hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エクソソームが駆動する慢性閉塞性肺疾患の血液脳関門病変化と薬剤中枢性副作用

慢性閉塞性肺疾患(COPD)患者は、情動障害・認知機能障害などの中枢性合併症を併発する。この中枢性合併症は、COPD患者の予後不良とQOL低下の重大な危険因子となるが、その対策は不十分である。申請者は、COPDモデルマウスで血液脳関門(BBB)が障害されることや認知機能障害を誘発する抗コリン薬の脳内移行が増加することを突き止めた。そこで、『COPD病態下ではBBB機能障害を契機にして、脳の脆弱化と治療薬剤の中枢性副作用の2要素が複合化し、脳機能障害を顕在化あるいは増悪化させる』との仮説を立証する。
インスリン分泌におけるホスホリパーゼCの役割とその活性化機構

以上の研究成績は, Carbamylcholine,Arginine,α-KICによるインスリンには, PLCの活性化を伴うこと,このPLC活性化は, G蛋白による調節を受けることを示した.また,この際, PLCは百日咳毒素による不活化を受けることから, GiまたはGoによって制御される可能性があるものと推測される.以上の研究成績は, Carbamylcholine,Arginine,α-KICによるインスリンには, PLCの活性化を伴うこと,このPLC活性化は, G蛋白による調節を受けることを示した.また,この際, PLCは百日咳毒素による不活化を受けることから, GiまたはGoによって制御される可能性があるものと推測される.Glucoseやアミノ酸によってインスリン分泌が惹起される際の、これら刺激の信号伝達-増幅機構については未だ解明されていない。我々はすでに、GlucoseやCarbamylcholineなどの物質がインスリン分泌を同時に膵ラ氏島内のphospholipase C(PLC)活性を上昇させること、この活性化は、GTP結合蛋白(G蛋白)によって制御されていることを示した。今回は、従来その信号伝達系が不明であった、アミノ酸刺激、arginine、およびleucineの誘導体α-KICを選び、PLCとG蛋白との関連について検討した。コラゲナーゼ消化法によって採取したラットのラ氏島を用いるin vitroの実験を行い、以下の成積を得た。1 PLC活性阻害作用を有するneomycin 50,500μMにより、arginine、α-KICによるインスリン分泌は有意に抑制された。2 ATP法によるcell permeabbilisationを施したラ氏島に、GDPの非水解アナログGDPBSを添加すると、arginine、α-KICによるインスリン分泌は明らかに抑制された。3【^3H】-myo-inositolでprelabelしたラ氏島を用いて、生成された【^3H】-Inositol1,4,5-trisphosphate分画を指標にPLC活性を測定すると、arginineによってPLC活性は上昇し、neomycin、GDPBSはこれを阻害した。4 G蛋白のうちGi(またはGo)をADP-ribosyl化し不活化することが知られている、百日咳毒素精製物質IAP(Islet-activating protein)でラ氏島を処理すると、arginine、α-KICによるインスリン分泌は有意に抑制された。以上の成積は、arginine、α-KICなどのアミノ酸によってインスリン分泌が惹起される際には、PLC活性化が伴うこと、このPLC活性化は、G蛋白による調節を受けていることを初めて明らかにするものである。特に、PLCが、IAPによって不活性を受けるGiまたはGoによって、促進的な支配を受けていることを明らかにした。今後は、他の信号伝達系、【Ca^(2+)】動員機構と、PLC活性化との関連について検討する。
動脈硬化の加齢変化の個人差を生むメカニズムの解明－10年間の追跡に基づく検討－

動脈硬化度の加齢変化の個人差に対する遺伝的要因と身体活動水準の影響を検討した。2003-05年に動脈スティフネス計測を行った成人90名(うち女性39名)を対象に、2013-15年に再度動脈スティフネス計測を行うとともに、身体活動量を調査した。初回参加時の年齢は52±14歳、フォローアップ期間は10±0.9年であった。動脈スティフネスは10年後に平均12%増大したが、15METs/週以上実施していた者では著明に低値(+5.4%)であった。有酸素性運動を習慣的実施が加齢に伴う動脈スティフネス増大を抑制し得ることが明らかとなった。今後、遺伝子多型と日常の身体活動状況との相乗効果の検証を進める。加齢に伴う動脈硬化の進行は循環器疾患発症の危険因子となる。一方、習慣的な身体活動の実施によって中高齢者の動脈硬化を改善し得るが、一方で、動脈硬化の進行度や身体活動による改善効果には個人差が存在することも明らかになっている。これらの機構の解明は、テーラーメイドの効果的な循環器疾患発症予防策の構築につながる。本研究では10年間の長期観察に基づき、動脈硬化度の加齢変化の個人差おける遺伝的要因(遺伝子多型)と後天的要因(身体活動水準)の関与、および両者の相互連関を探る。これにより、加齢に伴う動脈硬化の進行を効果的に抑制し、循環器疾患発症を予防する個別対応型(テーラーメイド)のライフスタイル処方の構築を目的とした。H25年度は、H15年度に測定を実施した約100名を対象に、動脈硬化度、身体活動量、唾液サンプル等のデータ収集を行う計画であった。しかしながら、遺伝子情報を扱う点、および被験者に対する測定結果のフィードバック(疾病に関わる指標の返却)という点で、所属機関の倫理委員会の実験実施の承認を得るのに時間がかかった(承認日:H25年12月3日)。測定値への季節変動の影響を抑えるために、測定実施時期を出来る限り前回の実施時期と一致させることがのぞましいことから、多くの被験者において、H25年度の実施を見送らざるを得なくなった。そのため、最終的には12名の測定にとどまった。ただし、研究を10年間の縦断的観察に、横断的な検討(同年代の者を遺伝多型およびライフスタイルの違いで比較)を加えることで、分析結果の強化を図ることにした。そのために新規の被験者のデータ収集も平行して行った。新規被験者は24名であった。これにより、加齢に伴う動脈硬化の進行を効果的に抑制し、循環器疾患発症を予防する個別対応型(テーラーメイド)のライフスタイル処方の構築を目指す。H15-17年度に申請者が産業技術総合研究所もしくは筑波大学において循環器系指標および日常身体活動量の測定を行った約450名の方に本研究プロジェクトへの参加協力を募る。H25年度は、H15年度に測定を実施した約100名、H26年度はH16年度に測定を実施した約170名を候補者とし、そのなかから今回の実験への参加の承諾が得られた方を対象に、動脈硬化度、身体活動量、血液サンプル等のデータ収集を行うこととした。昨年度は、倫理委員会の承認を得るのに時間を要し、プロジェクトが軌道に乗るまでにかなりの時間を要した。本年度は、ある程度ルーティン化も進み、データ収集が前年度よりは加速した。H26年度は133名においてデータ収集を行えたものの、再参加者の人数は思うほど伸びなかった。そのこともあり、途中から新規参加者のリクルートも強化するよう、方向転換を図っている。現在、収集した血圧や動脈硬化度のデータ解析を進めるとともに、遺伝子多型の解析については、Validity studyを行っている。本年度は、これまでの収集した生理学データの解析、およびSNP解析のための予備実験を行った。SNP解析系に関し、ET-A、ET-B、ECE-1、ER-a-401、ADRB2について、ポジコン配列を持つ人工合成遺伝子を用いて検出可能な系を構築した。新規のデータ収集は2名であった。

これまでに収集した動脈硬化度のデータを用いて、動脈スティフネスの加齢変化の部位差や有酸素性持久力との関連性について学会発表を行った。また、この論文は現在投稿中である。また、近位大動脈のスティフネス指標(既存の方法の修正版)を提案し、その臨床医学的意義を調べた。その成果をH28年6月に臨床血圧脈波研究会で発表する予定である。生理学データの収集を優先したので、まだ遺伝子解析を開始していない。本研究では10年間の長期観察に基づき、動脈硬化度の加齢変化の個人差に対する遺伝的要因と後天的要因(身体活動水準)の影響を検討した。20032005年に動脈スティフネス計測を行った成人90名(うち女性39名)を対象に、20132015年に再度動脈スティフネス計測を行うとともに、身体活動量を質問紙およびヒアリングにて調査した。被験者全員の初回参加時の年齢は52±14歳、フォローアップ期間は平均10±0.9年であった。動脈スティフネスの指標であるbaPWVは10年後に平均12%増大した(13.4±2.6 vs. 14.9±3.1m/s, P<0.0001)。有酸素性運動の実施状況に着目すると、15METs/週以上実施していた群のbaPWVの変化率は+5.4±9.9%にとどまっており、5METs/週未満および515METs/週の有酸素性運動実施群の変化率よりも著明に低値であった(それぞれ+13.2±10.6%、+13.7±11.3%)。有酸素性運動を習慣的に実施し続けることで、加齢に伴う動脈スティフネスの増大を抑制し得ることが、10年間の縦断的検討により明らかとなった。遺伝子多型の関与については、現在、解析を進めている。今後、遺伝子多型と日常の身体活動状況との相乗効果の検証を進める予定である。190名(18-79歳)を対象に、加齢に伴う動脈硬化度増大の部位特異性および大動脈循環指標との関連性を検討したところ、近位大動脈が、最も著明な加齢変化を示し、かつ心血管疾患発症リスクである中心血圧との関連性も強いことが明らかとなった。これらの結果から、近位大動脈のスティフネス評価の重要性を示唆することが示唆された。動脈硬化度の加齢変化の個人差に対する遺伝的要因と身体活動水準の影響を検討した。2003-05年に動脈スティフネス計測を行った成人90名(うち女性39名)を対象に、2013-15年に再度動脈スティフネス計測を行うとともに、身体活動量を調査した。初回参加時の年齢は52±14歳、フォローアップ期間は10±0.9年であった。動脈スティフネスは10年後に平均12%増大したが、15METs/週以上実施していた者では著明に低値(+5.4%)であった。有酸素性運動を習慣的実施が加齢に伴う動脈スティフネス増大を抑制し得ることが明らかとなった。今後、遺伝子多型と日常の身体活動状況との相乗効果の検証を進める。再参加者の人数が予定人数を大幅に下回っている(当時学生だったものなど、転居などにより連絡がつかないなどの理由)。200名程度のサンプルでも当初設定した仮説を検証し得る方法として、複数の遺伝子多型を組み合わせ得点化し、動脈硬化度の加齢変化との関連性を調べる統計学的手法を用いる。28年度が最終年度であるため、記入しない。循環生理学再参加の候補者については、再度連絡をとり、参加協力を呼び掛ける。また、縦断的検討の知見をサポートできるよう、新規参加者のリクルートを強化し断面的データを充実化をはかる。
国立大学法人経営におけるファシリティマネジメントの活用

国立10大学を選定し、これらの公開財務諸表を比較分析した。同時に、ファシリティマネジメントの基礎となる財務ベンチマーキングを実施した。その10大学に周辺の国公私立大学に対して施設運営費BM調査を実施し、運営形態や施設計画の類型によって構築するべきFM戦略が異なることを突き止めた。また付属病院を有する国公私立の10大学の施設運営費分析と2大学の詳細調査から、運営手法と設備システムの構築方法によって大きな差が生じることを明らかにした。加えて公的資金・民間資金の導入事業の可能性についても判定を行い、改善提案を行った。1)大学施設運営費ベンチマーキングの実施と分析:H16年度から調査中の国立10大学に加えて、中部地方の国公私立14大学における、光熱水量等費と施設維持管理費の実態についてベンチマーキング調査を行い、各大学・キャンパスの、国公私立や規模の違いによる、FMに対する方向性の違いや、経営における施設運営費の位置づけを明らかにした。2)施設運営費の包括的予算制度導入のための検討:所属大学における法人化以降の施設運営費の状況を分析し、光熱水料等費については、構成員が省エネの意識を高め、エネルギー使用を削減するための「省エネ促進資金制度」を提案し、その課題を抽出した。施設維持管理費については、全学的に劣化施設の修繕を行うための「施設修繕費留保金制度」を提案し、一元管理の必要性とその方法を提示した。3)民間資金を活用した施設整備の検討:国費投入による施設整備費が減少するなか、新たな財源を確保して、老朽施設の改修や維持保全を行っていく必要がある。所属大学における具体的な3つの研究施設・居住施設について、(1)小規模投資と低賃料による事業の検討、(2)民間活力の導入による高度利用、(3)産学官連携・国公私立連携の新スキームをテーマに、具体的な実現可能性を検討した。4)大学施設マネジメントコンソーシアム設立の検討:これまでの研究成果の他大学への還元を図り、施設運営費のベンチマーキング、施設データベースASPモデルの導入、施設共同利用、人材育成等により、大学経営への貢献や、学生・地域へのサービス水準向上を図ることを目的に、地域連携FMコンソーシアム設立を目指し、学内外の講師を招聘し、研究会を開催し、情報交換を行った。なお、これまでの本研究の成果、及び、これらと連携した名古屋大学におけるFMへの取組みは、平成20年2月、第2回日本ファシリティマネジメント大賞において「優秀ファシリティマネジメント賞」を受賞した。旧帝大など国立10大学、及び、中部地方14の国公私立大学における光熱水料等費と施設維持管理費のベンチマーク調査を継続し、以下の結果を得た。1)私大では、清掃費や警備費に多くの費用をかけ、旧帝大や理系の国公立大では、施設維持管理費よりも光熱水費に多くの経費をかけている。2)各団地の区分ごとの構成人員数から類型化を行い5つのタイプを得た。3)光熱水費は、団地タイプによって概ね似た傾向となるが、理・医系では、研究実験等の特殊性より団地間のばらつきが大きい。維持管理費では、団地タイプにより似た傾向を示す項目は少なく、清掃、警備など、私立・国公立の違いにより差がある項目と、修繕や点検保守、廃棄物処分費のように、ばらつきが大きく、他の要因が影響していると考えられる項目がみられる。4)平成20年度は、上記に加えて附属病院を持つ中部地方の10大学についても同様の分析を行い、特にエネルギー使用に関する実態を把握した。各大学においてFMを実施するには、その経営理念や団地の特性に応じたマネジメントが必要である。私大は授業料を中心とした収入に依存しているため、経費削減と戦略的な投資を連動させる費用収益対応型のFMが必要である。一方、国公立大学は、国や自治体からの交付金による積上げ式の予算に依存した、部局分散型の運営をしており、施設運営費にばらつきがあることとや、十分な経費をかけていない項目がある。したがって、施設規模に応じた品質の維持や運用に必要な経費を、計画的に配分するための統括管理型のFM戦略が必要である。本研究の結果は、比較すべき項目の大学や団地タイプにおける実態を数値として示し、その項目においてBMの比較対象とする相手先を検討する際の判断材料となることが期待できる。また、これらのデータを各大学へ公開し、意見交換を行うとともに、「大学施設マネジメントコンソーシアム」創設の可能性を検討した。
高時間・空間分解能を持つ新型シリコンセンサーの開発

本研究は、アバランシェゲインを持つシリコン半導体検出器LGAD(Low Gain Avalanche Detector)の開発を行うものである。LGADを用いることで、従来不可能だった10ピコ秒に迫る時間分解能と、PSD(Position Sensitive Detector)方式による高い位置分解能を持つ新しいシリコン検出器システムが実現し、LHC実験のアップグレードで必要なパイルアップ事象を時間情報により分解する手法が実行可能となるとともに、次世代電子陽電子加速器計画であるILC実験においては、飛行時間法による陽子・K粒子・π粒子の分離に加え、高い位置・時間分解能を生かした五次元カロリメトリーによる革新的な事象再構成が実現できる。国内においては、すでにATLASグループが浜松ホトニクス株式会社と協力してセンサーの開発・評価を進めているが、ゲインの非一様性などの問題に直面している。これは、主に増幅層が電荷収集部の直下にあることから生じる問題で、増幅層と電荷収集部を分離する「inverse-LGAD」方式により改善すると考えられる。本研究ではこのinverse-LGAD開発のため、まず小型のテストセンサーの評価・従来型の比較と、PSD方式の構造最適化のためまず通常のシリコンセンサーにおいて様々な構造のPSDを製作し、性能を比較して最適な構造を検討した。また、時間分解能・位置分解能の評価のため、高精度時間測定モジュールを導入するとともに、九州大学で評価を進めているSKIROC2シリーズのASICを用いてセンサーの評価をするためのセットアップを開発し、センサーを実際に接続して性能評価を行った。当初の研究計画では、本年度からLGAD方式のセンサーを製作し、時間分解能の高いセンサーとPSDセンサーの同時評価を行う予定であったが、前例のないセンサー開発であることから浜松ホトニクス社側に製作上の困難が生じており、ひとまず従来型のセンサー技術を用いてPSD技術の検証・最適化を行うとともに、小型のLGADサンプルを用いてinverse-LGAD方式の放射線検出における性能評価と通常タイプとの比較を重点的に行うことになった。PSD製作は従来型のセンサーではあるが、センサーの厚みを従来のものより約2倍に増やすことで性能向上を果たし、従来困難であったMIP(最小電離粒子)での位置測定が可能なセンサーの製作に成功した。また、新たに導入したより高い抵抗値が得られる抵抗レイヤーを用いると、位置分離の性能がより向上することが示せた。一方、製作した構造の一部は正しく性能を得るため改善が必要であることも判明した。LGADの製作、評価においては、様々な仕様の小型LGADセンサーを製作・調達するとともに、ASIC評価基板に接続するための機構を新たに開発し、inverse-LGADセンサーを接続してガンマ線源、ベータ線源を用いて性能評価を行った。これらの結果を比較することで、inverse-LGADタイプでもある程度の有感層が得られ、放射線の信号もアバランシェ増幅により検出可能であることを示した。上記の方針変更により製作スケジュールに遅れが生じたが、繰り越し分も含めれば当初の研究計画と同等の進捗が得られ、時間分解能・位置分解能に優れたLGADタイプのシリコン検出器開発において大きく前進したと考えられる。inverse-LGADと通常タイプのLGADの性能の比較をさらに詳細に行う。ゲイン特性、時間分解能と印加電圧の関係、ゲインの一様性などについて、ビームテストを含めた評価を行う。またPSDタイプについて、これまでのレーザーを用いた位置分解能評価に加えて、ビームを用いた評価も行う。ビームテストでは数レイヤを貫通するようにセンサーを配置する必要があり、そのために多段にスタックできる読み出し装置を開発する。また、ビームテストにおいては環境からの電磁波ノイズ等も大きいため、測定装置全体を覆う金属シールドの設計・製作などのノイズ対策も行う。これらの結果を踏まえて、複数セルを持つLGADの設計・製作を行う。このLGADはILCのECAL読み出しプロトタイプと概ね互換な設計とし、従来型のシリコンセンサーと同等のシステムでビーム試験を行い、同時にビームテストを行って、性能を比較できるようにするとともに、ILCへの組み込みも見据えたものとする。ILCのECALプロトタイプの製作を行う環境はすでに揃っており実績もあるため、比較的簡易な変更でLGADのプロトタイプの製作にも対応できる。この製作と合わせて、ストリップタイプのLGADも製作し、専用ボードを設計してストリップタイプの性能評価も行う。ストリップタイプのLGADの接続には、保有する自動ワイヤーボンダー等を用いることができる。これらの結果をまとめ、LGADのILC等への応用の可能性を具体的に検証し、測定器設計への反映を目指す。

本研究ではこのinverse-LGAD開発のため、まず小型のテストセンサーの評価・従来型の比較と、PSD方式の構造最適化のためまず通常のシリコンセンサーにおいて様々な構造のPSDを製作し、性能を比較して最適な構造を検討した。また、時間分解能・位置分解能の評価のため、高精度時間測定モジュールを導入するとともに、九州大学で評価を進めているSKIROC2シリーズのASICを用いてセンサーの評価をするためのセットアップを開発し、センサーを実際に接続して性能評価を行った。当初の研究計画では、本年度からLGAD方式のセンサーを製作し、時間分解能の高いセンサーとPSDセンサーの同時評価を行う予定であったが、前例のないセンサー開発であることから浜松ホトニクス社側に製作上の困難が生じており、ひとまず従来型のセンサー技術を用いてPSD技術の検証・最適化を行うとともに、小型のLGADサンプルを用いてinverse-LGAD方式の放射線検出における性能評価と通常タイプとの比較を重点的に行うことになった。PSD製作は従来型のセンサーではあるが、センサーの厚みを従来のものより約2倍に増やすことで性能向上を果たし、従来困難であったMIP(最小電離粒子)での位置測定が可能なセンサーの製作に成功した。また、新たに導入したより高い抵抗値が得られる抵抗レイヤーを用いると、位置分離の性能がより向上することが示せた。一方、製作した構造の一部は正しく性能を得るため改善が必要であることも判明した。LGADの製作、評価においては、様々な仕様の小型LGADセンサーを製作・調達するとともに、ASIC評価基板に接続するための機構を新たに開発し、inverse-LGADセンサーを接続してガンマ線源、ベータ線源を用いて性能評価を行った。これらの結果を比較することで、inverse-LGADタイプでもある程度の有感層が得られ、放射線の信号もアバランシェ増幅により検出可能であることを示した。上記の方針変更により製作スケジュールに遅れが生じたが、繰り越し分も含めれば当初の研究計画と同等の進捗が得られ、時間分解能・位置分解能に優れたLGADタイプのシリコン検出器開発において大きく前進したと考えられる。inverse-LGADと通常タイプのLGADの性能の比較をさらに詳細に行う。ゲイン特性、時間分解能と印加電圧の関係、ゲインの一様性などについて、ビームテストを含めた評価を行う。またPSDタイプについて、これまでのレーザーを用いた位置分解能評価に加えて、ビームを用いた評価も行う。ビームテストでは数レイヤを貫通するようにセンサーを配置する必要があり、そのために多段にスタックできる読み出し装置を開発する。また、ビームテストにおいては環境からの電磁波ノイズ等も大きいため、測定装置全体を覆う金属シールドの設計・製作などのノイズ対策も行う。これらの結果を踏まえて、複数セルを持つLGADの設計・製作を行う。このLGADはILCのECAL読み出し
脳白質構造解析を利用した、頭蓋内病変の圧迫・浸潤に対する評価手法の開発

DTIの計算の過程で問題となる脳実質以外の組織の信号やノイズを、自動かつ、有効に取り除く方法を確立した。これにより、腫瘍や水頭症の有無など大きな構造の変位を伴う場合においても、脳をマスクすることができ、DTIなどの処理精度の向上が見られた。また、我々が過去に開発した白質組織分別方法は、脳梁や錐体路など、非常にFA値が高い部分を分類することが可能であった。新たに開発した方法では、高いFA値を持つ脳梁や錐体路においては従来法とは大きな差異がないことが判明したが、FA値が比較的低い組織でも判別が行えることが分かった。当該年度では、Diffusion tensor image (DTI)を用いた脳内の領域マッチングを正確に行うための解析方法の構築を中心に行った。この解析において最も大きな障害は、解析範囲が大きいこと(時間的問題)、解析範囲の多様性(多重比較やマッチングエラーの増大)であった。昨年度に開発した因子分析を用いたbrain-maskの手法は解析範囲の絞り込みに一定の効果を認めたが、今年度はこれに加えて、既存のSPMによる標準化と灰白質・白質・髄液領域の存在確率テンプレートを用いることで2つの利点を得た。1つは、標準マップにより脳内構造の大まかな位置の予測が可能な点、もう1つは、SPMのテンプレートとの比較により腫瘍などによる異常信号領域が大まかに絞られた点である。これにより、パターンマッチングの際の事前確率として、抽出しようとする領域(例えば視床など)の位置による存在確率を使用することができ、DTI情報を用いたパターンマッチングの精度・計算速度が向上した。また、異常信号を呈する領域の分析においても、その位置から、含まれるあるいは隣接する組織を絞り込むことで、マッチング対象とするパターンが減少したため、計算精度・速度に効果が見られた。現在のところ、これら得られたマッチングデータを元に、線形のモーフィングを用いて元画像の変形を行い、標準化の処理としている。脳室においても同様のマッチング処理を行うことで、SPMでは位置の乖離が大きかった水頭症例においても、脳室壁の位置の乖離が減少した。さらに、元画像から線形で補完できる画像と、以上の新しい標準化画像との乖離から、腫瘍が正常組織へ浸潤しているのか、圧迫しているのかの判別を行うことを、当初の目標としている。今年度におけるこの新しい標準化法の確立より、この次のステップへ進むことができるようになったと思われる。最終年度では、これまでに得られたDTIデータを元に、クラスタリングによる領域の選別とマニュアルによる組織の事前確率マップの作成を行った。既存のSPMによる標準化では、灰白質・白質・髄液領域の標準化であるが、それに加えて本法では、DTIデータに基づいた白質領域マッピングを行い、さらに白質領域を非線形に標準化処理を行った。白質領域マッピングは、DTIデータに含まれる拡散の強さと方向を用いて、クラスター分解によるグループ化と、解剖学的位置に基づいた事前確率マップを用いたパターンマッチングによって行った。しかしながら、この変形の正確さの評価方法については、最終的な結論に至っていない。現在までに、標準的なSPMのみによる標準化との差を求めることによって評価を行っている。水頭症例においては、脳室壁の位置の乖離が減少した。また、開発に用いたデータだけでなく、より多くのデータにおいて本法の正確性などの評価を行うため、当初、ボランティア撮影を予定していたが、アメリカにおけるHuman Connectome Projectにおいて、良質のDTIを含めたデータの入手が可能になったため、正常ボランティアの撮影を中止し、そのデータを利用した検証の作業を行っている。さらに、本法を用いた標準化の後、左右対称性を前提として、白質構造の左右差を画像として表示することで、腫瘍などによる変形の定量を試みた。また、変位によってもマッチングが不可能であった組織構造は破壊されたと仮定し、破壊された構造と圧排された構造を識別するとで、腫瘍による圧排と浸潤との違いを視覚的に示すことを試みた。浸潤、圧排を正確に分離するゴールドスタンダードがない状態であり、正確性などの評価方法がないため、臨床データを用いた検証を重ねていく必要があると考えており、現在の所、臨床データの蓄積を行っている。当該年度では、(1)MRI画像内の構造の判別分析、(2)白質構造のクラスター分析、(3)正常例・脳腫瘍患者例への適応を行った。(1)MRI上に写る構造は脳以外にも様々あり、頭皮、頭蓋骨、眼球やバックグランドノイズなどは解析の妨げになる。そのため、まず、これらと脳とを区別するためのbrain-maskが必要であり、T1-WIおよびT2-WIの情報を用いたクラスター分析を行い、その結果に基づいた判別分析を用いたbrain-maskを作成するアルゴリズムを作成した。これにより、自動的にbrain-maskを作成することができるようになった。

このアルゴリズムは同時に、白質、灰白質、髄液を判別することが可能であった。この結果を用いることで、今後の白質構造分析にかかる時間の節約とアルゴリズムの簡素化に貢献できると考えている。(2)Diffusion tensor image (DTI)の元画像となる複数のDWIを入力として、脳白質のクラスター分析を行った。その結果、白質線維の方向性を反映した領域の判別が可能であった。また、この方法はより簡易なモデルであるsingle tensorを想定していないため、これまで用いてきたsingle tensor DTIを利用するものに比べ、より細かい判別が行えた。この結果は、今後も設定した研究の目標に向けて研究を進めることの妥当性を示唆した。また、誤判定や構造内での分散の取り扱い、構造の判別の総数や距離関数の最適化など、今後の研究で解決すべき複数の課題が明らかとなった。(3)これまでのアルゴリズムを用いて、他の正常例や脳腫瘍例のMRIに適応した。その結果、同様に白質を複数の領域に判別することが可能であった。また、腫瘍例においては、腫瘍部分は白質とは異なった線維方向や拡散係数を持つため、周囲とは異なった様相を示し、正常組織との区別が可能であった。当該年度では、最終年度に向けての重要なステップである新しい標準化手法の開発において大きな成果があった。そのため、次の大きな課題である腫瘍周囲での浸潤・圧迫の判別において大きな足がかりができた。これにより、最終の目標とするアルゴリズム及びアプリケーション開発は継続しうるものと考えている。しかし、ボランティアによる正常例、腫瘍例の撮影がすすんでおらず、アルゴリズムの検証を行うためにもデータ数の確保は必要であり、今後、その点の推進が必要と考えている。当該年度では、画像処理の前段階処理について一定の結果を得た。続く白質構造解析についても目処が立ったものの、複数の解決すべき課題が残っている。しかしながら、複数のDWIをそのまま解析のための入力として用いることで、これまで用いてきたsingle tensorを想定したアルゴリズムに比べ、より詳細に白質構造解析の違いを判別するが可能であることが示された。これにより、やや遅延を認めるものの、研究の目標とするアルゴリズム及びアプリケーション開発は継続しうるものと考えている。一方、正常脳データベースのための撮影は、施設の整備の遅れなどが影響し、予定に比べ開始が遅れている。しかし現在、施設および体制の整備が整い、間もなく撮影が開始できる状態となった。また、腫瘍例については、附属病院において多軸DWIによるデータ収集は継続されて行われており、アルゴリズム・アプリケーションの準備が整い次第、解析を開始できる状態である。以上より、現在の遅延による最終目標に対する影響は少なく、研究継続可能な範囲であると考えている。正常例・腫瘍例のMRI撮影を推進する。また、開発したアルゴリズムの改良と、得られたMRIデータを用いた検証を行い、アプリケーションの開発を行っていくことが中心となる。特に、腫瘍周辺構造の判別に注力する。また、これまで得られた結果、並びに新しく得られたデータに対する検証結果について、特許申請・学会誌発表を行う予定である。
多点接触制御手法を用いた宇宙ロボットによる衛星捕獲作業の準最適化手法の確立

本研究は宇宙空間で故障した人工衛星などをロボットアームを利用して除去するための研究である.故障衛星の掴む場所をロボットのアーム先端で正確に追従しつつ,浮いている故障衛星を突き飛ばしたり回転させたりしないよう柔らかく接触する制御手法を考案し,シミュレーションにより有用性を示した.アーム先端の形状を工夫し安定した接触を実現するための機構を考案した.物体の角を掴む形の機構を試作し地上試験によりその性能を確認した.本研究は,軌道上を周回する故障衛星などの非協力的ターゲットと呼ばれる対象物体を,宇宙ロボットにより安全かつ確実に捕獲するために,捕獲時の複数点接触による突き飛ばしや複雑な回転運動などを抑制するための接触制御手法の研究を行っている.本年度は,これまでの研究で対象としてきた接触後の並進運動の制御(突き飛ばしの抑制)の新たなパラメータチューニング手法の開発,並びに新たに回転運動を考慮した接触力学と制御手法の検討を行った.並進運動の制御に関しては,従来接触し続けることを目標とする厳しい条件を課してきた点を緩和し,一度の接触でロボット・対象衛星間の相対運動をゼロとする条件の検討を行った.ここではロボットの手先は一度対象衛星から離れてしまうが,お互いの重心間の相対運動はゼロとなる条件を,制御パラメータを適切にチューニングすることで達成することが可能となることを示した.次に,これまで扱ってこなかった回転運動を考慮した接触時のダイナミクスと制御手法の検討を,主にダイナミクスシミュレーションにより行った.従来の接触手法をそのまま3次元的な多点接触に適用すると,ある接触点の運動が別の接触点の運動へ影響し,不安定な状態を作り出してしまう課題が改めて確認できた.よって,問題を簡単にするため2次元平面上の運動に限定し,接触時のダイナミクスを再考することで,制御手法と目標とするパラメータの選定を行った.また,上記で構築した理論の妥当性を検証するための地上試験機の開発も行った.石定盤と空気ベアリングを用いた既存の2次元微小重力環境を利用することとし,本研究で用いる宇宙ロボット模擬装置を新たに開発した.メインの計算機ボード,アーム構築のためのアクチュエータ,接触力計測のための力覚センサ等を搭載し,内部センサおよび外部からの赤外線反射によるモーショントラッキングシステムにより運動計測可能とした.本研究は故障してしまった衛星(非協力的ターゲット衛星)を宇宙ロボットのロボットアームにより捕獲する際の,接触によるターゲット衛星の回転抑止と安定した接触を目指した接触方法に関する研究である.これまでに準最適化を目指した力制御手法や複数点接触による安定的な接触手法に関する研究を行ってきている.本年度は(1)複数点接触による回転減衰に有用なエンドエフェクタの考案,および(2)目標接触位置を基準としたインピーダンス制御と位置制御のハイブリッド制御による回転減衰方法の考案,の2点を行った.(1)に関して,ターゲット衛星の角を挟み込むように柔らかい接触機構が配置されたエンドエフェクタを試作し,空気浮上型の2次元微小重力環境にて衛星を模擬した対象物体との衝突実験を行った.想定通り回転を抑止する接触条件が存在することがわかり,回転抑止に対する有効性を示した.(2)に関して,本年度は回転する捕獲対象衛星上の目標とする接触点をロボットアーム先端で追従しつつ,先端が接触中には柔らかく接触することが可能となるハイブリッド制御を考案した.接触時の力を制御したい方向にはインピーダンス制御を,それ以外の位置姿勢を追従したい方向には位置姿勢制御を導入し,回転する対象衛星の回転速度をゼロにする接触制御法を考案した.(1)は接触による回転を機構的に抑止する方法であり,(2)は制御的に回転を停止させる方法である.上記手法により軌道上で回転してしまっている故障衛星とどのように接触すればよいかの方法例を提示できた.(ともに次年度発表決定済)初年度に接触制御時のターゲット衛星の運動変化に関する知見を得て,本年度は回転減衰に関して機構的な解決策と制御的な解決策の2つの検討を行い,ともに回転速度をほぼゼロにする解が存在することを示せたため.本研究は運用終了や故障などの要因で姿勢制御ができない人工衛星(非協力的ターゲット衛星)を宇宙ロボットのロボットアームにより捕獲するための研究である.人工衛星は地面等に固定されていないため複雑な回転状態にあったり,不用意に接触すると複雑な回転を始めたりなどの危険がある.よって接触時に非協力的ターゲット衛星の回転を抑制または減衰させることによる安全な捕獲作業を可能とするため,接触方法や接触時の力制御に関して研究を行ってきた.昨年度までに制御時間確保に有用な複数点接触によるエンドエフェクタ機構の考案,および回転減衰を可能とする目標接触位置を基準としたインピーダンス・位置ハイブリッド接触制御を考案した.本年度は昨年度までに考案したハイブリッド接触制御則のさらなるシミュレーション検証,および地上検証のための非協力ターゲット衛星の運動推定システムを構築した.制御則の検証では,これまで簡略化していた接触現象モデルに摩擦力を組み込んだシミュレーションを行い,摩擦力発生時でも安定した接触を維持できることを示した.また提案する接触制御法では非協力的ターゲット衛星上の目標接触位置を常に計測する必要があるため,地上検証用の運動推定システムを構築した.非協力衛星の運動を時系列で推定することにより接触前に目標位置を把握することが可能となった.以上より本研究課題の全体の成果として,運動状態の変化への寄与が大きい接触をロボットアーム全体の動きで制御し,手先のエンドエフェクタ機構バネの柔軟性で制御に必要な接触時間を確保する接触制御手法の実現可能性を示せた.これまでの研究成果は国際会議および国内会議において発表を行った.

今後は,地上試験システムによる検討を重ね,非線形性の高い接触現象と回転運動の実践的な制御方法を確立する.本研究は宇宙空間で故障した人工衛星などをロボットアームを利用して除去するための研究である.故障衛星の掴む場所をロボットのアーム先端で正確に追従しつつ,浮いている故障衛星を突き飛ばしたり回転させたりしないよう柔らかく接触する制御手法を考案し,シミュレーションにより有用性を示した.アーム先端の形状を工夫し安定した接触を実現するための機構を考案した.物体の角を掴む形の機構を試作し地上試験によりその性能を確認した.現在までの達成度は概ね順調に推移していると考えている.本研究では人工衛星捕獲時の準最適な接触手法を提案することを最終目標としている.研究の方針としては接触ダイナミクスに基づく接触制御手法の構築を掲げている.そのために解決すべき課題は,1)人工衛星上の複数の点で接触した際の回転運動のカップリング効果の数学的簡略化や,数値的,及び実験的な検証2)従来の接触制御手法を多点接触に対応できるよう拡張または変更3)最適化手法(または準最適化手法)の適用4)実験検証用プラットフォームの製作の4点である.本年度は数学的及び数値的な接触ダイナミクスの検証と,実験用プラットフォームの製作を行った.制御則の拡張も同時に行っており,今後も順調に進めば目標は達成できると考えている.これまでに回転速度をゼロにする解が存在することを示せたが,条件の違いによっては回転速度がゼロとならない場合がある.今年度は接触時の条件の違いをより詳細に検討し,ターゲット衛星の回転速度をゼロにする条件を明らかにしていく.また次年度が最終年度であるため,国内外会議での発表および学術論文としてまとめていく.宇宙ロボット2年度目以降は接触ダイナミクス及び接触制御手法の検証を重ねていくのと同時に,最適化手法の適用を検討する.微小重力環境での接触制御を難しくする要因として,回転運動の複雑さが挙げられる.2次元平面上に運動を限定して考えれば,衛星はある軸を中心とした単純な回転運動をするが,3次元的な振る舞いを考慮すると,ある軸の回転が別の軸の回転に影響を及ぼすため,その複雑さを考慮した制御則が必要であると考えられる.衛星捕獲を例に挙げれば,単軸スピン状態の衛星に接触すると,別の軸周りに運動が誘起されてしまい,ロボットとの接触の危険性が高まる.全ての条件を考慮した制御則の構築は難しいため,今後の研究では条件を絞った上で回転運動を誘起しない,または回転を抑制する手法を検討する.衛星に触れても回転しないまたは回転を止めることができればその後の作業における安全性の向上が期待できるためである.摩擦などの数学モデルの利用が難しい部分は実験的に,あるいは数学的な近似モデルを利用することで影響を加味する.予定していた国際会議へ参加できなかったため.所属機関が変わったことにより,物品購入予定に変更が生じたため.発表予定の国際会議用の旅費として使用予定.次年度繰越分は国内外会議での成果発表や研究動向調査,ロボット用消耗品等に使用する.
ブラックホールおよびその擬似天体の観測的検証に向けた理論研究

本年度は研究課題に対する新しい切り口として、天の川銀河中心のブラックホールを周回する星の電磁波観測を通した重力場の測定に取り組んだ。この研究は受け入れ研究者の齋田氏と観測の専門家である西山氏が主に取り組んでいるものであり、彼らのグループに参加することで積極的に意見を交えることができた。ちょうど平成30年はS0ー2と呼ばれる星がブラックホールに最接近した年であり、この時に星が感じる重力の強さは、これまで行われてきた電磁波観測で最も強い。また、過去の観測データからはブラックホールと星の二体問題として計算して矛盾がないため、シンプルな系として扱うことができる。そこで私はS0ー2の運動をシミュレーションし、すばる望遠鏡による赤方偏移データとの比較を行うことで、ブラックホールの質量などを求める解析コードを作成した。また、実際にハワイのすばる望遠鏡へ赴き、観測を行った。本研究グループの成果として、赤方偏移に現れる相対論効果(ニュートン重力と一般相対論の差)を示した。その成果を「Complete General Relativistic Time Evolution of Redshift of Photons Comingfroma Star Orbiting Sgr A*」という題でPublications of the Astronomical Society of Japanに投稿している。また、日本天文学会、JGRG、日本物理学会で研究成果を口頭で発表した。本年度ではブラックホール擬似天体を取りれる研究まで進めることができなかったが、作成した解析コードを改良することで、銀河中心にブラックホール擬似天体が存在すると仮定した場合の解析に取り組む事ができる。採用期間終了後も引き続き本研究に取り組み、成果を出すつもりである。また、昨年度に取り組んだグラバスターのシャドウに関する研究に本年度に行った追計算を含め、まとめた論文をPhysical Review Dに投稿している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、ブラックホールと同様な観測的帰結を示すような天体の候補の一つであるグラバスターによるシャドウ現象を中心に研究し、その成果を学会で報告した。ブラックホール自身は光を発することはないが、周辺の光線の振る舞いを一般相対性理論に基づいて考察することで、電磁波観測でブラックホールが影のように見える現象が予測されている。その影のことをシャドウと呼ぶ。また似たような光線軌道を示すような別の天体でも同様の現象を示すと知られ、グラバスターと呼ばれる天体モデルもその候補の一つである。そこでグラバスター付近で光源となる星間物質の振る舞いを流体力学を用いて解析し、その解を用いることで観測によって得られるであろう像を数値的に導出した。その結果、グラバスターの外部から落下する物質は天体の表面部分に降り積もり、あたかも光る球殻のように見えることを発見した。モデルによってはブラックホールの場合と同様に明るいリング状の像が現れ、その内部も明るくなるという特徴を示した。この結果の詳細は国際学会The 27th JGRGで口頭発表し、また幾人かの相対論研究者と議論を行った。さらに、上記の計算は物質の振る舞いに球対称を仮定したが、次に軸対称を仮定して降着円盤を作る場合を考えた。グラバスターのサイズによっては光線の不安定円軌道を持つもの(smallモデル)と持たないもの(bigモデル)の二つのモデルを考えることができ、bigモデルではブラックホールの場合に影となる領域にも円盤の像が映り込むことで、明らかに異なる特徴を示すことを発見した。この結果をまとめたものを日本天文学会の年会でポスター形式で発表した。また、南里らとの共同研究でブレーンワールドブラックホールの強重力下でのマイクロレンズ効果やシャドウ現象を研究し、セカンドオーサーとしてPhysical Review Dに投稿している。当初の計画ではグラバスターやワームホールなどの重力波の波形を調べることを目標としていた。しかしグラバスターのいくつかあるモデルの中でも扱いやすいとされる薄い球殻を持つものでは球対称な摂動は扱えるが、重力波に重要な対称性の低い摂動は計算が難しいことが分かった。また、これまでの研究で扱ってきたエリスワームホールの安定性に関する先行研究の多くは摂動に対して不安定であることを示していた。そこで本年度は重力波ゼミを開講することで基礎知識を深め、勉強会に参加してその他の重力波の計算方法を模索することに時間を費やした。その勉強会で一つ方法を学ぶことができ、それはワームホールなどにも上手く適用できるかは分からないが、試す価値のある方法であった。また、本年度では大きな研究課題である「ブラックホールおよびその擬似天体の観測的検証に向けた理論研究」を進めるために電磁波観測に焦点を当てて研究を行い、研究実績にも示したような結果が得られた。つまり当初の目的通りには進んでいないが、研究課題としてはある程度進展している。

本研究グループの成果として、赤方偏移に現れる相対論効果(ニュートン重力と一般相対論の差)を示した。その成果を「Complete General Relativistic Time Evolution of Redshift of Photons Comingfroma Star Orbiting Sgr A*」という題でPublications of the Astronomical Society of Japanに投稿している。また、日本天文学会、JGRG、日本物理学会で研究成果を口頭で発表した。本年度ではブラックホール擬似天体を取りれる研究まで進めることができなかったが、作成した解析コードを改良することで、銀河中心にブラックホール擬似天体が存在すると仮定した場合の解析に取り組む事ができる。採用期間終了後も引き続き本研究に取り組み、成果を出すつもりである。また、昨年度に取り組んだグラバスターのシャドウに関する研究に本年度に行った追計算を含め、まとめた論文をPhysical Review Dに投稿している。まず平成29年度での研究結果をより広く公表するために論文としてまとめ、査読付き雑誌に投稿することを考えている。また、前年度に学ぶことのできた新しい重力波の計算方法をワームホールに適用し、最低でも重力波の強度を導出するつもりである。上手く適用できない場合はその問題点を考察し、その他の天体モデルへの適用または新しい計算方法を考える。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
小脳皮質抑制性微小回路の抽出:プルキンエ細胞内小器官に対する特異抗体を用いた光顕・電顕的研究

家兎小脳のミクロソ-ム画分を抗原として、正常マウスに免役し、ハイブリド-マ法により単クロ-ン抗体(mAb12D)を作製した。mAb12Dは小脳を認識し、大脳皮質・脳幹・脊髄との特異的免疫反応を示さなかったため、小脳を特異的に認識する抗体と判定した。mAb12Dによる光顕および電顕レベルの免疫組織化学を実施し、下記の知見を新たに得た。2.mAb12D陽性のプルキンエ細胞軸索は、光顕的に同定した小脳核神経細胞やダイテルス核神経細胞に軸索終末を送っていた。3.mAb12D陽性プルキンエ細胞軸索は、小脳皮質において同抗体陽性のプルキンエ細胞樹状突起に対して、CrayII型のシナプスを形成した。4.mAb12D陽性プルキンエ細胞軸索は、小脳皮質の顆粒細胞にシナプスを形成した。このようにプルキンエ細胞に対する特異抗体を確立した結果、この細胞の出力系と小脳皮質内分枝様式を形態学的に明らかにした。本研究が提示した小脳皮質内分枝様式は、プルキンエ細胞の側方抑制を支持する所見と考えられる。今後、側方抑制下にあるプルキンエ細胞群を明らかにすること、電気生理学的解析結果と照合することなどが当面の課題としてあげられる。さらにmAb12Dをひとつの標識マ-カ-として、コリン性苔状線維を標識するコリンアセチルトランスフェラ-ゼやペプチド性登上線維ないし苔状線維を標識するコルチコトロピン放出因子(Ikeda et al.,Neuroscience 1992)を別種の標識マ-カ-として各々を組合せ多重標識することによって、小脳皮質微小回路のシナプス構成を解明することを次の課題としたい。
教育施設におけるサイン計画に関する研究-障害別の形と色の認知特性を踏まえて-

平成24年度の研究結果より、特別支援学校においては具象形体のグラフィックによる視覚支援がコミュニケーション手段とされており、そのためサインにおいてはそのグラフィック要素であるピクトグラムの理解のしやすさが、障害をもつ幼児児童生徒の理解に影響を与えること事が考えられた。よって、平成25年度は、ピクトグラムのデザイン指針を策定する事を目的とし、1現在日本で標準的に使用されている日本工業規格(以下JIS略)の案内用図記号のピクトグラムが、知的障害がある中学生にどの程度理解されているのか、その現状を明らかにする、21の結果及び知的障害がない属性の結果を照合し、ピクトグラムのユニバーサルデザインに必要なグラフィック指針を立案する、312を踏まえ特に理解度が低いJISの案内用図記号の項目についてデザイン改良案を提示する、の3点を達成することを目的とした。結果として、知的障害の有無に関わらず理解されやすい/理解されにくいJIS案内用図記号のピクトグラムの項目を明らかにした。また、理解されにくいJIS案内用図記号の場合はで現状のピクトグラムに改良を加える事で理解されやすくなるグラフィック要素:(1)動きや音を表すmotion line、(2)1場所を表すピクトグラムの場合、その場所を表す人物、(3)その場所とその場所において行動する人物(主体+動作+場所)の3点を明らかにした。更に、これらの結果を踏まえ、多くの属性に理解されにくい案内用図記号の改良案を示した。(抄録なし)本研究はユニバーサルな視点を持つサイン(絵表示)計画指針立案を目的とする。研究方法は、教育施設の中でも特に感覚や運動機能に障害をもつ幼児児童生徒が在籍する特別支援学校に焦点を当て、サインの色と形の認知特性を明らかにし、それを基にサイン計画指針を立案し、ケーススタディにより有効性を検証する。平成24年度は13を研究実施項目とし、わかりやすいサインをデザインするための基礎調査を中心に行った。1各国の標準案内図記号を中心としたグラフィックエレメンツの資料収集公共施設に用いられる標準案内図記号規格及び特別支援教育で使用されている視覚支援カード用のグラフィック6力国8種類を収集した。特別支援教育で使用されている視覚支援カード用のグラフィックはシンボル的な形体とイラスト形体に大別されることを明らかにした。2海外特別支援学校の校内環境における視覚支援の調査スウェーデンとオランダの知的障害及び自閉症専門特別支援学校計6校にて行った。結果、視覚支援のグラフィックは同じ形体のものを教員全員で共有する事、文字・手話と合わせて視覚支援を学習させる事の2点が両国各特別支援学校に共通した視覚支援に関する指針であった。3知的障害をもつ幼児児童生徒、通常学校に通う中高生、大学生を対象とした形と色の認知実験どのようなサインが理解しやすいかを明らかにするため、国内6校計355人を対象に調査を行った。方法はJIS(日本工業規格)サインを含め6項目(駅、非常電話、非常ボタン、津波、非常口、トイレ)各7種類のグラフィックを被験者に提示し、最もわかりやすい順に順位付けをしてもらう順位法を用いた。結果トイレ、非常口のJISサインは全体的に認知度が高くデザイン変更は必要ない。一方、駅、非常電話、非常ボタン、津波注意に関しては、動作や音を表す効果線や、その場を象徴する人物を加えることで理解度が高まることを明らかにした。海外の特別支援学校において視覚支援についてヒアリングを行い、現地でなければ収集出来ない情報や資料を入手出来た。その中でも特に、どのような視覚支援を使用しているか、ソフト名や価格、教員間シェアの実態、児童生徒への教授方法等を具体的にしたことは期待以上の進展であった。更にサインの理解度調査では300人を超える幼児児童生徒を対象に調査を行い、どのような絵の要素が各属性の理解を高めるかサイン項目ごとに明らかにした。以上、当初の予定と研究内容自体に変化はないが、一定以上の成果が得られたため、当初の計画以上に進展していると自己評価できる。平成24年度の研究成果を受け、現在筑波大学附属大塚特別支援学校において実際にサインを設置し検証するため準備を行っている。