hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
消化管損傷修復機構における上皮-間葉相関の細胞、分子生物学的制御

消化管障害、修復機構は主に動物モデルを用いて解析されることが多かったが、細胞生物学的、分子生物学的な手技を用いた詳細な検討が求められている。本研究においては既に確立し報告した胃粘膜上皮細胞、間葉系細胞を用いた損傷修復モデルを用いて、胃粘膜損傷後の修復に関わる、上皮-間葉相関の観点から、遊走、増殖、細胞死、分化に着目し各種増殖因子、サイトカイン、HSPなどの役割を詳細に検討し、消化管損傷修復における分子機構を明らかにすることがある程度できた。培養細胞系を用いた解析実験で、胃運動や食物の摂取時にかかる圧を想定し、人工的圧負荷をかけて、損傷修復、細胞分裂、細胞遊走、HSPの発現、細胞骨格系の発現、阻害剤の影響を検討した。人工的圧負荷により、胃粘膜損傷修復は有意に抑制され、細胞遊走、増殖ともに抑制されていた。この損傷修復の遅延は、細胞骨格系の障害、細胞内刺激伝達系の障害、HSP発現の低下などが関与するものと考えられた。さらに、培養細胞で障害的に働くヘリコバクターピロリ菌を用いたモデル実験での結果を、検証するため、実際に臨床の場で、ヘリコバクターピロリ陽性の患者より採取した、胃生検材料において、損傷修復に重要な役割を果たすと考えられているHSPの発現を検討した。それによると、肝性胃粘膜においては、HSP72の発現が有意に落ちていることが明らかになり、ヘリコバクターピロリ菌感染における胃粘膜障害にHSPが関与する可能性を示すことができた。今年度は、従来解析の遅れていた間葉系の細胞に注目し、線維芽細胞、内皮細胞の果たす役割を微量元素である亜鉛の働きと共に解析した。線維芽細胞は、家兎胃粘膜より初代培養し完全な単層培養シート化し、既報のごとく人工的損傷を作成し修復過程を微速度撮影し解析した。内皮細胞は、ヒト臍帯静脈内皮細胞を用い、同様に実験に供した。損傷作成後、培養液中に亜鉛及び亜鉛製剤を添加することにより線維芽細胞の損傷修復は促進された。この促進効果は、細胞遊走と細胞増殖の両者を促進していた。同様に臍帯静脈内皮細胞を用いた解析でも損傷の修復は有意に促進された。しかし、亜鉛は上皮細胞の損傷修復には促進効果を示さなかった。線維芽細胞のcondition mediumを上皮細胞の損傷修復解析系に添加すると、亜鉛単独では効果を示さなかったものが、有意に促進されるようになった。このことから、condition medium中には上皮細胞系の修復を促進させる因子が存在するものと考え、間葉系細胞における増殖因子の遺伝子発現を検討した。線維芽細胞、血管内皮細胞の培養系に各種濃度の亜鉛または亜鉛製剤を添加後、経時的に増殖因子の遺伝子発現を解析した。その結果、インスリン様増殖因子1(IGF-1)の遺伝子発現が有意に上昇していることが明らかとなり、線維芽細胞のcondition medium中にはIGF-1が含有する事が想定された。実際、IGF-1抗体をcondition mediumに添加すると上皮細胞に対する修復促進効果が消失し、さらに、IGF-1を上皮細胞の損傷修復系に添加すると有意に上皮細胞の遊走と増殖の亢進を惹起し損傷修復を促進した。これらの結果から、胃粘膜損傷の修復の場においては、IGF-1が亜鉛などの刺激により間葉系細胞から分泌され、オートクライン機構により間葉系自身の遊走、増殖を促進し、さらに、近傍の上皮細胞にパラクリン機構により刺激を与え損傷修復を促進するものと結論付けることができた。

本研究においては既に確立し報告した胃粘膜上皮細胞、間葉系細胞を用いた損傷修復モデルを用いて、胃粘膜損傷後の修復に関わる、上皮-間葉相関の観点から、遊走、増殖、細胞死、分化に着目し各種増殖因子、サイトカイン、HSPなどの役割を詳細に検討し、消化管損傷修復における分子機構を明らかにすることがある程度できた。培養細胞系を用いた解析実験で、胃運動や食物の摂取時にかかる圧を想定し、人工的圧負荷をかけて、損傷修復、細胞分裂、細胞遊走、HSPの発現、細胞骨格系の発現、阻害剤の影響を検討した。人工的圧負荷により、胃粘膜損傷修復は有意に抑制され、細胞遊走、増殖ともに抑制されていた。この損傷修復の遅延は、細胞骨格系の障害、細胞内刺激伝達系の障害、HSP発現の低下などが関与するものと考えられた。さらに、培養細胞で障害的に働くヘリコバクターピロリ菌を用いたモデル実験での結果を、検証するため、実際に臨床の場で、ヘリコバクターピロリ陽性の患者より採取した、胃生検材料において、損傷修復に重要な役割を果たすと考えられているHSPの発現を検討した。それによると、肝性胃粘膜においては、HSP72の発現が有意に落ちていることが明らかになり、ヘリコバクターピロリ菌感染における胃粘膜障害にHSPが関与する可能性を示すことができた。
マンガン-鉄シアノ錯体における光誘起相転移現象の励起・緩和過程の動的機構

筆者は、シアノ架橋型金属錯体Rb_xMn[Fe(CN)_6]_<(x+2)/3>・zH_2Oにおいて、Mn-Fe間の電子移動とMn^<3+>におけるヤーン・テラー効果がドライビング・フォースと考えられる電荷移動型相転移現象(高温相⇔低温相)を観測している。また、この系で、532nmパルスレーザー光を照射することにより自発磁化が消失する光現象を見出している。本研究では、光磁性現象のメカニズムの検討およびダイナミクスの解明を行うことを目的とした。(1)単結晶試料合成:光磁性現象に伴う光誘起ダイナミクスを電子状態および構造的な観点から検討することを目的として、まず、RbMnFe錯体の単結晶合成を目指し、Rb_<0.88>Mn[Fe(CN)_6]_<0.96>・0.5H_2Oの単結晶化に成功した。RbMnFe錯体はアルカリカチオンドープ型プルシアンブルー類似体に分類されるが、このタイプの単結晶合成は非常に難しいことが知られており、Rb_<0.88>Mn[Fe(CN)_6]0.96・05H_2Oの単結晶が与えた構造情報は、構造化学分野において大変重要なものである([2]Z. Anorg. Allg. Chem., 633, 1134(2007).)。(2)可逆光磁性現象: RbMnFeシアノ架橋型金属錯体,Rb_<0.88>Mn[Fe(CN)_6]_<0.96>・0.5H_2Oにおいて、可視光で可逆な光磁性現象を見出した。分光エリプソメトリーを用い可視光部の誘電率測定を行い、低温相および高温相の光学遷移を調べたところ、低温相は430-540nm付近にMn-Fe金属間電荷移動吸収帯,高温相は410nmに[Fe(CN)_6]配位子金属間電荷移動吸収帯を有することが示唆された。この結果に基づき、フェロ磁性体である低温相に532nm光照射を行うと自発磁化が消失し、さらに、この磁化が消失した状態に410nm光を照射したところ、磁化の回復が観測された。この光磁化回復は、Mn^<II>-NC-Fe^<III>→Mn^<III>-NC-Fe^<II>への逆光電荷移動に起因して生じることを見出した。また、532nm光照射によって発現する自発磁化を示さない相の磁気オーダリングを検討したところ、反強磁性体であることが示唆された。従って、RbMnFeシアノ錯体における可逆的光磁性は、強磁性(低温相)⇔反強磁性(光誘起相)間の光スイッチング現象であることがわかった。強磁性体⇔反強磁性体の光スイッチングは、本研究が初めての報告例となる。筆者は、シアノ架橋型金属錯体RbMn[Fe(CN)_6]において、Mn-Fe間の電子移動とMn(III)におけるヤーン・テラー効果がドライビング・フォースとなった温度ヒステリシスを伴う熱的相転移現象(高温相⇔低温相)を観測している。また、この系で、ある閾値以上の高密度パルス光を照射した場合は、1ショットで磁化が消失するワンショットパルスレーザー誘起光磁性、閾値以下の低密度パルス光を多数ショット照射した場合は、消失した磁化が暗所で突然回復するという、時間発展型光磁性を示すことを見出している。本研究では、熱的相転移現象の大きな温度ヒステリシスの起源を検討するとともに、ワンショットパルスレーザー誘起光磁性,時間発展型光磁性現象のメカニズムの検討を行うことを目的としている。(1)熱的相転移現象に関しては、RbMn[Fe(CN)_6]と化学的組成の異なる錯体Rb_xMn[Fe(CN)_6]_<(x+2)/3>・zH_2O(x=0.94,0.85,0.73)を合成し、熱的相転移現象を観測したところ、xが小さくなると転移温度が低くなり(T_p=259,236,205K)、温度ヒステリシス幅が大きくなることを見出した(ΔT=86,94,116K)。熱力学的パラメーターを含んだ理論式を用いた解析結果より、この傾向は、転移エンタルピー(ΔH)分のがxと供に減少したことによるものと推察された。(2)光磁性現象の詳細な検討を行う第一歩として、RbMn[Fe(CN)_6]の紫外・可視光領域の吸収スペクトルの観測を検討した。RbMn[Fe(CN)_6]はマイクロオーダーの粉末で得られるため、光散乱効果により、紫外・可視光領域の吸収スペクトルを透過法で測定するのは困難である。そこで、分光エリプソメトリー法を用いて、紫外・可視光領域の誘電率虚部の測定を行った。その結果、高温相ではFe-CN配位子間の電荷移動吸収帯が410nmに観測され、低温相ではMn-Fe間の電荷移動吸収帯が504nm、Mn(III)のd-d遷移による吸収帯が504nmに観測された。また、紫外・可視光領域において、高温相と低温相では誘電率に大きな違いがあることを見出した。

(3)基底状態と準安定状態のエネルギー差が拮抗している温度領域における光照射効果を検討するため、温度ヒステリシス内でワンショットパルスレーザー光照射を行い、光変化を観測した。その結果、温度ヒステリシス内で低温相から高温相への光スイッチングに成功した(λ=532nm,閾値:6mJcm^<-2>pulse^<-1>)。筆者は、シアノ架橋型金属錯体において、Mn-Fe間の電子移動が起源である電荷移動型相転移現象(高温相⇔低温相)を観測している。また、この錯体に532nm光を照射すると磁化が消失する光磁性現象を見出している。本研究では、電荷移動相転移現象の大きな温度ヒステリシスの起源を検討するとともに、光磁性現象のメカニズムの検討を行うことを目的としている。1.温度誘起の電荷移動相転移現象に関しては、錯体Rb_<0.64>Mn[Fe(CN)_6]_<0.88>・1.7H_2Oを合成し磁化率の温度依存性を測定したところ、138Kという巨大な温度ヒステリシス幅を伴った電荷移動相転移を観測した。この138Kという値は、Feを含む錯体で最大の温度ヒステリシス幅である。この結果を熱力学的パラメーターを含んだ理論式で解析することにより、巨大な温度ヒステリシスは転移エンタルピーが減少したために発現したものと推察された(Phys.Rev.B,73,172415,2006.)。2.光磁性現象のメカニズムおよび光可逆性を検討することを目的として、RbMnFe錯体の可視光部誘電率測定を行い、低温相と高温相の光学遷移のタイプを決定した。その結果、低温相は430-540nm付近に金属間電荷移動吸収帯,高温相は410nmに配位子金属間電荷移動吸収帯を有することが示唆された。532nm光照射で誘起される相(光誘起相)は、高温相と電荷状態が近いことが示され、この相に410nm光を照射した結果、光誘起相→低温相相への逆光電荷移動が生じることを見出した。このときの磁化を測定したところ、410nm光照射で磁化が復元した。光誘起相の磁気オーダリングを検討したところ、反強磁性体であることが示唆された。この結果から、本可視光可逆光磁性は、強磁性【tautomer】反強磁性間の現象であることがわかった。強磁性体【tautomer】反強磁性体の光スイッチングは、本研究が初めての報告例となる(J.Am.Chem.Soc.,in preparation.)。3.光磁性現象に伴う光誘起ダイナミクスを構造的な観点から検討することを目的とし、本錯体の単結晶合成を目指し、Rb_<0.88>Mn[Fe(CN)_6]_<0.96>・0.5H_2Oの単結晶化に成功した。RbMnFe錯体はアルカリカチオンドープ型プルシアンブルー類似体に分類されるが、この単結晶合成は非常に難しいことが知られており、得られた単結晶が与えた構造情報は、構造化学分野において大変重要なものである(Z.Anorg.Allg.Chem.,in press)。筆者は、シアノ架橋型金属錯体Rb_xMn[Fe(CN)_6]_<(x+2)/3>・zH_2Oにおいて、Mn-Fe間の電子移動とMn^<3+>におけるヤーン・テラー効果がドライビング・フォースと考えられる電荷移動型相転移現象(高温相⇔低温相)を観測している。また、この系で、532nmパルスレーザー光を照射することにより自発磁化が消失する光現象を見出している。本研究では、光磁性現象のメカニズムの検討およびダイナミクスの解明を行うことを目的とした。(1)単結晶試料合成:光磁性現象に伴う光誘起ダイナミクスを電子状態および構造的な観点から検討することを目的として、まず、RbMnFe錯体の単結晶合成を目指し、Rb_<0.88>Mn[Fe(CN)_6]_<0.96>・0.5H_2Oの単結晶化に成功した。RbMnFe
アーキテクチャとコンパイラの協調最適化による省電力高性能プロセッサの研究

本研究は、プログラムの将来の挙動を含む大局的な情報を活用できるコンパイラと協調することで、メモリ階層の利用を最適化し、高性能化と低消費電力化の両方を達成することを目指している。まず、アーキテクチャの観点からは、メモリ階層間データ転送を最適化しチップ外メモリアクセスを最小限に抑止可能なチップ上のメモリアーキテクチャとして、キャッシュメモリとソフトウェア可制御メモリの両方をプロセッサチップ上に実装し、両者の構成を実行中に再構成可能とする機構を提案した。また、レジスタに関しても性能を低下させることなく消費電力を抑えることのできる構成を提案した。さらに、低消費電力化を可能とするために、これらのメモリ機構に対し、部分的に電源をオフにする機構を提案した。次に、これらのアーキテクチャ上の機構と協調して高性能化と低消費電力化を達成するコンパイルアルゴリズムを開発した。プロセッサの消費エネルギーはダイナミック消費エネルギーとスタティック消費エネルギーからなるが、ソフトウェア可制御メモリを搭載したプロセッサでは、これらは両方ともソフトウェア可制御メモリの利用率に依存しており、全く独立に最小化することはできない。そこでまず、これらのエネルギーを、半導体テクノロジーのパラメータとソフトウェア可制御メモリの利用率を用いてモデリングした。次に、スタティック消費電力の原因であるリーク電流のうち、最も多くを占めるサブスレッショルドリーク電流は、温度に指数的に依存することに着目し、プロセッサ全体の消費エネルギー最適化を目的として、プログラム実行中にプロセッサチップ温度に応じて、動的にソフトウェア可制御メモリの利用率を最適化するコンパイル手法を開発した。最終年度のシミュレーションによる統合評価により、これらの提案手法の有効性を示すことができた。本研究では「アーキテクチャとコンパイラ間の真に密な協調による設計最適化」によりメモリ階層間のデータ転送を最適化し、必要な時に必要なだけ効率よくチップ外メモリアクセスを発生させるようにすることで、半導体集積回路技術の進展を享受できる新しい高性能プロセッサを実現することを目指す。今年度は、メモリ階層自体の再構成とメモリ階層間データ転送をソフトウェアから制御するアーキテクチャの提示とメモリ階層間データ転送を最適化しチップ外メモリアクセスを最小限に抑止するコンパイル手法の提示を行った。前者では、再構成可能なソフトウェア可制御メモリアーキテクチャとして、従来のプロセッサではハードウェア制御下にある名前変換用レジスタを動的にソフトウェアによる制御を可能とし、さらにハードウェアの制御下にあるチップ内のキャッシュメモリをアドレス指定可能なメモリ空間としても動的に解放するアーキテクチャを提案した。後者としては、与えられたアーキテクチャに対し、消費電力の主要部を占め性能低下の大きな原因となるチップ間データ転送を最小限に抑えるような、メモリ階層の再構成、メモリ階層間のデータ転送最適化を行うコンパイルアルゴリズムを提案し、その一部をワークステーション上に実装した。さらに、提案する方式を評価するために、ソフトウェア可制御メモリとキャッシュの容量と、各メモリ階層のアクセス速度・スループットを入力とし、達成可能な性能を出力するシミュレータを、ワークステーション上に実装した。来年度以降は、アーキテクチャの詳細設計、コンパイルアルゴリズムの実装、消費電力を出力できるシミュレータの構築、を実施する予定である。今年度はまず、メモリ階層間データ転送を最適化しチップ外メモリアクセスを最小限に抑止するコンパイラの試作を行った。これは、前年度に開発したコンパイルアルゴリズムを改良したものを実装したものであり、幾つかのSpecベンチマークに適用することでその評価も開始している。次に、提案するアーキテクチャ上で消費電力をより正確に見積もることを可能とするシミュレータの開発を行った。これは、スイッチングに起因するダイナミック電力だけでなく、リーク電流に起因する消費電力も見積もることができる。その後で、消費電力の削減手法として、前年度までに開発しているダイナミック電力だけでなく、リーク電流に起因する消費電力を低減する手法に関しても提案した。この手法は、使用しないメモリ部分の電力をオフにするものであり、達成可能な性能と削減可能な消費電力の間にはトレードオフがある。

来年度以降は、リーク電流に起因する消費電力を削減する手法について、性能とのトレードオフを考慮しながら電力をオフにするべきメモリ量の最適点を見つけるアルゴリズムの開発、そのために必要となる性能とメモリ量との関係の導出をコンパイラと協調する手法の開発、を実施する予定である。まず、プロセッサアーキテクチャの検討として、再構成可能なメモリ階層、特に前年度までに詳細に検討を加えたキャッシュメモリとソフトウェア可制御メモリに加え、レジスタに関しても性能を低下させることなく消費電力を抑えることのできる構成方式について検討を加えた。具体的には、レジスタに保存される値の多くは上位ビットが常にゼロであることに着目し、この性質を利用して不要なビットを省略するマイクロアーキテクチャ機構を提案した。またその機構を採用した時のレジスタファイルの高速化、低電力化に関しても評価を行いその有効性を示した。並行して、前年度までに開発したシミュレータの改良を行った。この改良は、動作時に消費される動的消費電力と、非動作時にも定常的に消費する静的消費電力の両方を検討できるようにするためである。そして、これら2つの消費電力を総合して考えた場合の低電力化コンパイルアルゴリズムの検討を行った。動的消費電力と静的消費電力は利用する半導体テクノロジーにも依存するため、このコンパイルアルゴリズムは、トランジスタあたりの動的消費電力、および両方の消費電力の割合、をも入力とする。その後、コンパイラが見積もる消費電力と、改良を加えたシミュレータが出する消費電力を比較した。ソフトウェア可制御メモリを採用する場合には、コンパイラがハードウェア動作をほぼ完全に把握できるため、両者の消費電力がほぼ一致することを確認し、これにより、提案するコンパイルアルゴリズムの正しさを検証できた。本研究は、プログラムの将来の挙動を含む大局的な情報を活用できるコンパイラと協調することで、メモリ階層の利用を最適化し、高性能化と低消費電力化の両方を達成することを目指している。本年度は、今後の半導体技術の進展から特に問題視されているリーク電流によるスタティック消費エネルギーの低減をめざした。プロセッサの消費エネルギーはダイナミック消費エネルギーとスタティック消費エネルギーからなるが、ソフトウェア可制御メモリを搭載したプロセッサでは、これらは両方ともソフトウェア可制御メモリの利用率に依存しており、全く独立に最小化することはできない。
栽培イネにおける登熟生理に関する育種学的研究

本年度はインディカ型及びジャポニカ型のイネ品種間で認められる登熟速度の差がどのような要因によって生じているのか明らかにする目的で研究を行った。登熟速度の異なるインディカ型及びジャポニカ型のイネ品種間で胚乳におけるデンプンの蓄積速度及びデンプン合成関連酵素の活性を比較したところ、インディカ型品種はジャポニカ型品種に比べて登熟初期における可溶性デンプン合成酵素の活性が2倍程度高く、その結果デンプンの蓄積速度もインディカ型品種の方で大きくなることを明らかにした。デンプンの組成別に見ると、登熟初期ではアミロースの蓄積速度に品種間で大きな差はないのに対し、アミロペクチンの蓄積速度はインディカ型品種の方で大きかった。このことから登熟初期におけるデンプン蓄積速度の品種間差は主にアミロペクチンの合成速度の差に起因すると考えられた。また、デンプンに占めるアミロースの比率で見ると、登熟初期ではインディカ型品種とジャポニカ型品種で差がないのに対し登熟後期では品種間で10%近く差を生じており、コメの品質に大きな影響を与えるアミロースに関してその含量だけではなく蓄積パターンにもインディカ型品種とジャポニカ型品種とでは大きな違いがあることが明らかとなった。以上の結果から、インディカ型品種に見られる早熟性の大きな要因としてアミロペクチン合成過程における合成速度の変異が考えられ、またこの変異はデンプンの組成並びにデンプン粒の構造にも影響を及ぼしていると考えられた。ジャポニカ型ウルチ品種を高温下で登熟させると外観品質が低下するとともに低温登熟下に比べ粒重が10%近く低下する。これは主に胚乳におけるデンプン合成が高温で抑制されるためと考えられている。このような高温によるデンプン合成能の低下の要因についてはまだよく明らかにされていないが、インディカ型のウルチ品種では粒重の低下が軽微であることから、胚乳におけるデンプン合成の温度に対する反応には遺伝変異が存在すると推定される。生態型間でデンプン成分の温度変化を比較すると、アミロース成分の比率は高アミロースのインディカ型では登熟気温による変動が少ないのに対して、低アミロースのジャポニカ型では高温で大きく低下する。このため、アミロース合成量の多少が胚乳に蓄積されるデンプン総量を制限している可能性があると考えられる。本年度は、ジャポニカ型品種台中65号の遺伝的背景を持つアミロース合成能の異なる4種類の準同質遺伝子系統を低温(18-22°C)及び高温(28-32°C)で登熟させ、粒重、総デンプン合成量、アミロース及びアミロペクチン合成量を比較した。その結果、アミロースを合成しないモチ系統T65wx及び高アミロース系統のT65Wx^aでは登熟気温によって総デンプン合成量は大きく変化しなかった。一方、低アミロース系統のT65Wx^b及びT65Wxx^<op>では高温区でアミロースの合成量が顕著に低下したが、アミロペクチンの合成量はむしろ増加していた。しかし、アミロペクチン合成がアミロースの減少分を完全に補償しないため、総デンプン量は高温区で減少した。これらの結果から、ジャポニカ型ウルチ品種の高温登熟下における粒重低下は、ジャポニカ型ウルチ品種が有するWx^b遺伝子の温度反応によるアミロース合成量の低下に起因し、アミロペクチン合成量は直接温度の影響を受けていないことが明らかとなった。
ヒトてんかんと同じ遺伝子異常を持つモデル動物の作出とその比較ゲノミクス的病態解析

ヒト夜間前頭葉てんかん(ADNLF)の原因遺伝子(CHRNA4)はニコチニックAChチャンネルをコードしてあり、α4及びβ2サブユニットに数種類の変異が人より見つかっている。このなかでα4サブユニットにヒトと同じ変異を持つ遺伝子改変動物(S284L-TG)をラットを用い作出した。本年度は作出したS284L-TGにおける機能変異を、脳波、神経伝達物質遊離機構、脳スライス標本によるネットワーク機構、行動変化の項目において解析し、また新たな動物作出にとりかかった。機能解析結果として、自発性痙攣発作の焦点部位,発作脳波,神経伝達物質放出量を測定し、その発作パターンおよび薬物感受性がヒトの場合と同じであること明らかとした。またその発症メカニズムを探るため電気生理学的変異を解析し、ニコチニックAChチャンネルを介した抑制系神経増強作用の低下が見られ、痙攣発作発症に関与することが示唆された。一方でADNLFにおいて臨床的に合併しやすい他の神経疾患が知られている。そこでS284L-TGの行動学的解析を行い、合併疾患との関連を探索した。その結果,新環境への導入時の活動性の増加が見られ,新環境への不安行動に関してワイルドとの違いが見られる可能性が示唆された。新たな動物作出として、β2に変異を導入したラットを4系統作成し,変異遺伝子のmRNA及びタンパクレベルにおける発現量,組織学的検索,繁殖性確認など,遺伝子導入疾患モデルとしての妥当性の検証を行い,系統確立を目指した。妥当性の検証された系統において,自発性痙攣発作の有無を脳波記録とビデオによる行動観察同時記録により探索している。痙攣発作を示す動物を確認後、導入遺伝子のコピー数を確定し、モデル動物として確立を目指している。ヒト夜間前頭葉てんかん(ADNLF)の原因遺伝子(CHRNA4)はニコチニックAChチャンネルをコードしており、α4及びβ2サブユニットに数種類の変異が人より見つかっている。本年度はβ2サブユニットの変異を導入したラット4系統に対し、変異遺伝子mRNAおよび蛋白レベルにおける発現量、導入遺伝子のコピー数に関して解析した。4系統中、コピー数が非常に多いもの(100を超える)に関しては、ヒトてんかんモデルとしては不適と判断した。残った2系統に関して脳波記録およびビデオによる行動観察同時記録により自発性痙攣発作が観察された。また1年以上の長期飼育が可能であり、繁殖性にも特に異常は見られなかった。また、幼若期から、老齢期の動物の組織学検索においては奇形等など著明な解剖学的異常は見られなかった。これらのβ2を導入した遺伝子改変動物は、発現量、組織学的検索、長期飼育、繁殖性には異常なく、自発痙攣発作の行動および脳波上での痙攣発作が見られることより、てんかんのモデル動物として今後、機能解析に値すると考えられた。また、α4の変異であるS284L-TGの機能解析において、GABA系の機能低下が電気生理学的手法により確認された。このようなGABA系の機能低下が痙攣発作が確立する前に起きており、てんかん源性の一つの過程として重要な役割を果たすと考えられた。ヒト常染色体優性夜間前頭葉てんかん(ADNFLE)責任遺伝子(nACh receptor遺伝子変異: S284L)を導入したラット(S284L-Tg)は、脳波解析、行動解析、電気生理的機能解析の結果、Face validity(疾患とモデルの表現型の妥当性)、Construct validity(疾患とモデルのメカニズムの妥当性)、Predictive validity(疾患治療薬がモデルにも有効)の3点をクリアする世界初のてんかんモデルラットであることを示し、本年度論文として報告した(J. Neurosci 28 (2008) 12465-12476))。さらにこのモデル動物を用い、細胞レベルにおけるGABA作動性神経の機能異常が、phenotypeとしてのてんかん発作発症以前に生じていることを明らかとした。さらにこのGABA作動性神経異常を発作発症前より是正することにより、治療効果が見られた。このことからは、てんかん根治療法の可能性を示した。また、他の責任遺伝子を導入したラットの詳細な行動解析により、けいれん発作のみならず、ストレス耐性の低下が見られた。この結果からは、本研究による動物作成はてんかんをはじめとした発作関連疾患の病態解明、治療方法開発への応用のみならず、他の精神神経疾患の病態解析への応用も可能とした。上記のヒトの遺伝子変異を導入した遺伝子改変動物モデル以外にも、生体内の機能分子の可視化を目的とした遺伝子改変動物の作成も試みており、その目的遺伝子のプロモーター部分下流に可視化のための蛍光蛋白が挿入された動物作出にも成功した。この可視化遺伝子改変動物の系統確立を現在行っており、病態モデルとしての利用を可能とした。
半導体ナノ結晶のpn接合による高度ガス認識界面の創出（国際共同研究強化）

酸化物半導体を用いたガスセンサは、ガス漏れ検知や空気環境のモニタリング等に幅広く利用されている。しかしながら、作動温度が250°C以上と高いため、消費電力が大きく小型化が難しいという問題がある。そこで本研究では、低温でもガスとの反応性が高い材料を探索するとともに、新しいガス検知機構の探索を行ってきた。前年度までに、ZnOナノロッドとCuOまたはCu2Oナノ結晶を合成し、それを塗布法によって基板に塗布することで良好なダイオード特性を示すpn接合膜の作製方法を確立した。今年度はさらに作製方法を改善することで、特性の更なる改善を試みた。また他新しいセンサ材料の開発も並行して行った。CuOナノ結晶はホットソープ法で合成を行ったが、この際に粒成長抑制剤として用いた界面活性剤は絶縁性のためデバイスの性能低下をもたらす。そこで小分子への配位子交換を行った。その結果、デバイスのダイオード特性の再現性が大きく向上することを見出した。さらに、このデバイスの硫化水素に対する応答を調べたところ、150°Cにおいて電流値が大きく増加することがわかった。これは、CuOが硫化されCu2Sと変化することにより、pn接合が破壊され整流特性が失われたことに対応する。一方で、硫化水素から空気雰囲気に切り替えることで、整流特性は回復したことから、CuOの硫化が可逆に生じたことが示唆された。今後は光照射による影響を検討し、室温でのセンサ作動を目指す。前年度に引き続き、新しいセンサ材料の検討を行った。光材料として大きな期待を集めているCsPbBr3のセンサ特性評価も行ったところ、光照射下では室温においても酸素および有機ガスに対する応答を示し、新しいセンサ材料としてのポテンシャルを有することを見出した。目標としたpn接合型の新しいセンサのプロトタイプを開発し、新規なガスセンサ材料の開発およびナノ粒子化、さらに助触媒添加による可燃性ガスに対する高感度化に成功しており、当初の予定どおり研究が順調に進行している。また、国際共同研究の一環として、相手先に大学院生を二名派遣するとともに、学術・学生交流協定も締結し、連携の更なる強化のための基盤を確固とした。作製したデバイスおよび新しく開発した材料の可燃性ガスに対する応答を詳細に検討する。本年度も国際共同研究先に大学院生を一名派遣する予定であり、また相手先研究機関から大学院生を一名受け入れることが確定しているので、これらの連携によって最終年度は更なる研究の発展が可能となる。内定年度:2015酸化物半導体を用いた抵抗測定式ガスセンサは日本生まれの重要技術であり、ガス漏れ検知や空気環境のモニタリング等に幅広く利用されている。さらに現在では、微量の環境や人体に悪影響を与えるガスにも検知対象が広がり、住環境保全や製造技術になくてはならないものとなっている。しかし、本センサの大問題は、その消費電力の高さである。酸化物表面の吸着酸素とガスとの反応を利用する本デバイスでは、この気固界面での反応促進のため、300°C程度の加熱が不可欠である。そのため従来型のセンサでは素子の小型化が難しい。センサの小型化・省電力化により幅広い応用を可能にするために、センサの低温作動化が強く求められている。消費電力の低減、すなわち室温作動化のためには、低温でガスを固体表面と反応させる必要がある。pn接合ダイオードでは光照射によって生成する電子と正孔キャリアが分離できるので、これらを検知対象ガスと反応させることで、室温でも電気特性に変化が現れるはずである。そこで本研究では、この考えに基づき、ガスセンサ研究を各段に発展させるために、国際共同研究により、半導体ナノ結晶を用いたpn接合ダイオードを基礎とする低温作動型ガスセンサの創製を目指す。本年度はZnOナノロッドをn層、Cu2Oナノ結晶またはPbSナノ結晶をp層とするダイオードを作製した。作製したデバイスは良好なダイオード特性を示し、目的とするデバイスを再現良く作製できる手法を確立できた。これらのデバイスはウェットプロセスによって作製することができ、高温での処理等は不必要であるため、半導体ガスセンサに必要な気固界面をダイオードながら可燃性ガスの表面反応に利用できる。目標とした半導体ナノ結晶から成るダイオードの作製に成功しており、当初の予定どおり研究が順調に進行している。国際共同研究先との共同研究に関する契約も締結が完了した。酸化物半導体を用いた抵抗測定式ガスセンサは日本生まれの重要技術であり、ガス漏れ検知や空気環境のモニタリング等に幅広く利用されている。センサの低温作動化のために種々の第二成分の添加がこれまでに検討されている。例えばセンサ材料にPdを添加した場合には感度の向上と作動温度の低減が可能になることが知られている。そこで本年度は、Cu2Oナノ結晶へのPd担持を試みた。Pd担持によりガス感度が大きく向上することを確認した。これにより、ZnOとの接合による更なる増感が期待できる。また、増感剤としてIrO2にも着目した。

そこでIrO2をAl2O3と複合化させたナノコンポジットの触媒活性を詳細に調べた結果、ナノサイズのIrO2は良好な酸化活性を有することを見出した。ガスセンサの感度向上化の手法として、pn接合の利用が有効であることが知られている。そこで新しいn型材料の探索も行った。本年度は半導体ナノシートとして注目されているMoS2に着目した。これまではMoS2粉末の層剥離によるナノシート合成が検討されているが、新しい手法としてMo前駆体の硫化によりナノシート合成を試みた。得られたMoS2ナノシートは揮発性有機化合物(VOC)に良好な感度を有することを見出した。目標とした半導体ナノ結晶の合成と新しいセンサ材料の開発、さらにそれらの可燃性ガスに対する高感度化に成功しており、当初の予定どおり研究が順調に進行している酸化物半導体を用いたガスセンサは、ガス漏れ検知や空気環境のモニタリング等に幅広く利用されている。しかしながら、作動温度が250°C以上と高いため、消費電力が大きく小型化が難しいという問題がある。そこで本研究では、低温でもガスとの反応性が高い材料を探索するとともに、新しいガス検知機構の探索を行ってきた。前年度までに、ZnOナノロッドとCuOまたはCu2Oナノ結晶を合成し、それを塗布法によって基板に塗布することで良好なダイオード特性を示すpn接合膜の作製方法を確立した。今年度はさらに作製方法を改善することで、特性の更なる改善を試みた。また他新しいセンサ材料の開発も並行して行った。CuOナノ結晶はホットソープ法で合成を行ったが、この際に粒成長抑制剤として用いた界面活性剤は絶縁性のためデバイスの性能低下をもたらす。そこで小分子への配位子交換を行った。その結果、デバイスのダイオード特性の再現性が大きく向上することを見出した。さらに、このデバイスの硫化水素に対する応答を調べたところ、150°Cにおいて電流値が大きく増加することがわかった。これは、CuOが硫化されCu2Sと変化することにより、pn接合が破壊され整流特性が失われたことに対応する。一方で、硫化水素から空気雰囲気に切り替えることで、整流特性は回復したことから、CuOの硫化が可逆に生じたことが示唆された。今後は光照射による影響を検討し、室温でのセンサ作動を目指す。前年度に引き続き、新しいセンサ材料の検討を行った。光材料として大きな期待を集めているCsPbBr3のセンサ特性評価も行ったところ、光照射下では室温においても酸素および有機ガスに対する応答を示し、新しいセンサ材料としてのポテンシャルを有することを見出した。目標としたpn接合型の新しいセンサのプロトタイプを開発し、新規なガスセンサ材料の開発およびナノ粒子化、さらに助触媒添加による可燃性ガスに対する高感度化に成功しており、当初の予定どおり研究が順調に進行している。また、国際共同研究の一環として、相手先に大学院生を二名派遣するとともに、学術・学生交流協定も締結し、連携の更なる強化のための基盤を確固とした。
時間界面を用いたテラヘルツ波の周波数変換

テラヘルツ波と呼ばれる電磁波領域は,過去十数年に著しい技術開発と応用展開が進められており,その中でテラヘルツ波の振幅や偏光,位相などを制御する方法が研究されてきました。しかしテラヘルツ波の周波数を制御することは,今なお難しく,残された課題です。本研究では,テラヘルツ波が伝搬している空間の状態を,ピコ秒の時間スケールで変化させることによって,テラヘルツ波の周波数を変換することを目的としています。具体的には,導波路やメタマテリアルと呼ばれる共鳴素子構造を提案し,実際にその素子を作製することによって,テラヘルツ波の周波数変換の実証実験を行うことを目指しています。
道徳の教科化に対応する社会科シティズンシップ教育における道徳性指導の改革

「道徳の教科化に対応するべく社会科シティズンシップ教育における道徳性の指導をいかに改革すればよいか」を主題に、シティズンシップ教育における道徳性、及び価値観形成の意味や位置について検討するとともに、道徳性とシティズンシップの関わりについての教育のあり方を、英国、シンガポール、香港の先進3カ国・地域間で比較・検討した。その結果、現在の日本では、英国のようにシティズンシップを超えた人間性の開花を目ざす段階にまで議論が及んでいないこと、その点、シンガポールや香港のように、公民教育と価値教育の間にシティズンシップ教育を挟んでいくやり方が、日本における道徳性の指導にとって効果的であることを確認した。本研究は,我が国の第9次学習指導要領改訂における小中学校の「道徳」の教科化や,高校の新科目「公共」の必修化といったカリキュラムの一大改革期に合わせて,シティズンシップ教育の本質としての「道徳性や価値(観)」の扱いや指導のあり方を,道徳教育との関連のなかで究明するとともに,その成果を教材開発として具体化することによって,社会科シティズンシップ教育における道徳性の指導に道筋をつけることを目的としている。そのために,本年度は以下のことを行った。1)理論研究においては,シティズンシップ教育における価値観形成の意味や,学習内容・方法論上での要素や位置づけを検討した。具体的には社会科教育,道徳教育においてともに重要な領域を成す「社会のグローバル化」について,「グローバリズムとナショナリズム」「グローバリティとナショナリティ」「グローバリゼーションとナショナリゼーション」の三つの視点から検討するとともに,その教材化を「外国人労働者問題」を主題として試みた。また,シティズンシップ教育の源流として引用・参照されることの多いアリストレスの著作について,政治学と倫理学の両面から考察した。2)海外調査としては,シティズンシップ教育における道徳性や価値観についての基本概念の理解を深めるために,海外共同研究者である英国バーミンガム大学のT.ハリソン博士の協力を得て,道徳教育に関わりの深い「Character Education」(以下,CEと略す)について,英国における中心研究拠点の一つであるバーミンガム大学Jubileeセンターにおいて関連資料を収集するとともに,同大学附属中等学校におけるCEに関する授業を視察した。同調査において,Jubileeセンターは「市民的な品格に関わる徳」「道徳的品格に関わる徳」「行動的品格に関わる徳」の三つをCEの構造的なストランドとしていることが明らかとなった。最終目的を達成するために,初年(平成27年)度は次のような研究計画を立てていた。1)理論研究に関して,社会科教育,道徳教育それぞれの立場から,シティズンシップ教育に今日求められている道徳性育成や価値観形成についての概念の整理と交流を行う。加えて,海外調査を英国で実施する。特に道徳性に関する教育としての「品格教育」についてバーミンガム大学の取り組みを中心に視察する。2)開発研究に関して,合同研究会において道徳性育成を中心とした授業のイメージを理念研究チームと授業研究チームで共有し,社会科教育研究班はそれを承けた,授業構成のあり方の検討に着手する。それに対して,本年度は,1)理論研究については,シティズンシップ教育における価値観形成の意味や,学習内容・方法論上での要素や位置づけを検討した。具体的には社会科教育,道徳教育においてともに重要な領域を成す「社会のグローバル化」について検討した。2)開発研究においては,1)の「グローバル化」研究をもとに,その教材化を「外国人労働者問題」を主題として試行した。併せて海外調査として,英国バーミンガム大学のT.ハリソン講師の協力を得て,道徳教育に関わりの深い「Character Education」(以下,CEと略す)について,バーミンガム大学Jubileeセンターにおいてインタビューならびに関連資料を収集するとともに,同大学附属中等学校におけるCEに関する授業を視察した。同調査において,Jubileeセンターの主導するCEは「市民的な品格に関わる徳」「道徳的品格に関わる徳」「行動的品格に関わる徳」の三つを構造的なストランドとしていることが明らかとなった。以上に示すように,研究は理論研究チームと授業研究チームの連携がやや不十分であった点を除いて概ね予定通りに進行しつつある。よって(2)「おおむね順調に進展している」と判断した。本研究は,シティズンシップ教育の本質としての「道徳性や価値(観)」指導のあり方を,近年の道徳教育改革との関連において究明するとともに,社会科シティズンシップ教育における道徳性指導モデルを作成することを目的としている。本年度の実績は以下の通り。1)理論研究...社会科における「価値」の扱いについて整理した。社会科授業において根本となる倫理的価値は主に4つに大別される(功利主義,自由主義,社会契約主義,共同体主義)。これらの価値は,個々の価値判断や意思決定の背後にあって判断や決定を支えているが,そこでの価値の扱いは,既存の価値を所与として価値判断を事実判断に置き換えようとするものと,価値の整序を問うものに大別される。しかし,いずれにおいても実践レベルでは,価値そのものについての本質的な吟味が不十分であることが明らかとなった。次に社会科教育における「徳」の扱いを検討した。価値の質を問い質し,価値を方向付けるものに「徳」がある。中でもシティズンシップ教育では,その内容に重点を置いて「責任」と「尊重(あるいは涵養)」が重視されてきたが,徳を価値のベクトルと捉えると,「包摂の徳・純化の徳」,および「省察の徳・先導の徳」の二つの軸で整理できることが明らかとなった。

2)海外調査...「徳(virtue)」を視点として,シティズンシップ教育と品格教育(Character Education)の関わりについて,英国における品格教育研究の中心拠点の一つであるバーミンガム大学Jubileeセンター,同大学附属中等学校,及びアジアにおける先進拠点であるシンガポールの国立教育研究所(NIE)を視察し,インタビューならびに資料の収集を行った。両者はいずれも,品格教育を民主主義社会に適応した「良き市民」を育成しようとする包括的な教育であり,学校改革でもあると捉えている点で共通していた。2016(平成28)年度当初には,次のような研究計画を立てていた。1)シティズンシップ教育における道徳性に関して,3つの本質的要素(「知識と理解」,「スキルと技能」,「価値と性向」)の視点から整理する。2)海外調査に関して,シティズンシップ教育における主にナショナルな側面との関わりについて,シンガポールや英国において調査を行う。3)教材開発に関して,子どもの思考の成長・発達を踏まえた道徳性・価値観形成のためのフレームワークを作成する。これらの計画に対して,本年度は,以下のように研究を進めた。1)理論研究については,3つの本質的要素のうちの「価値」に重点化し,シティズンシップ教育における倫理的な価値は功利主義,自由主義,社会契約主義,共同体主義の4つに集約されること,ならびに「価値」についての考察に「徳」の議論を加味することによって,シティズンシップ教育はより豊かなものになることを明らかにした。2)海外調査においては,シンガポールおよび英国における品格教育の実態を調査した。シティズンシップ教育におけるナショナルな側面は,学校教育全体にとってのカリキュラム構成原理との関わりが大きいこと,すなわち,どのような人を育てるのかに関わっての地球市民か,国家公民か,社会の構成員か,個人的人格者かの議論と密接にリンクしていることが明らかとなった。3)教材開発においては,「徳」を二方向のベクトルとするフレームワークを作成し,それに基づいた教材作成の可能性について検討した。以上に示すように,研究は理論研究が先行し,授業研究がそれに対して後追い傾向にあるものの,概ね予定通りに進行しつある。よって(2)「おおむね順調に進展している」と判断した。本研究が主たる対象とする道徳性は,シティズンシップ教育においてはcharacter(「品格」と訳す),moral(「道徳」と訳す),values(「価値」と訳す)の三つの概念によってとらえることができるが,これらのうちの何に重きを置くかによって,シティズンシップ教育の目ざす目標も異なる。本年度は,日本と同じアジアにあって品格教育や道徳教育に注目するシンガポールと香港を取り上げて,価値の内容やカリキュラムの構造について分析するとともに,英国と比較して,それらの特質やカリキュラム化のあり方について検討した。シンガポールでは現在,シティズンシップや道徳性の教育は「Character and Citizenship Education(CCE)」として一体化されるとともに,その中核に道徳的な価値が置かれている。
イネの耐乾性に寄与する側根形成遺伝子の機能とネットワークの解明

イネの耐乾性を高める上では側根と呼ばれる分枝根の発達を促すことが有効であり、これは側根のメリステムサイズの増大により可能となる。本研究は、イネの側根メリステムサイズの制御ネットワークを順・逆遺伝学的手法を駆使することにより明らかにし、根系形態改良のための研究基盤の確立を目指した。研究期間を通して、1)「側根メルステムサイズの制御に関わる新規制御因子の単離と機能解析」、および2)「同制御に関わる既知転写因子の標的遺伝子群の探索と機能解析」を試み、最終的に側根メリステム形成機構の分子ネットワークに関わる主要な遺伝子群を同定することに成功した。種子根や冠根といった主軸根の伸長は正常であるが、側根長のみが著しく減少するε111変異体を得ることに成功した。SLL1遺伝子はstearoyl-acyl carrier proteinfatty acid desaturasefamilyに属するタンパク質をコードし、脂肪酸の不飽和化を導くと推定された。そこで原品種とSLL1変異体間において種々の脂肪酸量を比較した結果、本変異体ではステアリン酸(C18:0)といった飽和脂肪酸量が原品種に比べ有意に増加していることが判明した。したがって、これに基づく細胞膜の伸展性の低下が側根を構成する個々の細胞の伸長を阻害し、結果として本変異体の側根長の減少を導くと考えられた。SLL1遺伝子の発現部位を解析した結果、本遺伝子は側根の細胞伸長が生じる根端部位における発現が確認されたのに対し、冠根の同部位ではその発現は全く観察されなかった。したがって、SLL1遺伝子は種子根や冠根といった主軸根とそれらから発生する側根間での発現性の違いにより、側根特異的に根の伸長成長を制御することが明らかとなった。加えて、このSLL1遺伝子の過剰発現個体では顕著な側根長の増加が認められた。側根は種子根や冠根に比べ著しく直径が小さいため、光合成速度が低下するストレス環境下において総根長を維持・増加させる上では、光合成同化産物を節約できるという点で最も重要な根であることがこれまでに数多く報告されている。したがって、SLL1遺伝子の利用は今後の根系形態の人為的改良を目指す上で非常に有用であると期待される。1)側根メリステムサイズ制御候補遺伝子群の過剰発現体の作出と特徴解析候補遺伝子群の過剰発現個体を順次作出し、その表現型を精査することにより実際に側根メリステムサイズの制御に関与する遺伝子を同定した。2) CRL1およびDMS1転写因子の標的遺伝子の同定DNA-タンパク質間相互作用ハイスループットスクリーニング法によりCRL1およびDMS1転写因子に直接発現を制御される候補遺伝子を同定した。3)側根メリステムサイズの制御遺伝子群の機能解析上記により明らかとなったLMS1およびCRL1転写因子の標的候補遺伝子、およびL型側根の発育に関わる突然変異体の原因遺伝子について、発現パターンやそれらの機能を解析した。これらの中には、エピジェネティック制御機構に関わる遺伝子が存在していた。各種ストレス下では、特定の遺伝子領域のエピジェネティックな状態が変化し、結果としてそれら遺伝子群の発現が誘導あるいは抑制されることが知られている。乾燥ストレス下では側根メリステムサイズが変動することから、本研究課題において同定されたエピジェネティック制御に関わる遺伝子群は、ストレス下でのメリステムサイズの制御機構にとって極めて重要な役割を示すものと考えられる。上記に加え本研究では、3)「見出された制御因子群について根系形態改良上の有用性の検証」を試みた。その結果、新たに同定された側根メリステム制御に関わる遺伝子群の中には、地上部への悪影響無しに側根の発達を促す作用を示す遺伝子が存在していたため、これら新規同定遺伝子群は今後の育種利用が大いに期待された。26年度が最終年度であるため、記入しない。植物遺伝育種学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の目的であった、側根メリステムサイズに関わる転写因子の標的候補遺伝子の選抜に成功した。また、他の側根メリステムサイズに関わる遺伝子の単離にも成功しており、計画通りに順調に進展していると判断できる。

側根メリステムサイズの制御に関わる新規遺伝子群の単離、および同制御に関わる既知転写因子群の探索と機能解析が、当初の予定通り順調に進展しているため。26年度が最終年度であるため、記入しない。特に研究を遂行する上での課題等はなく、引き続きイネの側根メリステムサイズの制御ネットワークを順・逆遺伝学的手法を駆使することにより明らかにし、根系形態改良のための研究基盤の確立を目指す。前年度に引き続き、候補遺伝子群の過剰発現個体の作出等を通して側根メリステムサイズの制御遺伝子群を同定し、その機能を解明する。また最終的に、これら遺伝子群のネットワークの解明を試みると同時に、見出された遺伝子群について根系形態改良上の有用性を検証する。
多重センサー情報の統合による3次元形状自動モデリング

本年度は平成15年度に完成した3次元物体形状のモデル表現するニューラルネットワークにおいて、ニューラルネットワークの特色である学習能力を活用して、3次元物体形状モデルを多様なセンサー情報を訓練データとして自動構築する(学習する)方式を与えた。使用環境に制約が少なく移動体への搭載に適する近赤外線反射強度に基づく距離計測方式と微小視差から3次元情報を推定するステレオマッチング方式を相補的に利用して、両者の長短を補い合い、さらに多視点から計測した画像情報と照合し、精度と信頼性を向上し、3次元物体形状モデルを自動構築する方式を与えた。また3次元世界のモデル及び3次元物体形状のモデルをカメラから入力する実視覚データと照合して、カメラの位置・姿勢及び対象物体の位置・姿勢を算出する方式を与えた。こうして得られた3次元世界のモデル、3次元物体形状のモデルをニューラルネットワークの結線構造中に表現する方式を用いて実装した。画像情報からステレオマッチングなどによって得られる3次元形状情報と、近赤外線の反射強度から推定される3次元形状情報を相補的に用いて高精度なモデル生成とモデルと対象物体の照合を行う方式を高速化し、かつロバストに行う方式を与えた。こうした多様なセンサー情報を統合する手法を誤り訂正理論に基づき定式化し、統合による距離計測結果の誤り訂正能力を検証した。以上の方法については当該年度の予算で購入した画像処理用高速コンピュータ上に実装して多数の画像を用いて有効性を評価した。多種多様な実画像データを用いて評価し、高精度化、高速化、ロバス性の評価を行い最終的なシステムを開発した。3次元形状表現に適するニューラルネットワークを新規に開発し、対象物体の3次元形状モデルを自動構築する方式を開発した。まずShape from Shadingの手法を用いて、白色光を対象表面に照射した際に得られる光の反射強度を用いて各視点から対象物体表面まで3次元距離情報を粗く推定する。こうして得られる対象表面の形状には表面の反射特性が不均一であることや影の影響により通常大きな誤差が伴う。しかしながら本研究で開発した方式では多視点から距離情報と画像情報が得られるので、形状モデルと観測画像が与える形状情報が各視点から見て一致するように形状モデルを逐次修正することによって、形状モデルの精度を向上できる。この作業は誤差逆伝搬法を改良したアルゴリズムによってニューラルネットワークに勾配法を適用して実行する。上述したように各視点から個別に得られる初期形状は誤差を含む反射強度から推定するため精度が低く、目的形状の概形として与えられる。各視点から見た形状はこのモデルを同じ視点から見たときの形状と異なるので、これが一致するように形状を逐次修正してゆく。その結果、形状モデルの精度が向上することを実験的に検証した。具体的には対象形状として人の顔を扱い、3点から白色光を照射し、その反射強度を各視点においてCCDカメラで計測する多視点計測システムを導入して実験を行った。照明条件を最適化し、逐次修正アルゴリズムに慣性項を導入し、シミュレイティッドアニーリング法を利用した結果、人の顔の3次元形状モデルを3視点からの計測画像を用いて良好に再構成することに成功した。3次元物体形状のモデル表現するニューラルネットワークを開発し、ニューラルネットワークの特色である学習能力を活用して、3次元物体形状モデルを多様なセンサー情報を訓練データとして自動構築する(学習する)方式を与えた。さらに画像情報からステレオマッチングなどによって得られる3次元形状情報と、近赤外線の反射強度から推定される3次元形状情報を相補的に用いて高精度なモデル生成とモデルと対象物体の照合を高速かつロバストに行う方式を与えた。これらの方法をコンピュータ上に実装して多数の画像を用いて有効性を評価した。

具体的には、三角測量を原理とする距離計測方式と比べて、使用環境に制約が少なく移動体への搭載に適する近赤外線反射強度に基づく距離計測方式と、微小視差から3次元情報を推定するステレオマッチング方式を相補的に利用して、さらに多視点から計測した画像情報と照合し、精度と信頼性を向上し、3次元物体形状モデルを自動構築する方式を与えた。またこの理論に基づき具体的にプログラム開発を行い、3次元物体形状のモデルをニューラルネットワークの結線構造中に表現する方式を実装した。この方式において、ニューラルネットワークの特色である学習能力を活用して、3次元物体形状モデルを多視点画像情報と赤外線反射強度情報、微小視差情報を複合的に訓練データとして自動構築する(学習する)方式を与えた。以上の各手法を多種多様な実画像データを用いて評価し、高精度化、高速化、ロバスト化する工夫を導入した。
日英比較から探る学習困難な子どものニーズに定位した学校プラットフォーム化の可能性

本研究が目指すのは、特別な教育ニーズを有するあらゆる子どもが、当事者のニーズに沿った支援につながることを可能にする学校のプラットフォーム化だ。縦割り的な日本の支援の課題を、英国の先進的な包括的支援体制との比較から明らかにし、英国の学校のワンストップサービスの仕組みを日本式にカスタマイズする。また、英国の支援者の支援方法を検討する。そして日英それぞれのプラットフォームとしての学校をデザインする。