hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
C_<60>プラズマ生成法の確立とその応用

本研究計画に基づき、コンパクトで高真空達成可能な機動性に富む真空容器、強磁場発生用コイル及びプラズマ生成電源から成るC_<60>プラズマ生成新装置を完備し、これまでに以下に述べる成果を得てきた。1.プラズマ中へのC_<60>導入に関し、一方向噴射方式から四方向噴射方式オ-ブンに改めた結果、直径2cmのコアプラズマに対し半径方向に大きく広がった直径8cmのC_<60>負イオンプラズマを生成することに成功した。この領域の電子密度に対するC_<60>負イオン密度の割合を10^4台以上にまで引き上げることができ、高効率のC_<60>プラズマ生成を達成できた。2.この場合のC_<60>^-密度の半径方向分布形状はK^+及び残留電子密度の分布と全く異なることが、改良型イオンセンシティブプローブの測定により判明した。従って、これまで得られたC_<60>^-イオンが関与したドリフト波型不安定性の振る舞いとC_<60>^-イオン生成領域における局所ポテンシャル形成の機構を解明するためには、さらに詳細な実験を継続する必要があることが明らかになった。3.このようにして確立されたC_<60>プラズマ生成法の応用として、プラズマ柱端に設置したガラスまたはシリコン基板上にC_<60>とKから成る薄膜を形成し、プラズマパラメータ及び基板のバイアス電位を変え膜質及び膜構造の変化を測定した。その結果、基板バイアスをプラズマ空間電位に対して負から正へ変化させることにより、形成された薄膜中のKとC_<60>の組成を制御することに成功し、薄膜の表面粗さの劇的な推移及び絶縁体から金属相への10^8桁にわたる導電率の推移が観測された。さらに正バイアス領域では、C_<60>^-ケージ六員環直径よりも大きい直径を有するK^+をそのケージ内に初めて挿入し、金属内包フラーレン(KC_<60>)の生成に成功した。本年度申請備品であるC_<60>プラズマ生成用真空装置が納入されるまでの期間は、背景真空度、装置サイズ、磁場強度などにおいて不完全であるが、現有設備(Q_γマシーン)により予備実験を行った。その結果、以下に述べる成果を得ている。1.接触電離カリウムプラズマ中に、一方向噴射方式オ-ブンを用いて昇華温度約400°CのC_<60>を入射することにより、電子付着の結果生成されるC_<60>負イオン密度が電子密度より約10倍大きいK-C_<60>プラズマの生成に成功した。2.このプラズマの負イオン交換率の確定及びイオン種同定を、ラングミュアプローブの特性曲線測定、イオンサイクロトロン共鳴を原理とするオメガトロン分析器によるスペクトル測定、プラズマ中に挿入されたグリッドにより励起されたイオン音波の伝搬測定によって行い、それらの結果の間の定性的一致を確かめた。3.生成された極端に重い質量のK-C_<60>負イオンプラズマにおいて、負イオン交換率を増加していくに従い、条件によってコヒーレントあるいは乱流的な低周波プラズマ不安定波が顕著に現れることを観測した。一方、コンパクトでかつ高真空度達成及び強磁場発生可能な機動性に富む新設装置が納入され、据え付け調整及び真空テストを経て実験開始に到っている。最初に、負イオン交換率を上述の予備実験における値の10倍以上に上昇させることを目標に、これまで用いてきた一方向噴射方式に代わって四方向噴射方式オ-ブンを設置し、プラズマ中へのC_<60>導入を行っている。

平成6年度後半に納入された、コンパクトでかつ高真空度達成可能な機動性に富む新設真空容器に加えて、本年度申請備品である磁場発生用コイル及び接触電離プラズマ生成用直流電源を新たに据え付けて装置を完備させながら、以下に述べる成果を得ている。1.旧装置で生成されている極端に重い質量のK-C_<60>負イオンプラズマにおいて、負イオン交換率を増加していくに従い、ブロード及びコヒーレントな周波数スペクトルを有する二つの低周波(10kHz以下)不安定波動が観測された。これらの円周方向と磁力線方向の位相速度及び磁場、半径方向電場などのパラメータ依存性を詳細に調べた結果、前者は負イオンプラズマ中の電子と正イオンが関与して電子反磁性ドリフト方向に伝搬するドリフト波であり、後者は正イオンとC_<60>負イオンが関与して初めて現れるくる波動であり、正イオン反磁性方向に伝搬する新しい型のドリフト波であることが判明した。2.更に、上述より高い周波数領域(約10kHz以上100kHz以下)には、ブロードなスペクトルを有する負イオン音波不安定性が存在することを突き止めた。この場合、プラズマ柱の中央付近に設置されているC_<60>噴射円筒領域には磁力線方向における静電ポテンシャルの局所的なデイップ(へこみ)が存在することが明らかになり、現在この局所ポテンシャル形成と負イオン音波不安定性発生の関係を調べている。3.新設装置においては、背景真空度が旧装置に比べて10倍以上改善され、かつ最大磁場強度も4kGから10kG以上にに増強され、この時にもプラズマを安定に発生することに成功した。現在、C_<60>導入用オ-ブンとしてこれまで用いてきた一方向噴射方式に代わって四方向噴射オ-ブンを設置して、K-C_<60>プラズマの負イオン交換率を従来の10倍以上に上昇すべく努力をしている。コンパクトで高真空達成可能な機動性に富むC_<60>プラズマ生成新装置を完備し、最終年度において以下に述べる成果を得ている。1.プラズマ中へのC_<60>導入に関し、一方向噴射方式から四方向噴射方式オ-ブンに改めた結果、直径2cmのコアプラズマに対し半径方向に大きく広がった直径8cmのC_<60>負イオンプラズマを生成することに成功した。この領域の電子密度に対するC_<60>負イオン密度の割合を10^4台以上にまで引き上げることができ、高効率のC_<60>プラズマ生成を達成できた。2.この場合のC_<60>^-密度の半径方向分布形状はK^+及び残留電子密度の分布と全く異なることが、改良型イオンセンシティブプローブの測定により判明した。従って、これまで得られたC_<60>^-イオンが関与したドリフト波型不安定性の振る舞いとC_<60>^-イオン生成領域における局所ポテンシャル形成の機構を解明するためには、さらに詳細な実験を継続する必要があることが明らかになった。3.このようにして確立されたC_<60>プラズマ生成法の応用として、プラズマ柱端に設置したガラスまたはシリコン基板上にC_<60>とKから成る薄膜を形成し、プラズマパラメータ及び基板のバイアス電位を変え膜質及び膜構造の変化を測定した。
パラリンピックゲームの3Dリアルタイム放送および再現

本研究において,深度画像上で正確な3Dの手のポーズを取得することに関する研究を行い,IEEE Access誌に採録された.この推定作業の大部分は手の部分があらかじめ与えられているか,または深さ閾値によって容易にセグメント化されることができると仮定する.しかし,様々なシナリオでロバストハンドセグメンテーションを実行するためには,セグメンテーションを自動化する必要がある.提案手法は,深度ビデオの一時的な情報を利用することにより,既存の方法よりも大幅なパフォーマンスの向上が得られる.このことをよく使われるデータセットにより確かめた.さらに、Hand2017 Challengeの3Dハンドポーズトラッキングタスクでもトップレベルの結果を達成した.本研究で得られたプログラムの実装をGitHub上で公開した( https://github.com/shibatch/rectdetect ).また,本研究の総合的な成果をIEEE Transactionsに投稿するための準備を進めている.成果物の実装は完了しているが,ほかの手法と比較するためにはデータセットを作成する必要があるという結論に達したため,データセットを作成するための作業が必要になった.これは,数千枚程度の各種図形が含まれた画像からなり,人の手により正解データが与えられているものである.このデータセットも完成後無料で公開する予定である.この成果は2019年中に論文として仕上げ,投稿することを予定している.また,それ以外に人物照合に関する研究も行った.本研究における重要な要素である,基本図形の認識に関して,カメラで撮影した画像を解析し,長方形を認識するアルゴリズムを開発し,第24回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2016)にてデモ展示を行い,優秀デモンストレーション賞を受賞した[1].このアルゴリズムでは,GPGPUを用いて,画面中の長方形を認識し,三次元位置推定をリアルタイムで行うことができる( https://www.youtube.com/watch?v=HpaY0HOomAI ).今後,論文にまとめ,国際会議およびIEEE Transactionsなどの英文論文誌に投稿することを予定している.画面中の長方形の認識は,長方形が二次元の長方形と見なせる場合いくつかの先行研究があるが,三次元の長方形の認識と位置推定を行った例はほとんどない.また,このような無線ネットワークでのセキュリティを高める研究として,ビザンチン攻撃に態勢のあるルーティングプロトコルに関する研究を行った.競技場など,多数の人々が集まる会場においては,無線システムに対するあらゆる種類の攻撃が想定される.この研究では,従来難しかった,各端末があらゆる種類の攻撃を行う場合においても正常にデータを目的ノードまで送り届けることを可能にする.この研究は,国際会議COMPSACに投稿し,採録となった.上記の通り,三次元長方形のリアルタイム認識アルゴリズムを開発し,実装するところまでが完了している.現在,このアルゴリズムの評価・既存アルゴリズムとの比較を行っており,2017年の夏頃までに結果をまとめ,国際会議に投稿を予定している.本研究においてセキュリティーを改善する手法として,ビザンチン攻撃に耐性のあるルーティングプロトコルに関する研究を昨年度に引き続き行い,情報処理学会論文誌JIPに採録になった.この研究では,攻撃者自身がネットワークの経路に入り込み,パケットを改竄できることを想定し,そのような状況下でも正常に動作するようなMANET用のルーティングプロトコルを提案した.提案するプロトコルは,善意のノードが全てネットワーク中で連結されたトポロジを維持していることを前提とし,善意のノード間でのパケット配送を保証することを目的としている.各ノードは経路中の前後のノードの通信内容を立ち聞きすることができるという前提で,経路中の前後のノードを監視する.隣接するノードが攻撃者であることを検出した場合,攻撃者のノードではなく,善意のノードと攻撃者のノードの間のリンクをネットワークから排除する.これにより,攻撃者が経路に組み込まれることを防止する一方,攻撃者が隣接する善意のノードに対する虚偽の告発を行った場合にも通信には問題が起こらない.また,本研究の要素である,基本図形の認識に関して,引き続きIEEE Transactionsへの投稿を目指し,実験および原稿を執筆している.また,ディープラーニングを使用し,長方形以外の図形の認識も行う予定である.上記の通り,通信部に関して研究成果が論文誌に採択された.画像認識アルゴリズムに関し,平成30年度中に国際ジャーナルへの投稿を予定している.本研究において,深度画像上で正確な3Dの手のポーズを取得することに関する研究を行い,IEEE Access誌に採録された.この推定作業の大部分は手の部分があらかじめ与えられているか,または深さ閾値によって容易にセグメント化されることができると仮定する.しかし,様々なシナリオでロバストハンドセグメンテーションを実行するためには,セグメンテーションを自動化する必要がある.提案手法は,深度ビデオの一時的な情報を利用することにより,既存の方法よりも大幅なパフォーマンスの向上が得られる.このことをよく使われるデータセットにより確かめた.さらに、Hand2017 Challengeの3Dハンドポーズトラッキングタスクでもトップレベルの結果を達成した.本研究で得られたプログラムの実装をGitHub上で公開した( https://github.com/shibatch/rectdetect ).また,本研究の総合的な成果をIEEE Transactionsに投稿するための準備を進めている.成果物の実装は完了しているが,ほかの手法と比較するためにはデータセットを作成する必要があるという結論に達したため,データセットを作成するための作業が必要になった.これは,数千枚程度の各種図形が含まれた画像からなり,人の手により正解データが与えられているものである.このデータセットも完成後無料で公開する予定である.

この成果は2019年中に論文として仕上げ,投稿することを予定している.また,それ以外に人物照合に関する研究も行った.今後,画像解析に関しては,ディープラーニングを用いた認識精度の向上および長方形以外の基本図形の認識について研究を進める予定である.また,撮影した映像を分散・協調的に処理するため,各選手の車椅子に装着したPC間で広帯域な無線ネットワークを構築し,リアルタイムで処理する技術についても今後研究を順次進めていく.画像認識部に関して,実験を通した関連研究との比較を現在進めており,それが終わり次第ジャーナルへの投稿を行う予定である.その後,通信部と画像認識部の結合を行う予定である.次年度使用額は5万円以下であり,おおむね計画通りに研究費を使用している.旅費などの計算が当初の想定と若干違ったため,次年度使用額が生じた.引き続き計画通りに研究費を使用して研究を進める.
軽度発達障害児を対象とした多重感覚刺激に対する新たな注意機能評価機器の開発

注意障害は学習障害や注意欠陥/多動性障害といった発達障害に共通して合併する事の多い症状である。しかし、この注意障害には多動性、不注意、衝動性など様々な症状があり、これらの症状を適切に評価することは、治療上も環境調整を行う上でも重要であるが、方法が未確立である。我々は反応時間課題を用いてこの臨床症状を適切に把握することを目的に、多重感覚刺激を反応課題として取り入れ複数の課題を考案した。本研究ではそれぞれの課題の反応時間と臨床症状との関連、更に作業療法介入を6ヶ月継続した後の臨床症状の変化が反応時間に反映されるかという点について明らかにした。その結果、発達障害に合併する注意の問題は、呈示刺激の空間的な広がりが大きく影響し、注意の空間的な配分と移動という要素が日常の行動特徴と関連が示唆された。また、視覚ノイズはターゲット刺激の位置が固定されている場合には影響せず、空間的要因と結びつくことで2次的に注意機能に影響することが考えられた。この特性は、作業療法を提供することで軽減し臨床症状の改善と呈示刺激を空間的に広く配置した課題の反応時間の短縮とが関連していることが確認できた。本研究は、軽度発達障害児の臨床症状として重複することの多い多動性、不注意、衝動性の3症状と、その背景となる注意障害との関連を明らかにすることを目的に、視覚および聴覚刺激に対するそれぞれの特徴を分析できる評価機器を開発し、臨床症状との関連を分析すること、更に、その結果からリハビリテーションや教育方法に関する提言を行う事を目指している。平成21年度は一部対象者の障害構造および行動上の特性を把握すると伴に、注意機能評価機器の開発と予備実験を行った。平成21年度における研究で参加に同意の得られた対象者は10名で、内4名については注意機能評価を実施できた。注意機能評価機器はCypress Programmable System-on-Chip(PSoC)に、モニター上に添付した光センサーからの刺激を入力することで、刺激提示をソフトウエアから独立させるシステムを開発することで、コンピューター環境に依存しない正確な反応時間を計測できるシステムを構築できた。現在、開発を終えた注意機能評価課題は、1点の刺激が中央に提示された時に反応する呈示条件課題と、8点の中から1点が消失した時に反応する消去条件課題である。4名の対象者では呈示条件課題のみで遅延が認められた者2名、両課題で遅延したのもは1名という結果であった。臨床所見との関連では、4名全員に不注意・多動との観察所見はあったものの、両課題で遅延しなかった者は記憶保持の問題、呈示条件課題で遅延した小野は注意の集中、両課題で遅延した者は注意の配分の問題が示唆される結果であり、行動上の特性から予測される注意機能の問題を、課題間の反応時間の関連から、客観的に評価できていることが示唆され、症状のタイプを分析する上で本検査が有用な手段となると考えている。22年度は症例数を増やすと伴に、更に臨床症状を反映する注意機能課題を開発する予定である。本研究は、軽度発達障害児の臨床症状として重複することの多い多動性、不注意、衝動性の3症状と、その背景となる注意障害との関連を明らかにすることを目的に、様々な視覚刺激に対する反応時間と臨床症状との関連を分析した。平成22年度は平成21年度に引き続き対象者の障害構造および行動上の特性を把握すると伴に、開発した注意機能評価を用いてデータ収集を行った。注意機能評価は(1)黒色の背景画面の中央に固視点が呈示された後,固視点と入れ替わりターゲット刺激が呈示される"1点呈示課題"(2)固視点とターゲット刺激の配置は1点呈示課題と同様であるが,黒色の背景の画面全体に縦横1cm間隔で配置された視覚ノイズが左から右へ移動する"1点呈示妨害課題"(3)固視点から半径10cm面の同心円上の予め決められた8ヶ所の内いずれか1ヶ所にターゲット刺激が呈示される"1点円周呈示課題"(4)1点円周呈示課題に1点呈示妨害課題と同様の視覚ノイズは呈示される"1点円周呈示妨害課題"(5)住宅街の写真の道路にターゲット刺激(消防自動車)が8カ所呈示される"消防車課題"とした。

現在まですべての情報収集を終えた対象者は、知能指数(WISC-III)トータルIQで82-109の範囲で広汎性発達障害もしくはその疑いと診断された7-11歳までの何らかの注意に関する症状を持つ5名である。結果では(1)(2)では反応時間に遅れはなく視覚ノイズの有無による差も認められなかった。(3)では2名のみが実施可能、(4)では全員が検査途中で実施が不能であった。(5)は普段からボートしていることが多いと指摘されていた1名が極端に遅延し,他児は参考値の健常成人から比べると50-100msec程度の遅れが認められていた。本結果からは呈示刺激の空間的な広がりが発達障害児の注意機能に大きく影響し、注意の空間的な配分と移動という要素が日常の行動特徴と関連が示唆された。また、視覚ノイズはターゲット刺激の位置が固定されている場合には影響せず、空間的要因と結びつくことで2次的に注意機能に影響することが考えられた。発達障害児の多感覚刺激に対する注意機能を評価するために,平成22年度に引き続き対象者の障害構造および行動上の特性を把握すると伴に,開発した注意機能評価を用いて縦断的なデータ収集を行った.縦断的注意機能評価を行えた課題は,(1)"1点円周呈示課題"(2)"1点円周呈示妨害課題"(3)"消防車課題"であった.対象者は発達障害を抱える児童・生徒15名で,6ヶ月以上継続的に情報収集を行えた対象者は7-14歳までの7名であった.7名の概要は知能指数(WISC-III)トータルIQで75-109の範囲で,広汎性発達障害もしくはその疑いと診断され,何らかの注意に関する症状を持つ者であった.結果は(1)では2名のみが実施可能であったが6ヶ月の作業療法介入後に4名が評価可能となり、(2)では全員が検査途中で実施が不能であったが,6ヶ月後には2名が可能となった.(3)は普段から不注意の症状を示す1名の対象者が極端に遅延し,他児は参考値の健常成人から比べると50-100msec程度の遅れが認められていたが,経過を経て3名は介入前と同様の遅延を示したが他児はほぼ正常値を示した.本結果からは発達障害に合併する注意の問題は,呈示刺激の空間的な広がりが大きく影響し,注意の空間的な配分と移動という要素が日常の行動特徴と関連が示唆された.また,視覚ノイズはターゲット刺激の位置が固定されている場合には影響せず,空間的要因と結びつくことで2次的に注意機能に影響することが考えられた.この特性は,作業療法を提供することで軽減し臨床症状も改善することが確認できた.しかしながら,環境からの刺激が多い人混みの中や遊びの中で不注意や転導を示す傾向が継続して認められており,これらの注意の要素を検出できる課題を考案する必要性が伺われた.
土佐「宮相撲」に関する歴史社会学的研究-村落共同体のなかでの機能をみる-

戦前から嶺北地域でおこなわれてきた相撲大会の運営資金は、地区の総代が集めた寄付金による。当日に向けての練習指導も、土俵づくり、桟敷づくりもすべて地区総ぐるみでなされる。戦前も現在も、行政の側とは無関係に、地区の熱意によって脈々と続けられる"フォーク・ゲーム"なのである。社会体育とかコミュニティ・スポーツの原点として見直すべき姿であろう。強い力士には、ひいき連中すなわち地縁・血縁を媒介とした後援会によって「しこ名」がつけられ、また「化粧まわし」が贈られた。ひいき連中は熱烈な応援を繰り広げ、喧嘩沙汰になることもたびたびあった。ここには、各集落の「ローカリズム」といったものがうかがえる。しかし、そうした緊張を緩和させる集落間の対外的調和機能をも宮相撲は有していた。「勧進元預り」といった勝負を引き分けにする裁定があったこと、大会には出店が並び、各集落の特産物が集められ、集落間の交流がなされたこと、集落を越えての男女交際・婚姻の契機となったことなどは、そうした意味をもっている。宮相撲は、こうして地域的共同性の再生産をもたらしていたと考えられる。相撲という力くらべの大会を通して老若男女が共通の時空間へ参加した。人々は、そうした共通の体験を通じて、日常生活における利害を超越した共同性の感情を確認していったのである。その共同性は、各集落を核としながらも、他集落を含んだより広域のものへとなっていったと考えられる。地域社会はこうして編成されていくのである。戦前から嶺北地域でおこなわれていた相撲大会として、土佐町では田井の中嶋観音の十七夜祭、森の野中兼山祭、相川の納涼祭、宮古野白髪神社の中日祭、地蔵寺地蔵堂の夜相撲、峯石原の高峯神社大祭、本山町では東光寺十七夜祭、上関阿弥陀堂の夜相撲、吉野の三倉神社、白髪神社が確認できた。本山町では、上関阿弥陀堂以外は廃れてしまったが、土佐町ではほとんどが現在も続けられている。これらの宮相撲についての聞きとり調査をまとめると、以下の三点になる。(1)大会の運営資金は、地区の総代が集めた寄付金による。戦前も現在も、行政の側とは無関係に、地区の熱意によって脈々と続けられている"フォーク・ゲーム"なのである。(2)相撲大会の実施方法は、現在のようにストレートに勝者を決める方法(例えばトーナメント)ではなかった。まず、「前相撲」といって、自主的な登場方法で取組がなされる。それを「四方柱」(審判)が総合判断して、好取組となりそうな「お好み三番勝負」を設ける。同一取組が三本勝負でなされるのである。次には、「四方柱」によって、出場力士の実力がランクづけされ、甲、乙、丙組に分けられ、それぞれにおいて飛びつき「五人抜き」(間髪入れず次々とおこなう五人抜き)がなされる。すなわち、取組の勝負の過程、取組のおもしろさをじっくり味わうというやり方であった。(3)強い力士にはひいき連中、すなわち地縁・血縁を媒介とした後援会によって「しこ名」がつけられ、また化粧まわしが贈られた。しかし、そうした緊張を緩和させる村落間の対外的調和機能をも宮相撲は有していた。

本年度は、土佐町相川正木の宮の大会(8月)、本山町上関阿弥陀堂の大会(8月)、土佐町峯石原高峯神社の大会(12月)に出向き、観察・聞き取り調査をおこない、咋年度の予備調査の結果を緻密に裏づけた。また、「しこ名」「化粧まわし」の由来を追った。(1)運営資金のための寄付金集め、当日の二臓・桟敷づくり、大会の運営・進行、これらはすべて地区総ぐるみで分担しておこなわれた。寄付者の名前は小さな板に書かれ境内に飾られ、寺の住職によってお経が読まれるという、「奉納」の形式がみられた。戦前も現在も、行政とは無関係に、祭礼と結びつきながら地区の熱意によって続けられている"フォーク・ゲーム"なのである。(2)「前相撲」「お好み二番勝負」「飛びつき五人抜き」といった古くから伝わるやり方-取組のおもしろさをじっくり味わいながら、かつ真に強いのは誰かを見極めていく方法-を残していたのは、阿弥陀堂であった。正木の宮と高峯神社においては、現代的な団体戦の形式をとるに至っていた。(3)松風、荒岩、月見山、重関、手束弓、岩尾関という「しこ名」を名乗った6人の化粧まわしが見つかった。このうち岩尾関については、三代目が存命で、詳しい話が聞けた。岩尾関の化粧まわしは、二代目の岩尾関の和田亨氏の時代に、土佐町森地区の地主森岡氏と、宇佐屋旅館の主人の二人が「ひいき」となって作成して、二代目に贈ったものであり、昭和10年前後のことである。岩尾関というしこ名は、土佐町溜井の地域住民達が、初代の和田梅治氏の「ひいき」となって命名したものであり、父から子へ、子から孫へと化粧まわしとともに襲名されていった。子孫に強いものがいない場合、血縁にこだわらず他者へと譲られていった。宮相撲は、地域的共同性の再生産をもたらしていたと考えられる。相撲という力くらべの大会を通して老若男女が共通の時空間へ参加した。夜店が並び、観客は飲食しながら盛んに声援を送った。また、集落間の交流がなされ、男女交際・婚姻の契機が生まれていった。人々は、そうした共通の体験を通じて、日常生活における利害を超越した共同性の感情を確認していったのである。地域社会はこうして編成されていくのである。
地上データと衛星データによる地域気象の解析手法の確立

この研究は場所的に密なデータである衛星データと時間的に密なデータである地上データを組み合わせて、地域的な気象を推定するための基礎研究である。研究は衛星データによる気温分布推定と衛星データによる風速分布推定を行った。地上データは実測データとアメダスデータ・気象官署データを使用した。衛星データは気温分布推定については「ひまわり」データ、風速分布推定については「ノアデータ」を使用した。気温分布推定については、ひまわり赤外データを用いて中国遼寧省の気温分布を推定し、今まで行った気温推定精度と比較した。その結果、衛星からの地表面温度と気温の相関係数と推定誤差は、日中が悪く、朝や夜に良いことが判明した。特に、朝6時9時は推定誤差が小さい。さらに、地上測定で表面温度と気温推定および日平均気温推定のための基礎研究を行い、今までの結果と比較した。その結果、表面温度と日平均気温の相関係数や推定誤差は、朝(6時頃)・夕(18時頃)に良いことが判明した。また、月別には7月が全般的に推定誤差が小さかった。風速分布推定については、北海道の当別・新篠津で実測し、衛星データと比較した。その結果、風速の大きい5月、6月に衛星赤外データと風速の相関が良かった。また、風向・風速で衛星データを分類して比較すると、精度が良くなることが判明した。さらに、風の影響がない日の地表面温度を基準として、地表面温度と風速と比較したり、地域別に分類して比較したりすると、精度が良くなることが判明した。解析地域として北海道石狩平野にある当別町と新篠津村の水田地帯を選定した。この地域について、過去に気温、風速、日照時間についてメッシュデータを作成した。しかし、このメッシュ値が実態と合わないので、衛星データによって地域気象を解析する手法を確立するために研究を行った。本年は基本的問題として、衛星からの地表面温度がどのような気象要素の影響を受けているかを調べた。この解析値区は風速の強いところとして知られている。そのため風速と地表面温度の関係を調べた。地上測点として17点を設置し、このデータを風の強い6月と7月に観測した。また、地区内3点のアメダスデータも解析に利用した。解析はこの地域に卓越する南よりの風向の時のデータのみを使用した。衛星データは6シーンのランドサットを使用して植生と地表面温度を解析した。まず、ランドサットデータで植生指数を調べ、風速に影響する防風林の調査を行った。次に地上の実測の測点について地表面温度を調べ、風速と地表面温度の関係を調べた。また、地上の風速測定から解析地区の風速分布を調べ、これと地表面温度の分布状態を調べた。解析の結果、地上の風速と地表面温度の関係は余りよくなかった。この原因は風速測定日と衛星データ取得日が異なるるためと思われる。風速分布と地表面温度分布の比較では、衛星データの取得日に風速が強い場合(約47m/s)に風速分布と地表面温度分布は概略一致していた。しかし、風速の弱い日は風速分布と地表面温度はあまり一致していなかった。解析地域として北海道石狩平野の当別町,新篠津村の水田地帯を選定した。この地域について昨年にひき続き風速分布と気温分布の測定をして,衛星データの地表面温度と比較した。衛星データはランドサットデータとノアデータを使用し,地上の風速と気温の測定は,風速が15点,気温が10点である。風速の測定は5月下旬から9月までで,気温は6月から9月までである。これらのデータは風速については昼間の平均値,気温については1時間の平均値としてまとめた。ランドサットデータは1997年07月26目の1シーンのデータについて,衛星から計算した地表面温度と風速の関係を調べた。その結果,風速が強くなると地表面温度が低くなる関係が得られた。

また,1991年06月01の衛星データと実測の6月の平均風速と比較した。このデータも負の相関が見られたが,相関はあまり良くない。ノアデータについては13シーンを使用した。その結果,風速が強くなると地表面温度が低くなる衛星データが4シーン有り,逆が3シーン有った。これらの風速の条件や地表面温度の条件は不明であり,さらなる測定が必要である。気温については,衛星より計算した地表面温度とは13シーン中12シーンが正の相関を示し,気温が高くなると地表面温度は高い関係を示した。一方,気温と風速は6月が負の相関,7月は相関がほとんどなく,8月・9月が正の相関を示した。これらのことから衛星データの地表面温度から風速を推定するためには,風速の強い5月6月に可能性があると推定できる。この研究は場所的に密なデータである衛星データと時間的に密なデータである地上データを組み合わせて、地域的な気象を推定するための基礎研究である。研究は衛星データによる気温分布推定と衛星データによる風速分布推定を行った。地上データは実測データとアメダスデータ・気象官署データを使用した。衛星データは気温分布推定については「ひまわり」データ、風速分布推定については「ノアデータ」を使用した。気温分布推定については、ひまわり赤外データを用いて中国遼寧省の気温分布を推定し、今まで行った気温推定精度と比較した。その結果、衛星からの地表面温度と気温の相関係数と推定誤差は、日中が悪く、朝や夜に良いことが判明した。特に、朝6時9時は推定誤差が小さい。さらに、地上測定で表面温度と気温推定および日平均気温推定のための基礎研究を行い、今までの結果と比較した。その結果、表面温度と日平均気温の相関係数や推定誤差は、朝(6時頃)・夕(18時頃)に良いことが判明した。また、月別には7月が全般的に推定誤差が小さかった。風速分布推定については、北海道の当別・新篠津で実測し、衛星データと比較した。その結果、風速の大きい5月、6月に衛星赤外データと風速の相関が良かった。また、風向・風速で衛星データを分類して比較すると、精度が良くなることが判明した。さらに、風の影響がない日の地表面温度を基準として、地表面温度と風速と比較したり、地域別に分類して比較したりすると、精度が良くなることが判明した。
基底状態メカノクロミズムを示すフルオレニリデンアクリダンの研究

押すなどの機械的な外部刺激により性質を変化させる材料はメカノクロミック材料と呼ばれ,センサーやスイッチなどに応用可能な新しい機能性材料として興味がもたれている.機械的刺激により発光色を変える材料はこれまでに多くあったが,我々は,刺激により吸収色(見た目の色を大きく変える物質)を合成することに成功した.我々は,フルオレンとアクリダンと呼ばれる有機芳香族化合物を二重結合で連結したフルオレニリデン-アクリダンと名付けた化合物を新たに合成し,このフルオレニリデン-アクリダンの黄色い粉を乳鉢ですりつぶすと,濃い緑色に変化することを明らかにした.これは通常の有機分子の結晶を砕くと色がやや薄くなることと逆の現象となる.この深色化の科学的背景は,機械的応力というマクロな力を分子の形態変化というミクロな変化につなげたことにある.また,この現象は,励起状態でなく基底状態のメカノクロミズムであることを示した.結晶の状態では黄色であるが,結晶を砕くと濃い緑色に変化した.この変化により物質中の電気の流れやすさも変化させることにも成功した.これらの変化が分子のコンフォメーション変化によるものであることを明確にし,2つのコンフォマー両方の単結晶構造解析に成功した.機械的刺激という入力情報を,見た目の色と電気特性の変化という2つの出力情報に変換できるため,色が変わるタッチパネルや光学的および電気的に検出する応力センサーなど,新しいデバイスに応用される機能性材料となることが期待される.本年度は,フルオレニリデンアクリダン(以下FA)のN上の置換基を変更し,アリール基を導入することに成功した.これまでの合成ルートでは,フルオレニルアクリジンからN上に置換基を入れるプロセスを用いていたが,この方法ではアルキル基の導入にのみ成功しておりアリール基は導入できなかった.今回採用した方法では,事前にN上にアリール基を導入したチオアクリドンを合成し,これとジアゾフルオレノンを反応させた後硫黄を引き抜くという合成経路とし,各種アリール基(フェニル,4-ビフェニル,4-ニトロフェニル,4-ブロモフェニル,4-フルオロフェニル,4-アニシル)をN上に持つFAを合成することに成功した.これらの分子は各種スペクトル測定によりキャラクタリゼーションを行った.ビフェニル及びニトロフェニルを持つものについては単結晶X線結晶構造解析にも成功し,特にニトロフェニル体については,多形が存在することがわかった.この結晶多形は分子の配座異性体の違いであり,FA特有の折れ曲がり型およびねじれ型のそれぞれの構造を確認した.このことは,overcrowded alkenes(混み合いすぎたアルケン)であるBis(tricyclic) Aromatic Enes(二重結合の両側に三環芳香族基がある化合物)において,一つの化合物から曲がり型とねじれ型の両方の構造のX線構造解析に成功した,初めての例である.以前合成したN上メチル基のFAについては,銀塩を用いた酸化により一電子酸化された陽イオン塩が得られた.中性のものとちがい濃い緑色を呈し,おそらくねじれ型の配座をとっているものと考えられる.現在,これの結晶についてX線構造解析を試みているところである.予定通り,N上に新しくアリール基を導入した新規のFA分子を合成することができた.キャラクタリゼーションも滞り無く進められた.特に,これまでほとんど例がなかったねじれ型配座異性体の単結晶X線構造解析に成功したことが大きい.しかも,同じ化合物で折れ曲がり型の配座異性体のX線構造解析にも成功したので,結合長の議論から,ねじれ型と折れ曲がり型のそれぞれの配座異性体の電子物性の違いの理由を深く理解することができた.酸化体の合成も計画通りであり,順調な進捗と言える.押すなどの機械的な外部刺激により性質を変化させる材料はメカノクロミック材料と呼ばれ,センサーやスイッチなどに応用可能な新しい機能性材料として興味がもたれている.機械的刺激により発光色を変える材料はこれまでに多くあったが,我々は,刺激により吸収色(見た目の色を大きく変える物質)を合成することに成功した.我々は,フルオレンとアクリダンと呼ばれる有機芳香族化合物を二重結合で連結したフルオレニリデン-アクリダンと名付けた化合物を新たに合成し,このフルオレニリデン-アクリダンの黄色い粉を乳鉢ですりつぶすと,濃い緑色に変化することを明らかにした.これは通常の有機分子の結晶を砕くと色がやや薄くなることと逆の現象となる.この深色化の科学的背景は,機械的応力というマクロな力を分子の形態変化というミクロな変化につなげたことにある.また,この現象は,励起状態でなく基底状態のメカノクロミズムであることを示した.結晶の状態では黄色であるが,結晶を砕くと濃い緑色に変化した.この変化により物質中の電気の流れやすさも変化させることにも成功した.これらの変化が分子のコンフォメーション変化によるものであることを明確にし,2つのコンフォマー両方の単結晶構造解析に成功した.機械的刺激という入力情報を,見た目の色と電気特性の変化という2つの出力情報に変換できるため,色が変わるタッチパネルや光学的および電気的に検出する応力センサーなど,新しいデバイスに応用される機能性材料となることが期待される.予定通りに新規のFA誘導体を合成できたので,これを用いた素子作製やメカのクロミズムの確認が今後の課題である.現在,N上に新しくアリール基を導入した新規のFA分子についても,機械的な刺激により,折れ曲がり型の配座異性体からねじれ型の配座異性体に変化することを明らかにしている.このとき,オレンジ色から濃い紫色へと変化する.

溶媒蒸気に暴露することにより,濃い紫色のねじれ型配座異性体からオレンジ色の折れ曲がり型配座異性体に戻せることを確認しているが,熱で戻せるようにすることが課題である.また,配座異性体変化の前後の電気的特性を評価する.酸化体の特性評価やそれを中性分子に混ぜた場合の効果などの評価も行っていく.最終的にデータや考察をまとめ,研究を総括する.当該年度(2017年度)は概ね予定通りの予算執行であったが,当初の予定よりも有機合成プロセスを順調にすすめることが出来たため余計な合成検討を行う必要がなく,試薬等の購入に要する費用が抑えられた.次年度(2018年度)は,2017年度に合成できた各種新規分子についてキャラクタリゼーションや特性評価,素子作製等の検討を行うため,計画よりは予算を必要とすることになる.また,よりいっそう積極的に対外発表を行う予定である.
幹細胞系の網膜神経節細胞への分化誘導、およびその過程の分子生物学的解析

分化過程にある鶏胚の網膜組織から得られたサンプルを用いて、プロテオミクスおよびマススペストロメトリーを行い、differential display法にて生着細胞の神経分化に重要な役割を果たしている推察されるタンパク(標的タンパク)を同定することに成功した。標的タンパクとしては、約15個が挙げられたが、転写因子、細胞骨格成分、アポトーシス誘導因子、発生分化誘導因子と多種多様の機能を有するタンパクが見出されると同時に、機能未知の新規タンパクも見出された。鶏胚網膜組織の免疫染色においては、標的タンパク群の多くは、数種類の網膜細胞において選択的に発現していることが分かった。また、ウェスタンブロット法ににより、プロテオミクス解析の再現性が一部の標的タンパクにおいて、確認された。次に、網膜分化に対する標的タンパク群の機能解析のために、まずは、ラット網膜神経前駆細胞を準備し、市販されている遺伝子導入試薬を用いた標的タンパク強制過剰発現を行った。一部の標的タンパクは細胞死を抑制し、また、神経突起伸長を促進する標的タンパクも認めた。それらの標的タンパク群の生体レベルでの機能解析を行うことを目的として、鶏胚の眼内への遺伝子注入、すなわちマイクロシリンジを用いたDNAの硝子体内への注入を行った。遺伝子導入試薬としてin vivo jetPEI (Polyplus社製)を使用し、注入したGFP遺伝子の発現を、網膜組織レベルで確認した。つまり、従来より行われているエレクトロポレーション法やウィルスベクター法より、簡便で、臨床応用を期待できるシステム構築の糸口を見つけ出すことに成功した。網膜神経節細胞を再生するためには、神経幹細胞もしくは神経前駆細胞を、効率よく分化させることが不可欠となる。そのためには、適切な分化誘導因子を選択的に投与する必要があると考えられる。まず、適切な誘導因子を検索する目的にて、現在3系統の実験系が同時進行している。すなわち、1)胎生鶏卵から採取した網膜、2)網膜神経節細胞が細胞死をおこす緑内障モデルマウスであるDBA2/Jマウスの網膜、3)分化中の骨髄幹細胞の培養液、以上の3つのサンプルを用いたプロテオミクスによる解析が行われている。結果の解析はまだ終了していないが、各々の実験系におけるコントロールサンプルとの比較において、数多くの網膜神経節細胞分化誘導因子の候補となるであろうタンパクサンプルを挙げることに成功した(ただし、それらの同定には質量分析解析が必要であり、現在進行中である)。また、網膜神経節細胞分化誘導因子の候補の解析に必要となる胎生鶏網膜の3次元組織培養系を確立することに成功した。さらに、それら網膜神経節細胞分化誘導因子の一つとして、Pigment Epithelium Derived Factor (PEDF)に注目し、胎生鶏網膜の3次元組織培養系において、PEDFが網膜神経節細胞の神経軸索の伸長をつよく促進することを見出した。
顔・表情応答脳電位を用いた対人認知処理の時間特性に関する研究

本研究では,特に,対人認知を支える顔・表情認識の脳内情報処理の時間特性について頭皮上事象関連脳電位(ERP)を指標として検討し,その処理様式を探るとともに臨床適用も試みた.1.顔記憶(ワーキングメモリ)表象と照合過程.Sternberg型の記憶走査課題で,課題関連刺激には後側頭部最大の陰性電位が惹起され,その発達潜時は課題関連刺激の呈示視野と反対側で同側に比べ50-60ms短縮した.本結果は半球相互に独立して顔視覚イメージや音韻情報を貯蔵し,入力情報と照合する機能を独立してもっており,同時並列的に照合処理が可能なことを示唆する.さらに,標的となる顔記憶表象の切り替えを要求すると,P3潜時に影響せず,事前的な再構築が可能なことを示唆した.2.視線移動と表情変化における脳電位変化.視線のみ,表情のみ,両者が同時に変化する顔図形に対し,いずれの条件においても右後側頭部部位で最大のN170が惹起され,同等の振幅を示した.また,視線方向とその視線対象となっている「もの」との関係を読み取るプロセスを探る試みで,健常者成人では関係性逸脱がN2-P3bを惹起したが,自閉症児1名のケースではそうしたERP変化が観察されず,今後の研究の手がかりが得られた.3.パーキンソン病(P)における未知顔の再認記憶.モニタ上に未知顔を反復呈示し,初回顔には右手で,反復顔には左手でボタン押しをさせた.健常者とP患者間に頭蓋頂P170振幅・潜時で違いはなかったが,刺激後300-700ms区間振幅で健常者にみられた直後反復・遅延反復(lag1(6s)・lag3(12s))に対する漸減的な反復効果がP患者には観察されなかった.本結果はP患者の顔知覚に健常者と違いがないものの,未知顔の再認記憶に障害を示し,入力表象と記憶表象との照合過程における障害が示唆された.本研究では,特に,対人認知を支える顔・表情認識の脳内情報処理の時間特性について頭皮上事象関連脳電位(ERP)を指標として検討し,その処理様式を探るとともに臨床適用も試みた.1.顔記憶(ワーキングメモリ)表象と照合過程.Sternberg型の記憶走査課題で,課題関連刺激には後側頭部最大の陰性電位が惹起され,その発達潜時は課題関連刺激の呈示視野と反対側で同側に比べ50-60ms短縮した.本結果は半球相互に独立して顔視覚イメージや音韻情報を貯蔵し,入力情報と照合する機能を独立してもっており,同時並列的に照合処理が可能なことを示唆する.さらに,標的となる顔記憶表象の切り替えを要求すると,P3潜時に影響せず,事前的な再構築が可能なことを示唆した.2.視線移動と表情変化における脳電位変化.視線のみ,表情のみ,両者が同時に変化する顔図形に対し,いずれの条件においても右後側頭部部位で最大のN170が惹起され,同等の振幅を示した.また,視線方向とその視線対象となっている「もの」との関係を読み取るプロセスを探る試みで,健常者成人では関係性逸脱がN2-P3bを惹起したが,自閉症児1名のケースではそうしたERP変化が観察されず,今後の研究の手がかりが得られた.3.パーキンソン病(P)における未知顔の再認記憶.モニタ上に未知顔を反復呈示し,初回顔には右手で,反復顔には左手でボタン押しをさせた.健常者とP患者間に頭蓋頂P170振幅・潜時で違いはなかったが,刺激後300-700ms区間振幅で健常者にみられた直後反復・遅延反復(lag1(6s)・lag3(12s))に対する漸減的な反復効果がP患者には観察されなかった.本結果はP患者の顔知覚に健常者と違いがないものの,未知顔の再認記憶に障害を示し,入力表象と記憶表象との照合過程における障害が示唆された.本年度は次年度以降につなげる基礎資料を中心として収集した.特に,顔の構造的符号化処理に関わって,右半球紡錘状回が推定されている一括型処理と両側性の分析型処理の時間的な処理効率の相違を明らかにするために,事象関連脳電位(ERP)を記録して検討した.1.表情判断における左右視野効果健常成人を対象に,ヒトの表情の異なる顔と花の白黒写真を用意し,顔・花あるいは花・花を一対としてCRT上の中央凝視点の左右に提示した.表情判断時に記録した花・花に対するERPを参照波形とすると,T5・T6優勢な顔応答N170(Fz・Czでは極性反転)は顔提示視野と対側の半球で増大し,立ち上がり潜時も短縮した.これらの効果は左視野提示で顕著であり,右紡錘状回における一括型処理に関わる視野効果が示唆された.2.視線移動に応答する電位左右の眼を白黒写真から横長長方形に切り出し,鼻根部に凝視点をおいて静止刺激とした.視線を片眼のみで移動させたところ,その対側のT5またはT6で限局的に(他部位で極性反転なし)陰性電位(N200)が観察された.表情認知と関連づけながら,視線移動に特異な電位か,現在,検討中である.

3.ワーキングメモリとの関わり顔と漢字を対として左右視野に同時提示し,Sternberg型記憶探索の変形課題を遂行させながらERPを記録した.表情判断時とは異なり,顔探索時には頭皮上広汎に分布する陰性電位がみられるともに,T5・T6では対側視野提示の顔刺激で潜時の短縮を認めた.4.自閉症児・者,幼児で測定可能な対人認知電位測定法自閉症児・者および健常児・者を対象に,既知と未知の人物,物品および単純図形を,それぞれ等確率で提示し,単純図形に対してキー押し反応を行わせた.その結果,人物刺激に対してN170が自閉症児・者にも観察され,この手法が健常者以外に対しても適用できることが確認された.1.視線移動応答脳電位における表情の影響他者の注視方向や表情の読み取りは社会的な関わりにおいて重要である.近年の研究では上側頭溝が視線方向や表情など顔の動的情報の処理領域として報告され,その脳内処理活動は頭皮上後側頭部の右側優位にN170電位として観察される.そこで,視線移動に応答する脳電位変化N170が表情変化N170によって影響されるのかを検討し,視線方向分析と表情分析の並列的独立性を探った.結果は視線移動と表情変化が同時に生じた場合も視線移動のみのN170と表情変化のみのN170が加算された形で観察されず,N170指標でみるかぎり独立性は見出せなかった.2.作業記憶探索との関わり人の顔と花,漢字と花を組み合わせ,それぞれ無作為に凝視点の左右に配置して,異なる組合せを順次提示した.顔課題では標的として1人または2人の顔を,漢字課題では1つまたは2つの読みを指定した.両課題とも,探索が要請された刺激に緩徐な陰性電位が後側頭部に発達した.その発達は刺激視野と反対側の半球で後側頭部優勢なN180頂点の直後に始まり,同側半球よりも約50ms早かった.その後,顔課題遂行時の緩徐陰性電位は記憶セットに応じて持続時間が延長し,作業記憶探索は刺激視野と反対側の後側頭部で早く始まることを認めた.3.視線移動に伴う関係性逸脱自閉症児・者は視線から他者の心の読み取りが困難といわれる.この特徴を調べる対人認知電位測定法を開発する目的で,刺激人物が(1)単によく見る方向(左右)を判断する条件と(2)何(例えば,バナナ・リンゴ)をよく見るか判断させる条件を設けた.結果,条件1の稀に生ずる視線変化には頭頂部P300増強,条件2の稀にしか見ないものに視線移動した場合(関係性逸脱)には後側頭部N170増強とCz・Pz優勢なN220がみられ,関係性把握の検査開発の基礎を得た.1.顔記憶(ワーキングメモリ)表象と照合過程.健常成人を対象に,顔・花あるいは漢字・花を一対としてモニタ上の左右視野に連続呈示し,特定の顔(あるいは漢字)を標的とする検出課題を遂行させた.顔・漢字いずれの課題にも後側頭部(T5・T6)最大の陰性電位が惹起され,その発達潜時は課題関連刺激の呈示視野と反対側の後側頭部で同側に比べ50-60ms短縮した.本結果は各半球が標的同定に必要な準備が整い次第,半球相互に独立して顔視覚イメージや音韻情報を貯蔵し,入力情報と照合する機能を独立してもっており,同時並列的に照合処理が可能なことを示唆する.この知見を受けて,左右視野に男女の顔を同時に呈示し,各視野で指定された標的を検出させたところ,標的記憶照合の数に応じた陰性電位の発達がT5でみられ,各半球における独立処理を一部支持した.2.ワーキングメモリ操作で照合対象となる顔記憶表象の切り替え.連続試行で課題切り替えと課題反復を要求すると,標的となる顔の切り替えはP3潜時に影響せず(処理時間に関係なく),標的検出に対する反応手の切り替えは反応選択時間を延長させる結果となった.標的顔の事前的な再構築は可能だが,反応手の切り替え操作は少なくとも部分的に課題刺激後まで残すことを示唆した.3.パーキンソン病(P)における未知顔の再認
KRas遺伝子、またはBRaf遺伝子変異癌細胞における薬剤抵抗性のシステム解析

本研究では、Ras-ERKシグナル伝達系の中のKRas遺伝子、もしくはBRaf遺伝子に変異が入った癌細胞におけるMEK阻害剤に対する抵抗性のメカニズムを解析した。その結果、BRaf変異癌細胞はMEK阻害剤を処理するとERK活性と細胞増殖が比例して減少するのに対し、KRas変異癌細胞はMEK阻害剤処理によりERK活性が減少するがmTOR経路を介して細胞増殖が維持されることが分かった。またKRas変異癌細胞はMEK阻害剤とPI3K阻害剤の併用が効果的であることも見出し、その分子メカニズムを実験と数理モデルにより明らかにした。本年度は、まずERK、Akt、細胞周期のレポーター、そして画像解析用の各マーカーを生きた細胞で同時に、かつ定量的に測定することができるレポータープラスミドを開発した。これはP2Aペプチドを用いて、1つのプラスミドで4つのレポーターを同時に発現するプラスミドであり、4つのレポーターがほぼ同じ量で発現される。これらのレポーターが全て正常に切断されていることは確認している。この4レポーターをPiggyBacトランスポゾンによりKRas変異癌細胞株A549細胞、及びBRaf変異癌細胞株A375細胞に安定的に発現させた安定細胞株を樹立した。また、この4レポーター以外にもさらに4つの分子活性や遺伝子発現を可視化するレポーターを作製中である。次に、これらのレポーターを発現した細胞をタイムラプスイメージングを行ったときに必要となる画像解析のプログラムを作成した。これに関しては、MatlabとFiji(ImageJ)のプラグインを組み合わせることで蛍光の漏れこみをLinear unmixingで補正し、トラッキングと定量を効率よく処理することができるプログラムの作製に成功した。本年度は、ERK, Akt,細胞周期のレポーター,核のレポーターを発現するポリシストロニックベクターを開発し、HeLa細胞を用いてこれらのレポーターの評価を定量的に行った。その結果、ERK、Aktのレポーターは細胞内のERK、Akt活性を線形に可視化していること、細胞周期依存的なERKとAkt活性の変化を捉えることができた。これらの結果は現在、論文投稿中である。さらに、KRas変異癌細胞株A549細胞とBRaf変異癌細胞株A375細胞にこれらのレポーターを発現させ、MEK阻害剤、PI3K阻害剤の単剤、または併用処理における分子活性の変化と細胞死の関係について解析を進めた。これらとは別に、東大産科との共同研究で、卵巣がんのなかの粘液性腺癌に対するMEK阻害剤とPI3K阻害剤の効果をFRETバイオセンサーと数理モデルを用いて解析した。やはりKRasに変異がある細胞ではMEK阻害剤の感受性が高いこと、またERKとS6Kの活性値からANDゲートモデルを使うと、cytostaticな効果とcytotoxicな効果を予測することができることが分かった。これらの結果はOncotarget誌に受理された。計画書に記述した事柄についてほぼすべて順調に進展している。また共同研究の結果から数理モデル化への道筋を示すことができた。Ras-ERKシグナル伝達系の破綻は様々な腫瘍の発生に関与しており、このシグナル伝達系を標的とする分子標的薬も開発されつつある。しかしながら、分子標的薬の単剤投与による効果は遺伝子の変異に大きく依存し、かつ内因的・獲得的な薬剤耐性の問題もあいまって、効果的な抗癌戦略を打ち出せない状況である。そこで本研究では、Ras-ERKシグナル伝達の中でもKRas遺伝子、またはBRaf遺伝子変異をもつ癌細胞に対して効果の高い分子標的薬の組み合わせとその分子機構をイメージング、数理モデルにより定量的に示すことを目的とした。本年度はERK活性とAkt活性を生細胞で同時に可視化するための手法を開発した。これは、ERK活性とAkt活性により細胞内の局在が変化するタイプの蛍光プローブを開発し、P2Aペプチドでつなげることで、1つのプラスミドでERK活性、Akt活性、細胞周期、細胞核の4つの情報を多重可視化するためのプラスミドを作製した。さらに、ERKとAkt活性は細胞周期に少なからず影響を受けていることを明らかにした。この結果はCell Struct Funct誌に発表した。さらに4つの細胞周期をそれぞれ区別するための細胞周期マーカーを加えて、細胞周期のどのタイミングでERKやAktがどのように活性化するのか解析した。その結果、ERKはG1/S期、AktはG2/M期の進行にそれぞれかかわっていることが示唆された。研究計画書に記述した事柄については全て順調に進展している。最終年度では、ERKとAkt活性、細胞周期の入力情報からKRas変異癌細胞とBRaf変異癌細胞のMEK阻害剤の感受性の違いという出力を説明するための線形回帰統計モデル解析を行い、どのタイミングでどの分子の活性が変化することがMEK阻害剤感受性にどれほど寄与するのかを見積もる。見積もることができたら、その後は薬剤の投与タイミングをそれにあわせることでより高い抗腫瘍効果を引き起こすことができるか検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。

細胞生物学今後は、既存の4レポーター以外にさらに4つのレポーターを開発する。このターゲットとなるシグナル伝達分子については現在検討中である。また遺伝子発現を可視化するレポーターもほぼ完成しており、この機能確認を行う。実験条件に関しては、コントロールに加えて、MEK阻害薬やPI3K阻害薬などを単剤処理、もしくは併用処理したときのシグナル伝達分子の活性変化をとらえる。合計8つの蛍光を生細胞からタイムラプスイメージングにより取得し、時系列解析を行う予定である。H27年度は補助金、基金助成金をほぼ予定通り使用したが、基金分に関してはH26年度の使用分が残っているためにそれを最終年度にまわした。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はレポーター構築とその性能評価のための消耗品購入に補助金を使用したため、基金助成金の分はそれほど使う必要性がなくなったため。本年度と同様に、主として物品費(消耗品)の購入に使用する予定である。来年度以降は本年度と同様に主に物品費(消耗品)の購入に使用する予定である。