hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ダイレクトメタノール形燃料電池用ナノヘテロ界面制御Pt-CeO_2電極の合成と評価

燃料電池の普及促進のために、燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール形燃料電池以外にも、低純度の水素を用いる燃料電池の開発を行い、持続社会形成に資する、新しい環境低負荷型電極(主としてアノード)の提案が強く望まれている。こうした背景をふまえて、本課題提案者はこれまでに、Ruに代わる資源豊富な材料として、酸化セリウム(セリア:CeO_2)を用いて、既存のPt-Ru合金電極を超える性能(高いピーク電流密度と低いメタノール酸化開始電位)を持つアノードの開発を行ってきた。昨年は、これまでの合成法で、白金担持量を5wt%まで低下させた試料(これまでは、白金量30wt%で検討していた)を作製したところ、白金担持量を5wt%まで低下させても、市販の白金30wt%含有したPt-Ru合金電極よりも高い性能を確認した。研究2年目にあたる平成20年度は、この成果をもとに、PtとCeO_2間ヘテロ界面構造の特徴を、白金担持量を変化させた5種類の試料をもとに、Spring8の高エネルギーXPSを用いて精査したところ、本研究の電極界面には、Pt^<+1>価の割合が極めて大きくなっていることが分かった。また、電気化学的測定結果からは、一酸化炭素被毒耐性は、白金担持量が少ない試料ほど改善させる傾向にあること、電極表面の電極反応律速過程は、大きく異なり、PtRu触媒では、反応律速であるのに対し、Pt/CeO_2触媒では、拡散律速であることも分かった。以上の2年間の研究結果を総合した結果、本研究で扱っているPt/CeO_2複合電極触媒においては、PtとCeO_2間のナノヘテロ界面におけるPt^+-酸素-Ceからなる活性サイトが、一酸化炭素耐性効果を強くもっており、このナノヘテロ界面構造を増やしていくことで、アノード電極の高性能化が可能になることが明らかになった。本年度の研究では、この成果をもとに、PtとCeO_2間における電子-欠陥相互作用を最大限に引き出し、革新的高特性を有する環境低負荷型電極開発を行うために、ミストCVD法を用いた、Pt-CeO_2ナノクラスターの合成のための予備実験と、これまでの白金担持量の大幅な低下や電極性能の安定性の評価などを行った。その結果、ミストCVD法を用いることで、特に白金担持量が少ない領域で高い性能を確認した。また、これまでの合成法で、白金担持量を5wt%まで低下させた試料(これまでは、白金量30wt%で検討していた)を作製し、その特性を評価したところ、白金担持量を5wt%まで低下させても、市販の白金30wt%含有したPt-Ru合金電極よりも高い性能を確認した。また、本研究で扱っている白金セリア複合電極について、1200サイクルまでの安定性試験を行ったところ、市販のPt-Ru合金電極と同程度の安定性も確認し、燃料電池用電極材料として有用性を確認した。
リン代謝調節におけるリン酸トランスポーターエンドサイトーシス複合体の構造と機能

近位尿細管に発現するナトリウム依存性リン酸トランスポーター(NaPi-IIa)は、腎臓でのリン再吸収活性の律速段階を担う重要な分子である。我々は、近位尿細管細胞の刷子縁膜上において、NaPi-IIaは、ezrinと呼ばれるアンカータンパクを介して細胞骨格アクチンと結合し、巨大な分子複合体を形成していることを明らかにしてきた。昨年度の研究では、PTHによるNaPi-IIa複合体の調節機構においてPTHの下流にあるPKAおよびPKCがezrinと呼ばれるリンカー蛋白をリン酸化することを見出した。本年度は、さらに詳細に検討を行った結果、PKAおよびPKCにより、ezrinのN末端にあるFERMドメインの249番目のserine残基のリン酸化が、NaPi-IIa複合体形成に重要なscaffolding蛋白であるNHERF-1/EBP50との結合に極めて重要であり、リン酸化によりNHERF-1/EBP50との相互作用がほぼ完全に消失し、近位尿細管細胞におけるNaPi-IIaの細胞膜状上での局在を著しく減少させることを明らかにした。さらに、Blue-Native-PAGEとSDS-PAGEを用いた2次元電気泳動法によりNaPi-IIa複合体の解析を行ったところ、NaPi-IIaには複数の高分子複合体が存在することが明らかとなった。250300kDa付近の複合体は、従来から言われているNHERP-1/EBP50およびezrinを含む分子から構成されいたが、10001300kDa付近の高分子複合体は、これらのscaffolding蛋白やリンカー蛋白を含まず、新たな複合体が存在すると考えられた。本研究では、ezrinを介した分子複合体の調節機序とホルモン調節性のエンドサイトーシスの分子メカニズムについて明らかにすることを試みた。その結果、ezrinは、PTHによりリン酸化されること、またリン酸化によりNaPi-IIaのエンドサイトーシスが促進することを見いだした。さらに、ezrinのC末端側半分を欠損させたドミナントネガティブ変異体を発現させると、NaPi-IIaの細胞膜上への局在およびPTHによるエンドサイトーシスが抑制された。以上のことから、ezrinは、NaPi-IIa複合体の細胞膜へのターゲティングに必要な分子であり、細胞膜上のマイクロドメインで複合体をアクチンに結合させることで安定化させているものと推察された。また、PTHシグナルによるezrinのリン酸化は、この複合体をアクチンから切り離し、不安定化させ、エンドサイトーシスを促進するものと考えられた。さらに、NaPi-IIa複合体の構成分子でかつPTHシグナルのターゲットとなりうる分子の同定をプロテオミクス解析により同定を進めた結果、新たに複数の候補分子の同定に成功した。今後は、これらの分子の同定を進め、NaPi-IIa複合体の全容を明らかにすると共に、これらの分子の機能解析を進め、PTHによる調節の分子機序を明らかにする予定である。
岩石破壊のフラクタル次元

破壊のフラクタルは,一見独立な2つの指標がある.一つは破砕片の表面のフラクタル次元Dsと,他の一つは破砕片のべき的サイズ分布の指数bである.高安は安定分布の性質を使って,この2つの指標は関連していて, b=Ds/3の関係にあるだろうと推定した.衝撃破壊では単位質量当りの衝撃エネルギーが増すとb値が大きくなることが経験的に知られている.フラクタル次元Dsも増加するか否かを実験的に調べた.高速衝突によって破壊したガラスを試料とし,破砕片のサイズ分布と表面積とを測定し,それよりフラクタル次元を求めた.予想通り衝撃エネルギーの増加と共にフラクタル次元が増加する傾向が認められたが, Dsの絶対値を求めるだけの精度が未だ得られていない.吸着気体の分子サイズを変えて表面積を測定する手法を改良して,絶対値まで求める計画で続けている.又,試料の回収が不十分で同一試料についてb値を求めることは不成功であった.次に, b値とDs値との相関をより良く調べるために,異なる物質についてbとDsを測定した.ガラス,石英,方解石をくり返し破壊した試料についてサイズ分布と表面積の測定を行った.b値はこの順に増加する. Dsを信頼できる精度で測定するに未だ至っていないが,この傾向は報告されているこれら物質のフラクタル次元の傾向と一致しており,高安の破壊モデルを支持するものと言える.破壊のフラクタルは,一見独立な2つの指標がある.一つは破砕片の表面のフラクタル次元Dsと,他の一つは破砕片のべき的サイズ分布の指数bである.高安は安定分布の性質を使って,この2つの指標は関連していて, b=Ds/3の関係にあるだろうと推定した.衝撃破壊では単位質量当りの衝撃エネルギーが増すとb値が大きくなることが経験的に知られている.フラクタル次元Dsも増加するか否かを実験的に調べた.高速衝突によって破壊したガラスを試料とし,破砕片のサイズ分布と表面積とを測定し,それよりフラクタル次元を求めた.予想通り衝撃エネルギーの増加と共にフラクタル次元が増加する傾向が認められたが, Dsの絶対値を求めるだけの精度が未だ得られていない.吸着気体の分子サイズを変えて表面積を測定する手法を改良して,絶対値まで求める計画で続けている.又,試料の回収が不十分で同一試料についてb値を求めることは不成功であった.次に, b値とDs値との相関をより良く調べるために,異なる物質についてbとDsを測定した.ガラス,石英,方解石をくり返し破壊した試料についてサイズ分布と表面積の測定を行った.b値はこの順に増加する. Dsを信頼できる精度で測定するに未だ至っていないが,この傾向は報告されているこれら物質のフラクタル次元の傾向と一致しており,高安の破壊モデルを支持するものと言える.
runt関連マウス遺伝子の細胞種特異的発現調節機構の解析

PEBP2αはDNA結合能、βサブユニットのダイマー形成能を有するrunt domainを機能領域に持つ新しい転写因子ファミリーを形成している。現在までにT細胞株、またマウス組織では胸腺に強く発現が見られるPEBP2αA、ヒト急性白血病関連遺伝子AML1のマウスホモログPEBP2αB、さらに神経系での遺伝子転座による発がんへの関与が示唆されるαC cDNAが単離されている。一方、βサブユニットは現在までに一種類のみ同定されており、mRNAの発現は調べた限りの細胞株で普遍的である。PEBP2αはαA,αB,αC間でそれぞれ異なった細胞種特異性を示し、ファミリー間での機能を多様化している。本年度は、これらPEBP2αのなかでも分子種レベルでの解析が最も進展しているαAを用い、細胞腫特異的発現のメカニズムを解析することを目的に各分子種のmRNAの発現を解析した。αA遺伝子において、すでに単離されている分子種(αA1,αA2,αA3)のmRNAの発現をノーザン法あるいはRT-PCR法により解析した結果、αA1,αA3mRNAの発現は調べた細胞種においてはT細胞特異的であったが、αA2は普遍的であった。この事実はスプライシングの差異にて生じる同一遺伝子由来の異なる分子種において、その発現が異なる制御を受けている事を示唆している。今後は、これらの同一遺伝子内に見られる発現の特異性の生理的意義を含め、そられの発現調節機構に関してもさらに検討を続けていきたい。また、他のrunt関連マウス遺伝子であるPEBP2αB(B1、B2)、αCについても新たな分子種の同定を試みるとともにその発現を調べることでファミリー全体の機能的連関を解析し、各々の細胞種、あるいは組織特異的発現が、白血病発症や広く細胞の分化に対してどのように関わっているのかを明らかにしていきたい。PEBP2αはN端に近い129アミノ酸領域でショウジョウバエの体節形成遺伝子runtの産物と66%の相同性を有し、この領域にDNA結合ドメイン、βサブユニットとのダイマー形成ドメインが存在することが示唆されるマウス転写因子である。ヒト急性白血病関連遺伝子AML1ともこの領域を中心に高い相同性を持つことが知られていたが、最近このマウスホモログPEBP2αB1、B2cDNAが単離されたことで、これらの遺伝子をruntホモロジー領域を有する新しい転写因子ファミリーと提唱している。mRNAの発現は調べた限り細胞株で普遍的であるβに対して、PEBP2αはT細胞株、またマウス組織では胸腺に強く発現しており、血球系細胞とりわけT細胞特異的遺伝子発現に関与していることが強く示唆される。今年度は、特にPEBP2αを用い、細胞腫特異的発現のメカニズムを解析することを目的に同遺伝子の発現調節機構の解析を試みた。結果、1.α遺伝子はマウス第17番染色体上に少なくとも50Kbにわたる7個のエクソンより構成されること、2.α遺伝子5'上流約2.5Kbを構造解析し、GATA、AP1、SP1等既知の転写因子の結合部位の他にプライマー伸長法により同定した転写開始点により500bp内にPEBP2自身の結合認識配列が5ヶ所存在していたことが判明した。現在、PEBP2α遺伝子プロモーター-CAT融合発現ベクターを構築し、種々の細胞株に導入し、自律転写活性化の可能性を含め、種特異的発現を規定するエレメントの検定をしているが、今のところ、特異性を担う領域は認められていない。今後は、他の転写因子との連関を含めてさらに検討を進めていきたい。

また、他のrunt関連マウス遺伝子であるPEBP2αB1、B2の発現を調べると、F9細胞以外は複数の分子種が各々の細胞株(腺維芽系、血球系)で確認できた。次年度の研究の展開としては、これらαB遺伝子群についても対応する未同定cDNAの単離ならびに発現の特異性を解析する計画をしている。PEBP2αはDNA結合能、βサブユニットとのダイマー形成能を有するrunt domainを機能領域に持つ新しい転写因子ファミリーを形成している。現在までにT細胞株、またマウス組織では胸腺に強く発現が見られるPEBP2αA、ヒト急性白血病関連遺伝子AML1のマウスホモログPEBP2αB、さらに神経系での遺伝子転座による発がんへの関与が示唆されるαC cDNAが単離されている。一方、βサブユニットは現在までに一種類のみ同定されており、mRNAの発現は調べた限りの細胞株で普遍的である。PEBP2αはαA,αB,αC間でそれぞれ異なった細胞種特異性を示し、ファミリー間での機能を多様化している。本年度は、これらPEBP2αのなかでも分子種レベルでの解析が最も進展しているαAを用い、細胞腫特異的発現のメカニズムを解析することを目的に各分子種のmRNAの発現を解析した。αA遺伝子において、すでに単離されている分子種(αA1,αA2,αA3)のmRNAの発現をノーザン法あるいはRT-PCR法により解析した結果、αA1,αA3 mRNAの発現は調べた細胞種においてはT細胞特異的であったが、αA2は普遍的であった。この事実はスプライシングの差異にて生じる同一遺伝子由来の異なる分子種において、その発現が異なる制御を受けている事を示唆している。今後は、これらの同一遺伝子内に見られる発現の特異性の生理的意義を含め、それらの発現調節機構に関してもさらに検討を続けていきたい。また、他のrunt関連マウス遺伝子であるPEBP2αB(B1、B2)、αCについても新たな分子種の同定を試みるとともにその発現を調べることでファミリー全体の機能的連関を解析し、各々の細胞種、あるいは組織特異的発現が、白血病発症や広く細胞の分化に対してどのように関わっているのかを明らかにしていきたい。
子宮平滑筋肉腫の高悪性度を規定する遺伝子異常の解析

すでに子宮平滑筋肉腫と診断されて治療が行われている、ホルマリン固定パラフィン包埋検体を用いた解析を実施した。病理学的に子宮平滑筋肉腫と診断された摘出子宮検体から、それぞれ肉腫組織と(正常)筋層組織を採取し、それらからmRNAを抽出した。抽出したmRNAのqualityを確認後、デジタルカウント遺伝子発現解析(ncounter)およびアジレント社のSurePrint G3Human GE 8x60K v3を用いた網羅的遺伝子発現解析を実施した。前者においては、正常筋層組織と比べて肉腫組織内の免疫環境の相違を検討すべくPanCancerImmune Profiling for Humanパネルを用いて検討した。その結果、正常筋層に比べた場合、肉腫組織においては免疫細胞の数が全体として減少している傾向を示すことが確認された。さらに、子宮に限局した子宮平滑筋肉腫症例6例において腫瘍免疫と予後との関連を検討した。治療はいずれも子宮及び両側付属器切除術および術後補助化学療法を施行し、6例中4例が再発し原病死された。再発まで12ヶ月以上の予後良好群とそれ未満の予後不良群に分けて検討した結果、予後良好群では特にT細胞免疫系の亢進が確認された。この結果は網羅的遺伝子発現解析の結果とも一致していた。すなわち、腫瘍浸潤リンパ球は重要な予後因子であり、個々の腫瘍の分子生物学的な特徴と増殖過程で形成される微小環境との関連を検討し、その最適化を行うことが子宮平滑筋肉腫患者の予後を改善する方法になるものと推察された。新たに同一患者検体から肉腫および正常筋層組織を4名分採取した。各々の組織からmRNAAを採取したが、2名分の肉腫組織の検体のqualityが悪く、解析に用いることができなかった。解析に用いることができた2名分について網羅的な遺伝子発現解析を実施した。肉腫において共通に特異的に発現が有意に変動している遺伝子を抽出し、今後の解析対象とする遺伝子を決定すること、特に生物学的機能が解明されている遺伝子を中心に検討を行っている。平成28年度の研究計画で元々解析予定であったAGR2遺伝子の発現が必ずしも有意に変化しているとはいえない結果であったために、AGR2の機能解析については次年度以後に保留とした。そのため、平成29年度の解析予定であったmicroRNAの網羅的発現解析を実施することとした。正常筋層組織および肉腫組織からそれぞれmicroRNAを抽出し、網羅的なmcroiRNA発現解析を実施し、肉腫において共通に発現が有意に変動(増加または減少)していると予想されるmicroRNAに着目して解析を進めている。microRNAの標的候補遺伝子の検索については、targetscan、pictar、miRDBなどのwebサイトのデータベースで共通に標的遺伝子であることが予測されている遺伝子であることと、その遺伝子産物が生物学的に肉腫の高悪性度に関連する可能性が予測されるものに絞って検討している。子宮肉腫の症例数が少なかったことに加え、採取した肉腫組織のqualityが悪く遺伝子発現解析に用いることができなかったものがあったため。新規の子宮平滑筋肉腫検体を得ることが困難であったことから、今年度はすでに子宮平滑筋肉腫と診断されて治療が行われている、ホルマリン固定パラフィン包埋検体を用いた解析をおこなうこととした。具体的には、病理学的に子宮平滑筋肉腫と診断された患者の摘出子宮検体から、それぞれ肉腫組織と(正常)筋層組織を採取し、それらからmRNAを抽出した。抽出したmRNAのqualityを確認後、デジタルカウント遺伝子発現解析(ncounter)およびアジレント社のSurePrint G3 Human GE 8x60K v3を用いた網羅的遺伝子発現解析を実施した。前者においては、正常筋層組織と比べて肉腫組織内の免疫環境の相違を検討すべくPanCancer Immune Profiling for Humanパネルを用いて検討した。現在、得られたデータを解析中である。preliminaryな段階ではあるが、正常筋層に比べて肉腫組織においては免疫細胞の数が全体として減少していることを確認している。興味深いのは、その中でも免疫抑制的に作用すると考えられている制御性T細胞の数は肉腫組織において増加している傾向が認められている点であり、肉腫における治療抵抗性(化学療法抵抗性、放射線抵抗性)に密接に関与している可能性を推測している。現在、その結果を臨床検体を用いた免疫組織化学染色の手法を用いて検証を進めている。cDNAマイクロアレイを用いた網羅的遺伝子発現解析については、データは取得したものの具体的な解析には至っておらず、平成30年度に行う予定である。新鮮凍結組織が得られなかったため、解析手法を変更した。その結果、保存組織検体を用いて解析を行うこととした。そのため、解析結果を得ることと解析結果の解釈に時間を要しており、培養細胞を用いた実験にまで着手できていないため、計画よりも進捗が若干遅れていると判断している。

前者においては、正常筋層組織と比べて肉腫組織内の免疫環境の相違を検討すべくPanCancerImmune Profiling for Humanパネルを用いて検討した。その結果、正常筋層に比べた場合、肉腫組織においては免疫細胞の数が全体として減少している傾向を示すことが確認された。さらに、子宮に限局した子宮平滑筋肉腫症例6例において腫瘍免疫と予後との関連を検討した。治療はいずれも子宮及び両側付属器切除術および術後補助化学療法を施行し、6例中4例が再発し原病死された。再発まで12ヶ月以上の予後良好群とそれ未満の予後不良群に分けて検討した結果、予後良好群では特にT細胞免疫系の亢進が確認された。この結果は網羅的遺伝子発現解析の結果とも一致していた。すなわち、腫瘍浸潤リンパ球は重要な予後因子であり、個々の腫瘍の分子生物学的な特徴と増殖過程で形成される微小環境との関連を検討し、その最適化を行うことが子宮平滑筋肉腫患者の予後を改善する方法になるものと推察された。自施設の臨床検体に加えて関連施設に依頼して検体を集め、遺伝子解析を実施する。さらに、保存組織検体を自施設および関連施設から集積し、網羅的遺伝子解析から推定される悪性度にかかわる遺伝子の発現について解析するとともに、培養細胞を用いた検討も行う予定である。昨年度実施した検討から同一個体における正常筋層と肉腫において免疫環境の違いが明らかになり、肉腫における治療抵抗性の一端が解明されることを期待している。さらに、網羅的解析によって発現量の異なる遺伝子の同定とそれらを標的とする治療開発に繋がる基礎データを得ることが期待される。以上の解析結果に基づき、さらに多数例の臨床検体を用いた検討を多施設で行うことを検討している。また、得られた結果をin vitro、in vivoの実験系で検証できるよう準備している。
福祉分野への適用を目的としたマイクロ波人挙動センサの開発

1,マイクロ波ドップラーセンサの周波数別,デバイス別の特性評価計画した24GHz帯の誘電体共振器を用いたデバイスのみでなく,10GHz帯の誘電体共振器タイプやGUNN発振器導波管タイプのデバイスで人体の動きの検出特性の比較評価を行った.その結果24GHzの導波管とホーンアンテナの組み合わせが,今回の目的に適することを明らかにした.2,バイタルセンサとしての適用の検討(1)人の挙動の検出として心拍の測定実験を行った.測定系の構築としてディジタルオシロスコープやA/D変換機器を導入して,微弱な信号に対応した.また,必要応じて増幅器を設置した.測定結果の分析では心拍による胸部の振動と呼吸による腹部の振動を分離するために,信号処理ソフトウェアのMATLABを用いて周波数解析を行った。座位での実験ではセンサに対して正対,背対,側対のいずれでも心拍,呼吸とも検出できた.2)臥位での心拍と呼吸の検出実験を行った.仰臥位,伏臥位,側臥位のそれぞれについてセンサを上部,ベッド下,側面に設置して種々な場面を想定して検討を行った,上方や側面では十分な信号を得たが,当初電磁波の透過性で期待したベッド下からの検出はベッドの金属構造やベッド面での圧迫で結果を得られなかった.柔軟な素材のベッド等での結果と比較する必要がある.3,測定範囲の拡張についての検討安静時の心拍等の検出と同時に室内で通常に生活する人の挙動を検出する実験を行った.人の動きはドップラセンサでも十分なS/N比で検出できることが分かった.距離的に什器が設置してある室内でも8メートルの範囲で検出できる。また,当初電磁波シミュレーションで確認していた木材を透過する性質を利用して,木製ドアの外の挙動検出も成功した.人の挙動をパターン化して信号から歩行,走行,手を振る等の特徴の抽出も一部着手した.4,まとめ重要な心拍等の検出とより広範囲な挙動センシングを組み合わせることが効果的であることを明らかにした.1,マイクロ波ドップラーセンサの周波数別,デバイス別の特性評価計画した24GHz帯の誘電体共振器を用いたデバイスのみでなく,10GHz帯の誘電体共振器タイプやGUNN発振器導波管タイプのデバイスで人体の動きの検出特性の比較評価を行った.その結果24GHzの導波管とホーンアンテナの組み合わせが,今回の目的に適することを明らかにした.2,バイタルセンサとしての適用の検討(1)人の挙動の検出として心拍の測定実験を行った.測定系の構築としてディジタルオシロスコープやA/D変換機器を導入して,微弱な信号に対応した.また,必要応じて増幅器を設置した.測定結果の分析では心拍による胸部の振動と呼吸による腹部の振動を分離するために,信号処理ソフトウェアのMATLABを用いて周波数解析を行った。また,当初電磁波シミュレーションで確認していた木材を透過する性質を利用して,木製ドアの外の挙動検出も成功した.人の挙動をパターン化して信号から歩行,走行,手を振る等の特徴の抽出も一部着手した.4,まとめ重要な心拍等の検出とより広範囲な挙動センシングを組み合わせることが効果的であることを明らかにした.
低線量γ線照射による制御性T細胞の誘導と自己免疫疾患の改善

種々の自己免疫疾患モデルにおいて小線量γ線全身照射により前炎症性サイトカインおよび自己抗体産生能の低下、また細胞障害性T細胞の減少が認められ、本病態の改善が明らかとなった。一方、何れのモデルでも制御性T細胞(Treg)の誘導が見ら、自己免疫病態改善への関与が示唆された。近年,自己免疫疾患に対してTreg遺伝子を移入させる治療法が注目されていることから、今後,難治性自己免疫疾患治療の1つの選択肢として小線量放射線療法が検討される必要もでてくると考えられる。SLEモデルマウスであるMRL-lpr/lprマウスに対し低線量のγ線照射が病態を改善すること既に報告している。本年度は異常T細胞の機能を詳細に検討すると共に他のT細胞の増殖活性化を強力に抑制し、SLEをはじめとする種々の自己免疫疾患抑制において近年注目されている制御性T(T_<reg>)細胞に着目し検討、さらにIVアレルギーである関節リウマチモデルでも改善効果を検討した。異常T細胞のγ線に対する致死感受性検討すると、予想に反し、その感受性は正常T細胞より低いことが、また細胞増殖能は正常T細胞と比較して顕著に高い細胞増殖能を有していたが、γ線照射群から調製した異常T細胞ではほぼ正常T細胞の増殖能を示した。制御性T細胞は胸腺で産生され、他のT細胞の増殖を抑制することで、SLEやI型糖尿病等の自己免疫モデルマウスへの本T細胞の移入による病態の改善効果が既に報告されていることから、本研究でも、γ線照射による異常T細胞の正常化をこの衛御性T細胞と関係付け検討したところ、MRL-lpr/lprマウスにγ線照射することにより、この制御性T細胞が誘導されることが明らかとなった。さらに、IV型アレルギーである関節リウマチモデルマウスで放射線照射と本病態の改善を検討したところ、同様な結果を得ることができた。以上の結果より、MRL-lpr/lprマウスに対する低線量γ線の病態改善効果は異常T細胞の低下によること、そしてこの現象が制御性T細胞の誘導によりもたらされることが示唆された。さらに、他の自己免疫疾患(関節リュウマチ)モデルマウスでもγ線照射による制御性T細胞の誘導と疾患の改善を確認し、低線量の放射線を種々のヒト自己免疫疾患の治療/改善に用いる可能性が示唆された。CIA及び実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)での低線量放射線照射の改善効果を確認すると共に、制御性T細胞(Treg)細胞とTh17細胞の変化を詳細に検討した。その結果、II型コラーゲン誘発性関節炎(CIA)及び実験的脳髄膜炎モデルに対し、いずれも低線量(0.5Gy)の全身照射は発症率、病態スコアー等を改善、またTNF-α、IL-6等の炎症性サイトカインの上昇を抑制した。さらに、照射群に於いては、有意なTreg細胞の増加を認めた。さらに、これまでの低線量γ線照射の各疾患モデルの病態改善メカニズム解明を目的とし、病態発症に関与する感作T細胞による組織傷害(遅延型過敏症反応;DTH)、および抗体産生に対する低線量γ線の影響を検討した。その結果、DTHモデルマウスにおいては、重症度の軽減、病態形成に関与するサイトカイン(IFN-γ、TNF-α、IL-6)の産生抑制、Tregの割合増加を認め、DTHの抑制が各疾患モデルの病態改善に寄与する可能性が示唆された。一方、オボアルブミン(OVA)により感作したマウスに低線量γ線を照射したところ、現在までに、IgG抗体およびIgE抗体の産生が感作後長時間持続することが明らかとなり、低線量γ線照射によりB細胞活性はむしろ活性化が持続することが示された。そのため、各疾患モデルにおける自己抗体産生の低下には、γ線の直接作用ではなく、Tregのような間接的に抗体産生を抑制する機構の関与が示唆された種々の自己免疫疾患でみられた小線量γ線照射による抗炎症作用の分子機構を明らかとするため、マクロファージ(RAW264.7)を用いてp38 MAPK活性化を介したTNF-α産生に対するγ線照射の影響について検討を行った。その結果、照射15分後にERK1/2およびp38 MAPKのリン酸化(活性化)が0.5 Gy照射によって減少した。一方で、MKP-1の発現を検討した結果、照射15分後にMKP-1の発現上昇が認められ、p38mPKおよびERK1/2の脱リン酸化は甑P-1増加によってもたらされている可能性が強く示唆された。さらに、照射によるMKP-1発現増加はmRNA転写活性増加ではなく、プロテアソーム系の一過性な機能低下を介したものである可能性が示唆された。これらの結果より、0.5Gyγ線照射によりMKP-1発現増加を介したp38 MAPK活性化抑制効果が示唆された。次に、小線量γ線照射による制御性T細胞(Treg)の割合増加のメカニズムを本細胞の放射線感受性の観点から検討した。

この結果、本細胞の感受性は他のCD4^+T細胞と変わらないことから、小線量のγ線が未分化T細胞からTregへの分化誘導を制御することが示唆された。さらに、γ線照射により細胞外にATPが放出、その後アデノシンにまで分解後、アデノシンA_2B受容体を介してTregの分化誘導に関与することが明らかとなった。本研究により、低線量放射線による自己免疫疾患改善メカニズムが解明され、さらにTreg分化における新規メカニズムが解明されたことは免疫系の異常により発症する各種難治性疾患の治療や臓器移植後の拒絶反応及び移植片対宿主病の予防に新しい方向性を示すことができると考えている。なお、小線量γ線によるTreg誘導の移植片拒絶反応に対する検討では、同種間並びに同種異系間皮膚移植、何れもも、γ線照射による移植片拒絶反応は抑制されなかった。
水管理による植物苗の中長期保存に関する研究

本研究は与える養液の量を中心として,光の種類や量を管理することで植物苗の中長期保存を目的にして行った。その結果,研究に用いたトマト苗では,給液量を35g程度に調節し,光の強さを20μmol/m^2sとして,LEDの光質を赤:青=1:2もしくは青の比率がもっと多い1:3とすることで,苗を正常な状態に維持しながら34週間遅らせることができた。これらの結果は,植物苗の中長期保存や外国への輸出,更には宇宙での生産などに活用できるものである。本研究では,トマト苗へ水ストレスを与えた条件下で,光条件(単色LEDの組み合わせ)を変えた場合の苗の生長と蒸散量などの測定を行い,苗の中長期保存への適用性について検討した。(1)各試料の給水量を生長に十分な60ml,光合成有効光量子束密度(PPFD)を60μmol/m^2s,庫内温度25°Cおよび湿度40%とし,LEDの配合色比率を赤のみ,青のみ,赤1:青2,赤2:青1,赤3:青1,赤4:青1,対照区(高圧ナトリウムランプ:HPS)を設け,実験開始日の苗丈と10日後の苗丈との比を苗丈比率として表すと,LED赤3:青1が最も大きな苗丈比率(2.29)を示し,青の配合比率が多くなると苗丈比率は小さくなる傾向がみられ,青のみの苗丈比率(1.79)が最も小さい結果となった。(2)PPFDをLED(赤2:青1)区および対照区で20,30,40,60μmol/m^2sとし,温度,湿度,給水量等は(1)と同じにし行った結果,苗丈比率が小さい順に対照区20(1.75),LED20とLED30(1.95)で,最も大きかったのはLED60(2.59)であった。この結果は,PPFDが小さいほど苗丈比率は小さくなる傾向を明らかに示した。(3)給水量をおよそ3g,5g,7g,光にLED(赤2:青1)とHPS(PPFDはどちらも20μmol/m^2s)を使った場合の生長を比較した結果,苗丈比率では小さい順にLED5(給水量5g)(1.27),対照区3(1.32),LED3(1.38)となり,最も大きかったのは給水量が多い7gの対照区とLED区(ともに1.50)であった。以上のことから,給水量を制限し,苗に水ストレスを与えることにより,簡易に苗の生長を十分抑制できることが分かった。更に光色の組合せを検討することで,より効率の良い苗の生長抑制が可能で,これらの手法は十分市販ベースの苗に適応できうると思われる。LEDの色配合比を赤:青=1:1,2:1,1:2の3種類を用いて,トマト苗に水ストレスを与えた状態で生育させた場合,トマトの生長に違いが表れた。水ストレスだけを与えた場合は,およそ25日ほど貯蔵しても苗の生長量は20mmくらいであったが,本葉の枚数はあまり制御できず,はじめの状態から45枚ほど新しく出てきていた。しかし,水ストレスに加えて色を違えて保存を行った場合は,大きさは30mmほど生長したが,本葉の数は23枚ほど新しく出現するにとどまっていた。これは,トマト苗が本葉の数で7枚8枚ほどの所に花を着生することから,大変重要なことである。つまり,水ストレスだけを与えた場合は,花芽が生育し始める本葉の枚数に達しており,その時点で強い水ストレスを与えると,花の着生に大きく影響し,株によっては花が着生しないものも存在した。また,水ストレスをかけた場合の色配合ごとに生長量を比較すると,赤:青=1:2と赤:青=2:1の間には,常時光照射の場合で5%有意水準で有意差が存在し,12時間の日長照射の場合では,1%で有意差が認められた。このように,水ストレスをかけた状態で,照射する光の波長を制御して苗を保存することにより,およそ4週間ほどは,十分苗の良い状態を保ったままで苗として保持できることが分かった。また,光合成速度を計測する,と日長制御の苗ほどその速度は速くなり,常時照射のおよそ4倍に達することが分かった。苗に与える給液量は総量(養液+苗+容器の質量)を管理し,苗が萎れない限界点で保持しながら,次のような条件区で実験を行った。常時照射区(24h照明)と日長照射区(明期12H,暗期12H)のそれぞれに(1)LED2:1区,(2)LED1:1区,

(3)LED1:2区の6区とHPS区(日長照射のみ)を設け,恒温恒湿庫内温度25°C,湿度40%,平均PPFD20μmol/m^2/sで実験を行った。その結果,給水量の差はほとんどなく,消費量では常時照射であるか日長照射であるかの差が現れた。当然日長照射の方が少なく,常時照射の60%ほどの消費量であった。生長量を見ると,常時照射の方が同じ配色では生長しているが,LED1:2区はともに生長が抑制されており,他の区と1%または5%の有意水準で有意であり,配色による影響が示された。本葉の段数の増加もLED1:2区が最も少ない1つであった。養液の消費量をみると,LED赤区の消費量が最も少なく,生長量の多い区が消費量も多いわけではないことが分かった。消費量をx軸に取り,生長量をy軸にとって,それぞれの区で両者の関係を調べた結果,両者間には各区で1%以下の危険率で高い相関関係が得られた。これらの関係式から,消費量が少なくても大きく育っているのはLED赤区とLED1:1区であることが判明した。HPS区では苗が大きくなるにつれて,消費量が増加していることが分かった。その他の区では,水分の管理が多少ラフでも生長を抑制できることが分かる。光合成量を計測した結果,色による影響とは考えにくいが,結果的にLED2:1区では常時照射でも日長照射でも二酸化炭素要求量が小さくなる結果になった。
乳幼児の描画発達に関する横断的縦断的研究

Web版・乳幼児描画発達研究システム“J-Imager"の汎用性を高めることを重視した。そのJ-Imagerを使い新たな乳幼児の描画作品のデータを入力した。その入力作業はミスや漏れを防ぐことが重視され、さらに複数のチェックを経由して登録するシステムとなった。以前のデータと合体させて検索を試みると検索結果に部分的に欠損したデータが多く見つけたため、再度以前のデータだけを取り出し修復や削除などを行い、改めて登録した。そのために研究機関を延長受理され現在に至っている。「主体的・対話的で深い学び」というキーワードが示される教育改革と重なり、子ども理解の検証システムJ-Imagerの意義を確信した。【乳幼児描画発達研究システム】JImagerのデータ数は平成26年3月時点で60,344点であったが、26年度中に11,710点の新たなデータを追加し、合計データは72,054点とした。今年度の作業はこの新たなデータの基礎データ入力に取り掛かっている。その新たなシステムJImagerにおいて以下の通りデータの不備が明らかになった。園児登録なし889件幼稚園登録なし78件配置特徴なし37,081件制作日なし8,123件色なし3,247件上下の暗示なし48,716件描画特徴なし17,467件描材なし5,078件人物表現なし2,314件であった。その内件数の多い、配置特徴・上下の暗示・人物表現のそれぞれの項目の「なし」に関しては入力時の段階で簡便にチェック入力できるシステムに変更したなど、そうした細部の変更を行い、目下修正作業も行っている。さらに、JImagerでの検索結果を保存し印刷するシステムを再構築している。資料提供の園名や個人名が特定できてしまうことは、個人情報の保護に反するためである。それは閲覧できるシステムにおいても配慮しなければならないので、重要なシステム改良と考えている。平成27年度はWeb公開のための研究と公開するデータの整理と拡充を同時に行うことはWeb上の起こりうる可能性と共にそのリスクを事前に防ぐ検討を行いシステム化することである。またデータ整理はあくまで乳幼児の描画発達の研究に寄与するためのデータでありより精度と信頼性のあるデータであるべきで、その内容を深めていく作業である。そうした作業を同時に行っていく状況は甚だ難しいことが明らかになってきた。しかしどちらも重要な研究の基盤であるため、微力ながらも進めてきた。そして28年度4月の時点で[J-Imager(乳幼児描画発達研究システム)]のデータ数は71202件となった。(昨年度研究実績の概要において示した26年度・・とあるがその表記は27年度であることが明らかになったため、ここで修正したい。)27年度は今までのデータを活用した研究の中で「描画内容で人の表現がどの年齢でも60%ほどある」こと、その人がテーマになっている表現をさらに細かく分析すると「4歳児までの人の表現は父母が70%以上であるが、5歳児以降は友人の描写が40%近くとなり、父母は10%程度になる」ことが見いだせた。これは描画表現からも社会性の成長が裏付けられたことになる。そうした研究の成果と共にすでに明らかになったデータの不具合は総計122,993件であったが88,111件(配置特徴・上下の暗示・人物表現)は、表現なしというチェック欄を新たに加えることで解決ができた。旧システムをWeb版のシステムに置き換えたことにより、また新たな難題が見えた。それは2歳児の検索をしていた折に幼稚園児が含まれていた。あり得ないことなので追跡すると旧データの制作日の記入ミスが最も多く、未入力のデータも存在した。そうした旧システムの不具合も修正可能にするシステムを見出すことにも時間を要していることが研究が遅れている大きな要因である。「乳幼児の描画発達に関する横断的縦断的研究」のために“J-Imager"というシステムを構築し、そのデータを関係した研究者などにweb公開することによってさまざまな視座からの乳幼児の発達研究や描画活動という視座からの保育アプローチを試みることを目的としている。本年はweb公開に先立ち資料提供園(幼稚園3園、保育園4園)に“J-Imager"のweb公開にあたり個人・園情報が適正に保持されているかという確認と承認を得るとともに利用に際し必要、あるいは望ましい機能などについて意見具申を行っている。さらに公開するデータの正確性をより高めるために、欠損データの修復にも着手している。その欠損データは、研究し始めた平成10年に遡り多く存在していることが分かった。その内容は画像(描画作品)データ約66,000点中5,000点に不具合があった。画像IDや描画のデータがないものが約500点あり、描画した子どもの氏名を特定するための氏名だけの画像が多く存在していたことも明らかになり修復可能と判明し修復を進めている。欠損データの修復方法の方策を検討することに多くの時間が予想を超えて費やしてしまったことによる。本研究は平成28年度より「乳幼児の描画発達の横断的縦断的研究」というテーマのもと実際の子ども達の描画作品を収集し、作品の特性や子どもの情報をPCに入力し保存しデータ化を進めてきた。その結果データ数は67,000以上になっている。

そのデータを乳幼児の描画発達を今日的な視点での検証を行うこと、そのデータを共有しさまざまな視座からの考査統合し乳幼児の発達や特性を見出すためのWEBを活用した研究方法の開発が主目的である。その源となる乳幼児の描画と描画の様々なデータをつなぎ合わせ検索可能にするシステム=J-Imagerの確認作業で欠損データの存在が明らかになり、その修復に時間を要した。そうした状況の中ではあるが、乳幼児の描画発達の実態とその研究情報の歴史的・今日の情報の一つとして本研究の「J-Imagerを活用した今日の描画発達やその特性から見えてくる乳幼児の育ちへのアプローチ」について提案するとともに、実践という現場だからこそ研究し、実際の子供に適した保育のために必要な実践方法を試みることこそ今日的な保育の実現に必要であること、また研究者や養成課程にかかわる立場にも理論として定着していることも現実の子ども達の実態に即した理論として現場との連携が必要であることを提案し、教育観を共有できる人との出会いを多く体験した。以下その提案を行った主な場所である。我孫子市私立保育園連絡協議会(H29/6)幼児造形教育研究会夏の研修大会(H29/8)さいたま市子ども未来局・保育園職員研修(H29/9)厚木市民間保育会研修会(H29/11)学芸大学こども未来研究所・美術教育セミナー(H30/1)美術科教育学会滋賀大会(H30/3)Web版・乳幼児描画発達研究システム“J-Imager"の汎用性を高めることを重視した。そのJ-Imagerを使い新たな乳幼児の描画作品のデータを入力した。その入力作業はミスや漏れを防ぐことが重視され、さらに複数のチェックを経由して登録するシステムとなった。以前のデータと合体させて検索を試みると検索結果に部分的に欠損したデータが多く見つけたため、再度以前のデータだけを取り出し修復や削除などを行い、改めて登録した。そのために研究機関を延長受理され現在に至っている。「主体的・対話的で深い学び」というキーワードが示される教育改革と重なり、子ども理解の検証システムJ-Imagerの意義を確信した。27年度はデータを検索し横断的縦断的研究に着手していく予定であったが、11,710点の新たなデータを追加し入力作業に時間を要していることと、より精度の高いシステムにしていきたいのでデータ不備を修正していることがその要因である。平成28年度はデータの精度を高めかつ新データを入力することとともにWeb公開に向けての準備を行う。この2つの目標は必須のことであり欠かせない。そのためアルバイトによる入力作業に力を注ぐこと、その入力データをチェックしデータベースに組み込む作業の効率化を図ること、以上の工程に予算を当てて推進させたい。より正確なデータにするための欠損データの修復方法が見いだせた。迅速に作業を進め資料提供園の承認を得てweb公開したいと計画している。子ども学予定を変更してもより精度の高いシステムにしていきたいので、データ整理を重点的に行っていく予定である。その作業と並行してWeb公開をめざしJImajerの構築にあたる計画である。その二つの作業は感性が深く、データ整理も学内Lanを介しているためWeb上での問題として捉え、システム変更に活用できると考えられる。
ヒト小児眼球由来細胞を用いた網膜の形成・再生に関する研究

小児網膜芽細胞腫の患者から摘出された眼球から、分化能を有する神経前駆細胞を含む細胞集団を単離後、浮遊状態でこれら多分化能を有する細胞を増やし(neurosphere法)、その後、これまでに蓄積したニワトリやマウス研究からの知見や技術を応用して、ヒト網膜を構成する複数種類の神経細胞へ分化誘導することを目的し、以下の実験を行った。本研究の特色は、モデル生物を用いた研究成果に基盤をおきながら、臨床から得られるヒト組織を用いて研究を展開する点にある。※ヒト小児患者由来の細胞を用いた網膜神経細胞への分化誘導系の確立1)neurosphere法でヒト細胞が増殖するか否かの検討:ヒト眼球由来虹彩細胞、網膜グリア細胞、毛様体上皮細胞などは、neurosphere法で数ヶ月間、培養を維持することが可能であった。Sphereの免疫染色では、神経幹細胞マーカーの発現がみられた。2)Pax6遺伝子による効果:ヒト眼球由来虹彩細胞にPax6遺伝子を導入すると、神経系マーカーの発現が上昇し(RT-PCR)、さらに継代することによって、自己複製能と神経分化能を持った神経前駆細胞様の細胞が得られた。また、Pax6遺伝子の導入によって視細胞マーカーの発現上昇を促進した。3)bFGFなど分泌因子の効果:ヒト眼球由来の種々の細胞をhanging drop法によってsphereを作成後にB27とbFGFを含む培養液で数週間培養することによって、神経誘導が可能であった。また、虹彩細胞、網膜グリア細胞、毛様体上皮細胞から網膜視細胞が分化誘導されたが、bFGFなどの液性因子に加え、複数の網膜関連遺伝子の導入が必要であることが示唆された。以上から、ヒト網膜神経細胞への分化誘導に必要な因子は、モデル生物を用いた研究成果から推測されるものとほぼ一致することがわかった。
メタボリック症候群発症に関わる腸間膜脂肪細胞の機能解析と食品成分によるその制御

メタボリックシンドロームの発症に関わる内臓脂肪の腸間膜脂肪を小腸側と大腸側に分け、その機能的な違いに着目した研究はこれまでにほとんどない。この部位に差異をもたらす要因を究明するために、網羅的比較解析を実施した。本研究課題では小腸側と大腸側腸間膜脂肪細胞において著しく異なる発現分子の存在を明らかにした。さらに、この発現分子を介した脂肪細胞の生理機能の違いが示唆された。これらの結果は、小腸側と大腸側で腸間膜静脈に吸収される栄養素等の違いが、それぞれの部位によって腸間膜脂肪細胞の機能に影響を与えることを示唆している。近年、肥大した内臓脂肪細胞における遊離脂肪酸(NEFA)やアディポサイトカインの分泌異常がメタボリックシンドロームの発症に関わると報告されている。これまでの研究により、内臓脂肪である腸間膜脂肪細胞の小腸側と大腸側においてNEFA分泌能が異なることを見出したが、その詳細な機構は明らかではない。本研究では腸間膜脂肪細胞の小腸側と大腸側において機能の差異を解析することを目的とした。前年度の研究により、脂肪細胞の生理的応答は、脂肪の部位および刺激因子に影響を受けること、また、DNAマイクロアレイによる網羅的比較を行った結果、小腸側と大腸側において炎症性サイトカインおよび転写因子の発現が異なることを見出した。そこで今年度はさらに詳細な検証をするために、プロテオミクス解析を用いて小腸側および大腸側腸間膜脂肪細胞における差異を解析した。方法として、多数のタンパク質を効率よく解析できる、Yatesらが開発した多次元クロマトグラフィーとタンデム型質量分析装置とを組み合わせた多次元タンパク質同定技術(Multi-dimensional Protein Identification Technology:MudPIT)を利用したプロテオミクス解析を用いた。この解析から得られたデータはタンパク質データベースと照合して同定した。結果として、小腸側または大腸側腸間膜脂肪細胞にのみ発現しているタンパク質および共通に発現しているタンパク質を特定し、共通に発現しているタンパク質数は単独で発現しているタンパク質よりも多いことを見出した。さらに、これらのプロテオミクスの結果と先のDNAマイクロアレイから得られた結果を統合し、小腸側と大腸側腸間膜脂肪細胞における発現分子および生理機能の差異を見出した。以上の結果から、特定された因子がもつ機能は小腸側と大腸側腸間膜脂肪細胞に差異をもたらす可能性が考えられる。肥大した内臓脂肪細胞における遊離脂肪酸(NEFA)やアディポサイトカインの分泌異常がメタボリック症候群の発症に関わると報告されている。そこで本年度は腸間膜脂肪細胞の小腸側と大腸側において機能の差異を解析するために下記のとおり解析を実施した。腸間膜脂肪組織を含めた内臓脂肪組織間での機能の差異を検討するために、腸間膜脂肪組織の小腸側と大腸側、副睾丸周囲脂肪組織、および後腹膜脂肪組織を用いた。各組織を分離し、脂肪細胞の部位による生理的応答の違いを比較した結果、NEFA分泌は大腸側腸間膜脂肪細胞で最も高いことが示された。腸間膜脂肪細胞において脂肪分解を促進する刺激因子に対する生理的応答の違いを比較した結果、いくつかの刺激因子が脂肪細胞からのNEFA分泌を促進することが示された。また、脂肪細胞から分泌されるアディポサイトカインの変動を小腸側と大腸側腸間膜脂肪細胞において解析した。これらの解析により、脂肪細胞における生理的応答は脂肪の部位および刺激因子の応答性に影響を受け、また、腸間膜脂肪組織では小腸側と大腸側腸間膜脂肪細胞間の機能的な差異が示唆された。そこで、小腸側と大腸側腸間膜脂肪細胞の機能の差異をもたらす因子の解析をするために、ラットより採取した小腸側と大腸側の腸間膜脂肪細胞を用い、DNAマイクロアレイによる網羅的比較を行った結果、炎症性サイトカインおよび転写因子の発現に違いがあることを見出した。現在この候補因子が小腸側および大腸側脂肪細胞の差異に与える影響を検討中である。本研究は、メタボリック症候群発症に関わる内臓脂肪である腸管膜脂肪組織の小腸側と大腸側脂肪細胞における差異をもたらす機構を明らかにすることを目的としている。本年度はこの目的を達成するために、以下に関して検討した。・腸間膜脂肪組織を含めた内臓脂肪組織間における機能および生理的応答の差異を検討した。・小腸側と大腸側の腸間膜脂肪細胞において機能の差異をもたらす因子を解析するために、DNAマイクロアレイによる網羅的比較を行った。上記の解析により、本年度に研究実施計画していた小腸側と大腸側腸間膜脂肪細胞の発現分子および生理機能の差異を解析することができたため、おおむね順調に進展していると評価した。これまでの研究で小腸側と大腸側の腸間膜脂肪細胞を用い、DNAマイクロアレイによる網羅的比較を行った結果、炎症性サイトカインおよび転写因子の発現に違いがあることを見出した。

今後、この見出された候補因子についてさらに詳細な解析を進め、この因子が小腸側および大腸側脂肪細胞の差異に与える影響を解析する。この解析を遂行するにあたり世界で先駆的な研究を行っているグループの協力が必要となった。そのため現在、このグループが所属する海外の研究機関に協力を呼びかけ本研究を遂行していく計画である。今後さらなる腸管膜脂肪由来の因子解析により小腸側と大腸側の腸間膜脂肪細胞における差異を特定することを目指す。本研究を遂行するにあたり備品の購入は予定していない。消耗品としては、主に遺伝子解析用試薬、ウエスタンブロッティング用試薬、抗体、アディポサイトカイン測定のためのELISAキットなどの購入を計画している。また、実験動物としてのラット及びその飼育に関わる飼料成分の購入などを予定している。旅費としては、研究を遂行するにあたり海外の研究機関から協力を得るための外国旅費としての支出を予定している。
オンライン学習におけるドロップアウトの理論と最適化に関する研究

前年度は本研究の目的の1つであるドロップアウトの定式化を行いました。まず計算機シミュレーションによりドロップアウトの効果が得られる条件を精査しました。学習はオンライン学習としました。入力と中間層間および中間層・出力層間の結合は確率勾配法を用いて学習を行いました。その結果、3層のネットワークにおいて、教師の中間ユニットの数に対して生徒の中間ユニット数が多い場合、学習を行っても誤差が小さくなりにくいという現象が観察されました。この条件に対してドロップアウトを適用したところ、誤差が適切に小さくなったことからドロップアウトが有効な条件を確認することができました。次にドロップアウトの理論の構築に関する検討を行いました。ネットワークはソフトコミッティマシンおよびシミュレーションと同様の階層型構造を想定しました。ドロップアウトの理論構築には統計力学的手法を用います。ドロップアウトの理論を構築するにあたって、2つのステップを想定しました。1つは比較的容易なモデルである、ソフトコミッティマシンを用いた場合のドロップアウトの理論の構築です。次のステップはより現実的なモデルである、階層型ネットワークを用いたドロップアウトの構築です。前年度は主にソフトコミッティマシンを用いた場合を検討しました。ソフトコミッティマシンの理論は研究協力者であるAston大学のDavid Saad教授により開発されています。我々はSaad教授の協力を得て、ソフトコミッティマシンの理論の導出法や学習の挙動を解析するための数値計算の方法を習得しました。また、ドロップアウトを統計力学的方法として取り扱う方法についてもSaad教授と議論し、取り扱い法を確立しました。今年度はソフトコミッティマシンを用いたドロップアウトの理論の構築を行いました。ソフトコミッティマシンは階層型ネットワークの一種です。ソフトコミッティマシンは統計力学的手法で解析が可能なモデルですが、特別な配慮をしなくて統計力学の構築が可能なことから、理論構築を行うための基礎的検討には最適と考えました。ソフトコミッティマシンは中間ユニットと出力ユニット間の結合値を1に固定しているため、階層型ネットワークの簡易版とみなすことができます。したがって、研究協力者のAston大学のDavid Saad教授が開発した手法で解析が可能なソフトコミッティマシンのドロップアウトの理論を構築し、さらにドロップアウトの理論に必要な手法を習得することにより、階層型ネットワークのドロップアウトの理論構築法を検証することができます。2019年度はソフトコミッティマシンを用いたドロップアウトの統計力学的な取り扱い法を用いて数値計算するプログラムを開発します。また、数値計算プログラムを用いてドロップアウト確率による挙動の変化を明らかにする予定です。今後の研究の推進方策として次の2つ考えています。1つはソフトコミッティマシンを用いたドロップアウトの理論を構築しましたので、次の段階として具体的な学習の挙動を再現できる数値計算プログラムを開発し、ドロップアウトの効果について詳細に解析することです。それにより、シミュレーションでは困難だった、ドロップアウト学習の詳細な挙動の解析が可能になります。この時に注目するべき条件としては、学習ステップサイズの大きさ、中間ユニットの数、さらにドロップアウト確率です。どロックアウトに関してこのような詳細な解析は今まで十分に行われていません。さらに学習の過程でドロップアウト確率を最適化することにより、ドロップアウトを用いた学習の最適化を行うことができます。ドロップアウト確率の最適化法についても検討する予定です。ソフトコミッティマシンによるドロップアウトの理論の構築、およびドロップアウト確率の最適化手法を開発した後は、階層型ネットワークによるドロップアウトの理論の構築、およびドロップアウト確率の最適化法を開発する予定です。ソフトコミッティマシンから階層型ネットワークへ変更する場合の困難さは中間層と出力層間の結合をも学習する、という点にあります。このような学習を行う方法として従来は誤差逆伝播法が用いられていますので、それを用いてドロップアウトの統計力学を構築する予定です。