hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
休眠段階におけるリボソームのタンパク質合成抑制機構の解明

細菌の飢餓的ストレス下におけるリボソーム合成抑制のメカニズムを明らかにするために、低温電子顕微鏡により100Sリボソームの構造解析を行った。大腸菌では30Sが互いのmRNAの入り口を塞ぐように結合し、黄色ブドウ球菌では、出口を塞ぐような位置で結合していることが明らかとなった。また、大腸菌と類似のHPFを持つErviniaでは大腸菌の、黄色ブドウ球菌と類似のHPFを持つ乳酸菌では黄色ブドウ球菌の100Sと同様の構造をしており、その結合様式はHPFに依存することが明らかとなった。生物は様々な環境変化に対するストレス応答機構を備えているが、最も身近なストレスである飢餓状態ですら、その応答のメカニズムは解明されていない。グラム陰性菌、陽性菌共に、飢餓的ストレスに曝されると、70Sリボソームが2量体化した100Sリボソームを形成し、タンパク質の合成を抑制する。しかし、100Sリボソームがどのようにしてタンパク質合成を抑制しているのか、70S同士はどのように結合しているのかなど、多くのことが明らかにされていない。そこで、ストレス応答時の100Sリボソーム形成とタンパク質合成抑制のメカニズムを明らかにするために、それぞれのリボソームを単離精製し、低温電子顕微鏡を用いた構造解析を行った。大腸菌(グラム陰性)の100Sリボソームはお互いの30Sのもっとも突き出たS2タンパク質が、相手側のS3、S4、S5が形成するポケットにはまり込むようにして結合していた。S3、S4、S5によって形成されるポケットはmRNAの入り口であり、これは100Sリボソーム形成によってmRNAがリボソームに入って行くのを抑制することでタンパク質合成を抑制していることが明らかとなった。一方、黄色ブドウ球菌(グラム陽性)の場合、お互いの30Sを介して結合している点では大腸菌と同じだが、S2は結合に関与しておらず、互いのmRNAの出口を塞ぐような位置で結合していることが明らかとなった。これらの結合様式の違いは、100Sリボソーム形成因子であるHPFの違いによるものと仮説を立て、大腸菌HFPと類似のHPFを持つErvinia、黄色ブドウ球菌と類似のHPFを持つ乳酸菌を用いて同様の実験を行ったところ、Erviniaでは大腸菌と、乳酸菌では黄色ブドウ球菌と同様の結合をしていることが明らかとなり、この仮説が正しいことが証明された。地球上のほとんどの生物は常に飢餓状態に置かれており、過酷な生存競争を生き抜いてきた生物は飢餓耐性機構を備えている。微生物も例外ではなく、その耐性機構の一つがリボソームの2量体化によるタンパク質合成の抑制である。グラム陰性菌、陽性菌共に、飢餓的ストレスに曝されると、70Sリボソームが2量体化した100Sリボソームを形成し、タンパク質の合成を抑制することが知られている。そこで、グラム陽性菌である黄色ブドウ球菌の100Sリボソームを精製し、低温電子顕微鏡を用いて構造解析を行った。その結果、大腸菌の場合と同様、2つの70SリボソームはどちらにもtRNAが存在しておらず、2つの70Sリボソームはお互いの30Sを介して2量体化していた。しかし結合部位は大腸菌とは大きく異なり、mRNAの出口にほど近い位置であることが明らかとなった。これは、グラム陰性菌のの場合、互いのmRNAの入り口を互いのS2タンパク質が塞ぐことでmRNAの結合をふさぎ、タンパク質の合成を抑制しているのに対し、グラム陰性菌の場合は出口をふさぐことで合成を抑制していることが示唆されてた。これは、飢餓的ストレスに対する応答において、2種類の細菌は、70Sリボソームの2量体化によってタンパク質合成を抑制することは同じなのに、そのメカニズムがまったく異なっていることを示唆している。100Sリボソームの形成は、大腸菌の場合はRMF、HPFという2種類のタンパク質によって、黄色ブドウ球菌の場合HPFのホモログであるSaHPFというタンパク質によって形成される。試料調製を100Sリボソームの発見者である和田氏、上田氏に依頼した。両氏はこれまで100Sリボソームに対する生化学的な研究を行っており、世界で最も多くの100Sリボソームの情報を持っているため、試料調製等での問題点を即座に解決することができた。また、本研究で得られた情報をフィードバックすることにより、当初に考えていた実験方法よりも優れた実験方法を考案することができた。100Sリボソームは、大腸菌の場合はRMF、HPFという2種類のタンパク質によって、黄色ブドウ球菌の場合HPFのホモログであるSaHPFというタンパク質によって形成される。100Sリボソームの結合様式は、これらの因子によってのみ決定されいると考られる。そこで、RMF、HPFを持つ他の菌体の100Sリボソームの結合様式を解析し、同様にSaHPFを持つ菌体の100Sリボソームの結合様式を解析する。

また、RMF、HPFを持つ菌体から70Sを精製し、そこにSaHPFを精製して混合することで、100Sリボソームが形成されるかを評価し、その構造がどちらの結合様式であるかを解析することで、前述の仮説を証明する。上記の実験を進めるための少額備品および消耗品:30万学会参加のための国内、国外旅費:50万円論文掲載費:20万
武満徹の作曲技法と創作観に関する研究：ピアノ独奏曲を中心に

本研究は、戦後日本の作曲家として国際的に高い評価を受けた最初の人物のひとりであり、現在も頻繁に作品が演奏されている武満徹(1930-1996)のピアノ独奏曲を対象とする。同時代の作曲状況や様々な作曲家の影響関係を精査しつつ、武満が個々の作品で採用する作曲技法の内実を明らかにし、さらに、それが聴き手にもたらす時間の感覚に注目する。その上で、個々の作品が持つ時間的な側面が武満が著作において表明する様々な概念(「水」や「夢」など)といかに結びつくかを解明することが本研究の目的である。
骨・歯周組織におけるTob2の機能解明

Tob2の機能を明らかにするために、Tob2欠損マウスの解析を行った。骨における表現型を調べるために、大腿骨と頸骨を二次元μCTで評価した結果、Tob2欠損マウスの骨量は野生型マウスに比較して、骨量が約30%低下していることが明らかになった。さらにその詳細なメカニズムについて明らかにするために、骨形態計測を行い、骨形成面・骨吸収面の両面からTob2の役割について精査した結果、骨形成面の指標であるObS/BSではtob2欠損マウスと野生型マウスの間に有意な差は見られなかった。次に、骨吸収面の指標であるOcS/BSとES/BSを計測した結果、tob2欠損マウスのOcS/BSとES/BSは野生型マウスに比較して有意に上昇していた。よって、tob2欠損マウスの骨量の低下は破骨細胞による骨吸収の増加により引き起こされていることが示唆された。Tob2(Transducer of ErbB2 2)は細胞増殖抑制遺伝子ファミリーTob/BTG1ファミリーの一員であり、Tobと高いホモロジーを持つことが知られている。また、Tob2をNIH3T3細胞に強制発現させると細胞周期G0/G1期からS期への移行を阻害し細胞増殖を抑制することがしられているが、骨代謝並びに歯周組織におけるその発現・機能は不明である。本研究の目的は骨・歯周組織におけるTob2の発現・機能を明らかにすることである。まず、骨代謝に関与する骨芽細胞・破骨細胞におけるTob2の発現を細胞株・頭蓋骨から分離した初代培養細胞においてRT-PCR法にてmRNAレベルで確認した。骨芽細胞株MC3T3E1 cells及び初代培養細胞においてその発現を確認することができた。また、破骨細胞前駆細胞株Raw264.7細胞をRANKLで刺激することにより破骨細胞を形成させ、RNAを抽出しTob2の発現を確認したところ、骨芽細胞同様にその発現を確認することができた。次に骨芽細胞・破骨細胞の分化過程においてTob2の発現量が変化するか否かを観察した。MC3T3E1 cellsを石灰化誘導培地で培養し経時的にその発現を観察したが、上昇傾向はあるものの有意な差は見られなかった。次にRaw264.7 cellをRANKLで刺激し、破骨細胞分化過程におけるTob2の発現を観察したが、有意差は見出すことはできなかった。以上の結果よりTob2は骨芽細胞・破骨細胞に発現しているものの、その分化過程においてup-regulateされる分子ではないことが明らかとなった。さらにin vivoにおけるTob2の機能を明らかにするために、Tob2欠損マウスの解析を行った。骨における表現型を調べるために、大腿骨と頸骨を二次元μCT並びに組織切片において評価した結果、Tob2欠損マウスの骨量は野生型マウスに比較して、骨量が約30%低下していることが明らかになった。以上の結果より、Tob2は骨代謝・骨量の制御に重要な役割を果たしていることが明らかになった。Tgb2(Transducer of ErbB2 2)は細胞増殖抑制遺伝子ファミリーTob/BTG1ファミリーの一員であり、Tobと高いホモロジーを持つことが知られている。平成20年度の研究の結果、Tob2欠損マウスは野生型マウスと比較して約30%骨量が減少することが明らかになったが、その詳細については不明であった。そこで、大腿骨骨組織切片を用いて骨形態計測を行い、骨形成面・骨吸収面の両面からTob2の役割について精査した。まず、骨組織切片においても、μCTにより計測された骨量の結果と同様に、tob2欠損マウスは野生型マウスに比較して有意に骨量が低下していた。さらに、骨形成面の指標であるObS/BS(骨芽細胞が骨面を覆う割合)を調べたところ、tob2欠損マウスと野生型マウスの間に有意な差は見られなかった。次に、骨吸収面の指標であるOcS/BS(破骨細胞が骨表面を覆う割合)とES/BS(破骨細胞により骨面を吸収された割合)を計測した。その結果、tob2欠損マウスのOcS/BSとES/BSは野生型マウスに比較して有意に上昇していた。

以上のデータより、tob2欠損マウスの骨量の低下は破骨細胞による骨吸収の増加により引き起こされていることが示唆された。さらに、東京大学医科学研究所の安島らによりtob2はVitamin D receptorと結合する事とtob2が欠失した骨髄細胞においてVitamin D刺激によるreceptor of activator of NF-kB (RANKL)の発現が有意に増加することが明らかにされた。これらの結果より、tob2は骨代謝において骨芽細胞のRANKL発現をVitamin D receptorを介して抑制し、破骨細胞形成を負に制御していることが示唆された。
隕石中の希土類元素のシステマティックな同位体組成変動と太陽系内の核的事象との関連

スイス・ベルン大学および国立極地研究所等から入手した9種類の隕石試料を化学処理し,イオン交換法にて試料中のLa,Ce,Nd,Sm,Eu,Gdの分離を行い,各元素の同位体比測定を行った。測定には国立科学博物館既存の熱イオン化質量分析計(VG Sector 54-30)を用い,7つの検出器による同位体の同時検出にて高精度の測定をおこなった。9試料のうち,ベルン大学のEugsterらによる希ガス測定から宇宙空間での宇宙線の照射が希土類元素の同位体組成の変動に影響を及ぼしている可能性があると思われた5試料を含め7試料においてSm,Gdの同位体組成に異常が認められた。同位体異常の傾向としては,いずれも^<149>Sm,^<155>Gd,^<157>Gdが減少した分がそれぞれ^<150>Sm,^<156>Gd,^<158>Gdの増加分にほぼ定量的に匹敵しており,これは明らかに中性子捕獲反応を受けた形跡であると考えられる。高エネルギープロトンから成る宇宙線が惑星物質との相互作用により二次的に生成される中性子フラックスの総量をSm,Gdの同位体比の変動から換算すると5種類のコンドライト隕石は2x10^<15>4x10^<15>(neutrons/cm^2)であり,2種類のエコンドライト隕石はコンドライト隕石よりも数倍高い1.2x10^<16>1.5x10^<16>という値を示した。とくにコンドライト隕石における同位体比変動は従来の測定法では検出できない領域であるが,相対誤差0.001%以下での高精度測定と測定試料調製時における高収率化学分離が本研究の成果をもたらしたといえる。
二相自励振動型熱輸送管に関する数値解析

二相自励振動式熱輸送管(SEMOS-HPと略記)は、構造が単純で細径化やフレキシブル化の可能性があり、新しい熱輸送デバイスとして期待されており、最近実験的研究が進められているが、その振動流励起メカニズムの把握や各種パラメータ(液体封入率、加熱・冷却部温度差、管径、加熱部・冷却部・断熱部長さ、ターン数、姿勢など)の影響を表現できるモデルの構築が進んでおらず、このため実用に供する設計指針が得られていない。そこで、本研究では、SEMOS-HPに関し、以下を目的とする。1実験的研究すらほとんど報告されていない限界熱輸送量について、実験データを集積する。2パラメータの影響を表現できる数値計算モデルを開発する。3数値計算結果を基に、振動流励起メカニズムをモデル化する。4熱輸送限界の発生モデルを構築する。最近・米・独でもSEMOS-HPについて研究が開始されたので、まず関連する文献情報をまとめ、現状での知見を批判的に再整理する。研究目的1について、従来の実験装置は熱容量が大きく定常状態になる時間が長かったことを勘案し、熱容量の小さな実験装置(細線ヒーター加熱型)を設計・試作し、管内径(1.5、1.2、0.9mm)、加熱冷却部温度差および液体封入率をパラメータとし、作動流体をR141bとして熱輸送限界を測定し、実験データを集積し、研究目的4の基礎データとする。研究目的2について、汎用ソフトCFX(研究室所有)を用いて、研究室が所有している流動様相可視化結果や熱輸送特性を再現できる数値計算モデルを準備する。申請したワークステーションは、この数値計算に使用する。主な課題は、SEMOS-HPを構成する閉ループに関する格子生成法である。
卵母細胞に特有な動原体の役割

本研究では、卵母細胞の減数第一分裂に特有の動原体の役割を明らかにすることを目的とした。卵母細胞は中心体を持たないため、特別な機構で紡錘体が形成されると考えられている。まず、マウス卵母細胞における確立したライブイメージングと3D画像解析手法を用いて、紡錘体が両極化される過程を定量的に記述した。その結果、減数第一分裂では数時間かけて徐々に紡錘体が両極化されるのに対し、減数第二分裂においては数十分間という短い時間で迅速に両極化されることを明らかにした。このことは、減数第一分裂と第二分裂の間で、紡錘体両極化のロジックに本質的な違いがあることを示唆していた。次に、マウス卵母細胞の減数第一分裂においては、紡錘体の両極化には動原体機能が必要とされることを明らかにした。興味深いことに、減数第二分裂においては、紡錘体の両極化には動原体機能は必須ではなかった。このことから、動原体機能への依存性の違いが、減数第一分裂と第二分裂の間での紡錘体両極化のロジックの違いを反映していることが考えられた。減数第一分裂と第二分裂の卵母細胞を融合させる実験から、このロジックの違いは減数第二分裂の細胞質が担っていることを見出した。さらに動原体が紡錘体両極化に果たす役割を明らかにするため、動原体に局在する微小管制御因子を探索したところ、複数の因子を見出した。これらの因子の活性を元に動原体における微小管の挙動についてシミュレーションを行ったところ、減数第一分裂と第二分裂における紡錘体形成のロジックの違いを説明できる知見を得た。これらの結果から、卵母細胞で動原体が果たす特有の役割の一つは、減数第一分裂特異的な紡錘体両極化を可能にすることであると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、卵母細胞の減数分裂に特有の動原体の役割を明らかにすることを目的にしている。平成28年度においては、紡錘体が両極化される過程に着目し、動原体がその過程に果たす役割について調べた。まず、マウス卵母細胞の減数第一分裂における微小管重合中心、微小管、染色体の動態をライブイメージングし、四次元解析を行うことで、紡錘体両極化の過程を定量的に記述した。減数第二分裂においても同様の解析を行い、紡錘体両極化のキネティクスが第一分裂と第二分裂で異なる点を見出した。さらに、卵母細胞で動原体因子をノックアウトすることにより、紡錘体の両極化に動原体の機能が必要である可能性について検討した。特に微小管重合中心の分布変化の解析のためのパイプラインを確立し、詳細な4次元定量解析を行った。現在、動原体因子が微小管制御因子をリクルートすることで紡錘体両極化に役割を果たすという仮説を立て、分子機構の解明に向けた研究を進めている。計画通り、紡錘体両極化の過程を定量的に記述し、動原体が紡錘体両極化に必要である可能性について答えを得ることができた。さらに、実際に紡錘体両極化に関わると考えられる動原体因子の同定に成功し、分子機構の解明に向けた実験に着手している。本研究は、卵母細胞の減数第一分裂において特有の動原体の役割を明らかにすることを目的とする。多くの生物の卵母細胞は中心体を持たないため、これらの細胞ではほとんどの動物細胞とは異なり、特殊な機構で紡錘体が形成されると考えられている。しかしながら、中心体のない細胞でどのように紡錘体が形成されるのかは、いまだ明らかではない点が多い。そこで本研究では、マウス卵母細胞において動原体の機能を破壊し、紡錘体の形成にどのような影響があるかを調べた。高解像度ライブイメージングにより紡錘体の形成過程を記録し、定量的な解析を行うことで、動原体破壊による影響を見出した。動原体がどのように紡錘体形成に関わるかを調べたところ、動原体因子の予想外のドメインが紡錘体形成に貢献することを見出した。このドメインと相互作用する因子を探索したところ、微小管制御因子が同定され、この因子は卵母細胞において動原体に局在することが分かった。次に、減数第一分裂と第二分裂における紡錘体形成機序の相違点を明らかにするため、第一分裂の卵母細胞と第二分裂の卵母細胞を融合させ、その後の紡錘体形成をライブイメージングによりモニターした。動原体の機能破壊も合わせた実験から、減数第一分裂と第二分裂の紡錘体形成は異なる必要性を持つことを明らかにした。さらに、減数第一分裂と第二分裂で紡錘体形成の必要性が異なることについてより詳細な理解を得るため、動原体とその相互作用因子の機能を考慮に入れたシミュレーション系を構築中である。当初に計画した実験である、マウス卵母細胞における減数第一分裂と第二分裂の紡錘体形成過程の定量的比較、動原体の機能破壊が紡錘体形成におよぼす影響、動原体による紡錘体形成の貢献を仲介する候補因子の同定、第一分裂と第二分裂の卵母細胞の融合実験を終え、それらから得られた知見に基づくシミュレーションに着手している。

これまでに得た知見はいくつかの予想外のことを含んでおり、新規の紡錘体形成機構の理解につながる可能性が高い。本研究では、卵母細胞の減数第一分裂に特有の動原体の役割を明らかにすることを目的とした。卵母細胞は中心体を持たないため、特別な機構で紡錘体が形成されると考えられている。まず、マウス卵母細胞における確立したライブイメージングと3D画像解析手法を用いて、紡錘体が両極化される過程を定量的に記述した。その結果、減数第一分裂では数時間かけて徐々に紡錘体が両極化されるのに対し、減数第二分裂においては数十分間という短い時間で迅速に両極化されることを明らかにした。このことは、減数第一分裂と第二分裂の間で、紡錘体両極化のロジックに本質的な違いがあることを示唆していた。次に、マウス卵母細胞の減数第一分裂においては、紡錘体の両極化には動原体機能が必要とされることを明らかにした。興味深いことに、減数第二分裂においては、紡錘体の両極化には動原体機能は必須ではなかった。このことから、動原体機能への依存性の違いが、減数第一分裂と第二分裂の間での紡錘体両極化のロジックの違いを反映していることが考えられた。減数第一分裂と第二分裂の卵母細胞を融合させる実験から、このロジックの違いは減数第二分裂の細胞質が担っていることを見出した。さらに動原体が紡錘体両極化に果たす役割を明らかにするため、動原体に局在する微小管制御因子を探索したところ、複数の因子を見出した。これらの因子の活性を元に動原体における微小管の挙動についてシミュレーションを行ったところ、減数第一分裂と第二分裂における紡錘体形成のロジックの違いを説明できる知見を得た。これらの結果から、卵母細胞で動原体が果たす特有の役割の一つは、減数第一分裂特異的な紡錘体両極化を可能にすることであると考えられる。動原体因子が微小管制御因子をリクルートすることで紡錘体両極化に役割を果たすという仮説を立て、分子機構の解明を行う。さらに、減数第一分裂と第二分裂の間で紡錘体の両極化が異なる原因を見い出し、その背後にある分子機構を理解する。動原体で紡錘体形成を促進させる因子について卵母細胞特異的な遺伝子ノックアウトを行い、その表現型をライブイメージングにより定量的に記述する。また、その他の微小管制御因子が動原体に局在して機能する可能性を検討する。並行して、シミュレーション系の構築を行い、これにより減数第一分裂と第二分裂で紡錘体の形成機序が異なる合理性について検討する。これらの研究から、卵母細胞において動原体が特異的に果たす役割の一つを明確にする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
光LANを活用する新しい光ファイバー型放射線分布測定システムの検討

光通信で用いられる汎用光データリンクモジュールの、放射線計測システムへの適用に関し、検討を行った。まず、放射線による時間情報の伝送については、時間分解能が数10nsec程度悪化するものの、伝送自体には問題がないことが示された。ここでは、プラスチックシンチレーティング光ファイバーを用いる放射線連続測定法に適用し、分布測定の可能性を確認した。また、本来、光データリンクはディジタル入出力に対応しているため、放射線検出器からの出力パルスに含まれるエネルギー情報を直接、伝送することはできない。そこで、本研究では、パルス波高をパルス幅に変換して伝送した後、受け側でパルス幅からパルス波高への再変換を行う方法を検討した。具体的には、適切に増倍を行った放射線検出器信号を光デタリンクモジュールに入力すると、入力がしきい値以上である場合にのみ出力が生じるので、この部分でパルス波高→パルス幅の変換が行われる。受け側では、時間波高変換器によってパルス幅に対応した波高を持つパルスに変換し、HCAで解析した。モジュールのしきい値のために、線形増幅器を用いると、エネルギースペクトルの一部しか再現できないが、対数増幅器などを併用することにより、十分なエネルギー範囲でスペクトル測定ができることが示された。この方式による場合、パルス波高とパルス幅が、ばらつきなく対応している検出器の方が高い精度でエネルギー分布測定が可能である。このため、Ge半導体検出器よりも、パルス形状のばらつきの少ないNaI(Tl)シンチレーション検出器の方が、エネルギー情報をばらつきなく伝送できた。また、モジュールを介さず、直接解析した場合の測定結果と比ぺても、後者の場合には遜色のない測定結果が得られた。本研究の結果から、電気ケーブルによる損失の影響を受けない、シンプルな光ファイバー型環境放射線モニタリングの可能性が示された。プラスチックシンチレーティング光ファイバー(PSF)、通常のクリアファイバ、光電子増倍管などを準備し、PSFの両端から得られる信号にTime of Flight法を適用することによる放射線分布測定システムを構築した。^<60>Coγ線を用いる実験では、2.5m長のPSFの場合で、空間分解能は3040cm程度であった。コンスタント・フラクション・ディスクリミネータから得られるタイミング信号をEO変換し、光ファイバーによって伝送するためのシステム構築を開始した。EO変換には住友電工製ディジタルリンク:DF-2900を用いた。EO変換後の光信号を長距離にわたってシングルモードファイバで伝送し、伝送端でOE変換した後、TACで時間差を取り出す。平成13年度には特性評価、小型化を目指した回路開発などを行う予定である。また、^<60>Coγ線以外の放射線に対する応答を評価するため、医療用陽子シンクロトロン加速器におけるビームロスモニタへの適用を考え、現在準備中である。その際は、加速器ビームラインのごく近傍に光電子増倍管を置くことを避けるため、PSFにクリアファイバを接続し、クリアファイバの先端に光電子増倍管を接続する。接続部でのロスや光ファイバー中での分散によって空間分解能は劣化するものと考えられ、そのような点についても評価を行う。また、EO/OE変換器の放射線照射時の挙動を調べるため、^<60>Coγ線源による照射実験を行う予定である。
太陽光線を用いた光線力学的癌治療の研究

レ-ザ-光と光感受性物質を用いた癌の光線力学的治療法は、生体内の癌組織を選択的に破壊することが可能なため、画期的な癌治療法として盛んに研究が行なわれている。光線力学的治療法に使用する光源は、光感受性物質を励起可能な波長で、光ファイバ-伝送可能なものであれば、特にレ-ザ-である必要はない。このような条件を満たす光源として太陽光がある。本研究では、太陽光線を集光し、赤外フィルタ-を用いて可視光のみとし、光ファ-バ-で患者に導く装置を開発し、これを用いた光線力学的癌治療に関する基礎的研究を行った。1.実験装置の開発集光装置は赤外フィルタ-を通して波長を制限した太陽光をまず主鏡で直径180mmの受光面積から18mmに集光し、最大2.3W、平均1.1Wの光出力が得られた。さらに、コリメ-タで直径0.9mmの光ファイバに導光した。ファイバ出力端で平均0.26Wの光出力が得られた。太陽の追尾は、初期調整後約5時間で光出力が半減した。2.集光した太陽光線の照射による光線力学的治療集光した太陽光を担癌マウスの癌組織に照射し、癌組織に与える影響を病理組織学的に観察検討を行なった。光線力学的治療群ではヘマトポルフィリン4mg/kgを照射24時間前に腹腔内投与を行なった。照射は、皮下にある癌組織に皮膚を通して30分間行なった。照射直後は、光線力学的治療群、太陽光照射群ともに著明な変化は見られなかった。照射24時間後から、光線力学的治療群で、癌の縮小が観察され、照射後1週で癌組織は半減ほぼ消失した。組織学的には、癌組織の壊死と白血球浸潤が見られた。従来、光線力学的治療には、ダイレ-ザ-が用いられてきたが、ヘマトポルフィリンの励起波長は、可視光全般にわたっている。本研究は、このヘマトポルフィリンの励起波長のほぼ全域を含む太陽光で、癌治療に有効な励起が行えることを示した。レ-ザ-光と光感受性物質を用いた癌の光線力学的治療法は、生体内之癌組織を選択的に破壊することが可能なため、画期的な癌治療法として盛んに研究が行なわれている。光線力学的治療法に使用する光源は、光感受性物質を励起可能な波長で、光ファイバ-伝送可能なものであれば、特にレ-ザ-である必要ではない。本研究は、太陽光線を集光し、光フィルタ-を用いて特定の波長を選択し、光学チョッパ-でパルス光とし、光ファ-バ-で患者に導く装置を開発し、これを用いた光線力学的癌治療に関する基礎的研究を行うことを目的とする。本年度は、太陽光線による光線力学的治療に関する基礎研究と、実験装置の開発を行った。1.太陽光線を用いた光線力学的治療に関する基礎研究集光し、光学フィルタ-を通して波長を制限した太陽光線を、光感受性物質(ヘマトポルフィリン)を投与した担癌マウスの癌組織に直接照射し、癌組織に与える影響を病理組織学的に観察検討を行なっている。同時に、同様の条件下でアルゴンダイレ-ザ-を照射した場合と治療効果の比較を行なっている。

本報告の時点では、まだ十分な実験例数が揃っていないが、傾向として、太陽光、アルゴンダイレ-ザ-の両者で、ほぼ同様の治療効果を得ている。2.実験装置の設計、開発太陽光集光系、フィルタ-系、光学チョッパ-系および光ファイバ-導光系を集約した実験装置を設計した。現在実験装置の試作を行なっている。本年度は、昨年度開発した太陽光線集光装置を用いて担癌ラットで光線力学的癌治療実験を行なった。1.集光装置の性能集光装置は赤外フィルタ-を通して波長を制限した太陽光をまず主鏡で直径180mmの受光面積から18mmに集光し、平均1.1Wの光出力が得られた。快晴で太陽高度が高く、空気中の塵埃が少ない条件では、最高2.3Wの光出力があった。さらに、コリメ-タで直径0.9mmの光ファイバに導光した。ファイバ出力端で平均0.26Wの光出力が得られた。太陽の追尾は、初期調整後約5時間で光出力が半減した。その間ほぼ平均的に光出力は減少した。2.担癌ラットの作成担癌ラットは、乳癌系癌細胞をラット下背部皮下に移植し、移植後約1週の後平均2.0cm×1.5cm、高さ1.0cmに癌が増殖したものを用いた。ラットを1)ヘマトポルフィリンを投与し、太陽光を照射する光線力学的治療群、2)ヘマトポルフィリン投与のみを行なうヘマトポルフィリン投与群、3)太陽光照射のみを行なう太陽光照射群の3群に分けた。光線力学的治療群、ヘマトポルフィリン投与群ではヘマトポルフィリン4mg/kgを照射24時間前に腹腔内投与を行なった。3.集光した太陽光線の照射による光線力学的治療集光した太陽光を担癌マウスの癌組織に照射し、癌組織に与える影響を病理組織学的に観察検討を行なった。照射は、皮下にある癌組織に皮膚を通して30分間行なった。照射直後は、光線力学的治療群、太陽光照射群ともに著明な変化は見られなかった。照射24時間後から、光線力学的治療群で、癌の縮小が観察され、照射後1週で癌組織は半減ほぼ消失した。組織学的には、癌組織の壊死と白血球浸潤が見られた。
脳特異的血管新生抑制因子BAI1遺伝子導入によるグリオーマの血管新生抑制療法の開発

1.脳腫瘍臨床標本を用いた研究グリオーマ臨床標本を用いて、(1)BAI1遺伝子発現量、(2)p53遺伝子変異、(3)BAI1遺伝子発現とp53遺伝子変異との相関、(4)BAI1遺伝子発現と腫瘍血管密度との相関、を検討した。その結果、(1)半定量的RT-PCR法で正常脳と発現量と比較すると、グリオーマの約70%でBAI1発現量が低下していた。発現量の低下は、悪性度が高いほど高頻度で見られた。(2)PCR-SSCP法でp53変異を検索した。その結果グリオーマの約30%で、p53タンパクのDNA結合能に影響すると考えられる変異を認めた。(3)BAI1遺伝子発現量低下とp53遺伝子変異の間には、有意の相関は認めなかった。(4)グリオーマ組織を抗CD34抗体で免疫染色し、腫瘍内の血管を定量評価した。BAI1遺伝子発現正常例と比較すると、BAI1発現低下例で腫瘍血管数は増加していた。以上の結果より、悪性グリオーマの少なくとも一部では、p53遺伝子変異によるp53タンパクの転写活性能の喪失以外の機序によるBAI1発現低下が生じていると考えられる。BAI1発現低下腫瘍では、BAI1遺伝子導入によるBAI1タンパクの強制発現が、血管新生を抑制すると思われる。2.グリオーマ培養細胞株におけるBAI1遺伝子の機能解析BAI1遺伝子の強制発現と血管新生抑制、腫瘍増殖能、分化などとの関係をみる目的で、テトラサイクリン存在下で導入遺伝子を発現させることのできるTet-On system(Clonetech)を用いて、BAI1遺伝子導入グリオーマ細胞株を作成中である。T98G、U87MG細胞を用い、現在株の樹立の最終段階を進めている。株の確立次第、マウス移植モデルを用いて、血管新生抑制などの解析を予定している。BAI1遺伝子導入によるグリオーマの血管新生抑制療法を開発するため、ヒトグリオーマにおけるBAI発現を検討した。使用した標本はヒト神経上皮性腫瘍57例で、各凍結組織よりAGPC法でRNAを抽出した。BAIは遺伝子ファミリーを形成しているため、BAI1のみでなくBAI1、2、3cDNAそれぞれに特異的なプライマーを設定し、mRNA発現量をRT-PCR法で解析した。その結果、12例(21.1%)でBAI1、2、3いずれかの発現欠如あるいは発現低下を認めた。BAI1、2、3の発現異常は、各々5、6、8例に存在した。3例の膠芽腫では、複数のBAI発現異常を認めた。組織型別の発現異常は、星細胞腫2/7、退形成性星細胞腫1/6、膠芽腫6/29、PNET3/7、その他の神経上皮性腫瘍0/8例であった。膠芽腫では、low gradeより悪性化したsecondary型で476例(67%)にBAI遺伝子ファミリーの発現異常を認めたのに対し、de nov0型では2/23例(8.7%)にのみ認めた。PNETでは、発現異常はBAI3にのみ存在した。以上のことより、ヒトグリオーマではBAI遺伝子ファミリーの発現異常が存在し、とくにsecondary型の膠芽腫でその頻度が高いことが示された。現在、p53変異の有無、グリオーマ細胞株での検討、病理組織像との比較を行っており、in vivoでのBAI1遺伝子治療の準備を進めている。1.脳腫瘍臨床標本を用いた研究グリオーマ臨床標本を用いて、(1)BAI1遺伝子発現量、(2)p53遺伝子変異、

(3)BAI1遺伝子発現とp53遺伝子変異との相関、(4)BAI1遺伝子発現と腫瘍血管密度との相関、を検討した。その結果、(1)半定量的RT-PCR法で正常脳と発現量と比較すると、グリオーマの約70%でBAI1発現量が低下していた。発現量の低下は、悪性度か高いほど高頻度で見られた。(2)PCR-SSCP法でp53変異を検索した。その結果グリオーマの約30%で、p53タンパクのDNA結合能に影響すると考えられる変異を認めた。(3)BAI1遺伝子発現量低下とp53遺伝子変異の間には、有意の相関は認めなかった。(4)グリオーマ組織を抗CD34抗体で免疫染色し、腫瘍内の血管を定量評価した。BAI1遺伝子発現正常例と比較すると、BAI1発現低下例で腫瘍血管数は増加していた。以上の結果より、悪性グリオーマの少なくとも一部では、p53遺伝子変異によるp53タンパクの転写活性能の喪失以外の機序によるBAI1発現低下が生じていると考えられる。BAI1発現低下腫瘍では、BAI1遺伝子導入によるBAI1タンパクの強制発現が、血管新生を抑制すると思われる。2.グリオーマ培養細胞株におけるBAI1遺伝子の機能解析BAI1遺伝子の強制発現と血管新生抑制、腫瘍増殖能、分化などとの関係をみる目的で、テトラサイクリン存在下で導入遺伝子を発現させることのできるTet-On system(Clonetech)を用いて、BAI1遺伝子導入グリオーマ細胞株を作成中である。T98G、U87MG細胞を用い、現在株の樹立の最終段階を進めている。株の確立次第、マウス移植モデルを用いて、血管新生抑制などの解析を予定している。
尿細管上皮イオンチヤンネル・トランスポーター異常症の分子機構に関する研究

Bartter症候群(BS)、Gitelaman症候群(GS)は常染色体劣性遺伝性尿細管機能異常症で、低カリウム血症,代謝性アルカローシス、高レニン、高アルドステロン血症を認めるにも関わらず正常血圧を示すことなどを特徴とする。現在までにI型からV型BSおよびGSの責任遺伝子が明らかとされている。日本人におけるこれらの疾患を有する患者において、臨床的および遺伝学的検討はこれまで行われてこなかったが、私たちは今回の研究で、BSではI型9名、II型2名、III型5名、IV型1名、GSでは11名の患者において、その遺伝子異常を明らかとしている。また、解析方法に関する工夫を行い、尿中落下細胞からmRNAを抽出し、RT-PCRを用いて解析を行うという非侵襲的かつ斬新な方法を導入することで、遺伝子診断率を向上させることに成功し、英文学術誌に投稿を行った(Pediatric Research in press)。さらに、これまでこれらの疾患で遺伝子診断率が低かった原因として、従来の直接シークエンス法による解析では広範囲のヘテロ接合体欠失の検出はできず、BS患者においてはこの変異が多いためであることを明らかにした。そこで、PCR半定量法を導入することで、それらの変異の検出に成功した(現在投稿中)。また、日本人においては2型BSの報告例はこれまで1例もなかったが、2型BSでは低カリウム血症を認めない症例もいることを明らかとし、診断がついていない症例の存在の可能性を明らかとした(Pediatric Nephrology in press)。現在まで私たちは90%以上の患者において遺伝子変異の検出に成功している。更なる症例の蓄積を行い、日本人におけるこれらの疾患の患者の特徴を明らかとしていく予定である。尿細管上皮細胞のチャネル・トランスポーター異常症の症例で遺伝子の解析を行った。現在まで、Bartter症候群患者10名、Gitelman症候群患者20名、Dent病患者2名でその解析を行い、70%の患者でその遺伝子変異を明らかとした。その中には現在までに報告されていない新規の遺伝子変異もあり、今後、報告を予定している。しかし、現在までのDNAからのダイレクトシークエンスでは70%の検出率にとどまっている。私たちはすでに、これらのバーター症候群の責任遺伝子のmRNAが末梢血白血球中に発現していることを見出し、mRNAからcDNAを作成後、逆転写PCRを用いた解析を進めている。さらに、患者の尿中落下細胞に発現するmRNAを抽出し尿細管上皮細胞に存在するチャネル、トランスポーターのスプライシングパターンの解析を行った結果、ゲノム遺伝子異常に対応し、尿中落下細胞中mRNAのスプライシング異常を証明することができた。本解析方法は尿細管機能異常症のmRNAによるRT-PCR解析において、非常に有用な方法であることを見出した。
BCL6ファミリーによる終末分化細胞死の抑制機序の解析

BCL6のノックアウト(KO)マウスにみられた好酸球浸潤をともなう心筋細胞死の機序や、その関連遺伝子(BAZF)の転写制御活性を解析した。さらに、リンパ球におけるBCL6のがん遺伝子としての機能を明らかにする目的でトランスジェニックマウスを作製した。その結果、以下の点を明らかにした。1) BCL6が終末分化した心筋細胞の機能維持に必須である。2) BCL6-KOマウス由来のT細胞を抗CD3抗体で刺激するとIL-5の著しい産生増強が見られた。4) BCL6の強発現によりRAW264細胞に細胞死が誘導された。5) BAZFはBCL6と同様に、そのPOZ/BTBドメインや中央部にあるProlin-richな部位において転写抑制活性がみられた。さらに、BAZFの中央部にBCL6とアミノ酸配列が全く同一の部位(17アミノ酸)が見つかり、かつその部位だけで転写抑制活性が見られた。6)リンパ球で発現の見られるIg一BCL6トランスジェニックマウス(Tg)マウスを2系統、lck-BCL6-Tgマウスを4系統作製した。これらの系統のマウスにおいてT細胞系のリンフォーマの発生がみられている。以上の結果から、BCL6は細胞が機能を維持しながら外的ストレスに適応して生存するのに必須な機能を果たしていると考えられた。
多剤耐性緑膿菌への創薬基盤を目指したMexYの薬剤認識の解明

様々な薬剤に対して抵抗性を示し、臨床的に有効な薬剤が現状存在しない多剤耐性緑膿菌は、その感染症に対して有効な治療法が存在しないことが大きな問題となっている。この多剤耐性の大きな要因となるRND型多剤排出ポンプ複合体は、菌体に取り込まれた様々な薬剤を排出する。本研究では、緑膿菌のポンプの中でも、臨床で多用されるアミノグリコシド系統の薬剤を唯一排出することができるMexXY-OprMポンプ複合体の、特に排出の根幹を担う内膜トランスポーターのMexYについて構造解析を行い、多剤耐性緑膿菌に対する創薬基盤を樹立する。
社会経済的要因を背景とした伝統的沖縄食による３世代への介入研究

児童への食育授業実施と伝統的沖縄型食事レシピ提供による家族への情報介入を行った。沖縄県南部地区4小学校を2群学校割り付けによるクロスオーバー型介入研究を2年間、行った。1)食事摂取の変化2)栄養知識の介入前後の変化を測定した。介入前では、家族機能と食事に関する家族会話、栄養知識、食摂取行動との間に関連があった。家族機能の得点群ごとの比較では、介入群と対照群の栄養知識の正答率に差が見られた。家族機能の低値群では、介入群の正答率の上昇は、対照群と比較して高く、介入効果は、家族機能低値群に大きく作用している可能性が見られた。家族会話は、児童の栄養知識も高め、間接的にも野菜摂取を促進させていた。沖縄特産の緑黄色野菜を主体とした沖縄型食事による介入研究(チャンプルースタディ)の成果を基に、伝統的沖縄型食事による3世代(または2世代)への介入が社会経済的要因との関連を視野に入れた健康的な行動変容をもたらす介入効果の検討を行う。対象として3世代、2世代同居または近傍居住の地域住民への地域割付比較試験により、介入の有効性について社会疫学・栄養疫学的検討を行う。本研究の1年目の対象集団の設定と、介入のための諸準備を行った。以下の内容を検討した。1.介入方法:地域割付比較試験。クロスオーバーデザインによる介入研究2.地域および対象:地域は沖縄県南部における町立4小学校在籍の保護者および児童を対象とした。ベースライン設定は、児童ベースで行い、全児童1945名を対象とした。保護者は、参加同意の促進を促すために、各種の広報手段により募集中である。3.ベースライン時の児童の学校健診時における随時尿を収集した。保護者は、収集準備中である。沖縄特産の緑黄色野菜を主体とした沖縄型食事による介入研究(チャンプルースタディ)の成果を基に、伝統的沖縄型食事による2世代(または3世代)への介入が社会経済的要因との関連を視野に入れた健康的な行動変容をもたらす介入効果の検討を行う。対象として2(3)世代同居または近傍居住の地域住民への地域割付比較試験により、介入の有効性について社会疫学・栄養疫学的検討を行う。介入方法は、地域割付比較試験。クロスオーバーデザインによる介入研究。沖縄県南部における町立4小学校在籍児童1,945名及び保護者300名を対象とした。ベースライン時の簡易型自記式食事歴質問票(BDHQ)、生活習慣・社会疫学調査及び尿中の生体指標(ナトリウム、カリウム、クレアチニン)の測定を、児童及び保護者に対して行った。介入群は、食事・食育情報介入(配布メニュー、ニュースレターなど)、BDHQによる介入を、児童及び保護者に対して行った。対照群は、従来の食事を摂取してもらい、研究者からの情報提供は行わなかった。現在、1年後の介入が終了し、2年目の介入に入るところである。沖縄県南部地区における同一町内の4小学校(1-6年生)児童、保護者(研究参加への同意が得られたもの)を対象に介入研究を行った。実施期間は、2014-16年、前期・後期介入期間を各1年間とした。介入群には、伝統的沖縄食の現代版レシピを学校給食のメニューに導入し、主として2(3)世代家庭には伝統的沖縄食の現代版レシピ本を提供した。児童への食育授業と家庭へ情報による介入を行い、児童・保護者の栄養知識、食品摂取量および家族機能の観点から、児童の食育介入効果を検討した。解析は研究初年度(2014年)と2年目調査に参加した4,5年生317名の児童とした。食事調査にはBDHQ15y(簡易型自記式食事歴法質問票)を用いた。栄養知識は、朝倉らの開発した調査票を用いた。家族機能尺度(Olson 1985の日本語版)は、凝集性と適応性に関する項目を選び、両者の合計値の点数化を行った。家族機能尺度の合計値を3分位に分割した。食育介入前では、家族機能と食事に関する家族会話、栄養知識、食摂取行動との間に因果性が見いだされた。栄養知識質問票正答率、1000kcalあたりの野菜摂取量について、介入前後の比較を行った。家族機能の低値群では、介入群の正答率の上昇は、対照群と比較して高く、介入効果は家族機能低値群に大きく作用している可能性が見られた。家族機能の高値群では、介入群、対照群ともに有意な変化は見られなかった。野菜摂取量の食育介入効果は、家族機能の低値群、高値群ともに、家族機能の違いによる介入効果は見いだされなかった。栄養知識正答率では、家族機能尺度得点の低い家庭の児童の場合、食育介入による効果は大きい可能性が見いだされた。野菜摂取量に関しては、食育介入による効果は明瞭ではなく、今後さらなる介入方法の検討が必要である。

家族機能の低値群では、介入群の正答率の上昇は、対照群と比較して高く、介入効果は、家族機能低値群に大きく作用している可能性が見られた。家族会話は、児童の栄養知識も高め、間接的にも野菜摂取を促進させていた。当初の予定通り、沖縄県南部地区において1,945名の児童ベースの集団の対象設定ができ、これをベースライン集団として2世代の世帯単位の集団の構築の設定が可能となった。祖父母世代については、現在、リクルートの準備中である。1年の介入が終了し、地域における協力機関である小学校および町教育委員会との連携も順調に進行している。介入としては、食育授業および食事情報介入による活動を行い、その一環として介入集団へ、沖縄伝統食をベースにした減塩と野菜摂取を促すレシピおよび関連情報による介入を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。栄養疫学、公衆衛生学支障となる障害は生じていない。当初の予定通り、沖縄県南部地区において約2,000名の児童ベースの集団を対象設定ができ、これをベースライン集団として親世代、祖父母世代の世帯単位の集団の構築の設定が可能になった。地域における協力機関である小学校および町教育委員会との連携協力も万全である。介入としては、現在、食育活動を中心とした介入を行っているが、その一環として介入集団へ、沖縄伝統食をベースにした減塩と野菜摂取を促すレシピおよび関連情報による介入が進行中である。学校での食育活動に使用する教材を年度内に作成・業者発注する予定だったが、学校との教材内容の打ち合わせに時間を要し、教材の業者発注が4月以降に遅延したため。今後、地域における諸団体(たとえば、商工会議所、社会福祉協議会、老人会、青年会)との協力をいただき、介入対象者の拡充を図る予定である。その他、支障となる障害は生じていない。対象者に、簡易型自記式食事歴質問票(BDHQ)、食事調査、運動習慣、社会疫学的調査、尿中の生体指標(ナトリウム、カリウム、クレアチニン)の測定を行う。介入群において、食育活動に使用する教材、ニュースレター(ランチョンマット)を配布する。得られたデータの集計と解析を行う。保護者の同意をしていただける数が、3月までに予定していた数に達しておらず、さらに広報活動に時間を要した。その結果、4月以降にずれ込み、介入器材購入の時期が遅延したため。26年度:年度内に、簡易型自記式食事歴質問票(BDHQ)を、対象者に配布し、個人別に調査結果を返却し、それに対応した食育介入を、個人および集団単位で実施する。介入前後に、食事調査、運動習慣、社会疫学的調査を実施する。介入期間中に、介入群においてニュースレター(ランチョンマット)を1ヶ月に1回の割合で配布する。学校における食育(食事・栄養知識質問票等)を介して、児童から保護者へ食育情報を伝えることにより、児童だけではなく保護者の食事行動変容が起こるかを、介入前後の比較を通して明らかにする27年度:26年度の介入の継続と、得られたデータの集計と解析を行い、結果の発表と論文化を行う。
3次元数理モデルによる口唇動作ＣＧ教材制作システムの開発

本研究は、口唇動作の3次元数理モデルをCGへ応用し、聴覚障がい児のための口唇動作学習システムにおける教材である口唇動作CGアニメーションを自動生成した。口唇動作は3Dスキャナを用いて口唇動作を時系列的に連続な形状として記録・計測し、口唇動作における計測点の移動量を抽出した。さらに、移動量の共通性を抽出し、奥行き方向の動作を数理モデルとして定義した。この数理モデルは、個人の顔形状の違いにも対応できるよう顔の部位を基準として相対表現した。また、その数理モデルを3DCGに適用し自動生成されたアニメーションを評価検証した。その結果、最大正同定率は前研究の数理モデルと比較して最大で62%向上した。本研究では、コンピュータグラフィックスを応用し、母音発音時の口唇動作の3次元数理モデルを構築し、発音練習のための3DCGアニメーション教材を自動作成するシステムを開発する。聴覚障がい児が正しく音声を発音するためには、母音を正しく習得することが必要であり、お手本となる先生の口の動きを真似て口唇動作を強制することにより発音を改善する。このような背景から、個々の障がい児ごとに3D-CGによるお手本教材を提供することで、より効果的に発音を学ぶことができる。従来の口唇動作の解析では、正面からの口唇動作を重視し、縦横方向の2次元数理モデルとして口唇動作をモデル化した。しかし、口唇動作は奥行き方向も存在する。2次元の数理モデルは前面からの口の動きだけ学習可能であり、実際の聴覚障がい者の方からは様々な角度から口唇動作を確認できた方がよいとの意見があった。横や斜め視点からの口唇動作をより正確に表現するためには、奥行き方向の口唇動作が必要である。そこで、奥行き方向もモデル化対象とし、口唇動作を3次元数理モデル化することで、3D-CGのお手本教材の利点を活かすことができる。そのため、今年度は口唇動作を時系列的に記録するための3Dスキャナの導入を行った。被写体の動きを1フレームあたり15回計測できるため、従来のビデオや静止画といったものと異なり、時系列的な変化を持つ3次元口唇形状データとして記録することが可能である。そのため、2D画像をもとにした計測よりも、より精度が高く奥行き方向の計測も可能となった。しかしながら、この3Dスキャナを用いて計測するためには、被写体との距離、被写体表面の素材の考慮、また話者モデルに負担なく短時間計測する方法等のノウハウが必要である。そこで、今年度は顔模型や実際の人物を対象とし、スキャンを適切に行うためのノウハウ作りおよびシステム稼働の実験を行った。本研究では、母音発音時の口唇動作をコンピュータグラフィックスを応用し3次元数理モデルとして構築する。また、それらを用いて障がい児が発音練習するための3DCGアニメーション教材を自動生成する手法を開発する。特に、聴覚障がい児が正しく発音するためには、明瞭な母音の発音を正しく習得することが必要であり、自分の顔にそっくりな3DCGアニメーションがお手本の教材となることで、効果的に夏音を学ぶことができる。先行研究では、正面からの動画を利用し縦横方向の2次元数理モデルとして口唇動作をモデル化した。しかし、実際の聴覚障がい者で学習経験のある方からは、様々な角度から口唇動作を確認できたほうが良く、横や斜めからの視点において口唇動作アニメーションを表示するためには、2次元ではなく3次元数理モデルが必要である。そこで、今年度は話者モデルを用意し、発音時の口の形状を計測記録するために3次元デジタイザを用いて口唇形状のデータ計測を完了させた。口唇動作の数理モデル化を行うための生データとしておよそ1秒間あたり15フレームの形状データを採取できた。しかし、3次元デジタイザの性能の問題により採取データには話者モデルの歯が欠損した。そこで、データの整理を行いながら、歯のモデルを追加し、計測と同時に記録した映像を確認しながら歯のモデルのアニメーションも設定することで、3DCGアニメーションデータとしての話者モデルを仮想空間に再現した。これらのデータの信頼性を確認するために、第三者による発音の同定を検証した。しかしながら、実際の発音と異なる同定であったため、仮想空間内での話者モデルの再現について再度検討が必要であることが分かった。次年度は、肌の色なども再現し、正同定へ好影響が見られるか検証し、奥行き方向を有した母音発音時における口唇動作の3次元数理モデル化を行う。話者モデルの発音時の口の形状を計測記録するための3次元デジタイザにより、データ計測を完了させ、計測データをレンダリングした映像により、第三者により発音の同定を確認したが、実際の発音と第三者判定に乖離が見受けられた。そのため、計測データの信頼性を再度確認する必要がある。また、計測データには計測不可能な箇所の欠損部分があり、肌表面の色などが無いため、それらが発音同定に影響をしている可能性も考えられる。そのため、生の計測データを基に修正を施した映像では、正同定されることも考えられる。これらのことから、当初予定に入っていなかったデータ修正後の第三者判定を必要とし、進捗状況がやや遅れていると見ている。本研究は、母音発音時の口唇動作を3次元数理モデルとして表現し、発話学習教材のための3DCGアニメーションを自動生成する方法を開発する。特に聴覚障がい児が正しい発音を習得するためには、明瞭な母音の発音を正しく習得することが必要であり、自分の顔が3DCGとなったモデルがお手本アニメーションとなることで、ICTを利用しながら効果的に発音を学ぶことが期待できる。

しかしながら、このようなお手本教材は効率的に作成することは難しい。また、日本語の母音の発音時において、どのような形状に口唇をすれば良いのかは慣習的に知られているが、口唇動作を数理的に定義したものはない。さらに、顔の形状は個人差があるため、数理的定義は難しい。そこで、顔形状の個人差を許容しながら、数理的にどのように動かせばよいのか数理モデルとして定義することで、3DCGでの再現が可能となる。先行研究では、動画を利用して口唇動作の縦横方向の2次元数理モデルとしてモデル化したが奥行き方向については未着手であった。当該年度は、2名の話者モデルの発話を3次元スキャナで計測したデータを基に、形状変化の追跡のための準備を行った。3次元スキャナで計測したデータは15fpsのポリゴンモデルとして計測されており、3次元空間内で計測対象箇所の正確な座標値を時系列的に取得できるが、欠損箇所が多く、特に口唇内部はスキャニング不可能であったため、データの補正が必要である。そのため当該年度は、計測データを基に、口唇部分のポリゴンデータをNURBS曲面で再構築し、時系列的な形状変化を追跡するための補正作業を行った。これにより、各計測点の奥行き方向の座標値の変化を解析することが可能となった。解析については、次年度の研究実施目標とした。研究計画では、話者モデルの3次元スキャニングによる計測データを基に、口唇動作の数理化を行う予定であった。しかし、話者モデルの計測データは欠損箇所が多く、特に口唇内部はスキャニング不可能であったため、データの形状補正が必要であった。そのため当該年度は、計測データの口唇部分のポリゴンデータをNURBS曲面で再構築し、時系列的な形状変化を追跡するための補正作業を行う必要があり、当初計画に遅れが生じた。本研究は、聴覚障がい児の発音習得のための発話学習教材アニメーションの自動生成を目的としており、これを実現するために母音発音時の口唇動作を3次元数理モデルとして定義し、学習者の顔に応じた3DCG発話アニメーション教材を自動生成する方法を開発した。聴覚障がい児などが正しい発音を修得するためには、明瞭な母音の発音を正しく習得することが必要であり、教師の口唇動作を見真似練習により真似て習得することが多い。先行研究では、学習者の自分の顔が3次元CGとなっているモデルをお手本教材とし、ICTを利用しながら効果的に発音を学ぶシステムを開発したが、このシステムの学習教材は3DCGソフトウェアを用いた手入力での作成であり、効率的に作成することが難しいという問題があった。また、日本語の母音の発音時において、どのような口唇形状を形成すればよいのかについては、慣習的には知られているが、数理的に定義されたものはない。しかし、3DCGによる教材を手続き的に作成するためには、数理的なモデルが必要である。そこで、顔形状の個人差を許容しながら、口唇動作を数理モデルとして定義することで、3DCGによる自動生成を行った。前研究では、動画を利用して口唇動作の縦横方向(2次元座標系)を2次元数理モデルとして定義したが、奥行き方向の動作については未着手であった。