hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
標本化格子の位相変調に基づく電子透かし手法の開発と静上画像への応用に関する研究

復号の際,原画像が必要であることを積極的に利用し,復号に使用するパラメータを符号化側で使用されたパラメータからあらかじめ求めておく新しい復号信号処理を提案した.符号化側の補間信号処理として,双1次補間,スプライン補間,および帯域制限補間を用い,新しい復号信号処理と組み合わせた場合のJPEG方式に対する復号誤り率特性を実験的に比較検討し,補間手法の選択が本手法に与える影響を検討した.その結果,復号信号処理の違いによる復号誤り率の改善率は,復号信号処理だけでなく組み合わせる符号化信号処理によっても変化することが明らかになった.また,新しい復号信号処理によれば,2乗平均誤差を基準とする計算量は約10%の増加となるが,4種類の標準画像について測定点での平均で,双1次補間とスプライン補間で約28%,帯域制限補間で約11%の改善率となり,特に双1次変換,スプライン補間での改善効果が著しいことがわかった.2.誤り訂正符号を用いた電子透かし標本化格子の位相変調に基づく電子透かしに付加情報として正規直交系であるウォルシュ関数(誤り訂正符号としての性質も持つ.)を付加情報として埋め込むことにより,結託攻撃に対処できることをすでに示した.そこで,電子透かしにおける誤り訂正符号の応用として,ウォルシュ関数自体を直接埋め込む新しい手法について提案した.本手法は位相変調に基づく方式と同様に付加情報の信頼性と再生画質とのトレードオフを細かく制御できる特徴を有している.攻撃として,特にガウスノイズ重畳における付加情報の復号特性について検討を行った結果,標準画像(barbara)において,アダマール変換後の係数(0255)について,2番目のピ-クとの比が,それぞれ-3dB, OdBのとき,SN比はそれぞれ12.3dB,8.7dBであった.1.標本化格子の位相変調に基づく電子透かしの復号信号処理の検討JPEG方式に対する復号誤り率特性を実験的に検討した.その結果,まず画素値が有限ビット数で表されることによる誤差をなくすため,符号化信号処理におけるフィードバック処理を導入した.次に復号信号処理において,シンボルの判定に使用する閾値を適応的に変化させることにより,復号誤り率ができることを確認した.2.誤り訂正符号と暗号手法に基づく電子透かし標本化格子の位相変調に基づく電子透かし手法には,高画質であるという特長があるものの攻撃耐性の向上についてはかなりの制限があることが本研究で判明した.今後このような手法を発展させる方向として,単独ではなくシステムとして組み合わせて利用することが考えられる.その一つの試みとして,改ざんの検出を可能とする付加情報の埋め込み手法を提案した.この手法は,復号に原画像を使用しないにもかかわらず,どのような画像であっても,全ての画素についてほぼ厳密な改ざんの検出ができる.また,暗号方式として公開鍵暗号を用い,且つ符号理論を組み合わせ,画像データより少ないデータ量である検査記号に署名することによって,画像情報全体に署名を施したのと同様の効果が期待できること,それと同時に単なる署名としての機能だけではなく改ざんの程度が少なければ,改ざん前の情報の復元が可能であること等が特長としてあげられる.
調和解析における分数冪作用素の研究

Orlicz極大作用素に対するLp空間上の有界性やFefferman-Stein型の不等式が成り立つための必要十分条件は,Bp条件として知られている.一方で,分数冪Orlicz極大作用素に対するLebesgue空間上の有界性に関する必要十分条件は判明していなかった.本研究における現段階の研究実績は,その課題に対する結論と考えてよい.具体的には次の結果である:通常の分数冪極大作用素における荷重Lp空間上の有界性に関してはSawyerの不等式が成り立つことが知られており,これはFefferman-Steinの不等式を分数冪極大作用素の場合に拡張したものと解釈できる.その一方で分数冪極大作用素におけるLp空間からLq空間への有界性に関してはHardy-Littlewood-Sobolevの不等式が成り立つことが知られている.本研究によって,次のことが判明した.1.分数冪Orlicz極大作用素におけるSawyer型の不等式が成り立つための必要十分条件はBp条件であること,すなわちOrlicz極大作用素におけるLp空間上の有界性やFefferman-Stein型の不等式が成り立つための条件と同値であることが判明した.2.分数冪Orlicz極大作用素におけるHardy-Littlewood-Sobolevの不等式が成り立つための必要十分条件を導出した.その結果によれば,Orlicz極大作用素に対するLp空間上の有界性の方が分数冪Orlicz極大作用素に対するHardy-Littlewood-Sobolev型の不等式よりも本質的に強い不等式であることが判明した.当初の研究計画では分数冪Orlicz極大作用素に対するSawyer型不等式が成り立つための必要十分条件およびHardy-Littlewood-Sobolev型の不等式が成り立つための必要十分条件について検討することになっていたが,それらに関する必要十分条件に加えて,分数冪Orlicz極大作用素の弱有界性が成り立つための必要十分条件まで得られており,当初の計画よりも進んだと考えている.それらの研究成果を踏まえた更なる課題をいくつか発見しており,現在はそれらの課題に着手し,そのうちの一つについては,まとめている段階であり,具体的には次のものである:1.Lp空間上で成り立つための必要十分条件を導出したので,その条件の下で,分数冪Orlicz極大作用素に対するMorrey空間上のAdams型の不等式へと拡張する.今後は残っている課題を解決していきたい.以下が現時点で発見した残された課題である:1.分数冪Orlicz極大作用素に対するOrlicz空間及びOrlicz-Morrey空間上の弱有界性,強有界性が成り立つための条件について考察する.研究計画では関数空間はLp空間に制限していたが,次にOrlicz空間へ拡張する.Orlicz極大作用素に対するOrlicz空間上の強有界性は既知の結果として知られているので,それを包括するような条件を導出したいと考えている.2.多重線形版分数冪Orlicz極大作用素に拡張した場合の,荷重Lebesgue空間上の有界性やMorrey空間上の荷重評価,更にOrlicz-Morrey空間上へと拡張する.Orlicz極大作用素に対するLp空間上の有界性やFefferman-Stein型の不等式が成り立つための必要十分条件は,Bp条件として知られている.一方で,分数冪Orlicz極大作用素に対するLebesgue空間上の有界性に関する必要十分条件は判明していなかった.本研究における現段階の研究実績は,その課題に対する結論と考えてよい.具体的には次の結果である:通常の分数冪極大作用素における荷重Lp空間上の有界性に関してはSawyerの不等式が成り立つことが知られており,これはFefferman-Steinの不等式を分数冪極大作用素の場合に拡張したものと解釈できる.その一方で分数冪極大作用素におけるLp空間からLq空間への有界性に関してはHardy-Littlewood-Sobolevの不等式が成り立つことが知られている.本研究によって,次のことが判明した.1.分数冪Orlicz極大作用素におけるSawyer型の不等式が成り立つための必要十分条件はBp条件であること,すなわちOrlicz極大作用素におけるLp空間上の有界性やFefferman-Stein型の不等式が成り立つための条件と同値であることが判明した.2.分数冪Orlicz極大作用素におけるHardy-Littlewood-Sobolevの不等式が成り立つための必要十分条件を導出した.その結果によれば,Orlicz極大作用素に対するLp空間上の有界性の方が分数冪Orlicz極大作用素に対するHardy-Littlewood-Sobolev型の不等式よりも本質的に強い不等式であることが判明した.当初の研究計画では分数冪Orlicz極大作用素に対するSawyer型不等式が成り立つための必要十分条件およびHardy-Littlewood-Sobolev型の不等式が成り立つための必要十分条件について検討することになっていたが,それらに関する必要十分条件に加えて,分数冪Orlicz極大作用素の弱有界性が成り立つための必要十分条件まで得られており,当初の計画よりも進んだと考えている.それらの研究成果を踏まえた更なる課題をいくつか発見しており,現在はそれらの課題に着手し,そのうちの一つについては,まとめている段階であり,具体的には次のものである:1.Lp空間上で成り立つための必要十分条件を導出したので,その条件の下で,分数冪Orlicz極大作用素に対するMorrey空間上のAdams型の不等式へと拡張する.今後は残っている課題を解決していきたい.以下が現時点で発見した残された課題である:

1.分数冪Orlicz極大作用素に対するOrlicz空間及びOrlicz-Morrey空間上の弱有界性,強有界性が成り立つための条件について考察する.研究計画では関数空間はLp空間に制限していたが,次にOrlicz空間へ拡張する.Orlicz極大作用素に対するOrlicz空間上の強有界性は既知の結果として知られているので,それを包括するような条件を導出したいと考えている.2.多重線形版分数冪Orlicz極大作用素に拡張した場合の,荷重Lebesgue空間上の有界性やMorrey空間上の荷重評価,更にOrlicz-Morrey空間上へと拡張する.学会講演や研究会等で使用しているノートパソコンが老朽化しており,交換の時期に差し掛かっている.さらに紙媒体の論文等の文献資料が膨大なものとなっており,それらの資料の整理をすることが必須であると考えている.そのために文献資料の電子化をするべく,スキャナの購入を計画している.占めて,およそ33万円ほど使用する.さらに,日本数学会や実解析シンポジウム,調和解析セミナー,京都大学RIMS研究集会などの研究集会に参加し,そのいくつかにおいて講演発表を行う予定がある.そのためにその費用として約30万円ほど使用する.1万円で文房具の購入,8万円で,論文のオープンアクセス化,別刷り出版料金等を計画している.
ジャガイモそうか病菌の菌体外エステラーゼに関する研究

ジャガイモそうか病菌のアクチノファージについて、いくつかの特徴的な性質が見出された。通常宿主菌にファージを接種して溶菌の有無を観察する際には宿主菌の胞子(または菌体)懸濁液にファージ懸濁液を加えるが、このような方法を用いず宿主菌の寒天培養上に直接ファージ懸濁液をスポットすることによってプラークを形成する宿主範囲が広くなることがわかった。前者の方法ではファージが宿主菌に十分に吸着し得ない場合があると考えられた。ほとんどのアクチノファージのDNA制限酵素分解パターンは十分に単プラーク分離を行なったものでも観察されるバンドが多く、無処理DNAのサイズに一致しなかった(宿主が同じ場合にはパターンは同一となり、宿主を代えるとパターンも代わる)。同じファージが同じ宿主菌に感染して増殖した場合でもその子孫にDNA構造の点で多型が生じている可能性があると思われた。この点を確認するため、そうか病菌株KY9113で増殖させたファージ株φNI-1を別のそうか病菌株Ch1で増殖させ、単プラーク分離を行なった。それぞれの単プラークファージ株DNAの制限酵素分解パターンには多型が認められた。この多型が宿主のDNA制限・修飾系の変異によるものか、ファージDNAに組換えが起こったためであるのかは不明であり、現在検討中である。エステラーゼ遺伝子の検出の目的で、感度の向上を計るため新たにPCRによる増幅産物の検出を試みた。Raymerら(1990)によるそうか病菌エステラーゼ遺伝子の塩基配列を参考としてPCR用プライマーを設計し、各そうか病菌株について検討したところ明確な1本のバンドとして増幅が認められた。当研究室の保存菌株のうち、らせん状胞子鎖を持つ菌株ではすべて同サイズ(約290bp)の増幅産物が認められたが、直波状胞子鎖の菌株では360bp、270bpなどサイズは様々であった。らせん状胞子鎖菌株由来の増幅産物をクローニングし、塩基配列を解読したところ菌株間で同一であり、Raymerら(1990)のエステラーゼ遺伝子と60%の相同性を持っていることがわかった。エステラーゼ遺伝子そうか病菌の種類によって多型を示していることが示唆された。今後もファージDNAの組換えの有無、そうか病菌エステラーゼ遺伝子の多型の詳細について検討する予定である。
Bi系複合酸化物の低温合成とヘテロ接合による有機物酸化活性の改善

Bi系複合酸化物(Sr2Bi2O5,BiVO4,Bi2WO6)の低温合成と光触媒活性の改善について検討した。Sr2Bi2O5ではヘテロ二核錯体法,BiVO4ではヘテロ二核錯体法と錯体重合法,Bi2WO6ではクエン酸錯体法が、高比表面積の試料調製において有効であった。UV-vis測定より、Sr2Bi2O5にLaを添加すると基礎吸収端がレッドシフトして可視光吸収域が拡大し、光触媒の活性も大きく改善された。第一原理エネルギーバンド計算から、Sr2Bi2O5にLaを添加するとバンドギャップが狭窄化されることが明らかとなった。Mo添加のBiVO4においても光触媒活性が改善された。申請者らは、これまで得られてきた可視光応答性光触媒(特に、Bi系複合酸化物)に関する研究成果をさらに発展させるために、Bi系複合酸化物について以下の(1)から(4)を目的とし、研究を進めている。(1)低温合成・焼成時間の削減による比表面積の向上(2)不純物ドープ効果の明確化(3)理論計算の実施による光学的性質の解析(4)材料複合化による光酸化分解能の向上が目的である。平成27年度の研究では、Sr2Bi2O5への異種元素の添加効果について、理論と実験の両面から詳細な検討を実施した。まず、ヘテロ二核錯体であるSr[Bi(DTPA)]・9H2O由来のLa-doped Sr2Bi2O5の調製とキャラクタリゼーションを実施した。La-doped Sr2Bi2O5に関するXRD測定では、5 mol% Laをドープしても不純物相の生成は確認されなかった。XPS測定の結果から、各元素の酸化状態はそれぞれSr2+,Bi3+, La3+であることがわかった。ラマン分光法測定の結果から、少量のLa添加ではLaがBiサイトに固溶するが、過剰に添加すると、Srサイトにも固溶することが示唆された。UV-vis測定の結果から、BiサイトにLaをドープすると吸収端がレッドシフトすることがわかった(未添加では3.2 eVであるが、5 mol% La添加で2.65 eV, 10 mol% La添加で2.49 eVと見積もられた)。価電子帯の位置を調べるために、エネルギーダイアグラム計測を実施したところ、Laの添加量によって価電子帯上部や価電子帯下部が大きく変動することがわかった。さらに、イソプロパノールの酸化分解に関する光触媒活性を調べたところ、可視光照射下(λ&#8805; 420 nm)で酸化チタンよりも高活性であることがわかった。次に、第一原理エネルギーバンド計算を実施したところ、Laを添加するとバンドギャップが狭窄化することが明らかになった。このため、Laを添加するとSr2Bi2O5の光触媒活性が改善されると考えられる。平成27年度は、Bi系複合酸化物について、(1)低温合成・焼成時間の削減による比表面積の向上, (2)不純物ドープ効果の明確化,(3)理論計算の実施による光学的性質の理論解析を目的としている。Sr2Bi2O5へのLa添加に関する研究成果は高く評価されており、欧文学術誌に既に掲載された。申請者らは、可視光応答性光触媒としてBi系複合酸化物に注目し、(1)低温合成・焼成時間の削減による比表面積の向上,(2)不純物ドープ効果の明確化,(3)理論計算の実施による光学的性質の解析,(4)材料複合化による光酸化分解能の向上について研究を進めている。今回、Bi系複合酸化物としてBiVO4及びBi2WO6に着目し、それらの低温調製法や熱処理条件(焼成温度や焼成時間)の検討,異種元素の探索と添加効果の明確化,理論計算による電子構造や光学的性質の評価について取り上げた。従来のCa4Bi6O13やSr2Bi2O5はp型半導体であることが示唆されており、BiVO4やBi2WO6はn型半導体であるため、Bi系のpnヘテロ接合型光触媒の創製による有機物の光酸化分解活性の向上が期待される。まずBiVO4の光触媒活性能を高めるために、低温合成による高比表面積試料の調製について検討した。錯体重合法では、固相反応法よりも100 °C低い温度で単斜晶系のBiVO4単相が生成することがわかった。異種元素の添加では、Laを添加すると単斜晶系のBiVO4が得られるが、Moを添加すると正方晶系のBiVO4が生成した。これらの異種元素を添加するとBiVO4の結晶子サイズが減少し、比表面積の向上が示唆された。異種元素添加によってBiVO4の基礎吸収端は大きく変化しないが、第一原理計算の結果、BiVO4の価電子帯や伝導帯に異種元素に由来する電子状態が確認された。可視光照射下においてイソプロパノール分解活性を試験したところ、添加前よりもMo添加によって、BiVO4のイソプロパノール酸化分解活性が向上することがわかった。平成28年度は、Bi系複合酸化物(特にBiVO4)について、(1)低温合成・焼成時間の削減による比表面積の向上,(2)不純物ドープ効果の明確化を実施しており、(3)理論計算の実施による光学的性質の解析, (4)材料複合化による光酸化分解能の向上について検討を進めている。

固相反応法と比較して、錯体重合法ではBiVO4の微粒子化し、異種元素を添加するとさらに微粒子化が進行する。異種元素の添加は、可視光照射下における有機物酸化分解活性の改善にも有効であることを確認した。可視光応答性光触媒として異種元素を添加したBiVO4に注目し、1実験と第一原理エネルギーバンド計算の併用による異種元素の添加効果の明確化,2異種元素添加による光触媒活性の改善,3クリックケミストリーを利用したヘテロ接合型光触媒の調製について検討した。異種元素としてNb,Yを選択しその添加効果を調べた。Nb添加では、空気中500°C焼成ではBiVO4相以外に不純物相としてV2O5やBi2O3が確認され、600°C以上で単相のBiVO4が得られた。一方、Y添加では、600°C以上の焼成でもYVO4が不純物として残留した。UV-visスペクトル測定では、NbやY添加はBiVO4の基礎吸収の立ち上がりに影響せず、BiVO4の禁制帯中にNbやYに関連するエネルギー準位は形成されなかった。有機物化合物(イソプロパノール)の光酸化分解による活性測定では、NbやYの添加によってBiVO4の光触媒活性は改善されなかった。昨年度からの系統的な検討により、4種類の添加物(La,Mo,Y,Nb)の中では、Mo添加がBiVO4の活性向上に最も効果的であることが明らかとなった。第一原理バンド計算からいずれの添加物もBiVO4のバンドギャップ中に不純物準位を形成せず、異種元素添加によってバンドギャップの狭窄化が生じないことを確認した。このため、Mo添加による活性の改善はBiVO4表面に活性層が形成されたためと推測している。また、クリックケミストリーを利用したヘテロ接合系光触媒の調製では、正電荷を複数有するデンドリマーの合成が予定通り進まず、H28年度に合成した6merの合成ペプチドを伸長する手法で代用したが、平均粒径が大きい場合には効果的でなかった。Bi系以外では、ヘテロ接合型光触媒として、Zr添加による多孔質化したCaFe2O4とクエン酸錯体法から得たWO3微粒子の組み合わせが有効であることをした。Bi系複合酸化物(Sr2Bi2O5,BiVO4,Bi2WO6)の低温合成と光触媒活性の改善について検討した。Sr2Bi2O5ではヘテロ二核錯体法,BiVO4ではヘテロ二核錯体法と錯体重合法,Bi2WO6ではクエン酸錯体法が、高比表面積の試料調製において有効であった。UV-vis測定より、Sr2Bi2O5にLaを添加すると基礎吸収端がレッドシフトして可視光吸収域が拡大し、光触媒の活性も大きく改善された。第一原理エネルギーバンド計算から、Sr2Bi2O5にLaを添加するとバンドギャップが狭窄化されることが明らかとなった。Mo添加のBiVO4においても光触媒活性が改善された。28年度以降は、27年度の研究計画を継続して、Bi系複合酸化物(Sr2Bi2O5やCa4Bi6O13)について、低温合成・焼成時間の削減による比表面積の一層の改善を図る。また、La-doped Sr2Bi2O5を用いてp/nヘテロ接合型光触媒を調製し、光触媒活性の更なる改善を目指す。(次年度使用額が生じた理由と使用計画)研究計画の変更及び研究を遂行する上での大きな問題点は、生じていない。(理由)平成29年度は、27, 28年度までの研究成果をさらに発展させるために、Bi系複合酸化物に添加する異種元素の探索,機器分析や第一原理バンド計算による異種元素の役割の明確化,材料複合化による光触媒活性の改善に取り組む。(次年度使用額が生じた理由と使用計画)研究計画の変更及び研究を遂行する上において大きな問題点は、生じていない。
完全単純構造主成分分析とその個人差測定尺度構成への応用に関する計量心理学的研究

多重対応分析は,しばしば質的データの主成分分析と呼ばれる。本研究は,この陳述を文字通りの意味で成立させることを目指した。より具体的には,直交多項式主成分分析と名づけられた方法を開発した。この方法においては,中心化,精気直交化されたカテゴリー数ー1次元のベクトルによって数量化が行われる。驚いたことに,このベクトルの数値は全く任意であり,かつ同一の個体スコアと固有値を生み出すという意味で,多重対応分析と等価であることが示される。数量化ベクトルの不定性を利用して,解を一意に定める2つの方法が導入されるとともに,一般的な調査データに対する多次元の分析が可能となることが示された。この方法の実データへの適用テストにおいて,本課題の主テーマである完全単純構造主成分分析を適用し,特に,bootstrap法を用いた解の安定性のテストに適用して,一定の成果を得た。この際,とくにこの方法が一般の社会調査データよりも,心理学において広く用いられているLikert尺度の分析に威力を発揮すること,通常,著しく違った結果を生み出すと見られるMCAとPCA(広義の因子分析)の解が,多くの場合,包含関係にある(MCAの解にPCAの解が含まれる)ことがわかった。その他,MCAの解について,いくつかの興味ある性質を見出すこともできた。これは,計画調書においては2016年度に実施を予定していた計画であったが,諸般の事情で前倒しで実行し,所期の成果(むしろ,予期しなかった結果)を得たものである。今年度に関しては,OPPCAの開発に主たるエフォートを投入したため,メインのトピックについては,上記のような補助的手段としての適用例を蓄積するにとどまったが,2015年度春までの成果については,国際計量心理学会(2015念7月,北京)において発表し,一定の反響があった。上記のように,今年度は本方法の適用に関して,次年度に予定していた質的データへの適用と,そのための基礎研究を優先したため,研究遂行の順序がやや前後している。しかしながら,その点では,予定以上の進展を見たとも言えるので,研究全体としては,(2)と評価した。最終年度までには,計画全体を申請時の目標を達成することができると考えている。完全単純構造主成分分析という,心理測定に特化した広義の因子分析の方法について研究する方向については不変であるが,その妥当性,有用性を明確にし,方法を実用的なものとして確立するためには,より基礎的な研究が必要であることを自覚せざるを得なくなり,以下のような検討を行った。第1に,適用の対象とするLikert-typeの項目に付与される順序的な反応カテゴリーの等間隔性の検討である。これについては,昨年度開発し,査読つき論文として刊行したOrthonormal Polynomial Principal Component Analysis (OPPCA)の適用例を蓄積し,特に尺度を個人のアセスメントに用いる際の,反応傾向の影響を明らかにした。これらについては,Psychometric Societyの2016年次大会(米国,ノースカロライナ)と日本行動計量学会の大会において発表した第2に,民間の一研究者の開発したASCと呼ばれる尺度について,完全単純構造主成分分析とOPPCAを併用した分析を行い,尺度をhigh stakesな状況で用いた場合に,特定の項目において中点評定が増加する傾向について,新たな発見があった。また,主成分分析におけるBootstrap法による推測について,新たなアイディアを得て,シミュレーション結果を蓄積した。これについては,今年度の国際学会,ならびに,行動計量学会において発表予定である。最後に,心理アセスメントの信頼性と妥当性の基礎について,新たな考察を含めた解説を市販誌に執筆した。研究の理論的基礎の再確認のために極めて有効であった。研究の進行とともに,申請時の計画が,より確実な基礎を固めなければ実現しないものであること,特に,完全単純構造主成分分析が,単独の方法としてというよりは,他の多変量解析の諸手法,クラスター分析,(古典的)主成分分析,多重対応分析等の文脈の中で,一種のネットワークとして機能するものとするためには,諸種訪韓の関連性をより明らかにする必要があることがわかってきた。そのことから,予定以上の進捗をした部分もある一方で,実用的な素仏ウェア開発といった面では,いまだしの感もある。したがって,「平均をとって」(2)と評価した。当年度に関しては,計画とかなり異なった方向で研究を行わざるを得なかった.心理測定尺度のために,単純構造を目指す探索的データ分析の方法を開発するという目標は変わらないものの,この年度内に現実に取りくまなければならなかったのは,社会調査データであったので,方法もその方向が強調されることになった.一番大きな成果は,昨年度に「データ分析の理論と応用」誌に掲載された「正規直交多項式主成分分析」を,より一般的な社会調査における質問項目を含めて分析可能な方法を拡張したことである.カテゴリー間に自然な順序が存在しない場合については,重み行列の左右からの直交回転を行うが,実データによってこれがほぼ確実に一意の解に収束することを確認した.このような方法が原理的に可能であることは,先の論文刊行時にもわかっていたが,現実に単純構造化されたパターン行列の解釈を,それぞれの数量化された変量の意味を参照しながら行わなければならないため,大変使い勝手が悪かった.この問題は,自然なカテゴリー間順序のある項目については,正規直交多項式による数量化によって部分的に解決され,かなり実用に耐える方法になった.

この種の方法による経験的事実に関する成果としては,形式的には同じ5段階評価型の項目であっても,事実を問うものと主観的な評価を求めるものでは,全く数量化次元の性質が異なってくることが繰り返し確認できたことである.後者には,明らかな反応傾向(極端反応)の個人差が反映し,それは心理測定が目指す個人のアセスメントにおいては,今後十分に考慮されなければならない問題になると思われるし,社会調査においては,むしろ除去すべきアーチファクトとみなされるであろう.多重対応分析は,しばしば質的データの主成分分析と呼ばれる。本研究は,この陳述を文字通りの意味で成立させることを目指した。より具体的には,直交多項式主成分分析と名づけられた方法を開発した。この方法においては,中心化,精気直交化されたカテゴリー数ー1次元のベクトルによって数量化が行われる。驚いたことに,このベクトルの数値は全く任意であり,かつ同一の個体スコアと固有値を生み出すという意味で,多重対応分析と等価であることが示される。数量化ベクトルの不定性を利用して,解を一意に定める2つの方法が導入されるとともに,一般的な調査データに対する多次元の分析が可能となることが示された。OPPCAの開発は予想以上の成果であったが,論文の刊行で一段落したため,今年度は,初年度に計画しながら,遅れている多くのデータへの適用と,シミュレーション研究に主力を注ぎたい。こちらも,査読付き論文として刊行にこぎつけることが目標である。最終年度となるので,ここまでに行ってきた大量の分析結果やシミュレーションの結果,ならびに理論的な検討から取捨選択して,主題である完全単純構造主成分分析に関する査読つき論文を投稿することを第Iの目標とする。当然ながら,心理測定という中心的な概念については,市販誌への解説の執筆を通じて考察を深めたい。それとともに,OPPCAが社会調査データの分析にも大いに貢献できることが明らかになってきたので,この方向での研究にも着手したい。研究代表者にとっては,今年度が最後の公的資金による研究活動となるが,その後も引き続き研究活動を続け,成果を発信できるような準備を整えたい。計量心理学研究内容が,理論研究に傾斜することとなったため,データ整理等の人件費を使用する機会がなかったことと,海外出張先が北京となったため,旅費の支出が大幅に減じたこと,また,次年度における海外旅費が高額になることが予想されたためである。2018年7月開催の国司計量心理学会大会(アメリカ合衆国,ノースカロライナ州アッシュビル)への出張旅費として大半が支出される。
熱中症予防策としての熱中症ハザードマップ作成と暑熱順化トレーニング法開発

都道府県別のデータを用いて日最高気温と日別死亡数との関連を回帰スプラインで回帰すると、至適気温はそれぞれの都道府県の日最高気温の84パーセンタイル値で推定できることを明らかにした。また、短期暑熱順化プログラム(10日間、室温45°Cで1日2時間の安静暴露)によって、暑熱下運動時の換気亢進反応は抑制されること、室温35°Cおよび40°Cで安静時における温度感覚が順化後に低下することを明らかにした。スポーツ・体育現場において、夏季スポーツや体育授業の適切なあり方について、緊急に検討する必要があり、特に、現場で実践可能な熱中症予防対策は喫緊の課題である。本研究では、スポーツ・体育現場で応用可能な熱中症予防策として.効果的な短期暑熱順化運動プログラム(温度・運動強度の検討)を開発することを目的とした。我々は近年、暑熱下運動時の換気量上昇が体温上昇と密接な関係にあることを見出している。すなわち、暑熱運動時に見られる苦しさの一つとして換気量の亢進(呼吸困難感)があり、このことが暑熱時の運動能力や安全確保に大きく関わる可能性を示唆している。しかし、この体温上昇に伴う換気量増加のメカニズムやトレーニング効果に関して明らかではなく、これらに関して検討することも本研究の目的とした。本年度は、安静時暑熱暴露による暑熱順化が運動時における深部体温上昇に伴う換気亢進反応に及ぼす影響を検討するために、連続的な安静時暑熱暴露に伴う暑熱順化によって,暑熱下一定負荷運動時における換気亢進反応の経時変化および体温上昇時の換気調節システム(換気亢進の閾値および換気感受性)がどのような影響を受けるのか検討した。主な結果は、(1)暑熱下持続的運動時における換気量増加の経時変化は、暑熱順化後に低下したこと、(2)暑熱順化によって、換気亢進の深部体温閾値は低下し、深部体温上昇に対する換気感受性は増大したことである。これらの結果から、暑熱順化によって、暑熱下運動時の換気亢進反応(経時変化)は抑制されることが示唆される。この換気反応の変化の考えられるメカニズムとして、同一体温時の換気反応は増大したが、体温調節反応の改善による深部体温低下や酸素摂取量の低下などによって換気亢進が抑制されたと考えられる。本研究では、スポーツ・体育現場で応用可能な熱中症予防策として、効果的な短期暑熱順化運動プログラム(温度・運動強度の検討)を開発することを目的としている。今年度は、安静時暑熱順化が安静時における温度感覚および快適感に及ぼす影響を検討した。健常男性9名を対象とし、10日間連続の安静時暑熱暴露(室温45°C,湿度50%の環境下で2時間の安静暴露;深部体温は38.5°Cで維持)の前後で、温度感覚テストを実施した。このテストでは、室温25°C、湿度50%の常温環境下で10分間の座位安静後、室温を30°C(20分間)、35°C(20分間)および40°C(30分間)へと段階的に上昇させ、その時の体温・循環反応(食道温、平均皮膚温、局所発汗量、皮膚血流量、心拍数、平均血圧)、温度感覚および快適感を測定した。研究1被験者は水、Na+飲料及び糖を付加したNa+飲料を摂取した後に暑熱下(35°C)で50%VO2peak強度での90分間の自転車運動を行い、続いて100%VO2peak強度で疲労困憊に至るまで運動を行うパフォーマンステストを実施した。その結果、運動前にNa+飲料を摂取した場合に水を摂取した時よりも血漿量が増加し、暑熱下運動時の深部体温上昇が抑制された。また、糖を付加したのNa+飲料を摂取した場合に水及びNa+飲料を摂取した時よりも暑熱下運動パフォーマンステストの継続時間が増加した。これらの結果から、1.運動前のNa+飲料摂取が体水分量(血漿量)の増加を介して暑熱下運動時の深部体温の上昇を抑制する可能性、2. Na+飲料への糖付加により暑熱下運動パフォーマンスが向上する可能性が示唆された。研究2日最高気温と日別死亡数との関連は、ある気温(至適気温)で死亡数が最低となり、それよりも気温が高くても低くても死亡数が高くなるというV字型となる。都道府県別のデータを用いてこの関連を回帰スプラインで回帰すると、至適気温はそれぞれの都道府県の日最高気温の84パーセンタイル値で推定できることを、我々は以前に明らかにした。この推定可能性は、韓国、台湾、ヨーロッパ、北米のデータでも確認できたことから、全球の広い範囲で成り立つことを確かめ、さらに、distributed lag non-linear modelという、ある日の気温の影響が翌日以降にも影響を与えることも考慮に入れた非線形回帰

モデルを採用することによって高気温のリスクを推定し、地球温暖化による2030年、2050年における熱関連死亡数の増加を予測した。その結果、中国、インドなどで大きな影響があること、先進国でも影響があることが明らかとなった。主要な温暖化の健康影響のうち、これほど先進国で影響が大きいものは認められていない。26年度が最終年度であるため、記入しない。環境保健学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していた暑熱順化実験における実験結果が得られたため、おおむね順調と判断した。本年度目的の、短期間安静時暑熱順化時時における温度感覚変化に関する研究が進展したため。安静時加温によって生じる体温調節機能以外の変化、例えば血圧調節に及ぼす影響、さらに、ハザードマップ作成のために、気象庁発表の外気温度・湿度・天候と屋内で環境の差について調査し、地域ごとの屋内環境評価モデルの作成を試みる。1)過去2年間の暑熱順化実験結果をもとに、効果的な短期暑熱順化プログラムの開発、2)熱中症予防としての運動前のナトリウムと糖入りの飲料摂取の暑熱下運動時の体温や運動パフォーマンスに及ぼす影響についての検討、3)地域別熱中症ハザードマップ作成のための熱中症死亡リスク予測モデルの開発、を推進する。来年度の当初の研究計画に加えて上記研究を行う予定のため、備品、消耗品、謝金が必要である。次年度において、熱中症予防としての運動前のナトリウムと糖入りの飲料摂取の暑熱下運動時の体温や運動パフォーマンスに及ぼす影響についての検討と、地域別熱中症ハザードマップ作成のための熱中症死亡リスク予測モデルの開発、を行う予定であり、それらの実験費用及びデータ解析に必要となったため。動前のナトリウムと糖入りの飲料摂取の暑熱下運動時の体温や運動パフォーマンスに及ぼす影響に関する実験のための実験謝金及び死亡リスクモデル作成における統計解析謝金に充てる予定である。
大脳基底核―大脳皮質回路で起きる異なる時定数のダイナミクスの解明

本研究では、「大脳基底核-大脳皮質回路で起きる異なる時定数のダイナミクスの解明」という題目のもとで、研究を進めた。第1に、大脳基底核の神経細胞の発火活動が、眼球運動とどのように関連するのかを実験データから、詳細に調べることを行った。これにより、尾状核の神経細胞が眼球運動の速度と、弱いながらも確実な相関関係があることを示した。この結果は、大脳基底核の眼球運動への関与を示している。更に、ドーパミン細胞の活動を記録し、それを強化学習のモデルと比較することで、ドーパミン細胞が報酬予測誤差を表すときに、巧みに課題に関する手がかりを記憶し、それを利用していることを示した。言い換えるならば、近年注目を浴びているドーパミンの反応は、課題のコンテキストを利用することで、報酬予測を向上させていることを示した。これらの結果は一流の学会誌に発表された。第二に、同時発火がどのような機能を持ちうるかについて、モデルの立場からの研究を進めた。これにより高次相関をもった発火活動が比較的単純なメカニズムから形成されることが分かった。今後は、この計算論的意味を把握していくことが必要である。第三に、昨年提案した、情報幾何座標系を使う神経細胞同時記録の解析手法が、DNAマイクロアレイのデータ解析の手法としても適用できることを示した。この議論がもとになって、神経系の遺伝子の働きとして特にアルツハイマー病の機序の解明について、実験研究者と議論を行った。その成果を、図書の1章として出版することができた。一方、スパインの可塑性に関しても実験研究者と議論を行った。これにより、問題がかなり明確になると同時に、分子機構によるスパインの形状の制御と可塑性の関係に関する我々の提案を、国際的にも一流の論文誌に発表した。本研究は、「大脳基底核-大脳皮質回路で起きる異なる時定数のダイナミクスの解明」という題目のもとで、大脳基底核-大脳皮質回路で起きる異なる時定数のダイナミクスをモデル化するツールの開発、そのデータ解析の手法の開発をまず中心として研究を進めた。その一環としては、神経細胞集団の発火がどのように外界の刺激を符号化・復号化するのかについてその最適性を研究した。また大脳基底核の細胞が、報酬信号を利用しつつ、自己組織化を通じて、効率の良い発火パターンを示せることをしめした。同時に、大脳基底核-大脳皮質回路による逐次的運動の学習・制御のモデルを構築し、実験結果と比較検討した結果、我々の提案した多重表現仮説が逐次運動の学習・制御に関するの脳回路の仮説として適していることを示した。以上の研究により、細胞集団の特性を把握することができた。また、同時発火がどのような機能を持ちうるかについて、モデルの立場からの研究と、情報幾何を用いたデータ解析の立場からの研究を並行して進めた。情報幾何座標系を使うと、今まで観測不可能だった高次相関を実験データからきちんと定量的に測定できることになる。これにより、今まで不可能だった神経細胞集団の発火活動の高次相関が動物の意思決定にどれくらい関与しているのかが定量的にぎろんできるようになる。この観点から、まずデータ解析手法を提案して、それを論文にまとめた。次にそれをモデルの観点から議論するために、そのモデルを提案してそのモデルの振る舞いについても論文発表を行った。現在は、これらの成果に基づき、異なった時定数を併せてモデル化そしてデータ解析する手法について研究を更に推し進めている段階である。
ホメオボックス遺伝子のfail-safe機構と細胞分化機能

ショウジョウバエのホメオボックス遺伝子BarH1/BarH2は、約80kbにわたる一群の共通エンハンサー(コエンハンサー)により制御され、機能的に互いにredundantである。この制御機構は、特に成虫肢分化におけるBarH1/BarH2発現に関して、hedgehog/wenglessを頂点とする位置情報遺伝子カスケードの支配下にあることを昨年度示している。この遺伝子カスケードは、いくつかの細胞にわたる極めて複雑なシグナル伝達経路ではあるが、ハエからヒトに至る全ての生物の細胞機能分化の基本に関わる仕組である。hedgehogの後部区画での発現により、分泌されたHedgehog蛋白質による前後軸の形成と、winglessによる背腹軸の交点近傍に生じた"中心"が、BarH1/BarH2の円環状発現に必須であるとの考えを検証するために、wingless発現を減じることで"中心"を重複化し生じた2つのBarH1/BarH2円環間の発現干渉実験を行った。その結果、BarH1/BarH2円環の内縁まで中心領域が占めそこから分泌性の蛋白質が放出されそれにより極座標情報が決められていることが分かってきた。またこの実験の過程で、winglessの発現は、hedgehogにより誘発されたdppにより抑制されること、winglessによる重複円は、捻れているこのも分かり、BarH1/BarH2が、位置情報を解析する際の良いマーカーになるこのも分かった。BarH1/BarH2の複眼細胞特異的エンハンサー及び肢特異的エンハンサーの構造を決め、また発現が同じでも関連エンハンサーは経時的に変化すること、円環状発現エンハンサーにも内部構造があることが分かった。
発生工学を応用した小胞体輸送機構の研究-LDL受容体を発現するトランスジェニックマウスを用いて-

虚血性心疾患に代表される粥状動脈硬化疾患に深く関わるLDLの血中値の調節に深く関わる肝細胞のLDL受容体の構造機能連関を解析することを目的として、野性型およびソーティング異常受容体を発現するトランスジェニックマウスの作出を目指してきた。この目的のため受容体のリガンド結合領域のなかでも種特異性の極めて高い11アミノ酸からなる配列に着目し、この配列部分のみをラット受容体の対応する配列で置き換えたキメラ受容体組み替え遺伝子を遺伝子工学的方法を用いて作成し、さらにそれぞれの置換配列に対する抗体を新たに作成し野性型およびソーティング異常LDL受容体を選択的に検知しうるかどうか検討をおこなった。(1)野性型およびソーティング異常LDL受容体を識別するために識別配列としてラットLDL受容体の一部と置換したヒト/ラット・キメラLDL受容体遺伝子を構築した。(2)野性型受容体およびソーティング異常キメラLDL受容体を発現するCHO細胞株を確立したところ、野性型受容体と比べ受容体の基本機能はよく保存されていることが示された。(3)さらにラットおよびヒト受容体の置換部位のアミノ酸配列に対する抗ペプチド抗体をそれぞれ作成したところ、それぞれの分子を明瞭かつ選択的に識別することが明らかになった。(4)したがってこれらの組み替え遺伝子および抗体を用いることにより本計画の目標である同一細胞内における異なる受容体分子の識別的認識および解析が可能になると考えられる。現在キメラLDL受容体遺伝子を発現するトランスジェニックマウスを作出しつつあり、野性型受容体発現マウスと交配することによりヘテロ結合体モデルマウスの作成をめざしている。
内湾(八代海)の環境傾度と生物適応

環境傾度(物理、化学的條件)と植物プランクトン、動物プランクトン群集の分布適応について、前年度までに実施した、四季にわたる全域調査(22調査点)のとりまとめを行うとともに、八代海中央部の1調査点において、15時間連続調査(2時間毎)を実施した。その結果、八代海は全調査期間を通じて、北部の方が富栄養の度合、内湾的な傾向が強く、これに対応して、植物プランクトン、動物プランクトンの出現量は北部海域で豊富であった。また北部海域では内湾性のもの、南部海域では外洋的性格の強い種が、優占的に出現した。時間的な変動は表層で幾分認められるが、10m以深では比較的安定している。一方、植物プランクトン指標種の培養実験や、動物プランクトンの微細分布の究明なども、前年度に引続いて実施された。植物プランクトン指標種のSkeletonema costatumの種々の栄養塩に対応した増殖が、他の海域のものと比較して特性のあること、動物プランクトン指標種のかいあし類2種(Acartia clausi,Oithona davisae)の特徴ある微細分布の状況などが明らかになった。ベントスについては、前年度までの二次湾を対象とした調査に対し、本年度は全域(25調査点)を対象とした調査を、初夏と初秋に行った。多毛類(とくにスピオゴカイ科のもの)の分布と、底質の硫化物量と有機窒素量との間に関連のみられること、貝類の分布には、物理的環境が大きく作用していることなどが明らかになった。また二枚貝の1種シズクガイの分布を詳細に検討したところ、幼生期の分散状態との関連が示唆された。3年間の総括としては、今回の調査、実験の結果に過去のデーターも加えて、八代海全域にわたる環境傾度と、各生物群の分布状況との相互関係を検討し、八代海における生物適応の特性について、総合的な解析を行った。
筋の可塑性を牛耳る遺伝子の探索

骨格筋は生体内の中で最も可塑性のある組織のひとつであり、様々な運動形態により量的・質的変化を起こすことが知られている。すなわち、レジスタンス運動をすれば筋は肥大し、持久性運動をすると筋の有酸素能力は向上するが、使わなくなると筋は萎縮する。筋の可塑性を理解するには、これらそれぞれのプロセスに関わる分子に注目し、それが過負荷・除負荷によりどのように変化するのかを詳しく解析することが必要である。研究対象は、骨格筋の培養細胞をはじめ、マウス等の実験動物個体を用いた基礎研究、そしてヒトの被験者とした応用研究を行った。最終的には「筋の可塑性を牛耳る遺伝子の網羅的探索」をマイクロアレイの利用により行った。ゲノムプロジエクトが終結を迎えた今、筋の中で起こっていることをマイクロアレイ技術を使うことで網羅的に解析することが可能になった。ゲノムプロジェクトで判明した遺伝子をスライドグラスの上に規則正しく配列し(スライド一枚あたり2万種類以上の遺伝子を配置できる)、それに対して運動前後の筋組織から抽出してきたmRNAを競争的にハイブリダイゼーションさせるもの。2種類のmRNAは異なる色の蛍光色素でラペルし、それを同時にハイブリダイゼーションにかけるので、結合したmRNAはその量に従ってそれぞれの色のシグナルを強く出すようになり、複数遺伝子のアップレギュレーション、ダウンレギュレーションが一度に解析できるようになる。異なる系統のマウスを5日間、10日間ランニングホイールを使つて自由運動させ、運動量が多かったグループと、全く走らせなかったグループの足底筋からmRNAを抽出し、マイクロアレイを使った比較検討を行った。その結果、発現量が3倍以上に増えたものが62遺伝子、3分の1以下に減少したものが214遺伝子見つかったが、そのほとんどは未だ機能のわかっていない遺伝子であった。持久性運動をおこなった時、骨格筋にはミトコンドリア容量の増加、ミオグロビン量の増加、毛細血管密度の上昇、遅筋タイプミオシン重鎖蛋白質の発現上昇と速筋タイプミオシン重鎖蛋白質の発現低下など様々な(遅筋化といわれる)変化が起こることが知られている。これに関して、カルシニューリン・NFAT系など遅筋化に関するマスター遺伝子が働いていることが報告されているが、本研究は持久性運動を行ったときに遅筋化のカスケードがどのように動くのかを網羅的に探るために計画されたものである。モデル動物として、マウスを使ってランニングホイールを用いた自発性運動を510日間行わせたところ、(足関節底屈筋である)足底筋に以下のような遺伝子の発現上昇と下降が確認された。(3倍以上の)発現上昇したもの:62遺伝子(3分の1以下に)発現が下降したもの:214遺伝子現在、上記の遺伝子の他にもまだ機能が未報告な遺伝子に関して、より詳細に発現レベルなどの検討を行っている。
BMIを用いたペダリング型下肢運動リハビリテーションシステムの構築と有用性の検討

本研究は、神経原性の下肢麻痺患者を対象とし、患者が麻痺足を動かそうとする意図をBMI技術を用いて実時間予測し、患肢を固定したペダリング装置をモータやFESで強制的に回転させる事により、患肢も意図通り動かしてやるというリハビリ装置の構築とその有用性の検討を行ったもので、健常人と脊髄損傷患者を被験者として脳波α,β帯域のERDにより動作意図を実時間検出し装置の駆動を行った。装置の臨床効果に関してはまだ検証を要するが、脊髄損傷患者が、ペダル漕ぎ、及び静止状態をイメージした際の判別正答率は、症例によるが、健常な被験者のそれと同等の良好な成績(約70%)が得られており、その有用性が示されたと考えている。平成26年度は、主な研究項目として、1)ヒトを対象としたシステムのうち、ハードウエアであるペダリング装置の構築・改良、2)患者が意図したペダリング動作を脳情報(脳波・NIRS)からリアルタイムで予測するソフトウエアの構築、および、3)機能的電気刺激(FES)によって患肢の筋肉を収縮させ、患肢を固定したペダルを強制的に回転させてやるための電気刺激ハードウエア・ソフトウエアの構築、を予定していたが、前2者を中心として研究を行った。1)に関しては、反射が亢進している脊髄損傷などの患者さんでも間代などを発生させることなく漕ぎやすいように改良したクランク機構を用いたペダリング装置の開発を行い、また、2)の運動意図の検出に関しては、アルゴリズムの改良によって正答率の改善を試みると共に、ペダルの回転の方向(正転・逆転)や速度を脳波から判別・判定する手法などに関しても検討を行った。また、脳活動の評価手法として、脳波以外にもNIRSを用いた運動意図の解析を行った。システムの評価に関しては、健常者、および、脊髄損傷の患者さんを被験者として、実際に装置を漕いだり(健常者)あるいは漕ぐことをイメージしたり(患者さん・健常者)してもらい、作成したシステムを作動させ、ハードウエア(漕ぎ易さなど)に関する性能評価を行うとともに、動作の意図を脳波からリアルタイムで推定するソフトウエアの改善を進めた。その結果、安定して高い正答率で弁別する事が可能となった。また、動物実験により、筋収縮と大脳皮質運動野の神経細胞の発火を関連付け、結合を強化させる試みも行い、肢の強制的作動に同期させて大脳皮質(運動野)に電気刺激を加えることにより、両者の活動の相関が強化されるかどうかについての検討も行った。これに対して、ペダリングに対するFESの応用に関しては、倫理審査申請などによる遅れにより来年度から実験を行うこととした。平成27度は、脳波から、リアルタイムでペダリング動作意図を検出するソフトウエアの改善とともに、1)疑似歩行装置として、ペダルの回転装置の他に、クランク型の疑似歩行装置の開発、2)モータによる回転によってではなく、機能的電気刺激(FES)による筋肉の収縮により足(ペダル)の強制回転を行わせる機構の開発、3)電極として、ペースト等を必要としないドライアクティブ電極を用いた脳波計測系の構築、および、4)ペダリング動作をイメージする際に、リズミカルな視覚刺激・聴覚刺激を加え、このリズミカルな刺激によるイメージング効率の上昇に対する効果等についても検討を行った。健常人・脊髄損傷の患者さんを被験者とした実験で、1)のクランク型の疑似歩行装置に関しては、患者さんの漕ぐ操作も無理なく行う事が可能で、クローヌスなどの発生も抑制できており、また、2)のFESによるペダリングコントロールも、タイミングに合わせて筋収縮を発生させ、ドロップフットの抑制にも有効というそれなりの結果を得る事が出来たことから、概ね、研究を順調に進める事が出来たと考えている。ただ、3)のドライ電極に関しては、まだノイズ等が大きく、良好な信号を得るには至っておらず、今後の改良が必要である。また、脳波以外の手法を用いた脳活動の評価も試みる予定であったが、今後、情報通信研究機構との共同研究の形でMEG, fMRI, fNIRSを用いた運動意図の検出も試みる予定である。システムの評価に関しては、現在は健常者を被験者とした、いわゆる運動のイマジェリーを行った際のシステム作動の正答率による評価、および、1名の脊髄損傷のボランティアを被験者としてシステムを作動させた際の成績、によって評価を試みているが、今後は多数の脊髄損傷の患者さんに対して本装置を適用し、症状の改善がみられるかについても統計的検討を加えていく予定である。前項でも述べたように、システム構築に関しては研究計画は概ね順調に進展していると考えている。昨年度(初年度)は、研究の骨子である、脳波(β,及びα帯域のERD)によりペダルを漕ごうとする運動意図をリアルタイムで検出し、ペダル(とそれに固定した足)を回転させるアルゴリズムの構築と、ペダリング装置のハードウエアの構築を行ったが、本年度は、このペダリング装置のハードウエア、および、運動意図検出のソフトウエアの改良を進めるとともに、麻痺肢を強制的に動かすのに、単に外力(モータ)によって強制回転させるのではなく、末梢神経への電気刺激により筋肉を収縮させる、いわゆる機能的電気刺激(FES)によりペダルを回転させる(より生理的に生体に近い)システムへと拡張させる事、および、脳波計測に関して、現在のペーストを必要とする皿電極を用いたシステムから、装着が簡単でペーストを必要としないドライ・アクティブ電極を用いたシステムに変更する事を目的としてシステムの開発を進めた。FESを用いてペダルを回転させる系については、ペダルをモータで回転させると同時に足の回転の位相に同期して(電気刺激によって)筋を収縮させるシステムを構築し、良好に作動する事を確認している。

また、ペダリング装置も回転式のものの他に(クローヌスの発生を抑え、スムースに動くように)足を交互に前後へ動かすクランク式のものも試作し、良好な結果を得ている。問題点としては、ドライアクティブ電極による信号計測が良好でない事、また、運動意図検出の正答率、及び、検出までの時間遅れの問題がある。運動意図検出に関しては正答率が80%を超える事を目標としているが、現在は70%代で十分とは言えない。又、遅れ時間に関しては、データ処理による遅れと正答率との間にトレードオフの関係があり、実時間性を考えて、どこまでが許容範囲かについて検討を加えている所である。平成28年度は、昨年にひき続きペダリング模擬装置を用いて、脳波(β帯域のERD検出)により足漕ぎの動作意図を実時間で検出し、ペダリング装置に固定した被験者の肢を強制作動させるハードウエア・ソフトウエアの改善を行うとともに、強制作動させる際にFESの併用も試みた。ハードウエアの改良に関しては、まず、実際に患者が臨床で簡易に使用しうるシステムの構築を目標におき、ペースト等を使用しないドライ電極(市販品、及び、NICTの成瀬氏らの開発によるもの)を用い、ヘッドキャップの形状についても、頭皮と電極が適正に接触するように種々改良を加え、また、固定型のペダリング装置以外にも、実際に走行しつつ足を回転させる足漕ぎ車椅子システムの作動も行った。健常人と実際の脊髄損傷の患者さんを対象とした動作意図検出実験を繰り返し、脳波α,β帯域のERD検出による動作意図を実時間検出するためのソフトウエアの改善に注力したが、現時点では、ドライ電極を用いた場合は、ペーストを使用するウエット電極に比してβ帯域では良好なS/N比が得にくく、正答率も良くないという結果であり、現在、電極のピン構造と、ヘッドキャップの改善に取り組んでいる。実験は、ドライ電極・ウエット電極を用いて、1)健常な被験者に実際にペダリングしてもらった際の脳波による漕ぎと静止の判別、2)健常な被験者にペダルを漕ぐ動作をイメージしてもらった際の脳波による判別、及び、3)脊髄損傷の患者さんにペダリングをイメージしてもらった際の脳波による(漕ぎ・静止の)判別、について正答率の比較検討を行ったが、脊髄損傷の患者さんのイメージングによる判別3)は、2)と比べても比較的高い成績を得ることができており,症例によっては1)の場合に近い正答率を得ることができている。なお、本システムのリハビリに対する促進効果については、今後更に検討を要する。本研究は、神経原性の下肢麻痺患者を対象とし、患者が麻痺足を動かそうとする意図をBMI技術を用いて実時間予測し、患肢を固定したペダリング装置をモータやFESで強制的に回転させる事により、患肢も意図通り動かしてやるというリハビリ装置の構築とその有用性の検討を行ったもので、健常人と脊髄損傷患者を被験者として脳波α,β帯域のERDにより動作意図を実時間検出し装置の駆動を行った。装置の臨床効果に関してはまだ検証を要するが、脊髄損傷患者が、ペダル漕ぎ、及び静止状態をイメージした際の判別正答率は、症例によるが、健常な被験者のそれと同等の良好な成績(約70%)が得られており、その有用性が示されたと考えている。