hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
π電子球体の自己形成と新しい光エレクトロニクスの創出

電流密度を高めることで発光強度を向上させ、閾値以上の電流密度でレーザー発振を実現する。[2]作製した球体アレイを用いて、光ポンピングによるWGM発光およびレーザー発振特性を検討する。また、電圧駆動による高出力電界発光を実現する。球体内部上面の反射と横方向の周期構造による伝播の抑制により、高い光採集効率を得る。高電流密度による高輝度条件において反転分布を形成し、WGM発光が誘導放出を繰り返して増幅することによる高出力・高輝度レーザー発振を実現する。[3]酸化グラフェン(GO)で被覆したマイクロ球体を用いて、球体内部への光閉じ込めの効率化や光誘起電荷分離状態の形成について検討し、光電変換材料や光触媒反応の足場として展開する。内包したポリマーの溶出によりケージ状グラフェンの形成を行い、ガス吸着や物質貯蔵、スーパーキャパシターとしての応用、表面での触媒機能、および特異な電子状態による発光の先鋭化について検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
小児重症気管狭窄症に対するハイブリッド型気管移植法の開発

冷凍保存した同種気管グラフトを脱細胞化し、無細胞・多構造の新しい足場(スカフォールド)を作成した。これに組織工学的手法を加えることにより、自己組織に近いハイブリット型気管グラフトを作製する実験を行なった。作成したグラフトによる気管内腔の変化、グラフトの生着・成長および変化を検討したが、従来の凍結保存のみの手法との間に有意な差違は確認できなかった。また、脱細胞化したグラフトは強度面で従来法より劣る事が示唆された。小児外科領域において、気道狭窄の外科治療は末だ解決されていない重要な領域である。特に、先天性気管狭窄症に対する外科治療は最も治療が困難で解決すべき問題が山積している。1980年代に自家肋軟骨グラフト移植による治療成功例が報告されて以来、種々の自家組織によるグラフトが狭窄部の内腔を拡大する目的で用いられてきたが、末だ確立した成績を呈するものは現れていない。今回は冷凍保存した同種気管グラフトを脱細胞化し、無細胞・多構造の新しい足場(スカフォールド)を作成する。これに組織工学的手法を加えることにより、自己組織に近いハイブリット型気管グラフトを作製する。さらに、種々の血流維持の手法を比較検討し、このグラフトが気管狭窄症に対して有効な治療手段となりうるのかを検討した。結果:日本白色家兎から採取した気管組織を急速凍結し一定期間凍結保存した後、解凍し他の家兎の気管に部分グラフトとして間置移植した。凍結保存した組織の無細胞化をはかるため、あらかじめ蒸留水保存を行った。さらに組織工学的手法を加えて、レシピエント家兎の末梢血より採取した幹細胞が豊富であるとされるPRP(Platelet Rich Plasma:血小板豊富血漿)を加えグラフトト共に一定期間培養した後移植した。これらの移植されたグラフトの性状を確認するために、4週またに8週目に気管を摘出し病理学的に検討した。以上の実験により、各グラフトによる気管内腔の変化、グラフトの生着・成長および変化を検討したが、従来の凍結保存のみの手法の間に有意な差違は確認できなかった。今後、さらなる手技の検討が必要と考えられた。目的:小児外科領域において、気道狭窄の外科治療は未だ解決されていない重要な領域である。1980年代に自家肋軟骨グラフト移植による治療成功例が報告されて以来、種々の自家組織によるグラフトが狭窄部の内腔を拡大する目的で用いられてきたが、未だ確立した成績を呈するものは現れていない。方法:冷凍保存した同種気管グラフトを脱細胞化し、無細胞・多構造の新しい足場(スカフォールド)を作成する。さらに、種々の血流維持の手法を比較検討し、グラフトが気管狭窄症に対して有効な治療手段となりうるのかを検討した。凍結保存した組織の無細胞化をはかるため、あらかじめ蒸留水中保存を行った。さらにレシピエント家兎の末梢血より採取した幹細胞が豊富であるとされるPRP (Platelet Rich Plasma:血小板豊富血漿)を加えグラフトト共に一定期間培養した後移植した。それぞれに血流維持のため、胸鎖乳突筋を巻き付けて新たな血流を維持させる群、及び胸腺組織を巻き付けて血流を維持させる群を追加した。これらの移植されたグラフトの性状を確認するために、4週または8週目に気管を摘出し病理学的に検討した。以上の実験により、各グラフトによる気管内腔の変化、グラフトの生着・成長および変化を検討したが、従来の凍結保存のみの手法との間に有意な差違は確認できなかった。今後、さらなる手技の開発が必要と考えられた。
肺癌における循環血液中腫瘍細胞と血管内皮細胞の臨床的・探索的検討

肺癌の治療成績は不良であり、その最大の原因は高頻度に起こる遠隔転移である。そこでCTやPET等の最新の検査機器を用いても発見が困難な微小転移の指標として、血液中に存在する癌細胞(循環腫瘍細胞)の検出を試みた。その結果、肺癌患者の約30%に循環腫瘍細胞が検出され、肺癌の診断や進行度の評価に有用であることが判明した。また、癌の進行に必要な血管新生の指標である血液中の内皮細胞も同様に肺癌の診断に有用である可能性が示唆された。・平成19-20年度に原発性肺癌の診断または疑いで当科を受診した連続した152例を対象に、末梢血液7.5mLを採取し、血液中存在する循環腫瘍細胞(CTC)および循環内皮細胞(CEC)を“CellSearch"システムにより分離しその個数を定量し、その臨床的意義を検討した。循環内皮細胞については現在腫瘍組織における血管新生や腫瘍進行度などとの関連について現在検討中で引き続き平成21年度に研究を継続する予定である。・循環腫瘍細胞については、全152例の中で最終的に非悪性疾患と診断された25例を対照群として循環腫瘍細胞による肺癌の診断能の検討を行った。その結果原発性肺癌症例では31%の症例に循環腫瘍細胞が検出され(個数は0-62個)、一方非悪性疾患症例では12%に循環腫瘍細胞(個数は0-2個)が検出され、原発性肺癌症例では循環腫瘍細胞が有意に多かった(P=0.049)。しかしながら循環腫瘍細胞による肺癌と非悪性疾患の鑑別能力をROC曲線により検討すると、そのAUCは0.598(95%信頼区間:0.488-0.708:P=0.122)であり循環腫瘍細胞は肺癌の診断に関して十分な診断能を有するとは判定し得なかった。・更に肺癌症例125例(うち遠隔転移ありと診断された31例)を対象として循環腫瘍細胞による遠隔転移診断能を検討した。遠隔転移陽性症例は非転移症例と比較して循環腫瘍細胞が有意に多く(P<0.001)、循環腫瘍細胞による遠隔転移有無の診断に関するROC-AUCは0.783(95%信頼区間0.679-0.886;P<0.001)と有意な鑑別能力を有することが判明した。以上の結果は循環腫瘍細胞の臨床的有用性を示唆するものであり、平成20年度の米国臨床腫瘍学会等で発表し、一部は米国胸部外科学会誌(Ann Thorac Surg)にアクセプトされた。・平成20-21年度に原発性肺癌の診断または疑いで当科を受診した連続した152例を対象に、末梢血液7.5mLを採取し、血液中存在する循環腫瘍細胞(CTC)および循環内皮細胞(CEC)を"CellSearch"システムにより分離しその個数を定量し、その臨床的意義を検討した。・その結果原発性肺癌症例では31%の症例に循環腫瘍細胞が検出され(個数は0-62個)、一方非悪性疾患症例では12%に循環腫瘍細胞(個数は0-2個)が検出され、原発性肺癌症例では循環腫瘍細胞が有意に多かった(P=0.049)。但し、肺癌症例125例(うち遠隔転移ありと診断された31例を対象として循環腫瘍細胞による遠隔転移診断能を検討すると、遠隔転移陽性症例は非転移症例と比較して循環腫瘍細胞が有意に多く(P<0.001)、循環腫瘍細胞による遠隔転移有無の診断に関するROC-AUCは0.783(95%信頼区間0.679-0.886;P<0.001)と有意な鑑別能力を有することが判明した。以上の結果は、循環腫瘍細胞の肺癌遠隔転移診断の臨床的有用性を示すものであり、米国臨床腫瘍医学会(ASCO)等の各種国際学会で発表の後にClin Cancer Res誌上でで発表した。・また、循環内皮細胞については、末梢血液中の循環内皮細胞数が腫瘍の血管密度と正の相関を示すことが判明し、また腫瘍の進行度とも相関することも明らかとなった。今後、その臨床的意義、特に予後因子としての意義を更に詳細に検討する予定である。・胸部悪性腫瘍またはその疑いで当科を受診し病理診断が確定した342例を対象に、末梢血液中に存在する循環腫瘍細胞(CTC)および循環内皮細胞(CEC)を"CellSearch"システムにより分離定量し、原発性肺癌におけるバイオマーカーとしての臨床的意義を検討した。

・その結果、原発性肺癌では31%の症例にCTCが検出(0-62個/7.5mL)されたが非悪性疾患ではCTC陽性率は12%(0-2個/7.5mL)であり、原発性肺癌ではCTC個数が有意に多かった(P=0.049)。しかしながらROC解析では、CTCは肺癌と非悪性疾患の鑑別に関して有意な診断能を示すことができなかった(AUC=0.598[95%CI:0.488-0.708];P=0.122)。一方、肺癌症例の中で遠隔転移を有する症例でのCTC陽性率は非転移例と比べて有意に高く、ROC解析でもCTCは遠隔転移診断についての有意なバイオマーカーであることが示された(AU=0.783[0.679-0.886];P<0.001)。また、組織型別の比較では、CTC個数は小細胞肺癌において非小細胞肺癌よりも有意に高値であった(P<0.001)。・CECについては、原発性肺癌および非悪性疾患でのCEC平均値はそれぞれ97.5個/4mLおよび52.5個/4mLであり原発性肺癌において有意にCECが高いことが示された(P=0.023)。また、ROC解析によってもCECは肺癌と非悪性疾患を鑑別するための有意なバイオマーカーであること、更にその至適カットオフ値は50個/4mLであることが示された。また臨床病期別のCEC平均値(/4mL)は、I/II/III/IV期がそれぞれ58.7個/57.9個/83.4個/178.4個であり、遠隔転移を有するIV期症例においてCEC個数が有意に高いことが示された。
ヒアルロン酸合成過程で発見された新奇オリゴ糖、その機能と個体老化における意義

Toll様受容体4は自然免疫においてマクロファージや樹状細胞などの細胞表面でMD2と共に複合体を形成し、グラム陰性菌の細胞壁成分リポ多糖(Lipopolysaccharide, LPS)を認識してそのシグナルを細胞内に伝えることが知られている一方、近年では従来の知見を越えて、TLR4は卵細胞を囲む卵丘細胞においてヒアルロン酸の分解物を認識しサイトカインを分泌、受精を可能にするなど[Development.2008Jun;135 (11):2001-11]ている。TLR4に付加される2ヵ所のN-型糖鎖がTLR4の細胞表面への正常な運搬に必須であり、その欠損はリガンドであるLPSとの結合を妨げることが報告されている。このようにTLR4の新規知見としてTLR4リガンドやTLR4の機能制御に糖鎖が重要な意味を成していることが分かる。そこで、これらの知見から糖鎖が関わる未知のTLR4の機能を理解することを目標とした。特に糖転移酵素α1,6 fucosyltransferase (Fut8)はその欠損マウスが重篤な症状を示し、かつ加齢との関わりが報告されていることから、TLR4を修飾する糖鎖としてFut8が合成するコアフコースに着目した。結果、コアフコースを欠損した場合、TLR4とその複合体を合成するMD2が細胞表面に正常に発現し、かつ複合体を形成するにも関わらず、LPS刺激時においてそのシグナル伝達が抑制されることが明らかになった。LPS刺激後のTLR4-MD2複合体の動態を経時的にフローサイトメトリーで観察したところ、野生型と比較してFut8を欠損した細胞ではLPS刺激にも関わらずTLR4-MD2複合体が細胞表面上に保持される傾向がみられた。このことから、Fut8を欠損した場合、TLR4-MD2複合体はLPSとの結合が抑制され、結果、正常なLPSシグナル伝達が抑制されることが示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。ヒアルロン酸合成酵素(HAS)2を過剰発現させた細胞膜画分をN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)と伴にin vitroで60分間反応すると、ヒアルロン酸とは別に合成量が2倍以上に増加するオリゴ糖が確認された。このオリゴ糖合成は1)反応開始15分後には確認され、且つ、2)ヒアルロン酸分解酵素の遺伝子発現に差はない、更に、3)GlcNAcとグルクロン酸(GlcUA)の繰り返しから成るヒアルロン酸とは異なりGlcUAを含まない構造である、などのことから、このオリゴ糖はヒアルロン酸の分解産物ではなく、ヒアルロン酸と連動して合成される未知の構造を持つ新奇オリゴ糖であることが分かった。このように新奇オリゴ糖はヒアルロン酸と異なる組成から成る一方、構造解析の過程から、ヒアルロン酸と同様に糖鎖の還元末端にヌクレオチドを持つことが示唆された。ヒアルロン酸の合成の初期過程は未だ不明であるが、特殊な構造を持つ新奇オリゴ糖は、ヒアルロン酸の初期合成におけるプライマーとして働く可能性が考えられる。更に、新奇オリゴ糖は膜にとどまらずに反応液に放出されたことから、リガンドとしての機能を果たす可能性が挙げられる。ヒアルロン酸が分解してできたヒアルロン酸オリゴ糖は細胞外受容体を介するシグナル伝達に関与する事が考えられているが、このように従来、ヒアルロン酸の機能と理解されていた現象の一部は新奇オリゴ糖が担っている可能性がある。また、新奇オリゴ糖はヒアルロン酸と全く異なる機能を果たすかもしれない。新奇オリゴ糖の存在は、ヒアルロン酸の合成と機能がこれまでの知見より複雑である事を示唆し、新奇オリゴ糖の機能と共にヒアルロン酸の合成機構、機能を正確に理解する上で非常に重要であると言える。自然免疫において活動するマクロファージでは、表面上のToll様レセプター(TLR)が病原体のセンサーとして病原体関連分子パターンを特異的に認識し病原体を排除することで感染を防御する。TLR4は病原体センサーとしてグラム陰性菌の外膜成分のリポ多糖(lipopolysaccharide, LPS)を認識する他、近年、ヒアルロン酸オリゴ糖をリガンドとして認識する事が報告されている。当研究室では、TLR4がコアフコースに修飾されていることを免疫沈降とレクチンブロットにより、更に、TLR4と複合体を作るMD2がN型糖鎖により修飾されることをウエスタンブロットにより確認しており、ヒアルロン酸オリゴ糖やコアフコース修飾などの糖鎖シグナルがマクロファージにおけるTLR4の機能とシグナル伝達に関与する可能性がある。また、N型糖鎖にコアフコースを付加する糖転移酵素であるFut8がマウスにおいて加齢と共に発現が増加することが報告されているなど、糖鎖と老化の関わりが示唆されている。マウス生体内において、各種リガンド刺激に対するマクロファージのサイトカインの分泌を確認する為に、「マクロファージの欠損マウス」と「マクロファージ欠損マウスへのマクロファージ再移植」の系を立ち上げている。現在、マクロファージの欠損を誘導する試薬であるクロドロン酸の投与により、マウス脾臓中の90%のマクロファージを欠損させる事に成功した。また、クローニングされたTLR4, MD2遺伝子(東京大学からの供与)を用いて、Fut8欠損時においてTLR4を介する各種リガンドのシグナル伝達を調べることを進めている。

Toll様受容体4は自然免疫においてマクロファージや樹状細胞などの細胞表面でMD2と共に複合体を形成し、グラム陰性菌の細胞壁成分リポ多糖(Lipopolysaccharide, LPS)を認識してそのシグナルを細胞内に伝えることが知られている一方、近年では従来の知見を越えて、TLR4は卵細胞を囲む卵丘細胞においてヒアルロン酸の分解物を認識しサイトカインを分泌、受精を可能にするなど[Development.2008Jun;135 (11):2001-11]ている。TLR4に付加される2ヵ所のN-型糖鎖がTLR4の細胞表面への正常な運搬に必須であり、その欠損はリガンドであるLPSとの結合を妨げることが報告されている。このようにTLR4の新規知見としてTLR4リガンドやTLR4の機能制御に糖鎖が重要な意味を成していることが分かる。そこで、これらの知見から糖鎖が関わる未知のTLR4の機能を理解することを目標とした。特に糖転移酵素α1,6 fucosyltransferase (Fut8)はその欠損マウスが重篤な症状を示し、かつ加齢との関わりが報告されていることから、TLR4を修飾する糖鎖としてFut8が合成するコアフコースに着目した。結果、コアフコースを欠損した場合、TLR4とその複合体を合成するMD2が細胞表面に正常に発現し、かつ複合体を形成するにも関わらず、LPS刺激時においてそのシグナル伝達が抑制されることが明らかになった。LPS刺激後のTLR4-MD2複合体の動態を経時的にフローサイトメトリーで観察したところ、野生型と比較してFut8を欠損した細胞ではLPS刺激にも関わらずTLR4-MD2複合体が細胞表面上に保持される傾向がみられた。このことから、Fut8を欠損した場合、TLR4-MD2複合体はLPSとの結合が抑制され、結果、正常なLPSシグナル伝達が抑制されることが示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。新奇オリゴ糖の機能解析を、in vitroで合成した新奇オリゴ糖を用いる手法から、構造解析を優先する事で解析結果に基づいた人工的に合成したオリゴ糖を用いる手法に変更した。この事は前者合成系に含まれる不純物の影響を取り除き、純粋な新奇オリゴ糖の機能を同定することができる。実験動物を用いた実験の手技が身に付き、安定してきた。上記11.で示した通り、新奇オリゴ糖の正確な機能を理解する為に、機能の解析に用いる新奇オリゴ糖を、in vitroで合成したものから、不純物を含まない人工合成したものに変更することにした。つまり、in vitroで合成した場合、反応系や生成系に含まれる物質やオリゴ糖合成の基質となるGlcNA,糖の分解物が含まれる。これらの影響を受けずに新奇オリゴ糖の正確な機能を調べる対応策として、第一に新奇オリゴ糖の構造を明らかにすることで、構造に基づき人工的に合成した不純物を含まない新奇オリゴ糖を用いる。マウスからマクロファージの採取、培養を行い、各種リガンド刺激による反応性を検討する。クロドロン酸投与によりマクロファージを欠損させたマウス個体や、老齢マウス個体、またマクロファージを欠損させたマウス個体に新たにマクロファージを投与し、各種リガンド刺激による反応性をin vivoで調べる。
水素結合に基づくポリマー-モノマー間相互作用を利用した新規鋳型重合系の開拓

側鎖にカルボニル基を有する鋳型ポリマーとして、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)存在下、アクリルアミド(AAm)の重合が誘発・促進されることを見出した。特に、アニオン重合条件を選択することにより、タクティシティーの定まったPMMAを調製し、これら鋳型ポリマーの立体規則性に基づく鋳型効果について、生成ポリアクリルアミド(PAAm)のトリアド・タクティシティーを、NMRスペクトルにより解析した。シンジオタクティック構造に富むPMMA(rr>73.8%)ならびにアイソタクテイック構造に富むPMMA(mm>98.6%)を用いた場合、重合初期(転化率<10%)においては、それぞれ高いrrあるいはmm率を有するPAAmが得られたが、重合の進行とともに、鋳型効果は不明瞭となった。また、アイソタクティック構造に富むPMMAと比較して、シンジオタクテイック構造に富むPMMAが、重合の誘発効果、立体規則性の転写効果ともに優れていることも明らかとなった。次に、鋳型ポリマ-モノマー間相互作用を強化する目的で、側鎖にアミド基を有するポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)を鋳型ポリマーに用い、AAmの重合を試みたところ、同じく重合の進行が確認され、かつ、PMMAを鋳型とした場合と比較して、鋳型ポリマーの構造転写効果が向上することが明らかとなった。さらに、種々の分子量領域のPNIPAAmを合成し、これらのAAm重合促進効果を調べたところ、分子量依存性は著しく、高分子量化にともなって、AAmの重合性はかえって低下することが判明した。このPNIPAAmを鋳型ポリマーとするAAmの重合系において溶媒効果を精査した結果、水中での重合において非常に興味深い現象が観察された。すなわち、PNIPAAmが持つ下部臨界共溶温度近傍で、重合性の極大点が存在することが明らかとなった。この重合系については、さらに研究を続行中である。鋳型重合系としての重合の進行が確認された、ポリメタクリル酸メチル存在下におけるアクリルアミドの重合系について、重THF中、NMRによりポリマー-モノマー間相互作用をスペクトル的に解析したところ、鋳型ポリマーのカルボニル基とモノマーのアミド基との水素結合に基づく相互作用に由来すると考えられる化学シフトが確認された。また、このような相互作用を形成しないと考えられるスチレンユニットを、鋳型ポリマー中に組み入れると、重合反応性の著しい低下が観察され、鋳型ポリマー-モノマー間の相互作用が重合誘発の原因になっていることを明確なものとした。また、タクティシティーの異なるポリメタクリル酸メチルを合成し、これらを鋳型ポリマーとしてアクリルアミドの鋳型重合を行った結果、アイソタクティック構造に富む鋳型ポリマー(トリアド表記におけるmm>98.6%)と比較して、シンジオタクティック構造に富む鋳型ポリマー(トリアド表記におけるrr>73.8%)が、重合の誘発効果、立体規則性の転写効果ともに優れていることが明らかとなった。これらの現象については、溶液中での各鋳型ポリマーの構造と鋳型ポリマー上へのモノマーの配列のしやすさとの考察から説明される。さらに、立体規則性の転写効果の程度を、重合時間を追って確認したところ、重合初期段階では比較的高い転写効果が確認されたものの、重合時間の経過とともに、その効果は低下する傾向が観察された。この重合過程における生長末端については、現在のところラジカル種を予想しており、重合の経過とともに、鋳型ポリマーと相互作用下にないモノマーを巻き込んで重合が進行し始めるものと考えられる。この問題に対して、鋳型ポリマー-モノマー間相互作用を強化する観点から、アクリルアミド系ポリマーを鋳型ポリマーとして用いたところ新たな鋳型重合系の構築に成功した。

鋳型ポリマーとしてポリメタクリル酸メチル存在下、アクリルアミドの重合の重合について経時変化を追跡したところ、添加率10%以下の重合初期においては、鋳型高分子と生成高分子との間に、重合度およびタクティシティーの相関が確認できたが、重合の進行にともない、鋳型効果が不明瞭となった。鋳型高分子の添加量を変化させてもこの傾向に変化はみられず、鋳型高分子の相互作用点濃度というよりはむしろ、鋳型高分子-生成高分子の相互作用の強度に原因があるものと考えられた。そこで、この相互作用性に変化を与えるという観点からも、重合溶媒の効果を検討したところ、プロトン性極性溶媒を含む混合溶媒中でも重合は進行するものの、重合性は低下し、鋳型効果もほとんど見られなくなった。このことから、本重合系は当初の予想通り、鋳型高分子上のカルボニル基とモノマーのアミド基との水素結合に基づく鋳型効果による重合系であることが証明された。また、鋳型高分子の種類を、アミド系高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)に変化させ、アクリルアミドの重合を行ったところ、すなわち、重合は水中で進行し、しかも、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)がもつ下部臨界共溶温度(LCST)近傍の重合温度において最も高い重合性を示した。水中で、鋳型高分子-モノマー間の水素結合に基づく相互作用が効率よく実現されているとは考えがたく、この系の重合機構は全く異なったものである可能性が高い。現在のところ、LCST付近において、鋳型高分子の形成するマトリックス中に、溶媒分子およびモノマー分子が取り込まれ、その高分子反応場において重合が誘発されているものと予想している。高分子マトリックス中で進行するという点においては、添加する高分子の構造情報が生成高分子に影響することは大いに予想され、広義の意味で、新しい鋳型重合系となりうるのではないかと考えられる。
移植片拒絶反応のメカニズム:自己-非自己認識機構の分子生物学的解析

自己/非自己認識機構の解明は、生物個体の恒常性維持に関する最も重要な研究課題であり、免疫学のテーマそのものである。本研究課題では、1.移植後局所に浸潤する全ての宿主細胞を回収出来る実験系を開発し、2.移植片を直接傷害するエフェクター細胞を、セルソーターなどを用いて単離、同定する。3.移植された細胞表面上で自己-非自己と認識される蛋白分子は何か?4.移植片を自己-非自己と認識するエフェクター細胞上の認識分子は何か?など移植片拒絶反応のメカニズムを分子生物学的手法により明らかにすることを目的としている。本研究課題に関する2年間の研究成果は1.移植片拒絶反応の現場に浸潤してくる細胞を全て回収出来る動物実験系を開発した結果、従来、確定できなかったin situエフェクター細胞が、T細胞ではなく、マクロファージ系細胞であると同定した。2.主要組織適合性抗原(MHC)を中心とした遺伝子の変異マウスを用い、エフェクターマクロファージによって非自己だと認識される標的細胞上の蛋白分子が、MHCクラスI分子であることを明らかにした。3.エフェクターマクロファージに特異的なモノクローナル抗体(K16.5)の作製に成功し、そのepitopeをコードするcDNAのクローニングにも成功した。4.移植局所に浸潤した細胞の標的細胞特異性を調べたところ、驚いたことに、移植片細胞と同じMHCを有するリンパ芽球のみならず、感作した移植片細胞とMHCの異なる同種異系細胞にも傷害活性を示した。しかし、自己リンパ芽球には、まったく細胞傷害活性を示さなかった。逆に、他系マウスの全遺伝子領域の内、MCだけを自己MHCに変えたマウスのリンパ芽球をも傷害したことから、臨床で見られる現象(MHCをマッチさせても拒絶反応は同じように起こる)を再現できた。外科技術の急速な進歩と、免疫抑制剤の開発などにより、心臓、肝臓、腎臓などの移植後の生着率が高くなり、移植による治療を求める声が最近益々高まってきている。しかし、移植後におこる拒絶反応や、それを防ぐための免疫抑制剤による免疫不全は移植医療にとって非常に大きな問題なのに、移植片拒絶反応のメカニズムは、ほとんど明らかではない。我々は、1.移植後局所に浸潤する全ての宿主細胞を回収出来る実験系を開発し、移植片を直接傷害する主たるエフェクター細胞が従来信じられているTリンパ球ではなく、単球/マクロファージ系細胞であること、2.主要組織適合性抗原(MHC)を中心とした遺伝子の変異マウス(congenicマウスやrecombinant inbredマウスなど)を用い、エフェクター細胞によって非自己だと認識される標的細胞上の蛋白分子をコードする遺伝子領域がMHCクラスIのK及びD領域であることを同定した。また、3.常在性マクロファージ、化合物質で誘導したマクロファージ、細菌で誘導したマクロファージなどの細胞表面にはなく、移植片を直接傷害するマクロファージ上にだけある抗原と反応するモノクローナル抗体を樹立した。4.本エフェクターマクロファージは、表面抗原や標的細胞の特異性などからユニークな単球/マクロファージ系細胞と考えられるが、その起源は,X線照射/F1骨髄移植系で従来のマクロファージと同様、骨髄細胞由来であることが判明した。3.移植された細胞表面上で自己-非自己と認識される蛋白分子は何か?

4.移植片を自己-非自己と認識するエフェクター細胞上の認識分子は何か?など移植片拒絶反応のメカニズムを分子生物学的手法により明らかにすることを目的としている。本研究課題に関する2年間の研究成果は、1.移植片拒絶反応の現場に浸潤してくる細胞を全て回収出来る動物実験系を開発した結果、従来、確定できなかったin situエフェクター細胞が、T細胞ではなく、マクロファージ系細胞であると同定した。2.主要組織適合性抗原(MHC)を中心とした遺伝子の変異マウスを用い、エフェクターマクロファージによって非自己だと認識される標的細胞上の蛋白分子が、MHCクラスI分子であることを明らかにした。3.エフェクターマクロファージに特異的なモノクローナル抗体(K16.5)の作製に成功し、そのepitopeをコードするcDNAのクローニングにも成功した。4.移植局所に浸潤した細胞の標的細胞特異性を調べたところ、驚いたことに、移植片細胞と同じMHCを有するリンパ芽球のみならず、感作した移植片細胞とMHCの異なる同種異系細胞にも傷害活性を示した。しかし、自己リンパ芽球には、まったく細胞傷害活性を示さなかった。逆に、他系マウスの全遺伝子領域の内、MHCだけを自己MHCに変えたマウスのリンパ芽球をも傷害としたことから、臨床で見られる現象(MHCをマッチさせても拒絶反応は同じように起こる)を再現できた。
人工超構造を用いた非相反スピントロニクスの体系的構築

本研究の目的は、静磁相互作用に立脚した非相反スピン波を観測し、非相反スピン科学を体系的に構築することである。前年度の研究では動的サーモグラフィ法を用いたスピン波熱輸送現象の熱可視化測定に成功した。この成果を発展させ、本年度はスピン波熱輸送物性の開拓を行った。また、磁気光学イメージングを用いた新たなスピン波分光手法の開発にも携わり、スピン波の直接観測に成功した。以下ではこれらの成果の詳細を記載する。1.動的サーモグラフィ法を用いたスピン波熱輸送現象の開拓昨年度確立した動的サーモグラフィ法による熱可視化技術を利用し、物質・材料研究機構の内田健一グループと共同で、スピン波に伴う熱輸送現象であるスピンペルチェ効果の系統的測定を行った。本実験により、スピンペルチェ効果が様々な金属と磁性体の組み合わせで発現することを実証した。また、その熱生成の原理は角運動量キャリアのエネルギー保存則と角運動量保存則に由来することを見出した。この成果によりスピン波熱輸送現象の理解が進展した。2.磁気光学イメージングを用いたスピン波分光と数値解析非相反スピン波の直接観測を実現可能な新たなスピン波測定法の開発に携わり、磁気光学イメージングを用いた新規スピン波分光手法を確立した。本研究では、磁性体の磁化運動を磁気ファラデー効果とポンププローブ法を組み合わせることで測定し、測定結果をフーリエ解析することでスピン波分散関係の直接観測を実現した。当研究室の橋本佑介博士と共同で行われた本研究の中で、私は主に数値解析を担当し、実験的に得られた結果が従来良く知られた静磁スピン波の分散関係と完全に一致することを示した。スピン波の分散関係は非相反性を含めた全てのスピン波の情報を有するため、本測定手法の確立は非相反スピン波直接観測へ向けた重要な鍵となる。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究の最終目的は、静磁相互作用に立脚した非相反なスピン現象を開拓・解明し、新たな科学体系を構築することである。目的遂行の初期段階として、非相反現象の測定技術を確立することが重要課題となる。そこで本年度は、動的サーモグラフィ法を用いた熱イメージング技術のシステム構築を行い、スピン流由来の熱生成現象の可視化に成功した。この成果は、動的サーモグラフィ法が非相反スピン現象の観測手法となり得ることを強く支持する結果である。以下ではこれらの研究成果の詳細を記載する。1.動的サーモグラフィ法を用いた熱イメージング技術の確立本研究では、非相反物性を視覚的に捉えられる技術として、通常のサーモグラフィ法にロックイン手法を組み合わせた動的サーモグラフィ法に着目した。本手法では、測定対象に交流の入力信号を与え、入力と同周期で振動する温度変化のみを取り出すことで、0.01ミリケルビンの極めて高い温度分解能を実現することに成功した。この結果は、高感度な非相反物性測定を実現するための重要な成果である。2.熱流-スピン流変換現象の熱イメージング測定の実現非相反スピン物性を測定するためには、スピン流に付随した微小な熱効果を検出できることが必要条件となる。そこで上述の動的サーモグラフィ法を用いて、スピン流による熱流生成現象であるスピンペルチェ効果の検出を試み、明瞭な温度変化の観測に成功した。観測された温度変化はスピンペルチェ効果の対称性を満たしており、様々な試料構造で普遍的に現れる現象であることを示した。さらに、系統的な測定によりスピンペルチェ効果特有の温度分布が存在することを明らかにした。これらの成果は、熱流-スピン流変換現象の理解に新たな知見を与えたとして、国際科学雑誌Nature Communicationsに掲載された。本年度の研究により、動的サーモグラフィ法による高感度熱イメージング技術を確立し、スピン流注入に伴う熱生成現象を可視化することに成功した。これらの成果は、非相反スピン現象の新たな観測手法を提示すると共に、スピン流由来の微小な温度変化が観測可能であることを実証する結果であり、来年度以降の研究が迅速に遂行可能となった。さらに、スピンペルチェ効果の系統的な測定により、従来知られていなかったスピン流特有の熱分布が明らかになった。この実験事実は熱流-スピン流変換現象の発現原理を解明する上で重要な指針となる。以上の理由から、当初の研究計画以上の成果が得られていると判断した。

この成果によりスピン波熱輸送現象の理解が進展した。2.磁気光学イメージングを用いたスピン波分光と数値解析非相反スピン波の直接観測を実現可能な新たなスピン波測定法の開発に携わり、磁気光学イメージングを用いた新規スピン波分光手法を確立した。本研究では、磁性体の磁化運動を磁気ファラデー効果とポンププローブ法を組み合わせることで測定し、測定結果をフーリエ解析することでスピン波分散関係の直接観測を実現した。当研究室の橋本佑介博士と共同で行われた本研究の中で、私は主に数値解析を担当し、実験的に得られた結果が従来良く知られた静磁スピン波の分散関係と完全に一致することを示した。スピン波の分散関係は非相反性を含めた全てのスピン波の情報を有するため、本測定手法の確立は非相反スピン波直接観測へ向けた重要な鍵となる。来年度は、強磁性体中に現れる人工超構造に由来した非相反スピン波の観測を試みる。人工超構造の作成にはレーザー微細加工法を用い、良く定義された超構造を強磁性体に導入する。非相反スピン波の観測には本年度確立した動的サーモグラフィ法を利用し、非相反性に起因した非対称な熱分布の観測を試みる。これにより、超構造に由来した非相反効果の存在を示し、非相反スピントロニクス構築の端緒を開く。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ワイヤ懸垂型ロボットの開発

可動空間が広く汎用性の高い新型機構としてクレーンのワイヤ下端に平面内3リンクマニピュレータを懸垂したロボットを構成し、その機構特性、制御法を確立した。本ロボットではマニピュレータベースがワイヤに連結されており、宇宙ロボットのようにマニピュレータの各関節を動かすとベース自身も傾くため、運動学自体が複雑となる。本研究では、ワイヤ支点の鉛直軸に対する傾き角と、マニピュレータベースとワイヤの成す角をそれぞれ受動関節角としてモデル化し、次に受動関節の動作を能動関節の動作により表現することにより、宇宙マニピュレータの拡張ヤコビ行列に対応したヤコビ行列を求めた。マニピュレータ手先の可動領域は、リンクの長さ、質量バランスに大きく影響されるため、上で求めたヤコビ行列を用いた解析を行い、その結果マニピュレータのリンク長、ベースリンクのワイヤ取り付け点とベース重心間の距離が長いこと、ベース質量が大きいこと等が可動領域を大きくするために必要であることを明らかにした。制御法に関しては、マニピュレータの動力学を求め、これを受動関節の運動、マニピュレータ関節の運動に分離し、受動関節の運動を拘束運動と見なすことにより、受動関節を持つマニピュレータの動力学方程式を求めた。軌道制御アルゴリズムの構築に当っては、軌道制御と振動制御の2つのフェーズに分離し、軌道制御においては非線形フィードバックにより線形化し、PID制御系を構成することで実現した。振動制御においては釣合点近傍において系を線形近似し、これに対して最適レギュレータを構成した。シミュレーション、DDモータを利用した制御実験の結果より、上記制御アルゴリズムが有効に作用することを検証した。
プラズマ増強光電子放出によるプラズマCVD膜のその場計測

本研究の目的は,プラズマ中の固体表面を光照射した際生じるプラズマ増強光電子放出現象(PEP)を利用した,プラズマCVD成膜時の膜質の新しいその場(inーsitu)計測法の開発である。本年度は,rfプラズマCVDを対象にPEP信号の基本的特性,信号の検出限界を明らかにし,本計測手法の適用可能性を明確にすることを目標に研究を行なった。実験方法としては,13.56MHzで駆動するrf平行平板型プラズマに動作ガスとして水素およびメタンガスを用い,エキシマ-レ-ザ-を電極に照射した際のPEP信号をオプトガルバノ法により検知した。その際,各種実験条件を変化してPEP信号の特性を調べた。その結果,1.PEP信号を最大にする最適ガス圧が存在する,2.rf電圧の位相とレ-ザ-の照射タイミングには信号を最大にする最適タイミングが存在する,ことが分った。また,3.これらの現象はいずれもプラズマ中に放出された光電子の電離増殖により支配されていることが明らかになった。4.信号の検出に必要な照射光フルエンスは約10μJ/mm^2で,これはrf位相と照射タイミングのジッタ-により信号揺らぎで決まっていた。5.成膜状態でPEP信号を測定したところ,炭素膜の成膜およびエッチングによるPEP信号の明瞭な変化を検出でき,本手法の有効性が確認された。6.成膜時のPEP信号は,照射するレ-ザ-光の波長を変化すると異なった反応を示すことから,照射波長を波長掃引すれば膜質に関する情報が得られる可能性のあることが示された。
分子及び分子集合体の構造と機能に関する研究及び動向調査

(1)放射光利用科学5+5ミ-ティング(平成元年7月24-26日)真空紫外国際会議の招待講演者も一部加え、英国側参加者5名(Munro,Bordas(Daresbury),Codling(Reading),Kroto(Sussex),Woodruff(Warwick))と日本側総勢60名の参加をえて討論会を分子研で開催した。生体物質の蛍光スペクトル,表面構造解析,クラスタ-の生成と検出,内殻励起の研究等最新のテ-マについての発表・討議が有意義に行われた。(2)高分解能分光学5+5ミ-ティング(平成元年9月26-29日)日本側参加者5名(広田(分子研)、清水(東大理)、土屋(東大教養)小尾(東工大理)、高見(理研))と英国側はホストのDixon教授(Bristol)を除く5名(Hamilton(QuesnMary大),Howard(Oxford),Baggott(Rreading),Brown(Oxford),Ashford(Bristol))がそれぞれ最近の成果を報告した。主なテ-マは(I)化学反応を中心とする分子ダイナミックス、(II)反応過程で現れる短寿命中間体の分子構造、(III)ファンデルワ-ルス力など弱い分子間力で結ばれた錯体の構造とダイナミックス、(IV)高振動励起状態における分子の動的挙動、(V)新しい分光学的手法、とくに高励起状態とダイナミックス研究の為の方法論の開発等である。お互いの問題意識が近く、活発な意見交換が行われた。会議の間に1日Rutherford-Appleton Lab.のLaser Lab.とOxford大学の物理化学科を見学した。前者は日本には類のない機関でその意味で興味をひいた。後者は世界的に著名な大学であるが、決して贅沢ではなくアイディアを尊重しユニ-クな研究を心掛けている点は注目すべきである。今回の会議を評価する声は日英両国側から大きく、人物交流をより一段と推進するかたわら、第2回5+5ミ-ティングを日本で開くことを確認した。(3)シンクロトロン放射光による分光ダイナックス(加藤立久)シンクロトロン放射光による分光ダイナミックスの研究においては、二次元的な電子エネルギ-分光法が非常に有効である。今回は、マンチェスタ-大学物理学科のJohn Comer博士等によって発案・実用化された電子エネルギ-分光の二次元測定技術の習得、並びに同測定法を応用した研究を行った。彼等は1980年より電子信号の光変換を利用してCDC検出器を用いた二次元検出を行ってきたが、最近電子信号を直接計数するelectron-sensing素子・波高分別器付増幅気・計数レジスタ-を集積・一体化した新しい二次元電子検出器を試作した。今回、この新しい検出器に関する技術を修得し、電子衝撃二次元測定法によるエチレン負イオンの共鳴状態の研究を行い次の様な成果を上げる事が出来た。イエチレンの基底状態の振動励起を伴う非弾性電子散乱において1.9ev付近で共鳴現象を観測し^2B_<2g>負イオン形成によるものと同定する事が出来た。ロ電子の損失エネルギ-3.55.5evの共鳴についても研究^2B_<3u>状態によるらしい事を確かめた。ハN_2分子の自動イオン過程における分岐比を決定することに成功した。(4)真空紫外レ-ザ-光による光化学(松見豊)ノッチンガム大学化学科J.P.Simons教授の下で、準安定状態のキセノン原子と塩素化合物との反応過程の解明を行った。準安定希ガス原子とハロゲン化合物の反応によって生成する希ガスハラドエキシマ-は紫外及び真空紫外領域で発光、レ-ザ-発振も可能であるので、その反応過程の解明は重要である。世界に一つしかない大変ユニ-クなロ-タ・ビ-ム装置を用い具体的にXe(^3P_2)+R-Cl→XeCl+Rの反応を研究した。励起状態にあるエキシマ-分子が生成し、その発光が観測される。発光スペクトルから生成したXeCl-B状態の振動エネルギ-分布を求めた。また断面積のエネルギ-依存性も求めた。R-ClとしてはCCl_4,CFCl_3,CF_2Cl_2,PCl_3,SOCl_2を用いた。主なテ-マは(I)

化学反応を中心とする分子ダイナミックス、(II)反応過程で現れる短寿命中間体の分子構造、(III)ファンデルワ-ルス力など弱い分子間力で結ばれた錯体の構造とダイナミックス、(IV)高振動励起状態における分子の動的挙動、(V)新しい分光学的手法、とくに高励起状態とダイナミックス研究の為の方法論の開発等である。お互いの問題意識が近く、活発な意見交換が行われた。会議の間に1日Rutherford-Appleton Lab.のLaser Lab.とOxford大学の物理化学科を見学した。前者は日本には類のない機関でその意味で興味をひいた。後者は世界的に著名な大学であるが、決して贅沢ではなくアイディアを尊重しユニ-クな研究を心掛けている点は注目すべきである。今回の会議を評価する声は日英両国側から大きく、人物交流をより一段と推進するかたわら、第2回5+5ミ-ティングを日本で開くことを確認した。(3)シンクロトロン放射光による分光ダイナックス(加藤立久)シンクロトロン放射光による分光ダイナミックスの研究においては、二次元的な電子エネルギ-分光法が非常に有効である。今回は、マンチェスタ-大学物理学科のJohn Comer博士等によって発案・実用化された電子エネルギ-分光の二次元測定技術の習得、並びに同測定法を応用した研究を行った。彼等は1980年より電子信号の光変換を利用してCDC検出器を用いた二次元検出を行ってきたが、最近電子信号を直接計数するelectron-sensing素子・波高分別器付増幅気・計数レジスタ-を集積・一体化した新しい二次元電子検出器を試作した。今回、この新しい検出器に関する技術を修得し、電子衝撃二次元測定法によるエチレン負イオンの共鳴状態の研究を行い次の様な成果を上げる事が出来た。イエチレンの基底状態の振動励起を伴う非弾性電子散乱において1.9ev付近で共鳴現象を観測し^2B_<2g>負イオン形成によるものと同定する事が出来た。ロ電子の損失エネルギ-3.55.5evの共鳴についても研究^2B_<3u>状態によるらしい事を確かめた。ハN_2分子の自動イオン過程における分岐比を決定することに成功した。(4)真空紫外レ-ザ-光による光化学(松見豊)ノッチンガム大学化学科J.P.Simons教授の下で、準安定状態のキセノン原子と塩素化合物との反応過程の解明を行った。準安定希ガス原子とハロゲン化合物の反応によって生成する希ガスハラドエキシマ-は紫外及び真空紫外領域で発光、レ-ザ-発振も可能であるので、その反応過程の解明は重要である。世界に一つしかない大変ユニ-クなロ-タ・ビ-ム装置を用い具体的にXe(^3P_2)+R-Cl→XeCl+Rの反応を研究した。励起状態にあるエキシマ-分子が生成し、その発光が観測される。発光スペクトルから生成したXeCl-B状態の振動エネルギ-分布を求めた。また断面積のエネルギ-依存性も求めた。R-ClとしてはCCl_4,CFCl_3,CF_2Cl_2,PCl_3,SOCl_2を用いた。
転写因子の動態解析に基づく始原生殖細胞エピゲノムリプログラミング分子機構の解明

本研究では、始原生殖細胞(Primordial germ cells; PGCs)におけるエピゲノムリプログラミングの分子機構を明らかにするため、体外培養系を利用し、マウスPGC運命決定に重要な転写因子群の動態解析を行うことを目指した。この体外培養誘導モデルは、マウス胚性幹細胞(ESCs)を起点とし、これをエピブラスト様細胞へと分化させ、BLIMP1、PRDM14、TFAP2Cの3種類の転写因子を強制発現することで、機能的なPGC様細胞(Transcription factor-induced PGC-like cells; TF-PGCLCs)を誘導するものである。本年度は、動態解析の中心となる、次世代シーケンサーを併用したクロマチン免疫沈降法(ChIP-seq法)の条件検討を実施するとともに、免疫沈降効率の高いエピトープタグの検討および選定を行った。これらの結果に基づき、ChIP法の実施を主目的として、TF-PGCLCを誘導可能なESCsを新たに樹立した。また、良質なChIP-seqデータを得るために、大量のTF-PGCLCsを誘導することを目指し、培養系について最適化を行った。また、ゲノム編集ツールについて条件検討を実施し、TF-PGCLCsを誘導可能なESCsにおいて、CRISPR/Cas9(Nickase型)システムを用いて、目的とする遺伝子を破壊できることを確認した。以上の通り、転写因子の動態を解析し機能を検証するための基礎技術について、TF-PGCLC誘導培養系における最適化を行い、PGCエピゲノムリプログラミングの分子機構を解析するための基盤が形成された。26年度が最終年度であるため、記入しない。
人間およびロボットの両側制御と視覚認知機構に関する研究

本研究は、人間の視覚認識と空間行動における左右大脳半球の役割を明らかにし、その工学的な応用の可能性を探ることを目的としている。平成12年度は、これまでに構築した両側制御モデルを実験用自律移動ロボットに実装し、環境認識の性能について評価を行った。また、心理実験、fMRIおよび脳波計測による視覚認知機能の評価とモデルの検討を進めた。両側制御モデルは、人間の左右大脳半球の機能的な差異を脳梁の側抑性フィルタ機能を仮定して実現したものである。ここでは、環境の特徴量を学習させるため、一対の自己組織化マップを用い、脳梁における情報伝達の遅延を逆位相で半値幅の異なるDOGフィルタで表現し重畳させた(両側性自己組織化マップ)。これにより、左半球で、ある特徴に注意を向けた時に右半球ではその周辺知識が活性化されるため、認識における耐ノイズ性能が向上する。DOGフィルタの振幅と半値幅の組み合わせをパラメータとし、耐ノイズ性能が向上する条件を数値シミュレーションにより明らかにした。実験用小型自律移動ロボット(Khepera)は、2つの車輪と8個の近接センサおよび光センサを有し、シリアルポートを介してコンピュータヘの情報の伝達と制御が可能である。ここでは、両側性制御モデルを実装するために、大きさが異なる障害物が散在する実験環境を用意し、ロボットが障害物の周囲を一周したときの走行距離(車輪の回転数)を特徴量として学習させた。実環境は、数値シミュレーションと比較するとノイズか大きいが、これまでに検討した両側性自己組織化マップに基づく数値シミュレーションの結果がほぼ妥当であることを確認した。研究プロジェクトの初年度である平成9年度は、ロボットの両側制御モデルの基本検討、視覚センサシステムの構築、視覚心理実験装置の構築および生理実験に関する基礎的な検討を行った。両側制御モデルに関しては、左右大脳半球に対応する2つの自己組織化ネットワークを脳梁の抑制結合(DOGフィルタ)で接続することにより、行動に伴って周辺情報を想起することが可能であり、ロボットの行動制御に有効であることを数値実験により確認した。この基本モデルに基づいて、空間行動や学習機能の検討を開始した。また、実験用小型ロボットに視覚センサ(CCDモジュール)を搭載し、対象物や環境の認識実験を行うためのシステムの構築を進めた。心理実験に関しては、単眼立体視と両眼立体視の評価および身体(頭と腕)の動きをフィードバックすることが可能な視覚心理実験装置の開発を進めた。本実験装置を用いて運動視差に基づく単眼立体視と両眼立体視の空間周波数特性を評価したところ、両者の間には類似性がみられ、面再構成過程の計算メカニズムの解明とモデル構築に有効な知見が得られた。この結果に基づく両眼立体視の神経回路モデルも考案している。さらに、生理実験として、脳波計測の他にFMRIを用いた実験の検討にも着手した。平成10年度は、(1)両側性ニューラルネットワークモデルの対象物認識への適用、(2)両眼および単眼の奥行き推定に関する心理物理実験、(3)両眼立体視のモデルの構築に関する検討を中心に研究を進めた。両側性ニューラルネットワークモデルに関しては、脳梁の抑制結合(DOGフィルタ)で接続した自己組織化マップに対し、活性度の高い部分にラベリングを施した言語マップを用い、それによる対象物の認識率に関する評価を行った。その結果、ノイズの多い環境では、両側性をもたせることにより認識率が向上することが明らかとなった。心理物理実験に関しては、両眼立体視と運動視差による単眼立体視における奥行き推定の実験を進めるとともに、新たに眼球運動の評価を行った。その結果、運動視差に基づく単眼立体視では、平均速度場の検出とそれに追随する活動性眼球運動とサッケードの繰り返しパタンか立体視に不可欠であることが明らかとなり、前年度の結果を踏まえて、面再構成過程について考察を加えた。また、HMDを用いた実験により、身体の動きの影響について評価を開始した。

両眼立体視のモデルは、ベイズ推定に基づく表面形成のモデルを提案し、種々の心理物理実験の結果の予測が可能であることを示した。引き続き、モデルの改良と評価を行うとともに、実験用ロボットへのインプリメントを検討する。また、生理実験の脳波計測とf-MRIの実験に関する検討を継続する。本研究は、人間の視覚認識と空間行動における左右大脳半球の役割を明らかにし、その工学的な応用の可能性を探ることを目的としている。平成12年度は、これまでに構築した両側制御モデルを実験用自律移動ロボットに実装し、環境認識の性能について評価を行った。また、心理実験、fMRIおよび脳波計測による視覚認知機能の評価とモデルの検討を進めた。両側制御モデルは、人間の左右大脳半球の機能的な差異を脳梁の側抑性フィルタ機能を仮定して実現したものである。ここでは、環境の特徴量を学習させるため、一対の自己組織化マップを用い、脳梁における情報伝達の遅延を逆位相で半値幅の異なるDOGフィルタで表現し重畳させた(両側性自己組織化マップ)。これにより、左半球で、ある特徴に注意を向けた時に右半球ではその周辺知識が活性化されるため、認識における耐ノイズ性能が向上する。DOGフィルタの振幅と半値幅の組み合わせをパラメータとし、耐ノイズ性能が向上する条件を数値シミュレーションにより明らかにした。実験用小型自律移動ロボット(Khepera)は、2つの車輪と8個の近接センサおよび光センサを有し、シリアルポートを介してコンピュータへの情報の伝達と制御が可能である。ここでは、両側性制御モデルを実装するために、大きさが異なる障害物が散在する実験環境を用意し、ロボットが障害物の周囲を一周したときの走行距離(車輪の回転数)を特徴量として学習させた。実環境は、数値シミュレーションと比較するとノイズが大きいが、これまでに検討した両側性自己組織化マップに基づく数値シミュレーションの結果がほぼ妥当であることを確認した。