hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物－地質カップリングを基にした、生態系ストイキオメトリー概念の構築

本研究においては、マグネシウム、亜鉛、カルシウム、ストロンチウムなどの安定同位体比分析を検討している。まず、Mg安定同位体比の測定については元素分離法の確立、MC-ICP-MSを用いた測定法の開発が終わり、環境標準試料を用いた評価を行った。元素分離では回収率が95%以下になるとカラム内部で同位体分別が起きて、測定値が変わることが分かった。そのため全試料について回収率を確認する作業が必要である。同位体比の測定法としては標準試料-未知試料-標準試料の挟み込み法を採択しているが、試料/標準の濃度比が1.01.2の範囲では安定することが分かった。Znの同位体比の測定については陰イオン交換樹脂を用いた分離精製法の検討を行った。MC-ICP-MSを用いた測定法については銅添加法を試した。この方法はダブルスパイク法より操作が簡単で、十分な精度が得られる利点がある。亜鉛と銅の濃度比は測定値に大きな影響を与えないことが確認された。また、試料/標準の濃度比によって測定値が変わらないことも確認され、標準物質を用いた評価でも非常に安定した結果を得た。Ca安定同位体比の分析法については陽イオン交換樹脂を用いた元素分離法の確立まで行うことができた。表面電離型質量分析装置を用いた測定法については42Caと43Caを用いたダブルスパイク添加法の検討を行った。タングステンフィラメントは安定した測定ができるが、39Kのブランクが高くて高精度分析には使えないことが分かった。その代わり高純度レニウムフィラメントでは信号の安定性はタングステンよりやや悪いが39Kのブランク信号は出なかったので今後の測定にはレニウムフィラメントを採用することになった。マグネシウム同位体比の分析法の開発は済んでいるので未知試料の測定を行っている。しかし、分析の基準になるプライマリー標準物質(DSM3)の枯渇によってこれからの測定に支障が出てくる可能性があるのでワーキングスタンダードとしてRIHN-Mgの評価を行った。亜鉛同位体の分析については元素分離法と測定法の確立までできた。様々な環境標準物質を用いて分析法の評価まで行うことができた。亜鉛の場合もプライマリー標準物質(JMC3702)の枯渇で入手できなかったのでAA-ETH Znという新しい標準物質を用いて測定を進めている。カルシウム同位体分析法ではフィラメントの確認、ダブルスパイクを用いた測定法の確認まで行っている。標準海水試料を用いて分析法の評価を行うところまで進行している。非伝統的な同位体は、試料の分析に関する前処理、カラム分離、同位体分析、いずれの過程においても困難がつきまとうので、処理数を確保するのが難しい。本研究においては、新たな研究領域を開拓するために、少ない分析数であっても新たな観点を提示したいと考えている。現在のところ、地質特徴が違う二つの河川流域を対象にして両方の生態系での各種同位体の挙動の差異にについて研究を進行している。

非伝統的な同位体は、試料の分析に関する前処理、カラム分離、同位体分析、いずれの過程においても困難がつきまとうので、処理数を確保するのが難しい。本研究においては、新たな研究領域を開拓するために、少ない分析数であっても新たな観点を提示したいと考えている。現在のところ、地質特徴が違う二つの河川流域を対象にして両方の生態系での各種同位体の挙動の差異にについて研究を進行している。本年度は研究の準備にあたり分析手法の検討に重きを置いた経費利用を行なった。今後はこの手法を適用して野外研究を進める予定である。
時空間特異的mGluR1遺伝子発現マウスによる小脳の機能解析

本研究では、時空間特異的にmGluR1分子の発現を制御できるマウスを、テトラサイクリンで活性が抑制されるtTA及びtTAの作用する制御領域TREを用いて作成、解析した。2.CamKII-tTA Tg/lacZ-TRE-mGluR1a Tg2重Tgの作製及び解析:この2重Tgは生後3-4週に死亡した。一方、粉末状の餌を水で溶いて作製した練り餌を生後3週から与えるとこの2重Tgはこの時期を乗り越えて生存しており、見かけ上の異常もないmGluR1 mRNAの発現は主に嗅球、海馬CAl、線条体に認められ、この領域でのmGluR1発現が致死の原因の可能性がある。3.mGluR1遺伝子座にtTAをノックインするマウスの作製:mGluR1をectopicに発現するとマウスは致死になる可能性が示唆されたので、tTAおよびTRE下の遺伝子の発現が内在性mGluR1遺伝子の発現と同一となるようなmGluR1(+/tTA)マウスの作製を行なった。さらに、TRE-mGluR1 Tgを独立に11系統作製した。4.L7遺伝子座にtTAをノックインするマウスの作製:mGluR1下流のシグナル伝達経路の阻害分子を小脳プルキンエ細胞特異的かつ時期特異的に発現するマウスを作製するため、プルキンエ細胞特異的にtTAを発現するL7(+/tTA)マウスを作製した。また、TRE下にPKC活性を阻害するペプチド(PKCI)及びMAPキナーゼ経路を阻害するdominant negative MEKを発現するTgのDNAの構築を終了した。代謝型グルタミン酸受容体mGluR1は、ノックアウト及び小脳プルキンエ細胞だけでmGluR1を発現するマウスの解析の結果、小脳長期抑圧、シナプス除去、運動学習等に関与することが明らかとなった。本研究では、発生、学習等のどの時期にmGluR1分子が必要とされるかを明らかにするため、時間特異的にmGluR1分子の発現を制御できるマウスを作成、解析する。本年度はドキシサイクリン投与によって転写活性が抑制できるテトラサイクリン調節トランス活性化因子(tTA)をプルキンエ細胞特異的なL7プロモーター下で発現させるL7-tTAトランスジェニックマウス(Tg)及びtTA依存的に発現するテトラサイクリン応答因子(TRE)下にmGluR1αcDNAおよび1acZを発現するTg(pBI-mGluR1-1acZTg)をそれぞれ1系統ずつ作製した。pBI-mGluR1-1acZTgはさらにmGluR1(+/-)マウスと交配し、pBI-mGluR1-1acZTg/mGluR1(+/-)マウスを作製した。また、プルキンエ細胞を含む神経細胞でtTAを発現する神経特異的エノラーゼプロモータ下でtTAを発現するNSE-tTA TgもmGluR1(+/-)マウスと交配し、NSE-tTA Tg/mG1uR1(+/-)マウスを作製した。これらのマウスを交配したが、この2重Tgはドキシサイクリン非存在下で致死であり、ドキシサイクリン投与マウス同士の交配によりpBI-mGluR1-1acZTg/NSE-tTA Tg/mGluR1(-/-)マウスを得ることができた。このマウスでドキシサイクリン投与中止後にmGluR1の発現がプルキンエ細胞で発現することは免疫染色実験により、確かめたが、ウェスタンブロット解析では発現を検出できなかった。代謝型グルタミン酸受容体mGluR

1は、小脳長期抑圧、シナブス除去、運動学習等に関与する。本研究では、発生、学習等のどの時期にmGluR1分子が必要とされるかを明らかにするため、ドキシサイクリンの投与により遺伝子発現を制御できるTet-Offシステムを用い、時間特異的にmGluR1分子の発現を制御できるマウスを作成、解析することを目的とした。本年度はテトラサイクリン調節トランス活性化因子(tTA)をmGluR1遺伝子座にノックインしたmGluR1(+/tTA)マウス、およびプルキンエ細胞特異的なL7プロモーター下にノックインしたL7(+/tTA)マウスを作製した。tTAが結合するテトラサイクリン応答因子(TRE)下にmGluR1αcDNAを発現するTRE-mGluR1 Tgを独立に10系統作製し、mGluR1(+/-)と交配、mGluR1(+/-)/TRE-mGluR1 Tgを3系統で作製した。mGluR1(+/tTA)とmGluR1(+/-)/TRE-mGluR1 Tgを交配すると、mGluR1(-/tTA)/TRE-mGluR1 Tgがその仔マウスで1/8の確率で得られる。このマウスではmGluR1がTRE下で内在性のmGluR1の発現領域で発現し、しかもドキシサイクリン投与によってmGluR1発現を停止できると考えられる。また、すでに作製したTRE下にmGluR1とlacZを発現するpBI-mGluR1-lacZTgをCamKII-tTA Tgと交配し、2重Tgを作製した。この2重TgではmGluR1およびlacZが海馬、大脳皮質等で発現している。そこで、2重Tgとこれらの領城で異常で見られるmGluR5の欠損マウスと交配も行なった。
出土史料による秦漢魏晋期の地方財政史研究

本研究の目的は、三国呉代の簡牘群である長沙走馬楼呉簡を基本資料とし、当時の地方財政システムを解明・復元すること、またその成果を、秦漢代の簡牘の研究から得られる当該時代の地方財政の諸相と比較検討し、地方財政史中に位置付けること、である。本年度は特に、銭や布帛等を集積する「庫」の財政について研究を進めた。まず、前年度より引き続き走馬楼呉簡の竹簡群の整理・分類およびデータベース化の作業を行なった。その成果に基づく検討により、以下の成果を得た。1「走馬楼呉簡所見庫関係簿与財政系統」では、庫に関連する各種の簿の構成を復元し、その中にみえる納入・搬出・移送等の財政システムを復元した。特に、吏民の賦税を受領する「庫」の他に、郡に関わる「西庫」が設置され、うち郡庫の物流には穀倉と同様「邸閣」が関与したことが明らかとなった。2「長沙走馬楼呉簡所見孫呉政権的地方財政機構」では、上記の庫に関わる財政システムと前年度に検討した穀倉の財政システムとを併せて検討し、資料中の財政システムの全体像を復元した。各々の物流について、郡県のみならずより上級の機構(「邸閣」・中央)の関与が明らかとなった。また穀倉の財政について、3「長沙走馬楼呉簡にみえる「貸米」と「種〓」」では、当時の地方穀倉による穀物貸与について検討した。食料目的の貸与と種籾目的の貸与の両種の存在が明らかとなったことは、唐代や古代日本、朝鮮半島における「出挙」制度の淵源の実例といえる。以上はいずれも学会発表を基に論文化したものであり、うち2の掲載雑誌は2010年中に発行予定である。本研究の目的は、三国呉代の簡牘群である長沙走馬楼呉簡を基本資料に、当時の地方財政システムを解明・復元し、その成果を、秦漢代の簡牘の研究から得られる当該時代の地方財政の諸相と比較検討し、地方財政史中に位置付けることである。本年度は、走馬楼呉簡にみえる穀物財敢について、(1)税目の分析及び各々の賦税史上における位置付け、(2)穀倉における財政システムの復元、について研究を進めた。まず、基礎作業として既公表の走馬楼呉簡(約3万点)の整理・分類を行ない、並行して簡牘の図版と釈文、分類等の情報についてデータベース化の作業を行なった。これらの成果に基づき、上述の目的に即した検討を行ない、2本の論文を上梓した。まず(1)に関連し、「長沙走馬楼呉簡にみえる「限米」」では、「限米」と呼ばれ研る税目について、一般吏民ではなく特殊な身分・職役の人々に課された税目であることを確認し、孫呉政権の支配の一端を明らかにした。続いて(2)に関連し、「長沙走馬楼呉簡にみえる穀物財政システム」では、当該資料にみえる二つの穀倉「州中倉」・「三州倉」について、「三州倉」が郡倉(長沙郡)である「州中倉」に付随する関係にあること、「州中倉」における穀物搬出では、中央の軍糧統括機関である「(右)節度」・「督軍糧都尉」が指示を出したのに対し、穀倉間の移送では「邸閣」や県(臨湘県)が指示を出したことを明らかにした。その上で、これまでに検討してきた穀物財政の枠組みをまとめ、軍糧確保に重点を置いたシステムであることを明らかにした。この他、比較資料収集のために、2009年2月に中華人民共和国甘粛省各地を訪れ、漢代の城址・防衛施設遺跡、出土漢簡の実見調査を行なった。
新しい樹幹有用成分(樹幹レクチン)の精製と特性

(1)エンジュ樹幹に存在する血球凝集素(TL)の精製法を確立した:対照として同一樹木の種子レクチン(SL)を同じ方法で精製した(E+OH沈殿およびアフィニテークロマトの2段階)。TL,SL共に超遠心的に単一ピークであることが確認された(【S_(20)】w TL:6.82±0.19,SL:6.68±0.24)。各単一ピークの収率は粗抽出液の総タンパク質当りTL〓27%,SL〓13%でありTLが樹幹中に大量に存在することが確認された。一方血球凝集活性は広く針要樹,広要樹等の樹幹に認められた。(2)TLがタンパク質であることからどのような性質を示すのか上記単一ピークを用いて検討した結果TLはレクチンとしての条件を満すことが証明された:B型血球を凝集するために必要な最小濃度はTL0.58μg/ml,SL0.24μg/ml,A型およびO型血球に対してはTL,SL共に0.58μg/mlであった(TLは血液型特異性を示さない)。血球凝集阻止反応によって糖結合特異性を検討した結果がラクトースおよびそのグリコシドにTL,SL共特異的に結合することが示された。ポリアグリルアミド電気泳動の結果はTL,SLが超遠心的に均一であるにもかかわらず電荷の異なる分子種を含むこと、サブユニットを持つこと、TL,SLは異なる分子種であることなどが明らかになった。(3)搾汁として得られるTLが樹幹のどの部分に分布するのかをFITC標織抗体を用いて光学顕微鏡レベルで明らかにした:大部分のTLは師部柔細胞に局在するが、一部木部や伴細胞中に観察された。しかし、師要素中には全く分布していなかった。以上の研究結果はTLが貯蔵タンパク質としての役割や細胞壁アラビノガラクタンプロテインとの相互作用の可能性を示唆するものとして注目されよう。またTLは着目するに値いする高付加価値物質(レクチン)であり、今後の林産資源として非常に有力な存在であると結論づけられよう。
Random Walkの研究

Random Walkの研究については本年度は大きな研究上の前進が成された。まず、回帰的一次元Random Walk及び一次元拡散過程について、ランダムな環境の下での極限定理はほぼ最終的な結論を得ることが出来た。Sinai-Golosov等によって得られていた結果についての一般的定理を公表することが出来た。今まで、未開発であったランダム環境の下でのドリフトを持った拡散過程の極限定理に関しては二つの大きな結果が得られた。負の定数ドリフトを持つブラウン運動の環境の下でのWiener過程については、ドリフト定数Kによって、その過程の最大到達の未尾確率が性格付けられることを証明出来た。これは、ブラウン運動の汎関数の期待値の極限定理として捉えても興味のある結果にもなっている。他方、正の定数ドリフトを持つブラウン運動の環境の下での拡散過程については、離散的なKesten-Kozlov-Spotzerの結果から当然予想されていた結論ではあるが、その難しさから、仲々証明出来ていなかった。今年度は、0<K<1,K=1,1<K≦2,K>2によって、その極限状況がまるで違うことが証明された。特に、0<K<1の場合は大変困難だと考えられていたが、一般拡散過程のKreinの理論(笠原氏の結果)を取り入れる状況になっていて、与えられた環境の中での拡散過程及びその第一到達時間の極限定理を証明することが出来た。K≧1の場合には、伊藤の確率微分方程式論を用いることによって、与えられた環境の中での拡散過程に関する大数の法則を示すことが出来た。K=1とK>1ではそのオーダーが違って来ることが分る。又、K>2の場合は、定常な拡散過程の汎関数(積分)に関する中心極限定理に沿って、現在のランダムな環境の中での拡散過程に関する中心極限定理が得られると予想される。来年度の大きなテーマとして研究を続けていく。
現代解析学と計算科学の手法による乱流の数学的理論の構築

計算流体力学研究班の手法で簡単化された乱流モデルの構築,小さなスケールの流れの解析がかなりの精度で実現された.数学解析研究班の手法により,大きなスケールの乱流の普遍原理の確立がなされ「流れの数理」に成果をもたらした.「ナビエ・ストークス方程式大きなデータに対する時間大域的適切性」について,部分的ではあるが本質的な進歩が得られた.特に非線形偏微分方程式の手法を用いて大きなデータの解析が実行され,大きなレイノルズ数を扱うことがある程度可能となった.本研究により,乱流の解明に迫る現代解析学と計算科学の手法による「流体数学理論」が構築されつつある.まず,多重連結領域において,与えられた非斉次境界値の全流量がゼロである場合,定常Navier-Stokes方程式の可解性は未解決である.この問題には領域の位相幾何学的な性質と方程式の非線形構造が深く関係している.実際,境界値のソレノイダル拡張から一意的に定まる領域の第2Betti数に関連する調和ベクトル場と,定常Euler方程式の非自明解との直交関係が可解性の鍵を握る.ここで方程式が可解であるための様々な十分条件を導出し,有名なLerayの不等式と領域の位相幾何学的な性質との関係を明らかにした.次に,3次元空間において障害物が回転し,かつ回転軸と同じ方向に並進運動する場合に,その外部領域においてNavier-Stokes方程式の定常解の存在と一意性を考察した.また乱流の情報縮約手法の開発に関しては,直交ウェーブレット解析を応用して,三次元一様電磁流体乱流の情報縮約手法を開発した.非線形ウェーブレットフィルタリングにより渦度場及び電流密度場からそれぞれ秩序渦度場と秩序電流密度場を抽出した.抽出された場の時間発展を捉えるために,秩序場を構成するウェーブレット基底の近傍にセーフティゾーンを設定した.この一連の操作を各時刻で行った.開発手法は元の乱流場の約6%の自由度を用いるだけで,エネルギー,エネルギースペクトル,渦度場及び電流密度場の確率密度関数など乱流場の統計量の時間発展を十分再現する.せん断乱流における統計的普遍性については,小さなスケールにおける乱流の統計に対する平均流の影響についての理論を導いた,その理論は熱平衡系に対する線型応答理論と良く似た理論構造を持つものである.その結果を検証するため,壁レイノルズ数Reが5120におよぶ世界最高レベルのレイノルズ数を持つ壁乱流のDNSデータを用いて乱流のエネルギースペクトルの等方成分,非等方成分を解析した.Banach空間における一般化されたLax-Milgramの定理と楕円型境界値問題への応用について考察した.Hilbert空間上の強圧的連続双線形形式に対してよく知られているLax-Milgramの定理をBanach空間に拡張した. X, Yを2つのBanach空間とする.ただし,Yは回帰的であるとする. a(., .)をX×Y上の双線形形式とし, a(., .)に付随して決まるX, Yにおける核空間N_X, N_Yはともに閉部分空間を補空間としてもつとする.このときもしa(., .)がある一般化された変分不等式に従うならば, N_Yの直交元F,すなわちN_Yに属するすべてのφに対してF(φ) = 0を満たすY上の線形汎関数Fに対してa(u, v) = F(v)をYに属ずる任意のvについて満たすXの元uが存在する.この定理は流体力学に現れる楕円型偏微分方程式の境界値問題のLr-解の存在定理に応用がある.次にSobolev空間における非線形偏微分方程式の初期値問題の研究を実施した.Besov空間とTriebel-Lizorkin空間を用いて,非線形放物型方程式の時間局所解と時間大域解について研究を行った.微分型非線形項を持つ熱方程式の初期値問題を考察し,尺度不変性の議論に基づいて小さい時間大域解,および,長時間解の存在を示した.Navier-Stokes方程式とKeller-Siegel方程式系に応用し,初期値問題の大域適切性を考察した.また関数解析でよく知られているcompensated compactnessの補題を境界のある領域上で定義された一般の変数係数一階偏微分作用素とStokesの積分公式によって自然に定まるトレース作用素に拡張することに成功した.さらに,同様な補題が境界のあるコンパクトなRiemann多様体上の微分形式に対しても一般化可能であることを明らかにした.一般化された流量条件下における定常Navier-Stokes方程式の大きな弱解の安定性について考察した.3次元の内部領域における定常解が安定であるための必要十分条件は,その定常解を低階の項にもつ摂動Stokes作用素の固有値の実部がすべて正であることが古くから知られている(Sattinger).しかし,与えられた境界値や外力の条件によって対応する定常解の安定性を論じた結果は少ない.本研究では,多重連結領域において与えられた境界値がLeray-Fujitaの不等式を満たし,不等式を実現する境界値のソレノイダル拡張ベクトル場に定常解がL3-ノルムの位相で十分近いならば,安定であることを示した.ここで重要なことは,定常解自身は小さい必要なことである.応用として2次元の剛体運動,3次元調和ベクトル場の境界への制限によって決まる定常流は,指数漸近安定であることが明らかになった.更に回転座系におけるNavier-Stokes方程式の周期解の存在とその漸近安定性を明らかにした.

3次元Euclid空間において鉛直方向の座長軸が回転するとき,周期的な外力を与えたならば同じ周期をもつ強解が存在するか?という問題に取り組んだ.実際,周期的な外力が十分小さいならば,同じ周期を持った強解が存在することを証明した.またそのような周期的強解は小さな初期擾乱に対して時間漸近安定であることを示した.流体力学の基礎方程式は加速度が速度場に関する時間微分ということから,流れ場に沿う微分というラグランジェの考え方によれば,本質的に非線形偏微分方程式である.数ある非線形偏微分方程式の中で,ナビエ・ストークス方程式の数理解析は,現代解学の中心的なテーマと言える.本研究の数学解析研究班では,偏微分方程式論の基本的な課題である解の存在,一意性,データに対する連続依存性といった適切性から出発し,時間漸近挙動に代表される安定性について世界をリードする成果を挙げていると言えよう.1.非定常および定常Navier-Stokes方程式の調和解析学的研究:3次元空間内の有限個の閉曲面で囲まれる多重連結領域における定常Navier-Stokes方程式の非斉次境界値問題に対して,可解性と安定性について論じた.特に与えられた境界値が一般化された流量条件を満たす場合に考察し,領域の調和ベクトル場に関係するある変分不等式を満たせば可解であることを証明した.この結果は,Leray-Fujitaの不等式による既存の存在定理をすべて含むものである.安定性に関しては,主流が剛体からの摂動であれば,大きな流れであっても漸近安定であることを示した.また,境界がコンパクトではい一般の非有界領域において通常のLp-空間とは異なる新たな\tilde Lp-空間を導入し,Helmholtz分解の一般化とStokes方程式の最大正則性定理を確立した.応用として,任意のL2-初期データに対して強エネルギー不等式をみたす乱流解を構成した.2.非圧縮性粘性流体中における走化性方程式系の適切性の研究:n次元ユークリッド空間Rnにおいて,Keller-Segel方程式系とNavier-Stokes方程式の双方が混合した場合について考察し,小さな初期データに対して時間大域的軟解の存在,一意性およびその時間無限大における漸近挙動を証明した.解のクラスとしては,スケール不変な函数空間におけるものであり,特に弱Lp-空間が基礎となっている.応用として,斉次函数である初期データに対する自己相似解の存在が得られた.3.流体力学の基礎方程式の研究に関する最近の動向のまとめ:Navier-Stokes方程式とEuler方程式におよびそれらの関連分野に関する研究をまとめた.計算流体力学研究班の手法で簡単化された乱流モデルの構築,小さなスケールの流れの解析がかなりの精度で実現された.数学解析研究班の手法により,大きなスケールの乱流の普遍原理の確立がなされ「流れの数理」に成果をもたらした.「ナビエ・ストークス方程式大きなデータに対する時間大域的適切性」について,部分的ではあるが本質的な進歩が得られた.特に非線形偏微分方程式の手法を用いて大きなデータの解析が実行され,大きなレイノルズ数を扱うことがある程度可能となった.本研究により,乱流の解明に迫る現代解析学と計算科学の手法による「流体数学理論」が構築されつつある.流体力学の基礎方程式は加速度が速度場に関する時間微分ということから,流れ場に沿う微分というラグランジェの考え方によれば,本質的に非線形偏微分方程式である.
13トリソミー症候群における繊毛病発症機構の解明

13トリソミー症候群は、脳と心臓の発生異常に特徴づけられる13番染色体の重複による先天奇形症候群である。本疾患は繊毛病症状を高頻度に合併しており、新たな繊毛病の一つであることが示唆される。本研究では、13トリソミー症候群における繊毛病発症の分子機序を明らかにするためにヒト13番染色体上に位置する繊毛抑制遺伝子を探索を行い、その候補として小胞輸送関連分子などを同定した。一次繊毛は細胞表面に1本の毛様に発達する微小管性の突起構造であり、個体発生に必要な細胞外シグナルを受容するセンサーとして機能する。13トリソミー症候群(Patau症候群)は脳・心奇形に加えて、繊毛病を特徴づける多発性腎嚢胞、多指症、内臓逆位を合併しており、13番染色体上の繊毛抑制遺伝子のコピー数増加が原因であることが示唆される。本研究では、ゲノム編集法、染色体工学、細胞生物学的解析を駆使して13トリソミー症候群に見られる繊毛病の病因と病態を解明することを目的としている。平成27年度には、3例の13トリソミー症候群患者の皮膚線維芽細胞を入手して、繊毛マーカーArl13bおよび中心体マーカーγ-チューブリン抗体を用いた免疫染色を行い、繊毛構造の形態学的観察を行った。その結果、健常者細胞に比べて、13トリソミー症候群患者細胞では有意に繊毛形成率が低下していることが明らかになった。また、3例中2例で繊毛関連シグナルであるソニックヘッジホッグシグナルが有意に障害されていることを、ソニックヘッジホッグ応答遺伝子であるGli1の定量的RT-PCR法により明らかにした。なお、ソニックヘッジホッグシグナル経路の活性化受容体であるSmoothendの繊毛への局在化は患者細胞で障害されていないことを免疫染色実験より確認した。これらの結果から、13トリソミー症候群は、細胞レベルでも繊毛病の一つであることが示された。繊毛病発症の原因遺伝子を探索する上での、細胞レベルでの表現型指標を定める上で、患者細胞の形態学的特性を理解することは必須のステップである。平成27年度には、13トリソミー症候群患者細胞で繊毛形成率が低下することが明らかになった。この結果は、13トリソミー症候群が繊毛機能の異常ではなく、繊毛形成そのものが障害されているために発症することを示唆している。このように、次年度以降の原因遺伝子探索のために重要な患者細胞の形態学的情報を平成27年度に得ることができた。また、13トリソミー症候群のように病因病態が不明な繊毛病の一つであるPCS症候群についての総説をOncotarget誌に投稿、受理された。一次繊毛は、G0期の中心体を起点として細胞表面に形成される微小管性の細胞小器官であり、sonic hedgehog(Shh)やWntシグナルなどの形態形成を担う発生シグナルを受容する。繊毛形成遺伝子の先天的欠損により、多発性腎嚢胞や多指症に特徴づけられる一連の繊毛病が発症する。近年、生理的に繊毛形成を抑制して細胞周期進行を担う分子群の存在が報告されている。しかし、繊毛形成遺伝子に比べて繊毛抑制遺伝子が原因となる繊毛病の研究は大きく遅れている。13トリソミー症候群(Patau症候群)は脳・心奇形に加えて、繊毛病を特徴づける多発性腎嚢胞、多指症、内臓逆位を合併しており、色体上の繊毛抑制遺伝子のコピー数増加が原因であることが示唆される。本研究では、ゲノム編集法、染色体工学、細胞生物学的解析を駆使して、13番染色体より繊毛病発症の原因遺伝子を同定することを研究目的としている。平成28年度は、部分的な13トリソミーを示すpartial 13トリソミー症候群患者の臨床症状とトリソミー領域を比較して、繊毛病感受性領域7Mbを絞り込んだ。本領域の存在する36遺伝子から繊毛形成抑制活性をもつ遺伝子の探索をsiRNAライブラリーを用いて試みた。繊毛形成細胞にsiRNAを導入して、血清存在下でも有意な繊毛形成を示す遺伝子を探索した結果、3遺伝子が繊毛抑制効果をもつことが明らかになった。これらの結果から、13トリソミー症候群における繊毛病発症を担う分子基盤の一部が明らかになった。平成28年度は、13トリソミー症候群の繊毛病感受性領域7Mbを絞り込み、本領域の存在する36遺伝子から繊毛形成抑制活性をもつ遺伝子の探索を行った。その結果、繊毛病発症の候補遺伝子として3遺伝子を見いだした。この結果は、13トリソミー症候群の繊毛病発症の分子基盤の一つとして捉えることができる。また、13トリソミー症候群患者で見られる内臓逆位における繊毛機能不全が、脊椎動物の祖先型である棘皮動物でも現れることを共著論文としてGenes to Cells誌に報告した。

13トリソミー症候群は、脳と心臓の発生異常に特徴づけられる13番染色体の重複による先天奇形症候群である。本疾患は繊毛病症状を高頻度に合併しており、新たな繊毛病のひとつであることが臨床的には示唆される。本研究では13トリソミー症候群患者細胞の免疫染色の結果、繊毛形成の低下が確認されたことから、13番染色体上の繊毛抑制遺伝子のコピー数増加が原因であることが予想された。そこで、本研究では、13トリソミー症候群の繊毛病発症を担う原因遺伝子を探索・同定することを研究目的として実施した。部分的な13トリソミーをもつpartial13トリソミー症候群の臨床症状とアレイCGH法で同定したトリソミー領域との相関関係を先行研究文献を収集・比較することにより、繊毛病発症感受性領域7Mbを抽出した。本領域には36遺伝子が存在していたため、各遺伝子に対して3箇所のsiRNAを設計してミニsiRNAライブラリーを構築した。網膜色素上皮細胞株hTERT-RPE1細胞に本siRNAライブラリーを導入して、血清存在下での繊毛形成率を計測した結果、小胞輸送制御因子とミトコンドリア遺伝子の2遺伝子が繊毛抑制遺伝子の候補として同定された。本研究により、13トリソミー症候群の繊毛病発症の分子機構の解明のための分子基盤が整備された。本疾患は繊毛病症状を高頻度に合併しており、新たな繊毛病の一つであることが示唆される。本研究では、13トリソミー症候群における繊毛病発症の分子機序を明らかにするためにヒト13番染色体上に位置する繊毛抑制遺伝子を探索を行い、その候補として小胞輸送関連分子などを同定した。次年度には、13トリソミー症候群患者細胞の遺伝子発現をRNA seq法を用いて解析する。13番染色体遺伝子のうち、健常者細胞よりも高い発現を示す遺伝子を抽出することで、13トリソミー症候群繊毛病原因遺伝子候補を探索する予定である。次年度には、平成28年度に同定した3候補遺伝子について、患者細胞での発現量解析に加えて、gain of function解析をを行って、真の繊毛病発症遺伝子の同定を行う予定である。人類遺伝学平成27年度は、主に患者細胞の形態学的解析を行った。当初、計上していた研究試薬を購入せずに、当該年度の目標に到達することができたため。平28年度は、繊毛形成抑制能をもつ遺伝子探索を行った。当初、計上していた消耗品費よりも少ない経費で、当該年度の研究目標を到達できたため。平成28年度には、繊毛抑制遺伝子探索を計画している。具体的にはRNA seq法やゲノム編集法を用いた遺伝子発現亢進及び抑制を計画しており、これらの解析には高価な消耗品費が必要になる。平成28年度の当初予算に、平成27年度からの繰越額を加えて、これらの研究を遂行する予定である。平成29年度には、繊毛形成遺伝子の機能解析を計画している。具体的には、各遺伝子の抗体作製やゲノム編集法を用いた遺伝子発現亢進および抑制、遺伝子破壊を計画しており、これらの解析には高価な試薬購入が考えられる。平成29年度当初配分額に、平成28年度からの繰越額を加えて、これらの研究を実施する予定である。
ヒトゲノム機能解析のためのsiRNAライブラリの構築とRNAi関連遺伝子の探索

ヒトをはじめとする様々な哺乳類ゲノムプロジェクトの進行により哺乳類の遺伝情報を担うおおよその遺伝子が特定され、ゲノム研究は、その構造解析から機能解析に焦点が移ってきたと言える。本研究では、ヒトを含む哺乳類の網羅的ゲノム機能解明のためのRNAi関連技術を開発し、siRNAミニライブラリを構築して、RNAi関連遺伝子群のスクリーニングを行った。我々は、RNAi効果の高いsiRNA配列の選択法を確立しており、(1)ガイド鎖の5'末端がAまたはUであり、(2)パッセンジャー鎖の5'末端がGまたはCであり、(3)アンチセンス鎖の5'領域にAまたはUが多く、(4)長いGCの連続配列がないsiRNAはRNAi効果が高いことを報告している。DNAベクターからsiRNAを発現させる場合、既存のベクター(RNA polymerase IIIプロモータ型)では、ベクターの特性にあったsiRNA配列でなければならないため、選択できる配列が限られる。このような問題を解決するため、RNA polymerase IIプロモータを用いたベクター系を構築した。さらに、Dicerによる2本鎖RNAの切断パター一ンをin vitroで解析した結果、長い2本鎖RNAは、Dicerによって、最終的には21または22bpのsiRNAに切断されることがわかった。我々は、21bpのsiRNAに関しては、RNAi効果の高いsiRNAの配列規則性を提唱していたが、この結果を踏まえて、22bpのsiRNAにおける効く配列規則性の検討を行い、高い確率で有効である配列の規則性を報告した。さらに、2種のsiRNAを直列に繋いだ2本鎖RNAによって、ダブルノックダウンが可能であることを示した。ヒト、マウスの転写因子、アポトーシス関連遺伝子、ミトコンドリア遺伝子、核酸結合遺伝子などのミニライブラリを作製して、マウスEmbryonic stem(ES)細胞、ヒトHeLa細胞でのスクリーニングを行い、これらに関連する遺伝子群の候補を同定した。ヒトゲノム計画をはじめとした様々な哺乳類ゲノム計画により哺乳類の遺伝情報を担っているおおよその遺伝子が特定できるようになり、ゲノムあるいは遺伝子の研究は、その構造解析から機能解析に焦点が移ってきた。ここでの目的は、ヒトを含むほ乳類のゲノム機能解明のためのRNA型あるいはDNA型siRNAライブラリのための、技術開発、ミニライブラリーの構築とスクリーニングを行うことである。siRNAの配列設計は、我々が既に開発し、ウェブサイト(siDirect)上に公開した、ノックダウン効率の極め高い手法に基づいて行った。まず、1)siRNAを細胞内で発現産生できるように、shRNAをconditionalに発現制御するためのpolIIプラスミドベクターを、Cre-loxP系およびtet系を用い構築した。これにより、任意の配列のshRNA発現を、onからoff、あるいはoffからonに自由に制御することが可能になった。このpolIIを用いた新システムは、shRNA配列に関して制限の大きかった従来のpolIIIを用いたシステムと同程度のRNAi効果を示した。2)ES細胞は、再生医療への応用を考えると最も重要な培養細胞といえる。実験的制約のため、ヒトの代わりにマウスES細胞とHeLa等のヒト細胞を用いて、転写制御因子・アポトーシス関連遺伝子、核のミトコンドリア遺伝子、約700遺伝子に対するsiRNA発現コンストラクトを作製しミニライブラリを作り、遺伝子機能を調べた。その結果、1)調べた転写制御因子の約半分がES細胞の分化あるいは形態の決定に関わっていること、および2)多数の核のミトコンドリア遺伝子が、アポトーシスの誘発に関わっていることが分かった。ゲノム科学研究の焦点は、その構造解析から機能解析へと移ってきた。RNAi法は迅速な網羅的遺伝子機能解析法として注目されている。

本研究では、ヒトを含む哺乳類の遺伝子機能解析のためのRNAi関連技術を開発し、siRNAミニライブラリを構築してスクリーニングを行なう。既に哺乳類において、効率よくRNAiを誘導するsiRNA配列設計用のウエブサイトを公開している。DNA型RNAiでは予定したsiRNAが細胞内で形成できない場合がある。そこでまず、昨年度報告したpol IIIに代わるpol IIに基づいた条件発現ベクターを開発し、pol III転写物の3'末端のオリゴUのばらつきの効果、RNA startの塩基preference、およびコード領域のAあるいはUストレッチ効果を回避できるようにした。また、shRNAのDicerによる切断パターンの決定に関するRNA配列部位の存在を示した。次にoff-targetを最小にするための実験と関連して、2種のsiRNAを直列に繋いだ2本鎖RNAによるRNAi効果を検討した。その結果、dsRNAの3'末端から、Dicer分解に関してin-frameで効率的siRNA配列が存在していると長いdsRNAでも有効なRNAiがおこることやダブルノックダウンができることが分かった。さらに、マウスの転写因子に対するDNA型ミニsiRNAライブラリを用いて、Embryonic Stem (ES)細胞の分化誘導に関わる遺伝子のスクリーニングを行なった。分化マーカー遺伝子のプロモータ領域をルシフェラーゼ遺伝子に繋いだレポーター遺伝子を作製し、ノックダウンすると、レポーター活性を増加させる遺伝子を探索した。その結果、少なくとも2つの新規候補遺伝子が見いだされた。ヒトをはじめとする様々な哺乳類ゲノムプロジェクトの進行により哺乳類の遺伝情報を担うおおよその遺伝子が特定され、ゲノム研究は、その構造解析から機能解析に焦点が移ってきたと言える。本研究での目的は、ヒトを含む哺乳類のゲノム機能解明のためのRNAi関連技術を開発し、siRNAミニライブラリを構築して、スクリーニングを行うことである。我々は、極めて商い効率で標的遺伝子を抑制することができる21bpのsiRNAの配列設計法を開発し、ウェブサイト(siDirect)上に公開している。DNAペクター型RNAiでは、stem-loop型のRNAが転写され、2本鎖RNA切断酵素(Dicer)による切断を受け成熱型siRNAとなる。しかし、Dicerの作用機序の解析から、細胞内では、必ずしも21bpのみではなく、22bpのsiRNAも成熟型として合成されることがわかった。そこで、我々は有効な22bpsiRNAでも、効率良くRNAiを誘導することが可能な配列規則性を明らかにした。さらに、化学修飾により非標的遺伝子に対するoff-target効果を減弱する可能性を検討した。
長寿社会に於ける高齢者生活・生命支援技術の開発

本研究ではこれからわが国の高齢者障害者の生活生命支援技術並びに介護者の介護支援技術全般について、1)生体機能代行補助技術、2)医療支援技術、3)生体計測技術、4)自立支援技術、5)介護支援技術、6)社会活動支援技術の6分野に分類して広く調査研究を行った。具体的には、医用工学、福祉工学、リハビリテーション工学に関連する工学系並びに医学系の専門家により構成される研究班を組織し、研究組織の会合を2回行い、わが国の現状解析の諸外国との比較・将来の課題についてまとめを行った。これにより、結論として以下のことが得られた。我が国が今後重点的に取り組むべき課題点としては、1)生命支援システムとしての低侵襲治療システム、健康管理システムの開発2)高齢者のQOLに適した自立生活支援システムの開発3)在宅において介護する家族(主に老いた妻と主婦)の負担を軽減する介助支援システムの開発4)上記システムの開発と実用化に必要な基本的新技術の先端工学による開発5)本分野のにおける先端工学の体系化の5点である。また、わが国の現状解析と諸外国との比較・将来の課題についてまとめた結果、それらの機器およびシステムの関しては、安価、小型、軽量、省エネルギー、低雑音、高信頼性などの条件が重要であることが明らかとなった。更に高齢者用機器技術の体系化と開発方策について、ソフトウエアとハードウエアの両面から検討した結果、機器の実用化を左右するソフトウエアの開発は、ハードウエア以上に重要であることを明確にした。以上を基礎とし、平成6年度発足重点領域を申請した。
微小管による植物細胞の形態形成機構の研究

本研究における主要な成果は以下の通りである。(1)孔辺細胞微小管が気孔開閉運動の制御要因のひとつになっていることを明らかにした。また微小管の日周変化と気孔開閉の日周運動は、並行関係にあるだけでなく、因果関係が存在する可能性を示した(Fukuda et al.1998)。(2)タバコ培養細胞BY-2の細胞同調系を用いて表層微小管再構築過程におけるアクチン繊維の役割について検討した。アクチン繊維を破壊すると表層微小管の再形成が異常になることから、表層微小管の再構築に関して重要な役割を担っていることを示した(Hasezawa et al.1998)。(3)高等植物細胞における微小管形成中心(MTOC)関連タンパク質の探索を行なうべく,in vitro微小管重合系の開発を試み,MTOCとの関連が示唆されているペプチド鎖伸長因子EF-1αの関与を明らかにした(Kumagai et al.1999)。(4)表層微小管がセルロース微繊維の沈着方向を決定する機構を明らかにすべく、タキソール処理したBY-2プロトプラストを用いて検討した。表層微小管がロゼットの動きを直接制御する可能性を示唆する結果を得た(Hasezawa & Nozaki 1999)。(5) GFP-tubulin遺伝子を発現するシロイヌナズナ形質転換体の懸濁培養細胞を作成し、G_2期終わりからG_1期の始めまで細胞分裂期を通した微小管の動態の観察に成功した(Hasezawa et al.2000)。表層微小管による植物細胞の形態形成・形態調節の制御機構を明らかにすべく、下記の2つの実験系(高度に同調化したタバコ培養細胞BY-2およびソラマメの孔辺細胞)を用いて研究を続けている。本年度(平成10年度)の研究実績については、以下の1)4)の通りである。1)ソラマメ孔辺細胞の表層微小管について詳細な観察を行なった。その結果、微小管のネットワークには明確な日周変化が認められ、気孔の開閉と密接な関係があることを初めて明らかにした(Fukuda et al.1998)。2)タバコ培養細胞BY-2では既にM/G_1境界期において、最初に核膜を起点とする微小管が細胞軸と平行に伸長し、その後に細胞板近傍より細胞軸に垂直な微小管が出現することを見出しているが、この過程におけるアクチン繊維の役割について検討し、その存在が表層微小管の正常な再構築に必須であることを示した(Hasezawa et al.1998)。3)表層微小管による細胞壁最内層のセルロース微繊維沈着の制御機構を検討する実験系として、BY-2細胞をタキソールで前処理して表層微小管の配向を固定した状態で細胞壁を除去したプロトプラストを作成し、セルロース微繊維を再形成させて各表層微小管との位置関係を蛍光顕微鏡および電子顕微鏡を用いて詳細に観察した。その結果、上記の制御機構について新しいモデルを提出した(平成10年度日本植物学会年会発表)。4)植物細胞のMTOCの機構を解明すべく、アスター形成能を持つ画分に含まれるEF-1α様の49kDaタンパク質とそのco-workerの機能解析を試みた。特に、49kDaタンパク質のMTOC能についてin vitro実験系での解析を行い、肯定的な結果を得た(Kumagai et al.in press)。また、MTOC能を示す上で必須な49kDaタンパク質のco-workerについては、アスター形成の中心となる粒子に含まれるタンパク質の主なものを選び、アミノ酸部分配列を決定した後に抗体作成を試みている。

また微小管の日周変化と気孔開閉の日周運動は、平行関係にあるだけでなく、因果関係が存在する可能性を示した(Fukuda et al.1998)。(2)タバコ培養細胞BY-2の細胞同調系を用いて表層微小管再構築過程におけるアクチン繊維の役割について検討した。アクチン繊維を破壊すると表層微小管の再形成が異常になることから、表層微小管の再構築に関して重要な役割を担っていることを示した(Hasezawa et al.1998)。(3)高等植物細胞における微小管形成中心(MTOC)関連タンパク質の探索を行なうべく、in vitro微小管重合系の開発を試み、MTOCとの関連が示唆されているペプチド鎖伸長因子EF-1αの関与を明らかにした(Kumagai et al.1999)。(4)表層微小管がセルロース微繊維の沈着方向を決定する機構を明らかにすべく、タキソール処理したBY-2プロトプラストを用いて検討した。表層微小管がロゼットの動きを直接制御する可能性を示唆する結果を得た(Hasezawa & Nozaki 1999)。(5)GFP-tubulin遺伝子を発現するシロイヌナズナ形質転換体の懸濁培養細胞を作成し、G_2期終わりからG_1期の始めまで細胞分裂期を通した微小管の動態の観察に成功した(Hasezawa et al.2000)。
Low Level Interactionによる知的メンタリング機能の基盤開発

本研究では知的教育システムに学習者のLow Level Interactionに基づくメンタリング機能を付加するための基盤研究を行った.その結果,学習課題遂行時における学習者の行動情報(マウス操作履歴,Webカメラから得られる学習者の姿勢)から心的状態を推定する手法,および学習者の視線の動きから学習者の心的状態を推定する方法も開発した.さらに,学習者の行動情報と心的状態の一般的な関係をオントロジーで記述した.本研究では知的教育システムに学習者のLow Level Interactionに基づくメンタリング機能を付加するための基盤研究を行った.その結果,学習課題遂行時における学習者の行動情報(マウス操作履歴,Webカメラから得られる学習者の姿勢)から心的状態を推定する手法,および学習者の視線の動きから学習者の心的状態を推定する方法も開発した.さらに,学習者の行動情報と心的状態の一般的な関係をオントロジーで記述した.本研究の目的は,Low-Level Interaction(LLI)情報を用いた知的メンタリングシステム実現のための技術的基盤を構築することにある.具体的には広義の学習支援システムにおいて学習者の理解状態,心理状態の両側面を推定する機能を実装し,適切な自動メンタリングを実現するために必要なモデルと技術基盤を開発する.本研究の中心的課題は,(1)LLI情報からの心理状態を推定するためのモデルの構築,(2)学習履歴とLLI情報との融合方式の開発,そして,(3)適切かつ適応的なメンタリング情報の生成手法の確立,の3点にある.また,本研究で開発するシステムにおいては「学習者は特別な器具を装着しない」ことも重要なコンセプトである.本研究は,実験的手法による実験フェーズとその結果を実装する実装フェーズに分けて研究を推進する.特に,平成22年度は(1)「推定モデル構築」に関する研究を重点的に行った.具体的には,PCに標準的に装備されている入力装置(マウス,キーボード,Webカメラ)から取得可能なLLI情報と心理状態の評価結果(印象評価)とを比較することにより心理状態推定モデルの構築を試みた(ニューラルネットワークを用いている).さらに,「学習者は特別な器具を装着しない」という開発コンセプトを実現するための基礎的な実験を行った.具体的にはEMR(視線追跡装置)を用いて,学習者の視線の動きと学習課題に対する確信度の関係を実験的に検討した.その結果,一般的な関係を導くまでには至っていないが,いくつかのルールとして命題化することができた.さらに,IR-Tagを用いた行動センシング情報の利用も実験的に検討した.併せて,様々な学習様態(問題解決,作問学習など),学習対象における学習者モデル(特に誤りのモデル),教授戦略モデルについても検討を行った.本研究の目的は,Low-Level Interaction(LLI)情報を用いた知的メンタリングシステム(Intelligent Mentoring System)実規のための技術的基盤を構築することにある.具体的には広義の学習支援システムにおいて学習者の理解状態,心理状態の両側面を推定する機能を実装し,適切な自動メンタリングを実現するために必要なモデルと技術基盤を開発する.本研究の中心的課題は,(1)LLI情報からの心理状態を推定するためのモデルの講築,(2)学習履歴とLLIとの融合方式の開発,(3)適切かつ適応的なメンタリング情報の生成手法の確立,の3点にある.また,本研究で開発するシステムにおいては「学習者は特別な器具を装着しない」ことを重要なコンセプトとしており,本研究の成果は「いつでも,どこでも,どのような環境でも実現可能」な高度な学習支援機能を具備したe-learningシステムの研究開発に大きく寄与するものと考えられる.これらを実現するために,平成22年度には(1)に関する研究を重点的に行った.これに続き平成23年度は(2)を重点的に行った.具体的には,(a)計算機に標準的に装備されている入力デバイス(マウス,キーボード,Webカメラ)と(b)各種センサー(EMR(視線運動記録装置),モーションキャプチャシステム、力覚デバイス)を用いた実験により取得可能なLLI情報の検討と心理状態の評価結果との比較・分析によりモデルの構築を試みた.特に,「学習者は特別な器具を装着しなし」という開発コンセプトを実現するために,(b)で得られるLLI情報を(a)で得られる情報で近似することを試みた.一般的な関係の構築までには至っていないが,視線情報,マウスの移動速度,顔の動き(前後)と学習者の感じる行き詰まり感や,解答時の確信度が予測できる可能性が示唆された.本研究の目的は,Low-Level Interaction(LLI)を用いた知的メンタリングシステム(IMS:Intelligent Mentoring System)実現のための技術的基盤を構築することにある.具体的には広義の学習支援システム(e-learningを含む)において学習者の理解状態,心理状態の両側面を推定する機能を実装し,適切な自動メンタリングを実現するために必要なモデルと技術基盤を開発する.本研究の中心的課題は,(1)LLIからの心理状態を推定するためのモデルの構築,(2)学習履歴とLLIとの融合方式の開発,そして,(3)適切かつ適応的なメンタリング情報の生成手法の確立,の3点にある.また,本研究で開発するシステムにおいては「学習者は特別な器具を装着しない」ことを重要なコンセプトとしており,本研究の成果は「いつでも,どこでも,どのような環境でも実現可能」な高度な学習支援機能を具備したe-learningシステムの研究開発に大きく寄与することを目標としている.

これらを実現するために,各種センサーを用いた実験により取得可能なLLIリソースの検討と心理状態の評価結果との比較・分析によりモデルの構築を行った.具体的な成果としては,マウス,キーボードから得られる情報のみを用いて,学習者の行き詰まり状態(困惑度)を推定するモデルの構築とシステム実装を行った.さらに,視線計測装置から得られた情報をマウス操作から得られた情報で近似することにより,マウスから得られる情報のみで,視線計測装置によって得られる情報と同等に学習社の推定が行える可能性を確認した.そして,各種デバイスから得られる情報と学習者の心的状態との汎用的な関係をオントロジーで記述・整理を行った,これらの成果はIMSの研究開発の基盤研究として位置づけられる.なお,具体的なIMSの構築は継続して研究開発を行う.平成23年度は,(a)計算機に標準的に装備されている入力デバイスからの情報と,(b)各種センサーを用いた実験により取得可能なLLI情報の検討と心理状態の近似的な関係構築を試みた.当初予定では,これらの結果から学習者の心的状態の推定メカニズム(モデル)を実装し,モデルの妥当性の評価実験を行う予定であったが,各実験における実験環境や実験条件の整備に蒔間を要し,モデルの構築にとどまってしまった.24年度が最終年度であるため、記入しない。2年目までに,知的メンタリング機能を実現するためのモデルを構築し,それをシステムとして実装する予定であった.しかしながら,各種センサーからの精度の高いデータを取得するための実験環境の構築が難しく実装までには至っていない.したがって,最終年度も引き続き,実験とモデル化の精緻化を行う必要がある.その結果,知的メンタリング機能を実現するための汎用性の高いソフトウェアとしての提供までには至らない可能性がある.しかしながら,最終的には知的メンタリングシステムとして実装し評価実験まで行い,モデル,実装,評価の各段階において汎用性の高い知見として整理する予定であるため,研究計画に大幅な変更は予定していない.24年度が最終年度であるため、記入しない。
リアルタイムビジョン実現のためのHough変換アルゴリズムの最適設計に関する研究

本研究では、画像処理、画像理解における基本要素(プリミティブ)としての直線パターン、あるいは、それらの組合せで記述される複合図形パターンのリアルタイム抽出機構の実現を目的として研究を推進した。リアルタイムビジョンにおける基本的特徴抽出器としてHough変換を利用した。そして、直線検出の高速化アルゴリズムの開発、複合図形パターン特徴抽出機構の開発、リアルタイム処理機構の実験的検討、線分発見のメタ機構の検討、動画像環境への適用評価実験、の観点から実験・評価を行い、以下の成果を得た。高速化・リアルタイム処理のために、画像全体を直線検出対象とするのではなく、部分領域のHough変換結果を複合的に処理することにより、全体としての計算コスト削減を図った。また、パラメータ空間の分割数と精度、ならびに、処理速度の観点から、最適設計手順構築を図った。特徴抽出機構の拡張の観点からは、これまでに蓄積してきた種々の理論的な画像特徴抽出アルゴリズムを、実利用的な面から実現可能性を検討した。線分発見のためのメタ処理としては、中心視・周辺視といったヒトの視覚機能モデルを取り入れ、確度の高い部分情報をもとに大局的パターン検出を行うメタ処理機能を直線検出アルゴリズムに組み込んだ。また、直線の表現形式についても検討を行い、線分抽出の確度を高めるための離散的線分記述法について検討した。そして、これらの手法とアルゴリズムをソフトウェア的に評価・実験した。最後に、リアルタイムビジョンの実利用性を評価するために、動画像処理への適用可能性についても検討した。提案手法の有効性を確認するために、複数の自律ロボット(サッカーロボットを想定)の視覚機能の一部として実装し、動画像処理環境下で実践的な評価方法の検討を行った。画像処理、画像理解における基本要素(プリミティブ)としての直線パターン、あるいは、それらの組合せで記述される複合図形パターンのリアルタイム抽出機構の実現を目的として、本研究では当初の研究計画に沿って以下の研究を行った。(1)高速化アルゴリズムの開発Hough変換を利用する際には、投票プロセスを必要とするため膨大な計算量となり、これがリアルタイム化の障壁となっていたが、本研究では、画像全体を直線検出対象とするのではなく、部分領域のHough変換結果を複合的に処理することにより、全体としての計算コスト削減を図った。また、パラメータ空間の分割数と精度の関係を明らかにし、処理速度の観点から最適化を与える指標を得た。(2)特徴抽出機構の拡張蓄積してきた要素図形の画像特徴抽出アルゴリズムをもとに、それらの組合せで構成されるパターンをHough変換平面上から抽出する方法について検討した。(3)線分発見メタ処理機構の開発中心視・周辺視といったヒトの視覚機能モデルを取り入れ、確度の高い部分情報をもとに大局的パターン検出を行うメタ処理機能の検討を行った。また、直線の表現形式について検討し、パターン平面上に存在しうる全ての直線パターン記述法について検討を行った。