁場から直接影響を受けるのではなく、レーザーパルス自体がプラズママイクロオプティクスによって偏向されていることが証明された。今後、最適化を行い電子ビームのさらなる高品質化をめざす。また、発生点での短いバンチ幅を任意の点で再現することが可能なシケイン磁石を用いたチャープ電子バンチ輸送系の開発も同時に進めている。この輸送系は短パルス性を必要とする応用研究(超高速イメージング等)には必要不可欠である。一方、フェムト秒オーダーの時間幅の電子バンチを用いて、高コントラスト超短パルスレーザーと固体との相互作用で発生する強磁場の時間変化を観測した。1万テスラに及ぶ強磁場が発生し、相互作用点(集光点)から光の速度で広がる様子を捉えることに成功した。この磁場の挙動は2次元のParticle-in-cellシミュレーションによっても再現されており、レーザー加速電子を用いて高速に変化する強磁場を直接観測できることを実証した。

この磁場の挙動は高速電子の挙動と密接に関連しており、この成果はレーザーと固体の相互作用を用いるレーザー陽子加速研究に繋がる可能性がある。レーザー航跡場から発生する電子バンチはフェムト秒オーダーの時間幅で、大電荷、低エミッタンスといった特徴を持っており、超高速イメージングなど様々な応用研究に期待される。本研究課題では実用性のある高品質なレーザー駆動電子源を開発し、超短パルスレーザーと物質の相互作用における電磁場や物質の状態の高速な時間変化を捉え、その詳細な物理の解明を目指す。前年度はレーザー航跡場加速で発生した極短の電子バンチを用いて、超短パルスレーザーと固体との相互作用で発生する強磁場の時間変化を観測し、ピコ秒オーダーで高速に変化する現象を捉えることに成功した。また、超高速電子線回折をめざしたレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行ってきた。今年度は昨年度に引き続きレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行った。電子ビームの指向性と安定性を向上させるプラズママイクロオプティクスを制御する磁気回路をガスジェットターゲットから独立化し、ガスジェットの振動を磁気回路に伝えないようにすることで、約10mradの発散角を持つビーム(プラズマ背景電子を含む電荷量2nC)のポインティングのふらつきを0.5mrad以下抑え、レーザー加速器における世界最高レベルの安定性を実現した。さらにエネルギー単色化のための100GV/mの加速勾配を持つ位相回転用長尺航跡場の励起に成功し、その方向制御にも成功した。今後、安定した電子ビームをこの長尺航跡場に乗せ、エネルギーの単色化を図る。その一方で、従来の加速器のビームオプティクスを用いて電子のエネルギー選別と超高速電子線回折のための電子ビームの収束を行う輸送系の開発を行った。この輸送系は四極磁石とエネルギー選別用のピンホールで構成され、実際にレーザー加速からの5MeV付近のエネルギーを持つ電子をこの四極磁石によって収束させることに成功し、超高速電子線回折への目処を立てることができた。高速時間分解・高時間分解診断に必要な高品質レーザー加速電子源の開発を行なっており、レーザーシステム安定化、新しいガスジェットターゲット開発やガスジェットへの外部磁場印加によって電子バンチの安定的な発生に成功している。さらに電子発生後の電子バンチの輸送系・イメージング系も計画通り開発中であり概ね順調に進展しているといえる。超高速イメージングに向けた実用性のある高品質なレーザー航跡場加速電子源の開発、さらに電子発生後の電子バンチの輸送系の開発が順調に進んでいる。極短電子バンチを用いてレーザープラズマ相互作用で発生する強磁場の高速な時間変化を捉えることに成功し論文発表を行うなど、概ね順調に進展しているといえる昨年度は安定な極短電子バンチの発生を目指した研究を行なってきた。安定な電子バンチの発生に成功しており、バンチの輸送系・イメージング系の開発も順調に進展している。
心筋細胞のT管支持機構と崩壊機序の解明による新規心不全治療戦略の創出

心臓は,全身に休むことなく血液を供給するポンプとして働いている.心臓のポンプ機能を支える心筋細胞には,T管膜と呼ばれる,形質膜が細胞の収縮方向と直交する方向に陥入した管状構造が存在する.T管膜構造は,サルコメアの間隔で周期的に存在し,細胞内に張り巡らされた筋小胞体カルシウムストアと近接しているため,膜電位変化を瞬時に筋小胞体からのカルシウム放出に変換することが可能である.このような構造的特徴は、細胞内のカルシウム濃度を急速にかつ均一に上昇させ、細胞内のサルコメアの同調した動きの実現に貢献している.そのため,T管膜構造の崩壊は,重篤な心不全の発症につながる.しかしながら,T管膜の支持機構については未だ不明な点が多く,崩壊の詳細なメカニズムは明らかになっていないのが現状である.本年度は,まずT管膜の機能を評価するために,心筋細胞のカルシウムイメージングの実験系の改良を行った。光源をLEDにすることで,励起波長を高速に切り換えることが可能になり,レシオメトリーによるカルシウムイメージングを実現した.さらに,この光源と40倍の水浸対物レンズを用いることで,細胞内のカルシウム濃度分布の計測を可能にした.また,除振台を新しいものに変更することで,実験中の振動によるノイズが減少し,安定した計測が可能になった.大動脈を縮窄することで左心室に過大な圧力負荷を与え心不全を誘導したマウスや遺伝子改変によって心不全を誘導したマウスの心臓の解析を行った.心不全の進行過程に伴うタンパク質の発現量の変動や局在の変化を解析することで,T管膜の崩壊に重要なタンパク質の絞り込みを行った.年度当初においては計画以上に進展していたが,年度途中に川崎医科大学から名古屋工業大学に異動したため,実験系のセットアップや環境整備に時間を要した.総合的に考えれば,おおむね順調に進展していると言える.年度途中に,名古屋工業大学に異動し,新たに二光子顕微鏡や共焦点レーザー顕微鏡を使用できる環境にある.これまでに構築した実験系に加え,新しい計測系も積極的に用いて,T管膜構造の維持機構と崩壊の機序の解明に取り組む.心臓は,一生涯拍動を続ける血液ポンプである.そのポンプ機能は,心筋細胞の律動的な収縮・弛緩によって支えられている.正常な心筋細胞には,形質膜が細胞の収縮方向と直交する方向に陥入した管状構造(T管膜)が,サルコメアの間隔で周期的に存在する.T管膜構造は,筋小胞体カルシウムストアと近接しており,膜電位変化を瞬時に筋小胞体からのカルシウム放出に変換して,細胞内のサルコメアの同調した動きを実現している.そのため,T管膜構造の崩壊は,重篤な心不全の発症につながる.しかしながら,T管膜の支持機構については依然として不明な点が多く,崩壊の詳細なメカニズムは明らかになっていない.本年度は,心筋細胞のT管膜構造の支持機構及び崩壊機序の解明に向けた基盤技術の開発を中心に研究を推進した.まず,心筋細胞の変形時のT管膜構造の力学挙動を計測するために,細胞引張試験装置の改良を行った.2台の三次元電動マイクロマニピュレーターを連携させることで,単離した心筋細胞に対して定量的な負荷を高い精度で与えることが可能になった.細胞膜の力学的特性の計測には,光ピンセットシステムを用いた.細胞膜に作用するpNオーダーの微小な力の検出に成功した.さらに,生体内の心筋細胞のT管膜構造を把握するために,心臓から細胞を単離せずに心臓内のT管膜構造を観察する実験系を構築した.心臓保護液を灌流させながら膜染色と観察を行うことで,心臓を化学固定をせずに,T管膜を観察することに成功した.当初,単離した心筋細胞への伸展負荷には,構築済みの細胞引張試験を用いる予定であった.しかしながら,使用していたマイクロマニピュレーターの高さ方向の操作性が悪く,心筋細胞の把持に成功する確率が低かった.また,長時間の実験においてアクチュエーターの動きが安定せず,心筋細胞へ定量的な負荷を与えることが困難であった.これらの問題点を解決するために,アクチュエーターとしても使用可能な三次元電動マイクロマニピュレーターを導入したところ,実験の成功率が改善された.さらに,三次元電動マイクロマニピュレーターを追加し,2台のマニピュレーターを連携させることで,実験の成功率に加え,再現性も向上した.光ピンセットシステムの選定を慎重に行ったこと,またそのシステムの納入が当初の予定よりも遅れたこと,さらに高速波長切り換え装置が故障したことにより,当初予定していた実験の一部を十分に行うことが出来なかった.所望の実験機器を使えない間は,タンパク質の相互作用の解析や心筋細胞の成熟に伴うT管膜形成過程の観察など,今後行う予定の研究の予備実験を進めた.さらに,マウス以外の生物種の心臓に関しても基礎的なデータを収集できた.新たな研究スタッフの雇用を当初計画していたが,研究室の既存のスタッフや大学の専門技術職員の方々から協力を得られ,また,研究の進展に伴って新たな物品を購入する必要性が生じたため,人件費・謝金を物品費に変更して研究を推進した.予期していないトラブルによる研究の遅延もあったが,総合的に考えれば,おおむね順調に進展していると言える.心臓は,全身に休むことなく血液を供給するポンプとして働いている.心臓のポンプ機能を支える心筋細胞には,T管膜と呼ばれる,形質膜が細胞の収縮方向と直交する方向に陥入した管状構造が存在する.

T管膜構造は,サルコメアの間隔で周期的に存在し,細胞内に張り巡らされた筋小胞体カルシウムストアと近接しているため,膜電位変化を瞬時に筋小胞体からのカルシウム放出に変換することが可能である.このような構造的特徴は、細胞内のカルシウム濃度を急速にかつ均一に上昇させ、細胞内のサルコメアの同調した動きの実現に貢献している.そのため,T管膜構造の崩壊は,重篤な心不全の発症につながる.しかしながら,T管膜の支持機構については未だ不明な点が多く,崩壊の詳細なメカニズムは明らかになっていないのが現状である.本年度は,まずT管膜の機能を評価するために,心筋細胞のカルシウムイメージングの実験系の改良を行った。光源をLEDにすることで,励起波長を高速に切り換えることが可能になり,レシオメトリーによるカルシウムイメージングを実現した.さらに,この光源と40倍の水浸対物レンズを用いることで,細胞内のカルシウム濃度分布の計測を可能にした.また,除振台を新しいものに変更することで,実験中の振動によるノイズが減少し,安定した計測が可能になった.大動脈を縮窄することで左心室に過大な圧力負荷を与え心不全を誘導したマウスや遺伝子改変によって心不全を誘導したマウスの心臓の解析を行った.心不全の進行過程に伴うタンパク質の発現量の変動や局在の変化を解析することで,T管膜の崩壊に重要なタンパク質の絞り込みを行った.年度当初においては計画以上に進展していたが,年度途中に川崎医科大学から名古屋工業大学に異動したため,実験系のセットアップや環境整備に時間を要した.総合的に考えれば,おおむね順調に進展していると言える.平成29年度に構築した実験系を駆使して,心筋細胞のT管膜構造の支持機構及び崩壊機序の解明を進めていく.正常な心臓ポンプ機能を示すマウスの心筋細胞に加え,心不全を誘導したマウスの心筋細胞の解析を進める.年度途中に,名古屋工業大学に異動し,新たに二光子顕微鏡や共焦点レーザー顕微鏡を使用できる環境にある.これまでに構築した実験系に加え,新しい計測系も積極的に用いて,T管膜構造の維持機構と崩壊の機序の解明に取り組む.
SATを基盤とした新しい制約プログラミングシステムの研究開発

研究テーマ(A)--(D)について以下の研究を行い,関連する成果を学会等で発表した.(A)時相論理WG:本研究グループで開発したSAT符号化技術,インクリメンタルSAT解法を適用し,時相論理を用いたペトリネットのデッドロック検出のための手法を研究し,その成果を雑誌論文として発表した.本論文は,情報処理学会論文誌の2018年度特選論文に選定されている.また,様相命題論理S4の充足可能性判定に関する研究も行った.(B)多目的最適化WG:多目的分散制約最適化問題に対して,動的プログラミングに基づきパレート解を保障するアルゴリズムを開発した.またメッセージ数を抑えるための近似アルゴリズムも示した.(C)並列ソルバーWG:決定的並列SATソルバーの多数コア環境下での通信コストを抑えるため,学習節交換に関する排他制御の低減手法とリテラル走査数に基づき節交換間隔を精密化する手法を提案・実装した.評価実験の結果,多数コア環境においても節交換ならびに同期待ち時間を大幅に低減できることを確認した.(D)応用システムWG:ペトリネットのデッドロック検出手法,カリキュラムベース・コース時間割問題,研究室配属問題,グラフ彩色問題などに関する応用研究を進めた.またSAT技術を用いた制約ソルバーsCOPを開発し,公開した.sCOPは出場した国際制約ソルバー競技会(XCSP3 Competition 2018)において逐次CSPソルバー部門と並列CSPソルバー部門の2部門で優勝し,国際的に高い評価を受けた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。研究テーマ(A)--(D)について以下の研究を行った.研究成果には2件の招待講演と1件の発表賞が含まれる.また,情報処理学会学会誌の小特集としてSAT技術に関する解説記事4件を分担で執筆した.(A)時相論理WG:時相論理の解法に必要となる技術であるインクリメンタルSAT解法に関し,論文発表を行った.また,時相論理を用いたペトリネットのデッドロック検出に関する学会発表を行い,雑誌論文執筆のために研究成果のとりまとめを行った.(B)多目的最適化WG:多目的時間割問題・SAT問題の全解列挙に関する論文発表を行った.また,海外共同研究者と共にSATソルバーを利用して多目的最適化問題のパレート最適解を列挙する方法について研究を進め,新しい手法が考案できたため,研究成果のとりまとめを行った.この成果は国際会議での発表を計画している.(C)並列ソルバーWG: SATソルバーGlueMiniSatの開発を進め,そのシステムに関する論文発表を行った.また,並列ソルバー実現のため,ポートフォリオ型SATソルバーに関する研究を進め学会発表を行った.(D)応用システムWG:時間割問題・多目的時間割問題に関する論文発表を行った.これらは海外共同研究者と共同して進めた研究である.また,部分グラフ探索・回路の配線問題と関連したナンバーリンク問題・研究室配属問題への応用に関し,良い結果が得られたため,それらの内容について学会発表を行った.特にナンバーリンクについては,情報処理学会のアルゴリズムデザインコンテストに参加し優秀な成績を収めた.研究テーマ(A)--(D)について,それぞれ順調に進展している.2016年度中に全体会合を3回行い研究進捗状況について確認した.11月に海外共同研究者であるDaniel Le Berre教授を招聘し共同研究に関する意見交換を行った.また,日本ソフトウェア科学会全国大会・人工知能学会全国大会オーガナイズドセッションなどで,研究分担者以外の研究者を含めた研究交流を行い,今後の研究推進方針について示唆を得た.研究テーマ(A)--(D)について以下の研究を行った.研究成果には1件の招待講演が含まれる.(A)時相論理WG:時相論理を用いたペトリネットのデッドロック検出に関する雑誌論文執筆のために研究成果のとりまとめを行った.この研究は,本研究グループで開発したSAT符号化技術,インクリメンタルSAT解法を利用したものである.既存研究よりも優れた結果が得られたため,現在雑誌論文として執筆し投稿中である.(B)多目的最適化WG:多目的制約最適化問題・多目的分散制約最適化問題に関する論文発表を行った.特に,多目的制約最適化問題に関するものは海外共同研究者との共著であり,制約プログラミングに関する一流の国際会議(CP 2017)で高い評価を得た.また,関連する研究として,新しいSAT符号化に関する論文発表と学会発表を行った.(C)並列ソルバーWG: SATソルバーGlueMiniSatの開発を進め,新しく考案した手法に関する論文発表を行った.発表を行った国際会議(SAT 2017)はSAT技術に関する一流の国際会議であり,発表した成果は高い評価を得た.また,並列ポートフォリオ型SATソルバー・GPUを用いたSATソルバーに関する学会発表を行った.(D)応用システムWG:時間割問題に関する論文発表を行った.これらは海外共同研究者との共著である.また,テストケース生成・回路の配線問題と関連したナンバーリンク問題・研究室配属問題への応用に関し,良い結果が得られたため,それらの内容について学会発表を行った.特に,ナンバーリンクについては情報処理学会のアルゴリズムデザインコンテストに関する小特集に解説記事を発表した.研究テーマ(A)--(D)について,それぞれ順調に進展している.

2017年度中に全体会合を2回行い研究進捗状況について確認した.研究分担者の1名は,2017年9月から1年間フランスのアルトワ大学に客員研究員として滞在し,共同研究を進めている.また,滞在先である相手方研究機関の研究者らと神戸大学の研究者とでCRIL-Kobe-Louvain共同ワークショップを2017年12月にベルギーの神戸大学ブリュッセル・オフィスで開催した.また,日本ソフトウェア科学会全国大会・人工知能学会全国大会オーガナイズドセッションなどで,研究分担者以外の研究者を含めた研究交流を行い,今後の研究推進方針について示唆を得た.研究テーマ(A)--(D)について以下の研究を行い,関連する成果を学会等で発表した.(A)時相論理WG:本研究グループで開発したSAT符号化技術,インクリメンタルSAT解法を適用し,時相論理を用いたペトリネットのデッドロック検出のための手法を研究し,その成果を雑誌論文として発表した.本論文は,情報処理学会論文誌の2018年度特選論文に選定されている.また,様相命題論理S4の充足可能性判定に関する研究も行った.(B)多目的最適化WG:多目的分散制約最適化問題に対して,動的プログラミングに基づきパレート解を保障するアルゴリズムを開発した.またメッセージ数を抑えるための近似アルゴリズムも示した.(C)並列ソルバーWG:決定的並列SATソルバーの多数コア環境下での通信コストを抑えるため,学習節交換に関する排他制御の低減手法とリテラル走査数に基づき節交換間隔を精密化する手法を提案・実装した.評価実験の結果,多数コア環境においても節交換ならびに同期待ち時間を大幅に低減できることを確認した.(D)応用システムWG:ペトリネットのデッドロック検出手法,カリキュラムベース・コース時間割問題,研究室配属問題,グラフ彩色問題などに関する応用研究を進めた.またSAT技術を用いた制約ソルバーsCOPを開発し,公開した.sCOPは出場した国際制約ソルバー競技会(XCSP3 Competition 2018)において逐次CSPソルバー部門と並列CSPソルバー部門の2部門で優勝し,国際的に高い評価を受けた.研究テーマ(A)--(D)について,以下を計画している.(A)時相論理WG:ペトリネットのデッドロック検出に関し,雑誌論文執筆を進める.時相論理LTLに関する検討を進める.(B)多目的最適化WG:多目的最適問題のパレート最適解を列挙する方法について研究成果のとりまとめを行い,論文執筆を進める.(C)並列ソルバーWG: SATソルバーGlueMiniSatの改良に関する研究を進める.また,並列ポートフォリオ型SATソルバーに関する研究を進める.(D)応用システムWG:時間割問題・多目的時間割問題・ナンバーリンク問題・研究室配属問題への応用に関し研究を進め,論文発表および学会発表を行う.研究テーマ(A)--(D)について,以下を計画している.(A)時相論理WG:ペトリネットのデッドロック検出に関し雑誌論文発表を行う.また様相命題論理の充足可能性判定に関する研究を行う.(B)多目的最適化
骨格筋のアクチン繊維鎖に沿う構造変化の伝播-その非対称性

『ATP分解をともなうミオシン頭部(S-1)とアクチンとの相互作用により、そのアクチンの構造が変化し、それが周りのアクチン分子をも変化させる(変化の伝播)。更にはこの伝播には非対称性が存在する』ことを検証し、更に滑り力発生機構におけるその役割りをモデルに基づき理論的に検討した。(1)共有結合で架橋されたアクト・S-1内の裸のアクチンのS-1・ADP・Piに対する親和性が、架橋されたS-1がATPを分解しているときに低下することを発見した。またこの変化が架橋S-1量に対して二相性をもつことを発見した。この研究により構造変化が伝播することが明らかになった。伝播に非対称性を仮定すると二相性がうまく説明されることも分った。(2)非対称を直接的に示すために、極く短いアクチン線維を調製し、そのPー端側もしくはB-端側に選択的にS-1を架橋しその二者の複合体中の残り半分のアクチンの性質の変化に差が現れるかどうかを調べることを目視した。β+アクチンでP-端をキャップすることにより安定した短いアクチン線維を得ることができた。S-1を架橋しても短い線維は安定であることを確認した。この研究を現在更に進めている。(3)S-1を架橋されたアクチン線維の周りの電位がATPの添加により大きく変化することを、拡散律速の螢光エネルギー移動を利用して検出することに成功した。(4)アクチン分子上に正負二個の電荷の存在を仮定し、アクチン線維に非対称なねじれを与えると、アクチン分子間にまたがる一方向性の電位勾配が生成されること、そして、その電位勾配により単位電荷が受ける力の大きさが実験的に見積られている単一クロスブリッジが発生する力とほぼ等しいことを、理論計算により示すことに成功した。
ヒューマノイドの視聴覚環境理解による状況認識に基づく人間行動予測と自律的支援実現

生活空間においては状況が多様に存在し,12種の状況を取り上げ,必要な認識機能・支援行動機能について明確化した.それに対し,空間情報・日用品情報・生活音情報に着目し,状況を「いつ」「誰が」「どこで」「何を」の4要素をもつ状況センテンスを導入し構造化したことで,(1)扱う対象の具体化とその範囲を文章の語彙として把握でき,(2)ロボットの選択的知覚機能がそれらのスロットを埋めていき状況認識を行ってゆく機能の構成を示した.状況に対して行うべき支援選択リストを設け,行うべき支援を選択し環境記憶に基づいて基本動作要素を生成するプランナ機能を統合するというシステム構成法を示した.状況認識においては,時間帯・空間場所によって状況候補を絞り込めるように,複数の認識器を時空間内に置き,各認識器においては生活音・操作対象に着眼できるよう,スロットを推定するときに確率的因果関係に基づいてそれらを判断根拠として用いるというシステムの構造化を行った.また状況センテンスに対応した支援選択リストを保持する事で,日常生活支援の多様な状況の認識とそれに対する支援候補の選択を効率的に行えることを示した.評価に関しては,人と複数の動作対象物が存在し,複数の支援の想定可能な日常環境のキッチンダイニングで生じる状況に対し,生活音・対象物・場所情報を用いることで,(1)対象物に対する作用,人の姿勢の動きを直接,画像処理,三次元処理によって認織せずとも,それらの情報を生活音,対象物情報を手がかりにして,状況を推論できる事を,キッチンにおける調理の状況,皿洗いの状況の認識とダイニングにおける状況の認識の中で示し,(2)同じ対象物が登場する状況においても,空間情報に応じて状況候補を限定する事で,効率的に状況を認識できる事が,キッチン,ダイニングの異なる場所における状況認識に対し有効であることを実例の中で示した.本研究は,等身大ヒューマノイドの視聴覚機能に基づいた状況の認識機能と,それに基づき自律的に生活支援を行う機能の実現をテーマとしている.家庭環境における状況認識において生活音を利用することが本研究の特色でもあり,それによってカメラの視覚情報だけでは捉えきれない豊富な情報に基づく状況認識が可能となる.本年度は研究初年度として以下の内容に従事し,成果を残した.1.時間という概念をキーとし,短時間記憶としてのセンサ情報履歴をベイジアンネットワークの手法の中で利用することで,台所にいる人間の状況を認識する機能を,実際のヒューマノイドを用いて実験・検証した.(1)状況認識において最も問題になるのが,「状況」という概念の表現方法となるが,本年度は認識すべき各状況における各生活音の発生頻度・人の場所ごとにおける存在確率を,ベイジアンネットワークにおける離散的な確率分布で表すことで,状況を表現した.(2)センサ情報履歴を利用することで,変化しやすい視聴覚情報に直接影響されずに,より長期的な情報によるロバストな状況認識を実現した.(3)生活音認識機能(水道の音や食器の音など)が状況認識に有効であることを確認した.2.状況認識機能に基づく間違えやすい状況下における支援行動選択機能の実現(1)台所に同じ食器が出てくるシーンであっても,皿洗い・調理中といった状況に応じて,ロボットが支援行動を選択する機能を状況認識機能に基づいて実現した.3.ロボットの持つ環境を表現した幾何モデルと行動プランニングの統合による環境の変化に対応できる支援行動の実現(1)行動プランニングを利用し,環境の状態を行動中に断続的に確認することで,プランとの矛盾検出に基づく行動再計画機能を実現した.(2)簡単なテーブル上の状況判定処理と組み合わせることで,原理的には半永久的に状況に応じた支援行動を行い続けることが可能なシステムを構築した.(1)[状況認識]:状況認識を実現するための形状特徴に基づく一般物体認識技術状況認識の根拠として,ロボット・人が操作する物体を理解する「一般物体認識技術」が重要.特に三次元形状情報を利用し,日用品の分類・状態認識技術の構築を目指した.既存手法である「拡張ガウス像」を利用した,形状を表現する特徴量を提案し,日用品データに対してクラスタリングを行った結果,平らな物体,円柱形状をした物体のクラスなどへの分類機能を確認.(2)[人間行動予測]:人の動きを検出するための生活空間三次元観測システム生活空間で状況を判断するのに「人間の動き」情報が重要.特に,前年度の「人の移動履歴」に加え,「人の姿勢」・「家具などの操作履歴」が重要な状況判断根拠.環境に設置した三次元レーザスキャナ搭載型パンチルトヘッドで部屋内の人・環境の三次元形状を取得する,状況認識に有用な判断根拠を常時取得可能な生活空間三次元観測システムの構築を目指した.得られたデータのボクセル化・ラベリング処理によって,人らしい領域の切り出し機能を確認.人の姿勢や家具の操作検出に利用できる,注目領域に対する高解像度データ取得機能を確認.(3)[自律支援]:液体の種類によらない,環境から特徴量獲得可能な飲料物注ぎ状態認識技術汎用的に各家庭で扱う飲料物を用いて動作を実行するために,飲料物を想定しない,環境から特徴量を取得する飲料物状態認識技術が重要.色情報を事前に必要としない,判別基準を用いた尤度評価式を提案.液体の色情報が取得可能であり,得られた認識特徴に基づく飲料物のこぼれ認識機能などへの応用が可能.事前知識を用いて仮説を立てつつ背景から対象を切り出す技術として,他の支援行動への応用性がある.生活空間においては状況が多様に存在し,12種の状況を取り上げ,必要な認識機能・支援行動機能について明確化した.