hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強化学習法における効率的なサンプリング法の開発

本研究は,強化学習法の一手法である方策勾配法において,効率的な試行錯誤の仕方についての研究を行うものである.方策オフ型の強化学習法では環境との相互作用を行う場合に任意の方策を用いることが可能であるため,現在の方策で学習を行う方策オン型の学習法では制約される,効率的な学習を行うため試行錯誤のための方策を利用することが可能である.しかし,どのような試行錯誤により効率的な学習が可能であるかはまだ分かっていない,そこで,本研究では方策パラメータが確率的に出力される枠組みを提案することで群による学習を実現するモデルを提案した.すなわち,方策パラメータを個体と見なすと,その個体を生成する群のパラメータを獲得する方法となっており,通常の強化学習では行動の探索が主に扱われるが,本提案手法は方策自体の探索の過程ともなっており,より効率的な学習の実現が期待できる.昨年度は歩行運動の獲得課題(シミュレーション)に適用し,効率的に学習できる事を示した,しかし,適用した課題は比較的少ない数の線形な結合重みを学習する物であり,状態から行動への非線形なマッピングを扱う枠組みにはなっていなかった.そこで,本年度は非線形なマッピングを行う方策として同径基底関数ネットワークを用いた方策を用い,倒立振子の倒立制御に対する方策の学習課題に適用し,確率的方策パラメータを持つ方策の学習がより多数の方策パラメータを持つ方策関数の学習にも効率的な学習ができることを示した.この枠組みは,基底関数の和で表される方策であれば適用可能であり,状態から行動への非線形なマッピングも表現可能である.一方,より複雑なダイナミクスを持つ制御対象に適応する場合には,基底関数の設計が重要となってくるため,今後の課題となる.本研究は,強化学習法の一手法である方策勾配法において,効率的な試行錯誤の仕方についての研究を行うものである.近年,方策オフ型の強化学習法が開発されており,環境との相互作用を行う場合に任意の方策を用いることが可能となっている.しかし,どのような試行錯誤を行えば学習が効率的であるかはまだ分かっておらず,効率的な学習を行うための試行錯誤の仕方を開発することは有効である.方策勾配法は,制御対象の状態を観測し,その観測から制御信号を決定する過程において,その写像を行う関数のパラメータを最適化する手法である.本研究では,このパラメータが確率的に出力されるモデルを考えた.このモデルでは,方策を決定するパラメータ(方策パラメータと呼ばれる)を確率的に出力する確率モデルを定義し,この確率モデルのパラメータの学習を行うものである.このモデルは,方策を出力するモデルの学習となっているため,試行錯誤を行うための方策(Behavior Policyと呼ぶ)を生成する枠組みとなっている.本提案手法を,歩行運動の獲得課題(シミュレーション)に適用し,効率的に学習できる事を示した.本提案手法は,性能の良い個体(方策)を生成する集団を学習によって得るという枠組みと考えることも可能であり,すなわち,群によって環境との相互作用を行うモデルとなっている.これは,機械学習におけるアンサンブル学習のモデルとも考える事が可能で,これにより学習の効率が改善したと考えられる.本研究は,強化学習法の一手法である方策勾配法において,効率的な試行錯誤の仕方についての研究を行うものである.方策オフ型の強化学習法では環境との相互作用を行う場合に任意の方策を用いることが可能であるため,現在の方策で学習を行う方策オン型の学習法では制約される,効率的な学習を行うため試行錯誤のための方策を利用することが可能である.しかし,どのような試行錯誤により効率的な学習が可能であるかはまだ分かっていない,そこで,本研究では方策パラメータが確率的に出力される枠組みを提案することで群による学習を実現するモデルを提案した.すなわち,方策パラメータを個体と見なすと,その個体を生成する群のパラメータを獲得する方法となっており,通常の強化学習では行動の探索が主に扱われるが,本提案手法は方策自体の探索の過程ともなっており,より効率的な学習の実現が期待できる.昨年度は歩行運動の獲得課題(シミュレーション)に適用し,効率的に学習できる事を示した,しかし,適用した課題は比較的少ない数の線形な結合重みを学習する物であり,状態から行動への非線形なマッピングを扱う枠組みにはなっていなかった.そこで,本年度は非線形なマッピングを行う方策として同径基底関数ネットワークを用いた方策を用い,倒立振子の倒立制御に対する方策の学習課題に適用し,確率的方策パラメータを持つ方策の学習がより多数の方策パラメータを持つ方策関数の学習にも効率的な学習ができることを示した.この枠組みは,基底関数の和で表される方策であれば適用可能であり,状態から行動への非線形なマッピングも表現可能である.一方,より複雑なダイナミクスを持つ制御対象に適応する場合には,基底関数の設計が重要となってくるため,今後の課題となる.
廃止ローカル線橋梁群を利用したスマートセンサーによる構造健全度診断技術の実証実験

構造物の健全性を定量的に評価するために、橋にセンサーを設置してそのデータを用いる構造健全度診断について、センサー技術の開発と改善の観点から研究を行った。従来のセンサーに代えて、無線通信機能とデータ処理機能を併せ持つスマートセンサーを用い、その橋梁での適用性を検証した。また、電源の供給されない自然環境下でこのセンサーを利用するための自律型電力供給システムを開発し、低温室における性能検証試験と実橋梁での試験を行った。橋梁の損傷・劣化の程度や位置をセンサーで計測したデータから同定する構造健全度診断技術を開発した。特に実構造物で実証実験が可能な「テストベッド」を鉄道廃線に残存する橋梁を利用して構築した。この構造健全度診断技術は、センサーと小型高精度加振器を組み合わせたもので、センサーには半導体基板上にマイクロプロセッサ、MEMS型加速度センサー、無線通信回路とアンテナなどを配置したスマートセンサーを用い、小型高精度加振器は圧電素子を特殊なホルダーで固定するものである。これによって任意の加振周波数で橋梁部材を加振しながら、その動的応答加速度を収録する。収録した応答加速度のパワースペクトルからオペレーショナルモードシェイプに相当する係数をマトリクス形式で算出し、その変化率を損傷指数として取り出す。テストベッドは廃線となった鉄道の橋梁が12橋あり、通常では許可されない橋梁を損傷させながらデータの変化を観察することが可能になった。また、観測小屋に電源とインターネット接続を備え、カメラとインターネット電話システムで遠隔での実験状況の確認ができる。なお、本研究においては当該年度中に近郊の道路切り替え工事に伴う大規模な道路橋の撤去工事が行われた。これに応じて実橋梁の振動測定実験を実施した。この実験により、スマートセンサーの実環境での運用では、自律型の電力供給設備が必要であることや取得した大量の測定データを合理的に管理することの必要性が認識されたため、次年度に向けて技術開発を行うこととした。また、研究の過程で得られた、廃線橋梁について土木史上の考察を行い、この結果についても学術論文として講評した。このテストベッドで半導体技術を利用したスマートセンサーの実証実験を行った。スマートセンサーは半導体技術を応用して、小型の電子基盤の上に、無線通信機能、データ処理機能、加速度測定機能、温度測定機能などを集積したものである。本研究では、米国イリノイ大学の研究者と密接に連携をとり、イリノイ大学で開発されたセンサーシステムやミドルウェアを利用することで、スマートセンサー技術の実用化を早期に実現するための実橋梁での測定実験や関連する装置の開発を行った。橋梁は屋外の風雪にさらされる環境にあり、外部からの電源供給も期待できないため、運用時はこのような厳しい環境に対応した保護ケースや電源装置が必要になる。このため、自律的な電力供給を行うため太陽光パネルと大容量充電池を備えた電源供給システムを開発し、防水、耐寒性能を備えたケースに収納して、低温室での測定実験を繰り返して行った。また、本研究は大量の振動測定データから橋梁の損傷を検出するものであるが、このような大量のデータの管理はこれまでそれぞれの研究者が独自の方法で行っており、データの共有や継続が難しかった。近年の大規模共同研究では、データベース技術を利用したデータ管理が行われ始めており、本研究ではこれらの技術を振動データの管理に応用すべく、比較的シンプルなスタースキーマ型のデータレポジトリシステムも開発した。上記で開発した技術を、実際の歩道橋吊橋にも適用して実用性を確認した。
ラット付着上皮における外的因子防御機構に及ぼすサブスタンスPの影響

付着上皮は細胞間隙が広いため歯肉溝内の細菌や毒素などの外的因子が容易に侵入し、歯周組織の炎症の初発部位となることが多い。この付着上皮部に密に分布している知覚神経末端から放出されると考えられる神経ペプチドであるsubstanceP(SP)が、付着上皮内に遊走している好中球と取り込み能を有する付着上皮細胞にどのような作用を及ぼしているかについて、歯肉にSPを局所投与することによって検討を行った。10^<-3>M、10^<-4>、10^<-5>M、10^<-6>Mの各濃度のSPを30分間ラット歯肉に投与し、細胞化学的手法を用いた光顕および電顕観察を行った結果、10^<-4>MSP投与時に、付着上皮細胞間隙の好中球がコントロールと比較して多数みられ、また、歯冠側の付着上皮細胞内に、好中球由来のアズ-ル顆粒が取り込まれている所見が得られた。歯肉にSPを局所投与したことによって付着上皮内に対照群に比べて好中球が多数みられたことから、SPによって付着上皮への好中球の遊走が高まった可能性がある。また、一部の好中球は崩壊あるいは脱顆粒を起こしてアズ-ル顆粒を細胞間隙に遊離していた。遊離されたアズ-ル顆粒は、周囲に顆粒内の酸素を放出することにより異物に対する防御因子となると同時に、周囲の付着上皮組織を破壊することによって炎症増加因子ともなりえる。歯冠側の付着上皮細胞は、アズ-ル顆粒の一部を取り込んでおり、組織の破壊を防ぐ防御因子として働いていると思われる。局所投与されたSPは、この付着上皮細胞の取り込み機能を賦活した可能性がある。付着上皮部に存在するSPを含む知覚神経末端から軸索反射により逆向性に放出されるかもしれないSPが、好中球の遊走や付着上皮細胞の取り込み機能を刺激することによって外的因子防御機構に関与していることが示唆された。
化学組成変調によるシリコン系半導体薄膜のキャリア輸送特性の制御

水素化シリコン系薄膜の太陽電池への応用を目的に、高品質水素化アモルファスおよび微結晶シリコン(a-Si:H,μc-Si:H)またその合金系薄膜(Si 1-xGex,Si 1-xCx)の低温成膜技術の開発および組成傾斜、相傾斜の導入による太陽電池の高効率化とキャリア輸送特性の制御を行った。具体的には、(1)a-Si:H薄膜の膜厚方向にGeの化学組成が連続的および局所的に異なる傾斜半導体薄膜の作製とそのキャリア輸送特性に関する研究。(2)ジクロロシラン(Si H2Cl2)/H2の定常プラズマ流にシラン(Si H4)添加量を連続的に変化させることで、膜厚方向にアモルファスから微結晶まで連続的に相変化している傾斜構造を設計し、バンドポテンシャルを設計し、長波長領域での光吸収特性の向上と光注入キャリア輸送制御を目指した2項目の研究の行った。その結果以下の結論を得た。1)a-Si1-xGex:H(x=0-0.5)傾斜薄膜において半透明電極をサンドイッチ型に設けた試料に対して、100mW/cm^2白色光照射下での光起電力効果(Voc=0.4V,lsc=10^<-3>A/cm^2)を得た。即ち内部電界が形成されていることを明らかにした。2)過渡光電流計測から、この傾斜薄膜では、主に伝導帯側にポテンシャル勾配が形成されていることを明らかにした。3)SiH2Cl2系から20Å/sの高堆積速度で光伝導性に優れたa-Si:H(Cl),μc-Si:H(Cl)の膜堆積が可能であることを明らかにした。4)これらのa-Si:H(Cl),μc-Si:H(Cl)薄膜ともにSiH4系から作製した膜に比較して高抵抗材料で、且つ光導電性に優れた材料であることを明らかにした。5)本研究に挙げたa-Si1-xGex:H、a-Si:H(Cl)/μc-Si:H(Cl)は、傾斜機能化に極めて有望な材料の選択であることを明らかにした。以上の結論から、これらの薄膜材料による傾斜化が光起電力素子への応用に有効であることが明らかになった。
古生物タイプ標本のデータベース構築に関する試験研究

本研究は、日本学術会議古生物研連および日本古生物学会が緊急の課題として検討してきたわが国の古生物タイプ標本の画像データベースの構築及びネットワーク化構想の具体化である。今後のわが国の古生物タイプ標本データベース化の基礎を作ることを目的とし、標本類の分類情報を管理し、広く一般に公開するためのシステムの開発を行った。本プロジェクトの第一段階としてのデータベースシステムの基本構成、機能は次の通りである。データモデルは、将来の拡張性を考慮し、標本番号、種名、属名、命名者、提唱年、記載論文、産地、時代、画像、保管場所などの15テーブルから構成されるリレーショナルモデルを使用した。システムはデータサーバーと検索クライアントから構成され、これらはTAINS(東北大学学内ネットワーク)で接続されており、学内の複数端末から管理ソフト、検索ソフトを使ってデータベースの管理や利用ができるようになっている。また、一般に普及しているブラウザを使うことにより、Webサーバーを経由してInternetから学術標本情報を検索することもできる。登録データは、本教室が保有する標本のうち、比較的利用頻度の高い刺胞動物(現生標本の他に化石標本を含む)と二枚貝等の軟体動物のデータから登録を進めている。現在刺胞動物のテキストデータ約3000件、画像データ300件、軟体動物のテキストデータ3000件の登録が終了している。今後石灰藻類や有孔虫等の微化石についても、順次登録を進める予定である。本研究によって開発されたシステムはネットワークを中心とする将来のわが国の分類状況を改善し、分類情報データベースシステムの基盤となりうるものである。本研究において導入したデータベースは、SUN社製UNIX機SPARC station 5をホスト計算機とし、エ-・シ-・エ-社のソフトウエアINGRESを使用している。また、標本の画像入力のためにビデオカメラ(ハンデイカムCCDTR-2000)を購入した。本年度は、本試験研究採択からの期間が短かったこともあり、データ入力のためのソフトの完成と入力すべきデータの準備を行った。東北大学理学部地圏環境科学科が所有している模式標本および登録標本の中から、手始めに化石・現生放六枚サンゴ類、二枚貝類標本についてのデータを整理し、一つひとつの標本において、標本番号、種名、産地、地質時代、記載論文、保管場所のほか、標本の形、色、大きさなどを示す画像データなどの情報を入力することにしている。この入力終了後、他のグループ(三葉虫類、アンモナイト類、巻貝類等の無脊椎動物化石、有孔虫等の微化石、植物化石など)のデータを整理する予定である。本研究におけるデータベースシステムの確立は、わが国の大学・研究機関に収蔵されている模式標本の情報情報を共有し、相互研究によってこれからの多様性研究の効率化に寄与することを目的としているが、他大学の現状を把握するための実態調査も開始した。模式標本の収蔵の方法、管理・保全の実態は、それぞれの研究機関ごとに異なっているが、最終的には、わが国全体の古生物模式標本を網羅することを目標として、本研究を基礎として、東北大学をデータベース構築の拠点とすべく研究を進めている。本年度は、データベースシステムの完成を目指し、一つひとつのタイプ標本に対して、標本番号(登録番号)、記載された時の属名、種名、以後変更され今日用いられている属名、標本の所属する高次分類群名、産地、産出地層名、地質時代、記載された論文名、著者名、記載ページ、図表、保管場所について入力システムをとゝのえた。これをもとに、本学収蔵の六放サンゴ類、四放サンゴ類、床板サンゴ類、層孔虫類のタイプ標本600種、二枚貝類650種のデータをこれまで入力した。これらの個々の標本の画像データの入力については次年度に集中的に行うこととした。この基礎データをさらに拡大させ、高次分類群名、属面、論文名、著書名等の項目でも引用できるシステムを完成させる予定である。

古生物タイプ標本のデータベース構築に関しては、日本学術会議古生物学研究連絡委員会においても、第16期の主要な活動の一つとしており、古生物学研連と密接な連絡をとりつつ研究を進めている。このデータベースは本学のタイプ標本にとどまらず、全国ネットに拡大するため、わが国の124の関連研究機関・博物館に対して古生物タイプ標本収蔵の現状に対するアンケート調査を実施した。その内容は、古生物タイプ標本の種類、点数、収蔵スペース等の保管の現状、管理上の問題、今後データベースを構築するにあたっての名研究機関がかゝえている問題点等である。現在中間集計の段階にあるが標本管理のマンパワーの不足などきわめて深刻な現状が明らかとなりつつある。本研究はこれらを参考にしつつ、データベースの基礎を確立し、これを拡大していく予定である。本研究は,日本学術会議古生物研連および日本古生物学会が緊急の課題として検討してきたわが国の古生物タイプ標本の画像データベースの構築及びネットワーク構想の異体化である.今後のわが国の古生物タイプ標本データベース化の基礎を作ることを目的とし,標本類の分類情報を管理し,広く一般に公開するためのシステムの開発を行った。本プロジェクトの第一段階としてデータベースシステムの基本構成・機能は次の通りである.データモデルは,将来の拡張性を考慮し,標本番号,種名,属名,命名者,提唱年,記載論文,産地,時代,画像,保管場所などの15テーブルから構成されるリレーショナルモデルを使用した.システムはデータサーバーと検索クライアントから構成され,これらはTAINS(東北大学学内ネットワーク)で接続されており,学内の複数端末から管理ソフト,検索ソフトを使ってデータベースの管理や利用ができるようになっている。また一般に普及しているブラウザを使うことにより,Webサーバーを経由してInternetから学術標本情報を検索することもできる.登録データは,本教室が保有する標本のうち,比較的利用頻度の高い刺胞動物(現生標本の他に化石標本を含む)と二枚貝の軟体動物のデータから登録を進めている。現在刺胞動物のテキストデータ約3000件、画像データ300件軟体動物のテキストデータ3000件の登録が終了している.今後石灰藻類や有孔虫等の微化石についても、順次登録を進める予定である.本研究によって開発されたシステムはネットワークを中心とする将来のわが国の分類状況を改善し、分類情報データベースシステムの基礎となりうるものである.
スタイルとインターラクションを活かす英語学習者方略トレーニング

本研究を通して、外国語環境下にある日本人英語学習者のための新たなストラテジー・トレーニング・モデルの理論的及び実践的基礎の構築を試みた。具体的には、研究の知見に基づきつつ(1)外向性・内向性という学習スタイルに注視し、(2)学習者同士のインターラクションを組み込み、これまでにない新たなストラテジー・トレーニング・モデルの初期モデルを構築することができた。平成24年度は、平成23年度と同様に、目的とした「Strategyingモデルの構築」に向けて、以下に述べる二段階の研究を行った:(1)第一フェーズ(量的データ調査:学習者のストラテジー使用と学習スタイルの調査)、(2)第二フェーズ(質的データ調査:ストラテジー・トレーニングプログラム)。また関連する書籍を購入し、理論研究を行った。(1)第一フェーズにおいては、平成23年度に改変したSILLを利用し、プロジェクト参加者の学習スタイルと学習者方略の調査を実施した。また学習スタイルの調査には当初計画していた質問紙ではなくMBTI(金子書房版)を利用している(平成23年度、24年度;これは従来の研究による質問紙の残部があったためである)。プロジェクト参加者は160名であった。調査の結果、平成23年度と同様の結果を確認した。すなわち、学習者の外向性特性と情意的・社会的方略との間に有意な相関関係が認められた。(2)第二フェーズにおいては、18名の参加者を得て、これまで想定してきた学習スタイルと学習者方略の対応及び学習者同士が互いにscaffoldしながら、自分自身に適応する学習者方略を探索するStrategyingモデルを適応し、8週間のトレーニングを平成24年10月より11月下旬にかけて実施した。本年度は語彙学習を意識した洋書の多読ストラテジーに焦点を当てた。トレーニング後のフォーカス・グループインタビューの結果、実験参加者はグループで取り組むことからMotivationを維持しながらストラテジートレーニングに取り組んだことが判明した。一方、洋書を協同作業で読むことの困難性も明らかになった。Scaffoldingがうまく機能しても学習者個々人がそれぞれに適した方略を探索しなければ効果が上がらないことが今後の課題となった。本研究の目的は、日本人英語学習者のための新たなストラテジー・トレーニング・モデルの理論的及び実践的基礎を構築することにあった。具体的には、研究の知見に基づきつつ、(1)学習スタイルに注視し(2)構成主義及び社会文化的見地(Lantolf, 2000; Vygotsky,1986)から学習者間のインターラクションを組み込み(3)新たなストラテジー・トレーニング・モデルを提唱し、その有効性を検証することを目的とした。当初の計画通り2011年から3年間にわたり平均約17名(2011年度20名、2012年度18名、2013年度14名)の実験参加者に対して、英語運用能力を向上させるストラテジー・トレーニング(Strategying;ストラテジーの協同作業・ディスカッション)を8週間実施し、ディスカッションの内容を量的・質的に分析、あわせて、学習者のストラテジーの変化についてもフォーカス・グループ・インタビューを通して明らかにしようとした。3年間の実験を繰り返しモデルの構築、検証、修正を行った結果日本というEFL環境下で活用できるStrategyingの初期モデルを形成することができた。その成果は2013年8月にJACET(大学英語教育学会)International Convention(京都大学で開催)、2014年3月にはAAAL(アメリカ応用言語学会、ポートランド、オレゴン州・アメリカ合衆国)で発表した。さらに2014年8月にオーストラリア、ブリスベンで開催の第17回国際応用言語学会オーストラリア大会(The 17th World Congress of Applied Linguistics)で発表する予定である。平成23年度、目的とした「Strategyingモデルの構築」に向けて、以下に述べる二段階の研究を行った:(1)第一フェーズ(量的データ調査:学習者のストラテジー使用と学習スタイルの調査)、(2)第二フェーズ(ストラテジー・トレーニングプログラム)。(1)第一フェーズにおいては、プロジェクト参加者の学習スタイルと学習者方略の調査を実施した。プロジェクト参加者は当初の予定よりも20名少ない180名であった。この調査のためにこれまで開発されてきたSILLの改変の手続きを行った。調査の結果、学習者の外向性特性と情意的・社会的方略との間に有意な相関関係が認められた。またプロジェクト参加者の特性(大学生)が学習者方略に顕著に現れていることが確認された。すなわち、認知的方略の使用頻度が他の方略(コミュニケーション、メタ認知、情意的・社会的方略)よりも低かった。このことはストラテジートレーニングプログラムを策定する上で重要な情報となり、トレーニングすべき対象ストラテジーを認知方略、特に使用頻度が高校時代と比較して低かった語彙学習に関するものとした。

(2)第二フェーズにおいては、18名の参加者を得て、これまで想定してきた学習スタイルと学習者方略の対応及び学習者同士が互いにscaffoldしながら、自分自身に適応する学習者方略を探索するStrategyingモデルを適応し、10週間のトレーニングを平成23年9月末より11月上旬にかけて実施した。トレーニング後のフォーカス・グループインタビューの結果、実験参加者はMotivationを維持しながらこれまで利用してこなかった学習者方略を活用していたことがわかった。一方、scaffoldingがうまく機能したため学習者個々人に適した方略を探索する姿勢が弱かったことが明らかとなった。平成23年度同様、当初計画したとおり、学習者方略調査のための質問紙SILLの改訂及び実施、学習スタイルの調査といった量的データの収集が完遂できている。また、この研究の最終目的である「学習スタイルを活かす英語学習者方略のトレーニング」を18名の参加者に対して実施できている。一方、モデル化がまだ完成していないこと、研究成果の発表が論文が平成25年度9月に発刊されるものの、学会発表が平成24年度にできなかった点において若干遅れている。当初計画したとおり、学習者方略調査のための質問紙SILLの改訂及び実施、学習スタイルの調査といった量的データの収集が完遂できている。今後は、これまで2年間と同様の手順でデータ収集分析を繰り返すと共に、(1) Strategyingモデルの構築に取りかかる(2)この2年間の研究成果を本年度第52回JACET(大学英語教育学会)国際大会で発表(受理済)、またその他国内学会に参加し情報収集を行う計画である。今後は、被験者のリクルート(大学生1回生を対象に参加者160名)し、平成23年度と同様、学習者方略と学習スタイルの調査をおこない、平成23年度の結果と比較する。また、第2回目のストラテジー・トレーニング(Strategying)を18名程度の大学生英語学習者に対して実施し、特にscaffoldingがどのように作用するか(Motivationの維持と各自の学習スタイルに適応した方略の探索など)を確認し、Strategying Modelの検証を行う。この2年間の研究成果を来年度(平成25年度)の国内学会及び海外学会で発表する計画である。引き続き理論研究も必要なため関連する書籍及び新たな発想が得られうる書籍を購入する。また、本年度の学習スタイル調査には当初の計画通りの質問紙を利用する予定であるため購入費計上を計画している(平成23、24年度利用の質問紙の残部が平成25年度実施には不足するため)。また、研究発表・資料収集のため国内学会へも出張を計画している。同時にデータ分析のためにラップトップコンピュータや新たな方略活用の方法としてiPadや他言語学習ソフトウエアの購入を計画している。また、資料収集のため国内学会へも出張を計画している。
種子肥大化技術開発のための植物細胞伸長機構の解明

本研究では農産物収量の増産を目的として、応募者が単離した植物細胞伸長に関与するbHLH型転写因子の機能を解明し、穀類の可食部である種子のサイズを大きくする「種子肥大化技術」の開発を目指している。植物ホルモンの1つであるジベレリン(GA)は細胞の伸長を促進する。応募者はこれまでにイネの幼苗基部細胞分裂組織でGA誘導性のbHLH型転写因子を単離した。本研究では、このbHLH型転写因子のシロイヌナズナの4つの相同遺伝子について解析を進めている。これまでに、シロイヌナズナにおけるGA誘導性bHLH型遺伝子が葉の分裂期から伸長期への移行期で発現誘導されることが示されているが、その詳細な機能や誘導メカニズムは明らかになっていない。シロイヌナズナの4遺伝子は機能重複している可能性が示唆されている。これらの遺伝子の機能を理解するために、多重変異体の解析が有効である。しかし、4遺伝子のうち2遺伝子が3番染色体上で隣合っていることが既存の変異体の掛け合わせによる4重変異体の作成を困難なものにしている。そこで、3重変異体を母体とし、ゲノム編集技術を用いて4重変異体を得た。機能重複した4つの遺伝子の働きを調べるために、転写活性の抑制ドメインを付与したキメラリプレッサーを植物に導入した植物を得た。4遺伝子が本来発現している組織の詳細を明らかにするために、4遺伝子それぞれの遺伝子上流配列(プロモーター)とGFP遺伝子を組み合わせたコンストラクトを作成し、植物へ導入した。得られた変異体、形質転換体と野生型で細胞伸長過程を比較することで、4遺伝子が細胞伸長へ果たす機能を明らかにする。明らかとなった機能を利用して4遺伝子をそれぞれ種子特異的に過剰発現させることで、種子の肥大化技術の開発を行う。植物細胞伸長メカニズムを明らかにし、種子肥大化技術を開発するために、細胞伸長に関わる4遺伝子の機能欠失変異体を得た。また、4遺伝子のキメラリプレッサー導入株について、T1種子を選抜した。4遺伝子が本来発現している組織を明らかにするために、4遺伝子それぞれのプロモーターとGFP遺伝子を組み合わせたコンストラクトを作成し、植物へ導入後、強いGFP蛍光の観察されるラインを選抜した。これらの研究材料から細胞伸長のメカニズムの解明を目指す。種子肥大化技術の開発に必要な種子特異的に高発現するプロモーターについて、詳細に発現を解析し、種皮で強く発現し、その他の組織で発現しないことを確認した。前年度に得られた4重変異体、キメラリプレッサーの葉、種子の細胞の大きさについて詳細な解析を行い、細胞伸長過程における4つの遺伝子の働きを明らかにする。プロモーターGFP株の解析から、4遺伝子の詳細な発現組織を明らかにする。種子特異的に発現するプロモーターと細胞伸長因子を組み合わせたコンストラクトを作成し、植物へ導入後、種子の大きさ、数、重さ等の収量に関する形質を測定する。4遺伝子が細胞伸長を正に制御する因子であれば、作成した形質転換体の種子サイズが増大する。抑制因子であった場合は、キメラリプレッサーを用いて機能を逆に制御することで種子サイズの増大を目指す。種子肥大化技術の開発に必要な種子

特異的に高発現するプロモーターについて、詳細に発現を解析し、種皮で強く発現し、その他の組織で発現しないことを確認した。前年度に得られた4重変異体、キメラリプレッサーの葉、種子の細胞の大きさについて詳細な解析を行い、細胞伸長過程における4つの遺伝子の働きを明らかにする。プロモーターGFP株の解析から、4遺伝子の詳細な発現組織を明らかにする。種子特異的に発現するプロモーターと細胞伸長因子を組み合わせたコンストラクトを作成し、植物へ導入後、種子の大きさ、数、重さ等の収量に関する形質を測定する。4遺伝子が細胞伸長を正に制御する因子であれば、作成した形質転換体の種子サイズが増大する。抑制因子であった場合は、キメラリプレッサーを用いて機能を逆に制御することで種子サイズの増大を目指す。
機能的植物ウイルスベクターを用いた家畜動物への新たな粘膜免疫法の開発

本研究は、植物ベクターを用いて効率的にワクチン抗原を可食植物に産生させ、家畜動物に粘膜免疫を行うというものである。本年度は、ワクチン抗原を導入した組換えタバコモザイクウイルスの作出、ナス科作物への導入、および植物において産生されたワクチン抗原を用いた、マウス及び家畜動物への感染防御試験を行うことを計画していた。はじめに、平成20年度に、平成19年度に予定していた、組換えタバコモザイクウイルスの作出を行った。ブタ回虫感染防御抗原であるAs16の遺伝子を、植物用に最適化したものを用い、ゲートウェイ法により、pTogJベクターに組み込んだ。改変As16遺伝子を導入したpTogJベクターを、in vitroで転写し、カーボランダム法により、Nicotiana tabacum CV. Xanthinc葉に塗布した。組換えタバコモザイクウイルスの生成が、プラークの出現により、確認された。次に、得られたAs16産生組換えタバコモザイクウイルスを、Nicotiana benthamianaに感染させ、感染10日後に感染葉およびその上葉を回収し、導入As16 mRNAの転写をRT-PCRにより確認した。さらに、抗As16抗体を用いたウェスタンプロット解析により、16kDa程度のバンドが認められ、今回作出されたブタ回虫As16遺伝子導入組換えタバコモザイクウイルスの感染により、タバコにおいて組換えAs16蛋白が産生されたことが示唆された。今後、吸引法によるタバコへの効率的感染を行うとともに、他のナス科作物への感染及びAs16蛋白産生の確認を行い、本組換えウイルスを用いた感染防御抗原の産生およびその感染防御効果について検討する予定である。本研究は、植物ベクターを用いて効率的にワクナン抗原を可食植物に産生きせ、家畜動物に粘膜免疫を行うというものである。当初の研究計画では、タバコモザイクウイルスの効率的感染方法として、葉にカーボランダムをふりかけてウイルス液を塗布する方法を予定していたが、平成19年6月1日に行われた新生木原生物学研究所記念シンポジウムにおいて、吸引法(ウイルス液に植物を浸して陰圧にすることで、より効率的に感染させることができる)が紹介された。本法により、タバコおよびタバコよりウイルス組織伝播効率の低いナス科植物への組換え蛋白の産生効率が飛躍的に向上することが期待でき、本研究の目指すところである、植物におけるワクチン抗原の効率的産生のために必要な技術である。よって、組換えウイルスを作出することより、本吸引法の感染システムの確立のための研究を優先し、平成19年6月より吸引法を用いて感染実験を行った。感染系の確立に8ヶ月を要したため、平成19年度予算を用い、平成20年度に、平成19年度に予定していた、組換えタバコモザイクウイルスの作出を行った。けじめに、シグナルペプチドを付加したものと、付加しないものをデザインしたが、シグナルペプチドを付加した遺伝子のみがベクターに組み込まれたため、それを用いて、組換えウイルスを作成した。改変As16遺伝子を導入したpTogJベクターを、in vitroで転写し、カーボランダム法により、Nicotiana tabacuin cv.Xanthincの葉に塗布した。
矯正学的歯の移動時に歯根膜で発現するMMP12による血管新生の制御

矯正学的歯の移動時の牽引側歯根膜では組織リモデリングのための血管新生が起こると考えられる。血管新生には血管の基底膜の主成分であるIV型コラーゲンの分解が必須である。これまでに伸展負荷刺激により歯根膜線維芽細胞がMMP12を発現しIV型コラーゲンを分解すること、および牽引側歯根膜での血管面積の増加、また牽引側歯根膜での出芽を観察し、牽引側歯根膜で血管新生が起こることを明らかにした。しかし、伸展刺激負荷時の歯根膜線維芽細胞が発現するMMP12の詳細な発現メカニズムは不明である。本研究の目的は、歯の移動時の牽引側歯根膜で発現するMMP12の制御メカニズムを解明することである。
歯周病原細菌と肺炎球菌を用いた肺炎モデルマウスにおけるIL-17産生細胞の解析

本研究は、歯周病原細菌であるPorphyromonas gingivalisと肺炎球菌(Streptococcus pneumoniae)の混合感染による誤嚥性肺炎を想定し、実験的肺炎モデルマウスを確立し、インターロイキン17を共通な要素とするサイトカイン・ネットワークによる免疫制御および感染防御機構を解明することを目的として行った。P.gingivalisとS.pneumoniaeを経気道的に混合感染させ、実験的肺炎を惹起し、感染1日後で肺組織を回収し、解析を行った。実験群はPBSのみを投与した群(PBS群)、S.pneumoniae単独感染群、混合感染群(P.gingivalis + S.pneumoniae)とした。病理組織学的検討(ヘマトキシリン・エオジン染色)において、肺炎を惹起した群では好中球が主体と思われる炎症性細胞浸潤および肺胞構造の破綻が確認された。さらに、混合感染群ではS.pneumoniae単独感染群と比較し、上記の所見が強く認められた。また、qPCR法にて遺伝子発現の検討を行ったところ、ケモカイン(KCおよびMIP2)の遺伝子発現が肺炎を惹起した群において上昇していた。さらに、混合感染群ではS.pneumoniae単独感染群より遺伝子発現は増強していた。さらに肺組織の回収日を1日、3日、7日とタイムコースを設定し、同様の実験を行ったところ、7日目では肺炎を惹起したマウスはすべて死亡した。さらに、3日目では1日目と比較し、KCおよびMIP2の遺伝子発現が増強していた。以上より、P.gingivalisとS.pneumoniaeによる実験的肺炎では、炎症の主体を好中球が担っている可能性が示唆された。また、歯周病原細菌と肺炎球菌の混合感染により肺炎の炎症が増強する可能性が示唆された。本研究は、誤嚥性肺炎を想定し、歯周病原細菌と肺炎球菌(S.Pneumoniae)の混合感染による実験的肺炎モデルマウスを確立し、インターロイキン17を共通な要素とするサイトカイン・ネットワークによる免疫制御および感染防御機構を解明することを目的としている。まずは歯周病原細菌であるP.gingivalisと肺炎球菌の混合感染による実験的肺炎モデルマウスの作製を行った。肺組織は感染1日後で回収し、各種解析を行った。細菌の播種は経気道的に行い、実験群はPBSのみを投与した群(PBS群)、肺炎球菌単独感染群、混合感染群とした。病理組織学的検討(ヘマトキシリン・エオシジン染色)において、肺炎球菌単独感染群および混合感染群では好中球と思われる炎症性細胞浸潤や肺胞構造の破綻が認められた。混合感染群では肺炎球菌単独感染群と比較し、上記所見がより高頻度に観察できた。また、qPCR法にて遺伝子発現の検討を行った。ケモカインであるKCおよびMIP2の遺伝子発現ではPBS投与群と比較し、肺炎球菌単独感染群および混合感染群で上昇していた。さらに、混合感染群では肺炎球菌単独感染群より遺伝子発現は増強していた。以上より,細菌を感染させた実験群では実験的肺炎が惹起されていることが確認でき、その炎症の主体は好中球が担っている可能性が示唆された。また、歯周病原細菌と肺炎球菌の混合感染群ではより強い炎症が生じている可能性が示唆された。当初予定していた菌数で感染実験を行ったところマウスの生存率が低く、効率的な実験が行えなかった。菌数を下げてしまうと惹起される肺炎の程度が減弱してしまうため、至適と考えられる菌数およびP.gingivalisとS.Pneumoniaeの混合比率の検討に時間がかかっている。

感染させる菌数および、P.gingivalisとS.Pneumoniaeの混合感染の比率は継続して検討を行う。マウスの生存率、病理組織学的所見、ケモカインや炎症性サイトカインの遺伝子、タンパク発現の解析の結果をふまえ、至適と考えられる条件を決定する。条件が決定次第、当初の計画通り研究を進めて行く。次年度の消耗品購入に使用する。
世界海洋観測システム(GOOS)構築のための基礎研究

本研究は平成5年度から5年計画で発足した海洋観測国際協同研究計画(GOOS)の研究連絡を目的とする。21世紀に向けて人類の抱える諸問題、気候変動、人口増大に伴う食糧資源、沿岸部への人口集中に伴う沿岸域管理を解決するために、長期にわたる定常的な全球の海洋観測とそのデータを活用することが必要である。ユネスコ政府間海洋学委員会(Unesco/IOC)は2007年の本格稼働を目標とする世界海洋観測システムの構築を推進している。これに応えて、海洋のどこで、何を、どのように観測することが最も有効であるかを明かにし、国際共同により全球的に実施できるようにすることが、本国際協同研究計画の目的である。北太平洋の海洋循環の質量輸送と熱輸送の評価、人工衛生データ利用による海洋情報抽出、数値シミュレーションによる海洋予報、炭素循環の解明のための化学分析法の確立、音響的手法による海流と生物量の航走観測法など新しい手法の確立、の5つの課題で構成されている。平成5年4月に日本海洋学会春季大会のシンポジウムで本国際協同研究計画の目的と実施体制について広報した。北太平洋の海洋循環の質量輸送と熱輸送をはじめ、係留観測やCTD観測など船舶観測を行う。可能な限り時空間的に密な海洋観測が成果を高めるので、官庁船の運行日程に基づいて協力体制を連絡調整した。本年度発足の3課題について個別に研究連絡を行い、10月の学会時に全体の打ち合わせ会を開催した。平成6年1月に東京大学海洋研究所においてシンポジウムを開催して本年度の成果を公表し、各課題の協力について討議し、連絡調整のために打ち合わせ会を開催した。研究成果をニュースレターにまとめ、関係機関ならびに個人に配布した。国際的には政府間海洋学委員会総会、同GOOS委員会、国際シンポジウム、西太平洋地域委員会研究プログラム等により我が国の取り組みを紹介し、共同研究の実施を呼びかけた。
国際収支調整と日本経済

日本の貿易契約は円の利用が進んできたものの、石油関連のような国際取引市場のある商品では対アジアでもドル建て契約が行われている。貿易収支のJカーブ効果は、対中貿易の増大がそのカーブの変容に影響を与えていると推察される。所得収支と対外資産債務の関係を見ると日本が成熟債権国に移行する可能性が高い。貿易価格と国内価格との関係については、国内価格から輸入価格の影響力が高まっている。また、最近の円の国際化の傾向から、為替レート変動の国内価格への影響力は低下しているものと考えられる。日本の国際収支の中でも、特に、貿易取引の状況に着目し、実証分析を中心に研究を行った。その中で、実質実効為替レートと貿易収支の相互相関係数が、ラグやリードとともに、Jカーブを含むSカーブの形状を示すことが明らかになった。この点は、データの特性や加工方法などを含め、さらに検討していきたい。このように、貿易収支の量的な変動に着目するとともに、以下のように、貿易価格の変動とその影響にも分析を進めた。1つは、輸入物価指数を利用し、水産加工原料における輸入価格について、契約通貨の多くがドル建てであることを見出し、契約通貨建て輸入価格の変動と為替レートの変動がどのように円建て輸入価格に影響を与えているかを統計的に分析した。この研究結果は、福島大学研究年報に掲載した。2つ目は、主要なマクロ統計と貿易統計を利用し、貿易取引における契約通貨の決定を、品目別に統計的検証を行った。その際、国際経済学で広く使用されているRauchの分類を使用することで、契約通貨決定理論と、ほぼ、整合的な結果を得ることが出来た。この研究はく日本経済学会で報告し、その後、福島大学ディスカッションペーパーにまとめた。所得収支については、国際収支発展段階説の視点からその特徴を調べたが、所得収支の大きさは、貿易収支より大きいものの、その内訳の所得受取や所得支払いは、輸出や輸入よりは少なく、その利回りについては、近年、低下していることが明らかになった。さらに、時系列データの研究を深めるために、X-12などの季節調整の方法やレベルシフトの統計的扱いについても検討を進めた。昨年度、日本経済学会で報告した契約通貨に関する研究の継続を今年度行った。特に、実証分析の推定方法の再検討と理論との対応関係の明確化を中心に行った。この研究は、専門誌に投稿し、現在、掲載予定の状態である。また、原油や穀物の価格高騰に代表されるような輸入物価からのインフレーションが、近年、特に、懸念された。これに伴い、本研究も、価格調整から見た国際貿易と国内物価の観点に頂点を当てて研究を行った。このテーマは、"Invoice currencies, import prices, and inflation"として本学ディスカッションペーパーにまとめ、第62回東北経済学会で発表を行い、そこで得たコメントをもとにさらに改訂を行った。具体的には、輸入価格の変動を、契約価格の変動と円の対契約通貨為替レート変動に分割し、それぞれが、どのように国内財価格に影響を与えたかを、実証分析で検討した。その中で、80年代と2000年以降を比較すると、供給側(輸入価格から国内価格)の影響力に大きな変化は見られなかったが、需要側(国内価格から輸入価格)の影響力が高まっていることが明らかになった。また、最近の「円の国際化」の傾向から、為替レート変動の国内価格への影響力は低下していることが明らかになった。この点については、経済産業省を訪問し関連する資料も得ながら検討を行った。最終的に、この論文は、東北経済学会誌に3月掲載された。また、貿易収支のSカーブ形状については、昨年度明らかになった点を踏まえて、形状そのものの時間的変化の可能性について検討を行った。さらに、世界的な金融危機発生を受けて、国際経済と日本経済の連動性について、「クレジット危機と金融理論」の観点から検討を行い、また、国民経済計算の活用性について、その発行元である内閣府にデータの詳細について、直接、問い合わせを行うなどしながら、研究を進めた。日本の貿易における価格調整面の問題について、第1に、契約通貨の決定の分析とともに品目別に統計的検証を行った研究成果を査読付学術誌に掲載した。以前、学会で発表したものを改訂し、当該学術誌に投稿したところ、査読者からのコメントを新たに受けさらに改訂したものである。特に、実証分析の手法に関する説明をより詳細化している。第2に、貿易と国内物価の観点に頂点を当てた研究について、本学の研究会で発表を行った。参加者との議論の中で、現在の日本のデータに関する研究を、外国のデータで当てはめ、価格変動の性質についてさらに検討する意義があるとの認識に至った。一方、貿易の量的調整面としては、貿易収支におけるS/Jカーブ現象について、今までの研究の継続を含め、実証分析を行い、ディスカッションペーパーにまとめた。

特に、S/Jカーブの形状は、1980年代と2000年代では異なってきており、この点を、作成したプログラムによる安定性テストで確認した。さらに、貿易相手国別の分析も行い、対米貿易から対中貿易への相対的重要性が増してきていることが、S/Jカーブの形状の変化につながっていると結論付けた。所得収支については、GDPとGNIのギャップの観点から研究を進めた。日本の場合、このギャップが、対GDP比で、1980年代初めには0%であったが2007年では3.3%になってきており、その多くが所得収支の増大であることを確認した。そして、国際収支発展段階説の視点から、日本が成熟債権国に移行する可能性が高いとともに、政府の財政問題がこの移行にどのような影響を与えるのかを検討した。この研究は査読付学術誌に掲載した。
脂肪肝特異的な発現を示す新規タンパクの機能解析ー脂肪肝発症の分子メカニズムー

本研究の目的は、機能未知タンパクHPD1の機能解明である。この目的を達成するために、本年度は昨年度に確立した3T3-L1脂肪細胞におけるHPD1ノックダウンシステムによるGeneChip解析を行った。【3T3-L1脂肪細胞におけるHPD1ノックダウン】現在唯一の内在性HPD1発現細胞株である3T3-L1脂肪細胞に、HPD1shRNA発現レンチウイルスを感染させHPD1をノックダウンさせた。その結果、HPD1タンパクの発現はコントロールshRNA発現細胞に比べ、約90%の抑制が認められた。【HPD1ノックダウン3T3-L1脂肪細胞における細胞形態の変化】コントロール細胞との比較において、HPD1ノックダウン細胞の形態に明らかな変化は認められなかった。また脂肪滴特異的な蛍光試薬による細胞内脂肪滴の染色の結果、両細胞の脂肪滴の大きさ、数そして形状などにも変化は認められなかった。【HPD1ノックダウン3T3-L1脂肪細胞を用いたGeneChip解析】コントロール及びHPD1ノックダウン細胞からそれぞれmRNAを抽出し、GeneChip解析を行った。この結果、コントロールに比べHPD1ノックダウンにより2倍以上発現が上昇した遺伝子は61遺伝子、コントロールに比べHPD1ノックダウンにより1/2以上発現が減少した遺伝子は36遺伝子であった。これら発現レベルが変動した遺伝子群の中には、脂質代謝、サイトカイン受容体及び細胞骨格関連遺伝子が含まれていた。実験上の大きな問題が無かったため。HPD1はどのようなメカニズムで、GeneChip解析で同定された遺伝子のmRNAレベルを変化させているのか明らかにする。HPD1の局在は核内には認められないため、おそらくHPD1は他のタンパクを介して間接的に遺伝子発現の変化を引き起こすものと推測している。この目的を達成するために、本年度は今後の研究で必須となるHPD1shRNAによるHPD1ノックダウンシステムの構築を試みた。1.データベースを用いて、HPD1遺伝子配列からノックダウン効率の高い配列を選択した。HPD1発現ベクターを細胞内導入し、HPD1を一過性に強制発現させた細胞を用いて、この配列のノックダウン効率を確かめた。この結果、この配列からHPD1shRNAを発現するベクターの細胞内導入は、HPD1mRNAの発現を90%以上抑制した。2.外来DNAの導入が困難な細胞株3T3-L1成熟脂肪細胞(現在唯一のHPD1発現細胞株)にベクターを導入するため、HPD1shRNA発現レンチウイルスベクターを作製した。このレンチウイルスの感染時間、感染量の条件を詳細に検討した結果、HPD1shRNA発現レンチウイルス感染3T3-L1脂肪細胞におけるHPD1発現は、controlshRNAウイルス感染細胞に比べ、約90%以上の抑制が認められた。3.今後、脂肪肝に発現するHPD1のノックダウンも計画しているため、HPD1shRNA発現アデノウイルスベクターを作製した。現在、このアデノウイルスベクターによるHPD1発現の抑制効果を評価している。予備的検討の結果、細胞内に強制発現させたHPD1mRNAに対しては、90%以上の抑制が認められた。今後、このアデノウイルスベクターを脂肪肝発症モデルマウスに投与し、in vivoで内在性HPD1をノックダウンできるか検討すると共に、効率的なin vivoノックダウンの条件を検討する。実験上の大きなトラブルが無かったため。HPD1shRNA発現レンチウイルスベクターにより、3T3-L1成熟脂肪細胞に発現しているHPD1をノックダウンする。そのノックダウン細胞を用いて以下の検討を行う予定である。1. HPD1ノックダウン3T3-L1成熟脂肪細胞における表現型・発現解析3T3-L1成熟脂肪細胞の脂肪滴の状態、各種酵素活性などをコントロール細胞と比較する。2. HPD1ノックダウン3T3-L1前駆細胞の分化過程における表現型・発現解析3T3-L1前期脂肪細胞の段階で、HPD1shRNA発現レンチ

ウイルスベクターを感染し、HPD1がノックダウンされた状態で成熟脂肪細胞に分化させ、その分化の程度、関連遺伝子の発現変化をコントロール細胞と比較する。HPD1はどのようなメカニズムで、GeneChip解析で同定された遺伝子のmRNAレベルを変化させているのか明らかにする。HPD1の局在は核内には認められないため、おそらくHPD1は他のタンパクを介して間接的に遺伝子発現の変化を引き起こすものと推測している。当初、設備備品としてPCRサーマルサイクラーの購入を計画していた。これについては、現存のサーマルサイクラーは古く、不調を起こすため。しかし、こちらの希望する条件を満たす機種が見つからなかったため購入しなかった。購入するか否かを含め再度検討したい。本研究の目的(機能未知タンパクの機能解明)を達成するために必要なHPD1タンパクの発現・精製を、外部業者に委託した。しかしながら、HPD1タンパクは、その細胞内の性質上、精製が極めて困難なタンパクであることが判明し、委託業務の中断を余儀なくされた。結果的に当初予想していた業務完了までの全額ではなく途中経過までの支払いとなったため。
グループエイントロン・リボザイム(RNA酵素)の触媒機構の解明

グループIリボザイムに共通して高度に保存されているP3-P7ドメインは同リボザイムの活性中心を形成していることが我々の研究より明らかになっている。本課題ではP3-P7ドメインによる触媒機能発現の機構の解明とその分子進化的役割を解明することを目的として研究をおこなっている。本年度は、触媒機能発現とその分子進化的役割の関係を明らかにするために、P3-P7ドメインを出発分子とした、試験管内人工分子進化実験を行なった。P3-P7ドメインはグループIリボザイムの活性中心を形成しているものの、同ドメイン単独ではその活性は野生型リボザイムの1000分の1程度しかなく、野生型リボザイムの高活性はアクチベーター部位によって付与されていることがわかっている。本研究では人工的にアクチベーター部位を作成し、その活性向上化能力を野生型のドメイン(P4-P6ドメイン)と比較した。人工分子進化実験の結果から、1)P3-P7ドメインは野生型リボザイムのアクチベーター部位以外にも、さまざまな非天然型アクチベーター部位によって活性化されうること、2)それら人工的に創製されたアクチベーター部位の中には天然型の機能を凌駕するものが存在すること、3)こうして創製された人工アクチベーター部位は、野生型の部位と共存させることで相乗的にリボザイムを活性化できること、を明らかにした。これらはグループIリボザイムの活性中心の機能発現と分子進化を考える上で重要な知見である。グループI・リボザイムのコア領域を形成ずる2つのドメインP3-P7とP4-P6のうち、P4-P6ドメインは触媒活性には必須でないことが申請者により最近明らかにされた。しかし、この領域は全てのグループI・リボザイムに共通して高度に保存されており、また同領域を欠失させたミニ・リボザイムの活性は野生型に比べて1000分の1程度に低下していることから、P4-P6領域はリボザイムの反応性向上に極めて重要な寄与をしていることがわかる。P4-P6領域の立体構造はP4,P6の各ステム構造と両者の間のTHSとよばれる特殊な構造から成り立っている。P4-P6領域が果たす役割を明らかにするために、P4-P6領域をすべて有する野生型リボザイムとP4-P6領域を全て欠失したミニ・リボザイムの中間型の部分欠失変異体を系統的に設計、作製し、それらについて反応性の比較を行った。その結果、P4-P6領域中を構成している三つの構造要素P4,P6,THSのうち、いずれの一つのみを欠失させた変異体の活性は野生型に比べると低いものの、P4-P6領域欠失ミニ・リボザイムよりもはるかに高かった。しかしP4、P6を共に欠失させ、THSのみを有する変異体はP4-P6領域欠失ミニ・リボザイムよりも更に活性が低下した。この結果はTHS構造自体が活性化に寄与しているのではなく、P4及びP6領域をP3-P7領域と効率よく会合させるジャンクションとして機能している事を示唆している。
運動と思考の学習が共有する神経機構と作動原理の解明

これまでに機能的磁気共鳴画像法をはじめとする脳機能イメージングをもちいて、心内表象の操作を含む思考過程が、運動前野、前補足運動野、小脳外側部、大脳基底核といった従来主に運動制御にもちいられると考えられてきた神経機構を共通して動員することを見いだしてきた。しかしそれらの各領域がどのような機能的有意性ならびに作動原理を有しているかは不明である。本研究においては、運動制御において重要な役割を果たしていることが知られている外側運動前野が、思考の制御において機能的な有意性を持っているかどうかを検討した。経頭蓋磁気刺激法をもちいて外側運動前野が思考過程に果たす影響を評価するための方法論開発と基礎的検討を実施した。まず実空間における磁気刺激位置を、脳機能ナビゲーション・システムをもちいて被験者の解剖学的MRI上に定位する手法を確立した。その結果、一次運動野指領域および背外側運動前野吻側部の位置を、おおよそ5mm以内の精度で同定することに成功した。また磁気刺激の影響を反応時間の変化として安定してかつ高い信頼性の元に評価するための計算反応時間課題を開発した。その結果、左外側運動前野に与えた運動閾値以下の磁気刺激が、暗算反応時間課題における反応時間を特異的に延長する傾向を見出した。さらに大脳基底核の機能不全をもつパーキンソン病における思考速度を評価することにより、運動と思考の共通神経機構を明らかにすることを試みた。運動反応を全く用いずに、思考速度を評価する手法を開発し、パーキンソン病と健常人において思考速度を実際に評価した。その結果、パーキンソン病では思考速度が有意に低下していること、さらに思考速度の中でも、空間的な思考に比較して、文字や数字を用いた抽象性の高い思考課題において速度低下がより顕著に認められることを見いだし発表した。