hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子発現制御を指向した核酸認識・変換能をもつ金属錯体の創製

チミン塩基に選択的に結合する亜鉛サイクレン錯体と、ウイルスDNAの転写領域に存在するTATAboxを含む19mer二本鎖DNAをはじめとする、数種の直線型およびヘアピン型オリゴマーDNAとの相互作用を詳細に調べた。ATリッチな配列を含む二本鎖DNAオリゴマーに対して亜鉛錯体を添加すると、濃度依存的にDNA二本鎖構造体が不安定化し、その融解温度が低下することが判明した。一方、銅およびニッケル錯体の場合には、融解温度の上昇が観察され、融解温度の低下は亜鉛錯体に特異的な現象であることが明らかとなった。AT塩基対の割合が異なる二本鎖DNAオリゴマーについても同様の融解実験を行い、亜鉛錯体のATリッチな二本鎖DNAに対する特異性が明らかになった。また、融解が起こらない温度における軽水中のイミノプロトンNMRの結果も、亜鉛錯体の添加によりAT塩基対の解離が誘起されることを強く支持した。一般的に、二本鎖DNAの核酸塩基に結合する化合物は、塩基対を解離させ融解温度を低下させることが知られている。亜鉛錯体もチミン塩基に結合することにより、二本鎖構造を不安定化していると考えられた。生体内では大きな蛋白質が複雑に集まってDNAをほぐしその情報を引き出しているが、本研究は人工の小さな化合物が遺伝子を活性化できる可能性を示している。また、本研究では、どのような塩基配列に対しても相補的に結合できる自己集合型アンチセンス人工DNAを構築することを目的とし、核酸塩基および二つの金属結合部位を分子内に有する4種類(それぞれA、T、G、Cに対応する)のモノマーを合成した。本法は、一本鎖DNAを鋳型とする機能性分子の配列制御や、二本鎖核酸を鋳型とするロタキサン型大環状リングの構築にも展開できる適用性の高いものである。遺伝子発現制御を目的とする人工機能性分子の創製は、遺伝子疾患とも関連し、現在最も重要な課題の一つである。本研究は、核酸の特定部位を標的とする新しい機能性金属錯体を創製し、これらの相互作用を分子レベルで追求することを目的とした。(1)遺伝子プロモーター領域のATクラスター部位を融解する金属錯体の合成:チミン塩基に選択的に結合する亜鉛錯体が、ウイルスDNAの転写領域に存在するTATAboxを含む19merDNAの二本鎖構造を不安定化し、その融解温度を低下させることを見出した。これは亜鉛錯体特有のもので、銅錯体やニッケル錯体の場合には、逆に融解温度を上昇させた。現在、イミノプロトンNMRによりAT塩基対の解離過程を解析した。その結果、亜鉛錯体は最初にATクラスター部位に結合し、その部分の高次構造の対称性を著しく低下させることを見出した。また、AT塩基対の両塩基に同時に結合することが期待されるBifunctionalな金属錯体も合成した。(2)DNAの特定部位に結合するオリゴペプチド-金属錯体の合成:DNA-蛋白質相互作用のプローブとして、DNAの転写調節領域の回文配列に結合することが期待される酸化還元活性なオリゴペプチド-金属錯体の合成を進めた。これまでに、金属イオンまわりの11量体ペプチド(GMGGMCCMGGMG、メチオニンの残基が配位子)を液相法および固相法で合成し、銅および白金錯体の合成と物性、溶液内挙動について検討している。チミン塩基に選択的に結合する亜鉛サイクレン錯体と、ウイルスDNAの転写領域に存在するTATA boxを含む19mer二本鎖DNAをはじめとする、数種の直線型およびヘアピン型オリゴマーDNAとの相互作用を詳細に調べた。

ATリッチな配列を含む二本鎖DNAオリゴマーに対して亜鉛錯体を添加すると、濃度依存的にDNA二本鎖構造が不安定化し、その融解温度が低下することが判明した。一方、銅およびニッケル錯体の場合には、融解温度の上昇が観察され、融解温度の低下は亜鉛錯体に特異的な現象であることが明らかとなった。AT塩基対の割合が異なる二本鎖DNAオリゴマーについても同様の融解実験を行い、亜鉛錯体のATリッチな二本鎖DNAに対する特異性が明らかになった。また、融解が起こらない温度における軽水中のイミノプロトンNMRの結果も、亜鉛錯体の添加によりAT塩基対の解離が誘起されることを強く支持した。一般的に、二本鎖DNAの核酸塩基に結合する化合物は、塩基対を解離させ融解温度を低下させることが知られている。亜鉛錯体もチミン塩基に結合することにより、二本鎖構造を不安定化していると考えられた。生体内では大きな蛋白質が複雑に集まってDNAをほぐしその情報を引き出しているが、本研究は人工の小さな化合物が遺伝子を活性化できる可能性を示している。また、本研究では、どのような塩基配列に対しても相補的に結合できる自己集合型アンチセンス人工DNAを構築することを目的とし、核酸塩基および二つの金属結合部位を分子内に有する4種類(それぞれA、T、G、Cに対応する)のモノマーを合成した。本法は、一本鎖DNAを鋳型とする機能性分子の配列制御や、二本鎖核酸を鋳型とするロタキサン型大環状リングの構築にも展開できる適用性の高いものである。
脳内カテコールアミン動態および循環動態における青斑核の役割

(1)CO2負荷による脳循環動態変動時における青斑核ニューロン活動電位の反応性:呼気終末CO2濃度は5%CO2吸入開始前4.7±0.1%であったが、吸入開始直後から有意な増加を示し、吸入中止直前には6.7±0.2%と最大値に達した(p<0.01)。一方、青斑核ニューロン活動電位の放電頻度も5%CO2吸入開始直後から増加傾向を示した。さらに40秒後には放電頻度の増加は有意となり、50秒後には吸入開始前の147±22%と最大値を示した(p<0.05)。2分間の5%CO2吸入終了後、放電頻度は一過性に減少傾向を示した後、再び吸入開始前のレベルに復した。(2)一側青斑核電気刺激時の大脳皮質脳血液含量(CBV)の変化:猫を腹臥位とし、同心円刺激電極をstereotaxicに一側青斑核に刺入し、120秒間の電気刺激(3V,3msec,20Hzあるいは50Hz)を行った際、両側ectosylvian gyrusの大脳皮質下に微小電極を挿入し、脳表に装着したsilicon photodiodeからなる光電装置を使用して記録したCBVは、刺激前6.3vol%であったが、刺激80秒後0.14±0.04vol%の有意な低下(p<0.05)、100秒後0.15±0.05vol%の有意な低下(p<0.05)、120秒後0.15±0.03vol%の有意な低下(p<0.01)を認めた。(3)クモ膜下出血時の青斑核ニューロンの活動電位変化クモ膜下出血作成直後に青斑核ニューロンの活動は一過性に強まったが、その後10分後より次第に活動は弱まり、40分後には青斑核ニューロンの活動電位の発射数はクモ膜下出血前の64.6+12.9%に減少した。それに比して、頸部交感神経節前線維の活動電位の発射数は10分後にクモ膜下出血前の186.9+51.4%に増加した。また、40分後にはクモ膜下出血前の368.5+146.7%に増加した。(4)microdialysis法による脳内カテコールアミン系物質の連続的測定に関する基礎的検討:オートサンプラー(エイコムM-231-401)にて連続的に検体を採取し、その微量検体をmicrodialysis用HPLC(エイコム製)によりモノアミン分析システムを介し、カテコールアミン類とその代謝産物を測定した。移動相の工夫によりnorepinephrine,dopamine,DOPAC,HVA,serotonine,5-HIAAなどの同時測定に成功した。大槽内に自家血0.3mlを注入し、実験的くも膜下出血を作成し、その前後のカテコールアミン類とその代謝産物の経時的変化の検討は、今回施行しえたのは少数例ではあるが、脳内カテコールアミンはクモ膜下出血前後で有意な変化を認めなかった。(4)microdialysis法による脳内

カテコールアミン系物質の連続的測定に関する基礎的検討:オートサンプラー(エイコムM-231-401)にて連続的に検体を採取し、その微量検体をmicrodialysis用HPLC(エイコム製)によりモノアミン分析システムを介し、カテコールアミン類とその代謝産物を測定した。移動相の工夫によりnorepinephrine,dopamine,DOPAC,HVA,serotonine,5-HIAAなどの同時測定に成功した。大槽内に自家血0.3mlを注入し、実験的くも膜下出血を作成し、その前後のカテコールアミン類とその代謝産物の経時的変化の検討は、今回施行しえたのは少数例ではあるが、脳内カテコールアミンはクモ膜下出血前後で有意な変化を認めなかった。(1)CO2負荷による脳循環動態変動時における青斑核ニュ-ロン活動電位の反応性:5%CO2+air吸入前後における青斑核ニュ-ロンの活動電位の放電頻度、呼気終末CO2濃度および平均動脈血圧の変化を猫10匹において検討した。呼気終末CO2濃度は5%CO2+air吸入開始前4.7+0.1%であったが、吸入開始直後から有意な増加を示し、吸入中止直前には6.7+0.2%と最大値に達した(p<0.01)。一方、青斑核ニュ-ロン活動電位の放電頻度も5%CO2+air吸入開始直後から増加傾向を示した。さらに40秒後には放電頻度の増加は有意となり、50秒後には吸入開始前の147+22%と最大値を示した(p<005)。2分間の5%CO2吸入終了後、放電頻度は一過性に減少傾向を示したご、再び吸入開始前のレベルに復した。(2)microdialysis法による脳内カラコ-ルアミン系物質の連続的測定に関する基礎的検討:頭頂部に直径3mmの円形開頭を行い、その部位の硬膜を切開する。同部位に直径200μmの灌流プロ-ベ(エイコム製)を挿入し、先端部を大脳皮質内に固定する。オ-トサンプラ-(エイコムMー231ー401)にて連続的に検体を採取し、その微量検体をmicrodialysis用HPLC(エイコム製)によりモノアミン分析システムを介し、カテコ-ルアミン類とその代謝産物を測定した。移動相の工夫よりnorepinephrine,dopamine,DOPAC,HVA,serotonine,5ーHIAAなどの同時測定にた。(1)一側青斑核電気刺激時の大脳皮質脳血液含量(CBV)の変化:猫を腹臥位とし、同心円刺激電極をstereotaxicに一側青斑核に刺入し、120秒間の電気刺激(3V,3msec,20Hz)を行った。CBVは両側ectosylvian gyrusの大脳皮質下に微小電極を挿入し、脳表に装着したsilicon photodiodeからなる光電装置を使用した記録した。CBVは刺激前6.3vol%であったが、刺激,80秒後0.14±0.04vol%の有意な低下(p<0.05)、100秒後0.15±0.05vol%の有意な低下(p<0.05)、120秒後0.15±0.03vol%の有意な低下(p<0.01)を認めた。(2)青斑核電気刺激下における脳内カテコールアミン動態の連続的測定:microdialysis用プローベを大脳皮質内に挿入、固定し、一側青斑核電気刺激時のカテコールアミン測定用の検体を連続的に集め、HPLCにて測定した。しかし、青斑核電気刺激時にカテコールアミン(dopamine,norepinephrine)の大きな変動は認めなかった。(1)クモ膜下出血時の青斑核ニューロンの活動電位変化:前々年度と同様にエルジロイ電極を一側青斑核に挿入・固定し、青斑核ニューロンの活動電位を連続的に記録しながら、大槽内に自家血を0.3ml注入し、実験的クモ膜下出血を作成し、その前後の青斑核ニューロンの活動の変化を検討した。クモ膜下出血作成直後に青斑核ニューロンの活動は一過性に強まったが、その後10分後より次第に活動は弱まり、40分後には青斑核ニューロンの活動電位の発射数はクモ膜下出血前の64.6+12.9%に減少した。
慢性副鼻腔炎における好中球機能とTLR4およびTREM-1の協調的作用について

上気道感染において、好中球は自然免疫の主役の1つであるが、Triggering receptor expressed on myeloid cells (TREM-1)とToll-like recepter4(TLR4)が協調的に働くことにより、細菌の貪食能を含めた自然免疫応答を増強すると報告されており、本研究では、TREM-1及びTLR4の発現の測定および解析、免疫応答作用の検証を行う。本研究により上気道におけるTLR4とTREM-1の協調的作用の関与を解明し、副鼻腔感染症に対する新たな病理学的機序を研究することにより、感染防御に関する新療法に貢献すると考える。
三次元蛍光光度法を用いた森林土壌中の腐植物質の空間分布及び移動特性の把握

流域内の蛍光物質の空間分布および移動特性という切り口から、森林土壌中での物質の相互作用のメカニズムおよび森林流域における物質循環過程を調べることを本研究の目的とした。そこで、森林流域からの洪水流出水の起源を推定するために,溶存有機物の蛍光特性により,サンプル間の質の違いを容易に識別できる三次元蛍光光度法によって測定された相対蛍光強度をトレーサーに用いた解析を行った.流域内に存在する恒常的飽和帯地下水,河道近傍の土壌水,林外雨および林内雨を三次元蛍光光度法で分析したところ,恒常的飽和帯地下水には明確な蛍光を示す有機物は含まれず,河道近傍の土壌水ではフルボ酸様物質の強いピークが検出された.また林内雨ではフルボ酸様物質とは異なるピークが見られた.林外雨には明確なピークが見られなかったことから林内雨中に含まれる溶存有機物質は樹体からの溶脱成分であると考えられる.降雨前の渓流水中には明確な蛍光強度ピークは検出されなかったが,洪水流出水中にはフルボ酸様物質のピークが見られたことから,降雨前の渓流水は恒常的飽和帯からの流出で構成されていたが,降雨に伴って河道近傍の土壌水が流出に寄与していることが示された.また,流量との関係を見ると,流量増加時には蛍光強度ピークが大きくなることから,河道近傍の土壌水の寄与率が流量増加時に増大していることが示唆された.このことから河道近傍の土壌水が洪水流出の起源として重要であること,また流域に存在する地下水・土壌水などの蛍光特性の空間分布が明らかな場合,三次元蛍光光度法が洪水流出水の起源の推定に有効な手法であることが示された.流域内の蛍光物質の空間分布および移動特性という切り口から、森林土壌中での物質の相互作用のメカニズムおよび森林流域における物質循環過程を調べることを本研究の目的とした。カルボキシル基やフェノール性水酸基など種々の官能基を有する腐植物質には組成や構造により蛍光を発する物質(蛍光物質)が存在するが、蛍光物質の蛍光特性を利用した三次元蛍光光度法を用いた解析を試みた。観測は滋賀県南部に位置する桐生水文試験地内マツ沢流域で行った。土壌溶液の性質を最も反映している不飽和帯地下水では、長波長側に2ヶ所のピークがあったが、遷移帯地下水から飽和帯地下水へと水移動に伴ってピークの位置が短波長側にシフトし、ピーク強度も低下した。飽和帯地下水ではピークが1ヶ所だけとなった。湧水、渓流水は、ピーク位置が不明瞭なほどまでピークの強度が低下した。不飽和帯地下水および遷移帯地下水と、斜面上部、斜面中部表層の土壌溶液のピーク位置はよく重なったことから、不飽和帯地下水、遷移帯地下水は、不飽和土壌中の土壌溶液が飽和側方流により移動していることが確認された。斜面下部の土壌溶液は遷移帯地下水と飽和帯地下水の中間タイプという傾向を示した。溶存有機炭素濃度についても、ピーク強度と同様に不飽和帯、遷移帯、湧水、渓流水という順に低下し、土壌溶液では表層から下層にかけて低下した。また、溶存有機炭素濃度とピーク強度とは高い相関を示した。水移動に伴った試料タイプの特性と蛍光スペクトルとはよく対応していた。これは蛍光物質の性質、量の変化を示していると考えられた。今後、季節変化についての詳細を調べる予定である。そこで、森林流域からの洪水流出水の起源を推定するために,溶存有機物の蛍光特性により,サンプル間の質の違いを容易に識別できる三次元蛍光光度法によって測定された相対蛍光強度をトレーサーに用いた解析を行った.流域内に存在する恒常的飽和帯地下水,河道近傍の土壌水,林外雨および林内雨を三次元蛍光光度法で分析したところ,恒常的飽和帯地下水には明確な蛍光を示す有機物は含まれず,河道近傍の土壌水ではフルボ酸様物質の強いピークが検出された.また林内雨ではフルボ酸様物質とは異なるピークが見られた.林外雨には明確なピークが見られなかったことから林内雨中に含まれる溶存有機物質は樹体からの溶脱成分であると考えられる.降雨前の渓流水中には明確な蛍光強度ピークは検出されなかったが,洪水流出水中にはフルボ酸様物質のピークが見られたことから,降雨前の渓流水は恒常的飽和帯からの流出で構成されていたが,降雨に伴って河道近傍の土壌水が流出に寄与していることが示された.また,流量との関係を見ると,流量増加時には蛍光強度ピークが大きくなることから,河道近傍の土壌水の寄与率が流量増加時に増大していることが示唆された.このことから河道近傍の土壌水が洪水流出の起源として重要であること,また流域に存在する地下水・土壌水などの蛍光特性の空間分布が明らかな場合,三次元蛍光光度法が洪水流出水の起源の推定に有効な手法であることが示された.
前哨リンパ節への癌転移因子解明のリンパ生理学的研究

リンパ管内皮細胞に発現する細胞接着因子の解明と腫瘍細胞との相互作用を解析した。1.ラット、マウス胸管ならびに末梢の集合リンパ管におけるリンパ管内皮細胞の培養システムを確立した。3.腫瘍細胞、活性化マクロファー一ジ、Tリンパ球ならびにNK細胞と上記2で解析した細胞接着因子との相互作用とリンパ動態に及ぼす影響を摘出リンパ節標本の生体顕微鏡システムを用いて解析した。その結果、生体内でリンパ管内皮細胞と自家リンパ球の接着に流れ因子の影響がきわめて強いことを見い出した。4.以上の結果を基に、現在ヒト胃癌細胞の悪性株とリンパ管内皮細胞の間に特異的に発現している接着因子を探査し、その接着因子のクローニングを開始し、予備実験レベルで新規接着因子の関与を示唆する知見を得ている。腫瘍細胞の前哨リンパ節への到達に影響を及ぼす機能・形態学的特性を、in vivo生体顕微鏡法を用いて解析した。1マウスの膝窩リンパ節や鼡径リンパ節内のリンパの流れとリンパ球の動向を蛍光物質を用いて可視化する生体顕微鏡システムを開発した。2リンパ行性転移を生じやすい腫瘍動物モデル(すでに動物株が確立されて、商品化されている)の摘出あるいは生体内の灌流リンパ節標本を用いて、リンパ催行性物質と腫瘍細胞マーカーを併用して、癌細胞の前哨リンパ節を決定する形態学的ならびに機能学的特性因子について体系的に解析した。3リンパ行性転移を生じた腫瘍動物モデルを用いて、そのリンパ液の物理化学的ならびに生物学的特性を解析した。さらに、摘出リンパ管や上記1で確立したリンパ節のバイオアッセイ標本を用いて癌細胞のリンパ管を介した輸送機構やリンパ節の癌細胞に対する局所免疫応答の様式についても解析した。
転写伸長因子S-IIによる新しい遺伝子発現制御機構に関する研究

昨年度に樹立していたS-II遺伝子ヘテロ欠損マウスの雄雌ペアを交配し、仔マウスを複数得た。計112匹の4週齢の仔マウスの遺伝子型をサザンブロット法により解析した結果、野生型個体が45匹、ヘテロ欠損個体が67匹であり、S-II遺伝子をホモに欠損する個体は存在しないことがわかった。この結果から、S-II遺伝子はマウス胚発生に必須であることが考えられた。そこで、ヘテロ欠損マウス同士の交配からマウス胚を回収して解析した結果、S-II遺伝子をホモに欠損する個体は胎齢13.5日(13.5dpc)までは存在するが、その後は生存できずに出産までに死亡することが明らかとなった。13.5dpcのホモ欠損胚は、野生型・ヘテロ欠損型と比較して体色が白く、また肝臓の大きさが小さくなっていた。この結果から、S-II遺伝子ホモ欠損個体では胎児肝の発生に異常を来し、また胎児肝で起こるdefinitive hematopoiesisが影響を受けており、その結果重篤な貧血により個体の生存が維持できなくなったものと考えられる。これらの結果は、転写伸長因子が血液細胞分化に必須であることを示唆した世界で初めての知見である。樹立したS-II遺伝子ホモ欠損マウスが致死する直前の12.5dpc胚において、野生型と比較してS-IIホモ欠損胚で発現が消失・減少する遺伝子群を、DNAマイクロアレーによる発現解析により網羅的に検索し、候補遺伝子群を30種同定することに成功した。これらの遺伝子のうち、少なくとも8種は赤血球特異的に発現することが知られており、項目1で述べたS-IIホモ欠損胚が赤血球分化に異常を示すという仮説とよく一致している。そこで赤血球特異的に発現する遺伝子であるbeta-globin, glycophorinA遺伝子についてノザンブロット法、RT-PCR法を用いて発現を解析した結果、ホモ欠損胚ではこれらの遺伝子発現が1/21/4程度まで低下していることが明らかとなった。本年度は以下に述べる点を明らかにした。1.S-II遺伝子破壊マウス・カイコの作出マウスについては、既に樹立していたS-II遺伝子ヘテロ欠損細胞をC57BL/6Jマウスより得た胚に注入してキメラマウスを作成する事に成功した。このキメラマウスを野生型C57BL/6Jメスマウスと交配することにより、agouti毛色をしめす仔マウスを複数得た。このマウスの遺伝子型をサザンブロット法により解析した結果、これらの仔マウスはS-II遺伝子をヘテロに欠損していることがわかった。この結果は、S-II遺伝子ヘテロ欠損は、細胞増殖・胚発生・成体の維持に影響を与えないことを示している。一方、カイコについては、カイコS-II遺伝子ターゲティングベクターを組み込んだバキュロウイルスを作出する事に成功し、このウイルスをカイコ5令幼虫の体腔に注射し、S-II遺伝子ヘテロ欠損カイコの作出を試みたが、S-II遺伝子ヘテロ欠損カイコは得られなかった。現在、さらに多数の個体にウイルスを注入し、ヘテロ欠損体の作出に取り組んでいる。既にすでに研究代表者が樹立しているS-II遺伝子ホモ欠損細胞株を利用して、野生株と比較してS-II欠損株で発現が消失・減少する遺伝子群を、DNAマイクロアレーによる発現解析により網羅的に検索した。その結果、約30倍の発現低下を示す5種の遺伝子を同定することに成功した。現在、ノザンブロット法を用いて、これらの遺伝子群の発現が確かに減少しているかを解析中である。今後、S-II欠損株に対してS-IIcDNAのトランスフェクションを行い、これらの候補遺伝子群の発現が回復するかを検討するとともに、実際にRNA鎖伸長段階で転写が停止しているか否かをNuclear Run-on Assay法により検討する計画である。

そこで赤血球特異的に発現する遺伝子であるbeta-globin, glycophorinA遺伝子についてノザンブロット法、RT-PCR法を用いて発現を解析した結果、ホモ欠損胚ではこれらの遺伝子発現が1/21/4程度まで低下していることが明らかとなった。
生体光計測のための強度相関イメージング技術の研究

量子OCT(光コヒーレンストモグラフィ)と周波数領域の従来型OCTの両概念を融合することにより、古典光源を使用しても従来型OCTに比べて奥行き分解能が√2倍向上し、かつ分散に由来する分解能の低下を生じない断層イメージングが可能であることを理論的に明らかにした。また、これを実現するシンプルな光学系と、像品質の低下を引き起こすアーティファクトを低減させる実用的な手法を考案し、その有効性を実験的に検証した。さらに、半導体光検出器における二光子吸収を利用した強度相関検出法の適用可能性を実験的に検証した。これらの研究により、生体光イメージング技術の性能向上に貢献する重要な知見を得ることができた。1.古典的強度相関に基づく周波数領域の断層イメージング(OCT)技術量子OCTと周波数領域の従来型(古典的)OCTを融合することにより,古典的強度相関に基づく周波数領域のOCT光学系を考案した.その動作に必要な信号処理として,この光学系の2つのポートから出力される光のスペクトルについて,その中心周波数を基準として対称に配置されたスペクトル成分間の強度相関を評価した.光のコヒーレンス理論に基づく理論解析の結果,この光学系を利用すると従来型OCTに比べて奥行き分解能が約1.4倍改善されること,および被測定対象の分散の影響が自動的に相殺されることが明らかとなった.さらに,断層イメージングを行う際に,機械的走査が不要,高速の検出器が不要,および入射光として連続光に加えてパルス光も使用可能であることなども明らかとなった.これらの結果により,量子OCTの性能に匹敵する性能をもつOCTを,比較的簡素な光学系および信号処理によって実現する理論基盤を構築することができた.2.二光子吸収を利用した同時計数/強度相関検出法の基礎評価二光子吸収を利用した同時計数および強度相関検出法の可能性を検証するために,その最初の取り組みとして,半導体光検出器における二光子吸収特性を実験的に評価した.検出器としてGaAs型の光電子増倍管を,光源として1.3μm帯のスーパールミネッセントダイオードを利用して実験を行った結果,数十数百μW程度の弱い入射光強度においても,入射光強度と光子計数値との間に非線形性が観測された.ただし,その非線形性は弱く,それをもって二光子吸収の証拠であると判断することはできなかった.この結果は,例えば,検出器の感度波長帯域の光を十分に遮断しきれなかったことにも起因していると考えられるため,実験光学系の見直しを含めた再実験が必要と言える.昨年度の研究実施状況報告書に記載したように,昨年度に生じた研究の遅れを取り戻すために,本年度は以下の2項目の研究を重点的に実施した.1.古典的強度相関に基づく周波数領域の断層イメージング(OCT)理論の検証昨年度の研究では,量子OCTと周波数領域の従来型OCTを融合することにより,量子OCTに匹敵する性能をもつOCTを,従来型OCTと同じタイプの光源を利用して実現する理論基盤を構築した.その際に示された基本光学系は,量子OCTと同様に2台の検出器を必要とするなど,従来型のOCTに比べてやや複雑な構成となっていた.そこで本年度は,基本光学系の再検討を行い,従来型OCTとほぼ等価な光学系に基づき当該技術が実現できることを理論と実験により明らかにした.具体的には,検出器が1台設置されたマイケルソン型の干渉計を考え,その参照ミラーをピエゾ駆動のステージ上に固定する.その参照ミラーの移動前と,半波長の距離を移動した後のスペクトルを取得し,これらのスペクトルを利用して強度相関を評価する.干渉計として光ファイバカプラを利用した光学系を構築し動作の検証実験を行ったところ,理論に一致して,分解能の向上と分散に不感な性質を示すことが確認された.これらの結果から,昨年度に構築された新しいOCT理論の正当性と実現可能性が明らかとなった.2.二光子吸収を利用した同時計数/強度相関検出法の実験的評価昨年度に実施した半導体光検出器における二光子吸収特性の実験的評価では,入射光強度と検出光子数との間の非線形性が厳密には2乗特性にはならず,明確に二光子吸収の証拠であると判断するには至らなかった.そこで改めて同様の実験を繰り返したところ,検出器自体に問題がある可能性が疑われたため,製造元に検査を依頼した.その結果,原因不明の不具合が見つかり,その後の修理作業に半年ほどの時間を要したため,本評価は現在進行中となっている.断層イメージング(OCT)に関する昨年度までの研究では,量子OCTと周波数領域の従来型OCTを融合することにより,従来型OCTに比べて奥行き分解能が約1.4倍改善され,かつ分散の影響が自動的に相殺されるOCTを,従来型OCTと同じタイプの光源を利用して実現する理論基盤を構築した.

さらに,2台の検出器を必要とするやや複雑な基本光学系に代わり,従来型OCTとほぼ同じ単純な光学系に基づき,当該技術が実現できることを理論と実験により明らかにした.本年度は,より現実的な被測定対象のモデルとして,2つの反射面をもつ物体に対するイメージング特性を理論と実験により明らかにした.当該技術では,量子OCTと同様に,アーティファクト(不要な像)が発生することが問題となっていたが,前述の理論に基づき,検出器の物理的な微小シフトもしくは計算機内での等価な操作によりアーティファクトを低減できることを明らかにし,その有効性を実験的に検証した.二光子吸収を利用した同時計数/強度相関検出法の研究については,昨年度までに,検出器としてGaAs型の光電子増倍管を,光源として中心波長1.3μm帯のスーパールミネッセントダイオードを利用した実験を行ったが,検出器の不具合により,理論的に予測される明確な二光子吸収特性を確認することはできなかった.本年度は,製造元により修理された検出器を利用して同様の実験を行い,二光子吸収の証拠となる入射光強度と検出光子数との間の2乗特性を確認した.また,二光子吸収を安定して発生させるため諸条件を明らかにした上で,その強度相関イメージング技術への適用可能性を検討した.一方,その過程で,古典的な強度相関の新しい機能として,干渉計測における位相差の増幅作用を新たに発見し,その有効性を理論と実験により検証した.以上の成果は,生体計測に適した強度相関イメージング技術の確立に向けて,重要な知見を提供するものとなった.量子OCT(光コヒーレンストモグラフィ)と周波数領域の従来型OCTの両概念を融合することにより、古典光源を使用しても従来型OCTに比べて奥行き分解能が√2倍向上し、かつ分散に由来する分解能の低下を生じない断層イメージングが可能であることを理論的に明らかにした。また、これを実現するシンプルな光学系と、像品質の低下を引き起こすアーティファクトを低減させる実用的な手法を考案し、その有効性を実験的に検証した。さらに、半導体光検出器における二光子吸収を利用した強度相関検出法の適用可能性を実験的に検証した。これらの研究により、生体光イメージング技術の性能向上に貢献する重要な知見を得ることができた。本研究のサブテーマの一つである「二光子吸収を利用した同時計数/強度相関検出法の実験的研究」について,その実施に不可欠な半導体光検出器に不具合が見つかり,製造元による検査および修理交換作業に半年程度の時間を要することとなった.そのため,本年度は,このテーマを実施するための十分な時間を確保することができず,実験に遅れが生じてしまった.一方,もう一つのサブテーマである「古典的強度相関に基づく周波数領域の断層イメージング技術の研究」については,当該研究分野の動向を踏まえ重点的に実施してきたため,本年度までに計画以上の成果を得ることができた.本年度のみを見ると研究の遅れはそれほど大きくないと考えているが,昨年度に生じた人事異動に伴う遅れをまだ十分には取り戻せていないため,全般的には「やや遅れている」状況と認識している.総合理工昨年度までの取り組みと同様に,当該研究分野の世界的な動向を踏まえた上で,四半期程度を一つの区切りとして研究実施計画の見直しを行う.研究資金の有効利用の観点からも,遅れている面については必ずしも十分な成果を見込めない状況で形式的に実施することは避け,目標を達成するために真に必要な重要課題を見極め,それを優先的に実施するよう心がける.具体的には,新しく構築した断層イメージング理論の重要性が認識され,この分野における世界的な競争も激しくなっていることから,次年度は本研究の目標を一歩進めこの断層イメージング理論の実用化に向けた取り組みを重点的に実施する.また,次年度は本研究の最終年度となるため,他のサブテーマについても,研究動向を再確認した上で適切に実施する.平成25年度後半の4か月間,研究所内での人事異動により,本部組織での業務を兼務することになった.
トリプトファンとフェニルアラニン生合成における相互作用の役割と機構

変異したフェニルアラニン(Phe)合成系酵素を持つイネ変異体ではPheとトリプトファン(Trp)が蓄積する。この現象の原因を調べるため、Trp合成の鍵酵素であるアントラニル酸合成酵素(AS)に対するPheと関連化合物の影響を調べた。その結果、PheによってASのTrpに対する感受性が低下することを明らかにした。また、次世代シーケンサーによる網羅的遺伝子発現解析の結果、変異カルスにおいて発現の高まる遺伝子、低下する遺伝子など37個の候補遺伝子を見出した。トリプトファン(Trp)とフェニルアラニン(Phe)を蓄積するイネ変異体MTR1はPhe生合成系酵素アロゲン酸デヒドラターゼ(ADT)の変異型を持つ。これは野生型酵素と異なり、最終産物であるPheによってフィードバック阻害を受けないためPheが蓄積する。しかし、これでは変異体がPheと同時にTrpを蓄積することを説明できず、これらの合成系の間に未知のネットワークが存在することが予想される。これを探索するため、21年度は、(1) Pheが酵素活性に影響する可能性を調べた。その結果、「日本晴」カルス抽出物にPheを添加してもTrp合成系の鍵酵素であるアントラニル酸合成酵素(AS)のフィードバック制御の変化は認められず、PheがAS活性に影響しないことを確認した。(2)変異体カルスはPheとTrp以外にフェニルプロパノイド、インドール化合物を蓄積している。これらがAS活性の変化をもたらす可能性を調べるため、これら二次代謝化合物の入手を図った。数種類の化合物を購入できることになったので当初予定した合成は中止した。(3)Phe蓄積がUVストレス反応の変化をもたらすかを検討した。変異体カルスと発芽種子へUVを照射して生長量を測定した結果、UVA、UVB、UVCのうち、UVC以外はカルスの生育を阻害したが変異体と野生型の間で差は認められなかった。発芽種子でも差は認められなかった。また、リアルタイムPCRにより原因遺伝子ADTの発現を変異体と野生型イネのカルスと葉で比較した結果、有意差は認められなかった。じかし、カルスのNaCl処理により発現が誘導されることを確認した。(4)トランスクリプトームと代謝マップとの統合の可能性を検討するため、この分野の先駆者である理化学研究所澤田博士のシロイヌナズナ変異系統の中からPheとTrpの両方を蓄積する系統を得ることを図ったが同様の変異体は見出せなかった。今後はこの統合の課題は中止し、網羅的発現解析を計画に加える。トリプトファン(Trp)アナログの5-メチルトリプトファン(5MT)に抵抗性のイネ変異体MTR1はフェニルアラニン(Phe)合成系の鍵酵素であるアロゲン酸デヒドラターゼがPheによるフィードバック阻害を受けにくく変異したためPheやフェニルプロパノイドを蓄積し、それと同時にTrpを蓄積する。Pheの蓄積がTrpの増加をもたらす機構を探るため、22年度は(1)変異体カルスの成分がTrp合成系の鍵酵素であるアントラニル酸合成酵素(AS)のフィードバック制御に影響するか否かを調べた。野生型カルスから粗酵素を調製し、PheおよびTrpの存在下でAS活性を測定した。その結果、PheはASのTrpによるフィードバック阻害を緩和することを見出した。他の成分では同様の結果は認められなかった。(2)さらに、この変異体では種子稔性がやや低下する。酵素AS遺伝子2個の発現の違いがこれに関与している可能性を見るため、減数分裂期、未熟花粉、若い成熟花粉を含む葯における発現を比較した。その結果、OASA1は若い成熟花粉のみで高い発現を示すことが明らかになった。今後、この生理的意義を検討する必要がある。(3)本変異体の特性から芳香族アミノ酸生合成における未知の制御機構が存在する可能性が示唆されている。未知の酵素等の関与を明らかにするため、次世代シーケンサーによる発現解析を試みた。変異体MTR1の5MT抵抗性カルスと感受性カルスから調製したRNAをサンプルとして、マルチプレックス法を用いてイルミナGAIIにより解析し、多数のリードデーターを得た。しかし、本方法によるイネの発現解析の詳細はまだ確立されておらず、次年度に、得られたデーターの解析法を検討して問題の解決に当たる。トリプトファン(Trp)アナログの5-メチルトリプトファン(5MT)に抵抗性のイネ変異体MTR1は、フェニルアラニン(Phe)合成系の鍵酵素であるアロゲン酸デヒドラターゼがPheによるフィードバック阻害を受けにくく変異しているためPheやフェニルプロパノイドを蓄積し、それと同時にTrpを蓄積する。これまでに、Pheの蓄積がTrpの増加をもたらす未知の制御機構の存在が示唆された。関与する未知の遺伝子を探るため、変異体と対照のカルスからRNAを抽出しイルミナGAIIにより解析した。H23年度は得られた多数のリードデーターの解析を行った。

5MTに抵抗性のイネカルス(R1,R2)と感受性イネカルス(S1,S2)各2系統から得られたリードをBWAで処理し、各遺伝子の発現量を算出した。安定した発現が確認された約2万個の遺伝子についてRとS系統における発現量を比較し、候補遺伝子を選択した。選択の基準として、(1)芳香族アミノ酸合成系酵素遺伝子のうち発現量に差のあるもの、(2)R/Sの値が2以上、(3)R/Sの値が0.5以下とした。その結果、(1)9個、(2)26個、(3)2個の計37個が候補遺伝子と考えられた。これらについて、半定量RT-PCRを試みたが、プライマー設計ができない、あるいはスプライシングバリアント等による複数バンドが出るものが多く、合計20個の遺伝子について単一のクリアなバンドを得ることができた。これらについて、RとSカルスの発現量の比較を行ったところ、差は認められなかった。以前、マイクロアレイによる解析では合成系の一部の遺伝子の発現に変化が認められ、今回のイルミナGAIIによる解析でも同じ結果が得られていることから、RT-PCR用のRNAを調整したカルスが老化していた可能性なども考慮して、今後、新たにPCR用のRNAを新鮮なカルスと幼植物から調整するなどして、リアルタイムPCRによるより正確な確認が必要と思われる。
新しいプロビットモデルの理論と実用性に関する研究

本研究はプロビットモデルの新たな理論展開と実用化への検討を目的として,昨年度は推定上課題であった選択肢数の設定問題を中心に,プログラムのハイブリッド化や合理的な設定方法の考察を行ってきた.また経路選択以外の交通選択問題への適用についても,その基礎的な定式化を検討してきた.本年度は,プロビットモデルだけでなく,これと同様に選択肢間の類似性を考慮できるMixed Logit Modelも研究対象に取り上げて,日帰り観光目的地選択モデルを対象として誤差の発生機構を考慮した選択肢間の類似性の表現方法について,実選択データによる妥当性の検証を通じて再検討した.目的地選択モデルは従来から選択肢集合の設定が困難であり,その問題の生じないロジットモデルが適用されてきた.しかし,このモデルは観光目的地選択のような類似した属性を有する目的地が近接しているケースへの適用は問題があり,より精緻な推定に向けて選択肢間の類似性を考慮できるモデルの適用が検討され始めている.この場合,分析者側がより合理的に選択肢集合を設定するための方法論が必要となる.本研究では,選択肢間の類似性を目的地の方向と圏域で定義した誤差項の定式化を行い,観光目的地の配置の関係による誤差構造の変化を整理した.また,日帰り観光地選択データを利用して,選択肢数の変化,選択肢集合に含まれる観光地の位置関係によるモデルの推定特性を把握し,合理的に選択肢集合を設定できる条件を基礎的に検討した.本研究はプロビットモデルの新たな理論展開と実用化への検討を目的として,昨年度は推定上課題であった選択肢数の設定問題を中心に,プログラムのハイブリッド化や合理的な設定方法の考察を行ってきた.また経路選択以外の交通選択問題への適用についても,その基礎的な定式化を検討してきた.本年度は,プロビットモデルだけでなく,これと同様に選択肢間の類似性を考慮できるMixed Logit Modelも研究対象に取り上げて,日帰り観光目的地選択モデルを対象として誤差の発生機構を考慮した選択肢間の類似性の表現方法について,実選択データによる妥当性の検証を通じて再検討した.目的地選択モデルは従来から選択肢集合の設定が困難であり,その問題の生じないロジットモデルが適用されてきた.しかし,このモデルは観光目的地選択のような類似した属性を有する目的地が近接しているケースへの適用は問題があり,より精緻な推定に向けて選択肢間の類似性を考慮できるモデルの適用が検討され始めている.この場合,分析者側がより合理的に選択肢集合を設定するための方法論が必要となる.本研究では,選択肢間の類似性を目的地の方向と圏域で定義した誤差項の定式化を行い,観光目的地の配置の関係による誤差構造の変化を整理した.また,日帰り観光地選択データを利用して,選択肢数の変化,選択肢集合に含まれる観光地の位置関係によるモデルの推定特性を把握し,合理的に選択肢集合を設定できる条件を基礎的に検討した.大都市圏における鉄道ネットワークの需要予測手法の精緻化を目的として,筆者らは効用関数の誤差項の構造化により選択肢間の類似性を個人ごとに表現するプロビットモデルを基礎的に開発してきた.本研究は,プロビットモデルの新たな理論展開と実用化の具体的な検討を目的とし,選択肢数の増加への対応,選択肢集合の設定方法などを検討するものである.特に,今年度はプロビットモデルの適用範囲の拡大,推定可能性の検討に主眼においている.最初に,従来の鉄道経路選択だけではなく,目的地選択や首発時刻選択などの他の交通選択をプロビットモデルにより定式化を検討し,推定可能性の検討は済んでいないものの,個人ごとの誤差構造を表現することができた.次に,多数の選択肢における推定可能性の検討を行い,鉄道経路選択に関しては概ね10肢選択にまで対応可能となった.また,個人ごとに選択肢が異なるケースについても,ハイブリッド型の推定手法の開発によりその対処が可能となった.最後に,プロビットモデルの適用に際して課題となる選択肢集合の合理的な設定方法について,鉄道経路選択を例に基礎的な検討を行った.ここでは,利用者がどのような経路を類似していると認識するかについて,効用の類似,空間的類似などのいくつかのケースを想定し,選択肢を削除・統合できる条件を整理した.その結果,経路間の距離の重複が90%を越える場合には選択肢を統合しても選択確率に与える影響は小さいことが示された.本研究はプロビットモデルの新たな理論展開と実用化への検討を目的として,昨年度は推定上課題であった選択肢数の設定問題を中心に,プログラムのハイブリッド化や合理的な設定方法の考察を行ってきた.また経路選択以外の交通選択問題への適用についても,その基礎的な定式化を検討してきた.本年度は,プロビットモデルだけでなく,これと同様に選択肢間の類似性を考慮できるMixed Logit Modelも研究対象に取り上げて,日帰り観光目的地選択モデルを対象として誤差の発生機構を考慮した選択肢間の類似性の表現方法について,実選択データによる妥当性の検証を通じて再検討した.目的地選択モデルは従来から選択肢集合の設定が困難であり,その問題の生じないロジットモデルが適用されてきた.しかし,このモデルは観光目的地選択のような類似した属性を有する目的地が近接しているケースへの適用は問題があり,より精緻な推定に向けて選択肢間の類似性を考慮できるモデルの適用が検討され始めている.この場合,分析者側がより合理的に選択肢集合を設定するための方法論が必要となる.

本研究では,選択肢間の類似性を目的地の方向と圏域で定義した誤差項の定式化を行い,観光目的地の配置の関係による誤差構造の変化を整理した.また,日帰り観光地選択データを利用して,選択肢数の変化,選択肢集合に含まれる観光地の位置関係によるモデルの推定特性を把握し,合理的に選択肢集合を設定できる条件を基礎的に検討した.
グローバルコンピューティングにおける記憶領域管理を考慮したタスクスケジューリング

本研究は,動的記憶管理が必須となる応用プログラムであっても効率の良いタスクスケジューリングを行うことができる新しいタスクスケジューリング手法CP/MM(Critical Path/Memory Management)を提案し,Java言語で記述されたワークフロー型分散アプリケーションを対象に実装して評価を行い,特にクリティカルパスが長い分散アプリケーションを効率的にスケジューリングでき,効率的な並列分散実行が可能であることを評価実験により確認した.GridコンピューティングはPC,ワークステーション,高性能計算機,データベース等をネットワークで接続し,異機種分散コンピューティングシステム上で高速化や大規模データ処理が必要な科学技術計算等を効率的に行うためのネットワークコンピューティング技術である.この分野の世界的な研究グループであるGlobusプロジェクトが提供しているGlobus Toolkitにおいて,科学技術分野以外のビジネス分野等でも利用することを目的とした新たな枠組みも取り入れられ,急速に普及しつつある.Data GridのようにXMLのような半構造データを扱う場合やJavaやRubyのようなオブジェクト指向型言語を利用する場合,動的記憶管理が必須となるGridコンピューティングを行う場合が今後増えることが予想される.この動的記憶管理は,何らかの仕組みがない限り,いつ起動されるのか,どのくらいの時間を要するのかが,予測困難であるため,実際にタスクスケジューリングに及ぼす影響は大きかった.本研究は,こうした動的記憶管理が必須となるGridコンピューティングを行う場合でも,効率的なタスクスケジューリングを行うためにGlobus Toolkit等他のツールやミドルウェアと連携して使用すべき重要な基礎技術である.本研究は,Java等のオブジェクト指向型言語を利用する場合等,ガーベジコレクションも含む動的記憶管理が必須となるグローバルコンピューティングを効率的に行えるように,動的領域管理と連携する新しいタイプのタスクスケジューリング手法CP/MMを提案するものである.研究の初期段階として,今年度はタスクスケジューリングシステムをグローバルコンピューティング環境で正しく評価できるようにすることを目的とし,既存の学内テストベッドシステム(九州工業大学内の飯塚市と北九州市の32km離れた2つの都市に分散したテストベッドシステム)を整備・拡張して有効にApGridに接続し,ネットワーク負荷やプロセッサ負荷を測定できるシステムを構築した.今回申請した科学研究費のほとんどは,これらの主要設備に充てている.またGlobus Toolkitの整備も行い,ApGrid等の実際のグローバルコンピューティング環境でも評価が行えるように準備を整えた.調査の結果,本タスクスケジューリングシステムをGlobus Toolkit適用することは簡単であることが分かったため,この部分の実装は後にまわすことにして,今年は提案手法の基本的な性能の評価を行った.実験では,PCクラスタ上で動作させた実際的なアプリケーションとテストベッド上で動作する複雑な依存関係を持つテストプログラムの2種類に対し,提案手法を組み込んだタスクスケジューリングシステムを用いて動作させ,評価を行った.その結果,CP/MMを用いた場合,他の既存の手法と比較して,優先順位の高いタスクの実行が記憶領域管理の悪影響を受けずに済み,効率的に並列分散実行できることが分かった.特にクリティカルパス長が比較的長いアプリケーションにおいてこの傾向が顕著であることが分かった.この結果は,SAINT2004 Workshopにおいて発表した.本研究は,動的記憶管理が必須となる応用プログラムであっても効率の良いタスクスケジューリングを行うことができる新しいタスクスケジューリング手法CP/MM(Critical Path/Memory Management)を提案し,Java言語で記述されたワークフロー型分散アプリケーションを対象に実装して評価を行い,特にクリティカルパスが長い分散アプリケーションを効率的にスケジューリングでき,効率的な並列分散実行が可能であることを評価実験により確認した.GridコンピューティングはPC,ワークステーション,高性能計算機,データベース等をネットワークで接続し,異機種分散コンピューティングシステム上で高速化や大規模データ処理が必要な科学技術計算等を効率的に行うためのネットワークコンピューティング技術である.この分野の世界的な研究グループであるGlobusプロジェクトが提供しているGlobus Toolkitにおいて,科学技術分野以外のビジネス分野等でも利用することを目的とした新たな枠組みも取り入れられ,急速に普及しつつある.Data GridのようにXMLのような半構造データを扱う場合やJavaやRubyのようなオブジェクト指向型言語を利用する場合,動的記憶管理が必須となるGridコンピューティングを行う場合が今後増えることが予想される.この動的記憶管理は,何らかの仕組みがない限り,いつ起動されるのか,どのくらいの時間を要するのかが,予測困難であるため,実際にタスクスケジューリングに及ぼす影響は大きかった.本研究は,こうした動的記憶管理が必須となるGridコンピューティングを行う場合でも,効率的なタスクスケジューリングを行うためにGlobus Toolkit等他のツールやミドルウェアと連携して使用すべき重要な基礎技術である.
内戦における国際的仲介者：誰が最良の調停者か？

本研究は内戦の調停において、調停者のどのような特性が、どのように交渉による合意(和平合意)を導くのかを明らかにすることを目的とする。調停に関する先行研究の多くは、分析レベルを専ら国家や国家間組織に焦点を置いており、実際に現場レベルで調停を動かす「人」に焦点を置いていない。したがって、本研究では調停者個人の特性、例えば、調停者の性格、紛争(当事者)への知識や理解、紛争当事者との関連性、過去の調停の経験、政治的地位などに着目し、武力紛争における調停研究への理論的貢献及び調停に携わる実務家に対する政策提言という意味においても貢献することを狙いとする。
「仮想データ」を用いたMRI撮像の高速化

本研究ではMRIにおいてデータ収集を一部しか行わず、残りのデータは収集されたデータから推測することにより撮像の高速化を試みた。この推測されたデータを本研究では「仮想データ」と呼んでいる。限られた収集データから仮想データの正確性を向上させることは極めて困難であった。しかし、複数の画像が必要な再構成のアルゴリズムにおいて、実際に撮像された少数の画像とこれらから推測された画像をもとに新たな画像を再構成した。その画質は、実際に撮像された画像のみから作られた画像のそれよりも大きく改善していた。本研究ではMRIにおいて撮像の高速化を達成するために、「仮想データ」の概念を導入し、新たな画像の再構成法を開発することを目標としている。MRIには様々な撮像シーケンスがあるが、各々の撮像法については撮像時間と収集されたデータの数は比例する。即ち、撮像時間短縮のためには収集すべきデータの数を減らす必要がある。しかし、収集データの数が減少すれば通常画質は劣化するため、画像再構成法に工夫が必要である。本研究では収集されたデータから仮想データを推測し、画像再構成時には収集データと仮想データの両方を用いることにより画質の向上を目指している。仮想データをいかに正確に推測するかは、画像のどれだけ正確なphase情報を抽出できるかにかかっている。本年度はreference scanを行い、このreference scanから推測されたphase情報を用いて本scanにおける仮想データを算出し、画像の再構成を行なった。Reference scanでのデータ収集量を変えることにより、得られたphase情報の正確さについても検討した。再構成された画像では、仮想データを用いた方が用いない場合よりもアーチファクトは軽減したものの、折り返しアーチファクトに類似したアーチファクトが無視できないレベルで残存し、この傾向はphaseの正確性を上げても大きな変化が見らなかった。これらの実験結果から、phase情報の正確性を追究すると同時に、phase情報から仮想データを算出する方法にも検討が必要であるということが明らかになった。理論的には正確なphase情報があれば、ノイズレベルの誤差範囲内で正確な仮想データを算出できるはずである。今後はこの算出方法を見直し、与えられたphase情報から仮想データを算出する上でその正確性を向上させることを検討していく。本研究ではMRIのデータ収集において「仮想データ」の概念を導入することにより、撮像時間短縮を目指すものである。具体的には、実際に収集された一部のデータから残りのデータを推測し、データをすべて収集せずとも画像の再構成を可能にしようという試みである。再構成された画像の質は、仮想データの正確性にかかっている。収集された限られたデータから、残りの必要なデータをいかに正確に推測するかがこの研究の重要課題である。仮想データを推測する上で画像のphase情報を求めること必要であり、理論的には画像のphaseの正確性が仮想データの質を決めると言ってよい。限られた少量のデータから画像を再構成したとき、一般に画像上にはアンダーサンプリングに伴うアーチファクトや信号雑音比の低下などが見られる。この画像からphase情報を抽出する際、フィルタをかけることによって画像を平滑化することが多い。ただし、この手法ではノイズレベルを低減させることと撮像物の細部の信号を保つことの両者のバランスを取るのが極めて難しい。今年度は最初に画像を再構成する際、圧縮センシングで使われる特殊な再構成法を使ってみた。この手法はデータサンプリングのパターンによって結果が左右されるが、データを比較的ランダムに収集したときはアーチファクトを大きく減らすことができた。また、昨年度正確な画像のphaseを用いたとしても、再構成された画像で折り返しアーチファクトに類似したアーチファクトが出現し、phase情報から仮想データを算出する方法にも検討が必要であると述べた。その後の検討により、これらのアーチファクトの出現はspiralやzigzagなどの特殊な軌道を使ってデータを収集した場合に限られており、一般的な正規直交座標上にデータを収集した際には明らかではないことがわかった。これについては現在も解明に向けて検討を重ねている。本研究ではMRIにおいてデータ収集を一部しか行わず、残りのデータは収集されたデータから推測しようとするものである。この際推測されたデータを本研究では「仮想データ」と呼んでいる。一般にMRIでは、繰り返し時間(TR)などのパラメータが決まれば、データ収集の量に応じて撮影時間が決まる。即ち、データ収集を周波数空間(k-space)の一部に制限することにより、撮像時間は短縮されることになる。ただし、仮想データが不正確であれば再構成された画像の質は低下する。そこで、本研究では仮想データの正確性を高めるため、画像の正確なphase情報を求めることを目標にしてきた。ところが、今までの実験と考察から、限られたデータからphase情報の正確性を向上させることは当初の予想以上に困難であることが判明してきた。昨年度述べたように、圧縮センシングで使われる再構成法では結果がデータサンプリングのパターンに依存し、データを比較的ランダムに収集したときにしかアーチファクトを有意に低減させることができない。結果がデータサンプリングのパターンに依存するという制限は、昨年度の研究においても克服できなかった。また、以前にも述べたように、spiralやzigzagなどの特殊な軌道を使ってデータを収集した場合、正確な画像のphaseを用いたとしても、再構成された画像で折り返しアーチファクトに類似したアーチファクトが出現する。これについては昨年度も原因が判明せず、今でも解明に向けて検討を重ねている。