hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経障害性疼痛における痛みと骨量減少の相互関係の解明

神経障害性疼痛は神経の傷害あるいは機能障害を原因とする慢性疼痛の一種である。神経障害性疼痛患者には痛覚過敏やアロディニアに加え、骨粗鬆症を含む種々の症状が現れることが知られている。本研究は神経障害性疼痛における骨減少のメカニズムの解明、痛覚過敏と骨減少が相互に悪影響を及ぼしている可能性の検討を通じて、これらの症状に対する新たな治療戦略を見出すことを目的としている。前年度までに以下の結果が得られた。神経障害性疼痛の動物モデルである坐骨神経部分結紮モデルマウス(partial sciaticnerve ligated mice: PSNLマウス)において、神経結紮側後肢に逃避閾値の有意な低下が見られ、坐骨神経支配領域である大腿骨遠位部に骨量の減少および骨強度の低下が示唆された。また、これらの症状に対する鎮痛薬の影響を検討した結果、臨床において神経障害性疼痛治療薬として広く使用されているpregabalinはPSNLマウスの痛覚過敏を有意に緩和する一方で、骨量に対しては全く影響を与えなかった。NK1受容体の遮断薬であるnetupitantはPSNLマウスにおける痛覚過敏および骨量減少を有意に緩和した。平成30年度においては、主に大腿神経によって支配される大腿骨骨頭部の骨解析を行った。大腿骨遠位部と同様に、PSNLマウスでは骨頭部に骨量減少が見られ、この症状はpregabalinによって影響を受けず、netupitantによって改善された。これらの結果から、神経傷害によって、近縁部の神経の活動が亢進し、NK1受容体を介して痛覚過敏および骨量減少を引き起こす可能性が示唆された。またNK1受容体遮断薬が骨粗鬆症を伴う神経障害性疼痛に対して有効な治療薬となる可能性を示唆された。これらの成果について現在、論文を投稿中である。本研究は神経障害性疼痛における骨量減少のメカニズムの解明、痛覚過敏と骨量減少が相互に悪影響を及ぼしている可能性の検討を通じて、これらの症状に対する新たな治療戦略を見出すことを目的としている。平成28, 29年度の研究により、神経障害性疼痛モデルマウスの一種である坐骨神経部分結紮モデルマウス(partial sciaticnerve ligated mice: PSNLマウス)において、痛覚過敏および骨量減少が長期に持続することが示され、神経障害性疼痛に汎用されるpregabalinによって痛覚過敏は緩和されるが、骨量減少は全く影響を受けないこと、NK1受容体遮断薬であるnetupitantによって痛覚過敏、骨量減少が共に改善することが明らかとなった。NK1受容体遮断薬は現在、aprepitantが中枢性制吐薬として承認・販売されているが、鎮痛薬としては使用されていない。これらの結果は、NK1受容体遮断薬が骨粗鬆症を伴う神経障害性疼痛に対して従来の鎮痛薬より有用な治療薬となる可能性を示唆するものであった。平成30年度の研究では、PSNLマウスにおいて大腿神経によって支配される大腿骨骨頭部においても骨量減少が見られ、pregabalinによって影響を受けず、netupitantによって改善されることが明らかとなった。またnetupitantによる鎮痛作用と骨保護作用の間には有意な相関関係が見られなかった。骨粗鬆症治療薬であるPTHやビスホスホネート薬は骨量を対照群と同レベルまで回復させ、痛覚過敏には影響を与えなかった。以上の結果から、神経部分損傷により傷害を受けていない近傍の感覚神経活性が亢進し、それぞれ独立した症状として痛覚過敏および骨量減少を起こしていることが示唆された。本研究の目的は概ね達成されており、研究の進捗状況は順調であると思われる。これまでの研究により神経部分損傷により傷害を受けていない近傍の感覚神経活性が亢進し、それぞれ独立した症状として痛覚過敏および骨量減少を起こしていることが示唆された。また感覚神経から放出される神経伝達物質であるサブスタンスPの受容体であるNK1受容体の遮断薬が骨粗鬆症を伴う神経障害性疼痛に対して従来の鎮痛薬より有用な治療薬となる可能性が示されており、本研究の目的は概ね達成されたものと考えられる。今後、神経傷害性疼痛による骨量減少の治療法についてさらに検討するために、代表的な神経傷害性疼痛治療薬であるアミトリプチリンの作用を調べる予定である。アミトリプチリンは三環系抗うつ薬の一種であり、ノルアドレナリンやセロトニンの再取り込みを阻害することが知られている。ノルアドレナリンやセロトニンの過剰により骨量は減少することが知られており、うつ病患者において骨折リスクを上昇させることが報告されている。これらの事から、アミトリプチリンは神経傷害性疼痛に対して鎮痛作用を示す一方、骨量に対しては悪影響を与えることが予想される。アミトリプチリンの鎮痛作用は脊髄のα2アドレナリン受容体を介していることが知られている。また交感神経の過剰興奮による骨量減少にはβ2アドレナリン受容体が重要な役割を果たしていると考えられている。これらの事から鎮痛作用と骨に対する副作用は異なる受容体を介していることが予想される。以上より、平成31年度においてはアミトリプチリンとβ2遮断薬の併用により、鎮痛作用には影響を与えず、骨に対する副作用のみ軽減する可能性について検討する予定である。

神経障害性疼痛は神経の傷害あるいは機能障害を原因とする慢性疼痛の一種である。神経障害性疼痛患者には痛覚過敏やアロディニアに加え、骨粗鬆症を含む種々の症状が現れることが知られている。本研究は神経障害性疼痛における骨減少のメカニズムの解明、痛覚過敏と骨減少が相互に悪影響を及ぼしている可能性の検討を通じて、これらの症状に対する新たな治療戦略を見出すことを目的としている。平成28年度の研究計画に基づき、神経障害性疼痛の動物モデルである坐骨神経部分結紮モデルマウス(partial sciatic nerve ligated mice: PSNLマウス)を作成し、機械痛覚過敏の評価および骨構造解析を行い、以下の結果が得られた。PSNLモデルでは坐骨神経結紮から3日後から機械刺激に対する逃避閾値の有意な低下が見られた。逃避閾値の低下は手術14日後に最大となり、56日後まで持続した。この結果は従来の報告と概ね一致するもので、逃避閾値の低下が手術後安定的に持続することが確認された。手術から14日後、28日後、56日後に骨標本を採取し、3次元microX線装置を用いて左右の大腿骨の骨梁構造解析を行った結果、いずれの時点においてもPSNLマウスでは神経結紮側において骨密度、骨梁幅、骨梁数の有意な低下が見られ、同様に骨梁間隔、Trabecular bone pattern factor、Structure model indexの有意な上昇が見られた。これらの骨パラメータの変化はすべて骨強度の低下を示唆するものである。以上の結果より、PSNLマウスは痛覚過敏と同時に骨粗鬆症を発症し、これらの症状が長期に渡り持続することが示された。PSNLマウスが神経障害性疼痛患者における骨減少を反映しており、そのメカニズムおよび治療法を検討する上で有用なモデルとなる可能性が考えられる。平成28年度には、神経障害性疼痛モデルマウスを作成し、骨量減少が起こるかどうか、またその時間経過を明らかにすることで、今後の実験条件を決定する上での基礎とすることを計画していた。平成28年度に実施した研究により、神経障害性疼痛モデルマウスの一種である坐骨神経部分結紮モデルマウス(partial sciaticnerve ligated mice: PSNLマウス)において、痛覚過敏および骨量減少が長期に持続することが示され、PSNLマウスが神経障害性疼痛における骨減少のメカニズムの解明および治療法の開発において有用なモデルとなる可能性が示された。従って、平成28年度の研究の目的は十分に満たされたものと考えられる。
Rhoファミリータンパク質を介した生理的骨吸収制御機構の解明

顎顔面頭蓋の発育機構を解明する上で、破骨細胞系による骨吸収、骨芽細胞系による骨形成が極めて重要は役割を果たしていることが広く知られている。また、矯正臨床での歯牙の移動もこのメカニズムがバランスよく働くことによって円滑に行われている。しかし、この骨リモデリング調節を行う上での各細胞内の分子機構については未だ不明な点が多く残されている。最近我々は、16日齢鶏胚頭頂骨の骨細胞より抽出した分子量18.5kdの蛋白質(以後18.5kd)が骨吸収抑制効果を示すことを報告した。また、18.5kdのN末のアミノ酸配列は、低分子量G蛋白質の一つであるRhoを不活性型に維持する働きをもつRho-GDIの一部と68%の相同性をもっていた。そこで、recombinant Rho蛋白質を作成しヒト破骨細胞形成系において検討したところ、破骨細胞形成に対しては有意差は認められなかったが、骨吸収活性を有意に抑制した。さらに、マイクロインジェクション法を用いた実験により、このメカニズムは破骨細胞がrecombinant Rho蛋白質を細胞内に取り込むことによることが示唆された。今後、破骨細胞の極性発現におけるRhoの役割及びRho-ODIの破骨細胞に対する影響、破骨細胞のチロシンリン酸化に及ぼす18.5kdの作用、さらには生理的に骨吸収を停止するメカニズムについて調べることは、骨のリモデリングのメカニズムを研究する上で大変重要であると考える。さらに、矯正治療における歯の移動時に、18.5kdあるいはその関連ペプチドを局所に投与することにより、生理的に固定歯を加強することが可能となり、矯正臨床における諸問題の解決につながるものと考える。【目的】破骨細胞は、ポドゾームと呼ばれる接着部を介して細胞外基質より様々な情報を得ていると考えられている。ポドゾームには、細胞膜裏打ちタンパク質として知られている、α-アクチニン、ビンキュリン、テンシン、コルタクチンなどが局在する。我々は、単離破骨細胞にローダミン(rh)標識ビンキュリンおよびフルオロシン(fl)標識α-アクチニンを細胞質内微量注入し、ポドソームにおける両タンパク質の局在及び変化について経時的に観察した。【結果と考察】注入5分後(rh)ビンキュリンあるいは(fl)α-アクチニンは、核近傍の細胞質にロゼット状に局在し、時間(30分以内)とともに細胞周囲(シーリングゾーン)に移動していった。さらに破骨細胞の伸展(注入30分以降)にともない、古いポドゾームとは別にさらに外側に新しいポドゾームが形成されることがわかった。次に、(rh)ビンキュリンおよび(fl)a-アクチニンを破骨細胞に同時に注入したところ、(rh)ビンキュリンにより形成されたサークルの中心に(fl)α-アクチニンの局在が観察された。さらに、はじめに(fl)α-アクチニンがポドゾームに局在し、その後(rh)ビンキュリンが同一部位に形成されることが観察された。また形成されたポドゾームは、まず(rh)ビンキュリンのサークルの拡大、消失、その後(fl)α-アクチニンの順に消失する事が観察された。【結論および今後の展開】ポドゾームを形成するビンキュりンとα-アクチニンの生きた破骨細胞における変化の一端が明らかとなった。今後は、活性型RhoおよびRhoの特異的阻害剤であるC3のポドゾームに対する影響を検討する。

しかし、この骨リモデリング調節を行う上での各細胞内の分子機構については未だ不明な点が多く残されている。最近我々は、16日齢鶏胚頭頂骨の骨細胞より抽出した分子量18.5kdの蛋白質(以後18.5kd)が骨吸収抑制効果を示すことを報告した。また、18.5kdのN末のアミノ酸配列は、低分子量G蛋白質の一つであるRhoを不活性型に維持する働きをもつRho-GDIの一部と68%の相同性をもっていた。そこで、recombinant Rho蛋白質を作成しヒト破骨細胞形成系において検討したところ、破骨細胞形成に対しては有意差は認められなかったが、骨吸収活性を有意に抑制した。さらに、マイクロインジェクション法を用いた実験により、このメカニズムは破骨細胞がrecombinant Rho蛋白質を細胞内に取り込むことによることが示唆された。現在、破骨細胞の極性発現におけるRhoの役割について解析を試みている。さらに、破骨細胞の遊走を高める因子としてケモカインに着目し、歯の移動におけるケモカインの役割について研究を行ってきた。なかでもMIP-1αは、歯の移動により圧迫力を受ける歯根膜および歯槽骨内に特異的に局在し、歯の移動が生じている期間に一致していた。さらに、我々が確立した血液系細胞以外の細胞を含まないヒト破骨細胞形成系において、MIP-1αがRANKL-RANKの発現促進を介して破骨細胞の形成促進作用を示すことを報告した。現在、矯正力に応答しMIP-1αを産生している細胞の同定を試みている。
GISTにおけるKit活性の時空間解析: オルガネラのみで起こるがんシグナリング

消化管間質細胞腫(GIST)は,胃・小腸・大腸の筋層に発症する肉腫であり,約85%の症例でKitチロシンキナーゼの活性化変異が認められる。そのため,Kit阻害剤イマチニブが治療薬として用いられるが,抵抗型Kitの存在が報告され,その制圧が喫緊の課題となっている。本課題では,GIST患者由来の腫瘍切片や細胞株を用い,イマチニブ抵抗性の有無にかかわらず,Kit変異体がこれまで考えられてきた細胞膜ではなくゴルジに分布し,そこでシグナルを発信していることを明らかにした。本研究は,Kitシグナルの時空間情報を明らかにし,治療薬の効果の正確な理解および新たな治療法の開発の一助となるものと考えられる。本研究は、消化管間質細胞腫(gastrointestinal stromal tumour: GIST)におけるKitの恒常的活性化変異体の増殖シグナルが、「細胞内でいつ・どこから発信されるのか」を明らかにすることである。本年度は、患者から樹立されたGIST細胞株および腫瘍切片の臨床標本におけるKitの細胞内局在について、免疫蛍光染色法と共焦点レーザー顕微鏡による解析をおこなった。興味深いことに、GIST細胞株において、Kit変異体は核近傍領域に集積しており、その領域はトランスゴルジ槽とよく一致した。この結果は、臨床標本のGISTの腫瘍切片でも同様であり、GISTにおけるKit変異体はゴルジ体に集積することが明らかとなった。さらに、Kitの活性化の指標である自己リン酸化部位を認識する抗体で蛍光イメージングしたところ、Kitの活性化はゴルジ体のみで起こっていた。実臨床で問題となるKit阻害剤イマチニブに抵抗性を持つKit変異体も、ゴルジ体に集積し、そこのみで活性化していた。GISTにおけるKitシグナルは、これまで考えられてきた細胞膜ではなく、ゴルジ体で起こることが示唆された(Obata et al., 2017, Oncogene)。最近、我々は、マスト細胞腫のKit変異体がエンドリソソームに集積していることを見出しており(Hara and Obata, 2017, Plos One; Toyoshima et al., 2017, Int. Immunol.)、本研究によって、同じ変異型Kitであっても、がん種が異なることでシグナルプラットホームが異なることが示唆される。GISTにおけるKitシグナルがゴルジ体のみで起こることを示唆するデータを得た。さらに、Kit阻害剤イマチニブに抵抗性を持つKit変異体もゴルジ体でシグナル伝達することを見出した。この研究成果は、2017年2月13日にOncogene誌のオンライン版に掲載された。また、Kit変異体を発現するマスト細胞腫との比較をおこなっており、同じ分子種であっても、がん種が異なることで、増殖シグナルが起こる場所が異なることも明らかにした(Hara and Obata, 2017, Plos One; Toyoshima et al., 2017, Int. Immunol.)。消化管間質細胞腫(gastrointestinal stromal tumour: GIST)は,胃・小腸・大腸の筋層に生じる肉腫である。消化管蠕動運動を担うカハール介在細胞またはその前駆細胞に発現しているKitチロシンキナーゼに活性化変異が生じることにより,ホスト細胞が無限増殖し,GISTの発症に繋がることが明らかとなっている。GISTは,放射線・化学療法に耐性を示し,手術不能・再発症例には有効な治療法がなかったが,Kitキナーゼ阻害剤イマチニブが開発されたことにより,患者寿命は飛躍的に延びた(5年生存率92%)。しかしながら,投与後2年半3年で効果がなくなり,その大部分の原因が,新たなイマチニブ抵抗性Kit変異体であることが明らかとなっており,その制圧に向けた治療法開発が喫緊の課題となっている。昨年度までに,研究代表者が所属するグループは,GISTのイマチニブ感受性およびイマチニブ抵抗型のKit変異体が,これまで考えられてきた細胞膜ではなく,トランスゴルジ膜に異常に集積し,そこからがんシグナル(PI3K-Akt経路, STAT5転写因子, Mek-Erk経路の活性化)を発信することを見出した。本年度は,Kit変異体のゴルジ体への移行を阻害する化合物のがんシグナルへの影響を調べ,それら阻害剤がKitシグナルを抑制し,細胞増殖を有意にブロックすることを示した。また,同様の阻害戦術によって,イマチニブ耐性型Kitを発現する他のがん(マスト細胞腫・マスト細胞白血病)の増殖を抑制できることを見出した。GISTにおけるKitの異常局在についてのメカニズムの詳細を明らかにするために、共免疫沈降法と質量解析を組み合わせた実験をおこなう。得られた情報を元に、機能蛋白質の候補をノックダウンまたは過剰発現させ、Kitの細胞内局在の変化およびシグナルへの影響を調べる。

さらに、Kitの局在機構におけるマスト細胞腫との違いについても検討する。また、GIST・マスト細胞腫におけるKit変異体の異常局在は、野生型Kitと明らかに異なるので、その仕組みの理解を応用した治療戦術の構築をおこないたい。腫瘍生物学GISTにおけるKitの異常局在の原因について、共免疫沈降法と質量解析を用いて明らかにする予定だったが、論文のリビジョンが複数重なり、それができなかった。Kitを免疫沈降するためのモノクローナル抗Kit抗体・Protein G-Dynabeads,トリプシン,ペプチド精製のためのカラム・試薬を購入し、質量解析をおこないたい。
身体活動（運動・生活活動）がメタボリックシンドロームに及ぼす影響の研究

大学医学部附属病院の40歳以上の教職員312名を追跡調査し、2009年から2012年(3年間)において、身体活動がMetabolic Syndromeの関連因子(年齢、体重、BMI、腹囲、血圧、HDL-C、中性脂肪、血糖、および、食習慣:夜食、朝食の欠食飲酒、喫煙)の変化に及ぼす影響を検討した。身体活動は「1時間以上/1日の歩行や身体活動を行っている」者を運動群、それ以外の者を非運動群とした。解析の結果、男性において身体活動が腹囲減少に影響を及ぼすことが明らかになった。また、喫煙が腹囲増加、腹囲減少と中性脂肪減少がHDL-C増加に影響を及ぼすことも明らかになった。本研究は、大学医学部附属病院の教職員40歳以上60歳未満(男性:234名、女性:326名)を対象に、任意に行う運動だけではなく労働などを含む日常の身体活動(生活活動)がMetabolic Syndrome(以下、MS)に及ぼす影響について追跡調査し、検証することである。当該年度の内容:横断的研究【方法・解析】ベースライン時の予測因子(身体活動)および結果因子(MS診断基準の検査値や生活習慣因子)における探索的分析として所属(職種3群:事務職、医療職、教職)とMS有無についてχ2検定および下記(1)、(2)のMS関連因子について一元配置分散分析を行った(p<0.05)。(1)MS診断基準の検査値:BMI,腹囲、血圧、血糖、血中脂質(2)生活習慣因子:体重増加、食事(早食、遅い夕食、朝食抜、間食)、喫煙、飲酒、身体活動(運動、生活活動)※※活動量計(オムロンコーリン(株)社製Active Style Pro HJA-350IT)を用いて1週間の身体活動量を測定し「身体活動に関する調査票」から算出した身体活動量と比較した。本年度はプレテスト(9名:男性6名、女性3名)を行い、その結果、正しく装着した場合は概ね「身体活動に関する調査票」と一致していた。【結果・考察】所属(職種3群)とMSでは男女とも有意差は見られなかったが、生活活動量では事務職より教職、医療職の方が有意に多かった。男性の血圧、血糖では教職より事務職の方が有意に高かった。女性の飲酒量では医療職は教職より有意に多く、食べる速度では事務職および教職よりも有意に速かった。この結果から所属(職種3群)の環境における差異(生活活動量、勤務形態(夜勤や交替制))などの影響が推察され、横断調査でありながらMS対策の基礎資料となり得る。今後、縦断的研究を進め各因子の経時変化をモニタリングしながら身体活動(生活活動)がMSに及ぼす影響を検証することは重要である。本研究は、大学医学部附属病院の教職員40歳以上60歳未満を対象に、任意に行う運動だけではなく労働などを含む日常の身体活動(生活活動)が、Metabolic Syndrome(以下、MS)に及ぼす影響について追跡調査し検証することである当該年度の内容:縦断的研究2009年(ベースライン時)と2010年(1年後)とMS有無の比較およびMS関連因子について、調査・解析した。【対象】2009年および2010年の6月に健診を受診した本学医学部及び附属病院の4059歳のうち、服薬(血圧、血糖、コレステロール)中の者を除外した男性148名(平均年齢:47.5±4.9)、女性259名(平均年齢:46.5±4.4))。【方法・解析】2009年と2010年とのMS有無についてx^2検定、MS診断基準の検査値(BMI,腹囲,血圧,血糖,血中脂質)および身体活動(運動・生活活動)量についてpaired t-testを男女別に行った(p<0.05)。【結果・考察】ベースライン時と1年後とでは男女ともMS有無の有意差は見られなかった。しかし、MS関連因子において、男性ではBMI,腹囲がベースライン時よりも1年後の方が有意に高く、HDL-C(mg/dl)は男女とも有意に低下していた。また、身体活動因子の運動量は男性ではベースライン時よりも1年後の方が1有意に高かった。この結果から、男女とも1年間でMS関連因子の悪化が示唆され、特に男性では顕著でありMS予防対策が重要と考える。今後、さらに縦断的研究を進めMS関連因子の経時変化をモニタリングしながら身体活動(運動・生活活動)がMSに及ぼす影響を検証する。本研究の目的は、大学医学部附属病院の教職員40歳以上60歳未満を対象に、任意に行う運動だけではなく労働などを含む日常の身体活動(生活活動)が、Metabolic Syndrome(以下、MS)に及ぼす影響について追跡調査し検証することである。

当該年度の内容:横断的研究これまでの研究結果において、女性の医療従事職は、MS関連因子の「生活活動量」、「1時間以上/1日の歩行や身体活動」、「飲酒量」では事務職より多い傾向を示し教職より有意に多かった。また「早食い」の割合は事務職および教職よりも有意に多かった。この結果を踏まえ、女性の医療従事職は看護職が大半を占めていることに着目し、部署(外来、病棟など)における環境の差異、例えば、勤務形態(夜勤や交替制)などのMSへの影響やMS関連因子(身体的因子、生活習慣因子)との比較を検討した。【対象】ベースライン時(2009年)健診受診者のうち、看護職4050歳代の女性158名(平均年齢:47.7±4.5)。【方法・解析】1.部署(病棟、外来、手術部・集中治療室・救急部)とMS有無についてx^2検定を行った(p<0.05)。2/部署と身体・血液(生化学)因子及び生活習慣因子との関連(比較)についてx^2検定および一元配置分散分析を行った(p<0.05)。【結果・考察】部署間でMS発症の有意差は見られなかったがBMIでは病棟が外来より有意に高かった。身体活動量では外来(46EX:Mets・h/week)が他部署より有意に低かったが、国が示す身体活動量基準値(23EX Mets・h/week)を大きく上回り、看護職の身体活動量の高さが示唆された。飲酒量では手術部・集中治療室・救急部が外来、病棟より有意に多くGOT,GPTへの影響が示唆された。平成25年度の研究では、2009年と2013年の特定健診を受診した大学医学部附属病院の40歳以上の教職員のうち、2009年(ベースライン)にMetabolic Syndrome(以下、MS)非該当軍であった235名を対象とし、身体活動を含む生活習慣がMetabolic Syndrome(以下、MS)発症に及ぼす影響の縦断的検討を行った。【方法・解析】健診結果と問診票項目(身体活動、食習慣、体重変化、睡眠・休養、喫煙、飲酒)を以下の通りデータ処理した。1.身体活動については厚労省の「健康づくりのための運動指針2006」を引用し健康づくりのための身体活動基準2013」で示されている基準値23METs・h/週をカットオフ値として23METs・h/週以上を運動群、23METs・h/週未満を非運動群とした。2.MS発症については2009年から4年後(2013年)に予備軍または該当軍となった者をMS発症群、4年後も非該当軍であった者を発症なし群とした。3.MS発症を従属変数、ベースライン(2009年)の性、年齢、身体活動、歩行速度、1年間の体重変化、早食い、遅い夕食、夜食・間食、朝食、睡眠・休養、喫煙、飲酒を独立変数とした2項ロジスティック回帰分析(ステップワイズ法:F値≦0.05)を行った(p<0.05)。【結果】独立変数に性、朝食、睡眠・休養が採択され、オッズ比の大きい順に性(5.411, 95%CI:2.001-14.633,男性/女性)、睡眠・休養(2.726, 95%CI:1.077-6.901不十分/十分)、朝食(0.297, 95%CI:0.105-0.839,朝食/欠食)であった。【意義・重要性】身体活動が腹囲減少、喫煙が腹囲増加、腹囲と中性脂肪減少およびベースライン時HDL-CがHDL-C増加、身体活動がHDL-C減少に影響を及ぼすことが明らかになった。
半導体スピン注入を利用した核スピン制御と量子情報デバイスの基盤構築

半導体中の核スピンは量子力学的な重ね合わせ状態を比較的長く維持することができ,量子計算機の量子ビットとして有望である.本研究では,強磁性体から半導体へのスピン注入を用いた新たな核磁気共鳴(NMR)デバイスを開発した.高いスピン偏極率を有するハーフメタル強磁性体Co2MnSiからGaAsへの高効率スピン注入を実証し,さらに注入した電子スピンを用いて,GaおよびAs原子の核スピンを高効率に偏極できること,および,核スピンに対するNMR操作を電気的に高感度に検出できることを示した.さらに,Ga原子の核スピン準位間のラビ振動を実証し,核スピンのコヒーレント制御にスピン注入素子で初めて成功した.本研究の目的は、ハーフメタル強磁性体(スピン偏極率が100%となる材料)から半導体への電気的スピン注入を利用し、(1)エレクトロニクス素子の主要構成材料であるGaAsやInGaAsにおける、電子スピンと核スピンに関するダイナミクスを解明すること、(2)核スピンをナノスケールの空間分解能で制御し、かつ、高感度に検出できる素子を創出すること、さらに、(3)核スピンの量子力学的なコヒーレンスを活用した半導体量子情報デバイスの基盤技術を確立することである。H25年度は主に、1)ハーフメタル強磁性体からGaAsへの高効率スピン注入の実現2)電子スピンと核スピン間の超微細相互作用の解明とそれを用いた核スピン偏極の実現を具体的な目標とした。1)については、ハーフメタル強磁性体としてCo系ホイスラー合金のCo2MnSiをスピン源として用いた素子において、Co2MnSi層とGaAs層の間に極薄のCoFe層を挿入することで、スピン注入効率が従来のCoFe層だけを単独に用いた場合に比べ、一桁以上増大することを見出し、スピン注入効率の増大を実証した。2)については、超微細相互作用の大きさを評価するため、偏極した核スピンからの核磁場の大きさをoblique Hanle効果を用いて電気的に検出する手法を確立した。これは、試料面から少し傾けた方向に外部磁場を印加することで、核磁場による電子スピンの歳差運動を検出する方法である。本手法により、GaAs中に注入された電子スピンとの相互作用により偏極した核スピンの外部磁場に対する過渡応答特性を明らかにした。本研究の目的は、強磁性体から半導体への電気的スピン注入を利用し、(1)エレクトロニクス素子の主要構成材料であるGaAsやInGaAsにおける、電子スピンと核スピンに関するダイナミクスを解明すること、(2)核スピンをナノスケールの空間分解能で制御し、かつ、高感度に検出できる素子を創出すること、さらに、(3)核スピンの量子力学的なコヒーレンスを活用した半導体量子情報デバイスの基盤技術を確立することである。平成26年度は主に、1)半導体スピン注入を利用した高効率核スピン偏極の実証2)半導体チャネル中の核磁気共鳴による核スピン操作とその電気的検出を具体的な目標とした。1)では、ハーフメタル性に由来する高いスピン偏極率が期待されるCo基ホイスラー合金のCo2MnSiをスピン源として用いることで、従来よりも一桁以上高い、GaAsへの高効率スピン注入を実現し、さらに、注入された電子スピンにより、その近傍の核スピンを高効率に偏極できることを実証した。核スピン偏極の検出には、核スピンの偏極に伴って発生する核磁場を電子スピンの歳差運動から検出する傾斜ハンル効果測定法を用いた。2)では核スピンの歳差周波数に共鳴した振動磁場を連続的に印加することで、核スピン偏極を消失させ、そのときの核磁場の変化を傾斜ハンル効果測定により電気的に検出した。本手法を用いて、これまでGaAs中の75As, 69Ga, 71Gaに対するNMR信号を検出した。最終年度である平成27年度は、半導体スピン注入技術と核磁気共鳴(NMR)を併用した核スピンのコヒーレント制御の技術を確立し、核スピンを用いた量子ゲート操作の実証を行った。GaAs中の核スピンはいずれもスピン量子数が3/2であるため、外部磁場により4準位系を形成するが、隣接する2つの準位間のエネルギー差に共鳴する振動磁場を照射すると、振動磁場が照射されている間、核スピンはコヒーレントに回転をし続け、その結果、NMR信号はパルス照射時間に対して振動する。この振動はコヒーレント振動(ラビ振動)と呼ばれ、核スピンの量子力学的な重ね合わせ状態の実証となる。試作したGaAs系スピン注入素子において、69Gaの核スピンに対するラビ振動を観測した。これは、スピン注入素子を用いたラビ振動の観測としては世界初の成果である。また、核スピン温度の概念を導入し、核スピンの外部磁場に対する過渡応答を定量的に解析するモデルを確立した。これにより、電子スピン系や格子系、外部磁場と複雑に相互作用する核スピンのダイナミクスを統一的に理解することに成功した。以上により、核スピンの量子力学的なコヒーレンスを活用した半導体量子情報デバイスの実現に向けた重要な基盤技術を創出し、本研究課題の目的を達成した。

半導体中の核スピンは量子力学的な重ね合わせ状態を比較的長く維持することができ,量子計算機の量子ビットとして有望である.本研究では,強磁性体から半導体へのスピン注入を用いた新たな核磁気共鳴(NMR)デバイスを開発した.高いスピン偏極率を有するハーフメタル強磁性体Co2MnSiからGaAsへの高効率スピン注入を実証し,さらに注入した電子スピンを用いて,GaおよびAs原子の核スピンを高効率に偏極できること,および,核スピンに対するNMR操作を電気的に高感度に検出できることを示した.さらに,Ga原子の核スピン準位間のラビ振動を実証し,核スピンのコヒーレント制御にスピン注入素子で初めて成功した.研究実績の概要欄において述べたとおり、H26年度の目標は、1)半導体スピン注入を利用した高効率核スピン偏極の実証2)半導体チャネル中の核磁気共鳴(NMR)による核スピン操作とその電気的検出であり、これらはほぼ達成されたと判断される。27年度が最終年度であるため、記入しない。スピントロニクスこれまでに得られた成果をもとに、今後は、半導体スピン注入技術とNMRを併用した核スピンのコヒーレント制御の技術を確立し、核スピンを用いた量子ゲート操作の実証をめざす。具体的には、共鳴周波数のところに振動磁場の周波数を固定し、磁場の照射時間幅(パルス幅)に対するNMR信号の変化を測定することで、核スピンのコヒーレント振動の検出を行う。GaAs中の核スピンはいずれもスピン量子数が3/2であるため、4準位系を形成するが、それぞれの準位間は四重極子相互作用により等間隔ではない。4つの準位のうちの2つに着目し、これらに共鳴する振動磁場を照射すると、振動磁場が照射されている間、核スピンはコヒーレントに回転をし続け、その結果、NMR信号はパルス幅に対して振動する。この振動をコヒーレント振動と呼び、核スピンの量子力学的な重ね合わせ状態の実証となる。核スピンの場合、コヒーレント振動が消失するまでの時間スケールは一般にミリ秒オーダーであるため、振動磁場のパルス幅の制御は容易であると考えられる。さらに、コヒーレント振動の発現条件を系統的に調べ、先行研究である光学的手法や量子ホール系を用いた手法に対する本手法の優位性を明らかにするとともに、半導体スピン注入を用いた核スピン量子デバイスの構成法について検討する。研究実績の概要欄において述べたとおり、H25年度の目標は、1)ハーフメタル強磁性体からGaAsへの高効率スピン注入の実現2)電子スピンと核スピン間の超微細相互作用の解明とそれを用いた核スピン偏極の実現であり、これらはほぼ達成されたと判断される。物品費の消耗品の購入計画に偏光が生じたため。今年度に得られた成果をもとに、今後は、核スピン偏極の高効率化をめざすとともに、半導体スピン注入を利用した核磁気共鳴(NMR)技術を確立し、NMRを用いた核スピン操作とその電気的検出の実証をめざす。核スピン偏極率の向上のために、最適な材料や素子構造の探索を通じて半導体へのスピン注入効率のさらなる増大を図るとともに、電子スピンと核スピン間の超微細相互作用の大きさを決定付けるキーファクターを明らかにする。NMR効果を実証するため、本年度に確立したoblique Hanle効果測定法を活用し、NMRにより操作した核スピンの状態を計測する。
Lp 関数の定める数列空間の線形性と位相

関数f(≠0)∈Lpの定める新しい数列距離空間(Λp(f), dpf(a,b))を導入しその代数的構造および距離構造について研究した.この数列空間はlpに含まれており,Zygmund型数列空間l2(log l)sをはじめ種々の興味ある空間を実現する.しかし一般にはΛp(f)は線形ではなくまた(Λp(f), dpf(a,b))の数列空間としての具体的な特徴づけは知られていない.本研究ではΛp(f)の線形構造についての知見を深め,数列空間たちΛp(f), Λq(g), lpの包含関係を調べることにより,包含関係から距離不等式が導かれることを見出した.この応用としてルベーグ積分の平行移動のオーダーの評価が得られる.特にp=2の場合に,距離d2f(a,b)の上下からの数列型評価を証明することにより,Λ2(f)の線形性を関数φf(x)=∫[0, x]α2|f(α)|2dα(fはフーリエ変換)のdoubling conditionにより与えることに成功した.関数f(≠0)∈Lpの定める新しい数列距離空間(Λp(f), dpf(a,b))を導入しその代数的構造および距離構造について研究した.この数列空間はlpに含まれており,Zygmund型数列空間l2(log l)sをはじめ種々の興味ある空間を実現する.しかし一般にはΛp(f)は線形ではなくまた(Λp(f), dpf(a,b))の数列空間としての具体的な特徴づけは知られていない.本研究ではΛp(f)の線形構造についての知見を深め,数列空間たちΛp(f), Λq(g), lpの包含関係を調べることにより,包含関係から距離不等式が導かれることを見出した.この応用としてルベーグ積分の平行移動のオーダーの評価が得られる.特にp=2の場合に,距離d2f(a,b)の上下からの数列型評価を証明することにより,Λ2(f)の線形性を関数φf(x)=∫[0, x]α2|f(α)|2dα(fはフーリエ変換)のdoubling conditionにより与えることに成功した.実数上の(自明でない)Lp-関数(1≦p<+∞)fの定める数列空間Λp(f)={(a_n)|Σ_n∫|f(x-a_n)-f(x)|^pdx<+∞}を導入し,その線形構造および位相構造について研究している。平成22年度の研究により以下の結果を得た。(1)関数fが区分的に単調であればΛp(f)は線形空間であることを証明した。この定理はチェックしやすい一般的条件下で成り立ち,有用である。(2)p=2の場合に,Λ_2(f)が線形空間であるための必要十分条件(S1)+(S2)を得た。この条件はfのフーリエ変換で記述される計算可能な式で与えられ汎用性がある。(3)関数のdoubling conditionを任意の非負関数にまで拡張しその判定条件を与えた。本研究の基本的道具となる結果であるが,広く汎用性も期待できる結果である。(4)関数fのフーリエ変換がdoubling conditionを満たしかつ無限遠点で非負であればΛ_2(f)は線形空間であることを証明した。特にfのフーリエ変換が無限遠点で非減少かつ非負ならばΛ_2(f)は線形空間であることが従う。(1)数列空間Λ_p(f)が線形空間であれば(Λ_p(f),d_p^f(a,b))は位相線形空間となる.代数的な線形性から位相的性質,スカラー倍の連続性,が導かれることは興味深い.(2)(3)(4)いずれの場合も自然な埋め込み写像は連続である.f(≠0)∈L_2の定める数列距離空間(Λ_2(f),d_2(a,b))の,外側(内側)近似空間Λ_2,φ(f)(Λ_2,0(f))を導入しそれらの相互関係,線形性,距離位相を研究した.f(α)をfのフーリエ変換,φ(x):=∫_[0,x](αの2乗)(|f(α)|の2乗)dαとする.Λ_2,φ(f):={(a_k)|Σ_k ((a_k)の2乗)(1+φ(1/|a_k|))<+∞}, Λ_2,0(f):={(a_k)|Σ_k ((a_k)の2乗)φ(1/|a_k|)+Σ_k ∫_[1/|a_k|,+∞](|f(α)|の2乗)dα<+∞}とする.距離d_2(a,b)についての重要な数列評価不等式:任意の|t|≦1に対し(d_2(ta,0)の2乗) ≦8[Σ_k ((a_k)の2乗)φ(1/|a_k|)+Σ_k ∫_[1/|a_k|,+∞](|f(α)|の2乗)dα] ≦

9∫_[-1,1] (d_2(ta,0)の2乗) dtを示し,Λ_2,0(f),Λ_2,φ(f)の線形および距離構造に関して以下を得た.これらは本年度の研究計画を実現している。(1)一般的に関係Λ_2,0(f)⊂Λ_2(f)⊂Λ_2,φ(f)⊂l_2が成り立つ.(2) Λ_2,0(f)はΛ_2(f)に含まれる最大の線形部分空間でその距離位相がγ(a,0):=√[Σ_k (|a_k|の2乗)φ(1/|a_k|)+Σ_k ∫_[1/|a_k|,+∞](|f(α)|の2乗) dα]で与えられる.(3) Λ_2,φ(f)が線形空間になるための必要十分条件は関数φ(x)がdoubling condition D(2,φ)<+ ∞をみたすことであり,このときδ(a,0):=√[Σ_k (|a_k|の2乗)(1+φ(1/|a_k|)]は擬距離位相を与える.数列空間Λ_p(f)たちの距離構造とその相互関係を、空間の包含関係と関連付けて解明できた.平成23年度の実施計画通りに進捗している.平成24年3月には少数の専門家グループでミニシンポジウムを開催し,研究の進捗状況を再確認した.24年度が最終年度であるため、記入しない。以下の方策で研究を推進したい.(1)定期セミナー開催(岡崎、佐藤、本田の主研究グループを中心として).現状は毎週火曜日に開催している.(2)内外の研究集会への参加と情報交換.日本数学会、実函数論シンポジウム、IFBFS(九工大主催の国際会議)等への参加を予定している.(3)内外の研究者を招聘し、講演・討論を行う.昨年に引き続きミニシンポジウムを開催予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
不登校から「引きこもり」への移行を予防する早期介入プログラム作成の試み

評価懸念(fear of negative evaluation)とは,「他者からの否定的な評価あるいは否定的に評価されるのではないかという予測に対する不安」と定義される概念である。本研究では,児童生徒が学校場面で感じる評価懸念を低減していくための,スクリーニングを含む介入プログラムの作成を目的とした。まず,児童生徒を対象としたスクリーニングテストを実施し,評価懸念の程度を教師がどの程度正確に把握することができるのかについて検討を行った。その結果,担任する子どもの年齢の上昇にしたがって,評価懸念の程度はとらえにくいものになっていくことが明らかとなった。また,教師の経験年数によらず,子どもの評価懸念という内的な特性を客観的に把握することの難しさと,スクリーニングを早期に実施して児童生徒の自己評価と客観的評価を照らし合わせ,日常の指導を行っていくことの重要性が示された。次に,この研究結果を教師にフィードバックするとともに,学校で教師がどのような支援を行うことができるかについて,実際の事例に対するカンファレンスの機会を設け,検討を行った。また,田上の対人関係ゲームの理論と方法について紹介し,児童生徒が互いを肯定的に評価できるようなプログラムに特に注目し,児童生徒の発達段階に合わせた活動の展開案を作成した。これらの研究結果については,平成20年度に学会発表を行う予定である。さらに,教師が対人関係ゲームプログラムを体験的に学習し,その内容について,参加者としてのプログラム評価を行った。その結果,活動案には評価懸念の高い児童では抵抗を感じる活動が含まれていること,また評価懸念の高い児童と低い児童との間で活動の楽しさにズレが生じるおそれがあること等が明らかとなった。評価懸念の高い児童生徒を担任する教師にとって,集団を対象としながらもより有効で使いやすいプログラみを作成するために,今後は,これらの課題について検討する必要があるだろう。評価懸念(fear of negative evaluation)は,「他者からの否定的な評価あるいは否定的に評価されるのではないかという予測に対する不安」と定義される概念である。本年度は,子どもを対象としたスクリーニングテストを実施し,評価懸念の程度によって児童生徒を分類したうえで,個人が学級での対人関係の持ち方をどう把握しているかや,学級場面におけるストレス等の変数との関連について検討することを目的とした。その結果,評価懸念が高く社交性の低い児童の学校享受感が最も低いこと,また評価懸念が低くとも社会性がともに低い場合には,学校享受感がやや低くなることが明らかとなった。このことから,評価懸念が高い子どもに加え,評価懸念が低くかつソーシャルスキルに課題を抱える子どもに対して介入する必要性が示唆された。なお,これらの研究成果の一部については,平成19年度に開催される学会において発表する予定である。また,評価懸念の高い児童生徒の対人行動特徴を客観的に把握するため,観察法による第三者評定調査および教師に対する半構造化面接法による調査を実施した。その結果,学校における日常的指導場面で教師が肯定的評価を繰り返し行うだけでなく,周囲の級友による肯定的評価をいかに引き出し日常化させるかといったことが課題であることが分かった。さらに,教師は児童生徒の評価懸念の性差(男子<女子)については正確に認識しているものの,担任する子どもの年齢の上昇にしたがって,評価懸念の程度はとらえにくいものになっていくことが明らかとなった。なお,これらの結果の一部については,平成19年3月に発表を行っている。
両親媒性物質の結合による生体モデル高分子の構造形成

研究実施計画に基き、生体モデル高分子としてポリーLーオルニチンを、また合成高分子電解質としてポリビニル硫酸塩を用い、膜電極法、円二色法、蛍光プロ-ブ法により以下の研究を行なった。1.ポリーLーオルニチン塩酸塩デシル硫酸イオン系について、結合等温線並びに円二色性に及ぼす添加塩効果を調べ、結合度とヘリックス含量間の関係を明らかにした。その結果、結合度ーヘリックス含量曲線の規則的添加塩濃度依存性は、協同結合に対する線型格子モデル並びにポリペプチドのコイルーヘリックス転移理論に立脚した理論により、定量的に説明できる事を明らかにした。2.短鎖アルカンスルホン酸イオンを対イオンとするポリーLーオルニチン系について、デカンスルホン酸イオン並びにデシル硫酸イオンの結合等温線及び円二色性を測定し、協同結合性並びにコンホメ-ション変化に及ぼす有機対イオンの効果について研究した。その結果、(1),結合の協同性は対イオン炭素鎖長の増大とともに急激に低下し、高分子鎖上に混合クラスタ-の形成が起こる事を示した。(第43回コロイドおよび界面化学討論会(香川大学)で発表)(2),ヘリックス形成度は・対イオン炭素鎖長には関係なく対イオン、両親媒性イオン、ポリペプチドから成る錯体の全体としての疎水性により定まる事を見出した。(Bull.Chem.Soc.Jpn.に投稿中)3.ポリビニル硫酸に対するドデシルトリメチリアンモニウムイオンの協同結合性、並びにクラスタ-内の微視的極性、に及ぼす高分子電荷密度及び添加塩の効果について研究した。その結果、添加塩濃度には関係なく、結合の協同性は電荷密度の減少とともに急激に低下し、またクラスタ-内の極性はミセル内の極性に近い事を明らかにした。(第43回コロイドおよび界面化学討論会(香川大学)で発表)研究実施計画に基き、生体モデル高分子としてポリーLーオルニチンを、また合成高分子電解質としてポリビニル硫酸塩を用い、膜電極法、円二色法、蛍光プロ-ブ法により以下の研究を行なった。(第43回コロイドおよび界面化学討論会(香川大学)で発表)
口腔扁平上皮癌に対する放射線治療におけるフッ化ピリミジン系経口抗癌剤併用の意義

本研究では、in vitroならびin vivoヌードマウスモデルを用いてフッ化ピリミジン系抗癌剤TS-1と放射線(RT)の併用療法の抗腫瘍効果発現のメカニズムの解析を行った。血管新生キット(クラボウ)を用いて血管内皮細胞を5-FU(1-10μg/ml),ギメラシル(1-5μg/ml),オテラシル(1-5μg/ml)あるいはRT(2-5Gy)単独処理または併用処理し、血管新生への影響を検索したところ、ギメラシル,オテラシルには血管新生抑制作用は見られず、RTは軽度血管新生抑制作用が見られ、5-FUは濃度依存的に著明な血管新生抑制作用が認められた。ただし5-FUとギメラシルの併用は、それぞれ単独の場合より血管新生抑制作用は顕著であり、さらに5-FUとRTの併用は、それぞれ単独の場合より血管新生抑制作用は顕著であった。また5-FUとギメラシルとRTの併用は、5-FUとRTの併用よりも著明な血管新生抑制作用を示した。次に口腔扁平上皮癌細胞B88をヌードマウス背部皮下に移植した後、TS-1(10mg/kg/day,3週間連日経口投与)とRT(1.5Gy/day,5回/週,3週間照射)をそれぞれ単独または併用にて治療したところ、併用療法にて有意な抗腫瘍効果が見られ、この際免疫組織染色にて残存腫瘍におけるDNA二重鎖切断修復関連因子Rad50、Ku70、Ku86、DNA-PKcsの発現の減弱が検出され、CD34陽性細胞(血管内皮細胞)数が減少した。さらにTUNEL法にてDNA断裂した腫瘍細胞が有意に増加した。以上より、TS-1とRTの併用効果は、Rad50ならびにDNA-PKcs複合体を介したDNA二重鎖切断修復機構の抑制による放射線増感効果と血管新生抑制作用により、強力な抗腫瘍効果を発現している可能性が示唆された。
数万端末競合環境を実現するバッテリレスＭ２Ｍネットワーク

多種多様なシステム要求条件(数百台から数万台に及ぶ端末数、数kbit/sから数Mbit/sに及ぶ伝送速度、エナジーハーベストからマイクロ波による給電等)を持つすべての監視制御アプリケーションの要求を、統一的に一つの無線ネットワークで満足するMachine-to-Machine(M2M)ネットワークを構築するため、マイクロ波電力伝送と無線LANデータ伝送の共存が可能な条件の明確化及び共存方式、大規模M2Mネットワークのための同時通信数制御の提案に加え、応用研究としてスマートグリッドの解析手法、予測的ミリ波通信制御の提案を行った。アクセス制御として無線LANと同様にCSMA/CAを想定する。通信距離を1km程度とする場合、1世帯1端末を仮定すると都市部では通信範囲内に数万台オーダの端末が共存する可能性がある。これらが同時に通信を試みると衝突により通信完了までの時間が著しく長くなることが懸念され、同時送信数を抑える必要がある。CSMA/CAにおける同時通信数制御を行うために仮想的な時間グループを複数個設け、パケット衝突確率を制御する方式を提案し、IEEE 802.11規格に定められた通信手順から逸脱することなく、分散制御のまま、仮想グループ化を実現した。バッテリレス無線端末に対する給電方法としてマイクロ波給電を行う際、通信との間で干渉が発生しうる。給電と通信の時間的なスケジューリングを提案し、実験により正しく動作することを確認した。本研究ではナローバンドマスアクセスのためのアクセス制御と、バッテリレス端末の駆動方式という大きく二つのターゲットについて検討を行う。アクセス制御については、無線LANと同様にCSMA/CAを想定する。通信距離を1km程度とする場合、1世帯1端末を仮定すると、都市部では通信範囲内に数万台オーダの端末が共存する可能性がある。特に平成25年度は、同時通信数制御方式について、平成24年度に必要性が確認された上位層であるTCPも含めた計算機シミュレーションによる評価を行い、同時通信数制御方式の効果の高いシナリオを明らかとした。バッテリレス無線端末に対する給電方法としては、電波暗室において実験を行った。周波数並びに時間的に直交動作させた際に、無線LANのオートレート制御やアソシエーション制御などとの兼ね合いで、所望のスループット特性がでない場合がある問題を明らかとした。また、平成24年度に理論・計算機シミュレーションにより検討した給電・通信スケジューリングを実装し、所望の動作が行われていることを確認した。特に、同時通信数制御方式について、平成26年度は、平成25年度に確認された同時通信数制御方式の効果が高いシナリオにおいて性能低下する場合があるという問題を、ネットワークシミュレーションを用いて明らかにした。さらに、問題点を解決する手法を提案し、ネットワークシミュレーションにより性能改善を確認した。平成25年度に明らかとしたマイクロ波給電と無線LANのオートレート制御との兼ね合いで、所望のスループット特性がでない場合がある問題に対する解決策を提案した。また、光給電とマイクロ波給電という複数給電源を用いる際のスケジューリング方式を確立し、実験的にその動作を確認した。本研究ではナローバンドマスアクセスのためのアクセス制御と、バッテリレス端末の駆動方式という大きく二つのターゲットについて検討を行った。アクセス制御については、24台(基地局10台、端末14台)のテストベッドを構築し、提案方式の特性を測定した。今年度は新たにポテンシャルゲームという非協力ゲームになるクラスのチャネル割当方式を提案した。本方式は分散的に実行したとしても収束性が数学的に保証されている。シミュレーション及びテストベッド実験により、高負荷時の提案方式の有効性及び収束性が確認された。バッテリレス端末に対する給電方式に関しては、特に無線LANのデータレート制御に起因して、給電後に無線通信の伝送速度が低下する問題を解決し、実験的に有効性を確認した。本方式は、伝送速度の低下という通信品質の劣化が、給電電波にさらされていることによるものか否か(exposure assessment)を、マイクロ波を電力に変換するレクテナの出力を用いて判別する機構を用いたものであり、誤り原因分類に基づく(loss differentiated)方式と言える。また、本研究結果の新たな展開として、第5世代移動通信のための通信方式の一つとして注目を浴びるようになったミリ波通信の事前制御の初期検討を行った。これは、通信品質劣化要因を別のセンサによって予測しておき、品質劣化が起こる前に通信制御を行うものである。特にカメラを用いて人体遮蔽と呼ばれるミリ波特有の品質劣化要因を予測するシステムを開発し、初期的な結果を得ている。

多種多様なシステム要求条件(数百台から数万台に及ぶ端末数、数kbit/sから数Mbit/sに及ぶ伝送速度、エナジーハーベストからマイクロ波による給電等)を持つすべての監視制御アプリケーションの要求を、統一的に一つの無線ネットワークで満足するMachine-to-Machine(M2M)ネットワークを構築するため、マイクロ波電力伝送と無線LANデータ伝送の共存が可能な条件の明確化及び共存方式、大規模M2Mネットワークのための同時通信数制御の提案に加え、応用研究としてスマートグリッドの解析手法、予測的ミリ波通信制御の提案を行った。当初は太陽電池等を用いた模擬的な実験のみの計画であったが、電波をエネルギーに変換するレクテナを実際に用いて実験を行っていることから、当初計画以上に進展していると結論できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。無線ネットワークアクセス制御については、多数基地局・端末によるテストベッドを用いた評価を行う。マイクロ波給電と無線LANのオートレート制御については実験的検討を進める。当初模擬的に作成する予定であったバッテリレス無線端末について、実際にマイクロ波給電を行うプロトタイプが作成できたため、当初の計画以上に進展していると言える。平成25年度は、給電・通信スケジューリングの実装上の問題を明らかとすることとしていたが、特に平成24年度に新たに導入したレクテナを用いた際の問題を明らかにする。非給電区間をさらに短くし、給電効率を高めるほか、光発電とマイクロ波電力伝送など、複数の給電手法の併用方法を検討する。