hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不均質ランダム粗面上電波伝搬のモデル化とその応用

この研究では,ランダム粗面に沿う電波伝搬特性を振幅補正値と距離特性のオーダーを用いた1波モデルで近似できることを離散型レイ・トレース法による数値解析によって明らかにした.また市街地伝搬については,奥村・秦モデルの実験式から二つのパラメータを容易に決定できることを明らかにした.1波モデルの応用として,伝搬特性が場所ごとに変化する環境での通信距離の推定を行い,その結果に基づいて基地局の最適配置の問題を解くことが可能となった.さらに計算時間の短縮を図るため,ダイクストラ法の波動解析への応用について考察した.その応用として津波伝搬の問題を取扱い,この手法が電磁界解析にも有効であることを明らかにした.平成25年度の研究では,ランダム粗面に沿って進む電磁波の伝搬特性が,申請者が提案した2波モデルを組み入れた1波モデルを用いることによって,理論計算結果又は実験結果に基づいたパラメータを適切に選べば簡潔な数式でその特性が記述できることを種々のシミュレーション結果によって明らかにした.この1波モデルによれば,各観測点での通信距離が平均的な意味で容易に推定できるので,ランダム粗面や市街地等の複雑な伝搬環境下において,センサーノードや基地局等を定量的且つ効率的に配置する方法について考察が可能となった.本研究では,粒子群最適化法を採用することによって,携帯電話を想定した市街地における基地局配置の一算法を提案することができた.また市街地伝搬に関しては,実験式として世界的にも良く知られている奥村・秦モデルを援用し,内挿法によって伝搬特性を推定する方法も提案した.さらに,ランダム粗面上伝搬特性のシミュレーション研究にとって必須の算法であるランダム粗面生成については,対象とする粗面のスペクトルは限定されるが,これまでの数値的な手法に加えて解析的な表現式に基づく粗面生成アルゴリズムを提案することができた.この手法により,任意の不均質な粗面生成が可能となり,種々のランダム粗面に関する伝搬シミュレーションを行うことが可能となった.以上の研究成果として,学術論文3編,国際会議プロシーディング8編,研究会報告5編を公表することができた.この研究では,ランダム粗面に沿う電波伝搬特性を振幅補正値と距離特性のオーダーを用いた1波モデルで近似できることを離散型レイ・トレース法による数値解析によって明らかにした.また市街地伝搬については,奥村・秦モデルの実験式から二つのパラメータを容易に決定できることを明らかにした.1波モデルの応用として,伝搬特性が場所ごとに変化する環境での通信距離の推定を行い,その結果に基づいて基地局の最適配置の問題を解くことが可能となった.さらに計算時間の短縮を図るため,ダイクストラ法の波動解析への応用について考察した.その応用として津波伝搬の問題を取扱い,この手法が電磁界解析にも有効であることを明らかにした.この一連の研究では,携帯電話等の市街地電波伝搬やセンサネットワーク等のランダム粗面上電波伝搬に代表される複雑系の電波伝搬問題に対して,簡単な1波モデルに2波モデルを組み入れた解析解を導入することによって,振幅補正値αと距離特性のオーダーβを適切に与えれば複雑な伝搬特性を精度よくまた簡潔に記述できることを明らかにしてきた.当該年度の研究では,この2個のパラメータを算出するアルゴリズムの開発について研究を進め,以下のような研究成果を得ることができた.市街地伝搬問題では,詳細な実験結果から得られた奥村カーブに基づく秦の実験式を使えば,これらのパラメータが解析的に得られること,一方ランダム粗面上伝搬問題では,電磁波の光学近似による近似的な数値計算から,これらのパラメータを与えることが可能であることを明らかにした.このことにより,任意の送信電力と受信感度を持つ送受信アンテナに対して,無線通信距離を容易に求める計算式を導出することが可能となった.その結果,複雑な伝搬路を持つ無線通信システムの基地局等の配置に関して,粒子群最適化法(PSO)を用いて,例えば福岡市のように湾岸に面した市街地の基地局配置について,数値シミュレーションを行うことが可能となった.これらの研究業績については,学術論文1編,国際会議7編,国内研究会4編となっている.最終年度の平成26年度の研究では,ランダム粗面に沿って進む電磁波の伝搬特性を数値解析的に明らかにするに当たって,簡便な手法を開発することであった.平成24年度と25年度においては,電磁界計算に申請者が提案した離散型レイ・トレース法を適用してきたが,ランダム粗面のパラメータすなわち平均高と相関長の値に依存してレイの探索に計算時間を要することが欠点であった.そこでこの研究では,まずランダム粗面のパラメータに基づく離散化の指針を定量的に与え,離散点の数をできるだけ少なくすることとした.さらに,これまでと全く異なるレイの探索法について考究し,これまで以上の計算時間の短縮化を図ることとした.そこでこの研究では,フェルマーの原理に従う波動(レイ)は常に最短時間の軌跡をたどることに着目し,連結グラフの最短経路探索を短時間に実行できるダイクストラ法の応用について数値解析的な研究を行った.実用的な波動問題の例として,海岸線近傍での津波伝搬と不均質誘電体レンズ中の光伝搬についてシミュレーションを実行した.近似的なレイ探索であるが,この手法は簡便で計算時間を余り要しない最適化の一手法であることが数値的に確かめられた.その結果,この研究の主目的であるランダム粗面や市街地等の複雑な電磁環境での電波伝搬特性について,比較的少ない計算時間でまた簡便に数値解析できる道が開けた.以上の研究結果は,国際会議プロシーディング5編,研究会報告2編として公開した.

また国際会議(NBiS 2014,Italy)では, Best Paper Awardを受賞した.電波工学ランダム粗面に沿う電磁波の伝搬特性解明のためのシミュレーション法の開発が本研究の主題である.電磁界計算のアルゴリズムの開発に関しては,過去の科研費による研究で開発したDRTM (Discrete Ray Tracing Method)法に基づいているが,本年度の研究で適用した粒子群最適化法(Paticel Sworm Optimazation Method)や新しく開発した1波モデルと解析的なランダム粗面の生成法は,申請者独自のアイディアに基づくものであり,新規性に富む研究内容であると考えている.また研究成果として,学術論文3編,国際会議プロシーディング8編,研究会報告5編を公表できたことは,本研究の研究費に対して十分に満足できる内容であり,研究の目的はほぼ達成されたと評価している.また国際会議において,関連研究成果についてKey Note Talkを行うことが出来たこともその評価の一つである.市街地やランダム粗面等の複雑系電波伝搬問題を解析するに当たって,電磁界理論的な解析的な手法と問題の簡単化に向けた統計的な手法に加えて,他の研究者による実験的な手法を参考にして,簡便な電波伝搬問題の解析手法が新たに提案でき,また実用的な応用についても考察を進めることができた.次年度以降の研究に対して,その基本的な道筋ができたことは評価できる.またその研究業績として,学術論文1編,国際会議7編,国内研究会報告4編を公表することができた.初年度の研究の推進状況及び業績の両面から見て,「研究の目的」は十分に達成されたものと自己評価している.平成26年度の研究は本研究のまとめである.ランダム粗面等の複雑系伝搬路に沿う電波伝搬問題の数値シミュレーションに対してこれまでに開発してきた,レイ・トレース法に基づく電磁界計算のためのDRTM法,2波モデルを組み入れた1波モデルによる伝搬特性の把握,基地局最適配置のための粒子群最適化法,不均質ランダム粗面生成のための解析的手法等の相互の関連性を明確にし,PC(Personal Computer)で誰でも容易に計算できるように各アルゴリズムを整理することである.数値計算には大学院学生の協力を得ることとし,研究成果は国際会議4編を予定している.また今後の研究課題の一つとして,レイ・トレース法以外のレイ探索法を開発し,電磁波以外の波動(例えば津波)の進行の様子をPC上でシミュレーションして行きたいと考えている.市街地伝搬問題に関してはより実用的な観点から,都市部の建築物に対して公表されている統計量「建蔽率」と「容積率」を上手く取り入れて,簡便に伝搬特性を推定できる手法を提案することである.具体的には福岡市を対象にして,この研究を推進する予定である.数値計算には大学院学生の補助を計画している.一方,ランダム粗面上伝搬路問題では,不均質ランダム粗面の解析的手法に基づく粗面生成について考察し,これまでの数値解析だけの手法から一歩前進した理論を構築していく予定である.直接経費50万円のうち,40万円を研究成果発表のための旅費,残り10万円を数値計算補助のための謝金として,次年度の研究費の使用計画としている.
朝鮮資料による中国近世語史研究の可能性に関する基礎的研究

本研究は,現代中国語の形成に大きな役割を果たした近世語について,周辺言語の一つである朝鮮資料を基礎に具体的な事象を通し,近世語研究の可能性と限界について考察するものである。平成4年度は前年度に引き続き名古屋蓬左文庫所蔵の『訓世評話』を中心に中国近世語の観点から語彙・語法の研究及び異体字の整理を進め,語彙・語法索引の作成に取り組んだ。また『訓世評話』以外の朝鮮資料については『諺解三網行実図』『二倫行実図』などを用い『訓世評話』と比較対照したが両書の『行実図』は文語だけの記述で中国近世語の解明に有効な資料を求めようとする所期の成果は得られず,『訓世評話』のもつ資料的価値が再認識されたに過ぎなかった。また朝鮮通信使の足跡資料、雨森芳洲の関連文書についても同様で,改めて当時の文言が占める優位性が確認できた。ただ15世紀から20世紀初頭にかけて東アジアにおける中国語の役割を考えるのに有効な「官話」Mandarin概念を文献を通して整理できたのは今年度の研究成果と考えられる。「官話」という語は『重刊老乞大』で用いられそれ以前では『李朝実録成宗14年』にかなり早い使用例が見られる。また旅費を利用し各地の大学・研究機関で所蔵が報告されている朝鮮資料について閲覧することができ,可能な限り原本に近い形態の資料の複写コピーを収集できたことも本年度の成果であると考えている。本研究の目的は,現代中国語の形成に大きな役割を果たした近世語の研究方法の一つとして,中国の白話文学に見られる文学言語を資料とするのではなく,朝鮮に残る資料を基礎にする研究が考えられること,そしてこの研究方法を用いることで従来の研究では読み取りが難しかった中国近世語史の一面を明らかにしようとすることにある。平成3年度は名古屋蓬左文庫所蔵の『訓世評話』を中心に中国近世語の観点から語彙・語法の研究を進めた。本書に注目した理由は,成書時期が明らかであり,文言と白話が対応しているという二点であったが,本年度の研究を通してこの二点の重要性が一層明らかになった。成書時期については1473年(成宗4),蓬左文庫所蔵本は1518年(中宗13)の版であることはすでに報告されているが,この年代を念頭に置き『訓世評話』の表記法,とくに異体字の調査より,これまで成書時期の特定が難しかった言語資料の整理に有効であることが分かった。また文言と白話が対応の点では,太田辰夫氏による論考が『中国語研究』第33号に発表され,語句の解釈や解説は本研究にとって大いに参考になった。本年度の研究では基本的な語彙の整理がほぼ終了し,索引の編纂作業に着手している。以上の二点のほかに『訓世評話』の出典については部分的であるが『為善陰隲』(内閣文庫蔵)などいくつかの先行文献を探すことができたことも本年度の研究の成果と考えられる。また我が国において朝鮮資料を用いて中国語の研究を進めた先達から直接お話しを伺う計画も太田辰夫、陶山信男、山川英彦の三先生を始めとする諸氏のご協力で遂行でき,戦後から近年にいたる研究の概観と今後の研究展望について意見の交換ができたことは本年度のもうひとつの成果であると考えている。
ショ糖飢餓細胞の液胞オートファジーと色素体ポリフェノールオキシダーゼの活性化

高等植物のポリフェノールオキシダーゼ(PPO)は、PPO前駆体タンパク質として細胞質で合成され、輸送後色素体に不活性型として局在する。一方、その基質となるフェノール性化合物は液胞に局在する。植物PPOは傷害組織の褐変化に関与する酵素としてから古くから知られているが、生細胞内での機能は不明である。本研究では、サツマイモ培養細胞を用いて液胞オートファジー機能により色素体PPOが細胞内で活性化されうることを見出した。2)PPOは新鮮培地への細胞移植および細胞増殖に伴って発現し、メチルジャスモン酸処理で発現誘導された。3)PPOは通常不活性型として色素体に局在しているが、ショ糖飢餓、メチルジャスモン酸処理により、C末端側ポリペプチド鎖がプロテオリシスされて活性化した。4)色素体PPOのプロテオリシスを触媒するプロテアーゼ(PPOase)を部分精製した。PPOaseはシステインエンドペプチダーゼであり、PPOに対して高い基質特異性を示し、ルビスコ(大小サブユニット)、スポラミン、BSAに対しては全く活性を示さなかった。5)ショ糖飢餓による色素体PPOのプロセッシングがE-64、3-メチルアデニン処理により顕著に阻害された。また、ショ糖飢餓により色素体数が激減するが、E-64、3-メチルアデニン処理によりその減少が抑制された。6)E-64処理ショ糖飢餓細胞から単離した液胞中にDAPIで染色される色素体と思われる構造物が多数観察された。以上の結果から、ショ糖飢餓において液胞オートファジー機能により色素体PPOが液胞に取り込まれ、液胞局在性システインエンドペプチダーゼによりプロテオリシスされ、PPOが活性化されることが強く示された。サツマイモ(Ipomoea batatas品種キントキ)培養細胞の色素体から分子サイズの異なる(60kDaおよび65kDa)2種類のポリフェノールオキシダーゼ(PPO)アイソザイムを精製し、それらのcDNAをクローニングした。両アイソザイムのcDNA塩基配列から予測されるアミノ酸配列には、そのN-末端側に葉緑体ストロマ輸送シグナルとチラコイド内腔輸送シグナルとが、またPPO活性部位であり2つの銅原子の結合に関わるCuAおよびCuB領域の存在が確認された。両PPOアイソザイムのアミノ酸配列の相同性は、75.6%であった。精製された2つのPPOアイソザイムは、共に不活性型としてサツマイモ培養細胞の色素体内に存在し、ストロマ、チラコイド輸送シグナルが除去されていた。両アイソザイム遺伝子の発現の相違について、両アイソザイムmRNAの識別が可能なプローブを用いたノザンブロット解析により検討した。65-kDPPOのmRNAレベルは細胞を新鮮培地へ移植した直後に急激に増加するが、60-kD PPO mRNAは細胞移植とは関係なく、細胞の成長に伴って増加することがわかった。また、ショ糖を含む培地で培養した細胞では、これら二つのPPOアイソザイムは不活性型(60kDaおよび65kDaPPO)として色素体に存在しているが、ショ糖飢餓培地へ細胞を移植するとC末端側のプロテオリシスによりPPO活性を持つ39-kDおよび40-kD PPOとなる。このショ糖飢餓でのプロテオリシスによるPPOの活性は65kDa PPOの場合に、より顕著であった。また、このプロテオリシスは、システインプロテアーゼインヒビターにより阻害された。これらの結果から、サツマイモ培養細胞の2つのPPOアイソザイムの機能発現は、転写レベルと翻訳後の2段階で調節されていること、それらの調節様式はアイソザイム間で異なることが示唆された。

サツマイモ(Ipomoea batatas)培養細胞のポリフェノールオキシダーゼ(PPO)は、ショ糖を含む培地で培養した細胞では不活性型として色素体に局在しているが、ショ糖飢餓培地へ細胞を移植するとプロテオリシスを受けて活性化される。今回、細胞内でのPPOの機能発現について検討を行い、以下の知見を得た。1.ノザンブロット解析により、PPO mRNAの発現が細胞を新鮮培地へ移植した直後および細胞増殖に伴って増加することがわかった。また、メチルジャスモン酸処理によってもPPO mRNAが増加することがわかった。2.イムノブロット解析により、mRNAの発現量とは関係なく著量のPPOタンパク質が常に色素体に存在していることがわかった。3.メチルジャスモン酸処理およびはショ糖飢餓により、不活性型(60 kD型)PPOのC末端側ペプチド鎖が削除されて40 kD型PPOが出現することが確認された。4.色素体局在性不活性型PPOのプロテオリシスを触媒するプロテアーゼ(PPOプロセッシング酵素)を精製した。6.PPOプロセッシング酵素は、ルビスコ(大小サブユニット)、スポラミン、BSAに対してはプロテオリシス活性を全く示さなかった。以上の結果から、細胞内でのPPOの機能発現には、PPO遺伝子の発現によってではなく色素体局在性の既存の不活性型PPOのプロテオリシスが重要な役割を果たしていることが明らかになった。PPOプロセッシング酵素は、不活性型PPOに特異的に作用する液胞局在性システインエンドペプチダーゼであることが強く示唆された。高等植物のポリフェノールオキシダーゼ(PPO)は、核DNAにコードされ、葉緑体へのターゲッティングドメインを持つPPO前駆体タンパク質として細胞質で合成され、分子サイズ60-70kDaのlatent form(不活性型)としてチラコイド内腔に局在する。PPOはモノフェノールやo-ジフェノールの酸化反応を触媒するが、その基質となるフェノール性化合物は液胞に局在する。植物PPOは傷害組織の褐変化に関与する酵素としてから古くから知られているが、生細胞内での機能に関しては不明のことが多い。本研究では、サツマイモ培養細胞を用いて、色素体PPOが細胞内でどのようにして活性化されるのかを明らかにすることを目的とし、以下の検討を行った。1.ショ糖飢餓培地への細胞移植により、色素体65-kDa PPOが40kDaへプロセッシングされ、不活性型PPOが活性化された。3.ショ糖飢餓細胞の色素体PPOのプロセッシングと活性化は、システインプロテアーゼインヒビターであるE-64、動物細胞のオートファジー阻害剤の3-メチルアデニン処理により顕著に阻害された。4ショ糖飢餓培地への細胞移植により色素体数の速やかな減少が観察されるが、E-64、3-メチルアデニン処理により色素体数減少が抑制された。5.E-64処理ショ糖飢餓細胞から単離した液胞中に細胞質成分とおもわれる構造物が多数観察され、この構造物はDAPIで染色された。以上の結果から、ショ糖飢餓状態において液胞オートファジーにより色素体が液胞に取り込まれ、液胞局在性システインエンドペプチダーゼにより色素体PPOがプロテオリシスされ、活性化されることが強く示唆された。
大口径高効率新規液晶レンズの創製及びその応用に関する研究

本研究は、機械的駆動部を必要せず電圧のみにより凸レンズ特性凹レンズ特性を制御可能な輪帯電極及び高抵抗膜を有する液晶レンズを設計・作製し、少数の輪帯電極でも理想的な球面状のレンズ特性を示す「有効なレンズ径の拡大」と有効径を維持しつつ「レンズパワー(焦点距離の逆数)の可変幅を拡大」することで、液晶層の利用効率が最大で且つ滑らかな放物面状の光学位相差分布(屈折率分布)を実現することである。平成30年度では、昨年度での問題点を改善することを目的とし、以下の研究を行った。(1)液晶レンズII、IIIの試作・評価:輪帯電極と円形高抵抗膜または有機導電膜を用いた液晶レンズIIの設計・試作を行った。最外輪帯電極縁付近での電界分布を制御することで、理想的な光学位相差分布(放物線特性)に近づける実験的検証を行い、円形高抵抗膜の直径、抵抗値と各部の厚み等の構造パラメータとの関係について明確にした。さらに、理想的な放物面状の光学位相差分布に近づけ、非球面レンズ・2焦点制御機能の可能性を明らかにした。(2)レンズ特性の評価(光学位相差分布・焦点距離・収差・応答回復時間):高抵抗膜、絶縁膜及び液晶のコンデンサ容量によりインピーダンス特性を示すことから試作した液晶レンズの光学特性の周波数依存性についても実験を行った。また、応答回復時間特性についても評価を行った。(3)フローティング輪帯電極を有する液晶レンズのレンズ特性の評価:液晶レンズのリード線を少なくするため、いくつかの輪帯電極を電圧無印加のフローティングとした場合のレンズ特性について評価を行った。(4)二次評価・まとめ:研究成果に対する二次評価を行い、課題目標の位置付けを明確にし、問題点等の抽出と次年度への問題点を明確にした。高抵抗膜及び少数の輪帯電極を用いた液晶レンズを試作し、滑らかな放物面状の光学位相差分布を実現し、その電気光学特性と応答回復特性について測定できており、おおむね順調に研究が進んでいる。(1)輪帯電極・円形スリット高抵抗膜及び外部フレネル型電極を有する液晶レンズの試作・評価:大きなレンズ直径(約25mm30mm)を維持しつつ、効率の向上とレンズパワーの増大を目的としたフレネル型電極構造を付加した液晶レンズの試作・評価を行う。(2)全焦点位置画像処理システムへの応用・評価:液晶レンズを全焦点位置画像処理システムに適用するための問題点等を明らかにする。(3)遠近両用・老眼用可変メガネへの適用:レンズ径が大きい液晶レンズを『遠近両用・老眼用焦点可変メガネ』に適用するための問題点等を明らかにする。(4)総括:全体計画における各々の課題目標の位置付けを明確にし、問題点等の抽出を行う。実用化に向けた総合的な考察を加える。これまで、機械的駆動部を必要せず電圧のみにより凸レンズ特性凹レンズ特性を制御可能な『液晶レンズ』を作製し、そのレンズ特性及び光学システムの応用について研究を行って来た。本研究の目的は、少数の輪帯電極により液晶層の利用効率が最大で且つ滑らかな放物面状の光学位相差分布(屈折率分布)を実現することであり、輪帯電極及び高抵抗膜を有する新規液晶レンズを設計・試作し、理想的な球面状のレンズ特性を示す「有効なレンズ径の拡大」と有効径を維持しつつ「レンズパワー(焦点距離の逆数)の可変幅を拡大」することである。本研究の成果は、機械的駆動部が無いアクティブな光学素子へ広く応用することができ、単一レンズ系における「全焦点位置画像処理システム」及び「遠近両用・老眼用焦点可変メガネ」や「種々の光学デバイスにおけるレンズパワーの可変調整」などに貢献することが期待される。平成29年度は、液晶レンズI(輪帯電極・高抵抗膜)を設計し、液晶レンズにおける有効なレンズ径を拡大・維持しつつレンズパワーの可変幅の拡大を行った。液晶レンズにおける液晶層の厚み、絶縁層極薄ガラス厚、液晶材料の諸パラメータ、誘電率、高抵抗膜(酸化亜鉛膜または有機導電膜)の抵抗値及び輪帯電極の直径・電極数について、液晶分子の配向シミュレーションより構造パラメータを算出した結果から、設計を行った。その結果をもとに、液晶レンズの試作を行った。その液晶レンズの光学位相差分布、レンズパワー、収差・応答回復時間の測定を行った。少数の輪帯電極で滑らかな放物面上の光学位相差分布を実現するために,高抵抗膜及び輪帯電極を用いた液晶レンズを作製し、その電気光学特性について測定できている。さらに、新たな構造の改良することも考えているためため、おおむね順調に研究がすすんでいる。

最外輪帯電極縁付近での電界分布を制御することで、理想的な光学位相差分布(放物線特性)に近づける実験的検証を行い、円形高抵抗膜の直径、抵抗値と各部の厚み等の構造パラメータとの関係について明確にした。さらに、理想的な放物面状の光学位相差分布に近づけ、非球面レンズ・2焦点制御機能の可能性を明らかにした。(2)レンズ特性の評価(光学位相差分布・焦点距離・収差・応答回復時間):高抵抗膜、絶縁膜及び液晶のコンデンサ容量によりインピーダンス特性を示すことから試作した液晶レンズの光学特性の周波数依存性についても実験を行った。また、応答回復時間特性についても評価を行った。(3)フローティング輪帯電極を有する液晶レンズのレンズ特性の評価:液晶レンズのリード線を少なくするため、いくつかの輪帯電極を電圧無印加のフローティングとした場合のレンズ特性について評価を行った。(4)二次評価・まとめ:研究成果に対する二次評価を行い、課題目標の位置付けを明確にし、問題点等の抽出と次年度への問題点を明確にした。高抵抗膜及び少数の輪帯電極を用いた液晶レンズを試作し、滑らかな放物面状の光学位相差分布を実現し、その電気光学特性と応答回復特性について測定できており、おおむね順調に研究が進んでいる。(1)液晶レンズII(輪帯電極・円形高抵抗膜)の試作:輪帯電極と円形高抵抗膜または有機導電膜を用いた液晶レンズIIの設計・試作を行う。平成29年度での問題点を改善することを目的とし、最外輪帯電極縁付近での電界分布を制御することで、理想的な光学位相差分布(放物線特性)に近づける実験的検証を行う。有効なレンズ径・レンズパワー可変範囲の拡大を目指す。特に円形高抵抗膜の直径、抵抗値と各部の厚み等の構造パラメータとの関係について明確にする。(2)液晶レンズIII(輪帯電極・円形スリット高抵抗膜)の試作・評価:これまでの液晶レンズの作製技術と実験結果を踏まえ、液晶レンズIIIの試作・評価を行う。円形高抵抗膜を円形2領域に分離することにより、理想的な放物面状の光学位相差分布に近づけ、非球面レンズ・2焦点制御機能の可能性を明らかにする。(3)レンズ特性の評価(光学位相差分布・焦点距離・収差・応答回復時間):高抵抗膜、絶縁膜及び液晶のコンデンサ容量によりインピーダンス特性を示すことから試作した液晶レンズの光学特性の周波数依存性についても実験を行う。光学的・電気的・応答回復時間特性については、前年度の測定技術で評価を行う。(4)フローティング輪帯電極を有する液晶レンズのレンズ特性の評価:液晶レンズのリード線を少なくするため、いくつかの輪帯電極を電圧無印加のフローティングとした場合のレンズ特性について評価する。(5)二次評価・まとめ:研究成果に対する二次評価を行う。今年度の課題目標の位置付けを明確にし、問題点等の抽出を行い、次年度への問題点を明確にする。(1)輪帯電極・円形スリット高抵抗膜及び外部フレネル型電極を有する液晶レンズの試作・評価:大きなレンズ直径(約25mm30mm)を維持しつつ、効率の向上とレンズパワーの増大を目的としたフレネル型電極構造を付加した液晶レンズの試作・評価を行う。(2)全焦点位置画像処理システムへの応用・評価:液晶レンズを全焦点位置画像処理システムに適用するための問題点等を明らかにする。(3)遠近両用・老眼用可変メガネへの適用:レンズ径が大きい液晶レンズを『遠近両用・老眼用焦点可変メガネ』に適用するための問題点等を明らかにする。
寒冷・有風環境下運動時の生体反応

運動時の酸素消費量は、無風条件に比較して有風条件(2.2m/s、3.2m/s)が高い傾向を示し、風速2.2m/sの条件では、無風に比較して有意(p<0.05)に高い値を示した。回復期の酸素消費量においても2.2m/sが高い傾向を示した。運動時の酸素摂取率についてみると、2.2m/sが無風、及び3.2m/sに比較して高い傾向を示したが有意差は認められなかった。運動時の平均心拍数は、2.2m/sの条件で最も低い値を示し、3.2m/sとの間に有意差(p<0.05)が認められた。最大心拍数についても、平均心拍数同様、2.2m/sが3.2m/sに比較して有意(p<0.05)に低い値を示した。運動に伴う直腸温の上昇度は、各条件ともほとんど差がみられなかったが、平均体温の上昇度については、3.2m/sが無風に比較して有意(p<0.01)に低い値であった。回復時における直腸温の低下は、無風条件に比較して有風条件で大きい傾向を示した。体重減少量については、有風条件で低い傾向を示し、3.2m/sは無風に比較して有意(p<0.05)に低い値を示した。これらのことから、寒冷環境下における運動時の気流の影響については、運動時の体温の上昇及び発汗量を抑え、運動後の体温の回復を早める可能性はあるものの、酸素消費量からは生体負担が大きくなる可能性もあるものと考えられる。また、今回の実験で、気流速度の違いにより有意差が認められたのは心拍数のみであり、今後さらに速い気流速度条件を加えて検討する必要があるものと思われる。一方、裸体無風条件と着衣無風条件との比較では、運動中の心拍数、体重減少量、直腸温上昇度について有意差(p<0.050.01)が認められ、着衣の有無による反応差がみられた。
ミトコンドリアDNAを用いたサシバの遺伝的構造と遺伝的多様性の解析

サシバ(Butastur indicus)は東アジアにのみ生息する中型の猛禽類である.夏季に日本の本州,四国,九州で繁殖するために飛来し,温暖な東南アジアで越冬する.近年の環境変異に伴い生息数が著しく減少しており,環境省鳥類レッドリストにより絶滅危惧種(VU)に定められた.早急な保護対策のためにも,本種の遺伝的多様性や個体群がどのような遺伝的構造を有しているのかを調査・推定するために,ミトコンドリア(mt)DNAコントロール(CR)領域の塩基配列の解析を行った.べての解析には捕獲時の脱落羽毛および繁殖地等での拾得羽毛や卵殻を用いた.まず本種のmtDNAのCR領域を増幅させるプライマーを設計するため、cyt.bから12S rRNAまでの約5kbの塩基配列を1個体で決定した.mtDNAの遺伝子の並び順は多くの猛禽類のmtDNA配列と同様かつ高い相同性を持っていることが分かり,本種のmtDNAの構造の一部が明らかとなった.次に本種の遺伝的多様性と遺伝的構造を調べるため,繁殖期の岩手,福岡を中心とした日本各地で得られた31個体の羽毛と1個体の卵殻からDNA抽出を行い,mtDNAのCR領域322bpの解析を行った.その結果,9のハプロタイプが検出され,他の希少猛禽類と比較すると,本種の遺伝的多様性は種を維持するには十分であることが示された.また,得られたそれぞれの塩基配列を用いて系統解析,ネットワーク解析を行ったところ,福岡で得られたハプロタイプが本種の祖先型である可能性が示され,さらに解析した個体数や地域にまる偏りはあるものの,全国的に分布する集団と,福岡を中心とする集団の二つに分かれる傾向があることが示唆された.今後は,解析する地域数や個体数を増やし,より詳細な遺伝的構造の解析を進める必要がある.サシバ(Butastur indicus)は東アジアにのみ生息する中型の猛禽類である.夏季に日本の本州,四国,九州で繁殖するために飛来し,温暖な東南アジアで越冬する.近年の環境変異に伴い生息数が著しく減少しており,環境省鳥類レッドリストにより絶滅危惧種(VU)に定められた.早急な保護対策のためにも,本種の遺伝的多様性や個体群がどのような遺伝的構造を有しているのかを調査・推定するために,ミトコンドリア(mt)DNAコントロール(CR)領域の塩基配列の解析を行った.べての解析には捕獲時の脱落羽毛および繁殖地等での拾得羽毛や卵殻を用いた.まず本種のmtDNAのCR領域を増幅させるプライマーを設計するため、cyt.bから12S rRNAまでの約5kbの塩基配列を1個体で決定した.mtDNAの遺伝子の並び順は多くの猛禽類のmtDNA配列と同様かつ高い相同性を持っていることが分かり,本種のmtDNAの構造の一部が明らかとなった.次に本種の遺伝的多様性と遺伝的構造を調べるため,繁殖期の岩手,福岡を中心とした日本各地で得られた31個体の羽毛と1個体の卵殻からDNA抽出を行い,mtDNAのCR領域322bpの解析を行った.その結果,9のハプロタイプが検出され,他の希少猛禽類と比較すると,本種の遺伝的多様性は種を維持するには十分であることが示された.また,得られたそれぞれの塩基配列を用いて系統解析,ネットワーク解析を行ったところ,福岡で得られたハプロタイプが本種の祖先型である可能性が示され,さらに解析した個体数や地域にまる偏りはあるものの,全国的に分布する集団と,福岡を中心とする集団の二つに分かれる傾向があることが示唆された.今後は,解析する地域数や個体数を増やし,より詳細な遺伝的構造の解析を進める必要がある.
電界を用いた触媒反応制御法の開発

本研究では、電荷を持った単分子膜の電場に対する応答性を触媒反応に展開する過程において、単分子膜の特異な動的挙動を観測することに成功した。単分子膜が刺激に対して応答する時間は従来考えられていたよりも長い場合がある事が明らかとなった。これはすべての刺激応答性単分子膜の研究において重要な知見であると考えられる。有機金属触媒反応は現代の有機合成の主流となっている反応であり,シガトキシン・パリトキシンのような複雑な骨格を持つ天然物や、ポリチオフェン・フラーレン誘導体のような有機物半導体合成等、時代の最先端を行く化合物の合成にはなくてはならない反応としてその力量を発揮して来た.また,2010年のノーベル化学賞の対象ともなっていることからもその重要性は明らかである.その反応性発現の鍵となっているのが配位子設計であり,配位子上の置換基一個の違いが触媒機能に大きな差を生じさせる.一方で,メチル基とエチル基といった具合に不連続な変化でしかコントロール出来ない有機物配位子を用いるだけでは配位子の構造に敏感に応答してしまう触媒機能も自然と不連続な変化となって現れるため,厳密な触媒設計を困難にしていることも事実である.更に反応を検討する際に,その都度配位子のデザイン・合成という煩雑な工程を踏まなければならないことも一つの課題である.このような問題は,有機金属触媒の"恩恵"に与るために避けては通れない事としてこれまで正面から取組んでゆく研究はなされてこなかった.本研究の目的は,手間と時間のかかる触媒のファインチューニングから脱却し,0.01mV単位でのコントロールが可能な,電場というこれまで化学反応には用いられてこなかった新しい"場"を導入する事により,触媒機能を精密制御する事を目的としている.初年度である本年は,本研究の最終目的である電界中での触媒反応を実行するにあたり必要となる基礎的な研究を主眼として検討を進めていった.触媒への電界のかけ方はトランジスタの原理を用いて行う.すなわち,入手容易なシリコンウエハ基板の表面上に単分子膜として触媒を担持し,その基板に電極をつけ溶液中に浸す事により触媒反応を行う.溶液中では電気二重層の形成により,基板にかけた電界が表面に局在化することにより触媒単分子膜に効果的に電界がかかることが期待できる.まずは触媒担持の足がかりとなる配位子の単分子膜を合成することにした.配位子としてアミノ酸を選択し,シリコンウエハ上を修飾するための修飾を行った.まずアミンとカルボン酸両方をFmocで保護し,側鎖に,末端をアルコキシシランを修飾した長鎖アルキルを導入した化合物を合成した.その化合物の塩化メチレン溶媒に,表面洗浄を行ったシリコンウエハを浸し,Fmocアミノ酸の単分子膜で覆われたシリコンウエハを作成した.その基板にピペリジンを作用させFmocの脱保護を行い,アミンとカルボン酸の両方が表面に出たシリコンウエハの作成に成功した.表面の同定は可視・紫外分光,X線反射率,AFMを用いて行った.これは,アミンとカルボン酸両方が表面に出ているアミノ酸の単分子膜の初めての例である.触媒反応のを行うための特殊な反応容器の設計も行った.すなわちシリコンウエハの表面のみが反応溶液に接触するような特殊な構造のデザインである.材質やパッキンの種類など種々の検討の結果,触媒反応を行うに当たっての最適な反応容器のデザインが完成した.有機金属触媒反応は現代の有機合成の主流となっている反応であり,シガトキシン・パリトキシンのような複雑な骨格を持つ天然物や,ポリチオフェン・フラーレン誘導体のような有機物半導体の合成等,時代の最先端を行く化合物の合成にはなくてはならない反応としてその力量を発揮して来た.また,2010年のノーベル化学賞の対象ともなっていることからもその重要性は明らかである.その反応性発現の鍵となっているのが配位子設計であり,配位子上の置換基一個の違いが触媒機能に大きな差を生じさせる.一方で,メチル基とエチル基といった具合に不連続な変化でしかコントロール出来ない有機物配位子を用いるだけでは配位子の構造に敏感に応答してしまう触媒機能も自然と不連続な変化となって現れるため,厳密な触媒設計を困難にしていることも事実である.更に反応を検討する際に,その都度配位子のデザイン・合成という煩雑な工程を踏まなければならないことも一つの課題である.このような問題は,有機金属触媒の"恩恵"に与るために避けては通れない事としてこれまで正面から取組んでゆく研究はなされてこなかった.本研究の目的は,手間と時間のかかる触媒のファインチューニングから脱却し,0.01mV単位でのコントロールが可能な,電場というこれまで化学反応には用いられてこなかった新しい"場"を導入する事により,触媒機能を精密制御する事を目的としている.初年度である本年は,本研究の最終目的である電界中での触媒反応を実行するにあたり必要となる基礎的な研究を主眼として検討を進めていった.

触媒への電界のかけ方はトランジスタの原理を用いて行う.すなわち,入手容易なシリコンウエハ基板の表面上に単分子膜として触媒を担持し,その基板に電極をつけ溶液中に浸す事により触媒反応を行う.溶液中では電気二重層の形成により,基板にかけた電界が表面に局在化することにより触媒単分子膜に効果的に電界がかかることが期待できる.前年度までの検討で,アミンとカルボン酸が両方が表面に出ているアミノ酸の単分子膜をシリコンウエハ上に作成することに成功している。本年度は上記単分子膜に加えて、蛍光分子であるFITCをヘッドグループとして有する新たな単分子膜の作成を行った。まず,トリエチレングリコールを介してアミンをシリコンウエハ上に単分子膜として作成し,その後,塩基性条件下でFITC上のチオイソシアニドとアミンを反応させ,単分子膜とした。この単分子膜は,興味深いことに,電場によりその蛍光発光特性を変化させる事が明らかとなった。詳細な検討の結果,この変化はシリコンウエハ上の電気化学ポテンシャルによる(1)表面近傍のpH変化と,(2)単分子膜のコンホメーション変化の両方の効果によるものであることが示唆された.これは,細胞表面の膜タンパクと他のタンパクの相互作用に類似したメカニズムであり,人工的な単分子膜で生体膜の動作原理をミミックした最初の例である.この知見は,電場による触媒作用のスイッチング実現のための大きな指針となると期待される.
難治癌バイオマーカー同定のためのエクソソーム自動センシングアレイシステムの開発

本研究は、予後不良な難治癌であるスキルス胃癌や膵癌をモデルとして、癌との関連が注目されている細胞外小胞エクソソームが、難治癌に対する特異的バイオマーカーとなることを、患者検体から採取した難治癌組織を用いて臨床的に実証し、その知見をもとに、難治癌の早期発見、診断、転移予測、治療効果の評価に資する「難治癌バイオマーカーエクソソーム自動分析システム」を開発する。本研究は、膵癌やスキルス胃癌をモデルとして、癌との関連が注目されている細胞外小胞エクソソームが、難治癌に対する特異的バイオマーカーとなることを、癌患者から採取した血液や難治癌組織を用いて臨床的に実証し、難治癌の早期発見、診断、転移予測、治療効果の評価に資する「難治癌バイオマーカーエクソソーム自動分析システム」を開発する。近年話題となっているエクソソームの解析は重要な研究分野であり、提案手法は、研究代表者が実績を有する分子インプリンティングに免疫測定法を融合し、機能性材料を設計・合成してエクソソームのサイズと膜タンパク質を認識する点に特色がある。これまで未解明であった癌関連エクソソームの動態や機能解析に関する基盤研究であり、学術的意義が高い。工学と医学の連携により、これらに関する新しい知見が得られると期待できる。
VWF-CP遺伝子導入による、血管内ステント挿入術後の血栓性動脈閉塞の予防

<研究目的>動脈の血栓形成においては、血小板の血管壁への粘着がその始まりであるが、その過程で必要不可欠な物質がvon Willebrand因子(VWF)である。ステント挿入術後の血管では、高度な動脈硬化性病変部と同様、高ずり応力下のもとVWFが過剰に発現・作用し、血管形成術後の血栓形成を来たしていることが示唆されている。今回の研究では、VWFの切断酵素であるVWF cleaving protease(VWF-CP)を遺伝子導入で病変部にのみ持続高発現させることにより、抗血栓作用の有無を検討し、血管内治療後の血栓性閉塞を防止することを目的とする。<研究内容と結果>1、遺伝子組換えベクターの作製2、培養細胞への導入実験作製した遺伝子組換えベクターによる遺伝子導入効率を培養細胞にて検討した。培養細胞への遺伝子導入にて持続的に目的蛋白が発現することを確認し、培養液中での酵素活性の上昇を認めた。3、動物実験モデルの作製、遺伝子導入、評価動脈硬化性病変モデルは、SDラットの総頚動脈にて内膜を傷害することによって作製した。遺伝子組換えベクターを使用し、同血管に遺伝子導入を行ったのち、蛋白発現量、酵素活性測定を行った。この結果遺伝子導入により動脈硬化性病変モデル血管において目的蛋白の持続的発現を確認した。引き続き、この遺伝子導入血管に対してレーザー照射による血栓形成を行い、抗血栓効果を検討した。遺伝子導入血管においては血栓形成抑制効果が示唆され、全身血中での蛋白量にはコントロールとの優位差は認めなかった。これまで不明確であったVWF-CPの効果が示唆された。<研究内容と結果>1)遺伝子組換えベクターの作製VWF-CPの組換えアデノウイルスを作製した。この組換えアデノウイルスにはサイトメガロウイルスの初期プロモーターが組み込まれており、その末梢側に目的蛋白のcDNAを入れ込むことにより、動物細胞内にてある一定期間、持続的に蛋白を強制発現させることが可能となる。2)培養細胞への導入実験まず、作製した遺伝子組換えベクターによる遺伝子導入効率を培養細胞にて検討した。培養細胞にはヒト血管平滑筋細胞を使用した。この細胞に対し、組換えアデノウイルスにて遺伝子を導入した結果、持続的に目的蛋白が発現することを確認し、培養液中での酵素活性の上昇を認めた。3)動物実験モデルの作製、遺伝子導入、評価動脈硬化性病変モデルは、SDラットの外頚動脈より2フレンチ径のバルーンカテーテルを総頚動脈内に挿入し、内膜を傷害することによって作製した。組換えアデノウイルスベクターを使用し、同血管に遺伝子導入を行ったのち、蛋白発現量、酵素活性測定を行った。今後この遺伝子導入血管における抗血栓効果を検討する予定である。

今回の研究では、VWFの切断酵素であるVWF cleaving protease (VWF-CP)を遺伝子導入で病変部にのみ持続高発現させることにより、抗血栓作用の有無を検討し、血管内治療後の血栓性閉を防止することを目的とする。<研究内容と結果>1、遺伝子組換えベクターの作製VWF-CPの発現プラスミドおよび組換えアデノウイルスを作製した。この2種類のベクターを用いて遺伝子導入することにより、動物細胞内にて一定期間、持続的に蛋白を強制発現させることを行った。2、培養細胞への導入実験作製した遺伝子組換えベクターによる遺伝子導入効率を培養細胞にて検討した(平成18年度)。培養細胞への遺伝子にて持続的に目的蛋白が発現することを確認し、培養液中での酵素活性の上昇を認めた。3、動物実験モデルの作製、遺伝子導入、評価動脈硬化性病変モデルは、SDラットの総頚動脈にて内膜を傷害することによって作製した。遺伝子組換えベクターを使用し、同血管に遺伝子導入を行ったのち、蛋白発現量、酵素活性測定を行った。この結果遺伝子導入により動脈硬化性病変モデル血管において目的蛋白の持続的発現を確認した。引き続き、この遺伝子導入血管に対してレーザー照射による血栓形成を行い、抗血栓効果を検討した。遺伝子導入血管においては血栓形成抑制効果が示唆され、全身血中での蛋白量にはコントロールとの優位差は認めなかった。これまで不明確であったVWF-CPの効果が示唆され、この結果を投稿予定である。
合成二本鎖RNAの気道内投与によるラット好酸球性気道炎症への影響

ウイルス感染は気管支喘息の急性増悪因子として高い割合を占めている。ウイルス感染による急性増悪の機序をウイルス複製時に生じる二本鎖RNAを介した自然免疫系活性化の関与と想定し、二本鎖RNAの気道内投与が抗原曝露によって生じる好酸球性気道炎症を増悪させる機序について検討した。卵白アルブミン(OVA)感作したBNラットにOVAまたはPBS曝露16時間後に合成二本鎖RNA(polyI : C)を気道内投与すると、OVA曝露のみに比べ気管支肺胞洗浄(BAL)液中および気道周囲の好酸球数が増加した。この時点でTh2サイトカインであるIL-4、IL-13および好酸球遊走性ケモカインのRANTES、eotaxin-1は増加しなかったが、OVA曝露肺からのプロスタグランジンD_2(PGD_2)産生がpolyI:C存在下で増加した。さらに、OVA曝露は肺胞マクロファージのPGD_2合成酵素mRNA発現を誘導し、PGD_2産生を増加させること、摘出肺あるいは肺胞マクロファージからのpolyI:C刺激後のPGD_2産生がCOX-2選択的阻害剤により抑制されることから、抗原曝露によりCOX-2が誘導された肺胞マクロファージなどの細胞にpolyI:Cが作用するとPGD_2産生が誘導されると考えられた。OVA曝露肺にPGD_2を気道内投与すると濃度依存的にBAL液中好中球数が増加し、これはCRTH2/TP拮抗薬により抑制された。同様にpolyI:C気道内投与による好酸球数増加もCRTH2/TP拮抗薬により抑制されたが、TP拮抗薬、DP1拮抗薬によっては抑制されなかった。以上のことから、喘息患者のRNAウイルス感染時の気道炎症増悪の機序として、二本鎖RNAによるCOX-2依存的PGD_2産生とPGD_2受容体CRTH2の関与が示唆されたことにより、CRTH2拮抗薬による喘息急性増悪の予防・治療効果の可能性が示唆された。
高性能化学センサシステムの新検出方式の研究

(1)光子との相互作用を利用した新検出方法の開発田中は,赤外分光法に関しては,光熱変換プロセスを利用した新しい赤外顕微鏡を開発中である.また赤外光音響検出法では多孔性部分の選択的検出など,表面分析では増感ATR法などで成果を得た.ラマン分光法では,ラマン光学活性法による分子間化合物の新検出法などを開発した.横山は熱現象による選択的検出方式の研究を行い,特に光音響分光法において, insituで被検物質の光吸収スペクトルを遠隔的に測定する新しい検出方式及びそのための検出装置を開発した.澤田は,光ビームによる新非破壊計測法の開発,特にレーザー誘起格子(LIG)超音波を利用する新計測法の研究を行い, LIG実験装置系を組み,ローソク炎を例として実験を行い,理論的にその局所的な炎温度を算出して妥当な値を得た.南は,アレイセンサの活用を前提とした,これまでに無い全く新しい光分析用検出方式の創案を目的とし,光熱分析法の分野を対象として,一次元ならびに二次元アレイセンサを用いる新しい検出方式を考案し,実験を行った.(2)物質分離-高感度検出に関する新システムの開発柘植は,超臨界液体クロマトグラフー質量分析計システムの基礎条件を検討し,また二重収束型質量分析計を用いた液体クロマトグラフー質量分析計直結システムの開発を行い,複雑な混合系試料などの実際分析に成功した.原口は,多波長同時測定が可能であるマルチチャンネル検出器としてISPDをICP発光分析の検出器に用い,分析特性や分析感度について検討し,原子スペクトル分析用検出器として測定の多機能化に貢献した.(3)その他の新検出方式として,富永は新しい核,放射化学的検出法の開発をはかり,遷移金属錯体結晶における正ミュオンの挙動をμSP法により研究し,成果をあげた.(1)光子との相互作用を利用した新検出方法の開発田中は,赤外分光法に関しては,光熱変換プロセスを利用した新しい赤外顕微鏡を開発中である.また赤外光音響検出法では多孔性部分の選択的検出など,表面分析では増感ATR法などで成果を得た.ラマン分光法では,ラマン光学活性法による分子間化合物の新検出法などを開発した.横山は熱現象による選択的検出方式の研究を行い,特に光音響分光法において, insituで被検物質の光吸収スペクトルを遠隔的に測定する新しい検出方式及びそのための検出装置を開発した.澤田は,光ビームによる新非破壊計測法の開発,特にレーザー誘起格子(LIG)超音波を利用する新計測法の研究を行い, LIG実験装置系を組み,ローソク炎を例として実験を行い,理論的にその局所的な炎温度を算出して妥当な値を得た.南は,アレイセンサの活用を前提とした,これまでに無い全く新しい光分析用検出方式の創案を目的とし,光熱分析法の分野を対象として,一次元ならびに二次元アレイセンサを用いる新しい検出方式を考案し,実験を行った.(2)物質分離-高感度検出に関する新システムの開発柘植は,超臨界液体クロマトグラフー質量分析計システムの基礎条件を検討し,また二重収束型質量分析計を用いた液体クロマトグラフー質量分析計直結システムの開発を行い,複雑な混合系試料などの実際分析に成功した.原口は,多波長同時測定が可能であるマルチチャンネル検出器としてISPDをICP発光分析の検出器に用い,分析特性や分析感度について検討し,原子スペクトル分析用検出器として測定の多機能化に貢献した.(3)その他の新検出方式として,富永は新しい核,放射化学的検出法の開発をはかり,遷移金属錯体結晶における正ミュオンの挙動をμSP法により研究し,成果をあげた.
マルチモーダル音声言語処理に関する研究

理論的な問題解決においては、以下の二点に焦点をあてた。1)制約の超並列処理の枠組みの確立。2)非記号的情報と記号的情報の混在・融合の枠組みの確立。第一点に関しては、現在提唱中の超並列制約伝播の手法を導入した。この手法は、制約記述に情報内容の包摂半順序関係を表す有向グラフを利用し、このグラフの超並列的な伝播により制約処理を行うという特色があった。また、第二点に関しては、ニューラルネットのベクトル空間の状態と超並列制約伝播グラフの活性化状態をベクトルとグラフの変換を利用することにより関連づける手法をとった。また、工学的には特に音声情報と視覚情報の両方を利用するマルチモーダルなシステムを構築した。これには、音声認識と視覚認識に時間遅れニューラルネットと環帰型ニューラルネットをそれぞれ利用することにより、非記号的なマルチモーダル入力を実現した。これらの入力を上記の二手法により記号的な制約と超並列的に融合していくことにより、実時間システムを実現した。
バイオインフォマティクスを用いたC.elegans複合糖質関連遺伝子の機能解析

昨年度の研究成果を発展・拡充し、本年度は以下の成果を得た。1.C.elegans遺伝子配列情報の解析効率を、解析及び情報共有用サーバーPCのハードウェア増強やシステムの至適化によって向上するとともに、ローカルで管理する遺伝子情報データベースを拡大し、線虫(C.elegans, C.briggsae)、酵母、ショウジョウバエ、哺乳類(マウス、ウシ、ヒト等)を含む、より広範な遺伝子情報の自動管理と解析を可能とした。2.HMMERやRPS-BLASTを用いた多種生物種問の遺伝子及びアミノ酸配列の相同性比較解析では、C.elegans全遺伝子(20,000)の約10%が何らかの複合糖質関連モチーフを有すると予想された。この結果を既存の複合糖質関連データベースとの比較や、解析条件の最適化によって更に絞り込み、約450の遺伝子をC.elegans複合糖質関連因子の候補遺伝子として選定した。これに産業技術総合研究所糖鎖工学センター・成松久博士のグループが解析したヒト糖転移酵素のC.elegansオーソログ145遺伝子を加え、冗長性を除いた中から157遺伝子に対して、線虫ソーターを用いた網羅的・複合的RNAiによる機能阻害と、欠失型変異体株を用いた表現型の観察を行った。3.上記157複合糖質関連遺伝子の内、何らかの表現型異常が観察されたものは、変異体株とRNAiによる遺伝子機能阻害を合わせて62%、RNAiによる遺伝子機能阻害単独でも31%と非常に高い割合であった。4.致死の表現型も観察され(約8%)、新規の例としてコンドロイチンのコア蛋白質遺伝子(cpg-1,cpg-2)複合機能阻害による細胞質分裂異常と初期胚致死を確認した。また、他のグリコサミノグリカンであるヘパラン硫酸の合成酵素遺伝子rib-1,rib-2の機能阻害が、原腸形成期以降に異常を生じ、形態形成不全を伴って後期胚致死に至るという事実も明らかにし、モデル生物である線虫とバイオインフォマティクスを用いて、多細胞生物の生体内における複合糖質の重要性と新しい役割の存在を示した。本研究ではモデル生物であるC.elegansの利点を活かし、更にバイオインフォマティクスの手法を用いることで多細胞生物複合糖質関連因子の発見や機能解析を行うことを目的としている。本年度、以下の成果を得た。1.遺伝子情報解析用サーバーコンピューターを設置し、線虫、酵母、ショウジョウバエ、ヒト等、多種生物種の国際データベースにおける遺伝子配列情報を定期的に検索し、最新情報を自動で取得、管理するシステムを構築した。2.また、上記のコンピューターに相同配列解析やモチーフ検索など(BLAST、HMMER、ClustalW等)のツールを導入し、多種生物種間で複合糖質関連因子の遺伝子及びアミノ酸配列の相同性解析を行った。その結果、C.elegansでは20,060遺伝子中、400前後の遺伝子が複合糖質関連因子をコードする可能性が示された(2006年3月現在)。3.これら非常に多くの遺伝子の機能を解明するため、新しい網羅的遺伝子機能阻害の実験系を確立した。線虫分取装置(線虫ソーター)と、線虫の餌の大腸菌にdsRNAを発現させ、食べさせて行うRNAi(feeding RNAi法)を組み合わせ、マイクロタイタープレートに分取した線虫を個別にRNAi処理し、2週間で50遺伝子の機能阻害を可能とした。4.実際に、産業技術総合研究所糖鎖工学センター・成松久博士のグループの支援をうけ、同グループが解析したヒト糖転移酵素のC.elegansオーソログ145遺伝子の内、108の遺伝子に対してRNAiによる網羅的機能阻害を行った。その結果1割以上の遺伝子で致死を含む激しい表現型を確認した。致死を引き起こす遺伝子にはグリコサミノグリカンの合成に関わる複数の酵素、糖鎖修飾や糖脂質の合成に必要な遺伝子などが含まれており、これまで報告されていなかった複合糖質の新しい生体内機能が強く示唆された。4.致死の表現型も観察され(約8%)、新規の例としてコンドロイチンのコア蛋白質遺伝子(cpg-1,cpg

-2)複合機能阻害による細胞質分裂異常と初期胚致死を確認した。また、他のグリコサミノグリカンであるヘパラン硫酸の合成酵素遺伝子rib-1,rib-2の機能阻害が、原腸形成期以降に異常を生じ、形態形成不全を伴って後期胚致死に至るという事実も明らかにし、モデル生物である線虫とバイオインフォマティクスを用いて、多細胞生物の生体内における複合糖質の重要性と新しい役割の存在を示した。