hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
暖地における果実成熟と果皮着色の機構解明と品質改善に関する研究

暖地での高品質果実生産のための指針を得る目的で、果皮着色機構、成熟制御機構並びに分裂果等の障害発生機構の解明を行い、一定の成果が得られた。すなわち、リンゴ及びブドウ果実のアントシアニン生成経路の詳細な調査を基に、暖地産果実の色素発現生理の一部を解明することができた。例えば、ブドウ'巨峰'の場合、適地である長野産はアントシアニン含量が高く、暖地産のものは低含量であったが、熊本産はプロアントシニンやフラポノール含量が高く、前駆体のフラバノノールからアントシアニンに至る経路が高温によって阻害され、一方、和歌山、広島産ではこれらの含量が低く、フラパノノール合成以前の過程で阻害された可能性が推察された。ジャスモン酸アナログのn-プロピルジハイドロジャスモン酸(PDJ)とABA混用処理をベレゾーン以前に行うと、不適環境下での着色改善に効果があった。暖地リンゴの着色に及ぼす環境要因について、紫外線(UV)吸収及び透過フィルムで被袋し、さらに果実温を調節して検討したところ、低温(外気温より34°C低い)によってアントシアニン畜積が認められ、内生ABA含量も増加する傾向にあった。しかし、UVの影響については明らかにし得なかった。リンゴ品種には貯蔵中に果皮に脂発生するものがあり、'つがる'果実で検討したところ暖地産(和歌山、熊本、広島)は'ふじ'同様着色は劣るが、適地産(秋田)に比べ脂上がりが少ないことが認められた。果実成熟にABAが関与することがオウトウ及びブドウ'ピオーネ'における消長から伺えた。すなわち、ブドウでは着色期前にs-ABAのピークが観察され、着色に勝る有核果で明らかに高い含量であった。また、種子で生産されたs-ABAは果皮ABA濃度を上昇させるが、t-ABAへの代謝はないことを明らかにした。モモの着色機構についても、無袋果が有袋果に着色が勝ることから直光型であることを認めた。さらに裂果障害を人為的に再現するため、葉の水ポテンシャルで-3.0MPa程度の乾燥処理を施したが裂果は起こらなかったものの、糖度が向上すること、フェノールの蓄積があることなどを認めた。これらの知見は暖地における品質改善への指針として利用できる。暖地での主としてリンゴ、ブドウなどの落葉果実生産における成熟生理と環境要因との関係を、異なる気象条件の地域毎に詳細に探究した。その結果、熊本におけるリンゴ生産は雨よけ栽培方式を必要とするが、着色不良果が多く、その原因はビニル被覆による光質の変化あるいは高温であると思われた。これら暖地リンゴに外生殖物調節物質(PGR)処理、特にABA処理を試みると明らかに着色が改善され、不適環境下における果実成熟調節として期待される。ブドウのPGR処理では、ジャスモン酸誘導体のn-propyl dihydrojasmonate(PDJ)の果房処理が着色など成熟促進効果があることを明らかにした。これはカキでも同様で処理によって内生ABA含量が高まるので、果実成熟に対するジャスモン酸ならびにABAの寄与が考えられた。また、オウトウ果実を用い内生ABAが収穫23週間前に最大となり、その後次第に減少すること。外生ABA処理によってs-ABA,t-ABAの遊離型および結合型とも増加するが、速やかに代謝されることを明らかにして果実成熟との関係を示唆することができた。また摘果により果実肥大を促進できるが、モモでは核割れ現象を誘起し果実品質に問題を生じ、落果も多い。これらは障害果で生成されるエチレンが関与することが推察された。ただし軽度の障害果ではエチレン生成の誘導がなく、むしろ種子あるいは胚への影響が老化、落果を引き起こしている可能性を示した。もとより果実の成熟生理は果実品質と密接に関係し、品質を正しく評価することは成熟機構を解明する上で重要である。そこで果実糖含量を正確に測定する方法としてリンゴ果肉片を30秒間電子レンジ処理することにより、果実内酵素を失活化させ抽出・測定過程での悪影響を除去できることを、定法のアルコール抽出法と比較して確認した。これらの知見は次年度計画を遂行する上で有用される。

リンゴ品種には貯蔵中に果皮に脂発生するものがあり、'つがる'果実で検討したところ暖地産(和歌山、熊本、広島)は'ふじ'同様着色は劣るが、適地産(秋田)に比べ脂上がりが少ないことが認められた。果実成熟にABAが関与することがオウトウ及びブドウ'ピオーネ'における消長から伺えた。すなわち、ブドウでは着色期前にs-ABAのピークが観察され、着色に勝る有核果で明らかに高い含量であった。また、種子で生産されたs-ABAは果皮ABA濃度を上昇させるが、t-ABAへの代謝はないことを明らかにした。モモの着色機構についても、無袋果が有袋果に着色が勝ることから直光型であることを認めた。さらに裂果障害を人為的に再現するため、葉の水ポテンシャルで-3.0MPa程度の乾燥処理を施したが裂果は起こらなかったものの、糖度が向上すること、フェノールの蓄積があることなどを認めた。これらの知見は暖地における品質改善への指針として利用できる。昨年度の成果から暖地産果実の成熟生理を解明するに当たり、果皮で発現する色素の生成経路を精査することとした。すなわち、ブドウ“巨峰"とリンゴ“ふじ"について果実発育段階別に前駆体を含むフラボノイドの消長を追跡した。その結果、ブドウでは着色開始期(ペレゾーン)前からフェニルアラニンが増加し、カテキンで代表されるプロアントシアニンは幼果期で高いレベルにあったが、アントシアニンが急増する満開60日以降頃より急減した。アントシアニンはマルビジン-3グルコシドをはじめとする数種類の配糖体が確認された。リンゴではブドウと同様、プロアントシアニン、フラボノールとも幼果期より減少し、一方アントシアニンは9月下旬より急激に増加した。リンゴの主要アグリコンはシアニジンであった。つぎに産地別ブドウ果実の色素成分分析の結果、適地である長野産はアントシアニン含量が高く、暖地産のものは低含量であったが、熊本産はプロアントシアニンやフラボノール含量が高く、前駆体のフラバノノールからアントシアニンに至る経路が高温によって阻害され、一方、和歌山、広島産ではこれらの含量が低く、フラバノノール合成以前の過程で阻害された可能性が推察された。ジャスモン酸アナログのn-プロピルジハイドロジャスモン酸(PDJ)をABA混用処理をペレゾーン以前に行うと、不適環境下での着色改善に効果があった。暖地リンゴの着色に及ぼす環境要因について、紫外線(UV)吸収及び透過フィルムで被袋し、さらに果実温を調節して検討したところ、低温(外気温より34°C低い)によってアントシアニン蓄積が認められ、内生ABA含量も増加する傾向にあった。しかし、UVの影響については明らかにし得なかった。暖地産“ふじ"リンゴは貯蔵中のアントシアニン蓄積が遅れたが、これはプロアントシアニン、フラボノール量が適地産(長野)に比べ少ないことから、色素生成経路における酵素活性発現に差異があることが考えられた。リンゴ品種には貯蔵中に果皮に脂発生するものがあり、“つがる"果実で検討したところ暖地産(和歌山、熊本、広島)は“ふじ"同様着色は劣るが、適地産(秋田)に比べ脂上がりが少ないことが認められた。果実成熟にABAが関与することが前年及び本年度の成果から伺えたが、ブドウ“ビオーネ"における消長も一致した。すなわち、着色期前にs-ABAのピークが観察され、着色に勝る有核果で明らかに高い含量であった。
熱流動現象の制御に特化したニューラルネットワークの内部構造に関する研究

ニューラルネットワークを用いた最適制御手法として,システム・ニューラルネットワークとニューラルネットワーク・コントローラーを用いた制御系の定式化を行なった.システム・ニューラルネットワークは,制御対象とする系の動特性を学習するネットワークであり,ニューラルネットワーク・コントローラーは状態量フィードバックの形式で,最適な制御力を陽的に与えるものである.システム・ニューラルネットワークについては,制御対象とする系の支配方程式の差分形式を内部構造に取り込む手法を提案した.また,本手法を線形,非線形の質点系,熱伝導問題に適用し,汎化能力を飛躍的に高めることができることを明らかにした.また,ニューラルネットワーク・コントローラーと組み合わせた制御システムを,熱伝導方程式およびバーガーズ方程式に適用し,それぞれリカッチ方程式の解,最適制御の数値解とほぼ一致する結果が得られることを示した.また,最急降下法,共役勾配法,谷探索法,焼き鈍し法など,種々の教師付き学習法について系統的に調べ,焼き鈍し法がもっともロバストであることを確認した.さらに,ニューラルネットワーク・コントローラーについて汎化能力の獲得が難しいことを明らかにし,今後ニューラルネットワーク・コントローラーについても内部構造を設計する指針が必要であることを示した.ニューラルネットワークを用いた最適制御手法として,システム・ニューラルネットワークとニューラルネットワーク・コントローラーを用いた制御系の定式化を行なった.システム・ニューラルネットワークは,制御対象とする系の動特性を学習するネットワークであり,ニューラルネットワーク・コントローラーは状態量フィードバックの形式で,最適な制御力を陽的に与えるものである.システム・ニューラルネットワークについては,制御対象とする系の支配方程式の差分形式を内部構造に取り込む手法を提案した.また,本手法を線形,非線形の質点系,熱伝導問題に適用し,汎化能力を飛躍的に高めることができることを明らかにした.また,ニューラルネットワーク・コントローラーと組み合わせた制御システムを,熱伝導方程式およびバーガーズ方程式に適用し,それぞれリカッチ方程式の解,最適制御の数値解とほぼ一致する結果が得られることを示した.また,最急降下法,共役勾配法,谷探索法,焼き鈍し法など,種々の教師付き学習法について系統的に調べ,焼き鈍し法がもっともロバストであることを確認した.さらに,ニューラルネットワーク・コントローラーについて汎化能力の獲得が難しいことを明らかにし,今後ニューラルネットワーク・コントローラーについても内部構造を設計する指針が必要であることを示した.
自己骨格筋ポンプを使用した長期使用可能な携帯型ECMDシステムの開発

従来より当施設において開発した順天堂大学型携帯用骨格筋刺激装置を用い、雑種成犬2頭の右広背筋に対し2ヶ月間の電気的トレーニングを施行した。これら2頭の電気的トレーニングを行った広背筋を用い、骨格筋心室大小2種類を作製した。大型骨格筋心室は、小児用アンビューバッグの周りに広背筋を巻つけ、小型骨格筋心室は、広背筋をロール状に巻き中にコンドームを挿入し作製した。なお、いずれの骨格筋心室も流入部および流出部に弁を挿入した。これらの骨格筋心室を前負荷10mmHg、後負荷40mmHgの条件下で各種刺激条件で駆動し、模擬循環回路でポンプの拍出特性を検討したが、いずれのポンプにおいても当初目標とした12L/minの拍出能力を得なかった。このため、小型外部灌流方式膜型肺との組み合わせによるECMOシステムの検討は行なえなかった。今回、骨格筋ポンプの目標の拍出能力を得られなかった理由としては、実験の都合上vascular delayをおかなかったこと、骨格筋ポンプのコンプライアンスの不足(passive fillingでは不十分)、刺激装置の出力不足等か考えられた。したがって今後の改善点としては、出力を増加させるように刺激装置の改良を行なう、電気的トレーニング時にポンプを作製し十分なvascular delayをおく、active fillingを行なえ、かつ胸腔内埋め込み可能な小型deviceの開発をおこなうことが重要であると考える。今回の実験では目標とする拍出能力をもつ骨格筋ポンプの作製が行なえなかったが、かかる点の改良を行なえば12L/minの拍出能力をもつ骨格筋ポンプの開発は可能であると考え、今後も前記の点について検討を続ける予定である。
ニッチー造血幹細胞間におけるG蛋白質共役型受容体TM7XN1の機能解析

幹細胞の分化や維持は、腫瘍を含む多くの組織の発生とその恒常性に必須である。これらの幹細胞はニッチと呼ばれる機能的な場に存在している。しかし、幹細胞-ニッチ間の調整機能の分子機構はまだ解明されていない。ここではヒト造血幹細胞(HSC)と扁平上皮がん細胞株A431細胞のガン幹細胞分画を用いて、幹細胞上のTM7XN1と他のGタンパク質結合レセプター(GPCRs)の発現レベルを評価し、それらがどのようにニッチとの相互作用に影響を及ぼすかについて分析した。造血幹細胞(HSC)は最も早くから研究が行われ、現在では造血組織の再生医療(骨髄移植)に利用されている。しかしながら、移植に使用されている細胞は実際には幹細胞を含む多種多様な細胞群であり、いまだヒトHSC本体の詳細は明らかにされていない。又、移植時のHSCの骨髄ニッチ環境との相互依存のメカニズムについてもほとんどわかっておらず、これらの解明はHSCの骨髄への遊走や生着(ホーミング)能を高め、より安全で効率的な骨髄移植を発展させるために非常に重要であると考えられる。ホーミングメカニズムの主要因子としてはCXCL12(SDF-1)とその受容体であるCXCR4の関与が報告されているが、細胞遊走をin vitroで再現したトランスウェル遊走試験においてSDF-1以外にも遊走誘導因子が存在する事などから、SDF-1-CXCR4以外のホーミングシグナルの存在が示唆されている。本研究では新しいホーミング関連因子候補としてCXCR4と同様の7回膜貫通G蛋白質共役型受容体(GPCR)、特に細胞接着因子であるTM7XN1に着目した。TM7XN1はメラノーマでの浸潤,遊走能への関与が報告されており、本研究ではTM7XN1などのGPCRの細胞内における作用機序、特にHSC-骨髄ニッチ細胞間や、がん幹細胞とその周囲の微小空間との細胞接着の分子機序への関与を明らかにすることを目的とする。(研究計画の初期においてはTM7XN1を中心に解析する予定だったが現在使用中の抗TM7XN1抗体の大量入手が困難となり研究の焦点をTM7XN1を含むGPCR全般に広げている。)まず最初に試料を集めやすく均一である培養がん(幹)細胞を材料としてがん幹細胞特異的に発現しているGPCRの特定とその機能について検討を加えた。ヒト扁平上皮がん細胞株A431細胞を用い幹細胞分画と報告されているCD44+/CD24-細胞群とCD44-/CD24+or-細胞群(非がん幹細胞分画)をセルソーターにて取得しRT-PCRにて様々なGPCRの発現を比較した。その結果CD44+/CD24-細胞群にのみ発現のみられる複数のGPCRを確認した。現在その各々について解析を開始している。造血幹細胞(HSC)は古くから多くの研究が行われ、現在では造血組織の再生医療(骨髄移植)に利用されている。又、移植時のHSCと骨髄ニッチ環境との細胞間相互作用のメカニズムについてもほとんどわかっていない。ホーミングやニッチでの細胞接着メカニズムの主要因子としてCXCL12(SDF-1)とその受容体であるCXCR4の関与が報告されているが、細胞遊走をin vitroで再現したトランスウェル遊走試験においてSDF-1以外にも遊走誘導因子が存在する事などから、SDF-1-CXCR4以外のホーミングシグナルの存在が示唆されている。本研究では新しいホーミング関連因子候補としてCXCR4と同様の7回膜貫通G蛋白質共役型受容体(GPCR)、特に細胞接着因子でもあるTM7XN1に着目した。前年度の研究計画においてはTM7XN1を中心に解析する予定だったが現在使用中の抗TM7XN1抗体の大量入手が困難となり本年度は研究の焦点をTM7XN1を含むGPCR全般に広げている。まず試料を集めやすく均一である培養がん(幹)細胞を材料としてがん幹細胞特異的に発現しているGPCRの特定とその機能について検討を加えた。ヒト扁平上皮がん細胞株A431細胞を用い幹細胞分画と報告されているCD44+/CD24-細胞群とCD44-/CD24+or-細胞群(非がん幹細胞分画)をセルソーターにて分離、取得し標的GPCR遺伝子とインターナルコントロール(GAPDH)の発現から相対発現量の検討を行った。それらの中で相対発現量が10倍以上のものに関して現在解析を開始している。

しかしながら、移植に使用されている細胞は実際には幹細胞を含む多種多様な細胞群であり、いまだヒトHSC本体の詳細は明らかにされていない。又、移植時のHSCと骨髄ニッチ環境との細胞間相互作用のメカニズムについてもほとんどわかっていない。ホーミングやニッチでの細胞接着メカニズムの主要因子としてCXCL12(SDF-1)とその受容体であるCXCR4の関与が報告されているが、細胞遊走をin vitroで再現したトランスウェル遊走試験においてSDF-1以外にも遊走誘導因子が存在する事などから、SDF-1-CXCR4以外のホーミングシグナルの存在が示唆されている。本研究では新しいホーミング関連因子候補としてCXCR4と同様の7回膜貫通G蛋白質共役型受容体(GPCR)、特に細胞接着因子でもあるTM7XN1に着目した。初年度の研究計画においてはTM7XN1を中心に解析する予定だったが現在使用中の抗TM7XN1抗体の大量入手が困難となり前年度からは研究の焦点をTM7XN1を含むGPCR全般に広げている。まず試料を集めやすく均一である培養がん(幹)細胞を材料としてがん幹細胞特異的に発現しているGPCRの特定とその機能について検討を加えた。ヒト扁平上皮がん細胞株A431細胞を用い幹細胞分画と報告されているCD44+/CD24-細胞群とCD44-/CD24+or-細胞群(非がん幹細胞分画)をセルソーターにて分離、取得し標的GPCR遺伝子とインターナルコントロール(GAPDH)の発現から相対発現量の検討を行った。その結果CD44+/CD24-細胞群にのみ発現のみられる複数のGPCRを確認した。それらの中で相対発現量が10倍以上のGPGRを対象に解析を行っている(投稿準備中)。また内皮細胞におけるアポトーシスへのSDF-1-CXCR4伝達系の関与が報告されていることから、ヒト血管内皮細胞を用いたアポトーシス経路へのGPCRの関与の検討も行いつつある。
自己修復機能を持つ新規潤滑機構に関する研究

本研究の目的は、摩擦面間でトライボ化学反応を積極的に行うことにより、自己修復性の潤滑膜が形成できることを示すことにある。本研究では、摩擦面間におけるトライボ化学反応により潤滑性の表面膜を供給するものであり、新しい概念による自己修復性潤滑膜の可能性を示すものである。現在機械部品に多く使用されているアルミナと、代替フロン等に使用されているフッ化炭素系気体に着目し、その摩擦面での反応をX線光電子分光法により検討した。高真空中チャンバー内で使用できる摩擦試験機を作成し、摩擦実験をおこなった。この装置は、X線光電子分光装置(XPS)に接続されている。摩擦試験実験は、ボールオンディスク型の摩擦試験機を真空チャンバー内に設置し行った。摩擦後の表面を大気に暴露すること無しに、表面分析を行えるように設計した。アルミナのトライボ化学反応の荷重、圧力、回転速度依存性を検討した。アルミナディスクをアルミナボールで、CF_3CH_2F(フロン134A)雰囲気下で、摩擦し、その後すぐにXPSにより表面分析を行った。TOF-SIMS分析により、スライダー表面にAlF_3,AlF_2Oの生成が確認された。XPS分析により低荷重下では、フッ化物生成が見られず、摩擦係数が高くなったが、荷重2Nを越える付近より、摩耗痕内のフッ化物の生成量が増加し、摩擦係数が低減した。また圧力依存性においては、10^3Paより低圧部ではフッ化物の生成が見られず、摩擦係数も摩耗量も高い値を示した。また摩擦速度依存性を調べた結果、低速摩擦下でも十分なフッ化物膜が形成され、摩擦係数が低下し摩耗量も減少していることがわかった。しかし0.2m/secを越えると摩擦反応に大きな変化が現れ、表面のフッ化物量が減少し、摩擦係数も高くなることがわかった。0.2m/sec前後の条件で摩擦した表面を分析すると、低速側ではより潤滑性の良いAlF_3と思われるA12pのピークが見られるのに対し、高速側ではAlF_2O等の他のフッ化物の生成を示唆するピークが見られた。この表面生成物の違いが、低速と高速でのトライボロジー特性を大きく変えたものと考えられる。1.本研究の目的は、摩擦面間でトライボ化学反応を積極的に行うことにより、自己修復性の潤滑膜が形成できることを示すことにある。現在機械部品に多く使用されているアルミナと、代替フロン等に使用されているフッ化炭素系気体に着目し、その摩擦面での反応をx線光電子力光法により検討した。2.高真空中チャンバー内で使用できるボールオンディスク型の摩擦試験機を作成し、摩擦実験をおこなった。この装置は、x線光電子分光装置(XPS)に接続されている。摩擦後の表面を大気に暴露すること無しに、表面力析を行えるように設計した。アルミナディスクをアルミナボールで、CHF_3、CF_3CH_2F(フロン134A)雰囲気下で荷重や気体の導入圧力を変化させた条件下で摩擦し、その後すぐにXPSにより表面力析を行った。3. CHF_3,CF_3CH_2F雰囲気下で摩擦をしたところ、摩擦痕因にのみフッ素のXPSスペクトルが観測できた。詳細に調べるとこれらは、フッ化物のピークであり、摩擦痕内でフッ化アルミニウムが出来ていることが確認できた。アルミナどうしの摩擦の場合、摩擦係数が非常に大きくなり、摩耗も進行するが、表面にフッ化アルミニウムが生成されると、摩擦係数が小さくなり、摩耗量も減少した。また、荷重を大きくし摩耗条件を厳しくすると、それに従いフッ化物生成量も増大することがわかった。これにより、潤滑性の良いフッ化物の膜が壊れるような過酷な条件下で摩擦すれば、それにより生じたアルミナの新生面と含フッ素気体が反応し、潤滑膜が修復されると考えられる。今後他の念フッ素気体について実験を行う予定である。

また圧力依存性においては、10^3Paより低圧部ではフッ化物の生成が見られず、摩擦係数も摩耗量も高い値を示した。また摩擦速度依存性を調べた結果、低速摩擦下でも十分なフッ化物膜が形成され、摩擦係数が低下し摩耗量も減少していることがわかった。しかし0.2m/secを越えると摩擦反応に大きな変化が現れ、表面のフッ化物量が減少し、摩擦係数も高くなることがわかった。0.2m/sec前後の条件で摩擦した表面を分析すると、低速側ではより潤滑性の良いAlF_3と思われるA12pのピークが見られるのに対し、高速側ではAlF_2O等の他のフッ化物の生成を示唆するピークが見られた。この表面生成物の違いが、低速と高速でのトライボロジー特性を大きく変えたものと考えられる。
インテリジェントバッファを用いたCAMACデータ収集の高速化

原子核素粒子の実験のデータ収集はCAMACシステムが用いられることが多い。CAMACを用いる測定系では、データ収集に当って計算機との間にLAM割込み、CAMAC I/O処理が必要となる。これらの処理に当ってはソフトウェアの介在により数m秒の時間を要する。このためデータ収集頻度は100KHz程度となる。この頻度をKHz程度に上げるためにインテリジェントバッファ(IB)を製作した。このIBは、CAMACモジュールが収集したデータをIBのバッファ内に格納し、LAM割込み、CAMAC I/O処理の発生頻度を減らし、データ収集の頻度を格段に向上させるものである。IBはモジュールの場所を指定するNスイッチ,モジュール内の有効データ領域を指定するAスイッチと3個のスイッチを備え、ハード的にモジュールのデータを吸い上げる。またIBのバッファ内に吸い上げられたデータ数が所定の値になると、計算機に対してLAMを発生し、データの読み出しを要請する。データの読み出しはリピート・モードで行なわれ、1回のI/O動作命令で完了する。IBは8KWのバッファを有し、モジュール1個毎にIBが設置される。製作されたIBは、1.6μ秒のサイクルで動作をし、モジュールから1.2MB/秒の速度でデータ吸い上げが出来る。また動作開始信号の入力から実際の動作が始まるまでの時間は約1.55μ秒である。またIBと計算機との間も1.2MB/秒の動作は可能であるが、核研システムのブランチ・ドライバーの能力(500KB/秒)に抑えられている。このIBを用いて、1台の16チャネルADCを用いる実験では、データ収集頻度は約6KHzとなったが、複数のIBを用いる実験では、その台数に比例して収集頻度は下がるが、KHzの当初の目的は達成された。ニュートリノ質量実験やSFサイクロトロンの実験に十分に使用出来るものが製作出来た。
ニューロモジュレーターであるセロトニン動態から見た睡眠時ブラキシズム発症機序解明

岡山大学歯学部6年時生全員を対象に自宅にて3日間連続してSB頻度を測定させ,同時にSB測定の翌朝採取した静脈血より血小板分画中のSERT量,総蛋白質量およびSERTによる5-HT取り込み能(取り込み量,取り込み速度,親和性)を計測した。解析対象被験者(男性/女性;22名/21名,平均年齢25.4+/-2.56歳)の3日間のSBレベルとSERTの5-HT取り込み量との間には,有意な負の相関が認められた(p<0.05, ρ=-0.31,Spearmanの順位相関係数)。これより睡眠時ブラキシズムの頻度にはSERTによる5-HT輸送能の差異が関与していた。目的我々の予備的検討から,SB頻度とセロトニン(5-HT)神経終末の濃度制御機能の1つであるセロトニントランスポーター(SERT)の5-HT取り込み能とSB頻度に関係が認められた。しかし,SB頻度とSERT輸送能の関係は未だ十分明らかでない。そこで本研究では,SB頻度とSERT輸送能の関係を解明することを目的に横断研究を行った。方法被験者は,平成23年度岡山大学歯学部6年時生全員59名(男性/女性;31名/28名,平均年齢25.4+/-2.32歳)のうち,除外基準に合致しない者全員とした。除外対象は,動的矯正治療中の者,過去6ヶ月以内に中枢性向精神薬を服用もしくは口腔内装具を使用した者およびアトピー性皮膚疾患を有する者とした。被検者は自宅にて3日間連続してSB頻度を測定させ,そのスコアの総和を各被験者のSBレベルとした。この一連のSB測定が終了した午前8時30分から午前9時の間に各被験者より静脈血を16ml採取した。末梢血中の血小板分画中のSERT量,総蛋白質量およびSERTによる5-HT取り込み能(取り込み量,取り込み速度(Vmax),親和性(km))について計測を行った([3H]5-HT uptake assay)。これら分画SERT量,5-HT取り込み能と連続3日間のSBレベルとの関連ならびにVmax,kmとの関連についても検討を行った。結果最終解析対象被験者43名(男性/女性:22名/21名,平均年齢25.4+/-2.56歳)の3日間のSBレベルの総合とSERTによる5-HT取り込み量との間には,有意な負の相関が認められた(p<0.05,ρ=-0.31,Spearmanの順位相関係数)。一方,SBレベルの総和と血小板量,SERT量,Vmax,kmとの間には,有意な相関は認められなかった(p=0.08,0.15,0.71,0.68,Spearmanの順位相関係数)。以上より,睡眠時ブラキシズムの頻度にはSERT量の多寡ではなく,SERTによる5-HT輸送能の差異が関与している可能性が示された。本研究では筋電図(EMG)ベースの簡易貼付型ブラキシズム測定装置(BiteStrip®)の測定精度についてPolysomnography(PSG)検査と比較検討を行った。対象は,個性正常咬合を有する健常者とした。(岡山大学大学院医歯薬学総合研究科疫学研究倫理委員会承認第602号)。BiteStripは就寝中の4時間分の咬筋筋活動をサンプリング周波数1 Hzにて経時的に記録し,最大噛みしめ量の30 %を超える筋活動の回数を計測する。PSG測定は,音声ビデオ撮影を含むPSG検査とBiteStrip検査を一夜終夜同時測定した。PSG検査は,脳波計(Neurofax EEG-9200)を用いて脳波,眼電図,心電図,筋電図(頤筋,両側咬筋,両側前脛骨筋),呼吸,体位,血中酸素飽和度(SpO2)を測定した。この測定は,事前に十分なキャリブレーションを行った1名の研究者が全例施行した。睡眠ステージ判定は外部解析施設に委託し,各種の検査所見より総睡眠時間,睡眠効率,睡眠潜時,睡眠ステージを算出した。PSG検査より得られた両側咬筋の筋電図からLavigneらの判定基準に則り睡眠時ブラキシズム(SB)イベントの判定を行った。その後,録画画像からSB以外の口腔顔面活動による筋活動イベントを解析対象から除外した。これら一連の筋電図から筋バースト抽出に関する解析は,外部の共同研究者に依頼した。PSG検査によるSB数とBiteStrip®スコアとの相関係数を算出した。被験者17名中,睡眠効率が80%以下であった3名を除外した14名(男性10名,女性4名,平均年齢31.5±5.7歳)を最終解析対象とした。

PSG検査による筋バースト数,エピソード数,SB数は,それぞれBiteStrip®スコアと有意な正の相関を示した(ρ=0.80, p=0.04,ρ=0.77,Spearman順位相関係数)。我々の予備的検討から,SB頻度とセロトニン(5-HT)神経終末の濃度制御機能の1つであるセロトニントランスポーター(SERT)の5-HT取り込み能とSB頻度に関係が認められた。しかし,SB頻度とSERT輸送能の関係は未だ十分明らかでない。そこで本研究では,SB頻度とSERT輸送能の関係を解明することを目的に横断研究を行った。被験者は,平成23年度岡山大学歯学部6年時生全員59名(男性/女性;31名/28名,平均年齢25.4+/-2.32歳)のうち,除外基準に合致しない者全員とした。被検者は自宅にて3日間連続してSB頻度を測定させ,そのスコアの総和を各被験者のSBレベルとした。この一連のSB測定が終了した午前8時30分から午前9時の間に各被験者より静脈血を16ml採取した。末梢血中の血小板分画中のSERT量,総蛋白質量およびSERTによる5-HT取り込み能(取り込み量,取り込み速度(Vmax),親和性(Km))について計測を行った([3H] 5-HT uptake assay)。これら分画SERT量,5-HT取り込み能と連続3日間のSBレベルとの関連ならびにVmax, Kmとの関連についても検討を行った。最終解析対象被験者43名(男性/女性;22名/21名,平均年齢25.4+/-2.56歳)の3日間のSBレベルの総和とSERTによる5-HT取り込み量との間には,有意な負の相関が認められた(p<0.05, ρ=-0.31,Spearmanの順位相関係数)。一方,SBレベルの総和と血小板量,SERT量,Vmax,Kmとの間には,有意な相関は認められなかった(p=0.08, 0.15,0.71, 0.68,Spearmanの順位相関係数)。以上より,睡眠時ブラキシズムの頻度にはSERT量の多寡ではなく,SERTによる5-HT輸送能の差異が関与している可能性が示された。我々はこれまでに,睡眠時ブラキシズム(SB)の発症頻度とセロトニントランスポーター(SERT)によるセロトニン(5-HT)動態調節機能との関連を明らかにしてきた。その結果,重度SB被験者と軽度SB被験者の総SERTならびに各SERTの5-HT取り込み量を測定した結果,重度SB被験者に比べ軽度SB被験者のほうが有意に高い結果となった。この結果から,睡眠時ブラキシズム頻度はSERTの5-HT取り込み量と関連する可能性が示唆された。しかし,日間変動を呈することが明らかなSB頻度に対して,5-HT神経系終末の5-HT濃度調節機能に短期の機能変動が生じるのかについての検討はなされていない。そこで本研究では,日間変動を有するSB頻度と5-HT機能の変動との関連を解明することを目的とした。申請では,動物モデルにて縫線核部の神経伝達物質の濃度測定を行う予定であったが,その仮説形成の上で,SERT機能の短期変動を確認しておく必要性は非常に高い。そのため,平成26年度は予定を変更して,ヒトSB測定の簡便に行う事が可能なバイトストリップの診断精度についての検討(Diagnostic Accuracy Test)を行った。健常者17名(男性11名,女性6名,平均年齢31.5±5.2歳)を対象に,動画撮影を含むPSGによる咬筋筋活動(EMG)検査と簡易貼付型SB測定装置(BiteStrip○R)によるSB測定を終夜同時に行った。PSG検査結果をもとにLavigneらの評価基準を黄金率として, BiteStrip○Rの各カットオフレベルでの感度・特異度を算出した。
プロスタグランジントランスポーターと細胞内外受容体を介する腫瘍増殖制御機構の解明

ヒト培養細胞(前立腺癌;LNCaP, PC3, DU145,正常前立腺上皮細胞;PrEC)およびヒト前立針生検検体、膀胱癌、腎癌を標本として、real-time PCR法により、プロスタグランジン(PG)合成系(COX-1,COX-2)、同分解代謝系(prostaglandin transporter PGT, 15-hydroxy-prostaglandin dehydrogenase PGDH)、EP受容体(EP1-EP4)のmRNAレベルの発現定量を試みた。laser capture microdissectionにより、前立腺針生検検体では対照として前立腺肥大上皮細胞を同一標本より、また膀胱癌では同一固体より正常膀胱粘膜上皮細胞を、腎癌では同一標本から正常尿細管上皮細胞を補足した。PrECで発現していたCOX-1, COX-2はいずれの培養前立腺癌細胞でも発現が著しく低下していた。PC3とdihydrotesosteroneの存在下に培養されたLNCaPではPGTの発現の減少(5分の1以下)と著しいPGDHの過剰発現(約258倍)を認めた。DU145ではこれとは逆に、PGTの過剰発現とPGDHの極端な発現の減少(約20分の1以下)を認めた。前立腺針生検検体、ヒト膀胱癌組織では、PC3などと同じ発現パターンの変化を認めた。この傾向と、Gleason scoreとの相関は認めなかった。ヒト腎癌では対照との違いがなかった。また、EP状態の発現は癌の種類に特異的な一定の傾向を示した。PG分解代謝系遺伝子群も、産生系遺伝子群の発現異常とともに発現の状況を変化させることにより、細胞内外におけるPG環境を特定の異常状態導き、細胞内外に存在する特異的受容体を介して発癌、細胞増殖、アポトーシスシグナリングの制御に関わっていることが予想される。検体採取およびその検索について同意の得られた前立腺針生検標本をサンプルとしてreal-time PCRによるmRNAレベルの発現定量を試みた。採取された検体をOCT compound内に包埋しドライアイスで凍結保存後にクライオスタットで切片を作成し、これをHistogene staining kitで染色しlaser capturemicrodissection法により前立腺癌細胞、正常前立腺上皮細胞からのRNAを同一前立腺生検標本より抽出した。このあと、逆転写反応により作成したfirst strand cDNAをサンプルとしてgene specific primerを用いて、COX1,COX2,PGT, PGDH,β-actinについて定量的PCRを行った。いくつかの標本については良好な結果が得られたものの、RNAの収量が極端に少ないものや、house-keeping geneの定量結果も不良なものがいくつか存在したため、統計的処理を行うにいたらなかった。原因として、最初に得られた前立腺針生検検体そのものの経時的荒廃、採取後のサンプル処理によるRNA degradation、とくに染色によるdegradationが考えられた。採取された前立腺針生検検体は液体窒素で素早く凍結保存後速やかにその後の処理を行い、染色は、Histogene staining溶液の40倍希釈液による染色とした。また、その後のRNA抽出法や逆転写反応についてもより高効率なキットを用いて行うこととした。これらの改善により、前立腺針生検検体に関して、良好なRNAを生検検体から抽出し、real-time PCRによりmRNAレベルの発現定量をおこなう一連の方法は確立された。現在、前立腺生検標本のみならず、腎癌、膀胱癌標本に関しても定量分析中である。検体採取およびその検索について同意の得られた前立腺針生検標本および手術検体をサンプルとしてreal-time PCRによるmRNAレベルの発現定量を試みた。採取された検体をOCT compound内に包埋しドライアイスで凍結保存後にクライオスタットで切片を作成し、これをHistogene staining kitで染色しlaser capture

microdissection法によりtotal RNAを抽出した。このあと、逆転写反応により作成したfirst strand cDNAをサンプルとしてgene specific primerを用いて、COX1,COX2,PGT,PGDH,β-actinについて定量的PCRを行った。前立腺生検検体からは前立腺癌細胞とコントロールとして前立腺肥大症上皮細胞を、腎臓検体からは腎癌細胞とコントロールとして正常尿細管上皮細胞を、また膀胱検体からは膀胱癌細胞とコントロールとして正常膀胱粘膜移行上皮細胞をcaptureした。結果は、それぞれの臓器別にPGT,PGDHの発現量に特徴的な相違があった。また、コントロールとの比較において、腎臓癌細胞、前立腺癌細胞においてはPGDHの発現量がPGTの発現量に比べて有意に上昇していた。膀胱癌細胞に関しては、コントロールと比べて有意な発現量の変化を認めなかった。また、COX1,COX2についてはいずれの細胞においても発現量が少なかった。プロスタグランジン分解代謝に関わる遺伝子群も、プロスタグランジン産生系遺伝子群の発現異常と協調して発現の状態を変化させることにより、細胞内外におけるプロスタグランジン環境を特定の異常状態に導き、細胞内外に存在する特異的受容体を介して発癌、細胞増殖、アポトーシスシグナリングの制御に関わっていることが予想される。
能狂言面の制作年代および作者に関する総合的研究

能狂言面は舞台で用いる道具として伝来したため、能楽の宗家では作品として見せること、調査を受け入れることはほとんどなかった。本研究では宗家の面と大名家、社寺に伝来した面を対象に、樹種、木取り、構造、彩色、銘文、保存状態に着目して調査する。同時にさまざまな角度から写真撮影して作品相互の比較を可能にする。また、能面には剥落や傷まで写すという文化があるので、細部の拡大撮影も行なう。東京国立博物館収蔵の面についてはX線CT、蛍光X線分析などの科学的調査も実施する。面に付属する面袋等、一緒に伝来した装束も調査することにより、コレクションの特質を探る。文献資料と照らし合わせて収集、管理等の歴史をたどる。
磁化プラズマにおけるバーガース渦形成とそのダイナミックス

これまで無限遠で発散することから捨てられてきた解(異常解)も有限空間の下では物理的解として実効性を持つことを示して、観測されている台風様渦の構成に成功したが、軸方向の流れ場については、十分理解できていなかった。今年度はこの軸方向流れの解明にとりくみ、解の基本構造を明らかにした。周方向流れはそれ自体で閉じているが、径方向流れは、とりわけ中心に向かう流れは、吸い込み口がない限り、軸方向の流れへ変換されなければ流れの連続性が保障されない。このため、連続の式と軸方向流れに対する運動方程式を連立して解くことになる。軸方向のゼロ次の流れに対する方程式は2次方程式となって、2つのブランチが出てくるが、それに応じた流れの変動場はそれぞれ、第1種ベッセル関数と、変形ベッセル関数であらわされることがわかり、実験結果を再現することが出来た。ただし、この流れ場は上流側で逆流、下流側で順流となり、流れのどこかに湧き出しが存在することを意味しているが、その湧き出しは実験でも確認しておらず、今後の課題である。磁化プラズマにおける構造形成の研究は、渦格子、スパイラル渦、多重極渦など、実験と理論の両面から進められてきた。EXBドリフトに起因する回転運動を基礎に、プラズマの生成に依存して様々なタイプの構造が形成されることが調べられてきている。その中で特異なものが台風様渦である。速度場の計測データから、流体でよく調べられているバーガース渦の近傍解と対応するものであると指摘されていたが、粘性を考慮しただけではバーガース解を構成することは出来ず、従って台風様渦の広がりから求めた粘性の大きさが異常に大きいという指摘の基礎も危ういことがわかった。台風様渦は弱電離プラズマに於いて観測されるもので、流体とのアナロジーから粘性だけでバーガース渦が出来るとしたものであるが、プラズマは2流体であり、磁化によって渦運動にはイオンと電子がともに同等の寄与をするため、イオンだけの1流体では結果を説明できないためである。このため粘性のみならず衝突を考慮する必要がある。衝突は中性粒子とのそれが主要である。以上からイオンと電子の連続の式、運動方程式から軸方向には一様な軸対称解を求めて、実験結果を再現する結果を得た。この近軸解はバーガース渦となっているが、流体のバーガース解では渦の広がりが粘性を中心での渦度で除したものの平方根に比例するのに対し、プラズマでは渦の広がりはイオン粘性をイオン音波速度で除したものにイオン-中性粒子衝突時間と電子-中性粒子衝突時間の比をかけたもので表される。結果としてイオン粘性は古典的なものと比べて異常に大きなものであるが、流体のバーガースのそれとは異なる物理が背後にあるといえる。この結果は現在論文にまとめているところである。また、径方向速度が中心向きであるため、同じ極性をもつ2つの渦は互いに接近することになる。これは互いに他の周りを回るオイラー渦とは異なっており、電子プラズマで観測されている渦の融合はそれらがオイラー渦ではないことを示していると思われる。核融合科学研究所の基礎実験グループによって観測された台風様渦の形成メカニズムに関する理論構築を行ってきたが、重要な成果をあげた。これまでプラズマにおける渦励起は、E x Bドリフトに起因するものと広く考えられてきたが、E x Bには2種類存在することを明らかにし、台風様渦の発生に関与しているものは今回明らかにした異常E x Bドリフトによることを示した。プラズマの回転に関与する力にはそもそもローレンツ力、ポテンシャル力(圧力を含む)、遠心力があるが、これまで受け入れられてきたE x Bドリフトはポテンシャル力とローレンツ力がバランスするものとして記述され、したがって境界(無限遠)でゼロに収束するものであった。これに対して、異常E x Bドリフトはローレンツ力と遠心力が釣り合うようなものであり、したがって中心部では常に剛体回転をし、無限遠でゼロにはならないものである。もちろん、遠心力が効くほどの回転運動を引き起こすのはポテンシャル力であるが、これまでは遠心力を問題にするほど大きな回転速度をもつプラズマを手に入れていなかったため、無限遠でゼロにならないから物理的でないとして捨てられてきたと思われる。しかし渦励起に伴い渦内部と外部では異なる運動様式が生まれることがあり、このため異常E x Bドリフトが渦中心部で局所的に成立する事によって、矛盾のない理解を定式化することができた。

この異常E x Bドリフトが励起される系では、遠心力と圧力がバランスするように中心部の密度が掘れることになり、結局台風様の渦に結果することも示された。また大きなドリフトを引き起こすほどに大きいポテンシャルは、中心部の密度の薄いところに向かってイオンが流れ込むことにより、イオンリッチとなる事による。異常E x Bの存在を明らかにしたことが評価されてXXVII ICPIG2005(電離気体現象国際会議2005年7月、オランダ、アイントホーフェン)で「Best Poster Award」を受賞した。これまで無限遠で発散することから捨てられてきた解(異常解)も有限空間の下では物理的解として実効性を持つことを示して、観測されている台風様渦の構成に成功したが、軸方向の流れ場については、十分理解できていなかった。今年度はこの軸方向流れの解明にとりくみ、解の基本構造を明らかにした。周方向流れはそれ自体で閉じているが、径方向流れは、とりわけ中心に向かう流れは、吸い込み口がない限り、軸方向の流れへ変換されなければ流れの連続性が保障されない。このため、連続の式と軸方向流れに対する運動方程式を連立して解くことになる。軸方向のゼロ次の流れに対する方程式は2次方程式となって、2つのブランチが出てくるが、それに応じた流れの変動場はそれぞれ、第1種ベッセル関数と、変形ベッセル関数であらわされることがわかり、実験結果を再現することが出来た。ただし、この流れ場は上流側で逆流、下流側で順流となり、流れのどこかに湧き出しが存在することを意味しているが、その湧き出しは実験でも確認しておらず、今後の課題である。
認知症の予防・改善作用を有する天然物由来抗酸化物質の探索

平成21年度研究成果では、MSはアルツハイマー病(AD)予防・改善作用と難病である筋委縮性側索硬化症改善作用の両作用を兼ね備えた機能性物質、さらには医薬品としての可能性があることを見出した。この成果を踏まえ、正常ラット、さらにはADモデルラットの空間認知機能に及ぼすMSの影響について検討を行った。方法:ラットにMSを7週間投与しながら8走路放射状迷路評価法により検討を行った。空間認知機能を評価後、βアミロイド蛋白(Aβ)を脳室内に持続注入して誘発される空間認知機能障害への影響について再度空間認知機能を評価した。結果I:試行回数の増加に伴い、1)作業記憶エラー数、正選択数には影響が認められなかった。2)参照記憶エラー数はMS投与群では有意に低下した。結果II:MS投与群ではAβ群にくらべて、参照・作業記憶エラー数には有意な影響を及ぼさなかった。結語:MSは空間認知機能を改善する可能性はあるものの、AD予防改善物質としての可能性は今後さらに検討していく必要がある。2)緑茶カテキンの医療応用平成21年度では、若・老齢ラットいずれにおいても緑茶カテキンを6ヶ月間摂取することによる空間認知機能改善効果が見出された。本年度は緑茶カテキンの認知機能改善効果とAD予防効果の機序を検討した。結果1)若・加齢ラットともに、酸化ストレスの指標である血漿と海馬の過酸化脂質量は有意に低下した。しかしながら血漿の抗酸化能(FRAP)は、老齢ラットでは増加するが、若齢ラットでは影響が認められなかった。2)ADモデルラットでは大脳皮質のAβ量と過酸化脂質量は増加するが、緑茶カテキン投与ADモデルラットではこれらの値は有意に低下した。結語:緑茶カテキンによるラット空間認知機能向上効果機序には若・老齢ラットで異なることが推察された。また、緑茶カテキンによる海馬へのAβ沈着予防効果が示唆された。1)若・老齢ラットの空間認知機能への緑茶カテキンの効果5週齢の若齢ラットと約80週齢の老齢ラット夫々に、6ヶ月間にわたり緑茶カテキン(約25mg/kg/日)を投与した後空間認知機能を評価したところ、若齢、老齢ラットいずれ場合でも緑茶カテキンによる空間認知機能向上効果が認められた。老齢になってからでも緑茶カテキンによる認知機能向上効果が見出されたことは特筆すべきであり今後の研究の展開が期待される。2)緑茶カテキンの認知機能向上効果のメカニズムの解明i)緑茶カテキンによる海馬・大脳皮質の抗酸化増強作用のメカニズムの解明ii)緑茶カテキンによる海馬での神経新生促進作用緑茶カテキンを6ヶ月間投与したラットでは分裂細胞マーカーであるBrdUが海馬歯状回で増加することを見出し、緑茶カテキンによる神経幹細胞からニューロンへの分化誘導作用を明らかにした。3)madecassosideによるアミロイドβタンパク(Aβ)凝集抑制作用ツボクサは道端の野草であるが、インドでは神経症治療・体質改善の薬草としてアーユルベーダ医学の教本に記載されているくらい古くから使用されていた。その成分であるmadecassoside(MS)の純度97%を入手して、アルツハイマー病発症の主要な原因タンパクであるβアミロイド蛋白(Aβ)に作用させると、濃度依存的にAβ凝集が抑制されることを見出した。
形状・照明・反射率を含めた環境全体の高精細３次元復元

本研究の目的は,異なる時刻・視点で撮影された画像から,カメラ・物体の3次元幾何情報とともに,撮影時の光源分布と物体の表面反射率の推定を行うMulti-View Inverse Rendering(MVIR)を格段に発展させることにある.H30年度は,プロジェクト2年目のテーマとして主に「スケーラブルMVIR」,「フォト・ジオメトリックバンドル調整」に関する研究を行った.また,「光源モデルの拡張」に関しても研究を開始した.「スケーラブルMVIR」では,従来のMVIRで課題となっていたスケーラビリティ・計算効率の問題に対して取り組み,従来のMVIRと同等の精度を保ちつつ計算速度を向上させるアルゴリズムを開発した.H29年度に開発したアルゴリズムに改良を加え,新しいサーフェス平滑化拘束を導入することで,よりロバストかつ高精度に復元が可能なアルゴリズムを開発した.得られた成果はまとまり次第,論文投稿予定である.「フォト・ジオメトリックバンドル調整」では,従来のMVIRでは既知としていたカメラ位置と向きの推定を含めたアルゴリズム・コスト関数を設計した.さらに,後述する近接光源モデルを想定した場合に,光源位置も同時に推定するアルゴリズムを開発し,実験的にその有効性を確認した.得られた成果は,国際会議に論文投稿中である.「光源モデルの拡張」では,プロジェクタを活用した近接光源モデルに基づくアルゴリズム・コスト関数を設計した.プロジェクタによる構造化照明投影とMVIRの枠組みを融合することで,より高精細な復元を行えるシステムを開発した.開発したシステムは高く評価され,画像センシングシンポジウム(SSII2018)での受賞に至っている.研究プロジェクト2年目として,主に3つのテーマについて研究を進めた.「スケーラブルMVIR」については性能評価の段階にあり,成果がまとまり次第,論文を投稿予定である.「フォト・ジオメトリックバンドル調整」「光源モデルの拡張」に関しては,一部の成果を国際会議・国内会議で発表している.特にプロジェクタを活用したシステムはその有用性を高く評価されており,国内会議での受賞に至っている.研究に必要な計算機や撮影環境等の整備も順調に進み,研究はおおむね順調に進んでいると評価できる.今後は当初の計画通り「光源モデルの拡張」「反射率モデルの拡張」の研究を中心に取り組む.「光源モデルの拡張」は,H30年度の研究で得られた成果をベースとして,RGBモデルから分光スペクトルモデルへの拡張を行うことで,より忠実な光源モデルの実現を目指す.「反射率モデルの拡張」は,現在のRGB完全拡散反射モデルを発展させ,分光反射率モデルや鏡面・相互反射を考慮したモデルへの拡張を行うことで,復元対象の光学的性質をより忠実に表現可能な反射率モデルの実現を目指す.本研究の目的は,異なる時刻・視点で撮影された画像から,カメラ・物体の3次元幾何情報とともに,撮影時の光源分布と物体の表面反射率の推定を行うMulti-View Inverse Rendering (MVIR)を格段に発展させることにある.H29年度は,プロジェクトの初年度として主に「スケーラブルMVIR」,「フォト・ジオメトリックバンドル調整」に関する研究を行った.「スケーラブルMVIR」では,アルゴリズム,数値計算手法の検討及び開発を進めた.MVIRで解くべき最適化問題は必然的に大規模非線形最適化問題となり,これまでに提案したMVIR手法の枠組みでは,処理可能な画像枚数,サイズに限界がある.したがって,メモリ及び計算効率の良いアルゴリズムの開発は不可欠である.スケーラブルMVIRでは本課題について取り組み,coarse-to-fineアプローチによる計算効率の良いアルゴリズムを開発,実装した.これまでのMVIRと同等の精度の環境復元を行いながらも高速化を実現出来ることを実験を通して確認し,現在成果をまとめ,投稿準備中である.「フォト・ジオメトリックバンドル調整」では,理論的背景を整理したうえで,アルゴリズムの検討,開発を行った.これまでのMVIRでは,カメラの位置と向きは既知であるものとして最適化の対象として扱っていなかった.予備実験を通して,高精度な環境復元を行う上では,カメラ位置と向きの高精度推定も行う必要があると判断し,カメラ位置と向きの推定を含めたコスト関数を設計,実装を行った.現在,復元結果の精度評価中であり,成果がまとまり次第,国際会議等へ投稿予定である.また,並行して,MVIRに有効な3Dモデル(形状)を取得するための撮影システムを開発,国際会議で発表した.このシステムでは,プロジェクタカメラシステムとSfM(画像からの形状復元)を融合したものであり,その実用性が高く評価され受賞に至っている.研究プロジェクト1年目として,主に2つのテーマについて研究を進めた.「スケーラブルMVIR」については,アルゴリズムの開発,実装が進み,性能評価の段階にある.「フォト・ジオメトリックバンドル調整」に関しては,一部の成果を,国際会議,学会発表で発表している.研究に必要な計算機環境等の整備も順調に進み,研究は順調におおむね進んでいると評価できる.本研究の目的は,異なる時刻・視点で撮影された画像から,カメラ・物体の3次元幾何情報とともに,撮影時の光源分布と物体の表面反射率の推定を行うMulti-View Inverse Rendering(MVIR)を格段に発展させることにある.H30年度は,プロジェクト2年目のテーマとして主に「スケーラブルMVIR」,「フォト・ジオメトリックバンドル調整」に関する研究を行った.また,「光源モデルの拡張」に関しても研究を開始した.

「スケーラブルMVIR」では,従来のMVIRで課題となっていたスケーラビリティ・計算効率の問題に対して取り組み,従来のMVIRと同等の精度を保ちつつ計算速度を向上させるアルゴリズムを開発した.H29年度に開発したアルゴリズムに改良を加え,新しいサーフェス平滑化拘束を導入することで,よりロバストかつ高精度に復元が可能なアルゴリズムを開発した.得られた成果はまとまり次第,論文投稿予定である.「フォト・ジオメトリックバンドル調整」では,従来のMVIRでは既知としていたカメラ位置と向きの推定を含めたアルゴリズム・コスト関数を設計した.さらに,後述する近接光源モデルを想定した場合に,光源位置も同時に推定するアルゴリズムを開発し,実験的にその有効性を確認した.得られた成果は,国際会議に論文投稿中である.「光源モデルの拡張」では,プロジェクタを活用した近接光源モデルに基づくアルゴリズム・コスト関数を設計した.プロジェクタによる構造化照明投影とMVIRの枠組みを融合することで,より高精細な復元を行えるシステムを開発した.開発したシステムは高く評価され,画像センシングシンポジウム(SSII2018)での受賞に至っている.研究プロジェクト2年目として,主に3つのテーマについて研究を進めた.「スケーラブルMVIR」については性能評価の段階にあり,成果がまとまり次第,論文を投稿予定である.「フォト・ジオメトリックバンドル調整」「光源モデルの拡張」に関しては,一部の成果を国際会議・国内会議で発表している.特にプロジェクタを活用したシステムはその有用性を高く評価されており,国内会議での受賞に至っている.研究に必要な計算機や撮影環境等の整備も順調に進み,研究はおおむね順調に進んでいると評価できる.平成30年度は,「スケーラブルMVIR」「フォト・ジオメトリックバンドル調整」については,アルゴリズム開発,実装等,順調に進んでいるため今後も継続し完成度を高める.新たに開始予定のテーマ「光源モデルの拡張」についても,すでに予備調査を進めており,当初の計画通りに研究を開始する予定である.今後は当初の計画通り「光源モデルの拡張」「反射率モデルの拡張」の研究を中心に取り組む.「光源モデルの拡張」は,H30年度の研究で得られた成果をベースとして,RGBモデルから分光スペクトルモデルへの拡張を行うことで,より忠実な光源モデルの実現を目指す.「反射率モデルの拡張」は,現在のRGB完全拡散反射モデルを発展させ,分光反射率モデルや鏡面・相互反射を考慮したモデルへの拡張を行うことで,復元対象の光学的性質をより忠実に表現可能な反射率モデルの実現を目指す.