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米粒中におけるアミノ酸組成ならびにビタミン類に関する変異体の探索

本研究では、アミノ酸組成およびビタミン類をとりあげ、選抜法の開発と遺伝子資源の探索を行った。まず、アミノ酸組成に関しては、高速液体クロマトグラフを用いた簡易選抜法の開発を行い、少量のサンプルで迅速定量法を試み、比較的安定した結果を得ることに成功した。本法を用いて、MNU突然変異誘発処理後代種子についてアミノ酸組成に関する変異体の探索を行い、必須アミノ酸であるリジンの含量を高める突然変異に系統を得た。これらの変異体の高リジン化の要因の一つは、アルブミンノグロブリン画分の高リジン化にあることが示された。しかし、グルテリン画分およびプロラミン画分についても変異体間でリジン含有率に差異が認められ、かつ各蛋白質含量とリジン含有量の間にも変異体間で差異が認められた。このことは、リジン含有率の高いタンパク画分を増加させることとともに、各画分のリジン含有率を高めることが、高リジン化を促すことを示している。一方、ビタミン類に関する変異体の探索は、ビタミンF(必須脂肪酸)であるリノール酸に着目し、ガスクロマトグラフを用いて行った。玄米中の脂質に占めるリノール酸含量は品種間で27%45%までの変異が認められた。またMNUを用いて誘発した突然変異系統のリノール酸含量の変異は36%47%で、原品種「金南風」を上廻る変異体が誘発されていた。玄米中の全脂質含量は通常2.6%前後であったが、突然変異系統中に4%を超す変異体を得た。一方、玄米中の脂質の分布は糊粉層が最も高かったが、脂質中に占めるリノール酸の割合は胚の脂質が最も高かった。高リノール酸突然変異EM118では、でんぷん層中のリノール酸含量が最も高く、この変異体の高リノール酸化はでんぷん層中のリノール酸含有率の増加に起因すると考えられた。本研究で得た変異体はイネの成分育種の有用な育種素材となると期待される。米食民族にとって、コメは主要な炭水化物、脂質および蛋白質等の給源であり、その質的・量的改変は、イネ育種上の主要課題の1つである。特に栄養価の向上は、主食としての米質の改良ばかりでなく、飼料用等他用途米開発にも大きく貢献すると期待される。このような観点から、米粒中のアミノ酸およびビタミン類に関する遺伝子資源の開発と、その評価に関する研究を行い、本年度は以下の成果を得た。1)、アミノ酸およびビタミン類に関する変異体の簡易選抜法の検討;既有のガスクロマトグラフィーや各種電気泳動装置を用いる手法の開発とともに、新たに高速液体クロマトグラフィー(ウォーターズ社製)を購入し、変異体の簡易選抜法の検討を行った。今後なお検討を要するものの、米粒1粒単位での各成分の測定の可能性が示唆された。2)、変異体の選抜と遺伝様式の解明;リジン等塩基性アミノ酸の含有量の高い米粒貯蔵蛋白質グルテリンに関し、いくつかの変異体を得た。ビタミン類についても、黄色粒突然変異を見い出し、さらに、高リノール酸突然変異や、ビタミン【B_1】の貯蔵部位と考えられる糊粉層や胚盤の肥大した突然変異を得た。これらについては、その遺伝様式解明のため、原品種およびトリソミック系統と交配を行った。

3)メチルニトロソウレアを用いた受精卵処理による突然変異の誘起;九州の代表的多収穫品種「ニシホマレ」、広域適応品種「台中65号」および印度型多収穫品種「IR24」を用い、開花6時間後から開花20時間後まで、1時間毎に、1mM、45分間の処理を行い、当初の予定以上の処理種子を得た。また、前年度処理の【M_1】植物を育成し、多数の【M_2】系統を得た。これらについては、肉眼による変異体の選抜を行うとともに、生化学的手法による変異体選抜を継続中である。コメの栄養価の向上をめざし,米粒中のアミノ酸組成ならびにビタミン類に関する遺伝子資源の探索,収集を行っているが,本年度は主としてアミノ酸組成に関する遺伝子の探索を行った.材料には,水稲品種「金南風」および「台中65号」の受精卵をメチルニトロソウレア処理して得た貯蔵蛋白質等,胚乳形質に関する突然変異系統について,高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて,アミノ酸組成を分析した.「金南風」由来の貯蔵蛋白質顆粒に関する変異体の胚乳貯蔵蛋白質のアミノ酸組成は,原品種と大きな違いは認められず,コメ蛋白質の良質性が維持されており,これら変異体が,コメ蛋白質改良に有効な素材となりうることが示唆された.一方,米粒中のアミノ酸組成は他の穀類に比べて良質であるが,なおリジンおよびスレオニンが必須制限アミノ酸となっており,これらの含有率を高めることが,コメの高品質化の課題の一つである.「金南風」および「台中65号」のアミノ酸組成はほぼ同一で,そのリジンおよびスレオニン含量がは,ともに5%前後であった.突然変異系統のHPLC分析の結果,リジン含量6.907.79%と原品種に比べ2540%増加した変異体16系統を得た.また,「金南風」の高リジン突然変異系統は,いずれもヒスチジンの増加を伴っていた.しかし,スレオニンについては,分析した約400の突然変異系統中には,顕著に増加した変異体は見い出せなかった.米粒中のアミノ酸組成に関する変異体選抜の例は少なく,本研究で得た結果は,イネのアミノ酸組成改良の可能性を示唆するとともに,アミノ酸組成の遺伝的制御機構解明に有力な資料を提供すると期待される.一方,ビタミン類はガスクロマトグラフィーを用い,必須脂肪酸の変異体の探索を行い,リノール酸含量の高い変異体を見い出した.現在,これらの変異体の詳細な特性解明を進めるとともに,新たにMNU処理した系統について分析を進めている.前年度まで選抜した高リジン突然変異12系統の胚乳より、アルブミン/グロブリン、グルテリン及びプロラミンの各タンパク質画分をそれぞれ抽出し、そのタンパク質含量の測定とアミノ酸組成の分析を行った。アルブミン/グロブリン/画分についてみると、高リジン突然変異のリジン含有率はいずれも原品種「金南風」より高い値を示した。しかし、ほとんどの高リジン突然変異系統のアルブミン/グロブリン含量は「金南風」のそれとほぼ同じであった。このことは、突然変異の高リジン化の要因の1つがアルブミン/グロブリン画分の高リジン化であることを示している。グルテリン画分とプロラミン画分では、それぞれのタンパク質含量とリジン含有率において、高リジン突然変異間で多様な変異がみられた。また全タンパク質含量についても、高リジン突然変異間で変異が認められた。このことは、高リジン化の変異は各タンパク質含量の変化によるばかりでなく、他の要因に大きく影響されていることを示している。一方、ビタミン類の関する変異体の探索は、ビタミンF(必須脂肪酸)であるリノール酸に着目し、ガスクロマトグラフを用いて行った。玄米中の脂質の占めるリノール酸含量は品種間で27%45%までの変異が認められた。またMNUを用いて誘発した突然変異系統のリノール酸含量の変異は36%47%で、原品種「金南風」を上廻る変異が誘発されていた。
サツマイモ野生種の胞子体型自家不和合性における新規認識機構の分子的解明

本年度は、サツマイモ野生種の自家不和合牲遺伝子座(S遺伝子座)の単離ならびにS遺伝子座に座乗する各遺伝子の発現動態の解析を行った。サツマイモ野生種のS遺伝子座の単離はBACライブラリーのスクリーニングにより行われた。この領域の塩基配列の決定はショットガンシークエンスにより進められてきたが、当該遺伝子座が単純反復配刻(SSR)に富むことやGCクラスターに富むことなどにより、単一のコンティグを構築するには至らなかった。これらコンティグ間の7箇所のギャップ部分の塩基配列を決定するために、プライマーウォーク、ギャップ部分のPCR増幅、デリーションクローンの作製などを試みたが、前記の塩基配列の特徴が原因で現段階では全てのギャップ部分の塩基配列を決定するには至っていない。また、遺伝子推定プログラムにより、S遺伝子座上には43個のORFが存在していることが明らかになっている。ショットガンクローンをブロットしたメンブランに対し生殖器官のmRNAに由来するプローブをハイブリダイズして、各ORFに相当する領域の発現動態を調査するとともにノーザン分析で確認した。その結果、葯で特異的に発現すると思われる7遺伝子領域、柱頭で特異的に発現すると思われる5遺伝子領域が見いだされた。今後、S遺伝子座の完全長塩基配列を決定すると共に、見いだされた生殖器官特異的に発現する遺伝子領域の詳細な発現動態の解析をin situ分析、northern分析により行う予定である。
貝殻を模倣したグラフェン積層構造高機能材料の開発

貝殻の強靱な積層体構造から着想を得て、グラフェン塊などのナノサイズカーボンをフィラーとする樹脂基複合材料を作製し、単体および薄膜積層体での機械的特性を中心に評価を行った。溶融混錬方法により作成した複合材料で、ナノカーボンの混合率がわずか3wt%の場合に、樹脂単体に比べて約20%の引張強度の向上が得られ、薄膜積層構造においては最大で40%近く向上するという結果が得られた。ナノカーボン材を、より安価で効率的に生産する方法については、木質ペレットやプラスチックを原料として、熱分解ガス化プロセスと組み合わせた化学気相成長(CVD)法によるナノカーボン生成が技術的に可能であることが実験的に確かめられた。1.本研究の目的と平成27年度の研究実施計画本研究では、貝殻の積層構造に類似するナノサイズのグラフェン積層構造を有し、高靭性・高熱伝導性を特徴とする高機能複合材料を開発することを目的としている。この目的を達成するために、平成27年度の研究実施計画では、(a)エタノールガス等の炭化水素ガス原料から、CVD法によるグラフェン塊を製造する条件の確立、(b)グラフェンの樹脂への分散.混練方法及び延伸薄膜化プロセスの検討を挙げた。2.平成27年度の研究実績(1)実施計画項目(a)に関しては、気密型の縦型電気炉を用いたベンチスケールのナノカーボン合成実験装置を構築し、エタノール及びメタノール等のアルコール原料からCVD法により連続的にグラフェン塊とみられるナノサイズのカーボンを合成することに成功した。600°Cから750°Cの温度条件をパラメータとして合成実験をおこなった結果、無水エタノール原料で、750°C条件下にて最も高い合成効率(原料カーボン量に対する合成されたナノカーボン量の比)が得られた。またCVD反応を効率的に推進させる触媒としては鉄系金属触媒を選定した。(2)実施計画項目(b)に関しては、上記で合成したナノサイズカーボンをポリカーボネート樹脂に分散混錬することにより複合樹脂材料のサンプルを試作した。カーボンは超音波解砕法による解砕・分散を行い、ポリカーボネート樹脂との溶融混練を行った。カーボンを5%混合させて製作した複合樹脂材料の熱伝達特性は、基材のポリカーボネート単体に比べて23倍の向上が見られた。平成27年度に計画していた、固形有機材料からのナノカーボン素材の合成が進んでいない。原因は実験装置の構築と運用に予想以上の時間がかかったため。本件は28年度にて実施できる予定。1.本研究の目的と平成28年度の研究実施計画本研究では、貝殻の積層構造に類似するナノサイズのグラフェン積層構造を有し、高靭性・高熱伝導性を特徴とする高機能複合材料を開発することを目的としている。この目的を達成するために、当初の平成28年度の研究実施計画では、「グラフェン混練樹脂の延伸薄膜化およびプレス積層化による試作した複合材料の評価」を挙げていたが、平成27年度報告に記載のように研究の進捗に遅れがあることから、研究推進計画を見直し、(a)固形有機化合物の分解ガスを用いたグラフェン塊の生成実験、及び(b)作成したカーボン複合樹脂の性能の検証を中心に実施することとした。2.平成28年度の研究実績(1)上記の実施計画項目(a)に関しては、廃木材や廃プラスチックなどの固形有機化合物原料をベンチスケールのナノカーボン合成実験装置に連続的に投入し、得られた熱分解ガスからCVD法によりグラフェン塊とみられるナノサイズのカーボンが合成されることを確認した。廃木材からは730°C付近の温度条件の下で、繊維状のカーボンナノチューブの生成が確認された。また廃プラスチックからは粒子状のナノカーボン粒子が生成された。CVD反応を効率的に推進させる触媒としてはNi系および鉄系金属触媒が適することが確認された。(2)上記の実施計画項目(b)に関しては、合成したナノサイズカーボンをフィラーとしてポリカーボネート(PC)樹脂に乾式の微粒子混練法で分散混錬することにより複合樹脂材料のサンプルを試作した。この方法は昨年度実施した化学的溶解+超音波解砕法に比べて短時間かつ低コストで複合樹脂を生み出せることから、より工業的な量的生産に適した製造法であると期待される。サンプルの力学的及び熱的特性では、カーボンを5%混合させて製作した複合樹脂材料の引張強度はPC単体より7.5%向上し、熱伝達特性は11%向上した。平成28年度に計画していた、カーボン複合樹脂の薄膜積層化および積層化物の性能検証が進んでいない。原因は安定した薄膜構造の複合樹脂の生成に手間取っていることがある。工法のさらなる工夫も必要と考えられ、29年度に引き続き試作検討と評価を進める予定。1.本研究の目的と平成29年度の研究実施計画:本研究では、貝殻の積層構造に類似するナノサイズのグラフェン積層構造を有し、高靭性・高熱伝導性を特徴とする高機能複合材料を開発することを目的としている。この目的を達成するために、平成27年度から基礎実験を進め、最終年度の平成29年度は、(1)廃プラスチックの分解ガスを用いたカーボンナノチューブの生成実験、(2)カーボン複合樹脂の薄膜積層化および性能の検証を実施した。2.平成29年度の研究実績計画項目(1):廃プラスチック(模擬試料としてポリプロピレンを使用)を原料としてベンチスケールのナノカーボン合成実験装置に連続的に投入し、さらに高温管状炉を通して改質ガスを生成した。

この改質ガスを高温Ni触媒筒に導入することで、CVD法によりチューブ状のグラフェン塊とみられるナノサイズのカーボンナノチューブを合成することに成功した。プラスチックを原料としたグラフェン塊やカーボンナノチューブの合成はこれまで報告例が無く、初めての成功例であり、将来の安価な合成法として展開の可能性が期待できる。計画項目(2):合成したナノサイズカーボンをフィラーとしてポリカーボネート(PC)樹脂との複合樹脂材料のサンプルを試作した。特性試験の結果、カーボンを3%混合させて製作した複合樹脂材料の引張強度はPC単体より19.8%と大幅に向上した。一方、熱伝達特性はカーボン混合率5%の場合に11%の向上が得られた。次に、同様の方法で作製した薄膜状の複合樹脂を、20層積層させたサンプルを作成した。この薄膜積層化されたサンプルの機械的特性を測定したところ、個々の層の伸延薄膜方向が同一の場合に、伸延方向と直交する引張過重負荷に対する引張強度が、PC単体の薄膜積層サンプルに比べて21%向上するとの結果が得られた。貝殻の強靱な積層体構造から着想を得て、グラフェン塊などのナノサイズカーボンをフィラーとする樹脂基複合材料を作製し、単体および薄膜積層体での機械的特性を中心に評価を行った。溶融混錬方法により作成した複合材料で、ナノカーボンの混合率がわずか3wt%の場合に、樹脂単体に比べて約20%の引張強度の向上が得られ、薄膜積層構造においては最大で40%近く向上するという結果が得られた。ナノカーボン材を、より安価で効率的に生産する方法については、木質ペレットやプラスチックを原料として、熱分解ガス化プロセスと組み合わせた化学気相成長(CVD)法によるナノカーボン生成が技術的に可能であることが実験的に確かめられた。(1)固形有機化合物の分解ガスを用いたグラフェン塊の生成実験平成27年度の研究において、アルコール原料からのグラフェン塊の生成には成功したが、実施計画で予定していた木質あるいはプラスチックなどの固形有機化合物を原料とするナノ財図カーボンの生成は実施できなかった。平成28年度は、ベンチスケールのナノカーボン合成実験装置の投入配管部に高温管状炉を付設し、固形有機化合物の分解ガスを1000°C程度の高温下で改質して得られる炭化水素ガスを原料として、CVD法によるグラフェン塊の生成を試みる。(2)カーボン複合樹脂の薄膜積層化および性能の検証当初の平成28年度研究計画で予定しているグラフェン混練樹脂の薄膜積層化によるサンプル試作を実施し、複合材料についての機械的、熱的特性の測定を行い評価する。必要に応じて、パラメータを変えながらグラフェン合成から樹脂複合材料製作までの試作を繰り返して行い、機械的、熱的特性を向上させるための条件を明らかにする。今後の研究の推進方策等(1)廃プラスチックの分解ガスを用いたカーボンナノチューブの生成実験平成28年度の研究において、廃木材原料からの繊維状のカーボン生成には成功したが、実施計画で予定していた廃プラスチックを原料とするカーボンナノチューブの合成には至っていない。平成29年度は、ナノカーボン合成実験装置配管部に付設した高温管状炉を用いて、高温改質して得られる熱分解ガスから、CVD法によるカーボンナノチューブの生成を試みる。
自己虹彩色素上皮細胞への遺伝子導入と移植による網膜疾患治療の基礎および臨床的研究

現在加齢黄斑変性の治療での問題は、病変が黄斑部に局在し、レーザー光凝固法による治療が困難な場合が多いこと、さらに主として網膜色素上皮細胞の加齢に伴う変化が原因で、形成される新生血管膜の外科的除去に伴い網膜色素上皮細胞も一緒に除去されることがこの疾患の術後視力の得られない原因であった。自己虹彩色素上皮細胞移植を使う方法により、免疫反応を殆ど無視することができる加齢黄斑変性症の治療が期待される。我々は、患者自身の虹彩色素上皮細胞を培養し、神経栄養因子遺伝子を導入する技術を最終的に検討する。まず、培養ラット虹彩色素上皮細胞(IPE)が網膜色素上皮細胞(RPE)の代替細胞として利用可能かどうかについて検討した。IPEとRPEについて視細胞変性および保護に関与する栄養因子、増殖因子とその受容体の発現について調べたところ、発現量は異なるものの同様に発現していることが確認できた。また、RPEの重要な機能である貪食能について調べたところ、IPEの貪食能はRPEの約1/2と少ないものの同様に貪食能を有することが明らかとなった。また、この貪食能はbFGFやBDNFといった視細胞変性に対して保護作用を有する因子は貪食能を亢進させることがわかった。サルを用いて自己虹彩色素上皮細胞移植を実施したところ、移植された細胞は6ケ月以上、網膜下で生存していることが分かった。以上の基礎研究を終え、加齢黄斑変性症患者に対し、自己虹彩色素上皮細胞移植を実施した。現在までのところ、良好で副作用は認められていない。Royal College of Surgeon′s(RCS)ラットの視細胞変性に対するbFGF導入虹彩色素上皮細胞(bFGF-IPE)移植による効果およびBDNF導入虹彩色素上皮細胞(BDNF-IPE)のBDNF遺伝子発現、タンパク質濃度、視細胞外節に対する貧食能、及び網膜神経細胞初代培養系を用いて網膜神経細胞保護作用について検討した。bFGF遺伝子をpCXN2ベクターに組み込み、リポフェクション法により培養ラット虹彩色素上皮細胞(IPE)に導入した。生後21日齢のRCSラット網膜下にbFGF導入IPEの移植を行い、移植1カ月後に組織学的観察を行った。bFGF導入IPE移植網膜では、視細胞の変性が阻止され、視細胞は高く保持されていた。また、保持された視細胞は光伝達に関与するトランスデューシン遺伝子を発現しており、視細胞としての機能を保持している可能性が示された。さらにBDNF導入虹彩色素上皮細胞(BDNF-IPE)を作製し、BDNF遺伝子の発現量、タンパク質濃度、視細胞外節に対する貧食能、及び網膜神経細胞初代培養系を用いて保護作用について検討した。IPEの責食能はRPEの約1/2であった。IPEと比しvector-IPEは同程度、bFGF-IPEとBDNF-IPEはそれぞれ2倍、6倍の貧食能を示した。また、BDNF-IPEは各世代でBDNF遺伝子の発現、またタンパク質濃度の上昇を認めた。これらの発現量は各世代間で著明な差は認めなかった。網膜神経細胞に対するこれらの遺伝子導入IPEの保護作用を検討したところ、網膜神経細胞はNMDA添加により細胞死に至ったが、網膜神経細胞・BDNF-IPE共培養群、MK-801添加群では細胞死数が減少し、保護効果が確認された。また、網膜神経細胞・BDNF-IPE共培養群、MK-801添加群間に差は認めなかった。さらに、網膜神経細胞・BDNF-IPE共培養群にBDNF抗体を添加した場合、その保護効果は減弱した。これらの基礎研究を行う一方で、1998年東北大学倫理委員会の承認を得、加齢黄斑変性症に対する自己虹彩色素上皮細胞移植による治療を実施した。

(1)プラスミドベクターを用いて、視細胞変性に対して保護作用を有することが知られている塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)および脳由来神経栄養因子(BDNF)をラット虹彩より単離した培養虹彩色素上皮細胞に導入した。半定量的RT-PCR法により導入した遺伝子の発現量を解析した。導入した遺伝子は継代後も発現が維持されていることが確認できた。また、BDNFでは、ELISA法を用いてその発現タンパク量を調べた結果、5倍以上の発現が確認された。遺伝子導入細胞の性質について網膜色素上皮細胞の重要な機能である視細胞外節の貪食能を指標として調べた。その結果、虹彩色素上皮細胞の貪食能は、網膜色素上皮細胞の50%であったがbFGF遺伝子導入虹彩色素上皮細胞では網膜色素上皮細胞と同等、BDNF遺伝子導入虹彩色素上皮細胞では約4倍であった。(2)遺伝的に視細胞変性を来すRCSラットの網膜下にbFGF遺伝子を導入した虹彩色素上皮細胞を移植し、視細胞変性保護作用について検討した。その結果bFGF遺伝子を導入した虹彩色素上皮細胞を移植したラットにおいて、広範囲に視細胞の変性が抑制された。また、移植により保持された視細胞は光伝達に関するトランスデューシン遺伝子を発現していることが確認され、視細胞としての機能を保持している可能性が示された。(3)正常ラット硝子体内に種々のサイトカインを投与し、サイトカインの過剰発現による副作用を検討した。bFGFの硝子体内投与によって血管の走向異常がみられ、視細胞変性保護効果を有するものの、導入遺伝子としては適当でないと考えられた。以上の基礎的な研究に加え、サルを用いて、自家虹彩色素上皮細胞移植による副作用研究を行い、1998年東北大学倫理委員会の承認を受け、自家虹彩色素上皮細胞移植の臨床応用を実施した。2000年2月現在で、27例の移植手術を行い、経過観察を行っている。移植による効果を判定するため、極低視力を評価するための機器(Low Vision evaluator)を開発した。様々なversion upを重ね、現在version6を用いて,経過観察を行っている(特許出願中)。前年度までの研究において、虹彩色素上皮細胞への遺伝子導入方法の確立および遺伝子導入虹彩色素上皮細胞が視細胞変性に対して顕著な保護作用を有することが確認できた。最終年度ある本年度は臨床応用の可能性について検討した。まず、臨床応用へ至るためにアデノウイルスをベクターとして選択した。アデノウイルスベクターにBDNF、CNTF、axokineおよびコントロールとしてGFPを導入したウイルスベクターを作製した。このウイルスベクターを培養虹彩色素上皮細胞に感染させ、mRNAおよびタンパクについて測定し、発現量を調べた。その結果mRNAは感染によって約100倍、培養上清中の目的タンパク量は約1000倍認められた。培養下で、血清除去によって引き起こされる視細胞死に対する遺伝子導入虹彩色素上皮細胞の保護効果について検討したところ、axokineで最も強い保護効果が確認された。また、アデノウイルスは全身への伝播および炎症反応を惹起することが副作用として知られている。このことから、副作用面についても検討を行った。
宋元時代における水陸系絵画の復元的研究

平成26年度の主な研究活動として、浜松市博物館の企画展への協力、関連作品の閲覧・調査、寺院における法会の見学、アメリカへの見学・調査旅行、中国・山東省への見学旅行、中国・四川省、重慶市への見学旅行、学会、研究会への参加、展覧会見学を行った。研究対象に含めていた諸天図作品について、浜松市に伝来する大陸由来の諸天像が浜松市博物館の企画展に出品されることになったため、企画展図録のコラムと作品解説、浜松市博物館館報の原稿執筆を行った。企画展図録のコラムでは、浜松に伝わる近世の諸天像やその他特徴的な作品群を、黄檗僧との関わりから紹介し、諸天像の類例として泉涌寺所蔵「諸天像」との関連性を指摘した。さらに当該年度の浜松市博物館館報に原稿執筆の機会をいただき、日本中世における諸天像の受容及び近世における再受容と展開について試論を提示した。また、旅費を使用し国内外に所蔵される関連作品の閲覧・調査、関連する法会の見学を行った。特に中国・山東省では儒・仏・道の三教それぞれの聖地の、重慶市の大足区に点在する大足石刻では三教融合した宋代の宗教美術、水陸会に関する銘文を伴う石刻の見学を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の研究成果として、南宋時代の水陸画のうち古様を示すとされる二つの作品を取り上げ、作品の観察と文献資料の精読から新たな解釈を加え、もと南宋二代皇帝の宰相を務めた史浩が撰述した儀軌が画期となった可能性を指摘した。またその二作品や国内外に所蔵される関連作品の特別閲覧を行い、作品に関する知見を深めた。さらに、水陸会と似通った性格を持ち、同時代同地域で隆盛した金光明懺法に関わる絵画も重視している。水陸会は士大夫官僚が、金光明懺法は皇帝が施主となって行われていたことが文献から知られ、いずれも成立背景に天台僧が関わっている。現存する水陸画には「護法天」として金光明懺法で招請される天部を表すものが存在するので、両法会の関係性が注目される。金光明諸天を表した中国・日本の作品を比較し、儀軌の変遷と併せて天部の構成という視点から検討を進めている。前年度に引き続き、現存する水陸画の詳細な観察や文献資料の精読を通して、南宋時代の水陸画のあり方や、法会の細部をも復元的に考察し、その成果を刊行論文に発表することができた。これにより、文献資料に乏しく実態のよく分からなかった南宋時代の水陸会に対する理解も深めることができ、また有力な士大夫による宗教活動の一側面が明らかになったことは意義がある。また、神仏習合研究会や東洋文化研究所のシンポジウムなどに出席して隣接分野の研究者と交流を深め、研究に関する情報交換を行った。平成25年度の研究としては、水陸画の中に見られる諸天の図に注目し、水陸会と似通った性格を持ち、同時代同地域で隆盛した金光明懺法の諸天像について、国内外に伝わる諸天象や関連文献と比較検討し、考察を行った。金光明懺法の勤修や諸天像の安置、懸用は日本でも行われている。特に江戸時代(17世紀後半18世紀初頭頃)に描かれた泉涌寺所蔵の金光明懺法に使用された諸天像の成立に関しては、中世以来の諸天像をもとに、江戸時代初期の黄檗僧独湛により制作された諸天像を参考に改変が加えられている可能性が考えられる。これにっいては、美術史学会の例会にて口頭発表を行った。同発表では、泉涌寺の諸天像について、現行の配置が「金光明懺法補助儀」を撰した北宋の慈雲遵式への回帰演想定されること、近世初期に渡来した黄檗僧独湛により制作された天部を群像で表す作品二点と関わりのある可能性を指摘した。なお、独湛の関与した2作品は平成26年秋に浜松市博物館で開催される展覧会で取り上げられる予定であり、展覧会の準備に関わらせていただくことになった。

26年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの成果をまとめた論文を発表し、隣接領域の研究者の方々との交流を深められたことは評価できる。この論文により、南宋時代の水陸画及び水陸会を現時点の可能な範囲で復元的に考えることができたため、本研究の目的の半分はおおむね達成されたといえる。諸天像に関する考察も一定の成果を得ることができ、学会発表を行うことができた。研究計画を立てる段階では、時代と共に水陸画一具の幅数が増えていったと予想したが、文献資料には唐代の水陸画が120帖から成っていた記録が見え(『益州名画録』)、北宋の蘇軾や楊鍔は16幅を用いたとあり(『施食通覧』)、南宋の史浩は十界像を設け、南宋末の志磐は26軸を掛けたという(いずれも『仏祖統紀』)。元代以降の現存作例は大規模な作例ばかりであるが、以上から、水陸会には100幅超の水陸画を用いるものと20幅前後の水陸画を用いるものの二系統が存在するのかとも予想される。現在は後者の南宋の作例について研究を進めているが、今後、系統の違いなどにより前者の水陸画について研究が進めがたい場合、南宋時代の金光明懺法の諸天像に関する研究の比重を増やす可能性が考えられる。本研究の対象は、宋元時代の水陸系絵画であるが、元代以降の成立と見られる作品が近年相次いで発見されており、現在進行形で研究対象が増えつつある状況にある。それらを概観し比較研究を進める上で、必ずしも研究環境が整っているとは言えない。また、中国の経済状況安定に伴い、未紹介の作品の図版集や研究書の出版が目下増加しており、それらの最新の研究成果をチェックし消化することに追われていては、申請者自身の研究にそれらを盛り込み、最終年度内に総括することが困難であると予想される。なお、諸天像については他の研究者もすでに研究を進めており、申請者の学会発表と同時期に論文が刊行されたため、今後の方向性を調整する必要がある。したがって、元時代については無理に踏み込まず、申請書の計画で掲げた以外の作品にも目を向け、他の儀礼美術との比較や宮延で行われていた仏教や道教の儀礼などとの関わりから、南宋時代の水陸系絵画の特徴を復元的に研究していきたい。
PETを教師としたMR磁化率強調像の機械学習による脳循環代謝異常の検出

磁気共鳴画像法(MRI)により得られる磁化率強調像(SWI)は脳循環代謝の異常に伴う静脈血中の脱酸素化ヘモグロビンの増加を静脈増強所見として画像上で捉えることができるが,SWI上の所見の僅かな変化を捉えるには経験を要し,観察者間でも不一致が生じるという問題がある.一方でデータに隠れたパターンや表現,判断基準をコンピュータに学習させ,問題解決能力を獲得させる機械学習が近年発達してきている.本研究では脳循環代謝測定のゴールド・スタンダードとなっている酸素15 PET検査画像を教師としたSWIの機械学習により,脳循環代謝異常の検出を試み,その精度及び有用性を明らかにする.そして,本手法による脳循環代謝異常の診断支援システムを確立させることを目的としている.本研究では前年度までにconvolutional neural network (CNN)でSWIの患側断片を学習し,酸素摂取率(OEF)の患側健側比が1.05以上か否かを判別する分類器の作成を試み,正答率91.0%でOEF亢進を判別できる分類器の作成に成功した.本年度は更なる精度の向上を目的に,空間情報を失わずに画像特徴の学習を行うことができるCapsule Networkの適用を試みた.しかし,Capsule Networkで得られた正答率は78.7%とCNNより低い値であった.本結果について学会にて発表した.本研究の成果を論文に纏めるのに先立ち,学習データ以外のテストデータによる検証を行ったところ,判別成績が著しく低下した.従って,作成した分類器は強く過学習していることが判明した.今後訓練データ数を大幅に増やすなどの対策が必要である.磁気共鳴画像法(MRI)により得られる磁化率強調像(SWI)は脳循環代謝の異常に伴う静脈血中の脱酸素化ヘモグロビンの増加を静脈増強所見として画像上で捉えることができるが,SWI上の所見の僅かな変化を捉えるには経験を要し,観察者間でも不一致が生じるという問題がある.一方でデータに隠れたパターンや表現,判断基準をコンピュータに学習させ,問題解決能力を獲得させる機械学習が近年発達してきている.本研究では脳循環代謝測定のゴールド・スタンダードとなっている酸素15 PET検査画像を教師としたSWIの機械学習により,脳循環代謝異常の検出を試み,その精度及び有用性を明らかにする.そして,本手法による脳循環代謝異常の診断支援システムを確立させることを目的としている.本研究ではまず脳循環代謝異常の検出に適した特徴量のスクリーニングを行った.145例の片側性動脈狭窄閉塞症のSWIから輝度値の1次統計量(標準偏差,尖度,歪度など),SWI画像上のテクスチャ特徴量,Histogram of Gradient (HoG)特徴量を抽出し,サポートベクターマシンによる学習を行った.しかし,それらの特徴量でSWI上の静脈増強所見を的確に捉えるには至らず,学習の精度も55%程度と非常に悪い結果となった.次に画像認識の分野で応用が広がっているconvolutional autoencoder (CAE)による特徴量抽出を試みた. CAEの深さを変えて特徴量抽出を試みたが,静脈増強所見を特徴的に捉えたような画像は得られず,脳の輪郭を捉えるにしか至らなかった.今後,CAEのように入力画像と出力画像が同じになるように学習させるのではなく,脳循環代謝異常,つまり酸素摂取率(OEF)の亢進を直接学習させるようなアーキテクチャの構築を試みる予定である.本研究では1年目で学習に最適な特徴量のスクリーニングを終える予定であったが,未だにSWIにおける静脈増強所見を的確に捉えうる特徴量を得るに至っていない.一方で,学習のためのアルゴリズム及び学習器の探索・最適化も行うとしていたが,アルゴリズムについてはサポートベクターマシン、及び,画像認識の分野で応用が進んでいる畳み込みニューラルネットワーク(CNN)系のアルゴリズムに絞り込んできている.2年目は特徴量のスクリーニングに特に重点を置いて検討を続ける予定である.磁気共鳴画像法(MRI)により得られる磁化率強調像(SWI)は脳循環代謝の異常に伴う静脈血中の脱酸素化ヘモグロビンの増加を静脈増強所見として画像上で捉えることができるが,SWI上の所見の僅かな変化を捉えるには経験を要し,観察者間でも不一致が生じるという問題がある.一方でデータに隠れたパターンや表現,判断基準をコンピュータに学習させ,問題解決能力を獲得させる機械学習が近年発達してきている.本研究では脳循環代謝測定のゴールド・スタンダードとなっている酸素15 PET検査画像を教師としたSWIの機械学習により,脳循環代謝異常の検出を試み,その精度及び有用性を明らかにする.そして,本手法による脳循環代謝異常の診断支援システムを確立させることを目的としている.本研究では前年度までに学習に最適な特徴量のスクリーニングを行ってきた.本年度は酸素摂取率(OEF)の亢進を直接学習させるアーキテクチャの構築を試みた.具体的には8層の畳み込み層を含むconvolutional neural network (CNN)でSWIの患側断片を学習し,OEFの患側健側比が1.05以上か否かを判別する分類器の作成を試みた.その結果,正答率91.0%,感度95.8%,特異度97.8%でOEF亢進を判別できる分類器の作成に成功した.判別の根拠を明らかにするため,SWI画像上で判別への影響が大きい箇所をgrad-CAM法で可視化したところ,増強した静脈の周辺組織が判別への影響が強いという結果が得られた.これは組織中の毛細血管におけるデオキシ化をCNNが認識しているものと考えられる.本結果については学会及び研究会にて発表した.近々論文に纏める予定である.

今後はOEF亢進の有無だけではなく,OEFの値,またはOEF画像そのものの学習を試みる予定である.本研究ではOEF亢進を予測する分類器の作成を2年目までに目標としていた.本年度の研究で約9割の精度で判別できる分類器の作成に成功しており,2年目までの目標は達成できたといえる.磁気共鳴画像法(MRI)により得られる磁化率強調像(SWI)は脳循環代謝の異常に伴う静脈血中の脱酸素化ヘモグロビンの増加を静脈増強所見として画像上で捉えることができるが,SWI上の所見の僅かな変化を捉えるには経験を要し,観察者間でも不一致が生じるという問題がある.一方でデータに隠れたパターンや表現,判断基準をコンピュータに学習させ,問題解決能力を獲得させる機械学習が近年発達してきている.本研究では脳循環代謝測定のゴールド・スタンダードとなっている酸素15 PET検査画像を教師としたSWIの機械学習により,脳循環代謝異常の検出を試み,その精度及び有用性を明らかにする.そして,本手法による脳循環代謝異常の診断支援システムを確立させることを目的としている.本研究では前年度までにconvolutional neural network (CNN)でSWIの患側断片を学習し,酸素摂取率(OEF)の患側健側比が1.05以上か否かを判別する分類器の作成を試み,正答率91.0%でOEF亢進を判別できる分類器の作成に成功した.本年度は更なる精度の向上を目的に,空間情報を失わずに画像特徴の学習を行うことができるCapsule Networkの適用を試みた.しかし,Capsule Networkで得られた正答率は78.7%とCNNより低い値であった.本結果について学会にて発表した.本研究の成果を論文に纏めるのに先立ち,学習データ以外のテストデータによる検証を行ったところ,判別成績が著しく低下した.従って,作成した分類器は強く過学習していることが判明した.今後訓練データ数を大幅に増やすなどの対策が必要である.これまでの特徴量のスクリーニングではSWIにおける静脈増強所見を的確に捉えられる特徴量という観点でスクリーニングを行ってきたが,今後はOEF亢進などの代謝異常を直接捉えられる特徴量という観点でのスクリーニングを行っていく.具体的にはそのような特徴量を得るためのautoencoder, CNNの構築を試みる予定である.OEF亢進の有無について予測に成功したが, OEF亢進の有無だけではなく,OEFの値やOEF定量画像そのものを予測してほしいとの要望があり,今後は値や画像での予測に取り組む予定である.具体的にはCNNによる回帰やgenerative adversarial network (GAN)を用いた画像生成を試みる予定である.公開されている既存のCapsule networkのコードを改良し,改めて実装し直したものをGithubにて公開した.当初予定していた学会出張がなくなったため,また,別の研究会への出張と変更になったため,その差額が発生した.参加して発表することを検討していた学会への参加について、進捗遅れにより演題の登録及び参加を断念したため,次年度使用額が生じた.本件については,次年度における発表を予定している.最新の研究を調査するための学会出張費に充当する予定である.
エンドサイトーシスの分子メカニズムの解明

エンドサイトーシスの分子メカニズム解明のため、エンドサイトーシスによる小胞形成をin vitroで再現した。大型(直径>1μm)の人工脂質膜(リポソーム)を脳細胞質と反応させることにより、直径100nm以下の小胞が多数形成される実験系を確立した。この小胞形成にはATPとGTPが必要であり、Dynamin 1を除いた脳細胞質では小胞形成が大幅に減少することから、この実験系がエンドサイトーシスによる小胞形成を再現していることが示された。小胞形成は、動的光拡散法を用いて小胞の大きさや数を測定することにより定量化された。2膜脂質の機能、動態小胞形成における膜脂質の機能を調べるため、組成の異なるリポソームを上記実験系に用いて小胞形成量を比較した結果、phosphatidylinositol-4.5-bisphosphate(PIP_2)量の増加に伴って小胞形成が増加した。またPIP_2は小胞形成にともなってphosphatidylinositol-4-phosphate、さらにphosphatidylinositol(PI)に分解された。NeomycinによりPIP_2分解を阻害してPIP_2の合成のみを解析すると、PIP_2合成は活性型ADP-ribosylation factor 6(Arf6)により促進された。Arf6はクラスリンアダプタータンパクAP2の膜結合を増加することが知られているが、これはPIP_2の増加によるものと示唆された。3培養細胞における膜脂質の動態小胞形成にともなうPIP_2の分解が、細胞のエンドサイトーシスにおいて起こるか調べるため、PIP_2を代謝的に放射性ラベルしたHeLa細胞をエンドサイトーシス刺激した後、その動態を追跡した。その結果、同様のPIP_2の分解がみられた。エンドサイトーシスの分子メカニズム解明のためには、エンドサイトーシスによる取り込み小胞の形成をin vitroで再現する実験系の確立が必要であると考えた。In vitroで人工脂質膜(リポソーム)を膜成分として脳細胞質と反応させることにより、大型(直径>1μm)のリポソームから直径100nm以下の小胞が多数形成される実験系を確立した。小胞形成にはATPとGTPが必要であった。さらに、形成された小胞の大きさ、数、相対的質量を動的光拡散測定装置を用いて測定することにより、小胞形成の定量化を可能とした。膜脂質が小胞形成に及ぼす影響を調べるために、膜脂質組成の異なるリポソームを上記のin vitro実験系に用いて、形成される小胞の量を比較した。その結果、phosphatidylinositol-4.5-bisphosphate(PIP_2)量の増加により小胞形成が促進されることを見い出した。そこでPIP_2に注目し、その動態を調べた。放射性ラベルしたPIP_2を含有するリポソームを用いて小胞形成させた後、PIP_2を測定した結果、小胞形成にともなってPIP_2はphosphatidylinositol-4-phosphate(PIP)、さらにphosphatidylinositol(PI)に分解されることが明らかとなった。3培養細胞のエンドサイトーシスによる膜脂質の動態上記in vitro実験系でみられた小胞形成にともなうPIP_2の分解が、細胞のエンドサイトーシスにおいて起こるか調べるため、PIP_2を代謝的に放射性ラベルした培養細胞(HeLa細胞)をエンドサイトーシス刺激した後、その動態を追跡した。その結果、同様にPIP2の分解がそれらの細胞においてみられた。エンドサイトーシスの機構解明のために、昨年度われわれはリポソームを膜成分としてATPとGTP存在下に脳細胞質と反応させて小胞を形成させ、その小胞の大きさ、形成量を定量化するin vitro実験系を確立した。この実験系を用いて以下を明らかにした。

1.小胞形成のDynamin依存性脳細胞質による小胞形成のDynamin1依存性を調べる目的で,、脳細胞質から特異的抗体を用いてDynamin 1をdepleteしたものを上記実験系に用いたところ、小胞形成が80%阻害された。これにより、上記実験系の小胞形成がエンドサイトーシスによる小胞形成を再現していることを示した。2.小胞形成に伴うイノシトールリン脂質の動態
超音波の逆演算に基づく定量非破壊評価機器の試作

アコースティック・エミッション(AE)変換子で検出した微視割れを、逆演算解析することにより動的に定量評価を行い、かつ超音波探傷子により微視割れ合体の大きさを同定する新しいタイプの非破壊評価機器を開発を行ない、金属、複合材料、セラミックスコーティングの非破壊評価を行った。超音波逆演算装置の開発では、検出されたAE信号V(t)の逆演算を行うことで、割れ体積D(t)を導出し、弾性論による円柱クラックモデルを用いて微視割れの「寸法・形状」、微小き裂進展面の「傾き」・「割れモード」を定量的に求めた。そのための機器として、AE変換子、及び高速大容量AE波形収録解析装置を試作し、併せて微視割れ検出可能な波形収録解析型超音波Cスコープ装置を開発した。金属の非破壊評価では、ラメラ組織を有するTiAlの微視割れ生成速度の定量化を行なうことで、微視破壊機構の負荷速度依存生を明らかにした。すなわち、低負荷速度において有効であったシェアリガメントによる高靱化は、微視割れ生成時間よりも高速な衝撃負荷速度では寄与しないことが明らかにされた。一方、複合材料の非破壊評価では、AE放射形式による割れモード解析と、波形解析型超音波Cスコープを用いた破壊進展挙動の解析を行なわれた。切り欠き付きアングルプライCFRPの破壊進展機構は、まず切り欠き近傍においてせん断型破壊であるデボンディングが起点となり、このデボンディングが積層間の引張り型マトリックス割れとして合体し、その後デボンディングとマトリックス割れの混合型破壊が層間剥離として進展したことが明かにされた。さらに、セラミックスコーティングの非破壊評価では、AEによる位置標定情報に基づいた波形解析型Cスコープの探傷結果により、熱衝撃による層間剥離進展挙動が定量的に検出できることが示された。本研究は、超音波探傷子及びアコースティック・エミッション(AE)変換子で検出した欠陥波形を逆演算解析することにより、欠陥を静的かつ動的に定量評価する新しいタイプの非破壊評価機器を開発することを目的としている。AEでは、これまでの研究により均質材料において、6chの計測系を用いて、逆演算によるモーメントテンソルが得られていた。本年度においては、接合材のモーメントテンソル導出が課題であり、波動伝播特性破壊モードの両面から研究がなされた。まず、セラミックスコーティング材では、熱サイクル負荷試験時に発生するAEの逆問題解析が行なわれ、その微視破壊が2種類の割れ生成時間に大分できた。一方、異方性材料である連続繊維強化セラミックスにおいては、逆問題解析により脱接合長さの定量的な導出に成功しており、今後接合材に対する応用を進める予定である。超音波では、すでにインパルス入力による音速・減衰解析装置が完成していたが、本年度においては、これを基にしたCスコープ装置を開発した。本装置を用いたセラミックスコーティング材の損傷評価では、熱サイクル試験により発生した接合界面の剥離の検出は可能であったが、初期欠陥の検出は探触子のリンギング波形の中に埋没した欠陥エコーの分離が困難であったためできなかった。今後逆問題解析法を応用し、探触子の応答関数及び試験片の伝播特性の影響を除いた、欠陥エコー波形の検出と定量化が課題である。超音波の逆演算解析に基づく定量非破壊評価機器の試作は、まず、AE原波形解析部、波形収録型超音波Cスコープ部、ビデオマイクロスコープ型表面観察部、温度・負荷制御部により構成された計測部を統合し、各種材料試験を行うことで進められた。材料試験では、セラミックコーティング材について熱衝撃及び熱サイクル疲労試験、熱AE試験が行われた。セラミックコーティング材の熱衝撃試験では、母材に低炭素鋼を用いたアルミナコーティング材に、赤外線スポット炉を用いて最大温度を1273Kとし、10k/sで加熱を行なった。そのときに発生するAE信号を、冷却部を介した複数のAE変換子を用いて検出し、逆演算を行うことにより熱衝撃による損傷評価を行った。その結果、破壊機構によりAE源の生成時間が異なり、その時間が短いものはコーティング層の縦割れに、長いものは界面の剥離に対応することが明らかになった。熱サイクル疲労試験及び、熱AE試験では、母材にSUS304を用いたジルコニアコーティング材に、赤外線イメージ炉を用いて最大温度を1473Kとして加熱・冷却を行なった。そして、熱サイクル試験時、及び熱AE試験時に発生するAE信号を、導波棒を用いて2chでAE計測を行い、縦波初動波形の到達時間差から損傷位置を高感度かつ高精度で求めた。また、超音波Cスコープを用いて、AE位置標定により求められた位置において、表面エコーのリンギング波形に混入した欠陥エコー波形を抽出する事で、コーティング界面の剥離領域の大きさを定量的に評価できた。

金属の非破壊評価では、ラメラ組織を有するTiAlの微視割れ生成速度の定量化を行なうことで、微視破壊機構の負荷速度依存生を明らかにした。すなわち、低負荷速度において有効であったシェアリガメントによる高靱化は、微視割れ生成時間よりも高速な衝撃負荷速度では寄与しないことが明らかにされた。一方、複合材料の非破壊評価では、AE放射形式による割れモード解析と、波形解析型超音波Cスコープを用いた破壊進展挙動の解析を行なわれた。切り欠き付きアングルプライCFRPの破壊進展機構は、まず切り欠き近傍においてせん断型破壊であるデボンディングが起点となり、このデボンディングが積層間の引張り型マトリックス割れとして合体し、その後デボンディングとマトリックス割れの混合型破壊が層間剥離として進展したことが明かにされた。さらに、セラミックスコーティングの非破壊評価では、AEによる位置標定情報に基づいた波形解析型Cスコープの探傷結果により、熱衝撃による層間剥離進展挙動が定量的に検出できることが示された。
自然地形における確率に基づく最適経路計画手法の研究

本研究は,月・惑星表面などの自然地形を自律的に移動するロボットの経路を確率的に生成する手法に関するものである.自然地形のセンシングには大きな誤差が含まれるため,ロボットが持つ周囲の地形は,遠くになるほど不正確となる.これまでに筆者が提案してきた自然地形における最適経路計画手法は,正確な地形図が得られることを前提としているため,実際の移動ロボットへの適用に問題が残されていた.この手法をさらに発展させ,地形図と最適化に用いる評価関数を確率表現することによって,最もエネルギが小さくなるであろう経路や最も安全であろう経路を生成させる.このため,本年度では以下の項目に関して研究を行った.(1)屋外でのフィールド試験昨年度までの研究により,提案した経路計画手法を用いたロボットシステムを構築し,屋内や短距離で実際に走行させた.本年度は,より月・惑星に近い屋外の地形において走行実験を行ない,改良を行なった.(2)研究のまとめ今年度で3年をかけた本研究が終了するため,最終的な研究のまとめを行なった.本研究は,月・惑星表面などの自然地形を自律的に移動するロボットの経路を確率的に生成する手法に関するものである.自然地形のセンシングには大きな誤差が含まれるため,ロボットが持つ周囲の地形は,遠くになるほど不正確となる.これまでに筆者が提案してきた自然地形における最適経路計画手法は,正確な地形図が得られることを前提としているため,実際の移動ロボットへの適用に問題が残されていた.この手法をさらに発展させ,地形図と最適化に用いる評価関数を確率表現することによって,最もエネルギが小さくなるであろう経路や最も安全であろう経路を生成させる.このため,本年度では以下の項目に関して研究を行った.(1)ステレオ視による誤差を持つ環境地図の生成テンプレートマッチングを用いたステレオ視により周囲の距離画像を生成し,テンプレートマッチングの類似度等を利用して,距離画像の確からしさを数値で表現する手法を確立した.また,この距離画像を水平面を基準とした座標系に変換し,確率的地形図を作成した.(2)経路計画手法の拡張(1)で作成した確率的地形図上で,評価関数を確率的に最適にする経路計画手法を提案した.この新手法は,これまで筆者が提案してきた自然地形の経路計画手法の自然な発展形である.(3)経路計画シミュレーション実地形を用いて,(2)で開発したアルゴリズムを利用して経路を生成した.(4)ロボットの位置・姿勢計測手法の確立次年度以降に備え,ロボットの移動経路を計測するシステムの開発に着手した.本研究は,月・惑星表面などの自然地形を自律的に移動するロボットの経路を確率的に生成する手法に関するものである.自然地形のセンシングには大きな誤差が含まれるため,ロボットが持つ周囲の地形は,遠くになるほど不正確となる.これまでに筆者が提案してきた自然地形における最適経路計画手法は,正確な地形図が得られることを前提としているため,実際の移動ロボットへの適用に問題が残されていた.この手法をさらに発展させ,地形図と最適化に用いる評価関数を確率表現することによって,最もエネルギが小さくなるであろう経路や最も安全であろう経路を生成させる.このため,本年度では以下の項目に関して研究を行った.(1)小型ロボットへのインプリメント5輪ロボットMICRO5に本提案手法をインプリメントし,実際に動作させた.(2)短距離フィールド試験ゴールまでが見通せる程度の小規模な地形において,ロボット搭載装置のみを使用して自律移動実験を行った.(3)長距離移動手法の開発長距離移動のためのロボットシステムとして,前回作成した地図の更新や搭載コンピュータによる自己位置同定など,いくつかの別な技術を統合した搭載ソフトを作成し,実際に動作させた.本研究は,月・惑星表面などの自然地形を自律的に移動するロボットの経路を確率的に生成する手法に関するものである.自然地形のセンシングには大きな誤差が含まれるため,ロボットが持つ周囲の地形は,遠くになるほど不正確となる.これまでに筆者が提案してきた自然地形における最適経路計画手法は,正確な地形図が得られることを前提としているため,実際の移動ロボットへの適用に問題が残されていた.この手法をさらに発展させ,地形図と最適化に用いる評価関数を確率表現することによって,最もエネルギが小さくなるであろう経路や最も安全であろう経路を生成させる.このため,本年度では以下の項目に関して研究を行った.(1)屋外でのフィールド試験昨年度までの研究により,提案した経路計画手法を用いたロボットシステムを構築し,屋内や短距離で実際に走行させた.本年度は,より月・惑星に近い屋外の地形において走行実験を行ない,改良を行なった.(2)研究のまとめ今年度で3年をかけた本研究が終了するため,最終的な研究のまとめを行なった.
揮発性および気体状化学物質の変異原性テストの開発に関する研究

産業衛生の分野では揮発性の高い物質やガス状物質に労働者が暴露する機会が多い。職業癌予防の観点から化学物質の発癌性をスクリーニングするためサルモネラ菌を用いた変異原性試験が広く用いられているが、これらガス状や揮発性の高い物質にも発癌性の危険性はある。しかし簡便で定量的な試験方法が確立されていないため、本研究者はこれまでバブリング法により検討を加えて来た。本年度は次の様な定量的測定方法を確立することができた。ガス状物質の代表として塩化ビニルおよびエチレンオキシドを用いた。1.試料の作成は、各々のガスボンベより圧調整器を通して一定流量でバブラー管に導き、予め入れておいた10mlのdimethylsulfoxide(DMSO)に流量165ml/分で一定時間バブリングにより気体を吸収させ、このDMSOを希釈して試料とした。但し、エチレンオキシドは、エチルアルコールに吸収した。2.定量は、ガスクロマトグラフィーを用いた。(1)塩化ビニルは、カラムに5%Thermon3000(Chromosorb W,80-100mesh,AW-DMCS,2.5m×3mm)、カラム温度60°C,注入口温度100°C,キャリアーガスはヘリウム(30ml/分)を用いた。(2)エチレンオキシドは、カラムにPEG20M(AW-DMCS,2.5m×3mm)、カラム温度70°C,注入口温度100°C,窒素ガス(20ml/分)で流した。3.変異原性試験(Amesテスト)はpreincubation法を用いた。塩化ビニルには大腸菌(E.coli WP2uvrA/pKM)にS9Mixを添加、エチレンオキシドはサルモネラ菌(S.typhimurium TA100)でS9Mix無添加で実施した。4.その結果、定量値と変異原性との間に、塩化ビニルではY=0.2x+205.3エチレンオキシドはY=0.157x+159.3と極めて信頼性の高い(P<0.01)正の相関を示す回帰直線を得ることができた。この方法は、他のガス状物質の変異原性を定量的に、しかも簡便に検討できるものと思われる。