hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
一方向凝固による希土類酸化物含有共晶体のパノスコピック形態制御とその光学特性

微細な口径を有するファイバーの光学結晶が互いに接触することなく平行にマトリックス中に埋め込まれた組織をもつ凝固体は、異方性発光や光の閉じ込め効果など、バルク結晶にはない新しい機能を付与した光学素子としての応用が期待される。本研究では、溶媒移動浮遊帯域溶融法により、希土類元素を含む種々の酸化物共晶系について、任意組成の一方向凝固体を作製してきた。今年度は、昨年度において良好な組織が得られたGdAlO_3-Al_2O_3系に加えて、REAlO_3-MgAl_2O_4系について、組成および成長条件と得られた組織との関係を検討した。GdAIO_3-A12O_3系においてGdAlO_3含有量が40mol%の場合、目的とする組織が横断面、縦断面いずれにも観察された。GdAlO_3を35mol%としても同様の組織が観察されたが、A12O_3相が独立して大きな組織を形成している部分も存在するようになった。フアイバー状GdAlO_3相の径は成長速度の低下に伴い増大し、50mm/hおよび20mm/hではそれぞれ約1μmおよび2μmとなった。現段階では試料全体を目的とする組織とするには至っていないが、成長初期にネッキングをおこなうとマトリックス相であるAl_2O_3粒子の数が淘汰され、目的とする組織の体積分率は60-70%に増大することが明らかとなった。REAlO_3-MgAl_2O_4系については、独立したREAIO_3相の形態がGdAlO_3-Al_2O_3系のものと異なり、ほぼ三角形の断面形状をもっているとともに、希土類元素のイオン半径が減少するにつれて角の丸い形からより明瞭な三角形へと変化した。縦断面の観察ではLaAlO_3-MgAl_2O4系の場合のみ、ファイバー状の組織が観察されたが、REがY、GdおよびLuの場合には、REAIO_3相は三角錐状になっていることが確認された。優れた特性(たとえば,熱伝導性)を有するマトリックス中に微細な口径を有する柱状の光学結晶が互いに接触することなく平行に埋め込まれた組織をもつ凝固体を作製できれば、バルク結晶にはない新しい機能を付与した光学素子としての応用が期待される。本研究では、溶媒移動浮遊帯域溶融法により任意組成の一方向凝固共晶体を作製し、その光学的特性を調べることを目的とした。本年度は、Nd:Y_3Al_5O_<12>(YAG)-Al_2O_3系、あるいはRE:GdAlO_3(GAP)-Al_2O_3(RE=NdまたはCe)系について、組成と組織との関係を検討した。Nd:YAG-Al_2O_3系に対してXRDによる生成相の半定量をおこなったところ、いずれの組成の強度比も焼結体試料による検量線にほぼ一致することから、凝固体のバルク組成は原料組成のまま保たれていることがわかった。Al_2O_3の体積分率が50%以上のとき、Al_2O_3マトリックス中に独立して存在するNd:YAG相が確認された。しかしながら、Nd:YAG相の形状は一律ではなく、Al_2O_3量の増大にともない複雑さを増す傾向にあった。また、縦断面の観察では、成長方向と平行に伸びる独立したNd:YAG相はほとんど見出されなかった。これに対してRE:GAP-Al_2O_3系においては、Al_2O_3の体積分率を55%とすると、目標とする組織に近い形態が横断面、縦断面いずれにも観察された。柱状のRE:GAP相の直径は1μm以下であり、非常に高密度にAl_2O_3マトリックス中に存在しているにもかかわらず、互いに接触することなく、凝固方向と平行に成長していた。同様の組織を有するCe:GAP-Al_2O_3系凝固体は良好なシンチレーション特性を示したことから、リアルタイムイメージングプレートとしての応用が期待される。

REAlO_3-MgAl_2O_4系については、独立したREAIO_3相の形態がGdAlO_3-Al_2O_3系のものと異なり、ほぼ三角形の断面形状をもっているとともに、希土類元素のイオン半径が減少するにつれて角の丸い形からより明瞭な三角形へと変化した。縦断面の観察ではLaAlO_3-MgAl_2O4系の場合のみ、ファイバー状の組織が観察されたが、REがY、GdおよびLuの場合には、REAIO_3相は三角錐状になっていることが確認された。
臨床検査マルチメディア・データベースと携帯端末を無線式デジタル公衆回線で結ぶ研究

本研究では、これまで有線式回線を前提としていたため、実地医療に不可欠な機動性が十分確保されていなかった医療用端末(Macintosh Power Book Duo 280c)を、無線式デジタル公衆回線(NTT移動体デジタル通信網、9600ビット/秒)を介して臨床検査マルチメディア・データベースに接続することにより、文字や数値だけなく画像などを含む臨床検査データを、時と場所を選ばず検索できる携帯端末の実現性と、その画期的な機動性により得られる臨床的効果を明らかにした。1.耐久性は問題なかったが、電話機や接続アダプタ、ケーブル類の収まりが悪く、携帯型パソコンとの一体化が望まれた。蓄電池による連続稼働は2時間程度で、改善が望まれた。2.文字の伝送速度は、22Kバイトの病歴サマリ-で約20秒であったが、動画像は391Kバイトの心エコー1秒程度でも約500秒かかり、使い方を工夫する必要があった。これらを2種類のデータをまとめて伝送するのに必要なトータルの時間は675秒で、通信コストは平日昼間で730円、深夜早朝で300円かかり、改善が望まれた。3.研究者の所属する大学の3階検査部・9階病棟、地方病院1階外来、都心の路上では良好な通信が得られたが、研究者の自宅1階および地下街では通信不能、地上走行中の列車および車両では、通信可能であるが数分で切断されるなどの実験結果が得られた。4.同じ場所でも、安定して使用できることもあれば、何度も接続に失敗したり、稀に回線が突然切断される場合もあった。ただし条件の悪い場所でも接続に成功すればデータの劣化はなく、機動性の飛躍的向上による絶大なメリットを実感できた。今後は以上の知見を基に、より高速かつ安価なデジタル通信が可能となる、PHS方式の無線式デジタル公衆回線を採用し、更に実用化の可能性を追究する計画である。
極大類比 - その再構成

物語や判例等の複数対象領域間で成り立つ類比を求める問題に対し,本研究では, (1)個体(名詞等)間のマッチングという積空間での操作ではなく,個体の和集合で領域に跨る「クロスクラスター」をまず求め,(2)クロスクラスターを汎化イベントにおける「抽象的な個体」と見做すことにより,従来手法と比較し格段の処理性能を持つアルゴリズムを設計・実装・検証することを研究目的とした.まず(1)に関しては,2年目において設計・開発した手法,すなわち,2つの異なる行列を跨いで成立する属性間の局所相関を推論する手法を本研究用に拡張した.ただし,本研究用の行列では行に動詞と格(ロール)の対,列(属性)に複数文書における名詞をとり,動詞における振舞いが類似した列をヒントとして例示した上で,ヒントと整合的な列の局所相関を求める.実際に判例文書群に対し実験を行い,その効果を確認した.次に,(2)に関しては,2年目においては形式概念を用いて結束性の高い汎化イベントを求める処理を想定したが,計算論的に負荷が大となる傾向にあり,また,処理自体複雑になる難点があったために,よりシンプルな方式の設計を試みた.具体には,クロスクラスターから直ちに得られる原始パターンの組合わせに構文的制約を課した擬似クリークの中で,一定数の領域で実現可能なものを求める.擬似クリークとしては連鎖からクリークまで幅広く表現できるk-Plexを採用し,本研究用に拡張した極大k-CPlexのマイニングにより極大類比を求めるアルゴリズムの設計と(理論的)検証を完了させた.実装実験を研究期間内に完了できなった点は遺憾だが,本研究で明らかにした手法はスター構造スキーマのファクトテーブル群に対しても広く適用可能であることも考慮し,今後も個人(申請資格喪失者)として研究開発を続行し成果を社会に還元する予定である.本研究では,イベント集合間で観測できる部分的・局所的マッチングを高速に検出できる手法を確立し,類推理論における構造写像検出問題の現実的な解法を与えることを研究目的としている.3年間の研究期間における初年度として,システムの基本設計および実験用データセットの予備的構築を行った.具体的には下記のとおりである.通常のグラフマッチング問題とは異なり,本研究で扱うグラフの頂点は,素性構造を持つイベントであり,具体的には物語文や法律判例等を想定している.構造類似性は部分グラフの部分同一性のみならず,素性情報の類似性に基づくパッセージ性,すなわちグラフのパス構造の共有関係も併せて勘案したものを考え,これを構造類似性,もしくは記述的類似性と呼ぶ.記述的類似性において留意すべき点は,最適化問題としては局所最適解が多数存在し,その中のどれを妥当な類似性としてみなすかの指針を事前に与えることが一般には困難な点を指摘しなければならない.そこで,本研究では,要約と整合的な類似性を検出するために,下記の方式を策定した:(1)要約と判例を与え,判例において要約に該当する部分を,輸送問題(内積総和最大化)によって見出す手法を設計し,予備的実験を行った.輸送問題の解それ自体は,要約中の(比較的抽象度の高い)一般語と,判例中の文・イベント中のより具体的な対象語の対応関係として算出され,文が長すぎる場合は,係り受け関係に基づいてより細かなイベントから構成されるイベント集合を要約に対応する部分として定める.(2)判例間の記述的類似性に対して,(1)の類似度が高く,かつ,イベントグラフにおけるパス構造をできるだけ保存するグラフ頂点集合の列挙問題として定式化した.具体的には,パス保存性制約を満たす極大な頂点集合を列挙するアルゴリズムを与えた.1.まず,実験用データベースは判例ベース中で専門家による要約が付与されたものをいくつか選択し,手作業で入力している.要約は,文抽出ではなく,意味的な要約文であることから,判例が持つアスペクトのうち,どのアスペクトが重要かをガイドできる.こうした要約を利用することにより,一般には指数個存在する部分マッチングのうち,意味的に(法的に)重要なものに絞りこむことが可能になり,算出される記述的類似性の妥当性問題を回避できる策を採用した.この方法は,研究計画執筆当時から懸念された「算出される類似性の意味的妥当性」問題に直接的に答えることができるという意味で,研究全体の評価に関し,有利な見通しを与える.2.研究実績の概要で述べたように,本研究で考察する記述的類似性は,イベントグラフの各頂点が持つ素性構造から,グラフ間の部分写像に対する類似性に関する必要条件を用いる.必要条件は具体的には,素性レベルでの対応づけが素性記述の対象(名詞)に関する類似クラスとなることを要請し,技術的には,形式概念や制約付き2部グラフ(疑似)クリークとして定式化できる.研究申請時には形式概念のみを考えていたが,2部グラフ疑似クリークとの比較も必要なことから,両者共に実装し,予備実験は既に終了している.3.上記2で定まる対象語の類似クラスを一種の同値関係とみなし,同値類に置き換る操作により,抽象イベントグラフを求めることができる.抽象イベントグラフ中のパスには,元のイベントグラフでは実現されないパスも存在し,こうした「みかけのパス」を事前に緩く排除するための,密度に基づく連結成分を求めるアルゴリズムを実装した.構造類推の対象領域が複数個与えられる場合に,類比検出の計算量の壁を破ることが本研究の主目標である.そのために,平成29年度は主として下記の研究項目を実施した.(1)記述的構造類比の基礎理論の確立:構造類推に関する昔からの,そしてごく最近の研究に至るまで,多くの研究においては2つの対象領域を想定していた.

この前提にたつ限り,類似性の多様性を失うことなく構造類比を求めることは現実的には不可能である.そもそも,類似性は観点や文脈によって異なり,類推研究の難しさはそうした観点や文脈が陽には与えられないことにも起因する.そこで本年度は,複数個の対象記述から一定の割合以上の対象において成立する汎化パターン抽出問題を考え,類似性を支持する文脈をパターンとそれを支持する対象部分集合の検出問題として扱うことを提案した.具体には,相関ルール検出問題と同様に,最小支持度で決まる数の領域の最小汎化パターンを求める.汎化パターン中の変数は,領域間の個体の類似クラスを表し,個体とロールに関する形式概念となる.これに基づき,形式概念の合成操作として最小支持度を持つ汎化パターンが求まることを明らかにした.(2)ヒントからの属性の類似クラス抽出検出:異なる属性を持つ2つの領域データがデータ行列として与えられる場合に,類似・相似な属性対集合を求める問題を考えた.正準相関分析では大域的な相関構造の共通性を最適化により求める.一方,ここでは局所的な相関構造の一致を局所相関として考え,非負行列分解で求まる部分空間上での近接性でとらえる方式を提案し実験的に検証した.ただし,相関の背後にある文脈・観点を,ヒントと呼ばれる少数の属性対としてを与え,部分空間上でのヒントの近接性をグラフ正則化項として制約する方式を与え実験的に評価した.検証システム構築とその実験が遅れている.具体には,構造類比の厳密な基礎理論の確立に拘りすぎ,近似的な最良解として構造類比を求める統合システムの設計・開発・検証を後回しにしてしまったことが原因である.物語や判例等の複数対象領域間で成り立つ類比を求める問題に対し,本研究では, (1)個体(名詞等)間のマッチングという積空間での操作ではなく,個体の和集合で領域に跨る「クロスクラスター」をまず求め,(2)クロスクラスターを汎化イベントにおける「抽象的な個体」と見做すことにより,従来手法と比較し格段の処理性能を持つアルゴリズムを設計・実装・検証することを研究目的とした.まず(1)に関しては,2年目において設計・開発した手法,すなわち,2つの異なる行列を跨いで成立する属性間の局所相関を推論する手法を本研究用に拡張した.ただし,本研究用の行列では行に動詞と格(ロール)の対,列(属性)に複数文書における名詞をとり,動詞における振舞いが類似した列をヒントとして例示した上で,ヒントと整合的な列の局所相関を求める.実際に判例文書群に対し実験を行い,その効果を確認した.次に,(2)に関しては,2年目においては形式概念を用いて結束性の高い汎化イベントを求める処理を想定したが,計算論的に負荷が大となる傾向にあり,また,処理自体複雑になる難点があったために,よりシンプルな方式の設計を試みた.具体には,クロスクラスターから直ちに得られる原始パターンの組合わせに構文的制約を課した擬似クリークの中で,一定数の領域で実現可能なものを求める.擬似クリークとしては連鎖からクリークまで幅広く表現できるk-Plexを採用し,本研究用に拡張した極大k-
脱窒とメタン生成による自然水域の浄化とその機能強化のための環境管理

本研究の目的は、富栄養水域の底泥における窒素と有機物の主要な浄化過程である脱窒とメタン生成について、それぞれの機能の制御因子の解析を行い、自然水域における浄化機能強化のための環境管理のマスタ-プランを提案することにある。本年度は前年度の研究成果をふまえ、脱窒では木崎湖の異なる深度の底泥についての現場実験と持帰り試料の連続培養実験を、メタン生成では拡散および気泡発生によるメタンの生成量について諏訪湖、木崎湖、深見池の比較を行ない、脱窒とメタン生成の活性や生成物を左右する条件の解明を行なった。1)脱窒活性:木崎湖における底泥の脱窒活性(硝酸添加)の時期的推移については、春から夏にかけて活性が増加し、9月に最大となり冬期に向かって低下する傾向にあった。また沿岸部底泥では深底部より高い活性が得られた。1991年6月から9月にかけて、硝酸濃度に対する脱窒活性の依存関係の変動を調べた結果、K_sおよびV_mはいずれも沿岸部で高く時期的な変動も少いが、深底部のK_sは沿岸部の1/3程度でV_mが6月から7月にかけて激減した。また間隙水中のDOCや有機酸濃度はむしろ深底部で多くなっているにもかかわらず沿岸部の脱窒活性が高いことから、底泥の脱窒は沿岸部では硝酸の供給過程に大きく依存しており、脱窒による水域の浄化機能の観点からも沿岸部底泥の脱窒活性の重要性が示された。2)メタン生成:木崎湖および深見池の夏季成層期には溶存酸素濃度0.5mg/1以下の深層で高濃度のメタンの蓄積が見られるが、このメタンは表水層で酸化され0.51.5μM(大気平衡濃度の数百倍)になる。一方気泡によるメタン放出量は、深見池では表水層から大気への拡散量の15300倍に達し、諏訪湖でも330倍となっている。酸化的な諏訪湖では還元的な深見池よりバブルメタンの発生量が著しく低いことから、撹拌による湖水の酸化状態の維持がメタン発生を抑制する上で重要な要因となっていることが示された。
哺乳動物におけるリボヌクレオーム研究の確立

近年,細菌おいて転移RNA(tRNA)もDNA同様様々な化学修飾を受けることが明らかになった。しかし,哺乳動物ではtRNA修酵素の存在すら明らかでなく,tRNA修飾の生理機能は不明である。本研究では,哺乳動物における転移RNA (tRNA)の化学修飾酵素を網羅的に同定し,同修飾の生理機能,またtRNA化学修飾の破綻が蛋白質翻訳異常,延いては糖尿病などの疾患を引き起こす危険因子になっていることを明らかにすることを目的として行った。今年度は下記のことを明らかにした。(1)哺乳動物tRNAの化学修飾の同定マウス肝臓からtRNAを精製後、tRNAをリボヌクレアーゼで処理し、モノヌクレオチドを単離した。単離したモノヌクレオチドの化学修飾について質量分析法を用いて解析した。その結果、リジンtRNAのイソペンテニルチオメチル化修飾ならびにスレオニノカルボニルチオメチル化修飾を同定することができた。(2)CDKAL1ノックアウトマウスの解析CDKAL1欠損マウスでは、リジンに対応するtRNAの37番目のアデニンの修飾が欠損しているか検討した。CDKAL1欠損マウスならびに野生型マウスから肝臓を摘出し、tRNA精製後リジンtRNAの化学修飾について質量分析法を用いて解析した。その結果、野生型マウスでは、チオメチル化修飾が同定されたが、CDKAL1欠損マウスではスレオニノカルボニル修飾はされていたが、チオメチル化修飾は検出されなかった。さらに、枯草菌のMiaBおよびYqeV欠損株に、ヒトCDKAL1遺伝子を形質転換した。その後tRNAを精製し、質量分析法にてチオメチル化修飾の有無について解析した。MiaB欠損株にCdkal1遺伝子を形質転換しても、tRNAのチオメチル化修飾は認められなかった。一方、YqeV欠損株では、Cdkal1遺伝子を形質転換することにより、tRNAにチオメチル化修飾が付加された。以上の結果より、Cdkal1はリジンに対応するtRNAの37番目のスレオニノカルボニル化アデニンをチオメチル化する酵素であることが明らかになった。
シナプス・ニューロサーキットパソロジーの創成

(研究目的)新学術領域研究『シナプス・ニューロサーキットパソロジーの創成』は、種々の変性疾患・発達障害性疾患・精神疾患において、遺伝子異常が各種の細胞機能異常を介してシナプス異常に至る分子過程と、サーキット選択性をもたらす病態を明らかにし、各種疾患から得られた成果の比較統合から病態の相違と共通性を明確にし、新たな病態分類と疾患治療の基本戦略を探る。さらに、先端的分子イメージングを用いてシナプス分子病態ダイナミズムの可視化をはかり、iPSを含む幹細胞の病態モデルからのシナプス異常についても解析を進める。本領域の目的とする研究は、脳神経疾患研究において従来行われて来た、タンパク凝集あるいは細胞死を対象とする研究ではない。また、正常シナプス解析を基盤とするシナプスバイオロジーとも異なるものである。疾患そのもののシナプス・サーキット変調を、次世代型先端技術を駆使して様々な角度から解析することで、シナプス・サーキットパソロジーを切り開き、翻ってシナプスの正常機能についても新たなブレークスルーをもたらすことを目的とする。計画班員および公募班員から、1)個々の班員の業績・成果、2)班員間の共同研究の業績・成果、3)社会発信の概略、について資料を集めた。また、外部評価委員および国際評価委員から評価を頂いた。その上で領域代表者が総括班員と協議しつつ領域の研究成果報告書をまとめて、これを冊子体に製本した。大学事務を通じて、国立国会図書館および日本学術振興会に送付するとともに、研究領域の関係者に広く配布する。27年度が最終年度であるため、記入しない。種々の変性疾患・発達障害性疾患において、遺伝子異常が各種の細胞機能異常を介してシナプス異常に至る分子過程と、それがニューロサーキット選択性をもたらす病態を明らかにし、成果の比較統合から病態進行あるいは病変分布の相違を超えた共通性を明確にした。先端的な分子イメージングを用いてシナプス分子病態ダイナミズムの可視化をはかり、iPSを含む幹細胞の病態からの回復・再生過程のシナプス形成についても解析を進めた。技術面では、次世代型バイオテクノロジーを駆使して多面的かつ階層的な解析を行った。このようなグループ研究を通じて、日本の『シナプス・ニューロサーキットにフォーカスした基礎臨床融合研究領域』を確立した。新学術領域研究『シナプス・サーキットパソロジーの創成』の総括班研究として、領域基盤整備について以下の成果を挙げた。1)キックオフシンポジウムを開催して、海外からの国際的研究者2名と計画班員によるシナプス・サーキットパソロジーの最前線に関する講演と討論を行った。約100名の参加者を得て、後援者・参加者の学術交流を行った。2)領域のホームページを立ち上げて、領域研究の方向性や公募研究に期待するもの、審査の方針などを公開した。その後の、計画班員による研究成果やアウトリーチ活動についても公表した。3)領域研究の中核危機となる2光子顕微鏡を購入して12月に納入を完了した。その後、2光子顕微鏡の対置上げを行い、生きたマウスからの深部脳蛍光画像の取得が可能となった。呼吸等による画質低下を防ぐ独自の方策を検討しこれを準備している。3)2光子顕微鏡を公募班員(23年度から研究開始)が使用できるように、ホームページ上の登録システムを立ち上げた。4)計画班員の研究年度を通じた成果を集計して、ホームページに公開した。5)第1回総括班会議を行い、次年度以後の活動計画の概要について決定した。これらの成果とあわせて、研究代表者の研究としてショウジョウバエモデルおよびマウスモデルを作成し、PQBP1分子を介した発達障害病態ならびに変性病態の解析ツールを整備した。ショウジョウバエPQBP1遺伝子変異モデルを用いて、PQBP1病(発達障害で高頻度な一群の疾患)ならびにハンチントン病などのポリグルタミン病における学習障害と認知障害の病態機序について明らかにした。PQBP1-CKOマウスも併せて解析中であり、その成果を次年度以後に公表予定である。『シナプス・サーキットパソロジーの創成』総括班として、領域基盤整備について以下の活動を行った。夏の班会議を新学術領域『包括脳』と協力して包括脳夏のワークショップにおいて行い、冬の班会議を独自に開催した。これらを通じて班員間の研究の相互理解と共同研究の推進を図り、結果として23件のボトムアップの班内共同研究が進行中である。うち2件については国際学術誌PloS Genetics,PloS ONEに成果が報告された。また、若手研究者の育成にも2光子顕微鏡講習会を3回、iPS細胞講習会を1回、研究代表者および計画班員・林、井上を中心に開催し、約50名の参加を得た。これにより、2光子顕微鏡を用いた共同研究が2件、iPS細胞を用いた共同研究が2件新たに始まった。プレスリリースは10件でありNature,Cell姉妹誌などに掲載された。計画班員および公募班員によるによるアウトリーチ活動もさかんであり計15件が行われた。さらに領域研究の中核危機となる2光子顕微鏡の立ち上げを行い生きたマウスからの深部脳蛍光画像の取得が可能となった。循環呼吸等による画質のゆれを抑える点が技術的な壁であり、さらに方策を検討している。

公募班員の郭、西頭、計画班員の井上と領域代表者・岡澤の間で、脊髄のin vivo imaging、iPS細胞移植後のin vivo imagingの共同研究が進行し、さらに岡澤と公募班員・村松の間でAAVベクターを用いたマウス疾患脳のシナプス病態の検討が進行中である。平成25年度には公募研究32件を採用した。これらの新規公募課題をサポートするために2光子顕微鏡技術、iPS細胞技術に対する講習会を開催した。また、班会議を夏、冬の2回行って、班員間の相互交流を図り班内共同研究(計画ー公募;A01-03を超えた共同研究)を推進した。計画研究は順調に進展して以下の成果を得た。(岡澤グループ)ポリグルタミン病共通病態として、TERA/p97/VCPの機能低下によるDNA損傷修復を示した(Nature Commun 2013)。代表的な発達障害性疾患原因遺伝子PQBP1が神経細胞の繊毛形成を制御することを示した(Cell Reports 2013)。ショウジョウバエモデル網羅的スクリーニングから、脊髄小脳変性症1型病態に関与する主要なDNA損傷修復因子としてRpA1を同定した(Hum Mol Genet 2014)。(岩坪グループ)アミロイド産生に関与する新たな病態分子CALMを同定した。(貫名グループ)Scn4b KOマウスについて、その生理学的、病理学的解析を行いハンチントン病病態への同遺伝子の関与を解明した。(勝野グループ)これまでにALSとSBMAに共通する分子異常としてTGF-betaシグナル障害およびそれによる細胞周期異常を同定した。(林グループ)1学習記憶行動に付随した神経活動により生じるスパインの分子形態学的変化を明らかにした(Neuron in press)。(井上グループ)平成25年度以降、コントロールおよびALS iPS細胞から上位;下位運動ニューロンを作製し、in vivo/in vitroでニューロサーキットの再現を試み、分子生物学的解析と合わせて、神経変性疾患、特にALSにおける神経機能障害・回路異常病理を検討中である。スパイン病態について、アルツハイマー病モデルマウスでは、記憶障害あるいはアミロイド沈着が生じる以前に、スパイン密度の低下が起きていること(岡澤グループHum Mol Genet 2014)、発症後の脊髄小脳失調症1型モデルマウスにおいてはむしろ小脳分子層のスパイン過多が見られること(岡澤グループEMBO Mol Med 2014)、IL1RAPL1などの遺伝子異常による知的障害の場合はスパインが減少すること(吉田グループSci Rep 2014)、LTPに伴って構成分子が順序だって組み立てられる仕組み(林グループNeuron 2014)を、これに影響する細胞機能異常として、アルツハイマー病態におけるスパイン構成タンンパク質の異常リン酸化(岡澤グループHum Mol Genet 2014)を報告した。また、シナプスオルガナイザーLGI1/ADAM22/ADAM23系のLGI1に対する免疫反応が脳炎を起こすこと(深田グループJ Neuosci 2014)、同じファミリーLGI2の遺伝子変異がてんかんの原因となること(深田グループPLoS Genet 2011, Nat Med 2015)を示した。
朝鮮近世の交通路と交通手段に関する基礎的研究

本研究の目的は、朝鮮交通史研究の一環として、朝鮮近世の交通路および交通手段がいかなるものであったのかを考究することであった。そのための基礎作業として、(1)朝鮮時代の古地図や地理書にあらわれる地名の収集と分析を行い、(2)朝鮮伝統船の船体構造を分析することで朝鮮船の特徴を明らかにするとともに、(3)それらの交通路や交通手段(船)を用いて人々がどのように移動したのかを考察した。本研究の目的は、(1)1719世紀の朝鮮における水陸交通路を地図上に復元し、(2)当時の重要な交通手段であった船舶とその運用体系を考究するとともに、(3)これら交通路および交通手段を利用したヒトとモノの移動の実態を明らかにすることにある。本年度は主として(1)と(2)に関わる作業として、1朝鮮歴史地理関連資料の調査、2地名の収集と分析、3朝鮮伝統船の研究を進めた。1朝鮮歴史地理資料の調査:主として韓国・日本で刊行されている前近代朝鮮の古地図資料、朝鮮時代の地誌資料、また、国内外における朝鮮歴史地理関連資料の所蔵調査を進めつつ、既刊資料の収集、分析を行った。同時に、朝鮮を中心とする東アジアの交通史関連資料および研究文献を調査、収集した。2地名の収集と分析:朝鮮時代以降の地名を収集し、資料別・時期別の比較対照作業を進めた。朝鮮の地名は、様々な同音異字表記がなされる上に、固有語を漢字で音訳した場合と意訳した場合によっても表記に大きな違いがある。前年度から継続している『新増東国輿地勝覧』(16世紀)、『輿地図書』(18世紀)、『大東地志』(19世紀)の三地理書にみえる地名の収集、比較対照に加え、本年度は19世紀の郡県地図(19世紀)に現れる地名の収集、分析を進めた。3朝鮮伝統船の研究:朝鮮時代の絵画資料のほか、植民地期の朝鮮総督府による調査資料、写真資料等を収集、分析した。191020年代に朝鮮の伝統的技法で造られ、運用された漁船を中心に、朝鮮船の船体構造および造船技法に対する研究を進めた。本研究の目的は,(1)1719世紀の朝鮮における水陸交通路を地図上に復元し,(2)当時の重要な交通手段であった船舶とその運用体系を考究するとともに,(3)これら交通路および交通手段を利用したヒトとモノの移動の実態を明らかにすることにある。本年度は主として(1)と(2)に関わる作業として,1朝鮮歴史地理関連資料の調査,2地名の収集と分析,3朝鮮伝統船舶の研究を進めた。1朝鮮歴史地理資料の調査:国内外における朝鮮歴史地理関連資料の所蔵調査を進めつつ,主として韓国・日本で刊行された朝鮮時代の地誌・古地図資料の収集,分析を行った。同時に,朝鮮を中心とする東アジア交通史関連資料および研究文献を調査,収集した。2地名の収集と分析:朝鮮時代以降の地名を収集し,資料別・時期別の比較対照作業を進めた。対象とした資料は『新増東国輿地勝覧』(16世紀),『輿地図書』(18世紀),『大東地志』(19世紀)の三地理書と19世紀の郡県地図である。また,東南海岸地域の現地調査を行った。3朝鮮伝統船の研究:朝鮮時代の絵画資料のほか,植民地期の朝鮮総督府による調査資料,写真資料等を収集,分析した。朝鮮時代の通信使船,191020年代の在来型漁船に対する研究を進め,論文として公表した。本研究を実施していくための基礎作業として、韓国および国内で、既刊資料を中心に朝鮮歴史地理関連資料、朝鮮伝統船関連資料およびこれに関わる研究文献の調査、収集を行った。具体的には、韓国・日本で刊行されている前近代の古地図資料、朝鮮時代の地誌資料、伝統船舶に関わる絵画資料および写真資料ほか、朝鮮および日本、中国における交通史関連資料の調査、収集に努めた。韓国では国史編纂委員会、韓国学中央研究院、東北亜歴史財団、ソウル大学校奎章閣韓国学研究院等の研究機関で、歴史資料の刊行が進んでいる。資料所蔵機関での直接調査とともに、既刊資料の収集、分析を今後も進める必要がある。次に、歴史地名の収集および分析を進めた。前近代朝鮮の地名は、様々な同音異字表記がなされる上に、固有語を漢字で音訳した場合と意訳した場合によっても表記に大きな違いがある。そこで、各時期を代表する『新増東国輿地勝覧』(16世紀)、『輿地図書』(18世紀)、『大東地志』(19世紀)の三地理書にみえるものを中心に、地名の収集を行い、三書間の地名比較、現地比定作業等を進めた。同時に、朝鮮時代の津渡に関する調査を進めた。朝鮮時代の津渡(ナル)は、当時の河川交通と陸上交通の連結点であり、本研究の重要課題となるが、既存研究は多くない。朝鮮時代の津渡について制度史的考察を進めるとともに、漢江、洛東江の二大河川に設置された津渡に関する資料調査を進めた。

本研究の目的は、(1)朝鮮時代の朝鮮半島における水陸交通路を地図上に復元し、(2)当時の重要な交通手段であった船舶とその運用体系を考究するとともに、(3)これら交通路および交通手段を利用したヒトとモノの移動の実態を明らかにすることにある。最終年度にあたる本年度は、前年度から継続してきた作業を継続するとともに、特に朝鮮時代にヒトとモノの流通の大動脈であった漢江の津渡についての研究を進め、その成果を論文として公表した。本年度に進めた作業は、大きく次の13である。1朝鮮歴史地理資料の調査:主として韓国・日本で刊行されている前近代朝鮮の古地図資料、朝鮮時代の地誌資料、また、国内外における朝鮮歴史地理関連資料の所蔵調査を進めつつ、既刊資料の収集、分析を行った。2地名の収集と分析:朝鮮時代以降の地名を収集し、資料別・時期別の比較対照作業を進めた。朝鮮の地名は、様々な同音異字表記がなされる上に、固有語を漢字で音訳した場合と意訳した場合によっても表記に大きな違いがある。『新増東国輿地勝覧』(16世紀)、『輿地図書』(18世紀)、『大東地志』(19世紀)の三地理書にみえる地名の収集、比較対照に加え、1819世紀に製作された地図(43種)に現れる地名の収集、分析を進めた。3朝鮮伝統船の研究:朝鮮時代の絵画資料のほか、植民地期の朝鮮総督府による調査資料、写真資料等を収集、分析した。これまで知られていなかった朝鮮通信使が使用した船を描いたとみられる絵画資料の所在が確認できたため、これに対する調査を行った。朝鮮史既刊資料の収集、分析作業はおおむね順調に進展した。植民地期の朝鮮伝統船に関する研究も次年度に論文として発表する予定である。ただし、諸事情により、予定していた現地調査が行うことができなかったため、次年度以降に調整を行う必要がある。朝鮮伝統船舶に関する研究成果を論文として公表した。東南海岸地域で現地調査を実施し,地誌・古地図などの文献資料と現地地形の照合を行うとともに,住民への聞き取り調査を行った。初年度の目的である資料の収集、文献資料上の調査は概ね順調に進展した。ただし、大部、高価で入手困難な資料については、写本等の入手方法を検討する必要がある。前年度に引き続き、歴史地理資料の調査、地名の収集および分析を進めるとともに、現地調査を実施する。絵画資料・写真資料の電子化作業を進める。最終年度にあたり,前年度までの研究のとりまとめを行い,その一部は学会発表・論文などの形で公表したい。前年度に引き続き、文献資料上を用いての歴史地名の収集、分析作業をさらに進めるとともに、現地調査を実施する。また絵画資料・写真資料の電子化作業を進める。資料収集、画像資料の電子化に必要な機器購入のための物品費、画像資料の電子化作業にかかる謝金、資料調査・現地調査のための旅費を支出したい。最終年度にあたる次年度に,研究成果のとりまとめのための現地調査,また成果発表のための学会発表を予定しているため。現地調査および学会発表のための旅費として使用する。図書・地図等の資料収集のための物品費、画像資料電子化に必要な機器購入のための物品費、画像資料の電子化作業にかかる謝金、資料調査・現地調査のための旅費を支出したい。
膵β細胞腫の増殖における核内蛋白meninの機能解析

膵β細胞腫での多発性内分泌腺腫の原因遺伝子men1 geneの産物である、核内蛋白meninの機能解析を解明する為に、膵β細胞腫のモデルとして、ラット膵β細胞腫、INS-1細胞を用い,men1 geneおよびmeninの発現、及びその機能を検討した。この結果をふまえ、INS-1細胞でのmeninの細胞増殖能への影響を検討する為に,野生型または変異型menin発現プラスミを安定発現するINS-1細胞株の樹立し、増殖能への影響を3H-チミジンの取り込み試験およびMTT法検討。その結果、野生型menin発現INS1細胞株にて変異型に比べ、優位に増殖能が抑制されていた。更に、増殖能抑制の機序解析の為に、アポトーシスをカスパーゼ活性を両細胞株間で比較検討した結果、変異型細胞株で優位にアポトーシスが抑制されていた。続いて、アポトーシスの抑制作用をもつBcl-2の発現を両細胞株間で検討した結果、野生型細胞株に比べ、Bcl-2の発現が変異型細胞株で低下が認められた。以上から、膵β細胞腫においてmeninは、アポトーシスを介した膵β細胞腫の発生に関与していることを初めて明らかにしたものであり、将来、膵β細胞腫におていmeninをもちいた遺伝子治療が有用である可能性が示唆された。膵β細胞腫のモデルとして,ラット膵β細胞腫を用いてINS-1細胞を用い,men1 geneおよびmeninの発現,性質を検討した。RT-PCR法にてmenin mRNAの,Western blot法にてmeninの発現を検討した結果,INS-1細胞にては,特異的なmeninの発現を確認した。また,既報のラットmenin cDNAをもとにラットゲノムデータベースより同定したイントロンに特異的にプライマーを設定し,INS-1細胞のgenomic DNAを用い,men1 geneの変異を検討。その結果,既報の塩基配列と完全一致が確認された。更に,比較検討実験として,ラット下垂体腺腫細胞株(GH3)およびラット副甲状腺細胞株(PT-r)にて,同様の検討をした。その結果,両細胞株にてもmeninの特異的な発現は確認できたが,men1 geneの変異は認められなかった。以上から,INS-1およびGH3,PT-r細胞には,野生型のmeninが発現されていることが確かめられた。INS-1細胞でのmeninの細胞増殖能への影響を検討する為に,テトラサイクリン誘導性プロモターを持つ野生型,変異型menin発現プラスミドを構築。現在,各発現プラスミドを安定発現するINS-1細胞株の樹立を行っている。
登降・ガタ路適合広域歩行支援装置の受動・能動制御システムの研究

車いす用に設定されているバリアフリー地区での段差高さ20mmを違和感なく通過でき、一般的市街地での段差等のバリアー(50mm高さ)もクリアできるようになり、歩行支援能力の向上を達成できた。このバリアーなどの通過に関する歩行への動力支援の制御を従来の負荷制御から速度制御に変更することによりフィーリング向上する新しい方法を試み、ほぼ良好な結果を得ることができ、移動抵抗に対する駆動トルクの変動を押さえることができた。ここでは、メカニカルな機構を利用することと受動的な制御で、信頼性が高く、ほぼ問題無く段差等のバリアーをクリアできるようになった。しかし、段差への斜め進入や凸凹路・砂利路など前輪に回転方向への加振が加わる状況での歩行移動時の安定性には問題が残った。従って、これらのフィーリングに関する制御は、主としてアクティブな制御等を用いて解決している。すなわち、前輪キャスター輪の場合の操舵角制限制御方式及び後輪による左右逆位相回転によるパワーステアリングをアクチュエータとするアクティブ制御等を活用して検討が行なわれた。また、歩行支援機と被支援者とを結ぶ唯一な部位であるハンドル部のレベルアップを試み、被支援者の加える荷重情報を正確に把握するセンサー系の改良を行い、確実にその意志をくみ取り、操作レバーレスで、歩行に集中できるような歩行支援を可能とした。歩行支援の各機能に関しては、ユニバーサルデザインとしての評価を行い、それに適合する制御システムであることを確認した。しかし、個別には色々な利用法があり、更にブラッシュアップが必要である。(1)ニーズ調査・市場調査を実施し,その結果を踏まえて開発目標の設定を行った.現状の歩行補助機の段差やガタ路での進行不能状態を改善し,高齢者または歩行障害者に対して屋外での積極的な移動をサポートするものとする.計画当初に対して,現存の平坦路で用いられている歩行機は狭い場所(例えば,エレベーター室内)や人の流れがある場所での方向転換がかなり困難であることがわかった.方向転換機能の支援を対象として追加して取り上げることとした。(2)開発コンセプトを以下に示す.(1)方向転換や乗り越しの歩行支援,屋外での使用を前提とする(2)方向転換半径はほぼゼロ,取り回し易さを重視(3)凸凹路と段差乗り越しに対応,50mmまでの段差乗り越し,登坂能力15゚(4)制御系は信頼性重視し多重化(5)スイッチ操作を排した受動型・(半)能動型(6)軽量(15kg)(7)50mmを超える段差乗り越し対応として,タイヤ駆動力以外の特殊装置(特許申請予定)(8)制動装置にMRまたはER機能流体の適用による制動フィーリングの向上(3)車輪:空気入りタイヤをベースの4輪レイアウトとする.前輪はキャスター型と方向固定型を切り替える方式(特許申請予定).後輪は駆動と制動を組合せて電気信号による制御が可能な方式を採用し,これらディバイスを車輪内側に一体化して装着する方式を開発中である.(特許申請予定)制動は機械式との複合型とし,信号などの異常に対して制止する方向に働くシステムを開発研究中である.(4)ハンドル部は,体重を預ける機能と歩行の方向とその程度を歩行機に伝達する機能を持っている.被支援者の挙動観察により,手および腕に対するハンドルの支持を組合せる方式がよいことが分かった.しかし腕に対する支持を強めると歩行全体に対する身体の動きを制約することが分かり、支援の程度により選択が可能なディバイスの検討を続けている.(5)ハンドル部に加わる荷重を基本とする歩行支援の駆動,制動,回転パターンを制御するシステムの検討が進行中である.現在は,精度の良いセンサーによる測定データによる制御が中心であるが,極力センサー機能をハンドル部の構造特性に内蔵しその精度や感度を向上させる研究に着手し始めた。(特許申請予定)(注)初年度は複数の特許申請が未または考案中のため研究発表はひかえている.(1)前年度設定した開発目標は、現状の標準的な都会生活環境を想定し歩行を可能とする歩行支援機の開発であった.

しかし,歩行に関し工学的機能を追いかけると足場の悪いリスクの高い方へ被支援者を連込むことになる.工学面の支援機能と医学面の歩行能力と地域・環境面のバリアレベルとのバランスを考慮したユニバーサルデザイン(UDと称す)手法の導入を行う.来年度以降に多面的な調査・検討からの評価法を導入する予定である.(2)既存の歩行器ベースに各種センサーを装着し,また被支援者の挙動を調査した。左右足の運びのサイクルには規則性があり,踵接地時に前進力と下方への支持力とが最大となり爪先離地時に最小となる.そのサイクルに違和感のないようにプレ制御を行い制御量の最小化を目指すこととした.移動速度はパターン化され、そのパターンの個人差は学習機能で修正し、平均速度は前方と下方へのハンドル荷重の合成ベクトル方向により設定することとする.(3)インホイール型の動力電動モーターとER流体要素を装備した車輪の研究開発は,電動モーターに既存の流用できるものがなく,別置きベルト駆動方式であるがその組合わせの検討を行った.ERディバイスをクラッチ代わりに利用し駆動・制動の制御を行う方式の基礎的な試作評価を行った。更にサーボモーターやERブレーキ機能などを組合せた方式の検討に入っている.これらの検討から,高度の信頼性,安全性と低コストをも含めた総合評価を今後行う予定である.(4)ハンドルへの被支援者からの入力のうち,前進力と下方支持力の合成ベクトルの方向角度およびハンドル水平回転トルクまたは回転角を検知する方式を採用している.現在は歪ゲージ方式のセンサーを利用しているが,より信頼性・耐久性の高い微少変位の測定法への変更を検討中である.(5)現試作機で想定していた基本的な機能はほぼ達成できた.これからはより変化のある路面状況や我々が想定した歩行能力の上下限付近での検討に入る予定である。(6)歩行支援機の全体や各コンポーネントの評価にUD評価チェックリストを開発設定し数値では表せない研究開発の指針を抽出する方式を可能とした.今後,活用してゆく.(注)特許が未出願のため成果の公表は見合わせる必要がある⇒調書添付する.この開発研究では、歩行に不安を持ち、広域の市街生活圏での歩行支援を望む人を対象としている。市街地のバリアフリーは車いすの大きな車輪が乗越える場合を想定し、20mmまでの高さの段差の乗越しは許容されている。歩行支援機で設定される車輪は車いすに対して大幅にその直径が小さいため、特殊な段差乗越え装置を導入して、20mmの段差は平坦路の歩行と同じ歩行支援モードで通過できるようなものとして、同時に、最大50mm(標準的な市街地においてバリアの約97%を克服)までの段差を乗越えモードで通過できるような装置を前輪部に適用することを検討した。具体的には、大車輪軌跡トレース方式による2種類の装置を採用して実現している。後輪は駆動輪のため段差上りより下りが問題となり、空気入りタイヤやサスペンションの設定で実用的な水準に達した。また、支援機の操縦性向上のため操作スイッチ類が無い方式の開発をめざし、誰でも容易に操作できるものをめざした。
放射線活性化型ナノ粒子による癌治療システムの基盤構築

固形癌周辺に形成される低酸素領域を標的として、光や放射線により還元活性化するプロドラッグの開発が注目されている。本研究では、ジスルフィド化合物の金ナノ粒子表面結合特性および還元反応性を応用して、光あるいは放射線により活性化しうるプロドラッグ修飾金ナノ粒子を合成した。種々のラジカル捕捉剤存在下、低酸素条件下でX線照射し、シタラビンの遊離量を定量した。その結果、水和電子による還元を経て活性化反応が進行することを示唆された。ナノ粒子は、そのサイズ効果により腫瘍付近に蓄積しやすいために、薬剤輸送材料として注目されている。腫瘍周辺では低酸素雰囲気が存在する。放射線と水との反応により生じる水和電子は、このような低酸素領域では生き残るため、水和電子との反応により抗腫瘍剤をリリースするシステムは、腫瘍治療の放射線増感剤として期待できる。平成22年度は、還元開裂性リンカーをもつ薬剤-ナノ粒子複合体の合成に取り組み、以下のような成果を得た。(1)既知の方法を改良した光化学的手法により、均一な金ナノロッド粒子を作製した。(2)合成した金ナノロッドの溶液内分散性と腫瘍細胞指向性を高めるために、ポリエチレングリコールおよびアルキルアミン構造で表面修飾した金ナノロッドを合成し、その表面電位、分散性、腫瘍細胞内取込能を調べた。その結果、作製した表面修飾金ナノロッドは、低酸素細胞周辺のpHにおいて正の表面電位を示し、腫瘍細胞内に効率良く取り込まれうることがわかった。(3)水溶液の放射線反応により生成する水和電子を活性化剤とする、開裂型リンカーの有機合成を行った。金ナノ粒子表面への固定のためにチオール基を含み、かつ水和電子により抗がん剤を遊離する構造を分子設計した。当初、抗がん剤として5-フルオロウラシルを含む薬剤放出システムの合成を目指したが、合成上の問題により、同じく抗がん作用を示すシタラビンを遊離しうる分子構造の合成を試み、成功した。平成23度までに、光化学的手法により均一な形状の金ナノロッドを調製する手法を確立した。また、放射線開裂型リンカーとして、金表面固定用にチオール基を含み、放射線還元反応により開裂、抗がん剤を遊離する化学構造を合成した。しかしながら、抗がん剤修飾ナノ粒子の水中分散性が悪いことが明らかとなったため、平成24年度はその改善に努めた。(1)抗がん剤修飾金ナノロッドの安定性向上種々の抗がん剤担持金ナノロッドを調製したが、表面修飾構造によっては金ナノロッドの凝集が起こり、水溶液中で安定に分散するナノ粒子を得るには至らなかったことから、抗がん剤とともにポリエチレングリコール(PEG),およびクエン酸で金ナノロッド表面を共修飾後、ジスルフィド結合をリンカー構造内に含むシタラビン(抗がん剤)を金ナノロッド表面に固定したところ、水中での分散性を高めることに成功した。また、その組成比を変えることで、適度な分散性を示す比率を見出すことができた。(2)抗がん剤修飾金ナノロッドの放射線抗がん反応特性評価ジスルフィド結合をリンカー構造内に含むシタラビン、およびその担持金ナノロッドの水溶液に、低酸素雰囲気下で放射線照射し、新規抗腫瘍性ナノ材料としての機能評価を行った。低酸素状態での水溶液へのX線照射では、水和電子が長寿命で発生するために、その還元作用による抗がん剤遊離することが期待された。その結果、放射線反応で生成する反応活性種のうち、水和電子により確かにシタラビン遊離量が最大になることがわかった。これに対して、他の活性種(OHラジカル、水素原子)ではほとんど遊離しないこともわかった。そこで、腫瘍細胞に対する毒性評価、放射線増感効果を評価した。シタラビンを表面に固定した金ナノロッドに放射線照射し、それを腫瘍細胞A549に投与したところ、抗腫瘍効果は示したものの放射線照射に対する増感効果はく10%であった。
見えない物理量を拡張現実の手法によって可視化した物理・工学系分野の教材の開発研究

拡張現実の技術を使って、見えない物理量を可視化する物理教材を開発した。拡張現実の世界では、カメラで撮影した現実の映像にコンピュータグラフィックの物理量のアニメーションが重なっている。この拡張現実の合成映像を頭部装着型のディスプレイで見ることができる。被験者は、現実の世界に物理量が見えているかのように感じることができる。可視化した物理量は、力学については力学的エネルギーと速度ベクトル、電磁気学については点電荷の電場と導線の磁場、熱力学については温度と圧力である。拡張現実の技術を使えば、物理の力やエネルギーや電場・磁場などの現実では見ることのできない物理量も可視化することが可能である。目に見えない物理量を可視化できれば、物理量を知覚することが可能となるので、物理の学習ハードルを下げるだけでなく、物理量を正しく理解することにもつながる。本研究では、カメラで撮影した現実の周囲の映像に、コンピュータグラフィック(CG)で描いたアニメーションを重ねた合成映像を作り出し、その合成映像を頭部装着型のディスプレイで見ることで、物理量のCGのアニメーションが現実の世界に実際に存在しているかのように感じることができる教材を開発した。力学と電磁気学について、拡張現実の中で可視化を試みた。システム構成は、頭部装着型のディスプレイ、カメラ、センサー、パソコンとした。圧力センサーを取り付けた手袋を作成し、その手袋を手に装着して壁を押した時の力ベクトルを拡張世界の中で可視化する仕組みを開発した。力ベクトルの長さは圧力センサーで感知した圧力に比例しており、被験者は手で押す力に応じた力ベクトルを見ることができた。次に物体の位置エネルギーを視覚化する仕組みを開発した。手に持った物体の高さに応じた位置エネルギーを半透明な球で表現することで、被験者は高さに応じた位置エネルギーを見ることができた。この他にも運動エネルギーを可視化し、位置エネルギーと同時に可視化することで、力学的エネルギーを視覚する仕組みを開発した。次に、電場ベクトルを可視化する仕組みを開発した。仮想の2つの点電荷の電場ベクトルが、点電荷の位置によってリアルタイムに変化する仕組みとした。また、仮想の電流によって発生する磁場を可視化する仕組みを開発した。物理以外の工学分野については、建築学の分野として、家屋をCGで再現し、その中を自由に見学できるシステムを開発した。物理の力やエネルギーや電場・磁場などの現実では見ることのできない物理量を可視化することに成功した。力学の教材としては、力と力学的エネルギーの試作品の開発に成功した。当初予定の摩擦力と重力の可視化は今後開発する予定である。電磁気学の教材としては、電場と磁場を可視化する試作品の開発に成功した。また、開発した試作品については、複数人の学生に体験をしてもらいアンケートを取って問題点を抽出した。物理分野についての教材開発については概ね順調に進んでいると考えられる。建築学の分野として開発した家屋をCGで再現しその中を自由に見学できるシステムについては、H29年度の計画を前倒しで開発を進めたものである。広報に関しては、学会発表は1件、論文投稿はなし、呉高専HPへの公開は1件であった。システム構成は、頭部装着型のディスプレイ、カメラ、センサー、パソコンとし、主に、力学、電磁気学、熱力学の教材を開発した。力学については、圧力センサーを取り付けた手袋を作成し、その手袋を手に装着して壁を押した時の力ベクトルを拡張世界の中で可視化する仕組みを開発した。次に物体の力学的エネルギーを視覚化する仕組みを開発した。電磁気学については、点電荷の位置をマーカーで代替して、二つの点電荷の位置を移動させたとき、二つの電荷のつくる電場ベクトルを拡張世界の中で可視化した。電場ベクトルは点電荷の位置によってリアルタイムに変化するようにして、観察者が電場ベクトルの変化を目視で感じられるようにした。また、直線導線を流れる仮想の定電流のつくる磁場ベクトルを拡張世界の中で可視化した。右ネジの法則が目視で確認できるように磁場ベクトルを可視化した。熱力学については、実際のピストンを製作して、ピストンを押すときの力を圧力センサーで読み取り力ベクトルを拡張世界の中で可視化した。さらに、ピストンを動かすことによって、ピストンの内部の空気と温度の変化を拡張世界の中で可視化した。定積変化、定圧変化、等温変化、断熱変化の様子を可視化する教材を開発した。本研究によって、拡張現実の技術を使用することで、目に見えない物理量を可視化する教材の試作品を開発することができた。

研究内容としては、熱力学や材料力学などの他の分野について、教材を開発する予定である。また、H28年度に開発した試作品の完成度を上げて、教材としての学習効果について調査をする予定である。また、バーチャルリアリティや拡張現実の機器が毎年のように開発・販売されているので、学習教材としての最適な機器の選定も調査する予定である。研究体制としては、H29年度も卒業研究として5年生4名の学生で実施する。その他、全学年全学科混合のPBL型授業のテーマとして実施する予定である。広報としては、昨年度の研究結果を論文にまとめ発表をする予定である。また、学会発表は2件を予定している。工学教育H28年度購入予定の頭部装着型のディスプレイについて、一部の製品の販売時期が年度末になったため、H29年度の研究体制が決定してから購入することにした。頭部装着型のディスプレイ(1台30万円×2)と関係する電気機器(30万円)および学会等の出張費(10万円)とセンサーなどの電子部品や材料費(20万円)を予定している。