hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温高密度における強い相互作用の相転移の非平衡過程に関する研究

1ゲージ理論に基づくカイラル相転移近傍のクォークスペクトルの研究を行うため、シュインガーダイソン方程式を用いた解析を行った。1グルーオン交換に基づくダイアグラムを基本にし、無限次のダイアグラムの足し上げによってカイラル相転移を実現させている。結果として、強結合領域ではグルーオンとの相互作用により大きな減衰効果を持つこと、熱質量の結合定数依存性が、弱結合の場合と異なりほぼ一定になること、等がわかった。2前年度までに有限温度におけるフェルミオンスペクトルの研究を行っていたが、本年度はそれを拡張し、有限質量フェルミオンのスペクトルや、フェルミオン伝播関数の極構造を複素エネルギ一平面上で調べることなどをおこなった。このなかで、極の位置の温度依存性が、ある質量を境に定性的に変化することを見出し、その機構をフェルミオンとポソンの準位反発の立場から明らかにした。また、有限質量フェルミオンにおいてもある温度領域3ピーク構造がみられることも示した。さらにカイラル相転移付近のクォークスペクトルについても調べ、パイオンの分散関係の変化に起因してパイとクォークとの結合状態密度に発散を生ずる、いわゆるvan Hove特異点が現れることを示した。3これまでの解析ではフェルミオンスペクトルを1ループ計算によって調べていたが、高次のダイアグラムの効果によってその結果がどのように変更を受けるかをみるため、湯川型相互作用を持つ模型にシュインガーダイソン方程式を用いて非摂動的に有限温度のフェルミオンスペクトルの構造を調べた。その結果、強結合領域においてもフェルミオンスペクトルに3ピーク構造がみられること、フェルミオンの熱的質量が上記1で見出された結果と同じ結合定数依存性を持つこと、などを示した。1前年度の研究において、カイラル相転移温度付近の零質量クォークスペクトルは、カイラル秩序変数揺らぎとの相互作用によって低運動量部に三つのピーク構造を持つことを明らかにした。このようなピーク構造が有限温度系においてどのような機構によって現れるかを、より一般的に示すために、零質量ディラックフェルミオンが有限質量ボソンと湯川結合している模型を用いて、フェルミオンスベクトルの温度依存性等を調べた。その結果、温度がボソンの質量と同程度になる場合には一般的に三ピーク構造を形成することピーク形成はフェルミオンのランダウ減衰に起因し、ピークの数はボソンに質量があることが本質的に重要であることを明らかにした。2有限質量クォークの場合に現れる、一次のカイラル相転移が終わる点のまわりでは、二次相転移に伴う秩序変数揺らぎが存在すると考えられる。この揺らぎが重イオン衝突等で観測されるレプトン対生成にどのような影響を与え得るかを調べるため、光子と揺らぎとが結合する過程を通じてクォーク対がレプトン対に崩壊する過程の一つを見積もった。この過程はローレンツ対称性を破る頂点を含んでおり、有限密度においてもその効果によってレプトン対生成に大きな抑制効果をもたらすことがわかった。現在はさらに別の効果を取り入れて研究をすすめている。3ゲージ理論に基づくカイラル相転移近傍のクォークスペクトルの研究を行うため、シュインガーダイソン方程式を用いた解析を行った。結果として、強結合領域ではグルーオンとの相互作用により大きな減衰効果を持つこと熱質量の結合定数依存性が、弱結合の場合と異なりほぼ一定になること、等がわかった。現在論文作成中である。
安全性の高い細胞移植治療を目的としたiC9システムによる細胞増殖制御法の確立

本研究は、細胞へのinducible caspase-9(iC9)遺伝子の導入とiC9特異的アポトーシス誘導剤の濃度制御による細胞増殖制御法の開発を目的として、移植細胞の増殖を薬物によって制御可能な安全かつ有効性の高い細胞移植治療法の確立を試みるものである。2018年度は、2017年度の研究内容に引き続き、マウスインスリノーマ株MIN6細胞およびマウス間葉系幹細胞株C3H10T1/2細胞への単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子の導入とそのアポトーシス誘導剤であるガンシクロビルを用いることで、各細胞の増殖制御に成功した。また、C3H10T1/2細胞にHSVtk遺伝子と抗腫瘍サイトカインinterferongamma遺伝子を導入し、担癌マウスに移植することで優れたがん抑制効果を実証するとともに、ガンシクロビル投与によって移植した細胞を除去可能であることも示した。さらに、iC9遺伝子を安定発現するヒト間葉系幹細胞株UE7T-13/iC9細胞の樹立に成功し、iC9特異的アポトーシス誘導剤AP20187の添加濃度を調節することでUE7T-13/iC9細胞の増殖制御にも成功した。本成果は、TERMIS World Congress 2018や日本薬学会第139年会などの複数の学会において発表し、HSVtk遺伝子とガンシクロビルを利用したMIN6細胞の増殖制御に関する内容はJournal of Controlled Release誌に掲載された。これまでに、細胞への単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子の導入とそのアポトーシス誘導剤であるガンシクロビルを用いることで、細胞の増殖制御法の開発に成功した。また、抗腫瘍サイトカインinterferon gammaとHSVtk遺伝子を発現する細胞の移植により、担癌モデルマウスにおけるがん増殖の抑制に成功するとともに、ガンシクロビル投与によって移植した細胞の増殖制御にも成功した。2018年度は、レンチウイルスを利用することでinducible caspase-9(iC9)遺伝子発現ヒト間葉系幹細胞株(UE7T-13/iC9細胞)の樹立に成功し、AP20187によるUE7T-13/iC9細胞のin vitroにおける増殖制御にも成功していることから、進捗状況はおおむね順調である。2018年度は、単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子およびinducible caspase-9(iC9)遺伝子を用いた細胞増殖制御法の開発に成功した。そこで最終年度は、マウスに移植したiC9遺伝子を安定発現するヒト間葉系幹細胞株UE7T-13/iC9細胞の増殖制御を試みるとともに、iC9による細胞増殖制御システムを搭載した生理活性物質産生細胞を樹立することで、細胞移植による安全な疾患治療を実証する。具体的には以下の通り。・UE7T-13/iC9細胞を移植したマウスにiC9特異的アポトーシス誘導剤AP20187を投与することにより、移植した細胞の数を調節する、または細胞を完全に除去する。・抗腫瘍分子を発現するUE7T-13/iC9細胞を担癌マウスに移植し、抗腫瘍効果を評価する。また、経時的に血中の抗腫瘍分子濃度を測定し、AP20187投与による抗腫瘍分子の制御および除去を試みる。・AP20187を移植細胞へ効率的に送達可能なドラッグデリバリーシステムを開発する。本研究は、生体内における移植細胞の機能制御を目的として、自殺遺伝子として知られるinducible Caspase-9(iC9)の移植細胞内への遺伝子導入とiC9特異的アポトーシス誘導剤AP1903の薬物濃度制御によるiC9システムを応用した細胞増殖制御法を構築し、移植細胞の増殖を薬物によって制御可能な安全かつ有効性の高い細胞移植治療法の確立を試みるものである。H29年度は申請者の所属変更があったことから、研究計画の推進効率を考慮し、自殺遺伝子としてiC9遺伝子の代わりに単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子、ヒト間葉系幹細胞UE6E7-16細胞の代わりにマウスインスリノーマMIN6細胞およびマウス間葉系幹細胞株C3H10T1/2細胞を利用して計画を遂行した。その結果、HSVtk遺伝子とアポトーシス誘導剤ガンシクロビルを利用することで、生体に移植したMIN6細胞の増殖制御に成功した。これにより、生体に移植した自殺遺伝子発現細胞の増殖は、アポトーシス誘導剤の濃度を調節することにより制御可能であることを示した。さらに、C3H10T1/2細胞に対してinterferon (IFN)-gammaとHSVtkを遺伝子導入し、C3H10T1/2/HSVtk/IFN-gamma細胞移植によるがん治療に成功するとともに、ガンシクロビル投与による細胞の除去にも成功した。本成果は、Journal of Controlled Release誌に発表するとともに、日本薬物動態学会第32回年会や第17回日本再生医療学会総会、第7回超異分野学会本大会などの複数の学会において発表した。H29年度では、利用する自殺遺伝子と細胞の種類を変更したが、移植細胞の増殖制御法の開発に成功するとともに、生理活性物質産生細胞の移植による疾患治療と移植細胞の増殖制御に成功したことから、研究はおおむね順調に進んでいると考える。すでにレンチウイルスを用いたiC9遺伝子発現細胞の樹立にも取り組んでおり、H30年度では現在の研究と並行してiC9遺伝子を利用した研究内容を遂行する。

本研究は、細胞へのinducible caspase-9(iC9)遺伝子の導入とiC9特異的アポトーシス誘導剤の濃度制御による細胞増殖制御法の開発を目的として、移植細胞の増殖を薬物によって制御可能な安全かつ有効性の高い細胞移植治療法の確立を試みるものである。2018年度は、2017年度の研究内容に引き続き、マウスインスリノーマ株MIN6細胞およびマウス間葉系幹細胞株C3H10T1/2細胞への単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子の導入とそのアポトーシス誘導剤であるガンシクロビルを用いることで、各細胞の増殖制御に成功した。また、C3H10T1/2細胞にHSVtk遺伝子と抗腫瘍サイトカインinterferongamma遺伝子を導入し、担癌マウスに移植することで優れたがん抑制効果を実証するとともに、ガンシクロビル投与によって移植した細胞を除去可能であることも示した。さらに、iC9遺伝子を安定発現するヒト間葉系幹細胞株UE7T-13/iC9細胞の樹立に成功し、iC9特異的アポトーシス誘導剤AP20187の添加濃度を調節することでUE7T-13/iC9細胞の増殖制御にも成功した。本成果は、TERMIS World Congress 2018や日本薬学会第139年会などの複数の学会において発表し、HSVtk遺伝子とガンシクロビルを利用したMIN6細胞の増殖制御に関する内容はJournal of Controlled Release誌に掲載された。これまでに、細胞への単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子の導入とそのアポトーシス誘導剤であるガンシクロビルを用いることで、細胞の増殖制御法の開発に成功した。また、抗腫瘍サイトカインinterferon gammaとHSVtk遺伝子を発現する細胞の移植により、担癌モデルマウスにおけるがん増殖の抑制に成功するとともに、ガンシクロビル投与によって移植した細胞の増殖制御にも成功した。2018年度は、レンチウイルスを利用することでinducible caspase-9(iC9)遺伝子発現ヒト間葉系幹細胞株(UE7T-13/iC9細胞)の樹立に成功し、AP20187によるUE7T-13/iC9細胞のin vitroにおける増殖制御にも成功していることから、進捗状況はおおむね順調である。H29年度において自殺遺伝子の一つであるHSVtk遺伝子を用いた細胞増殖制御法の開発に成功したことから、H30年度はiC9遺伝子を利用することで同様に細胞の増殖制御が可能かについて検討する。具体的には以下の通り。・各間葉系幹細胞(C3H10T1/2細胞およびUE6E7-16細胞など)にiC9遺伝子を導入し、AP1903による細胞増殖制御を試みる。・iC9発現間葉系幹細胞にinterferon gammaなどの抗腫瘍分子を遺伝子導入し、がん細胞の増殖抑制効果を評価する。・iC9および抗腫瘍分子発現間葉系幹細胞を担癌マウスに移植し、抗腫瘍効果を評価する。また、経時的に血中抗腫瘍分子濃度を測定し、AP1903投与による抗腫瘍分子の制御および除去を試みる。・AP1903をiC9発現細胞へ効率的に送達可能なドラッグデリバリーシステムを開発する。
PKAシグナルによるATF4の活性化機構と上皮-間充織転換の制御メカニズムの解明

昨年度までの研究から、ATF4 mRNAの分布と比較してATF4タンパク質は神経堤細胞により限局していることが観察された。このことから、ATF4は転写後、または翻訳後に何らかの制御を受けている可能性が考えられた。そこで今年度は、ATF4タンパク質が神経堤細胞に限局されるメカニズムを明らかにすることを目的とした。ATF4タンパク質は不安定で分解されやすいことが過去の報告から調べられており、ユビキチンリガーゼのサブユニットの一部であるβ-TrCPが結合することが契機となりプロテアソームによって分解されることが報告されている。このβ-TrCPの結合部位に変異を導入した発現ベクターを神経管に導入した場合、野生型と比較して高発現することが分かった。また、アセチルトランスフェラーゼのp300がβ-TrCPの結合を競合的に阻害することでATF4タンパク質は安定性が上昇することが培養細胞株を用いた実験で知られている。神経堤細胞と神経管の細胞におけるp300の発現を調べたところ、p300タンパク質は神経堤細胞に特異的に局在していることが分かった。そこで、p300を神経管に遺伝子導入したところ、内在性ATF4タンパク質の発現レベルが上昇することが確認された。また、PKAのリン酸化部位に変異を導入したベクターにおいても野生型に比べ安定性が増していることが分かった。これらの結果から、ATF4タンパク質は神経管の細胞ではβ-TrCPやPKAによってすみやかに分解される一方、神経堤細胞ではp300によって安定化されていると考えられた。なお上記の研究結果については、新潟県新潟市にて2009年に5月に開催された42^<nd> Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biologistsにおいて英語による口頭発表を行い、現在論文投稿中である。神経堤細胞は外胚葉性上皮細胞から上皮-間充織転換(EMT)によって離脱し、様々な場所に移動して、末梢神経系の細胞や色素細胞な様々な細胞種に分化する。私の所属する研究グループでは、神経堤細胞のEMT過程にcAMP依存性キナーゼ(PKA)が重要な機能を果たしていることを報告している。私がPKAシグナルの機能をさらに詳しく調べる過程で、PKAシグナルによってその活性が制御される転写因子、ATF4が神経堤細胞に発現していることが分かった。さらに、神経堤細胞がEMTに起こす過程においてATF4タンパク質が細胞質から核へ移行することを明らかにした。本年度は神経堤細胞のEMT過程におけるATF4の機能を調べるために、まずATF4の全長をクローニングした。クローニングした全長のATF4の転写活性化領域をEn遺伝子の転写抑制領域に置き換え、ATF4の機能阻害型のEn-ATF4を作製した。En-ATF4遺伝子を鳥類初期胚の神経堤細胞に電気穿孔法を用いて導入すると、遺伝子が導入された神経堤細胞では、神経堤細胞特異的マーカーであるHNK1の発現が消失することが分かった。このことからATF4は神経堤細胞に発現する遺伝子の発現を調節することが示された。なお上記の研究結果については2007年5月に福岡で開催された第第40回大会日本発生生物学会・第59回日本細胞生物学会合同大会にてポスター発表、及び宮城蔵王にて2008年に1月に開催された東北大学脳科学グローバルCOE第1回国際カンファレンスにおいて、英語によるポスター発表を行った。神経堤細胞は発生初期に神経板と表皮外胚葉の境界部に形成された後、上皮-間充織転換(EMT)によって離脱し、胚体内を様々な場所に移動して末梢神経系の細胞や色素細胞等を含む様々な細胞種に分化する。この神経堤細胞のEMT過程においてはBMP、Wnt、FGFやPKAなど様々なシグナルが働いていることが知られている。前年度の実績報告書では鳥類胚の神経堤細胞のEMT過程おいてPKA応答性の転写因子ATF4のmRNAとタンパク質が神経堤細胞に発現すること、神経堤細胞のEMT過程の前後においてATF4タンパク質が局在変化することを報告した。またATF4の全長をクローニングし、発現ベクターを作製した。今年度はATF4の機能を知るために、ATF4の発現ベクターを電気穿孔法を用いて鳥類胚の神経管に導入した。結果、ATF4を導入した神経上皮細胞で異所的なEMTを誘導するような現象は確認されなかった。しかし、ATF4を導入された細胞ではN-cadherinやCadherin6Bなどの細胞接着分子の発現レベルの低下、基底膜側のマーカーであるLamininの異所的な局在、移動中の神経堤細胞に発現するIntegrin β1の異所的な発現誘導等が確認された。これらはEMTの現象を示す要素であることから、ATF4は単独ではEMTを完全に誘導することはできないが、部分的にEMTを誘導する役割を持つことが考えられた。なお上記の結果については、4月に東北大学にて行われた東北大学脳科学グローバルCOE第7回若手フォーラムにおいての招待講演では日本語で発表を行い、5月に徳島県徳島市で行われた第41回日本発生生物学会、8月に宮城県松島市で行われた東北大学脳科学グローバルCOE第1回脳神経科学サマーリトリート、及び9月にフランスのジアンで行われた日仏発生生物学会における合同年会の国際学会において英語による発表を行った。

そこで今年度は、ATF4タンパク質が神経堤細胞に限局されるメカニズムを明らかにすることを目的とした。ATF4タンパク質は不安定で分解されやすいことが過去の報告から調べられており、ユビキチンリガーゼのサブユニットの一部であるβ-TrCPが結合することが契機となりプロテアソームによって分解されることが報告されている。このβ-TrCPの結合部位に変異を導入した発現ベクターを神経管に導入した場合、野生型と比較して高発現することが分かった。また、アセチルトランスフェラーゼのp300がβ-TrCPの結合を競合的に阻害することでATF4タンパク質は安定性が上昇することが培養細胞株を用いた実験で知られている。神経堤細胞と神経管の細胞におけるp300の発現を調べたところ、p300タンパク質は神経堤細胞に特異的に局在していることが分かった。そこで、p300を神経管に遺伝子導入したところ、内在性ATF4タンパク質の発現レベルが上昇することが確認された。また、PKAのリン酸化部位に変異を導入したベクターにおいても野生型に比べ安定性が増していることが分かった。これらの結果から、ATF4タンパク質は神経管の細胞ではβ-TrCPやPKAによってすみやかに分解される一方、神経堤細胞ではp300によって安定化されていると考えられた。なお上記の研究結果については、新潟県新潟市にて2009年に5月に開催された42^<nd> Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biologistsにおいて英語による口頭発表を行い、現在論文投稿中である。
1950〜70年代の南アフリカ文学に反映された文化的・社会的状況の研究

アレックス・ラ・グ-マの『三根の縄』(1964)の作品論、アパルトヘイトの歴史と現状についての講演、南アフリカ作家ミリアム・トラ-ディさんの宮崎講演の実現、が主な成果である。『三根の縄』は50年代のアパルトヘイト体制下で呻吟するケ-プタウン郊外の「カラ-ド」と称される人々の状況を描いた物語だが、歴史を記録したい、世界に現状を伝えたいという作家ラ・グ-マの願いが反映されている。雨のイメ-ジを象徴的に使った文学手法に着目し、1988年カナダのブロック大学で開催されたアレックス・ラ・グ-マ/ベシ-・ヘッド記念大会で行なった口頭発表を軸に「アレックス・ラ・グ-マ」人と作品6『三根の縄』-南アフリカの人々」にまとめた。近々出版予定(校正済み)講演は、愛媛県松山市の市民グル-プ「アサンテ・サ-ナ!」に招かれ、50年代、60年代の文化的・社会的状況を生み出した政治的、歴史的背景を中心に行なったもので、今までのまとめと今後の方向づけという意味と、研究成果を社会に問う意味でよかったと思う。「アパルトヘイトの歴史と現状」にまとめ、近々出版の予定。(校正済み)突然の来日のため、個人的招待という形になったが、南アフリカ国内外で活躍中の作家ミリアムさんを迎え、本学で一般公開の講演会を持った。文化的行事の少ない宮崎では、マスコミも好意的に取り上げ、大きな反響があった。通訳も含め、講演会という形で研究成果を社会に還元出来たのは、出版物を世に問う以上の成果があったように思う。1960年代後半から作家活動を始めたミリアムさんとの交流は、研究テ-マそのものでもあった。宮崎訪問、滞在についてのエッセイ、講演「南アフリカの文学と政治」と質疑応答の翻訳も含め「ミリアムさんを宮崎に迎えて」にまとめ、近々出版の予定。(現在、校正中)アレックス・ラ・グ-マの『三根の縄』(1964)の作品論、アパルトヘイトの歴史と現状についての講演、南アフリカ作家ミリアム・トラ-ディさんの宮崎講演の実現、が主な成果である。(現在、校正中)
時代変化を伴う仮想都市空間の自動生成とシミュレーション

仮想都市の道路網におけるミクロレベルの交通シミュレーションを行うシステムを開発し、実験結果を解析した。具体的には、自動生成した仮想都市の道路網について、交通信号・道路設計および物流などの経済活動を含む種々のケースを設定することにより、交通状況の変化を観察できるシステムを開発した。これは、都市や道路網などのデザイン段階から将来予測などの都市計画に示唆を与えることのできるシステムとなっている。都市の諸問題のなかで交通環境の問題について、道路交通において発生する諸現象をシミュレートする手法を提供するものである。生成した仮想都市環境の中を自転車などでウォークスルーする状況をシミュレートする仮想環境を開発し、改良する。人は未知の都市などの環境を理解するには、その都市をウォークスルーして徐々に理解を進めていく。これはその人の中にメンタルマップが成長していくことと捉えることができるが、本仮想環境システムはそのための心理実験への応用可能性を示した。さらに、従来から進めている、道路網に対して、区画の自動生成、建物などの人工物の配置、居住・消費・生産などの都市経済ダイナミックモデルの実装、時代変化のシミュレーションなどの機能をより洗練させることを行った。都市は一つの生命体(有機体)と見なすことができる。実際、都市は、時代とともに自律的に変化して行くものであり、人工物であると同時に自然現象としての側面も備えている。このような観点に立って都市を捉え、都市計画や環境計画におけるコンピュータの応用可能性を拡げるための研究を行った。都市は一つの生命体(有機体)と見なすことができる.実際,都市は,時代とともに自律的に変化して行くものであり,人工物であると同時に自然現象としての側面も備えている.このような観点に立って都市を捉え、都市計画や環境計画におけるコンピュータの応用可能性を拡げることを目標において研究を実施した.まず,都市は複雑系(complex system)の一つであると推察されるので,局所的な相互作用に基づいた経済モデル化を構築し,衰退や発展などの都市の各種現象を視覚的に再現することを試みた。具体的には、住宅地・商業地・低開発地等の土地分類の上に経済指標を被せたダイナミックモデルを実装し、シミュレーションを行った。このように,都市生成に,時間的要素・都市モデル・自律性の概念を導入し自動生成するというアプローチによるシステムを開発した。以上により、都市の自動生成,都市の時間的変遷のシミュレーションのための技術およびシステムにの開発という初年度の目標を達成した。具体的には、(1)都市を創成の場とするべき地理的環境データを与えると,そこに指定したチューニングパラメータに従った仮想都市が生成される、(2)与えられた仮想都市に対して,経済指標などのチューニングパラメータを与えると,自律的に時代変遷が進行していく。加えて、本年度の後半では、(1)生成した仮想都市の中を自転車に乗ってウォークスルーする仮想環境の構築、(2)仮想都市内での交通流のシミュレーションを行う初期システムの開発をスタートした。都市は時代とともに自律的に変化していくと同時に、一つの都市内においても地域によって盛衰を繰り返している。このように都市はあたかも一つの生命体(有機体)のような性質を有しており、たしかに人工物ではあるが、同時に自然現象としての側面も備えている。このような観点に立って都市を捉え、都市計画や環境計画におけるコンピュータの応用可能性を拡げることを目標において研究を実施した。このように、都市は複雑系(complex system)の一つであると推察されるので、前年度に引き続き、局所的な相互作用に基づいた経済モデルを構築し、衰退や発展などの都市の各種現象を視覚的に再現することを試みた。さらに加えて、都市機能および住空間としての都市の快適さなどに関して、交通渋滞などの道路交通問題に関する交通シミュレーションシステムを開発した。以上により、住宅地・商業地・生産地・低開発地等の土地分類の上に経済指標を被せたダイナミックモデルを実装し、一般の仮想都市および実在の池袋駅周辺の過去60年の再現シミュレーションを行った。記録されている実データとの照合を行い、十分現実に近い結果が得られた。また、道路交通シミュレーションに関しては、都市の人工物をめざして自動車が移動するとき、建物の種別に影響されるようなモデルを構築してシミュレーションを行った。実験データの解析はまだ実施していないが、動作システムの開発が完了した。都市の諸問題のなかでも大きな交通環境の問題への一つのアプローチをスタートさせることができた。

実際、都市は、時代とともに自律的に変化して行くものであり、人工物であると同時に自然現象としての側面も備えている。このような観点に立って都市を捉え、都市計画や環境計画におけるコンピュータの応用可能性を拡げるための研究を行った。
常温に近い温度で成形可能な新しい機能ガラス材料群の創成

金属源としてチタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、酢酸亜鉛、酢酸ランタンを取り上げ、キレート剤として種々のβ-ジケトン、α-ジケトン、β-ケトエステル、アルカノールアミン、カルボン酸、無水カルボン酸を取り上げ、これら金属源と金属塩を含有する溶液を濃縮・乾固し、透明で熱可塑性をもつ乾固体が得られるかどうかを調べた。ただし、アルコキシドを金属塩とする場合にはアルコキシドを加水分解するための水を溶液に加えた。その結果、ベンゾイルアセトン(β-ジケトン)、ベンジル(α-ジケトン)、エチルベンゾイルアセテート(β-ケトエステル)をキレート剤とすることにより黄色透明な乾固体が得られること、そのうち、β-ジケトンをキレート剤とする乾固体が熱可塑性をもつことがわかった。光学的応用のためには乾固体が無色であることが望ましいが、アルカノールアミンをキレート剤として得られる乾固体は無色透明であるものの、大気中で容易に液化してしまった。一方、無水コハク酸と無水フタル酸をキレート剤とすることにより、無色透明で熱可塑性をもつ乾固体が得られることがわかった。無水コハク酸と無水フタル酸をキレート剤とし、チタンアルコキシドを金属源として得られる乾固体では、加水分解・濃縮・乾燥の過程で、カルボキシレートイオンがチタン原子にキレート配位またはブリッジ配位していることが赤外吸収スペクトル測定によりわかった。無水コハク酸、無水フタル酸の対チタンモル比が1という条件のもとで作製した乾固体の屈折率は、それぞれ1.65、1.68であり、無水フタル酸の対チタンモル比を0.5まで下げると屈折率は1.73まで高くなることがわかった。以上のように、種々の金属源とキレート剤について検討を加えることにより、熱可塑性をもつ透明で熱可塑性をもつ非晶質が得られる条件、さらには、無色透明な非晶質体が得られる例が集まり始めた。本研究の目的の第一は、新しいガラス材料群としての金属オキソオリゴマー集合体の本性を学術的に把握するために(i)「金属オキソオリゴマー集合体がガラスとして生成する化学的条件」を明らかにし、(ii)得られたガラスのガラス転移温度、構造を調べ、「ガラス生成と構造の関係」「ガラス転移温度と構造の関係」を明らかにすることにある。目的の第二は、実用材料・機能材料としての可能性を探るために、(iii)得られたガラスについて「力学的・化学的耐久性」を明らかにするとともに、「成形可能な温度領域」を調べ、(iv)「特異な物性の有無」について明らかにすることにある。「(i)金属オキソオリゴマー集合体がガラスとして生成する化学的条件」を明らかにするためには多種類の金属源とキレート剤の組み合わせについて検討を加える必要があったが、2018年度の研究により、多種類の組み合わせについて検討を加えることができ、熱可塑性をもつ透明非晶質体が得られる条件だけでなく、無色透明で熱可塑性をもつ非晶質体が得られる条件も見出すことができた。無色透明な非晶質体が得られたことは、第二の目的の一つである「(iv)特異な物性の有無」にかかわる事柄として、光学材料としての応用の道を拓く成果であるともいえる。上記で述べた目的のうち、(i)「金属オキソオリゴマー集合体がガラスとして生成する化学的条件」について、2018年度の研究によりかなりのことがらを明らかにすることができた。今後は、(ii)得られた非晶質体のガラス転移温度、構造を調べ、「ガラス生成と構造の関係」「ガラス転移温度と構造の関係」を明らかにするとともに、(iii)得られた非晶質体について「力学的・化学的耐久性」を明らかにするとともに、「成形可能な温度領域」を調べ、(iv)「特異な物性の有無」について明らかにする。

無水コハク酸、無水フタル酸の対チタンモル比が1という条件のもとで作製した乾固体の屈折率は、それぞれ1.65、1.68であり、無水フタル酸の対チタンモル比を0.5まで下げると屈折率は1.73まで高くなることがわかった。以上のように、種々の金属源とキレート剤について検討を加えることにより、熱可塑性をもつ透明で熱可塑性をもつ非晶質が得られる条件、さらには、無色透明な非晶質体が得られる例が集まり始めた。本研究の目的の第一は、新しいガラス材料群としての金属オキソオリゴマー集合体の本性を学術的に把握するために(i)「金属オキソオリゴマー集合体がガラスとして生成する化学的条件」を明らかにし、(ii)得られたガラスのガラス転移温度、構造を調べ、「ガラス生成と構造の関係」「ガラス転移温度と構造の関係」を明らかにすることにある。目的の第二は、実用材料・機能材料としての可能性を探るために、(iii)得られたガラスについて「力学的・化学的耐久性」を明らかにするとともに、「成形可能な温度領域」を調べ、(iv)「特異な物性の有無」について明らかにすることにある。「(i)金属オキソオリゴマー集合体がガラスとして生成する化学的条件」を明らかにするためには多種類の金属源とキレート剤の組み合わせについて検討を加える必要があったが、2018年度の研究により、多種類の組み合わせについて検討を加えることができ、熱可塑性をもつ透明非晶質体が得られる条件だけでなく、無色透明で熱可塑性をもつ非晶質体が得られる条件も見出すことができた。無色透明な非晶質体が得られたことは、第二の目的の一つである「(iv)特異な物性の有無」にかかわる事柄として、光学材料としての応用の道を拓く成果であるともいえる。上記で述べた目的のうち、(i)「金属オキソオリゴマー集合体がガラスとして生成する化学的条件」について、2018年度の研究によりかなりのことがらを明らかにすることができた。今後は、(ii)得られた非晶質体のガラス転移温度、構造を調べ、「ガラス生成と構造の関係」「ガラス転移温度と構造の関係」を明らかにするとともに、(iii)得られた非晶質体について「力学的・化学的耐久性」を明らかにするとともに、「成形可能な温度領域」を調べ、(iv)「特異な物性の有無」について明らかにする。
診断・治療への貢献を目指した高肝転移性胃癌の解析

胃癌の中には発生初期の幼若な細胞分化を示し、SALL4やClaudin-6等の胚性幹細胞マーカーを特異的に高発現する一群が存在することを明らかにした。これらはAFP産生胃癌を含む肝転移を来たしやすい胃癌であることを示し、また治療ターゲットであるHER2陽性率が比較的高いことを見出した。一方、転移が稀な低悪性度胃癌として、腸型腸高分化型胃癌の臨床病理学的特徴を明らかにした。これまで本研究者の成果から、AFP産生胃癌をはじめとする肝転移をきたしやすい胃癌では、胚性幹細胞から胎生初期までの幼若な細胞で発現する遺伝子群が高発現し、高悪性度形質に関わっているという仮説を得た。本研究ではこの仮説をもとに、胚性幹細胞やiPS細胞の遺伝子発現データベースを検索し、幼若な細胞の上皮細胞のみで発現する細胞接着因子であるClaudin-6に注目、正常組織および癌組織計約1,000例におけるClaudin-6の発現パターンを網羅的に調べた。この結果、Claudin-6は性上皮腫、胎児性癌、卵黄嚢性腫瘍、絨毛癌といった幼若な細胞への分化を示す胚細胞性腫瘍に特異的に発現することを発見し、さらに体細胞由来の癌の中では、胎児型肺癌とAFP産生胃癌(胎児型胃癌、肝様腺癌を含む)で特に高発現することを見出した。Claudin-6は生後の正常組織では発現がなく、細胞表面に発現する分子であるため、理想的な治療ターゲットとしても期待される。既存の胃癌の治療ターゲットとしてHER2遺伝子の発現・遺伝子増幅についても検討した。この結果、AFP産生胃癌ではHER2発現・遺伝子増幅の頻度が一般の胃癌よりも高く、抗HER2抗体薬治療の対象になりやすいことがわかった。一方、本研究で行った胃癌の臨床病理学的検討の中から、転移を来たしにくい低悪性度の胃癌として腸型超高分化胃癌を見出し、その臨床病理学的特徴を明らかにした。以上の研究成果は、国内外の学会および英文誌で発表、あるいは発表予定である。1.胃癌手術検体1000例余りの臨床病理学的検討により、高肝転移性胃癌の臨床病理学的特徴の概要が明らかになった。胃癌手術検体の網羅的遺伝子解析データから、高肝転移性胃癌マーカーの有力な候補遺伝子の一つとしてClaudin-6を取り上げ、検索を進めた。この結果、Claudin-6は正常組織では胎生初期中期の上皮細胞の一部でのみ発現する細胞接着遺伝子であり、腫瘍ではセミノーマ、胎児性癌、卵黄のう腫瘍、絨毛癌といった胚細胞腫瘍で100%高発現していることを世界で初めて明らかにした。胃癌においては予想通り、AFP産生胃癌をはじめとする高肝転移性胃癌で高頻度に発現が見られることが判明し、高肝転移性胃癌の抽出に有用であることが分かった。またClaudin-6は成人の正常組織では発現がなく、癌細胞の細胞表面に局在する分子であるため、抗体療法や免疫療法の極めて有力なターゲットであることを示すことができた。これらの成果は英文誌に投稿済みである。2.胃癌の抗体療法(ハーセプチン)のターゲットであるHER2遺伝子の発現・増幅について、胃癌手術検体100例余りを用いて、治療適応上の臨床病理学的問題点、および高肝転移性胃癌におけるHER2発現・遺伝子増幅状態を検討した。この成果は2012年度日本病理学会総会で発表予定。本研究課題で最も時間を要する胃癌1000例以上の詳細な臨床病理学的検討がほぼ終了した。高肝転移性胃癌の最も有力なマーカー遺伝子と考えられたClaudin-6についても検討を進め、英文誌に投稿、現在Minor Revise中となっている。現在胃癌診療において注目されている治療ターゲットであるHER2遺伝子についても検討を進めることができ、高肝転移性胃癌ではHER2遺伝子の発現頻度が高い傾向があることがわかった。胃癌診療上、重要な知見であり、さらに症例を追加し検討を進めている。これらの成果は学会発表、英文誌への投稿を予定(一部は採択済み)であり、おおむね順調に進展していると評価できる。1.Claudin-6以外の高肝転移性胃癌マーカーの候補遺伝子についても、遺伝子発現と臨床病理学的要素との関連について検討を進めていく。2.HER2遺伝子発現・増幅についてさらなる症例を蓄積し、治療適応上の問題点、高肝転移性胃癌におけるHER2発現・遺伝子増幅、他のマーカーとの関連について検討を追加する。最も高額なHER2遺伝子増幅の検討に必要なHER2-DISHキットは次年度の繰り越しによって購入済みであり、これを次年度も使用することができる。次年度新たに購入を予定しているのは、免疫染色抗体、関連試薬、および論文投稿費用、海外を含めた学会発表費用である。
急速に成長する活動銀河核の探査と構造の理解による巨大ブラックホール形成史の究明

吸収によるバイアスが極めて小さいSwift/BAT硬X線天体カタログから、「すざく」で観測された適度に吸収を受けた中高光度活動銀河核(AGN;水素柱密度log N_H = 22-24 cm-2, X線光度log L_x > 42 erg s-1) 45天体と低光度(log L_x < 42 erg s-1) AGN 10天体のX線スペクトルの系統的な解析を行った。「すざく」による統計の良い広帯域X線スペクトルによりこれまで以上にX線での性質に強い制限を与え、それをもとに統計的な議論を行った。結果、中高度で提唱されてきたAGN構造の光度依存モデルは、低光度になると成り立たなくなり、新しいモードを示すことを発見した。以上に加えて、全天X監視装置MAXIを用いて、超巨大ブラックホール(SMBH)による星潮汐破壊現象(TDE)の発生頻度の光度依存性(光度関数)について観測的に初めて制限を与えた。TDEは、破壊された星がSMBHに降着するまさにSMBHの質量成長の現場であり、現在の宇宙に存在するSMBH形成に寄与してきたと考えられる。そして、その定量的な議論には、光度関数を観測的に求めることが極めて重要である。そこで、MAXIによる37ヶ月の全天探査により、突発的に明るくなる現象を系統的に検出し、TDEの観測的特徴を考慮することで、4例のTDE候補がMAXIで検出されることを確認した。得られたTDEサンプルを用いて、TDEの光度関数を最尤法により決定した。結果、赤方偏移z < 1.5において、TDEによるSMBH質量密度進化への寄与がAGNと比較して極めて小さいことを突き止めた。28年度が最終年度であるため、記入しない。X線観測衛星「すざく」とSwift/BATを合わせた広帯域X線スペクトルを用いて、低光度活動銀河核のダストトーラスの性質について調査した。その結果、活動銀河核の活動性が小さくなるほど、ダストトーラスの存在を示唆する鉄輝線の強度が小さくなるという傾向が見られた。また、これまで統計的な解析では見逃されていた、低光度活動銀河核のトーラス構造の大きさには多様性が存在することを発見した。この結果については、現在論文にまとめている。全天X線監視装置MAXIで得られた37ヶ月のデータを用いて、全天で一時的に明るい突発天体の調査を行った。その結果、第2版MAXI/GSCカタログでは見逃されていた突発天体を新たに12個検出することに成功した。それに伴って、超巨大ブラックホールによって星が破壊される潮汐破壊現象を3例検出することに成功した。そのうち2例は、相対論的ジェットを伴う現象であった。このサンプルを用いて、潮汐破壊現象の発生頻度の光度依存性を導出した。これは、全天を常時モニターすることで、突発現象でもピーク光度を正確に求められるMAXIの特性を十分に活かした研究になっている。また、導出した関数をもとに、相対論的ジェットを伴う潮汐破壊現象の割合や、潮汐破壊現象によって超巨大ブラックホールに供給されうる質量を定量的に求めた。その結果、ジェットを持つ潮汐破壊現象の起こる割合は、全体の1%未満であり、この現象が極めて稀有であることがわかった。また、活動銀河核によって超巨大ブラックホールに供給されうる質量と比較して、潮汐破壊現象で供給されうる質量は十分に小さく、潮汐破壊現象は超巨大ブラックホールの成長にはあまり効かないことが示唆された。以上の結果については、国内、海外問わず口頭発表を行っており、現在論文を執筆中である。吸収を受けた(水素柱密度22 <= log N_H < 24)活動銀河核(AGN)は、全体のAGNの大部分を占める種族で、その統計的な性質を調べることは、ブラックホール(BH)の成長を理解する上で重要である。そこで、X線観測衛星「すざく」とSwift/BATによって2005-2015年の間とられた吸収を受けた中高光度(X線光度log L_X > 42) AGNの広帯域X線スペクトルの系統的な解析を行った。その結果、以下の4つ事実がわかった。1)冪関数で近似される連続成分の光子指数が、Eddington比(BH質量で規格化した光度)と正の相関を示した。これは、低光度AGNで見られる負の相関と逆であり、Eddington比に応じて、降着円盤とコロナの相互作用の関係が変化していることを示唆している。2) AGN周りに存在するダストトーラス由来と考えられる鉄輝線のAGN光度に対する相対強度は、光度が高くなるにつれて弱くなる傾向を示した。これは、光度が高くなるにつれて、BHからより遠方までダストが昇華され、立体角が小さくなるダスト後退モデルと矛盾しない。3)吸収量(N_H)または、光度(L_X)でサンプルを二つに分けて硬X線スペクトルのスタッキング解析を行い、反射成分の強度を求めた。吸収量が高い、もしくは、光度が低いサンプル程、その強度が強いことを発見した。前者は、視線方向の吸収体が多い程、AGNのトーラス構造の立体角(=反射強度が高い)が高くなる傾向があることを示唆する。後者は、ダスト後退モデルと矛盾しない。

4)あるAGN光度に対して散乱光の割合が低い天体ほど、中間赤外線の高階電離輝線[OIV]の光度が弱くなる傾向を発見した。[OIV]輝線は、AGNの本来の光度を見積もる手段として用いられてきたが、以上の結果は、散乱体が小さいと、本来の光度が小さく見積もられるバイアスが起こることを示唆する。前年度から執筆していた低光度AGNとBHによる星の潮汐破壊現象についての論文2編をまとめ、欧文雑誌(APJ, PASJ)に投稿した。その結果、前者については現在、掲載受理された。また、昨年度の研究の推進方策で述べた中高光度AGNについて、その広帯域X線スペクトルの系統的解析をし終えた。そして、その活動性(光度、Eddington比)と降着円盤やダストトーラス構造との関係性を調査した。以上の結果を論文にまとめ、欧文雑誌に投稿した。加えて、低光度AGNについて、電波干渉計ALMAへの観測提案も行った。当初の予定では、3編の論文の掲載受理を目標にしていたが、内2編はまだ受理されていないため、「やや遅れている。」と判断した。吸収によるバイアスが極めて小さいSwift/BAT硬X線天体カタログから、「すざく」で観測された適度に吸収を受けた中高光度活動銀河核(AGN;水素柱密度log N_H = 22-24 cm-2, X線光度log L_x > 42 erg s-1) 45天体と低光度(log L_x < 42 erg s-1) AGN 10天体のX線スペクトルの系統的な解析を行った。「すざく」による統計の良い広帯域X線スペクトルによりこれまで以上にX線での性質に強い制限を与え、それをもとに統計的な議論を行った。結果、中高度で提唱されてきたAGN構造の光度依存モデルは、低光度になると成り立たなくなり、新しいモードを示すことを発見した。以上に加えて、全天X監視装置MAXIを用いて、超巨大ブラックホール(SMBH)による星潮汐破壊現象(TDE)の発生頻度の光度依存性(光度関数)について観測的に初めて制限を与えた。TDEは、破壊された星がSMBHに降着するまさにSMBHの質量成長の現場であり、現在の宇宙に存在するSMBH形成に寄与してきたと考えられる。そして、その定量的な議論には、光度関数を観測的に求めることが極めて重要である。そこで、MAXIによる37ヶ月の全天探査により、突発的に明るくなる現象を系統的に検出し、TDEの観測的特徴を考慮することで、4例のTDE候補がMAXIで検出されることを確認した。得られたTDEサンプルを用いて、TDEの光度関数を最尤法により決定した。結果、赤方偏移z < 1.5において、TDEによるSMBH質量密度進化への寄与がAGNと比較して極めて小さいことを突き止めた。当初の目的である、MAXI/GSCを用いて全天で一時的に明るい突発天体の探査は既に完了している。また、その探査の結果、潮汐破壊現象という想定外の現象を検出し、その研究も含めて論文を執筆中である。また、もう一つの目的である第2版MAXI/GSCカタログの未同定天体に対する、Swift/XRTを用いた同定プロジェクトについては、現在観測提案を行っている途中である。以上の2点から当初の計画の大半について進展していると考えられる。MAXIが運用を開始してから約6年間取りためてきた全天のX線データを用いて全天カタログを作成する。これは、硬X線領域(> 2 keV)において、過去最高感度のカタログになる予定である。
18世紀ヨーロッパの空間認識

政治史・社会史・思想史・芸術史・科学史・技術史などを含めた共同研究により、諸領域に共通の空間認識の変容が次のような形で明らかになった。1.16世紀までの閉じた同心円的世界に対し、17・8世紀になってはじめて開かれた空間としての世界が成立した。2-(1)そのうち17世紀的空間は統一性・同質性を特徴とするが、18世紀的空間は多様性・異質性を特徴とする。前者の範例をニュートンとすると、後者の範例はディドロである。(2)開放空間の成立は諸要素の空間的布置としてのシステムの概念をもたらしたが、それについても同様な変化が見出される。17世紀的システムは統一原理から出発して諸要素を外在的に結びつける構造であるが、18世紀的システムは多様な諸要素の間から自ずと浮かびあがってくるソフトな内在的関係の網の目である。前者の範例をデカルトとすると、後者の範例はモンテスキューである。(3)このような18世紀的空間認識は近代的世界像の成立にとって決定的に重要であった。事実、そこにおいてはじめて具体的な事物の多様性にむけて開かれた世界像が生まれるのである。近代的世界像の確立を17世紀に求め、18世紀をその単なる後継者とする従来の見方は、今や修正されなければならない。3-(1)18世紀的空間認識はしかし極めて不安定な均衡のうちにあった。19世紀に入るとそれは時間軸にそったラセン運動の中に引き込まれていくことになる。(2)その転換点において「空間の爆発」ともいうべき現象のあったことが明らかにされた。ナポレオンの帝国や「ヴィジオネール」様式の建築などがその範例である。そうやって膨張しきった空間が一挙に時間的運動へと吸引されていくのだ。4.しかし、19世紀以来の歴史的拡大の「後」にあって、一定空間内での多様な諸要素の共存という課題に直面しつつある現在においては、新たに浮き彫りにされた18世紀の空間の知から学び得るところは極めて大であると思われるのである。
物体把持情報伝達システムを備えたバイオミメティック義手の開発

本研究においては,義手による物体把握時の感覚情報と把持状態を使用者に伝達する物体把持情報伝達機能を備えた筋電義手の開発を目的とした.本研究得られた成果は次の通りである.(1)物体把握時のすべりを検出するため,小型の2軸せん断応力センサを試作した.(2)皮膚電気刺激を用いた感覚情報伝達システムを作成し,15パタンの情報伝達が可能であることを示した.(3)独立成分分析(ICA)とテンプレートマッチングを用いた単一運動単位活動波形の同定手法を提案し,筋長変化が伴う運動時において同定が可能であることを示した.本研究においては,義手による物体把握時の感覚情報と把持状態を使用者に伝達する物体把持情報伝達機能を備えた筋電義手の開発を行うことを目的とする.本年度に得られた成果を以下に要約する.義手人工手掌部におけるすべりと把持力検出センサの試作:義手人工手掌部におけるすべりと把持力検出センサの改良を行った.昨年度試作した十字型の台形状センサでは円筒握りにおいて物体把握時に生じるせん断応力によりセンサが台座から剥離することが問題となった.そのため,堅牢さを増すように,1軸の台形型センサを90度回転させ,重ねるように設置したタイプに改良を行った.また,2つの1軸センサからの出力から,せん断応力の方向,大きさが検出可能なモデルを定式化した.(2)電気刺激を用いた刺激提示システムの試作:視覚によるフィードバックが効かない場所において,義手を用いて物体把握をした場合に使用者にフィードバックする情報を検討した.その結果, 3種類の義手開閉角度と5種類の把握状態を伝達することとした.これにともない,皮膚電気刺激を用いた8種類の仮現運動刺激パターンを提案した.前腕部を対象とした刺激提示実験を行い,識別可能であることを示した.(4)多チャンネル筋電図処理方式の開発:前年度に検討した独立成分分析(ICA)を用いた手法を改良し,肘関節屈曲動作時における上腕二頭筋の筋電図を計測し,運動単位の波形分離が可能であることを示した.本研究においては,義手による物体把握時の感覚情報と把持状態を使用者に伝達する物体把持情報伝達機能を備えた筋電義手の開発を目的とした.本研究得られた成果は次の通りである.(1)物体把握時のすべりを検出するため,小型の2軸せん断応力センサを試作した.(2)皮膚電気刺激を用いた感覚情報伝達システムを作成し,15パタンの情報伝達が可能であることを示した.(3)独立成分分析(ICA)とテンプレートマッチングを用いた単一運動単位活動波形の同定手法を提案し,筋長変化が伴う運動時において同定が可能であることを示した.本研究においては,義手による物体把握時の感覚情報と把持状態を使用者に伝達する物体把持情報伝達機能を備えた筋電義手の開発を行うことを目的とする.本年度に得られた成果を以下に要約する.義手人工手掌部におけるすべりと把持力検出センサの試作:物体を把握した時に生じるすべりを検出するため,人工手掌部に埋め込み可能な滑りセンサのプロトタイプを試作した.本センサは十字型の金属板を台形状にし,直交する2斜辺に歪みゲージを貼付したものである.試作したセンサを用いた実験を行い,せん断応力が大きくなると伴に歪みゲージの出力も増加した.また,せん断応力を負荷する角度により正弦波状に出力が変化すること,直交する方向に貼付したひずみゲージの出力の位相差が90度であることを示した.このことから試作したセンサを用いて物体把握時のせん断応力の方向と大きさを計測することが可能であることが示唆された.(2)皮膚電気刺激による刺激パターンの検討:皮膚電気刺激を用いた5種類の仮現運動刺激パターンを提案した.前腕部を対象とした刺激提示実験を行い,識別可能であることを示した.多チャンネル筋電図計測法の検討:義手の制御信号である多チャンネルの表面筋電図を計測・処理するため,8チャンネル表面電極を用いた筋電図の計測法を提案した.本手法では計測された筋電図を短い時間間隔で区切り,独立成分分析(ICA)を用いて筋運動制御信号の基本単位である運動単位の同定を行うものである.弱い等尺性収縮実験を行い,運動単位の同定が可能であることが示唆された.本研究においては,義手による物体把握時の感覚情報と把持状態を使用者に伝達する物体把持情報伝達機能を備えた筋電義手の開発を行うことを目的とする.本年度に得られた成果を以下に要約する.(1)物体把持情報伝達システムの試作:前年度に引き続き,すべり検出センサの改良を行った.物体把握時において,過渡応答におけるオーバーシュートにより正確なせん断応力を計測することが困難である.そのため,本年度は,まず,物体把握時に生じるのと同じステップ状に負荷を加えた時の過渡応答を計測した.そして,時間応答をモデル化し,定常状態におけるせん断応力を推定する手法を提案した.また,試作したセンサと昨年度試作した皮膚電気刺激装置を用いて物体把持情報伝達システムを構築した.(2)多チャンネル筋電図処理方式の開発:前年度に検討した独立成分分析(ICA)を用いた手法を改良した.筋長の変化が生じる状態における単一運動単位波形を識別するため,波形を短区間に切り出し,独立成分分析(ICA)を用いて運動単位波形の候補を抽出した.そして,その短区間において逐次的にテンプレート波形を変化させ,テンプレートマッチングを行い単一運動波形の同定を行った.

この改良型手法の有用性を確かめるため,肘関節等角速度屈曲運動時における上腕二頭筋の多チャンネル表面筋電図を計測し,本手法により単一運動単位波形の同定を行った.その結果,単一運動単位の発火頻度等が,これまでの生理学的知見とおおよそ一致していることから,本手法の有用性が示唆された.人間医工学義手人工手掌部に貼付するためのセンサを改良し,せん断応力の大きさ,方向の推定が可能であることを示した.これにより人工手掌部に備えさせるセンサのプロトタイプが試作できたものと考えられる.また,感覚情報伝達システムにおいては,物体把握時に使用者に伝達が必要な情報の種類を検討し,8種類の電気刺激パターンの識別が可能であることを示した.筋電図処理については筋電図に対し独立成分分析(ICA)を用いた波形同定手法を改良するとともに,筋長が変化する動作時において本手法が適用可能であることを示した.このことから,本研究では本年度予定した研究内容を概ね遂行することできたものと考えられる.義手人工手掌部に貼付するためのセンサのプロトタイプを試作し,せん断応力の大きさ,方向により出力が変化することを示した.これによりセンサのハードウェア構造の基本はできたものと考えられる.今後,信号処理法を決定し,せん断応力の方向,大きさを検出可能なアルゴリズムを完成させる.また,電気刺激パターンについては5種類の刺激パターンを提案した.筋電図処理については筋と皮膚の相対的位置関係が変化した時の波形変化にも対応できるように,時間分割した筋電図に対し独立成分分析(ICA)を用いた波形同定手法を提案することができた.このことから,本研究では本年度予定した研究内容を概ね遂行することできたものと考えられる.平成24および25年度の研究成果を元に次年度以降,下記の事項について研究を遂行する.(1)義手人工手掌部の試作:把持力,すべりの検出可能なセンサを備えた義手人工指先部,手掌部を試作する.義手の示指,中指および母指の手掌部に前年度試作したセンサを備えた人工手掌部を試作する.(2)物体把持情報伝達システムの試作:前年度決定した刺激パターンをもとに,物体の把持情報を使用者に伝達するシステムを試作する(3)多チャンネル筋電図処理方式の開発:前年度に引き続き,多チャンネル筋電図処理手法を改良するとともに,運動時の筋電図から単一運動単位波形の同定を行い,運動単位の活動様式を明らかにする.平成24年度の研究成果を元に次年度以降,下記の事項について研究を遂行する.(1)義手人工手掌部におけるすべりと把持力検出センサの試作:平成24年度に試作したセンサのプロトタイプを元に改良を行うと伴に,信号処理法を決定し,せん断応力の方向,大きさを検出可能なアルゴリズムを完成させる.(2)義手人工手掌部の試作:把持力,すべりの検出可能なセンサを備えた義手人工指先部,手掌部を試作する.義手の示指,中指および母指の手掌部に前年度試作したセンサを備えた人工手掌部を試作する.(3)電気刺激を用いた刺激提示システムの試作:前年度決定した刺激パターンを備えた刺激提示システムを試作する.心理物理実験を行い,情報の伝達が可能であることを示す.(4)多チャンネル筋電図処理方式の開発:前年度に検討した独立成分分析(ICA)を用いた手法を改良すると伴に,運動時の筋電図に対して運動単位の波形分離が可能であるかを検討する.多チャンネル筋電図処理法の開発において,本年度は高い演算能力を得るために解析用計算機を購入した.