hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウェーブレット変換を用いた応用の統計的再評価とそのソフトウェア環境の構築

昨年から行ってきた問題である,振幅と周波数が時間とともに変化する周期波にノイズの加わったシグナルから,Am(t),ψ_m(t)を推定する問題,今年度は,特にM【greater than or equal】2の場合について考察した.この問題に関しては.昨年度結果が得られたM=1a場合とは異なる手法を見つけ.この推定方法で得られた推定量ψ_m(t)が一致推定量になることを示した.また,この方法であれば,シグナルが実数値である場合にも推定できることがわかった.ただし、これらの推定方法の場合,振幅関数Am(t)に非常に強い条件が必要となるので,その条件を弱められる別の推定方法を考案している.また、ウェーブレット変換を用いたシグナルの圧縮問題についても昨年に引き続き行った.今年度は、いろいろなシグナルに関してフーリエ変換.ウェーブレット変換の2つ変換を用いた圧縮方法を比較し,どちらの変換を用いた方が効率的な圧縮ができるが調べた.シグナルが区分的に一定であるものにノイズが加わった場合には.ウェーブレット変換を用いた方法の方が.効率の良い圧縮が行えることが理論的に示せた.しかし、それ以外のシグナルに関しては理論的な証明は行えなかった.その代わりに,計算機によるシミュレーションを行い.シグナルに非定常性がある場合にはウェーブレット変換を用いた圧縮方法の方が有効であることを確認した.これらの問題に用いたシミュレーションプログラムは、近日中に公開する予定である.まず、ウェーブレット変換を用いた応用の例として、今まで研究してきた、ウェーブレット変換を用いた周波数問題、特に、振幅と周波数が時間とともに変れる周期波にノイズが加わったシグナルからφ_m(t)を推定する問題について考察した。m=1の場合については、A(t)、φ_1(t)が連続微分可能であるという条件のもとで、φ_1(t)の推定方法を提案し、その推定量が一致推定量になることを示した。また、この結果については、計算機によるシミュレーションを行い、その有効性を確認した。M=【greater than or equal】2の場合は、m=1の場合の方法が適用できず、現在、新たな手法を考案中である。また、ウェーブレット変換を用いた別の応用として、ウェーブレット変換を用いたシグナルの圧縮問題を考えている。これは、シグナルにウェーブレット変換を施し、得られたウェーブレット係数にある罰則を与えた上で、どの程度原像を復元出来るかという問題である。罰則関数として、ウェーブレット係数の個数を限定するものを考えれば、これは一種の圧縮問題となる。計算機上で、様々な罰則関数に対するシミュレーションを行い、現在、その理論的裏付けを行っている。昨年から行ってきた問題である,振幅と周波数が時間とともに変化する周期波にノイズの加わったシグナルから,Am(t),ψ_m(t)を推定する問題,今年度は,特にM【greater than or equal】2の場合について考察した.この問題に関しては.昨年度結果が得られたM=1a場合とは異なる手法を見つけ.この推定方法で得られた推定量ψ_m(t)が一致推定量になることを示した.また,この方法であれば,シグナルが実数値である場合にも推定できることがわかった.ただし、これらの推定方法の場合,振幅関数Am(t)に非常に強い条件が必要となるので,その条件を弱められる別の推定方法を考案している.また、ウェーブレット変換を用いたシグナルの圧縮問題についても昨年に引き続き行った.今年度は、いろいろなシグナルに関してフーリエ変換.ウェーブレット変換の2つ変換を用いた圧縮方法を比較し,どちらの変換を用いた方が効率的な圧縮ができるが調べた.シグナルが区分的に一定であるものにノイズが加わった場合には.ウェーブレット変換を用いた方法の方が.効率の良い圧縮が行えることが理論的に示せた.しかし、それ以外のシグナルに関しては理論的な証明は行えなかった.その代わりに,計算機によるシミュレーションを行い.シグナルに非定常性がある場合にはウェーブレット変換を用いた圧縮方法の方が有効であることを確認した.これらの問題に用いたシミュレーションプログラムは、近日中に公開する予定である.
Liフリー固体溶媒をベースとした新たな固体電解質開発

全固体Li電池の早期実用化に向け、高Li+伝導性・電気化学的安定性・良圧粉成型性を有する、高性能な固体電解質の開発が求められている。従来はLi電池用の固体電解質は、Li化合物をターゲットに材料探索されていた。一方で本研究では、Liフリー化合物(固体溶媒)をホスト格子に用い、ここへLi+をドープすることで、従来と異なる固体電解質の開発を狙っている。本研究期間ではLiフリーアルカリハライドに着目し、材料開発を行っている。アルカリハライドの中で、特にNaI中に置換固溶したLi+が、優れた伝導特性を示すことが明らかとなった。この固体電解質はNaIへLiBH4を固溶することで作製される。ドープされたLi+がNaI格子中を優先的に伝導することが明らかになる一方で、ホストイオンであるNa+伝導に関する知見はほとんどなかった。そこで、実際にNaI-LiBH4を固体電解質、Si薄膜を作用極に用いて全固体電池を試作し、Si薄膜中に充電したイオン種を分析することで、NaI-LiBH4中の伝導種を調べた。その結果、Li+がSi中の主な充電イオン種であり、Na+はほとんど充電反応に寄与していないことがわかった。この実験結果はNa+伝導度はLi+伝導度に比べて無視できるほど低いことを意味しており、NaIはLi+のドープにより純Li+伝導体になることが実証された。さらにNaI中のLi+の移動度は、いくつかの既知の高イオン伝導体よりも高いことがわかった。したがって、Liフリー化合物をベースとすることで、従来と異なる新奇な固体電解質を開発できることが示唆された。本研究で明らかにするべき点は以下A)からC)の3点であり、それぞれ着実に進展がみられている。A)Li+固溶量およびLi+伝導度の大小による、固体溶媒のカテゴライズ:KI、NaI以外にもNaBrもLi+伝導体となることを実証しており、着実に固体電解質の候補材料を増やしつつある。一方で、例えばNaClはほとんどLi+が固溶しない等、固体電解質として適さないLiフリー化合物も明らかにしており、Li+固溶量を基に固体溶媒を順調に選定できていると考えている。B)実用レベル(10-4 S/cm@室温)のLi+伝導度発現、および伝導機構の解明:NaI-LiBH4系では、未反応のLiBH4が存在することが問題となっていた。そこであらかじめNaI-NaBH4系固溶体を作製した後にLiIをドープし、すべて岩塩型の結晶構造を有する化合物を原料に合成することで、単相に近い試料を得ることに成功した。第二相の低減により、現状ではLi+を10 mol%ドープしたNaIにおいて、1.5×10-5 S/cm(@室温)のLi+伝導度を確認している。現段階ではキャリアの導入を行っておらず、次年度で多価カチオンのドープによりカチオン空孔を導入し、目標が達成される見込みは十分あると考えている。C)固体溶媒へのNa塩ドープによるNa+伝導体合成:ハロゲン化アルカリへのゲストNa+は、微量ながら固溶が示唆されたが、現状では伝導度は非常に低いものしか得られていない。したがって、少なくとも材料探索を行ったハロゲン化物においては、少量ドープしたイオンの優先的な伝導は、Li+に特有な現象なのではないかと考えるに至っている。前年度に引き続き、Li+固溶量が多くLi+伝導を確認できたNaIに着目し、さらなる伝導度の向上を目指す。具体的には1欠陥量やLi量を変化させて、キャリア濃度を向上させること、2BH4-組成を変化させて移動度を向上させることで、伝導度向上を狙う。室温で2×10-5 S/cmを超える伝導度が発現した試料では、実際に全固体電池を作製・評価する。

本研究で明らかにするべき点は以下A)からC)の3点であり、それぞれ着実に進展がみられている。A)Li+固溶量およびLi+伝導度の大小による、固体溶媒のカテゴライズ:KI、NaI以外にもNaBrもLi+伝導体となることを実証しており、着実に固体電解質の候補材料を増やしつつある。一方で、例えばNaClはほとんどLi+が固溶しない等、固体電解質として適さないLiフリー化合物も明らかにしており、Li+固溶量を基に固体溶媒を順調に選定できていると考えている。B)実用レベル(10-4 S/cm@室温)のLi+伝導度発現、および伝導機構の解明:NaI-LiBH4系では、未反応のLiBH4が存在することが問題となっていた。そこであらかじめNaI-NaBH4系固溶体を作製した後にLiIをドープし、すべて岩塩型の結晶構造を有する化合物を原料に合成することで、単相に近い試料を得ることに成功した。第二相の低減により、現状ではLi+を10 mol%ドープしたNaIにおいて、1.5×10-5 S/cm(@室温)のLi+伝導度を確認している。現段階ではキャリアの導入を行っておらず、次年度で多価カチオンのドープによりカチオン空孔を導入し、目標が達成される見込みは十分あると考えている。C)固体溶媒へのNa塩ドープによるNa+伝導体合成:ハロゲン化アルカリへのゲストNa+は、微量ながら固溶が示唆されたが、現状では伝導度は非常に低いものしか得られていない。したがって、少なくとも材料探索を行ったハロゲン化物においては、少量ドープしたイオンの優先的な伝導は、Li+に特有な現象なのではないかと考えるに至っている。前年度に引き続き、Li+固溶量が多くLi+伝導を確認できたNaIに着目し、さらなる伝導度の向上を目指す。具体的には1欠陥量やLi量を変化させて、キャリア濃度を向上させること、2BH4-組成を変化させて移動度を向上させることで、伝導度向上を狙う。室温で2×10-5 S/cmを超える伝導度が発現した試料では、実際に全固体電池を作製・評価する。前年度に比較的安価な試薬類で材料探索ができたため、原料試薬の購入費分の未使用額を次年度に繰り越した。本年度は引き続き原料試薬や消耗品類の他、指導学生が国際学会に参加するための旅費・宿泊費を予算に計上している。
拮抗性非麻薬鎮痛薬及び麻薬拮抗薬の薬理作用に関する分子生物学的手法による研究

1.昨年度の研究で明らかとなった、μ選択的アゴニストでμオピオイド受容体を慢性的に刺激した場合の培養細胞における2種類の適応現象、即ちμオピオイド受容体数の減少(down-regulation)及びadenylatecyclasee活性の亢進(supersensitization)について、さらに考察を加えて論文にまとめ英文雑誌に投稿し掲載された。2.麻薬拮抗薬として臨床の場で用いられるナロキソンの、オピオイド受容体に対する薬理作用を検討した。各オビオイド受容体(μ、δ、κ)を発現した培養細胞(CHO細胞)にアゴニスト非存在下でナロキソンのみを作用させたところ、フォルスコリンで刺激した場合の細胞内cAMP産生量は、μ、κ受容体発現細胞において濃度依存性に減少した。この結果より、ナロキソンがμ、κオピオイド受容体に対して部分作用薬様活性を有することが明らかとなった。3.臨床の場で頻用される拮抗性非麻薬鎮痛薬(ぺンタゾシン、ブプレノルフィン等)でオピオイド受容体を慢性的に刺激した場合の細胞応答について、同じ実験系を用いて現在実験を展開中である。この結果と昨年度の研究で明らかとなった、モルヒネ、DAMGO等の純粋な作用薬でオピオイド受容体を慢性刺激した場合の細胞応答との異同について詳細に検討する予定である。その結果、これらの薬物に対する耐性発現機構の微妙な差異が明らかとなり、耐性の発現しにくい新たなオピオイド鎮痛薬の開発に道が開けるのではないかと考えている。
新しい原理に基づく中性子EDM超精密測定法の開発

粒子が有限の永久電気双極子能率(EDM)をもつことは時間反転(T)不変性の破れの直接的証拠となる。特に中性子のEDMは、原子核の場合のような核構造から来る不定性に邪魔されず、標準理論を越える物理の可能性の重要な試金石となる。しかし中性子のもつ有限寿命のため、そのスピン歳差運動をコヒーレントに追跡できる時間は限られており、従来の方法ではEDM測定精度はもう原理的限界に近づいている。そこで本研究では、この限界を越えこれまでよりもはるかに精密なEDM測定を実現する方法として、新しいタイプのスピンメーザーを提案し、その動作について実験的・理論的解析を行なった。本方法の要点はi)メーザーを構成することによってスピン歳差を自己維持させること、およびii)発振のための帰還機構に能動機能を導入することによって超低密度でしか得られない中性子系にこれを適用可能とすること、の2点にある。この新型メーザー機構を研究するため、動作物質として^<129>Xeスピン系を採り、前年度までに従来型スピンメーザーを発振させている。本年度、これをさらに改良して横緩和時間T_2=150sを実現した。またこれを用いてメーザー動作の詳しい測定を行ない、これが修正ブロッホ方程式に基づく数値計算結果とよく一致することを明らかにした。次いでその帰還部にロックインアンプとアナログ演算器からなる電子回路を組み込み、本研究の主眼である能動型メーザーを構成した結果、その発振に成功した。その動作を詳しく調べ、発振周波数の揺らぎとシフトに関する実験的及び理論的解析を行なった結果、この方法を超冷中性子系に適用した場合に現在のEDM検出限界を2-3桁改善する可能性があるとの結論を得た。
ユビキタスコンピューティング環境における屋内向け位置情報提供方式の研究

1.IEEE 802.11b無線LAN端末の位置測定方式WiPSの設計,実装,および実環境での性能評価(1)設計と実装前年度の基本設計に基づき,IEEE 802.11b無線LAN端末の測位を行うシステムを構築した.実装は,端末には無線LANカードを装着したLinux搭載PDAを用い,サーバにはノートPCを用いた.測位は,自由空間伝播損失モデルに従って,端末間で計測した受信信号強度から端末間の距離を推定することで行う.受信信号強度は無線LANチップセットのRSSI値を利用する.端末のうちの数台を測位基準とすることで,他の端末の測位を行う.(2)性能評価性能評価として,旗揚げゲームを題材に3台の端末を机と両手に1台ずつ保持し,手の上げ下げを検出した.端末間距離を40cmから130cm程度の間で変化させる.端末の移動を検出するまでの時間を計測し,端末間距離が近づく場合で平均2.5秒,離れる場合で6.9秒で検出できた.(3)成果物の公開Webでソフトウェアを公開し,7ヶ月間で1000程度のアクセスがあった.2.位置情報提供の通信基盤としてのマルチホップネットワークルーティングの改良位置情報の提供は,広く普及しているインフラストラクチャモードを用いたアクセスポイント経由のネットワークのみでなく,アドホックに構成されるマルチホップネットワークでも利用できるべきであり,アドホックネットワークルーティングプロトコルの経路安定性を高める手法の提案と評価を行った.端末の移動速度を端末間で知らせあうことで,経路の安定化を図る改良プロトコルの提案を行い,シミュレーションでの評価を行った.無線LAN端末間の距離が離れた際などに高ビットエラー率となることに着目し,その影響を実環境で評価すると共に,高ビットエラー率になるリンクを迂回する方法を提案した.(1)位置情報提供方式の基本設計と予想性能評価基本設計は、無線LANの端末間で電界強度を測定し、一部の端末(アクセスポイント)の位置を基準に端末の位置を推定する方式とした。理想的な環境においては電界強度は距離に応じて減衰するため、受信電界強度から端末間の距離を推定し、三辺測量の原理で端末位置を推定する。ただし、実環境においては電界強度は距離以外の要因によっても変化するため、電界強度から推定される距離は誤差を含む。予想性能評価においては、上記誤差の影響が距離に比例して増加するものと仮定してシミュレーションによる評価を行った。シミュレーションの結果、端末台数(密度)が増加するにしたがって位置推定の精度が向上することが確認できた。次年度は実環境での評価を行って精度を評価するとともに、誤差の推定方法についても検討を行う予定である。(2)位置提供方式の通信基盤としてのマルチホップネットワークルーティングの改良位置提供方式の通信は、従来のアクセスポイントベースの無線LANネットワーク(インフラストラクチャモード)に限定せず、アドホックマルチホップネットワークでの利用も想定している。そのため、既存のアドホックマルチホップネットワークルーティングプロトコルの改良についても研究を行った。代表的なアドホックネットワークルーティングプロトコルであるDSR(Dynamic Source Routing)に対して改良を加えた。具体的には自動車のような移動方向に偏りがある物体間での通信の安定化を図る方法や、経路切断時にも遅延時間を低く抑えるための改良などを提案し評価した。1.IEEE 802.11b無線LAN端末の位置測定方式WiPSの設計,実装,および実環境での性能評価(1)設計と実装前年度の基本設計に基づき,IEEE 802.11b無線LAN端末の測位を行うシステムを構築した.実装は,端末には無線LANカードを装着したLinux搭載PDAを用い,サーバにはノートPCを用いた.測位は,自由空間伝播損失モデルに従って,端末間で計測した受信信号強度から端末間の距離を推定することで行う.受信信号強度は無線LANチップセットのRSSI値を利用する.端末のうちの数台を測位基準とすることで,他の端末の測位を行う.(2)性能評価性能評価として,旗揚げゲームを題材に3台の端末を机と両手に1台ずつ保持し,手の上げ下げを検出した.端末間距離を40cmから130cm程度の間で変化させる.端末の移動を検出するまでの時間を計測し,端末間距離が近づく場合で平均2.5秒,離れる場合で6.9秒で検出できた.(3)成果物の公開Webでソフトウェアを公開し,7ヶ月間で1000程度のアクセスがあった.2.位置情報提供の通信基盤としてのマルチホップネットワークルーティングの改良位置情報の提供は,広く普及しているインフラストラクチャモードを用いたアクセスポイント経由のネットワークのみでなく,アドホックに構成されるマルチホップネットワークでも利用できるべきであり,アドホックネットワークルーティングプロトコルの経路安定性を高める手法の提案と評価を行った.端末の移動速度を端末間で知らせあうことで,経路の安定化を図る改良プロトコルの提案を行い,シミュレーションでの評価を行った.無線LAN端末間の距離が離れた際などに高ビットエラー率となることに着目し,その影響を実環境で評価すると共に,高ビットエラー率になるリンクを迂回する方法を提案した.
筋協調制御型ダイレクトリハビリテーションによるスキル訓練と身体／脳機能変容の解析

本研究の目的は,研究代表者が考案した多チャネル筋電位による動作推定と電気刺激型筋収縮制御による関節運動相互伝達リハビリテーション法を拡張し,運動に伴う関節インピーダンス状態を療法士-患者間で相互伝達する方法論を確立することで,提案法の適用によって身体・脳機能に及ぼす効果を明らかにすることである.本年度は,これまでに構築してきた,電気刺激を用いた適切な筋収縮と関節インピーダンスの伝達法の実証検証を実施した.申請者はこれまでに,患者の筋電位からニューラルネットを用いて動作を推定し,複数の小型振動子および電気刺激装置を用いて適切な筋収縮情報を体性感覚刺激として伝達する方法論を考案するとともに,これを発展させて関節運動にともなう関節インピーダンスの状態を多チャネル筋電位およびによって推定することで,推定したインピーダンスパラメータを電気刺激によって再現し,二者間で伝達する事に成功している.本年度は,被験者の関節インピーダンスパラメータを関節運動と関節に働くトルクから実測・推定し,近似インピーダンスモデルに基づいて電気刺激で再現することで,別の被験者に伝達できることを示した.関節運動時に二者の関節インピーダンスを計測・評価・伝達することで,関節のかたさ・やわらかさを適切に情報交換可能であり,より自然な関節運動の訓練へ適用することが可能である.提案法について身体機能・脳機能の両面から被験者を評価し,提案法の有効性を確認した.さらに,電気刺激時の電極位置を動的に追従・変化させる新しい方法論を考案し,より効率的な電気刺激が可能であることを示した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,申請者が考案した多チャネル筋電位による動作推定と電気刺激型筋収縮制御による関節運動相互伝達リハビリテーション法を拡張し,運動に伴う関節インピーダンス状態を療法士-患者間で相互伝達する方法論を確立することで,提案法の適用によって身体・脳機能に及ぼす効果を明らかにすることである.本年度は,電気刺激を用いて適切な筋収縮と関節インピーダンスの伝達が可能な方法論の構築を実施した.申請者はこれまでに,患者の筋電位からニューラルネットを用いて動作を推定し,複数の小型振動子および電気刺激装置を用いて適切な筋収縮情報を体性感覚刺激として伝達する方法論を考案した.本年度ではこれを発展させ,関節運動にともなう関節インピーダンスの状態を多チャネル筋電位およびによって推定し,推定したインピーダンスパラメータを電気刺激によって再現する事に成功した.関節インピーダンスは目的とする関節の屈筋と伸筋の収縮のバランスによって決定され,人間は様々なタスクにおいて巧みに関節インピーダンスを調整していることが知られている(辻ら, 1998など).そこで,まず療法士の運動にともなう適切な関節インピーダンスを筋電位のパターンから計測・推定する.さらに,患者に貼付した多チャネル刺激電極に対し,関節の屈筋と伸筋に電気刺激パターンを与えて関節運動と関節インピーダンスを伝達する.この際の患者の関節インピーダンスを同様に計測することで,関節のかたさ・やわらかさを適切に伝達可能とした.また,脳波信号から被験者の動作意図を推定し,電気刺激や振動刺激などの様々な刺激をフィードバックすることで運動想起能力を訓練する方法論を考案し,有効性を示した.さらに,被験者の動作意図を時系列生体信号パターンから高精度に推定する新しいパターン識別法を考案し,有効性を示した.これまでに,既にヒトからヒトへ関節インピーダンスを相互伝達する方法論の確立に成功しており,実証実験を進めている段階である.また,脳科学研究者との共同研究を推し進め,提案法の脳機能に与える影響評価の準備を進めており,次年度には実現できる見込みである.さらに,身体機能評価については理学療法士の共同研究者らと継続的に効果の検証を進めており,近日中に実患者への適用によって有効性を示すことも期待されている.このことから,総合的に当初計画よりも順調に進行中である.本研究の目的は,研究代表者が考案した多チャネル筋電位による動作推定と電気刺激型筋収縮制御による関節運動相互伝達リハビリテーション法を拡張し,運動に伴う関節インピーダンス状態を療法士-患者間で相互伝達する方法論を確立することで,提案法の適用によって身体・脳機能に及ぼす効果を明らかにすることである.本年度は,これまでに構築してきた,電気刺激を用いた適切な筋収縮と関節インピーダンスの伝達法の実証検証を実施した.申請者はこれまでに,患者の筋電位からニューラルネットを用いて動作を推定し,複数の小型振動子および電気刺激装置を用いて適切な筋収縮情報を体性感覚刺激として伝達する方法論を考案するとともに,これを発展させて関節運動にともなう関節インピーダンスの状態を多チャネル筋電位およびによって推定することで,推定したインピーダンスパラメータを電気刺激によって再現し,二者間で伝達する事に成功している.本年度は,被験者の関節インピーダンスパラメータを関節運動と関節に働くトルクから実測・推定し,近似インピーダンスモデルに基づいて電気刺激で再現することで,別の被験者に伝達できることを示した.関節運動時に二者の関節インピーダンスを計測・評価・伝達することで,関節のかたさ・やわらかさを適切に情報交換可能であり,より自然な関節運動の訓練へ適用することが可能である.提案法について身体機能・脳機能の両面から被験者を評価し,提案法の有効性を確認した.さらに,電気刺激時の電極位置を動的に追従・変化させる新しい方法論を考案し,より効率的な電気刺激が可能であることを示した.今後は下記2つの課題について継続的に取り組む.[1]筋協調制御伝達訓練が身体・脳機能に及ぼす影響の解析:

電気刺激によって促進された筋収縮状態と各種センサで計測する関節運動情報,および訓練前後・訓練時の脳活動を解析・評価し,臨床的知見に基づいて提案訓練法の有効性検証を行う.具体的には,fMRIおよび脳波計を用いて関節運動時の脳活動を計測し,療法士によって実施する他動訓練と提案法(動作推定+電気刺激)による脳活動の変化や,電気刺激による脳賦活の解析と運動学習効果の検証などを実施し,提案法が脳内構造の変容に与える影響を評価する.[2]感覚刺激の知覚特性のモデル化:申請者はこれまでに,小型振動子を用いて人間の上肢の触覚特性がFechnerの法則に従うことを明らかにし,任意の空間・時間情報を振動を用いて被験者に知覚させる方法論を考案した(島ら,2012).ただし,振動刺激のみでは筋収縮部位やタイミングを意識させることはできても,無意識下に筋収縮を促すことはできない.また運動中の知覚特性は明らかになっていない.そこで被験者に電気刺激用の電極を複数取り付け,刺激に対する筋収縮量を筋音図で計測するとともに,被験者の筋収縮知覚特性をマグニチュード推定法によってモデル化する.電気刺激の振幅(刺激量I)として伝達するとしたとき,知覚する筋収縮の大きさ(知覚量E)は刺激閾I0を最小値とするモデルを構築する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
新規ペプチドNPSの精神疾患モデル動物における役割

ニューロペプチドS(NPS)の精神疾患モデル動物、とくにうつ病モデル動物としての学習性無力ラットにおける役割を研究した。NPSは側坐核内に局所的に注入されることで、学習された無力状態を改善した。ニューロペプチドS(NPS)は2003年に同定された新規の神経ペプチドである。応募者はこれまでに、統合失調症のグルタミン酸機能低下仮説にもとづいた薬理学的研究と、NPSおよびNPS受容体の生理機能解明に関する一連の研究をおこなってきた。本研究は、現在までに施行し発表されてきたNPSについての研究結果をふまえた上で、NPSが、精神疾患モデル動物において、どのような役割をもっているかを明らかにするために行うものである。平成22年度は、ニューロペプチドS(NPS)受容体の選択的な受容体遮断薬についての調査研究を実子した。近年、多数の新規のNPS受容体の選択的な受容体遮断薬の発見および合成が報告されている。本研究の申請時は、研究代表者自身が過去に合成および機能研究を行い学術論文にまとめたSHA68を本研究においても使用する予定であった。しかし、新規の物質の報告がこの2年間で相次いだことから、現時点で研究目的にもっとも適切な物質を選択するため、平成22年度は、近年新規に報告された数種類のNPS受容体遮断薬について、研究代表者が以前報告したSHA68を中心に、各物質の選択性、機能、溶解性、入手可能性などの要素の比較検討を行った。また交付申請書において使用予定であった精神疾患動物モデルである、N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の選択的遮断薬であるMK-801を投与した動物については研究論文が発表されたため、いままで報告がなく学術的により重要性の高いうつ病モデルである学習性無力動物を使用することとした。前年度は、現時点で研究にもっとも適切な物質を選択するため、近年新規に報告された数種類のニューロペプチドS(NPS)受容体遮断薬について、研究代表者が以前報告したSHA68を中心に、各物質の選択性、機能、溶解性、入手可能性などの要素の比較検討を行った。前年度の研究成果を踏まえて、本研究で使用するNPS受容体遮断薬をSHA68と決定し、合成方法について検討したあと合成委託を行う会社を決定し、物質を合成した。また交付申請書において使用予定であった精神疾患動物モデルである、N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の選択的遮断薬であるMK-801を投与した動物については研究論文が発表されたため、いままで報告がなく学術的により重要性の高いうつ病モデルである学習性無力動物を使用することとし、モデルの作成を行った。このモデルは、逃避不可能な不快刺激(電気ショック)を反復して与えられることで、自分が不快刺激に対して無力であることを学習し、深いな刺激が与えられても逃避しなくなる行動をもって、うつ状態とみなすモデルである。過去のさまざまな研究者によって、本モデルは有効なうつ病モデルであり、抗うつ薬の投与によって状態が改善することも知られている。ラットでは、報酬、快感、嗜癖、恐怖などに重要な役割を果たす側坐核にNPS受容体が発現していることが知られている。本研究では、まず、うつ病のモデル動物である学習性無力動物(ラット)の側坐核内にNPSを局所的に注入し、その後うつ状態の指標である学習性無力の改善があるかどうかを判定したところ、NPSは学習性の無力状態を改善する効果を示した。またNPS受容体遮断薬であるSHA68によってNPSの効果はブロックされたことから、NPSの効果はNPS受容体を介したものであるということができる。
タンパク質分解系による心不全制御機構の解明

本研究は心臓におけるタンパク質分解系に焦点を絞り、その心不全発症への関与を明らかにするとともに新規心不全治療薬の分子標的探索を目標とするものである。本研究ではオートファジーの心不全における誘導機構ならびにカルパインが心不全発症において果たす役割を明らかにすることを目標にする。前年度カルパインを介した経路が圧負荷心において細胞障害性に働くのではなく細胞保護的には働くことを心筋特異的カルパイン4欠損マウスを作製することにより先らかにした。本年度はその分子機構を明らかにした。カルパイン4欠損マウスに圧負荷後にタンパク質を単離し2次元電気泳動を行った。対照群との間で発現に差のあるスポットをTOF-MASにて蛋白質を同定した。その後ウエスタンブロット法にてタンパク質の発現変化を確定した。しかしながらその中に細胞保護に働いていると報告されているタンパク質は存在しなかった。そこで圧負荷後にエバンスブルー色素をマウスに投与した。カルパイン4欠損マウス心においては有意なエバンスブルー色素取り込みが認められた。すなわちカルパイン4欠損マウス心筋の膜レベルの異常が示唆された。そこでカルパイン4欠損マウス心より心筋細胞を単離し、レーザー照射による膜障害に対する膜修復能を検討した。カルパイン4欠損心筋細胞は膜修復能低下を示した。従ってカルパインは外的ストレスに対して生じる膜障害後の修復に必須であり、カルパインが圧負荷に対して保護的に働いていることが明らかとなった。本研究ではオートファジーの心不全における誘導機構ならびにカルパインが心不全発症において果たす役割を明らかにすることを目的とする。カルパインを介した経路が心不全発症に関与しているか否かを検討するため、既に作製済みである心筋特異的calpain4ノックアウトマウスを用いて検討を行なった。本マウスを用いて圧負荷心不全モデルを作成し、カルパインを介した経路の心不全発症への関与について検討した。calpain4ノックアウトマウスはメンデルの法則に従って生まれた。心エコー法を用いて心機能を検討したところ対照群と差はなかった。従ってカルパインは心発生には必須ではないことが明らかとなった。そこで横行大動脈を縮索し圧負荷心不全モデルを作成した。対照群では一週間後に心機能不全を伴わない心肥大を呈したがcalpain4ノックアウトマウスでは心拡大、心機能低下を示した。組織学的に検討したところ著明な線維化を認めた。さらにアポトーシス存TUNEL法にて検討したところTUNEL陽性細胞の増加が認あられた。きらにカスペース活性の増加も明らかとなった。従ってカルパインは従来の報告にあったように細胞障害因子ではなく細胞保護因子であることが明らかとなった。
屋根部材-梁接合部の拘束度を考慮した大空間構造物の横座屈性能評価

本研究は,現状の梁-非構造部材接合方法では梁の座屈拘束効果が不十分なことに着目し,大断面梁と屋根折板の曲げ剛性比をパラメータする新たな接合方法(接合条件,接合部の形状)を適用したH形鋼梁の横座屈に対する拘束効果を明らかにする。大空間構造物における体育館を模擬した縮小模型振動台実験及び屋根折板の保有性能を考慮した数値解析モデルによって梁の動座屈を含む架構全体の崩壊挙動を把握し,現行の耐震設計法では想定されていない梁の動座屈に対する連続補剛材による補剛効果を考慮した実構造物の損傷を把握する。
肺胞再生を目指した分化誘導と時間治療による肺がん併発型COPD根治療法の開発

慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease; COPD)は世界の死亡原因の第3位であるが、破壊された肺胞を修復する有効な根治的治療法は未だ存在していない。申請者らは、レチノイン酸誘導体Am80が肺胞上皮前駆細胞の分化を促し、新規肺胞再生治療薬の候補薬物となりうることを見出している。一方で、COPD患者は肺がんを併発していることが比較的多くみられており、このAm80が肺胞再生治療薬となるためには、肺がんを悪化させないことが必要条件である。また、呼吸器疾患に関しては、喘息治療に対し、概日リズムを利用した時間治療が臨床で用いられているが、COPDでは治療効果に対する概日リズムの関与は明らかにされていない。本研究では肺がん併発のCOPDモデルマウスを作製し、腫瘍が肺気腫に与える影響と、両疾患併発時におけるAm80の肺胞再生治療薬としての有用性を、時間治療の可能性とともに明らかにし、臨床応用をより現実的なものとするために、呼吸機能が低下しているCOPD患者においても使用が可能な吸入製剤の作製を行うことを目的に、本年度は以下の検討を行った。マウス肺がん細胞株をICRマウスへ尾静脈投与し、肺への生着と腫瘍の形成能を検討した結果、肺を含む臓器への生着が認められ、特に移植細胞数の多い群ほど脾臓や肝臓への生着が確認できた。次に、Am80の作用点であるRAR遺伝子の培養細胞における日内変動の解析に際し、時計遺伝子のmRNA発現量を解析した結果、約3倍に発現量が増加する時刻が観察された。本年度は、COPDおよび肺がん併発モデル作製のための予備検討として、同所性の肺がんを単独発症させたモデルを作製し、肺がん併発時のCOPD治療を検討できるモデルマウス作製の可能性を見出すことを目指して検討を進めた。その結果、尾静注投与により作製した肺がんモデルマウスは肺以外の臓器への生着が認められたものの肺へのがん細胞の生着とマウスの一定期間の生存が認められた。また、培養細胞における時計遺伝子のmRNA発現量を解析した結果、約3倍に発現量が増加する時刻を見出すことができた。これらの知見は、本研究の目標である肺胞再生を目指した分化誘導と時間治療による肺がん併発型COPD根治療法の開発に着実に貢献していると考えられる。今後は肺がんモデルマウスの作製において、より肺特異的にがんを生着させる目的で経肺投与による移植方法を検討し、より併発モデルの作製に適した細胞移植方法を決定する。その後、肺がんを単独発症させたモデルマウスに対するAm80の影響を評価する。また、培養細胞におけるRAR遺伝子の日内変動について明らかにすることを目標とする。加えて経肺製剤の開発に着手し、吸入製剤に適した処方のスクリーニングを行うことを目標とする。

また、培養細胞におけるRAR遺伝子の日内変動について明らかにすることを目標とする。加えて経肺製剤の開発に着手し、吸入製剤に適した処方のスクリーニングを行うことを目標とする。
時空間情報を利用した実世界画像認識の試み

本年度は,昨年度の基礎的な研究の成果である位置情報を用いた一般画像認識の方法をWebから収集した大規模データに適用して実験を行った.1)写真共有サイトFlickrが提供するFlickrAPIを用いて,約340種類のコンセプトに関連する位置情報付き画像をそれぞれ1000枚程度収集し,昨年度に提案した手法を用いて,認識対象の画像のみを利用した認識に比べて位置情報を用いると認識精度が改善されるコンセプトとそうでないコンセプトの分類を行った.2)さらに各コンセプトについて,位置エントロピーと画像領域エントロピーを求めて,コンセプト毎の画像特徴の分布と位置の分布を分析し,位置情報付き画像のエントロピー分析の新しい手法を提案し,実験によりその有効性を示した.上記の研究成果は,国際会議で成果発表予定であり,現在,雑誌論文に投稿する準備中である.本研究では,実世界画像に対する一般画像認識において,画像の撮影位置と時間を統合的に利用する方法について,研究を行った.1)位置情報を用いた新しい一般画像認識の方法を提案し,特許を出願した.具体的には,撮影位置の航空写真および地図画像からも認識対象の画像と合わせて画像特徴を抽出し,認識を行うことによって,認識対象の画像のみを利用した認識に比べて,認識精度が改善されることを示した.2)1)の実験を行うために,8台からなるPCクラスタ計算機を購入し,大規模に画像をWebより収集し,位置情報を用いた一般画像認識の実験を実施した.上記の研究内容は,現在さらに研究を継続中であり,来年度中に国際会議で成果発表,その後に雑誌論文に投稿する予定である.本年度は,昨年度の基礎的な研究の成果である位置情報を用いた一般画像認識の方法をWebから収集した大規模データに適用して実験を行った.1)写真共有サイトFlickrが提供するFlickrAPIを用いて,約340種類のコンセプトに関連する位置情報付き画像をそれぞれ1000枚程度収集し,昨年度に提案した手法を用いて,認識対象の画像のみを利用した認識に比べて位置情報を用いると認識精度が改善されるコンセプトとそうでないコンセプトの分類を行った.2)さらに各コンセプトについて,位置エントロピーと画像領域エントロピーを求めて,コンセプト毎の画像特徴の分布と位置の分布を分析し,位置情報付き画像のエントロピー分析の新しい手法を提案し,実験によりその有効性を示した.上記の研究成果は,国際会議で成果発表予定であり,現在,雑誌論文に投稿する準備中である.
筋線維型構成の変化に基づく肉質改良の基礎的研究

家畜の骨格筋線維は酵素組織化学的方法によりI型とII型筋線維に大別される。荷を腰部に背負わせて飼育し荷重負荷させためん羊の骨格筋において、筋線維型の変化(II型→I型)が生じうるかについて調べた。成めん羊6頭(生体重:6170kg)を用い、約20kgの錘を腰部に吊るして、60130日間飼育した。対照として成めん4頭(生体重:5670kg)を用いた。腰最長筋の筋材料は、実験前に生検により採取し、実験後再度採取した。また、大腿直筋、半膜様筋、半腱様筋の浅部と深部から筋材料を採取した。筋線維は、酵素組織化学的ミオシンATPaseの反応により染色し、この反応の違いにより筋線維をI型、II型および中間型に分類して、これらの筋線維型の割合と太さを求めた。腰最長筋では、I型筋線維は、実験前で6.4%であるが、実験後では8.9%と僅かに多く、II型筋線維は逆に少なかった。II型からI型筋線維への移行型とみなされる中間型筋線維は、実験後で1.9%から3.3%に増加した。I型筋線維の径は太くなったが、II型筋線維は細くなる傾向を示した。大腿直筋では実験後、浅部でI型が7.8%から17.5%、中間型が0.1%から4.5%、深部でI型が69.8%から79.3%、中間型が0.2%から7.5%に増加した。半膜様筋および半腱様筋の浅部と深部ではI型筋線維の割合の変化はみられなかったが、中間型筋線維は僅かながら増加した。大腿部の3筋の筋線維型の径は、一般に増加する傾向がみられた。荷重負荷によるI型筋線維の増加および中間型筋線維の増加は、荷重負荷に対する適応によりII型筋線維の一部がI型筋線維に変化することを示す。このように筋線維型構成は変化することが分かったので、今後は、飼育状態の改良を加えて、肉質の嗜好性に係わるI型筋線維を増加させる飼育管理の確立を目指すため、この研究の継続が必要である。
岩石の力学的性質に与える間隙径分布の影響

諸種の岩石の力学的性質と間隙径分布を測定し,力学的性質に与える間隙径分布の影響を解明し,岩石の破壊機構を解明するために役立つ基礎的資料を得た。1)主として関東地方の各地で採取した34種の岩石について,それらの力学的性質を,強制乾燥状態および強制湿潤状態の2種の整形供試体を用いて,岩石の異方性を考慮した加圧方向で,一軸圧縮強度および引張強度を測定した。3)力学的強度は,間隙総容量および小さな間隙の容量(V_<gamma>およびV_<delta>)とは無関係に,大きな間隙の容量(V_<alpha>+V_<beta>)に反比例する,ことが解明された。例えば,湿潤圧縮強度(S_c)は,S_c=0.67(V_<alpha>+V_<beta>)^<-0.90>(r=-0.908),で表わされた。ただし、泥岩のみはこの式で表わされる強度よりも小さい傾向を示した。4)岩石の異方面に垂直に加圧した場合は,破壊後にgamma以上の大きな間隙の容量が著しく増加するが,平行加圧の場合は既存の割れ目を利用して破壊するので,間隙容量の増加は見られなかった。
ナイロン繊維アクチュエータで駆動する転動関節機構に基づく多自由度マニピュレータ

2014年にHainesらによって提案されたナイロン繊維アクチュエータ(Super Coiled Polymer (SCP)アクチュエータ)が次世代ロボットのアクチュエータとして期待されている。本研究の最終目標は、SCPアクチュエータの低い収縮率を楕円型転がり接触関節機構(転動関節機構)を利用することで解決し、低コスト・コンパクトな多自由度マニピュレータの具現化を行うことである。2018年度の実績は以下の4点である。(2)【機構】2017年度までに提案した角度増幅型転動関節機構を用いて、2本のSCPアクチュエータを拮抗配置した拮抗駆動系の構築を行い、角度制御実験を通して、構築した拮抗駆動系の関節角度の目標値追従性について検証した(日本機械学会ROBOMECH2018)。(3)【制御】SCPアクチュエータはヒステリシス性を有することが知られているが、拮抗駆動系全体としてのヒステリシス性は明らかになっていない。そこで、SCPアクチュエータの筋協調制御系を新たに構築して制御実験を行った。その結果、筋協調制御下において、アクチュエータの協調度合いと関節角度との間に最大33%のヒステリシス幅を有するヒステリシスループが確認された(日本機械学会ROBOMECH2018)。(4)【作製】SCPアクチュエータを連続的に生成・回収可能な製造工程の実現を目的とし、市販の撚糸機DirecTwistを用いてSCPアクチュエータの自動作製を試みたが、断続的なコイル生成を繰り返すにとどまり、太さ3号(直径0.29mm)のナイロン繊維を用いた場合、コイル化したナイロン糸は約10cm、最長で17cmであった(日本機械学会ROBOMECH2018)。29年度(2017年度)の研究実施状況報告書における「今後の研究の推進方策」として、以下の3つのサブ課題を掲げていた。(1)【機構】SCPアクチュエータの収縮量を機械的に増幅する転動関節機構を用いた拮抗駆動系の構築と制御:前年度に達成した2つの成果を組み合わせることで、本研究の根幹となる転動関節機構の可動範囲や目標値追従性などの各種性能評価を行い、最終年度の多自由度マニピュレータ構築に向けた課題を明らかにする。(2)【制御】SCPアクチュエータを拮抗配置した1自由度拮抗駆動システムに対するヒステリシス性の検証:SCPアクチュエータはヒステリシス性を有することが知られているが、拮抗駆動系全体としてのヒステリシス性は明らかになっていない。そこで、まず、拮抗するSCPアクチュエータの協調度合いの定式化を行い、筋協調制御系を新たに構築する。次に、拮抗駆動系に対し、構築した筋協調制御を実装し制御実験を行い、系全体のヒステリシス性を検証する。(3)【作製】市販の撚糸機を用いたナイロン繊維アクチュエータの作製と評価:市販の撚糸機では通常のナイロン繊維の施撚が可能であるが,ナイロン繊維アクチュエータとしての機能として十分な特性を持つか否かは明らかになっていない。そこで、太い径のナイロン繊維を用いたアクチュエータを連続的に生成・回収可能な製造工程の実現を目的とし、本研究組織で保有する市販の撚糸機を用いてナイロン繊維アクチュエータの自動作製を試みる。これらのサブ課題全てについて、予定通り実施・達成することができたことに加え、原著論文を1編出版することもできたことから、「おおむね順調に進展している」と自己評価した。2019年度は、これまでの2年間の研究で明らかになった課題を踏まえ、以下の2つのサブ課題に集中的に取り組み、研究成果をまとめる。(1)マンドレル型SCPアクチュエータの作製と評価:SCPアクチュエータを作成するためのコイル化の方法として繊維の端から端までコイルで満たされた状態になるまでツイストする方法(オーバーツイスト型)と、一定数のツイスト後に芯棒に繊維を巻きつけることによりコイルを形成する方法(マンドレル型)がある。2018年度まではオーバーツイスト型のSCPアクチュエータを用いた拮抗駆動系の開発とその制御に取り組んできたが、可動範囲・ヒステリシス性などいくつかの課題も明らかになった。これらの問題解決の糸口を探るべく、2019年度はマンドレル型SCPアクチュエータの作製・評価にも並行して取り組む。(2)撚糸機を用いて作製されたナイロン繊維アクチュエータと従来手順によるアクチュエータの比較:本研究では、従来法により作製されたSCPアクチュエータの性能にばらつきが大きい点を改善するため、アクチュエータの作製を簡便にする撚糸機について研究を行ってきた。2017年度に撚糸機を試作し、2018年度には既存の撚糸機を用いたSCPアクチュエータの作製を行ったが、その結果として、撚糸機によりナイロン繊維のコイル化を行うには、撚り速度・巻き取り速度・施撚時の張力において厳密なパラメータ調整が必要であることが明らかになった。2019年度は、これらの結果を踏まえ、より長大で均一なナイロン繊維のコイル化を目指した作製機の開発を行い、開発した撚糸機で作製したアクチュエータの一部と、既存の確立された手法にて作製したアクチュエータとで駆動時に変位または力にどの程度差異が出るか調べる。

2014年にHainesらによって提案されたナイロン繊維アクチュエータ(Super Coiled Polymerアクチュエータ、SCPアクチュエータ)が次世代のロボットのアクチュエータとして期待されている。ナイロン繊維をコイル状にツイストし熱処理するだけで完成するため、非常に安価で出力重量比が高いというメリットがある。一方でSCPアクチュエータの最大収縮率は10%程度と低いため、大きな関節角度を獲得するためには十分な長さのSCPアクチュエータが必要となる。そこで、本研究では、SCPアクチュエータの低い最大収縮率を楕円型転がり接触関節機構(転動関節機構)を利用することで解決する。本研究の最終目標は、転動関節機構を基に低コスト・コンパクトな多自由度マニピュレータの具現化を行うことである。29年度の実績は以下の3点である。(1)SCPアクチュエータを搭載した1自由度拮抗駆動プーリーシステムにおける高速な位置制御手法を提案した。ここでの1自由度拮抗駆動プーリーシステムはマニピュレータの一関節にあたる。先行研究である小野らが実現した拮抗駆動プーリーシステムでは位置制御の応答時間が3[s]であったのに対し、我々のグループではYipらが提案しているSCPアクチュエータの制御を拮抗駆動プーリーシステムに拡張することで、応答時間を0.50.8[s]にまで短縮した(第35回日本ロボット学会学術講演会で発表)。(2)SCPアクチュエータは個体差が大きいことが知られている。一方、原糸をツイストしながら巻き取っていく機械は繊維機械の分野で撚糸機として知られている。本研究では、SCPアクチュエータの安定した性能を確保するため、SCPアクチュエータ製作用の撚糸機を独自に試作した(第35回日本ロボット学会学術講演会で発表)。(3)楕円型転がり接触関節機構(転動関節機構)に関するPCT出願を行った。交付申請書に記載した研究実施計画では、平成29年度の実施課題として、以下の3つの課題を挙げていた。(1)SCPアクチュエータの収縮量を機械的に増幅する転動関節機構の設計・製作(評価指標:低収縮率かつ長さの短いアクチュエータでも大きな関節角度を実現できるか)(2)SCPアクチュエータを拮抗配置した拮抗駆動系のモデリング・制御(評価指標:強い非線形性がある系でもスムーズで高精度な位置決めができるか)(3)SCPアクチュエータの集積手法の確立による発生力の強化(評価指標:アプリケーションに必要な発生力が適切に生成できるか)上記のうち、(1)は達成し、特許出願を行うことができた。(2)も達成し、第35回日本ロボット学会学術講演会にて成果発表を行うことができた。(3)については未完であるが、一方、その準備としてアクチュエータの安定した性能を確保するための撚糸機の試作を行い、(2)と同様、第35回日本ロボット学会学術講演会にて成果発表を行っている。以上より、当初計画した実施内容に関して順調に成果が出ており、「おおむね順調に進展している」と自己評価した。2014年にHainesらによって提案されたナイロン繊維アクチュエータ(Super Coiled Polymer (SCP)アクチュエータ)が次世代ロボットのアクチュエータとして期待されている。本研究の最終目標は、SCPアクチュエータの低い収縮率を楕円型転がり接触関節機構(転動関節機構)を利用することで解決し、低コスト・コンパクトな多自由度マニピュレータの具現化を行うことである。2018年度の実績は以下の4点である。(2)【機構】
分子プローブを用いた脂質ラフトにおけるタンパク質-リン脂質相互作用の構造基盤解明

脂質ラフトは、スフィンゴミエリン(SM)およびコレステロールを主体とする細胞膜ドメインである。また、脂質ラフトは、特異的に集積したタンパク質を介して細胞間シグナル伝達に重要な役割を果たしていると考えられている。そこで本研究では、有機合成化学的手法によりラフトにおける脂質間相互作用を分子レベルで解明することを目指した。具体的にまず本研究では、従来の脂質蛍光プローブでは困難であった膜中における相互作用を精密に解析できる新たなプローブ分子の設計と開発を目的とした。前年度までにSMの主骨格および親水性部分の構築法を確立したので、本年度は親水性部分(コリン頭部)への蛍光標識基の導入を種々検討した。その結果、アジド基を有する蛍光標識基と、プロパルギル基を有するSM誘導体とをClick Chemistryを用いて連結することで、ニトロベンジル基およびダンシル基を有するSM誘導体の合成に成功した。今後はFRET測定や蛍光顕微鏡による解析への利用を計画している。またさらに本年度において、ラフトにおける脂質間相互作用に対するSMの構造的要因を明らかにするため、2種類のSM誘導体の合成を行った。すなわち、まずSMのE-二重結合を三重結合に変換した誘導体を、ほぼ同様のスキームを利用することで合成した。また、3位ヒドロキシル基の立体が反転したトレオ誘導体を、亜鉛アセチリドの立体選択的付加、続くRed-Al還元によるE-オレフィンの構築を鍵反応として合成することに成功した。本研究では、従来の脂質蛍光プローブでは困難であった膜中における相互作用を精密に解析できる新たなプローブ分子の設計と開発を目的とした。本研究では、SMの親水的な部分に蛍光標識を導入した分子プローブの合成を目指したが、そのために、SMの主骨格となるスフィンゴシン部分の効率的な合成法の確立と、脂質極性部分に蛍光色素を結合するための官能基の導入について検討する必要があった。詳細な検討の結果、出発物質をセリンからガーナーアルデヒドに変えることによって、大幅な効率化に成功し、さらに、重要中間体に対する求核剤を変化させることによって、蛍光基修飾のための官能基を効率的に導入できる反応経路を開発した。この反応経路によって様々な置換基を導入したSMを調製することが可能になる。さらに、SMの3-エピ体の合成も本ルートによって容易であることを突き止めた。エピ体などの同族体はSMとコレステロールの相互作用を検討するための有用な分子プローブとなることが期待される。現在、一分子観察および蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)による脂質分子間、脂質-膜タンパク質間の相互作用解明に向けて分子プローブの設計を行っており、すでに合成した中間体を用いた反応を検討しているので、来年度には相互作用解明を目指した観測・測定にとりかかれる予定である。本研究では、SMの親水的な部分に蛍光標識を導入した分子プローブの合成を目指しており、前年度はSMの主骨格となるスフィンゴシン部分の効率的な合成法の確立に成功した。そこで本年度は、SMの親水性部分の構築法の確立および蛍光標識基の導入を検討した。まずSMのコリン部分については、スフィンゴシン部分の1級アルコールに対して、環状亜リン酸試薬を反応させた後臭素処理することで酸化と開環を同時に行い、最後にトリメチルアミンで置換させることで収率良く合成することに成功した。続いてこの手法を用い、後の蛍光標識基の導入が可能なジメチルプロパルギルアミンを反応させたが、複雑な混合物を与え目的物は低収率でしか得られなかった。そこで種々検討した結果、環状リン酸試薬を導入後アミンで直接開環する手法を用いたところ、目的物を収率良く得ることに成功した。さらにスフィンゴシン側の2級アルコールの保護基をTBDPS基からPMB基に変換することで、リン酸基導入後の脱保護、精製の効率が向上した。続いてアシル側鎖を導入後、ダンシル基を有するアジド化合物とのHuisgen反応を行うことで、目的とする蛍光標識化SMの合成に成功した。現在、合成した誘導体のラフト形成能の評価、およ、び異なるリンカー、標識基を有する誘導体の合成を検討している。

その結果、アジド基を有する蛍光標識基と、プロパルギル基を有するSM誘導体とをClick Chemistryを用いて連結することで、ニトロベンジル基およびダンシル基を有するSM誘導体の合成に成功した。今後はFRET測定や蛍光顕微鏡による解析への利用を計画している。またさらに本年度において、ラフトにおける脂質間相互作用に対するSMの構造的要因を明らかにするため、2種類のSM誘導体の合成を行った。すなわち、まずSMのE-二重結合を三重結合に変換した誘導体を、ほぼ同様のスキームを利用することで合成した。また、3位ヒドロキシル基の立体が反転したトレオ誘導体を、亜鉛アセチリドの立体選択的付加、続くRed-Al還元によるE-オレフィンの構築を鍵反応として合成することに成功した。