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イギリス産業革命前夜の工芸と産業:工芸振興協会による染色業振興策

これまでのイギリス産業革命研究は、綿工業の発展を中心として膨大な成果を蓄積してきたにもかかわらず、繊維製品の仕上げに関わる染色業については現在でも研究がきわめて少ない。本研究ではこの研究上の空白を埋めるべく、1754年にロンドンで設立された民間の産業振興団体「工芸振興協会」の懸賞活動に注目して、この団体の染色業振興策を検討した。工芸振興協会は最盛期には2000名以上の会員を擁するなど、大きな社会的影響力をもつ団体であった。この団体は、設立当初から染色業の振興に関わる活動に力を注いできたが、その振興策は、染色法の改良にとどまらず、各種の染色原料の調達、染色にかかわる工芸職人の人材育成までも含み、染色業全体に及ぶものであった。この振興策の背後にあるのは、美術・工芸家たちのイギリス産業に対する強い危機感であった。本研究ではさらに、協会がかなりの精力を傾けてきた二つの染色業振興策の結果についても検討した。この二つとは、多額の資金を投入して行った「アカネ栽培」の普及、および工芸職人の人材育成をめざした「少年・少女の図画」コンクールである。いずれも、協会の目論見とは異なる結果を招いたが、前者からは農業改良に、後者からはイギリス美術界に寄与する人々を数多く生み出し、イギリスの産業に貢献した。本研究の結果、工芸と産業振興との強い結びつきが示唆され、これからの産業革命研究へ向けての新しい手がかりが得られた。1754年にロンドンで設立された工芸振興協会は、イングランドでの産業振興をめざして、農業、植民地貿易、製造業、化学、美術工芸などにかかわる様々な事項・物品に懸賞金を交付する活動を行ったが、なかでも染色業への振興は設立当初から重視されていた。振興策は大別すると、第一に原材料の調達法を改善し、第二に織物の絵柄を担当する若手工芸職人を養成することであった。本年度の研究が対象とするのは、前者についてである。第一の点に関しても様々な事項が懸賞項目になったが、初期の20年間にわたって一貫して続けられ、最も多額の資金が投じられたのは、赤色染料の原料となるアカネの栽培を国内で振興することであった。当時使われていたアカネのほとんどはオランダから輸入されており、その状況を改善することが目指されたのである。そのために、協会は会員の貴族や庶民院議員の協力を得て、「アカネ栽培振興法」を議会で通過させた。この法と協会の懸賞金により、一時的ではあるが、確かに成果が見られた。アカネはイングランドでも生産されるようになり、国内での生産量は増大した。しかし、それは長続きしなかった。アカネ栽培はイングランドでも可能であったにもかかわらず、結局これが根づかなかったのは、栽培以外の点に問題があった。アカネを染料にするために不可欠な乾燥施設の建設にコストがかかりすぎたのである。言い換えると、インフラストラクチャの整備がなされないまま、栽培だけが重視されたのである。工芸振興協会(1754年にロンドンで設立)は、イングランドでの産業振興をめざして、工芸、製造業、化学、農業などの分野での発明・物品などに懸賞金を交付する活動を行い、設立当初から染色業振興を重視してきた。この方面での振興についても機つかの方策が試みられたが、本研究が対象としたのは、産業に直接たずさわる若手工芸職人の育成をめざして設立以降一貫して行われた「少年・少女絵画コンクール」についてである。この活動の成果を明らかにするために、本研究では初期10年間の受賞者百数十名について、ロンドンでの史料収集を含めて経歴調査を行った。結果の概要は次の通りである。(1)受賞前の経歴について特徴的な点は、受賞者の多数が家族や親方のもとですでに絵画の技法を身につけていたことである。とりわけ、最初期の受賞者のなかには、協会の設立提案者で、画家のウィリアム・シップリの絵画学校の生徒が多数含まれていた。したがって、コンクールは「埋もれた原石」を発見する場というよりも、美術家を目指す者たちにとっての「登竜門」として機能した。

(2)受賞後については、当時設立された美術団体の会員になったり、これらの団体が主催する展覧会で作品を発表する者が多かった。しかし、たとえばキャリコ捺染業に従事したものは、ごく少数に止まっていた。結局、協会の目論見どうりに事は運ばなかったわけだが、英国美術の担い手を多数輩出した点で、このコンクールの果たした役割は大きかったと言える。本研究では1754年にロンドンで設立された工芸振興協会を対象として、この団体の染色業振興策と、その活動の中核に位置した2つの項目について活動結果を明らかにした。染色業に注目したのは、これまでの産業革命研究やイギリス史研究では、綿工業の発展を主眼としてきたにもかかわらず、その仕上げ部門である染色業に十分な関心を払ってこなかったからである。工芸振興協会は最盛期には2000名以上の会員を擁したことに表れているように当時のイギリスでは最大級の団体であり、農業改良家のA.ヤング、画家のホガース、文人のジョンソンなどが活動したことでも知られ、一言でいえば大きな社会的影響力をもつ団体であった。この団体は、設立当初から染色業の振興に関わる活動に力を注いできたが、その振興策は、染色法の改良にとどまらず、各種の染色原料の調達、染色にかかわる工芸職人の人材育成までも含み、染色業全体に及ぶものであった。この振興策の背後にあるのは、美術・工芸家たちのイギリス産業に対する強い危機感であった。協会が染色業振興策の一環として多額の資金を投入して行った「アカネ栽培」の普及、および工芸職人の人材育成をめざした「少年・少女の図画」コンクールはいずれも、協会の目論見とは異なる結果を招いたが、前者からは農業改良に、後者からはイギリス美術界に寄与する人々を生み出した点が注目される。本研究の結果、工芸と産業振興との強い結びつきが明らかになった。
深層ネットからのルール抽出に基づく手首筋電による革新的インタフェースの基盤構築

平成30年度は,ジャンケン動作を対象として手首EMG(筋肉電位)を用いた動作識別と個人認証の同時実現を行った.その際,EMG信号にかなりのノイズが重畳していることが判明した.その特性を調べてEMG時系列信号全体に複数種類のノイズが載っていることが判明したため,ドリフトノイズ,アウトライヤー等の除去を行った.ノイズ除去後に個人認証での精度を確認すると数%程度の改善効果があることが判った.次に,個人認証とクラス分類の同時実現を目指した研究を実施した.その際,両方の学習には別々の教師データを用意し,深層学習のフル結合ネットワーク(出力部分)を二つに分けて学習を行った.畳み込み層は共用とした.2種類の学習を同時に一つのネットワークで行うことにより,見かけ上は学習が困難になるが,実際には教師データを複数種類使用することができ,結果的には,精度が改善できた.今後,さらに良い学習サンプルを増やす仕組みを検討する必要がある.深層学習ネットからのルール抽出に関してであるが,対象とする深層ネットはたたみ込み層とプーリング層を有するニューラルネットワークである.そのため,たたみ込み層等があると,明確な形式での数式表現が困難であることが明確になった.解決方法を検討中であるが,入力から出力層への直接的なルール表現ではなく,一度,中間層付近でのデータ分布に置き換えることを検討中である.ルール表現としては,入力層ー中間層付近のデータ分布,中間層付近のデータ分布ーフル結合層でのIf-thenルールの形式でのルール表現を目指す予定である.深層学習を用いて手首EMG(筋電)を用いたジャンケン識別と個人認証を行う研究は順調に進んだ.しかし,深層学習からのルール抽出がIf-then形式での単純な形式では難しいことが判った.これは,畳み込み層でのプーリング機構等の複雑なネットワーク,および深層ネットワークを徹底的に学習するための良い学習データ数が少ない点等が原因である.そのため,これまでとは異なったルール抽出の方法を検討中である.畳み込み層の複雑な構造から数式とIf-thenルールを用いた直接的なルール表現は難しいため,別のルール抽出方法を検討中である.例えば,入力から出力層への直接的な数式等に基づくルール表現ではなく,一度,中間層付近でのデータ分布に置き換えることを検討中である.ルール表現としては,入力層ー中間層付近(畳み込み層の最後の層を想定)のデータ分布,中間層付近のデータ分布ーフル結合層でのIf-thenルールの形式でのルール表現を目指す予定である.また,ルール表現のためにも良い学習サンプルを大幅に増やす方法の開発が重要である.今後,この方法を早急に開発する予定である.平成28年度は,手首で計測されたEMG(筋肉電位)を対象に深層学習ニューラルネットワークを用いて学習を行い,ジャンケン認識とジャンケン動作による個人認証を高精度に行えるか否かの検証を行った.ジャンケン認識では,ニュートラル動作(何もしない状態)を含めて4動作の識別を行った.EMG信号は7名の被験者から計測し,学習には6名の被験者データを用いて行い,認識は学習に使用していない被験者データを対象として評価した.従来の研究では,学習に用いない被験者データに対しては精度がかなり悪化しており,これが従来研究の問題点として長い間の課題であった.本研究では,データの正規化と学習データの人工的増加法を工夫し,さらに深層学習ネットの構造を工夫することにより,深層学習により従来の認識精度を大幅に上回る認識精度92.2%(平均値)を達成できた.特に,10層の深層学習ネットで学習を行い,学習後に出力層をサポートベクターマシンに置き換えることにより高精度を達成している.この成果は,深層学習により大量のデータを学習することで個人性特徴のバラツキを吸収できたことで達成できたと考えられる.次に,手首EMGを用いた個人認証では,ジャンケン動作の"パー"動作を対象として学習と評価を行った.8名の手首EMGデータを計測し,7層の深層学習ネットを用いてクロスバリデーション評価を行った.その結果,2クラス分類(1対多個人認証)で約95%,8クラス分類で約70%の精度を得た.比較のために,3層ニューラルネットでも学習評価を行ったが,2クラス分類で6%,8クラス分類では約29%,精度が低下した.以上より,深層学習により,手首EMGの個人認証でも比較的に高精度を達成できた.これらの成果は,2016年11月に開催されたICAT国際会議(ローマ開催)で英語発表している.平成28年度は,手首で計測されたEMG(筋肉電位)を対象に深層学習ニューラルネットワークを用いて学習を行い,ジャンケン認識とジャンケン動作による個人認証を高精度に行えるか否かの検証を行った.その結果,深層学習を活用することにより手首EMGに含まれる個人性を解消させてジャンケン認識を対象としたクラス分類が高精度に行えることを確認した.この場合,学習に用いていない被験者のEMGデータに対しても高精度の認識が行えることが判明した点は格段に大きな進展である.また,個人性に特化した個人認証でも,深層学習を用いることで高精度に行えることを確認できた.このように,従来は困難とされていた学習に用いていない被験者データを高精度に学習でき,かつ個人性に特化した個人認証も高精度に行えることが判明した.

現在は,手首EMGによりジャンケン動作の認識と個人認証を同時に学習させることを検討している.また,その後に,深層学習ネットから,ルール表現を抽出するためには,どのようなネットワーク構造が妥当か,どのようなルール表現が抽出可能であるのか,などを検討する予定である.平成29年度は,ジャンケン動作を対象として手首EMG(筋肉電位)を用いた動作識別と個人認証の同時実現を行う予定であった.しかし,EMG信号にかなりのノイズが重畳していることが判明し,まずはその特性を調べることにした.その結果,EMG時系列信号全体に低周波のドリフトノイズが載っていることが判明した.そこで,低周波成分の周波数を調べ,その成分を除去することにした.その結果,ほぼドリフトノイズの除去を行うことができた.ノイズ除去後に個人認証での精度を確認すると数%程度の改善効果があることが判った.今後は,ノイズ重畳の状況を精査しながら精度改善を行う予定である.また,個人認証とクラス分類の同時実現を目指す予定である.さらに,学習サンプル数はまだ少ない状況であり,サンプル数を増加させるために乱数を用いたデータ数の増量を行ってきた.しかし,乱数を用いたデータ数増量は,精度改善に限界があることも判ってきた.これは,増加させたサンプルが必ずしも学習の改善に役立っていないためと思われる.今後は,増加させた学習サンプルでの精度改善効果を検証する必要がある.次に,深層学習ネットからのルール抽出に関してであるが,対象とする深層ネットはたたみ込み層を有するニューラルネットワークである.そのため,たたみ込み層があると,明確な形式での数式表現が困難であることが判ってきた.解決方法を検討中であるが,入力から出力層への直接的なルール表現ではなく,一度,中間層付近でのデータの分布に置き換えることを現在,検討中である.平成29年度に深層学習ニューラルネットワークを用いて手首EMGによる個人認証とクラス分類の同時実現を予定していたが,EMGデータに想定外のノイズが重畳していることが判ったため,先にその対処に取り組んだ.そのため,そのノイズの特性を評価し,除去する方法を検討した.そしてノイズの特性を調べ,効果的にノイズ除去方法を開発することはできたが,個人認証とクラス分類の同時実現はまだ実施できていない.今後,早急に進める予定である.また,学習サンプル数の増加方法を従来から検討しているが,乱数に基づく増加方法は,真に有効性を発揮できているか否かの検討が不十分であることが判った.この解決方法を先に検討していたこともあり,個人認証とクラス分類の同時実現がまだ実施できていなかった.次に,ルール抽出に関してであるが,当初の予定通りに数式によるルール表現の可能性を検討したが,深層ネットのたたみ込み層により,その数式化が難しいことが判明した.そのため,現時点でルール化のめどは立っておらず,この点は遅れている.平成30年度は,ジャンケン動作を対象として手首EMG(筋肉電位)を用いた動作識別と個人認証の同時実現を行った.その際,EMG信号にかなりのノイズが重畳していることが判明した.その特性を調べてEMG時系列信号全体に複数種類のノイズが載っていることが判明したため,ドリフトノイズ,アウトライヤー等の除去を行った.ノイズ除去後に個人認証での精度を確認すると数%程度の改善効果があることが判った.次に,個人認証とクラス分類の同時実現を目指した研究を実施した.
メカニカルストレスが心筋再生に及ぼす影響とその分子・細胞学的機序の解明

心臓がポンプ臓器であるが故に常に被るメカニカルストレスが心筋再生に悪影響を及ぼすと仮説を立て、検証を行った。マウス心筋梗塞作製後に梗塞心を摘出し、別マウスの腹腔内に異所性心移植を行い、メカニカルストレス軽減モデルを作製した。対照群と比較して、壁厚が保たれ、梗塞面積も縮小していた。また、細胞増殖の増加やアポトーシスの減少、障害心筋内への幹細胞集積が認められた。以上から、メカニカルストレス軽減が心筋再生を促すことが示された。最新の研究成果から、心臓は肝臓や皮膚などの臓器と同様に自己再生修復機能を備えていると考えられる。しかし、心筋梗塞等によって心筋が傷害された心不全患者において、心筋の自己修復再生から心機能回復へ至る症例は一般的に存在しない。その原因の1つとして、心臓がポンプ臓器であるが故に常に被るメカニカルストレスが心筋再生に悪影響を及ぼすのではないかと推測した。本研究では、メカニカルストレスが心筋再生に与える影響について調べ、その分子・細胞学的機序を解明することを目的とする。本年度は主に実験動物モデルの作成を行い、一般的な組織学的解析により心筋の自己再生を評価した。10週齢C57BL/6マウスを用いて心筋梗塞モデルを作成し、60分後に以下の2群に分けた。移植群(unloading群);donorとして梗塞心を摘出し、それを別のマウスの腹腔内へ異所性に心移植を行った。梗塞心の冠血流は保たれたまま、メカニカルストレスがかからない状態で拍動する。対照群(loading群):心筋梗塞を作成後、Sham手術(開腹)のみを行う。梗塞心はメカニカルストレスがかかった状態で拍動する。心筋梗塞を作成後、3、7、14、28日目に梗塞心を摘出し、心筋障害の程度を定量評価した。心室重量はunloading群では徐々に減少していった。一方、loading群では14日目に一旦減少したが、28日目で再び増加した。さらに、組織学的解析の結果、unloading群ではloading群と比較して左室壁厚が保たれており、梗塞面積も減少していることがわかった。以上の結果から、メカニカルストレスを減らすことにより、心筋障害が軽減されることが示唆された。本年度は、前年度に摘出した梗塞心を用いて、メカニカルストレスが心筋の自己再生に及ぼす影響とその作用機序について検討した。対象は、次の2群である。10週齢C57BL/6マウスを用いて心筋梗塞モデルを作製し、60分後に以下の2群に分けた。対照群(loading群):心筋梗塞を作製後、Sham手術(開腹)のみを行った。梗塞作製後7日目の梗塞心においては、loading群と比較して、unloading群ではKi-67陽性細胞数が有意に多く、TUNEL陽性細胞数は有意に少なかった。また、unloading群の障害心筋内のc-kitあるいはSca-1陽性細胞数はloading群よりも有意に多かった。以上の結果から、メカニカルストレスの軽減によって、細胞増殖が増加すると共に、アポトーシスが減少することがわかった。また、障害心筋内への幹細胞の集積が増大することが示された。メカニカルストレスの制御は、こうした作用機序を介して心筋の自己再生を促すことができると推察された。
時間分割中性子散乱測定による磁気相転移の実時間追跡

先の研究では乱れのない系での磁気相転移の進行過程(磁気構造の時間変化)を直接観測した。本研究ではこれらの長時間変化のメカニズムや発現条件を時間分割中性子散乱測定によって解明した。まず長時間変化を示す物質に故意に乱れを導入した試料においても元の試料と同じ時間変化が観測されることを示し、長時間変化が物質固有の性質であることを証明した。次に磁気構造変化が「核生成・成長型」の進行過程を経る事を示した。ある混晶系の相転移では長時間変化と(早過ぎて実時間観測不能な)通常の変化が共存し、その比率が組成によって連続的に入れ替わる事が確認された。これは長時間変化の起源を探る重要な手がかりになると考えられる。本研究代表者は逐次磁気相転移を示す磁性体CeIr3Si2を低温相の温度領域に冷却すると、はじめ中間温度相の磁気構造が出現し、その後長時間に渡って低温相の磁気構造に変化する現象を発見した。これは規則構造をもつ3次元磁性体で初めて観測された現象である。本研究課題では(1)磁気構造の長時間変化が試料の不完全さに起因する不規則性によるものではないことを実証する。(2)磁気構造の長時間変化の多様性の探求。などを目的として研究を開始した。このうち(1)については実験・解析が終了し、本年度論文として公表した。(2)については種々の試料を作成し、磁化・比熱などの巨視的測定と中性子散乱実験を継続して行なっている。本年度はCeIr3Si2の磁気構造変化のメカニズム解明を目指して米国オークリッジ国立研究所において中性子散乱実験を行なった。以前の実験では検出困難であった変化の初期におけるブラッグ反射の幅の時間変化を測定する事に成功した。これによって磁気構造変化が核生成・成長型の変化であることが確定した。実測とシミュレーションの比較から核生成と成長それぞれの時間発展の関数型と時定数を求めるこたができた。本研究代表者は逐次磁気相転移を示す磁性体であるCeIr3Si2を低温相の温度領域に冷却すると、はじめ中間温度相の磁気構造が出現し、その後数十時間に渡って低温相の磁気構造に変化する現象を発見した。この研究の展開として24年度は(1)磁気構造の長時間変化が試料の不完全さに起因する不規則性によるものではないことを実証する。(3)パルス中性子散乱実験による時間変化測定の技術開発と短時間領域測定の実行。を目的として研究を開始した。それぞれの項目についての成果は以下の通りである。(1)については故意に乱れを導入した試料(Ce0.98La0.02)Ir3Si2を作成し巨視的測定と中性子散乱測定を行ない、観測された変化の特性時間とその温度依存性が規則系であるCeIr3Si2で観測された値と大きくは異ならないことを確認した。中性子散乱測定はフランス、米国の研究施設で行なった。これにより当初の目的は達成された。(2)については希土類金属間化合物試料を作成し、磁化、比熱などの巨視的測定により磁気構造の時間変化を示す物質を探索した。国内の研究用原子炉が停止しているため中性子散乱測定を実施することは出来なかった。(3)J-PARCの装置を利用してCa3Co2O6を試料として初めて時間分割中性子散乱実験を行なった。パルス実験装置の性能を具体的に把握することができたが、実験時間の制限のため成果は限定的であり本格的実験は25年度以降となる。以上のように目的(1)については海外の施設の協力により予定通りの成果が得られたが、国内の研究用原子炉の運転停止の影響で(2)については目的を完全には達成できなかったことが悔やまれる。この研究の展開として本課題では(1)磁気構造の長時間変化が試料の不完全さに起因する不規則性によるものではないことを実証する。(1)については故意に乱れを導入した試料(Ce0.98La0.02)Ir3Si2を作成し巨視的測定と中性子散乱測定を行ない、観測された変化の特性時間とその温度依存性が規則系であるCeIr3Si2で観測された値と大きくは異ならないことを既に確認し、当初の目的を達成した。(2)については本年度は特に、Ce(Ir-Rh)3Si2系の磁気相図の決定を行い、異なる磁気相間での時間変化の有無やその進行の特徴の関係を解明することに集中した。巨視的測定から強磁性成分を持つ相と持たない相との転移においてのみ顕著な時間変化が存在することが示唆された。これを受けて中性子実験による確認を今年度前半に行なう予定である。(3)についてはJ-PARCの装置を利用してCa3Co2O6の中性子散乱実験を行なった。この問題へのパルス実験の可能性を把握することができた。

しかし、中性子の強度的な問題があり、本格的実験(特に磁場下での測定)は今後米国の施設(SNS)で行なう計画である。研究背景:本課題代表者は重い電子系物質CeIr3Si2の研究過程でその磁気構造が温度変化に対して特異な長時間変化を示す事を偶然発見した。これは規則構造をもつ3次元磁性体では常識に反する現象であり、競合する磁気相互作用の存在に起因する現象であると考えた。CeIr3Si2については2つの相での磁気構造を決定し、長時間変化の本質を明らかにした。また、物質探索を行ない、多くの希土類金属間化合物や3角格子磁性体Ca3Co2O6でも磁気構造の長時間変化があること、またその詳細には物質による差異があることを見いだした。これらの長時間変化が試料に含まれる不純物や欠陥などによる「乱れ」に起因するものでない事も確認した。本課題での研究実績:磁気構造の長時間変化の微視的メカニズム解明と長時間変化出現の必要条件を探索した。前者についてはCeIr3Si2の磁気相関長の時間変化から磁気構造変化の時間的・空間的進行を捉え、構造変化は遅い核生成速度に律速された「核生成-成長型」であることを明らかにし、核生成と成長の各々に対する変化の特性時間を決定した。磁気構造の長時間変化を示した物質はすべて逐次相転移と多段メタ磁性転移を持ち、競合する磁気相互作用が深く関係していることが推察される。しかし、他にも長時間変化出現には必要条件がある筈であり、これを探索した。CeIr3Si2と非常に似た磁気的性質を持つが長時間変化は示さない物質CeRh3Si2との混晶系を作り磁気相図と時間依存性を調べた。低温相での強磁性成分の有無と長時間変化の出現に強い相関を見つけた。更に磁気構造変化は通常の相転移部分(変化過程が早く観測できない)と長時間変化部分の2成分からなり、両者の比率が磁気相図上の相境界からの距離に依存して変化することが解った。先の研究では乱れのない系での磁気相転移の進行過程(磁気構造の時間変化)を直接観測した。本研究ではこれらの長時間変化のメカニズムや発現条件を時間分割中性子散乱測定によって解明した。まず長時間変化を示す物質に故意に乱れを導入した試料においても元の試料と同じ時間変化が観測されることを示し、長時間変化が物質固有の性質であることを証明した。次に磁気構造変化が「核生成・成長型」の進行過程を経る事を示した。ある混晶系の相転移では長時間変化と(早過ぎて実時間観測不能な)通常の変化が共存し、その比率が組成によって連続的に入れ替わる事が確認された。これは長時間変化の起源を探る重要な手がかりになると考えられる。目的(1)の磁気構造の長時間変化が試料の不完全さに起因する不規則性によるものではないことを実証する事項ついては既に完了し、論文や国際会議で発表した。目的(2)についてはCe(IrxRh1-x)3Si2系の磁気相図がほぼ完成した。この磁気相図と時間変化の有無の関係については巨視的実験はほぼ終了している。2015年6月にオークリッジ国立研究所において中性子散乱実験を行なうことが決定しており、この実験によってより明確に検証されることを期待している。目的(3)パルス中性子散乱実験については大強度パルス中性子源(オークリッジ研究所のSNS)において本年度中に磁場中での実験を実施することを予定している。
コウモリのシングルエミッションエコーによる物体形状知覚の研究

本研究は広指向性のFM超音波のエコーから,3次元空間にある任意物体形状という空間情報に変換する新しい計算論を作り,それを実験的に実証することにある.これまで手法では狭指向性のエコーによる到達時間情報を用いるため空間をスキャンする必要があったのに対し,本研究はワンショットのFM超音波で3次元空間にある物体を認識する方法である.物体形状を表す音響イメージは「反射強度分布」とよばれるインパルス応答で,全周波数領域にわたる振幅と位相のスペクトルから構成されている.しかし,コウモリの発射するFM超音波は20120kHzと限られており,しかも聴覚神経系の時間分解能では位相情報をこの周波数領域で得ることは出来ない.反射してきたエコーはエミッションと「反射強度分布」のたたみ込みであり,したがって「反射強度分布」はエコーとエミッションから求めなくてはならない逆問題となる.すなわち,20120kHzという限られた周波数帯の振幅スペクトル情報から,全周波数帯の振幅スペクトルと位相スペクトルを得る逆問題であり不良設定問題になる.物体の振幅スペクトルは物体形状と方向に依存し,位相スペクトルは物体形状と距離と方向に依存する.17年度はこの不良設定問題を解くために「最小位相条件」と「連続性条件」と言う拘束条件を導入し,部分から全体スペクトルを復元することに成功した.また物体の表面を検出方法として,エミッションが円形の振動体から発擬されることから空間の広がりがベッセル関数となることから,幾何光学的反射を用いて面への最短距離とその方向を検出することに成功した.18年度は,シングルエミッションエコーによる物体形状知覚アルゴリズムの実装検証に必要な基盤技術として、最適模擬外耳の開発及び最適模擬外耳を用いた物体定位システムを構築し、球物体からのエコー情報から物体定位が高精度で行えることを明らかにした.本研究は広指向性のFM超音波のエコーから,3次元空間にある任意物体形状という空間情報に変換する新しい計算論を作り,それを実験的に実証することにある.これまで手法では狭指向性のエコーによる到達時間情報を用いるため空間をスキャンする必要があったのに対し,本研究はワンショットのFM超音波で3次元空間にある物体を認識する方法である.物体形状を表す音響イメージは「反射強度分布」とよばれるインパルス応答で,全周波数領域にわたる振幅と位相のスペクトルから構成されている.しかし,コウモリの発射するFM超音波は20120kHzと限られており,しかも聴覚神経系の時間分解能では位相情報をこの周波数領域で得ることは出来ない.反射してきたエコーはエミッションと「反射強度分布」のたたみ込みであり,したがって「反射強度分布」はエコーとエミッションから求めなくてはならない逆問題となる.すなわち,20120kHzという限られた周波数帯の振幅スペクトル情報から,全周波数帯の振幅スペクトルと位相スペクトルを得る逆問題であり不良設定問題になる.物体の振幅スペクトルは物体形状と方向に依存し,位相スペクトルは物体形状と距離と方向に依存する.17年度はこの不良設定問題を解くために「最小位相条件」と「連続性条件」と言う拘束条件を導入し,部分から全体スペクトルを復元することに成功した.また物体の表面を検出方法として,エミッションが円形の振動体から発擬されることから空間の広がりがベッセル関数となることから,幾何光学的反射を用いて面への最短距離とその方向を検出することに成功した.18年度は,シングルエミッションエコーによる物体形状知覚アルゴリズムの実装検証に必要な基盤技術として、最適模擬外耳の開発及び最適模擬外耳を用いた物体定位システムを構築し、球物体からのエコー情報から物体定位が高精度で行えることを明らかにした.本研究は「コウモリのシングルエミッションエコーによる物体形状知覚の研究」であり,広指向性のFM超音波のエコーから,3次元空間にある任意物体形状という空間情報に変換する新しい計算論を作り,それを実験的に実証することにある.これまで超音波による外界探索の方法は狭指向性のエコーによる到達時間情報を用いているために,空間をスキャンする必要があったのに対し,本研究はワンショットのFM超音波で3次元空間にある物体を認識する方法である.物体の形状を表す音響イメージは「反射強度分布」とよばれるインパルス・レスポンスであり,それは全周波数領域にわたる振幅スペクトルと位相スペクトルから構成されている.しかし,コウモリの発射するFM超音波は20120kHzと限られており,しかも聴覚神経系の時間分解能では位相情報をこの周波数領域で得ることは出来ない.反射してきたエコーはエミッションと「反射強度分布」のたたみ込みであり,したがって「反射強度分布」はエコーとエミッションから求めなくてはならない逆問題となる.すなわち,20120kHzという限られた周波数帯の振幅スペクトル情報から,全周波数帯の振幅スペクトルと位相スペクトルを得る逆問題であり,これは通常不良設定問題になる.物体の振幅スペクトルは物体形状と方向に依存し,位相スペクトルは物体形状と距離と方向に依存する.本年度はこの不良設定問題を解くために「最小位相条件」と「連続性条件」と言う拘束条件を導入することで,部分から全体スペクトルを復元することに成功した.また物体の表面を検出方法として,エミッションが円形の振動体から発振されることから空間の広がりがベッセル関数となることから,幾何光学的反射を用いて面への最短距離とその方向を検出することに成功した.本研究は「コウモリのシングルエミッションエコーによる物体形状知覚の研究」であり,広指向性のFM超音波のエコーから,3次元空間にある任意物体形状という空間情報に変換する新しい計算論を作り,それを実験的に実証することにある.

これまで超音波による外界探索の方法は狭指向性のエコーによる到達時間情報を用いているために,空間をスキャンする必要があったのに対し,本研究はワンショットのFM超音波で3次元空間にある物体を認識する方法である.物体の形状を表す音響イメージは「反射強度分布」とよばれるインパルス・レスポンスであり,それは全周波数領域にわたる振幅スペクトルと位相スペクトルから構成されている.しかし,コウモリの発射するFM超音波は20120kHzと限られており,しかも聴覚神経系の時間分解能では位相情報をこの周波数領域で得ることは出来ない.反射してきたエコーはエミッションと「反射強度分布」のたたみ込みであり,したがって「反射強度分布」はエコーとエミッションから求めなくてはならない逆問題となる.すなわち,20120kHzという限られた周波数帯の振幅スペクトル情報から,全周波数帯の振幅スペクトルと位相スペクトルを得る逆問題であり,これは通常不良設定問題になる.物体の振幅スペクトルは物体形状と方向に依存し,位相スペクトルは物体形状と距離と方向に依存する.本年度は、17年度に明らかにしたシングルエミッションエコーによる物体形状知覚アルゴリズムの実装検証に必要な基盤技術として、最適模擬外耳の開発及び最適模擬外耳を用いた物体定位システムを構築し、球物体からのエコー情報から物体定位が高精度で行えることを明らかにした.
iPS細胞より作成した人工胎盤の生体内機能解析

胎盤機能が妊娠中期に不全状態に陥ると、児は神経学的障害や発達障害を合併する頻度が高くなる。現在は可能な限り在胎期間を延長する待機療法が主流だが、予後不良な症例も未だ多数存在している。本研究では胎盤機能不全に対する胎盤機能再生医療を実臨床へ展開するための治験を得ることを目的とする。その概要はヒトiPS細胞由来の絨毛様細胞を用いた立体的な胎盤の器官芽を作成し、1)作成した胎盤器官芽を超免疫不全マウスの子宮や胎盤へ安定して移植できる手技を確立し、2)その生着および胎盤機能の検証を行い、さらに3)胎盤機能不全モデルマウスを用いて人工胎盤移植により胎盤機能が再生することを明らかにすることである。
無定位回転型振り子を使った広帯域・高感度サーボ型地震計の高性能化に関する研究

本研究は,次世代地震学のために,気温や気圧変化に依存しにくいサブナノメータの位置検出技術を開発し,安定に10^<-9>g以下の加速度測定を0.03Hzから100Hzで実現するための地動計の開発である.以下に成果を示す.1.検出ノイズを減らすために,地震計用の高安定(10^<-6>以下)・低ノイズ(-130dBV以下,1Hz以上)DC電源を開発した.2.永久磁石による錘の磁気浮上を使用した無定位回転型振り子を使い,可搬型実用モデル地動計を3台製作して動作を確認した.地動計は,a.振り子の錘に働く気圧の影響の補正機能(補正用の浮き),b.気圧影響除去用の隔絶容器,c.容器壁を介して錘の重心位置を動作させる機構,d.容器から振り子の変位信号を取り出す端子e.振り子の位置制御を行うフィードバックコイルに電流を導入する端子を装備している.3.隔絶容器はないが1の電源を装備した本地動計が,1Hz以上の周波数ではSTS-IIと同等以下(10^<-10>(m/s)/Sqrt(Hz))のノイズレベルであることを確認した.4.地下トンネルでの観測を考慮して光ファイバー入出力のスケールを開発した.光ファイバーによるスケールへの半導体レーザー光の導入,フォトダイオードへの光導出を採用した.このことで,センサー本体が設置してある湿気のあるトンネルやボアホールから半導体レーザーなどの回路を1km以上離して,環境の良い場所に置けるようになる.また,半導体デバイスなどの熱源をレーザースケールから離すことができ,温度変化によるスケールの伸び縮みを軽減でき,0.1Hz以下のノイズ低減に目処をつけた.5.2の開発した地震計を使い,予備的な地球背景地動の観測をSpring-8のサイトで行った.ほぼCMGと同等の測定結果であった.0.1Hz以下の長周期側のノイズレベルは,CMGより数倍上で10^<-7>m/s程度であった.本研究は,次世代地震学のために,気温や気圧変化に依存しにくいサブナノメータの位置検出技術を開発し,安定に10^<-9>g以下の加速度測定を0.03Hzから100Hzで実現するための地動計の開発である.以下に成果を示す.1.検出ノイズを減らすために,地震計用の高安定(10^<-6>以下)・低ノイズ(-130dBV以下,1Hz以上)DC電源を開発した.2.永久磁石による錘の磁気浮上を使用した無定位回転型振り子を使い,可搬型実用モデル地動計を3台製作して動作を確認した.地動計は,a.振り子の錘に働く気圧の影響の補正機能(補正用の浮き),b.気圧影響除去用の隔絶容器,c.容器壁を介して錘の重心位置を動作させる機構,d.容器から振り子の変位信号を取り出す端子e.振り子の位置制御を行うフィードバックコイルに電流を導入する端子を装備している.3.隔絶容器はないが1の電源を装備した本地動計が,1Hz以上の周波数ではSTS-IIと同等以下(10^<-10>(m/s)/Sqrt(Hz))のノイズレベルであることを確認した.4.地下トンネルでの観測を考慮して光ファイバー入出力のスケールを開発した.光ファイバーによるスケールへの半導体レーザー光の導入,フォトダイオードへの光導出を採用した.このことで,センサー本体が設置してある湿気のあるトンネルやボアホールから半導体レーザーなどの回路を1km以上離して,環境の良い場所に置けるようになる.また,半導体デバイスなどの熱源をレーザースケールから離すことができ,温度変化によるスケールの伸び縮みを軽減でき,0.1Hz以下のノイズ低減に目処をつけた.5.2の開発した地震計を使い,予備的な地球背景地動の観測をSpring-8のサイトで行った.ほぼCMGと同等の測定結果であった.0.1Hz以下の長周期側のノイズレベルは,CMGより数倍上で10^<-7>m/s程度であった.現代地震学の発展は,STS-Iなどの新たに開発された地震計を擁した地震観測ネットワークに支えられてきた.さらなる地震学の発展には,より高性能な地震計の開発が重要である.STS-Iを越える地震計を実現するために,この研究以前に新しい原理の無定位回転型振り子を使ったサーボ型地震計を開発した.この研究では,開発した地震計を世界最高レベルにするための機器の開発を行なっている.平成15年度は以下のことを行った.1)開発した地震計による観測では,10秒以上で気圧変化の影響が確認できた.それを除去し長周期ノイズを低減するために,圧力容器とそれに地震計を挿入する方法を開発した.この圧力容器が内臓できるパーマロイの3重防磁ケースも開発・製作した.この容器は,内部の振り子の固定や錘の重心位置の調整を容器の外部から行うことができ,そのための真空直線導入端子や回転導入端子を備えている.2)圧力容器を採用した場合,現状で使用している静電容量型の変位センサが使用できなくなる.このために真空対応型のセンサを開発しつつある.センサ本体は基本設計が終了し,回路の開発は終了した.近日中に試験予定である.

3)ラコステ重力計に採用されている,気圧変化に比例した浮力変化による振り子への影響を除去するための浮きと同じ原理の装置を,本地震計に取り付けた.今年度中に,観測により長周期ノイズの軽減効果を評価する予定である.4)1Hz以上の検出帯域でノイズを減らすために,地震計用の高安定(10^<-6>以下)・低ノイズ(-130dBV以下,1Hz以上)DC電源を開発した.5)STS地震計と,以上の終了した改良点を加えた地震計の比較観測を行い性能評価を行った.1Hz以上の周波数では,STSと同等以下(10^<-10>(m/s)/Sqrt(Hz))のノイズレベルを得た.本研究は,次世代地震学やナノテクノロジーのために,気温や気圧変化に依存しにくいサブナノメータの位置検出技術を開発し,安定に10^<-9>g以下の加速度測定を100秒から数十Hzで実現するための地動計の開発である.本年度は,以下の成果を得た.1.永久磁石による錘の磁気浮上を使用した無定位回転型振り子を使って,可搬型実機モデル地動計を3台製作して動作を確認した.地動計は,(1)振り子の錘に働く気圧の影響の補正機能(補正用の浮き),(2)気圧影響除去用の隔絶容器,(3)隔絶容器を介して錘の重心位置を動作させる機構,(4)容器から振り子の変位信号を取り出す工夫,(5)振り子の位置制御を行うフィードバックコイルに電流を導入する機構を装備している.2.気圧隔絶容器の無い回転型振り子サーボ型地動計とSTS-IIを使って,同時観測した.10秒から1秒位にある脈動の観測データを使い,両者の波形相関がほぼ1に近いことを解析から明らかにした.3.2のデータ解析で本地動計が,1Hz以上の周波数ではSTS-IIと同等以下(10^<-10>(m/s)/Sqrt(Hz))のノイズレベルであることを確認した.4.レーザースケール変位計の高度化として,地下トンネルでの観測を考慮して光ファイバー入出力のスケールを開発した.光ファイバーによるスケールへの半導体レーザー光の導入およびフォトダイオードへの光導出を採用した,レーザースケールの動作を確認した.このことで,センサー本体が設置してある湿気のあるトンネルやボアホールから半導体レーザーなどの回路を1km以上離して,環境の良い場所に置けるようになる.また,半導体デバイスなどの熱源をレーザースケールから離すことができ,温度変化によるスケールの伸び縮みを軽減でき,数秒以下の周波領域のノイズ低減に目処をつけた.
人工肛門萎縮腸管へのシンバイオティクス投与による腸管免疫賦活に関する臨床応用

人工肛門閉鎖術は、術後の感染性合併症発生率が消化器手術の中では比較的高く、全身性炎症反応症候群を併発する腸炎やbacterial translocationを疑う原因不明の敗血症が時に認められる。このような合併症の一因として、廃用性萎縮を来した双孔式人工肛門の肛門側腸管を、術後に便や腸液が通過する点に着目し、肛門側腸管の免疫担当細胞の減少及び形態学的萎縮の程度とこれらの合併症との関連について、本研究代表者はこれまで報告してきた。そこで、人工肛門閉鎖術前に、人工肛門から肛門側腸管へのシンバイオティクス(乳酸菌等)の直接投与による萎縮改善・免疫担当細胞賦活効果と、重篤な合併症発生率の低下を目指す。
アモルファス炭素膜の重水素終端による電子欠陥低減により拓かれる電子応用

重水素の持つ同位体効果を利用し,アモルファス炭素系膜の電子欠陥密度を重水素により低減することを試みた.通常のメタン及び重水素化メタンを用いてアモルファス炭素膜を合成し,電子欠陥密度を比較・評価した.この結果,全く同じ手法で作製した膜でその上,炭素のsp2/sp3比率が同等な構造の類似した膜においてもその電子欠陥密度に違いがあることが示された.重水素化膜の方が電子欠陥密度が10**18個/cm3と水素化膜に比べて約1桁低く、重水素によるアモルファス炭素系膜内の電子欠陥密度を低減できることを示した.アモルファス炭素膜の欠陥密度は本材料の電子デバイス分野への進出の大きな足かせとなっている。本研究は水素に対して質量が2倍の重水素が有する特徴である"炭素原子と重水素原子間の結合距離が水素終端より短いこと"及び"欠陥部位への到達確率の向上に有利な重水素分子の影響半径が小さいこと"を利用してアモルファス炭素系膜の欠陥密度を重水素による電子欠陥の終端という新技術の適用により抑制し,電子デバイスとしての応用を開拓することを目的として研究を行った。アモルファス炭素系膜の作製段階での同位体水素導入による電子欠陥の抑制を促すため通常の高純度メタン、重水素化メタン、13C同位体炭素メタンから高周波プラズマCVD法を用いてアモルファス炭素系膜を合成し、これらを比較した。H25年度の各アモルファス炭素膜の構造同定の結果を元に本年は膜への重水素および13Cの各同位体の導入による電子欠陥密度の変化を電子スピン共鳴(ESR)法を用いて評価したところ、全く同じ手法で作製したsp2/sp3比率がほぼ同じであるアモルファス炭素系膜においてもESRスペクトルに大きな違い見られた。標準資料を用いて電子欠陥密度を定量評価したところ、重水素化アモルファス炭素膜の方が水素化アモルファス炭素膜の欠陥密度、10**19個/cm3に比べて約1桁低減できることが示された。このことから導入された重水素はESRで測定される電子欠陥に対して終端能力が水素に比べて高いことが示された。このことから重水素を用いた欠陥低減技術がアモルファス炭素系膜の欠陥密度低減に効果があることが示された。重水素の持つ同位体効果を利用し,アモルファス炭素系膜の電子欠陥密度を重水素により低減することを試みた.通常のメタン及び重水素化メタンを用いてアモルファス炭素膜を合成し,電子欠陥密度を比較・評価した.この結果,全く同じ手法で作製した膜でその上,炭素のsp2/sp3比率が同等な構造の類似した膜においてもその電子欠陥密度に違いがあることが示された.重水素化膜の方が電子欠陥密度が10**18個/cm3と水素化膜に比べて約1桁低く、重水素によるアモルファス炭素系膜内の電子欠陥密度を低減できることを示した.アモルファス炭素系膜の作製段階での同位体水素の導入による電子欠陥の抑制を確認するためのアモルファス炭素系膜の作製を12CH、12CD、13CHの3種類のメタン系同位体原料から高周波プラズマ化学気層析出装置を用いて実施した。其々のガスより通常の水素化12Cアモルファス炭素膜を基準試料として作製し、重水素化アモルファス炭素膜及び13C化アモルファス炭素膜の作製を行った。まず、これら3種の膜を同一条件で作製して比較するためにこれら膜が得られる条件の確定を行った。作製した膜の構造をまず、評価した。膜のsp2とsp3結合炭素の比率を吸収端近傍X線吸収微細構造:NEXAFSによって、膜の水素もしくは重水素に対する炭素原子の比率をラザフォード後方散乱分析装置:RBS/弾性反跳検出分析装置:ERDA測定および膜厚の測定から評価した。本結果としてまず、sp2/sp3比および水素濃度を同程度に制御する事ができる事を示した。さらに、作製した膜の電子特性を可視紫外分光法により評価したところ、紫外域の吸収特性が3種類で異なり、重水素化および13C化により通常のアモルファス炭素系膜と事なる特性を有する事が示された。また、重水素化では膜内に導入される重水素量が水素化時と異なる事が示された。この結果は電子欠陥密度に差がある事が示唆するものであり本研究の主体である欠陥密度低減に大きな寄与がある事を同時に示す結果であった。これらの結果が早期に得られた事から25年度に予定していた素子作製を前倒しして開始し、アモルファス炭素系膜内に形成する不純物順位のエネルギーと光照射によるキャリア生成能を調査するための素子作製を実施し、電極形成条件を確定した.24年度に予定していた膜の作製条件の確定と欠陥密度や電子構造に同位体元素の添加が影響するかどうかといった基本的な要素は十分満たす結果を得る事が出来た。進捗が早く、結果を早期に得られたため、さらに24年度内に25年度に予定していた素子作製を前倒しして開始し、アモルファス炭素系膜内に形成する不純物順位のエネルギーと光照射によるキャリア生成能を調査するための素子作製を実施し、電極形成条件を確定するところまで先行している。電極形成技術を確立し、MIS素子を作製してその光起電力能および温度特性から電子構造を評価し、同位体が与える影響を精確に評価する。まず、Si上に重水素化アモルファス炭素系膜および水素化アモルファス13C炭素系膜を形成し、その上に電極を形成してMIS構造を構成する。

光を照射し,起電力量の波長依存性を十数Kから常温まで評価する。Siとアモルファス炭素膜の界面での電子障壁の状態を評価する。本評価は高インピーダンス検出系と温度制御冷却系より構成されるシステムで実施する。アモルファス炭素系膜の高インピーダンスに対応した測定系を本年度でまず構成する。このアモルファス炭素系膜の電子構造が既知であるSi基板と接合した素子の接合界面の電子障壁のキャリアの温度依存性と波長依存性からアモルファス炭素膜内に形成される不純物順位のエネルギーと量を明らかにする。キャリアの生成能が低い場合および真性半導体で無く、電子もしくは正孔濃度が高い極性半導体である場合にはドーピングによる極性制御とキャリア生成を行う。真性半導体のキャリア濃度調整が難しい場合には高濃度p型もしくはn型ドーピングを行い、3つの極性半導体技術の基礎を確立する。最終的に半導体素子として機能するかを実際にデバイスを作製して示す。今回は光起電力素子を試作し,光電変換を行うデバイスを試作する。先のn型, i型, p型のアモルファス炭素系半導体膜を積層し、光起電力素子を作製し、光起電力変換素子として働くことを示す。25年度は膜の電子構造を評価するために高インピーダンス検出系と温度制御冷却系より構成されるシステムを作製する必要がある。このため本年度で10K程度まで冷却可能な電子欠陥不純物準位測定システム温度制御冷却系を購入予定である。また、進捗速度が速いため昨年度より使用している同位体メタンの各ボンベおよび基板の購入、ドーパント用ガスを物品費で購入予定である。旅費として計上されている予算では2013秋の京都で開催される応用物理学会および新潟の長岡技大でのRBS/ERDA測定および兵庫県大で行われているNEXAFS測定を行うための旅費として予定している。その他では論文の投稿料と上記学会の参加費としての使用を予定でしている。24年度の未使用分に関してはERDA/RBSの測定が先方装置の故障により先送りされたためで旅費として使用予定である。
粘膜免疫における CCL28 の役割の解明

CCL28遺伝子欠損マウスでは、大腸粘膜でのIgA産生細胞の減少と分布異常、糞便中のIgA量の著明な減少、および個々のIgA産生細胞のIgA産生量の低下が見いだされ、CCL28は大腸粘膜でのIgA産生に重要な役割を担っていることが確認された。さらにCCL28遺伝子欠損マウスの糞便ではバシラス綱が相対的に増加していた。大腸でのIgA産生量の低下と細菌叢の変化と関連して、CCL28遺伝子欠損マウスではデキストラン硫酸誘発腸炎の増悪が見られ、それは抗菌薬投与で軽減された。Common Mucosal Immune System (CMIS)は、局所で誘導されたIgA産生細胞が全身の粘膜組織に分布して粘膜防御に形成するシステムである。このようなIgA産生細胞の再分布にはケモカイン系が密接に関与すると考えられる。CCケモカインの一種CCL28は全身の粘膜組織で強く発現し、またそのレセプターCCR10は特にIgA産生細胞で強く発現している。そのため、CCL28-CCR10系がCMISの基盤的ケモカイン系であろうと推測される。また、CCL28は粘膜組織にホーミングする好酸球に発現するCCR3にも作用する。さらに、CCL28は真菌や細菌に対して直接的な抗菌作用を示すことも示されている。このようにCCL28は全身の粘膜組織における生体防御において多面的かつ重要な役割をはたしていると考えられる。このような仮説のもとに本研究では粘膜免疫におけるCCL28の役割の総合的な解明を試みることとし、以下の実験をおこなった。まずCCL28遺伝子欠損(CCL28-KO)マウスの作製に成功した。つぎに粘膜組織でのIgA産生細胞や好酸球の分布や粘膜免疫応答を検討した。またデキストラン硫酸ナトリウム(DSS)により誘導される腸炎モデルでの検討を行った。さらに腸管ミクロビオーム解析を行った。これらの実験の結果、CCL28はIgA抗体産生細胞の腸管組織への遊走に関与し、またDSS誘発性大腸炎の発症に影響を与えることが見出された。またCCL28は粘膜組織にホーミングする好酸球に発現するCCR3にも作用する。さらにCCL28は真菌や細菌に対して直接的な抗菌作用を示すことも示されている。平成27年度にはCCL28-KOマウスの系統継続に成功した。そこで本マウスと野生型マウスとを用い、粘膜組織でのIgA産生細胞や好酸球の分布や粘膜免疫応答を検討した。さらにDSS誘発性大腸炎モデルを用いて病理学的解析を行った。腸管ミクロビオームの比較解析を行い、腸内細菌叢におけるCCL28の影響を評価した。以上の結果より、CCL28は腸内細菌叢およびIgA抗体産生細胞の腸管組織への遊走に関与し、またDSS誘発性大腸炎の発症を抑制することが示唆され、学会発表、論文報告準備等を進めることが出来た。研究達成度としてはおおむね順調と評価している。CCL28は広く粘膜組織で発現するCCケモカインの一種であり、CCR10を介して免疫グロブリンA (immunoglobulin A / IgA)産生細胞を遊走するとともに直接的な抗菌作用も示すことが報告されている。しかしながらCCL28の役割を生体で直接証明した研究はまだ報告されていない。そこで本研究では独自にCCL28遺伝子欠損マウスを作製し、その形質を解析した。その結果、CCL28遺伝子欠損マウスはspecific pathogen free (SPF)の条件下では正常な出産と発育を示した。ただしCCL28欠損マウスでは大腸でのIgA産生細胞の減少を分布異常が観察された。また糞便中の全および抗原特異的IgAの著明な減少が確認された。さらに大腸粘膜から分離されたIgA産生細胞は低いIgA産生量を示した。また糞便を用いた16SリボゾームRNAの網羅的配列解析からCCL28遺伝子欠損マウスではバシラス綱に属する細菌が相対的に増加していることが見いだされた。

そしてバシラス綱に属するセレウス菌と腸球菌に対するCCL28の強力な抗菌作用を確認した。さらにCCL28遺伝子欠損マウスではデキストラン硫酸ナトリウム(dextran sulfate sodium / DSS)誘発腸炎が増悪することが見いだされ、増悪したDSS腸炎は抗菌薬投与で抑制されることが見いだされた。以上の結果から、CCL28は大腸におけるIgA産生に関わり、また直接的な抗菌作用により、大腸の粘膜免疫で重要な役割を担っていることが示された。CCL28遺伝子欠損マウスでは、大腸粘膜でのIgA産生細胞の減少と分布異常、糞便中のIgA量の著明な減少、および個々のIgA産生細胞のIgA産生量の低下が見いだされ、CCL28は大腸粘膜でのIgA産生に重要な役割を担っていることが確認された。さらにCCL28遺伝子欠損マウスの糞便ではバシラス綱が相対的に増加していた。大腸でのIgA産生量の低下と細菌叢の変化と関連して、CCL28遺伝子欠損マウスではデキストラン硫酸誘発腸炎の増悪が見られ、それは抗菌薬投与で軽減された。平成26年度には以前より試みていたCCL28-KOマウスの樹立を確認した。そこで本マウスと野生型マウスとを用い、粘膜組織でのIgA産生細胞や好酸球の分布や粘膜免疫応答を検討した。さらにDSS誘発性大腸炎モデルを用いて病理学的解析を行った。腸管ミクロビオームの比較解析を行い、腸内細菌叢におけるCCL28の影響を評価した。以上の結果より、CCL28は腸内細菌叢およびIgA抗体産生細胞の腸管組織への遊走に関与し、またDSS誘発性大腸炎の発症を抑制することが示唆された。研究達成度としてはおおむね順調であると自己評価している。平成27年度までに行ってきた実験をさらに継続し、これまでに得られた結果の再確認と強化を行う。特にCCL28欠損によりDSS誘発大腸炎が増悪する機構を明らかにし、免疫系や腸内細菌叢との関係を示していく。またIgA産生細胞の分布を小腸と大腸で比較し、IgA産生細胞の全身的および局所的な供給機構の詳細を明らかする。また粘膜におけるCCL28の直接的な抗菌作用の役割についても、CCL28レスキュー実験等によりミクロビオームの変化などを観察し、詳細な解析を進めていく。論文報告も完了する予定である。免疫学平成26年度に行った実験をさらに継続し、これまでに得られた結果の再確認と強化を行いたい。特にCCL28欠損によりDSS誘発大腸炎が増悪する機構を明らかにし、免疫系や腸内細菌叢との関係を明らかにしたい。またIgA産生細胞の分布を小腸と大腸で比較し、IgA産生細胞の全身的および局所的な供給機構の詳細を明らかにしたい。さらに粘膜におけるCCL28の直接的な抗菌作用の役割につてもミクロビオームの変化などとの関係から解析を進めたい。CCL28-KOマウス作製は以前より試みていたが、本研究計画提出時には遺伝子改変の再設計が必要と考えていた。しかしその後の解析により、以前より作製を試みていたマウスはCCL28遺伝子欠損が確実であると判明し、その後も安定して系統維持できることが分かった。よってCCL28-KOマウスは樹立された判断された。このように、当初本マウス系統樹立に要すると考えていた費用の多くは解析用消耗品費としてのみ使用したため、かかる次年度使用額が生じた。