hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高速統計学習に基づく下肢筋電を用いた立ち上がり動作補助システムの基盤的研究

本研究では,足首から取得したEMG(筋肉電位)を用いて自立歩行支援ロボットの改良のために,足首動作の識別と立ち上がり動作(Sit-to-Stand)のモデリングを行うシステムの開発を目的とする.まず,足首の背屈と底屈と何もしない状態(ニュートラル)の3動作の識別を行い,オンライン実験で95%以上の高精度認識を達成した.次に,立ち上がり動作のモデリングを行うために,立ち上がり動作を3分割し,先の3動作を含めた分類を行った.その結果,認識精度は62%程度に低下した.今後はデータの正規化等を含む改善が必要である.まず,筋肉電位(以後,EMGと略記)計測システムで,立ち上がり動作の際に使用する主要筋肉である8カ所(足首EMGとして,ヒラメ筋,内側腓腹筋,前頸骨筋,長腓骨筋,大腿部と背部のEMGとして,大腿二頭筋,内側広筋,大臀筋,脊柱起立筋)のEMGを同時計測した.この8チャンネルEMG計測システムは購入したP-EMGを用いた.乾式センサの取り付け位置は足首EMGの場合,可能な範囲で足首に近い場所に取り付けて計測した.これは実用性を高めるためである.実際に計測した足首EMGにより,足首の3動作(ニュートラル,底屈,背屈)を高精度に識別できる可能性を確認した.次に,無理のない立ち上がり動作を行う際の下肢動作のモデル化の条件を検討し,基本的な動作の解析方法を検討した.このために,計測したEMGで全周波数成分を用いた主成分分析を行い,まずは,上記の足首3動作の固有空間での位置関係の解析を行い,立ち上がり軌道に関して筋力の変化を確認できるかを確認した.上記の解析を行った後,統計的学習法であるSimple-FLDA(フィッシャー判別分析の近似法)による学習で足首3動作を学習させた.このために立ち上がり動作を幾つかの段階に分解し,パターン分類の形式で統計学習を行う必要がある.まず最初は,足首の分類に特化して解析を行った結果,100%に近い分類が可能であることを確認した.ただSimple-FLDAはパターン分類には最適であるが連続状態推定には必ずしも適合しない.そこでSimple-FLDAで固有ベクトルを学習し,その固有ベクトルと入力との内積値を線形フィルタであるADF (Adaptive Digital Filter)の入力とするシステム構造を検討した.この仕組みにより,連続動作が推定可能であるか否かを翌年度以降に確認する.まず,足首での筋肉電位(以後,EMGと略記する)を計測したが,特に,ヒラメ筋と腓腹筋に着目して足首動作の底屈・背屈・ニュートラルの信号を固有空間上で再確認した.この際,乾式の電極を用いて計測したが,比較的にノイズの少ないEMGを計測できることを確認した.また,主成分分析の近似解法であるSimple-PCAを用いて固有ベクトルを求め2次元平面上(固有平面)にEMG信号の信号分布を表示した.この際,EMG信号を周波数成分に変換してから主成分分析を行っている.この表示図の上に,立ち上がり動作を行う際の足首のEMG信号分布を表示した.足首で,これまでと同様にEMG信号を計測し,周波数成分に変換後に主成分分析で得られた固有ベクトルで次元圧縮し,2次元固有平面上に,どのような筋電が分布されるかを調べた.立ち上がり動作時のEMG分布を2次元の固有平面に表示する際,EMG信号の時間的変動が判るように,立ち上がり動作を時間的に小区分に分割し,その小区分のEMG信号を周波数分布に変換してから固有ベクトルとの内積により固有平面上での分布を作成した.その結果,立ち上がり動作の初期から終期に渡る動作の全ての状態でEMG信号の分布が,底屈・背屈・ニュートラルの近くに分布することが判った.この結果から,立ち上がり動作時のEMG信号の性質が底屈・背屈時の信号と類似しており,モデリングできる可能性が示唆された.今後は,判別分析の近似解法であるSimple-FLDAを用いて固有空間に変換し,立ち上がり動作のモデリング可能性を調査する.また,立ち上がり動作時に足裏にかかる圧力分布を調べたい.この圧力分布を考慮して立ち上がり動作時のモデリングを行う予定である.本科研費研究では,足首の筋肉電位(EMGと略記)による動作分類システムの開発が目的である.本研究では既に足首の底屈と背屈,およびニュートラルの状態を認識できることを確認している.本年度は立ち上がり動作のモデリングを実施するため,立ち上がりの分類を含めた6動作の識別を行った.足首でEMGを計測するが,EMGセンサ(電極)は乾式電極を使用する.EMG計測位置は,足首の長母趾伸筋,ヒラメ筋,前頚骨筋部分である.3,000Hzの波数でサンプリングしてデータを切り出し(約1秒間),周波数変換している.本年度は,立ち上がり動作のモデリングを行うため,立ち上がり動作を細かく分割してそれらの状態の変位を調査している.立ち上がり動作における時間長は平均約1秒であった.そのため,動作開始時から1秒程度の計測データを使用した.そして,切り出したデータを3等分し,立ち上がり動作を3クラスに分割することにした.したがって,計測動作の分類は,底屈,背屈,ニュートラル,立ち上がり3動作とした.FFT後のスペクトルをSimple-PCA(主成分分析の近似法)で学習し,次元圧縮した後,SVM(サポートベクタマシン)で学習識別を行った.この方法を用いて手首EMGでも高精度化できることを確認した.

その結果,以前に実施した底屈,背屈,ニュートラルの認識では,95%以上の精度が得られていたが,立ち上がり動作を加えた場合には,認識精度は約62%程度となった.データ分布を固有空間上で確認すると,立ち上がり動作のデータがニュートラルと近い分布となっていることが示された.これは,立ち上がり動作時のEMGの発生量は底屈・背屈と比較してかなり小さな値となっていることが主因である.これは足首でバランスを取ることが膝下筋肉の主要な働きの一つであることが推察できる.今後はEMGの正規化を含め,精度改善をさらに進めたい.本研究では,足首から取得したEMG(筋肉電位)を用いて自立歩行支援ロボットの改良のために,足首動作の識別と立ち上がり動作(Sit-to-Stand)のモデリングを行うシステムの開発を目的とする.まず,足首の背屈と底屈と何もしない状態(ニュートラル)の3動作の識別を行い,オンライン実験で95%以上の高精度認識を達成した.次に,立ち上がり動作のモデリングを行うために,立ち上がり動作を3分割し,先の3動作を含めた分類を行った.その結果,認識精度は62%程度に低下した.今後はデータの正規化等を含む改善が必要である.足首でのEMG信号を計測し,立ち上がり動作時のEMG信号の解析を行った.この結果から,立ち上がり動作時のEMG信号は,単純な底屈・背屈の動作と類似した信号が計測されていることが判った.今後はさらに,立ち上がり動作時の連続動作の時間的変化の解析を行うとともに,低価格の圧力計測装置を購入し,足裏圧力を計測して,立ち上がり動作のモデリングに役立てる予定である.情報工学(ヒューマンセンシング,ソフトコンピューティング)立ち上がり動作時に計測したEMG信号に関して連続的な変化を視覚的に表示させる.この際,時間的変化が判るように工夫する.また足裏圧力を計測するために,低価格の圧力計測装置を購入し,立ち上がり動作時の足裏圧力の変化を調べる.これらにより,立ち上がり動作のモデリングを行う予定である.なお,低価格の足裏圧力計測のために,予定していた計測装置が現在,販売休止中となっており,その販売開始を待ってから購入し,圧力計測を行う予定である.足首の3動作の分類をまず最初に行った.その結果,足首の動作を高精度に行えることを確認できた.また,購入したP-EMGを用いて乾式センサにより,比較的に良質なEMG信号を計測できることも確認した.足首動作を固有空間上に配置する主成分学習を実施し,固有空間上で分離可能な状態で配置できることを確認した.これにより,連続動作時に固有空間上で連続的な動作を追跡できる可能性が高まった.今後は,連続動作を解析するための下肢動作のモデルを検討して行く予定である.立ち上がり動作のモデリングを行う際に低価格の足裏圧力計測装置を購入する予定であった.しかし,購入を予定していたメーカーで,急に販売停止となり,その後の販売開始時期になっても販売されず,購入できなかったために,その予定費用が残金として残った.他のメーカーでも製品は販売されているが価格面で購入不可能であった.また,学生アルバイトの謝金を使用予定であったが,その学生が公務員採用となり退学したため,謝金を使わなかった.従来の研究では足裏にかかる圧力を考慮せずに,立ち上がり軌道の最適化を行っている.そのため,下肢の重心位置に制約があり,立ち上がり動作の軌道が不自然になる場合が考えられる.
海洋環境におけるメタンガスの起源とフラックスの解明

海洋環境とそれに隣接するリザーバー,特に海底堆積物および地下生物圏を研究対象とし,それらの内部に存在するメタン(CH_4)の挙動を明らかにする目的で,メタンの濃度と炭素同位体比を測定した.高精度同位体比質量分析装置を新規導入し,これにガスクロマトグラフをドッキングすることによって,連続フロー型質量分析システムを構築した.ガスクロマトグラフで分離したメタンを燃焼して二酸化炭素に変え,そのままオンラインで質量分析計に導入した.メタンの起源,およびメタンの関与する反応過程の解明のために,メタンの炭素同位体比が極めて有効な情報を与えることを明らかにした.各地の海底熱水系(インド洋中央海嶺,アデン湾,マリアナトラフ,沖縄トラフ,水曜海山など)および冷湧水系(南海トラフ,日本海東縁など)において観測船もしくは潜水船による調査を実施した、海底の熱水循環および間隙水循環に伴い,起源の異なるメタンガス(マグマ起源,有機物熱分解起源,および微生物起源)が活発に海洋中に放出されていることを明らかにした.またこれらのメタンは,間隙水中(嫌気的条件下)および海水中(酸化的条件下)において,微生物による活発な酸化分解を受けていることを,メタンの炭素同位体分別を利用して定量的に解明した.海底下のガスハイドレートとの関連についても考察した.海洋環境とそれに隣接するリザーバー,特に海底堆積物および地下生物圏を研究対象とし,それらの内部に存在するメタン(CH_4)の挙動を明らかにする目的で,メタンの濃度と炭素同位体比を測定した.高精度同位体比質量分析装置を新規導入し,これにガスクロマトグラフをドッキングすることによって,連続フロー型質量分析システムを構築した.ガスクロマトグラフで分離したメタンを燃焼して二酸化炭素に変え,そのままオンラインで質量分析計に導入した.メタンの起源,およびメタンの関与する反応過程の解明のために,メタンの炭素同位体比が極めて有効な情報を与えることを明らかにした.各地の海底熱水系(インド洋中央海嶺,アデン湾,マリアナトラフ,沖縄トラフ,水曜海山など)および冷湧水系(南海トラフ,日本海東縁など)において観測船もしくは潜水船による調査を実施した、海底の熱水循環および間隙水循環に伴い,起源の異なるメタンガス(マグマ起源,有機物熱分解起源,および微生物起源)が活発に海洋中に放出されていることを明らかにした.またこれらのメタンは,間隙水中(嫌気的条件下)および海水中(酸化的条件下)において,微生物による活発な酸化分解を受けていることを,メタンの炭素同位体分別を利用して定量的に解明した.海底下のガスハイドレートとの関連についても考察した.海洋環境、特に深海底の堆積物中を経由して海洋へ放出されるメタンガスにまず着目した。海底下にメタンハイドレートが広範に分布していると考えられている四国沖南海トラフ付加体の堆積物をヒートフロー付きピストンコアラーによって採取し、船上で間隙水を抽出した。間隙水中に含まれる硫酸、アンモニア、アルカリ度などを分析した結果、海底下より多量のメタンガスが供給され硫酸還元反応に関与している兆候を見いだした。特に海底の断層面近傍でこの兆候を顕著に認めた。メタンガスの炭素同位体比を計測するため、高感度同位体比質量分析装置を新規購入しその調整を開始した。バイアル瓶に封入した間隙水試料からヘッドスペース法によって気相のメタンガスを回収し、二酸化炭素ガスに変換する作業を進めつつある。一部の試料について炭素同位体比測定を試みたところ、メタンガスはパクテリア起源のごく軽い同位体比(-70-100%)を示し、硫酸還元層付近で極小となるような特徴的鉛直プロファイルを得た。メタンガスの起源について、海底下のBSR(ガスハイドレート)分布など音波探査データとも対比しながら、現在考察を進めている。海底熱水活動に付随するメタンガスに注目して研究を継続した.海洋科学技術センター「かいれい/かいこう」KR00-03航海(2000.5.266.11)によって南部マリアナトラフ,海洋科学技術センター「なつしま/しんかい2000」NT00-12航海(2000.11.411.16)によって水曜・海形海山(伊豆・小笠原島弧域),および東大海洋研白鳳丸KH-00-5航海(2000.12.42001.1.12)によってインド洋アデン湾海底拡大軸を調査した.南部マリアナトラフにおいては新たな海底熱水活動(仮称TOTOカルデラ)を発見し,水曜・海形海山とあわせ多数の熱水試料を回収した.これらの試料の主要化学成分と気体成分(CO_2およびCH_4)の濃度を測定し,気体成分については炭素同位体比を初年度に購入した質量分析計によって測定した.水曜海山では、CO_2およびCH_4の炭素同位体比は地下の高温環境下(800°C以上)における同位体平衡時の同位体比をそのまま保存して海底まで到達しているものと考えられ,メタンの同位体比(δ^<13>C)は-4-5(‰PDB)と重い値を示した。一方,海形海山と南部マリアナトラフTOTOカルデラのメタンは,約-40‰という比較的軽い炭素同位体比を示した.これらの海域では海底下の生物活動(地下生物圏?)によるメタン生成の効果が付加されている可能性がある.

なお,インド洋アデン湾においてはホットスポット海山の火成活動に伴う海底熱水系を新たに発見し,熱水プルーム試料を回収した.本年度の観測は日本近海の海底熱水系および冷湧水系にターゲットを絞り,海底直上水と堆積物間隙水中に含まれるメタンガスの濃度と炭素同位体比を測定した.海底熱水系は,沖縄トラフ南西部(鳩間海丘および与那国海丘)における温度200°C以上の熱水試料および気体試料を分析した.両海域とも有機物の熱分解起源のメタンを検出したが,同位体比が-30‰および-45‰と大きく異なることから,両熱水系で熱水循環プロセスに違い(微生物による二次的なメタンの酸化分解など)のあることを指摘した.伊豆小笠原水曜海山においては保圧式熱水採水器で初めて高品質の熱水を採取し,同位体比-6‰のマグマ起源メタンガスを検出した.また昨年度採取したインド洋アデン湾の熱水プルーム試料の分析も並行して行い,熱水プルームの拡散にともないメタンガスの酸化過程が進行する様子を炭素同位体比から明らかにした.一方,冷湧水系については,日本海東縁のプレート境界域で初めて地球化学的研究のための潜航調査(「しんかい6500」による)を実施し,メタン濃度と炭素同位体比の関係を調べた.日本海東縁冷湧水のメタン濃度は南海トラフ付加体の冷湧水に匹敵する高濃度で,軽い同位体比(-75-84‰)から微生物起源であることを示した.また海底堆積物中で微生物によるメタンの酸化過程が進行し,その際同位体分別係数1.004で炭素同位体比が重くなることを見いだした.間隙水の化学的性質(塩化物イオン濃度,水の酸素同位体比など)からみて,日本海東縁のメタンはメタンハイドレート由来である可能性を指摘した.その他,南海トラフ付加体の冷湧水についても,熊野海盆の泥火山帯で集中的な観測を行い,時系列式冷湧水採取装置による試料採取と分析を実施した.
感性評価の特異点から創造的デザイン・設計を導くシステムに関する研究

本研究の報告は三つの部に分けて記述されている。第1部は河田によって執筆された。そこでは、感性評価に基づくデザインと設計に関連して、感性工学の意味について述べている。一般にデザイニングは個々のデザイナーのはたらきによって達成されると考えられている。しかし、感性評価に基づくデザイニングが単に機能面の設計だけではなく、いわゆるデザイン・設計のあらゆる段階で重要視されるようになった。ここでは、感性評価の特異点に立脚した感性的設計についての、新しいアルゴリズムが研究されている。第2部は高梨によって書かれた。高梨はデザイナーの立場から、美しさを求める「美的設計」を課題とし「共通感覚に基づく美的設計評価法」を含む設計の方法論を展開した。そこでは、製品の商品化設計において、形態設計の美的特性が、その品質に対して機能することがなければ、未熟な技術による設計と同じであるとして、あたらしい設計方法論が提示されている。第3部には、人間の思考と評価値の統計的な取り扱いを組み合わせた新しいデザインプロセスが述べられている。そこでは精密感を盛り込んで特別につくられたナイフサンプルが用いられた。多数のサンプルのうちで特徴のあるサンプルが感性評価の尺度を用いて選び出され、特異点サンプルに決められた。印象に対する共通認識と感性評価の特徴との関連が確認されたうえで、特異点のサンプルがもつ特徴が統計的に解析され、その特徴がより強調されるようなあらたなサンプルがデザインされ、その特徴が強調されているかどうかを同じ評価尺度で感性評価する。このプロセスの反復によって印象の共通認識としてのある特徴をより強調したデザインを得ることができた。このほか、評価尺度の作成と単純図形による印象分解と合成についての論文がある。第3部は田川が担当した。1.(目的)本研究課題の目的は、商品や作品に関する感性的評価データに基づき、得点分布図上で多くの評価点とは異なるところに位置する特異点を求め、これを分析、利用することによって新しい商品や作品をデザインするデザインメソッドを研究する点にある。この方法により、従来デザイナ-の才能に委ねられてきたデザインの感性的創造を、工学、技術の立場からシミュレーション出来ると考えている。本研究は3ヶ年の継続研究であり、平成9年度は感性的評価法の確立と、特異点および評価因子の抽出であった。2.(経過および結果)田川らは、デザイン評価の対象を広く「一般商品」分野と、特殊商品分野としての「精密機械」「繊維製品」分野におき、それらの評価をSD(Semantic Differential)法で行うために、上記3分野と「デザイン・構成美」に関する分野の評価用語を、各分野毎にそれぞれ約1000語づつ収集、解析し、それぞれの意味空間を定めた。これらから各分野の商品、作品を評価するためのSD尺度、評価シートを作成し、各商品分野における評価手法が準備できた。その際各評価用語のマップや階層構造を調べ、それぞれ論文として投稿中である。特異点および評価因子の抽出についても予定の成果を収めることができた。一方、高梨らは自由形状の設計としてスピードシェ-プを課題対象とし、構造モデルISMやカテゴリー分析CAIDを用いた感性による設計美学的自由形状設計システムを考え、レンダリング、3次元CAD、マシニングセンターによるモックアップモデルを制作し、ハイライトラインの優美さを感性的評価によって確認した。一連の結果は精密工学会において口頭発表した。1. (目的)本研究課題の目的は、商品や作品に関する感性的評価データに基づき、得点分布図上で多くの評価点とは異なるところに位置する特異点を求め、これを分析、利用することによって新しい商品や作品をデザインするデザインメソッドを研究する点にある。この方法により、従来デザイナーの才能に委ねられてきたデザインの感性的創造を、工学、技術の立場からシミュレーション出来ると考えている。

本研究は3ヶ年の継続研究であり、平成10年度は感性的評価法の確立と、特異点にくるサンプルの特徴解析であった。2. (経過および結果)田川らは、昨年度の成果として得られた、対象とするデザイン物を評価するためのSD法の尺度、評価シートを用い、精密感を感じさせるナイフサンプルをデザインすることとした。この際、種々の階層のコンセプト用語を、デザイン構成美用語の中から選んで与えて、それを考慮しながらデザインされたサンプルについて評価を行い、特異点として評価されるサンプルの特徴を解析した。そこから、与えたデザイン・構成美用語の階層構造が、デザインの実行にどのように影響するかを検討した。結果については、さらに詳細なバックアップデータを必要とするが、デザインにおけるコンセプト用語の階層が、デザインに大きい影響を与えることが分かってきた。これについては、森のことばの階層構造や類縁関係の概念(森典彦1998)を参考に、デザイン・構成美用語についてさらに検討を進めている。一方、高梨らは美的設計方法論、河田らは設計のアルゴリズムについてそれぞれ研究を進めた。一連の結果はデザイン学会等において口頭発表した。1.(目的)本研究課題の目的は、商品や作品に関する感性的評価データに基づき、得点分布図上で多くの評価点とは異なるところに位置する特異点を求め、これを分析、利用することによって新しい商品や作品をデザインするデザインメソッドを研究する点にある。この方法により、従来デザイナーの才能に委ねられてきたデザインの感性的創造を、工学、技術の立場からシミュレーション出切ると考えている。本研究は3ケ年の継続研究であり、平成11年度の目標は特異点にくるサンプルの特徴を考慮した新しいサンプルのデザインと、新たなサンプルを評価することによる本デザインメソッドの効果の確認であった。2.(経過および結果)昨年度の研究に引き続いて、田川は、精密感を感じさせるナイフサンプルをあらたにデザインした。この際、種々の階層のコンセプト用語を、デザイン構成美用語の中から選んで与えて、それを考慮しながら、デザインされたサンプルについて評価を行い、特異点として評価されるサンプルの特徴を統計的に解析した結果から選んだ用語を用いてデザインする、本方法の有効性を確認した。また、コンセプト用語の階層構造が、デザイン評価に大きい影響を与えることから、商品評価用語、デザイン・構成美用語について詳しく検討し、それらの階層構造をあらためて明らかにした。さらに田川は、白紙に黒色で描いた同じ大きさの、種々の形の三角形について感性評価をおこない、そのような単純図形の評価においても、「上品な」「目立つ」などの高次の印象の評価項目に対して、多くの人が特定の図形に共通の評価を与えることを見出した。また高梨は、図形を構成する曲線のなかに、美しさの要素となる部分を見出し、それを特異点として美的設計をおこなう手法を発展させた。
光触媒TiO_2/プラスチックス複合溶射皮膜の創製

近年、光触媒活性を持つアナターゼ型TiO_2は光照射のみで大気中の窒素酸化物(NO_X)を除去できるため環境浄化への適用が増加している。大面積への製膜の容易な溶射法による光触媒活性を持つTiO_2皮膜作製の作製にあたっては,アナターゼ型からルチル型への結晶相の転移が問題となる.そこで本研究ではアナターゼ型TiO_2と低融点グラステックスであるポリエチレン(PE)との複合粉末を作製し,フレーム溶射法を行うことにより,TiO_2への入熱を抑制した複合皮膜を作製し、その皮膜の性能評価を行った.また、原料TiO_2粉末の粒径が変化すると,表面積が変化し光触媒活性に影響を与えると考えられることから,200,20,7nmと粒径を変化させたときの光触媒活性に及ぼす影響を検討した.さらに,PEとTiO_2の直接接触による皮膜の劣化を抑制するため,TiO_2を多孔質ガラスで覆ったマイクロカプセルを調製し,このマイクロカプセルとPEとの複合皮膜作製を試みた.その結果,造粒した粒子を用いて溶射を行ところ,粒径によらずTiO_2粒子が層状に分布した皮膜が作製され,表面にもTiO_2粒子の存在が確認されたが,粒径の小さいものほどルチル相への転移が著しく,アナターゼ相が減少した.また,実際にメチレンブルー分解試験およびNO_X除去試験を行ったところ,いずれの皮膜も光触媒活生を有しており,メチレンブルー分解試験では粒径が大きいほど高活性であり,一方NO_X除去試験では逆の傾向を示した.これは2つの分解反応機構の違い,およびアナターゼ相の皮膜中の残存率および表面積の違いによるものと推察された.また,マイクロカプセルを用いた場合でも,同様の組織を有する皮膜が作製できたが,特にNO_X除去能が劣っていた.これはマイクロカプセルの形状に問題があると思われ,今後調製法を検討する必要があることがわかった.TiO_2を用いた光触媒技術はクリーンかつ省エネルギーな環境浄化対策の一つとして大きな注目を集め,その製品化も進められている.実際に環境浄化膜としての使用にあたり,大面積を有する膜構造にすることが必要となるが,環境悪化の著しい大都市圏などでは設置場所やコスト等の問題があり困難を極める.したがって既存のインフラストラクチャーへ直接膜形成が可能な加工法が必要である.かかる現状に鑑み,本研究ではプラスチックスとセラミックスであるTiO_2による複合皮膜を迅速かつ大面積で作製する技術を提供するために,フレーム溶射法によるセラミックス/プラスチックス複合皮膜の創製という独自の方法を適用し,環境浄化型TiO_2皮膜の作製を試みた.溶射法では,粉末を溶射ガンへ供給することが必要であるが,市販のアナターゼ型TiO_2は微細であり,単純にプラスチックスとTiO_2との混合ではガンへの送給時につまりが生じ,皮膜作製が困難となる.そのため,両者の複合粉末を作製する必要がある.この際複合に結合剤を使用すると溶射時の熱分解により皮膜内に気孔の発生が懸念されることから,結合剤を使用しないことが望ましい.そこで,まず複合粉末作製法の検討を行った.様々な複合方法を検討した結果,ボールミルを用いて微細なTiO_2粒子をプラスチック粒子に機械的に埋め込むことにより結合剤を用いない複合粒子が作製できた.この粒子は流動性も良く,溶射ガンへ容易に送給でき,皮膜を作製することが可能であった.得られた皮膜表面にはTiO_2粒子が多数存在しており,さらに光触媒活性の低いルチル相への転移も少ないことから,良好な光触媒活性が期待される.さらに,TiO_2とプラスチックスの直接接触によるプラスチックスの劣化を抑制するために,TiO_2をマイクロカプセルへ内包し,直接接触を防ぐことが有効であると考え,その作成条件の検討を行った.その結果,アナターゼTiO_2を内包した球状マイクロカプセルが作製でき,TiO_2のハンドリング性能が向上した.今後皮膜の性能評価を行い,皮膜作製条件の適正化および吸着剤の添加等による性能向上を図る予定である.近年、光触媒活性を持つアナターゼ型TiO_2は光照射のみで大気中の窒素酸化物(NO_X)を除去できるため環境浄化への適用が増加している。大面積への製膜の容易な溶射法による光触媒活性を持つTiO_2皮膜作製の作製にあたっては,アナターゼ型からルチル型への結晶相の転移が問題となる.そこで本研究ではアナターゼ型TiO_2と低融点グラステックスであるポリエチレン(PE)との複合粉末を作製し,フレーム溶射法を行うことにより,TiO_2への入熱を抑制した複合皮膜を作製し、その皮膜の性能評価を行った.また、原料TiO_2粉末の粒径が変化すると,表面積が変化し光触媒活性に影響を与えると考えられることから,200,20,7nmと粒径を変化させたときの光触媒活性に及ぼす影響を検討した.さらに,PEとTiO_2の直接接触による皮膜の劣化を抑制するため,TiO_2を多孔質ガラスで覆ったマイクロカプセルを調製し,このマイクロカプセルとPEとの複合皮膜作製を試みた.

その結果,造粒した粒子を用いて溶射を行ところ,粒径によらずTiO_2粒子が層状に分布した皮膜が作製され,表面にもTiO_2粒子の存在が確認されたが,粒径の小さいものほどルチル相への転移が著しく,アナターゼ相が減少した.また,実際にメチレンブルー分解試験およびNO_X除去試験を行ったところ,いずれの皮膜も光触媒活生を有しており,メチレンブルー分解試験では粒径が大きいほど高活性であり,一方NO_X除去試験では逆の傾向を示した.これは2つの分解反応機構の違い,およびアナターゼ相の皮膜中の残存率および表面積の違いによるものと推察された.また,マイクロカプセルを用いた場合でも,同様の組織を有する皮膜が作製できたが,特にNO_X除去能が劣っていた.これはマイクロカプセルの形状に問題があると思われ,今後調製法を検討する必要があることがわかった.
溶液・高分子系界面の構造および機能の理論解析

申請者の界面分光の理論の成果をもとに、本領域内の分光計測の実験研究者と本グループの理論解析との緊密な共同研究を展開し、界面分光の関する手法を格段に開発した。界面分子のダイナミックスを求める2次元SFG分光の理論、振動差スペクトルの理論計算手法の開発、SFG分光に含まれるchi3効果の計算による解明、氷表面のSFGスペクトルの解明、アルキル基のC-H振動の同定など、その成果は多岐にわたる。さらに液液界面でのイオン輸送について、界面構造ゆらぎと活性化障壁の関係を明らかにした。申請者がこれまでに開発してきた分子シミュレーションに基づく界面分光の理論の成果をもとに、分光計測の実験研究者との共同研究を展開し、溶液・高分子などの柔らかな界面構造の理解を格段に深化させる。本年度はそのために我々の提唱した和周波分光の理論計算の適用範囲を大幅に拡げる高速なSFG計算プログラムを開発した。これは従来よりも格段に汎用性が高いプログラムで、さらに並列化とチューニングを進めて、これまでよりも10-20倍程度の高速化を実現した。今後のさまざまな系に対する分光解析のためのプラットフォームを確立した。また、微小な赤外吸収の差スペクトルを計算可能とする新たな計算手法を開発した。赤外吸収の差スペクトルは実験的に広く用いられている解析手法であるが、理論計算によって2つのスペクトルの差を求めることは、非常に大きな統計平均を必要とする困難な問題であった。本手法ではスペクトルを計算して差を求めるのではなく、差スペクトル自体を直接計算する新たな理論手法を開発し、差スペクトルの計算コストを従来よりも何桁も減少させることを可能とした。申請者がこれまでに開発してきた分子シミュレーションに基づく界面分光の理論の成果をもとに、本領域内の分光計測の実験研究者と本グループの理論解析との緊密な共同研究を展開し、溶液・高分子などの柔らかな界面構造の理解を格段に深化させる。そのため我々の提唱した和周波分光の理論計算の適用範囲を大幅に拡げる高速なSFG計算プログラムを開発して、多くの界面構造と和周波スペクトルの解明に貢献し、今後広くプログラム利用と成果を普及していく。当該年度までに和周波発生スペクトルのプログラムを汎用化・高速化を実施し、それに基づいて電解質水溶液界面、水表面における2次元SFG分光、氷表面の和周波分光など理論面でも残された課題を解明する成果を得た。また微小な振動差スペクトルを計算可能とする新たな手法の開発を行い、振動分光の精密な理論計算手法を拡大する。これまでにその理論手法を確立し、モデル系における有効性を実証した。今後幅広い系への応用を図る。申請者がこれまでに開発した分子シミュレーションに基づく界面分光の理論の成果をもとに、本領域内の分光計測の実験研究者と本グループの理論解析との緊密な共同研究を展開し、溶液・高分子などの柔らかな界面構造の理解を格段に深化させる。そのため我々の提唱した和周波分光の理論計算の適用範囲を大幅に拡げる高速なSFG計算プログラムを開発して、多くの界面構造と和周波スペクトルの解明に貢献し、今後広くプログラム利用と成果を普及してく。本年度には分光計測による界面分子配向の解析について研究成果を報告した。界面での分子配向は界面構造を規定する基本的な特徴で、従来より和周波分光の偏光依存性の観測に基づいて議論されてきた。本研究ではメタノール水溶液を例にとって、界面での分子配向とSFGシグナルの偏光依存性の両方を分子シミュレーションで求め、その間の関係を詳細に検討した。その結果、従来の偏光依存性から分子配向を導出する議論に含まれる仮定が成り立たないことを明らかにし、より精密な解析が必要であることを示した。また水-両極性脂質膜の界面を研究し、SFGスペクトルで観測される界面水の振動バンド構造を再現できることを示すとともに、その解釈を界面水の構造に基づいて与えることができた。和周波分光の研究に関しては、当該グループが開発した理論に基づく汎用プログラムの開発をほぼ完成させ、その有効性を確認するととともに実際的な応用の成果が見られてきた。今年度にも配向解析の解明や水-脂質膜構造の解析などインパクトのある成果が得られ、今後の発展も見込まれる。さらに溶液界面構造の詳細な理解に基づいて、柔らかな界面での物質移動や反応場としての機能を分子科学の立場から解明する。本年度には、和周波発生(SFG)分光および関連の分光に関する以下の成果を得た。(1)水表面での変角振動のSFG分光の解明:水表面のSFGによる研究では従来OH伸縮振動がプローブされてきたが、変角振動から相補的な情報が得られることが期待される。本研究では領域内の田原グループの実験と我々の理論計算の共同研究を実施し、その結果変角振動のSFGはバルク中の四重極成分が支配的であることを示した。(2)有機溶媒表面のSFG分光の理論解析:本グループで開発されたSFG理論を有機溶媒に拡張し、電池系の溶液などで広く用いられる有機炭酸エステル溶媒の界面構造をSFG分光実験と合わせて解明した。

特に環状のプロピレンカーボネートと鎖状のジメチルカーボネートではSFGの位相が反転することを予想し、前者では界面近傍で二量体構造を形成するためであることを明らかとした。(3)振動差スペクトルの理論計算手法の開発:実験的な分光観測で系の特定の部分への選択性を高めるため、差スペクトルを得ることがしばしばなされるが、微小な差スペクトルを理論計算で得ることは難しい問題であった。本グループでは差スペクトルそのものをバックグランドなしで求める手法を開発し、それを実用的な系に応用することを可能とした。上の研究実績で示した3つの成果は、いずれも当該年度に論文発表を行うことができたものである。本研究の当初からの方針によって、界面振動分光の理論と実験計測との緊密な共同研究を推進して、水分子の変角振動について重要な成果を得るとともに、水溶性界面を超えて有機分子界面への応用についても、その界面構造を明らかにする成果を得ることができた。また振動スペクトルの微小な差スペクトルを計算する新たな方法論を実用化することに成功した。申請者がこれまでに開発してきた分子シミュレーションに基づく界面分光の理論の成果をもとに、本領域内の分光計測の実験研究者と本グループの理論解析との緊密な共同研究を展開し、溶液・高分子などの柔らかな界面構造の理解を格段に深化させる。さらに溶液界面構造の詳細な理解に基づいて、柔らかな界面での物質移動や反応場としての機能を分子科学の立場から解明する。本年度には、和周波発生(SFG)分光および関連の分光に関する以下の成果を得た。(1)和周波分光のおける3次の効果の理論的解明:帯電した界面に接する溶液のSFG分光では、電場の影響が界面より深くまで残って3次の分極効果を生じる。本研究ではSFGにおける3次の効果を界面シグナルと分離して計算する手法を提案し、実際に計算で明らかにした。さらに帯電したシリカ-水界面で3次の効果を取り除いて界面情報を明らかにする解析が可能であることを示した。(2)脂質膜-電解質水溶液界面でのイオン分布と和周波分光の解明:リン脂質-水界面では電解質が加わるとSFGシグナルが敏感に変化する。本研究では実測SFGスペクトルでの電解質の効果をMD計算で再現するとともに、その界面構造の摂動を明らかにした。イオンが脂質膜に浸透する選択性は空気-水界面とは反対の傾向を示すことを明らかとした。(3)アルキル基の汎用分子モデリングとSFGスペクトルへの応用:アルキル基は有機分子に汎用的に含まれ、振動分光のマーカーとして使われる。本研究ではメチル、メチレンのC-H伸縮振動をコンフォメーションの違いやFermi共鳴も含めた分子モデリングを開発し、アルキル基のSFGスペクトル解析を可能とした。実際にエタノールの場合に適用し、赤外・ラマン・SFGの汎用的な帰属を示すとともに、コンフォメーションの違いが重要であることも明らかとした。申請者の界面分光の理論の成果をもとに、本領域内の分光計測の実験研究者と本グループの理論解析との緊密な共同研究を展開し、界面分光の関する手法を格段に開発した。界面分子のダイナミックスを求める2次元SFG分光の理論、振動差スペクトルの理論計算手法の開発、SFG分光に含まれるchi3効果の計算による解明、氷表面のSFGスペクトルの解明、アルキル基のC-H振動の同定など、その成果は多岐にわたる。
傾斜高分子膜の調製と膜透過・分離機能

本研究では線型の濃度勾配を傾斜化プロセスとして役立て透過・分離機能を有する傾斜高分子膜を調製することを目的とする。これを実現するにあたり、まずイミド-シロキサンブロック共重合体が1,4-ジオキサンに溶解することを利用して、凍結乾燥という簡便な手法で緻密層-多孔層から成るロブ型非対称膜を調製し、その構造と気体輸送特性との関連について検討した。緻密層-多孔層を有する非対称膜は、先ずイミド-シロキサンブロック共重合体の1,4-ジオキサン溶液をテフロンシャーレ上に展開して濃度が約20wt%となるまで自然乾燥させ、次に液体窒素を用いてシャーレ面より徐々に冷却して完全に凍結させ、最後に室温で約12時間凍結乾燥を行うことにより調製した。こうして得られた膜の電子顕微鏡観察を行ったところ、シャーレ面側が多孔層、気相面が厚さ約10μmの緻密層から成る非対称膜を形成していることが確認された。さらにこの膜の多孔層は、孔がシャーレ面から気相面に向かって帯状に分布し、またその径は小さくなっていた即、本研究で得られた非対称膜の多孔層は、膜厚方向に対し孔径の勾配を持つものであった。このような構造形成の理由としては、冷却過程において1,4-ジオキサンがイミド-シロキサンブロック共重合体と相分離しながら凍結するために結果として膜厚方向に濃度勾配が生じるため、また1,4-ジオキサン結晶の膜厚方向への成長が考察された。また、ここで得られた非対称膜は多孔層が支持層として寄与するために力学強度はかなり保持され、そして見掛けの膜厚に対して実際に気体が透過する厚さは薄いために透過係数値は向上し、気体分離比は低下しないものであった。
社会的意味の共生と発達に関与する分子・神経機構の解析

社会的意味の共生の発達機構を明らかにするために、ニワトリのヒヨコをモデルに行動学的解析を行った。ヒヨコは孵化後親の養育をうけなくとも自力で餌をとり成長するため、母子間相互作用とは独立に、同世代の仲間との相互作用による社会性の獲得過程を研究することが出来る点で、優れたモデル動物であると考えられる。社会的意味行動としてはfamiliarな仲間に対する接近行動、およびcallに着目し、計測を行った。即ち、2個の対面したテストケージの一方にテストヒヨコを、もう一方にfamiliarな仲間を入れ、その行動をケージの上方からビデオ撮影後、(1)運動の軌跡および速度、(2)頭部の中心を始点として嘴の先端を終点とするベクトルの方位を計測した。Callについては、ソノグラムおよびオシログラムの解析から音質と強度を計測した。社会性行動の発達と感覚-運動的相互作用の関連を調べるために、飼育条件を制御し、孵化直前から複数個体で飼育した場合、単独で飼育した場合、特定の感覚のみをコミュニケーション手段として使用できる場合を設定し、2週間飼育した後、上記の方法で社会性行動を計測した。その結果、集団で飼育した場合は、視覚的、聴覚的に呈示された仲間に対する、積極的な接近行動が見られ、callがisolation callからassociation callに変化した。これに対し、単独飼育の場合は、freezingあるいはescaping行動となり、callの変化も起こらなかった。特定の感覚でコミュニケーション可能とした条件では、そのmodalityのみで社会化がみられた。なかでも聴覚的なコミュニケーションが社会化に有効であった。さらに、社会的意味行動の獲得に関わる脳の発達と遺伝子の関連を明らかにするために、社会化したヒヨコと個別飼育されたヒヨコの脳組織を調製し、DNAチップを用いた網羅的遺伝子発現解析を行っている。
酵素結合タンパク質による核酸前駆体合成の調節

核酸前駆体、ヌクレオチド合成の重要な調節因子の一つはホスホリボシルピロリン酸(PRPP)の細胞内濃度である。本研究ではPRPP合成酵素触媒サブユニットに結合し、活性を制御すると考えられるタンパク質(39kDa)の基本構造と性質を解析し、以下の成果を得た。1. 30kDaタンパク質のcDNAクローニングとその塩基配列の決定39kDaタンパク質のプロテアーゼ分解ペプチドのアミノ酸配列を基に作製したプローブを用い、ラット肝cDNAライブラリーよりクローンを得た。塩基配列から推定されるアミノ酸配列は、触媒サブユニットのそれと非常に高い相同性を示し、一部の領域を除き全領域で48%一致した。39kDaタンパク質をPAP39 (PRPP synthetase-associated protein)と命名した。2.特異抗体を用いた両タンパク質の分子接触の証明PAP39に特異的なアミノ酸配列を選び、合成したペプチドに対する抗体をウサギより得た。触媒サブユニットに対してはモノクローナル抗体を作製した。ラット肝酵素のジメチルスベリミデ-トによる架橋産物をこの2種の特異抗体を用いて解析し、両タンパク質が直接結合していることを証明した。3.ラット肝PRPP合成酵素におれるPAP39の役割肝酵素を隠やかな条件でトリプシン消化すると触媒サブユニットには変化なくPAP39が選択的に分解され、酵素活性が増加したことから、PAP39の活性抑制効果が示された。4. PAP39の遺伝子組換え法による作製本タンパク質の過剰による細胞毒性を避けるため、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として発現させ、グルタチオン-Sepharoseを用いて精製した。5. PAP39の触媒活性に対する効果の解析触媒サブユニット(遺伝子組換え法で調製済)を1M MgCl_2処理により多量体を解離させ、上記4で得たPAP39-GST融合体を加えて再会合させると、触媒活性が抑制され、PAP39の抑制作用が明確となった。本研究ではPRPP合成酵素触媒サブユニットに結合し、活性を制御していると考えられるタンパク質(39kDa)の基本構造と性質を解析し、以下の成果を得た。1.39kDaタンパク質のcDNAクローニングとその塩基配列の決定。39kDaタンパク質のプロテアーゼ分解ペプチドのアミノ酸配列を基に作製したプローブを用い、ラット肝cDNAライブラリーよりクローンを得た。塩基配列から推定されるアミノ酸配列は、驚くべきことに触媒サブユニットのそれと非常に高い相同性を示し、一部の領域を除き全領域で48%一致であった。2.特異抗体を用いた両タンパク質の分子接触の証明。39kDaタンパク質に特異的なアミノ酸配列を選び、合成したペプチドをヘモシアニンと結合させ、ウサギに免疫して抗体を得た。ラット肝臓酵素のジメチルスベリミデートによる架橋産物をこの2種の特異抗体を用いて解析し、両タンパク質が直接結合していることを証明した。3.ラット肝PRPP合成酵素における39kDa成分の役割。ラット肝酵素を非常に穏やかな条件でトリプシン消化すると触媒サブユニットには変化がなく39kDa(および41kDa)成分だけが選択的に分解された。この時、酵素活性が増加したことから、39kDa(および41kDa)タンパク成分の活性抑制効果が示された。

核酸前駆体、ヌクレオチド合成の重要な調節因子の一つはホスホリボシルピロリン酸(PRPP)の細胞内濃度である。本研究ではPRPP合成酵素触媒サブユニットに結合し、活性を制御していると考えられるタンパク質(39kDa)の構造と性質を解析し、以下の成果を得た。1. 39kDaタンパク質の遺伝子組換え法による作製と精製本タンパク質の過剰により生じる細胞毒性を避けるため、グルタチオン-S-トランスフェラーゼとの融合タンパク質として発現させ、グルタチオン-Sepharoseを用いて精製した。2. 39kDaタンパク質の触媒活性に対する効果の解析触媒サブユニット(遺伝子組換え法で既に調製済み)に上記1で得た39kDaタンパク質融合体あるいはトリプシンにより消化したペプチドを加えて、活性を測定した。両者を単に混合したのみでは活性に変化はないが、1M MgCl_2処理により触媒サブユニットの多量体を解離させたのち再会合させると、39kDaタンパク質量依存的に触媒活性が抑制された。このことから本タンパク質の抑制作用が明確となった。3.両タンパク質の分子接触部位の解析上記2で得たトリプシン消化産物をゲル濾過し、各フラクションを触媒サブユニットに作用させると、分子量一万以下のペプチド断片でも抑制効果があり、39kDaタンパク質の一次構造上比較的限られた領域が触媒サブユニットに結合し、活性を抑制していることが示唆された。しかし、逆相HPLCによりこのトリプシン消化産物をさらにペプチドレベルにまで精製すると、弱い抑制効果を示すペプチド断片しか得られない。したがって、十分な抑制効果を示すには複数のペプチド断片を必要とする可能性が高く、さらに解析を続行する計画である。本研究ではPRPP合成酵素触媒サブユニットに結合し、活性を抑制していると考えられるタンパク質(39kDa)の構造と性質を解析し、以下の成果を得た。1.39kDaタンパク質の組織分布39kDaタンパク質mRNAレベルはラット各組織によって異なり、触媒サブユニットPRSImRNAに対する相対量も違っていた。そこで、抗体を用いたウェスタン解析により、39kDaタンパク質の組織分布を調べたところ、脳や精巣では肝臓に比べ39kDaタンパク含量が少なかった。しかし、抗体カラムを用いて脳酵素を精製すると、39kDaタンパク質の触媒サブユニットに対する量比は肝酵素のそれとほぼ同じであった。脳では39kDaタンパク質が何かの修飾を受け、抗体と反応しにくい可能性がある。従って、脳酵素は、サブユニットの組成は肝酵素と大きな差はなく、おそらく修飾などによりサブユニットの質が変わることで異なった複合体構造をとっていると考えられる。2.肝臓酵素の調節的性質に及ぼす39kDaタンパク質の効果肝臓の本酵素は2種の触媒サブユニットPRSI、IIの他に39,41kDa結合タンパク質を含むヘテロ重合体として存在している。
国語科における「語彙学習力」の育成-学習者視点からの語彙単元の開発-

語彙学習は、自らの言語生活をよりよくしようとする必然性に支えられた自立的な営みである。学校を離れても末永く幅広く語彙学習に励んでほしい。一方、学校教育には限界がある。だからこそ国語科では、学習者の語彙の質や量を高めることに加え、自らの語彙に関心をもち、効果的に語彙力を高めていこうとする主体的な態度能力の育成が求められる。本研究では、こうした学習者本位の「語彙学習力」に繋がるような、語彙への関心や語彙に対する体系的認識の高め方、語彙学習へのビジョンや方法知のもたせ方等について実践的に追究する。最終的には、選定語彙、また学習活動やその過程を工夫して効果的な単元を開発し提示したいと考えている。
食物の摂取の咀嚼行動におけるネコ大脳皮質の役割-SI破壊による咀嚼運動の変化と運動皮質

今まで大脳皮質の感覚野(SI)、運動野(ICMSで顎顔面口腔領域に運動効果を認める冠状溝吻側部のC領域、前シルビウス溝外側部のP領域と十字溝腹側部のM領域)と咀嚼野(MA)の摂食行動時の役割を知るために、覚醒ネコの各領域で単一ニューロン活動を細胞外記録し、咀嚼運動に関連してニューロン活動を変化するMRニューロン(MR)の受容野の位置や拡がり、感覚種、ICMSの運動効果と各ニューロンの咀嚼運動時の活動様式を検索した。その結果、SIニューロンの約半数が咀嚼運動に従ってリズミカルに活動を変化したPost-movement type (Post)のMRで、これらは咀嚼運動に伴う末梢の感覚情報をモニターし、円滑な咀嚼運動実行に関与していると推察された。今年度は、C、PとM領域の咀嚼運動時のニューロン活動様式について調べた。各領域のMRは、共は多くが舌、口周囲部や下顎部に受容野を持ち、活動様式は、舌、顎や口周囲部の運動あるいは咀嚼運動の開始に先行してその活動を変化するPre-movement type(Pre)とPostが認められた。C、PそしてM領域のPreとPostの割合は、それぞれ35%と60%、50%と45%そして70%と20%であった。以上より、MとP領域はPreが多いことより、主に咀嚼運動に関連した顎舌顔面筋の運動の開始に、またC領域はPostが多いことより主に咀嚼運動時の感覚入力と運動出力の統合に関係している可能性が示唆された。今まで各typeの分類は、咀嚼筋、舌筋、顎二腹筋に慢性的に埋め込んだ電極より記録した筋活動とニューロン活動の解析により行った。しかし、顔面表情筋のように薄く小さい筋に独立して電極を埋め込むことが困難な場合はその解析に苦労した。今回はビデオ映像解析装置の購入で、顔面皮膚の動きを分解して表示できることから、運動とニューロン活動との関係を容易に調べられた。
出芽酵母を用いたmRNA品質管理機構の反応過程における複合体の精製およびその解析

細胞内では遺伝子発現の各過程における誤りや外界からのストレスによって様々な異常mRNAや異常タンパク質が合成される。mRNAとタンパク質の品質管理機構は、この様な異常産物を認識し排除することで正確な遺伝子発現を維持している。mRNA上に連続したレアコドンや連続した塩基性アミノ酸配列などが出現するとリボソームによる翻訳伸長反応が停滞する。細胞はこの翻訳停滞を異常な翻訳と認識し、翻訳中の異常mRNAの分子内切断とその異常mRNAに由来する新生ペプチド鎖の特異的分解機構を誘導する。本研究課題では、これら品質管理機構に関与する新たな因子の同定に成功した。細胞内では。遺伝子発現の各過程における誤りや外界からのストレスによって様々な異常mRNAや異常タンパク質が合成される。本研究では、これらの品質管理機構の各反応反応過程の分子機構の理解を目指し、各反応過程における複合体の精製およびその解析を行っている。細胞はこの翻訳停滞を異常な翻訳と認識し、翻訳中の異常mRNAの分子内切断(NGD; No Go Decay)と、その異常mRNAに由来する新生ペプチド鎖の特異的分解機構(RQC; Ribosome Quality Control)を誘導する。これら2つの品質管理機構はE3ユビキチンライゲースであるHel2による因子Xのユビキチン化に依存していることが我々のグループの研究によって明らかになっている。そこで、平成26年度は、NGDとRQCという2つの品質管理機構に焦点を当て、連続した塩基性アミノ酸配列に起因する翻訳停滞複合体の精製法の検討を行った。まず、Hel2にアフィニティータグを付加させた出芽酵母株を作製し、2段階アフィニティー精製を行った結果、Hel2を含む品質管理機構複合体の精製に成功した。次に、連続した塩基性配列を含む新生ペプチド鎖とリボソームを含む複合体の精製条件の検討も行った結果、途中まで翻訳された新生ペプチド鎖とリボソームを含む複合体、すなわち翻訳が停滞したリボソームを特異的に精製することに成功した。本研究課題では、これらの品質管理機構の各反応過程の分子機構の理解を目指し、各反応過程における複合体の精製およびその解析を行った。細胞はこの翻訳停滞を異常な翻訳と認識し、翻訳中の異常mRNAの分子内切断(NGD; No Go Decay)とその異常mRNAに由来する新生ペプチド鎖の特異的分解機構(RQC; Ribosome associated quality conyrol)を誘導する。これら2つの品質管理機構はE3ユビキチンライゲースであるHel2のユビキチン化に依存していることが我々のグループの研究によって明らかになっている。平成26年度までに、Hel2を含む複合体、および連続した塩基性アミノ酸配列に起因する翻訳停滞複合体の特異的精製法を樹立している。そこで平成27年度は各特異的複合体に含まれる因子の探索を行い、翻訳伸長阻害に起因する異常新生ペプチド鎖の品質管理機構に関与する新たな因子の同定に成功した。翻訳停滞に起因する品質管理複合体の精製法を確立しており、目的としている品質管理機構の各反応過程に関与する新規因子の同定を進める段階まで到達している。加えて、同様の精製法を用いて、低温電子顕微鏡やCRAC法を用いた構造解析を行う条件も既に確立している。分子生物学翻訳停滞に起因する2つの品質管理機構の分子機構を理解するために、各反応中間複合体をH26年度に確立した精製法を用いて精製し、得られた複合体に含まれる新規因子を質量分析系により同定する。また、同様の精製法を用いて、Hel2や新規因子が結合するリボソーム上の結合領域をCRAC法にて決定する。さらに、Hel2-リボソーム複合体の低温電子顕微鏡による解析によって、翻訳停滞に起因するHel2のより詳細な分子機能、さらには翻訳停滞中のリボソームの構造観察を進めていきたい。