hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
浮遊溶融凝固における準安定相創製クライテリオンの実験的検証

この点に関して,近年Luの一部をScで置換することによるh-LnFeO3の安定化が報告されている.平成28年度はこの手法(Sc置換)をTmFeO3に適用することにより,Tmの30-40%をScに置換した試料においてh-LnFeO3が安定になるという結果を得た.したがって平成29年度はSc置換を他のLnFeO3に拡張することにより,h-LnFeO3が得られる範囲を明らかにし併せてLnFeO3-ScFeO3の準安定擬二元状態図の作製を企図した.その結果,h-LnFeO3はLnのイオン半径が大きくなるに伴い,生成範囲が縮小し,DyFeO3では生成されないこと,さらに,h-LnFeO3の生成範囲が狭くなるHoFeO3以降ではSc置換量が6080%においてGarnet相が出現すること等が分かった.一方LnFeO3の核生成温度とイオン半径の関係を調べたところ,h-LnFeO3が生成するLuからGdまではイオン半径の増大に伴い核生成温度は線形に低下するが,h-LnFeO3が生成されない(o-LnFeO3の生成が優先する)SmからLaまではイオン半径の増大と共に核生成温度は増加し,両者はEuFeO3で交わることが分かった.すなわちh-LnFeO3生成の可否はLnのイオン半径(すなわちTolerance factor)によって決まることが分かった.“研究実績の概要"項で述べたTmFeO3についての実験結果は既にMaterials Transactionに発表しており,他のLnFeO3(Ln: Lu, Yb, Er, Ho等の重希土類イオン)についても実験をまとめる段階にさしかかっていることから,おおむね順調に進展しているといえる.代表者は,LnFeO3(h-LnFeO3, Ln:希土類元素)において過冷却融液からの凝固により準安定六方晶LnFeO3(h-LnFeO3)が生成されることを初めて報告し,Ln, Fe, Oのイオン半径の関係からh-LnFeO3が得られる条件としてTolerance factor(t)<0.87を提唱した.この条件を満たすLnは, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luの8元素であり,実際,これらの元素ではh-LnFeO3の生成が観察される.ただし,室温まで凍結されるのはt=0.84のLuFeO3のみであり,他のLnでは冷却中に安定相である斜方晶に変態することも明らかにした.すなわち室温においてh-LnFeO3を得るには,t<0.84が必要であることも分かった.さらに,同様の幾何学的考察からh-LnFeO3が得られるtの下限値として0.82を導いた.本研究ではこの仮説の妥当性を証明すべく,Ln一部をLuよりもイオン半径の小さいScに置換することにより,見かけのtを減少させた試料についてガス浮遊炉による無容器過冷却凝固実験を行った.結果は,Ln(1-x)ScxFeO3についてxを0.1刻みで調べたところ.Luでは0<x<0.5の範囲で,Ybでは0.2<x<0.5の範囲で,Tmでは0.3<x<0.5の範囲で,そしてErではx=0.45に調整した試料においてのみh-LnFeO3相が凍結された.Scのイオン半径Scrを91pmとし,Lnサイトの平均イオン半径を(1-x)Lnr+xScrとしてtを計算すると,LuFeO3においてh-LnFeO3が凍結されるxの上限値0.5の試料ではtは0.82となり,予測と符合する結果となった.同様にYb,Tm,Erでにおいてもそれぞれ0.82,0.82,0.83となり上述の幾何学的考察に基づいた仮説の妥当性が明らかとなった.“概要"項で述べたTmFeO3についての実験結果は近日中に論文投稿をする予定であり,引き続き他のLnFeO3(Ln: Lu, Yb, Er, Ho等の重希土類イオン)についてSc置換についての実験を進め,本研究のそもそもの目的である準安定相(h-LnFeO3)の生成に関する幾何学的条件(Ln3+,Sc3+.Fe3+,O2-等のイオン半径の組み合わせにより,立方晶のBixbyite,Garnet斜方晶のPerovskiteの斜方晶,六方晶の準安定相が生成されるための幾何学的条件)を明らかにすることを計画している.“研究実績の概要
二次元有機－無機ハイブリッド複合体空間を用いた新規結晶化法

本研究では,化学材料を用いたタンパク質の結晶核形成を促進する新規技術を開発するために,規則的な機能性有機ー無機ハイブリッド複合体を持つ二次元分子材料にペプチドを固定することに成功し,さらに固定したペプチドにターゲットタンパク質をリンクさせることで,タンパク質結晶核形成を促進する新規技術の開発を行った.その材料を用いて,モデルタンパク質Trypsin,および新規タンパク質(リボソームの生合成に関与するRpf2-Rrs1複合体)の結晶化を試み,この方法の可能性を検討し,更なる新規材料を開発するための手係りを見つけた.タンパク質X線結晶構造解析は原子レベルで生命現象を解明するための圧倒的に優れた手法であるが,適用するためには良質の結晶が必要であり,「結晶化過程」が越えなければならない大きな壁として立ちはだかっている.現在でも,解析に適した高品質の結晶を得るための方法論は確立しておらず,結晶化試薬や,結晶の成長環境の網羅的な探索による偶然的な方法に依存しているのが現状である.そのため,多数の,原子レベルで説明されるべき生命現象や,魅力的な創薬ターゲットタンパク質が,単に結晶作成が困難であるという理由で放置されているのが現状である.本研究では,規則的な機能性有機ー無機ハイブリッド複合体を持つ二次元分子材料にターゲットタンパク質をリンクすることによってタンパク質結晶核形成を促進するための技術を確立し,これを利用した全く新しいタンパク質結晶化法の開発を行う.平成25年度は,CPAPhSを利用した結晶化を新規タンパク質の結晶化に適用した.その新規タンパク質は真核生物リボソームの生合成における5S rRNP複合体を形成するトランス因子Rpf2とRrs1の複合体(Rpf2-Rrs1)である.モデルタンパク質の結晶化と同様に,海外研究協力者が合成していた規則的な二次元分子材料である機能性有機ー無機ハイブリッド複合体CPAPhSを,室温の条件でRpf2-Rrs1複合体とのリンク反応をさせ,結晶化用の種を作成した.その結晶化種を用いて結晶化のスクリーニングを行った結果,X線照射に適用できる結晶を20条件以上得ることができた.シンクロトロン放射光施設にて,約2.1Å分解能の回折データを得ることができた.しかし,得られた結晶をSDS-PAGEによって確認したところ,分解されたタンパク質が検出された.タンパク質の分解状況を解析した結果,結晶化したRpf2とRrs1が断片化されたことが分かった.今後,構造解析を進めて,CPAPhSの影響を検討する.本研究では,化学材料を用いたタンパク質の結晶核形成を促進する新規技術を開発するために,規則的な機能性有機ー無機ハイブリッド複合体を持つ二次元分子材料にペプチドを固定することに成功し,さらに固定したペプチドにターゲットタンパク質をリンクさせることで,タンパク質結晶核形成を促進する新規技術の開発を行った.その材料を用いて,モデルタンパク質Trypsin,および新規タンパク質(リボソームの生合成に関与するRpf2-Rrs1複合体)の結晶化を試み,この方法の可能性を検討し,更なる新規材料を開発するための手係りを見つけた.蛋白質X線結晶構造解析は原子レベルで生命現象を解明するための圧倒的に優れた手法であるが,適用するためには良質の結晶が必要であり,「結晶化過程」が越えなければならない大きな壁として立ちはだかっている.現在でも,解析に適した高品質の結晶を得るための方法論は確立しておらず,結晶化試薬や,結晶の成長環境の網羅的な探索による偶然的な方法に依存しているのが現状である.そのため,多数の,原子レベルで説明されるべき生命現象や,魅力的な創薬ターゲット蛋白質が,単に結晶作成が困難であるという理由で放置されているのが現状である.本研究では,規則的な機能性有機ー無機ハイブリッド複合体を持つ二次元分子材料にターゲット蛋白質をリンクすることによって蛋白質結晶核形成を促進するための技術を確立し,これを利用した全く新しい蛋白質結晶化法の開発を行う.本年度では,開発を進めるために,室温条件で結晶化を試すモデル蛋白質として,室温条件で結晶化しやすい蛋白質LysozymeやMBPを避けて,結晶化しないTrypsinを選択し,二次元分子材料による結晶化方法を試みた.まず,外部研究協力者が合成していた規則的な二次元分子材料である機能性有機ー無機ハイブリッド複合体carboxylpropylamidephenylsilica(CPAPhS)を室温の条件でモデル蛋白質とリンク反応をさせ,結晶化用の種を作成した.その結晶化種を用いて結晶化のスクリーニング(96*4条件)を行った結果,初期結晶を得ることができ,その結晶化の再現性も確認できた.得られた結晶をIn-house X線回折装置を使って照射したところ,約3Å分解能の反射を得ることができた.このことから,CPAPhSが結晶化を促進する効果があると言え,CPAPhSの有用性が期待できる.タンパク質X線結晶構造解析は原子レベルで生命現象を解明するための圧倒的に優れた手法であるが,適用するためには良質の結晶が必要である.現在でも,解析に適した高品質の結晶を得るための方法論は確立しておらず,結晶化試薬や,結晶の成長環境の網羅的な探索による偶然的な方法に依存しているのが現状である.そのため,多数の,原子レベルで説明されるべき生命現象や,魅力的な創薬ターゲットタンパク質が,単に結晶作成が困難であるという理由で放置されているのが現状である.本研究では,規則的な機能性有機ー無機ハイブリッド複合体を持つ二次元分子材料にターゲットタンパク質をリンクすることによってタンパク質結晶核形成を促進するための技術を確立し,これを利用した全く新しいタンパク質結晶化法の開発を行う.

平成26年度にCPAPhSを利用して,室温で得られたTrypsinの結晶から測定したデータを用いて構造解析を行い,3.0Å分解能での構造解析に成功した.しかし,得られた構造には,活性部位に分解されたペプチドが結合している.それは,結晶化の原因であり,Trypsinの自己分解したものと考えられる.また,CPAPhSを利用して得られたRpf2-Rrs1複合体結晶を調べた結果,結晶中のRpf2とRrs1も断片化された.これらのことから,CPAPhSを用いた結晶化の処理過程には,タンパク質を分解させる要素があり,改良する必要がある.また,結晶中にRpf2とRrs1が断片化される原因を調べるため,Rpf2とRrs1について限定分解処理を行い,その結果,同様な断片化が起こることが分かった.このような情報を用いて,Rpf2とRrs1の断片を作り直し,結晶化を試みたが,3.0Å程度の分解能の結晶しか得られなかった.このことから,CPAPhSが結晶化の促進に何らかの効果があると考えられる.今後,CPAPhSの改良と,結晶化に対する影響を検討し,有用な材料を創製することが期待される.構造生物学,タンパク質結晶学本研究の目的は,規則的な機能性有機ー無機ハイブリッド複合体を持つ二次元分子材料CPAPhSにターゲット蛋白質を結合し,化学材料を用いたタンパク質結晶化の新規技術の開発である.平成25年度は,CPAPhSによりモデルと新規タンパク質の結晶を得ることができており,着実に研究を進めている.本研究の目的は,規則的な機能性有機ー無機ハイブリッド複合体を持つ二次元分子材料CPAPhSにターゲット蛋白質を結合し,化学材料を用いた蛋白質結晶化の新規技術の開発である.本年度では,CPAPhSによりモデル蛋白質の結晶を得ることができたので,CPAPhSの結晶化促進効果が示され,計画の通りに着実に研究を進めている.平成25年度までに得られたタンパク質の断片情報に基づいて,タンパク質のドメインを調製し,CPAPhSを用いた結晶化により,結晶化及び構造解析を行う.その結果から,CPAPhSを用いた結晶化法がタンパク質の安定性に,二次元分子空間材料がタンパク質の結晶化に及ぼす影響を検討する.その結果に応じて,二次元分子空間材料の改良を行う.本年度の研究から,CPAPhSのの結晶化促進効果が示されたので,今後,応用サンプルに適用することに集中し,良質な単結晶が得られた場合には,シンクロトロン放射光施設にてX線回折実験を行う.その際に,予備実験は,本研究室に既存のX線回折装置を用いて行う予定である.初期位相の計算は,PDBに登録されたモデル蛋白質の構造をサーチモデルとして,分子置換法によって行う.また,二次元分子空間材料と蛋白質の混合条件,結晶化条件を最適化し,二次元分子空間材料が蛋白質の結晶化に及ぼす影響を検討する.その結果に応じて,二次元分子空間材料の最適化を行う.例えば,ペプチドの長さや残基の種類,結晶化する際の材料とタンパク質の混合比などを再考する.
ＰＥＴを用いたアデノシン受容体とパーキンソン病の不随意運動の関係についての研究

アデノシンA1受容体(A1R)はドパミンD1受容体と、アデノシンA2A受容体(A2AR)はドパミンD2受容体と相反する作用を持つ。本研究では、未治療パーキンソン病(dPD)の安静時振戦と固縮に対する線条体ドパミントランスポータ(DAT)・ドパミンD2受容体(D2R)・A1R・A2ARの関与につき、11C-CFT・11C-RAC・11C-MPDX・11C-TMSX PETを用いて検討した。その結果、dPDの安静時振戦と固縮の重症度は、被殻後部でのDATの低下が関与していたが、A1R・A2AR・D2R密度は有意な関連を見いだせなかった。複数の神経系の代償が存在するため、一定の傾向が示されなかった。アデノシンA2A受容体はドパミンD2受容体と相反する作用がある。アデノシンA2A受容体拮抗薬はジスキネジア発現が少ない治療薬として期待され、本邦でも製造承認がおりた。東京都健康長寿医療センター研究所はアデノシンA2A受容体を画像化する放射性薬剤11C-TMSXを開発、世界に先駆け、ヒトでのアデノシンA2A受容体PETに成功している。これまで、未治療のパーキンソン病のアデノシンA2A受容体分布は健常者と有意な違いはなかったが、パーキンソニズムの左右差に着目すると重症側で低下していることを見いだした。これは、重症側で結合能が増加するドパミンD2受容体と逆の現象である。さらに抗パーキンソン病薬による治療開始後、被殻アデノシンA2A受容体分布容積が増加し始めることが明らかになった。本研究では、振戦やジスキネジアなど運動症状と被殻アデノシンA2A受容体分布を調べた。また、未治療例におけるアデノシンA1受容体の変化についても検討を開始した。パーキンソン病患者10例および老年健常者10例に11C-MPDX PETを行った。しかし、アデノシンA2A受容体で見られたような左右差はなかった。アデノシンA1受容体は直接路のドパミンD1受容体の調節などに関与するとされているが、アデノシンA2A受容体やドパミンD2受容体と比べると、ドパミン分泌低下に対するアデノシンA1受容体の代償は少ないのかもしれない。私たちは放射性薬剤11C-TMSXを開発、ヒトでのアデノシンA2A受容体PETに成功した。これまでの研究で、未治療のパーキンソン病(dPD)のアデノシンA2A受容体密度は健常者と有意差はないが、パーキンソニズムの左右差に着目すると重症側で低下していることを見いだした。さらに抗パーキンソン病薬による治療開始後、被殻アデノシンA2A受容体密度が増加することを明らかした。本研究では、運動症状と被殻アデノシンA2A受容体密度の関係を調べた。対象はdPD患者19例。10例に700MBqの11C-MPDX静注後無採血60分のダイナミックスキャンで行った。小脳を参照領域としたLogan法を用いて尾状核頭部(CN)・被殻前部(AP)および後部(PP)のMPDX結合能(DVR)を計算した。9例に11C-TMSX PETは無採血60分のダイナミックスキャンで行い、大脳皮質を参照領域としたLogan法を用いてDVRを計算した。11C-CFT PET・11C-RAC PETはスタティックスキャンで行い、CN・AP・PPのCFT・RAC集積係数(URI)=(関心領域ー小脳)/小脳を算出した。安静時振戦と固縮の評価は、UPDRSにおける片側上下肢の点数の合計を用いた。対応する片側UPDRSスコアとDVR・URIを回帰分析し、p<0.05を有意とした。その結果、PPにおけるCFTのURIは安静時振戦・固縮ともに有意な負の相関があったが、MPDX・TMSXのDVRとRACのURIは相関がなかった。dPDの安静時振戦と固縮の重症度は、PPでのDATの低下が関与していたが、D2RおよびA1AR・A2ARは有意な関連を見いだせなかった。被殻のA2ARとD2R、シグマ1受容体分布は非対称なドパミン減少を是正する方向で代償している。複数の神経系の代償が存在し、その関与の程度に個体差があるため、一定の傾向が示されなかったのかもしれない。

アデノシンA2A受容体はドパミンD2受容体と相反する作用がある。アデノシンA2A受容体拮抗薬は、ジスキネジア発現が少ない治療薬として期待されている。東京都老人総合研究所はアデノシンA2A受容体を画像化する放射性薬剤11C-TMSXを開発、世界に先駆け、ヒトでのアデノシンA2A受容体PETに成功している。これまで、未治療のパーキンソン病のアデノシンA2A受容体分布は健常者と有意な違いはなかったが、パーキンソニズムの左右差に着目すると重症側で低下していることを見いだした(業績19)。これは、重症側で結合能が増加するドパミンD2受容体と逆の現象である。さらに抗パーキンソン病薬による治療開始後、被殻アデノシンA2A受容体分布容積が増加し始めることが明らかになった。本研究では、振戦やジスキネジアなど運動症状と被殻アデノシンA2A受容体分布を調べた。パーキンソン病患者16例および老年健常者6例に11C-TMSX PETを行った。初期診断を確実にするため、パーキンソン病患者全例に11C-CFT PETを用いたドパミントランスポーターの測定、11C-raclopride PETを用いたドパミン受容体分布の測定を行った。11C-TMSX PETは60分のダイナミックスキャンを行った。症状の評価はUnified Parkinson's Disease Rating Scale(UPDRS)を用いた。症例を蓄積中である。また、未治療例におけるアデノシンA1受容体の変化についても検討を開始した。パーキンソン病患者10例および老年健常者10例に11C-MPDX PETを行った。これについては現在解析中、来年度の国際学会で発表予定である。症例の蓄積は予定通り進み、来年度には学会報告できる予定である。論文も来年度に完成させる予定である。症例の蓄積は予定通り進んでいる。震災の影響で、画像解析用ソフトウェアの新規導入が微妙であったが、予定額で支給されたので、解析にも支障なかった。当初の計画通り、検査データを蓄積し、来年度までにはデータ解析を終了し、成果を論文化する。当初の計画通り、検査データを蓄積し、次々年度までにはデータ解析を終了し、成果を論文化する。
金属クラスタ-ユニット多重化による新機能性分子空間の形成

金属クラスタ-を構成する金属原子数を分子設計的に増加させる為,RーC Co_3(CO)_9型化合物を基本クラスタ-として採用し,次の二つの方法を検討した。(1)遷移金属含有配位子を用いた金属原子数の増大(2)ーC Co_3(CO)_9ユニット複数個を,有機スペ-サ-,有機金属スペ-サ-に取り込むことによる金属クラスタ-ユニットの多重化まず(1)の方法としてdppfe(dppfe=1,1'ービス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン)とFc C Co_3(CO)_9(Fc=C C_5H_4)Fe(C_5H_5))の反応を検討した.両者はベンゼン中で加熱する事により容易に反応し,Fc C Co_3(CO)_7dppfe(1)を生成した。(1)は通常のRC Co_3(CO)_9に比べて構成金属原子数が2個増加したクラスタ-であり, ^<57>Feーメスバウア-スペクトルの測定から,Fc中のFeと,dppfe中のFeの電子状態に有意の差があることが判明した.次に(2)のアイデアとして,ーC Co_3(CO)_9を組み込む母体(スペ-サ-)としてフェロセン,ベンゼン環を検討した.Pー(Cl_3C)_2C_6H_4とCo(CO)_4^ーとをTHF中で反応させることにより(CO)_9Co_3C【chemical formula】C Co_3(CO)_9(2)を合成することに成功した.2は通常のRC Co_3(CO)_9と比較して異常な吸収スペクトルと,有機溶媒に対する難溶性を示し,スペ-サ-としてのフェニル基を介して二つのーC Co_3(CO)_9ユニット間に強い相互作用があることが示唆された。またフェロセンをスペ-サ-として用いる反応では{C_5H_4C(O)Cl}_2FeとH_2NC(O)C Co_3(CO)_9との反応により新化合物(3)が得られた.目下この3について同定を進めている。また新化合物2の単結晶X線構造解析も進行中である。以上の成果からも明らかなように,申請した研究課題は大きな成果を収めつつあり,今後の発展が十分期待できる.金属クラスタ-を構成する金属原子数を分子設計的に増加させる為,RーC Co_3(CO)_9型化合物を基本クラスタ-として採用し,次の二つの方法を検討した。以上の成果からも明らかなように,申請した研究課題は大きな成果を収めつつあり,今後の発展が十分期待できる.
近世領域国家における中心都市の形成

本研究の目的は,ヨーロッパ近世都市の生成過程とその諸特徴を明かにするところにある。何故なら,これまでの都市の歴史的研究は中世都市にのみ集中し,近代都市については無視してきたからである。そうした目的のため,さし当って本研究は現代ドイツ有数の大都市であるベルリンとミュンヘンをとりあげ,考察の対象とした。ベルリン,ミュンヘンともその起源を12/13世紀に遡るが,ともに市場町として発達し,商人,手工業者の急速な台頭がみられた。14世紀には相当な市民自治体制が形成され,とくにミュンヘンの場合,塩商人を中心とする市民自治が後世まで強く保持された。しかし,15世紀に入ると,領邦国家支配が強化され,領邦君主が両市政に介入し,ついにこれらを領邦都市へと転換させた。これ以後は国家による都市統制が貫徹されるが,とくにベルリンでは,18世紀プロイセン王国の成立とともに,増大する官僚層と軍隊,それらに補給を行う織物マニュファクチュアの出現によって,市街の様相,市民の生活様式は近代的それへと一変した。宮延や中央官庁の群集によって,都市に重厚な景観が与えられた点は,両都市とも共通している。このいわばベルリン型,ミュンヘン型ともいうべき近世都市の成長コースの型を他の近世領邦国家首府に当てはめてみると,ザクセン選帝候国のドレスデン,ヘッセン・カッセル方伯領のカッセルは前者に,ハノ-ヴァー選帝候国のハノ-ヴァー,ヴュルテンベルク大公国の首府シュトゥットガルトなどは後者に分類できる。それらはいずれも中性都市から近・現代都市への変貌過程を見事に示しているのである。本研究の目的は,近世領域国家の形成にともない,その中心都市がどのように創成されるのか,中世都市との関係はいかに,を解明するところいあり,対象はドイツを中心とするが,近世イギリス,さらに中国,近東のそれとも比較検討するところにあった。本年の成果は,領域中心都市の形成を概略明かにした。ドイツの場合,有力な領邦国家として北部のプロイセン王国,ザクセン,ヘッセン各大公国,南部のバイエルン大公国,ファルツ選帝侯,ヴェルテンベルク伯,バ-デン辺境伯領があげられるが,それらの首都としては,ベルリン,ドレスデン,カッセル,ミュンヘン,マンハイム,シュトットガルト,カ-ルスルーエなどが形成された。そのうちいくつかは,中世に遡る小集落に起源をもつものもあるが,多くは新規に市域が人工的に設定され,その市街路は格子状を呈するのが特徴である。その典型がマンハイム,カ-ルスルーエである。ベルリンは,1200年ごろ出現したシュプレー河両岸の小漁村ケルン,ベルリン2集落が起源であるが,ブランデンブルク辺境伯(アスカニア家)のもとで都市化が促進され,1307年両市区は併合され,ランゲンブリュッケによって結ばれた。15世紀半ば辺境伯となったツォレルン家はケルン区の北半分に宮殿を造営し,その西側に閲兵式用街路ウンター・デン・リンデン通りを設けた。この通りを中心として大ベルリン市が建設されたのは18世紀のことである。なお、共同研究者はそれぞれのテーマに沿って研究を発展させた。本研究は、中世都市と近・現代都市の中間的存在としての近世都市の特徴を摘出し、その過痩性を明らかにすることを目的とした。そのさい、近世ドイツ領邦国家の首府として成長し、現代ドイツ有数の大都市であるベルリンとミュンヘンを研究対象に選んだ。両都市の生成を考察してえた結論を摘記すれば以下の如くである。ベルリン、ミュンヘンともその起源を12/13世紀に遡るが、ともに市場町として発達し、商人、手工業者の急速な台頭がみられた。14世紀には相当な程度の市民自治体制が形成され、とくにミュンヘンの場合、塩商人を中心とする市民自治が近代に入るまで保持されるが、それはもっぱら都市領主支配の脆弱さに負うものであった。15世紀に入ると、領邦国家支配が強化され、領邦君主が両市政に介入し、ついにこれらを領邦都市へと転換させた。

これ以後は国家による都市統制が貫徹されるが、とくにベルリンでは、18世紀プロイセン王国の成立とともに、増大する官僚層と軍隊、それらに補給を行う織物マニュファクチュアの出現によって、市街の様相、市民の生活様式は近代的なそれへと一変した。宮廷や中央官庁の群集によって、都市に重厚な景観が与えられた点は、両都市とも共通している。このいわばベルリン型、ミュンヘン型ともいうべき近世都市の成長コースの型を他の近世領邦国家首府に当てはめてみると、ザクセン大公国のドレスデン、ヘッセン方伯領のカッセル前者に、ハノ-ヴァー〓定侯国のハノ-ヴァー、ヴュルテンベルク大公国のシュトゥットガルトなどは後者に分類でき、それらはいずれも中世都市から近・現代都市への変貌過程を見事に示しているのである。
生殖細胞および初期胚特異的に見られるセントロメア領域のDNA低メチル化について

多細胞生物において生殖細胞は未来永劫自身の遺伝情報を連続させることの出来る唯一の細胞であり、その点明らかに他の体細胞とは異なった役割を持つ。しかし、体細胞も生殖細胞も同じゲノム配列を持つことから、生殖細胞に見られる数々の特異性はゲノムのエピジェネティックな修飾によるところが大きいと考えるのが自然である。これがひいては生殖細胞特異的な遺伝子発現パターンを生み出し、細胞のアイデンティティを形成するのであろう。しかし、これまでに生殖細胞系列特異的なエピジェネティックな特徴は見出されていない。そこで申請者はマウス生殖細胞系列特異的なDNAメチル化パターンの探索を行った。マウス染色体セントロメア領域に存在するリピート配列のDNAメチル化状態について、ライブセルイメージングやサザンブロット分析、バイスルファイト分析を行ったところ、調べた限り全ての体細胞で高メチル化状態であったのに対し、雌雄始原生殖細胞から配偶子、受精を経て着床期の胚に至るまでの一連の生殖細胞系列においては常に低メチル化状態に保たれていた。着床後の胚で徐々にセントロメア領域に新規のメチル化が引き起こされ、体齢10.5日以降の始原生殖細胞において劇的に脱メチル化することが明らかとなった。セントロメア領域は全ゲノムの約3.5%を占める大規模な染色体領域であり、その領域の特異的な低メチル化状態が生殖細胞系列のアイデンティティーを規定する「エピジェネティックメモリー」として機能していると考えられた。一方、体細胞核で構築されたクローン胚では胚盤胞期に至るまでセントロメア領域が高メチル化状態(体細胞型)で保たれていたことから、この領域のリプログラミング不全がクローンで見られる発生異常の原因になっている可能性が考えられる。現在では生殖細胞の特異性はエピジェネティックなゲノム修飾による生殖細胞特異的遺伝子発現に起因すると考えられているが、それを生みだすような必要十分のエピジェネティックな特徴はこれまでに見出されていない。申請者はこれまでにマウスの減数分裂前精細胞から成熟精子、卵子から着床前初期胚に至るまでの核においてセントロメア領域に存在する大規模なリピート配列が体細胞のものと比べて顕著に低メチル化状態であることを見出した(論文未発表)。この結果から生殖細胞および未分化細胞におけるセントロメア領域の低メチル化がそのクロマチン構造に大きな変化をもたらし、結果的に生殖系列で見られる遺伝子の発現に何らかの影響を及ぼしている可能性が考えられる。そこでこの生殖細胞に見られるセントロメア領域のDNA低メチル化状態が生殖細胞の特異性にどのように関わっているのか?また、ひょっとするとそれこそが生殖細胞を規定するエピジェネティックメモリーとして機能している可能性があるのではないか?と考え研究を行っている。本年度は生殖細胞系譜中のさまざまな細胞にけるセントロメア領域のメチル化状態を解析した。その結果、始原生殖細胞ではE10.5からE13,5の生殖隆起に到達したあたりで大規模に脱メチル化されることがわかった。また、新生児精巣由来の生殖幹細胞についてもこの領域の低メチル化が確認されたことから、上記の仮説について俄然真実味が帯びてきたと考えている。
山村過疎地に住む中学生の“親元離れて元気に生きるプログラム"の考案

過疎地に住み、高校進学に際して実家を離れることを余儀なくされている中学生が自己を管理し健康を維持していけるための性教育プログラムの考案への示唆を得ることを目的としたアンケート調査を実施した。結果より得られた学生の特徴と教員の現状および地域の特性から、教員と家族、地域が連携して実施するプログラムに検討の価値があることが示唆された。20年度は、先行研究の文献検討、セクシュアリティ、思春期に関するセミナーおよび学会等への参加を通して、昨今の教育現場におけるセクシュアリティ教育の状況や、学生・教職者たちの性意識・性行動への理解を深めた。そこから、現状を反映した内容の質問紙を作成するに至った。21年度はこの質問紙を用いた調査を行う予定である。この調査により、対象地域中学生の性行動・性意識に関する実態や教職者のセクシュアリティ教育に対する意識および実施状況が、より正確に捉えられることが期待されると共に、調査結果は、子どもたちの行動変容に結びつく有効なセクシュアリティ教育について検討するための有益な指標となり得るものである。また、質問紙調査の実施対象中学校を管轄する教育委員会の承諾を得、各中学校校長に研究概要の説明と協力への依頼をし、実施に向けての調整を行った。その結果、21年度当初より、スムーズに調査を開始できる予定である。また、教育委員会担当者および、中学校校長との話し合いを通して、地域の特性、保護者や教職員のセクシュアリティ教育に対するとらえ方や実状を知ることができたことは、質問紙の作成や実施時期を検討するにあたり有益であった。21年度は、アンケート調査の実施、結果の分析をうけて、対象地域の特性に合った教育プログラムを考案する予定であり、20年度はその準備を過不足なく整えることができたと評価する。21年度は,前年度に作成した質問紙によるアンケート調査を実施した.過疎地であり,高校へ進学するために親元を離れることを余儀なくされている子どもたちが,性行動が活発化する高校生活を迎える前に,自己の心身を守る知識と手段を持つことの意義は大きい.本調査は子どもたちの行動変容に結びつく有効な指導方法を検討するための指標を得ることを目的とし,地域における中学生の性行動・性意識に関する実態および教職員の性教育に対する意識・実施状況を調査するものであった.対象は,過疎認定地域である10町村内にある公立中学校の内,学校長の承諾が得られた6校に通う学生と教職員で研究への同意が得られた者とした.回収率は学生173名;72.1%(女子92名;53.2%,男子79名;45.7%),教員45名;95.7%であった.学生の性行動に関する質問の結果では,デート経験率や初めてデートを経験した年齢の平均値等において,全国調査の結果と同様に性行動の低年齢化傾向が示されており,地域性によらない特徴が窺われた.性行動の活発化を促す要因の一つと考えられている社会的適応のあり方に関して,友人との会話や家族との会話の頻度を聞いた結果では,家族との会話がより多く交わされていることが表れており,家族による統制が強いことが考えられた.教員の結果においては,性教育実施者の約4割は実施時に困難感や戸惑いを感じており,望ましいと思う実施者には「専門的な知識を持っている」などの理由から養護教諭が最も多く選ばれた(27.8%).また,教員の半数以上は学校で実施されている性教育の内容や頻度,方法について十分と思わないと答えており,学校と地域,医療職が連携することの有用性が窺われた.家族間のコミュニケーションがよくとれているというこの地域の生活環境のもつ強みを活かし,家族を交えた性教育なども検討していく価値があることが示唆された.
全光学的論理回路素子の試作研究

全光学的に動作する光論理回路動作を実現するために、入力光強度に対して高低二つの光出力状態を有する光双安定素子を試作し、素子の動作実証を行うことを研究の目的としている。研究によって得られた成果を要約して以下に述べる。1.導波路形光双安定素子の設計光ファイバ通信に利用される波長領域で動作する素子を実現するために、直接遷移型半導体の光強度依存屈折率変化を調べ、材料のバンドギャップ波長と非線形屈折率係数ならびに非線形吸収係数の関係を明らかにした。さらに、これに基づいて波長1550nm帯で40mW程度のスイッチング光パワーで動作する双安定素子の設計を行い、その動作特性を明らかにした。2.導波路形光双安定素子の動作実証バンドギャップ波長1430nm近傍のInGaAsPを導波層に用い、分布反射形光帰還(DFB)構造を有する光双安定素子を試作した。波長1560nmの光を用いて動作実験を行い、バイアス光強度18mW、セットパルス28mW、リセットパルス12mWで双安定動作を示すことを実証した。ここで、透過光強度は、高透過率状態で3.4mW、低透過率状態で1.4mWである。また、スイッチング応答速度はサブナノ秒以下である。3.分布反射器装荷型非線形結合導波路の動作実証光論理素子を制御する信号光を生成するために、光制御型の光スイッチング素子を検討し、反射出力光を入力信号と分離して取り出すことのできる分布反射器装荷型非線形結合導波路を考案した。この素子は、従来の非線形方向性結合器に比べて、同じ材料で素子を形成した場合でもスイッチングに必要な光パワーが約1/10に低減できることを論理的検討によって明らかにした。さらに、バンドギャップ波長1430nm近傍のInGaAsPを導波層に用いてこの素子を試作し、1550nm波長において基本的な動作実証に成功した。全光学的に動作する光論理回路機能を実現するために、入力光強度に対して高低二つの光出力状態を有する光双安定素子を試作し、素子の動作実証を行うことを研究の目的としている。本年度の研究によって得られた成果を要約して以下に述べる。導波路形光双安定素子の設計双安定素子は、入力した光強度によって光共振器内部に屈折率変化を生ずることにによって動作する。高速応答が可能な光強度依存屈折率変化を得るために、ガラスマトリックス中に埋め込まれた半導体微結晶が示す三次非線形効果光学を利用することとし、この材料系の非線形屈折率係数ならびに吸収係数の関係を明らかにした。これに基づいて、双安定動作にとって最適なバンドギャップ等の材料定数を探索し、素子の設計を行った。また、分布反射器の結合係数を重み付けした“重み付けDFB構造"はon状態の透過率低下を防止するために有効であることを明らかにし、素子長1mmでon状態の透過率が0.6、スイッチon状態のしきい光パワー密度が0.3MW/cm^2という目標値をほぼ満足する素子を設計することができた。導波路型光双安定素子の製作プロセス確立半導体CdS_xSe_<1-x>ドープガラスを用いて双安定素子を製作するのに必要な各要素技術(イオン交換による光導波路形成、干渉露光とドライエッチングを用いた分布反射器用グレーティング形成)の最適製作条件を明らかにした。素子の特性測定系の整備熱効果による屈折率変化が動作に影響しないように短パルス光を用いて、光入出力特性を測定するための光学系を整備した。

全光学的に動作する光論理回路動作を実現するために,入力光強度に対して高低二つの光出力状態を有する光双安定素子を試作し、素子の動作実証を行うことを研究の目的としている。本年度の研究によって得られた成果を要約して以下に述べる。1.導波路形光双安定素子の設計光双安定素子は、入力した光強度によって光共振器内部に屈折率変化を生ずることによって動作する。光ファイバ通信に利用される波長領域で動作する素子を実現するために、直接遷移型半導体の光強度依存屈折率変化を調べ、材料のバンドギャップ波長と非線形屈折率係数ならびに非線形吸収係数の関係を明らかにした。これによって、動作光波長と用いる材料の関係を明確化することができた。さらにこの結果を基に、バンドギャップ波長1470nm近傍のInGaAsPを用いることによって、波長1550nm帯で40mW程度のスイッチング光パワーで動作する双安定素子の設計を行い、その動作特性を明らかにした。2.導波路型光双安定素子の製作プロセス確立III-V族化合物半導体を用いて双安定素子を製作するために必要な要素技術として、干渉露光によるマスク形成と反応性イオンエッチングを用いた分布反射器用グレーティング形成の最適製作条件を明らかにした。さらに、試作したInGaAsP/InP光導波路の伝搬損失を測定し、波長15301570nmで62dB/cm程度の低損失な光導波路が形成できることを明らかにした。これは、目的とする双安定素子の特性を実現できる、十分に小さい損失レベルである。全光学的に動作する光論理回路動作を実現するために、入力光強度に対して高低二つの光出力状態を有する光双安定素子を試作し、素子の動作実証を行うことを研究の目的としている。1.導波路形光双安定素子の動作実証光ファイバ通信に利用される波長領域で動作する素子を実現するために、バンドギャップ波長1430nm近傍のInGaAsPを導波層に用い、分布反射形光帰還(DFB)構造を有する光双安定素子を試作した。波長1560nmの光を用いて動作実験を行い、バイアス光強度18mW,セットパルス28mW、リセットパルス12mWで双安定動作を示すことを実証した。ここで、透過光強度は、高透過率状態で3.4mW、低透過率状態で1.4mWである。また、スイッチング応答速度はサブナノ秒以下である。2.分布反射器装荷型非線形結合導波路の動作実証光論理素子を制御する信号光を生成するために、光制御型の光スイッチング素子を検討し、反射出力光を入力信号と分離して取り出すことのできる分布反射器装荷型非線形結合導波路を考案した。また、この素子は、従来の非線形方向性結合器に比べて、同じ材料で素子を形成した場合でもスイッチングに必要な光パワーが約1/10に低減できることを理論的検討によって明らかにした。さらに、バンドギャップ波長1430nm近傍のInGaAsPを導波層に用いてこの素子を試作し、1550nm波長において基本的な動作実証に成功した。
CAD/CAMテクノロジーで製作したジルコニア部分床義歯の開発と臨床評価

2年間の研究期間で約半数のジルコニアデンチャーに破折を生じた.当初の予測通り,ジルコニアクラスプの破折リスクは高いことが明らかとなり,熱可塑性樹脂とのコンビネーションが推奨される.上記を踏まえ,フレームワークはナノジルコニア,クラスプ部には熱可塑性樹脂を用いたジルコニアデンチャーをデジタル製作することに成功した.義歯装着前後ではOHIPならびに義歯満足度に改善を認め,治療の有効性が示唆された.平成27年度において,ジルコニア総義歯(上顎)を6床製作,熱可塑性樹脂クラスプを併用した部分床義歯を4床,合計で10床のジルコニア義歯を製作しており,随時臨床評価を行っている.これは当初の研究計画よりはやや少ない症例数であるが,現在製作中のものもあり,概ね計画通りに進行している.また,ジルコニアフレームの製作に関して必要なCADソフトのライセンス更新料など,有効に科研費を使用できている.ジルコニア義歯(総義歯)の臨床評価は,当講座大学院(現助教)の西山弘崇が論文を執筆し,現在The International Journal of Prosthodonticsに投稿中である.補綴学分野において高いインパクトファクターを有する国際学術誌であり,この研究は,有床義歯フレームワークとしてのナノジルコニアの有用性を示すものであり,今後の熱可塑性樹脂クラスプと併用したジルコニア部分床義歯の臨床評価の先駆けとなるものでありその価値は高い.また,同様にナノジルコニアを有床義歯フレームワークに用いた臨床研究は他の施設においてされておらず,本学に特化した業績になると考えられる.平成27年度で,部分床義歯に用いたジルコニアクラスプの症例数を増やし,その予後評価を追跡することに成功した.当初の研究計画通りに,平成28年度には,ジルコニアクラスプの破折に関するリスクファクターなどを統計学的に解析していく予定である.平成27年度の研究計画よりはジルコニア義歯の症例数が集まっていないが,今後の解析内容に影響を与える程度ではないと考えている.平成28年度においては,ナノジルコニア総義歯を4床,熱可塑性樹脂クラスプを用いた部分床義歯を4床製作した.その製作費だけでなく,ナノジルコニアフレームワークの製作に必要なCADライセンス更新料など,有効に科研費を消化することができた.熱可塑性樹脂クラスプに関しても,新たにPoly Ether Ether Keton(PEEK)を用いるなど,平成27年度にはなかった捉え方から研究をさらに発展させることができた.ナノジルコニアをフレームワークに用いた総義歯に関しては,当講座の西山弘崇がReviseを重ね,現在International Journal of Prosthodonticsに論文を再投稿中である.総義歯のみでなく,熱可塑性樹脂クラスプを応用した部分床義歯に関するケースレポート論文ならびにそのデジタル製作に関しても現在論文を執筆中であり,国際学術誌に投稿予定である.平成28年度におけるジルコニアクラスプの破折における予後評価をかさね,新たに熱可塑性樹脂クラスプを用いたナノジルコニア義歯を一つの完成形とした.有床義歯のフレームワークに応用した研究は他施設では行われておらず,本学に特化した業績になると考えられる.現在投稿中とはいえ,国際学術誌にまだacceptされていないが,研究運営や科研費の消化については予定通りであったため概ね順調と判断した.平成29年度には,ナノジルコニアをフレームワークとして用いたパーシャルデンチャーの予後を引き続き追った結果,破折も生じていたが義歯の維持力の低下を認めた.この原因は,クラスプは鉤尖をアンダーカット領域に設定する必要があるが,着脱の際にナノジルコニアは従来のCo-Crなどよりも弾性が低いため支台歯との摩擦がより多く生じ,また,ナノジルコニアよりも耐摩耗性の低い支台歯のマテリアルの方が摩耗してきてしまうことによると考察している.そこでクラスプのみを熱可塑性樹脂に置換したところ良好な成果を得た.さらに,フルデジタルワークフローによる部分床義歯製作を完成させるために,すべての構成要素をデジタル製作することに取り組んだ.まず,光学印象から得たSTLデータをCADソフトウェアにインポートし,各構成要素をデザインした.デザインされた義歯床粘膜面部および研磨面部は,3Dプリンター(D30, rapidshape)を用いてPMMA(Base, NextDent)を積層造形し,フレームワークはナノジルコニアディスク,クラスプ部はPolyetheretherketoneディスク(PEEK, EVONIK),人工歯部はハイブリッドレジンブロック(VITA ENAMIC, VITA)からそれぞれ切削加工することに成功した.これら各構成要素を接着にて一体化し,フルデジタル製作による部分床義歯を完成,患者に装着した.この臨床例について術後評価を行ったところ,良好な予後を得たためこれらの成果を専門学会にて発表を行った.2年間の研究期間で約半数のジルコニアデンチャーに破折を生じた.当初の予測通り,ジルコニアクラスプの破折リスクは高いことが明らかとなり,熱可塑性樹脂とのコンビネーションが推奨される.上記を踏まえ,フレームワークはナノジルコニア,クラスプ部には熱可塑性樹脂を用いたジルコニアデンチャーをデジタル製作することに成功した.義歯装着前後ではOHIPならびに義歯満足度に改善を認め,治療の有効性が示唆された.平成27年度のデータを解析,適宜,学会発表を行い論文を執筆していく.平成28年度において,当講座におけるデジタル機器が増え,研究施設としての充実をはかることができた.

平成28年度においてはまだアナログワークフローで製作していた過程もあるが,今後は部分床義歯の全製作過程のデジタル化を目指していきたい.歯科補綴研究計画よりも症例数が少なくなったため.論文投稿に必要な校正ならびに投稿費を残しながらナノジルコニア義歯を製作していたが,acceptまでに時間がかかり(現在再投稿中),必要な費用を捻出できなかったため。平成28年度もジルコニア義歯を製作していく.熱可塑性樹脂クラスプとナノジルコニアフレームを応用した部分床義歯とそのデジタル製作における論文を国際学術誌に投稿する.
画像処理手法としても有効な統合的視覚モデルの研究

視覚野での情報処理を画像工学に応用するためには、線方位や曲率、面方位などの微分幾何的特徴量を計算する要素が必要となる。実際、17・18年度の当該研究で得られた種々の視覚モデルや理論は、画像の輝度勾配に対する1階微分(線方位検出)や2階微分(曲率など)の計算を必要としている。画像工学的にも多くの微分幾何量に基づく手法が提案されている。本年度の研究では、これら微分幾何量について神経生理学的観点から理論的に考察することで新しい受容野モデル(Weighted Hermite Function)を構築し、得られたモデルが神経生理学的実験結果を再現することを見出した。この結果は画像工学への貢献として、新しい画像フィルタの提案を意味する。具体的には以下の通りである。これまでのV1単純型細胞の受容野モデルとしては、Gabor filterやGaussian derivative model (GD)が採用されてきたが、それぞれには一長一短ある。例えばGabor filterは不確定性最小化の意味で最適画像フィルタであるが、特徴抽出の意味では最適ではない。GDは微分幾何との親和性が高いが、偶関数もしくは奇関数しか表現できず神経生理学的実験結果との対応が弱い。本研究ではまず、フーリエ空間に写像された画像特徴を効率よく抽出するための条件を考察した。この条件を満足する空間フィルタ(受容野)として、Hermite functionに空間重みを加えた関数(WHF)を得ることに成功した。関数WHFはGDの一般形であることが示され、GDとGaborフィルタの短所を吸収していることがわかった。WHFはフーリエ空間における特徴抽出の意味で最適フィルタであることもわかった。以上の結果から、当該研究で提案した種々のモデルや理論の全てが、微分幾何と変分法の観点から統一的に理解・記述できることが示された。V1野における長距離水平結合の計算原理について計算論的観点から再考察し、V1野モデルを構築した。得られたV1野モデルが神経生理学的・認知心理学的知見と整合性が高いことを明らかにした。数値シミュレーションにより、当該モデルの画像処理能力を評価した。V1野長距離水平結合の計算論的役割としてはこれまでに、共線性(colinearity)・共円性(cocircularity)またはGestalt性の一つである良い連続性(good continuity)に基づく、画像エッジの強調(pop out)が考えられてきた。同時に、これらの基準を採用した多くの視覚数理モデルが提案されている。しかしながらこれらの処理基準は、水平結合の重要な特性である非線形性を説明することができなかった。また、上記基準の数学的定義や定量化があいまいであるため、得られるV1野モデルには調節すべきパラメーターが非常に多いという工学的欠点がある。そこで本研究では、上記の基準以外の計算原理として「多解像度画像再構成」を提案した。画像再構成はノイズ除去を含む基本的な画像処理である。また、多解像度性を導入することで画像再構成能力の向上が期待される。多解像度画像再構成は、入力画像と推定画像に関する汎関数(評価関数)によって数学的に明確に定義することができる。提案モデルは、V1野の細胞が方位検串だけではなく多解像度画像再構成を行なっていると仮定することで、演繹的に導出される。V1細胞のダイナミクスや結合等、モデルに必要な情報は全て、汎関数に最急降下法を適用することで得られる。詳細な解析の結果、汎関数から導出された提案モデルは水平結合の非線形性のみならず、方位コラム選択性や空間分布についても、神経生理学的実験結果と整合することが確認された。また数値実験の結果から、これまでに提案されてきたエッジ検出手法よりも能力が高いことが確認された。理論解析により、長距離水平結合の非線形性は、順逆拡散現象による画像処理を行っていることが示唆された。1.V1野短距離水平結合V1野短距離水平結合によって、様々なcontextual modulationが発生する。これまでは、個々のmodulationが独立の現象として扱われてきた。しかし、短距離水平結合の本質的な機能的役割は「超解像」であることを提案し、様々なmodulationは超解像の副次的効果として現れる現象であることを実験的に示した。すなわち、短距離水平結合の機能的役割について理論的解釈を与えることにはじめて成功した。また、超解像は数学的に明確に定義できる課題であるため、今後の視覚理論研究に大きく貢献できるものと期待される。2.盲点におけるパターン充填と工学的応用盲点におけるパターン充填に関して計算論的考察を行い、工学的応用性も高い視覚モデルを提案した。具体的には、MatsumotoとKomatsuらによる盲点充填に関する神経生理学的知見を基礎においた。Matsumotoらは一連の実験において、(a)V1野でパターン充填がおこなわれている(b)V1におけるパターン充填には、V2細胞の介在がある(c)V1野内側方性結合と、V2を介す結合があり、それぞれの伝播速度が優位に異なることを見出した。本研究では、これらの実験結果に対する理論的解釈として、高階微分情報・変数分離・断熱仮定という全く新しい概念を取り入れ、視覚モデルを構築した。この視覚モデルはMatsumotoらの実験結果を再現できるだけではなく、Digital image inpaintingのアルゴリズムとして驚くべき工学的有効性をもつことがわかった。

実際、17・18年度の当該研究で得られた種々の視覚モデルや理論は、画像の輝度勾配に対する1階微分(線方位検出)や2階微分(曲率など)の計算を必要としている。画像工学的にも多くの微分幾何量に基づく手法が提案されている。本年度の研究では、これら微分幾何量について神経生理学的観点から理論的に考察することで新しい受容野モデル(Weighted Hermite Function)を構築し、得られたモデルが神経生理学的実験結果を再現することを見出した。この結果は画像工学への貢献として、新しい画像フィルタの提案を意味する。具体的には以下の通りである。これまでのV1単純型細胞の受容野モデルとしては、Gabor filterやGaussian derivative model (GD)が採用されてきたが、それぞれには一長一短ある。例えばGabor filterは不確定性最小化の意味で最適画像フィルタであるが、特徴抽出の意味では最適ではない。GDは微分幾何との親和性が高いが、偶関数もしくは奇関数しか表現できず神経生理学的実験結果との対応が弱い。本研究ではまず、フーリエ空間に写像された画像特徴を効率よく抽出するための条件を考察した。この条件を満足する空間フィルタ(受容野)として、Hermite functionに空間重みを加えた関数(WHF)を得ることに成功した。関数WHFはGDの一般形であることが示され、GDとGaborフィルタの短所を吸収していることがわかった。WHFはフーリエ空間における特徴抽出の意味で最適フィルタであることもわかった。以上の結果から、当該研究で提案した種々のモデルや理論の全てが、微分幾何と変分法の観点から統一的に理解・記述できることが示された。