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乳糜胸水に対する経皮的胸管塞栓術の基礎的検討：実験動物モデルの確立と安全性の検討

本研究では,豚を用いて胸管損傷に伴った乳糜胸水の実験動物モデルの作成方法を確立した.この実験動物モデルを用いて,コイルもしくはNBCAを用いて胸管塞栓術を行った.塞栓術後5日で再度リンパ管造影を行い,胸管が完全に塞栓されていることを確認した.空腸と回腸の一部を摘出し,病理標本(H-E染色)を作成した.病理の検討から消化管に明らかな異常は認めず,胸管塞栓術の安全性が確認された.本年度は胸管損傷の動物実験モデルの作成方法の確立として,1)4)の手順で実験を行った.1) 2頭の豚を用いて全身麻酔下に豚の開腹を行い,腸骨リンパ節を露出して23ゲージ針にて穿刺を行った.その後lipiodolを直接リンパ節に注入してリンパ管造影を行った.透視下に腹部乳び槽と胸管が描出されたことを確認した.2)透視下に経腸管アプローチで21ゲージChiba針にて乳び槽を穿刺.0.018インチガイドワイヤーを乳び槽から胸管まで進め,これに追従させてマイクロカテーテルを胸管まで進めた.ガイドワイヤーを反対方向からマイクロカテーテルに挿入して,胸管部にてワイヤーの後ろの硬い部分で胸管損傷を作成した.リンパ管造影を継続して,損傷を確認した.3)2頭で,胸管塞栓モデル作成に成功した.4)ヒストアクリル(NBCA)にて胸管塞栓を行った.以上により,この方法で安定して胸管損傷モデルを作成できる事が確認された.初年度は,動物を用いた胸管損傷モデルの作成の方法を確立する事が目的である.2頭の豚を用いて胸管損傷モデルを作成できたため,実験動物モデル作成については予定通り計画は進行している.可能であれば塞栓物質による塞栓効果の差の検討を行う予定であったが,これに関しては本年度は実験を行っていないため,若干の計画の遅れがある.本年度は実際の実験は行わずに,昨年の実験結果を基に,来年以降の実験計画の推敲を行った.昨年までの問題点として,開腹下にリンパ管造影と胸管塞栓を行ったが,その際に腸管のむくみなどの変化は実験時には確認ができなかった.腸間膜や後腹膜のリンパうっ滞を確認するために,数日間の期間をおく必要があると思われ,来年度以降は開腹を行わずに鼠径部のリンパ節を穿刺して,リンパ管造影と小開腹にて胸管塞栓を行う.その後1週間飼育した後に,再度リンパ管造影を行い,胸管の塞栓効果,腸間膜の変化を観察する.また病理に腸間膜の検体を提出して観察を行う.またヨーロッパのIVR学会であるCIRSEに参加をして,リンパ管IVRの最先端の知識を得て,リンパ管IVRの経験が豊富なドクターと議論を行ってきた.臨床でのリンパ管IVRの英文総説を執筆し,Radiographicsに採用された.豚を用いた実験を行う時間をとることができなかった.また昨年の実験を元に,実験計画を多少修正する必要があった.本年度は1)胸管塞栓後の塞栓物質による再開通の違い2)塞栓後の消化管への影響についての検討を行った.既に前年度までに,豚を用いた胸管塞栓の方法は確立しているため,この方法に準じて行った.実験方法:初回:全身麻酔下に豚を開腹して,腸骨リンパ節からリンパ管造影を行った.透視下に描出された腹部乳び槽を21GのPTBD針にて穿刺を行い,マイクロカテーテルを胸管内に誘導した.胸管造影を行った後に,1頭はファイバー付き金属コイル,1頭はNBCAにて胸部から乳び槽までの塞栓を行った.その後閉腹して,5日間飼育を行った.二回目:5日後に,全身麻酔下に豚を開腹.前回と反対側の腸骨リンパ節からリンパ管造影を行った.その後胸管を剖出して,塞栓状態の確認を行った.空腸と回腸を部分的に摘出してホルマリン固定を行った.その後,病理所見の検討を行った.結果:1)いずれの豚でも胸管は良好に塞栓されていた.いずれの塞栓物質でも塞栓物質間の胸管内は組織液がゼリー状に固まった状態であった.2)空腸,回腸の切除検体のパラフィン固定を行い,H -E染色にて腸管粘膜の状態,細胞核の消失の有無,既存構造の破壊の有無,について病理学的検討を行ったが,特に異常は見られなかった.本研究では,豚を用いて胸管損傷に伴った乳糜胸水の実験動物モデルの作成方法を確立した.この実験動物モデルを用いて,コイルもしくはNBCAを用いて胸管塞栓術を行った.塞栓術後5日で再度リンパ管造影を行い,胸管が完全に塞栓されていることを確認した.空腸と回腸の一部を摘出し,病理標本(H-E染色)を作成した.病理の検討から消化管に明らかな異常は認めず,胸管塞栓術の安全性が確認された.・リンパ管内は血管内とは異なり,血液による凝固がないため極めて密な塞栓が必要とされると考えられる.このためにコイルとヒストアクリル(NBCA)による塞栓の検討が必要である.・次年度は胸管塞栓方法を1)コイル,2)ヒストアクリル(NBCA),3)コイルとヒストアクリル(NBCA)の3パターンにおいて行い,その効果を検討する予定である.・

このために塞栓を行った後,最低でも6時間程度経過した後に,最初使用した腸骨リンパ節とは反対側のリンパ節から行い,胸管の塞栓の程度を確認する.豚を用いたリンパ管造影方法を変更する.胸管塞栓後に1週間の飼育期間をおいて,再度リンパ管造影を行う.腸間膜の状態を確認し,病理検体を作成する.インターベンション本年度は実験動物作成の確立に関する実験は達成したが,塞栓物質毎の検討は行うことが出来なかった,このため本年度予算のうち,これらの実験に関する予算を次年度に持ち越すことになった.本年度は豚を使用した実験を行う事ができなかった.その理由として,時間がとれなかったこと,実験内容に多少の変更があったことが挙げられる.次年度はそれぞれの塞栓物質を購入して胸管塞栓を行う.このために持ち越された予算を使用する予定である.来年度は,既に実験計画ができており,さらに実験の時間もとれるため,予定通り2年分の研究資金を用いて実験を行うことが可能である.
ミリ秒パルサーにみられる異常な回転についての研究

中性子星の内部で超流体とクラストの間には弱いながらも摩擦が働いており、これにより二成分は結合している。近年、二成分の間の結合はある臨界温度以下で摩擦不安定になることが示された。一方、ミリ秒パルサーPSR 1620-26において、異常に大きな角速度の時間に対する二階微分Ω_cが観測されている。ブレーキ指数の値は多くのパルサーで3であるが、PSR 1620-26の場合4×10^7となる。私たちは、このPSR 1620-26の異常な振舞いは、二成分の間の摩擦が不安定になっているためではないかと考えた。これを確かめるために、私たちは臨界温度以下における中性子星の回転を数値計算によって調べた。その結果、以下のようなことがわかった。1.摩擦不安定によって超流体とクラストの間の摩擦が急激に増大し、角加速度Ω_cが大きく変化し、観測されているような大きなΩ_cが再現できることがわかった。2.PSR 1620-26の観測との比較から、摩擦不安定に関わる超流体の慣性モーメントI_Sと摩擦の強さをあらわすパラメータω_<cr>に制限をつけることができた。超流体の慣性モーメントはI_S3.6×10^<43>gcm^2で、これは中性子星の全慣性モーメントの約3%にあたり、現在までの観測と理論から予想される値の範囲内にある。一方摩擦の強さを表わすパラメータはω_<cr>10rads^<-1>である。これは比較的強い摩擦に対応しており、中性子星内部にクラストとの相互作用が大きい超流動成分が存在していることを示している。3.私たちの計算結果によると、現在PSR 1620-26は摩擦不安定が成長する過程にあり、今後十数年の間にΩ_cはさらに大きくなり、ついにはその符合を正に転じると予想される。中性子量の内部で中性子は超流動の状態にある。特にインナークラスト中の超流体は原子核や電子といった通常物質(クラスト)との相互作用が弱く、クラストよりも速く回転している。ある臨界温度以上では超流体とクラストとの相互作用(摩擦)は安定であるが、臨界温度以下になると超流体とクラストとのカップリングは摩擦不安定になることがすでにわかっている。この摩擦不安定の原因は超流体とクラストとの相互作用が温度に敏感に依存しているためである。グリッチや摩擦不安定性で超流体中に生じた熱が超流体-クラスト相互作用を介し、クラストの回転にいかなる影響をおよぼすかを調べることが本研究の目的である。今まで行なってきた初期的な見積りでは、中性子星内部を等温と仮定して計算を行なってきた。しかし、インナークラスト中で生じた熱の影響を正しく知るためには、この熱が中性子星内部をいかに拡散していくかを考慮する必要がある.本年度は熱の拡散を取り入れた計算コードの開発にあたり、コードをほぼ完成させることができた。さらにこの計算コードをグリッチに応用し、次のような結果を得ている。・グリッジで解放された熱による表面温度の上昇は10%以下である。・BPSモデル、UUモデル、PSモデルと状態方程式が硬くなるにつれてクラスト層が厚くなるため、表面温度の上昇が小さくなる。・exotic coolingを採用するとニュートリノ損失が効くため、表面温度の上昇が小さくなる。今後は、超流体とクラストの回転を扱かう計算コードを開発し、本年度開発したコードとドッキングさせる予定である。

最近、ミリ秒パルサー1620-26から異常に大きな角加速度の時間微分Ωが観測され、Ω、Ωと組み合わせると減速指数はn_B=4×10^7というきわめて大きな値になることが示された。ふつうのパルサーからの観測値はn_B=2-3の範囲にあることから、このパルサーはいかに異常な回転をしているかがわかる。またミリ秒パルサー1937+21からもn_B=4.6×10^3という大きな減速指数が報告された。私たちは、この異常な回転の原因は中性子星内部の超流体と通常物質(クラスト)との相互作用が原因ではないかと考え、この研究を開始した。本研究の目的は中性子星内部の超流体と通常物質との相互作用という観点から、異常な回転の原因、そして中性子星内部の物質の性質や状態を探ることである。平成7年度では、中性子星の内部に対し簡単なモデルを採用して計算を行った結果、超流体とクラストとの摩擦が不安定になり、PSR1820-26の観測を充分に説明できるきわめて大きなΩの生じることを見出した。平成8年度においては、中性子星の内部構造を精密にし、さらに温度分布を考慮に入れたプログラムの開発を行ない、完成させた。この計算コードを用い、先ず、グリッチに対する中性子星内部の熱的な応答を調べた。その結果、次のようなことが明らかになった。・グリッチで解放された熱と中性子星のもっている熱との比(Q)が小さいときは、応答は線形となる。このときは、中性子星表面温度の上昇はグリッチで解放された熱量に比例する。また、グリッチが起る場所がより内部であるほど、表面温度がピークに達する時間は遅くなる。・比Qが大きいときは、応答は非線形になる。グリッチがより内部で起きたときほど、表面温度がピークになる時間は短かいなどという結果が得られた。この一見おかしくみえる結果は、比熱や熱伝導度の温度依存性を考えることにより、うまく説明できることがわかった。・グリッチによる表面温度の上昇は一般にわずかで、現在の観測で検出するのは困難であろう。今後は、グリッチに対する中性子星内部の熱と回転の応答を調べていこうと考えている。
ハイドロゲル超薄膜の逐次調製と分子シンクロ型機能発現システムの構築

金電極を持つ水晶発振子(QCM)を基板として用いて超薄ハイドロゲルの生成過程を定量的に解析した後、サイクリックボルタンメトリー(CV)により基板電極上でのフェリシアンイオンの酸化・還元過程を電気化学的に解析することで、モデルイオンの透過挙動を観察した。調製したゲル薄膜が水中で40nmといった厚さを有するにもかかわらず、被服前のQCM電極とほぼ同じピーク電流値が得られた。固体状態の交互吸着膜では20nm程度の厚さであっても全くイオンは透過しないことから、この薄膜が膨潤しているために、容易に膜中をイオンが透過したものと考えられる。水溶液の温度を変化させながらCV測定した結果、NIPAAmの下限臨界溶解温度に由来するハイドゲルの相転移温度以上では、ピーク電流値が劇的に減少し、イオン透過を抑制していることが明らかになった。この外部環境依存的なイオン透過は、相転移温度を境にして可逆的に繰り返すことも可能であることが分かった。これらの結果より、調製した超薄ハイドロゲルは、外部温度にシンクロする形で物質透過をon-offできることが明らかになった。有機低分子の担持能について検討すること、また結合挙動から膜構造を類推することを目的として、モデル色素であるカチオン性のメチレンブルー(MB)とアニオン性のメチルオレンジ(MO)を超薄ハイドロゲルに吸着させた。その結果、MOは容易に膜中を透過し担持することができるのに対して、MBは吸着しなかった。膜中の官能基の残存量および電荷種は、適用する高分子の組み合わせを変えることで容易に制御できることから、様々な有機低分子を担持できることが示唆された。また、アルカリ水溶液に浸すことで担持したMOをpH依存的に放出することができた。よって、外部環境にシンクロした放出制御も可能であることが示唆された。下限臨界溶解温度(LCST)を示す高分子として、我々の研究グループで開発されたポリ(N-ビニルイソブチルアミド)(poly NVIBA)を選択した。アミノ基を導入することを目的に、NVIBAと誘導体モノマーであるN-ビニルホルムアミド(NVF)との共重合体(poly(NVF-co-NVIBA))を合成した。アルカリ水溶液中でのNVFユニットの選択的な加水分解により、ビニルアミン(VAm)基を持つ熱応答性高分子(poly(VAm-co-NVIBA))を合成した。また、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とアクリル酸(AAc)との共重合によりカルボキシル基を有し、同様に熱応答性を示す高分子(poly(AAc-co-NIPAAm))を合成した。両モノマーの仕込み比を変化させることで、異なるアミノ基あるいはカルボキシル基含量を有する高分子を合成した。ゲル薄膜の調製過程を定量的に解析するために水晶発振子(QCM)を基板として用いた。1)所定濃度のカルボン酸高分子(poly(AAc)もしくはpoly(AAc-co-NIPAAm))水溶液に縮合剤である水溶性カルボジイミドを添加し活性化した後、QCM基板を所定時間浸漬した。2)得られた活性カルボン酸基板を所定濃度のpoly(VAm-co-NVIBA)もしくはpoly(VAm)水溶液にそれぞれ浸しアミド結合させた。この1)、2)の操作を繰り返すことにより、異なる膜厚あるいは異なる分子種を組み込んだハイドロゲル超薄膜を調製した。縮合剤の存在により逐次積層され、積層数を変化させることにより膜厚が制御できた。poly(AAc)とpoly(VAm-co-NVIBA)の組み合わせの場合、積層過程はVAm含量に著しく依存し、逐次積層にはおよそ40mol%のVAmが必須であった(縮合剤は溶解性に問題により、カルボキシル基当り5mol%添加した)。膜厚測定の結果より、空気中に比べ水中で膜は厚くなり、調製した薄膜内に水が膨潤することでハイドロゲル構造となることが明らかになった。また、空気を用いた水中での接触角測定により、得られたハイドロゲル超薄膜がLCSTを有することも明らかとなった。これらはpoly(AAc)とpoly(VAm-co-NVIBA)の系に限るものではなく、poly(AAc-co-NIPAAm)とpoly(VAm)からなる系にも展開可能であった。

有機低分子の担持能について検討すること、また結合挙動から膜構造を類推することを目的として、モデル色素であるカチオン性のメチレンブルー(MB)とアニオン性のメチルオレンジ(MO)を超薄ハイドロゲルに吸着させた。その結果、MOは容易に膜中を透過し担持することができるのに対して、MBは吸着しなかった。膜中の官能基の残存量および電荷種は、適用する高分子の組み合わせを変えることで容易に制御できることから、様々な有機低分子を担持できることが示唆された。また、アルカリ水溶液に浸すことで担持したMOをpH依存的に放出することができた。よって、外部環境にシンクロした放出制御も可能であることが示唆された。
摩擦フリーTracing型人工能動触角

なぞり動作によって表面形状がセンシング可能な摩擦フリーTracing型人工能動触角を提案した.以下に研究成果を箇条書きにまとめる.・摩擦フリーTracing型人工能動触角は,感覚機構をもたないピアノ線,ピアノ線を固定するためのアダプター,ピアノ線先端に作用する力によって発生するモーメントを計測するためのひずみゲージ(アダプター部に固定),およびセンサシステム全体を動かすためのアクチュエータによって構成されている.・ピアノ線としては一般的な曲線形状のものも考えられるが,直線形状のピアノ線を用いると,直線方向の力によるピアノ線の伸びが無視できることから,被検査面の表面摩擦に依存することなく形状が高精度で測定できることを理論的に示した.・ピアノ線は簡単なバネと質量でモデル化できる.このピアノ線のダイナミクスを考慮した逆ダイナミクスモデルを考えることにより,センシング精度を損なうことなくセンサシステムの移動速度が大幅に上げられることを示した.・従来計測法(レーザ変位計,接触式電子ダイアルゲージ)との比較実験を行った結果,200μm程度の段差に対して5μm以下の高精度で測定できることを示した.さらに移動速度も100mm/secまで上げられることを確認した.・本センサシステムは従来型のセンサとは異なり,プローブ先端が細く(1mm程度)かつ柔らかいという特徴を有している.このため,本センサシステムは従来型のセンサでは計測できなかった細い穴の中の形状を計測するようなニーズに対して威力を発揮する.この点を踏まえて,従来マニュアルで行われていたエンジン部品の有効ねじ長検出にこのセンサシステムを応用することを試みた.その結果,M6からM16のすべてのねじに対して,その有効ねじ長を要求検出精度(100μm)以内で計測することに成功した.なぞり動作によって表面形状がセンシング可能な摩擦フリーTracing型人工能動触角を提案した.以下に研究成果を箇条書きにまとめる.・摩擦フリーTracing型人工能動触角は,感覚機構をもたないピアノ線,ピアノ線を固定するためのアダプター,ピアノ線先端に作用する力によって発生するモーメントを計測するためのひずみゲージ(アダプター部に固定),およびセンサシステム全体を動かすためのアクチュエータによって構成されている.・ピアノ線としては一般的な曲線形状のものも考えられるが,直線形状のピアノ線を用いると,直線方向の力によるピアノ線の伸びが無視できることから,被検査面の表面摩擦に依存することなく形状が高精度で測定できることを理論的に示した.・ピアノ線は簡単なバネと質量でモデル化できる.このピアノ線のダイナミクスを考慮した逆ダイナミクスモデルを考えることにより,センシング精度を損なうことなくセンサシステムの移動速度が大幅に上げられることを示した.・従来計測法(レーザ変位計,接触式電子ダイアルゲージ)との比較実験を行った結果,200μm程度の段差に対して5μm以下の高精度で測定できることを示した.さらに移動速度も100mm/secまで上げられることを確認した.・本センサシステムは従来型のセンサとは異なり,プローブ先端が細く(1mm程度)かつ柔らかいという特徴を有している.このため,本センサシステムは従来型のセンサでは計測できなかった細い穴の中の形状を計測するようなニーズに対して威力を発揮する.この点を踏まえて,従来マニュアルで行われていたエンジン部品の有効ねじ長検出にこのセンサシステムを応用することを試みた.その結果,M6からM16のすべてのねじに対して,その有効ねじ長を要求検出精度(100μm)以内で計測することに成功した.単軸のトルクセンサを用いて,トレース面の凹凸形状を再構築することができる摩擦フリーTracing型人工能動触角の基本動作原理について考察した.原理的には2次元形状を再構築するためには2軸トルクセンサが必要である.一方,最少の単軸トルクセンサを想定した場合,触角先端部の変位はトルクセンサで検出できる変位成分とトルクセンサでは検出できない変位成分に分解できる.トルクセンサで検出できない成分は触角と環境との摩擦によっても影響を受けるため,一般的な触角形状に対して,単軸トルクセンサだけでトレース面を再構築することは不可能である.ところが,弾性棒として直線形状の弾性棒を用いた場合には,トルクセンサで検出できない変位成分が軸力に対応する.一般に単位の力を触角の軸方向に作用させた場合の変位量は,軸に垂直方向に作用させる場合の変位量に比べ,無視できる程度に小さい.したがって,トルクセンサで検出できない変位成分は実質的に無視できることになる.つまり,単軸のトルクセンサ出力とトレース面の形状がほぼ一対一に対応する.このような考察に基づいて,単軸のトルクセンサだけで,摩擦の影響を受けずに2次元形状が実用上問題なく再構築できることを理論的に明らかにした.さらに,触角を高速で動かした場合にトルクセンサに介入するノイズ除去を考慮に入れた信号処理方法,さらにセンサの応答特性を向上させるために,弾性棒のダイナミクスを考慮に入れた信号処理方法についても考察した.直線弾性棒,ひずみゲージを備えたアダプター,及びそれらを動かすアクチュエータから構成されるトレーシング型人工能動触角の動作原理に関する基本的考察と動作確認実験を行った.動作原理としては,直線の弾性棒を用いた場合,先端の変位が弾性棒の長さに対して1%程度以内であれば,わずか一軸のトルクセンサ情報で,センサ面の摩擦の影響を受けることなく,表面段差形状が高精度で再構築できることを理論的に示した.

さらにプロトタイプモデルを試作し,従来計測法(レーザ変位計,接触式電子ダイヤルゲージ)との比較実験を行った結果,200μm程度の段差に対して5μm以下の高精度で計測できることが確認できた.本センサは従来型のセンサと異なり,プローブ先端が細く(1mm程度)かつ柔らかいという特徴を持っている.このため,本センサは従来型のセンサでは計測できなかった細い穴の中の形状を計測するようなニーズに対して威力を発揮する可能性を秘めている.一方,エンジン部品をはじめとした工業部品の生産過程では,製品の品質を保証するため,めねじが規定値通り加工されているかどうか抜き打ち的にチェックされている.従来この検査は人によりマニュアルで行われていたが,本センサの特徴を生かした.自動有効ねじ長検出システム構築に向けた基礎的実験も行った.プローブ先端部を細く加工し,2mm程度曲げることでめねじの最深部に到達できるようにし,実際のねじ部を利用した検証実験を行った.その結果,要求検出精度である100μmを十分クリアできることが確認できた.本センサシステムはきわめて安価に作れることから実用化への道がにわかに見えてきたといえる.
ロボカップ世界大会と出前授業を利用したリーダーシップ育成教育と実践テキストの作成

ロボカップへの参加は問題解決能力の育成や,高度な技術力の習得に効果が高いことが知られている。一方,世界大会はコミュニケーション力やプレゼンテーション力を高められる貴重な機会でもある。ロボカップで好成績を残すようになると,出前授業としてロボットのデモンストレーション依頼が増えてきた。しかし,ロボカップに参加する学生は社交的で派手な学生は少ない。そこで,校外において学生自ら開発したロボットを積極的にアピールする機会を提供し,リーダーシップの取れる人材育成の試みを行った。アンケート調査の結果,ロボカップ世界大会出場および出前授業の経験が学生自身の積極性に関する意識改革に大きく寄与したことが示された。H24年度までに,それまでのサッカーロボットのキックデバイスやドリブルデバイスなどの不具合の修正と改良,および出前授業用ロボット操作体験システムの開発を行った。具体的にはロボカップ世界大会に向けて,新型ドリブル機構の設計とその性能確認を重点に学生主体で取り組ませた。新規に設計した新型ドリブル機構は,2011年モデルと比較してキャッチしたボールの保持力が強いため,ロボットに引きつけた状態でシュートを打つことが可能である。その結果,高精度のシュートや,相手ロボット頭上を越してパスしたボールが落ちた地点でピタッと止まる,バックスピンチップキックを可能にした。このキックを実現できるチームは世界的に見てもほとんどなく,我々のチーム唯一であると言ってよい。チーム内で先輩後輩の立場に関係なく,意見を言い合える環境とこれまでに培ってきた創造力の相乗効果により実現できたと考えている。H24年5月初旬に開催されたロボカップジャパンオープンでその性能を検証し,有効性を確認した。そしてH24年6月中旬に行われた世界大会では世界の強豪を相手に準決勝まで進出した。惜しくも決勝に進めなかったが,みごと3位入賞を果たした。その後,ロボットフェスタやロボットシンポジウムなどへの出展や出前授業を8件,延べ13日間行い,学生主体で説明させるなど,コミュニケーション力の育成に力を注いできた。さらに,幼児や小学生でも簡単にロボットの操作体験ができ,サッカーが楽しめるようにシステムを改良し,観客の年齢・知識等を反映して臨機応変に対応できるよう工夫を加えてきた。平成25年(最終年)度は,前年度までに性能を高めたロボットを用いて精力的に出前授業を行った。市内科学館や県内小学校での出前授業をはじめ,豊橋技術科学大学でのデモ,ロボットフェスタやロボットシンポジウムなどへの出展,および大人向け生涯学習地域連携講座でのロボット解説を10件ほど実施した。出前授業ではロボットやシステムを開発した学生自身にその説明をさせ,学生のコミュニケーション力の育成を意識した。ロボットのシステムは,幼児や小学生でも簡単にロボットの操作体験ができ,サッカーが楽しめるよう改良を加え,観客の年齢層・知識量に応じて対応できるよう工夫した。また,ロボカップ世界大会に参加するための英文プレゼンテーションの作成や大会でのレフェー体験,英語コミュニケーションを通して「英語に対する苦手意識」の低減をアンケート調査により確認した。本研究は研究機関全体を通して,サッカーロボットの作製およびロボカップ世界大会の継続的な参加により,学生の電気的・機械的な技術力の向上と,コミュニケーションやリーダーシップに関する能力を高めるために行った。また,プレゼンテーション作成テキスト(ツール)を作成し,学生に利用させることで,平成25年度まで連続4回の上位8チームによる英語プレゼンテーションを実施してきた。その結果,海外チームとの交流が,学生に英語力の必要性・重要性と英語苦手意識克服へ極めての有効であることが示された。また,本校のロボカップの取り組みが他高専や他大学に波及効果を及ぼし,近年の豊田高専への視察や練習試合の申し込みなどが増加した。さらに,学術的な内容で複数名が国際会議で発表したり,学会での論文賞を受賞するなど高い教育的効果が得られたと言える。現在,本校電気・電子システム工学科では本科5年間と専攻科2年間において独自のPBL実験を行い,学生の創造力や技術力の向上を図っている。一方,班別のアイデア発表会でのプレゼンテーション能力には大きな差が見られる。そこで本研究ではロボカップ世界大会と出前授業を利用したプレゼンテーションおよびリーダーシップ育成教育の実践と関連するテキストの作成を目的として行った。上記目的を達成するため,まず,H22年度に見つかった,サッカーロボットのキックデバイスやドリブルデバイスなどの不具合に対する再設計と改修を行った。また,より正確なシュートやパス,キャッチング,多彩な協調動作等を実現するため,人工知能の全体的な見直しと改良を行った。以上に対する客観的な評価をロボカップ国内および世界大会に参加することで行った。その結果,H23年度ロボカップジャパンオープンサッカー小型リーグ車輪およびヒューマノイド両部門において優勝,同世界大会で4位入賞を果たした。また,世界大会では代表学生による英語プレゼンテーションが行われたが,発表練習はチームメイトの前で行い,英語を交えての活発な意見や質問を行うことを双方に義務づけた。

世界大会への参加は,他チームとの交流やプレゼンテーション聴講を通して,英語力の必要性・重要性や英語苦手意識克服への有効性を学生に認識させる効果があったことをアンケート調査で確認した。世界大会参加資格取得用チーム紹介英文とデモンストレーションビデオの作成,さらに前年度ベスト8に入賞したチームに課される詳細な技術紹介論文およびプレゼンテーション資料の作成を行った。英作文はメンバー全員で分担して行い,そのチェックを教員が行い,さらに学生へのフィードバックを繰り返すことで質を高めた。以上の作業はすべて学生が中心となり,プレゼンテーション・リーダーシップ力育成教材(テンプレート)を基に進められた。目的の一つであるロボカップ世界大会を利用したプレゼンテーションおよびリーダシップ育成教育の実践について,サッカーロボットおよび人工知能の全体的な見直し,およびロボカップ国内および世界大会に参加しその性能をアピールすることで実施した。特にH24年度,校外への出前授業を多く行い,ロボットの操作体験を通して,幼児・小中学生にものづくりのすばらしさや楽しさを学生自らの言葉で紹介できたことは,学生のリーダシップやコミュニケーション力を高める上で極めて高い効果があったと考える。また,世界大会で学生の英語プレゼンテーションを海外チームから褒めてもらえたことは学生自身とても自信になったようである。毎年であるが,海外チームとの交流は,英語力の必要性・重要性や英語苦手意識克服への有効性を学生に認識させる上で極めて効果が高いと実感している。加えて,本校のロボカップの取り組みが他高専や他大学に知られるようになると,視察のための来校が増え,H24年度の参加チームの増加につながった。この波及効果は学生のプレゼンテーション力やアピール力の向上によるものとも言える。目的の一つであるロボカップ世界大会を利用したプレゼンテーションおよびリーダーシップ育成教育の実践について,サッカーロボットおよび人工知能の全体的な見直しと改良,およびロボカップ国内および世界大会に参加しその性能をアピールすることで行った。その上で,世界大会では英語によるプレゼンテーションや他チームとの交流を通して,英語力の必要性・重要性や英語苦手意識克服への有効性を学生に認識させることができた。サッカーロボット開発という,学生の創造力育成課題の提示に対するその教育的効果は,十分に確認できている。H25年度も同様に進める予定である。ロボカップに参加する学生は毎年変わるため,先輩から後輩への技術やノウハウの伝承を確実に行うことと,立場を超え意見を出し合える環境は継続して提示したい。英語運用能力の開発という点においても,効果が現れているので現状の取り組み姿勢を継続していく。
新規自閉症モデルマウスにおけるグリア機能制御の解明と治療への応用

われわれは最近、ヒト自閉症患者で報告されたCHD8変異を再現したマウスの行動解析を行ったところ、自閉症を特徴づける行動異常である社会的行動の異常や不安様行動の増加が観察された。さらに遺伝子発現解析によって、神経発生の重要な制御因子であるRESTが異常に活性化しており、ヒトでの知見と同様に神経発生の遅延が起こることを実証した。これらの結果から、CHD8変異による発生期における神経発生遅延が自閉症の原因であることが示唆されたが、自閉症発症の原因となる神経細胞種は不明のままであった。CHD8変異による自閉症モデルマウスの遺伝子発現解析では、オリゴデンドロサイト関連遺伝子の発現が顕著に低下していたことから、われわれはオリゴデンドロサイトにおけるCHD8の機能に着目した。そこでわれわれは、オリゴデンドロサイト特異的CHD8欠損マウスを作製したところ、これらのマウスはオリゴデンドロサイトの分化障害によるミエリン形成不全によって、生後まもなく死亡することが判明した。さらに、オリゴデンドロサイト特異的CHD8へテロ欠損マウスの行動解析を行い、CHD8変異による自閉症モデルマウスで観察された自閉症様行動の一部が再現されることが明らかになった。これらの結果から、CHD8はミエリン関連遺伝子の発現を直接制御することによって、オリゴデンドロサイトの分化を制御しており、CHD8変異によるオリゴデンドロサイトの機能異常が自閉症発症の一因を担っている可能性が示唆された。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はCHD8によるグリア細胞の機能制御メカニズムを解明すると共に、グリア細胞の機能異常による神経回路恒常性の破綻が自閉症の病態形成にどのように関与しているのかを明らかにすることによって疾患治療への応用を目的としている。最近、自閉症スペクトラム障害の最も有力な原因候補遺伝子としてこのCHD8が同定され、世界中で大きな反響を呼んでいるが、われわれはヒト自閉症患者のCHD8変異を再現したモデルマウスを作製し行動解析を行ったところ、このマウスが自閉症様の行動異常を再現することを確認した[Katayama et al., Nature 537: 675-679 (2016)]。この自閉症モデルマウスを用いて、自閉症が発症するメカニズムをトランスオミクス解析によって調べたところ、遺伝子変異によってCHD8の発現量が減少すると神経発生に重要な制御因子であるRESTが異常に活性化され、その結果として神経の発生遅延が起こることがわかった。さらにCHD8は神経細胞だけでなくアストロサイト、オリゴデンドロサイト、ミクログリアでも発現が認められることがわかった。そこで種々のグリア細胞特異的にCHD8を欠損させたマウスを作製し、各グリア細胞におけるCHD8の機能の解析を行った。特に、オリゴデンドロサイト系譜でCHD8を欠損させたマウスはオリゴデンドロサイトの分化異常がみられ、ミエリンの形成が著しく障害されていることから、CHD8はオリゴデンドロサイトの分化に重要な役割があることが明らかになった。これらの結果から、少なくとも一部のグリア細胞においてはCHD8が重要な働きを担っていることが明らかとなった。いくつかのグリア細胞においてCHD8の欠損よりグリア細胞の機能が障害することが判明し、CHD8によるグリア細胞制御の重要性が明らかになりつつある。アストロサイト、オリゴデンドロサイト、ミクログリア特異的CHD8ノックアウトマウスを作製し、各グリア細胞に関して詳細な機能解析を行うことで、CHD8の欠損がグリア細胞の機能に与える影響が明らかになりつつある。これらの知見は当初の研究目的に適っており、順調に達成されつつあると考えられる。プロテオーム、ChIP-SeqおよびRNA-Seq解析によって、グリア細胞におけるCHD8の標的遺伝子を網羅的に探索することで、CHD8によるグリア細胞の制御機構を解明する。またCHD8欠損によるグリア細胞の機能異常が自閉症様の行動異常に関与しているかどうかを検討する。

さらにグリア細胞の機能異常がニューロンへの二次的な影響を与えているかどうかを調べるために、形態学的解析や電気生理学的解析を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。
回顧的再評価に関する実験心理学的研究:ヒトはなぜ容易に判断を覆すのか?

複合条件づけを行った後に、一方の要素刺激のみを強化すると、他方の要素刺激に対する条件反応は減弱する。この現象は逆行ブロッキングと呼ばれ、ヒトや動物が回顧的に推論を行ったことの証拠とみなされる。しかしながら、その詳細な発生機序は明らかになっておらず、現在もなお多くの学習理論の試金石となっている。本研究の目的は、随伴性判断と皮膚電気条件づけの実験事態を用いて、ヒトの回顧的再評価の生起条件を検討することであった。当該年度では、昨年度に引き続き、随伴性判断の事態で教示の効果を検証した。実験前の教示により、被験者がもつ因果の知識を群間で操作し、回顧的再評価が生じるか否かを検討した。また、核磁気画像共鳴法を併用することで、実験課題中の脳活動を調査した。その結果、"刺激の観察順序と因果関係は一致する"と教示された群では回顧的再評価が生じたが、"刺激の観察順序と因果関係は一致しない"と教示された群では回顧的再評価は生じなかった。さらに、実験課題中の脳活動を分析したところ、前者の群では前頭前野と線条体が、後者の群では頭頂間溝の周辺が強く賦活することが示された。なお、当該年度は皮膚電気条件づけの事態を用いることにより、刺激強度による影響を検討した。刺激を選定するための予備実験や先行研究のレビューは昨年度に終了していたため、その知見にもとづいて実験を行った。その結果、嫌悪的な刺激を用いた恐怖条件づけの事態でも回顧的再評価の現象が再現され、さらにこの傾向が随伴性判断の事態と同様に、実験前の教示の影響を受けることが示された。これらの事実は、刺激の物理的特性というよりは、むしろその主観的評価が回顧的再評価の過程と関わっていることを示しており、実験課題に関する命題的知識がその重要な役割を担うことを示唆していた。これらの研究結果は国内外の学会で発表しており、近く国際雑誌へ投稿する予定である。研究代表者はこれまで一貫して表記の研究課題に取り組んでおり、関連する他分野の研究にも目を配りつつ、多くの実験研究を着実に遂行してきた。また、その成果を国内学会や研究会、専門分野の国際学会の発表を通じて公にしてきた。さらに、当該領域の実験研究に関しては必須である、コンピュータのプログラミングや生体生理現象の解析に関する知識や技能も積極的に習得してきた。本年度は当初予定していた二つの研究をいずれも終了することができた。現在はこれまでの研究結果の総括として、博士論文の作成を行っている。なお、これらのうち、随伴性判断の研究に関しては、国内外の査読誌に投稿予定の草稿を複数有しており、推敲後、近く投稿する予定である。また、皮膚電気条件づけの研究についても、国内外の学会発表や論文投稿を随時、実施していく予定である。上記の進捗状況から、研究計画はおおむね順調に進展していると研究代表者は判断する。現在はこれまでの研究結果の総括として博士論文の作成を行っている。今後は本研究によって明らかとなった知見を随時論文としてまとめ、国内外の査読誌に投稿する予定である。また、これらの活動と並行して、これまでに得られた結果と考察を基盤として、国内学会や研究会、専門分野の国際学会での発表を行う予定である。本研究の目的は、随伴性判断と皮膚電気条件づけの実験事態を用いて、ヒトの回顧的再評価の生起条件を検討することである。当該年度では、まず、随伴性判断の事態で教示の効果を検証した。課題で観察する先行事象と後続事象のどちらが原因候補であるかを群間で操作し、実験を行った。その結果、"先行事象が原因候補である"と教示された群では回顧的再評価が生じたものの、"後続事象が原因候補である"と教示された群では回顧的再評価は生じなかった。この知見は、因果に関する命題的知識の獲得が、回顧的再評価を調整したことを示唆している。また別の実験では、主観報告と条件反応という測度の別により、回顧的再評価の生じやすさが異なることが確認された。この知見は、知識の入力ではなく出力段階で回顧的再評価が生じることを示唆している。これらの結果は国内外の学会で発表しており、近く国際雑誌へ投稿する予定である。現在は皮膚電気条件づけの事態を用いて、刺激強度による回顧的再評価への影響を検討している。実験の実施に際しては、条件反応の獲得に最適なパラメーターを探るための予備実験と、当該の実験事態にまつわる方法論的な問題に関する知見の収集を行った。その成果の一部は研究論文として発表している。今後の実験によって得られた知見は、随時論文としてまとめる予定である。

本研究の目的は、随伴性判断と皮膚電気条件づけの実験事態を用いて、ヒトの回顧的再評価の生起条件を検討することであった。当該年度では、昨年度に引き続き、随伴性判断の事態で教示の効果を検証した。実験前の教示により、被験者がもつ因果の知識を群間で操作し、回顧的再評価が生じるか否かを検討した。また、核磁気画像共鳴法を併用することで、実験課題中の脳活動を調査した。その結果、"刺激の観察順序と因果関係は一致する"と教示された群では回顧的再評価が生じたが、"刺激の観察順序と因果関係は一致しない"と教示された群では回顧的再評価は生じなかった。さらに、実験課題中の脳活動を分析したところ、前者の群では前頭前野と線条体が、後者の群では頭頂間溝の周辺が強く賦活することが示された。なお、当該年度は皮膚電気条件づけの事態を用いることにより、刺激強度による影響を検討した。刺激を選定するための予備実験や先行研究のレビューは昨年度に終了していたため、その知見にもとづいて実験を行った。その結果、嫌悪的な刺激を用いた恐怖条件づけの事態でも回顧的再評価の現象が再現され、さらにこの傾向が随伴性判断の事態と同様に、実験前の教示の影響を受けることが示された。これらの事実は、刺激の物理的特性というよりは、むしろその主観的評価が回顧的再評価の過程と関わっていることを示しており、実験課題に関する命題的知識がその重要な役割を担うことを示唆していた。これらの研究結果は国内外の学会で発表しており、近く国際雑誌へ投稿する予定である。研究代表者はこれまで一貫して表記の研究課題に取り組んでおり、関連する他分野の研究にも目を配りつつ、多くの実験研究を着実に遂行してきた。また、その成果を国内学会や研究会、専門分野の国際学会の発表を通じて公にしてきた。さらに、当該領域の実験研究に関しては必須である、コンピュータのプログラミングや生体生理現象の解析に関する知識や技能も積極的に習得してきた。本年度は当初予定していた二つの研究のうち、随伴性判断の実験を終了し、続いて皮膚電気条件づけの実験準備を行った。随伴性判断の研究に関しては、国内外の査読誌に投稿予定の草稿を複数有しており、推敲後、近く投稿する予定である。また、当初の予定にはなかったものの、核磁気共鳴画像法によって脳活動を測定する機会を得た。なお、皮膚電気条件づけの研究では予備実験と文献の収集を行っており、その一部を研究論文として発表している。上記の進捗状況から、研究計画はおおむね順調に進展していると研究代表者は判断する。本年度は当初予定していた二つの研究をいずれも終了することができた。現在はこれまでの研究結果の総括として、博士論文の作成を行っている。なお、これらのうち、随伴性判断の研究に関しては、国内外の査読誌に投稿予定の草稿を複数有しており、推敲後、近く投稿する予定である。また、皮膚電気条件づけの研究についても、国内外の学会発表や論文投稿を随時、実施していく予定である。
モダニティとニュートン主義:創造/反復、エクスタシス/現前性、自己中心化

18世紀のブリテン思想史を主な対象として、ニュートン主義と近代の科学主義が「近代」という観念の発見において果たした役割を、創造/反復、エクスタシス/現前性、自己中心化という3点にわたって解明した。本研究では近代思想の形成におけるニュートン主義の役割を再評価し、モダニティに内在する葛藤と多様性を解明する。とくに英語圏のニュートン主義に焦点をあてて、以下の諸点の解明に絞って研究を進める。このうち本年度では上記の課題を、以下の諸点の解明を通じて行った。(1)ニュートン主義に見られる古代の復興と新しい科学の成立の関係を、ベーコン、デカルト研究を参照しつつ、数学と自然学におけるanalysis概念と「ニュートンの方法」の諸分野での展開を通じて明らかにする。(2)ニュートン主義における「空間」の拡大と統合を、天文学と博物学の比較、複数性論争の展開と変容、世界表象の展開を通じて展望する。海外調査については、平成20年度後期に研究休暇期間を取得したため、滞在先であるベルリン自由大学を拠点にして、ドイツ語資料や電子データ・ベースについての資料調査を行った。国内調査については、早稲田大学、京都大学、国立国会図書館でECCO、EEBO電子データ・ベースの調査を行った。刊本資料についてはニュートン主義および近代科学史に関する刊本資料および研究書の収集を行った。その結果、初期近代における複数性論の展開についての概観を確認し、スコットランド啓蒙における複数性論の思想史的背景を解明した。またトマス・リードについては、天文学的複数性と高次元空間という二つの複数性論が存在することを明らかにすることができた。21年度は以下の二点の解明を行うことを目的とした。(3)初期近代の理性概念の多様性と矛盾を、古代、科学革命、啓蒙と19世紀を比較することで明らかにする(4)ニュートン主義の世界喩の成立と性格を、イギリスと大陸のニュートン主義および儒教文化圏の東アジア(とくに日本)の比較対象によって浮き彫りにするとくに(3)に関しては、トマス・リードの視覚論と複数性論を中心にすえて、それをルネサンス以来の知識論との連続性や、初期ニュートン主義の複数性論との連関で考察し、その中での「理性」の位置づけを理神論者ペインや大陸のカントと比較して異同を検討し、また19世紀の複数性批判者だったヘーゲルやフォイエルバッハと対比することによって、18世紀のニュートン主義者たちが抱懐した「理性」がいまだに古代的な、普遍的、存在論的理性の延長上にあったことを解明した。それはデカルト的な認識論的反省を加えられつつ、人間の内奥から世界の根底へとつながるものであり、その点で19世紀以後の計算的理性とは異なっていた。(4)については、イギリスの代表的な天文学者・ニュートン主義者であるジョン・キールの著作の江戸時代後期における翻訳を検討し、キリスト教以上に儒学的世界観が複数性論と矛盾なく共存したこと、その点で東西の18世紀的世界の同一性が見られることを明らかにした。本年度は以下二点を解明するとともに、全体の総括を行った。(5) 18世紀、19世紀の複数性論争とその意味を、ハチンソン主義(18世紀)、ヒューウェルとミル(19世紀)の検討によって解明した(6)ニュートン主義の定式化と衰退にかかわる進化論と相対論のインパクトを、進化論および20世紀初頭の科学観について解明した(7)ニュートン的世界喩の持続の問題を、19世紀後半から20世紀前半の経済学における選択理論の成立を通じて解明した以上の研究を通じて、18世紀から19世紀にかけてのニュートン主義が、モダニティの形成に対して、単に科学方法論のみならず、思想の内実的な点にまでかかわっていたことが明らかにされた。また物理学、天文学から生物学に主役を交代した、科学を起源とするメタファーとしての世界像の根底においても、初期のニュートン主義の影響が残存していることも確認できた。このような点で、現在では相対論、量子論や今後の統一理論に席を譲ったとはいえ、ニュートン主義は現代世界においていまだに規定力を保っているということができる。本研究の結果、このようなニュートン主義の生成、発展から人間の科学の形成を内在的に導くことが以後の研究の課題として明らかになった。
高速視覚フィードバックを用いた微生物群による能動的マイクロセンシングデバイス

本研究は微生物を「自律性,能動性,適応性を有する多機能で高性能なマイロデバイス」として捉えることにより,微生物群の生理機能や協調関係を積極的に利用し,外部からの動的制御により微生物系にプログラマブルなセンシング機能を付加した,能動的マイクロセンシングシステムの実現を目的とするものである本年度は微生物センシングシステムの実現可能性を実験的に検証するとともに,付随分野について検討をすすめた.具体的には,1.ゾウリムシから抽出したセンシング情報をフィードバックするセンサフィードバック実験を進めた.2.ゾウリムシ数理モデルを元に,Lyapunov法を用いた軌道計画手法を昨年に引き続き検討し,数値実験により高い収束性を示した.3.微生物トラッキングシステムをさらに改良し,ゾウリムシ遊泳運動を以前より安定して高感度で計測できるようになった.4.微生物トラッキング顕微鏡をホヤ精子に対しても応用し,ゾウリムシよりさらにトラッキング困難な対象に対しても有用であることを確認した.5.ゾウリムシ電気走性の3次元データ取得手法,および3次元制御手法を確立し,1自由度および2自由度の運動制御実験に成功するとともに,3次元空間内へのトラップなどを実現した.6.Triton X-100モデルの作成やエタノールショック等の基本的な実験技術を習得し,ウェット実験手法の実現可能性を検討した.7.微生物のマイクロセンシング機能・運動制御技術をさらに一歩すすめ,人間と微生物の自在なインタラクションを創出するための基礎実験を行った.ゾウリムシの運動を体現するアバタロボットにより,ユーザと微生物間の豊かな実世界インタラクションを実現した.本研究は微生物を「自律性,能動性,適応性を有する多機能で高性能なマイクロデバイス」として捉えることにより,微生物群の生理機能や協調関係を積極的に利用し,外部からの動的制御により微生物系にプログラマブルなセンシング機能を付加した,能動的マイクロセンシングシステムの実現を目的とするものである本年度は微生物センシングシステムの実現可能性を実験的に検証するとともに,付随分野について検討をすすめた.具体的には,1.ゾウリムシの機械刺激に対するカルシウムイオン濃度上昇を可視化して抽出し,センシング情報をデコードすることに成功した.2.ゾウリムシから抽出したセンシング情報をフィードバックするセンサフィードバック実験を進めた.3.ゾウリムシ数理モデルを元に,ゾウリムシ電気走性における非ホロノミック性について検討し,Lyapunov法を用いた軌道計画手法を提案した.4.微生物トラッキングシステムをさらに改良し,ゾウリムシ遊泳運動を以前より安定して高感度で計測できるようになった.5.ゾウリムシ電気走性の3次元データ取得手法,および3次元制御手法について基礎的な検討を行った.6.Triton X-100モデルの作成やエタノールショック等の基本的な実験技術を習得し,ウェット実験手法の実現可能性を検討した.本研究は微生物を「自律性,能動性,適応性を有する多機能で高性能なマイロデバイス」として捉えることにより,微生物群の生理機能や協調関係を積極的に利用し,外部からの動的制御により微生物系にプログラマブルなセンシング機能を付加した,能動的マイクロセンシングシステムの実現を目的とするものである本年度は微生物センシングシステムの実現可能性を実験的に検証するとともに,付随分野について検討をすすめた.具体的には,1.ゾウリムシから抽出したセンシング情報をフィードバックするセンサフィードバック実験を進めた.2.ゾウリムシ数理モデルを元に,Lyapunov法を用いた軌道計画手法を昨年に引き続き検討し,数値実験により高い収束性を示した.3.微生物トラッキングシステムをさらに改良し,ゾウリムシ遊泳運動を以前より安定して高感度で計測できるようになった.4.微生物トラッキング顕微鏡をホヤ精子に対しても応用し,ゾウリムシよりさらにトラッキング困難な対象に対しても有用であることを確認した.5.ゾウリムシ電気走性の3次元データ取得手法,および3次元制御手法を確立し,1自由度および2自由度の運動制御実験に成功するとともに,3次元空間内へのトラップなどを実現した.6.Triton X-100モデルの作成やエタノールショック等の基本的な実験技術を習得し,ウェット実験手法の実現可能性を検討した.7.微生物のマイクロセンシング機能・運動制御技術をさらに一歩すすめ,人間と微生物の自在なインタラクションを創出するための基礎実験を行った.ゾウリムシの運動を体現するアバタロボットにより,ユーザと微生物間の豊かな実世界インタラクションを実現した.
精細管内移植後におけるマウス精子形成幹細胞のホーミング機構の解明

精子幹細胞は、不妊宿主の精巣内に移植するとホーミングして精上皮を再構築できる。研究代表者は、宿主マウスを麻酔下で維持し、蛍光標識した精子幹細胞を顕微鏡下で約3日間連続観察した。その結果、精子幹細胞が仮足を伸ばして宿主マウス精細管の内腔から基底膜上へ遊走することを発見し、ホーミングには精子幹細胞の能動的な運動が関与していることが示された。続いて、宿主マウスの精細管周期を人為的に同調後、継時的に精子幹細胞を移植することにより、精細管周期とホーミングが関連するか検討した。その結果、移植2ヶ月後のコロニーの数と長さは周期による差がみられず、精細管周期とホーミングが関連しないことが示唆された。精子形成幹細胞は、自己複製と分化細胞を供給することにより、繁殖期を通して大量の精子をつくり続ける。1994年にマウスにおいて精子幹細胞の移植法が開発されたことにより、精子幹細胞は畜産動物の遺伝資源の保存や遺伝子改変のみならず、ヒトにおける男性不妊治療への応用が期待されている。しかし、移植した精子形成幹細胞のうち精子形成コロニーをつくる割合は、3,00010,000個に1個と非常に低く、これが実用化を阻んでいる。そこで、本研究は精子形成幹細胞の移植効率の向上を図ることを最終的な目的として、宿主マウス精細管内に移植した精子形成幹細胞が、内腔から血液精巣関門を通過し、本来存在する基底膜上に移動するホーミングの仕組みの解明に取り組んでいる。平成25年度は、マウス精巣内ライブイメージング法を用いてドナー精子形成幹細胞のホーミングの連続観察を実施した。蛍光色素にて標識した培養精子形成幹細胞であるGS細胞(= Germline Stem cells)を精子形成不全マウスの精細管内に移植し、移植直後から約3日間連続観察した。その結果、ドナー精子形成幹細胞が宿主精細管の内腔にて仮足を伸ばして活発に遊走する様子が観察された。これにより、精子形成幹細胞のホーミングには、幹細胞自身の能動的な移動が関与していることが明らかとなった。先行研究において、精子形成幹細胞のホーミングに関わる分子がいくつか同定されてたのみで、細胞レベルでの振る舞いについては未解のままであった。本研究は、生きた状態の精巣内においてドナー精子形成幹細胞のホーミングを連続観察することにより、精子形成幹細胞のホーミングのプロセスを細胞レベルで明らかにした最初の研究である。マウスでは大量の精子生産を支える精子幹細胞の移植法が確立されている。宿主マウスの精細管内に注入されたドナー精子幹細胞が血液精巣関門を通過して本来存在する基底膜上へ移動(ホーミング)し、自己複製と分化を繰り返して精子形成のコロニーが生じる。先行研究において、精子幹細胞のホーミングに関わる分子がいくつか同定されたものの、細胞レベルでの振舞いについては未解であった。そこで、本研究では精子幹細胞のホーミングの仕組みを細胞レベルで明らかにすることを目的とした。宿主マウスを麻酔下で維持し、蛍光標識したドナー精子幹細胞を蛍光顕微鏡下で約3日間連続観察した。その結果、ドナー精子幹細胞が仮足を伸ばして宿主マウス精細管の内腔から基底膜上へと遊走することを発見し、ホーミングには精子幹細胞の能動的な運動が関与していることが示された。マウスの精子形成は8.6日を周期に分化制御されており、通常の精子形成では精母細胞の血液精巣関門の通過を伴う移動は特定の周期に起こる。宿主に用いる精子形成不全マウスにおいても精細管周期の進行が認められることから、ドナー精子幹細胞のホーミングと宿主マウスの精細管周期の関連性について検討した。ビタミンA欠乏マウスへビタミンAを投与することにより、人為的に宿主マウスの精細管周期を同調した。その結果、移植3ヶ月後のコロニーの数と長さは周期による差がみられず、ホーミングが精細管周期と関連しないことが示唆された。不可逆的に蛍光標識した精子幹細胞を移植してクローンの総数を継時的に観察することにより、最終的なコロニー形成率に占めるホーミングの重要性を検討した。その結果、ドナー精子幹細胞の1/11個がホーミングするが、そのうち3ヶ月後にコロニーを形成するのは1/52個であることを発見し、精子幹細胞の移植効率の低い主な原因はコロニー形成のステップにおけるロスであることが示唆された。発生工学ライブイメージングによるホーミングプロセスの連続観察では、ドナー精子形成幹細胞の挙動と、宿主マウス精細管内の血液精巣関門の挙動を同時に解析する予定であった。前述したように、ドナー精子形成幹細胞の挙動の観察については達成できたが、宿主マウス精細