hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高アスペクトGaAsハニカムホールアレイの自己組織的形成・評価と応用

その結果、条件の最適化によって細孔直径26nm、分散0.67nm、細孔密度4×10^<10>cm^<-2>、細孔間距離59nmの三角格子配列多孔質構造が得られた。得られたポーラスアルミナメンブレンを次にGaAs基板に固定しドラーエッチングを行うことにより、ポーラスアルミナの細孔形状を保ったままGaAs基板上に三角格子配列構造を得ることに成功した。得られた、細孔形状は直径23nm、密度4×10^<10>cm^<-2>、細孔間距離60nmであった。最後に、InAs量子ドットのサイズと位置の制御を目的として、ポーラスアルミナによって細孔形状の転写を行ったGaAs基板へInAs量子ドットをMBE成長した。その結果、GaAs基板に作製された細孔の深さが浅かったため、一部ではあったが一つの細孔に一つのInAs量子ドットが作製された。このときの量子ドットの直径は約15nmであった。これらの結果は、新しい微細化高技術の創成と、高品質な量子ドットを作製する際の中心的な基盤技術となるものである。また、転写したGaAs基板に細孔の深さを深くすることで高品質なフォトニック結晶を得られることができるものである。位置とサイズを制御したハニカムホールアレイを自己組織的に作製し評価することと、フォトニック結晶および量子ドット作製用のパターン基板への応用を目的として、今年度も引き続きAlを陽極酸化しハニカム孔を作製してGaAs基板へ転写し、InAs量子ドットをMBE成長し評価した。Al基板を過塩素酸/エタノール混合液中で電解研磨前処理後、硫酸電解液中で陽極酸化することで得られるナノホールアレイを硫酸/リン酸混合液中にて貫通型アルミナメンブレンを作製した。その結果、条件の最適化によって細孔直径25nm、分散0.6nm、細孔密度4×10^<10>cm^<-2>、細孔間距離60nmの三角格子配列多孔質構造が得られた。得られたポーラスアルミナメンブレンを次にGaAs基板に固定しドライエッチングを行うことにより、ポーラスアルミナの細孔形状を保ったままGaAs基板上に三角格子配列構造を得ることに成功した。得られた細孔形状は直径25nm、密度4×10^<10>cm^<-2>、細孔間距離60nmであった。
ドミノ型三成分結合形成反応を用いた縮環型化合物合成法の開発と天然物合成への展開

キノカルシンは1983年に高橋、富田らにより単離されたテトラヒドロイソキノリンアルカロイドであり、リンパ性白血病細胞に対して強力な増殖阻害活性を有することが知られている。また縮環型オキサゾリジン骨格を含む特徴的な構造から、多くのグループにより合成研究が行われてきた。一方、中心骨格であるピペリジノヒドロイソキノリン骨格は様々な天然物に共通して見られる骨格であるため、本中心骨格を効率的に構築する新規方法論の開発は、今もなお強く求められている。申請者は、既存のPictet-Spengler縮合によるテトラヒドロイソキノリン構築法とは異なる、遷移金属触媒を用いたアルキンの分子内ヒドロアミノ化反応を基盤とした新規合成戦略を立案した。以前の研究により、鍵工程である分子内ヒドロアミノ化反応において、ジヒドロベンゾフラン骨格を有するアルキンを基質として用いることで、望みの6-endo-dig型生成物が完全な位置選択性で得られることを見出している。更にプロモアレンのシス選択的アミノ化反応により合成したピロリジン誘導体との園頭カップリングと、続くヒドロアミノ化反応により、キノカルシン中心骨格を有する縮環型ラクタムの合成に成功している。本年度の研究で、ルイス酸によるジヒドロベンゾフラン環の開環反応によりフェニルグリシノール誘導体へと変換したのち、数工程の官能基変換を行うことでキノカルシンの不斉全合成を達成した。また種々の構造を有するジヒドロベンゾフランを用いた検討により、ルイス酸によるジヒドロベンゾフランの環交換反応が進行する構造的要因を明らかにし、本環交換反応を用いてキノカルシナミドの形式不斉全合成を達成した。Quinocarcinは、6つの不斉点と、特徴的な縮環型五環性骨格を有する合成化学的に挑戦的な化合物である。そのリンパ性白血病細胞に対する著しい増殖阻害活性から、医薬品標的化合物としても有望視されている。またquinocarcin中心骨格である縮環型テトラヒドロイソキノリン骨格は、種々の天然物に共通の骨格であるため、効率的な合成法の開発が強く望まれている。本合成計画はクロスカップリング反応-環化付加反応を基盤とした、収束的合成法が特長であるため、quinocarcinに類似した中心骨格を有する多様な化合物群を容易に合成することが可能となる。本合成研究において得られた各種誘導体の構造活性相関研究を行う事により、急性リンパ性白血病治療に有用な医薬品の開発を目指す。申請者はまずquinocarcin合成研究の鍵反応となる、薗頭カップリング-環化付加反応を用いた中心骨格構築法について条件の最適化を行うため、フェニルグリシノール誘導体と、容易に調製可能な飴置換プロパルギルアミン誘導体を用いたモデル実験を行った。通常の反応条件下において、薗頭カップリングを行ったところ、目的のクロスカップリングは進行せず、アルキン成分のホモカップリングのみが進行した。ホモカップリングは銅触媒により促進されるため、パラジウム触媒のみを用いて反応を行ったところ、クロスカップリング体が良好な収率で得られた。環化付加反応では、当初、望みの6-endo-dig型環化付加体は全く得られず、位置異性体である5-exo-dig型のみが生成する結果であったが、遷移金属触媒、溶媒、反応温度、アミンやアルコールの保護基を含めた詳細な反応条件の検討を行うことで、完全な位置選択性で望みの6-endo-dig型環化付加体を得ることに成功した。その後、得られたジヒドロイソキノリンの立体選択的水素化、分子内アミド形成をワンポット内で行い、目的とする縮環型テトラヒドロイソキノリン中心骨格を構築した。今後は、今回確立した中心骨格構築法を用いて、quinocarcinの全合成を目指す。Quinocarcinは、6つの不斉点と、特徴的な縮環型五環性骨格を有する合成化学的に挑戦的な化合物であり、そのリンパ性白血病細胞に対する著しい増殖阻害活性から、医薬品標的化合物としても有望視されている。申請者は前年度に確立した中心骨格構築法をもとに、quinocarcinの全合成研究を行った。申請者の合成戦略は、クロスカップリング反応-環化付加反応を基盤としているため、収束的合成が可能となる。まず申請者は、クロスカップリング反応のビルディングブロックである、2,5-cis-ピロリジン誘導体の合成に着手した。目的のピロリジン誘導体は、申請者の所属研究室で開発されたブロモアレンの分子内シス選択的アミノ化反応により、立体選択的に合成できるものと考えた。市販の化合物から9工程で誘導したブロモアレンのジアステレオマー混合物に対し、DMF中、NaHを作用させたところ、2,5-cis-ピロリジン誘導体を高収率、かつ高いシス選択性で得ることに成功した(dr=96:4)。その後、7工程の官能基変換を行うことで、目的のピロリジン誘導体を合成した。続いて得られたピロリジン誘導体と光学活性体として調製したフェニルグリシノール誘導体を用いて薗頭カップリングを行った。アルキン成分のホモカップリングを防ぐため、アスコルビン酸ナトリウムの添加が重要であることを見出した。しかし、続く金触媒によるヒドロアミノ化反応では、モデル実験で確立した反応条件では、所望のジヒドロイソキノリンを効率的に得ることは出来なかった。そこでBoc基の除去によりアミン体としたのち、同様の反応条件に付したところ、目的のヒドロアミノ化反応が効率的に進行した。生成したエナミンに対し、NaCNBH3を作用させたところ、単一の立体異性体としてテトラヒドロイソキノリンを得ることに成功した。続く分子内アミド形成により、quinocarcin中心骨格を有するラクタムへと誘導した。

キノカルシンは1983年に高橋、富田らにより単離されたテトラヒドロイソキノリンアルカロイドであり、リンパ性白血病細胞に対して強力な増殖阻害活性を有することが知られている。また縮環型オキサゾリジン骨格を含む特徴的な構造から、多くのグループにより合成研究が行われてきた。一方、中心骨格であるピペリジノヒドロイソキノリン骨格は様々な天然物に共通して見られる骨格であるため、本中心骨格を効率的に構築する新規方法論の開発は、今もなお強く求められている。申請者は、既存のPictet-Spengler縮合によるテトラヒドロイソキノリン構築法とは異なる、遷移金属触媒を用いたアルキンの分子内ヒドロアミノ化反応を基盤とした新規合成戦略を立案した。以前の研究により、鍵工程である分子内ヒドロアミノ化反応において、ジヒドロベンゾフラン骨格を有するアルキンを基質として用いることで、望みの6-endo-dig型生成物が完全な位置選択性で得られることを見出している。更にプロモアレンのシス選択的アミノ化反応により合成したピロリジン誘導体との園頭カップリングと、続くヒドロアミノ化反応により、キノカルシン中心骨格を有する縮環型ラクタムの合成に成功している。本年度の研究で、ルイス酸によるジヒドロベンゾフラン環の開環反応によりフェニルグリシノール誘導体へと変換したのち、数工程の官能基変換を行うことでキノカルシンの不斉全合成を達成した。また種々の構造を有するジヒドロベンゾフランを用いた検討により、ルイス酸によるジヒドロベンゾフランの環交換反応が進行する構造的要因を明らかにし、本環交換反応を用いてキノカルシナミドの形式不斉全合成を達成した。プロモアレンのシス選択的分子内ヒドロアミノ化反応により、2,5-cis-ピロリジンを高シス選択的に合成することに成功した。薗頭カップリング反応、金触媒による環化付加反応では、昨年度にモデル実験で確立した反応条件では所望の化合物が得られなかったが、詳細な検討の結果、テトラヒドロイソキノリンを高収率で合成することに成功している。また分子内アミド形成を選択的に行うことにより、quinocarcin中心骨格を構築した。金触媒によるヒドロアミノ化反応の位置選択性を制御するためには、ジヒドロベンゾフランをクロスカップリングのユニットとして用いる必要があるが、quinocarcinの全合成を達成するためには、ジヒドロベンゾフラン環を開裂し、フェニルグリシノール誘導体へと変換する必要がある。ルイス酸によりジヒドロベンゾフランを活性化することで、求核攻撃により開環反応が進行すると考えられる。またQuinocarcinの合成を達成したのちは、本合成戦略の収束的特徴を活用し、関連アルカロイドであるtetrazomineの合成を合わせて行う予定である。
モバイル環境におけるコンテンツのマルチモーダル検索・呈示と放送コンテンツ生成

本研究は,モバイル端末上でコンテンツの検索や呈示を行うための新しいソフトウエア技術を開発し、高度なモバイル・コンテンツアクセス・サービスの実現を目的とするもので、主に以下の項目に関して研究を行った。(1)コンテンツの自律的提示方式の研究:機器の操作説明情報やWeb検索エンジンの検索結果をモバイル端末で取得し,これをCGアニメーションと合成音声によって受動的に視聴できるシステムを開発した。また、移動体のビデオ動画像のマルチモーダル検索を行うために、移動体の移動軌跡をスケッチで入力する方式を開発した。(2)クロスメディア・メタサーチエンジンの研究:携帯型端末で単純なキーワード入力により、多様なメディアのコンテンツを横断的に検索するために、質問緩和法という方式を開発した。これは、テキスト検索エンジンと,画像検索エンジンを同時使用して検索収集するメタサーチエンジンであり、評価実験の結果、適合率の低下を20%前後にとどめながら再現率を3倍程度向上できることが確かめられた。(3)対話からの話題構造の発見とこれに基づくモバイル検索:携帯電話でのチャットやメール等の対話情報から話題構造を抽出し、これをもとにWeb検索するシステムを開発した。また、Blog情報を解析してWeb検索におけるトラスト値を算出する方式や、閲覧中のWebページに関連するBlog情報を受動的に視聴できるシステムを開発した。(4)モバイル放送のためのコンテンツの動的複合化方式:ストリームコンテンツの動的な複合化が行えるスクリプト言語MetaSMILを開発した。この言語の特徴は、従来のSMILに比べて、スクリプト中に検索質問を埋め込めたり、複合化に関する意味制約を表現できる点である。さらに、Web文書も画像とみなして、デジカメ画像や携帯電話画像と既存のWebページを自動的に関連づけて表示する方式を開発した。(5)Webコンテンツの自律的な検索・表示機構に関する研究:実空間に配置された複数の表示デバイス上に表示されたWebコンテンツ群が、自律的かつ互いに連携をとりながら自身を表示するとともに、ユーザの身体的操作に応じて自動検索できるようにする方式を開発した。(1)クロスメディア型検索方式とコンテンツの自律的呈示方式オフィスや屋外において使用する種々の機器の操作説明書をXMLを用いて状態遷移図表現し,モバイル端末から無線LANで対象物の状態情報を取得し,これに基づきサーバーから操作説明書の該当部分のみを検索し,これを3次元CGアニメーションと合成音声で呈示する試作システムを開発し,国際会議・学術雑誌などにその成果を公表した.さらに,テキスト中心のWeb検索エンジンと,Web上に含まれる画像を検索する検索エンジンなどを複数同時に使用することで,質問キーワードに関連する記述や画像を網羅的に収集する,クロスメディア型メタサーチエンジンを開発した.このシステムの特徴は,利用者が与えた質問を各々の検索エンジンに適した形の部分質問に分解する機構であり,この点が従来のメタサーチエンジンと異なる.また,Web検索エンジンからの出力結果を連続的にわかりやすく表示するために,該当ページの文脈を視覚効果を用いてモバイル端末上で自律的に呈示する方式を開発した.(2)モバイル放送のためのコンテンツの動的複合化方式コンテンツの動的な複合化を行うために,時空間的に変化するコンテンツ間の関連に基づいて複合化する方式を,申請者の田中が過去に開発した質問対リンク機構を拡張して実現した.また,指定したWebページを受動的に視聴できるようにするために,Webページの内容を,合成音声,キャラクタアニメーション,画像の同期表示を用いて受動的コンテンツに変換するシステムを実際に第3世代携帯電話上に実現した.

(3)対話からの話題構造の発見とこれに基づくモバイル検索携帯電話などにおける複数の利用者間でのチャットやメールによる対話情報を分析し,ここから,対話の話題構造を抽出し,Web検索によって関連情報を自動的に検索したり,適合フィードバックを適応的に行えるような機構を開発した.(1)クロスメディア・メタサーチエンジンの研究携帯型端末機器によって情報検索を行う際に、単純なキーワード入力により、多様なメディアのコンテンツを網羅的・横断的に自動検索を行うために、検索テキスト中心のWeb検索エンジンと、Web上に含まれる画像を検索する検索エンジンなどを複数同時に使用することで、質問キーワードに関連する記述や画像を網羅的に収集する、クロスメディア型メタサーチエンジンを開発し評価実験を行った。このシステムの特徴は、利用者が与えた質問を各々の検索エンジンに適した形の部分質問に分解する機構であり、この点が従来のメタサーチエンジンと異なる。評価実験の結果、適合率の低下を20%前後にとどめながら再現率を3倍程度向上させることができることが確かめられている。(2)モバイル放送のためのコンテンツの動的複合化方式コンテンツの動的な複合化を行うために、時空間的に変化するコンテンツ間の関連に基づいて複合化するためのスクリプト言語MetaSMILを開発した。この言語は、従来のストリーム型のコンテンツ統合言語であるSMILに比較して、動的にコンテンツ検索を行える質問機能や、複合化されるコンテンツに関する種々の意味制約を表現する機能を有しているのが大きな特徴となっている。(3)対話からの話題構造の発見とこれに基づくモバイル検索携帯電話などにおける複数の利用者間でのチャットやメールによる対話情報を分析し、ここから,対話の話題構造を抽出し、Web検索によって関連情報を自動的に検索するシステム、および、適合フィードバックを適応的に行えるような機構を開発した。本研究は、次世代携帯電話やPDA端末のようなモバイル端末上でコンテンツの検索や呈示を行うための新しいソフトウエア技術の研究を行い、これに基づき、高度なモバイル・コンテンツアクセス・サービスを実現するための方式開発を目的とする。このため、主に以下の3項目に絞って研究を行った。Webページやテレビ映像やデジタルカメラ画像自身を検索質問として用いて、文書から映像・画像を、映像・画像から文書をクロスメディア検索する方式を研究した。具体的には、Web文書や、テレビ映像の字幕文字情報から、その文書や映像の話題構造を自動的に抽出する方式、および、自動抽出された話題構造を元にして他のメディア情報を検索する方式を開発した。
Adrenoleukodystrophyの成因に関する研究

Adreroleukodystrophy(ALD)において極長鎖飽和脂肪酸(VLCFA)が増加し、VLCFAの代謝障害が考えられた。今回は、皮膚線維芽細胞を用いて、VLCFAのうちcerotic acid【C_(26:0)】及びligroceric acid【C_(24:0)】の代謝を検討した。実験の方法としてはトリチュームラベルした【^3H】-ceroticacidと【^3H】-ligroceric acidを皮膚線維芽細胞の培養液中に加えて培養し、経時的にその総脂質中のトリチュームラベルされた脂肪酸をラジオガスクロマトグラフィーを用いて定量した。その結果、脂肪酸の細胞内取り込みは、患者及び正常コントロールで差はなく、【C_(26:0)】の分解は、ALD患者では約50%の低下が認められた。一方【C_(24:0)】の代謝を検討した結果、分解は【_(24:0)】と同様約50%に低下が認められ、更に、【C_(24:0)】から【C_(26:0)】への合成が、患者で2倍に増加していた。このように、ALDにおいてはVLCFAの分解は明らかに低下していたが、一方においてて【C_(24:0)】から【C_(26:0)】への合成は明らかに増加が認められた。次にこのVLCFAの増加の要因として分解の障害か合成亢進のいずれかの関与が大かについて検討を行うため、VLCFAの分解系の局存するperoxisomeの欠損症とされているZellweger症候群とALDでVLCFAの代謝を比較検討してみた。実験方法は〔18-【^(14)C】〕ステアリン酸【C_(18:0)】を皮膚線維芽細胞に加えて培養し【^(14)C】でラベルされた脂肪酸をラジオガスクロマトグラフィーで定量した。その結果【C_(18:0)】から【C_(26:0)】への合成はコントロールでは検出されないのに対し、ALDでは0.7%、Zeiluegerでも0.7%と明らかな合成亢進が認められた。
肝障害の診断と治療を目的としたレドックス感受性リポソームの開発

本研究ではレドックス反応に応答するニトロキシルラジカルで修飾したリン脂質を合成し、レドックス感受性リポソームを作成した。ニトロキシルラジカル単独ては生体内半減期が短く、腎障害などを有する疾患モデルでは生体内レドックスを測定することが困難であったが、リポソームにしたことで体内滞留性を高めることに成功した。これにより、健常動物と病態モデル動物の間でのプローブ濃度の差を軽減することができ、生体内レドックスの非侵襲的測定の対象となる疾患の拡大が期待される。In vivo電子スピン共鳴(ESR)法は生体内酸化還元(レドックス)変化を非侵襲的に測定できるため、酸化ストレスが関与する様々な疾患のメカニズム解明に重要な技術である。本研究では、in vivo ESR法を用いた特定臓器におけるレドックス変化の非侵襲的な測定法の開発を目指している。従来のレドックス測定用プローブはマウスに投与後速やかに排泄されてしまうため、レドックス測定用プローブで修飾したリポソームを作成することでプローブの生体内半減期延長を目指し、さらにリポソームを肝臓に集積させるためにリポソームをガラクトースでも修飾する。本年度は、リポソーム調製のために必要なリン脂質の合成を行った。これまでにレドックス測定用プローブとリン脂質を結合させたDMPE-PROXYLの合成には成功しているが、反応効率が悪かったため、反応条件の検討を行った。その結果、反応中に加温することで反応効率があがることが分かった。また、ガラクトース修飾によりリポソームを肝臓へ集積させるために必要なガラクトース結合リン脂質の合成を行った。Y. Xiaoらによる先行研究(Int. J. Nanomed., 2013)を参考にリン脂質に4つのガラクトースを結合させるため、リン脂質とスペーサーのDTPAを結合させた。合成した脂質を精製するのに必要なクロマト装置の選定に予定より時間がかかり、購入時期が遅れたため、当初の予定に比べて遅れが生じた。生体内の酸化還元(レドックス)バランスの崩壊は様々な疾患との関わりが指摘されている。このため、生体内レドックスの非侵襲的な測定は多様な疾患のメカニズム解明に重要な情報をもたらす。生体内レドックスの測定では低分子のニトロキシルラジカルをプローブとして用いており、動物に投与したプローブの体内におけるレドックス反応をin vivo ESRやMRIで測定し、生体内レドックス評価を行っている。しかし、従来のプローブは低分子であるため、動物へ投与後速やかに尿中に排泄されてしまい、腎障害が出るような疾患では健常モデルとの体内プローブ量の差が大きくなってしまう。このため、そのような疾患ではレドックスの評価が困難になるという問題点があった。そこで、本研究では、ニトロキシルラジカルで修飾したリポソームを作成し、プローブの生体内半減期を延長させることで問題点の解決を目指している。また、ニトロキシルラジカルで修飾したリポソームをガラクトースでさらに修飾することで肝集積性を増加させ、組織選択性の付加も試みている。前年度まではニトロキシルラジカルで修飾したリポソーム作成のためにニトロキシルラジカルとリン脂質を結合させたDMPE-PROXYLの合成を行った。本年度は動物への投与を目指して、DMPE-PROXYLの大量合成を行い、MRIに於ける造影効果を従来のニトロキシルラジカルと比較した。その結果、DMPE-PROXYLの造影効果が従来のものよりやや高いことを示した。熊本地震により、実験できない期間が生じた。また、使用機器の修理・点検などに時間を取られ、進捗に遅れが生じた。本研究では生体肝像における酸化還元(レドックス)変化の非侵襲的な測定に向けたレドックスプローブ修飾リポソームの作成を試みた。昨年度までにリン脂質とレドックスプローブであるニトロキシルラジカルを結合させたDMPE-PROXYLを作成し、DMPE-PROXYLを含むリポソームがDMPE-PROXYLの濃度依存的にMRI造影効果があることを明らかにした。最終年度ではリン酸緩衝液中と血漿中における本リポソームの安定性について検討した。どちらの溶媒中においてもDMPE-PROXYLの濃度依存的なESRシグナルの増加とMRI造影効果を示し、リポソーム調製後1週間程度は粒子径、ESRシグナル、MRI造影効果を維持していた。これは本リポソームは、調製後動物への投与までリン酸緩衝液で保存することが可能であること、血漿中で分解などが起こらず、臓器までプローブが安定に運ばれる可能性が高いことを示している。動物へ投与するにあたって、安定性が高いことは非常に有利である。さらに本リポソームを動物に投与し、その体内分布についてMRIとX-band ESRを用いて検討した。X-band ESRの測定からリポソームが肝像や脾臓に集積していることが判明し、MRI画像では脾臓付近で輝度上昇が認められ、本リポソームが動物においても造影効果があることを示すことができた。これは本リポソームをレドックス評価に用いることができる可能性を示している点で重要である。ただし、レドックス評価を行うには輝度の増加が小さく、DMPE-PROXYL濃度についてさらなる検討が必要である。

ニトロキシルラジカル単独ては生体内半減期が短く、腎障害などを有する疾患モデルでは生体内レドックスを測定することが困難であったが、リポソームにしたことで体内滞留性を高めることに成功した。これにより、健常動物と病態モデル動物の間でのプローブ濃度の差を軽減することができ、生体内レドックスの非侵襲的測定の対象となる疾患の拡大が期待される。1.本年度に引き続き、ガラクトース結合リン脂質の合成を行う。2.合成されたガラクトース結合リン脂質を用いてリポソームを作成し、健常マウスにおけるリポソームの肝臓への集積性を検討する。上記2つの実験と並行して、本年度合成したDMPE-PROXYLを用いて、レドックス測定用プローブで修飾したリポソームを調製し、血漿中でのリポソームの安定性や動物体内中での測定感度について検討する。合成したDMPE-PROXYLを動物に投与してMRI造影効果・体内動態を検討する。DMPE-PROXYLの血中に於ける安定性や血中濃度推移などを測定し、半減期延長効果を検討する。ガラクトース修飾による肝集積性を検討する。上記の実験と並行してDMPE-PROXYLの合成を引き続き行う。生物物理合成過程において必要なクロマト装置の購入時期の遅延による研究の進捗の遅れと資金の節約により未使用の直接経費が生じた。熊本地震により研究ができない期間があったことと、機器の修理や点検に時間がかかったので、実験に遅れが生じたため。本年度にできなかった合成実験のための試薬や消耗品を購入する。また、28年度に行う実験の消耗品や、研究成果発表のための旅費として使用する。本年度は機器類も問題なく使用できているので、前年度の遅れを取り戻すように実験を行うため、合成用の試薬や動物、消耗品の購入に使用する。
サンゴ礁環境衛星地図の作成

A:衛星データの画像化次のサンゴ礁地域に関して衛星データを処理し、サンゴ礁とそれを取りまく陸域の現況を画像化した。(2)フィリピンの主要地域(MOS)(3)マレーシア全域(MOS)(4)アンダマン諸島全域(MOS)この結果、従来は地図や海図による情報しか得られなかった地域で、新しい視点から広範な地域のサンゴ礁の比較が可能になった。B:衛星データによるサンゴ礁の被覆分類10年間にわたり現地調査を続けている石垣島白保地域の衛星データを使って、数時期の被覆部類図を作成した。現存の衛星データでは空間・波長分解能が不足し、海域では満足な成果は得られなかった。サンゴ礁の生物群集のマッピングは、どの程度の精度で妥協するかということで衛星データを使えるかどうかが決まる。数十mの精度なら現段階の衛星データで、代表的なサンゴ礁地域の図化は可能である。環境監査、経時変化の抽出でも、同程度の空間的規模で可能になる。C:サンゴ礁を衛星リモートセンシングにおける分類項目衛星データから、サンゴ礁浅海域を区分する際の現実的な区分・凡例の設定は次のようになる。1:海岸林、2:海浜、(干潟)、3:アマモ藻場、4:砂床、5:生エダサンゴ帯(分布域)、6:死サンゴ帯(分布域)、7:生/死サンゴ(エダその他)・海藻・海草・ソフトコーラル混在域、8:褐藻(ホンダワラ)帯(分布域)、9:礁岩(礁嶺部分に相当する)分布域、10:未分類D:サンゴ礁構成物の分光反射特性の比較白保地域の海域と陸域で、分光反射率の測定を実施した。海域の物質については、分光反射から判別するのは難しいという結論を得た。E:カラー空中写真のデジタルモザイク画像白保地域の数時期の空中写真から、デジタルモザイク画像を作成した。土地改良事業の進行に伴って、浅海域で海草・海藻の占める面積が急速に拡大してゆく状況が認められたA:衛星データの画像化次のサンゴ礁地域に関して衛星データを処理し、サンゴ礁とそれを取りまく陸域の現況を画像化した。土地改良事業の進行に伴って、浅海域で海草・海藻の占める面積が急速に拡大してゆく状況が認められた初年度の成果を列挙すると以下のようになる。(1)衛星画像は、サンゴ礁地形を概観する優れた手段で、琉球列島でみられる比較的規模の小さいサンゴ礁でさえ、分布状態や連続性を広範囲にわたって観察できる。(2)光学センサは、可視域から赤外域までの光を幾つにも分割して観測する。陸域ではこれらを組み合わせて植物の活性度を調べるのだが、サンゴや海藻・海草の観測では海水に吸収されるため赤外域の光が使えない。また、解像度が数十mであることも、空中写真にくらべ著しく不利な点である。(3)ランドサットTMのバンド3,2,1にRGBを割り当てたトゥル-カラー画像を作成すると、画像は、水深10m程度までのサンゴ礁が薄い青色で見えるように処理される。これらを見ると、広範囲を一度で見渡せるというリモートセンシングの特徴を利用してサンゴ礁地形の比較が容易になる。(4)サンゴ礁地域の環境監査世界各地で、陸域の開発行為に伴うサンゴ礁の環境悪化が急速に進行している。このような地域では、サンゴの活性度や分布域の変化、流出土壌による浅海域の汚濁、陸域の土地被覆変化や土壌侵食の状態を継続的に調べる必要がある。その手段として、リモートセンシングはきわめて有効な技術である。初年度はとりあえずマレーシア、タイの一部地域のMOS-1画像を処理しその概要を捉えることができた。

また、マングローブ林の分布や経時変化なども衛星リモートセンシングの対象となることがわかったので、初年度は予算の許す限り、東南アジアのサンゴ礁のデータを収集し分析する予定である。A:衛星データの画像化次のサンゴ礁地域に関して衛星データを処理し、サンゴ礁とそれを取りまく陸域の現況を画像化した。(2)フィリピンの主要地域(MOS)(3)マレーシア全域(MOS)(4)アンダマン諸島全域(MOS)この結果、従来は地図や海図による情報しか得られなかった地域で、新しい視点から広範な地域のサンゴ礁の比較が可能になった。B:衛星データによるサンゴ礁の被覆分類10年間にわたり現地調査を続けている石垣島白保地域の衛星データを使って、数時期の被覆分類図を作成した。現存の衛星データでは空間・波長分解能が不足し、海域では満足な成果は得られなかった。サンゴ礁の生物群集のマッピングは、どの程度の精度で妥協するかということで衛星データを使えるかどうかが決まる。数十mの精度なら現段階の衛星データで、代表的なサンゴ礁地域の図化は可能である。環境監査、経時変化の抽出でも、同程度の空間的規模で可能になる。C:サンゴ礁を衛星リモートセンシングにおける分類項目衛星データから、サンゴ礁浅海域を区分する際の現実的な区分・凡例の設定は次のようになる。1:海岸林、2:海浜、(干潟)、3:アマモ藻場、4:砂床、5:生エダサンゴ帯(分布域)、6:死サンゴ帯(分布域)、7:生/死サンゴ(ユダその他)・海藻・海草・ソフトコーラル混在域、8:褐藻(ホンダワラ)帯(分布域)、9:礁岩(礁嶺部分に相当する)分布域、10:未分類D:サンゴ礁構成物の分光反射特性の比較白保地域の海域と陸域で、分光反射率の測定を実施した。海域の物質については、分光反射から判別するのは難しいという結論を得た。E:カラー空中写真のデジタルモザイク画像白保地域の数時期の空中写真から、デジタルモザイク画像を作成した。土地改良事業の進行に伴って、浅海域で海草・海藻の占める面積が急速に拡大してゆく状況が認められた
膜状各種材料の疲労き裂伝ぱ特性許価に関する研究

母材の穴部(円とだ円)を覆うように試験膜を接着し、母材に繰返し負荷を与え、Fe膜(100μmと50μm厚さ)とTi膜(50μm厚さ)の疲労き裂伝ぱ試験を行った。また、BEMによる膜き裂解析を行い、計算した応力拡大係数幅ΔKにより膜疲労き裂伝ぱ速度da/dNを整理した結果、バルク材同様にパリス則が成立した。このように、提案した方法が膜材の疲労き裂伝ぱ試験に有効であることがわかった。また、膜き裂開口変位分布の測定結果から、Fe膜材ではき裂周辺に圧縮残留応力が生じており、バルク材同様有効応力拡大係数幅ΔKeffの評価が重要であった。そのΔKeffによるda/dNの整理では、膜材とバルク材の結果は一致した。一方、Ti膜ではΔKによるda/dNの整理でも、バルク材の結果とよく一致した。次に、母材の予き裂を覆うように試験膜を接着し母材に繰返し負荷を与えると、予き裂開口変位量の大きい膜中央で疲労き裂が発生し、その後膜上での疲労き裂伝ぱ試験を行うことができた。本試験での特徴的なことは、膜疲労き裂伝ぱが予き裂開口に伴う膜き裂開口変位量Δφに支配されていることである。そして、鉄膜の疲労き裂伝ぱ速度とΔφの関係においては、バルク材の結果によく一致した。さらに、膜き裂長さが予き裂長さすなわち母材にき裂がない状態でも、膜き裂は停留せず伝ぱし続けることが、Fe膜およびTi膜で認められた。これは、膜き裂開口変位分布の測定からき裂開口応力分布を評価した結果、伝ぱした膜疲労き裂周辺の圧縮残留応力に釣合うよう分布する引張残留応力が、予き裂先端付近および前方の膜に生じるためであることがわかった。
砕波に伴う渦の3次元性を考慮した底質の細部移動構造に関する研究

斜降渦の沿岸方向の発生形態と砕波時の3成分の流速分布については,不明な点が多いのが現状である.本研究課題では,斜降渦の沿岸方向の発生形式を検討する.さらに,砕波時の岸沖・沿岸・水深方向の3成分の流速分布特性を斜降渦の発生形態と関連づけて考究した.その結果,砕波に伴い沿岸方向に1対となって発生する斜降渦は,砕波の進行過程で,2つの渦の渦軸が特徴的な3つの形式となることが判明した.斜降渦の沿岸方向の発生形態と砕波時の3成分の流速分布については,不明な点が多いのが現状である.本研究課題では,斜降渦の沿岸方向の発生形式を検討する.さらに,砕波時の岸沖・沿岸・水深方向の3成分の流速分布特性を斜降渦の発生形態と関連づけて考究した.その結果,砕波に伴い沿岸方向に1対となって発生する斜降渦は,砕波の進行過程で,2つの渦の渦軸が特徴的な3つの形式となることが判明した.海岸侵食を防止する新しい漂砂制御方法を構築するために,海底砂の移動を引き起こす渦について検討した.3次元性の強い現象である斜降渦の沿岸方向の分布形態,ならびに渦による乱れの影響が強く反映されると考えられる砕波時の岸沖・沿岸・水深方向の流速の3成分を実験的に計測した研究は少数である.したがって,斜降渦の沿岸方向の発生形態と砕波時の3成分の流速分布については,不明な点が多いのが現状である.本研究は,斜降渦の沿岸方向の発生形式を検討すとともに,砕波時の岸沖・沿岸・水深方向の3成分の流速分布特性を斜降渦の発生形態と関連づけて考究した.その主要な結論を以下に示す.(1)砕波に伴い発生する斜降渦は,単一の渦と回転方向の相異なる1対の渦に大別できた.1対の斜降渦は,撮影領域内で同一な入射波の内部に3組まで確認することができた.沿岸方向に1対の斜降渦が複数組発生する現象は間欠的であり,両ケースにおいて1対の斜降渦が1組,2組,3組発生する確率は,発生する渦の組数が多くなるほど低下した.(2)沿岸方向に1対となって発生する斜降渦は,砕波の進行過程で,2つの渦の渦軸が特徴的な3つの形式となることが判明した.すなわち,波の変形過程で1対の斜降渦の渦軸の間隔が短縮する形式,1対の斜降渦の渦軸の間隔が短縮し交差する形式,1対の斜降渦の渦軸の間隔が変化しない形式の3形式である.両ケースにおいて,1対の斜降渦が1組形成される場合に,渦軸が接近する形式と渦軸の間隔が変化しない形式の発生確率は,それぞれ約1割であった.(3)沿岸方向の流速成分の鉛直分布は,入射波の砕波過程に伴って変化した.砕波時から砕波後における時間経過において,沿岸方向流速の鉛直分布は,波前脚部周辺から海底面近傍へ向けて流速を増加させながら不規則となる領域を拡大させた.これは,斜降渦の海底面へ向けての発達に影響にされたものであると考えられる.砕波によって発生する斜降渦は,空間的な3次元性の強い現象である.しかし,3次元性の強い現象である斜降渦の沿岸方向の分布形態,ならびに渦による乱れの影響が強く反映されると考えられる砕波時の岸沖・沿岸・水深方向の流速の3成分を実験的に計測した研究は少数である.したがって,海岸侵食に強く影響する斜降渦の沿岸方向の発生形態と砕波時の3成分の流速分布については,不明な点が多い.本研究では,斜降渦の沿岸方向の発生形式を考究した.その結果,以下に示す事項が明らかとなった.1.砕波に伴い発生する斜降渦は,単一の渦と回転方向の相異なる1対の渦に大別できた.1対の斜降渦は,撮影領域内で同一な入射波の内部に3組まで確認することができた.沿岸方向に1対の斜降渦が複数組発生する現象は間欠的であり,両ケースにおいて1対の斜降渦が1組,2組3組発生する確率は,発生する渦の組数が多くなるほど低下した.2.沿岸方向に1対となって発生する斜降渦は,砕波の進行過程で,2つの渦の渦軸が特徴的な3つの形式となることが判明した.すなわち,波の変形過程で1対の斜降渦の渦軸の間隔が短縮する形式,1対の斜降渦の渦軸の間隔が短縮し交差する形式,1対の斜降渦の渦軸の間隔が変化しない形式(B:図4)の3形式である.両ケースにおいて,1対の斜降渦が1組形成される場合に,渦軸が接近する形式と渦軸の間隔が変化しない形式の発生確率は,それぞれ約1割であった.3.渦の回転方向は,渦軸が接近する形式では,互いの内方向となる傾向が強く,1対の斜降渦の渦軸間の距離の縮小には,渦の回転方向が関係していると推察できる.4.砕波帯内での沿岸流速(以下にv)を考慮した流速分布は,時空間的に不均一な分布特性となった.また,海底方向へ不規則な分布となる領域を拡大させていた.これは,斜降渦が海底面へ向けて発達している過程を示唆している.
放射線治療後の頭頚部手術における創傷治癒不全に対する遺伝子治療の応用

頭頚部領域における悪性腫瘍に対する治療において放射線照射後で手術が必要となる場合、放射線による組織変化により術後の創傷治癒不全が問題となってくる。皮膚潰瘍動物モデルを用いた実験において、各種成長因子が皮膚粘膜創傷治癒を効率良く促進し、瘢痕形成を軽減することが知られている。そこで本研究は、遺伝子導入の手法(遺伝子治療)を用いて、放射線治療後の頭頚部手術における創傷治癒不全に対する検討を行うことを目的とした。現在までに注入および塗布による頚部創部へのreporter遺伝子導入の検討を行った。日本シロウサギを用いた喉頭創部損傷モデルにreporter遺伝子(LacZ遺伝子)を含む非増殖型アデノウイルスベクター(AxCAhLacZ)を頚部創部に直接注入または塗布にて導入した。導入後1、2、4週後に頚部皮膚、および胸鎖乳突筋の凍結組織切片を作製した。各組織切片をX-gal染色および抗β-galactosidase抗体を用いて免疫染色を施行し、各々での遺伝子発現強度や発現持続期間などを観察した。注入、塗布いずれにおいても、結果は1週後においてX-gal酵素組織染色でLacZ遺伝子の強い発現を認め、2週後で発現の減弱を認め、4週後ではほとんど発現を認めなかった。注入法では注入した部位に強い発現を認めた。塗布した場合は付近の粘膜およびその周囲に発現を認め、塗布のみでも遺伝子導入が可能であることが証明された。また放射線照射モデルラットの作成について検討した。放射線治療は、頭頚部領域における悪性腫瘍に対する治療において重要な役割を果たしている。しかしながら放射線照射後で手術が必要となる場合において、放射線による組織変化により術後の創傷治癒不全が問題となってくる。皮膚潰瘍動物モデルを用いた実験において、各種成長因子が皮膚粘膜創傷治癒を効率良く促進し、瘢痕形成を軽減することが知られており、創傷治癒過程における炎症期、肉芽期、再構築期の各過程の細胞の挙動と細胞成長因子の作用が解明されてきている。しかしこれらの成長因子が有効性を示すには、作用させたい部位に有効濃度を保ったまま長期間成長因子が存在しなければならない。標的部位に成長因子遺伝子導入ベクターを1回のみ注入することで、標的部位にのみ高濃度で長期間にわたり成長因子を発現させることが可能であるという点で、遺伝子治療(遺伝子導入の手法)は非常に有望であると考えられる。そこで放射線治療後の頭頚部手術における創傷治癒不全に対する遺伝子治療の検討を目的とした。まず喉頭創部損傷モデルでのreporter遺伝子導入の検討を行った。LacZ遺伝子を含みアデノウイルスゲノムからE1A、E1B、E3遺伝子を欠損したウイルスDNAを持つ発現コスミドカセットDNAと、親ウイルスDNA-末端蛋白複合体(TPC)を293細胞にco-transfectし組み換えアデノウイルス(AxCAhLacZ)を作製した。日本シロウサギを用いた喉頭創部損傷モデルにreporter遺伝子(LacZ遺伝子)を含む非増殖型アデノウイルスベクター(AxCAhLacZ)を導入し、導入後1、2、4週後に喉頭を潅流固定後に摘出し、頚部皮膚、および胸鎖乳突筋の凍結組織切片を作製した.各組織切片をX-gal染色および抗β-galactosidase抗体を用いて免疫染色を施行し、各々での遺伝子発現強度や発現持続期間などを観察した。結果は1週後において、X-gal酵素組織染色でLacZ遺伝子の強い発現を認め、2週後において発現の減弱を認め、4週後ではほとんど発現を認めなかった。今後は、放射線照射モデルラットを作成し、前述と同様の手法により放射線照射モデルラットにおいてもreporter遺伝子導入の検討を再度行い、更に治療遺伝子(TGF-β、bFGF))導入後の創傷治癒の検討を行っていく予定である。
DNA架橋修復に重要なFANCD2－FANCI複合体の機能及び構造解析

これまでの研究で、DNA架橋修復に重要なFANCD2-FANCI複合体がヒストンシャペロン活性を有しており、FANCD2が触媒サブユニットとして、FANCIが活性調節サブユニットとして働くことを見出してきた。更に、FANCD2はC末端領域でピストンH3/H4複合体と相互作用し、ニワトリFANCD2(cFANCD2)においてアミノ酸R1336とK1346がヒストンシャペロン活性に重要であることを明らかにした。また、このFANCD2変異体をDT40細胞にノックインしても、DT40細胞のDNA架橋剤への感受性が相補されなかったことから、FANCD2のヒストンシャペロン活性はDNA架橋修復に重要な役割を果たすことが示唆された。平成24年度は、DNA架橋修復の不全で発症するファンコニ貧血という遺伝病と、FANCD2のヒストンシャペロン活性の関連性を解析した。ファンコニ貧血患者では、ヒトFANCD2 R302Wの変異が見つかっている。cFANCD2 R305Wをリコンビナントタンパク質として精製し、スーパーコイリングアッセイによりヒストンシャペロン活性を測定したところ、野生型FANCD2に比べ著しくヒストンシャペロン活性が低下していた。更に、この変異体をDT40細胞にノックインしたところ、DNA損傷依存的にクロマチンに集積するものの、DNA架橋剤への感受性は完全には相補されなかった。また、FANCD2をノックダウンしたHeLa細胞において、ヒトFANCD2 R302Wの変異体を発現させても、ピストンH3の細胞内動態は相補されなかった。これら一連の解析で、DNA架橋修復においてFANCD2のヒストンシャペロン活性は、ID複合体がクロマチンに集積した後に重要な役割を果たすこと、そしてヒストンシャペロン活性を低下させる変異がファンコニ貧血の原因になりえることが明らかになった。これまでの研究により、本研究課題の中核をなすFANCD2-FANCI複合体のヒストンシャペロン活性の分子メカニズム、そしてその活性のDNA架橋修復における重要性を明らかにすることができた。特に、FANCD2-FANCI複合体が損傷部位へ集積した後に、ピストンH3/H4複合体の動態を制御することでDNA修復を触媒するという全く新たなモデルを提唱することができた。本研究課題では、FANCD2・ピストンH3/H4複合体のX線結晶構造解析を行う予定であった。この解析を行うために、まずリコンビナントタンパク質として精製した際に均一になるFANCD2を設計し、ほぼ全長のFANCD2を結晶化することに成功した。しかし、このFANCD2とヒストンH3/H4複合体を混合しても結晶を得ることができなかった。これは、高濃度においてFANCD2とヒストンH3/H4複合体が非特異的な相互作用をすることに起因すると考えられる。そこで、今後はFANCD2のヒストン結合領域であるC末端断片を設計し、ヒストンH3/H4複合体と共発現させることで、均一な複合体をリコンビナントタンパク質として精製することを目標とする。ピストンH3/H4複合体とFANCD2の共発現系の作製は既に作製しており、今後精製と結晶化を行っていく。これまでの研究で,ファンコニ貧血原因遺伝子産物であるFANCD2が,クロマチン構成因子であるコアヒストンと相互作用し,これをDNA上へとアセンブリするヒストンシャペロン活性を有している事を発見した。FANCD2は先行研究でDNA架橋修復に関与する事が示されているため,FANCD2のヒストンシャペロン活性とDNA架橋修復の関連性及び,反応の分子メカニズムの解明を目的として研究を行った。まず,ヒストンシャペロン活性の分子メカニズムを明らかにするため,FANCD2のヒストン結合部位の同定を行った。これはリコンビナントタンパク質として精製したニワトリFANCD2(cFANCD2)をプロテアーゼによって限定分解し,FANCD2をドメインに分ける事によって行った。その結果,FANCD2をアミノ酸1-1167及び953-1439の大きな二つのドメインに分ける事ができた。得られたドメインとヒストンH3/H4との相互作用をプルダウンアッセイによって解析した結果,cFANCD2(953-1439)にヒストンH3/H4が強く結合した。更なる解析の結果,アミノ酸1268-1389の領域でヒストンH3/H4と結合する事が明らかになった。このヒストン結合部位を欠いた変異体cFANCD2(1-1267)のシャペロン活性が極めて低下していた事から,FANCD2のC末端がヒストン結合及びシャペロン活性に重要である事が明らかになった。次にFANCD2のシャペロン活性とDNA架橋修復との関連を明らかにする為に,cFANCD2ノックアウト細胞に,cFANCD2(1-1267)を導入し,DNA架橋剤への感受性をコロニー形成アッセイで試験した。その結果,cFANCD2(1-1267)を導入した細胞でDNA架橋剤への感受性が観察された。この事から,FANCD2のシャペロン活性とDNA架橋修復の関連性が示唆された。これまでの研究で、DNA架橋修復に重要なFANCD2タンパク質が、そのC末端170アミノ酸でクロマチンの構成因子であるコアヒストンと相互作用し、それをDNA上へとアセンブリーする活性を有することを明らかにしてきた。そこで、FANCD2のヒストンシャペロン活性の分子メカニズム及びDNA架橋修復との関連性をより詳細に明らかにするため、生化学的、遺伝学的手法を用いて解析を行った。

まず、FANCD2のヒストンシャペロン活性の分子メカニズムを解明するため、ニワトリFANCD2(cFANCD2)のC末端170アミノ酸においてアラニンスキャニングを行った。作製した多数の点変異体をそれぞれHEK293T細胞にて発現させ、ヒストンH3/H4複合体ビーズを用いてpull-down assayによりヒストンH3/H4複合体との相互作用を解析したところ、FANCD2のR1336、K1346、R1370、V1371、K1372がヒストンH3/H4複合体との相互作用に重要であることが明らかになった。これらのアミノ酸はヒトから昆虫という幅広い生物で保存されていた。次に、cFANCD2(R1336A/1346A)及びcFANCD2(R1370A/V1371A/K1372A)を大腸菌リコンビナントタンパク質として高純度に精製し、supercoiling assayを用いてヌクレオソーム形成活性を解析したところ、いずれの点変異体もヌクレオソーム形成活性が著しく低下した。この結果から、FANCD2のヒストンシャペロン活性にはC末端のヒストン結合ドメインが必須であることが明らかになった。更に同変異体をFANCD2欠損細胞にノックインしてもDNA架橋剤への感受性が相補されなかったため、FANCD2のヒストンシャペロン活性がDNA架橋修復において極めて重要な反応であることが明らかになった。これまでの研究で、DNA架橋修復に重要なFANCD2-FANCI複合体がヒストンシャペロン活性を有しており、FANCD2が触媒サブユニットとして、FANCIが活性調節サブユニットとして働くことを見出してきた。更に、FANCD2はC末端領域でピストンH3/H4複合体と相互作用し、ニワトリFANCD2(cFANCD2)においてアミノ酸R1336とK1346がヒストンシャペロン活性に重要であることを明らかにした。また、このFANCD2変異体をDT40細胞にノックインしても、DT40細胞のDNA架橋剤への感受性が相補されなかったことから、FANCD2のヒストンシャペロン活性はDNA架橋修復に重要な役割を果たすことが示唆された。平成24年度は、DNA架橋修復の不全で発症するファンコニ貧血という遺伝病と、FANCD2のヒストンシャペロン活性の関連性を解析した。ファンコニ貧血患者では、ヒトFANCD2 R302Wの変異が見つかっている。cFANCD2 R305Wをリコンビナントタンパク質として精製し、スーパーコイリングアッセイによりヒストンシャペロン活性を測定したところ、野生型FANCD2に比べ著しくヒストンシャペロン活性が低下していた。更に、この変異体をDT40細胞にノックインしたところ、DNA損傷依存的にクロマチンに集積するものの、DNA架橋剤への感受性は完全には相補されなかった。また、FANCD2をノックダウンしたHeLa細胞において、ヒトFANCD2 R302Wの変異体を発現させても、ピストンH3の細胞内動態は相補されなかった。これら一連の解析で、DNA架橋修復においてFANCD2のヒストンシャペロン活性は、ID複合体がクロマチンに集積した後に重要な役割を果たすこと、そしてヒストンシャペロン活性を低下させる変異がファンコニ貧血の原因になりえることが明らかになった。
遺伝的な色覚の多様性が感性の個人差に与える影響

遺伝的な色覚の多様性が、視覚的注意を反映する視線行動、視覚対象への印象にどのように影響するかを明らかにすることを目的とした。様々な色覚を有する参加者を対象とし、絵画鑑賞中の視線計測、絵画に対する感性評価を行った。その結果、画像特徴や色覚型を反映して視覚的注意が異なった。また、色覚の違いは色彩的印象の個人差に大きく影響し、長期間の色覚経験も印象に反映されていることが示唆された。本研究は、先天的な要因が、後天的な要因とも相互作用しながら、多様な行動様式や感性を作り出していることを実験的に示すことに成功した。得られた成果は、多様性に配慮したデザインの制作につながるなど社会への還元が期待できる。ヒトには、遺伝子の多型に起因する色覚の多様性が存在する。一般的な色覚は、網膜のS、M、L錐体による3色型色覚であるが、約5%の男性は、M、L錐体に発現する視物質遺伝子の欠損または変異により、赤みと緑みの弁別が困難な2色型色覚、もしくは2色型に近い3色型色覚である。色覚が異なれば、外界のどこに注意を向けるかなど、行動レベルの違いが現れると考えられる。さらには、快/不快、嗜好、美意識など、感性の違いに影響する可能性も考えられる。先行研究においては、色覚が異なることによる色弁別能の違いなど、知覚レベルの研究は進んでいるものの、色覚の違いと感性の個人差との関連性についてはあまり調べられていない。また、遺伝子レベルの違いと感性の個人差との関連を詳しく調べた例は少ない。本研究では、遺伝的な色覚の多様性が、感性の個人差に与える影響を明らかにすることを目的とする。そのために、遺伝子解析と行動・心理実験の両面から研究を進めていく必要がある。実験による客観的なデータの積み上げにより、個人差に配慮した視覚デザインの発展に繋げることを目標としている。平成27年度は、遺伝子解析用のヒトゲノムDNAの抽出、視線計測および感性評価等の行動・心理実験ができる環境・実験プログラムを確立した。また、目的に相応しい画像、評価方法の選定を行った。初年度は、遺伝子解析および行動・心理実験ができる環境・実験プログラムを確立した。ヒトゲノムを用いた遺伝子研究には所属機関の倫理委員会から承認を受ける必要があり、手続きに時間を要した。無事承認がおりたため、28年度からは本格的に遺伝子解析を進める予定である。色覚多型に関連した行動測定と感性評価に相応しい絵画の選定は、画像の色度解析により順調に進んでいる。ただし、当初は著作権保護期間が切れた西洋絵画の使用を中心に計画していたが、デザイナーへ成果を還元することを念頭に、現代の作家によるグラフィック作品も使用することとし、選定および使用許諾の手続きに時間を要している。また、一般3色型色覚者に対し、2色型色覚による見え方を模擬する画像シミュレーション・アルゴリズムの検討を行った。これは、遺伝子で既定される先天的な色覚による効果と、発達の過程の視覚入力によってもたらされると考えられる後天的な適応効果を分離するために用いる予定である。さらに、色覚多型を考慮した視線計測データを予測する顕著性モデルを確立させるため、研究協力者に支援を受けながら予備的実験におけるデータの解析を進めている。様々な色覚(2色型、2色型に近い3色型、3色型)を有する34名の参加者を対象として、絵画鑑賞時の視線計測と感性評価実験を行った。経験による光受容器以降の神経処理の変化など、後天的要因の影響を考慮するため、3色型を有する半数は、2色型の見え方を模擬した画像を鑑賞した。得られたデータを基に、1)色覚の違いによって、視覚的注意(視線)を向ける場所は異なるか、2)低次の生理メカニズムに基づく顕著性モデルによって視線の予測は可能か、3)色覚の違いによって、絵画に対する印象は異なるか、について検討した。その結果、1)2色型の視覚的注意は、3色型や2色型模擬画像を鑑賞した3色型の視覚的注意とも異なる場合があることが明らかとなった。また、2)各色覚の視線は顕著性モデルによってある程度予測されたが、描かれた内容など、高次の視覚情報の影響も強く受けていることが明らかとなった。さらに、3)色覚の違いは、色彩に関わる印象の個人差に大きな影響を与えることが明らかになった。特に、色彩が絵画の印象に与える影響は、模擬画像を見た3色型よりも2色型で大きく、色彩の印象の基準は長期間経験した色空間において作られることが示唆された。各参加者の遺伝子型を確定し、遺伝子多型と視覚的注意・感性との関連性について分析することにより、遺伝子多型という先天的要因によってもたらされた色覚の多様性が、光受容器以降の神経メカニズムなど、後天的な要因とも相互に影響を与え合いながら、多様な行動様式や感性を作り出していることが示されつつある。本研究で得られた成果は、顕著性モデルの改良や、各色覚特性に配慮した効果的なデザインの制作などに還元されることが期待される。また、遺伝子と行動・感性の関連性を探るモデル研究となると考える。