hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
深層学習モデリングによる広域穀物単収予測手法の構築

1.深層学習のための時空間データベースの構築2018年に観測・公開されたMODIS/Terra, Aqua地表面反射率8日間コンポジット合成データ、気象再解析データ(NLDAS-2)等をを収集・フォーマット変換し、時空間データベースの拡充を行った。さらに、昨年度開発した作物フェノロジー把握手法(rSMF)を用いて、2018年分のトウモロコシ・大豆フェノロジー情報データセットを整備した。2.解析1植生指数による単収推定モデルの構築20002018年の主要生産地域5州を対象に衛星リモセンデータのみによる単収推定モデルを再構築した。新たに17年分の観測データによる3次近似式推定モデルを作成し、従来の1次近似式推定モデルを用いた場合の推定誤差(RMSE)の比較を行った。結果、新たな3次近似式推定モデルによる誤差は、トウモロコシ:0.91t/ha,大豆0.29t/haとなり、従来手法よりも若干の精度向上を確認することができた。3.解析2 random forestを用いた手法との比較昨年度作成したDeep Learningを用いた方法に加えて、異なる機械学習アルゴリズム(random forest)を用いた推定モデルを構築し、推定誤差の比較を行った。気象環境変数すべてを加えた場合の予備解析結果によると、Deep Learningによる単収推定誤差(RMSE)は、トウモロコシ:0.75t/haおよび大豆:0.35t/haであるのに対して、randam forestによる推定誤差は、トウモロコシ:0.70t/haおよび0.26t/haと、Deep Learningによる方法よりも精度が良く、気象環境データによる精度向上効果も認められた。当初の想定とは異なり、random forestによる推定モデルのほうが精度が良く、モデル構築に要する計算時間の短縮も期待できる。今年度の予備解析結果により、研究計画段階で当初予定していたDeep Learningを利用した推定モデルよりも、randam forestを利用した推定モデルのほうが、精度の良い結果を得られることができ、モデル構築のための試行錯誤・解析時間を省略できるという新たな知見が得られた。当初想定していた結果と異なる予備解析結果が得られたことにより、解析方法等の変更が必要となったことと、また、小麦を対象とした解析に着手できていないことから、「(3)やや遅れている」という進捗状況の区分判定とした。次年度についても、衛星・気象データ等の時空間データベースの拡張を行うとともに、今年度得られた知見をもとに、randam forestを用いた推定モデルの精緻化、解析を進める。また、対象地域全体を一つのモデル式で推定する場合と、州ごとに最適なモデル式を構築した上で推定する場合を比較し、推定モデルのバリエーションを変えることで最終的な推定精度をどの程度向上しうるのかを明らかにする。トウモロコシ・大豆の解析結果を取りまとめた上で、小麦についても同様のアプローチによる解析を着手する。全体的に進捗が遅れ気味であるため、次年度の進捗状況を鑑みた上で、場合によっては補助事業期間の1年延長も視野に入れた研究計画の再設計を行う予定である。1.深層学習のための時空間データベースの構築20002017年を対象に、高頻度観測衛星データ(MODIS/Terra, Aqua地表面反射率8日間コンポジット合成データ)、気象再解析データ(NLDAS-2)、作物分類図(Cropland Data Layer)を収集し、後述する作物フェノロジー把握手法および深層学習フレームワークに適したデータフォーマットに変換した上で、専用のデータベースを構築した。2.作物フェノロジー把握手法(SMF)の改良時系列MODIS観測データからアメリカの主要作物の生育ステージを広域把握することが可能な「改良型Shape Model Fitting法(rSMF法)」を開発した。TIMESATに代表される従来型のフェノロジー把握手法で定義される情報は、作物生育ステージと一致していないという問題があった。本年度の研究の結果、SMF法のモデルキャリブレーションプロセスを改良することで、トウモロコシ,大豆,冬小麦,春小麦,大麦,水稲,ソルガム,綿花の計36種類の生育ステージを、従来手法よりも精度良く推定できるようになった【RMSE: 5.6日(トウモロコシ)12.3日(冬小麦)】(論文公表済)。3.深層学習のフレームワーク構築ステップ気候(灌漑地域)と湿潤性大陸気候(天水地域)を含む5つの州(ネブラスカ,カンザス,アイオワ,ミズーリ,イリノイ)をテストサイトとして設定した。開花期(Silking, Blooming stage)以降の気象データ(降水量,最高気温等)および灌漑率を入力値とし、衛星データのみでトウモロコシ・大豆単収を推定した場合の誤差を推定するニューラルネットワークのフレームワーク構築のための解析プログラムを開発した。以下の点で初年度の計画どおり順調に研究が進んでいる。1.衛星・気象に関する時空間データベースを構築した。2.作物フェノロジー把握手法の改良に関する結果を論文としてとりまとめ、海外有名誌に掲載された。3.深層学習のフレームワーク構築し、テストサイトにおける深層学習によるトウモロコシ・大豆の単収予測モデルのプロトタイプを開発した。また、気象情報等を考慮した上で干ばつ年の郡別単位収量を面的に推定可能であることを確認した。2.解析1植生指数による単収推定モデルの構築

20002018年の主要生産地域5州を対象に衛星リモセンデータのみによる単収推定モデルを再構築した。新たに17年分の観測データによる3次近似式推定モデルを作成し、従来の1次近似式推定モデルを用いた場合の推定誤差(RMSE)の比較を行った。結果、新たな3次近似式推定モデルによる誤差は、トウモロコシ:0.91t/ha,大豆0.29t/haとなり、従来手法よりも若干の精度向上を確認することができた。3.解析2 random forestを用いた手法との比較昨年度作成したDeep Learningを用いた方法に加えて、異なる機械学習アルゴリズム(random forest)を用いた推定モデルを構築し、推定誤差の比較を行った。気象環境変数すべてを加えた場合の予備解析結果によると、Deep Learningによる単収推定誤差(RMSE)は、トウモロコシ:0.75t/haおよび大豆:0.35t/haであるのに対して、randam forestによる推定誤差は、トウモロコシ:0.70t/haおよび0.26t/haと、Deep Learningによる方法よりも精度が良く、気象環境データによる精度向上効果も認められた。当初の想定とは異なり、random forestによる推定モデルのほうが精度が良く、モデル構築に要する計算時間の短縮も期待できる。今年度の予備解析結果により、研究計画段階で当初予定していたDeep Learningを利用した推定モデルよりも、randam forestを利用した推定モデルのほうが、精度の良い結果を得られることができ、モデル構築のための試行錯誤・解析時間を省略できるという新たな知見が得られた。当初想定していた結果と異なる予備解析結果が得られたことにより、解析方法等の変更が必要となったことと、また、小麦を対象とした解析に着手できていないことから、「(3)やや遅れている」という進捗状況の区分判定とした。平成30年度についても、2018年分の衛星・気象データ収集を含む時空間データベースの拡充を行う。また、前年度に構築した深層学習のフレームワークをもとに、入力データの種類・期間等の組み合わせを変化させた様々なニューラルネットワーク構造を用いた時、トウモロコシ・大豆単収の推定結果がどのように変化するのかについて分析を深め、最適と思われる推定モデルを提示する。また、新たに改良された作物フェノロジー把握手法により得られた冬小麦の生育ステージ情報を用いて、郡別単位単収の推定モデル構築を試みる。次年度についても、衛星・気象データ等の時空間データベースの拡張を行うとともに、今年度得られた知見をもとに、randam forestを用いた推定モデルの精緻化、解析を進める。
コウモリの適応的な音響センシングから紐解く大自由度ナビゲーションの理解

コウモリは,“1送信2受信器の超音波センシング"からは想像できない“大自由度な3次元飛行"を実現させている.本研究では,有限の計算資源しか持たないコウモリが,無限に変化する周囲環境へ“自身のナビゲーションを適応させる意思決定プロセス"を解き明かすものである.本研究の成果について以下に示す.障害物環境下でコウモリに長時間の空間学習飛行を行わせ,その後,一部障害物を撤去する実験を行った.その結果,撤去直後の飛行において,コウモリが撤去された障害物を回避する傾向が見られた.これらの結果から,空間学習後のコウモリは,回避旋回運動を手続き的に記憶していることが示唆された.さらに,未知と既知の空間に対するコウモリの回避軌道・飛行速度・パルス放射方向の分析から,推察される行動原理に基づいて数理モデルを構築し,実際のコウモリの回避運動と比較検証を行った.その結果,コウモリは記憶した空間情報に基づいて,予測的に回避旋回運動を制御することで,既知空間での適応的な飛行を実現させていることが明らかになった.また,これらの検証を行うためのツールとして,1送信2受信器の超音波センサを搭載した自律航行ドローンのシステム構築を行った.この結果,野外環境下で静止中の人を回避するテスト飛行に成功した.本自律航行ドローンの運用により,3次元空間に最適化されたコウモリのナビゲーションに対する検証ツールとしての活用が期待できる.本研究により,記憶した空間情報を運動へとフィードバックさせる行動の計測,および数理分析を遂行することが出来た.さらに,コウモリの3次元定位メカニズムの解明へと向けた新たな研究に着手することが出来た.今後,3次元空間ナビゲーションシステムを実装した自律航行ドローンによる空間適応ナビゲーションを実践することで,工学的にも有用なコウモリ模倣アルゴリズムとしての社会貢献を目指す.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。コウモリは,“1送信2受信器の超音波センシング"からは想像できない“大自由度な3次元飛行"を実現させている.本研究では,有限の計算資源しか持たないコウモリが,無限に変化する周囲環境へ“自身のナビゲーションを適応させる意思決定プロセス"を解き明かすものである.本研究の成果について以下に示す.障害物環境下でコウモリに長時間の空間学習飛行を行わせ,その後,一部障害物を撤去する実験を行った.その結果,撤去直後の飛行において,コウモリが撤去された障害物を回避する傾向が見られた.これらの結果から,空間学習後のコウモリは,回避旋回運動を手続き的に記憶していることが示唆された.さらに,未知と既知の空間に対するコウモリの回避軌道・飛行速度・パルス放射方向の分析から,推察される行動原理に基づいて数理モデルを構築し,実際のコウモリの回避運動と比較検証を行った.その結果,コウモリは記憶した空間情報に基づいて,予測的に回避旋回運動を制御することで,既知空間での適応的な飛行を実現させていることが明らかになった.また,これらの検証を行うためのツールとして,1送信2受信器の超音波センサを搭載した自律航行ドローンのシステム構築を行った.この結果,野外環境下で静止中の人を回避するテスト飛行に成功した.本自律航行ドローンの運用により,3次元空間に最適化されたコウモリのナビゲーションに対する検証ツールとしての活用が期待できる.本研究により,記憶した空間情報を運動へとフィードバックさせる行動の計測,および数理分析を遂行することが出来た.さらに,コウモリの3次元定位メカニズムの解明へと向けた新たな研究に着手することが出来た.今後,3次元空間ナビゲーションシステムを実装した自律航行ドローンによる空間適応ナビゲーションを実践することで,工学的にも有用なコウモリ模倣アルゴリズムとしての社会貢献を目指す.コウモリは,“1送信2受信器の超音波センシング"からは想像できない“大自由度な3次元飛行"を実現させている.本研究では,有限の計算資源しか持たないコウモリが,無限に変化する周囲環境へ“自身のナビゲーションを適応させる意思決定プロセス"を解き明かすものである.本研究の成果について以下に示す.障害物環境下でコウモリに長時間の空間学習飛行を行わせ,その後,一部障害物を撤去する実験を行った.その結果,撤去直後の飛行において,コウモリが撤去された障害物を回避する傾向が見られた.これらの結果から,空間学習後のコウモリは,障害物の位置座標を記憶していることが決定的になった.さらに,チェーンとアクリル板を障害物として用いた場合のコウモリの障害物回避運動の比較から,障害物の奥側を見通せないアクリル板を回避するコウモリは,速度を落として飛行することが分かった.この結果から,コウモリは"かもしれない運転"ならぬ"かもしれない飛行"をしていることが分かった.これらの結果は,次年度のコウモリ模倣モデルを構築するうえで重要な知見を得られたといえる.学習機能と予測機能の生物が得意とする機能を記述した数理モデルを構築することで,生物ナビゲーションの本質について理解を深めることを目指す.また,これらの検証を行うためのツールとして,1送信2受信器の超音波センサを搭載した自律航行ドローンのの作成を行った.その結果,シミュレーター上で所定の動作を行うことが確認出来た.来年度には,野外実環境下での運用方法について,検討を行う.本年度の研究遂行により,コウモリ模倣モデルを作成するうえで基盤となる行動の計測結果を得ることが出来た.特に,コウモリが障害物の位置座標を記憶するのみならず,障害物の奥の状況を予測しながら飛行していることが分かった.

これら空間記憶と予測ナビゲーションを併用した数理モデルを記述することが出来れば,生物の柔軟性を取り入れた人工ナビゲーションシステムの創造に大いに貢献できると考えられる.現在では,未知と既知の空間を飛行するコウモリの経路計画や心理的作用を考察し,未知と既知の空間ナビゲーションを検証するモデル式の構築に着手し始めている.また,本年度の研究遂行により,自律飛行ドローンのシステム構築に成功した.これにより,コウモリの3次元ナビゲーションプロセスについて検証を行う強力なツールとしての活用が期待できる.これら,コウモリの行動計測・数理モデリング・実機検証ツールの開発の3研究課題について一定の成果を上げられたことから,研究はおおむね順調に遂行していると判断した.現在では,自律走行車を用いてコウモリの評価検証を行った論文を執筆中である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。コウモリの空間学習飛行,および,危険予測ナビゲーション飛行の分析結果から,コウモリの意思決定プロセスと心理的作用を記述したナビゲーションモデルを構築する.さらに,構築した数理モデルの数値シミュレーションとコウモリの実際のナビゲーションとの比較から,行動原理の再考察を行い,モデルの修正を行う.これらモデルの修正を行うとともに,3次元ナビゲーションへの拡張方法についても検討を行う.また,野外実環境下でのドローンのテスト飛行を開始する.樹木や看板など,実環境下由来のエコー特性や,ドローンの騒音・風の影響などを考慮し,ドローンシステムの再修正を行う.これらのテスト飛行を完了した後,コウモリ模倣の2次元ナビゲーションモデルとして構築した数理モデルをドローンへ搭載する.ナビゲーションのリアルタイム性や,回避飛行パフォーマンスを評価し,3次元ナビゲーションへの拡張を検討する.最終的には,コウモリとドローンパフォーマンスの比較から,本研究課題の達成度と今後の課題について検討する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
小児人工内耳装用児と保護者によるQOL評価の研究

重度聴覚障害児の人工内耳(CI)装用が患児と家族の生活の質にどのように影響を及ぼすか明らかにするために、CI装用本人と保護者による自己評価を行い関連する要因について分析した。対象はCI装用後1年以上が経過した就学後のCI小児49例(平均10.7歳)とその保護者である。QOL評価はPedsQL日本語版を用いた。本検査は身体・感情・社会・学校の4つの領域からなり、計23項目の質問文で構成されている。分析に際し、失語症構文検査における読解力がレベルIII未満、又は絵画語彙検査における語彙年齢が6歳未満の者を除いた。その結果30例が分析対象となり、得られたQOL評価得点と語音聴取能、言語能力や教育環境で比較検討した。CI小児QOL評価得点は平均91.2点(1SD7.9)であり、領域間に差を認めなかった。対して保護者QOL評価得点は平均88.0点(1SD9.8)であり、領域間に有意な差を認めた。多重比較の結果、身体領域に比し社会・学校領域が有意に低下していた(p<.05)。CI装用年齢や聴取能・語彙力・構文力とCI小児・保護者QOL評価得点に相関は認められなかった。就学先で通常学校群と特別支援学校群の2群に分けて下位項目を分析したところ、CI小児では通常学校群と特別支援学校群ともに領域間に差を認めなかったのに対し、保護者では両群ともに領域間に有意な差を認めた。多重比較の結果、通常学校群では学校領域が他の領域に比し有意に低下し(p<.05)、特別支援学校群では感情領域が他の領域に比し有意に低下していた(p<.05)。CI小児QOL得点は一様に良好であった。対して保護者QOL得点は領域毎に差を認め、教育環境により異なる傾向を示した。以上の結果から、CI装用児の就学後支援は本人のみならず、保護者に対するサポートが重要であり、そのアプローチは教育環境により異なる可能性が示された。
ミクロ相分離構造の転移ダイナミクス

本年度は、まずジブロック共重合体系におけるミクロ相分離構造に関し、以下のような研究を行なってきた。(1)この系では、ラメラ、ヘキサゴナルシリンダー、ジャイロイド、BCC構造が熱平衡構造として存在することが知られていたが、これらに加えてFddd構造も熱平衡構造として存在することをモード展開法と汎関数理論の両方を用いて明らかにした。(2)これまでのミクロ相分離構造に関する理論的研究のほとんどは、系が1つの構造で満たされている状態に関するものであった。しかしながら、例えば構造問転移が起こるような際には中間状態として、2つ以上の構造が共存している状態が実現されると考えられる。そこで、まずラメラとジャイロイドの共存している状態を考え、その場合の構造間の界面の性質、さらにはそのダイナミクスを数値計算を用いることによって調べた。さらに、ブロック共重合体系のようなソフトマターに見られるミクロ相分離構造と同様なパターンがTuringパターンとして得られることを、FitzHugh-Nagumo方程式、Brusselator、Gray-Scottモデルの3つの反応拡散方程式について3次元数値シミュレーションに行うことによって調べた。その結果、ブロック共重合体系で見られるようなラメラ、ヘキサゴナルシリンダー、BCC、ダブルジャイロイド、Fddd構造といったパターンだけではなく、シングルジャイロイド構造やシングルダイアモンド構造のような3次元ネットワーク構造が解として得られることが分かった。本年度は主に3次元ネットワーク構造に着目し、その安定性や性質を理論的に調べるために以下のような研究を行った。(1)ジブロック共重合体系において、現在知られているラメラ、ヘキサゴナルシリンダー、ジャイロイド、BCCといった平衡構造以外にどのような構造が存在しうるかについてモード展開法を用いて調べた。その結果、Fddd構造やシリンダー構造が準安定構造として存在し、穴あきラメラ構造やFCC構造は不安定であるという結論が得られた。(2)ミクロ相分離構造に対する弾性理論は過去にいくつかの研究がなされているが、まだ3次元ネットワーク構造に対する研究は行われていなかった。そこで、これまでの理論をジャイロイド構造やダイヤモンド構造に応用し、3次元ネットワーク構造に対する弾性理論を構築した。(3)Turingパターンに関する研究はこれまでに数多くなされてきているものの、そのほとんどが1・2次元に限られていた。そこで、3次元で数値シミュレーションを行うことによりどのようなパターンが得られるのかを調べた。その結果、1次元的なラメラ構造や2次元的なヘキサゴナルシリンダー構造のようなパターンの他に、ジャイロイド構造のような3次元特有のパターンが得られることが分かった。またこのように現れるパターンはジブロック共重合体系で現れるパターンと類似性があることも分かっている。最終年度となる来年度はこれまでの結果をふまえ、3次元ネットワーク構造を中心として他の構造との共存状態での時間発展などダイナミクスを調べていきたい。
NKT細胞による上気道粘膜免疫応答の誘導・制御の解析と経鼻ワクチンへの応用

上気道粘膜免疫においてIgAは重要な役割を担っている。今回、インフルエンザ菌外膜の抗原蛋白であるP6とNKT細胞のリガンドであるα-ガラクトシルセラミド(α-GalCer)の経鼻免疫によりNKT細胞の活性化を介して抗原特異的IgAの分泌に必要なTh1/Th2型CD4+T細胞が誘導され、P6特異的免疫応答が起こることを明らかにした。これらの実験結果はNKT細胞の活性化による抗原特異的免疫応答の誘導が新しいワクチンストラテジーになる可能性を示唆するものと考える。平成24年度はP6とαGalCerで経鼻免疫したマウスの鼻粘膜・NALTにおける樹状細胞の誘導、NALT・頸部リンパ節におけるNKT細胞の誘導と誘導された樹状細胞のサブセットについての検討を行った。経鼻免疫を行ったマウスの鼻粘膜・NALTの組織切片を作製し免疫組織化学を行い、樹状細胞の誘導について検討した。経鼻免疫により樹状細胞の誘導は促進されていた。鼻粘膜とNALTでの樹状細胞の誘導を比較するとNALTにおいて強く誘導されていた。さらに経鼻免疫を行ったマウスのNALT・頚部リンパ節から単球を分離しフローサイトメトリーを行い、NALT・頚部リンパ節における樹状細胞数やそのサブセットの変化、さらに、NALTにおけるNKTN細胞数の変化について検討した。経鼻免疫によりNALT・頚部リンパ節いずれにおいても樹状細胞数の増加を認めた。興味深いことにNALTではCD8α陽性の樹状細胞が頚部リンパ節ではCD11c陽性の樹状細胞が優位に誘導されていた。経鼻免疫によりNALTでのNKT細胞数は有意に増加していた。このことから、経鼻免疫により抗原特異的免疫応答に重要な樹状細胞が誘導されるが、その誘導の場は主にNALTであること。さらに、樹状細胞とNKT細胞のinter-actionは主にNALTで行われていることが示された。平成23年度、24年度の研究でP6とα-GalCerの経鼻免疫によるインフルエンザ菌特異的防御免疫の誘導の詳細なメカニズムを明らかにした。今回の研究成果は中耳炎予防ワクチンの開発に大きく貢献するとともに、今後、粘膜ワクチンに関わる免疫負応答の問題や嗅覚や中枢神経系への障害を解決していくことで臨床応用することが期待される。本年度はP6とαGalCerで経鼻免疫を行ったマウスの鼻粘膜、脾臓における抗原特異的Th1/Th2型サイトカイン産生細胞の誘導、CD4+T細胞における抗原特異的サイトカインmRNAの発現について解析を行った。経鼻免疫を行ったマウスの鼻粘膜、脾臓から単核球を分離し、細胞内染色で細胞内サイトカイン(INF-γ、IL-4、6)を染色し、フローサイトメトリーにてサイトカイン産生細胞数について解析した。P6とαGalCerで経鼻免疫を行ったマウスではP6のみで経鼻免疫したマウス、コントロールのマウスと比較してINF-γ、IL-4、6の産生細胞数の有意な増加が認められた。このことから、P6とαGalCerの経鼻免疫によりTh1/Th2型サイトカイン産生CD4+T細胞が誘導されることが示された。P6とαGalCerで経鼻免疫を行ったマウスからCD4+T細胞をP6の存在下に培養し、RT-PCR法で抗原特異的サイトカインmRNA(INF-γ、IL-2、4、5、6、10、TGF-β)の発現について解析した。P6存在下に培養したCD4+T細胞ではINF-γ、IL-2、4、5、6、10、TGF-βのmRNAの発現を認め、P6非存在下に培養したCD4+T細胞ではそれらサイトカインmRNAの発現は認めなかった。さらに、リアルタイムPCRでP6とαGalCerで経鼻免疫したマウスとP6のみで経鼻免疫したマウスの抗原特異的サイトカインmRNA(INF-γ、IL-4、5、6)の発現を比較すると、P6とαGalCerで経鼻免疫したマウスで抗原特異的サイトカインmRNAの発現が有意に増加していた。このことから、P6とαGalCerの経鼻免疫によりCD4+T細胞が抗原特異的分泌型IgAの誘導に重要なTh1/Th2型サイトカインmRNAを発現することが示された。本年度はP6とαGalCerの経鼻免疫による上気道粘膜免疫応答の解析として、経鼻免疫を行ったマウスについて抗原特異的Th1/Th2型サイトカイン産生細胞の誘導、CD4+T細胞における抗原特異的サイトカインmRNAの発現について解析することを目的とした。

実際にそれらの実験を行い、P6とαGalCerの経鼻免疫によりTh1/Th2型サイトカイン産生CD4+T細胞が誘導されること、CD4+T細胞が抗原特異的分泌型IgAの誘導に重要なTh1/Th2型サイトカインmRNAを発現することが示された。これらの結果はP6とαGalCerの経鼻免疫がインフルエンザ菌特異的防御免疫を誘導するメカニズムの一部を明らかにした。実験はおおむね順調に進行していると思われる。今後はP6とαGalCerの経鼻免疫によるNKT細胞、樹状細胞の動態の解析を行う。P6とαGalCerを経鼻免疫したマウスの鼻粘膜、NALTについて免疫組織化学で組織レベルで樹状細胞の誘導について解析するとともに、NKT細胞の活性化に重要なNKT細胞と樹状細胞の相互作用が上気道のどの組織で主に起こっているのかについて検討する。さらに、経鼻免疫したマウスのNALT、頚部リンパ節において単球を分離しフローサイトメトリーにてNKT細胞の誘導や誘導された樹状細胞のサブセットについて検討する。次年度は実験動物(マウス)、実験試薬(抗体)、実験器具(チューブ)の購入、研究成果発表として国際学会参加の旅費や外国語論文の校閲費として使用する。
新規培養ヒト正常膵管上皮細胞を用いた膵癌タイト結合分子標的治療の基礎的研究

本研究は、我々が確立した新規培養ヒト正常膵管上皮細胞と膵癌細胞株を用いて、膵癌において高発現しているタイト結合蛋白claudin(CL)-4、CL-18およびPKCを標的とした膵癌分子標的治療の基礎的研究を実施した。結果、ヒト正常膵管上皮細胞と膵癌細胞株のCL-4およびCL-18ともにPKC特にPKCαシグナル伝達経路により調節されていることが分かった。膵癌分子標的治療の候補であるCL-4を介した細菌毒素CPEは、膵癌細胞株においては用量依存性に細胞毒性効果がみられたが、ヒト正常膵管上皮細胞には毒性を示さなかった。そして、膵癌細胞へのCPEの効果は、PKCα阻害剤により調節可能であった。膵癌を含む様々な癌細胞において,細胞間接着装置であるタイト結合分子が正常細胞と異なる発現形態をとっていることが報告され,新たな診断・治療に対する標的として注目されている.膵癌ではPKCαの活性化が明らかになっているが,膵癌のEMTへのPKCシグナルの関与やタイト結合の変化についての詳細はいまだ不明である.そこで今回我々は,膵癌細胞株および正常膵管上皮細胞を用いて,Transforming growth factor-β(TGF-β)および低酸素で誘導したEMTに対するPKCα阻害剤の効果をタイト結合蛋白であるclaudin-1の変化を指標に解析を行った。結果1)膵癌細胞では,正常膵管上皮細胞に比較してPKCαが高発現であった.2) PKCα阻害剤により,膵癌細胞のclaudin-1,occludinの増加,EMT誘導転写因子Snailの低下を認めた.正常膵管上皮細胞ではclaudin-1,claudin-4,claudin-7,occludinの発現亢進を認め,バリア機能が増加した.3) PKCα阻害によるタイト結合分子の変化は,膵癌細胞では一部mitogen-activated proteinkinase (MAPK)経路を介していた.正常膵管上皮細胞では,多くの細胞内シグナルがタイト結合分子の変化に関与しており,膵癌細胞とのシグナルの相違を認めた.4) TGF-β,低酸素環境によるEMT誘導により,膵癌細胞ではclaudin-1の低下及びSnailの増加を認め,その変化はPKCα阻害剤で抑制された.正常膵管上皮細胞においても,TGF -βによる変化はPKCα阻害剤で抑制された.5)高分化型膵癌細胞株では,TGF-βによるバリア機能の低下・フェンス機能の破綻は,PKCα阻害剤により抑制された.培養ヒト正常膵管上皮細胞系を確立し、膵癌においてタイト結合蛋白claudin(CL)-1および-4の発現調節機構の解明およびそれらの分子を標的としたC-CPEによる膵癌分子標的治療の基盤的研究を実施した。1)hTERTを用いてヒト正常膵管上皮細胞培養系を確立し、安定して使用可能なシステムを作り上げた。2)ヒト正常膵管上皮細胞と膵癌細胞株におけるCL-1およびCL-4の発現調節機構をPKCシグナル伝達経路に焦点を当て詳細に解明した。3)CL-4にbindingするC-CPE(194)でけでなく、CL-1にもbindingするC-CPE(m19)の変異体を作製した(共同研究)。4)194, m19処置によりヒト正常膵管上皮細胞と高分化膵癌細胞株のバリアおよびフェンス機能は低下した。しかし、CL-1およびCL-4の発現量には変化はみられなかった。5)194, m19のタイト機能の低下は、様々なシグナル伝達阻害剤の検討の結果、MAPKを介していることが、分かった。6)194, m19処置により、膵癌細胞株に対する抗癌剤の効果を有意に増強できた。培養ヒト正常膵管上皮細胞系を確立し、膵癌において高発現しているタイト結合蛋白claudin(CL)-4、CL-18およびPKCシグナル分子の発現調節機構の解明およびそれらの分子を標的とした膵癌分子標的治療の基礎的研究を実施した。1)hTERTを用いてヒト正常膵管上皮細胞培養系を確立した。2)ヒト正常膵管上皮細胞と膵癌細胞株におけるCL-4およびCL-18の発現は共にPKCシグナルにより調節されているが、そのisoformには違いがみられた。さらに膵癌細胞株におけるCL-18はDNAのメチル化の作用も受けていた。3)ヒト正常膵管上皮細胞と膵癌細胞株におけるCL-4を介したCPEの感受性比較した結果、ヒト正常膵管上皮細胞においては、CPE処置によりバリア機能の低下はみられるものの、CPEによる細胞障害作用は認められなかった。膵癌細胞株においては、CPEの用量依存性に細胞障害がみられた。

ヒト正常膵管上皮細胞と膵癌細胞株におけるCPEの作用の差は、CL-4の局在の差によるものと考えられた。4)ヒト膵癌細胞株におけるCL-4を介したCPEの感受性をPKCシグナル伝達の面から解析した結果、PKC&#61537;およびCL-4のリン酸化に依存性がみられ、PKCalpha阻害剤によりCPEの感受性は増加した。5) Dr. Soiniとの共同研究によりヒト膵癌組織においては、CL-7およびCL-18の発現と分化度の相関関係がみられた。以上のことより、膵癌のCL-4およびCL-18は、正常膵菅上皮と同様にPKCシグナルにより調節されていた。そして、その高発現の原因としては、PKCalphaの活性化およびメチル化が関与していると考えられた。平成24年度に実施する実験においては、ほぼ終了し有意義な結果を見出すことができた。平成23年度に実施する実験においては、ほぼ終了し有意義な結果を見出すことができた。ヒト正常膵管上皮細胞と膵癌細胞株を用いて、膵癌の発癌過程に密接な関与が知られているK-rasの変異とタイト結合分子との関係を詳細に解析する。消耗品費(抗体、培養器具、蛋白およびRNA解析用試薬、形態観察用試薬、機能解析試薬など):70万円、旅費(国内学会):5万円、その他(材料費):5万円消耗品費(抗体、培養器具、蛋白およびRNA解析用試薬、形態観察用試薬、機能解析試薬など):135万円、旅費(国内学会):10万円、その他(材料費):5万円
災害救助支援のための自立型移動センサノードの協調動作による災害後屋内マップの生成

災害時に救助隊が行動する際,間取り図だけではなく,棚などの倒壊による屋内環境の変化を知ることができる災害後の屋内地図があると有用である.そこで,本研究では,災害後の屋内マップの自動生成を実現することを目的として研究を行った.研究成果として,安価な素材で人間に視認し難く,ブラックライトやフィルムによってマーカが浮かび上がるような不可視マーカ,壁に貼り付けたマーカの読み取りによる間取り図自動生成システム,路面の凹凸によるノードに搭載されたカメラのぶれに対応した円形マーカ,複数の移動ノードが協調することによる効率的な未知領域探索アルゴリズム,ボロノイ図を用いた巡回経路生成アルゴリズムを提案した.平成26年度の課題として,(a1)インビジブル画像マーカの読み取り機構とそれによる屋内位置推定機構の実装,(a2)推定位置情報を用いた間取り図・ウォークスルー型3Dビューマップを自動生成する機能の設計・実装,(b1)推定位置情報を効率的に収集するノードの協調動作アルゴリズムの設計を行った.(a1)について,画像マーカによる屋内位置推定では,画像マーカが景観を損ねてしまうため,ブラックライトを照射すると浮き上がる塗料などを用いて,景観を損ねないインビジブル画像マーカを5種類作成した.また,それらのインビジブル画像マーカの読み取り手法を実装し,実地実験による調整を行った.この研究成果について,第22回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2014)にてデモ発表を行い,優秀デモンストレーション賞を受賞した.(a2)について,マーカ読み取りによる推定位置手法によって,一度の入力画像で複数のマーカを検出した際に,それぞれのマーカとノードの相対位置・角度から,マーカ対マーカの位置関係を計算し,マーカを頂点とする最短距離を結ぶ線分の集合を様々な位置から大量に取得することで,重複した線分を重ね合わせることによって間取り図を生成する手法について設計・実装を行っている.この課題については,現在も遂行中であり対外発表できるまでには至っていない.(b1)について,複数の移動ノードが得た位置情報をアドホック通信によって交換しながら,絶対位置を知ることのできない手探り状態の空間を探索するための,ノードの省エネ化を考慮した効率の良い協調探索アルゴリズムについて考案した.この研究成果について,第22回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2014)にてポスター発表を行った.平成27年度の課題として,(a2)推定位置情報を用いた間取り図・ウォークスルー型3Dビューマップを自動生成する機能の設計・実装,(b2)倒壊した棚などの検出および環境情報の収集アルゴリズムの設計,(b3)移動不可能になったノードの協調貢献アルゴリズムの設計,(c)様々な環境情報の見える化による情報提示の設計・実装の研究課題について取り組んだ.(a2)では,ノードの移動にともなう振動に対応した円形バーコードマーカを開発した.これについて第23回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2015)にてデモ発表を行い,優秀デモンストレーション賞を受賞した.また,マーカ群の相対距離を利用した間取り図の自動生成については,試作プログラムにて評価・調整中である.(b2)は,棚の側面にマーカを,また棚が直立した状態ではノードが撮影することのできない上部に転倒情報マーカを貼り付けることで,ノードが転倒情報マーカを認識した際には,その棚が倒れていることを認識することが可能であることを確認した.ただし,現在の試作プログラムでは転倒した棚の向きを取得できないため,改良しなければならない.(b3)では,ノードが移動不可能と判定した場合に,移動をあきらめデータ転送の中継や情報収集に努める動作モードの変更についての設計を行った.現状では,他ノードが,動作モードを変更したノードを考慮せず自らのタスクを継続するため効率が良くない.動作モードを変更したノードを有効活用するためのアルゴリズムを検討する必要がある.(c)では,限られたセンサ数でできるかぎり大きな領域を観測するため,センサが配置されていない領域の環境情報の推定手法を考案した.また,ユーザが複数の環境情報を同時にリアルタイムに確認するための可視化手法について検討を行った.現在,試作プログラムを作成し,精度・ユーザビリティについて評価中であり,発表するには至っていない.平成26年度の課題として設定した(a2)推定位置情報を用いた間取り図・ウォークスルー型3Dビューマップを自動生成する機能の設計・実装に遅れがみられる.また,平成27年度の課題として設定した(b2)倒壊した棚などの検出および環境情報の収集アルゴリズムの設計,(b3)移動不可能になったノードの協調貢献アルゴリズムの設計,(c)様々な環境情報の見える化による情報提示の設計・実装については,試作プログラムの作成・評価を行っているが,対外発表はできておらず,遅れがみられる.平成28年度では,前年度までの課題(a2)推定位置情報を用いた間取り図・ウォークスルー型3Dビューマップを自動生成する機能の設計・実装,(b1)推定位置情報を効率的に収集するノードの協調動作アルゴリズムの設計,(b2)倒壊した棚などの検出および環境情報の収集アルゴリズムの設計,(b3)移動不可能になったノードの協調貢献アルゴリズムの設計について,引き続き取り組んだ.これらの研究成果について,(a2)の研究成果として,第24回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2016)にて.マーカを利用した間取り図自動作成システムをデモンストレーション発表を行った.(b1)(b3)の研究成果として.自律移動ノードの協調探索

アルゴリズムについて,2016年度情報処理学会関西支部支部大会にて口頭発表,第24回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2016)にてポスター発表を行い,後者は優秀ポスター賞を受賞した.また,環境情報を効率的に収集するための探索経路決定手法について第170回マルチメディア通信と分散処理・第76回コンピュータセキュリティ合同研究発表会にて口頭発表を行った.また,(d)海上などの特殊環境に対応させた汎用的なシステムへの拡張,(e1)上記(a)-(d)を組み合わせたシステムの完成,(e2)テストベッドを完成させ,総合的な評価実験を行う計画であったが.一部の研究の遅れにより,総合的な研究成果を発表するには至っていない.今後も引き続き本研究を続けていく予定である.災害時に救助隊が行動する際,間取り図だけではなく,棚などの倒壊による屋内環境の変化を知ることができる災害後の屋内地図があると有用である.そこで,本研究では,災害後の屋内マップの自動生成を実現することを目的として研究を行った.研究成果として,安価な素材で人間に視認し難く,ブラックライトやフィルムによってマーカが浮かび上がるような不可視マーカ,壁に貼り付けたマーカの読み取りによる間取り図自動生成システム,路面の凹凸によるノードに搭載されたカメラのぶれに対応した円形マーカ,複数の移動ノードが協調することによる効率的な未知領域探索アルゴリズム,ボロノイ図を用いた巡回経路生成アルゴリズムを提案した.平成26年度の課題として設定した(a1)インビジブル画像マーカの読み取り機構とそれによる屋内位置推定機構の実装,(a2)推定位置情報を用いた間取り図・ウォークスルー型3Dビューマップを自動生成する機能の設計・実装,(b1)推定位置情報を効率的に収集するノードの協調動作アルゴリズムの設計の3つの課題について,(a1)について1件のデモ発表,(b1)について1件のポスター発表を行い,前者についてはデモンストレーション賞を受賞した.これは実装を含めた研究成果であり,順調に進んでいると言える.(a2)については対外発表を行うに至ってはいないが大きな遅延はみられない.(b1)についてはベースとなるアイデアとその手法について,ポスター発表による対外発表を行った.現在は発表時に頂いた他研究者のコメントを参考に改善をすすめている.平成28年度の研究課題は,これまでの研究成果の総括にあたるため,平成27年度の課題に目途がつくことが肝要である.よって,実装を引き続きすすめ,対外発表を行い,研究の遅れを取り戻す.ユビキタスコンピューティング平成27年度は,予定通り(b2)倒壊した棚などの検出および環境情報の収集アルゴリズムの設計,(b3)移動不可能になったノードの協調貢献アルゴリズムの設計,(c)様々な環境情報の見える化による情報提示の設計・実装を行う.ただし,(b2),(b3)の課題については平成26年度の研究成果を拡張するものであるため,平成26年度の課題から引き続き進め,順次拡張を目指す.研究の遅れにともない,移動センサノード部品や計算機などについて,購入から使用までの経年による陳腐化を避けるため,一部の実験機材の購入を保留した.
MR血管撮影の診断精度の向上に関する基礎的、臨床的研究

まず、基礎的な研究としてはファントムによる実験を脈流を用いて様々な脈管モデルで検討した。その結果、定常流に比し全体として信号強度が低下する傾向が認められ、興味ある知見と考えられた。さらに脳動脈瘤描出能向上のために、脳動脈瘤ファントムを用いた撮像条件の検討を行い、動脈瘤内の渦流による信号強度の変化がとらえられた。また、PC法やPresaturation法などを用いた流速測定についてもファントム実験を行い、高い測定精度であることが示された。臨床的研究としてはMRAの臨床応用が比較的進んでいる頭部において診断精度の詳細な検討を行った。すなわち100例以上の症例で動脈瘤の有病・無病正診率がそれぞれ約75%という結果を得たほか、MIP画像に加え元画像を読影することにより検出能がある程度向上することが示された。高分解能MRA、MTCやTONE法などの新しい技術の有用性についても検討した。胸部では究極の目的の一つであった冠動脈病変がsegmented Turbo FLASH法を用いて鮮明に描出可能となり、臨床応用の初期経験が報告された。大動脈瘤や肺動脈の病変にもMRAが有用であることが示された。腹部領域では門脈や肝静脈の描出、流速測定を試みた。下肢の閉塞性動脈病変や静脈性病変に対してはすでにMRAがスクリーニングに用いることのできるレベルに達していることが確認できた。以上のように研究計画が大部分達成されたばかりでなく、それ以上の研究の広がり、発展がみられた。平成5年度は本研究班発足の初年度に当たり、これまでにMR血管撮影(MR-Angiography;以下MRA)の臨床応用が比較的進んでいる頭部においては、MRAの診断精度の詳細な検討や、新しい技術の導入などに目標を置いた。一方、胸部や腹部など、これまであまりMRAが応用されていなかった部位では、MRAがどのような疾患で有用であるのかを主体に検討した。まず、基礎的な研究としては、ファントムによる実験を、これまでの定常流とは異なる脈流を用いて様々な脈管モデルで検討した。その結果定常流に比し全体として信号強度が低下する傾向が認められ、興味ある知見と考えられた。屈曲部や狭窄部における信号強度の変化についても明かとなった。頭部においては、動脈瘤を中心とした血管性病変の診断精度を100例以上の症例で検討し、有病正診率、無病正診率がそれぞれ約75%程度であるという結果を得た。この診断制度をさらに向上させる目的で空間分解能0.5mmを目標とした高分解能MRAの有用性、血管のコントラストを向上させるMTCやTONE法の有用性についても検討した。特に高分解能MRAとMTC法は今後ルーチンに使用されていく方法と思われる。一方、胸部では大動脈瘤や肺動脈の病変の診断にMRAが有用であることがわかり、今後、技術の改良と共に臨床応用が進むものと考えられた。MRAの究極の目標の一つである冠動脈についても描出の可能性が示された。腹部領域ではいくつかの異なる方法で門脈や肝静脈の描出を試みた。造影剤投与、息止めといった条件で、腹部領域でも用いられていくものと思われる。下肢の閉塞性動脈病変や静脈性病変に対しては、すでにMRAがスクリーニングに用いることのできるレベルに達していることが確認できた。以上のように初年度の研究計画は大部分達成されたばかりでなく、それ以上の研究の広がり、発展がみられている。平成6年度は前年度のファントム実験、臨床的研究のデータを基にして、この間の技術的進歩も加え、さらなるMRAの診断精度の向上を検討した。基礎的な研究としては、脳動脈瘤ファントムを用い、描出能向上のための撮影条件の検討を行った。その結果、動脈瘤内の渦流による信号強度の変化がとらえられ、撮影条件の選択に有用であった。

また、Fcard-PC法やPresaturation法などの異なった方法を用いた流速測定の検討ではファントム実験で高い測定精度であることが示された。生体への初期の応用も試みられ、門脈などの腹部への応用が期待された。頭部においては、前年度までの研究をさらに進めた数多くの報告がなされた。動脈瘤の診断精度の研究ではMIP画像に加え元画像を読影することにより、動脈瘤の検出能がある程度上がることが示された。ただし個人差が大きく、必ずしも向上しない場合もあった。高分解能MRAやsurface rendering法といったMIP法以外の画像処理法、さらにはSORS法と呼ばれる新しいMTC画像の有用性についても検討した。一方、胸部では究極の目標の一つであった冠動脈のMRAの初期経験が示された。Segmented turbo FLASH法を用い、鮮明な冠動脈の描出が得られており、近い将来臨床応用に伴い、この領域における患者管理に多大の効果を与えるものと期待される。腹部では先に述べたように流速測定の意義が検討された。下肢の閉塞性動脈病変では、すでにMRAがスクリーニングに用いることのできるレベルに達していることが示されていたが、さらにprospectiveな研究において確認された。以上のように平成6年度の研究計画は大部分達成されたばかりでなく、それ以上の研究の広がり、発展がみられた。
クラスターを構成する嗅覚受容体遺伝子の発現制御と進化の解析

(1)嗅覚受容体遺伝子のメチル化の解析ドジョウ嗅覚受容体(MOR)遺伝子クラスター(B/C/Dファミリークラスター)のデフォルト状態のメチル化をbisulfite法で解析した。その結果、コード領域内、および、そのごく近傍では、通常のメチル化、すなわち、CpG配列の80%程度がメチル化されていることがわかった。一方、クラスター内の遺伝子間に存在するCpGアイランド2箇所のメチル化状態を解析したところ、デフォルト状態では、ほとんど(90%以上)がメチル化を受けており、通常のCpGアイランドとは異なる状態にあることが判明した。この結果から、MOR遺伝子を発現していない組織細胞では、MOR遺伝子クラスターはヘテロクロマチン化しており、発現し得ない染色体状態にあることが推測された。一方、このクラスター領域の個体差を個体4匹を用いて検討したところ、コード領域とその周辺の塩基配列はきわめて保存されていたが、遺伝子間の領域では、CpGアイランド領域も含めて相当の個体差が塩基配列レベルで存在していた。しかし、CpGアイランド自体は塩基配列は大きく異なるような場合にも存在しており、CpGアイランドの存在がMOR遺伝子クラスターの発現制御において重要であることが予想された。(2)ドジョウ嗅上皮ESTライブラリーの作製と解析ドジョウ約100匹から嗅上皮を単離し、RNA抽出・cDNAライブラリーを作製した。現在、ライブラリーのチェックを行っており、直ちに、網羅的に塩基配列の解析を行う予定である。その結果を、既に行っているラット嗅上皮のDNAマイクロアレイ解析の結果と総合して検討する予定である。
特殊環境下で実施される基礎科学実験に適用可能な静電モータの実現に関する研究

基礎科学実験や先端的な製造プロセスなどでは,強磁場,高温/低温,高真空などの特殊環境がしばしば用いられる.これらの環境では通常のモータの利用が困難になることから,これに代わるモータが求められている.本研究では既存モータとは異なる原理で駆動される静電モータに着目し,特殊環境への適合性の評価,特殊環境用アクチュエータの考案などを行った.特に強磁場を用いる装置の代表例であるMRI周辺での応用に積極的に取り組み,バイオメカニクス分野への応用などを実現した.基礎科学実験や先端的な製造プロセスなどでは,強磁場,高温/低温,高真空などの特殊環境がしばしば用いられる.これらの環境では通常のモータの利用が困難になることから,これに代わるモータが求められている.本研究では既存モータとは異なる原理で駆動される静電モータに着目し,特殊環境への適合性の評価,特殊環境用アクチュエータの考案などを行った.特に強磁場を用いる装置の代表例であるMRI周辺での応用に積極的に取り組み,バイオメカニクス分野への応用などを実現した.基礎科学実験の場においては,高温,強磁場,真空などの特殊環境がしばしば必要とされる.現在,広く利用されている電磁モータは,それら特殊環境において,利用が困難もしくは不可能となる場合が多い.本研究では,特殊環境で利用可能なアクチュエータとして静電モータに着目し,特殊環境下における性能評価・性能向上の研究を進めた.本年度は特に,交流駆動両電極形と呼ばれるフィルム形静電モータの強磁場中における動作特性評価を中心的課題として実施した.このモータは,数cm角のフィルムから構成され,数Nから数十N程度の推力が発生可能なモータである.モータが磁場から受ける影響,および,モータ動作が周辺磁場に及ぼす影響の2点を評価し,実際に,強磁場環境の一例であるMRI環境に持ち込んで,その性能評価を行った.解析的評価としてモータの電流分布モデルを構築し,移動子が外部磁場から受ける力,および,モータが発生する磁場を評価した.前者に関して,1T程度の磁場中においても,移動子が磁場から受ける力はモータ推力に比して無視できる大きさであることが確認できた.後者に関して,モータ動作時に発生する磁場は,30cm程度離れた位置においてnT以下であり,MRIなどの周囲で利用しても,計測用磁場に与える影響は軽微であることが確認できた.実験的評価として,静磁場強度1.5TのMRI環境にて動作試験を行った.推力評価の結果,通常時と同様の推力を発生できることを確認した.MRI撮像を行いながら,モータを動作させたところ,計測用コイルから数十cm程度離してモータを動作させれば,MRI画像のSN比低下は無視できるレベルであることが確認できた.基礎科学実験や先端的な生産・医療等においては,高温,強磁場,真空などの特殊環境がしばしば必要とされるが,一般のモータは,それら特殊環境において利用が困難な場合が多い.そこで本研究では,静電アクチュエータに着目し,特殊環境下における性能評価・性能向上の研究を進めている.昨年度までに,MRI中でフィルム形静電モータの評価を行い,静電モータがMRIの強磁場中でも安全かつ安定に動作でき,また,撮像にも大きな障害を与えないことを確認してきた.本年度は,その成果をベースとして,脳科学ならびに生体力学研究への応用をめざした研究を実施した.脳科学分野では,MRI中で被験者に運動をさせ,そのときの脳活動をはかることで随意運動に関わる脳機能を解明しようとする試みが行われており,その実験において,MRI対応の力覚提示装置が必要とされている.しかし,これまでに十分な性能を有する力覚提示装置は実現されていない.そこで,静電モータを用いて力覚提示装置を試作し,その性能を検証した.また,生体力学への応用として,MRI中で豚の肝臓を静電モータにより変形させ,その変形の様子を動画像として取得することに成功した.極低温場への応用として,液体窒素中において細胞培養液などの凍結液滴を静電気力で搬送することを試みた.静電気力を用いたデバイスは液体窒素中で安定に動作でき,液滴の搬送・位置決めが可能であることが確認できた.今後,細胞工学分野への応用を検討していく.特殊環境への適用をめざして新しいアクチュエータの開発を進めた.特殊環境では,使用できる材料や構造に制約があるため,それらの制約をなるべく受けないシンプルな構造の静電インパクト駆動アクチュエータを新たに考案し,その動作を検証した.基礎科学実験や先端的な生産・医療等においては,高温,強磁場,真空などの特殊環境がしばしば必要とされるが,一般のモータは,それら特殊環境において利用が困難な場合が多い.そこで本研究では,静電アクチュエータに着目し,特殊環境下における性能評価・性能向上の研究を進めている.本研究初期段階での検討において,強磁場を利用するMRI装置周辺におけるアクチュエーションへの要求が高いことを確認したことから,本研究課題では,MRI周辺での静電アクチュエータの応用を主要課題の一つとして実施している.昨年度,MRIを用いた生体力学研究へ静電アクチュエータを応用することを提案したが,本年度は,昨年度の提案ならびに基礎実験結果にもとづき,人体をはじめとする生体試料の変形動作を計測するシステムを構築した.システム構築の一環として,シールド型歪みゲージを用いたMRI対応力センサを開発し,これを静電アクチュエータと組み合わせることで,人体などの生体試料が外力に対してどのように変形するかを動画像として観察することに成功した.また,昨年度に引き続き,将来的な特殊環境への適用をめざした新しいアクチュエータの開発を進めた.