医学・生物学研究のためのテレサイエンス・テストベッド実験:立体視下で行う両棲類の卵の受精電位測定への遠隔操作法の開発

Abstract

Tele-science system which modulates experimental parameters by remote commands from a ground station is essential in space experiments. The test bed of this system was attempted in the tele-manipulation for biomedical studies for the first time. In this experimental system, motion of the microscope stage and manipulator were controlled three-dimensionally via the computer, with correction of delay time, and intracellular membrane potential was measured in amphibian eggs. The principle investigator used a Helmet Mounted Display (HMD) system to facilitate the operation by stereoscopic vision, which enabled a number of minuteremote maneuvers, such as insertion of an electrode into an egg, pouring sperms, recording of fertilization potential, removing of the electrode, etc. As a result, the resting membrane potential was determined to be - 15 to - 20 mV and fertilization potential, to be five to 7 mV, which was similar to those measured using direct manipulation. However, it seems necessary to develop several techniques in the communication and HMD system.

テレサイエンス・システムの遠隔操作を可能にし、実験操作に実験者(PI)自らの手を加えられるシステムを考案し、テストベッド実験を行った。遠隔操作は顕微鏡のステージと微小電極マニプレータのそれぞれ3次元、計6次元の自由度の動きについてコンピュータを介し時間おくれ要素を加えて制御した。実験はアフリカツメガエルの卵細胞の受精電位を細胞服電位記録で行った。卵細胞の静止膜電位はほぼ-15?-20mV、受精電位は5?7mVを記録した。この実験でテレサイエンス実験に遠隔操作の技術を取り入れることによって、複雑な高度な技術を必要とする医学、生物学実験も宇宙実験の中に取り入れ得る可能性を示すことができた。遠隔操作が可能になったことで、PIは地上から自らの手で実験を行うことができる。現在の宇宙技術では制約が多く、特にエネルギー、crew time、通信量、実験に使用可能な空間などが実際の宇宙実験には大きく障害となっている。しかし、こうした制約条件下においても十分に実験可能な種目は沢山あるし、またたとえば本実験のように遠隔操作法のような新しい技術の導入が図られることによってさらに宇宙実験の範囲を拡大することができる。立体視の問題はすでに多くの研究がなされているが、いずれもまだ実用的でない。今回バーチャルリアリテイに用いられるヘルメット型デイスプレイシステムを取り入れ、これに立体視の画像を作り出した。その結果、立体画像は非常に鮮明に写し出すことができたが、その重量が重く1.8kgのヘルメットを長時間着用すると頭の圧迫と疲れが激しく、さらに軽量化を計る必要性が認められた。