hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
母語の読解と第二言語読解の関係についての多角的研究

平成24年までの成果として特筆すべきことは,これまで集団でリーディングスパンテストを行う効果的に行う方法がなかったために,英語習熟途上の中学生や高校生の英語作動記憶容量の測定が出来ず,多くの第二言語読解研究において,作動記憶を変数としているものが極めて少なかった。しかし,本研究により,CALLシステムを使って,50分間で約50名を実験することが出来た。さらにその成績には正規性が見られ,テストとしての信頼性も良好であることが示された。これは,今後の第二言語読解研究に大きく貢献できると考える。2013年12月1日に日本認知心理学研究学会の国際ジャーナル「認知心理学研究」に「高校生用集団式日英語リーディングスパンテストの開発および英語における習熟度と作動記憶の関係の検討」を投稿し,8月25日に受理。同論文は2015年2月号に掲載された。以下のURLで閲覧可能。http://cogpsy.jp/saisin.html2015年3月14日法政大学で行われたディスコース心理学研究部会に研究代表者が「L2読解モデルの構築ーL1能力はL2読解のどこにどのように影響するかー」と題して講演を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。第二言語習得研究26年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度は本研究における実験計画を入念かつ精密に行うことであった。研究代表者及び分担者は研究打ち合わせ会議を行い,被験者の検討,作動記憶容量の実験方法の改良,刺激テキストの検討を行った。また,研究代表者は平成23年9月より,米国カーネギーメロン大学を訪問し,同大学の読解研究者と本研究に対する会議を行った。さらに長岡技術科学大学の学生を被験者に予備実験を行い,刺激テキストの妥当性を検討した。平成23年度実験準備と理論構築,24年度実験実施,25年度研究成果のまとめと発表という計画で行ってきたが,計画通りに実施できていると考える。平成25年度は3件の口頭発表,1件の論文投稿を行った。3回の実験を行う縦断的調査であるが,第1回目は問題なく終了した。詳細は以下の通りである。平成24年12月から1月にかけて,高校2年生120名を協力者として実験を行った。実験内容は,1日本語によるリーディングスパンテスト,2英語によるリーディングスパンテスト,3英語の語彙サイズテスト,4英語による読解問題,5英語の既知語率テストである。これらの成績に,国語読解問題,英語の業者テストによる総合問題,英文を読んでいる際の速度を測定した。平成25年1月から3月にかけて,研究補助者を雇い入れ,データ整理を行い,研究代表者が分析を行った。これらの成果をもとに,平成25年度に行われる予定の第11回日本認知心理学会への応募準備,さらに同学会への論文応募準備が整ったので,きわめて順調に研究が進んでいる。平成23年度の研究成果を踏まえ,英語習熟度を変数にするためには被験者は高校生であることが望ましいという結論に達したので,小山工業高等専門学校教授を研究分担者として迎えることにした。しかし作動記憶容量の実験では,1名1部屋が必要で,英語と日本語の両方で行うためには1名30分必要である。また,本研究ではSEMを使って分析をすることを計画しているが,その場合,被験者は100名ほどいるのが望ましい。このような状況を考えると,高専という教育現場では実験が難しく,質問紙の方法に切り替えることを考えている。そして,作動記憶容量と工学の知識を変数とする実験は,長岡技術科学大学の学生を被験者にするような変更を考えている。平成24年度はこれらの学生・生徒を被験者に本実験を行う。
ペロブスカイト型酸化物セラミックスを固体電解質とした高温型燃料電池の開発研究

BaCe_<0.9>Sm_<0.1>O_<3-α>(厚さ0.5mm)を固体電解質とし、多孔質白金を電極に用いて平板型燃電池を構成したところ、安定に作動し、1000°Cで900mACm^<-2>という高い短絡電流が得られた。この電池の最大出力密度0.22W/cm^2は、安定化ジルコニア系電池のそれに匹敵するほどであった。実用電極として、燃料極にNi、空気極に各種電子導電性酸化物を用いた場合、いずれの電池も安定に作動し、特に空気極として今回開発したLa_<0.6>Ba_<0.4>CoO_<3-α>が白金電極に近い特性を示した。この電池は、700°C程度の低温領域において、同温の安定化ジルコニア系電池よりも高い出力を示し、この際に空気極としてLa_<0.6>Ba_<0.4>CoO_<3-α>の方が白金電極よりも優れていた。水素に代わる燃料ガスとしてメタノ-ルの適用を試みたところ、開回路電圧や短絡電流が水素燃料電池の場合よりわずかに低いものの、安定した出力が得られた。2.SrZrO_3系酸化物のプロトン導電性と燃料電池ガス透過性のない緻密なSrZr_<1-x>M_xO_<3-α>系セラミックス(M=Al,Ga,In,Y.Yb)を固体電解質として水素濃淡電池を構成したところ、安定した起電力を示し、その値はネルンストの式から得られた理論値と一致していた。また、これらの固体電解質に外部回路から直流を流して、水素の電気化学的透過実験を行った結果、カソ-ドからファラデ-の法則に見合った水素の発生が観察され、電解質中をプロトンが導電にあずかっていることを証明できた。これらの酸化物を電解質として試作した水素燃料電池は、その取り出しうる電流は上記BaCeO_3系に比べてかなり低いものの、安定した作動特性を示した。
細胞間情報伝達を標的とした細菌感染症治療薬の開発

ウェルシュ菌、strain13の培養上清中に含まれる細胞間情報伝達物質(VAP)の性状を検討した結果、非常に不安定で低分子の物質がウェルシュ菌毒素産生を細胞外から制御していることが明らかとなった。この刺激物質、VAPの精製法の確立を試みた。VAPは培養上清中では速やかに失活し、pH5.0付近で活性がもっとも強く、煮沸により容易に失活し、分子量は3,000以下と非常に低分子の物質であることから、精製過程における失活を防ぐための様々な条件を検討した。培養量は大体、1,0003,000mlを用い、培養開始後1.5時間で菌体を分離し、培養上清を調整した。培養上清はただちに氷中におき失活を極力抑えつつ、低温室にて旭化成のペンシル型モジュール(分画分子量10,000)を用いて分画した。濃縮画分とろ過画分中のVAP活性を測定したところ、濃縮画分に高いVAP活性が認められ、この画分からさらに精製を試みた。濃縮画分からの逆相カラムクロマトグラフィー(C18)を用いた分取をただちに行い、アセトニトリルの濃度勾配で溶出される分画中の活性を測定したところ、12%のアセトニトリルで溶出されることが明らかとなり、粗精製法が確立された。こうして得られた粗精製標品をTOF-MAS解析にかけたところ、分子量約1,300のメインなピークと、ピークの小さい数個のピークが見られ、この1,300のピークがVAPである可能性が高いと考えられた。しかしながら精製過程での失活は防ぎようがなく、得られたVAP標品では今後の解析がかなり困難であることより、より大量のVAPの精製法の確立が、この興味深い細胞間情報伝達を利用した新たな感染症治療法の開発には必要不可欠である、と思われた。現在、様々な条件を用いてVAPを精製し、構造解析する手法を検討中であり、近い将来、VAPを応用した治療法の検討が可能になると考えている。平成10年度の当該研究を以下のように行ったので報告する。1.ウェルシュ菌培養上滑中の細胞間刺激物質の性状解析ウェルシュ菌、strain 13の培養上清を調製し、その中に含まれる細胞間刺激物質の特性を検討した。活性測定は変異株SI112にstrain 13の培養上清を加え、全RNAをSI112から抽出し、θ-毒素遺伝子(pfoA)をプローブとしたノザンハイブリダイゼーション法にて刺激物質のpfoA遺伝子転写誘導活性を測定したところ、有意にpfoA遺伝子の転写活性が上昇し、なおかつκ-毒素遺伝子(colA)およびα-毒素遺伝子(plc)の転写も上昇した。このことからこの培養上清中の刺激物質は3つの毒素遺伝子の転写をグローバルに調節する因子であることが明らかとなった。この因子をVAP(virulence activating pheromone)と命名し、様々な性状を解析した。VAPはpH5.0付近で活性がもっとも強く、煮沸により容易に失活し、分子量は3,000以下と非常に低分子の物質であった。培養上滑中では速やかに失活することから、非常に不安定な物質と考えられた。2.細胞間刺激物質の精製法の確立VAPの性状解析によりもっとも活性保持に安定な条件を決定し、その条件下にて精製法を検討した。

VAPが非常に不安定であることから、培養上清を速やかに調整し、逆相カラムクロマトグラフィー(C18,C8)を用いた分取をただちに行い、アセトニトリルの濃度勾配で溶出される分画中の活性を測定した。C18よりC8カラムへの吸着が強く、2040%の濃度で溶出されることが明らかとなった。今後は得られた結果をもとにしてVAPの大量精製を行い、その構造解析や阻害物質のスクリーニングなどを行い、VAPを標的とした新たな治療法の確立をめざす予定である。平成10年度にウェルシュ菌、strain 13の培養上清中に含まれる細胞間刺激物質の特性を検討した結果をふまえ、今年度は刺激物質VAP(virulence activating pheromone)の精製法の確立を試み、さらなる解析を目的とした。VAPは培養上清中では速やかに失活し、pH5.0付近で活性がもっとも強く、煮沸により容易に失活し、分子量は3,000以下と非常に低分子の物質であることから、精製過程における失活を防ぐための様々な条件を検討した。培養量は大体1,0003,000 mlを用い、培養開始後1.5時間で菌体を分離し、培養上清を調整した。培養上清はただちに氷中に置き失活を極力抑えつつ、低温室にて旭化成のペンシル型モジュール(分画分子量10,000)を用いて分画した。濃縮画分とろ過画分中のVAP活性を測定したところ、濃縮画分に高いVAP活性が認められ、この画分からさらに精製を試みた。濃縮画分からの逆相カラムクロマトグラフィー(C18)を用いた分取をただちに行い、アセトニトリルの濃度勾配で溶出される分画中の活性を測定したところ、20%以下の濃度で溶出されることが明らかとなった。さらに濃度勾配を細かくとったところ、12%のアセトニトリルで溶出されることが明らかとなり、粗精製法が確立された。こうして得られた粗精製標品をTOF-MAS解析にかけたところ、分子量約1,300のメインなピークと、ピークの小さい数個のピークがみられ、この1,300のピークがVAPである可能性が高いと考えられた。しかしながら精製過程での失活は防ぎようがなく、得られたVAP標品では今後の解析はかなり困難であることより、より大量のVAPの精製法の確立が、この興味深い細胞間情報伝達を利用した新たな感染症治療法の開発には必要不可欠である、と思われた。
統合失調症患者の配偶者の病いの体験と家族支援に関する研究

本研究では、統合失調症患者の配偶者の病いの体験を明らかにすることを目的とした。夫の体験から、病気の認識と受けとめ方、過去から現在の病気の妻との生活体験、夫の役割と負担、夫婦関係と妻の存在、地域社会とのつながり、将来への展望の6つのテーマが見出された。妻は、夫の世話を天命と受けとめ、現状維持を願っていた。彼らの根底にある確固とした夫婦の信頼関係と、患者とともに生きることが有意味であるという認識が、患者の傍に居続けることにつながっていると示唆された。本研究の目的は、3ヵ年全体を通して精神科病院に入院または通院している統合失調症患者の配偶者にとっての、統合失調症という病いや患者、日常生活に関連する困難さや葛藤、さらにそれらが配偶者の生活や人生に及ぼす影響を質的分析により明らかにし、配偶者に対する効果的な援助構築のための知見を得ることである。平成20年度は、統合失調症患者と配偶者との関係、配偶者の生活状況に関する文献検討を行い、面接ガイドを作成し、平成21年から実施する面接調査のための準備を整えることが目的であった。1983年2008年の国内文献検討の結果、「結婚状況からみた配偶者の状況」と「患者の社会適応状況からみた配偶者の状況」の研究に分類された。家族状況は患者の社会生活適応に大きく影響し、同居患者は配偶者からの支持を受けていた。1990年2008年の海外文献は、「配偶者の体験に関するもの」と「配偶者のQOLに関するもの」とに分類され、患者へのケア提供は配偶者の精神的健康に影響を与えること、患者の機能レベルと配偶者のQOLとの間には有意な関連が認められ、配偶者特有の体験やニーズに即した支援は不足していることがわかった。以上の結果をふまえて、設問項目を吟味し面接ガイドを作成し、山梨県と長野県における精神科医療施設長の許可を得、対象者確保を進めており、研究代表者が所属する倫理委員会の承認を得た上で面接を実施する次第である。なお上記文献検討の結果を、平成21年8月に開催される10th International Mental Health Conferenceにて発表予定である。本研究の目的は、精神科病院に入院または通院中の統合失調症患者の配偶者が、統合失調症という病いとその患者、日常生活上の困難さや葛藤をどのように捉え、それらが配偶者の生活や人生に及ぼす影響を明らかにし、配偶者のニーズに即した効果的な援助構築のための知見を得ることである。平成21年度は、山梨県と長野県内の精神科医療施設の許可および研究代表者所属機関倫理委員会の承認を得た後、平成20年度作成の面接ガイドを用いて面接調査を行った。これまで配偶者14名(夫11名、妻3名)に面接し内容分析を行っている。その結果、初期に病気の苦悩や病状を理解することの困難さ、服薬確認や受診同伴、再発防止のための日常生活での配慮などの多面的な治療への協力、子育て・家事・仕事の負担、病気に無関心ではないが一定の距離をとった病状変化の観察を通しての対応、夫婦であることの信頼関係を大事にしていること、といった配偶者の姿が明らかになった。現在、結果の一部を平成22年9月開催の16th International Network for Psychiatric and Nursing Research Conference (Oxford, UK)での発表に向けて準備中である。尚、当初目標とした対象者数20名に未だ達していないため、可能な限り目標数を確保するべく、平成22年4月8月は再度承諾済みの精神科医療機関へ打診し面接調査を継続する予定である。本研究の目的は、入院中または外来通院中の統合失調症患者の配偶者が抱く、病気や患者に対する思いと、日常生活上の困難や葛藤が配偶者の生活や人生に及ぼす影響を明らかにし、配偶者に必要な援助を構築するための示唆を得ることである。最終年度は、当初目標の対象者数20名に達しなかったため、目標数を確保すべく再度施設へ打診し面接を続け、平成22年4月に1名の面接を行い計15名となった。その後、面接逐語録の内容分析、学会発表と学術雑誌への投稿に取り組んだ。分析の結果、夫は、患者である妻に対する愛情は変わらずもち続け、子供の養育・家事・仕事の負担を抱えつつ、治療を支え、子供と妻との関係性を維持することの配慮が主たる役割であった。また、夫婦という信頼関係のもと、夫は妻の人生を共有する覚悟をもっていることが明らかになった(2010年9月,16^th International NPNR Conference, Oxford, UKにて発表)。さらに、夫の体験から、病気の認識と受けとめ方、過去から現在の病気の妻との生活体験、夫の役割と負担、夫婦関係と妻の存在、地域社会とのつながり、将来への展望の6つのテーマが見出された(Archives of Psychiatric Nursingへ投稿し受理され、現在印刷中)。

一方、夫が患者の場合、その妻は、回復への諦めと現状維持の希望、夫の介護と他の家族員の介護、妻自身の病気への向き合い方の変化が認められた(2011年8月,3rd World Congress of Asia Psychiatry, Melbourne, Australiaにて発表予定)。以上より、統合失調症患者の配偶者の根底にある確固とした夫婦の絆と、患者とともに生きることが有意味であるとの認識が、患者の傍にい続けることにつながっていると示唆された。
雄性不稔立山スギの遺伝育種学的研究

作物での一代雑種にみられる雑種強勢の利用に自家不和合性とともに雄性不稔は有用な遺伝資源である。スギは日本の文化を支えた生物資源のひとつとして評価できる。よって,戦後の荒廃した山地にスギが植林された。それらが現在,成樹となり毎年春先膨大な花粉を飛沫させ他の要因と作用し,いわゆる花粉症を多発させていると指摘されている。立山スギ系と思われる雄性不稔スギ1個体が富山市で発見された。裸子植物での雄性不稔はめずらしいのでトウモロコシ,ムギ類,イネなどでの膨大な研究情報を参考にしつつこの雄性不稔スギを遺伝的に分析した。この不稔樹の雄花の外観は正常であるが,正常花粉の発育に比べ1カ月遅滞した花粉形成で,一核期以後花粉形成が異常になった。この異常と時期的に関連して雄花にエチレン多く発生し,約68kDaのタンパク質が検出された。染色体観察からこの数年スギで発見された三染色体や三倍体による部分雄性不稔スギとは異なり,三染色体や三倍体による雄性不稔でなく,かつ正常個体の花粉による交雑子孫の分析から,この雄性不稔性は遺伝子によると指摘された。ミトコンドリアの4遺伝子DNAの制限酵素分析からatpA-DraIで多型がみられたがスギのミトコンドリアは雄性伝達なので核遺伝子による雄性不稔と推定された。立山自然林における雄性不稔率は低いと推定された。挿し木繁殖率は極端に低いが,雑種種子の発芽率は高かった。今後,これら雑種子孫でこの形質の遺伝様式と原因因子を分析したい。富山市で発見された雄性不稔と思われるスギの雄花を組織解剖学的に分析したところ,成熟分裂花粉四分子以降の小胞子形成過程に異常を生じ,結果的に完全雄性不稔になることを確認した。また,正常な稔性をもつ雄花と外部形態的には変らないが,樹形は劣り,小胞子形成過程の進行が約1カ月遅いことも判明した。最近わが国で相次いで報告された部分雄性不稔スギが三倍体や三染色体に由来することから,この雄性不稔スギから人工交配で得られた241個体の根端体細胞分裂を観察したところ,1個体で二倍体細胞に加え,2細胞が四,1細胞が八倍体細胞で,この個体は混数体であったが他の240個体はすべて2n=22の二倍体で個々の染色体の構造的変異もなかった。このことから倍数性や異数性による雄性不稔でなく核あるいは細胞質・核遺伝子による雄性不稔と推定した。このことは先の成熟分裂異常の結果と一致する。また,人工交配種子が簡単にかつ多量に得られたことから,雌性配偶子形成過程は正常であると断定できた。交配個体の生育は良好である。この雄性不稔性を迅速に分析するため挿し木によるクローン増殖を行ったがほとんど発根せず挿し木能力が極端に劣ることがわかった。正確な遺伝育種学的分析のため人工交配で得られた個体を増殖し,ジベレリン処理により開花誘導している。また,現在DNAやタンパク質を指標に分子的解析をし,岐阜県で新たに発見された不開花雄花スギの組織形態分析をしている。偶然発見された1個体の雄性不稔スギのため,美女平から海抜1550mまでの地域の138樹の天然立山スギの花粉雄性を調査したが全部正常稔性で雄性不稔の遺伝子頻度が低いことを確認した。

よって,戦後の荒廃した山地にスギが植林された。それらが現在,成樹となり毎年春先膨大な花粉を飛沫させ他の要因と作用し,いわゆる花粉症を多発させていると指摘されている。立山スギ系と思われる雄性不稔スギ1個体が富山市で発見された。裸子植物での雄性不稔はめずらしいのでトウモロコシ,ムギ類,イネなどでの膨大な研究情報を参考にしつつこの雄性不稔スギを遺伝学的に分析した。この不稔樹の雄花の外観は正常であるが,正常花粉の発育に比べ1カ月遅滞した花粉形成で,一核期以後花粉形成が異常になった。この異常と時期的に関連して雄花にエチレンが多く発生し,約68kDaのタンパク質が検出された。染色体観察からこの数年スギで発見された三染色体や三倍体による部分雄性不稔スギとは異なり,三染色体や三倍体による雄性不稔でなく,かつ正常個体の花粉による交雑子孫の分析から,この雄性不稔性は遺伝子によると指摘された。ミトコンドリアの4遺伝子DNAの制限酵素分析からatpA-DraIで多型がみられたがスギのミトコンドリアは雄性伝達なので核遺伝子による雄性不稔と推定された。立山自然林における雄性不稔率は低いと推定された。挿し木繁殖率は極端に低いが,雑種種子の発芽率は高かった。今後,これら雑種子孫でこの形質の遺伝様式と原因因子を分析したい。
放射線・温熱・抗がん剤の併用療法における細胞周期及びアポトーシスの関与

抗がん剤と40°CのLow Hyperthermiaの相互効果について、まず当教室で継代しているマウスL細胞株を用いてBleomycin(BLM).処理と40°C加温の併用における殺細胞効果増強のメカニズムについて、細胞周期による感受性の変動について調べた。その結果、マウスL細胞においてはBLMまたは40°Cの温熱に対する細胞周期に依存した感受性の変化を認めなかった。次に蛍光色素法によってアポトーシスの出現頻度について調べた。BLMによるアポトーシスの誘導は5%以内と少なく、またBLMと40°Cの温熱の併用によってはアポトーシスの誘導の増強が認められないことが明らかとなった。従って、マウスL細胞株におけるBLMとLow Hyperthermiaの併用による殺細胞効果増強には細胞周期に依存した感受性やアポトーシスの関与は少ないと考えられた。さらに温熱療法と抗がん剤のCisplatinの殺細胞効果増強のメカニズムについてヒト神経膠芽腫細胞でHeat Shock Protein(HSP)について調べた結果、44°Cの温熱療法とCisplatinの同時併用により、HSPの産生が抑制されることが明らかとなった。また、マウスL細胞においてBLMとLow Hyperthermiaの併用によるHSPの産生の変化について検討した結果、BLM単独処理ではHSPの蓄積誘導は認められず、40°Cの温熱単独処理ではみられるHSPの蓄積が併用処理によって抑制されることが示唆された。抗がん剤とLow Hyperthermiaの殺細胞効果増強のメカニズムの一つとしてHSPの蓄積誘導の抑制が関与している可能性が示された。
Goldberg-Milnor予想の解決に向けたμ-等角摂動の研究

本研究が対象とする複素力学系とは,Riemann球面上で有理関数を無限に反復合成して得られる力学系をさす.1990年代,GoldbergとMilnorは複素係数多項式が生成する力学系において放物的周期点(複数の周期点が退化したもの)をもつとき,多項式の係数をうまく摂動することで,力学系のカオス部分を位相的に保ちつつ,退化していた放物的周期点を安定した吸引的な周期点と反発的な周期点のペアに変形できるであろうと予想した.本研究では,複素力学系理論における「擬等角摂動」の方法を発展させたμ-等角摂動により,GoldbergとMilnorの予想の肯定的解決を目指すものである.本研究が対象とする複素力学系とは,Riemann球面上で有理関数を無限に反復合成して得られる力学系をさす.1990年代,GoldbergとMilnorは複素係数多項式が生成する力学系において放物的周期点(複数の周期点が退化したもの)をもつとき,多項式の係数をうまく摂動することで,力学系のカオス部分を位相的に保ちつつ,退化していた放物的周期点を安定した吸引的な周期点と反発的な周期点のペアに変形できるであろうと予想した.本研究では,複素力学系理論における「擬等角摂動」の方法を発展させたμ-等角摂動により,GoldbergとMilnorの予想の肯定的解決を目指すものである.
ポルフィリン高分子錯体の三次元構造構築と電子遷移制御

本研究は、種々のポルフィリン錯体を高分子化し、その電子遷移に基づく導電性・磁性・光応答性の動的制御の実現を目的とした。まず、秩序配列ポルフィリンオリゴマーのポルフィリンπ軌道間相互作用制御を利用した高効率光誘起電子移動反応系の構築、ならびに、メソ位直結型ポルフィリン多量体πラジカルの合成と物性評価を行った。特に、center-to-edge型P(V)ポルフィリン2量体に電子供与体であるピレンを結合した分子を合成し、その光誘起電子移動について検討した。その結果、ダイマーの電荷移動励起状態を経由することで、モノマーに比べ電子移動速度が数十倍に加速されること、またブリッジフェニル基をメタ置換した分子ではπ電子系間の相互作用が強く電子移動加速効果が顕著に現れることを明らかにした。また、メソ位直結型ポルフィリンのπラジカルアレイについては、ダイマー、トライマー、テトラマーのπラジカルの生成過程と磁気的特性を詳細に検討した。メソ位直結型ポルフィリントライマーπラジカル、ならびに、テトラマーπラジカルでも、ダイマー同様に多重項状態を示すESRスペクトルが得られるが、その信号強度は極めて特殊な温度変化を示すことを明らかにした。また、化学酸化重合によって合成したメソ位直結型ポルフィリンポリマーでも、ポリπラジカルのスピン整列が可能であることを明らかにした。本研究は、種々のポルフィリン錯体を高分子化し、その電子遷移に基づく導電性・磁性・光応答性の動的制御を実現しようとするものである。本年度は、秩序配列ポルフィリンオリゴマーのポルフィリンπ軌道間相互作用の制御をめざし、いくつかのポルフィリン多量体の合成と物性評価を行った。まず、center-to-edge型P(V)ポルフィリン多量体の合成とその励起状態の物性について検討し、励起-重項状態において電荷移動を経由する失活過程が顕著に観測されることを明らかにした。また、軸置換基の異なるオリゴマーについて酸化還元特性を調べた結果、アクセプター部位を任意の位置に組み込むことが可能であることが明らかになった。また、それぞれのポルフィリン環の酸化還元電位は、ポルフィリン間の静電的相互作用により僅にシフトするが、そのシフトの大きさには、構造的非対称性に由来する違いが見られることも明らかになった。次に、ピレンを結合したポルフィリン多量体の合成とその励起エネルギー移動について検討した。ピレンとP(V)ポルフィリンのデンドリマー型多量体の光エネルギー捕集では、エネルギーギャップ依存性が現れることが明らかとなった。さらに、メソ位直結型ポルフィリンオリゴマーの合成を行いその物性を検討した。メソ位直結型ポルフィリンダイマーπビラジカルでは、3重項状態の存在を示すESRスペクトルが得られ、これらのオリゴマーがスピン整列に適したものであることが明らかになった。本年度は、秩序配列ポルフィリンオリゴマーのポルフィリンπ軌道間相互作用の制御をめざし、新規なポルフィリン多量体の合成と物性評価を行った。まず、center-to-edge型P(V)ポルフィリン2量体に電子供与体であるピレンを結合した分子を合成し、その光誘起電子移動について検討した。その結果、タイマーの電荷移動励起状態を経由することで、モノマーに比べ電子移動速度が数十倍に加速されることを明らかにした。また、メソ位直結型ポルフィリンのπラジカルアレイを合成し、その磁気的特性を詳細に検討した。メソ位直結型ポルフィリンダイマーπビラジカルでは、3重項状態を示すESRスペクトルが得られるが、その信号強度の温度依存性から、これらのオリゴマーがスピン整列に適したものであると同時に、極めて特殊な温度変化を示すことを明らかにした。一方、メソ位直結型ポルフィリンダイマーπモノラジカルでは、スピンは片側のポルフィリン環に局在する。

このモノラジカルカチオンと酸化剤アニオンからなるイオン対に光照射することで、ポルフィリンダイマーπビラジカルが生じることを明らかにした。また、電解酸化重合によって合成したメソ位直結型ポルフィリンポリマーでも、化学酸化によりポリπラジカルが生じることを明らかにした。本研究は、種々のポルフィリン錯体を高分子化し、その電子遷移に基づく導電性・磁性・光応答性の動的制御を実現しようとするもである。本年度は、秩序配列ポルフィリンオリゴマーのポルフィリンπ軌道間相互作用制御を利用した高効率光誘起電子移動反応系の構築、ならびに、メソ位直結型ポルフィリン多量体πラジカルの合成と物性評価を行った。昨年に引き続き、center-to-edge型P(V)ポルフィリン2量体に電子供与体であるピレンを結合した分子を合成し、その光誘起電子移動について検討した。その結果、ダイマーの電荷移動励起状態を経由することで、モノマーに比べ電子移動速度が数十倍に加速されること、またブリッジフェニル基をメタ置換した分子ではπ電子系間の相互作用が強く電子移動加速効果が顕著に現れることを明らかにした。メソ位直結型ポルフィリンのπラジカルアレイについては、ダイマー、トライマー、テトラマーのπラジカルの生成過程と磁気的特性を詳細に検討した。メソ位直結型ポリフィリントライマーπラジカル、ならびに、テトラマーπラジカルでも、ダイマー同様に多重項状態を示すESRスペクトルが得られるが、その信号強度は極めて特殊な温度変化を示すことを明らかにした。また、化学酸化重合によって合成したメソ位直結型ポルフィリンポリマーでも、ポリπラジカルのスピン整列が可能であることを明らかにした。
低酸素応答のメタボローム解析から新しい虚血再潅流傷害治療法の開発へ

Phd2を失活させて低酸素応答が全身で活性化したマウスでは、対照群と比較して心筋梗塞モデルにおける梗塞巣が優位に縮小しており、心機能も保持されていることが確認された。そこで、Phd2が失活した心筋組織において、虚血再灌流傷害軽減に貢献した代謝メカニズムの解明を試みた。その結果、『PHD2を失活させることにより活性化された低酸素応答によって、ミトコンドリアによる酸化的リン酸化から解糖系に代謝システムがシフトすることにより、エネルギー通貨であるATPや高リン酸化合物をより少ない酸素消費量で保持していることがその臓器保護効果の本態である』との結論に辿り着いた。"生体内酸素濃度センサー"であるプロリン水酸化酵素・PHDファミリー(PHD1PHD3)のうち、生体内では主にPHD2が低酸素応答を負に制御している。このPHD2を欠損させたマウスの心臓において虚血再灌流モデルを作製したところ、対照群と比較して有意に心筋梗塞巣のサイズの縮小と心機能低下の抑制が確認され、心筋の虚血再灌流時にPHD2を阻害することが心筋梗塞の治療において有効である可能性が改めて確認出来た。そこで、このPHD2欠損マウスを用いて体外型心灌流モデル(Langendorf灌流モデル)を作製し、現在このモデルから再潅流後15分、30分、45分、60分の心筋組織を採取し、CE-MS(キャピラリー電気泳動型質量分析機)によるメタボローム解析を行っているところである。また同時に、この体外型心灌流モデルからmRNAも回収し、再灌流後の経時的発現プロファイリングを行っている。今後は心臓だけに限らず、腎・肝あるいは脳においてもin vivoの虚血再灌流モデルを作製し、同様の代謝産物・発現解析を行う。これらの解析データから、最終的に「低酸素応答による臓器保護作用の分子メカニズムの解明」を試みる。我々の身体が低酸素環境に暴露されたとき、個々の細胞は転写因子HIFの活性化を介してエネルギー代謝を“低酸素モード"に切り替え、限られた酸素を有効に利用しようとする(低酸素応答)。そのHIFもまたプロリン水酸化酵素PHDによって負に制御されているので、PHDは低酸素応答のON/OFFを決定しているスイッチ、すなわち“酸素濃度センサー"であると言える。PHDファミリー(PHD1PHD3)のうち、生体内では主にPHD2が低酸素応答を負に制御している。心臓の前下行枝結紮(LAD ligation)モデル、体外型心灌流(Langendorf灌流)を用いた全心血流遮断モデルなど、各種虚血再灌流モデルを作製し、低酸素応答の活性化が虚血再灌流傷害へどのような影響を及ぼすかについて、主にエネルギー代謝の側面から解析している。薬剤処理あるいは遺伝子操作によってPHDを失活させると、HIFが活性化し、細胞は“虚血再潅流傷害"などに対して抵抗性を獲得するのだが、HIFによって“低酸素モード"に切り替わった細胞内エネルギー代謝の流れの中で、どの代謝産物/代謝反応が細胞保護に奏功しているのか、完全には解っていない。その代謝反応の責任分子をメタボローム解析を駆使して突き止めて、その分子を標的とした、心筋梗塞・脳血管傷害などの低酸素応答が関与する疾患の新しい治療法の開発へと発展させることが本研究の目的である。PHDファミリー(PHD1PHD3)のうち、生体内ではPHD2が主にHIFを負に制御しているので、Phd2を欠損させたマウスの心臓において虚血再灌流モデルを作製し、このモデルから再潅流後の心筋組織を採取し、代謝産物解析や発現プロファイリングを行う。これらの解析データから、低酸素応答による臓器保護作用の分子メカニズムの解明を試みる。H24年度は、心臓の冠動脈前下行枝の一時的な遮断による虚血再灌流モデルではなく、体外摘出心を塩化カリウム注入によって一時的に心停止させたのちに再灌流させるモデルを作製した。脳梗塞、心筋梗塞といった、虚血再灌流傷害が関与する疾患の治療成績向上を最終的な目標として、虚血時に臓器内・細胞内で何が起こっているのかをまず掌握することを考えた。

虚血に陥った細胞では低酸素に対する応答反応(低酸素応答)が活性化するが、この低酸素応答によって細胞内のエネルギー代謝は「低酸素モード」となる。この低酸素応答を人為的に活性化させたマウスを用いて、マウスの心筋梗塞モデルを作製した。この低酸素応答を活性化させたマウスにおける心筋梗塞モデルでは、対照群と比較して梗塞巣が優位に小さかったため、低酸素応答の活性化は心筋梗塞に対して保護的に働くことが確認できた。低酸素応答による代謝の変動に、心筋梗塞後の生存率向上のカギがあると推測し、これらの低酸素応答を活性化したマウスの心臓を用いてメタボローム解析を行った。その結果、解糖系の著明な亢進・ペントースリン酸経路の活性化およびミトコンドリアのクエン酸回路(TCAサイクル)の活性低下を確認することが出来た。各酵素反応の活性化・活性低下、およびそれによる各代謝産物の増減を網羅的に把握することが出来た。今後、野生型マウスを用いた心筋梗塞モデルにおいて、本研究でピックアップした各酵素の阻害剤・活性化剤や代謝産物の効果のvalidation実験へと継続させていく予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。病態医化学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究に用いるマウスの米国からの搬入が、マウス飼育施設の感染という先方のやむを得ない事情により大幅に遅れたため、当初の研究計画全体も後ろ倒しとなった。初年度の、研究に用いる遺伝子改変マウスの米国からの搬入が搬出先のやむを得ない事情により大幅に遅れたた影響で、実験計画全体が後ろ倒し気味になっている。心冠動脈の結紮実験(LAD ligation)のモデル作製に予想を大幅に上回る時間が必要となったため、モデル作成後に予定されていた虚血再灌流後の代謝産物の変動を解析するステップに到達していない状態である。その対策としては【今後の研究の推進方策】に記載した。海外からのマウスの搬入が大幅に遅れたため、当初予定していた実験の開始も大幅に遅れたが、より大きな飼育施設でより効率的に繁殖させることで、実験に使用する個体数が確保出来る状況になってきた。H23年度に行う予定であった心臓の虚血再灌流モデルをH24年の5月より開始する。7月以降にメタボローム解析を行う。本年度後半に分子メカニズムの解明に着手する。最終年度は、メタボロームデータの解析などの時間のかかるデスクワークを後回しにし、虚血再灌流モデルの樹立と、サンプル回収に注力する。最終年度内に予定している大きな実験は終わらせる予定である。【現在までの達成度】の項に記載したとおり、当初の予定の心冠動脈の結紮実験(LAD ligation)のモデルによる虚血再灌流モデルの作製に予想外の時間を要したため、代替策として着手した全心灌流停止モデル(体外摘出心による心停止・再灌流モデル)の作製を、昨年度に引きつづき進めていく予定である。
テロメアRNA構造と反応性及びそれを活用したテロメアを標的とする新規癌治療の開発

初年度には、in vitroでハロウラシルを導入した四重鎖RNAモデル系の光反応について評価し、細胞での構造を解析するために必要なデータを収集し、そしてこれらを基盤として、細胞内のテロメア四重鎖RNAの検出に展開する。研究成果としてRNA二量体四重鎖構造を形成することを世界に先駆けて明らかにした(JACS. 139, 2565, 2017; Sci. Rep. 7, 6695, 2017)。さらに逆平行型RNA四重鎖構造を発見した(Chem. Commun. 54, 3944, 2018)。また、19F-NMRによる細胞内のテロメアRNA分子構造の解明に成功した(Nucleic Acids Res. 45, 5501, 2017; Nature Protocols 13, 652, 2018)。さらに、テロメアRNAとタンパク質相互作用の解明に成功した(JACS. 139, 7533, 2017; Molecules 23, 237, 2018)。(4)テロメアRNAとタンパク質相互作用の解明に成功した(JACS. 139, 7533, 2017; Molecules 23, 237, 2018)。ヒト細胞で四重鎖構造光反応評価を行う。クリック反応を使って細胞内においてテロメアRNAとDNAにより形成するハイブリット型四重鎖構造の可視化を目指す。細胞内のRNA/DNAハイブリッド四重鎖構造を可視化するために、蛍光スイッチング分子クマリンを用いる。(1)アジドを含むクマリン誘導体を合成し、テロメアDNAの末端にアジド基を持つクマリンを修飾する。(2)in vitroにおいて、クマリンアジドを含むテロメアDNAとアルキンを含むテロメアRNAによるクリック反応を用いて蛍光性分子の生成を確認する。(3)二つの分子を細胞に導入して細胞内でクリック反応を行う。反応前に両者とも無蛍光であるが、クリック反応を経て蛍光性分子を生成することによって蛍光を発する。もし細胞内から発行が観察できれば、それは細胞内でRNA/DNAハイブリッド四重鎖を形成していることを示唆している。生細胞中のクリック反応が試験管の中での反応と違って効率的なクリック反応が要求される。蛍光が観察されない場合には、生細胞中で効率的なクリック反応を進行させるために、ジフルオロシクロオクチンを用いる。電子吸引性の2つのフルオロ基によって活性化され、銅触媒を加えなくてもクリック反応が進行する。
境界要素法におけるCalderonの前処理の新しい実装法

本年度はLaplace方程式とHelmholtz方程式におけるCalderonの前処理の新しい実装法の研究を行った。従来、これらの方程式に対するCalderonの前処理では、前処理行列と係数行列に対応する積分作用素の滑らかさが異なるために、離散化において標準的な基底に加えて特殊な基底が必要であり、これによって前処理行列の計算時間の増加を招いていた。本研究ではあらかじめ部分積分を用いてこれらの積分作用素の滑らかさを揃えることで、特殊な基底を用いない実装法を開発した。上記の前処理法をLaplace方程式に対して実装し、前処理無しと同程度の精度で反復法の反復回数が大幅に削減できることを確かめた。また特にLaplace方程式のディリクレ問題は、定数関数を非自明解として持つために、この前処理を素朴に適用しただけでは精度が悪化することがわかったが、前処理行列に単位行列の定数倍を加えることでこれを回避できることもわかった。次にHelmholtz方程式においても同様の前処理を実装し、反復回数が削減できることを確かめた.本研究で開発した前処理は部分積分によって積分作用素の滑らかさを揃えるというアイデアに基づくため、滑らかさの異なる作用素の積によって前処理を行う様々な方程式に適用可能であると考えられる。したがって本研究の成果はLaplace方程式やHelmholtz方程式に対する高速な数値解法を開発しただけではなく、Maxwell方程式や弾性波動方程式などの方程式において新しい前処理を開発するための基礎的研究として重要であると考えられる。本年度はまずLaplace方程式において、部分積分を用いたCalderon前処理の有効性を確かめた。従来のCalderonの前処理では滑らかさの異なる積分作用素を異なる基底を用いて離散化していたが、本手法ではあらかじめ部分積分を用いて積分作用素の滑らかさを揃えておくことで離散化をより容易に行うことが可能である。Laplace方程式のディリクレ問題は定数関数を非自明解として持つため、この方法を素朴に適用しただけでは係数行列が非正則となり精度が悪化することがわかったが、前処理行列に適切な大きさの定数を乗じた単位行列を加えることで、零固有値をシフトし、この問題を解決できることがわかった。この方法を用いることで従来よりシンプルな実装で従来のCalderonの前処理と同程度の精度で、大幅な反復回数の削減を達成できた。次にHelmholtz方程式においても同じアイデアに基づく前処理の実装を行った。Helmholtz方程式においては同様の部分積分を行うとLaplace方程式では現れない追加の項が現れるが、Laplace方程式の場合とほぼ同様に前処理を行えることがわかった。Helmholtz方程式に対する新しいCalderonの前処理についてもプログラムを作成し、反復回数を削減できていることを確認した。非自明解に起因する精度の悪化などの想定していなかった問題にもいくつか遭遇したが、当初の予定通りLaplace方程式とHelmholtz方程式における新しい前処理法の開発を行えたため、本年度の進捗は順調であったと言える。今後の研究課題は大きく二つに分けられる。一つはMaxwell方程式への本手法の適用である。Maxwell方程式におけるCalderonの前処理では同一の積分作用素の積を計算するため、上記の「滑らかさの異なる積分作用素の積」を上手く扱うというアイデアが一見通用しないように見えるが、Maxwell方程式に現れる積分作用素は滑らかさの異なる作用素の和になっているため、この作用素の二乗を展開することで、Laplace方程式などと同様に滑らかさの異なる作用素の積が現れる。これに対して同様の操作を行うことで新しい前処理が行えると考えられる。二つめの課題は高速解法の適用である。境界要素法で得られる線型方程式の係数行列やCalderonの前処理で用いる前処理行列は密行列であるため、特に工学上の問題に現れるような大規模問題に適用する際には行列計算の高速化が必須である。本研究で開発するCalderonの前処理は従来法と比較して実装がよりシンプルであり、前処理行列の計算に必要な計算量が小さいことが期待される。高速解法を実装し、大規模問題においても本手法が有効であることを確認することや、実際の計算時間を比較することで本手法が従来的なCalderonの前処理と比較してどの程度計算量を削減できているかを確かめることが今後の研究計画として挙げられる。

本年度はまずLaplace方程式において、部分積分を用いたCalderon前処理の有効性を確かめた。従来のCalderonの前処理では滑らかさの異なる積分作用素を異なる基底を用いて離散化していたが、本手法ではあらかじめ部分積分を用いて積分作用素の滑らかさを揃えておくことで離散化をより容易に行うことが可能である。Laplace方程式のディリクレ問題は定数関数を非自明解として持つため、この方法を素朴に適用しただけでは係数行列が非正則となり精度が悪化することがわかったが、前処理行列に適切な大きさの定数を乗じた単位行列を加えることで、零固有値をシフトし、この問題を解決できることがわかった。この方法を用いることで従来よりシンプルな実装で従来のCalderonの前処理と同程度の精度で、大幅な反復回数の削減を達成できた。次にHelmholtz方程式においても同じアイデアに基づく前処理の実装を行った。Helmholtz方程式においては同様の部分積分を行うとLaplace方程式では現れない追加の項が現れるが、Laplace方程式の場合とほぼ同様に前処理を行えることがわかった。Helmholtz方程式に対する新しいCalderonの前処理についてもプログラムを作成し、反復回数を削減できていることを確認した。非自明解に起因する精度の悪化などの想定していなかった問題にもいくつか遭遇したが、当初の予定通りLaplace方程式とHelmholtz方程式における新しい前処理法の開発を行えたため、本年度の進捗は順調であったと言える。今後の研究課題は大きく二つに分けられる。一つはMaxwell方程式への本手法の適用である。Maxwell方程式におけるCalderonの前処理では同一の積分作用素の積を計算するため、上記の「滑らかさの異なる積分作用素の積」を上手く扱うというアイデアが一見通用しないように見えるが、Maxwell方程式に現れる積分作用素は滑らかさの異なる作用素の和になっているため、この作用素の二乗を展開することで、Laplace方程式などと同様に滑らかさの異なる作用素の積が現れる。これに対して同様の操作を行うことで新しい前処理が行えると考えられる。二つめの課題は高速解法の適用である。境界要素法で得られる線型方程式の係数行列やCalderonの前処理で用いる前処理行列は密行列であるため、特に工学上の問題に現れるような大規模問題に適用する際には行列計算の高速化が必須である。本研究で開発するCalderonの前処理は従来法と比較して実装がよりシンプルであり、前処理行列の計算に必要な計算量が小さいことが期待される。
網膜双極細胞への化学シナプス入力の解析

キンギョ網膜をパパインで処理し、双極細胞を単離した。位相差顕微鏡下で形態学的特徴から、a)太くて短かい樹状突起、大きな細胞体、大きな軸索終末部を持つタイプ、b)aのタイプに類似しているが軸索終末部の小さいタイプ、c)細くて長い樹状突起、小さな細胞体、細い軸索、小さな軸索終末部を持つタイプに大別することができた。aとbは杆体から、cは錐体からそれぞれ主入力を受けると考えられる。これらの細胞をパッチ電極により膜電位固定し、化学伝達物質の候補物質を電気泳動的に投与したところ、以下の結果が得られた。1.グルタミン酸の作用.aとbのタイプは脱分極性の応答を示した。感受性は樹状突起に限局していた。アスパラギン酸は有効であったが、カイニン酸、キスカル酸、NMDAは無効であった。cのタイプはほとんど応答しなかった。2.アセチルコリンの作用。cのタイプは脱分極性の応答を示した。電流は主にNaイオンによって運ばれていた。応答はクラーレで阻害された。aとbのタイプはアセチルコリンに応答しなかった。3.グリシンの作用。cのタイプは過分極性の応答を発生した。電流は塩素イオンで運ばれていた。応答はストリキニンで阻害された。aとbのタイプはグリシンに応答しなかった。4.r-アミノ酪酸の作用。aとbのタイプは過分極性の応答を発生した。感受性は軸索終末部で最も高かった。受容体はA型であった。以上の結果は、グルタミン酸が視細胞の伝達物質であり、r-アミノ酪酸がアマクリン細胞から双極細胞へのフィードバック経路の伝達物質であるとの仮説を支持している。アセチルコリンやグリシンが外網状層で作用するとの新知見が得られたが、細胞種の同定及びその機能の解明は今後の課題である。3.グリシンの作用。
カメラ内蔵ボールを用いた擬似直進映像合成に関する研究

平成30年度は,カメラ内蔵ボールの直進映像合成ソフトウェアをさらに進めた.また,従来の球体ボールだけでなく,ラグビーボールのような楕円球での実験を行った.具体的には楕円球の長軸先端部分2箇所にそれぞれ1台のカメラを配置し,イメージスティッチングを行うことで全天球映像を作り出した.ただし,この場合2台のカメラの距離が大きくなるため,ボールに近い部分に死角が生じた.直進映像合成ソフトウェア自身は楕円球ボールカメラの場合でも適用できることが確認された.さらに,内視鏡専門医から相談を受け,この楕円球ボールカメラの技術を,カプセル型内視鏡への適用を行った.カプセル型内視鏡は楕円球と非常によく似た構造をしていることから,消化器内での映像の安定化に適用できないか調べた.実際には画像の解像度,明るさの他にも,いくつかの点においてボールカメラとの相違点があり,(1)カプセル内視鏡のカメラの画角が小さいこと,(2)2台のカメラが交互に静止画を撮影していることなどが問題となった.これらを解決するために,(1)に対しては,数フレーム前の映像で死角を補完することを試み,(2)に対しては,1フレーム前の映像を複製することで擬似的な連続映像として扱った.本研究の成果は国際会議ACM Virtual Reality Software and Technology (VRST2018)においてポスターとして発表され,honorable mentionを受賞した.ボールカメラとしての応用だけでなく,カプセル型内視鏡への応用ができたことは大きな成果であった.また,本研究成果は国際会議ACM VRST2018で発表し,honorable mentionを受賞したことから,対外的な評価も高いと思われる.小型加速度センサとのセンサフュージョンが課題として残っている.最近になって,本研究に適当な加速度センサ(重さ,バッテリー,ダイナミックレンジ,無線通信)が2台見つかったので,これらの適用を行いたい.平成28年度は,カメラ内蔵ボールのプロトタイプ作成と擬似直進映像の合成を行った.当初予定では6台の小型アクションカメラを用いて全天球イメージスティッチングを行う予定であったが,廉価かつ小型の全天周カメラが入手できたことから,全天周カメラ2台を用いて全天球映像を合成することにした.この結果,ボールの軽量化だけでなく全天球映像合成の手間が大幅に軽減された.ただし得られる正距円筒図法の全天球映像はレンズ周辺部での画像歪みが大きい.このまま特徴点照合を行うと照合ミスが生じ,正確な回転推定ができない.よって,正距円筒図法の全天球画像を6個の領域に分割し,これらを仮想的に回転することで,歪みの大きい低緯度部分を高緯度部分に回転移動した.そして高緯度部分のみを用いて特徴点照合を行い,その後,再び低緯度に戻すという操作を行うことで,歪みのある正距円筒図法全体における正確な特徴点照合を実現した.得られた特徴点の情報から各画像のホモグラフィを計算し,このホモグラフィを用いて画像を逆変換することで固定視点の映像を得る.これらをつなぎ合わせることで擬似直進映像を実現した.本手法を様々なスポーツシーン,例えばボーリング,パス,水球,野球などで実際に実験を行い,擬似直進映像が実現できることを確認した.通常の小型カメラ6台の画像のスティッチングを2台の全天周カメラによるスティッチングに変更したことにより,全天球動画作成の手間が大幅に改善されたため.平成29年度は,カメラ内蔵ボールのプロトタイプ2号の作成と疑似直進映像の合成を行った.平成28年度に当初予定していた6台のカメラによる全天球イメージスティッチングに代わり,小型の全天周カメラ(CASIO EX-FR200)2台を使用することで,全天球映像の合成の手間が軽減された.ただし,カメラのフレームレートが最大30fpsであったため,回転が高速になるとモーションブラーが発生し,特徴点抽出に失敗する場合があった.これに対し,平成29年度は1台のNikon KeyMission360を使用することで240fpsでの動画撮影が可能となり,より正確な特徴点抽出が行えた.結果として野球のボールのように回転速度が速い場合でも,比較的安定して疑似直進映像を合成することができた.第2に,昨年度までの手法では,一度特徴点抽出に失敗すると,その後の合成映像が全て生成できなかった.そこで,アルゴリズムを検討し直し,特徴点抽出に失敗した場合でも,再度特徴点が抽出できた場合にはそこから再び映像合成を実行することができるようになった.さらに,画像処理だけに頼らず,小型加速度センサを使用しカメラ回転角の正確な計測を試みた.ただし,使用した加速度センサ単体ではセンサデータのドリフトが大きいため,カルマンフィルタを適用してノイズの除去を行っているが,まだ姿勢データが不安定である.より精度の高い加速度センサの導入を検討すると同時に,カルマンフィルタによる位置・姿勢情報のさらなる安定化を行う.なお,本研究の成果は,日本バーチャルリアリティ学会論文誌にフルペーパーとして再録された.安定した疑似直進映像が合成され,いくつかの球技に適用された.また,日本バーチャルリアリティ学会論文誌に論文が再録された.平成30年度は,カメラ内蔵ボールの直進映像合成ソフトウェアをさらに進めた.また,従来の球体ボールだけでなく,ラグビーボールのような楕円球での実験を行った.具体的には楕円球の長軸先端部分2箇所にそれぞれ1台のカメラを配置し,イメージスティッチングを行うことで全天球映像を作り出した.ただし,この場合2台のカメラの距離が大きくなるため,ボールに近い部分に死角が生じた.

直進映像合成ソフトウェア自身は楕円球ボールカメラの場合でも適用できることが確認された.さらに,内視鏡専門医から相談を受け,この楕円球ボールカメラの技術を,カプセル型内視鏡への適用を行った.カプセル型内視鏡は楕円球と非常によく似た構造をしていることから,消化器内での映像の安定化に適用できないか調べた.実際には画像の解像度,明るさの他にも,いくつかの点においてボールカメラとの相違点があり,(1)カプセル内視鏡のカメラの画角が小さいこと,(2)2台のカメラが交互に静止画を撮影していることなどが問題となった.これらを解決するために,(1)に対しては,数フレーム前の映像で死角を補完することを試み,(2)に対しては,1フレーム前の映像を複製することで擬似的な連続映像として扱った.本研究の成果は国際会議ACM Virtual Reality Software and Technology (VRST2018)においてポスターとして発表され,honorable mentionを受賞した.ボールカメラとしての応用だけでなく,カプセル型内視鏡への応用ができたことは大きな成果であった.また,本研究成果は国際会議ACM VRST2018で発表し,honorable mentionを受賞したことから,対外的な評価も高いと思われる.画像処理だけによるアプローチは,計算誤差の積分が大きいため,小型加速度センサを使用することにより,カメラの回転角を正確に計測する手法を考慮中である.一方,現在のカメラのフレームレートが低い(30fps)ため,条件によってはブラーの影響が大きく,正確な画像処理ができない.そこで,高fpsのカメラによる基本実験を計画している.また,実用的なボール製作も念頭に置き,現在ボール製作会社,超小型カメラ素子開発会社との打ち合わせを行っている.合成映像のさらなる安定化を追求するため,引き続き小型加速度センサとのセンサフュージョンを行う.ボール製作会社との共同開発も交渉中である.また,本手法をボール以外への応用を検討している.具体的には,カプセル型内視鏡映像への適用を考慮中で,現在,内視鏡専門医との打ち合わせを行っている.小型加速度センサとのセンサフュージョンが課題として残っている.最近になって,本研究に適当な加速度センサ(重さ,バッテリー,ダイナミックレンジ,無線通信)が2台見つかったので,これらの適用を行いたい.購入カメラ数が6台から2台に変わったこと,および,それにともなう3次元プリンタでの部品制作費の減少,実験を行う場合に予定していた謝金を使用しなかったことが主たる原因である.ボール内蔵カメラの故障を想定し,代替機の購入を計上していたが,故障しなかった.