hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
全能性細胞のモデルとしてのプラナリア新生細胞の解析

I.プラナリアの強い再生能力は新生糸細胞と呼ばれる幹細胞によるとされている。しかし、新生細胞が1種類の全能性細胞であるのか、多様な多能性手細胞の集合であるのかは決定されていない。本研究によって、プラナリアに全能性の幹細胞の存在することを強く支持する体細胞変異個体をえたので報告する。プラテリアは自切そして再生によって個体数を増やす無性生殖を行なう。1個体が3週間に1回ほどのペースで倍加し、1年10^5個体を作り出す。この数字は個体の構成細胞数である10^6にせまるものである。優性な突然変異細胞がプラナリアの体内に出現すれば、容易に体中に広がることが予想される。プラナリアSSPクローン系統から、2種類のサブクローンSSP9とSSP-MEが分離された。SSP9は咽頭領域に異常が発現し、咽頭の多形成、早熟な外生殖器形成の組織像を示す。SSP-MEは眼を過剰に形成する表現型を示す。両サブクローンは切断、自切によって個体数を増やすことが可能であり、外見上正常にみえる切断片は再生進む。このようなサブクローンの存在は体細胞突然変異を起こした1個の全能性細胞が増殖し、子孫細胞が体中に散らばり、1個体を形成したことを強く支持するものである。II.プラナリアの新生細胞と生殖系列の細胞はいずれも生殖顆粒に似たクロマトイド小体をもつ。我々は生殖顆粒形成に関わるvasa,nanosのプラナリア相同遺伝子DjvlgA、Djnosをクローニングし、これらの発現様式によって新生細胞と生殖系列の細胞が識別できることを示した。今回、Djnosが確かにクロマトイド小体の構成要素であることをin situ-electronmicroscopyによって明らかにした。さらにクロマトイド小体を単離、精製する目的で、DjvlgAタンパク質の抗体を作成したsomatic stem cel l, germlinc stem cellの全能性の分子的基盤を理解するために、クロマトイド小体分子複合体の解析を進めていく。
古代武器・武具の研究-実用性の復原的考察を中心に-

武器・武具の変遷を検討するにあたり、それらが、実用であるか否かは、重要な要素の一つである。これを検証するため、主要な攻撃用武器である弓矢について、古墳出土資料に基づいて復原模型を製作した。復原弓矢を試射した結果、飛距離や貫通力・衝動力の点から、古墳時代の弓矢は、十分実用に耐えうるものであると判断されるにいたった。防禦具の存在が確認される弥生時代以来、攻撃用武器と防禦具は、ともに実戦の装備として用いられ、表裏一体の関係で変遷しているのである。弥生時代における、板綴甲より厚さのある刳抜甲の出現は、石製武器の大型化に対応するものである。古墳時代の4世紀末以降、木製甲・木製盾に替わって鉄製甲冑・革製盾が普遍化する背景には、木製防禦具を損壊させる重い鉄鏃が増加する状況を窺うことができる。5世紀中葉には、挂甲・眉庇付冑と長頸鏃が出現する。これらは、新式の武器・武具であり、本来的には、北方系の騎兵装備である。その源流は、韓半島北部から中国東北地方にかけての地域にあると考えられ、日本列島には、韓半島南部を経由して伝来した。ただし、騎兵による戦いがあったことを示す資料は乏しい。5世紀後半以降、古墳から出土した甲冑に、攻撃を受けて損壊した箇所を補修している例が確認されることから、この時期にいたり、攻撃力が防禦力を上回りつつあったと考えられるであろう。また、貫通力のある長頸鏃に対して、革製盾は有効な防禦具とはなりえない。盾中央部に鉄板を取り付けたりするが、再度、木製盾が採用されたと考えられる。このような変遷の要因としては、日本列島内における、国家としての統一に向けての戦いのみならず、対外的な交流や緊張関係の高まりを指摘することができる。有機質を素材とする防禦具のなかで、近年、出土例が増加した木製短甲には、大別して、刳り抜いた素材を用いるもの(刳り抜き型)と比較的小形の板材を綴じ合わせるもの(綴り合わせ型)の2種がある。現在のところ、前者は主として古墳時代に、後者は主として弥生時代に見られる。樹種が判明しているものは、いずれも広葉樹を用いているが、厚さに着目すると、綴じ合わせ型は数mmのものが大半であるのに対し、刳り抜き型は、平均すると、その24倍の厚さがある。厚さの差は、綴じ合わせと刳り抜きという製作方法も関係するが、厚いほど防禦性は高くなる。これに鉄製短甲を加えて防禦具の変遷を検討すると、古墳時代における鉄鏃の普遍化、長頸鏃の出現といった攻撃用武器の変遷と対応してくる可能性を指摘することができるであろう。また、盾に木製と革製漆塗があるが、これも、弓矢の威力と関係してくるものである。一方、主要な攻撃用武器の弓矢については、矢の先端である鏃は資料的に豊富であるとはいうものの、他の有機質の部分については、遺存例が乏しく、また、当初の形態を保っている例が皆無に等しいといっても過言ではない。矢については、矢柄の長さが80cm前後と6070cm前後の長短2種類あり、矢羽根については、24枚の各種の存在が知られている程度である。

矢の長さは、弓矢の扱い方や携帯方法とも関係すると考えられ、それは戦闘形態にも影響してくるものであろう。今年度製作した復原弓矢を用いて攻撃力、防禦力の有効性と限界に関するデータを収集することにより、武器・武具の変遷が明確になると考えられる。攻撃用武器としての弓矢の実用性については、矢の飛距離と貫通力が大きな要素を占める。同一条件下であれば、貫通力には鉄鏃の形状が、飛距離には、主として鉄鏃の重量が関係する。各地の古墳から出土した鉄鏃には多種多様な形があるが、それらをもとに復原した各種の矢を復原丸木弓で試射した結果からは、古墳時代の弓矢は、戦闘の場面においても、攻撃用武器として十分に機能したと考えられる。防禦具には、木製盾、革製漆塗盾や木製甲、鉄製甲冑がある。先端が細く尖った細根式や長頸鏃は、貫通を目的としたものであるが、大形で重量のある鉄鏃については、従来、攻撃用武器としての実用性に疑問がもたれていた。しかし、試射した結果からは、貫通力は劣るとはいうものの、板を割るような衝撃を与えうることから、木裂盾や木製甲等の防禦具に対して効果があると考えられる。逆に、重い鉄鏃に対してば、鉄製甲冑が有効な防禦具となりうる。弥生時代から古墳時代にかけて、鏃は石鏃・銅鏃から鉄鏃へと変化していくが、5世紀になると、さらに細根式鉄鏃、次いで長頸鏃が出現する。防禦具との関連で、出現時期だけを問題にすれば、攻撃-木製防禦具-重い鉄鏃-鉄製甲冑-細根式鉄鏃・長頸鏃という図式が成立しうる。ただ、防禦具に関していえば、各地の出土例からは、それに変わる新たなものが入手しえない場合は、従来のものが継続して用いられた状況が窺える。また、厚さを増す等の防禦性を高めることば、一方で機動性を損なうことになるため、そこには、一定の限界がある。したがって、戦闘方法が変化したり攻撃力が防禦力を圧倒的に凌駕する事態にいたれば、防禦具の内容もまた、異なってくる。時代は降るが、奈良時代末における鉄甲から革甲への移行には、このような状況が介在していた可能性も考えられよう。近年、古墳時代の主要な防禦具である短甲に、攻撃により破損した個所を修理した例が出土した。また、桂甲においても、鉄小札に替えて、有機質小札で修理している例や、おそらく弓矢による攻撃で損傷したと考えられる不整円形をした穿孔のある小札が確認された。また、古墳時代の主要な攻撃用武器である弓矢についても、復原的考察により、実用に耐えうるものであると判断されたことから、弥生時代・古墳時代の攻撃用武器・防禦具について、それらの有効性と限界を考慮しつつ、実用品としての観点から検討し、表裏一体の関係で変遷していくことを明らかにした。武器・武具の変遷の要因については、日本列島内だけでは、明らかにしえない部分が多いため、それらの源流を解明することも含め、韓半島、中国東北地方も視野に入れて検討した。その結果,中国の史書に記す日本列島内における戦闘である、弥生時代の「倭国大乱」や4世紀末の好太王碑に見られる対外的な戦闘と対応するように、武器・武具の変遷に画期が認められることが明らかになった。5世紀中頃に日本列島に出現する北方系の武具(騎兵装備)については、韓半島南部・日本列島ともに受容する側であり、日本列島には、韓半島経由でもたらされたことが明らかになった。ただし、騎兵そのものは、この時期、日本列島に定着しなかったと考えられる。また、その源流の候補地としては、韓半島北部から中国東北地方にかけての地域が想定されるにいたった。
アトピー性皮膚炎自然発症マウスを用いたアトピー性脊髄炎動物モデルの作製

私どもはアトピーに関連して起こる脊髄炎の存在を指摘し、アトピー性脊髄炎との病名を提唱している。本研究ではそのモデルマウスを作成し、アトピーにより中枢神経系に炎症が生じ得ることを証明し、その免疫学的・病理学的特徴を明らかにすることを目的とした。既に、ヒョウヒダニでNC系マウスを感作することでアトピー性皮膚炎を発症させることに成功し、更に興味深いことに、これらのマウスは後に多発関節炎を生じることを明らかにした。また私どもは、高IgE血症とダニ特異的IgEを伴う脊髄炎患者のCD4陽性T細胞のIFNγ/IL-4比は低く、本疾患はTh2優位であることを明らかにした。そこで、Th2反応を誘導しやすいAlumをadjuvantとして用い、ヒョウヒダニでNC系マウスを感作し、アトピー性皮膚炎を安定して発症させる系を確立、現在血清全IgE値、ダニ特異的IgE値をELISA法にて測定中である。また、成人期のアトピー性皮膚炎患者の特徴として、絶えず強い痒みのため皮膚を掻くことが知られている。そこで、ダニアトピーを基盤に何らかのトリガーが重くなって中枢神経系に炎症が生じる可能性を考え、現在、(1)マウスに掻痒行動をおこさせ、皮膚に炎症を生じさせる、(2)機械的刺激をマウスの頚部に与える、方法により脊髄炎発症の有無を検討中である。更に最近私どもは、高IgE血症とダニ特異的IgE陽性を示す多発単神経炎の存在を見い出し、また、アトピー性脊髄炎患者でも潜在的な神経根や末梢神経病変の合併を確認した。そこで、ダニアトピーを誘導したNC系マウスの脊髄のみならず、広く末梢神経系まで臨床病理学的に検討を行っている。
新規止血材料の開発に向けた動物モデルの確立及びその止血機能評価

我々は、RGD配列を有する選択されたコラーゲンペプチド等の高分子に多価アルコール誘導体等の低分子を用いて高次構造を制御し、架橋剤で構造を保持して高次構造を制御することができる素材を開発した。本材料は高分子/低分子/架橋剤の調整で、固形状・半固形状・液状など様々な形態へ加工することが可能であり、臓器や損傷部位などの生体面により接着しやすいよう、マクロのレベルで材形の調整が可能となりうる。既存の止血剤では、このようなミクロ・マクロでの止血機構を担保したものは存在せず、従来にない独自性のある材料である。上記の新規止血材料の機能を確認すべく、動物モデルの開発および止血機能の検討を行う。
上腹部領域のMRI撮像における超時短プロトコルの標準化

核磁気共鳴画像(MRI)は優れたコントラスト分解能を有しており、形態診断のみでなく機能診断への応用やシグナル定量によるバイオマーカーの作成に向けた取り組みがなされている。一方で複数回の呼吸停止や長い撮像時間が必要であり、患者の苦痛軽減や臨床現場における検査効率の向上のため、スループットの改善が強く望まれている。本研究では特に長い検査時間を必要とする上腹部領域のMRI撮像において、圧縮センシングとパラレルイメージングを相補的に併用した超時短MRI撮像技術を臨床応用し、超時短プロトコルの最適化と標準化を行うことを目的としている。本年度においては、昨年度に第45回日本磁気共鳴医学会大会にて発表した内容について症例数を追加した研究成果を国内学会および国際学会にて発表した。高速撮像法では、目的によって時間分解能と空間分解能のどちらを重視するかが重要となる。上腹部領域において我々は、時間分解能改善、呼吸停止時間に制限のある肝臓ダイナミック撮像と撮像時間が長い磁気共鳴胆管膵管撮像(MRCP)、空間分解能の向上を重視した場合は、Gd-EOB-DTPA造影剤を用いた肝細胞相撮像について、従来撮像法との比較検討を行った。肝臓ダイナミック撮像においては1時相の撮像時間を従来の約1/2と短縮したが画質は定量・定性解析ともに同等もしくはそれ以上であり、撮像時の長時間呼吸停止が困難な患者への応用が期待される結果であった。またMRCPにおいては従来の撮像時間の約1/4に短縮しても診断画像として充分な画質が担保されることを示した。さらに肝細胞相撮像においては同一呼吸停止時間とした場合、従来法に比し約2倍の空間分解能が得られるため、診断能向上に寄与する可能性が示唆された。これらの結果について第77回日本医学放射線学会総会および第26回国際磁気共鳴医学会大会で発表を行い、一定の評価を得た。臨床応用から研究成果発表まで、おおむね研究計画の通りである。肝臓ダイナミック撮像、MRCP、および肝細胞相における圧縮センシング・パラレルイメージング併用の高速撮像法と従来撮像法の比較検討を行った研究成果について、順に欧文雑誌への投稿を予定している。今後の展望としては、以下の2つを考えている。1つめとしては上腹部領域での個々の撮像シークエンスの時間短縮には限界があるために、撮像シークエンスの省略によるプロトコル自体のスリム化を行うことで全体としてのスループット改善を得ること。もう1つとしては現在の技術では困難なecho planner系やbalanced imaging系など複数シークエンスでの圧縮センシング設定が可能となれば、全体としてのスループット改善を得る研究をさらに推進できると考える。MRIにおいて優れた画質を維持しつつ検査時間を大幅に短縮することは非常に挑戦的である。本年度においては、研究計画に基づき複数回の健常ボランティア撮像にてパラメータ設定を行いプロトコルの安定性を確認した。上腹部領域の中でも、特に撮像時間に影響を受ける造影剤を用いた肝臓ダイナミック撮像と撮像時間が長い磁気共鳴胆管膵管撮像(MRCP)については臨床応用に着手し、従来撮像法との比較検討を行った。これらの予備段階の結果について第45回日本磁気共鳴医学会大会で口演発表を行い、一定の評価を得ている。臨床応用まで比較的速やかに移行したため、おおむね順調あるいは当初の研究計画に比しやや進展していると考えられる。

肝臓ダイナミック撮像においては1時相の撮像時間を従来の約1/2と短縮したが画質は定量・定性解析ともに同等もしくはそれ以上であり、撮像時の長時間呼吸停止が困難な患者への応用が期待される結果であった。またMRCPにおいては従来の撮像時間の約1/4に短縮しても診断画像として充分な画質が担保されることを示した。さらに肝細胞相撮像においては同一呼吸停止時間とした場合、従来法に比し約2倍の空間分解能が得られるため、診断能向上に寄与する可能性が示唆された。これらの結果について第77回日本医学放射線学会総会および第26回国際磁気共鳴医学会大会で発表を行い、一定の評価を得た。臨床応用から研究成果発表まで、おおむね研究計画の通りである。現在行っている肝臓ダイナミック撮像および磁気共鳴胆管膵管撮像における圧縮センシング・パラレルイメージング併用の高速撮像法と従来撮像法の比較検討については、現在症例数を増やしパラメータの微調整を行っている。また第26回国際磁気共鳴医学会大会にて演題採択され、発表を予定している。同内容については順に欧文雑誌への投稿を予定している。今後の展望としては、以下の2つを考えている。1つめとしては高速撮像による恩恵として従来と同一時間で高分解能、高精細の画像を撮像することによる疾患の診断能向上や新たな知見の創出を行うこと。もう1つはecho planner系やbalanced imaging系など複数シークエンスでの設定が可能となれば、全体としてのスループット改善を目的とした研究を進めることを考えている。肝臓ダイナミック撮像、MRCP、および肝細胞相における圧縮センシング・パラレルイメージング併用の高速撮像法と従来撮像法の比較検討を行った研究成果について、順に欧文雑誌への投稿を予定している。1つめとしては上腹部領域での個々の撮像シークエンスの時間短縮には限界があるために、撮像シークエンスの省略によるプロトコル自体のスリム化を行うことで全体としてのスループット改善を得ること。もう1つとしては現在の技術では困難なecho planner系やbalanced imaging系など複数シークエンスでの圧縮センシング設定が可能となれば、全体としてのスループット改善を得る研究をさらに推進できると考える。研究初年度であり研究成果発表における学会旅費や英文校正料等の費用が想定していたより少なかったことが原因である。次年度では国際学会での発表が既に決定し、旅費等の諸経費に充当する計画である。本年度経費については研究計画通りである。次年度使用額については、欧文雑誌投稿時の英文構成費等の諸経費に充当する計画である。
ハイパースペクトルセンサーを活用したサクラ類の活力度診断手法の開発

樹木の活力度診断において、葉内のクロロフィルの定量は不可欠である。本研究は、ヤマザクラとソメイヨシノの葉内クロロフィル濃度を推定するための最適な指数を開発することを主な目的とした。8タイプの指数を使い、最適なハイパースペクトル指数を探索した結果、選択された指数は既存の指数よりも性能が高く、SPADの約2倍よい精度を持っていた。また、新しく提案された差分・比一体型指数は、クロロフィル濃度推定に有用であった。サクラ類は日本を代表する花木であり、サクラ並木として整備され観光名所となっている場所も多い。しかし、終戦直後に植栽された全国のサクラ並木は衰退期に入っているとの見方もある。木を適切に管理するためにも、衰退を客観的に診断できる手法の開発は必須である。本研究は、サクラ類に特化した活力度診断指標の開発を行うことを目的とした。本年度は以下の測定、分析を行った。京都市内の緑地において、ソメイヨシノとヤマザクラの典型的な良好木・衰退木を各14本ずつ選定し、分光放射計を用いて、2007年6月から10月まで約3週間から1ケ月ごとに計6時期に、スペクトルを測定した。また、サンプル個体の基礎データ(樹齢クラス、4ランク評価法の活力度診断項目、その他活力度に関する項目(樹液流速度、幹周の日内変動等))を収集した。葉の反射スペクトルに、樹木の活力度の他、樹齢クラス、葉の付いている枝の方位が影響しているかどうかを検討するため、各波長帯において線形モデルによる分散分析を行った。その結果、ソメイヨシノの葉の反射スペクトルと7月以降のヤマザクラの葉の反射スペクトルには、樹木の活力度のみが有意な影響を与えていたこと、葉の付いている枝の方位の有意な影響は見られなかったことなどが明らかとなった。また、4ランク評価法に基づき典型的な良好木・衰退木とみなされた個体において、蒸散活動と関連のある樹液流速度や幹周の日内変動を調べた結果、これらに差異が見られ、生理的にも良好木・衰退木の差異が見られることが明らかとなった。クロロフィル濃度に基づいた活力度評価指標を開発するため、7月下旬にクロロフィル濃度の低い葉から高い葉までソメイヨシノは100枚、ヤマザクラは96枚のサンプルを採取し、分光反射率、吸収率、SPAD値の測定と、有機溶媒による定量を行った。それらの結果より、ソメイゴシノおよびヤマザクラのクロロフィル濃度を推定するためのハイパースペクトル指数を新たに開発した。また、7月下旬8月上旬にかけて、京都市の緑地において、ソメイヨシノ220本とヤマザクラ93本を選定し、葉の分光反射率、吸収率測定、SPAD値、活力度ランク評価および胸高直径の測定を行った。これらのデータから、葉のクロロフィル濃度と4ランク評価の各項目との相関の強さや、市街地におけるソメイヨシノおよびヤマザクラの葉の標準値を明らかにすることができた。また、航空機より京都市内のサクラ並木を観測したハイパースペクトルデータを解析し、ソメイヨシノおよびヤマザクラの活カランク評価を70%以上の正確さ(ファジー評価)で行うことが可能であることを明らかにした。
量子秩序相の数理構造

量子秩序相をトポロジカル不変量に基づいて解析した。特にトポロジカル超伝導体を中心に、トポロジカル奇パリティ超伝導体の理論、スピン一重項超伝導体におけるマヨラナフェルミオンの理論、バルク・エッジ対応、トポロジカル場の理論、対称性によって守られたトポロジカル量子相の理論を研究した。また、理論と実験を比較した。本年度の研究実施計画に従って、以下の研究を行った。まず、スピン3重項超伝導のトポロジカルな性質を詳しく調べ、時間反転対称性がない場合や、超伝導ギャップにノードがある場合であっても、フェルミ麺のトポロジーによって、表面に現れるアンドレーフ束縛状態の性質が決まることを明らかにした。このような性質は、スピン1重項超伝導体では見られないため、スピン3重項超伝導状態を同定する新しい方法を与えるものとして期待できる。また、空間反転対称性の破れの効果により、どのような新奇なトポロジカルな相が可能であるかも調べた。スピン軌道相互作用とゼーマン磁場を考慮することにより、スピン1重項超伝導やノードのある超伝導状態であっても、非可換トポロジカル状態が実現可能であることを明らかにした。これは、通常のs波超伝導状態や、高温超伝導体のd波超伝導状態を用いてトポロジカル量子計算を実現する新しい可能を指摘したものとして、注目を集めている。また、時間反転対称性を破らない系においても、空間反転対称性の破れと強い電子相関により、平坦な分散をもつ特異なマヨラナ型エッジ状態が生じうることを明らかにした。さらに、ギャップ関数の符号反転によるアンドレーフ束縛状態の判定法を、バルク・エッジ対応を用いて説明した。また、バルク・エッジ対応の一般的証明を与え、フラットな分散を持つアンドレーフ束縛状態の判定法が一般に指数定数の形にかけることを見出した。本年度の研究成果は以下のとおりである。まず、バルク・エッジ対応と呼ばれる量子秩序相の性質を調べた。量子相の一つであるトポロジカル相では、基底状態の波動関数がゼロでないトポロジカル数をもつと、その境界にはギャップレス状態が現れることが知られており、バルク・エッジ対応と呼ばれている。ところが、このバルク・エッジ対応は、その重要性にも関わらず、ディラックハミルトニアンなど特殊な系を除いて、一般的証明が知られていなかった。前年度に引き続き、このバルク・エッジ対応の研究を行い、一般的証明を論文としてまとめた。また、超伝導体のトポロジカル相に現れるマヨラナフェルミオンの研究をおこなった。マヨラナフェルミオンとは、自分自身が反粒子であるディラックフェルミオンであり、もともとはニュートリノなどの素粒子として導入された粒子であるが、長い間その存在は確立されていない。ところが、最近、超伝導体のアンドレーエフ束縛状態として実現可能であることがわかり注目されている。まず、異常量子ホール状態とs波超伝導体の接合系を調べ、系のパラメータによって、マヨラナフェルミオンが現れることを明らかにした。さらに、Cu_xBi_2Se_3の表面状態を理論的に詳しく調べ、実験で得られているトンネル電流のゼロバイアスピークが、Cu_xBi_2Se_3の表面に存在するマヨラナフェルミオンによるものであることを明らかにした。これは、実験・理論の協力により、超伝導体のマヨラナフェルミオンの存在を初めて明らかにしたものであり、今後のこの分野の発展に寄与していくものと期待できる。本年度は、まずトポロジカル超伝導体のトポロジカル場の理論の構築を行った。分数量子ホール状態が、対応するトポロジカル場の理論であるチャーン・サイモン理論によって詳しく解析されたように、一般に、強相関電子系の量子相も、対応するトポロジカル場の理論によってその振る舞いが記述されると期待される。ところが、現在まで、トポロジカル超伝導体に対応するトポロジカル場の理論は構築されていなかった。トポロジカル超伝導体の端にはマヨラナ型粒子が現れるが、そのような粒子が現れるトポロジカル場の理論としては、現在のところ、分数量子ホール状態を記述するものしか知られておらず、超伝導体そのものに対応するものは見つかっていなかった。この現状を打破するために、新しい種類のトポロジカル場の理論を構築し、その低エネルギー励起を調べ、非可換統計性など、トポロジカル超伝導体特有の現象が記述できるか、検討した。さらに、新しいトポロジカル相として、対称性によって守られたトポロジカル超伝導体・超流体の研究を行った。特に、3He-B相に系のもつ回転対称性と時間反転対称性に基づく新しいトポロジカル秩序が存在することを明らかにした。また、3He-Bの表面マヨラナフェルミオンのイジングスピンの性質が、この新しいトポロジカル相の帰結であることを示し、対称性の自発的破れとトポロジカル量子相転移が同時に生じる新しい量子相転移が3He-Bに存在することを予言した。量子秩序相の中の、特にトポロジカル超伝導体に関して、その数理構造と一般的性質を明らかにすることに成功している為。24年度が最終年度であるため、記入しない。
哺乳類テロメレース制御機構の分子生物学的研究

テロメラーゼ触媒サブユニットTERTのノックアウトマウスを作成した。第1世代のホモ欠失体は、期待通りにテロメラーゼ活性を持たなかったが、明らかな異常は認められなかった。このホモ欠失体同士を掛け合わせて、第2世代以降のホモ欠失体を作成すると、第5世代においてマウスは不妊となり、生殖細胞の著明な萎縮が見られた。また、体細胞においても、脱毛、白毛化、皮膚の萎縮など再生組織の増殖異常が観察された。テロメア維持に関わる因子の同定は、出芽酵母で最もよく進んでいる。しかし、近年、出芽酵母でテロメラーゼの作用に重要な役割を果たしているCDC13のホモログが他のモデル生物では存在しないなど、テロメア機能に関する限り、出芽酵母が独特な進化を遂げた可能性があることを示す結果が報告されている。そこで、我々は、いまだテロメア機能に関わる因子が十分に明らかにされていない分裂酵母をモデルにテロメラーゼを中心としたテロメア維持機構について解析を試みた。分裂酵母ゲノムデータベースを検索し、出芽酵母とヒトで保存されているテロメア蛋白質Rap1のホモログSpRap1と出芽酵母で知られているテロメア蛋白質Rif1のホモログSpTap1を同定した。SpRap1は、他の生物同様、一つのmybドメインをもつことを特徴としており、既に知られている分裂酵母テロメアDNA結合蛋白質Taz1と結合し、おそらく間接的にテロメアDNAに結合する。rap1変異株ではテロメア長の伸長、テロメアサイレンシングの低下が観察された。SpTap1もTaz1を介して間接的にテロメアDNAに結合する。しかし、tap1変異株のテロメア表現型は弱く、軽度のテロメア長の延長が認められるものの、テロメアサイレンシングには大きな差は認められない。tap1rap1二重変異株は、テロメア長がそれぞれの単変異株に比べ付加的に伸長することから、これらの遺伝子はTaz1に結合して異なる経路でテロメア維持に関わるものと考えられる。ヒトゲノムデータベースにSpTap1,ScRif1と相同性を示す蛋白質をコードする遺伝子が存在するので、今後、この遺伝子についても解析をおこないたい。テロメレース酵素活性は、触媒サブユニットTERTと鋳型RNA、TERCの2者からなるコアエンザイムによりもたらされる。さまざまな種類の細胞におけるテロメレース活性の有無は、主としてTERT遺伝子の発現の有無により決定される。そこで、今年度の本研究では、ヒトおよびマウスTERT遺伝子のプロモーター領域の解析を行った。ヒト、マウスTERT遺伝子転写開始点を含むゲノムクローンを同定し、その塩基配列を約2kbにわたって行った。その結果、ヒトとマウスでは、ともにGC含量が高いという共通点はあるものの、配列自身は大きく異なることが分かった。ヒト遺伝子上流1kbから100bpまでのさまざまな長さをもつ配列をルシフェラーゼ遺伝子に結合させ、K562および293細胞に一過性に遺伝子導入を行い、それぞれのプロモーター活性を測定した。また、同時に、さまざまな転写因子の発現ベクターを共発現させ、それらのトランス因子のヒトTERTプロモーターに与える影響を検討した。その結果、少なくとも、このin vitroの系においては、mycは、TERTのアクチベーターとし、MZF2はレプレッサーとして作用することが明らかとなった。ヒトTERTは、転写開始点上流およびエクソン1にmyc結合配列がそれぞれ一つずつ存在する。

これらの塩基配列に点突然変異を導入したものでは、mycによる転写活性化は認められなかったので、この領域が活性化に関与していることが明らかとなった。前年度の研究により、テロメレース活性は触媒サブユニットTERTの発現制御により主に規定されていることが明らかにされた。そこで、本年度においては、生体内でTERTの発現を示しおそらくテロメレース陽性と思われる細胞を可視化するために、mTERTのプロモーター約10kbをb-galactosidase-neoのコード領域につなげたレポーター遺伝子を作成し、その発現パターンを観察した。テロメレース陽性細胞は、増殖する未分化な細胞と考えられるので、このようにレポーター遺伝子で可視化した細胞は、組織幹細胞や前駆細胞を同定することに役立つと期待される。先ず、レポーター遺伝子をマウス胎児性幹細胞ES細胞に遺伝導入し、フィーダーを除きembryoid bodyを作らせて細胞を分化させた時のレポーターの発現パターンを解析した。すると、細胞分化に伴って内因性のmTERT発現が低下しテロメレース活性が失われると平行してb-galactosidase活性が低下し、レポーター遺伝子が内在性TERT遺伝子のレポーターとして期待通りに機能することを確認した。そこで、このレポーター遺伝子のトランスジェニックマウスを作成した。得られたマウスの組織を予備的に解析したところでは、期待通り幹細胞が存在すると思われる部位にb-galactosidase遺伝子の発現が認められた。テロメラーゼ触媒サブユニットTERTのノックアウトマウスを作成した。第1世代のホモ欠失体は、期待通りにテロメラーゼ活性を持たなかったが、明らかな異常は認められなかった。このホモ欠失体同士を掛け合わせて、第2世代以降のホモ欠失体を作成すると、第5世代においてマウスは不妊となり、生殖細胞の著明な萎縮が見られた。また、体細胞においても、脱毛、白毛化、皮膚の萎縮など再生組織の増殖異常が観察された。テロメア維持に関わる因子の同定は、出芽酵母で最もよく進んでいる。しかし、近年、出芽酵母でテロメラーゼの作用に重要な役割を果たしているCDC13のホモログが他のモデル生物では存在しないなど、テロメア機能に関する限り、出芽酵母が独特な進化を遂げた可能性があることを示す結果が報告されている。そこで、我々は、いまだテロメア機能に関わる因子が十分に明らかにされていない分裂酵母をモデルにテロメラーゼを中心としたテロメア維持機構について解析を試みた。分裂酵母ゲノムデータベースを検索し、出芽酵母とヒトで保存されているテロメア蛋白質Rap1のホモログSpRap1と出芽酵母で知られているテロメア蛋白質Rif1のホモログSpTap1を同定した。SpRap1は、他の生物同様、一つのmybドメインをもつことを特徴としており、既に知られている分裂酵母テロメアDNA結合蛋白質Taz1と結合し、おそらく間接的にテロメアDNAに結合する。rap1変異株ではテロメア長の伸長、テロメアサイレンシングの低下が観察された。SpTap1もTaz1を介して間接的にテロメアDNAに結合する。
音痴の評価と矯正の研究

まえがきひとの音高感覚の低い状態を発声あるいは歌唱の面から捕らえた言葉が音痴である。この言葉はかなり一般的に用いられるもののこれに関する研究は、音楽教育、医学の面からもあまり行われていない。最近のカラオケブームは一般人の歌唱の機会を急増したため音痴は従来になくクローズアップされている。この歌唱時の機能的現象を工学的に捕らえ、その矯正方法までも検討したのが本研究である。1音痴の基礎特性;音痴が音高感覚的にどの程度通常人と異なるかを発声音の周波数精度、発声を伴わない調整音の精度で調べた。この結果かなり程度は異なるものの通常の数倍の精度の悪さが、周波数誤差、周波数偏差に現れた。このような表現の荒さがどこからくるのか様々な実験を行ったところ、音声を含む複合音中からの基本周波数の抽出が不得手なことがわかった。このことは発声中の自分の声からその基本周波数(ピッチ)の抽出ができないことが音痴のひとつの原因である可能性を示している。2音痴矯正の試み;1の結果を踏まえて、音痴に自己の発声のピッチを認識させるために、通常人がその聴覚内で行っているピッチ抽出機能を外部装置に代行させることを考えた。このため発声音から高速でそのピッチを抽出し、さらにそのデータから同ピッチ周波数の新たな合成音を発生する装置を作成した。この装置を用いて音痴に発声させる実験を重ねこの装置により、ほとんどの音痴が発声精度の向上が見られることを確認した。同時に進行していた基礎実験からは発声の過渡特性からも音痴の顕著な特性が見いだされ、音痴のメカニズムの検討が進んだ。これから、音痴は聴覚における音高感覚の荒さが発声に影響を霜えたものと思われ、前記矯正方式の適用がピッチへの関心度を深めて、矯正効果ばかりでなく同症状の治療効果を持つことも期待される。はじめに,本研究は従来,研究の少ない音痴を対称とするために人の音感についての基本的な検討がまず必要であった.そしてそのような物差し作りのうえに立って音痴の程度を評価しつつその成り立ち(メカニズム)を検討した.そのため,研究は大別して2つの項目となった.1.音感の評価方法音感についてはまず,旋律の基になる音程と単独音の再現能力について検査をおこなってみた.旋律は最もありふれた音階を発声してもらうこと,様々な周波数比の音程を呈示してそれと同じように発声してもらうこと,などについて周波数的な誤差および表現のあいまいさを表す標準偏差などを評価基準としてみた.また単独音については提示音と同じ高さと思う発声テストを中心として様々な形態の評価方法を試みた.この結果単独音と音程の2方向からの評価が妥当であるとの結論に達した.2.メカニズムの推定音痴現象がどうして起こるかは今までに仮設すらない.そこで1の実験結果から,いくつかのモデルを考える材料が得られており,我々が予想していたように複合音からの基本波抽出が難しいことが示された.さらにこの原因が複合音中の第1高調波の存在であることも示された.これから自分の発声音からの基本周波数抽出ができないため自分の音の高さがコントロールできないといいう音痴のモデルが予想された.この推論より,実験的に矯正する2種の方法について試みた.一つは耳に入る自己発声音を電子的に基本波のみにするものである.もう一つは提示音を本人の発声音のピッチを変えながら示すものである.いずれの方法によっても音痴の人の発声周波数は顕著に改善された.

このことは,音痴のメカニズムが推定したものに近い可能性が示された.なお,当初予定したリズム感等の音高感覚以外の要素については予備実験はできたものの本格的な検討は来年度に回った.はじめに本研究は従来研究の少ない音痴について工学的な面からの観察とその矯正方法について検討するものである。このため本年度の研究は、ひとつのピッチ抽出特性と最適な矯正方法の検討、矯正のために用いるピッチ抽出装置の試作及びその評価に絞った。1.自己発声音からのピッチ抽出特性測定自己の発声音をいかに認識するかは自己の発声音の周波数制御のために重要な機能である。この特性について本年度はその過渡特性をさぐりながら矯正のために最も適したフィードバック複合音の周波数特性について検討した。その結果、じこの発声音のような複雑なものより、三角波、方形波音のようなものが適当なことが明かとなった。また、追加された基礎特性として、発声中の自己ピッチの修正作業のレスポンスは音痴では遅く、今まで調べてきた定常状態での周波数誤差との相関が高いことが示された。2.複合音(発声音)からピッチを抽出して表示する装置の試作自己発声音からピッチを抽出してこれをよりピッチ抽出の容易な合成音に変換して聴覚から入力することによる音痴矯正装置の試作のために、高速でピッチを正確に抽出するシステムを完成した。音声は周波数帯域が広いので5つのバンドに分けて抽出とする方法とした。このあとはパーソナルコンピュータによる演算によりピッチ周波数データを得た。これにより、任意の波形の第2次音を40msec、後に音痴の聴覚に入力できるようになった。この方法による矯正結果は9人の音痴についてその周波数誤差が20%から60%減少するという形で現れた。これで本課題の目標をほぼ達成したが、今後この方式で更に多くの音痴被験者への適用更に効果の高い方式への発展等を課題としたいと考えている。
心疾患をもつ高齢者のDNAR選択に対する看護師の意思決定コーチングの教育開発

本研究の目的は、わが国における心疾患をもつ高齢者のDNAR選択の意思決定支援介入プログラムの開発である。平成30年度は、看護師の心疾患をもつ高齢者に対するDNARの意思決定支援の現状や困難の実態を調査するため、まずは国内の文献検討から着手した。医中誌を用いて、「心疾患」「高齢者」「意思決定」をキーワードとして検索を行った。重複した文献を除き、入手可能で、心疾患をもつ高齢者の意思決定支援に関する記述のある文献について検討した。国内の文献から心疾患は、寛解と増悪を繰り返すために予後予測の判断が困難を極める、そのことから患者や家族への意向確認のタイミングを逃すということが圧倒多数を占めていた。また、患者や家族の関係性や共通理解を図るための看護師のコミュニケーションスキルや病状の説明といった高い知識が求められること、緩和ケアなど専門チームでの連携が必要であることが挙げられた。非がん患者への緩和ケア保険算定も課題であった。海外文献については、PubMedを用い、同様のキーワードで検索を行ったが、十分な文献検出が得られなかったため、キーワードや方法など再検討している。また、日本エンドオブライフケア学会が主催する研修に参加し、意思決定の基盤となるエンドオブライフケアの背景および概念と意思決定支援方法につながる意思表明プロセスの考え方を学び、意思決定の先駆者であり、研究協力者でもあるDawn Stacey教授を講師に迎え、オタワ大学で開発されたデシジョンガイド・デシジョンエイドを用いて、スキル強化を目的としたロールプレイを参加者で実施し、今後の意思決定コーチングの方法を検討するうえで非常に有用な示唆が得られた。国内外の文献検討では、心疾患をもつ高齢者のDNAR選択に特化した文献数が十分に得られず、キーワードや検索方法の再検討が必要になり、予定通りに進めることができなかった。意思決定の先駆的な実践で知られるOttawa UniversityのLaura Boland先生と連絡調整を行い、意思決定を実践している施設での視察を計画している。システマティックレビューが十分でないことから、インタビュー内容の吟味が不十分で倫理申請まで到達できなかったため、やや遅れていると評価した。更に国内外の文献検討を進める。データ収集を依頼する施設を複数で行うことを視野に入れて、各施設での調整を行う予定である。また、北米で先駆的な意思決定支援を実践するOttawa Hospital and Health Research Instituteや許諾の得られた施設での視察を行い、看護師への面接内容を精選させる。その結果を用いて、循環器病棟に勤務する看護師に心疾患をもつ高齢者に対するDNAR意思決定支援の現状と困難感を明らかにすることを目的として、構造的質問項目と非構造的質問項目を用いた面接調査を実施する予定である。海外視察を予定していたが次年度に延期することになった。また、パーソナルコンピューターやプリンターの購入を次年度に繰り越すことになったため。

次年度以降は、パーソナルコンピューターを購入し、文献検討の結果を学会発表するための参加費や旅費での使用、Ottawa Universityや関連施設での視察に関する旅費、意思決定や研究分析に関連する書籍の購入に充てる予定である。
LC/MSによる無機アニオン類一斉分析法の開発

本研究はアニオン分析における前処理法、誘導体化法の高度化により、その一斉分析法の開発を目指すものである。上記目標に向け、まず既存の誘導体化法を網羅的に解析するとともに、各生成物を与える反応機構を明らかにする。その結果を利用し、よりLC/MSに最適化した誘導体化法の決定及び反応剤の比較検討と必要に応じて開発を行う。並行して、生体試料に含まれる多成分のアニオン類を一斉に抽出する前処理法の開発を行う。最終的に一連の分析法の適用範囲及び分析対象物ごとの定性・定量能力を評価する。
初産の母親の育児におけるストレス対処と対児愛着感情の形成に関する基礎的調査

本研究の目的は産後1年間の初産の母親の対児愛着の経時的変化と母親の背景・特性及び育児ストレス状態やストレス対処能力との関連を明らかにすることにある.F市産科クリニックで出産した母親を対象に倫理的配慮の元に対面と郵送で調査した.調査票はBonding質問票,SOC,EPDS,育児ストレスと生活出来事調査票,属性票を用いた.平成17年2月19年2月期間内総対象数2497名(実数591名),回答2135名.産科的ローリスクの母親が多い。以下,初産の母親の結果である.分析対象数1047名.妊婦(3240週)145名,退院時255名,1カ月時274名,3カ月時137名,6カ月時124名,1年時112名.平均年齢28.9±4.4歳.Bonding得点退院時2.3±2.1点,6カ月時1.3±2.0点,1年時1.6±2,4点.退院時と3・6カ,月,1カ月時と3・6カ月時で有意差があり,対児愛着は産後1年でより肯定的に変化した.SOC得点は妊婦61.9±10.7点,退院時64.6±11.9点,6カ月時67.9±12。7点,1年時68.4±12.7点.妊娠中と産後1・3・6カ月・1年時,退院時と1カ月時で有意差があり,SOCは産後緩やかに向上した.EPDS得点は退院時5.5±3.6点(高得点18.1%),6か月時4.2±3.2点(高得点11.7%),1年時3.8±2.8点(高得点10.6%).退院時と全時期で有意差があり,退院時の精神状態が最も悪く,1年間に抑うつ状態の母親が9.618.1%出現した.全ての時期で半数を超える母親が育児を負担に感じていた.日常生活でストレスを感じている母親は3カ月以降に半数を超え,家事ストレスが顕著だった.初産の母親の対児愛着やストレス対処能力,精神状態などに関する有意義な基礎的データを得る事が出来た.母親のストレスに応じた産後の支援が必要である.本研究の目的は産後1年間の初産の母親の対児愛着の経時的変化と母親の背景・特性及び育児ストレス状態やストレス対処能力との関連を明らかにすることにある.F市産科クリニックで出産した母親を対象に倫理的配慮の元に対面と郵送で調査した.調査票はBonding質問票,SOC,EPDS,育児ストレスと生活出来事調査票,属性票を用いた.平成17年2月19年2月期間内総対象数2497名(実数591名),回答2135名.産科的ローリスクの母親が多い。7点,1年時68.4±12.7点.妊娠中と産後1・3・6カ月・1年時,退院時と1カ月時で有意差があり,SOCは産後緩やかに向上した.EPDS得点は退院時5.5±3.6点(高得点18.1%),6か月時4.2±3.2点(高得点11.7%),1年時3.8±2.8点(高得点10.6%).退院時と全時期で有意差があり,退院時の精神状態が最も悪く,1年間に抑うつ状態の母親が9.618.1%出現した.全ての時期で半数を超える母親が育児を負担に感じていた.日常生活でストレスを感じている母親は3カ月以降に半数を超え,家事ストレスが顕著だった.初産の母親の対児愛着やストレス対処能力,精神状態などに関する有意義な基礎的データを得る事が出来た.母親のストレスに応じた産後の支援が必要である.本研究は1)産後1年間の初産婦の母親の経時的な対児愛着の変化、2)対児愛着と母親の背景・特性及び育児ストレス状態やストレス対処能力との関連を明らかにする目的で,F市産科クリニックで出産する母親を対象として倫理的配慮を元に対面及び郵送調査を行った。平成17年2月18年1月の期間中,対象者総数1733名,回答数1578名(91.1%)。内訳は,妊婦(3240週)253名,退院時584名,産後1か月532名,産後3か月147名,産後6か月62名,産後1年は調査未。調査期間中の対象となった母親総数591名(実人数)。平均年齢29.8±4.6歳(17歳45歳)。初産婦303名(51.3%)経産婦288名(48.7%),帝王切開37名(7.3%)。

退院時の背景として、有職者105名(17.8%),核家族381名(73.0%),複合家族46名(8.8%)。対児愛着感情得点は退院時1.9±2.1点(012点),1か月時1.7±2.0点(012点),3か月時1.1±2.0点(014点)。SOC得点は妊婦63.5±10.5点(1890点),退院時66.6±11.7点(2891点),1か月時71.1±11.0点(1791点),3か月時66.9±12.9点(3288点)であった。EPDS得点は退院時4.5±3.3点(022点)、9点以上の高得点出現率10.2%,1か月時3.7±3.0点(019点)高得点出現率6.8%,3か月時3.9±2.9点(013点)高得点出現率8.3%。マタニティブルーズ得点は退院時3.8±3.3点(016点),8点以上でマタニティブルーズが疑われる母親11.9%。日常生活でストレスを感じていたのは,妊娠中47.2%,退院時41.8%,1か月時45.7%,3か月時57.8%であった。今後は,本研究課題である初産婦に焦点を当て統計分析を行う。本研究は1)産後1年間の初産婦の母親の経時的な対児愛着の変化,2)対児愛着と母親の背景・特性及び育児ストレス状態やストレス対処能力との関連を明らかにする目的で,F市産科クリニックで出産した母親を対象に倫理的配慮を元に対面及び郵送調査を行った.平成17年2月19年2月の期間中,対象者総数2497名,回答数2133名(85.4%).調査期間中の対象母親総数591名(実人数).各調査時期における初産婦の母親数は,妊婦(3240週)145名,退院時298名,産後1ヵ月時290名,3ヵ月時147名,6ヵ月時133名,1年時114名であった.初産婦の母親の平均年齢28.9±4.4歳(17歳40歳).初産婦の母親の対児愛着感情得点は退院時2.3±2.2点(012点),1ヵ月時1.7±2.0点(012点),3ヵ月時1.1±2.0点(014点),6ヵ月時1.3±2.0点(010点),1年時1.7±2.4点(013点).SOC得点は妊婦61.9±10.7点(1890点),退院時64.5±11.9点(2891点),1ヵ月時69.6±11.5点(1791点),3ヵ月時66.5±13.5点(2390点),6ヵ月時67.7±13.1点(2491点),1年時68.4±12.7点(3389点).EPDS得点は退院時5.5±3.6点(022点)高得点率(9点以上)16.0%,1か月時4.3±3.2点(019点)高得点率9.3%,3ヵ月時4.4±3.1点(013点)高得点率10.9%,6ヵ月時4.4±3.2点(021点)高得点率12.0%,1年時3.8±2.8点(014点)高得点率8.8%.日常生活でストレスを感じている初産婦の母親の割合は3ヵ月以降に半数を超えた.今後は分析を進め,初産婦の母親の育児におけるストレス対処と対児愛着感情形成の関連性を明らかにしていく.本研究の目的は産後1年間の初産の母親の対児愛着の経時的変化と母親の背景、特性及び育児ストレス状態やストレス対処能力との関連を明らかにすることにある。F市産科クリニックで出産した母親を対象に倫理的配慮の元に対面と郵送で調査した。調査票はBonding質問票,SOC,EPDS,育児ストレスと生活出来事調査票,属性票を用いた。平成17年2月19年2月期間内総対象数2497名(実数591名),回答2135名。産科的ローリスクの母親が多い。以下,初産の母親の結果である。分析対象数1047名。妊婦(3240週)145名,退院時255名,1カ月時274名,3カ月時137名,6カ月時124名,1年時112名。平均年齢28.9±4.4歳Bonding得点退院時2.3±2.1点,6カ月時1.3±2.0点,1年時1.6±2.4点.退院時と3、6カ月,1カ月時と3、6カ月時で有意差があり,対児愛着は産後1年でより肯定的に変化した。

SOC得点は妊婦61.9±10.7点,退院時64.6±11.9点,6カ月時67.9±12.7点,1年時68.4±12.7点.妊娠中と産後1、3、6カ月、1年時,退院時と1カ月時で有意差があり,SOCは産後緩やかに向上した。
異質なエージェント群の相互作用によるパターン形成メカニズムの解析と設計

本研究の目的は,異質なエージェントの相互作用から自然と生み出されるパターン形成を客観的に解析し,我々の意図したパターンを作り上げる制御メカニズムを明らかにすることである.本年度は以下の3つのパターン形成に主に着目し制御問題に取り組み,分散エージェント群によるパターン形成を制御する鍵は次の2つ,「1.個々のエージェントによるシステムの推定・オブザーバ設計」,「2.ヘテロな動作戦略を自律的かつ動的に切り替えること」だと明らかにした.実際に取り組んだパターン形成は以下の3つである.1つめは,「分散ロボット群によるクラスタ形成」であり,各ロボットが自身の局所的な行動履歴(物体への作業率,クラスタとの接触率)を記憶できるものとした際に,パターン形成における平衡状態を予測し,ヘテロな動作戦略を自律的かつ動的に切り替えることで,最終クラスタ数をフィードバック制御できることを示した.2つめは,シープドッグによるヒツジの誘導というパターン形成であり,シープドッグが複数の群れを1つの群れにまとめる「凝集戦略」,そして1つにまとまったヒツジの群れを目標地点まで誘導する「誘導戦略」という2つの異なる戦略を自律的かつ動的に切り替える方法,およびシープドッグがヒツジの群れの追い方をリアルタイムに調整する手法を組み合わせた「ヘテロ戦略の混合・動的スイッチング」を提案し,提案手法の有効性を検証した.最後に,自然界のアリによる採餌行動に着想を得て,分散ロボット群がフェロモンという間接的なコミュニケーションを行うことで,その輸送ルートを通っているアリの総数を推定できることを示した.そして,餌を運搬するモードと新たな餌場を探索するモードを自律的かつ動的に切り替えることで各餌場に採餌に向かうアリの数を分散的にフィードバック制御できることを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では「異質なエージェント群の相互作用によるパターン形成」の制御原理(メカニズム)を捉え,設計論へと応用することを目的としている.そのため,本年度は以下の2つの現象に焦点を当てて研究を行った.1.自律分散ロボットによる物体凝集制御2.シープドッグロボットによるヒツジの誘導制御「1.自律分散ロボットによる物体凝集制御」においては,すべての事象が六角格子のセルを用いた離散化した空間上で起こるものとし,自律ロボットの衝突,回避行動のみを残した離散モデルを提案した.離散モデルとして, Sense & Avoidロボット,およびPush & Turnロボットを導入し,物体凝集を評価する指標(可動指数,輪郭長など)を導入することで,異質なエージェント群(ロボット,物体)の充填率が与える影響の解析を行った.さらに,物体凝集を実現するPush & Turnロボットと,物体拡散を実現するPull & Turnロボットという異なる規則を有するロボットを用いることで障害物の凝集程度を制御可能であることを示した.「2.シープドッグロボットによるヒツジの誘導制御」においても,離散モデルを用いてヒツジの群れの中心をターゲットとする中心追跡制御,群れを95%等確率偏差楕円と捉える接線追跡制御を用いて解析を行った.中心追跡制御を用いたヒツジの誘導は群れの中心のヒツジをターゲットするため,ヒツジの凝集力の変化に弱いこと,その一方で接線追跡制御手法は群れの外側にいるヒツジをターゲットとするため,ヒツジの凝集力に広く対応できることを確認した.本研究の目的は,異質なエージェントの相互作用から自然と生み出されるパターン形成を客観的に解析し,我々の意図したパターンを作り上げる制御メカニズムを明らかにすることである.本年度は以下の3つのパターン形成に主に着目し制御問題に取り組み,分散エージェント群によるパターン形成を制御する鍵は次の2つ,「1.個々のエージェントによるシステムの推定・オブザーバ設計」,「2.ヘテロな動作戦略を自律的かつ動的に切り替えること」だと明らかにした.実際に取り組んだパターン形成は以下の3つである.1つめは,「分散ロボット群によるクラスタ形成」であり,各ロボットが自身の局所的な行動履歴(物体への作業率,クラスタとの接触率)を記憶できるものとした際に,パターン形成における平衡状態を予測し,ヘテロな動作戦略を自律的かつ動的に切り替えることで,最終クラスタ数をフィードバック制御できることを示した.2つめは,シープドッグによるヒツジの誘導というパターン形成であり,シープドッグが複数の群れを1つの群れにまとめる「凝集戦略」,そして1つにまとまったヒツジの群れを目標地点まで誘導する「誘導戦略」という2つの異なる戦略を自律的かつ動的に切り替える方法,およびシープドッグがヒツジの群れの追い方をリアルタイムに調整する手法を組み合わせた「ヘテロ戦略の混合・動的スイッチング」を提案し,提案手法の有効性を検証した.最後に,自然界のアリによる採餌行動に着想を得て,分散ロボット群がフェロモンという間接的なコミュニケーションを行うことで,その輸送ルートを通っているアリの総数を推定できることを示した.そして,餌を運搬するモードと新たな餌場を探索するモードを自律的かつ動的に切り替えることで各餌場に採餌に向かうアリの数を分散的にフィードバック制御できることを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。自律分散システムを抜本的に捉え直し,すべての事象が六角格子のセルを用いた離散化した空間上で起こるものと考えることで,マルチエージェントシステムの制御構造の本質をある程度抽出することができた.さらの抽出した制御原理を生かしたロボットを実際に製作し,実験を通じて検証も行うことができた.このことから,離散空間によるアプローチ方法の有効性が言える.

異質なエージェント群によるパターン形成に関して,離散モデルを導入することで解析をかなり進めることができている.今後は,「制御」という立場からシステムを考えることで,「1.自律分散ロボットによる物体凝集」におけるクラスタ数などのフィードバック制御,「2.シープドッグロボットによるヒツジの誘導制御」においては,動的に変化するヒツジの群れの数に対応できるロボット,およびロボットを二台以上に増やし協調してヒッジの群れを誘導する制御手法について考えていく.これらの具体例を通じて異質なエージェント群の制御構造における共通性を見いだすと同時に,設計論への応用を行っていく.