hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相転移と流動のカップリングに関する実験的研究

沈み込んだ海洋プレートの構成鉱物のほとんどがマントル遷移層において相転移を起こす。そのカイネティクスとレオロジーのカップリング現象を物質科学的に解明することが、遷移層におけるプレート大変形と深発地震発生の謎を解く鍵である。本研究では地球内部においてマントル流にともなって起こる様々な相転移、反応に着目し、変形高圧装置や放射光単色X線、多端子Acoustic Emission測定装置などを組み合わせた技術を開発することにより、高圧下における相転移カイネティクスおよびそのレオロジーとのカップリング現象を実験的に明らかにし、沈み込む海洋プレートの強度変化を考察した。共析反応と塑性流動の相互作用と下部マントルスラブの粘性変化:放射光単色X線と変形高圧装置DDIAを用いて、アルバイトの共析コロニーの塑性変形実験を行った。単結晶的な共析コロニーの転位クリープからコロニーの細粒化が起こって粒径依存クリープに発展していくプロセスと下部マントルスラブの粘性変化を考察し論文にまとめ国際誌に投稿した。ファイアライトのオリビン-スピネル相転移と塑性流動:同様に上記手法を用いてFe2SiO4のオリビン-スピネル相転移カイネティクスと塑性流動クリープ曲線をその場観察した。差応力下では相転移の核生成が促進され核生成に必要な過剰圧が減少した。今回行った700-900°Cの条件では相転移とともに硬化が起こり、相転移の細粒化による軟化は認められなかった。マントル遷移層条件におけるプレートの軟化と深発地震発生を検討するには、より低温で大きい過剰圧において相転移軟化が起こる条件を制約する必要がある。3)多点AE測定に関する予備的実験:上記に加え同時に多点AE波形測定による剪断不安定現象をとらえるための予備的実験を行った。ガラスビーズの圧縮実験を行い試料セル周囲3点からのAE波形の取得に成功し、震源の1次元位置を特定した。また放射光X線を用いてアンチゴライトの常温2GPaでの変形実験を行い、流動データと多点AEの同時測定を試みた。あらかじめpre-faultを入れてもAEは測定されず塑性流動による試料の変形が示唆された。クリープ曲線は定常応力を示しその流動応力は2GPa程度であった。シリカの高圧相転移プロセスの放射光X線回折時分割測定:放射光白色X線エネルギー分散法を用いた時分割測定により、ザイフェルタイトが準安定に存在できる温度圧力時間条件を制約し、衝撃を受けた隕石に見られるシリカの高圧相転移のプロセスを考察した。1)共析反応と塑性流動の相互作用:アルバイトの共析反応と塑性流動のカップリング現象に関して、組織観察から共析コロニーの変形機構を新たに解釈して国際誌に投稿していた論文の改定を行い受理された。2)ファイアライトのオリビン-スピネル相転移と塑性流動:放射光単色X線と変形高圧装置DDIAを用いて、Fe2SiO4のオリビン-スピネル相転移カイネティクスと塑性流動クリープ曲線をその場観察した。これまでの相転移硬化した条件より低温での実験を行い、相転移の細粒化とともに軟化が起こる条件を検討した。カイネティクスが遅くかなり大きな過剰圧をかけてもほとんど反応が進行しない。スラブ条件で相転移軟化が起こるのかさらなる検討が必要である。これらの成果をまとめ学会にて報告し、国際誌に投稿論文を準備中である。3)シリカの高圧相転移プロセスの放射光X線回折時分割測定:放射光白色X線回折時分割測定により得られた相転移カイネティクスデータを詳細に解析し、ザイフェルタイトおよびスティショバイトが結晶化する温度圧力時間条件を定量的に制約した。衝撃を受けた隕石中などの高温短時間スケールにおいて、非平衡相転移プロセスを検討する重要性が明らかになった。4)スピネル-ガーネットカンラン岩相転移カイネティクスとマントル流:天然の深部カンラン岩に見られるガーネット反応帯に囲まれたスピネルコアについて、本研究でこれまでに得られたガーネット反応帯の成長機構とそのカイネティクスの結果を詳細に検討し考察した。ガーネット反応帯の成長速度は上部マントルの流動環境下においても十分に速く、天然かんらん岩で見られるガーネットコロナはスピネルコアと2相平衡共存している可能性が示唆された。これらの成果をまとめ国際誌に論文を投稿し改訂中である。相転移と流動のカップリング現象を高圧実験に基づいて明らかにすることを目的とし、本年度は下記の研究を行った。1)差応力下でのオリビン-スピネル相転移実験:SPring-8において変形マルチアンビル高圧装置と放射光単色X線を用いてNi2SiO4のオリビン-スピネル相転移カイネティクスの2次元X線回折時分割測定を行った結果、差応力が核生成に必要な過剰圧を減少させる可能性を見出した。沈み込む海洋プレートの相転移プロセスを理解する上で差応力の効果を検討することが重要である。

2)シリカの高圧相転移実験:上記の手法と二段加圧方式を組み合わせ、より高圧下でシリカのコーサイトースティショバイト相転移実験を行い回折斑点数の増加から核生成プロセスを観察した。またエネルギー分散法を用いた時分割測定により、シリカの非晶質化と高圧相の結晶化カイネティクスを観察し、最下部マントルで安定なザイフェルタイトが非常に低圧で準安定に核生成することが明らかになった。シリカ鉱物の相転移を用いて衝撃隕石の時間スケールを制約する可能性が示された。3)共析反応物質の相転移および塑性流動実験:Photon factoryにおいて1)の手法で差応力下においてアルバイトの共析反応実験および回収試料のEBSD解析を行い、共析コロニーの形成とその特異な塑性流動プロセスを明らかにした。ポストスピネル相転移のカイネティクスと合わせて検討することにより、下部マントルに突入する海洋プレートの強度変化に新しい制約を与えた。4)スピネル-ガーネットカンラン岩相転移のプロセスとカイネティクスの解明:天然の深部カンラン岩に見られるガーネット反応帯やスピネルを含むシンプクレタイトの形成メカニズムとカイネティクスを実験的に明らかにした。天然の岩石反応組織と比較することで上部マントルの相転移流動プロセスを制約した。ほぼ当初の計画通りに研究が進行し、多点AE測定に関する予備実験にも新たに取り組んだ。polymorphicなオリビンースピネル相転移と塑性流動に関しては軟化の条件を制約できていないが、共析反応と塑性流動の相互作用のプロセスは理解できつつある。これらの実験技術を生かしてアンチゴライトの塑性流動と稍深発地震、シリカの高圧相転移と隕石の衝撃条件の制約など研究にも進展している。ほぼ当初の計画通りに進行しているが、マントル遷移層条件での放射光単色X線二次元時分割測定技術をさらに改良する必要がある。また当初計画していたpolymorphicなオリビンースピネル相転移だけでなく、共析反応や脱水反応、拡散反応、衝撃相転移などより幅広い反応プロセスを取り入れた研究に進展している。共析反応と下部マントルスラブの粘性率変化、スピネルーガーネットカンラン岩相転移カイネティクス、およびシリカの高圧相転移と隕石の衝撃条件の制約に関しては複数の論文にその成果をまとめる。オリビンースピネル相転移と塑性流動に関しては、さらに追加の実験を行い相転移軟化するプロセスを放射光X線その場観察しその条件を制約するとともに、多点AE波形の同時測定を試みる。実際のマントル対流運動においては、シンプルな多形の相転移だけではなく共析反応や脱水反応、拡散反応も起こっており、反応プロセスによって塑性流動に与える影響も大きく異なることが予想される。今後はより幅広い反応プロセスを取り入れた実験を行い、流動とのカップリング現象に関して比較検討を行う。また衝撃を受けた隕石に見られる相転移プロセスとの関連も検討する。さらに高圧下でのAE測定技術の開発に着手する。該当なし上記の研究を遂行するために、高圧実験に必要なアンビル、切削工具、また放射光実験に出張するための旅費、国内外の学会で研究成果を公表するための旅費に使用する。
近接場光学顕微鏡による表面・界面における単一高分子鎖の構造とダイナミクス

本年度は、表面・界面において空間的な制限を受けた高分子鎖の特徴的な構造を明らかにするため、高分子単分子膜中におけるミクロ相分離構造内の高分子鎖についてその一本一本を近接場光学顕微鏡で観察し、そのコンボメーションについて検討した。ポリイソブチルメタクリレートとポリオクタデシルメタクリレートのブロック共重合体(PiBMA-b-PoDMA)を試料として用い、そのミクロ相分離構造中に分散したPiBMAホモポリマー鎖の形態を評価した。その結果、ホモPiBMA鎖はラメラ状相分離構造内のPiBMAドメイン内に存在することが示され、またその形態はドメイン内の位置によって大きく異なることが分かった。ホモ鎖の分布はドメイン中央で最も存在確率が高く、中央部に局在する蛍光があることが示された。またこのとき、鎖はほぼランダムなコンホメーションをとっていることが明らかになった。一方で、確率は低いものの、ドメイン界面近傍に存在する鎖も存在し、その鎖は界面垂直方向に強く配向していることが明らかになった。さらに鎖の形態のみならずセグメント配向のイメージングを実現するため、前年度に開発した励起偏光変調システムを用いた照明下において観察を行った。マクロな引っ張りにより伸張した形態をとった高分子鎖を観察することで、開発されたシステムによってセグメントレベルでの配向状態が可視化できることが確認され、伸張方向に対して鎖セグメントが優先配向していることが示された。本研究は表面・界面における単一分子レベルでの高分子鎖の振る舞いに着目し、その構造とダイナミクスを近接場光学顕微鏡かよる高解像度観察によって明らかにしようとするものである。本年度は単一高分子鎖全体のコンホメーションの観察と、分子内のセグメント配向を同時か評価可能な観察システムの開発を行った。試料の発光遷移モーメントの方向を決定する発光信号の偏光検出に加え、励起偏光の方向を変調し、これに同期した信号検出を行うことで励起モーメントの配向を決定可能なシステムの構築を目指した。励起光学系に、インライン型光ファイバー偏光コントローラを導入し、電気-光学変調器を用いることで、励起線偏光を10kHzで変調することを可能にした。近接場光学顕微鏡では高い分解能で光学像が得られるものの、一方で近接場光学顕微鏡では使用するプローブかよって分解能が異なるという問題もある。そのため近接場光学顕微鏡による観察の際には、測定に用いたプローブの特性を詳細に把握する必要がある。本年度は迅速かつ精確に近接場顕微鏡の点像分布関数を評価する手法を開発した。同手法では大きさ数nmの量子ドットを近接場中に置き、その発光強度を近接場光として計測する。このような量子ドットを近接場光源近傍の空間内で走査することで、近接場光強度の空間分布を得ることができた。この手法では数分程度の計測時間で近接場顕微鏡の分解能を簡便に評価することが可能であり、システムの状態を逐次確認することが容易となった。これにより、より精確な近接場顕微鏡画像の解析が可能となった。
Chkチロシンキナーゼによるリン酸化と細胞周期制御機構との関連についての研究

ChkはCskチロシンキナーゼとともにCskファミリーを構成しており,機能および構造的にこれらは類似している。しかしながらCskが細胞核内には分布しないのに対し,Chkは核にも分布する。本年は,Chkの核局在に関与するドメインについて検討した。また,核局在型変異体を用い,細胞増殖に与える影響について解析した。1.Chkチロシンキナーゼの核局在に関与するドメインの検索:ChkはCskには存在しないN末端ドメインを持つ。このN末端ドメインを持つ野生型とN末端ドメインを欠失した変異体を用い,核への局在の違いについて検討した。培養細胞への過剰発現では局在に差が認められなかったので,核への結合性を顕微鏡下で調べることが可能な実験系を構築した。この方法を用い検討した結果,N末端ドメインをもつ野生型Chkが,N末端ドメイン欠失変異体よりも強く核へ結合するのを観察した。これはN末端ドメインが核に結合することを示唆しており,N末端ドメインのみで核への結合性を示す結果も得られた。2.核結合配列の探索:N末端ドメインをさらに前半後半に分け,核への結合性を検討した結果,後半部分に結合配列が含まれることを見出した。3.核マトリックスへの結合:細胞核を界面活性剤,DNaseI,硫安,2M NaClで順次処理して核マトリックスを調製した。N末端ドメインは核マトリックスに結合した。4.核マトリックスのリン酸化:遺伝子導入によりChkを発現させた細胞から核マトリックスを調製し,チロシンリン酸化を蛍光顕微鏡により調べた結果,Chkの発現により核マトリックスのリン酸化の亢進が観察された。5.Chkチロシンキナーゼの核局在と細胞増殖に与える影響:核局在型Chk変異体を発現させると細胞増殖を抑制した。核の形態変化と細胞周期S期の遅延が観察された。
環境に適応し成長する機能メモリベースＶＬＳＩシステムに関する研究

本研究では、特徴量抽出、特徴量変換、学習、認識に関する研究を行った。開発した基盤技術を複数の画像処理アプリケーションに適用し、アルゴリズム開発とアーキテクチャ設計行い、ソフトウェア/ハードウェア協調設計環境への実装を行なった。検証したアプリケーションとしては、リアルタイム性が要求される車載用の車検出、標識検出、白線検出へ適用した。また、アダプティブな自動学習アルゴリズムを開発するために、サポートベクターマシン(SVM)による学習アルゴリズムを用いた適応的学習を行い、医療用画像の診断支援をアプリケーションの1つとして実施した。本年度は、(1)画像情報をベースにした特徴量抽出、(2)並列化、(3)学習連想メモリのアーキテクチャ設計、並びに、(4)実アプリケーションへ適用時の問題点の克服について取り組み、改良アルゴリズムとアーキテクチャを開発し、FPGA評価ボードへの実装に着手した。特に、アプリケーションへの適用では、開発しているSIMDプロセッシングエンジン向けの車検出の開発と、車載向けの速度標識検出の開発を行った。車検出に関しては、車特有の特徴量抽出とSIMD型ハードウェア向けた更なる改良を行うことで精度向上を図った。また、速度標識検出では、グレースケール画像から速度標識の候補となる部分を抽出するグローバル特徴量に基づく検出手法を開発した。そして、速度標識の候補となる部分から、実際の速度(数字)を認識するローカル特徴量に基づく手法を開発した。これら2つの特徴量を用いて階層的・段階的にオブジェクトを絞り込む方式により、認識処理速度の高速化と標識認識率100%を達成た。更に、開発手法は雨天や夜間の環境が変化した場合に対しても適用可能であることを実証し、ロバスト性を確認した。2つ目の手法として、画像の特徴量を抽出するD-SIFTを用いた特徴量抽出ハードウェア向けアルゴリズムを開発し、アーキテクチャの基本設計を行った。そして、特徴量学習と識別のためのサポートベクターマシンベースの検出器のハードウェア化も行い、シミュレーション評価によりハードウェア化の有効性を検証した。開発したハードウェアアルゴリズムは、性能評価のためのFPGAボードを用いたソフトウェア/ハードウェア協調設計環境に実装中であり、途中結果から有効性が確認できている。そして連想メモリに関しては、更なる低消費電力化や高速化のための新アーキテクチャの開発を行い、連想メモリベースの学習プロトタイプシステムのアーキテクチャの設計を行った。本年度は、画像情報をベースにした特徴量抽出に関しては、これまでに開発している複数のアプリケーション用のアルゴリズムとアーキテクチャを開発し、これらをソフトウェア/ハードウェア協調設計環境への実装を行なった。また、開発している複雑なオブジェクト検出のためのD-SIFTを用いたアルゴリズムをベースにして、高解像度(Full HD)画像のオブジェクトのリアルタイム処理(検出や識別)が可能なアーキテクチャの開発とその実装を推進した。そして、開発した方法の検出精度のトレードオフをソフトウェア・ハードウェア協調設計環境上で評価することにより、アプリケーションに適合したアーキテクチャを決定し、そのFPGA上への実装を行った。検証するアプリケーションとしては、現在行なっているリアルタイム性が要求される車載用の車検出、標識検出、白線検出等への適用を検討しハードウェアアルゴリズムの拡張を行った。また、アダプティブな自動学習アルゴリズムを開発するために、サポートベクターマシン(SVM)による学習アルゴリズムを用いた適応的学習が可能かどうかについて検討を行い、医療用画像の診断支援をアプリケーションの1つとして取り上げ、学習の有効性について議論した。そして、ハードウェア化の際のトレードオフについて検証し、ハードウェア化の最適な方法について考察した。以上により開発したハードウェアアルゴリズム・アーキテクチャをFPGAとPCからなるソフトウェア・ハードウェア協調設計プラットフォーム上に実装し、LSIハードウェア化の際の問題点やアーキテクチャのボトルネックなどを洗い出した。当初の予定では、初年度は(1)画像情報をベースにしたオブジェクト抽出、(2)ビルトイン並列特徴抽出、並びに、(3)学習連想メモリのアーキテクチャの開発を予定していたが、研究を進めるうちに、各アルゴリズムの改良が必要であることがわかったため、計画を少し変更して画像処理アルゴリズムの改良と拡張を行い、これに基づくオブジェクト抽出と特徴抽出についてアルゴリズムとアーキテクチャの検討を行った。また、(3)に対しても同様にアーキテクチャの改良が必要と判断したため、まず連想メモリの改良を先に行った。(1)に関しては、画像分割とオブジェクトマッチングに基づく物体追跡アルゴリズムを改良し、カメラ自体が動く場合に対しても正しくオブジェクトをグルーピングすることでオブジェクト追跡ができるように改良を行い、アーキテクチャ化について検討した。(2)に関しては、実際のアプリケーションを想定して、開発しているSIMDプロセッシングエンジン向けの顔検出アルゴリズムや車検出アルゴリズムを開発した。特に車検出に関しては、アプリケーション特有の特徴量抽出とアルゴリズムの改良を行うことで検出精度の向上を図った。また、新たに画像の特徴量を抽出するアルゴリズムとして、D-SIFTと呼ばれる方法を用いることを検討し、これに対するハードウェア化に関する考察を行った。そして、オブジェクトの特徴量学習と識別のためのサポートベクターマシンベースの検出器(識別器)に関する考察も行い、ソフトウェアシミュレーション評価とアルゴリズムのハードウェア化に関する考察を実施した。これらの性能評価のためにFPGAボードを用いたソフトウェア/ハードウェア協調設計環境を構築し、開発アルゴリズムのハードウェア化の指針を得るための開発環境を構築した。連想メモリに関しては、更なる低消費電力化や高速化についてアーキテクチャの検討を行った。

本年度は実際のアプリケーションへの適用を行うことで、基本アルゴリズムの問題点の洗い出しと、各アプリケーションへのカスタマイズに関しての知見を得ることができた。特に、速度標識検出への適用では、グローバルとローカルの特徴量の2つを階層的・段階的に用いて、対象オブジェクト(標識)を絞ることで演算コストの大幅な削減による高速化を実現することができた。そして、ローカルな特徴量により、限られた領域での精度の高い認識アルゴリズムを開発することができた。これにより、処理速度・コスト(実装サイズ)・認識精度の3つを同時に満たす画期的なアルゴリズムを開発することができた。この方法は速度標識検出以外にも適用可能であり、現在、他のアプリケーションへの応用についても研究を開始している。そして、このアルゴリズムに基づくアーキテクチャの基本設計も行なっている。特に重要なポイントは並列度とパイプラインを有効に組み合わせることにより、レイテンシを抑え、高速性を保ったままで実現することである。現在、提案アーキテクチャをこれまでに開発しているFPGAベースのソフトウェア/ハードウェア協調設計システム上に実装中であり、次年度には実装結果による評価結果を報告する予定である。更に、D-SIFTアルゴリズムを用いた特徴量抽出とサポートベクターマシンによる検出器のハードウェアアルゴリズムを開発し、その有効性を実アプリケーションに対して適用し、ベースとなったソフトウェアの認識結果と比較を行った。その結果、認識精度は同等でハイビジョン(Full HD)画像のリアルタイムの処理ができることを示した。これにより、内視鏡診断などの医療応用への適用が可能であることを実証した。更に、連想メモリベースの自動学習アルゴリズムの開発では、ニアレストネイバーを用いたクラスタリングによる学習手法を開発し、その有効性も検証している。当初の予定ではこれまでに開発しているアルゴリズムをベースに、アーキテクチャの開発を行う予定であったが、複数の実アプリケーションへの応用可能性向上のために、アルゴリズムの更なる性能向上を図ることにした。
金星電離大気流出成分及び流出量の太陽風変動依存性の解明

2014年のひさき衛星の観測によって明らかになった金星熱圏の極端紫外大気光の周期変動の理解を深めるため、2015年のひさき衛星の観測データを用いて大気光の周期変動について金星朝側と夕方側の比較を行った。その結果、4日周期の変動が特に金星の朝側で支配的になることが明らかになった。金星の中層大気では大気が4日で循環(スーパーローテーション)していることが知られているが、先行研究との比較の結果、スーパーローテーションする大気層から熱圏へ伝搬する大気重力波が熱圏の酸素原子の密度変動を引き起こしている可能性があることが明らかになった。この内容は国際学術誌Icarusに掲載された。また、Masunaga et al. [2016]によって発見された火星周辺の酸素ピックアップイオンの磁気シース反射現象の理解を深めるため、イオン反射現象がどれほどの割合で起こるのかを定量的に評価した。酸素ピックアップイオンは火星超高層の中性大気の加熱および流出(スパッタリング)を引き起こす主な要素として知られており、特に過去の火星大気の流出に重要な役割を果たしてきたと考えられている。そのため、火星からの大気流出現象を理解する上で、酸素ピックアップイオンの運動を理解することは重要である。MAVENの約1年分データを統計的に解析した結果、酸素ピックアップイオンの平均反射率は14%であることがわかった。また、太陽風への依存性も調べたところ、太陽風磁場強度が6nTを超えるような激しい太陽風状態のときは反射率は約40%まで増加することが明らかになった。この結果は、過去の激しい太陽風状態に晒された火星においてイオン反射は現在よりも多く起こっていたことを示唆している。この内容は国際学術誌JGRに掲載された。28年度が最終年度であるため、記入しない。金星は固有磁場を持たない惑星である。超高層大気が太陽風と相互作用し、大気成分が宇宙空間へ流出している。先行研究から太陽風パラメータや太陽活動度に応じて金星からの酸素イオンの流出量が変化することが報告されているが、太陽風パラメータ及び太陽活動度を考慮した研究、特に対流電場強度を扱って解析した研究はまだなかった。そこで、欧州の探査機Venus Express搭載のイオン質量分析器(IMA)の8年間の観測データを用い、金星から流出する酸素イオンの流出量と太陽風パラメータ(動圧や対流電場強度)や太陽活動度(太陽紫外線フラックス)との関係性を統計的に調べた。その結果、動圧、対流電場強度、太陽紫外線フラックスが上昇するほどイオン流出量は上昇するが、太陽活動が上がるとreturn flow(流出したイオンが金星方向へ戻る流れ)も増大することが分かり、流出量の見積もりには流出して行くイオンだけでなく、return flowの影響を考慮しなくてはならないということが明らかになった。非磁化惑星である金星においては、太陽風は大気流出を引き起こすだけでなく、金星重力圏にとどまった熱圏や電離圏の粒子にも影響を及ぼす可能性がある。そこで、ひさき衛星の観測データを用い、酸素II(83.4 nm),酸素I (130.4 nm),酸素I(135.6 nm)の10分平均の発光強度の時間変動について調べた。太陽紫外線放射への依存性を取り除いた変動成分の周波数解析を行った結果、それぞれの期間にいくつかの特徴的な周期成分が検出された。これらの周期変動は熱圏の酸素原子または光電子の密度変動に起因すると考えられ、これらの周期変動の要因の候補として金星中層大気から熱圏へ伝わってきたプラネタリー波や重力波、または太陽風の影響が挙げられる。これら3つの可能性を切り分けるにはまだ情報が足りず、今後さらなる観測が必要である。ひさきはこれまで5期間にわたって金星を断続的に観測してきた。2014年には、ひさき衛星の観測により、金星超高層大気で発光する酸素I(130.4 nm及び135.6 nm)や酸素II(83.4 nm)の発光強度に特徴的な周期性があることが明らかになった。特に、金星朝側の観測で見つかった強い4日周期の変動は金星中層大気から伝播した大気重力波による酸素原子密度変動の影響である可能性が提唱された。この仮説をより明確にするため、2015年の5月-7月に金星の夕方側を、9月-11月に金星の朝側の大気光観測を行った。その結果、金星の夕方側では強い4日周期は観測されず、朝側でのみ4日周期が観測されることが分かった。これは金星の朝側でのみ大気重力波が熱圏まで伝播し、砕波していることで起こる熱圏酸素の密度変動が原因である可能性がある。この結果は先行研究で提唱されている数値計算結果とも整合しており、金星の中層大気と超高層大気をつなぐ重要な観測結果であると考えられる。今後はあかつきの中層大気観測との比較を行うことで、金星中層大気で生まれた重力波が金星熱圏へ与える影響をより理解できると考えられる。2014年の観測結果から提唱された仮説をより強めるため、2015年に金星大気光の朝夕両方の観測を行い、周期変動の比較を行うことに成功した。2014年の成果はすでに国際誌に報告され、2015年の観測成果の報告を現在準備中である。そのため、計画はおおむね順調に進展していると言える。2014年のひさき

衛星の観測によって明らかになった金星熱圏の極端紫外大気光の周期変動の理解を深めるため、2015年のひさき衛星の観測データを用いて大気光の周期変動について金星朝側と夕方側の比較を行った。その結果、4日周期の変動が特に金星の朝側で支配的になることが明らかになった。金星の中層大気では大気が4日で循環(スーパーローテーション)していることが知られているが、先行研究との比較の結果、スーパーローテーションする大気層から熱圏へ伝搬する大気重力波が熱圏の酸素原子の密度変動を引き起こしている可能性があることが明らかになった。この内容は国際学術誌Icarusに掲載された。また、Masunaga et al. [2016]によって発見された火星周辺の酸素ピックアップイオンの磁気シース反射現象の理解を深めるため、イオン反射現象がどれほどの割合で起こるのかを定量的に評価した。酸素ピックアップイオンは火星超高層の中性大気の加熱および流出(スパッタリング)を引き起こす主な要素として知られており、特に過去の火星大気の流出に重要な役割を果たしてきたと考えられている。そのため、火星からの大気流出現象を理解する上で、酸素ピックアップイオンの運動を理解することは重要である。MAVENの約1年分データを統計的に解析した結果、酸素ピックアップイオンの平均反射率は14%であることがわかった。また、太陽風への依存性も調べたところ、太陽風磁場強度が6nTを超えるような激しい太陽風状態のときは反射率は約40%まで増加することが明らかになった。この結果は、過去の激しい太陽風状態に晒された火星においてイオン反射は現在よりも多く起こっていたことを示唆している。この内容は国際学術誌JGRに掲載された。固有磁場を持たない金星超高層大気と太陽風の相互作用を粒子観測器や光学系観測器を用い、金星からのイオン流出や金星超高層大気中の大気光について調査した。Venus Expressに搭載された粒子観測器を用いた酸素イオン流出の研究において、イオン流出量と太陽風や太陽活動度の関係が明らかになった。また、ひさき衛星に搭載された光学系観測器を用いた研究においては、金星超高層で発光する大気光の周期的変動を発見した。原因の特定には至らなかったものの、大気波動や太陽風といった金星の中層大気と高層大気の結合に関わる結果が得られたと考えられる。これらの研究は当初の計画とは少し違っているが、論文も執筆しており、おおむね順調であると言える。これまでのひさき衛星の金星超高層の大気光観測により、特徴的な周期変動があることが分かった。特に、4日の周期変動の要因は金星中層大気からの重力波伝播が原因であると考えられる。今後は酸素だけでなく他の輝線の周期解析や、あかつきとの協調観測によって、より詳細な観測的実証を目指す。また、大気光の他に、当初から予定していた金星テイルからの流出イオンの検出を目指し、解析を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。Venus Expressの8年間の観測データにより、金星からの酸素イオン流出量と太陽風や太陽活動の関係性が統計的に明らかになった。特に、太陽活動が活発になるほどreturn flowが増加するメカニズムはまだ分かっておらず、イオンの分布関数を調べることで、物理的に何が起こっているのかを調べることが今後の課題である。
生殖医療支援のための胚培養士の暗黙知獲得を目的とした深層学習による知的動画像処理

本研究は顕微授精における胚培養士の知見に基づいた精子選別支援システムの実現に取り組んでいる。同システム実現のためには、精子検出器と精子のスコア予測器の構築が必要であり、機械学習によりこれを実現する。該当年度では1「精子検出器と精子のスコア予測器の双方の学習を同時に行うマルチタスク学習」2「精子画像の超解像化」に取り組む計画を立てた。1に関しては、A.「スコア予測器学習のためのデータ収集」とB.「取りこぼしや誤検出を調整可能な検出アルゴリズムの開発」を実施した。Aのデータ収集では、2箇所のクリニックに所属する6人の胚培養士の協力を得て精子に対する5段階のスコアを収集した。これらのデータを分析した結果、胚培養士が選別の際に着目する形態・運動的特徴に差異があることがわかった。したがって、全教師データを一括で学習することは困難であり、教師データの適切な分割方法を検討する必要がある。Bでは適応的しきい値制御ブースティングというアルゴリズムを開発した。この手法を用いた精子検出はスコア予測器に渡すデータを制御できるという観点で意義がある。検出器の出力がスコア予測器に入力として渡されるため、検出器とスコア予測器を同時に学習する際に、スコア予測器が利用可能な教師データに自由度を持たせることが可能になる。2に関しては、超解像を適用する前に低解像を許容した学習手法の分析に取り組んだ。超解像化は学習器の用いる特徴の次元数を大きくするため、データが形成するクラスタ間の重なりは小さくなる。一方で低解像度の場合には相対的にクラスタ間の重なりが大きくなる。1のBで取り組んだ適応的しきい値制御ブースティングが、クラスタ間の重なりが大きい検出問題に有効であることを確認している。この分析結果は、超解像化したデータを用いた検出・スコア予測の有効性を確認するための比較手法として重要である。「精子検出器と精子のスコア予測器を同時に最適化するマルチタスク学習」の計画当初は、適応的しきい値制御ブースティングをカスケード型につなげた学習モデルを計画していた。この学習モデルは胚培養士ごとに着目している形態・運動的特徴に大きな差異がないことを仮定していた。しかしながら培養士によるスコア情報の収集の結果、クリニックや胚培養士個人によって精子選別時に着目している特徴に差異があることが判明したため、当初計画していたカスケード型のマルチタスク学習は困難であることが分かった。着目している特徴の差異を考慮した学習モデルの検討が新たに必要になり、当初の計画と比較して遅れが生じている。また、「精子画像の超解像化」に関しては、適応的しきい値制御ブースティングが低解像度画像に関する学習に有効である可能性が研究実施途中に判明したため、当初の実施計画を変更して分析を行った。この実施計画の部分的な変更に伴い、当初の計画から遅れが生じている。「精子検出器と精子のスコア予測器を同時に最適化するマルチタスク学習」に関しては、これまでに計画していたカスケード型マルチタスク学習モデルを部分的に変更する。特に、培養士ごとに着目している形態・運動的特徴が異なることを考慮する必要がある。具体的には、精子のスコア予測器最適化問題をランキング学習問題として捉え、ランキング学習における教師データの与え方について検討し、培養士によって精子選別の尺度が異なる問題に対処する。「精子画像の超解像化」に関しては、低解像度画像に適応的しきい値制御ブースティングを実施した精子検出・スコア予測結果と、超解像度化を施した画像に対する精子検出・スコア予測結果とを比較し、その有効性を確認する。

この学習モデルは胚培養士ごとに着目している形態・運動的特徴に大きな差異がないことを仮定していた。しかしながら培養士によるスコア情報の収集の結果、クリニックや胚培養士個人によって精子選別時に着目している特徴に差異があることが判明したため、当初計画していたカスケード型のマルチタスク学習は困難であることが分かった。着目している特徴の差異を考慮した学習モデルの検討が新たに必要になり、当初の計画と比較して遅れが生じている。また、「精子画像の超解像化」に関しては、適応的しきい値制御ブースティングが低解像度画像に関する学習に有効である可能性が研究実施途中に判明したため、当初の実施計画を変更して分析を行った。この実施計画の部分的な変更に伴い、当初の計画から遅れが生じている。「精子検出器と精子のスコア予測器を同時に最適化するマルチタスク学習」に関しては、これまでに計画していたカスケード型マルチタスク学習モデルを部分的に変更する。特に、培養士ごとに着目している形態・運動的特徴が異なることを考慮する必要がある。具体的には、精子のスコア予測器最適化問題をランキング学習問題として捉え、ランキング学習における教師データの与え方について検討し、培養士によって精子選別の尺度が異なる問題に対処する。「精子画像の超解像化」に関しては、低解像度画像に適応的しきい値制御ブースティングを実施した精子検出・スコア予測結果と、超解像度化を施した画像に対する精子検出・スコア予測結果とを比較し、その有効性を確認する。
肝細胞癌に特異的なαフェトプロテインの糖鎖構造とその診断への応用に関する研究

コンカナバリンA(Con-A)、レンズマメレクチンA(LCA-A)、赤血球凝集性インゲンマメレクチン(E-PHA)を用いたレクチン親和電気泳動によって分離されるαフェトプロテイン(AFP)の各バンドについて、肝細胞癌における出現頻度と特異性を検討するとともに、その一部の分子種について糖鎖構造の解析を行った。1. AFP各バンドの肝細胞癌での出現頻度および特異性血清AFPレベルが200ng/ml以上を有する肝炎、肝硬変例12例、肝細胞癌例19例について、Con-A非結合性バンドEx,LCA-A結合性バンドH、E-PHA中間結合性バンドi、弱結合性バンドh、強結合性バンドyの出現率を、非癌肝疾患例の標準偏差の2倍を越える値を陽性として検討したところ、非癌肝疾患における陰性例の%(特異性)オヨび肝細胞癌における陽性例の%(感度)はそれぞれ、Ex(100,68),H(83,63),i(92,32),h(100,74),y(100,47)であり、Hおよびhの肝細胞癌における特異性を確認することが出来た。またExの増加の程度は僅かであったが、肝細胞癌に対する特異性の高いことが明らかとなった。2.肝細胞癌に特異性の高いAFPの糖鎖構造コンカナバリンA(Con-A)、レンズマメレクチンA(LCA-A)、赤血球凝集性インゲンマメレクチン(E-PHA)を用いたレクチン親和電気泳動によって分離されるαフェトプロテイン(AFP)の各バンドについて、肝細胞癌における出現頻度と特異性を検討するとともに、その一部の分子種について糖鎖構造の解析を行った。2.肝細胞癌に特異性の高いAFPの糖鎖構造
PEG 修飾ナノサイズキャリア投与により誘導される ABC 現象発現の回避法の探索

本研究により、シアル酸誘導体の1種であるGangliosideをPEGと共に表面修飾剤として用いることにより、PEGに対する免疫反応(抗PEG IgM分泌)を著しく抑制することができることが明らかとなった。さらに、Ganglioside含有PEG修飾リポソームは、従来のPEG修飾リポソームと同様、高い血中滞留性を示すこともわかった。以上から、Ganglioside含有PEG修飾リポソームは抗PEG IgM分泌を誘導しない、つまりABC現象発現を回避可能な、PEG修飾リポソームに替わるナノサイズキャリアになりうるものと期待できる。本研究の目的は、申請者らによって明らかにされたABC現象の発現を回避可能なポリマーを見出すことである。これまでの検討から、キャリア表面に存在するポリマーに対する免疫反応(抗ポリマーIgM分泌)がABC現象発現の引き金となっていることがわかっている。したがって、このような抗体反応を誘導しないポリマーを見出すことができれば、本現象の発現を回避できるのではないかと考えた。これまでの検討から、ポリマー中の繰り返し構造がB細胞受容体(BCR)と架橋形成することにより抗PEG IgMの分泌が誘導されると考えられている。また繰り返し構造中に分岐鎖があるPGでは、抗PG IgM分泌が誘導されないこともわかっており、ポリマー中の繰り返し構造は抗ポリマーIgM分泌において重要な因子である可能性が高い。しかし、ポリマーの末端構造が抗ポリマーIgM分泌誘導に及ぼす影響については明らかではない。当該年度において、末端構造の異なるPEG脂質によって表面修飾を施したリポソームをマウスに投与し、血清中の抗PEG IgMレベルをELISAにより評価した。さらに、本現象発現に補体因子の活性化が関与することから、PEG修飾リポソーム投与したマウス血清とPEG脂質を反応させ、補体消費能についても調べた。その結果、(1)末端構造の違いは抗PEG IgM分泌誘導にそれほど影響を及ぼさない、(2)抗PEG IgM分泌において、PEG脂質間での交叉性がある、(3)抗PEGIgM存在下では、どのPEG脂質も補体因子の活性化を誘導する、等のことがわかった。以上から、ポリマーの末端構造は抗ポリマーIgM分泌誘導にそれほど影響を及ぼさないことがわかった。また抗ポリマーIgM分泌誘導能を示すポリマーに関しては、末端構造の異なる誘導体においても同様に反応する可能性があることも示唆された。したがって、このような抗体反応を誘導しないポリマーはABC現象発現を回避する可能性が高いと考えた。本研究において、B細胞表面に発現するCD22に結合し、B細胞に免疫寛容を誘導すると言われているシアル酸誘導体に着目した。シアル酸誘導体としてGangliosideを用い、Ganglioside含有PEG修飾リポソームを調製し、マウスに投与した。このマウスにおける抗PEG IgM分泌誘導の影響を検討した。まず、抗PEG IgM分泌におけるGanglioside含有量の影響を調べたところ、Gangliosideの含有量に依存して抗PFG IgMの分泌が抑制されることが明らかとなった。またGanglioside:PEGを2:1に固定し、リポソームの投与量を変化させマウスに投与した結果、投与量が0.01μmol/kgの場合においてGangliosideの抑制効果が最大となることがわかった。さらに、抗PEG IgM分泌抑制が最大となる条件下でGanglioside含有PEG修飾リポソームを単回投与し、投与24時間後までの体内動態を観察した。その結果、PEG修飾リポソームと同様、Ganglioside含有PEG修飾リポソームは、高い血中滞留性を示すことがわかった。以上より、PEG修飾リポソーム表面に存在するGangliosideは、脾臓B細胞に直接作用することにより、抗PEG IgM分泌を抑制したと考えられる。したがって、Ganglioside含有PEG修飾リポソームはABC現象発現を回避可能なキャリアとして期待できる。当該年度において、申請者らは末端構造の異なるPEG脂質で表面修飾したリポソームをマウスに投与し、得られた血清中の抗PEG IgMレベルをELISAにより評価した。その結果、末端構造の違いによる差は若干見られるものの、一様に投与群において抗PEG IgM分泌が誘導されることが明らかとなった。また抗PEG IgMは、投与したリポソームに用いたPEG脂質とは異なるPEG脂質に対しても反応する、つまり交叉性があることがわかった。さらに、末端構造がメトキシ基のPEG修飾リポソーム投与により誘導される抗PEG IgMは、その他のPEG脂質で表面修飾したリポソームに結合し、補体系を活性化することがわかった。

以上より、PEG脂質中の末端構造は抗PEG IgM分泌に大きく影響を及ぼすわけでないことがわかった。当該年度で得られた知見は、次年度において研究を推進する際の有用な情報となりと考えられ、上記のように評価した。次年度で検討する予定の項目について、以下に示す。1)マウス脾臓細胞を用いたスクリーニング試験:マウス脾臓細胞とポリマー修飾リポソームを共培養した後、培養上清を回収する。回収した培養上清中の抗ポリマーIgMをELISAにより評価する。2)ポリマー修飾リポソーム投与マウス血清中の抗ポリマーIgM分泌の評価:マウスにポリマー修飾リポソームを投与し、その5日後に採血し血清を得る。得られた血清中の抗ポリマーIgMレベルをELISAにより評価する。3)ポリマー修飾リポソームの体内動態:ラットにRI標識したポリマー修飾リポソームを単回投与し、投与24時間後までのその体内動態を観察する。得られた血中濃度推移及び肝臓・脾臓への移行量から、ステルス性(高い血中滞留性及び肝臓・脾臓へ移行されにくいこと)を評価する。また、ポリマー修飾リポソームをABC現象発現条件下(投与量:0.001μmol/kg、投与間隔:5日)で繰り返し投与し、投与24時間後までの2回目投与リポソームの体内動態を観察する。リポソームの血中濃度推移及び肝臓への移行量から、ABC現象の発現誘導の有無を評価する。なお、これらの検討に関して、PEG修飾リポソーム及び未修飾リポソームをコントロールとして用いる。次年度では、PEG修飾リポソームと同程度のステルス性(高い血中滞留性、肝臓・脾臓への移行量が低いこと)を示し、かつABC現象発現を誘導しないポリマーを見出すことを目的とする。次年度において具体的に行う予定の事項を以下に示す。入手可能なポリマーにより表面修飾を施したリポソームをラットに単回投与及び複数回投与した際のリポソームの体内動態を観察する予定である。したがって、次年度では、研究経費を細胞培養試薬・ELISA測定用試薬・実験動物及びRI試薬等の購入に主に充てる予定である。また、研究成果発表を目的とした学会参加、または有用な情報収集を目的としたセミナーへの参加のために必要な出張経費及び論文発表時の諸経費に充てる予定である。
シコタビエ(Eluesine coracana)の養分特性に関する研究

東アフリカの乾燥地帯では、シコクビエは焼畑でだけ栽培される作物である。本研究では、焼畑という特殊な土壌条件を考慮し、シコクビエの窒素とリン酸(1)及びケイ酸(2)の要求性についての実験をおこなった。また低土壌水分下での養分吸収について、主な吸収域の特性を目的とした根系観察試験をおこなった(3)。試験は1995年に宇都宮大学の実験圃場でおこなった。(1)川砂を充填した1/2000アールのポットにシコクビエを栽埴し、ホ-グランド培養液を灌水した。処理区は培養液の窒素及びリン酸の濃度をそれぞれ標準液の1/2、3/4、5/4とした。(2)蒸留水を溶媒とした上記標準培養液を、ケイ酸濃度が0、10、20、40、80ppmとなるように調整して、水耕栽培した。(3)板状ロックファイバーを培地として作製した観察用根箱にシコクビエを直橋し、低水分条件下での根系の発達を観察した。結果:(1)シコクビエはリン酸濃度に対する反応が鈍く、生育・収量はその濃度による影響を全く受けなかった。窒素濃度については、低濃度区で低位節からの分げつ発生が抑えられたが、種子収量に差はなかった。また光合成速度にも差は認められなかった。(2)ケイ酸濃度は、生育・収量及び茎の挫折強度などに全く影響を及ぼさなかった。(3)シコクビエの冠根は生長軸に対して比較的鋭角に貫入し、いずれの冠根も発根後1週間ほどで50cm以下の深層域に達した。土壌水分の減少に対し、冠根の発生と伸長は著しく抑えられた。しかし、土壌深層における単位冠根長当たりの一次分枝根数は増加し、それらの伸長も促進された。以上の結果から、シコクビエはリン酸、ケイ酸の要求量が低いが、窒素については低濃度区で小茎数に伴う穂数の減少を高位節から発生した遅れ穂が補償したため減収は認められなかったが、収穫期は遅れた。また、低土壌水分下では深根化し、主要な養分吸収域は土壌深層に移行した。今後は、窒素とリン酸のさらに低い濃度に対する反応と、他の無機塩類の要求性、深層土壌からの養分吸収能力について検討したい。
運動技能の構造理解を促進し、効果的に運動技能を高める体育の協同学習

1、研究の目的平成16年度より取り組んでいる「自己効力感を高める協同学習による体育授業」の研究では、運動技能の向上にどのような効果を及ぼしたかは検証されていない。生徒が主体的に運動技能を向上することができれば、さらに自己効力感を高めて「運動嫌い」を減少させるだけでなく、生涯スポーツに必要な身体づくりの資質を育成できるものと考える。そこで、これまでの自己効力感を高めて生涯スポーツの資質育成を目的とした協同学習に加え、運動技能を効率よく高めることのできる協同学習の方法を探りたい。2、研究方法(1)協同学習による授業づくりを行い、協同学習の推進に必要な資質を育成する(2)技能の構造を理解させる手立てを盛り込んだ授業づくり(3)生徒による的確な相互評価活動により、一斉指導よりも効率よく技能を高める3、研究成果(1)全国協同教育学会での他校の実践発表を参考にして、協同学習に関する研修会を校内で開催し、生徒を対象にした協同学習の仕組みを学習する訓練プログラムを作成した。(2)一つの運動技能を複数の観点から、協同学習の仕組みで自己評価させた。運動技能の習熟におけるつまづきの原因をグループで容易に見つけることができ、効率よく運動技能を高めることができた。(3)見本となる技能を視聴できる視聴覚ソフトをプロジェクターで再生し、大きな画像により動きのイメージづくりを支援した。USBカメラにより撮影した生徒の動きを同時に再生して動きの違いに気づかせた。
稀少な染色体異常症のある児と家族に向けた支援ネットワークの構築

本プロジェクトは、稀少な染色体構造異常症に焦点を当て、「稀な染色体異常症のある児の家族がわが子を育てる中で必要とする支援にアクセスしやすくするためには、どのような方策を取る必要があるか」を、プロジェクト全体を通した研究の問いとしている。その第一段階として、患者家族・看護職を対象とした調査を予定しており、2018年度には患者家族を対象としたインタビュー調査の内容を、M-GTA(修正版グランデッドセオリーアプローチ)の手法で分析した。これについて、国内のM-GTA研究会に参加し、様々な分野の研究者からインタビュー内容の解釈について助言を得る機会を得た。16名の母親からインタビューの協力を得た。家族は必要とする情報や支援を得るために、自発的に情報検索を行っているが、実際に求める情報へのアクセスを可能にするきっかけとして「専門職からの支援」、「ピアに繋がること」が存在することがわかった。母親が必要とする情報は、その子どもの状態により一律ではないが、母親がわが子を理解することにより、得られる情報・支援の中から必要なものを取捨選択することを可能にしていた。看護職を対象とした調査についても、実施の準備を進めている。第二段階として、第一段階での調査の結果を基に、稀少な染色体構造異常症への支援に関する勉強会を開催し、山口県地区における支援ネットワークの構築を目指している。2018年度には、国内で開催された(個々の染色体構造異常症の)家族交流会に複数回出席することができた。その中で勉強会を開催する上での家族のニーズや、多職種が協働するための方策など、勉強会を開催運営するための土台を検討する事ができた。さらに、支援を行う看護師をはじめとした専門職とのネットワークを広げることもできた。2018年度には看護職を対象とした調査も実施する計画であったが、調査を開始することができなかった。その点が当初の計画よりやや遅れていると考える。看護職(看護師、助産師、保健師)を対象とした調査を実施し、稀少な染色体構造異常症のある子どもの看護を実践する上で、「いかにして家族のニーズを捉え、育児の中で必要とする支援につないでいるか」を把握する。家族および看護職を対象に実施した調査の内容を基に、稀少な染色体構造異常症の支援に関する勉強会を、今年度および来年度、継続的に開催する。看護職への調査のための通信料の代金について、2018年度に調査が実施できなかったため、使用できずに残高として残った。2019年度には、この助成金を使用して看護職を対象とした調査を実施する。2019年度には、国際学会での成果報告を計画しており、その旅費として本助成金を使用する予定である。また、山口県地区での勉強会の開催を計画しており、その会場費用、講師招聘のための費用として使用する予定である。
弾性線維再生因子の探索と弾性線維再生への応用

老化に伴う弾性線維の減少は、老化の特徴である皮膚のしわや呼吸機能の低下、血管硬化を招き、最終的に生命を脅かす事態に陥る。そのため、これらの組織で減少または劣化した弾性線維の再生は、肺疾患や動脈疾患に対し有効な治療・予防の手段となり得る。しかしながら、弾性線維の再生は困難を極めており、その方法の確立が嘱望されている。これまでに、独自に開発した弾性線維コート培養皿を用いた解析から、弾性線維の減少により細胞応答性が低下すること、弾性線維の回復により老齢由来細胞の弾性線維形成能力が回復することを見出している。つまり、正常な弾性線維の存在する環境下と劣化・分解された弾性線維環境下に存在する細胞では細胞機能が異なることが予想され、劣化・分解した弾性線維がネガティブフィードバック的に弾性線維の再生を阻害している可能性が考えられたことから、本研究では、正常な弾性線維、またはエラスターゼにより分解した弾性線維上で複製老化を誘導した肺線維芽細胞を用い、TGF-β処理・未処理時における老化細胞の遺伝子発現を網羅的に解析した。これらの細胞のTGF-β処理時における発現変動比が異なる79遺伝子を抽出し、さらにその中で変動比が3以上異なる遺伝子10遺伝子について、定量PCRで遺伝子発現差異を確認した。その結果、最も発現変動に差異が認められたCOL8A1の弾性線維形成における役割を解析中である。実際には、すでにin vitro弾性線維再構築モデルに使用する細胞にCOL8A1の過剰発現を行い、安定発現細胞株を得ている。他の9遺伝子に関しても現在クローニング中であり、随時安定発現細胞株を作製し、解析を予定している。概ね順調に推移しているが、組換えトロポエラスチンタンパク質の産生・精製に予想より時間がかかっているため、抽出した遺伝子の機能解析が滞っている。現在、組換えタンパク質産生のスケールアップを行って、組換えタンパク質の回収を行っているところである。また、TGF-β処置による老齢由来皮膚線維芽細胞の網羅的遺伝子発現解析は、胎児由来細胞で得ている結果と同様であったことから、再度サンプルを調整し、次年度以降に行う予定である。また、弾性線維上で誘導した老化細胞から得られたアレイデータで顕著に差を認める遺伝子を複数抽出しており、老齢由来細胞においても、これら遺伝子の変動を解析し、胎児期とTGF-β処理後の老齢由来細胞により発現が異なる遺伝子が抽出できることが予想される。その場合、網羅的な発現解析は、抽出された遺伝子の機能解析を行った後に行うことを予定している。概ね順調に推移していることから、当初の研究計画どおり行っていく予定である。また、計画上レトロウイルスによる遺伝子導入を予定していたが、利便性を考え、エピソーマルベクターを使用した安定発現細胞株の樹立を行っていく予定である。遺伝子発現抑制に関しては、計画どおりレンチウイルスを用いる予定である。

遺伝子発現抑制に関しては、計画どおりレンチウイルスを用いる予定である。小額(5000円未満)の残額が生じたため、次年度以降の消耗品購入に充てることを考えている。現在webページを新規作成中である。
単一筋原線維の動的構造と力学特性ー顕微操作・顕微解析による研究ー

我々は、筋収縮系としての最小機能単位である単一筋原線維の構造変化を顕微鏡下で観察しながら、同時にその力学特性を研究することのできる顕微解析システムを作製し、SPOCと呼んでいる自励振動現象の解析や、コネクチンやネブリンなどの構造維持タンパク質の弾性的特性の解析に応用した。我々はまず、倒立位相差顕微鏡、ピエゾ素子、水圧式マイクロマニピュレ-タ-(本研究費で購入)、テレビカメラービデオーコンピュ-タ-システム、温度制御試料セルからなる顕微解析システムを用いて、筋原線維の全長を自由に制御でき(フィ-ドバック制御)、同時に構造変化を解析できる実験システムを組み上げた。これを用いて、SPOC条件下(0.12M KCl,4mM MgCl_2,10mMMOPS(pH7.0),4mM EGTA,0.2mM ATP,4mM ADP,4mM Pi,室温)での筋原線維の張力振動波形(微小ガラス針の振れを測定)や筋節長の振動波形、その波の伝播(SPOC波)を計測、画像解析した。その結果、筋原線維を伸長すると振動周期が延びること、しかし振動波形は非常に安定で、急激に筋原線維を伸長しても乱れないこと、各筋節には常に同じ荷重が加わっているはずだが、互いに位相をずらしながらほぼ同じ波形で振動すること、などが明らかになった。各筋節ごとに化学・力学共役の位相がずれている可能性がある。将来この顕微システムをさらに改良して、化学反応をも同時画像化することの意義、具体化の可能性などが、本研究を通じて見えてきた。構造維持タンパク質の力学特性については、筋原線維の静的弾性率を様々な条件、構造を用いて測定した。その結果、コネクチンが筋線維の弛緩状態での静止張力を担っていることが確認された。また、ゲルゾリン処理によって選択的に細いフィラメントを除去した筋原線維の弾性率測定から、アクチンフィラメントの構造安定化に寄与していると予想されているネブリンの弾性率を初めて計測することができた。
「跳び箱」「高跳び」における視線と運動到達度の関連性の解明・実践的活用

小学校の実践的体育研究において,運動時の視線について重要であると報告している研究が多い。しかし,実践結果の根拠が跳べるようになった児童の数や教師の主観によるものがほとんどであり,「注視部分を限定したためであるか否か。」という科学的な根拠がない場合が多い。そのため,実際にどの程度有効であるかは明らかになっていない。そこで,本年度は中学1年から3年の生徒19名を対象に,高跳びの動きの中で視線を追尾し視線と運動の関係を研究した。実験には,視線/眼球運動計測装置を使用した。被験者に計測装置がついた眼鏡をかけさせ,何も指示をせず跳ばせた場合と視線をバーの上に向け跳ぶよう指示した場合の視線と動きの違いついて調査した。結果としては,視線と動きには関連性がありそうであるとの結果を得たが,本研究のテーマである運動到達度と視線の関連性の解明には至っていない。今後は,視線がどの程度記録(運動到達度)に影響するのか,同一被験者の試技の回数を増やすなどして研究を進めていきたい。