hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンクリートと鋼板との摩擦すべりを利用したRC造制震壁の復元力特性に関する研究

本研究では,鋼製骨組にPCaRC壁を組み込んだ部分架構の縮小模型試験体を用いた動的載荷実験を実施した。実験に供した試験体では,概ね正方形のPCaRC壁(厚さ50mm)を鋼製骨組の上下梁に取り付けた金物にPC鋼棒を用いて締め付け圧着接合した。壁板頭部の取付金物の圧着面では,大地震時の挙動を模擬した水平加力時に摩擦すべりの発生を許容する鋼一コンクリート摩擦すべり接合とした。一方,壁板脚部の接合は,大地震時に壁板に生じるせん断力と曲げモーメントに対して,すべりの発生を許容しない摩擦接合とした。実験条件として,PCaRC壁のコンクリート強度(2040N/^mm2),壁板頭部接合のすべり速度(静的加力:040mm/sec)を設定した。加えて,実験条件毎に壁板に伝達されるせん断力を壁板頭部接合の締め付け力を調整して,壁板脚部に曲げひび割れの発生を許容しないレベルから壁板のせん断破壊を生じさせるレベルまでの範囲に設定し実験を行った。本研究で設定した実験条件の範囲において,実験結果から以下の知見が得られた。(1)鋼一コンクリート摩擦すべり接合のすべり係数の大きさに対するすべり速度,およびコンクリート強度の影響は比較的小さい。また,そのすべり係数の大きさは著者が提案した既往の評価式により概ね評価出来ることを確認した。(2)PCaRC壁に平均せん断応力度0.4N/mm^2以上のせん断力が作用すると壁板脚部に曲げひび割れが発生した。また,その耐力は弾性FEM解析による計算値と概ね一致した。鉄骨骨組にPCaRC壁を組み込んだ部分架構の縮小模型試験体を用いた動的載荷実験を実施し,変位速度及びPCaRC壁のコンクリート強度が,当該制震壁の水平力-水平変位の関係に与える影響を確認した。実験に使用した試験体では,鉄骨骨組の上下梁に取り付けたファスナー金物を2枚のPCaRC壁でサンドイッチ状に挟みPC鋼棒で締め付け圧着した。なお,PCaRC壁の脚部接合部はすべりを生じさせない摩擦接合とし,頭部接合部はすべりを許容する摩擦すべり接合とした。加振は,鉄骨骨組の下梁を反力フレームに固定し,上梁に対して動的サーボアクチュエータにより水平方向強制変位を与えた。与えた強制変位の時刻歴は,正弦波として層間変形角R=1/400,1/200,1/100,1/50radに相当する振幅を順次与えた。また,PCaRC壁と鉄骨骨組の間にはクリアランスを設け,加振時にPCaRC壁と周辺骨組との接触を防止し,上下の接合部からのみPCaRC壁にせん断力が伝達されるように工夫した。実験変数として,強制変位正弦波の平均すべり速度,PCaRC壁のコンクリート強度を設定した。いずれの実験条件においても摩擦すべり接合部の伝達力を,締め付けに用いるPC鋼棒の初期導入ボルト張力を調整することにより壁板のせん断ひび割れ強度を下回るレベルとなるように設定した。実験結果より,平均すべり速度,壁板のコンクリート強度の違いに応じた当該制震壁のせん断復元力特性を明らかにすることができた。
大腸がん悪性化における上皮管腔組織秩序の破綻

大腸がん悪性化におけるMagExの役割を明らかにするため、遺伝子改変マウスを用いた個体レベルでの解析、マウス腸上皮から採取した細胞を用いたオルガノイド培養での解析、培養細胞を用いた分子機能解析、を行った。個体レベル解析では、既に開始しているApcΔ14/+MagExー/ー二重変異マウスの解析の他、DSS(デキストラン硫酸ナトリウム)投与による炎症誘発性の腸ポリープ形成の実験も行い、MagEx遺伝子欠損によるがん悪性化への効果について調べた。また、DSS投与への初期応答として起こる腸での炎症についてもMagEx遺伝子欠損の効果を調べた。オルガノイド培養解析では、ApcやMagExの単独および二重変異マウスから採取した腸上皮のクリプト部をマトリゲル中で三次元培養することで、オルガノイドを形成させた。形成されるオルガノイドは腸上皮を構成する各種細胞へ分化しながら上皮組織秩序を形成・維持できることが知られており、この培養系を用いて細胞の増殖・分化、また細胞の接着や極性など上皮組織としての秩序がMagEx遺伝子欠損によってどのように変化するか調べた。分子機能解析では、培養系の上皮細胞(MDCKやCaco-2など)を用いた細胞生物学的解析を行った。MagExの機能を抑制するPRLの過剰発現やMagEx自身のノックダウンを行い、培養上皮細胞の極性や形態、増殖性などにどのような違いが起こるか調べた。MagExはMg2+の輸送を担っていることを明らかにしているので、Mg2+プローブを用いた生細胞イメージングを行い、上皮の極性化やその破綻過程におけるMg2+動態についても調べた。またMDCK細胞などでは、コラーゲンゲル中で三次元培養することで立体的な上皮管腔組織を作ることも知られているので、この系で上皮組織構築にどのような影響が見られるかも調べた。年度途中で本研究を廃止することになったため、いずれの実験も途中段階にあり、科学的に明確な結論はまだ得られていない。26年度が最終年度であるため、記入しない。
発達障害児の家族を対象とした包括的エンパワメントプログラムの開発と評価

発達障がいと診断がなされた児の親54組にグループトリプルPを基盤とした介入プログラムを行い、6か月後までのアウトカムを縦断的に追跡した。またグループ介入プログラム終了後にfocus group interviewを行い、介入前後の家族全体の変化について参加者から語りを得、質的に分析した。その結果、定量的な評価としては親のペアレンティングや精神状態や子育てへの認識、児の問題行動、家族エンパワメントに長期的な改善効果が得られた。定性的な評価としては自身がグループ介入プログラム参加により知識や技術を習得したことで余裕を持って子育てに臨めるようになったことが主として語られた。本研究ではフォーマティブ・リサーチ(formative research)の手法を取り入れ、発達障害児と家族への家族エンパワメントプログラムを開発する研究である。本年度は、まず1年目ということで、大学病院や総合病院、療育センターの計4施設に通院する当該家族60組を対象に、フォーマティブ・リサーチを面接と質問紙調査により実施した。わが国の家族は大きな変容の時代を迎え、少子高齢化だけでなく、未婚率・離婚率の増加など、家族の構造的・機能的脆弱性が増す中で、障害児、特に、発達障害児を養育する家族の「子育て」に対する困難感や負担感は相対的に高まっており、“家族の内発的な力"、すなわち家族エンパワメントは低くなりつつある。親が心身症に陥るケースや子ども虐待に至るケースも少なくない。本研究では、当該家族の負担感や困難感を軽減させ、家族エンパワメントを促進する目的で、フォーマティブ・リサーチを基に、当該家族を「家族(内)」「サービスシステム」「コミュニティ」の3側面からエンパワメントするための包括的なプログラム開発とその評価を4年計画で行う。本年度はフォーマティブ・リサーチ(これはプログラムの対象となる当該家族の観察、面接、質問紙調査などを行い、対象の問題を抽出し、活用可能な資源やサービスを探索しつつ、問題の解決を図るための行動変容理論やモデルを適用しながら、介入プログラムの内容およびアプローチ法を練り上げる準備調査である)の手法を用い、発達障害児を養育する家族の生活実態の把握および必要な支援ニーズの検討を、「家族(内)」「サービスシステム」「コミュニティ」(家族エンパワメントの3本の柱)に焦点をあてておこなった。具体的には、発達障害児の主たる養育者77名、配偶者7名、きょうだい5名に質問紙およびインタビューによる調査を終え、その内容を量的・質的に集計・分析中である。発達障害児の主たる養育者77名、配偶者7名に質問紙およびインタビュー調査を終え、集計・分析中で、今後の家族介入の方策を見つけ出す準備は出来ているわが国の家族は大きな変容の時代を迎え、少子高齢化だけでなく、未婚率・離婚率の増加など、家族の構造的・機能的脆弱性が増す中で、障害児、特に、発達障害児を養育する家族の「子育て」に対する困難感や負担感は相対的に高まっており、“家族の内発的な力"、すなわち家族エンパワメントは低くなりつつある。本研究では、発達障害児を養育する家族の負担感や困難感を軽減させ、家族エンパワメントを促進することを目的とし、フォーマティブ・リサーチを基に、当該家族を「家族(内)」「サービスシステム」「コミュニティ」の3側面からエンパワメントする包括的な家族支援プログラムの開発とその評価を4年計画で行うものである。平成28年度までに親への子育てプログラムをフィールドワークとして実施しつつ、家族(発達障害児の母親・父親・きょうだい)へのインタビュー調査をおこない、「家族(内)」「サービスシステム」「コミュニティ」の3側面から家族をエンパワメントするための各エッセンスを抽出した。また平成28年度は、対象家族数を拡大し、プログラムに期待・要望する具体的なコンテンツや開催周期・時間帯についての調査を行ってきた。ここまでプログラムの開発(各家族員にどんな支援が必要かの検討も含む)に関するフォーマティブ・リサーチに、やや多くの時間を費やしてきているが、最終年度となる4年目には開発したプログラムの提示・試験的な施行・評価をおこなっていく。ここまで親への子育てプログラムをフィールドワークとして実施しつつ、包括的な家族エンパワメントプログラムの開発(各家族員にどんな支援が必要かの検討も含む)に関するフォーマティブ・リサーチに、計画よりやや多くの時間を費やしてきているため、「やや遅れている」と評価した。時間がオーバーした理由としては自身の第3子出産(平成28年5月16日出産)が主な理由で、産前産後休暇の取得等挙げられる。発達障害のある児の家族を対象に、児の属性、児の養育に関連したサービスの利用状況と利用継続の希望、新規サービスの利用ニーズ、家族の養育レジリエンスについてのアンケート調査を実施し、合計281家族より回答を得た。発達障害児の養育に関連したサービスの利用状況として、いずれのサービスも利用していない家族が最も多く、約4割を占めていた。利用しているサービスのうち、利用割合が最多だったのは児童デイサービスで、約3割が利用していた。利用時間で見ると、居住系サービスの時間が最長の結果となり、また、訪問系サービス以外の全サービスで、現在利用しているサービスを今後も継続利用していきたいという希望を持つ家族が約8割にのぼった。さらに、新規サービスについては、約8割が親向け子育てプログラムを希望していることがわかった。年代別におけるサービスの利用状況では、18歳以下で児童デイサービスの利用が最も多く、19歳以上で自立訓練サービスの利用が最も多かった。

サービス利用時間は、どの年代も「共同生活援助」「日中活動系」「居住系サービス」等が長い傾向にあり、共同生活援助や日中活動系サービスは、一回の利用時間が長い特徴があるため、これらのサービスの利用平均時間が上位になったと考えられる。児の養育上どのような新規サービスの利用ニーズを持っているかをたずねると、どの年代の家族も、就学・就職に向けてのサービスへの希望が最も多く、次いで親向けカウンセリング個別相談、子ども向けカウンセリング個別相談の順であった。発達障害児の就学・就職について家族は児の幼少期から不安や葛藤を抱えていることが報告されており、今回の調査結果からも就学・就職に向けての支援の拡充の必要性が伺えた。以上より、親向けの子育てプログラム(年代別)の中に就学・就職に向けての情報提供を包含し、当該児の親へ発信することが求められる。発達障がいと診断がなされた児の親54組にグループトリプルPを基盤とした介入プログラムを行い、6か月後までのアウトカムを縦断的に追跡した。またグループ介入プログラム終了後にfocus group interviewを行い、介入前後の家族全体の変化について参加者から語りを得、質的に分析した。その結果、定量的な評価としては親のペアレンティングや精神状態や子育てへの認識、児の問題行動、家族エンパワメントに長期的な改善効果が得られた。定性的な評価としては自身がグループ介入プログラム参加により知識や技術を習得したことで余裕を持って子育てに臨めるようになったことが主として語られた。計画書どおり、進行している。遅れは無い。家族介入の方策を見つけ出し、次年度以降、介入群と対照群にわけてRCTをおこない、介入の有効性を検証していく最終年度となる4年目には、フォーマティブリサーチで検討・開発した家族エンパワメントプログラムの提示とそのトライアル、そして評価をおこなっていく。小児・家族看護学2年目にフォーマティブ・リサーチの結果をまとめ、3年目にフォーマティブ・リサーチの結果に基づいて開発したプログラムの施行と修正、4年目に当該家族への外来でのプログラムの実践と評価をおこなう。これから行う介入研究の対象者リクルートとランダム化アロケーション等を今年度中に行う予定でいたが、それを遂行できなかった当初の計画より研究の進捗状況が遅れているため、繰越額が発生している。今年度中に行えなかった作業に使用する額に充てたい今後、開発中のプログラムの公開・周知およびプログラムの施行・評価により、使用する予定である。
積層構造における緑色発光とその応用に関する研究

層状化合物半導体CdInGaS_4は室温で強い赤色のフォトルミネッセンスを示すことから、発光材料として注目されている物質である。われわれはCd_3InGaS_8という新物質が、低温で極めて強い緑色のフォトルミネッセンスを示すことを見いだし、この新物質はCdSとCdInGaS_4とが積層した物質であることを明らかにした。われわれは、この強い緑色発光はCdSの発光ではあるが、CdInGaS_4が積層していることによって、エネルギーギャップの大きなCdInGaS_4側からCdS側へキャリアが注入されて発光が強められているとのモデルを提案した。本研究はこのモデルを実験的に検証することを目的としている。今回は、CdSをCd_<1-x>Zn_xS系に置き換えることによって、あるxの値でCd_<1-x>Zn_xS系の方がCdInGaS_4よりもエネルギーギャップが大きくなり、つまりギャップが逆転し、緑色発光が弱くなるとの想定の下に、実験を行った。比較のためにガラス上に同じ条件でつけた試料も作成した。CdInGaS_4上につけたものでは、x=0では強い緑色発光を示すが、xの増加と共に緑色発光は同時に現れる赤色の発光に比して弱くなる。ところが、ガラス上につけたものではx=0では緑色よりも赤色の発光の方が強く、xを増やしても緑色と赤色の比はあまり変わらない。緑色と赤色の強度比をxの関数としてプロットすると、CdInGaS_4上につけたものでは、x=00.3の間に急激に減少し、0.3以上では不変となる。x=0.3は丁度エネルギーギャップが逆転する組成である。この結果はわれわれのモデルを支持すると思われる。
プローブ分子の創製を基盤とするユビキノンの細胞内動態解明

ユビキノン(UQ)の主な役割は、呼吸鎖酵素系において電子伝達担体として働くことであるが、近年の研究ではUQを活性因子として一定の生理活性を発揮するミトコンドリア膜タンパク質の存在が近年示唆されている。報告者は、UQプローブを用いた独自の実験系を確立し、ミトコンドリアユビキノン結合性タンパク質Coq10がUQに対して高い親和性を示すことを明らかにした。また、これと平行してミトコンドリアNADH-ユビキノン酸化還元酵素(複合体-I)におけるユビキノン/阻害剤結合部位結合部位の解析を行った。ウシ心筋亜ミトコンドリア粒子を実験材料として、種々の阻害剤プローブ分子による光親和性標識実験を行った結果、フェンピロキシメートの結合部位は、ユビキノンへの電子ドナーである鉄硫黄クラスターN2近傍に位置する"PSST"と"49 kDa"と呼ばれるサブユニットの境界領域に存在することを明らかにした。1.前年度に引き続き、ミトコンドリアにおけるユビキノンの役割を明らかにする目的で、近年その役割が注目されているミトコンドリアユビキノン結合タンパク質Coq10の解析を行った。出芽酵母や分裂酵母を用いた近年の研究で、Coq10と呼ばれる新規なタンパク質の存在が明らかになった。ミトコンドリア内膜上に局在するCoq10は、ユビキノン生合成には直接的に関与しないものの、生合成されたユビキノンに“シャペロン的"に作用し、ミトコンドリア内膜中で円滑な電子伝達をサポートしているのではないかと考えられているが、その役割は依然として不明である。前年度に合成したユビキノンプローブを用いて、分裂酵母由来のCoq10を発現させた大腸菌膜標品を光親和性標識した。その結果、化合物1はCoq10に対して特異的に結合していることが明らかになった。本結果は、Coq10がユビキノンに対して高い親和性を有することを明確に実証するものである。2.ユビキノン結合性タンパク質の解析と平行して、ミトコンドリアNADH-ユビキノン酸化還元酵素における阻害剤結合部位の解析を行った。複合体-Iに対しては様々な阻害剤の存在が知られ、複合体-Iに高い親和性で作用する化合物は、酵素の機能解明を行う上での強力なツールとなる。本研究では、フェンピロキシメートを鋳型にした光親和性標識プローブを合成した。ウシ心筋亜ミトコンドリア粒子を実験材料として、光親和性標識実験を行った結果、フェンピロキシメートの結合部位は、ユビキノンへの電子ドナーである鉄硫黄クラスターN2近傍に位置する"PSST"と"49 kDa"と呼ばれるサブユニットの境界領域に存在することを明らかにした。ユビキノンの主な役割は、呼吸鎖電子伝達系の基質としてはたらくことである。一方、酸化還元能を有するユビキノンを"活性因子"として利用することで一定の生理活性を発揮する未同定のタンパク質の存在や、ユビキノンの細胞内輸送を担うタンパク質の生理的重要性が示唆されるに至り、電子伝達系以外での役割が注目されている。ユビキノンに対して特異的な親和性を示すこのようなタンパク質(以後、キノン結合性タンパク質と呼ぶ)の機能の全貌を明らかにするためには、まずそれらを同定することが必須となる。そこで本研究では、独自に創製するユビキノンプローブ分子を用いた光親和性標識法に基づき、出芽酵母(S. cerevisiae)由来のタンパク質群からキノン結合性タンパク質を網羅的に単離・同定し、機能解明に繋げることを目的とした。実施した研究の概要は以下の通りである。1)ユビキノンプローブ分子のデザイン合成.ユビキノンプローブのデザインにあたっては、ビオチンや蛍光団等の嵩高い検出基の導入による生理活性の低下を避けることが重要である。そこで、"Click chemistry"により任意の検出基を光親和性標識後に導入することを念頭に、ユビキノンの分子末端であるイソプレン構造の末端部に三重結合を導入した光反応性ユビキノンプローブの合成を行った。2)酵母タンパク質群からのユビキノン結合性タンパク質の探索.合成したユビキノンプローブは酵母ミトコンドリアの良好な電子伝達基質なることを、各種アッセイ系により明らかにした。出芽酵母ミトコンドリアおよびミクロソーム画分を光親和性標識実験に供したところ、特異的に標識を受ける複数のタンパク質を検出した。

本年度はユビキノンの反応中心に光反応性基を導入した二種類のプローブ分子を合成し、本化合物が酵母ミトコンドリアの基質となることを確認した。さらに、「ユビキノン結合性タンパク質」の候補となる複数のタンパク質を検出し、これらのタンパク質の同定を進めたところ、呼吸鎖酵素の成分として既に知られているタンパク質に加え、Voltage dependent -anion channel (VDAC)など、ミトコンドリアの活性制御に関与する複数の膜タンパク質を同定した。こうしたプレリミナリーな実験結果からも、進捗状況は概ね順調であると言える。平成24年度は以下の二点を中心に研究を展開する予定である。1.ユビキノンプローブの構造最適化とタンパク質解析法の改良.現在用いているユビキノンプローブはユビキノンの酸化還元中心に光反応基(アジド基)を導入した化合物である。上記に記したユビキノン結合性タンパク質の"網羅的"な探索を念頭に置いた場合、当然ながら天然のキノン環構造を維持したプローブ分子の合成も達成されなくてはならない。現在のところ、タンパク質の同定は二次元電気泳動とMALDI-TOF MS解析(PMF)により進めているが、この方法ではユビキノンの標的として予想される、膜結合性あるいは膜貫通性のタンパク質の一部を取り逃がしている可能性が高い。24年度は、アビジンカラムやLC-MS/MSを用いた解析と組み合わせることで、同定出来るタンパク質のバリエーションを増やしたいと考えている。以上のように、化合物と解析方法の両面からスクリーニングの精度を向上させたい。2.ユビキノン結合性タンパク質の機能解析.ユビキノン結合性タンパク質として、現在注目されているのがCOQ10と呼ばれるタンパク質である。出芽酵母を用いた研究から、本タンパク質が欠損した場合ミトコンドリアの電子伝達活性が著しく低下することから、COQ10はミトコンドリア内のユビキノンのキャリアー(担体)として機能している可能性が示唆されている。これは、従来「細胞膜上を自由に移動する」と考えられていたユビキノンの概念を覆す報告である。そこで、酵母COQ10に注目して、(1)酵母タンパク質からのCOQ10の検出、(2)COQ10におけるユビキノン結合部位の解析と結合親和性の評価、(3)さらに呼吸鎖酵素との相互作用の解析の3点について解析を進めたいと考えている。平成23年度はプローブ分子の有機合成に多くの時間を費やしたため、研究に占める生化学解析実験の割合が予定より少なく、計上した消耗品費の一部を24年度に繰り越している。平成24年度は消耗品費のおよそ7割を生化学実験に充てる予定である。具体的には、各種性化学試薬、タンパク質解析用のHPLCカラムの購入費用、あるいは質量分析装置の消耗品(ターゲットプレート、キャピラリーカラム、脱塩用チップ等)を計画している。
凝集誘起型発光を用いた機械的応力の可視化

本申請研究では、材料に対する外部刺激を可視化する手法として、凝集誘起型発光(AIE)色素を用いることを着想し、ゴム材料にAIE色素を導入した。得られたゴム材料は、膨潤する溶媒に浸漬するとAIE由来の発光が消失するのに対し、貧溶媒に浸漬すると発光は保持された。また、このゴム材料は温度に対しても発光強度が劇的に変化し、乾燥状態で低温にすると発光強度が増大する様子が見受けられた。このように、多様な外部刺激に対して鋭敏に応答するゴム材料の作製に成功した。本申請研究では、材料に対する外部刺激を可視化する手法として、凝集誘起型発光(AIE)色素を用いることを着想した。AIE色素を用いて刺激応答材料とする試みは、On-Off応答可能な発光材料が期待できる上に、有機修飾によってAIE色素とマトリックスの結合様式なども自在に設計できる。このシステムを実現する方法として、代表的なAIE色素であるテトラフェニルエテン(TPE)を様々な高分子材料と結合し、刺激印加環境下での発光挙動について詳細に検討を行うことで、応答性発光を効率的に得るための条件の最適化を行った。本年度は、TPEにビニル官能基を導入し、ポリシロキサンの架橋剤として用いることで、AIE色素を導入したエラストマーの作製に成功した。具体的には、4-テトラヒドロキシフェニルエテンにWilliamsonエーテル合成を施すことにより、1-ブテニル基を修飾し、Karstedt触媒を用いたポリシロキサンとのヒドロケイ素化反応を経てエラストマーを得た。得られたエラストマーは、エラストマーが膨潤する溶媒に浸漬するとAIE由来の発光が消失するのに対し、貧溶媒に浸漬すると発光は保持された。これは溶媒によってエラストマー内部の分子鎖の広がりが変化することで、架橋剤であるAIE分子周りの運動性が変化したことによると考えられる。また、このエラストマーは温度に対しても発光強度が劇的に変化し、乾燥状態で低温にすると発光強度が増大する様子が見受けられた。これも上記のようにAIE分子周りの運動性の変化の結果であると考えられる。機械的応力は、材料の疲労や破断に直接関与する重要な外部刺激であり、社会資本構造物や産業構造物の事故防止や長寿命化のために、材料が受ける機械的応力を分子レベルで直接観測できる技術へのニーズが高まっている。本申請研究では、分子集合体に拠らずに単分子で外部応力を可視化する手法として、凝集誘起型発光(AIE)色素を用いることを計画している。AIE色素を用いて機械的応力に対する応答材料とする試みは、On-Off応答可能な発光材料が期待できる上に、有機修飾によってAIE色素とマトリックスの結合様式なども自在に設計できる。このシステムを実現する方法として、代表的なAIE色素であるテトラフェニルエテン(TPE)を様々な高分子材料と混合・結合し、力学環境下での発光挙動について詳細に検討を行うことで、応答性発光を効率的に得るための条件の最適化を行う。本年度は、TPEへのさまざまな化学修飾を行い、リビングラジカル重合の開始剤、あるいは高分子の架橋剤となることのできる官能基を有するAIE色素の合成に成功した。具体的には、4,4'-ジメトキシベンゾフェノンを、四塩化チタンを用いたマクマリーカップリングに付すことにより、テトラメトキシフェニルエテンを合成し、引き続く三臭化ホウ素による脱メトキシ化を経てテトラヒドロキシフェニルエテンを得た。これにWilliamsonエーテル合成やエステル化を施すことにより、架橋剤や開始剤となる骨格を得ることができた。さらにトリ置換体やジ置換体もPetersonオレフィン化反応などを用いることによって達成した。本研究ではAIE色素を導入した高分子材料の力学環境下での観察を最終目的としている。その足場となる分子を合成するべく、本年度は、TPEへのさまざまな化学修飾を行い、リビングラジカル重合の開始剤、あるいは高分子の架橋剤となることのできる官能基を有するAIE色素の合成に成功した。具体的には、四塩化チタンによるマクマリーカップリングを用いて、4,4'-ジメトキシベンゾフェノンからテトラメトキシフェニルエテンを合成し、三臭化ホウ素で脱メトキシ化することによりテトラヒドロキシフェニルエテンを得た。これを基本骨格としてWilliamsonエーテル合成やエステル化を施すことにより、架橋剤や開始剤を合成する基礎的な知見が得られた。次年度は、本年度に得られた修飾TPEを用いてリビングラジカル重合や高分子の架橋を行ない、高分子材料を作成した後に応力を印加した時の発光挙動の変化に関して詳細に検討を行なう。具体的な材料としてはシリコーン系の樹脂を考えている。さらに、スペクトルを得るだけでなく、CLSMを用いた応力マッピングや伸展刺激環境下でのCLSM観察など、顕微鏡技術を合わせた応力の可視化を目指す。経費の節減の結果生じた使用残について、測定用顕微鏡への設備追加や依頼測定料に使用する。
頭頸部扁平上皮癌におけるマイクロRNAを基点としたセツキシマブ効果予測因子の探索

頭頸部扁平上皮癌において、発現が抑制されていたmiR-1およびmiR-206について検討した。これらを頭頸部扁平上皮癌細胞に核酸導入すると、癌細胞の遊走能、浸潤能の顕著な抑制効果を認め、これらが癌抑制型マイクロRNAである事を確認した。次に、それぞれが制御する癌促進型遺伝子を探索した結果、EGFRおよびc-METが直接の標的分子である事が判明した。EGFR阻害薬の治療抵抗性に、c-METを介したシグナル伝達系の活性化が報告もあり、miR-1およびmiR-206の発現抑制は、EGFRおよびc-METの発現制御の破綻をきたす事から、頭頸部扁平上皮癌の治療抵抗性に関与している事が明らかとなった。頭頸部扁平上皮癌の臨床において、遠隔転移をきたした患者の生命予後は極めて不良であり、治療法も限定的である。頭頸部扁平上皮癌細胞では、高頻度に上皮成長因子受容体(EGFR)のamplificationが認められることから、EGFRを特異的に阻害する分子標的薬(セツキシマブ)が認可され臨床で使用されている。セツキシマブ投与患者の治療反応性はおおむね良好であるが、セツキシマブ治療抵抗性症例や治療終了後の再発症例も存在する。現状において、セツキシマブに抵抗性を示した患者の治療法は、既存の化学療法以外には殆んど存在しない。これら患者に対する新規治療法の開発に向けては、セツキシマブに抵抗性を示した患者の臨床検体を用いて、ゲノム科学的な解析を行い、治療抵抗性の分子メカニズムの解明が必要である。我々は、頭頸部扁平上皮癌において、タンパクをコードしないRNAの一つであるマイクロRNAに着目して研究を行い、頭頸部扁平上皮癌における「癌抑制型マイクロRNA」の探索と、マイクロRNAが制御する新規分子ネットワークを解明してきた。本研究では、セツキシマブ使用後に腫瘍が残存・再発した症例の臨床検体から、マイクロRNA発現プロファイルを作成し、発現変化を認めたマイクロRNAを起点とした分子ネットワークの解明を行っている。これにより治療前にセツキシマブに対する治療効果を予測する因子を追求することと最終的にはセツキシマブの作用機序の解明に近づくことができると考えている。頭頸部扁平上皮癌細胞では、高頻度に上皮成長因子受容体(EGFR)の過剰発現が認められることから、EGFRを特異的に阻害する分子標的薬(セツキシマブ)が認可され臨床で使用されている。セツキシマブ投与患者の治療反応性はおおむね良好であるが、治療抵抗症例や治療終了後の再発症例も存在する。現状において、セツキシマブに抵抗性を示した患者の治療法は、既存の化学療法以外には殆ど存在しない。これらの患者に対する新規治療法の開発に向けては、セツキシマブに抵抗性を示した患者の臨床検体を用いて、ゲノム科学的な解析を行い、治療抵抗性の分子メカニズムの解明が必要である。我々は、頭頸部扁平上皮癌において、タンパクをコードしないRNAの1つであるマイクロRNAに着目して研究を行い、頭頸部扁平上皮癌における「癌抑制型マイクロRNA」の探索と、マイクロRNAが制御する新規分子ネットワークを解明してきた。本研究ではセツキシマブ使用後に腫瘍が残存・再発した症例の臨床検体から、マイクロRNA発現プロファイルを作成し、発現変化を認めたマイクロRNAを起点とした分子ネットワークの解明を行っている。これにより治療前にセツキシマブに対する治療効果を予測する因子を追及することと最終的にはセツキシマブの作用機序の解明に近づくことができると考えている。千葉大学医学部附属病院耳鼻咽喉・頭頸部外科では、セツキシマブ使用後に腫瘍が残存した症例、治療後に再発した症例に対してサルベージ手術を行っている。サルベージ手術を行った患者の中で、本研究の同意を得た臨床検体からRNAを抽出し、cDNAライブラリー作成後、次世代シークエンサーを用いた網羅的なマイクロRNA発現解析を施行した。現在までに正常上皮組織、未治療癌組織、セツキシマブ治療抵抗性癌組織の3群についてデータを習得することができた。セツキシマブ治療抵抗性癌組織において、他の組織に比べて発現の上昇または低下しているマイクロRNAについて検討を行っている。また、EGFRを制御することが予測されるマイクロRNA(miR-1、miR-206、miR-23b)について検討した。その結果、miR-1、miR-206およびmiR-23bは、直接EGFRに結合し、発現を抑制することが判明した。更に、これらマイクロRNAは頭頸部扁平上皮癌組織で優位に発現抑制されており、機能解析から「癌抑制マイクロRNA」であることが示された。更に、これらのマイクロRNAがターゲットとするEGFR以外の遺伝子についても検討を行った。その1つのターゲットである肝細胞成長因子受容体(c-MET)は頭頸部扁平上皮癌での過剰発現が認めている。miR-1、miR-206およびmiR-23bがc-METに直接結合し、その発現を抑制することを明らかにした。c-METがセツキシマブ治療抵抗性の獲得メカニズムの一旦を担っている可能性を考え、治療抵抗症例でのc-METに発現解析を進めている。マイクロRNAは、僅か1922塩基の1本鎖RNA分子である。マイクロRNAの特徴は、1種類のマイクロRNAが、数多くの機能性RNA (蛋白コード遺伝子・蛋白非コード遺伝子)の発現を制御している事である。

そのため、マイクロRNAの発現異常は、細胞内の機能性RNAネットワークの破綻を引き起こす。頭頸部扁平上皮癌の治療において、上皮成長因子受容体(EGFR)の過剰発現が認められることから、EGFRを特異的に阻害する分子標的薬(セツキシマブ)が認可され臨床で使用されている。セツキシマブ投与患者の治療反応性はおおむね良好であるが、少なからず、治療抵抗性に至り、再発や遠隔転移をきたす症例も認める。セツキシマブ使用後に腫瘍が残存した症例または治療後に再発した症例のサルベージ手術の検体を用いて、「頭頸部扁平上皮癌。治療抵抗性マイクロRNA発現プロファイル」を作成した。これまでに、マイクロRNA(miR-1、miR-206、miR-23b)が、癌組織で発現抑制されている癌抑制型マイクロRNAである事を証明した。更に、これらマイクロRNAが、直接EGFRを制御する事を証明した。また、本プロファイルに基づき、癌組織で発現が抑制されているmiR-145-5p、miR-145-3p、miR-150-5p、miR-150-5pについて機能解析を施行した結果、これらマイクロRNAが癌抑制機能を有する事を認めた。マイクロRNAの生合成においては、passenger strandは、機能しない事が一般的であるが、本結果は、マイクロRNAのguide strandおよび、passenger strandが、共に、癌抑制型マイクロRNAとして機能している事を明らかにした。頭頸部扁平上皮癌において、発現が抑制されていたmiR-1およびmiR-206について検討した。これらを頭頸部扁平上皮癌細胞に核酸導入すると、癌細胞の遊走能、浸潤能の顕著な抑制効果を認め、これらが癌抑制型マイクロRNAである事を確認した。次に、それぞれが制御する癌促進型遺伝子を探索した結果、EGFRおよびc-METが直接の標的分子である事が判明した。EGFR阻害薬の治療抵抗性に、c-METを介したシグナル伝達系の活性化が報告もあり、miR-1およびmiR-206の発現抑制は、EGFRおよびc-METの発現制御の破綻をきたす事から、頭頸部扁平上皮癌の治療抵抗性に関与している事が明らかとなった。千葉大学医学部付属病院耳鼻咽喉・頭頸部外科では、セツキシマブ使用後に腫瘍が残存した症例、治療後に再発した症例に対してサルベージ手術を行っている。サルベージ手術を行った患者の中で、本研究の同意を得た臨床検体からRNAを抽出し、cDNAライブラリー作成後、次世代シークエンサーを用いた網羅的なマイクロRNA発現解析を施行した。現在までに、正常上皮組織、未治療癌組織、セツキシマブ治療抵抗性癌組織の3群についてデータを収得することが出来た。また、EGFRを制御する事が予測されるマイクロRNA(miR-206、miR-23b)について検討した。その結果、miR-206およびmiR-23bは、直接EGFRに結合し、発現を抑制する事が判明した。更に、これらマイクロRNAは頭頸部扁平上皮癌組織で有意に発現抑制されており、機能解析から「癌抑制型マイクロRNA」である事が示された。
前方後円墳にもとづく邪馬台国の情報学的研究

昨今,邪馬台国時代に前方後円墳が築かれはじめたとする見解がマスコミを主流として喧伝されている。本研究は,こうした動きを支えている感覚的な理解のあり方の妥当性を数理的な分析によって検証する。まず,畿内を中心として各地に遺存する最古級前方後円墳(古墳時代草創期を画する)の全体から導かれる特性値を抽出する。一方,邪馬台国が記述されている魏志倭人伝の30ヶ国の人口から導かれる分布特性(べき乗則の特性)を抽出する。この2つの特性値を基礎にした比較分析,およびシミュレーション研究を通じて標記の見解に妥当性がないことが示唆される結果を得た。当該年度は本研究2年度目にあたり、研究計画の実践に向けて前年度(平成23年度)において検討・策定した主要項目の実施手順を順次実行する段階に入った。ただし、前年度からの継続課題となっている、魏志倭人伝および記紀(古事記と日本書紀)に現れる地名の現代地図上の位置同定に関する研究は、地名に関する客観的な同定法が短期間では容易にみいだし得ないとの結論に至ったため、とりあえず着手優先度を最後尾とすることとした。この理由は、伝統的な地名言語学における膨大な知見を総点検する必要性のあることや、仮にそうしたとしても客観性を維持しつつ有効な位置同定を導く手法の導出が現時点ではかなり困難であろうとの判断に至ったからである。一方、本研究の主軸である前方後円墳の研究では、前年度に試行した箸墓古墳の墳丘体積の求積作業を契機として、邪馬台国問題と密接なかかわりをもつ箸墓古墳筆頭の最古級前方後円墳の体積分布に着眼した研究に注力することになった。この研究は、近年「複雑系」の解析で注目されている巾(べき)乗則の視点からの分析とそれにもとづく現象の理解という手法を最古級前方後円墳に適用する試みである。すなわち、Mark Buchananが説く、歴史における変動の根源には巾乗則がみられる(原著名"Ubiquity",日本語訳『歴史はべき乗則で動く』)という新知見を、邪馬台国出現と前方後円墳出現という本研究の主題に応用して従前にはなかった新たな角度から問題の解決にあたろうという方法である。本年度実施した具体的な作業は、1最古級前方後円墳(全国23基)の墳丘体積の巾乗則分析、2魏志倭人伝記載の30ヶ国の人口(戸数)の巾乗則分析、および3古代国家人口の変動シミュレーションである。それぞれについて示唆に富む結果が得られており、すでに当該年度中に中間報告として公開シンポジウムで発表した。当該年度は本研究の最終年度であって、研究計画の実現を念頭に、前年度までの成果をもとにして前方後円墳からみた邪馬台国の新しい形象を抽出すべく、新たな知見の探究、および獲得した知見全体の系統的な整理作業に注力した。その主軸となった方法は、前年度に着想し、一定の試験的シミュレーションを実施しながら到達した数理的分析にもとづく歴史理解の方法である。すなわち、歴史は普遍的な「法則」によって地域を超えて進行するものではなく、偶然生ずる変動の集積の結果として現れるものであって、地球上の各地域においてそれぞれ独立に、異なったパターンで進行するという理解にもとづく。これは、前年度にとりあげたM. Buchananのべき乗則の考え方を踏襲するものである。ただし、本研究では、こうした地域ごとに異なる歴史の進行においても一定の共通した進化の方向性が存在することを想定する。結論として、この方向性は、いわゆる「法則」(歴史の発展段階のような)というべきものではなく、知識の獲得と蓄積という人類固有の根源的な能力から必然的に生成されるものとみなしていく。本研究に関係する日本古代は、弥生時代から古墳時代にかけての数百年の期間であるが、この間の日本列島における歴史の一断面を記述したものが魏志倭人伝であって、そこに邪馬台国の物語が詳述されている。前年度と本年度の数理的研究によって、魏志倭人伝の時代における各勢力の分布状況(人口分布)が、古墳時代創成期に出現している「中央」への集中化状況と一致しないことが明らかとなった。あくまで間接的な傍証の域を出ないが、いわゆる邪馬台国畿内説の不成立を暗示させる結果が導かれた。すなわち、魏志倭人伝の時代とは、べき乗則が成立する集中化状況へ向かう中間過程(無秩序→完全秩序)にあって、いまだに一定の無秩序性が残存している状態をしめす特性値が得られている。当該年度(平成23年度)は本研究の開始年度であって、まず研究計画の主要項目を詳細に点検しつつ、研究計画を具体的に実践する手順の策定と事前準備にあたった。とくに、本研究の基礎的な情報源である前方後円墳についての新たな角度からの分析法の実践に向けた検討を行った。

一方、倭人伝、および記紀(古事記・日本書紀)に現れる地名の現代地図上の位置同定に関する研究(古代地名の地理的研究)の具体化についても検討を行った。前方後円墳の研究では、邪馬台国論争において中心的な役割を演じている箸墓古墳(奈良県桜井市)を取り上げ、宮内庁書陵部によって近年出版された精密な実測図から数値計算によって墳丘体積が35万立米に上ることを推計した。この推計にあたっては、当該実測図にある全等高線を電子化するとともに、後世の明らかな人為的擾乱による部分的な等高線の乱れを目視によって穏和なレベルで修正し、なめらかな等高線形状を復元した後、シンプソン公式による数値計算を行って上記推計値を算出した。箸墓古墳の墳丘体積を厳密に推計したはじめての事例である(第17回公開シンポジウム「人文科学とデータベース」にて論文形式で発表し情報公開した)。また、箸墓古墳と時期を同じくする古式古墳の地理的分布状況について点検調査を行った。一例として、箸墓古墳を築造した古代大和政権(大和朝廷)と密接な関係をもつ吉備勢力(岡山県)との交通ルートとなる播磨地域(瀬戸内側地域)における主要前方後円墳の立地状況について現地調査を行った。古代地名の地理的研究については、種々の角度から研究の具体化について詳細な検討を行ったが、いまだ実践方針の確立には至らなかった。予備的調査によれば、古代地名表記と現代地名との信頼できる音声的同定法がみつからないことがその原因であって、次年度における継続課題として引き続き検討を行うこととした。本研究は、日本古代を代表するモニュメントである前方後円墳と、魏志倭人伝にしるされる邪馬台国がいかなる関連性をもつかを情報学的な方法によって探究し、いわゆる邪馬台国論争の学術的な進展に資する新たな知見の開拓を目的としている。当該年度までに得られた成果を集約すると、1最古級前方後円墳(全国23基)の体積分布がほぼ完全な巾乗則にしたがうことが明らかとなった。このことから、これら最古級前方後円墳が築造された時代には、畿内を中心とする広域支配がほぼ完全な階層構造(ヒエラルキー)をなしていたという推論が導かれる。一方、2魏志倭人伝に現れる倭の30ヶ国の人口(戸数)分布状況は対照的であって、巾乗則にまったくしたがっていないことが判明した。つまり、古代における「勢力」の強さの指標と考えられる人口分布からすれば、そこにヒエラルキーは存在しないといわざるをえない。前方後円墳の築造に最大限投入できる労働力(=動員人数)の上限は、それを築造しようとする勢力の支配人口に比例するという仮説にしたがえば、墳丘体積と人口との間に密接な比例関係を想定できる。これまでに得られた上記1と2の成果は、最古級前方後円墳と邪馬台国が同時代であるとする、昨今広く喧伝されている見解の否定につながる重要な意味をもつ可能性がある。ただし、いまの段階で断定的な結論を述べることは早計であって、こうした推論の是非は、最終年度(平成25年度)において慎重に検討すべき課題である。本研究は、邪馬台国論争に資する新たな知見を前方後円墳を軸にした情報学的方法によって導こうとするものである。したがって、前方後円墳というモニュメント(遺跡)について従前とは異なった新たな視点を導入して分析・調査を行うことがもっとも重要な課題である。本研究代表者は、長い期間にわたって数理的な観点からの前方後円墳形態研究に従事してきた実績をもっているが、本研究ではさらにもう一歩踏み込んだ調査研究をめざしている。当該年度はこうした基礎的な方法論の探索に注力し、一定の方向性を見いだすことができた。
鳥類の化学物質毒性試験法に関する基礎研究

ニワトリおよびウズラの受精卵の艀卵条件の検証をおこない,温度約37°C,湿度5763%,転卵1(回/時)の条件のもと,ニワトリが21日,ウズラが16日で艀化することを確認した.次に,これらの卵に2378-TCDDを投与(卵重量あたり)したところ,ニワトリ(投与群=7卵)では,0pgで86%,10pgおよび30pgで100%,60pg29%,100pgおよび300pgで14%,1000pgで0%の艀化率であった.一方,ウズラ(投与群=10卵)では,0pgおよび50pgで90%,150pgで100%,300pgで90%,500pgで100%,1500pgで60%,5000pgで70%,10000pgで40%,30000pgおよび100000pgで0%が艀化した.これらの結果から,ニワトリは1000pgが致死量であったが,ウズラではニワトリと比較して30100倍耐性があることが伺えた.化学物質とその生体影響が懸念されるカワウ甲状腺の影響について,従来の「定性的」,「部分的」,「主観的」評価に対して,「定量的」,「全体的」,「客観的」評価が望まれることから,本研究では画像処理による定量的評価を試みた.その結果,「濾胞大小混在」,「濾胞小型化」,「濾胞大型化」の系統に分類された.解析した切片の組織代表性を検証するために,最大径から末端までを0,25mm単位で69層に薄切したもの,また解析する切片を4分割,16分割して定量評価したものを同様に定量化したところ,それぞれ同じ結果がみられた.以上の結果から,甲状腺の影響を定量化することが可能となった.以上の結果は,論文作成の準備中である.また細胞試験は,現在も検証中であり,成果がまとまり次第公表する予定である.本研究では,野生鳥類を対象にすることを目標にした試験法として鳥類細胞に着目し,その毒性試験の有用性について実験鳥類(ウズラ,ニワトリ)を用いた個体レベルと細胞レベルの毒性試験を比較し,細胞を用いた試験の有用性を検証する基礎研究をおこない,野生鳥類の細胞を用いた検討をおこなうことを目的とした.目的1.2378-TCDDの卵投与試験における致死と免疫組織に及ぼす影響目的2.脾臓,胸腺,血液細胞を用いた2378-TCDDin vitro曝露試験による免疫影響平成18年度は,これらの実験を実施するために各種機器等(クリーンベンチ,インキュベーター,簡易型アイソレーターなど)の設置と準備をおこなった.目的1.では,ニワトリおよびウズラの受精卵の孵卵条件の検証をおこない,温度約37°C,湿度5763%,転卵1(回/時)の条件のもと,ニワトリが21日,ウズラが16日で孵化することを確認した.次に,これらの卵に2378-TCDDを投与(卵重量あたり)したところ,ニワトリ(投与群=7卵)では,0pgで86%,10pgおよび30pgで100%,60pg29%,100pgおよび300pgで14%,1000pgで0%の孵化率であった.一方,ウズラ(投与群=10卵)では,0pgおよび50pgで90%,150pgで100%,300pgで90%,500pgで100%,1500pgで60%,5000pgで70%,10000pgで40%が孵化した.これらの結果から,ニワトリは1000pgが致死量であったが,ウズラでは10倍の10000pgでも40%が孵化しており,毒性の種間差が明らかに認められた.免疫組織に及ぼす影響ならびに目的2については次年度に引き続き行う.ニワトリおよびウズラの受精卵の艀卵条件の検証をおこない,温度約37°C,湿度5763%,転卵1(回/時)の条件のもと,ニワトリが21日,ウズラが16日で艀化することを確認した.次に,これらの卵に2378-TCDDを投与(卵重量あたり)したところ,ニワトリ(投与群=7卵)では,0pgで86%,10pgおよび30pgで100%,60pg29%,100pgおよび300pgで14%,1000pgで0%の艀化率であった.一方,ウズラ(投与群=10卵)では,0pgおよび50pgで90%,150pgで100%,300pgで90%,500pgで100%,1500pgで60%,5000pgで70%,10000pgで40%,30000pgおよび100000pgで0%が艀化した.これらの結果から,ニワトリは1000pgが致死量であったが,ウズラではニワトリと比較して30100倍耐性があることが伺えた.化学物質とその生体影響が懸念されるカワウ甲状腺の影響について,従来の「定性的」,「部分的」,「主観的」評価に対して,「定量的」,「全体的」,「客観的」評価が望まれることから,本研究では画像処理による定量的評価を試みた.

その結果,「濾胞大小混在」,「濾胞小型化」,「濾胞大型化」の系統に分類された.解析した切片の組織代表性を検証するために,最大径から末端までを0,25mm単位で69層に薄切したもの,また解析する切片を4分割,16分割して定量評価したものを同様に定量化したところ,それぞれ同じ結果がみられた.以上の結果から,甲状腺の影響を定量化することが可能となった.以上の結果は,論文作成の準備中である.また細胞試験は,現在も検証中であり,成果がまとまり次第公表する予定である.
畿内の竹状模骨丸瓦に関する基礎的研究

畿内の竹状模骨丸瓦を収集した結果、大和5遺跡、播磨1遺跡を確認、主にこれらの遺跡および、関連する寺院地等について調査研究を行った。その結果大和でのこの種丸瓦の分布の中心は、出工量からいって飛鳥地域、特に飛鳥寺にあることが明らかである。飛鳥寺およびこれに近接する飛鳥池遺跡で、竹状模骨丸瓦とセットとなる瓦は、桶巻き作り縄叩き平瓦、素紋縁の複弁(まれに単弁)軒丸瓦、三重弧紋軒平瓦である。これらの瓦の組み合わせは、他の竹状模骨丸瓦出土遺跡においても、同〓軒丸瓦の出土によって確認できる。この一群の瓦および軒瓦は、7世紀後半のこれまで注目されていなかった一様式として設定することができ、しかも、奈良時代、8世紀には続かない、ごく短期間に限定できる点でも興味をひく。大和から離れた1例である播磨との間には竹状模骨丸瓦に関連する軒瓦が点々と分布しており、いずれ、その間を埋める史料が見出せよう。一方、畿内と九州との竹状模骨丸瓦を比較したところ、基本的な模骨の構造は同じだが、模骨側板や綴じ組の数、叩き板の種類、対応する軒丸瓦の紋様などで違いの存在することが明らかになった。また、竹状模骨丸瓦の起源として、これまで三国時代百済を想定する説が有力だったが、軒丸瓦の瓦当紋様の特徴などから、むしろ高句麗を起源とする可能性が強いとの結論に至った。初期の我が国の造瓦技術が多様な歴史的背景をもつことを、はからずも示すことになったと考えられる。なお、竹状模骨丸瓦の調査成果ならびに研究成果は、データベース化を行った。
生体の脚運動制御機構のモデル化と,それを応用した二足着地・走行ロボットの制御

本研究課題では,まず生体の脚運動制御機構のモデル化を行った.生体において前庭脊髓反射系と小脳虫部がバランス姿勢の回復・維持に重要な働きをすることが知られている.このうち前庭脊髄反射系は姿勢の乱れを瞬時に補償するように働き,小脳はその反射系に適当な抑制をかけることで安定したバランス回復動作を実現することに寄与する.このような反射による姿勢の乱れの補償と,小脳による過剰な反射成分の抑制という制御構造はバランス補償に限らず,生体の運動制御のいたるところで見られる統一的な制御構造である.そこで,バランス制御構造をモデル化するために,本研究ではまず,随意運動を司る伸張反射系とそれを適応的に抑制する小脳外側部のモデルを構成した.設計された制御モデルは,姿勢の乱れを瞬時に補償するポジティブフィードバックループと,過剰な反射成分である躍度を推定し,反射系から除去する適応制御系から構成される.このモデルによって制御された手足の運動の安定性は,リアプノフの直接法に従って証明される.そこで次に,この制御モデルをバランス制御問題に拡張することを試みた.その結果,バランス姿勢からのずれを検知する床反力モーメントを直接重力で打ちように前庭脊髄反射系のモデルを構成し,過剰な姿勢修正成分(慣性力に相当)を適応的に推定して反射系から取り除くように小脳虫部のモデルを構成することによって,漸近的に安定なバランス補償制御系が構成されることが示された.構成されたモデルによって制御された系は前述の随意運動制御モデルによって制御された系と等価になり,その漸近安定性も理論的に証明することができた.また,これと,先行研究によって構成された適応型コンプライアンス制御系を結合することで漸近安定な二足着地動作が実現されることも示された.提案した制御系の有効性は,これまでに幾つかの計算機シミュレーションによって確認されている.安定した脚式ロボットの着地動作を実現するには,着地時に生じる衝撃を適度に膝で吸収することで安定した接地状態を維持するとともに,着地によって乱れた姿勢から即座にバランス状態を回復する必要がある.そのため,如何にしてバランス状態を維持しながら着地による衝撃力を緩和する制御系を構成するかが重要な問題になる.そこで本研究課題の初年度では,着地ロボット実現へむけた糸口を探すべく,人が高所から落下し着地するときの脚部の運動をモーションキャプチャシステムを用いて詳細に調べ,その観測結果に基いて,着地時による衝撃力を緩和しながらバランスを回復することのできる制御則を構築する研究を行った.まず,モーションキャプチャシステムを用いた人の着地動作の計測では,1.人の着地動作では,着床力緩和制御とバランス維持制御の二つのモードが別々に存在しているわけではなく,両者が同時に行われているらしいこと2.足首や膝のスティッフネスは着地動作の直前と後で大きく変化すること3.反力ベクトルは着地直後には後方に傾き,それから前方,再び後方に傾いて止まるという一定のパターンを示すこと,などの興味深い事実が明らかになった.そこで次に,この観測結果と整合するように,着地とバランス制御を切り替えることなく統一的に実現できるような制御則を構築した.提案した制御則は生体の運動制御系に特徴的な反射とその適応的な抑制機構によって構成され,バランス制御・衝撃力緩和制御を統一的なフレームワークの中で実現することができる.提案した制御則の安定性は理論的に保証することができ,既に計算機シミュレーションによる動作確認までは成功している.(ロボット学会学術講演会にて発表)現在,提案した制御則の実現可能性,有効性を実際のロボットで確認するために,2リンク脚型ロボットの製作を行っている.本研究課題では,まず生体の脚運動制御機構のモデル化を行った.生体において前庭脊髓反射系と小脳虫部がバランス姿勢の回復・維持に重要な働きをすることが知られている.このうち前庭脊髄反射系は姿勢の乱れを瞬時に補償するように働き,小脳はその反射系に適当な抑制をかけることで安定したバランス回復動作を実現することに寄与する.このような反射による姿勢の乱れの補償と,小脳による過剰な反射成分の抑制という制御構造はバランス補償に限らず,生体の運動制御のいたるところで見られる統一的な制御構造である.そこで,バランス制御構造をモデル化するために,本研究ではまず,随意運動を司る伸張反射系とそれを適応的に抑制する小脳外側部のモデルを構成した.設計された制御モデルは,姿勢の乱れを瞬時に補償するポジティブフィードバックループと,過剰な反射成分である躍度を推定し,反射系から除去する適応制御系から構成される.このモデルによって制御された手足の運動の安定性は,リアプノフの直接法に従って証明される.そこで次に,この制御モデルをバランス制御問題に拡張することを試みた.その結果,バランス姿勢からのずれを検知する床反力モーメントを直接重力で打ちように前庭脊髄反射系のモデルを構成し,過剰な姿勢修正成分(慣性力に相当)を適応的に推定して反射系から取り除くように小脳虫部のモデルを構成することによって,漸近的に安定なバランス補償制御系が構成されることが示された.構成されたモデルによって制御された系は前述の随意運動制御モデルによって制御された系と等価になり,その漸近安定性も理論的に証明することができた.また,これと,先行研究によって構成された適応型コンプライアンス制御系を結合することで漸近安定な二足着地動作が実現されることも示された.提案した制御系の有効性は,これまでに幾つかの計算機シミュレーションによって確認されている.