hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強化学習を用いた進化論的生物型ロボットの行動形態獲得の研究

強化学習を用いて人工生物型ロボット行動獲得を分析し、進化論的な観点からの考察を行おうとしたものである。昆虫、爬虫類、哺乳類と対称を変化させながら検討をすすめ、昆虫と爬虫類の比較では、脊椎がエネルギ効率の良い前進行動の獲得と密接な関係があることを明らかにし、哺乳類では行動の対称性がエネルギ効率の良い行動形態を少なくしていることを明らかにした。また、マルコフ性が保証されない大車輪ロボットを対象にし、確率的な挙動を可視化する手法を考案し、各種報酬と大車輪成功の関係を解明した。次に、人間が与える主観報酬は過去から未来への予測ができるので、現在のみに起因する客観情報よりも良い結果を与えることを示した。今年度は、生物ロボットの行動形態については、静的な運動から動的な運動に研究対象を変化させ、Hoytらが馬の移動形態で示した速度によって移動モードが異なる現象を強化学習で実現できるかを解明した。対象として哺乳類を想定して4足とし、組合せの爆発を防ぐために限定した状態数を用いてシミュレーション実験を進めたが、速度によって移動モードが変化する現象を再現させることができ、強化学習の枠組みの中で移動モード変化が可能なことを明らかにした。この結果は、Hoytらの馬で行動形態の変遷をうまく実現した結果である。強化学習の客観報酬ではなくて、人間が評価をした主観報酬を用いると、どのような特徴が出てくるかに興味を持ち、イモムシロボットの最大前進移動量を獲得する行動形態に着目して解明を進めた。同一条件の比較を行うと、主観報酬を用いた方がより大きい前進移動量を獲得できた。この原因を解明すると、人間は一連の動きを予想して評価をしているようであり、人間が高い評価を与えた行動形態の主観報酬を客観報酬に組み込むと、前進移動量が大幅に改善されることを明らかにした。また、強化学習を用いた大車輪ロボットの運動については確率挙動が支配的であることを解明し、学習が収束した学習知識を用いても確率的挙動が残り、初期値の変動によって大車輪運動が実現できない確率が存続することを明らかにした。さらに、赤ちゃんが立つ現象を再現するために、強化学習を用いて人間の直立安定性の研究を始めたが、倒れる現象を体内感覚に置き換えることでロバストな安定性を保持しているような研究結果が得られた。最後に、マニピュレータ・ハンドシステムで対象物を把持しながら、仮想のインピーダンスを実現する内力外力分離型インピーダンスおよびアドミッタンス制御手法を確立した。今年度は昨年度に引き続き、強化学習に人間の主観報酬を用いて、イモムシロボットが最大前進行動距離を獲得する行動形態について検討を進めた。報酬の大きさを同一条件で比較すると、センサから与えられる客観報酬よりも、このロボットの運動を良く熟知した人が与える報酬から得られる行動形態はより大きな前進距離を獲得した。この理由は、人間は生物の行動から類推して、より前進行動が得られる姿勢に着目して主観報酬を与えており、人間の主観報酬の多様性を明らかにすることができた。次に、マルコフ性を保証できない大車輪ロボットの強化学習では確率的な挙動に支配されるが、この確率的な挙動は行動分析には困難である。そのため、学習回数とともに、前回り後回りの成功確率と失敗確率を図面に可視化し、その学習回数と回転確率の変化パターンから行動形態の分析を行った。エネルギ報酬、ロボットの姿勢報酬を複数用いて検討をしたが、この手法を用いるとそれぞれの報酬の特徴が解明され、運動エネルギ報酬が最も回転を実現しやすい事を明らかにした。強化学習を用いた生物ロボットの動的な行動形態の獲得については、エネルギ最少で前進行動を最大化する報酬を用いた行動形態を学習させると、Hoytらの示した離散的な移動モード以外でも報酬が最少化する行動形態が得られた。これは、生物では行動の対称性が必要とされるが、生物ロボットの場合は行動の対称性という束縛がないので、非対称行動も獲得可能であり、生物とは異なる行動形態が獲得されることを明らかにした。最後に、マニピュレータ・ハンドシステムの研究では、仮想剛性で対象物を把持する手法でのインピーダンス制御およびアドミッタンス制御の比較検討を行い、その特徴を解明した。状態空間分割を用いた強化学習の枠組みを用いると、設計者が周期情報を与えなくても、強化学習の時系列的な評価関数構造から、生物型移動ロボットが自律的に静的な行動形態の獲得が実現できる手法を用いて、脊椎動物と無脊椎動物を対象に生物進化の道を辿ってみた。具体的な対象としては、6足の昆虫タイプ、4足の爬虫類タイプ、および4足で脊椎の自由度がない爬虫類タイプの前進行動獲得の検討を行った。前進距離を報酬として行動形態を学習させると、6足の昆虫タイプは昆虫の同様な、4足の爬虫類タイプはヤモリと同様な行動形態を獲得した。

エネルギ効率の観点から比較すると、脊椎有4足爬虫類タイプは約20%のエネルギ改善が認められ、脊椎を前進行動に利用することでエネルギ効率の改善が図れることを明らかにした。続いて、前進距離の最大化とエネルギの最小化を図る報酬を用いて学習を行うと、単位時間当たりの前進距離が変化してもエネルギ効率の殆ど変化しない結果が得られ、Hoytらが指摘した馬の歩行モードによってエネルギ効率が変化しない結果を低速度領域で示すことができた。また身体性については、6足の昆虫型ロボットの脚の位置について検討をした。前脚、中間脚、後ろ脚の間隔が等間隔の場合と、後ろ脚が前脚及び中間脚と離れた位置にある場合の歩行形態を比較し、等間隔ではバタフライ歩行形態、後ろ脚の位置が後ろにある場合は交互型の昆虫のような歩行形態が出現することを明らかにした。また、前進距離も交互型歩行形態の場合が最も大きく、後ろ脚の位置が後方にずれているカブト虫の歩行形態と身体性と類似の結果が得られた。強化学習を用いた大車輪ロボットの行動獲得の研究については、学習知識の選択性について、前回りと後ろ回りの混在する学習知識に、それぞれの方向の確率が増加する学習アルゴリズムを開発し、実システムに適用した結果大幅に向上させることができた。以下に示す理由から、上記の評価ができる。生物型ロボットの行動形態の獲得については、問題点はHoytらの行動形態のモード変換を強化学習の枠組みで実現出来るかどうかであったが、これを実現できる結果を獲得したことは大きな進歩である。強化学習の報酬として、人間があたえる主観報酬と評価関数から与えられる客観報酬の比較を、イモムシ型ロボットの前進行動の獲得を対象にして行ったが、主観報酬の方が良い結果が得られ、当初の想定どおり人間の報酬はより上位の情報を含んでいる結果が得られた。強化学習の大車輪運動の獲得については、実験結果を確率挙動として扱うと、その全体像を解明できること、強化学習を用いた人間の直立安定性については、学習シミュレーションで人間は(倒れる/倒れない)の報酬ではなく、体内感覚の連続量を使っていることが示唆される結果が得られたことは、次のステップに進む大きな進歩である。マニピュレータ・ハンドシステムでは、物体把持をした時の内力外力のインピーダンス制御手法をインピーダンス制御およびアドミッタンス制御で実現できたことは、大きな進歩といえる。(1)生物型ロボットの行動形態の獲得については、6足の昆虫型ロボットおよび4足のヤモリ型ロボットを対象にして前進距離最大化報酬および前進距離最大化+消費エネルギ最小化報酬を用いて、その行動形態の解明を行う。この問題については、研究実績概要に示すように、実際の昆虫およびヤモリの行動形態の類似性、4足のヤモリ型ロボットについては、脊椎有無のエネルギ効率、前進距離最大化+消費エネルギ最小化報酬を用いれば、歩行形態が変化してもエネルギ効率は変化しないという哺乳類の歩行形態とエネルギと似た関係が得られ、この問題については充分な達成度を確保できた。(2)身体性と行動形態の解明を6足の昆虫型ロボットで行う。この課題も実績概要で触れたが、前脚、中間脚、後ろ脚の間隔によって歩行形態が変化し、昆虫タイプのように後ろ脚が離れていると最も大きな前進移動距離が獲得できることを明らかにしたが、この問題は奥が深く、今後も検討課題として残ると考える。
自己制御の実行機能としてのワーキングメモリキャパシティ

ワーキングメモリキャパシティ(Working memory capacity; WMC)は注意制御能力の個人差である。本研究では、WMCが自己制御に及ぼす影響について検討した。その結果、WMCが日常生活における先延ばし傾向や失敗傾向の低さと関連していること、WMC高群は低群よりも思考抑制時の侵入思考が少ないこと、自我枯渇後の自己制御課題の成績が高いことが示された。さらに、WMCが意識的な自己制御だけではなく非意識的な自己制御過程を支えている可能性が示唆された。自らの認知や行動を望ましい状態に維持しようとする自己制御は、適応的な社会生活を営む上で欠かすことのできない心理プロセスである。また、人間の様々な認知活動を支えている動的な記憶システムであるワーキングメモリは、効果的な自己制御の遂行において重要な役割を果たしていると考えられる。そこで、本研究では、ワーキングメモリには容量制限の個人差があることを踏まえて、自己制御を支えているワーキングメモリキャパシティの役割を明らかにすることを試みた。近年の研究から、自己制御は意識的過程だけではなく、意識を必要としない自動的な過程に依存していることが明らかとなり、達成目標をプライミングされた参加者は後続の課題において統制群よりも高い成績を示すことなどが示されている。本研究ではこれらの知見を踏まえて、非意識的な自己制御におけるワーキングメモリキャパシティの個人差の影響を検討した。ワーキングメモリキャパシティ高群と低群に対して、乱文構成課題を用いて、非意識的な目標(達成プライミングvs.誘惑プライミング)をプライミングし、その後の課題遂行成績を比較した。分析の結果、誘惑プライミング条件よりも達成プライミング条件において課題遂行成績が高いという効果が、キャパシティ高群において認められることが明らかとなった。非意識的な自己制御においても、制御目標の活性化とその維持においてワーキングメモリが関与している可能性が示唆された。プライミングによって発動する非意識的な自己制御行動は、これまで意図や意識を必要としない自動的過程に支えられていると考えられてきた。意識の構成要素のひとつであるワーキングメモリが、非意識的な自己制御行動を左右するという本研究の結果は、自己制御における自動的過程と統制的過程の協働について検討する上で興味深い知見であると考える。本研究の目的は、ワーキングメモリキャパシティと自己制御の関連性を明らかにすることである。自己制御における目標追求は「発動」、「操作」、「モニタリング」の3つの構成要素から成り立つ。本年度は目標操作に焦点を当てた検討を行った。目標操作とは、到達したい目標に向けて人々が行う追求活動を指す。これまでの研究から、自己制御を求められる課題に従事する前に、困難な課題を行うことにより自我消耗が生じた場合、その後の無関連な自己制御が失敗することが報告されている。このような後続の自己制御の失敗は自己制御の事後効果と呼ばれている。これらの知見を踏まえて、ワーキングメモリキャパシティの個人差が自己制御の事後効果に及ぼす影響について実験を行った。ワーキングメモリキャパシティを測定した3か月後に事後効果に関する実験を実施した。思考抑制課題を実施し、自我消耗を操作した後、エラー検出課題に回答を求めた。分析の結果、思考抑制あり条件の参加者は思考抑制なし条件の参加者よりも侵入思考数が多く、疲労も感じていたが、エラー検出課題の成績に差は認められなかった。よって、本研究では自己制御の事後効果が確認されなかったといえる。しかしながら、ワーキングメモリキャパシティ高群は低群よりも、後続のエラー検出課題成績が高いことが示された。さらに、ワーキングメモリキャパシティの個人差と日常的な自己制御行動の関連性について調査研究を実施した。その結果、ワーキングメモリキャパシティの低さが衝動的な失敗や後悔と関連性があることが明らかとなった。これらの結果を踏まえて、ワーキングメモリキャパシティが自己制御の目標操作に及ぼす影響について考察を行った。日常生活における自己制御は、食べたいものを我慢した後で勉強をするなど、継続的に行うことが求められる。自己制御の資源モデルによれば、自己制御資源は筋肉の疲労のように消耗するため、自己制御を行った後に行われる自己制御は失敗すると予測される。平成26年度に、ワーキングメモリキャパシティの個人差が自己制御の事後効果(後続の自己制御の失敗)に及ぼす影響について検討したところ、自己制御資源の消耗とワーキングメモリキャパシティの個人差が後続の自己制御課題成績に及ぼす影響は見いだされなかった。後続の自己制御課題としてエラー検索課題を用いていたが、エラー検索には自動的な過程が主に関与していた可能性が考えられる。自己制御資源の消耗は自動的過程よりも統制的過程に影響を及ぼす可能性が指摘されていることから、本年度は後続の自己制御課題として、統制的な認知処理が求められる読解課題を設定し検討を行った。その結果、昨年同様に自己制御資源の消耗とワーキングメモリキャパシティの個人差が後続の自己制御課題(読解課題)及ぼす影響は認められなかった。しかしながら、自己制御資源の消耗のために行った思考抑制課題において、ワーキングメモリキャパシティ高群は低群よりも、効果的な思考抑制が可能であることが示された。このような結果から、ワーキングメモリキャパシティと自己制御において消費される資源は質的に異なっている可能性があること、ワーキングメモリキャパシティはある時点で行われる自己制御の効果を左右するが、連続的に行われる自己制御の帰結にはワーキングメモリキャパシティ以外の異なる変数が関与している可能性が考えられる。

その結果、WMCが日常生活における先延ばし傾向や失敗傾向の低さと関連していること、WMC高群は低群よりも思考抑制時の侵入思考が少ないこと、自我枯渇後の自己制御課題の成績が高いことが示された。さらに、WMCが意識的な自己制御だけではなく非意識的な自己制御過程を支えている可能性が示唆された。本年度は自己制御における目標操作に焦点を当てた研究を実施した。これらの研究を通して、ワーキングメモリキャパシティと自己制御の関連性について一定の知見が得られたことから、おおむね順調に研究が推移していると判断した。社会心理学自己制御における目標追求は「発動」、「操作」、「モニタリング」の3つの構成要素から成り立つ。平成27年度は、これまでに行った「発動」および「操作」における研究結果を踏まえて「モニタリング」に焦点を当てた検討を行う。また、得られた研究成果について随時、国際学会などで発表を行う予定である。本研究の目的は自己制御を支えているワーキングメモリキャパシティの役割を明らかにすることである。これまでに、ワーキングメモリキャパシティの測定、プライミング操作と課題の実施、事後調査という3回にわたる研究を実施した。その結果、ワーキングメモリと自己制御の関連性について一定の知見が得られたことから、おおむね順調に研究が推移していると判断した。自己制御は、制御目標の「発動」、「制御」、「モニタリング」という3要素から構成される。これまでの研究は主に制御目標の「発動」に焦点を当てていた。今後は、研究結果の再現を測ると同時に、ワーキングメモリと制御目標の「操作」と「モニタリング」の関連性について検討を行う予定である。ワーキングメモリの測定方法、自己制御課題などの改善を行いながら研究を実施し、得られた成果をすみやかに公開していきたいと考える。
居住空間内物体・人物統合認識に基づく親和的情報空間の高度化

本研究プロジェクトの目標は,居住空間の適当な位置に設置した複数台のPCおよびこれらに接続された民生用ビデオカメラを用いて,並列分散画像認識を行うことにより,所在人物や環境変化などの状態認識を行うことにあるこのために,まず初年度に,カメラ間の幾何学的な位置関係の把握とシーンの状態記述を行うための明度特徴分布の推定を行うための基盤的なソフトウェアモジュールを開発し,次年度に3次元空間の把握,背景領域と人物領域の分離,人物状態の把握,および状態認識結果の表示を行うためのソフトウェアモジュールを構築,最終年度は鹿児島大学工学部情報工学科の実験室内に設置したカメラ群,及び自律移動ロボットに搭載した無線カメラから得られる映像シーンを用いた性能評価実験,という手順で進めた.以上の研究から得られた成果を論文4件,口頭発表30件に纏め,発表を行った本研究プロジェクトの目標は,居住空間の適当な位置に設置した複数台のPCおよびこれらに接続された民生用ビデオカメラを用いて,並列分散画像認識を行うことにより,所在人物や環境変化などの状態認識を行うことにあるこのために,まず初年度に,カメラ間の幾何学的な位置関係の把握とシーンの状態記述を行うための明度特徴分布の推定を行うための基盤的なソフトウェアモジュールを開発し,次年度に3次元空間の把握,背景領域と人物領域の分離,人物状態の把握,および状態認識結果の表示を行うためのソフトウェアモジュールを構築,最終年度は鹿児島大学工学部情報工学科の実験室内に設置したカメラ群,及び自律移動ロボットに搭載した無線カメラから得られる映像シーンを用いた性能評価実験,という手順で進めた.以上の研究から得られた成果を論文4件,口頭発表30件に纏め,発表を行ったオフィスや個室などの居住空間に設置した複数台のPC・民生用ビデオカメラに実装した画像状況理解モジュールの協調,および人物の動作(特に環境に存在する物体との干渉)に着目することによる人物・環境の状態認識,という新たな2つの視点を導入することにより,少子化・高齢化・自動化の進む21世紀社会において不可欠となる高度なマンマシンコミュニケーションを実現するための親和的情報空間プロトタイプ実現を行なうために,平成18年度は,以下の2つの基盤的な研究を並行して進め,画像入力用ビデオ・カメラシステム,並列分散画像認識用計算機(PC)システム上に実装を行った.(1)複合的なモデル照合を行うことによる,居住空間内物体認識技術の開発従来から親和的情報空間構築のための基礎技術として開発してきた基盤の上に立ち,観測用カメラ映像から求めた形状情報・画像明度情報に対して,個々の物体の形状モデルおよび物体間の関係性モデルを複合的に照合することによる物体認識を行うことにより,居住空間に存在する物体の種別・位置・姿勢情報を自動認識する技術を開発した.この技術をVC++によるプログラムとして実装し,情報工学科実験室3内におけるPC,モニタ,机などが複数存在するシーンにて検証実験を行い,有効性を確認した.(2)シーンに出現する移動物体の長時間追跡・特徴解析による,統合的個人識別技術の開発従来から親和的情報空間構築のための基礎技術として開発してきた基盤要素技術の上に立ち,シーン中に出現する複数の人物を長時間追跡しつつ個人識別に必要な特徴の並列的抽出を行い,統合認識を行うことにより,肉体的・心理的負担の無い状況で個人識別を行う技術を開発した.この技術をVC++によるプログラムとして実装し,情報工学科実験室3,71号講義室など,複数の人物が出入りするシーンにて検証実験を行い,有効性を確認した.H19年度は以下の2つの基盤的な研究を並行して進め,並列分散画像認識用計算機システム上に実装した.(1)複合的なモデル照合を行うことによる,居住空間内物体認識技術の開発従来から親和的情報空間構築のための基礎技術として開発してきた基盤の上に立ち,観測用カメラ映像から求めた形状情報・画像明度情報に対して,個々の物体の形状モデルおよび物体間の関係性モデルを複合的に照合することによる物体認識を行うことにより,居住空間に存在する物体の種別・位置・姿勢情報を自動認識する技術に関する基本的な検討を行なった.また情報工学科実験室3内におけるPC筐体の3次元モデルを自動的に構築する実験を行い,基本的な有効性を確認した.(2)特定人物の動作・表情変化解析による,人物内部状態推定技術の開発親和的なコミュニケーションを適切に実現するためには,居住空間に存在する人物の内部状態を推定し,この推定結果に応じて適切なコミュニケーション内容を呈示する必要がある.このため,親和的情報空間構築のための基礎技術として開発してきた,移動物体追跡技術,移動物体の特徴解析による人物顔領域抽出技術,等の基盤要素技術の上に立ち,シーン中に存在する人物の動作・表情変化を随時検出・解析することにより,肉体的・心理的負担の無い状況で内部状態を行う技術の基礎検討を行なった.脳波をリファレンスとして用い,"快・正常・不快"の3状態を自動識別する実験を行い,基本的な有効性を確認した.親和的情報空間の自動構築・保持・更新に関わる分散視覚処理モジュールとして,平成20年度は平成1819年度に構築した居住空間内物体3次元モデル自動作成エージェント,居住空間内物体認識エージェント,人物内部状態推定エージェント,統合的個人識別エージェント等のプロトタイプ試作の発展的改良を行い,Visual C++で記述されたソフトウェアモジュールとして,PCを結合したシステム上に実装した.さらに,鹿児島大学工学部情報工学科の実験室内(天井部,PC前・上)に設置したカメラ群,及びに平成15年度に購入した自律移動ロボットに搭載した無線カメラから得られる映像シーンを用いて性能評価実験を行った.

このシステム構築の一環として,オプティカルフロー解析による障害物の危険性自動判別技術,移動人物追跡処理により逐次得られる複数の特徴量を基にベイジアンネットワークの枠組みを用いて統合認識することによる分散協調型人物識別技術,人物を見失った状況において,自己位置推定と対象物位置予測を行うことによる人物自動追尾ロボット視覚技術,口部周辺の明度分布パターンに部分空間法を適用することによる発音自動認識技術,明度ヒストグラム分析と特徴分析を統合的に用いることによる投稿ビデオ一致性自動判定技術などを開発し,評価実験により有効性を確認した.以上の研究成果を,技術論文2編,国内シンポジウム発表1件,研究会発表4編,全国・支部大会発表8編に纏め,公表を行った.
介護職員の就労意欲の向上にむけた介護現場の条件を探る―施設特性からの影響―

介護職員の就労意欲の向上にむけた介護現場の条件を探るために,特別養護老人ホームの介護職員に意識調査を実施した.その結果,「仕事のやりがい感」「就労継続意識」は,年齢を重ね,実践力を培うことによって有意に高まることが示唆された.介護職員の就労継続意識を維持・向上させるためには,単なる施設形態・構造による影響だけではなく,介護現場の組織・運営力が重要である.今後は,職場内サポートのあり方を具体的に検討していくことを課題とした.本研究は、特別養護老人ホームにおける今後のケアのあり方を、介護職員の就労意欲に焦点をあて施設特性からの影響について探るものである。平成25年度は、蘇(2007)の有能感尺度を参考に作成した質問紙項目を再検討し、関東地方の特別養護老人ホームの介護職員の仕事意欲(有能感)について調査を実施し、介護職の仕事継続の魅力・やりがい感を探ることを目的とした。調査対象は、協力を得られた13施設の介護職員の内、1施設50100%の割合で協力依頼し、ほぼ100%の回収率だった。調査票の回収は無記名で行い、回収の際には本人が密封した封筒に入れ、施設の調査担当者に提出し、施設単位で4週間後に回収した。調査時期は、2013年8月1日2013年12月20日である。調査項目は、蘇らの有能感尺度15項目に5項目を追加した項目、満足感・やりがい感項目について5件法とした。仕事継続のやりがい感に関する自由記述、並びに勤務歴、教育背景等の属性項目とした。その結果、介護福祉士有資格者の仕事意欲(有能感)は専門職性に関する項目について、資格無者と比較し有意に高かったが、やりがい感・満足感は有意に低い結果となった。介護福祉士有取得者の能力が発揮され、仕事継続のやりがい感につながることがケアの質を担保する上で重要だと考える。介護福祉士資格取得ルートは多様であり、勤務年数や介護職歴なども併せて介護職員の仕事継続のやりがい感の自由記述から詳細な分析を試み、今後の人材育成に役立てたい。また、個室・ユニット型施設の前進であるグループホームにも同様な方法で質問紙調査を依頼した。5ヶ所の施設介護職員(83名)に協力を得た。更に、今後の日本における特別養護老人ホームのあり方を検討する上で、隣国韓国において先進的な取り組みをしている施設介護職員に質問紙調査(40名)並びに人材育成の現状聞き取り調査を行った。特別養護老人ホームにおける介護職員の仕事継続意識に焦点をあて,仕事継続に影響を及ぼす要因を探ることを本研究の目的とした.平成25年度の調査では,関東地域の20か所の特別養護老人ホームの介護職員の仕事への意識調査を中心に実施した.その結果,勤務年数や介護福祉士資格の有無によって仕事のやりがい感や継続意識に有意差が見られた.平成26年度は,平成25年度の調査結果を踏まえ,対象データの偏りを修正するために,ユニット型施設に依頼し追加調査(3施設)を実施した.また,先駆的な取り組みをしている施設として,韓国の長期療養保護施設(特別養護老人ホーム)に訪問し,施設運営,システム等について管理者や療養保護士に直接面接調査を行った.韓国は,日本と同様に介護職員の高い離職率が問題となっている.しかし,韓国では,介護サービスの質の確保のために,利用者がサービスの水準等を踏まえながら優秀機関を選択でき評価制度が導入されている.そのため,A級機関として評価された施設の療養保護士に同様な仕事への意識調査を行った.その結果,仕事への肯定的な意識,満足感に関しては,勤務年数,年齢,療護保護士の取得資格の背景により違いが見られた.また、面接調査から,療養保護士は職場内研修に積極的に参加し,地域住民へのサポートを行なっていた.そして,介護の仕事にやりがい感を強く持っていた.以上より、介護職の個別性を重視した職場内サポートが重要であり,多職種連携のもと地域住民との協力体制づくりが介護職員の意欲を高め,サービスの質を高めるものと推測された.研究成果としては,第21回日本介護福祉学会,第56回日本老年社会科学会,第8回日本自立支援介護学会等で口頭発表し,韓国療養保護施設の調査結果については大学紀要に論文発表した.平成27年度は,これまでの調査結果を基にして,1特別養護老人ホームの介護職員の就労継続理由から職場内サポートのあり方を検討した.就労継続意識を「とてもそう思う(5点)」から「全くそう思わない(1点)」の5件法で答えてもらい,就労継続意向群「継続したい」「できれば継続したい],離職意向群「継続したくない」「できれば継続したくない」,中間群「何とも言えない」に分類した.また,『就労継続意向群』『離職意向群』の自由記述を階層的クラスター分析を行い,属性との関連を考察した.その結果,『就労継続意向群』は6割を占め,年齢と勤務年数で有意差が見られた.『就労継続意向群』は「体力継続型」「経験適職型」「充実実感型」「愛着継続型」の4クラスターに分類された.『離職意向群』は「心身消耗型」「待遇要求型」「疲労困憊型」の3クラスターに分類された.介護職員は,年齢や勤務年数等の要因により,健康面や生活への不安等を感じる.職場内サポートが「やりがい感」や「就労継続意識」を高めることから,適切にスーパーバイズを受ける仕組みや上司の技量を高める体制づくりを検討していくことを課題とした.

2本研究結果を踏まえ,労働環境の改善を含めた職場内サポートのあり方を検討していく必要性を課題とし,介護職員からインタビューを行なった.離職率の低い施設に勤務している勤務1年未満の新人と勤務35年以上の介護職員に,仕事のやりがい感・満足感、仕事を継続する上でこれまでに辛かったことなどを聞き取った.その結果,身近に相談できる上司・同僚がいることが重要であり,職員の質を高める研修や組織・運営の在り方を検討していく必要性が示唆された.今後も聞き取り調査を実施し,データ数を増やした上で分析を試みたい.介護職員の就労意欲の向上にむけた介護現場の条件を探るために,特別養護老人ホームの介護職員に意識調査を実施した.その結果,「仕事のやりがい感」「就労継続意識」は,年齢を重ね,実践力を培うことによって有意に高まることが示唆された.介護職員の就労継続意識を維持・向上させるためには,単なる施設形態・構造による影響だけではなく,介護現場の組織・運営力が重要である.今後は,職場内サポートのあり方を具体的に検討していくことを課題とした.特別養護老人ホームにおける介護職員の仕事継続意識に焦点をあて,仕事継続に影響を及ぼす要因を探るために、関東地域の特別養護老人ホームの調査を行った。平成25年度の調査では、従来型施設が多くなり、分析結果に偏りが生じる可能性があるため、ユニット型施設を追加依頼した。今後は、改めて要因分析する必要がある。また、平成26年度は、ユニット型特別養護老人ホームの介護職員のケア行動調査を実施する予定だったが、調査時期の調整が難しく、先送りすることになった。社会福祉介護職員の仕事継続・やりがい感等に関する意識調査結果を踏まえて、個別面接を実施する。勤務歴5年の介護職員の仕事意識は1年未満や7年以上継続している職員よりも低い傾向を示していた。そのため、該当する介護職員に個別面談し、仕事継続に関する具体的な内容を調査し質的分析を試みる。また、ユニット型特別養護老人ホームの介護職員のケア行動調査を実施することによって、現状の介護のケア実践の課題を明らかにする。現在、調査日の全員を対象に介護職員のケア行動調査をする協力が得られている。当初の計画では、平成25年度研究は、特別養護老人ホームの介護職員への質問紙調査のほか、聞き取り調査を行う計画であった。現状では、分析に時間がかかり、その結果を踏まえた内容で聞き取り調査を実施する予定のため、具体的な実施に至っていない。しかし、平成27年度に計画した先進施設への訪問調査を平成25年度から並行して実施しており、隣国の韓国の特別養護老人ホームに調査協力を得られ、質問紙調査並びに施設の体制について聞き取り調査を実施した。そのため、概ね順調に進んでいると考える。平成26年度に計画していた介護職員のケア行動調査は、時期的に施設との調整が難しく、実施することができなかった。平成26年度は、平成25年度実施した調査結果を詳細に分析する。その結果を踏まえて、職場内サポートの現状について聞き取り調査を行う。また、平成26年度実施計画であるタイムスタディ調査を行い、ケアの実態に迫る。併せて、先進的な施設があれば訪問調査を実施し、情報収集に努める。平成26年度に計画していた介護職員のケア行動調査を平成27年度で実施する予定である。
出水時の流木災害の機構解明とハザードマップおよび減災対策への適用

近年,局地的集中豪雨に伴う水災害によって発生した流木が家屋,橋梁などの構造物に甚大な被害をもたらしている.こうした被害を軽減させるためには,流木が動き始めてから衝突,或いは停止するまでの挙動を明らかにするとともに,流木の挙動をコントロールする方法を考えることが重要である.流木の挙動は,水の流れ,幹・枝・根といった流木の形状,底面摩擦,流れ場を支配する河川構造物の有無などによって大きく異なると考えられる.そこで本研究では,洪水中の流木挙動を精度よく再現できる数値解析モデルの構築を目的としている.具体的に,流れ場については,水位や水の流速,圧力を平面2次元的に,かつ精度よく求める格子法(Nays2DHモデル)を適用した.また,流木の運動については流木を粒子の結合で表現し,個別要素法によって流木相互の衝突を考慮するとともに,より現実的な形状を有する流木の挙動を予測するため,流木の先端に根の影響を組み込んだ.そして両者をカップリングし,より高速で計算できるように並列計算手法を適用することで,流水中の流木挙動に対して効率的かつ高精度の予測法を構築した.数値解析モデルを橋脚が存在する場での流木挙動に関する水理模型実験に適用し,モデルの妥当性を検証した.その結果,流木相互の衝突を考慮しない場合には流木同士が重なり合ってしまうのに対し,流木相互の衝突を考慮することで,流木がお互いに接触しながら停止する実験結果の特徴を精度よく再現できることを示した.洪水中の流木の挙動は,水の流れ,幹・枝・根といった流木の形状,流木の運動方向に対する底面摩擦の影響,流れ場を支配する河川構造物の有無などによって大きく異なると考えられる.そこで本研究では,水位や水の流速,圧力を連続的に,かつ精度よく予測できる一般座標系での平面2次元モデルと流木を粒子の結合で表現し,流木相互の衝突を考慮した個別要素法をカップリングすることで,流水中の流木挙動に対して効率的かつ高精度の予測法を構築した.現在までに流木同士の衝突や流木の根の影響を数値解析モデルの中に考慮しており,流木相互の衝突を考慮することで,流木がお互いに接触しながら停止する実験結果の特徴を精度よく再現できることを示した.本研究では,水の流れ,幹・枝・根といった流木の形状,流木の運動方向に対する底面摩擦の影響,流れ場を支配する河川構造物の有無などを考慮することで,洪水中の流木挙動を精度よく再現できる数値解析モデルの構築を目的としている.そこで,一般座標系での平面2次元モデルと流木を粒子の結合で表現し,流木相互の衝突を考慮した個別要素法のカップリングを行い,流木挙動に対して効率的かつ高精度の予測法を開発した.今後,水理模型実験を実施し,流水中における移動床上の流木挙動を把握するとともに,数値解析モデルを水理模型実験に適用し,モデルの妥当性を検証する.また,粒子同士の衝突について個別要素法とは異なる簡易な衝突モデルを開発し,個別要素法による流木挙動の数値解析結果との比較を行う.近年,局地的集中豪雨に伴う水災害によって発生した流木が家屋,橋梁などの構造物に甚大な被害をもたらしている.こうした被害を軽減させるためには,流木が動き始めてから衝突,或いは停止するまでの挙動を明らかにするとともに,流木の挙動をコントロールする方法を考えることが重要である.流木の挙動は,水の流れ,幹・枝・根といった流木の形状,底面摩擦,流れ場を支配する河川構造物の有無などによって大きく異なると考えられる.そこで本研究では,洪水中の流木挙動を精度よく再現できる数値解析モデルの構築を目的としている.具体的に,流れ場については,水位や水の流速,圧力を平面2次元的に,かつ精度よく求める格子法(Nays2DHモデル)を適用した.また,流木の運動については流木を粒子の結合で表現し,個別要素法によって流木相互の衝突を考慮するとともに,より現実的な形状を有する流木の挙動を予測するため,流木の先端に根の影響を組み込んだ.そして両者をカップリングし,より高速で計算できるように並列計算手法を適用することで,流水中の流木挙動に対して効率的かつ高精度の予測法を構築した.数値解析モデルを橋脚が存在する場での流木挙動に関する水理模型実験に適用し,モデルの妥当性を検証した.その結果,流木相互の衝突を考慮しない場合には流木同士が重なり合ってしまうのに対し,流木相互の衝突を考慮することで,流木がお互いに接触しながら停止する実験結果の特徴を精度よく再現できることを示した.洪水中の流木の挙動は,水の流れ,幹・枝・根といった流木の形状,流木の運動方向に対する底面摩擦の影響,流れ場を支配する河川構造物の有無などによって大きく異なると考えられる.そこで本研究では,水位や水の流速,圧力を連続的に,かつ精度よく予測できる一般座標系での平面2次元モデルと流木を粒子の結合で表現し,流木相互の衝突を考慮した個別要素法をカップリングすることで,流水中の流木挙動に対して効率的かつ高精度の予測法を構築した.現在までに流木同士の衝突や流木の根の影響を数値解析モデルの中に考慮しており,流木相互の衝突を考慮することで,流木がお互いに接触しながら停止する実験結果の特徴を精度よく再現できることを示した.本研究では,水の流れ,幹・枝・根といった流木の形状,流木の運動方向に対する底面摩擦の影響,流れ場を支配する河川構造物の有無などを考慮することで,洪水中の流木挙動を精度よく再現できる数値解析モデルの構築を目的としている.

そこで,一般座標系での平面2次元モデルと流木を粒子の結合で表現し,流木相互の衝突を考慮した個別要素法のカップリングを行い,流木挙動に対して効率的かつ高精度の予測法を開発した.今後,水理模型実験を実施し,流水中における移動床上の流木挙動を把握するとともに,数値解析モデルを水理模型実験に適用し,モデルの妥当性を検証する.また,粒子同士の衝突について個別要素法とは異なる簡易な衝突モデルを開発し,個別要素法による流木挙動の数値解析結果との比較を行う.
法医学的に有用な睡眠薬代謝物の探索

昨年度、ゾルピデム代謝物について簡便な合成法を見出した。しかし、それらを標準品として定量分析をする場合、標準品の純度が充分高いものでないと、正確な定量値が得られない。そこで、各種分析により、合成した標準品の純度を調べた。ゾルピデムM-1及びM-4は、NMR及び元素分析でほぼ純粋なものができていることが分かった。また、M-3はメタノールを溶媒に再結晶すると一見きれいな結晶ができているものの、メタノールが結晶溶媒に含まれることが分かった。そこで、メタノールを用いずに再結晶し、元素分析で理論値との一致に至った。一方、、純度の高いM-2を得るのは困難であった。NMR分析では不純物の存在は確認できないものの、元素分析で理論値と一致しなかった。これは、何らかの無機塩が含まれている可能性を示唆している。M-2はカルボン酸を持ち、さらに窒素を含む複素環も持つため、様々なカウンターイオンと塩を作る。そこで、様々なカウンターイオン存在下での精製を試みた。すると、アンモニアやジエチルアミンなどの塩基存在下で、比較的有機溶媒に溶ける性質を持つことが分かった。この性質を利用すれば無機物との分離ができると考えられるため、現在、これら塩基存在下での結晶化による精製を試みている。さらに、7-水酸化体は酸性条件では安定であるものの、塩基性条件では徐々に分解することが分かった。これは、水酸基を持つイミダゾピリジン環が塩基性では酸化などによって分解するためと考えられる。現在酸性条件での精製を試みている。合成した標準品は精製して高純度でないと、それを標準品として用いた定量分析は正しい濃度を与えない。合成した代謝物のうち、M-2と7-水酸化体は結晶性が悪く、元素分析において理論値と一致しない。さらなる精製が必要である。合成した代謝物はpHによって塩になる。そこで、カウンターイオンを各種試み、結晶性の高い性質のものを見出し、純度の高いものを得る。その後、分析を試みる。ゾルピデムを服用した死者の胆汁に含まれるゾルピデムの水酸化体を分析したところ、既知の代謝物であるM-4よりも強度の強いピークが確認された。質量分析計でその構造を調査したところ、ピリジン環に水酸基が存在することが分かったが、それ以上の位置の特定はできなかった。可能性のある構造は、5-、7-、もしくは8-水酸化体である。最も合成が容易と予想された8-水酸化体を合成したが、データが生体資料のものと一致しなかった。そこで、7-水酸化体の合成を試みた。まず、8-水酸化体の合成と同じ方法を適用し、7-ブロモゾルピデムを合成した後、ブロモ基のメトキシ化を試みたが、メトキシ化されなかった。この理由は、ブロモ基の隣にメチル基が存在することでブロモ基が立体的に保護されているため、と考えられた。次に、メトキシ基を予め導入した2-アミノピリジンからイミダゾピリジン環を形成する合成ルートを検討した。2-アミノ-4-メトキシ-5-メチルピリジンの合成を試みた。3-メチルピリジンを出発物質として、5ステップで合成した。しかし、全てのステップを通じての収率は10%以下と低く、合成法の改善は今後の課題である。得られた2-アミノピリジンは続いてN,N-ジメチル-4-(4-メチルフェニル)-4-オキソブタナミドとの反応により、7-メトキシゾルピデムを低収率(18%)ではあるが合成した。続いて脱メチル化により、7-ヒドロキシゾルピデムを得た。合成品のMSや保持時間は生体資料の抽出物と一致した。この結果から胆汁中に多く存在するゾルピデムの水酸化体は7-水酸化体であることが分かった。代謝物の標準品を合成することは本研究の最も困難な部分であると考えている。これまでに、ゾルピデム服用者の胆汁中に最も多く存在しているゾルピデム水酸化体を合成できたことは大きな進展である。しかし、これはまだ本研究の最初の段階である。今後、生体資料中の代謝物の定量法を確立し、濃度の解釈を法医学分野で応用することを検討する。本研究は、血液・尿・胆汁などに含まれる薬物の未変化体・代謝物の濃度を精査することにより、より多くの情報が得られる可能性を検討することである。これまで、睡眠薬ゾルピデムを服用したヒトの血液・胆汁内に、ゾルピデムの未変化体の他、既知の代謝物であるM1M4、7-水酸化体などが含まれていることを明らかにしてきた。これら代謝物を定量するには標準品が必要であるが、M1以外のゾルピデム代謝物は販売されていないため、検査ができない。そこで、ゾルピデム代謝物(M1M4及びZolpidem-7OH)を合成した。これまでのゾルピデム代謝物合成は、多段階の反応が報告されている。しかし、これらの方法は煩雑で困難である。一方ゾルピデム未変化体は、銅触媒による3成分カップリング反応により合成できることが報告されている。本研究では、この方法を利用して合成を試みた。未変化体合成と同様の条件でM2メチルエステルの合成を試みたが、収率はわずか8%であった。

その原因を調べたところ、1反応の最初の段階であるアミノピリジンとアルデヒドとの脱水縮合反応で原料が多く残り、イミンの生成が進んでいない、2続く銅触媒によるアルキンとのカップリング反応にて、反応溶媒(トルエン)に不溶な物質が生じる、などが挙げられた。イミン合成については、ピロリジンを触媒量加えることで反応が著しく容易に進行することが報告されている。そこで、反応系中に10 mol%のピロリジンを加え、さらに溶媒をクロロホルムに変えたところ、収率の向上が見られ、ゾルピデム代謝物M3及びM4、代謝物M1及びM2のメチルエステル、並びに、Zolpidem-7OMeを得た。M1、M2それぞれのメチルエステルは、水酸化リチウム水溶液で加水分解し、M1及びM2をそれぞれ得た。また、Zolpidem-7OMeは三臭化ホウ素で処理することで、7-水酸化体に変換した。血液・尿中のゾルピデム代謝物の分析には、標準品が必要である。標準品は従来の方法では非常に困難であったが、本研究により簡便な合成法を確立することができた。昨年度、ゾルピデム代謝物について簡便な合成法を見出した。しかし、それらを標準品として定量分析をする場合、標準品の純度が充分高いものでないと、正確な定量値が得られない。そこで、各種分析により、合成した標準品の純度を調べた。ゾルピデムM-1及びM-4は、NMR及び元素分析でほぼ純粋なものができていることが分かった。また、M-3はメタノールを溶媒に再結晶すると一見きれいな結晶ができているものの、メタノールが結晶溶媒に含まれることが分かった。そこで、メタノールを用いずに再結晶し、元素分析で理論値との一致に至った。一方、、純度の高いM-2を得るのは困難であった。NMR分析では不純物の存在は確認できないものの、元素分析で理論値と一致しなかった。これは、何らかの無機塩が含まれている可能性を示唆している。M-2はカルボン酸を持ち、さらに窒素を含む複素環も持つため、様々なカウンターイオンと塩を作る。そこで、様々なカウンターイオン存在下での精製を試みた。すると、アンモニアやジエチルアミンなどの塩基存在下で、比較的有機溶媒に溶ける性質を持つことが分かった。この性質を利用すれば無機物との分離ができると考えられるため、現在、これら塩基存在下での結晶化による精製を試みている。さらに、7-水酸化体は酸性条件では安定であるものの、塩基性条件では徐々に分解することが分かった。これは、水酸基を持つイミダゾピリジン環が塩基性では酸化などによって分解するためと考えられる。現在酸性条件での精製を試みている。合成した標準品は精製して高純度でないと、それを標準品として用いた定量分析は正しい濃度を与えない。合成した代謝物のうち、M-2と7-水酸化体は結晶性が悪く、元素分析において理論値と一致しない。さらなる精製が必要である。合成ルートがある程度確立されたゾルピデムの7-水酸化体について、微量分析で用いることができるように純度の高い標準品を合成する。胆汁、尿、血液中に存在するゾルピデム及び代謝物について、分析法を確立して、分析法のバリデーションを確かめる。実資料の分析を通して、代謝物の分析から何が分かるのかを明らかにする。合成した標準品について、各種データをそろえ、純度について検討する。その後、未変化体・代謝物の一斉分析法について検討を開始する。合成した代謝物はpHによって塩になる。そこで、カウンターイオンを各種試み、結晶性の高い性質のものを見出し、純度の高いものを得る。
多エージェント系非単調論理に基づく知識表現と分散TMSによるその推論の効率化

本研究では、知識をモジュール化し、各モジュールを知的行為主体であるエージェントと見なし、エージェント間でメタ知識の通信が行われるような多エージェント型知識システムの形式化に関する基礎的な研究を行った。そのために、多エージェント系自己認識論理(MAEL)を形式化し、その諸性質を解明した。また、これに基づき、階層や時間順序を持つ構造的知識の表現と利用に関する手法を与えた。まず.論理体系としてのMAELについては、その意味論を明らかにし、健全かつ完全な定理集合は論理式集合に対する演算の不動点として特徴付られることを示した。また、MAELに基づく知識表現については、特に、階層的知識における属性継承,および時間的知識における状態継続や因果関係,さらに時間の流れに対して逆向きの推論といった非単調推論が含まれる概念の表現を明らかにした。これにより、従来の知識表現において問題点とされていた多重拡張問題や時間射影問題を避けることが可能であることを示した。一方、タブロ-法に基づくMAELの決定手続きに導出原理を導入することにより、新しい決定手続きを開発し、その完全性を示すとともに、手続きの一層の効率改善と任意の知識を表すメタ変数の導入を図った。さらに、Prologのメタプログラミング手法を用いて計算機上への実現を行い、導出原理を用いた場合はタブロ-法を用いた場合に対して、大幅に早く処理できることを示した。さらに、TMSを用いた推論を利用するための基礎的な調査を行い、その問題点を明らかにした。本研究の成果から、多エージェント系として構造的知識を捉える手法は、知識表現手法として優れた形式性を有していると考えられる.本研究では、知識をモジュール化し、各モジュールを知的行為主体であるエージェントと見なし、エージェント間でメタ知識の通信が行われるような多エージェント型知識システムの形式化に関する基礎的な研究を行った。本研究の成果から、多エージェント系として構造的知識を捉える手法は、知識表現手法として優れた形式性を有していると考えられる.
上皮置換による大腸機能改変とその応用

研究代表者は、腸上皮オルガノイド細胞移植研究を展開する過程において、培養小腸オルガノイドを大腸に異所移植しても小腸固有の形質や分子発現を維持する現象を見出した。本研究は、この知見から得た着想、すなわち『細胞移植により大腸の一部に小腸機能を賦与する技術』を確立し、動物モデルを用いて検証するものであった。具体的には、小腸上皮オルガノイド移植により、部分的に小腸化した大腸を人工的に作成する新しい実験手法を利用して、さまざまな大腸疾患の病態解析研究を進め、また小腸疾患に対する再生医療技術を開発することを柱とした研究展開を目的とした。平成30年度には、1)近位・中位・遠位の異なる大腸領域にオルガノイドを移植する手術技術の条件を新規に設定した。すなわち、任意の大腸部位の内腔側にならぶ上皮細胞層を化学処理によって組織から解離させるための方法を、マウスモデルを用いて考案することができた。これにより、致死的ではない大腸上皮解離が得られ、その後も生存するマウス術後管理手法を確立した。さらに2)新規大腸上皮解離マウスモデルへの細胞移植実験では、蛍光標識した培養腸上皮オルガノイド細胞を1)で作成する新規大腸上皮解離モデルをレシピエントとし移植することに成功した。しかも、大腸へ移植する細胞を、小腸の異なる部分(近位・中位・遠位)に由来する細胞として調整した場合、生着組織でいかなる違いが見られるかについて、形態および分子発現の上でも詳細に検討することができた。本研究では、これまで研究代表者がマウス大腸組織への細胞移植実験研究を展開する過程で、培養小腸細胞を移植すると異所において小腸形質を維持するとの成果から得た着想、すなわち『細胞移植により解剖学的大腸の一部に新規機能を賦与する技術』を確立し検証するものである。具体的には、上皮置換による「ハイブリッド大腸構築」を安定した技術とし、1)機能欠失・機能獲得大腸上皮化モデルによる大腸疾患解析、2)大腸上皮の小腸化モデルを用いた小腸機能補完解析、3)大腸上皮の機能改変上皮化による生体応答解析を柱とした研究を展開することを目的として開始した。平成29年度には以下の成果を得た。1)新しい大腸上皮傷害マウスモデルの作製では、大腸上皮剥離が致死的とならないための手術技術とマウス術後管理手法を確立し、剥離後の大腸組織が移植細胞生着を許容するものであるための条件を設定した。さらにこの手術条件が、近位・中位・遠位など、異なる大腸領域に応用可能であることを確認した。2)新規大腸傷害マウスモデルへの細胞移植実験では、蛍光標識した培養腸上皮オルガノイド細胞を1)で作成する新規大腸上皮剥離モデルをレシピエントとし移植することに成功した。この際、浮遊細胞として腸内へ移植する細胞をコラーゲンなど細胞外基質分子と共に注入することで生着向上が得られることなどを明らかにした。さらに本研究では、異なる部位の小腸組織から上皮を培養し、これを近位大腸へ移植することで形成される移植片において、小腸由来の細胞が、移植先の近位大腸の環境においても固有の表現型を維持することを明らかにできた。平成29年度の「新しい大腸上皮傷害マウスモデルの作製」研究では、大腸の任意の部位で粘膜傷害を作成し、ここへ培養細胞を生着させうる新規大腸上皮傷害マウスモデルを確立した。マウスの開腹下に、大腸内腔操作を可能とするチューブ挿入の上、致死的とならない大腸上皮剥離技術を開発した。さらに、腸壁の開口部を閉鎖し、閉腹した後の術後管理を工夫し、本手術後のマウスが長期にわたった観察・評価可能となるプロトコールを確立した。また、本法を用いて上皮剥離をおこなった大腸組織が、移植細胞生着を許容するものであることも確認できた。さらに、この手術条件が、近位・中位・遠位など、異なる大腸領域に応用可能であることを確認した。また、新規大腸傷害マウスモデルへの細胞移植実験では、上に記載した新規大腸傷害マウスモデルを用い、これに緑色蛍光蛋白(EGFP)を発現するトランスジェニックマウスから単離培養した腸上皮オルガノイド細胞を移植する実験の条件を設定した。これまでの段階で、浮遊細胞として腸内へ移植する細胞をコラーゲンなど細胞外基質分子と共に注入することで生着向上が得られることなど、新規の知見を見いだした。さらに本研究では、異なる部位の小腸組織から準備し、これを近位大腸へ移植することで形成される移植片において、小腸由来の細胞が、移植先の近位大腸の環境においても固有の表現型を維持するとの興味深いデータが得られつつある。

すなわち、任意の大腸部位の内腔側にならぶ上皮細胞層を化学処理によって組織から解離させるための方法を、マウスモデルを用いて考案することができた。これにより、致死的ではない大腸上皮解離が得られ、その後も生存するマウス術後管理手法を確立した。さらに2)新規大腸上皮解離マウスモデルへの細胞移植実験では、蛍光標識した培養腸上皮オルガノイド細胞を1)で作成する新規大腸上皮解離モデルをレシピエントとし移植することに成功した。しかも、大腸へ移植する細胞を、小腸の異なる部分(近位・中位・遠位)に由来する細胞として調整した場合、生着組織でいかなる違いが見られるかについて、形態および分子発現の上でも詳細に検討することができた。平成30年度には、以下の研究を進める予定である。「大腸上皮の小腸化モデルを用いた小腸機能解析」では、近位・中位・遠位小腸から別に培養した小腸上皮細胞を、近位・遠位の大腸へ移植し、移植片の形態や分子発現の解析により、異所性小腸上皮が示す形質の詳細を明らかにする。また、小腸上皮異所移植片が小腸機能補完作用を獲得するか否かについては、遠位小腸切除による短腸症候群モデルマウスを用い、小腸化大腸による小腸機能補完作用を評価する。「大腸上皮の機能改変上皮化による生体応答解析」では、さまざまな機能改変腸上皮、あるいは非腸上皮細胞を移植し以下の検討をおこなう。「局所炎症の大腸粘膜内波及過程の解析」では、遺伝子変異大腸上皮移植がレシピエント個体で局所的腸炎を惹起するかを解析する。また、「限局性に発生する大腸腫瘍と周囲組織との相互作用の解析」では、遺伝子変異大腸腫瘍細胞を大腸粘膜へ移植し、発生する腺腫と周囲の正常組織との相互作用解析をおこなう。「腸上皮の機能改変上皮化による生体応答解析」では、GLP-1を産生する腸内分泌細胞(L細胞)への小腸上皮分化誘導技術を開発し、これによる大腸上皮の置換を試みる。これら操作がインスリン抵抗性の軽減、血糖低下作用に及ぼす影響を、移植細胞の相違、あるいは移植大腸部位の相違と関連づけて解析する。理由:試薬等が計画当初より廉価で購入可能であったため。使用計画:検討する数・種類を拡大して解析を行うため、試薬を増量して購入する予定である。
口腔前癌病変における癌遺伝子および癌抑制遺伝子変異の解明

本学所蔵の口腔前癌病変20例、癌症例10例の各H-E標本を作成し、切片上で最も異型度の高い部分を13度に分類するとともに、その範囲を切片上にマークした。次に抗ヒト変異p53抗体および抗ras蛋白質抗体を用いてABC法による免疫組織化学的に変異p53およびras蛋白質の異常産生と蓄積を検索した。次いでパラフィン切片から異型上皮部分を採取し、DNAを抽出した。p53遺伝子ORFのうちエキソン5、6、7、8、ras遺伝子に対応するPCRプライマーを依託合成し、PCR増幅を行った。現在、各PCR産物についてSSCP解析を行っている。将来は、SSCP解析にて変異がみられた例について、ジゴキシゲニン染色法による直接シークエンシングを行う予定である。