hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本型ケア文化と介護者QOLに関する研究：高齢、慢性・終末期患者家族の支援

また、研究メンバーの退職により当初計画よりも遅れが生じた。背景:人口減少及び超高齢社会への移行は本邦の医療制度やケア文化の根幹に影響し、家族介護者の介護負担の増加や介護者の健康・経済的問題が深刻化している。高齢・慢性状況及び終末期ケアの担い手である家族介護者は、病を抱えながら生活する人々にとって掛け替えの無い大切な家族であるだけでなく、重要なヘルスケア人的資源とも捉えられる。他方、日本特有の生活文化や社会的価値観が介護ケアや看護現象に与える影響も軽視できない。家族介護者の健康やQOL(生活の質)を支える家族介護者研究分野、特に介護者QOLの定量化への取り組みは海外に遅れており、本分野の発展は国が模索する地域包括ケアシステム構築の一助と成り得ると考えた。目的:介護者の日常ケア経験に対する見解とその特徴及びQOLに関連する文化的要素の可視化のために質的探求を試みること。また、既存の家族介護者QOL尺度の日本語訳版を試用し、比較分析・精査から日本人の特徴を見出すこと。これらを統合させ、最終的には日本の介護・看護ケア文化に適した尺度を開発し、家族介護者QOLの定量化を試みること。成果:ケアを取り巻く日本文化の特異性(例;恩、社会的に担わされた介護役割、遠慮・迷惑、絆としての家族意思決定、思いやり、祈り)が明らかとなった。McGill大学QOLLTI-F日本語訳版試用結果の精査から、日本人対象者の特徴(例;カナダ対象者の第1因子は「自分の状態」であり、「経済的状況」は下位の単独因子だったが、日本人の第1因子は人間関係と経済的状況を切り離さない因子を形成したことから「資源」とラベリングしたなど)があった。また、日本人介護者は患者の状態に自分自身を埋没させ、生活コントロール感や意思決定参加などの個としての反応が隠れてしまうことがわかった。これらの結果を統合させ、暫定版高齢者及び慢性・終末期状況にある患者をケアする家族介護者のクオリティオブライフ尺度を作成した。超高齢社会の日本において高齢・慢性状況及び終末期ケアの担い手である家族介護者は、病を抱えながら生活する人々の大切な家族であるだけでなく、社会にとっては重要なヘルスケア人的資源ともいえる。本研究ではケアを取り巻く日本文化の特異性(例;恩、遠慮・迷惑、家族意思決定、思いやり、祈りなど)とMcGill大学QOLLTI-F日本語訳版試用結果の精査内容(他者との関係と経済状況を切り離さず、被介護者中心になることで自身の生活コントロール感や意思決定参加等個としての反応が埋没する傾向)を統合させ、暫定版高齢者及び慢性・終末期状況にある患者をケアする家族介護者のクオリティオブライフ尺度を作成した。本研究の基礎となる研究成果の可視化にやや時間を要したために、倫理審査の申請準備に時間を要したが、これまで概ね計画通りに遂行できている。今後もできるだけ計画に沿って進行するように努める。質及び量的データを丁寧に継続精査する。日本人介護者のケア文化価値及びQOLの特徴を反映させる構成要素抽出・因子を分析・解釈する過程は予想以上に複雑であるが、今回明らかになった点を軸に、当該研究者によるQOOLTI-F構成概念の再構成を行いデータの追加分析・試験を加える。
高次思考能力の育成をめざす授業設計法と評価に関する研究

高次思考力を育成する授業方法について考えるとき,まず高次思考力について一定の定義を与える必要がある。これについては,ブルームの認知的領域の能力目標群について,マルツァーノの考えを加味しつつ,目標体系の「応用」より上位のものに対応した「思考動詞群」を想定した。それらを教科における学習内容との関連から約10程度にしぼり,それぞれに対して4段階からなるルーブリック(思考ルーブリック)を作成した。実際の授業設計においては,授業内容においてどのような思考が求められるかを,教科ごとに絞り込んだ「思考動詞群」と対応させ,さらにそれに対応したルーブリックを参照しつつ,どうやってその「思考」を実現させるかを考えることになる。この具体的な手だてが高次思考力を育成することにつながるが,ルーブリックをもとにデザインされているため,元にしたルーブリックは同時に評価項目(教師評価・自己評価・相互評価)としても機能する。ブルームの体系の最高位に「評価」があることからも,これによって自己評価を頻繁に行わせることも,高次思考力の育成につながることになる。また,手だてについては,その都度検討することにかかる労力・時間的コストをさげるために,あらかじめワークシートの形式で「思考の枠組み」を提供することもある。この一連の枠組みを「シンキング・ツール」と呼ぶが,それを「思考動詞群」と対応させた一覧表を作成した。これによって,どのような「思考」を期待するかを同定した後,それに対応するシンキング・ツールをもとに手だてを考えることもできるようになる。ルーブリックとシンキング・ツールを長期間活用することで,実際に学習者が自分でそれらを内面化して,日常的な場面においても利用することができるようになり,高次思考の日常化が図られる事例も報告された。本年度の研究の基盤として,2000年に行われたPISA国際学力比較調査における評価問題や,ベンジャミン・ブルームの学習目標体系,ハワード・ガードナーの多元的知能理論などを参考に,高次思考能力を学校教育の中でどのように定義づけるかの議論を行った。この演繹的定義はむしろ非生産的であり,基本を日本の学校現場で用いられている4つの評価観点,(1)関心・意欲・態度,(2)思考・判断,(3)技能・表現,(4)知識・理解,におくことが確認された。特に(2)については,ブルームの目標体系における認知的目標の高次レベルのものであると位置づけ,特にそこをターゲットにする授業の設計方法についてとりあげ,その都度,その授業で何を高次思考能力と想定しているかを記述していくアプローチをとることにした。研究活動における2つの柱は,諸外国における思考能力育成のための方法を同定することと,国内における思考能力育成のための授業設計を記述することにおいた。前者に関しては,メルボルンにおける2つの学校(Carey Baptist Junior SchoolとApollo Parkways Primary School)において授業視察・インタビューし,そこで用いられている思考のツール(thinking tools)を用いた授業設計法についてまとめた。後者に関しては,熊本の3つの小学校と1つの中学校,岡山,金沢,富山,東京それぞれ1つずつの小学校の教師に,それぞれ教科を指定し,「考えさせる」授業の「考えること」を具体的に記述し,それをうながすはたらきかけやワークシートのありかたについて,記録をとった。さらに,授業の前後におけるプレ・ポストテストによって,自己概念や教科の好悪の変容を見た。高次思考力の定義について整理した。その結果、ブルームの教育目標タキソノミーで言うところの,認知領域における「応用」「分析」「総合」「評価」を想定し,実際に授業の中で子どもに期待する「考える」活動とそれらを対応付けながら,具体的に研究対象とすることにした。

その結果,小学校における主要教科である「国語」「算数」「理科」「社会」のそれぞれにおける「思考」の諸相を概ね10程度の「頭のはたらき(思考要素)」として抽出し,それぞれについて具体的にどのようなことが出来ることを期待しているかを明文化した。これを「思考ルーブリック」と呼ぶ。さらに,それを元にして,各教科の授業設計を行い,実証実験を行った。実証実験では,具体的な授業の単元に即して「思考ルーブリック」を書き換える。これを「単元ルーブリック」と呼ぶ。さらに,ルーブリックは子どもと共有することによって成果を発揮するため,子どものわかる言葉に書き換える。これを「実践ルーブリック」という。このような手順を踏むことで,実際の単元において,どこで思考を期待し,どうやってそれを促すことができるかを考えた授業設計ができるようになる。海外調査については、予定していたフィンランド視察は先方の都合により1年繰り下げ,アメリカで利用されているThinking Mapsを調査ターゲットとした。これは,思考を言語化するプロセスで,概念形成のための図式を用いる方法で,昨年度調査したオーストラリアのThinking Skillsとも類似している。この実際の授業における活用方法やその成果について,現地調査,文献調査を行い,次年度の日本における実証授業に組み込むことになった。思考力育成のプロセスとして、アイデアを図式を用いて表出させてから再構成するグラフィカル・オーガナイザーを収集し、その利用方法について実際の授業記録を元に検討した。昨年度資料収集をしたThinking Mapsをより一般化したような図式である。ここでは思考をスキルと考え、さまざまなパターンを用いて、例えばアイデアがまとまった文章に組み立てられていくプロセスをリフレクションさせながら、そのプロセスを内面化することをねらっている。そのパターンを、昨年度からとりくんできたルーブリックを用いた授業設計における「思考要素」と連動させることによって、「どのような思考を期待するか」と「それをどのように実現するか」をつなぐストラテジーの候補として準備することができると考えられる。ルーブリックによる授業設計については、現場における検証を重ねている。その中で、思考ルーブリックの評価語の難解さが問題になったため、全評価語を見直し、妥当な表現に書きあらためた。最終年度ではこれをもとに、実践者を広げながら、ルーブリックが授業展開に与える影響や、学習者に与える影響について調査を行う予定である。一方で、科学的思考力を育てるための方策を探るために、NASAが学校を指定して支援している科学教育プログラムについて視察を行った。ここでは、実際の宇宙につながる具体物を持ち込み、多様な体験を通して科学に興味を向けさせ、考えさせるプログラムが開発されており、それらが指導要領と連動する形で提供されていることがわかった。また、その実践が継続的に行われており、それを可能にする組織形態についても資料が集まった。今後、日本の科学教育プログラムと比較し、何が参考にできるか、検討を進める予定である。
位相自由度をもつはばたき翼の摂動応答特性の解明

本課題では位相自由度が生物の飛翔・遊泳の摂動応答特性に与える影響を流体力学・数理科学の両面から明らかとする.位相自由度をもつモデルおよび周囲の流体運動を数値計算により計算し,得られたデータを位相縮約法などの数理解析手法を中心として解析し,検証する.本課題により,生物流体力学分野における応用分野および基礎分野への貢献を目指す.本課題では位相自由度が生物の飛翔・遊泳の摂動応答特性に与える影響を流体力学・数理科学の両面から明らかとする.位相自由度をもつモデルおよび周囲の流体運動を数値計算により計算し,得られたデータを位相縮約法などの数理解析手法を中心として解析し,検証する.本課題により,生物流体力学分野における応用分野および基礎分野への貢献を目指す.
非観血的ベータセルリン遺伝子導入によるβ細胞再生促進療法の確立

本研究は、インスリン分泌細胞である膵β細胞の枯渇ないし疲弊した1型および一部の2型糖尿病において、膵組織内分泌幹細胞からβ細胞の分化・新生を誘導し同細胞を増加させる(βcell massを増加させる)ことにより、インスリン治療からの解放ないしインスリン必要量を減少させる、新たな糖尿病治療法の開発をめざしたものである。1.成体膵におけるβ細胞の分化・新生機構を明らかにするため、新たに確立したアロキサン膵部分灌流糖尿病マウスおよび膵管部分結紮マウスを用いて解析を行った。その結果、β細胞分化・新生に関わるcell sourceは導管細胞であり、胎生期の膵内分泌細胞の分化に重要とされる転写因子群(IPF1/PDX-1,Islct1,Nkx6.1,Nkx2.2,Pax6など)が導管細胞の一部に誘導されることを明らかにした。また、膵導管細胞にIGF1、TGF βやactivinAの発現も誘導ないし増強され、これらの転写因子や分化ないし増殖因子はβ細胞の分化・新生に重要な役割を演じているものと考えられた。2.β細胞分化誘導因子と考えられるベータセルリンのin vivo投与によるβ細胞の分化・新生誘導ないし促進効果および糖尿病治療効果を確認するとともに、内分泌幹細胞と考えられる膵導管を標的とする特異的な遺伝子導入法の開発を試みた。ヒトに応用した場合、本法によれば、非観血的な「内視鏡的経膵管遺伝子導入法」による非侵襲的遺伝子治療が糖尿病に対して可能となる。まず、マウスにおいて、アデノウイルス発現ベクター(LacZ組み込み体)を用いて、導管細胞への遺伝子導入を行ったところ、重篤な膵炎等を惹起することなく長期生存が可能で、導管細胞を中心とする遺伝子導入が可能であることが判明し、ヒトへの応用が可能であることを推測させた。この成果を踏まえ、胎生期膵組織に強く発現し増殖ないし分化因子と考えられるベータセルリン(BTC)およびヘパリン結合性EGF様増殖因子(HB-EGF)組み込み体を用いて、両遺伝子の膵導管細胞への導入によるβ細胞の分化・新生誘導効果を試みた。組み込み体の作成に成功したHB-EGF組み込み体による遺伝子導入により、膜アンカー型HB-EGFでのみ、導管細胞からのβ細胞の分化・新生現象が確認されたが、耐糖能を改善するほどの結果は得られなかった。アデノウイルス発現ベクターの濃度や感染時間等の問題が存在する可能性がありさらに検討中である。アデノウイルス発現ベクターの濃度や感染時間等の問題が存在する可能性がありさらに検討を要すると考えられた。ベータセルリン組み込み体についても、β細胞の分化・新生誘導効果を中心に検討中である。また、犬を用いた内視鏡的遺伝子導入法による検討を開始した。

また、犬を用いた内視鏡的遺伝子導入法による検討を開始した。本研究は、1型および一部の2型糖尿病において、インスリン分泌細胞である膵β細胞の枯渇ないし疲弊した患者群に対して、インスリン分泌細胞であるβ細胞の分化・新生を誘導し同細胞を増加させる(βcell massを増加させる)ことにより、インスリン治療からの解放ないしインスリン必要量を減少させる、新たな糖尿病治療法の開発をめざしたものてある。1型糖尿病患者膵生検組織およびマウスにおけるβ細胞め枯渇した糖尿病膵組織においては、主に膵導管細胞が内分泌前駆細胞となりβ細胞新生機転が惹起されるが、マウスにおける組織形態学的分析によると、その際、新たにβ細胞の分化に重要な転写因子群(PDX-1,Islet1,Nkx6.1,Pax6など)の発現がみられ、胎生期の膵内分泌細胞の発生過程に類似した現象が起こることが明らかとなった(投稿中)。そこで、β細胞分化誘導因子と考えられるベータセルリンの膵導管特異的な遺伝子導入法の開発を試みた。本法によりβcell massの増加が可能であれば、非観血的な内視鏡的経膵管遺伝子導入法による非侵襲的遺伝子治療が糖尿病に対して可能となる。まず、正常マウスにおいて、アデノウイルス発現ベクター(LacZ組み込み体)を用いて、経膵管的な導管細胞への遺伝子導入を行ったが、ベクターを含む注入液の組成、注入量および注入速度の工夫により、膵炎等を惹起することなく長期生存が可能で、導管細胞を中心とする遺伝子導入が可能であることが判明し、さらに、ベータセルリン組み込み体の効果を検討中である。β細胞分化・新生促進効果によりβcell massが増加し、糖尿病マウスの耐糖能改善が確認された場合、大動物を用いて同法によるβ細胞分化・新生促進療法の可能性を検討し、糖尿病に対する新たな遺伝子治療法を確立する。本研究は、インスリン分泌細胞である膵β細胞の枯渇ないし疲弊した1型および一部の2型糖尿病において、膵組織内分泌幹細胞からβ細胞の分化・新生を誘導し同細胞を増加させる(βcell massを増加させる)ことにより、インスリン治療からの解放ないしインスリン必要量を減少させる、新たな糖尿病治療法の開発をめざしたものである。1.成体膵におけるβ細胞の分化・新生機構を明らかにするため、新に確立したアロキサン膵部分灌流糖尿病マウスおよび膵管部分結紮マウスを用いて解析を行った。その結果、β細胞分化・新生に関わるcell sourceは導管細胞であり、胎生期の膵内分泌細胞の分化に重要とされる転写因子群(IPF1/PDX-1,Islet1,Nkx6.1,Nkx2.2,Pax6など)が導管細胞の一部に誘導されることを明らかにした。また、膵導管細胞にIGF1、TGFβやactivinAの発現も誘導ないし増強され、これらの転写因子や分化ないし増殖因子はβ細胞の分化・新生に重要な役割を演じているものと考えられた。2.β細胞分化誘導因子と考えられるベータセルリンのin vivo投与によるβ細胞の分化・新生誘導ないし促進効果および糖尿病治療効果を確認するとともに、内分泌幹細胞と考えられる膵導管を標的とする特異的な遺伝子導入法の開発を試みた。ヒトに応用した場合、本法によれば、非観血的な「内視鏡的経膵管遺伝子導入法」による非侵襲的遺伝子治療が糖尿病に対して可能となる。
内因性抗線維化分子に着目した、腎線維化の制御手段開発

線維芽細胞は腎線維症に重要な役割を担い、内皮-間葉系細胞分化(EndMT)が活性化線維芽細胞の重要な供給源である。我々は内因性抗線維化ペプチドN-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline(AcSDKP)にEndMT抑制を介した線維化抑制効果を見出し、線維芽細胞増殖因子受容体(FGFR1)を介した抗線維化microRNAの発現が重要である可能性を見出した。AcSDKPは糖尿病CD-1マウスで抑制され、内因性抗線化ペプチドの低下が線維化惹起に有意である可能性が示唆され、AcSDKP補充による内因性AcSDKP正常化は抗線維化治療戦略になりうると考えられる。糖尿病性腎症に対して,RAS阻害薬であるARB(アンギオテンシンII受容体拮抗薬)やACE-I(アンギオテンシンI変換酵素阻害薬)が末期腎不全への進行抑制のために臨床の現場にて用いられている。両者は同一視されがちであるが,Angiotensin以外にACE-Iに深く関与する基質が存在し,その経路を介することで抗線維化作用をもたらし,微量アルブミン尿抑制へと繋がることが示唆されている。その基質がAcSDKP(N-acetyl-seryl-asparytyl-lysyl-proline)で,抗線維化作用の他に,細胞増殖抑制効果,抗炎症効果,抗アポトーシス効果を有し,臓器保護効果も期待される。そこで,ACE-Iの臓器保護作用を見直すとともに,AcSDKPの作用が重要な位置を占めると仮定して,臨床的意義と創薬までも視野に入れた抗線維化薬としての今後の可能性を検討している。上記課題に対して,当該年度は,AcSDKPによる抗線維化効果における内因性抗線維化プログラムの意義の解析を試みた。AcSDKPの腎保護効果が報告されるmicroRNA-let7に対する制御機構を前年度に使用した1型糖尿病モデルマウス腎臓サンプル,培養内皮細胞(HMVEC)を用いてWestern blot法をにて評価。それぞれ,糖尿病で低下していたFGF受容体リン酸化およびFGF受容体蛋白発現量がACE-I・AcSDKP併用で,サイトカイン刺激で抑制されたFGF受容体発現およびFGF受容体蛋白量がAcSDKP共孵置で正常化した。マウスサンプルにおいては,microRNA解析も施行。糖尿病腎で抑制されていたmicroRNAmmu-let 7familyがACE-I・AcSDKP併用で正常化傾向を示した。これらの結果と,前年度までのin vitroとin vivoの結果を踏まえて論文を作成,投稿を行った。上記課題に対して,当該年度は,in vitroとin vivoの両面から検討した。培養内皮細胞(HUVEC,HMVEC)を用い,TGF-βの刺激およびAcSDKPの孵置を行い,免疫染色を行い免疫組織学的に評価。AcSDKPはTGF-β刺激により誘導されるEndMT(内皮間葉系分化)および内皮細胞アポトーシスを抑制した。1型糖尿病モデルマウス(ストレプトゾトシン投与CD1マウス)を用い,プラセボ,ACE-I(captopril)単独,ACE-I・AcSDKP併用を行い,6ヵ月飼育後に得られたサンプルにて免疫組織学的に評価。ACE-I・AcSDKP群で腎糸球体硬化抑制を示し,メサンギウム領域の拡大と線維化領域の拡大はAcSDKP濃度と逆相関を示した。組織免疫染色においてもACE-I群では部分的にEndMTを,ACE-I・AcSDKP群ではほぼ完全にEndMTを抑制できた。糖尿病性腎症に対してRAS阻害薬であるARB(アンギオテンシンII受容体拮抗薬)やACE-I(アンギオテンシンI変換酵素阻害薬)が末期腎不全への進行抑制のために臨床の現場にて用いられている。両者は同一視されがちだが、Angiotensin以外にACE-Iに深く関与する基質が存在し、その経路を介することで抗線維化作用をもたらし、微量アルブミン尿抑制へと繋がることが示唆されている。

その気質がAcSDKP(N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline)で、抗線維化作用の他に、細胞増殖抑制効果、抗炎症効果、抗アポトーシス効果を有し、臓器保護効果も期待される。そこで、ACE-Iの臓器保護作用を見直すとともに、AcSDKPの作用が重要な位置を占めると仮定して、臨床的意義と創薬までも視野に入れた抗線維化薬としての今後の可能性を検討している。上記課題に対して、当該年度はさらに、STZ誘導糖尿病の2系統マウス(CD-1,SV129)を用いてマウス系統間の違いに注目した。腎線維化が重篤なCD-1マウスに、他系統で認めないAcSDKP抑制とそれに関連した抗線維化microRNA(miR)抑制を見出した。STZ投与後、CD-1マウスのみに顕著な糸球体硬化や尿細管間質線維化、DPP-4蛋白発現/酵素活性増加を認めた。抗線維化miRであるmiR-let7およびmiR-29がCD-1マウス腎のみ抑制され、AcSDKP持続皮下投与で線維化抑制、miR-let7およびmiR-29が正常化した。HMVEC(ヒト皮膚微小血管内皮細胞)へのAcSDKP孵置では、TGF-β2刺激で抑制されたmiR-let7とmiR-29が正常化し、さらに各々のmiR過剰発現で互いに発現増加/各々のantagomirを用いて互いに拮抗すると発現抑制した。これらmiR間のクロストークを見出した。抗線維化miRクロストークを介したAcSDKPの抗線維化プログラムの生理的な重要性を示唆することができた。糖尿病一方で,糖尿病症例における各種臨床パラメーターと投薬内容,血中・尿中AcSDKP濃度の相関を5例から約30症例までサンプルを集めた。当初予定していた,培養細胞を用いた内因性AcSDKPの糖尿病性腎症,特に腎線維化における意義を確認でき,また実験動物を用いたAcSDKPの腎保護効果つまり腎線維化抑制も確認をすることができた。近々,動物基礎実験結果は投稿する。AcSDKP濃度と組織学的線維化の程度が逆相関していた。一方で,糖尿病症例における各種臨床パラメーターと投薬内容,血中・尿中AcSDKP濃度の相関は5症例のサンプルを集めた。(今後の推進方策)1)現在,進行中の糖尿病症例における各種臨床パラメーターと投薬内容,血中・尿中AcSDKP濃度の相関性を見出すために,臨床サンプルを集めを継続していく。2)FGF受容体の分子機構の解析を検討していく。3)糖尿病の合併症は腎のみではなく,特に糖尿病による線維化が生じる心臓および肝臓の代謝マーカーも検討する。(次年度の研究費の使用計画)上記1)の目的を優先し,臨床サンプルの評価のために必要なアッセイ試薬を購入する。1)現在,進行中の糖尿病症例における各種臨床パラメーターと投薬内容,血中・尿中AcSDKP濃度の相関性を見出すために,臨床サンプルを集めていく。2)実験動物の個体数を増やして結果の信頼性をあげていくことも検討している。3)結果を論文としてまとめていくことも同時に予定する。4)糖尿病の合併症は腎のみではなく,特に糖尿病による線維化が生じる心臓および肝臓の代謝マーカーも検討する。上記
自転速度の非定常性及び境界上の拡散率の非一様性を取入れた地球ダイナモモデルの構築

地球自転速度の変動が地球磁場変動を生じさせる可能性が指摘されているが、これまで自転速度変動を考慮した地球ダイナモシミュレーション研究は行われてこなかった。本研究ではこの効果を考慮したシミュレーションを行い、その結果自転速度変動の振幅よりずっと大きな変動が磁場に生じる事、自転速度変動と磁場変動は同位相ではなくずれている事、自転速度変動周期の違いにより磁場変動の様子には違いが現れる事等が分かった。地球自転速度の変動が核の活動に影響を与え、地球磁場の変動に影響を与えているという議論が近年なされている。例えば、ミランコビッチ周期での地球の軌道要素の変化による日射量の変動により、氷期一間氷期サイクルが生じ、それに伴う氷床の消長(水の移動)がマントルの慣性モーメントの変化の変化を生じ、地球回転速度の変動を引き起こすという説が提唱されている。しかしながら、回転速度変動の効果を考慮した地球ダイナモモデルはこれまで存在しなかった。そこで平成22年度は、世界に先んじて回転速度変動の効果を取り入れたダイナモモデルの構築及び数値シミュレーションを行う事を主な目標とした。平成22年度はモデルの構築からスタートし、これまでのダイナモモデルに、回転速度変動による効果として、コリオリ力項の回転速度Ωの時間変動およびその時間微分に比例する項を運動方程式中において考慮したモデルを作成した。続いて、エクマン数1.9E-5,レイリー数1.5E8、プラントル数及び磁気プラントル数は1でダイナモ計算を行った。まず、referenceとして回転変動がない場合について計算を行い、この場合磁場のダイポール成分が卓越し、その意味で地球磁場に近い解が得られた。続いて、回転変動として変動を単周波数のサイン関数で与え、変動の振幅と周期はフリーパラメータとしていくつかの計算を行った。例として周期を磁場散逸時間、変動振幅を回転速度の2%として与えた場合、各物理量に回転変動無しの場合には見られない変動が現れる事が分かった。外核内の対流運動エネルギーには約50%、磁気エネルギーには約60%の変動が回転変動周期に伴い見られ、磁場のダイポール成分もそれに伴い変動する事が分かった。地球には自転速度の変動があり、地磁気に影響を与えている可能性がある。ミランコビッチ周期で日射量が変化すると氷期・間氷期が生じ水の移動が起こるため、マントルの慣性モーメントが変化し自転速度が変動し得る。これは数万年以上の周期の変動であり、この時間スケールでは地磁気に数十%の変動が見られる。また数十年程度の周期で地磁気と自転速度変動に相関がある事も知られており、地磁気変動は1%程度である。しかしこれまでに自転速度変動を考慮したダイナモモデルは無かった。そのため本研究ではこれを考慮した世界初の地球ダイナモシミュレーションを行う事を目標とし、本年度は昨年度に構築したダイナモモデルを用いて大規模計算を行った。(境界上の熱拡散率等の非一様性についても取入れる予定だったが上記モデルの計算が予想以上に大規模かつ結果が複雑なものになり研究に時間を要したため取入れられず、今後の課題である。)自転速度の変動周期として磁場散逸時間(地球では約2万年であり、それはミランコビッチ周期の1つにも相当する)、変動振幅として2%を考慮した場合、外核内の磁気エネルギーと対流運動エネルギー、磁場ダイポール成分に変動が見られた。磁場の変動は約3%で、自転速度変動の振幅よりずっと大きい。また自転速度変動と磁場変動の位相は同じではなく、π/2ずれる事が分かった。自転速度変動の時間微分(自転速度変動がある場合これに比例する項が運動方程式内に現れる)とは位相差がπになる。これらは氷床消長と地磁気変動の関係を捉える上で手掛かりになる可能性がある。また変動周期を1/100(200年)とした場合も磁場ダイポール成分に変動が見られたが振幅は約1%であり、長周期の場合よりかなり小さかった。このようにシミュレーションから得られた長周期と短周期それぞれの磁場変動振幅の大きさは観測されているものと傾向が合う事が分かった。
環境要因の人体影響(基礎班)

本研究班は、小研究領域「環境要因の人体影響」の研究を総括するとともに、研究の進め方、記録、成果の発表、評価などについて検討することを目的として発足した。本年度は後期3年間の第1年度なので、各計画班においては各分担者間の方向調整にも留意し、以下の活動を行った。1)人体影響小研究領域幹事会(本研究班メンバ-を中心に構成される)を開催して、研究の進め方、研究発表の方法、評価と将来計画などについて検討した。2)小研究領域の代表者会議(幹事会と公募研究代表者で構成される)を開催して、本研究の意義付けなどの討議を行った。3)小研究領域の研究成果発表会を開催した(平成3年1月10,11日)。各研究班と各公募研究を合わせて計19題について活発な発表ー討論を行った。4)小研究領域の研究成果報告書を年度末に発行した。(「環境要因の人体影響(4))5)他の小領域との研究交流をはかり、平成3年度の研究にそれを生かすよう努力した。6)環境要因の人体影響の実験的研究を進めるに当たって、物理力や有害化学物質に曝露された実験系を隔離された位置から分光学的にモニタ-するための計測法を開発中である。
強いDC電場中における原子の多電子光過程

前者(1)は、強い静電場中の多電子励起状態という、電子相関と外電場の影響が拮抗するような状況における原子構造とダイナミックスの研究であり新たな処女領域を切り開いたものといえる。現にこの実験成果に対応する摂動の選択則を論じた理論計算の論文がごく最近発表され(Tong & Lin, Phys.Rev.Lett.92, 223003, 2004)、急速な展開が見られる。電場輸送される疑自由電子の電子相関など固体物理との関連も興味深い。後者(2):上記強電場装置は、元来は光イオン測定のみを目的として計画されたのであったが、本グループポストドクJames Harries等のイニシアチブにより、蛍光検出および準安定原子検出の機能も持たせることにした。これは、放射光のシングルバンチ運転を用い、時間構造を利用した新しい技術によって蛍光と準安定原子を独立に検出するものである。特に蛍光寿命の正確で効率的な測定が可能になったのは特筆すべきことであった。これによって励起光エネルギーに対する蛍光寿命プロファイルの2次元スペクトルを測定し、蛍寿命プロファイルに含まれるいくつかのイオン終状態ごとの異なる寿命を解析し、終状態別の光エネルギー走引スペクトルを得ることができるようになった"Lifetime Resolved Fluorescence Spectroscopy"。これは光電子分光(CIS scan)とも通常の蛍光エネルギー分光とも異なる長所特質をもつ画期的な「第3の方法」であると認識される。水素様原子におけるシュタルク効果は、量子力学の草創期以来良く理解されているといえよう。対して、電子相関に強く支配される原子系に対するDC電場の効果の研究は、最近はじめられたばかりである。特に外場の影響と電子相関の強さが拮抗する領域での光励起と崩壊のダイナミックスは興味深い。装置の立ち上げ:反応領域に100kV/cmに及ぶ強いDC電場をかけることが出来る放射光原子光イオン化装置の設計、組み立て、立ち上げをおこなった。そして蛍光、準安定原子、光イオンの3チャンネルの検出系を付け加え、それぞれのチャンネルにおける光エネルギー走引スペクトルを測定が可能になった。光イオン測定:初年度の成果は、主としてヘリウムの2電子光励起共鳴について、光イオン検出によって得られたものである。高ネルギー加速器研究機構放射光実験施設(Photon Factory)において予備的な実験を行った後に、Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)の第3世代放射光実験施設Advanced Light Source(ALS)に装置を持って行って高分解能測定を行った。予想された共鳴のエネルギー位置のずれおよび形状変化に加えて、数多くの通常は禁制になってる遷移が出現した。これらには最も新しい理論計算と比較してかなりのずれがみられ、蛍光チャンネルおよび3重項の考慮、など、理論計算の改善を示唆するものであった。この成果は、最近Physical Review Letters及び関連学会等において発表した。装置の立ち上げ:反応領域に100kV/cmに及ぶ強いDC電場をかけることが出来る放射光原子光イオン化装置の設計、組み立て、立ち上げの大部分は、前年度に行われた。光イオン測定:今年度の成果として、前年に引き続いてヘリウムの2電子光励起共鳴の、光イオン測定を続行した。高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設(Photon Factory)において予備的な実験を行った後に、Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)の第3世代放射光実験施設Advanced Light Source(ALS)に装置を持って行って高分解能測定を行った。

これらには最も新しい理論計算と比較してかなりのずれがみられ、蛍光チャンネルおよび3重項の考慮、など、理論計算の改善を示唆するものであった。この成果は、最近Physical Review Letters及びJ.Phys.B等に発表した。上記の仕事の主要部分は、本研究所ポストドク(非常勤研究員)James Harries氏と協力して行われた。
水素エネルギーを活用した後天的遺伝子変異イメージング技術の創出

病因となる遺伝子変異の多くは特徴的な代謝変化を伴う。超偏極13C核磁気共鳴画像(MRI)は13C NMR信号を数万倍に励起することで、生体内の代謝反応をリアルタイムに可視化する最先端技術である。非侵襲的な癌転移巣の瞬時診断や、炎症部位の可視化など、その応用性が極めて高い反面、超電導磁石を必要とする13C励起装置の導入費用は数億円にも上る。本課題では、1)水素エネルギーを活用し、現行装置の10分の1のコストで導入可能な13C励起システムを開発する。この励起装置を用い、2)特異的な代謝変化を指標として、後天的に生じた遺伝子変異の体内分布を非侵襲的に可視化するMRI技術を創出する。3年目である平成30年度は前年度までに開発したパラ水素誘起偏極型の13C励起装置をベースに更なる偏極率の改善に取り組んだ。水添装置の改良と、分極移動のための変動磁場パルスの最適解を算出する量子統計力学計算法を確立したことにより、[1-13C]ピルビン酸アリルの13C MRI信号が前年度末の1万倍から8万倍励起まで大幅に改善できた。今後は装置の性能安定化を図りながら、企業との共同開発により、まずは前臨床研究用の装置として製品化を進めていく。生体内で起こる代謝反応をリアルタイムに計測するには、より高速な撮像シーケンスが求められる。代謝MRIに用いる化学シフトイメージング法の高速化のため、部分フーリエ撮像法および圧縮センシングによるスパース計測データの撮像シーケンスおよび深層学習による画像再構成法を開発した。デフォルトの撮像と比べ、約5倍の高速化を達成し、本研究成果はH30年9月の日本磁気共鳴医学会にて発表した。1)パラ水素誘起分極型の13C励起装置の開発水素分子の核スピン異性体であるパラ型の水素ガスを炭素多重結合に付加すると、その付加した水素原子の核スピンの向きが揃い、超偏極の状態となる。この超偏極1Hを持つ分子を「ただ一定速度で流すだけ」で、量子計算により求めた1Hから13Cへの分極移動を誘導する最適な磁場サイクルを受けるフロー式の13C励起装置の基本骨格は前年度までに確立し、H30年度はその最適化による偏極率の向上を図った。水添過程の改良と、量子統計力学計算による分極移動に必要な変動磁場パルスの最適条件の計算により、13C標識した酢酸アリルおよびピルビン酸アリルにおける13C MRI信号強度は、H29年度末の1万倍から8万倍励起にまで改善された。これは遺伝子変異による異常な代謝反応の検出感度の上昇を意味する。今後はエステル体から加水分解により不飽和サイドアームを切り離す過程を最適化することにより、励起装置の性能向上を目指す。2)遺伝子変異モデル作成と代謝プローブの開発後天的に変異した遺伝子から作られる異常タンパク質には、変異遺伝子に応じた特徴的な代謝変化をもたらすものが多く存在する。異なる遺伝子変異を持つ3種類の膵管癌モデルの系を作成し、現在、自然発祥と同所移植の2種類の肝臓癌モデルの作成を行っている。代謝プローブ開発においては、パラ水素誘起分極法により約8万倍MRI信号を増幅した13C標識酢酸およびピルビン酸の調整法を確立した。共同研究で進めているミトコンドリア複合体IIの遺伝子変異を標的とするフマル酸前駆体プローブの有機合成経路も確立し、パラ水素誘起偏極により超偏極誘導できることを確認した。パラ水素誘起分極法による13C励起装置の基本骨格は完成し、今後は超偏極誘導した13Cアリルエステル前駆体を瞬時にアルカリ加水分解し、目的の代謝プローブを抽出・精製するプロセスの最適化を行い、その最適条件を励起装置に実装することで偏極ロスを抑制し、励起装置の性能向上を目指す。最終的な励起効率の改善に繋げる。十分に最適化したのちに、励起効率とコストの両面から、従来の励起装置との性能比較を行う。現行の動的核偏極による13C励起装置が、見たい代謝プローブを直接励起できるのに対し、パラ水素誘起分極法ではパラ水素付加反応により核偏極を誘導すうため、炭素多重結合を持つ前駆体が必要となる。サイドアーム型のパラ水素誘起分極法により、不飽和アルコールのエステル前駆体にすることでカルボン酸を有する多様な代謝プローブに超偏極誘導できる13C励起装置の開発の目処が立ったため、最終年度では癌や脳神経疾患を標的とした実用性の評価を行う。異なる遺伝子変異を持つ担癌モデルおよび遺伝子変異による脳神経疾患モデルマウスにおいて、超偏極13C MRIによる代謝イメージングを実施し、遺伝子変異に由来する代謝変容を非侵襲的に検出可能か検証する。本課題では、1)水素エネルギーの新社会インフラを活用し、現行装置の10分の1のコストで導入可能な13C励起システムを開発する。

この励起装置を用い、2)特異的な代謝変化を指標として、後天的に生じた遺伝子変異の体内分布を非侵襲的に可視化するMRI技術を創出する。初年度である平成28年度は、特殊な水素ガスを炭素多重結合に付加することで核スピンに超偏極を誘導するパラ水素誘起分極型の13C励起装置の開発を行った。より全自動化に適した構造を探るため、2つの異なる新規構造の励起装置を試作した。更なる高感度化を目指し、励起装置の作業工程を3つに分割し、それぞれのステップを最適化することで、最終的に得られる偏極率の改善を目指す。また、新型装置との比較検討のため、既に他の研究グループにより報告されている構造の励起装置の作製も行った。様々な遺伝子変異とそれにより誘導される代謝変化の関連性を明らかとするため、2種類の発癌剤を用いて様々な遺伝子変異を持つ肝臓癌モデルの作成を行った。現在、癌組織に含まれる遺伝子変異解析と質量分析メタボロームによる代謝解析結果との相関関係の解明を進めている。1)パラ水素誘起分極型の13C励起装置の開発水素分子の核スピン異性体であるパラ型の水素ガスを炭素多重結合に付加すると、その付加した水素原子の核スピンの向きが揃い、超偏極の状態となる。このパラ水素付加反応を行う際の磁場強度によりパラ水素誘起分極法は2種類に大別される。数mT以上の磁場強度下でパラ水素付加を行い、振動磁場パルス照射により分極を1Hから13Cに転移するPASADENA型の励起装置は既に複数の研究が報告されている。本研究では、パラ水素付加後、ゼロ磁場チャンバーにより地磁気の磁界を遮断することにより1Hから13Cへと分極を移すALTADENA型の全自動励起装置を作製した。1H/13CMRI装置により実際に超偏極が誘導されることを確認した。既に報告されているPASADENA型13C励起装置のコピーも作製しており、本研究で開発した励起装置との性能比較を行っている。2)遺伝子変異モデルの作成後天的に変異した遺伝子から作られる異常タンパク質には、変異遺伝子に応じた特徴的な代謝変化をもたらすものが多く存在する。後天的な遺伝子変異を持つ動物モデルとして、変異の誘導剤と発癌プロモーターの2種類の薬剤投与により様々な遺伝子変異により癌化する肝臓癌モデルの作成を行った。病因となる遺伝子変異の多くは特徴的な代謝変化を伴う。超偏極13C核磁気共鳴画像(MRI)は13C NMR信号を数万倍に励起することで、生体内の代謝反応をリアルタイムに可視化する最先端技術である。非侵襲的な癌転移巣の瞬時診断や、炎症部位の可視化など、その応用性が極めて高い反面、超電導磁石を必要とする13C励起装置の導入費用は数億円にも上る。本課題では、1)水素エネルギーの新社会インフラを活用し、現行装置の10分の1のコストで導入可能な13C励起システムを開発する。2年目である平成29年度も引き続き、水素分子の核スピン異性体を用いるパラ水素誘起偏極型の13C励起装置の開発を行った。6気圧の高圧水素への対応と、水素噴射口の改良により水素化効率が改善し、[1-13C]ピルビン酸アリルにおいて1万倍の13C NMR信号の励起を達成した。
超伝導メゾスコピック系におけるスピンに依存した電子波干渉効果の理論

近年、空間反転対称性の破れた超伝導体が発見され、新しい種類の超伝導体として注目を集めている。私はこの超伝導体を用いた接合におけるスピン輸送現象を調べた。この超伝導体のp波成分の振幅がs波成分より大きいとき、超伝導体の端の電子状態は量子スピンホール系とトポロジカルな意味で同じ構造をもっており、この端状態によって界面にスピン流が流れることを明らかにした。また、従来知られていたAndreev束縛状態がトポロジカルに保護されていることも示された。磁場をかけた時のスピン輸送現象も明らかにした。超伝導体中に形成される渦糸の研究の歴史は長いが、その超伝導対称性に関する研究は皆無であった。私は超伝導体中に存在する渦糸のコアの内部の超伝導状態の対称性の一般論を作った。渦度が奇数のときには、コア中心ではバルクと異なる超伝導の対称性のみが許されることがわかった。この理論によってs波超伝導体のコアの中心には奇周波数シングレットカイラルp波クーパー対のみが存在することが示された。さらに、この奇周波数クーパー対に起因して状態密度にゼロエネルギーピークが現れることが分かった。また、このことは従来知られているコアの内部に形成されるAndreev束縛状態の新しい解釈を与えるものであり、本研究の結果を用いることで従来の実験結果をコアの内部の超伝導状態という観点から説明できることが明らかになった。さらに、奇周波数超伝導体の存在を実験的に検証する方法も提案した。1.超伝導接合系の近接効果を理解するために有用である準古典Green関数を用い、拡張されたNazarovの境界条件のもとでUsadel方程式を解きd波超伝導体/汚れた常伝導体/d波超伝導体接合系におけるジョセフソン電流を計算した。その結果d波超伝導体の結晶軸の角度を変えていくに従いジョセフソン電流が単調に変化していくことがわかった。また最大ジョセフソン電流は温度が下がるにつれて単調に増加するとは限らないことがわかった。これは近接効果とアンドレーエフ共鳴状態の競合によるものであることを明らかにした。2.準古典理論をもちいて接合界面付近に金属層が誘起されることを仮定することでSigrist-Rice公式がかなり一般的に成り立つことを確かめた。特に転移温度近傍でSigrist-Rice公式を解析的に導出した。また、一般的な異方的超伝導体接合系においても同様の表式が有効であることがわかった。3.強磁性体/超伝導体接合系において、超伝導体がシングレット超伝導体であるにもかかわらず、時間反転対称性の破れによって強磁性体中に奇周波数(周波数について奇関数)のトリプレット超伝導が誘起されることが知られており、近年注目を浴びている。このトリプレット超伝導の状態密度との関係について準古典Green関数法を用いて理論的に調べた。強磁性体中の状態密度にゼロエネルギーピークが現れるときトリプレットCooper対の振幅がシングレットCooper対の振幅より大きくなることが明らかになった。強磁性体/超伝導体接合系において、超伝導体がシングレット超伝導体であるにもかかわらず、時間反転対称性の破れによって強磁性体中に奇周波数(周波数について奇関数)のトリプレット超伝導が誘起されることが知られており、近年注目を浴びている。私はこのトリプレット超伝導の状態密度との関係について準古典Green関数法を用いて理論的に調べた。空間反転対称性の破れた超伝導体は重い電子系CePt3Siの発見で近年注目され始めた。私は、空間反転対称性の破れた超伝導体のクーパー対の対称性を調べるためhalf-filling近傍で拡張Hubbard模型を用いて線形Ehashberg方程式を乱雑位相近似のもとで解いた。その結果、d+f波状態が出現し、トリプレットf波成分が空間反転対称性の破れに起因するRashba型スピン軌道相互作用によって増加することが明らかになった。
プライマリ・ケアにおけるビッグデータ収集ツールの開発と検証

地域医療の質の向上を図るには、国民の医療を真に把握して医療サービス提供体制の構築に役立てるビックデータが必要である。本研究では、プライマリ・ケアにおける診療行為を包括的にコード化するツールであるプライマリ・ケア国際分類ICPC-2(International Classification of Primary Care Second Edition)を用い、診療の現場において入力できるよう、コンピュータを活用した入力システムの開発、検証を行う。同時に、レセプトデータとICPC-2の比較検討を行い、我が国にプライマリ・ケアをより生活に評価するための知見を得ることを目的とする。平成2930年度は、ICPCコーディングを支援するコンピューターソフトであるICPC-2入力システムの開発を行った。具体的にはFileMaker Proを利用したICPC-2入力システムを開発し、パソコンのブラウザで動作するソフトウェアとし、機種を選ばずに使用できるシステムを開発した。ICPC-2の項目数は1000を越えており、すべてを記憶して正しくコーディングするのはきわめて難しく、長時間のトレーニングを必要とする。ICPC-2入力システムでは、プルダウンでコードを選択し、入力者がそれを確認してコードを確定するシステムとし、単語を最後まで入力しなくてもスピーディーにコーディングできる環境を整えた。また、申請者が研究代表者として研究開発した患者向け病歴入力システムである問診ナビ(基盤研究(C)、平成23年25年、外来診療支援システムの開発と検証ー良質な外来診療と時間短縮の両立を目指してー)と連動してデータ収集ができるよう、病歴入力システムに入力したデータをcsvファイルの形で書き出せるようにして、そのままインポートして解析に使用できるシステムを開発した。平成2930年度は、ICPCコーディングを支援するコンピューターソフトであるICPC-2入力システムの開発、パイロット試験を行った。30年度に開発したICPC-2入力システムを用いて実地調査を行う予定であったが、倫理申請が遅れており、31年度に実施調査を行う予定である。平成31年度は開発したシステムを用いた実地調査を行い、データ収集を行う予定である。また、合わせて同時にレセプトデータを収集し、比較検討を行う予定である。平成29年度は、ICPCコーディングを支援するコンピューターソフトであるICPC-2入力システムの開発を行った。ソフトウェアは継続して開発中である。

平成2930年度は、ICPCコーディングを支援するコンピューターソフトであるICPC-2入力システムの開発、パイロット試験を行った。30年度に開発したICPC-2入力システムを用いて実地調査を行う予定であったが、倫理申請が遅れており、31年度に実施調査を行う予定である。平成30年度はパイロット試験を行って入力システムを完成させるとともに、それを用いた実地調査を行い、データ収集を行う予定である。また、合わせて同時にレセプトデータを収集し、比較検討を行う予定である。平成31年度は開発したシステムを用いた実地調査を行い、データ収集を行う予定である。
人工網膜のための視覚リハビリテーションの研究

網膜色素変性による重度視覚障害の視機能再建を目指した「人工網膜」の研究が進められている。これまでの臨床研究から、人工網膜の視覚(人工視覚)は健常者の視覚とは異なる事が明らかになってきた。そこで人工視覚に適応させるためのリハビリテーションシステムの開発を行った。特に手と目の協応運動の改善を目指して、指さし箇所と視標とのずれの大きさと方向を音声でフィードバックするシステムを開発し、検証試験を通してその効果を実証した。さらにリハビリテーションシステムを補助するために人工網膜向け画像処理方法の検討を行った。その結果、顕著性マップを用いた画像処理方法が有効であることが示された。人工網膜は網膜色素変性で重度視覚障害に至った患者の視機能を再建することを目的とした医療機器である。人工網膜で得られる視覚は健常人の視覚と異なる事があることから、人工網膜の視覚に適応するための視覚リハビリテーションが必要となると考えられる。昨年度までに、タッチパネルディスプレイとパソコンを組み合わせた視覚リハビリテーションシステムおよびローカリゼーションテストを試作し、音声フィードバックシステムを用いることで手と目の協応運動が改善することを市販の視覚代行機器を用いた実験で検証した。本年度は、より人工網膜システムの状態に近い方法で実験を行なうために、人工網膜シミュレータを試作した。これは、小型カメラとノートPCとヘッドマウントディスプレイと画像処理ソフトを組み合わせたシステムである。「光の点の集合体として外界の映像を知覚する」人工網膜の視覚の特徴を、このシミュレータは再現することができる。さらに視覚リハビリテーションのための画像処理の検討を行なった。人工網膜のような49画素の低画素映像では、通常の呈示方法では背景画像がノイズとなり対象物が視認できない。さらに自身の手や指も背景画像に隠れて視認が困難となることがある。近年、提案された顕著性マップという画像処理方法は、特徴的な箇所だけを強調するもので、背景画像の影響を抑えることができる。これにより、指と対象物の両方を同時に視認できるようになり手と目の協応運動のリハビリテーションに繋がるのではないかと考えた。シミュレータとローカリゼーションテストを用いて、この顕著性マップの画像処理を用いる場合と用いない場合の比較を健常成人5名に対して行なった。その結果、顕著性マップの画像処理を施した方が有意にローカリゼーションテストの成績が高かった。このように、顕著性マップの有効性が示されたことで、第二世代人工網膜への応用可能性が示された。人工網膜は網膜色素変性で重度視覚障害に至った患者に対して、人工的に視覚を再建することを目的とした埋込型医療機器である。現在の医療では本疾患に対する有効な治療法が確立されていないため、本医療機器は未来の失明治療として期待されている。これまでの人工網膜の臨床試験の結果から、人工網膜で得られる視覚は健常者の視覚と異なることが明らかになっている。そのため、人工網膜の視覚に適応するための視覚リハビリテーションが今後必要となると考えられる。当該年度、申請者はタッチパネルディスプレイとパソコンを組み合わせた視覚リハビリテーションシステムを試作した。これはタッチパネルディスプレイ上に正方形の視標をランダムに呈示する装置である。被検者が視標位置を正確にタッチすると正解の音声が出力され、誤った位置をタッチするとその距離や位置に応じて音声を出力する(例「右」、「左」など)。この音声がフィードバックとなり、この試行を繰り返すことでリハビリテーション効果が得られると考えた。人工網膜のシミュレーションとして、市販の視覚代行機器(オーデコ)を用いた。これは人工網膜同様に頭部に設置されたカメラで外界の画像を取得して、その映像を基に額に設置した多極電極で電気刺激を行なうことで疑似触覚を発生させ、前方の障害物を認識させるシステムである。取得する画像に眼球運動が反映されない点や画像の拡大率が被検者の予想と異なる点が人工網膜に類似している。検証実験としてオーデコ装着状態で視覚リハビリテーションを100試行繰り返した。実験の結果、音声フィードバックを行なったときは音声フィードバックなしに比べて有意に正答率が上昇した。視標の呈示位置と被検者のタッチ位置の関係を調べると、音声フィードバックを行なわない場合は視標よりも右下方をタッチする傾向にあったが、音声フィードバックを行なうことでそのずれが補正された。人工網膜は網膜色素変性で重度視覚障害に至った患者を対象に、失われた視覚を再建することを目的とした医療機器である。人工網膜で得られる視覚は健常人の視覚と異なるため、人工網膜の視覚に適応するための視覚リハビリテーションが必要と考えられる。昨年度までにタッチパネルディスプレイを用いた視覚リハビリテーションシステムとローカリゼーションテスト装置を開発した。さらに、その効果を健常人で検証するために人工網膜で得られる視覚を擬似的に体験するための装置、「人工網膜シミュレーター」を開発した。

さらに、人工網膜における画像処理に顕著性マップと呼ばれる画像処理方法を応用することで、背景画像によらず一定の視認性を維持することが可能となることを、人工視覚システムシミュレーターとローカリゼーションテストを用いて検証した。本年度は引き続き画像処理方法の検討を進めて、輪郭抽出法と従来法の比較を行なった。その結果、小さな対象物を見る場合は従来法が、大きな対象物を見る場合は輪郭抽出法が適していることを、人工視覚システムシミュレーターによる実験を通じて検証した。さらに、人工網膜臨床試験に参加されている被験者に協力していただき、ローカリゼーションテストおよび視覚リハビリテーションシステムを使った試験を実施した。その結果、人工網膜を利用していない時に比べて人工網膜を利用している時の方が、高い視認性が得られる事を検証した。加えて視覚リハビリテーションシステムを利用した場合には利用していない時に比べて有意に高い正答率が得られた。人工視覚平成25年度の計画では、人工網膜シミュレータを試作して人工網膜向けの視覚リハビリテーションの研究を行なうことを予定していた。この計画通りに、ノートPCと小型カメラとヘッドマウントディスプレイを使った人工網膜シミュレータを試作することができた。この人工網膜シミュレータを用いて、手と目の協応運動の向上に繋がる視覚リハビリテーションを検討し、その結果顕著性マップと呼ばれる画像処理方法が有効であることが検証できた。以上のように当初の計画をおおむね達成できたと考えている。計画では視覚代行機器を用いて人工視覚向け視覚リハビリテーションを検討行なうことを予定していた。タッチパネルディスプレイとPCを組み合わせて視覚リハビリテーションシステムを試作できた。このシステムの特許を出願した。また、視覚代行機器「オーデコ」を使って視覚リハビリテーションの検証を行ない、音声フィードバックの効果を示すことができた。このように当初の計画をおおむね達成できたと考えている。平成26年度に入ると人工網膜の次世代機の臨床研究が予定されている。この臨床試験で人工網膜の手術を受けた患者を対象に視覚リハビリテーションの有効性を検証する。具体的には視覚リハビリテーション後で視機能検査の正答率が向上するかどうか検証する。また、人工網膜シミュレータを使った実験を通じて、顕著性マップよりもさらに効果的な視覚リハビリテーションの構築を目指す。具体的には、手の像を検出する画像処理で行なうことで、対象物と手との位置関係をより認識しやすくする。これにより手と目の協応運動の改善に繋がるのではないかと考えている。まず、より効率的な視覚リハビリテーションを開発するために音声フィードバックの手法をさらに改良することを計画している。具体的には、視標位置とタッチ位置との距離に応じて音声のトーンを変化させる等などが考えられる。様々な方法の音声フィードバックを検証し最適なフィードバックの手法について検討する。