hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
科学技術概念・用語の総合化のための教科書データベース解析システムの構築

1.教科書「科学技術概念・用語」データベースと出現頻度の分析:理科・数学教科の教科書に記載されている概念・用語を,出版社・教科・学年・単元・分野・内容のみならず,(1)(a)「学術(基本)概念」(例:平衡,濃度,加法・減法等)に対して,(b)「素朴(日常)概念」(例:釣り合う-傾く,濃い-薄い,もらう-取り去る・あげる・食べる等)を下位カテゴリーに組み込み,(2)(a)「内容概念」と(b)「方法概念」で検索できる教科書概念・用語シソーラス体系を組み立て,使用用語の検索・分析を可能にする教科書データベースを構築した.概念・用語シソーラス体系は小学校段階から拾い,約9,000の概念・用語を収集した.分析の結果,学術(基本)概念に対し,それに関連する日常的に使う素朴概念の数は多く,かつ,多義的で,子ども達の正しい概念獲得に学習負担が大きいと言える.内容概念は学年が進むにつれて新しい概念が導入され増加するが,その出現数は学年で一定せず,アンバランスで,学年によって新概念の習得に対する学習負担は一定でない.他方,方法概念は学年を通して一貫して存在し,課題探究能力を育成するように配慮されている.しかし,その概念・用語の数は多く,文化遺産の継承に記憶に負担にならない教育方法の開発が重要である.2.科学概念・用語(方法概念)シソーラスの概念形成関係に基づく教育課程の編成:統計概念(方法概念)を中心にした教科間の関連性・系統性の高い教育課程を編成することは重要で,配当・系統試案を作成した.3.児童生徒の概念・用語の理解度に基づく関連性・系統性を抽出する教科書データベースシステムの構築:最終的には,科学概念の学習形成にとって,児童生徒の概念・用語の理解度が問題になり,理解度に基づくより有効性の高い教科書データベースの整備と解析システムの構築が必要である.1.教科書「科学技術概念・用語」データベースと出現頻度の分析:理科・数学教科の教科書に記載されている概念・用語を,出版社・教科・学年・単元・分野・内容のみならず,(1)(a)「学術(基本)概念」(例:平衡,濃度,加法・減法等)に対して,(b)「素朴(日常)概念」(例:釣り合う-傾く,濃い-薄い,もらう-取り去る・あげる・食べる等)を下位カテゴリーに組み込み,(2)(a)「内容概念」と(b)「方法概念」で検索できる教科書概念・用語シソーラス体系を組み立て,使用用語の検索・分析を可能にする教科書データベースを構築した.概念・用語シソーラス体系は小学校段階から拾い,約9,000の概念・用語を収集した.分析の結果,学術(基本)概念に対し,それに関連する日常的に使う素朴概念の数は多く,かつ,多義的で,子ども達の正しい概念獲得に学習負担が大きいと言える.内容概念は学年が進むにつれて新しい概念が導入され増加するが,その出現数は学年で一定せず,アンバランスで,学年によって新概念の習得に対する学習負担は一定でない.他方,方法概念は学年を通して一貫して存在し,課題探究能力を育成するように配慮されている.しかし,その概念・用語の数は多く,文化遺産の継承に記憶に負担にならない教育方法の開発が重要である.2.科学概念・用語(方法概念)シソーラスの概念形成関係に基づく教育課程の編成:統計概念(方法概念)を中心にした教科間の関連性・系統性の高い教育課程を編成することは重要で,配当・系統試案を作成した.3.児童生徒の概念・用語の理解度に基づく関連性・系統性を抽出する教科書データベースシステムの構築:最終的には,科学概念の学習形成にとって,児童生徒の概念・用語の理解度が問題になり,理解度に基づくより有効性の高い教科書データベースの整備と解析システムの構築が必要である.(1)科学技術概念・用語シソ-ラス体系の構築のための教育課程この研究目的を達成するために,近未来的展望に立つ21世紀の教育課程で考えられる「総合化の科学教育」として,「実験観察を基盤にした科学」,国際的・地球規模的視野に立ち環境を重視した「文化を基盤にする科学」の在り方を基本にするのカリキュラムの構想を構築し,下記のサブテーマを追求することにした.(2)科学(理科・数学)・技術・情報に関する「科学技術概念・用語」シソ-ラスの構築教科の固有の知識体系と発見・探究能力の育成を目的にした総合化の科学教育の確立を図るために,それらの教科書に記載されている概念・用語を,「対象概念(内容)」と「方法概念」とに分類してデータベース化を進めてた.それらの中には,理科・数学教科と国語・社会科(地歴公民)の教科書データベースから,(a)基本概念・用語(例:平衡,濃度,加法・減法など)と(b)素朴関連概念・用語(例:釣り合う-傾く,濃い-薄い,もらう-取り去る・あげる等)を下位カテゴリーに組み込んだ.(1)対象概念・用語と(2)方法概念・用語シソ-ラス体系を小学校段階から拾いだし,約9,000の用語に及び膨大な概念・用語を収集してきた.(3)教科書データベースと関連性・系統性を抽出する解析システムの構築小学校高学年,中学校,高等学校の4種の教科書データベースを対象に,指導書を加え,科学技術概念・用語を抽出補充し,以下の手順で教科書データベースの整備と解析システムの構築を進める。(1)「科学技術概念・用語」シソ-ラスに基づく教科書データベースの整備・構築

(2)概念・用語の学年段階別の頻度,関連性・共有性および系統性を抽出する解析方法・システムの構築(1)科学(理科・数学)・技術・情報に関する「科学技術概念・用語」の関連性・系統性の構築教科書に記載されている概念・用語を,「対象概念(内容)」と「方法概念」とに分類してデータベース化を進めてきた。理科・数学教科の教科書データベースに対して,(a)基本概念・用語(例:平衡,濃度,加法・減法など)と(b)素朴関連概念・用語(例:釣り合う-傾く,濃い-薄い,もらう-取り去る・あげる等)を下位カテゴリーに組み込んだ(1)対象概念・用語と(2)方法概念・用語シソ-ラス体系を小学校段階から拾いだし,約9,000の用語の概念・用語を収集してきた。理科,数学,統計,情報教育の分野について,それらの概念・用語の意味内容の観点(教科の学問的・教育的意図)から概念の関連性・系統性にもとづいて概念形成関係構造としてシソ-ラスの構造化を図る新しい試みで整理してきた。(2)科学技術概念・用語シソ-ラスの概念形成関係構造体系に基づく教育課程の編成教科書に掲載される概念・用語の重複性を避け,系統性の高い教育課程を編成することは極めて重要なことであり,この観点に立つ理科教育のカリキュラム編成(内容編成)を構想し,試案を作成した。(3)教科書データベースと関連性・系統性を抽出する解析システムの構築児童生徒の概念・用語の理解度調査のデータに基づいて,情報教育,統計教育,理科教育,数学教育の教科書データベースの整備のための解析システムの構築を進めてきていいる。(1)「科学技術概念・用語」概念形成関係構造シソ-ラスに基づく教科書データベースの整備・構築(2)概念・用語の学年段階別の頻度,関連性・共有性および系統性を抽出する解析方法・システムの構築1.科学(理科・数学・技術・情報)に関する「科学技術概念・用語」の出現頻度の特徴と系統性教科書に記載されている概念・用語を,「対象(内容)概念」と「方法概念」とに分類してデータベース化してきた.この分類は極めて重要で,対象概念は学年が進むにつれて当然に新しい概念が導入されるが,方法概念は学年を通して一貫して存在し,課題探究能力を育成するように配置されていることが証明された。理科・数学教科の教科書データベースに対して,(a)基本概念・用後(例:平衡,濃度,加法・減法など)と(b)素朴関連概念・用語(例:釣り合うー傾く,濃いー薄い,もらうー取り去る・あげる等)を下位カテゴリーに組み込んだ(1)対象概念・用語と(2)方法概念・用語シソーラス体系を小学校段階から拾いだし,約9,000の用語の概念・用語を収集してきた.その数は膨大で,文化遺産の継承に記憶に負担にならない教育の方法が極めて重要であることが明らかにされた。2.科学技術概念・用語(方法概念)シソーラスの概念形成関係に基づく教育課程の編成統計概念(方法概念)を中心にした教科間の関連性・系統性の高い教育課程を編成することは極めて重要で,この観点に立つカリキュラム編成を構想し,試案を作成した。3.児童生徒の概念・用語の理解度に基づく関連性・系統性を抽出する教科書データベースの解析システムの構築
生殖機能を制御する中枢メカニズムの解明

生殖機能は視床下部ー下垂体ー性腺軸により、階層的に制御されている。生殖機能障害は、けっして末梢の生殖器官だけの問題ではない。病因の多くは、内分泌系を制御する中枢機構にある。それゆえ、生殖機能障害の理解や新たな治療法の開発には、生殖機能の中枢制御機構の解明が不可欠である。卵胞発育、精子形成は、性腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)のパルス状分泌により制御されている。近年、このGnRHパルス状分泌のパルスジェネレーターとして、視床下部弓状核にあるキスペプチンニューロンが着目されている。弓状核のキスペプチンニューロンは、GnRH分泌を直接促すキスペプチン、GnRHパルス分泌を促進するニューロキニンB、抑制するダイノルフィンの3つの神経ペプチドが同一細胞上に存在し、KNDyニューロンと呼ばれている。KNDyニューロンがGnRHパルスジェネレーターを形成し、GnRHパルス頻度の調節を行っていると考えられているが、未だ確証はない。キスペプチンの受容体であるGPR54はGnRHニューロンに、ニューロキニンBの受容体であるNK3RはKNDyニューロンに存在することが明らかとなっている。一方で、ダイノルフィンの受容体であるκーオピオイド受容体(KOR)は局在が不明である。そのため、特にGnRHパルスを抑制するメカニズムが不明である。そこで、KORの局在およびKOR陽性ニューロン(KORニューロン)投射先を解明することとした。KORは発現量が低いことと、他のGタンパク質共役型受容体と区別できる良い抗体がないことから、局在の解析が難しかった。そこで、KORプロモーター制御下で緑色蛍光タンパク質(GFP)と、順行性神経トレーサー(WGA)を発現するレンチウイルスベクターをラットの脳内に投与し、KORニューロンをタンパク質レベルで可視化し、KORニューロンの局在と投射先の解析をすることとした。プロモーターアッセイで同定したκオピオイド受容体(KOR)プロモーター制御下で緑色蛍光タンパク質(GFP)と順行性神経トレーサー(WGA)を発現するレンチウイルスベクターをラットの脳内へ投与した。KNDyニューロンが発現する弓状核および、KORの発現が報告されている腹内側核(VMH)と背内側核(DMH)へレンチウイルスを投与し、GFPシグナルの有無を観察した。さらに、これらのGFPシグナルがKOR陽性細胞特異的に発現しているかを調べるため、KOR遺伝子(Oprk1)のmRNAに対するin situハイブリダイゼーションとGFPに対する免疫組織化学染色を行った。その結果、GFPはKORニューロン特異的に発現していた。さらに、WGAに対する免疫染色を行った結果、GFP陽性ーWGA陽性細胞(一次ニューロン、KORニューロン)と、WGA陽性ーGFP陰性細胞(二次ニューロン)を観察することができた。一次ニューロンと二次ニューロンを区別して観察することが可能なラットの作製に成功した。VMHとDMHのKORニューロンに対して、KNDyニューロンが投射しているかを調べるために、GFPとキスペプチンに対する免疫組織化学染色をい、2色のシグナルを観察した。その結果、KNDyニューロンはVMHのKORニューロンへ投射していることが示唆された。DMHのKORニューロンへKNDyニューロンの投射は確認できなかった。次に、VMHのKORニューロンがKNDyニューロンへ投射しているかを調べるため、GFPに対する免疫組織化学染色とキスペプチンの遺伝子(Kiss1)のmRNAに対するin situハイブリダイゼーションを行った。その結果、VMHのKORニューロンがKNDyニューロンへ投射していることが示唆された。これらの研究成果は、おおむね順調に研究が進行しているといえる。来年度以降、本年度解析を行った投射先の解析について個体数を増やす予定である。さらに、KORニューロンがエストロゲン受容体を持つか、GnRHニューロンへの投射があるかなどを調べる予定である。本研究結果を用いて、GnRHパルス抑制メカニズムを明らかにする。そして、これらの結果を論文としてまとめ、国際専門誌へ投稿する予定である。畜産では優良な繁殖個体からできるだけたくさんの産子を得る必要がある。そのため、農学分野では長期的に見た生殖機能・繁殖機能の改良を行う必要がある。生殖系は視床下部-下垂体-性腺軸により、階層的に制御されているため、視床下部を中心とした中枢性生殖制御機構の解明は、これら改良に必要不可欠である。特に性腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)のパルス状分泌は精子形成や卵胞発育に関わるため、パルス状制御機構の解明は優良な繁殖個体の選別と生殖機能・繁殖機能の改良に直結する。視床下部弓状核のキスペプチンニューロンは、GnRHパルス状分泌を制御するパルスジェネレーターの本体であると考えられている。この領域に存在するキスぺプチンニューロンは、GnRH分泌を直接促すキスペプチン(Kisspeptin)、パルス頻度を促進するニューロキニンB(Neurokinin B)、パルス頻度を抑制するダイノルフィン(Dynorphin)の3つの神経ペプチドを同一細胞内に発現するため、KNDyニューロンと呼ばれている。しかし、これらパルス状分泌を制御するKNDyニューロンが形成する神経回路網の詳細は未だ不明である。本研究では、これらKNDyニューロンが形成する神経回路網を詳細に同定することを最終目標としている。

そこで、各神経ペプチド受容体のプロモーター制御下で神経トレーサー(WGA)を発現するアデノ随伴ウイルスベクターを作成し、導入することで各神経ペプチド受容体が発現する神経細胞とその投射経路の可視化を行うことを計画した。標的とする神経細胞に目的遺伝子を安定的に発現させる必要がある。そのため、各神経ペプチド受容体プロモーターをルシフェラーゼ発現ベクターに組込むことでレポーターコンストラクトを作成し、ルシフェラーゼプロモーターアッセイにより、特異性と活性の有無を検証した。本研究では、各神経ペプチド受容体のプロモーター制御下で神経トレーサー(WGA)を発現するアデノ随伴ウイルスベクターを作成し、導入することで各神経ペプチド受容体が発現する神経細胞とその投射経路の可視化を行うことを計画した。そのためには、標的とする神経細胞に目的遺伝子を安定的に発現させる必要がある。それゆえ、最初にベクターに組込むプロモーターの特異性と活性の有無を確認することとした。各神経ペプチド受容体プロモーターをルシフェラーゼ発現ベクターに組込むことでレポーターコンストラクトを作成し、ルシフェラーゼプロモーターアッセイにより、特異性と活性の有無を検証した。各神経ペプチド受容体プロモーターをルシフェラーゼ発現ベクターに組み込みレポーターコンストラクトとして、次のコンストラクトを作成した。KOR遺伝子の開始コドンから上流2502 bpまたは499 bpの遺伝子配列およびGPR54遺伝子の開始コドンから上流1500 bp、1000 bp、499 bpの遺伝子配列をそれぞれルシフェラーゼ発現ベクターであるpGL4.11ベクターへ挿入した。これら作成したコンストラクトをKORとGPR54遺伝子発現陽性のP19C6細胞に導入し、プロモーターアッセイを行った。その結果、KORプロモーターとして2502 bp、GPR54プロモーターとして499 bpのプロモーター領域を導入したものが高ルシフェラーゼ活性を示した。一方、これらプロモーター領域に発現特異性が有るか検証するため、KORおよびGPR54遺伝子発現陰性のL6細胞を用いてルシフェラーゼアッセイを行った。その結果、P19C6細胞と同様の結果が得られた。これらの研究成果は、おおむね順調に研究が進行しているといえる。生殖機能は視床下部ー下垂体ー性腺軸により、階層的に制御されている。生殖機能障害は、けっして末梢の生殖器官だけの問題ではない。病因の多くは、内分泌系を制御する中枢機構にある。それゆえ、生殖機能障害の理解や新たな治療法の開発には、生殖機能の中枢制御機構の解明が不可欠である。卵胞発育、精子形成は、性腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)のパルス状分泌により制御されている。近年、このGnRHパルス状分泌のパルスジェネレーターとして、視床下部弓状核にあるキスペプチンニューロンが着目されている。弓状核のキスペプチンニューロンは、GnRH分泌を直接促すキスペプチン、GnRHパルス分泌を促進するニューロキニンB、抑制するダイノルフィンの3つの神経ペプチドが同一細胞上に存在し、KNDyニューロンと呼ばれている。KNDyニューロンがGnRHパルスジェネレーターを形成し、GnRHパルス頻度の調節を行っていると考えられているが、未だ確証はない。
子どもの生活習慣病リスクに及ぼす出生時体重と身体活動の影響

昨年度までの研究により、出生体重よりも乳幼児期の運動発達に関わる要因の方が将来的な身体活動習慣の決定において重要な役割を果たしていることが示されたため、当初の計画では副次的な調査項目として予定していた乳幼児期の運動発達にも注目して研究を行っている。平成28年度は、DXA(二重エネルギーX線吸収法)を用いて評価した子どもの身体組成データを整理し、出生体重および乳幼児期の運動発達と就学時の体脂肪率との関係を検討した。小学1年生165名のデータを解析した結果、従来報告されてきた出生体重よりも運動発達に関わる要因の方が就学時の体脂肪率を予測する力が強く、「はいはい」「つかまりだち」「つたい歩き」「ひとり歩き」の一連の動作の中で特に、一般に最も早い時期に発達する「はいはい」の開始時期が遅いほど、就学時に体脂肪率が高かった。この関係は、身体活動の影響(加速度計で評価した中高強度活動時間)を差し引いてもほとんど変わらなかった。以上の結果より、従来肥満の危険因子として報告されてきた低出生体重よりも、出生後2年までにみられる運動発達の遅延が将来的な肥満のリスクと関連している可能性が示唆され、肥満のリスクを予防的に低減するためには、今後は乳幼児の運動発達の決定要因を明らかにする必要性が示された。現在もこのコホートを追跡しており、将来的には上記の関係性が成長とともにどの様に持ち越されるかをCatch-up growth(乳幼児期の体重増加の様相)の影響も含めて明らかにしていく。一方で、これまで岡山県南部健康づくりセンターと共同ですすめてきた研究により、成長後の糖・脂質代謝指標などの生活習慣病リスクに及ぼす出生体重と現在の身体活動習慣の影響を検討できるデータベースが間もなく完成し、解析に着手できる見込みである。28年度が最終年度であるため、記入しない。研究課題1-1「出生時体重と子どもの身体活動量の関係」、および研究課題1-2「子どもの健康関連体力に及ぼす出生時体重および身体活動の影響」に関連して、京都市内および練馬区内の2つの公立小学校において、児童を対象とした活動量調査を実施した。4月初旬に、2つの小学校の全校児童約800名とその保護者に研究参加者を募集する案内文書を配布し、約70名の児童および保護者から研究参加への同意を得た。4月23日から、三次元加速度計を児童の腰部に装着し、日常生活における身体活動量を7日間測定した。また、児童の保護者に質問紙を配布し、母子健康手帳に記録されている児童の出生時体重を転記してもらった。その後、加速度計に記録された身体活動量のデータを、専用ソフトを用いてPCに取り込みデータの状況を確認するとともに、質問紙調査の回答の入力を一部行った。研究課題2「出生時体重および健康関連体力が子どもの生活習慣病リスクに及ぼす影響」および研究課題3「出生時体重および出生後のCatch-up growthが健康関連体力に及ぼす影響」に関しては、国立健康・栄養研究所の倫理委員会に研究計画を申請し、5月中旬に承認を得た。本研究は、岡山県南部健康づくりセンターとの共同研究として実施するため、同センターにおいても倫理申請を行い、承認後に業務委託契約を交わした。すでに業務委託を開始し、岡山県南部健康づくりセンターにおいて、メディカルチェック受診者を対象に被験者のリクルートを行い、発育歴に関する質問紙調査を実施している。平成26年度は、データ収集と並行して統計解析を行った。まず、子どもの身体活動量が出生時体重とは独立した要因であることを検証するために、小学生419人の出生時体重と、三次元加速度計を用いて測定した日常生活における身体活動量との関係を検討した。その結果、出生時体重と学童期の身体活動量との有意な関係は認められず、学童期の身体活動量は出生時体重に依存しないと考えられた。したがって、身体活動量の増加を目的とした介入は、出生時体重に関わらず同様に有効であると考えられた。次に、子どもの健康関連体力が、出生時から乳幼児期にかけての発育の経過と関係があるかについて検証を行った。小学1年生238名を対象に、母子健康手帳に記録されている出生時および乳幼児健康診査の記録を調査し、それらの体重の記録と小学1年時の心肺持久力・筋力・筋持久力との関係を検討した。その結果、出生時体重が重いと、あるいは出生後から1歳半および3歳までの体重増加量が多いと、小学1年時の握力を指標とした筋力が高いことが示された。したがって、小学1年時の筋力はある程度出生時から乳幼児期に決定されると考えられた。今後、この関係性が学童期の身体活動量によってどのように変化するかを検討する予定である。さらに、出生時体重と成長後の生活習慣病リスクとの関係を検証するために、18歳以上の男女107人の出生時体重を調査し、糖代謝指標(ヘモグロビンA1c)との関係を検討した。その結果、女性(69人)においては、出生時体重が重いと成長後の糖代謝機能が良好に保たれている傾向が示唆された。今後、さらに対象者数を増やして検討を行うとともに、この関係性が成人期の心肺持久力・筋力・筋持久力などの健康関連体力によってどのように変化するかを検討する予定である。

三軸加速度計(Active style Pro HJA-350IT、オムロンヘルスケア)を児童の腰部に7日間装着して日常生活における身体活動を測定し、座位行動(1.5メッツ以下)、軽強度活動(1.63.0メッツ未満)、中高強度活動(3.0メッツ以上)の時間を評価した。1.5kg以上かつ単胎で出生した小学16年生379人を出生体重により三分位して身体活動指標を比較したところ、出生体重の軽い児童の集団は重い集団に比べて、加速度計で評価した座位時間が1日約15分長いことが明らかとなった。日本人では児童の座りがちな行動につながる素因が、胎児期の身体発育要因によって形成されている可能性が示唆された。さらに、同じデータベースを用いて予備的検討を行い、乳児期に「ひとり歩き」をした月齢が早いと、児童期に活動的な時間が長く座位時間が少ないことを確認した。そこで、どのような運動機能の発達時期が児童期の身体活動量との関連が強いかを検討するために、別の児童の集団においてより精確な調査を行った。母子健康手帳の保護者記入欄の記録より「はいはい、つかまり立ち、つたい歩き、ひとり歩き」をするようになった日が明らかとなり、かつ1.5kg以上で出生した小学1年生165人の身体活動量を比較した。身体活動量は、上述の研究と同じ機器を用いて測定・評価した。性別、在胎週数、現在の月齢、加速度計の装着時間で調整しても、「はいはい」をした月齢は歩数、座位行動ならびに軽強度活動および中高強度活動の時間と有意な相関関係が、「つかまり立ち」をした月齢は座位行動および軽強度活動の時間と有意な相関関係が認められた。特に、一般に最も早い段階で発達する「はいはい」をした月齢は、児童期の身体活動量を予測する力が強いく、児童期に活動的か否かを決定づけるような素因が、乳児期のかなり早い段階までに形成されている可能性が示唆された。4年前に作成した小学1年生250名のコホートにおいて毎年身体活動量の測定を実施しており、研究仮説を明らかにするために必要なデータの蓄積がすすんでいる。本研究は、発育発達を観察する研究である性質上、当初の計画以上に進展することは難しいが、順調に進展している。また、並行して進めている健康増進施設の新規来訪者のリクルートにより、成人のデータの蓄積も順調にすすんでおり、目標とするサンプルサイズに対して3/4以上がすでに得られている。昨年度までの研究により、出生体重よりも乳幼児期の運動発達に関わる要因の方が将来的な身体活動習慣の決定において重要な役割を果たしていることが示されたため、当初の計画では副次的な調査項目として予定していた乳幼児期の運動発達にも注目して研究を行っている。平成28年度は、DXA(二重エネルギーX線吸収法)を用いて評価した子どもの身体組成データを整理し、出生体重および乳幼児期の運動発達と就学時の体脂肪率との関係を検討した。小学1年生165名のデータを解析した結果、従来報告されてきた出生体重よりも運動発達に関わる要因の方が就学時の体脂肪率を予測する力が強く、「はいはい」「つかまりだち」「つたい歩き」「ひとり歩き」の一連の動作の中で特に、一般に最も早い時期に発達する「はいはい」の開始時期が遅いほど、就学時に体脂肪率が高かった。この関係は、身体活動の影響(加速度計で評価した中高強度活動時間)を差し引いてもほとんど変わらなかった。
構造の明確な刺激応答性星型ポリマーの集合体による分子フラスコの構築

中心から放射状に多数の分岐したポリマー鎖を有する星型ポリマーは,その構造により,外層,内層で性質が異なり,溶液中で特殊な反応場(分子フラスコ)となりうる.このような星型ポリマーを精密に合成する革新的な方法を開発した。たとえば,モノマーとジビニル化合物を最初から共存させて星型ポリマーをワンステップで容易に合成するドミノ合成法、中心のコア部分の構造を制御してから合成する方法、異なる枝ポリマーをもつ星型ポリマーの新規合成法を確立した。均一サイズ微粒子を合成するには、星型ポリマーのコア構造の制御が重要となる。そこで本年度は、まず種々の条件で星型ポリマーの合成を検討し、星型ポリマーの枝数、コアの大きさの精密制御を試みた。具体的には添加塩基存在下、ハロゲン化金属(EtAlCl_2, SnCl_4など)とビニルエーテル(VE)のプロトン酸付加体(カチオン源)を組み合わせたリビング重合開始剤系により、アルキルVEポリマーを枝とする星型ポリマーを合成した。多数の分岐構造を有するポリマーを合成するため、星型ポリマーは、リビングポリマーに疎水性二官能性VEを添加する方法により合成した。この反応では、架橋反応を伴うポリマー同士の結合反応によるため、コアの大きさは反応条件により一義的に決まるとされてきた。本研究では、星型ポリマー生成反応段階で、徐々に二官能性VE、もしくは枝となるリビングポリマーを添加する方法で、コアサイズの制御、小さいコアと多数の枝ポリマーなど、これまでにない星型ポリマーが合成できることを明らかにした。さらに、反応条件を選ぶと、ほぼ定量的に新規星型ポリマーが得られた。星型ポリマー合成反応の検討と並行して、側鎖にアミノ基を有するVEポリマーの精密合成を検討した。側鎖にフタルイミド基を有するVEのリビングカチオン重合は、これまでにも報告されていたが、若干のオリゴマー副生など問題点があった。添加塩基開始剤系を用いることで、初めて理想的なリビング重合が進行した。前年度に引き続き、さまざまな官能基を持つ星型ポリマーの合成を検討した。側鎖にパーフルオロ基を有するビニルエーテル(VE)を用いて星型ポリマーの合成を試みた。含フッ素ポリマーは、通常の有機溶媒に溶解しにくいので、含フッ素化合物を溶媒として反応を行う必要がある。そこでまず、含フッ素溶媒中でのリビングカチオン重合について検討した。具体的には添加塩基存在下、ハロゲン化金属(EtAlCl_2, SnCl_4など)とVEの酢酸付加体(カチオン源)を組み合わせたリビング重合開始剤系により、フッ素含有VEの重合を行った。その結果、さまざまなフッ素含有率のモノマーのリビング重合が可能であることを明らかにした。また、生成したリビングポリマーに少量の二官能性VEを反応させると、高収率で構造の制御された星型ポリマーが得られた。得られた含フッ素星型ポリマーは、種々の有機溶媒中で高感度なUCST型相分離挙動を示した。さらに、,ブロック鎖、または二種類の枝を持つ含フッ素星型ポリマーの精密合成も可能で、これらのポリマーの高濃度溶液は、温度に応答してゾルーゲル転位をすることがわかった。種々の温度応答性セグメントを組み合わせた星型ポリマー、ブロックコポリマーの合成も行い、温度応答性フィルムを得た。異なるLCST型セグメント同士、またはLCST型とUCST型とを組み合わせることで、さまざまなパターンで温度に応答して表面のぬれ性が変化するフィルムが得られた。これら星型ポリマーの合成に加え、新しい形のポリマーであるフラワーポリマーの精密合成に成功した。添加塩基存在下、二官能性の開始剤により生成したリビングポリマーに二官能性VEを添加することで、高収率でフラワーポリマーが生成した。得られたポリマーは対応する星型ポリマーとは異なる性質を示した。星型ポリマーのワンステップ(ドミノ)合成SnCl_4/添加塩基開始剤系を用いて、イソブチルビニルエーテル(IBVE)とアルコキシスチレン骨格を有するジビニル化合物(1)の混合物をトルエン中、0°Cで重合した。この反応では、まずIBVEが高選択的に重合し、IBVEの直鎖状リビングポリマーが生成した。次いで、このリビング生長末端に1が反応し、ほぼ定量的に分子量分布の狭いM_w/M_n<1.2)星型ポリマーが得られた。また、同様の方法で、温度応答性星型ポリマーのワンステップ合成も可能となり、ほぼ定量的に構造の明確な星型ポリマーを合成することに成功した。コアファースト法による星型ポリマーの精密合成ジビニルエーテル(DVE)化合物の単独重合によりミクロゲル核を形成し、そこから枝鎖を伸長させるコアファースト法を検討した。スペーサーにシクロヘキシル基をもつDVE(2)を、THF存在下、トルエン中、0°CでSnCl_4により重合すると、比較的分子量分布の狭いM_w/M_n=1.2-1.3)可溶性ミクロゲルが生成した。

そのリビング生長種を有するミクロゲルに、反応性の大きなシクロヘキシルVEを添加すると、スムーズに重合が進行し、構造の制御された星型ポリマーが高収率で生成した。刺激応答性ヘテロアーム星型ポリマーの簡易合成複数の刺激応答性部位を有する星型ポリマーの合成を目指し、ヘテロアーム星型ポリマーの合成を検討した。それぞれ別の反応容器でリビング重合により合成した第一級アミンセグメントの前駆体であるフタルイミド側鎖ポリVEと温度応答性ポリマーを、重合終期に任意の割合で混合し、さらに架橋剤2を加えて反応させた。かさ高いフタルイミド基を側鎖に有しているポリマーの反応であるにも関わらず、条件を選択すると高収率で分子量分布の狭い星型ポリマーが生成した。脱保護して得られた第一級アミンセグメントと温度応答性セグメントからなるヘテロアーム星型ポリマーは、pHによって異なる温度応答挙動を示した。
多結晶氷の表面融解機構の解明

氷結晶をモデル材料として,多結晶上では単結晶上に比べてはるかに低温でも擬似液体層が安定に存在することを,ごく近年我々は明らかにした.本研究では,多結晶氷の表面融解過程を,レーザー共焦点微分干渉顕微鏡とリニーク干渉計を用いて直接観察する.さらに,結晶光学主軸分布測定装置(新規導入)を用いてこの結晶粒の配向を解析し,結晶粒界の性質を特定する.そして,多結晶氷上の擬似液体層の,1)熱力学的安定性,2)生成カイネティクス,3)格子欠陥・粒界・高指数面の寄与,4)不純物の寄与を理解し,多結晶と単結晶でなぜ表面融解の温度領域が大きく異なるのか,その機構を解明する.氷結晶をモデル材料として,多結晶上では単結晶上に比べてはるかに低温でも擬似液体層が安定に存在することを,ごく近年我々は明らかにした.本研究では,多結晶氷の表面融解過程を,レーザー共焦点微分干渉顕微鏡とリニーク干渉計を用いて直接観察する.さらに,結晶光学主軸分布測定装置(新規導入)を用いてこの結晶粒の配向を解析し,結晶粒界の性質を特定する.そして,多結晶氷上の擬似液体層の,1)熱力学的安定性,2)生成カイネティクス,3)格子欠陥・粒界・高指数面の寄与,4)不純物の寄与を理解し,多結晶と単結晶でなぜ表面融解の温度領域が大きく異なるのか,その機構を解明する.
恒久的なドナー腎臓再生を目標とした腎臓再生アッセイ法の開発と大型動物への応用

腎臓の幹細胞・発生システムの解明により、腎臓移植医療の臨床実現化を長期的な目標とした恒久的なドナー臓器の作成方法の開発を行った。iPS細胞・ES細胞を用いたドナー臓器(腎臓・膵臓)作成方法の開発(Cell 2010、Am J Pathol 2012)に留まらず、幹細胞システム評価のための安定した腎臓分化のアッセイ系の確立、腎臓病発症研究への展開、大型動物への応用を目指し研究を遂行した。iPS細胞を含む幹細胞医療の臨床実現化を念頭に置いた際に、発達臓器の分化制御プロセスを詳細に解析し、幹細胞の再生プロセスに応用することは重点課題である。本研究では、これらの幹細胞や発生システムを解明することにより、腎臓移植医療という臨床実現化を長期的な目標とした恒久的なドナー臓器の作成方法の開発を行う。臓器再生に幹細胞システムを活用し、幹細胞を用いた臓器作成方法に留まらず、幹細胞システム評価のためのクローナルなin vitro、in vivoでの腎臓分化のアッセイ系の確立を目指し研究を継続的に遂行している。1.ES細胞、iPS細胞と腎臓欠損マウスとの間でキメラマウスを作成することによる幹細胞由来の新たなキメラ腎臓の作製法に成功した。本法はすでに各学会で公表しており、現在論文投稿中である。さらに、このキメラ腎臓アッセイを活用した発達腎臓メカニズムの解析を実施している。2.腎臓発生に必須な分子であるwnt4蛋白過剰発現フィーダー細胞との共培養でのコロニーアッセイを行い、幹細胞・前駆細胞活性のある細胞群を判定するin vitroアッセイ系の再現にも成功している。現在、フローサイトメトリーとモノクローナル抗体ライブラリーを用いマウス胎仔腎臓における表面抗原の網羅的発現解析を行い、この解析成果を元に細胞の選別を行い、確立したアッセイ系を用い幹細胞・前駆細胞活性のある細胞集団を判定している。今後、より効率の良い腎臓作製法の開発、発達腎臓のin vivo、in vitroアッセイ系の確立を目的とし、その確立のための腎臓幹細胞ニッチ(最適分化環境)のメカニズムの解明を目指す。成果に関して、国内外の学会発表および英文論文投稿を継続して行う。また、同様の実験手法を用いたキメラ膵臓の作成に成功し、論文発表した(Cell 2010)。本研究では、腎臓の幹細胞や発生システムを解明することにより、腎臓移植医療という臨床実現化を長期的な目標とした恒久的なドナー臓器の作成方法の開発を行う。腎臓再生に幹細胞システムを活用し、幹細胞を用いたドナー腎臓作成方法に留まらず、幹細胞システム評価のためのクローナルなin vitro、in vivoでの腎臓分化のアッセイ系の確立を目指し研究を継続的に遂行している。(1)多能性幹細胞(Es細胞・iPS細胞)を用いたキメラ腎臓の作成(in vivo実験): Es細胞、iPS細胞と腎臓欠損マウスとの間でキメラマウスを作成することによる幹細胞由来の新たなキメラ腎臓の作製法に成功した。本研究成果は国内外で高い評価を受け、論文は本年度Am J Patholにacceptされた。さらに、このキメラ腎臓アッセイを活用した発達腎臓メカニズムの解析を実施している(平成24年度学会発表予定)。

また、腎臓以外の他臓器では、同様の実験手法を用いたキメラ膵臓の作成に成功し、すでに論文発表している(Cell 2010)。(2)In vitroマウス腎臓分化アッセイ系の開発と腎臓幹細胞の純化法の確立(in vitro実験):腎臓発生に必須な分子であるwnt4蛋白過剰発現フィーダー細胞との共培養でのコロニーアッセイを行い、幹細胞・前駆細胞活性のある細胞群を判定するin vitroアッセイ系の再現にも成功している。現在、フローサイトメトリーとモノクローナル抗体ライブラリーを用いマウス胎仔腎臓における表面抗原の網羅的発現解析を行い、この解析成果を元に細胞の選別を行い、確立したアッセイ系を用い幹細胞・前駆細胞活性のある細胞集団を判定している。(3)幹細胞学研究の腎臓病学および腎臓幹細胞研究の他分野への応用:腎臓幹細胞や腎臓発生メカニズムの知見を元にヒト腎臓病の発症メカニズムへの応用研究を進めている。現在、腎臓発生に重要なある転写因子がヒト糸球体腎炎の糸球体構成細胞に発現増強することを確認している。この発現解析を軸に、腎臓発生とヒト腎炎の発症・進展のメカニズムへの関連性の検討を進めている。腎臓の幹細胞・発生システムの解明により、腎臓移植医療の臨床実現化を長期的な目標とした恒久的なドナー臓器の作成方法の開発を行った。幹細胞を用いたドナー腎臓作成方法の開発に留まらず、幹細胞システム評価のための安定した腎臓分化のアッセイ系の確立、腎臓病発症研究への展開を目指し研究を継続している。1、多能性幹細胞(ES細胞・iPS細胞)を用いたキメラ腎臓の作成(in vivo実験):ES細胞、iPS細胞と腎臓欠損マウスとの間でキメラマウスを作成することによる幹細胞由来の新たなキメラ腎臓の作製法に成功した。本研究成果は国内外で高い評価を受け、論文は本年度のAm J Patholに掲載された。さらに、このキメラ腎臓アッセイを活用した発達腎臓メカニズムの解析を実施し、本年度の日本腎臓学会学術総会で発表した。今後論文発表を予定している。腎臓以外の他臓器では、同様の実験手法を用いたキメラ膵臓の作成に成功し、すでに論文発表している(Cell 2010)。2、マウス腎臓分化アッセイ系の開発と腎臓幹細胞の純化法の確立(in vitro実験):腎臓発生に必須な分子であるwnt4蛋白過剰発現フィーダー細胞との共培養でのコロニーアッセイ(低密度培養)とモノクローナル抗体を用い、マウス胎仔腎臓における表面抗原の網羅的発現解析、細胞群の選別を行い、幹細胞・前駆細胞活性のある細胞集団の特定に努めている。3、幹細胞学研究のヒト腎臓病研究への応用:腎臓幹細胞・発生メカニズムの知見からヒト腎臓病の発症メカニズムの応用研究を進めている。腎臓発生のキー転写因子がネフローゼ症候群(ヒト・小動物)の糸球体細胞で発現変化することを確認している。今後、本転写因子の腎炎発症・進展への関与を検討予定である。他、腎臓血管発生の代表的な血管新生因子であるVEGFの阻害薬に関連する腎障害を腎臓発生の観点から検討している。複数のプロジェクトを同時に進めているが、いずれもおおむね順調に進展している。
２型糖尿病モデルマウスにおける桑葉摂取による膵β細胞機能不全抑制機構の解明

本研究は、桑葉摂取による耐糖能異常改善効果を膵β細胞不全抑制効果と捉え、一時的に膵β細胞容積およびインスリン分泌が増加する代償期での膵β細胞の増殖促進と、膵β細胞が死滅していく不全期での細胞死抑制の両面から解析した。肥満/2型糖尿病モデルマウス(db/dbマウス)において、桑葉投与によって膵β細胞における小胞体ストレスおよび酸化ストレスが軽減され、不全期での細胞死が抑制されることが明らかになった。一方、桑葉の水抽出物に、培養β細胞(マウス由来)に対する細胞増殖促進活性を見出し、桑葉摂取による耐糖能異常改善機構の一端を明らかにすることができた。桑葉摂取による耐糖能改善機構の解明に取組んでおり、肥満/2型糖尿病モデルマウス(db/db)を用いた免疫組織学的研究によって桑葉による膵β細胞不全抑制効果を見出している。本年度は、膵臓β細胞不全抑制機構を明らかにするため、培養膵β細胞株と動物を用いて桑葉の効果を検討した。マウス膵β細胞株MIN-6を用い、酸化ストレスおよび小胞体ストレスに対する桑葉抽出物の効果を検討した。過酸化水素で酸化ストレスを誘導した場合、桑葉メタノール抽出物添加群で有意に細胞死が抑制された。一方、タプシガルギンで小胞体ストレスを誘導した場合、桑葉水抽出物で有意に細胞死が抑制された。これより、酸化ストレスおよび小胞体ストレスによる細胞死を抑制することが、桑葉の摂取による膵β細胞不全抑制機構の一端である可能性が示唆された。db/dbマウス(7週齢)に桑葉を投与し、膵β細胞の代償期である10週齢、不全期に向かう15週齢において、血液、膵臓、肝臓等を単離した。15週齢の膵臓を用いたリアルタイムPCRにより、インスリン遺伝子の発現が桑葉投与によって有意に減少していることを確認した。これは、桑葉投与マウスにおいて血中インスリン濃度が減少していること一致しており、インスリン抵抗性の改善効果を示している。これまでに桑葉摂取による膵β細胞の増殖促進効果も認められていることから、ベータトロフィン(膵β細胞の増殖活性を持つホルモン)の発現量を解析した。肝臓のリアルタイムPCRの結果、10週齢、15週齢いずれにおいてもベータトロフィンの発現量は桑葉投与群で減少傾向にあるが、有意差は認められなかった。現在、小胞体ストレスマーカーであるCHOP(小胞体ストレス誘導性アポトーシス関連蛋白質)、Bip(小胞体シャペロン)等などの発現量の解析を進めている。桑葉には古くから糖尿病抑制効果が知られており、我々も肥満/2型糖尿病モデルマウス(db/dbマウス)への桑葉の経口投与によって耐糖能異常が改善されることを報告している。糖尿病は、インスリン抵抗性と膵β細胞(インスリン産生細胞)機能不全により引き起こされる。我々は桑葉による耐糖能改善機構を検討した結果、桑葉を投与した肥満/2型糖尿病モデルマウスでは、糖尿病の進展に伴う膵β細胞機能不全が抑制されることを見出した。本研究では、桑葉の経口投与による耐糖能異常改善機構を明らかにすることを最終目標として、膵β細胞機能不全の抑制機構について検討した。膵β細胞機能不全は、インスリン過剰産生によるタンパク合成の負荷(小胞体ストレス)および活性酸素種の増加(酸化ストレス)によりもたらされることが知られている。肥満/2型糖尿病モデルマウスに一定期間桑葉を経口投与した後、膵臓を採取し、小胞体ストレスマーカー4種について組織学的解析を行った。その結果、桑葉投与群では非投与群と比較して、CHOP、ATF4、XBP-1の発現が有意に低下しており、桑葉による小胞体ストレスの軽減効果が示唆された。一方、我々の以前の研究で、桑葉の経口投与による膵β細胞の増殖効果を認めている。肝臓から分泌されるホルモンの一種βトロフィンが膵β細胞の増殖を促進する可能性が報告されていることから、桑葉を経口投与した肥満/2型糖尿病モデルマウスの肝臓の定量的RT-PCR解析の結果、βトロフィンmRNAの発現にはコントロール群と比べて有意差は認められなかった。以上より、桑葉の経口投与による膵β細胞機能不全の抑制機構の一少なくとも一部は、膵β細胞の小胞体ストレス軽減によるアポトーシスの抑制であることが示唆された。肥満/2型糖尿病モデルマウスを用いて、桑葉の経口投与による膵β細胞機能不全抑制機構の一端を、小胞体ストレスの軽減によるアポトーシスの抑制であることを明らかにすることができた。そのため、概ね順調に研究が進展していると判断している。桑葉には糖尿業抑制効果が知られている。活性物質の一つとしてα-グルコシダーゼの阻害剤である1-デオキシノジリマイシンが報告されている。我々のグループも、肥満・2型糖尿病モデルマウスに桑葉を経口投与することによって耐糖能異常が改善することを報告し、その機構として膵β細胞不全の抑制効果を見出している。本研究は、培養膵β細胞およびモデルマウスを用いて桑葉による膵β細胞不全抑制機構を解明することを目的に実施した。これまでの研究で、桑葉を投与したdb/dbマウスでは、代償期における膵β細胞の細胞増殖が亢進することを明らかにしている。桑葉に含まれる膵β細胞増殖促進活性物質を同定するため、培養β細胞MIN6(マウス膵β細胞由来)を用いた。種々の条件での抽出方法を検討した結果、水抽出物にMIN6増殖促進効果を認めた。

桑葉に含まれている既知の活性成分には、MIN6増殖促進効果が認められなかったことから、活性物質の単離・同定を試みた結果、新規フラボノイド配糖体であることを見出した。7週齢より桑葉を経口投与を開始した肥満・2型糖尿病モデルマウスを用いた解析を行った。10週齢では、桑葉非投与群の方が桑葉投与群より血中のインスリンレベルが有意に高かった。15週齢では桑葉投与群では10週齢とほぼ同程度のインスリンレベルを維持しているのに対し、非投与群ではインスリンレベルが10週齢時の約30%程度まで低下し、その結果、桑葉投与群よりも低い値となった。これは、15週齢では桑葉非投与群において膵β細胞が機能不全になっているのに対し、桑葉投与群では機能が保たれていることを示唆している。10週齢、15週齢、20週齢でマウスより膵臓を採取し、アポトーシスに関連する因子を中心に組織学的解析およびmRNAの定量を行い、桑葉投与群では小胞体ストレスの軽減によってアポトーシスが抑制されていることを確かめた。本研究は、桑葉摂取による耐糖能異常改善効果を膵β細胞不全抑制効果と捉え、一時的に膵β細胞容積およびインスリン分泌が増加する代償期での膵β細胞の増殖促進と、膵β細胞が死滅していく不全期での細胞死抑制の両面から解析した。肥満/2型糖尿病モデルマウス(db/dbマウス)において、桑葉投与によって膵β細胞における小胞体ストレスおよび酸化ストレスが軽減され、不全期での細胞死が抑制されることが明らかになった。一方、桑葉の水抽出物に、培養β細胞(マウス由来)に対する細胞増殖促進活性を見出し、桑葉摂取による耐糖能異常改善機構の一端を明らかにすることができた。培養膵β細胞に桑葉抽出物を添加した場合、小胞体ストレスおよび酸化ストレスによって誘導される細胞死が抑制されることを明らかにした。これは、vivoにおける桑葉の膵β細胞不全抑制機構を示唆している結果であり、今後の研究を展開するうえでの重要な手がかりを得ることができた。よって、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。桑葉の経口投与による耐糖能異常改善機構を明らかにするため、以下の検討を行う。(1)肥満/2型糖尿病モデルマウスを用いて桑葉経口投与による小胞体ストレスの軽減効果を見出した。しかし、その有効成分、小胞体ストレス軽減機構等は不明である。そこで、培養膵β細胞を用いて、小胞体ストレスの軽減効果を持つ桑葉中の有効成分を同定する。具体的には、各種溶媒を用いて抽出した桑葉抽出物をβ-TC-6あるいはMIN6に添加し、アポトーシスおよび小胞体ストレスマーカーの発現を指標に、桑葉中の有効成分を単離し、LC/MS、NMRを駆使して構造を同定する。(2)膵β細胞死の原因として、小胞体ストレスの他に酸化ストレスが考えられる。そこで、桑葉抽出物を添加した培養膵β細胞に、過酸化水素を加えて酸化ストレスを誘導し、細胞生存率の解析、TUNEL法による解析等によって、桑葉の効果を明らかにする。また、マウス個体から回収した臓器を用いて、各種酸化ストレスマーカーを評価する。(3)桑葉を経口投与した肥満/2型糖尿病モデルマウスでは、膵β細胞の増殖が亢進していることを見出している。しかし、膵β細胞の増殖促進活性が報告されているβトロフィンの発現量に変化はなく、膵β細胞の増殖促進機構は不明である。桑葉による膵β細胞の増殖促進機構を解明するため、膵臓組織を用いた各種細胞内シグナルの活性化を検討する。
没入型バーチャルリアリティ環境における表情認識技術の構築

研究期間の3年次にあたる本年度は,2年次に引き続き組み込み型光センサから取得できる情報から装着者の顔表情の幾何推定がどの程度の精度できるかを定量的に検討することを持続するとともに,表情識別のための訓練データを視線方向毎に取得することによって推定の精度が向上するかについて検討を行った.また,国内展示会での実演展示を通じて,研究成果を多数の研究者や一般の来場者に体験する機会を設けて,アウトリーチ活動を進めた.これまでの研究期間において,頭部装着型ディスプレイを装着したユーザの表情を識別する組み込み型光センサと機械学習のシステムを構築しており,感情に対応した基本表情毎の識別と,表情の表出強度の推定を行ってきた.これらの研究の過程において,頭部の向きや視線方向等が基本表情の識別精度に影響を与えるという知見が得られている.定量的にこの影響を検討するための試みとして,頭部装着型ディスプレイ内部で提示する視覚情報として,視線方向毎に注視指標を提示し,視線方向を統制した条件において反射型光センサの情報を取得した.取得したデータから本表情の識別器を訓練する際に用いるデータとテストデータを,単一の視線方向のデータのみ用いた条件・各方向の視線方向のデータを用いた条件・全方向の視線方向のデータを同一に取り扱った条件において識別精度がどのように変化するかを検討した.この検討の結果として,視線方向が大きく変化する条件において良好な基本表情の識別率を得るためには,視線方向毎の訓練データを持つことで,単一の視線方向のデータのみを用いた条件より良好な識別率が得られることを確認した.現在までの研究の進捗状況としては,当初の研究計画以上に進展していると考えられる.これは,研究開始時においては,本研究で使用している反射型光センサの情報に基づいて笑い・驚き・怒り・悲しみ・ニュートラルといった基本表情を前提とした表情識別が可能であると考えていたが,本研究の実施を通じて,主成分を踏まえた幾何推定が可能であることを示せている.また頭部方向や視線などによる認識精度への影響を定量的に明らかにすることにより,表情以外のパラメータがどの程度識別精度に影響を与えるかを検証することを進められており,当初の研究計画以上に研究が進展している状況である.研究期間の4年次においては,国際会議等における実演展示を通じて,アウトリーチ活動を行うとともに,多数のユーザの表情データを取得することによって,個人毎の訓練データの有無に応じた識別精度についての検討を進める.また,今後の研究の発展のため,表情の変化を時間的に捉えて学習することや,転移学習などの機械学習手法の活用による精度向上・訓練データの取得の簡素化が可能かについても基礎的な知見を獲得するための検討を行う.研究期間の2年次にあたる2018年度は,組み込み型光センサから取得できる情報から装着者の顔表情がどの程度の精度で計測できているかを定量的に検討した.これまでの研究期間において,頭部装着型ディスプレイを装着したユーザの表情を識別する組み込み型光センサと機械学習のシステムを構築しており,笑い・驚き・怒り・悲しみ・ニュートラルといった,基本表情の識別が可能であることを示すと共に,各表情の表出強度を階調値として推定することが可能であることを示してきた.2018年度の研究としては,これまでの研究を踏まえながら組み込み型光センサから取得できている情報から,顔の幾何形状を推定した場合の精度を定量的に検討することを行なった.頭部装着型ディスプレイ内部に組み込んだ光センサと同様の構造を持つウェアラブルデバイスを使用し,ユーザの皮膚表面に装着した再帰性反射マーカーの3次元位置を推定した条件における誤差を評価した.幾何形状の推定にあたっては,皮膚表面のマーカーの3次元位置の主成分分析を行ない,顔表情の変化に伴う皮膚変形の主要な要素を求めた上で,そのパラメータを反射型光センサの情報から推定する枠組みを構築し,高い精度での幾何形状の推定が行えることを確認した.本年度の研究を通じて,本研究における表情認識システムが基本表情に基づいた識別のみではなく,詳細なユーザの顔の幾何形状の推定を行えるだけの情報量を持っていることを示せたと考えられる.現在までの研究の進捗状況としては,当初の研究計画以上に進展していると考えられる.これは,研究開始時においては,本研究で使用している反射型光センサの情報に基づいて笑い・驚き・怒り・悲しみ・ニュートラルといった基本表情を前提とした表情認識が可能であると考えていたが,一方で,反射型光センサからの情報はセンサ数に応じた次元数しか無く,基本表情から乖離した表情の認識は難しいと想定していた.しかしながら,顔表情の変化に伴う皮膚変形の主成分を考慮し,次元削減した主成分のパラメータをセンサ情報から求めることによって,多様な顔表情の幾何形状を推定することが可能であることを確認できており,当初の研究計画以上に研究が進展している状況である.研究期間の3年次にあたる本年度は,2年次に引き続き組み込み型光センサから取得できる情報から装着者の顔表情の幾何推定がどの程度の精度できるかを定量的に検討することを持続するとともに,表情識別のための訓練データを視線方向毎に取得することによって推定の精度が向上するかについて検討を行った.また,国内展示会での実演展示を通じて,研究成果を多数の研究者や一般の来場者に体験する機会を設けて,アウトリーチ活動を進めた.これまでの研究期間において,頭部装着型ディスプレイを装着したユーザの表情を識別する組み込み型光センサと機械学習のシステムを構築しており,感情に対応した基本表情毎の識別と,表情の表出強度の推定を行ってきた.これらの研究の過程において,頭部の向きや視線方向等が基本表情の識別精度に影響を与えるという知見が得られている.定量的に

この影響を検討するための試みとして,頭部装着型ディスプレイ内部で提示する視覚情報として,視線方向毎に注視指標を提示し,視線方向を統制した条件において反射型光センサの情報を取得した.取得したデータから本表情の識別器を訓練する際に用いるデータとテストデータを,単一の視線方向のデータのみ用いた条件・各方向の視線方向のデータを用いた条件・全方向の視線方向のデータを同一に取り扱った条件において識別精度がどのように変化するかを検討した.この検討の結果として,視線方向が大きく変化する条件において良好な基本表情の識別率を得るためには,視線方向毎の訓練データを持つことで,単一の視線方向のデータのみを用いた条件より良好な識別率が得られることを確認した.現在までの研究の進捗状況としては,当初の研究計画以上に進展していると考えられる.これは,研究開始時においては,本研究で使用している反射型光センサの情報に基づいて笑い・驚き・怒り・悲しみ・ニュートラルといった基本表情を前提とした表情識別が可能であると考えていたが,本研究の実施を通じて,主成分を踏まえた幾何推定が可能であることを示せている.また頭部方向や視線などによる認識精度への影響を定量的に明らかにすることにより,表情以外のパラメータがどの程度識別精度に影響を与えるかを検証することを進められており,当初の研究計画以上に研究が進展している状況である.これまでの研究での基本表情に基づく識別においては,顔全体を1つの表情として取り扱ってきた.また,ユーザごとの訓練データセットを構築することにより,表情認識を実現することを前提とした研究を行なってきた.今後の研究の方針としては,これまでの研究成果を踏まえながら,顔の要素毎の識別や,ユーザ間での訓練データセットの共有がどこまで可能かについての検討を進める.研究期間の4年次においては,国際会議等における実演展示を通じて,アウトリーチ活動を行うとともに,多数のユーザの表情データを取得することによって,個人毎の訓練データの有無に応じた識別精度についての検討を進める.また,今後の研究の発展のため,表情の変化を時間的に捉えて学習することや,転移学習などの機械学習手法の活用による精度向上・訓練データの取得の簡素化が可能かについても基礎的な知見を獲得するための検討を行う.