hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
教育用データマイニングとデジタルポートフォリオの構成・共有・可視化に関する研究

本研究の目的は「異種教育情報を統合した教育情報データベースの構築」および「教育データからのデータマイングとその共有・可視化手法の開発」である.本研究では上記の目的を遂行するために,Digital Portfblio(DP)管理システムを構築し,その過程で必要となる技術・理論を開発・実装し,DPの新しい構成・共有・可視化手法を検証する.本研究で開発するDP管理システムは、個人学習環境の提供,異種情報の統合機能,DP情報可視化機能,グループ構成最適化機能の各機能を有する.本システムの開発段階で想定される研究目的の技術的な下位課題としては以下のようなものが考えられる.本研究ではDP管理システムの構築を通して,DPの表現・共有・可視化の手法を発見科学的アプローチにより展開する.(1)異種情報の統合管理のための理論(データのカプセル化手法,統一的記述手法)の開発(2)教育データに依存したデータマイニング手法の開発(既存のデータマイニング手法の拡張)(3)グループ組織化モデルの記述と,グループ構成支援機構の開発(4)DP管理システムにおけるAwareness情報としてのマイニング情報の可視化手法の開発(5)DP管理システムの開発と評価(6)グループ構成による効果の評価に基づくグループ組織化モデルの最適化手法の開発平成13年度に引き続き,(3)(6)について研究を推進した.(3)に関しては,グループ組織化モデルは(グループ形態,グループマンバ,構成メンバの役割,期待される効果)によって記述されると定義し、様々なグループ学習に関する先行研究をオントロジーアプローチによって整理し,グループ構成のためのルールベースとして記述手法を提案した.(4)に関しては,Awareness情報に関する先行研究を整理し,様々な学習形態に適応的な可視化手法を検討した.(6)に関しては,個人学習環境から,システムの推薦するグループ学習環境に移行し,グループ学習の行った場合の効果に関する評価(ディスカッションの頻度情報や学習者の主観的評価など)に基づき,グループ組織化モデル,およびDPデータベースの記述手法の最適化を行った.(5)の評価に関しては,分散環境下において,システムのモニタリングによる学習者の情報(行動履歴,学習履歴,など)による定量的側面と,学習者に対するアンケート調査による認知的側面の双方から総合的に実施した.2年間の研究を通して,教育データからのデータマイニング手法と多元的な異種情報の統合的な管理手法の汎用性の高い枠組みを示すことができたが,効果的な可視化手法に関しては今後も様々な観点からの検討が必要である.本研究の目的は「異種教育情報を統合した教育情報データベースの構築」および「教育データからのデータマイングとその共有・可視化手法の開発」である.本研究では上記の目的を遂行するために,Digital Portfolio (DP)管理システムを構築し,その過程で必要となる技術・理論を開発・実装し,DPの新しい構成・共有・可視化手法を検証する.本研究で開発するDP管理システムは,個人学習環境の提供,異種情報の統合機能,DP情報可視化機能,グループ構成最適化機能の各機能を有する.本システムの開発段階で想定される研究目的の技術的な下位課題としては以下のようなものが考えられる.本研究ではDP管理システムの構築を通して,DPの表現・共有・可視化の手法を発見科学的アプローチにより展開する.(1)異種情報の統合管理のための理論(データのカプセル化手法,統一的記述手法)の開発(2)教育データに依存したデータマイニング手法の開発(既存のデータマイニング手法の拡張)(3)グループ組織化モデルの記述と,グループ構成支援機構の開発(4)DP管理システムにおけるAwareness情報としてのマイニング情報の可視化手法の開発(5)DP管理システムの開発と評価(6)グループ構成による効果の評価に基づくグループ組織化モデルの最適化手法の開発平成13年度は上記の(1)(4)に関する研究を重点的に推進した.(1)に関しては,各種ツールによる学習履歴から表現可能な学習者に関する情報(理解状態,学習形態,知識深度,選好状態など)とそれらの表現手法の整理,統一的記述のためのカプセル化手法の開発を行った.(2)に関しては,教育データに対応した(例えば,独立性の仮定できない属性群,順序尺度など)データマイニング手法の開発を行った.(3)に関しては,グループ組織化モデルは(グループ形態,グループマンバ,構成メンバの役割,期待される効果)によって記述されると定義し,様々なグループ学習に関する先行研究をオントロジーアプローチによって整理し,グループ構成のためのルールベースとして記述手法を提案した.(4)に関しては,Awareness情報に関する先行研究を整理し,様々な学習形態に適応的な可視化手法を検討した.本研究の目的は「異種教育情報を統合した教育情報データベースの構築」および「教育データからのデータマイングとその共有・可視化手法の開発」である.本研究では上記の目的を遂行するために,Digital Portfblio(DP)管理システムを構築し,その過程で必要となる技術・理論を開発・実装し,DPの新しい構成・共有・可視化手法を検証する.本研究で開発するDP管理システムは、個人学習環境の提供,異種情報の統合機能,DP情報可視化機能,グループ構成最適化機能の各機能を有する.本システムの開発段階で想定される研究目的の技術的な下位課題としては以下のようなものが考えられる.本研究ではDP管理システムの構築を通して,DPの表現・共有・可視化の手法を発見科学的アプローチにより展開する.(1)異種情報の統合管理のための理論(データのカプセル化手法,統一的記述手法)の開発(2)教育データに依存したデータマイニング手法の開発(既存のデータマイニング手法の拡張)(3)グループ組織化モデルの記述と,グループ構成支援機構の開発

(4)DP管理システムにおけるAwareness情報としてのマイニング情報の可視化手法の開発(5)DP管理システムの開発と評価(6)グループ構成による効果の評価に基づくグループ組織化モデルの最適化手法の開発平成13年度に引き続き,(3)(6)について研究を推進した.(3)に関しては,グループ組織化モデルは(グループ形態,グループマンバ,構成メンバの役割,期待される効果)によって記述されると定義し、様々なグループ学習に関する先行研究をオントロジーアプローチによって整理し,グループ構成のためのルールベースとして記述手法を提案した.(4)に関しては,Awareness情報に関する先行研究を整理し,様々な学習形態に適応的な可視化手法を検討した.(6)に関しては,個人学習環境から,システムの推薦するグループ学習環境に移行し,グループ学習の行った場合の効果に関する評価(ディスカッションの頻度情報や学習者の主観的評価など)に基づき,グループ組織化モデル,およびDPデータベースの記述手法の最適化を行った.(5)の評価に関しては,分散環境下において,システムのモニタリングによる学習者の情報(行動履歴,学習履歴,など)による定量的側面と,学習者に対するアンケート調査による認知的側面の双方から総合的に実施した.2年間の研究を通して,教育データからのデータマイニング手法と多元的な異種情報の統合的な管理手法の汎用性の高い枠組みを示すことができたが,効果的な可視化手法に関しては今後も様々な観点からの検討が必要である.
癌化学療法の新しい分子標的に関する基礎研究

研究成果細胞質ばかりでなく核内にもグルタチオンS-トランスフェラーゼπ(GSTπ)が存在するアポトーシス抵抗性の大腸癌由来の培養細胞に、抗がん剤や過酸化水素を投与すると、核内GSTπの存在量が増加することを観察した。上記の細胞において、マッシュルームレクチン(ABL)を投与することでGSTπの核蓄積を阻害すると、シスプラチン(CDDP)やドキソルビシン(DOX)により、アポトーシスが誘導されることを見出した。以上の結果から、核内GSTπが抗がん剤に対する解毒反応を触媒することにより、薬剤のDNAへのintercalationやcross-linkingを阻害し、がん細胞の薬剤感受性を低下させていることを明らかにした(FASEB J.,2001)。そこで上記の研究成果に基づき、核にGSTπの存在が認められる三種のがん細胞(大腸癌、肺腺癌、神経膠芽細胞腫由来)にABLを前投与した場合、どのような抗がん剤の薬剤感受性が増加するのか、また、大腸癌由来の細胞以外にも薬剤感受性が増加する細胞が存在するのかどうかについて検討した。ABLを前投与すると、三種の細胞全てで、GSTπの核蓄積が阻害された。その状態では、全細胞でCDDPやDOXに対する薬剤感受性が著しく増加し、アポトーシスが誘導されたが、VP-16と5-FUに対する薬剤感受性の増加は見られなかった。また、大腸癌でのみ、CPT-11に対する部分的な薬剤感受性の増加が観察された。これらの結果から、GSTπの核蓄積の阻害は、がん細胞のCDDP, DOX, CPT-11に対する薬剤感受性を増加させることが示唆された(Jpn.J.Cancer Res.,2002)。グルタチオンS-トランスフェラーゼ(GST)のサブクラスのひとつであるGSTπは、癌細胞の薬剤感受性に深く関与することが知られている。申請者らは、GSTπの細胞内局在と抗癌剤感受性との関連性を検討した結果、核内に存在するGSTπが、薬剤のDNAへの作用を阻害し、癌細胞の薬剤感受性を低下させていることを明らかにした。しかし、GSTπの核移行機構は全く不明である。そこで、14年度の目的を、GSTπの核移行の分子機構を解明することとして研究を行った。1.核移行に必須なGSTπの領域を明らかにする。(1)GSTπのcDNAをN末端領域(GSTπ1)、中央領域(GSTπ2)、C末端領域(GSTπ3)の3領域に分割して、それぞれを緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合タンパク質を発現させるベクターに組み込み、GSTπ1-GFP、GSTπ2-GFP、GSTπ3-GFPを作製した。これらのベクターを大腸癌細胞(HCT8)に導入して、融合タンパク質を発現させようと試みたが、HCT8細胞では、これらの融合タンパク質は、安定的に発現しなかった。(2)次に、安定的に外来性のタンパク質を発現することができるCOS-1細胞の使用を計画した。まず、融合タンパク質の発現に先がけて、COS-1の内在性のGSTπの発現を細胞免疫染色法で検討したところ、細胞質と核に存在することが観察された。この結果によって、COS-1細胞にもGSTπの核移行機構が存在することが示唆されたので、GSTπの核移行機構を検討するために、COS-1細胞を使用することとした。(3)現在、GSTπ1-GFP、GSTπ2-GFP、GSTπ3-GFPをCOS-1に導入して、融合タンパク質を安定的に発現するクローンを選別している。1.研究目的申請者らは、細胞質ばかりでなく核内にもグルタチオンS-トランスフェラーゼπ(GSTπ)が存在する大腸癌由来の培養細胞が、アポトーシス抵抗性を示すことを観察した。アポトーシス抵抗性を示す

この細胞において、マッシュルームレクチン(ABL)を投与することでGSTπの核移行を阻害すると、抗がん剤によりアポトーシスが誘導されることを見出した。この研究成果から、核内GSTπが、がん細胞の薬剤感受性を低下させていることが示唆されたので、核GSTπをがん治療の新たな分子標的とするための基礎研究を行うこととし、GSTπの核移行阻害により、薬剤感受性が増加する抗がん剤は何か、大腸癌由来の細胞以外にも薬剤感受性が増加する細胞が存在するかどうかを明らかにすること、及びGSTπの核移行機構を明らかにすることを具体的な到達目標とした。2.研究経過アポトーシス抵抗性を示す複数の培養がん細胞を用い、GSTπの核移行をABLで阻害した上で、種々の抗がん剤に対する薬剤感受性に関して検討した。また、GSTπには既知の核移行シグナルは認められず、その核移行の分子機構は全く不明である為、まず、核移行に必須なGSTπの領域を明らかにすることを目的に、緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合タンパク質を発現させてその細胞内局在を解析した。3.研究成果核GSTπの存在が認められる複数のがん細胞(大腸癌、肺腺癌、神経膠芽細胞腫由来)にABLを投与しGSTπの核蓄積を阻害すると、全ての細胞でシスプラチンやドキソルビシンに対する薬剤感受性が著しく増加し、アポトーシスが誘導されることを見出した(Jpn.J.Cancer Res.,2002)。また、臨床検体の免疫組織化学的検討により、核内にGSTπが存在する卵巣癌、子宮体癌、子宮頸癌患者は、細胞質にのみ存在する患者より、予後が不良であること、抗がん剤治療後、核GSTπが陰性から陽性に転化する症例でも、予後が不良であることを見出した(投稿中)。核移行に関しては、GSTπのN末端からC末端にかけての複数の断片とGFPの融合タンパク質を発現させ、その細胞内局在を解析した。その結果、GSTπの核移行にはC末端領域が重要であることが明らかとなった。加えて、我々は、タンパク質の核での存在を解析する場合、核移行と同様に核外移行機構に関する検討も必須であると考えた。そこで、核内にGSTπの存在が認められない細胞に、タンパク質の核外移行を阻害するleptomycin Bを投与し、GSTπの細胞内局在の変化を観察した。leptomycin Bを投与すると、GSTπは、2時間から3時間内に核蓄積を起こした。このことは、核内にGSTπの存在が認められないがん細胞でもGSTπは常時核移行していること、移行後、直ちにexportinと結合して速やかに細胞質に移行している為、核での存在が観察されないことを示唆した。また、興味深いことに、分離ミトコンドリアを解析した結果、GSTπの存在が確認された。GSTπの断片とGFPの融合タンパク質の細胞内局在を解析した結果、GSTπのN末端領域がミトコンドリアへの移行に必須であることが明らかとなった。当初、GSTπの核移行を阻害する目的で使用していたABLは、GSTπの核移行ばかりでなく、ミトコンドリアへの移行も阻害することが判明した。
宿主遺伝子産物によるレンチウイルス複製制御の新たな分子メカニズム解析に関する研究

我々はHIV-1複製を制御する宿主因子としてHEXIM1,Cyclin K,HSP40B6/DNAJB6,Arp2/3 complex,CD63,Brd4などを同定した。HEXIM1、Cyclin K、Brd4 C末端ドメインはTat/LTR転写を特異的に阻害する事により抗HIV-1複製作用を示し、HSP40B6/DNAJB6は新たなメカニズムでウイルス転写を抑制することによりHIV-1複製を抑止すること、CD63はウイルスレセプターCXCR4の細胞表面発現レベルを低下させることによりHIV-1侵入を阻害すること、Arp2/3複合体がGagと直接相互作用することによりウイルスが細胞に侵入する過程を制御することを証明した。我々は世界でも例をみないユニークなT細胞を使用したHIV-1抵抗性因子をcDNAからスクリーニングする実験系を確立し、これを基幹技術としてさらに数多くのHIV-1複製制御因子を同定し、細胞がもつ内在性抗レトロウイルス因子(intrinsic immunity)に関する研究領域における著しい学術的発展に繋げることに成功した。本研究は霊長類レンチウイルス複製の分子メカニズムを明らかにし、エイズウイルスをはじめとする病原性レトロウイルスの治療法を開発するために大きく貢献し、今後も更なる発展が期待される。本研究により、我々はP-TEFbの宿主阻害因子であるHEXIM1が培養細胞においてHIV-1の複製にどのような影響を与えるのかを検討した。HEXIM1発現により細胞増殖、形態、ウイルスレセプターの発現にはほとんど影響を与えなかった。コントロール細胞と比較してHEXIM1を恒常的に発現した4種類のヒトT細胞のすべてでHIV-1複製が抑制された。同様の現象はHeLa-CD4細胞でも観察された。SIV複製もHEXIM1によって抑制された。これらが転写レベルによる抑制であることをRT-PCRなど一連の実験にて証明した。この実験結果は、TatのCyclinT1利用効率がHEXIM1発現により選択的に負に影響をうけることを示唆する。HIV-1の複製はP-TEFbの機能に強く依存することから、HEXIM1の機能増強または発現増強がエイズ治療の分子標的であることを実証した(Shimizu et al., AIDS, 2007)。我々はCXCR4のC末端細胞質ドメインにSDF-1α非依存的elldocytosisを起こすSESモチーフを同定したが、これがSDF-1α依存的endocytosisを起こすシグナルモチーフとは異なることが判明した(Futahashi et al., Cancer Sci, 2007)。両者のプロセスの分子機序について詳細を比較したところ、後者に必要と考えられるbeta-arrestinは前者に影響を与えないことが判明した。複製初期過程:ウイルスレセプターCXCR4が従来考えられてきた2量体ではなく3量体以上の複合体を形成している事が世界最先端のlivecell assayであるBRET/BiFC法により証明された。ヒトPBL由来cDNAライブラリーからCXCR4の発現を阻害する因子としてPLC delta 1が候補として同定された。複製後期過程:P-TEFb構成要素の一つであるcyclin KがHIV-1とSIVの複製を特異的に抑制する事を証明した。これはウイルス複製に必須であるTatが転写を増強する際に必要なCyclin T1/CDK9複合体に対し,Cyclin KがT1とCDK9を競合してCyclin T1/CDK9複合体数を減少させることによりTat機能を妨げるためと考えられた。Cyclin Kの発現・機能増強がエイズ治療に結びづく可能性が考えられる動物種特異的レンチウイルス複製抑制因子:ウサギ細胞由来RK13細胞cDNAライブラリーからのウイルス感染抵抗遺伝子選択によりウサギ細胞におけるHIV-1感染抵抗性に関与する可能性がある遺伝子群がいくつか同定された。そのうち,HHDj1/HSP40/DNAJB6はウイルス産生を抑制する宿主因子である事が判明した。日本での蔓延が危惧されているエイズには根治療法が存在しない。近年エイズ予防ワクチン臨床治験の失敗が報告され、早急に実現可能なエイズ対策として新たな治療標的をもつ抗ウイルス剤の開発とウイルス病原性の理解が求められている。これにはウイルス複製の基本原理と宿主-ウイルス相互作用の解析が必須である。

我々はこれまでに同定した複数の宿主因子に特に焦点を当て詳細な宿主-ウイルス相互作用解析を行うと同時に、新規HIV-1複製制御因子の発見を試み、独創的なエイズ対策法の開発に資する事を目的にした。(1)ウイルスレセプターCXCR4の細胞表面発現レベルを減少させる遺伝子としてCD63を同定しその作用機序を明らかにした。(2)ウイルス抵抗性を示すウサギ細胞RK13由来cDNAからその表現型の責任遺伝子としてHSP40B6を同定した。その作用機序はHSP40B6のN末端JドメインがHSP70と機能的な相互作用を通じてウイルス産生を抑止することが判明した。(3)ヒト細胞由来cDNAライブラリーからHIV-1感染抵抗性に寄与する遺伝子として新たにARHGDIB、RIPK2、CD5を同定した。(4)Arp2/3複合体は細胞骨格の重要な構成要素の一つであるり、膜輸送を制御するESCRT複合体関連因子群と相互作用してウイルス産生の最終過程を促進する。この因子群の中でALG-2がlate domain非依存的なウイルス出芽に関与する事を明らかにした。(5)Tat依存的LTR転写にはP-TEFb複合体が必須である。P-TEFb複合体の制御因子として新たにBrd4C末端ドメインを同定した。P-TEFb複合体制御因子HEXIM1, cyclin K, Brd4 C末端ドメインを解析した結果、cyclin T1を含むP-TEFb複合体の抑制は特異的にHIV-1複製阻害を可能にする可能性が強く示唆された。Cycin T1のBrd4相互作用部位が新たなエイズ治療薬の創薬分子標的であることが示唆された。
Ni基超合金の高温水蒸気腐食挙動の解明とその防食法の提案

Ni基合金の腐食挙動の調査に先だって、比較対象としてまた比較的単純な系をして、基本構成元素であるNiおよびNi-3,6,10mass%Al二元系合金を用いてair,air+30.6H_2O,Ar-30.6H_2O雰囲気中,1073K,100hrの酸化実験を行った。100hr酸化後の酸化量のAl濃度依存性はいずれの雰囲気中においても同様に、純NiからAl濃度の増加に伴って6%Alまでは増加するが、10%Alで急激に減少する。一方、酸化量の時間依存性は、Niおよび10%Al合金では、水蒸気の影響は殆ど認められないが、3および6%Al合金は、air中では、酸化の初期より酸化は放物的に増加するが、水蒸気を含む雰囲気中では、酸化の短時間側でair中とほぼ同様の挙動を示すのに対して、より長時間の酸化で酸化速度は減少する事がわかった。断面組織観察より、いずれの雰囲気中においても、Niおよび10%Al合金では、それぞれNiOおよびAl_2O_3皮膜が形成している。Air中で酸化した、3および6%Al合金は外層NiOが生成し、合金中にはAl_2O_3の内部酸化層の生成が認められた。同様の組織は、水蒸気含有雰囲気中で酸化した試料においても認められるが、外層NiOおよび内部酸化層の厚さは、air中のそれと比較して薄くなり、air-H_2OよりもAr-H_2O中でより薄くなる傾向を示した。また、水蒸気含有雰囲気中では、外層NiOと内部酸化層の間に純Ni層が約5μm程度生成していた。市販のNi基超合金CMSX-4およびTMS75を用いた同様の実験条件下における酸化では、TMS75は、Ni-3,6Alと同様の傾向を示し、水蒸気含有雰囲気中ではair中と比較して酸化量は低下する傾向を示すが、CMSX-4では、水蒸気含有雰囲気中で酸化量は増加し、air中と比較して厚い酸化皮膜が形成することがわかった。現時点において、これら合金種による酸化挙動の違いは、合金中に含まれる合金元素の影響であることが示唆される。
レドックス動態解析による皮膚炎症発症メカニズムの解明

さまざまな種類の皮膚炎症病態の成立には、レドックスバランス、すなわち、酸化ストレスと抗酸化物・抗酸化酵素のバランスが本質的に重要な役割を果たしていると考えられている。平成1516年度を通して、皮膚炎症におけるレドックスバランスの解明を試みた。具体的には次の2点に絞り研究課題を実施した。1,中濃度の一酸化窒素(nitric oxide ; NO)による中波長紫外線(UVB)照射後に生ずるケラチノサイトアポトーシスの抑制本研究では皮膚炎症のなかでも特に、皮膚にUVBを照射した後に生ずるケラチノサイトアポトーシスについて調べた。このアポトーシスには酸化ストレスが関与すると考えられているが、本研究では、レドックスバランス関連分子であるNOのこの反応への影響を調べた。その結果、中濃度NOはUVBによるケラチノサイトアポトーシスを抑制することを見い出した。さらに、NOがアポトーシスシグナル伝達経路のp53,caspase 8,caspase 9およびcaspase 3を抑制すること、NOはBcl-2を活性化することを明らかにした。これらの機序を介して、中濃度NOはUVBによるケラチノサイトアポトーシスを抑制すると考えられる。なぜNOがこのような効果を持つのかについての詳細は不明である。おそらくは、NOがレドックスバランス調節に関与する別の分子と反応するためではないかと考えられる。2,レドックスバランス解析系としての炎症刺激モデルマウスの作製皮膚炎症をもたらす刺激のモデルマウスとして、(1)圧迫による虚血モデルマウス、(2)創傷モデルマウス(3)紫外線モデルマウス、(4)擦過刺激モデルマウスを作製した。現在のところ、これらのモデルマウスにおけるレドックスバランス解析による病態解明はまだ始まったばかりである。今後これらを用いてさらに解析を進める予定である。皮膚炎症におけるレドックス制御の関与を明らかにするために以下の点について研究を進めた。1、虚血再灌流モデルマウスの作製と酸化ストレスの解析動脈硬化や糖尿病ないしアレルギー機序に基づき血栓や塞栓が形成されたり、組織・血管が圧迫されたりして、皮膚血管に虚血-再灌流刺激が加わった場合、H_2O_2やO_2^-などが生成され、これが好中球-血管内皮細胞間の相互作用を亢進させ、さらに高度な血管内皮細胞障害をひきおこすと考えられる。このような病態をさらに詳細に解明するため、虚血再灌流モデルマウスの作製に着手した。具体的には、ICRマウスをネンブタールにて全身麻酔後、大腿動脈を金属片で軽くクリップし血流を遮断し、3060分後クリップを除去し血流を再開した後、術創部を縫合し、数時間ないし数日後マウスを頚椎脱臼により処分し、直ちに心臓より全採血し血清および好中球を遠心分離し、下腿皮膚を同時に採取し凍結保存した。これらのサンプルを用いて、虚血-再灌流により生ずる皮膚血管障害における酸化ストレスの各指標(H_2O_2、O_2^-、8OH dG,MDAなど)および好中球と血管内皮細胞の相互作用(接着因子発現)について、現在、解析を進めている。まだ結果はまとまっていないが引き続き解析していく予定である。今後これらのモデルマウス系ができたら、薬効や治療効果判定にも用いる予定である。2、その他の酸化ストレスモデルマウスの作製紫外線(UVAないしUVB)照射モデルマウス、DNCB刺激による接触皮膚炎モデルマウス、擦過刺激モデルマウスにおける酸化ストレス解析についても(1)と同様に作製中である。●さまざまな種類の皮膚炎症病態の成立には、レドックスバランス、すなわち、酸化ストレスと抗酸化物・抗酸化酵素のバランスが本質的に重要な役割を果たしていると考えられる。

したがって、皮膚炎症におけるレドックスバランスの詳細を明らかにすることは、単に病態解明のためだけでなく、炎症疾患の新たな治療法の開発のためにも必要なことと考えられる。本研究では皮膚炎症のなかでも特に、皮膚にUVBを照射した後に生ずるケラチノサイトアポトーシスについて調べた。このアポトーシスは酸化ストレスによりひき起こされると考えられているが、本研究では、レドックスバランス関連分子であるNOのこの反応への影響を調べた。その結果、中濃度NOはUVBによるケラチノサイトアポトーシスを抑制することを見い出した。さらに、NOがアポトーシスシグナル伝達経路のp53,caspase8,caspase9およびcaspase3を抑制すること、NOはBcl2を活性化することを明らかにした。これらの機序により、中濃度NOはUVBによるケラチノサイトアポトーシスを抑制すると考えられる。なぜNOがこのような効果を持つのかについての詳細は現在のところ不明であるが、おそらくは、NOがレドックスバランスの調節に関与する別の分子と反応するためではないかと考えられる。●2,レドックスバランス解析系としての炎症刺激モデルマウスの作製皮膚炎症をもたらす刺激のモデルマウスとして、(1)圧迫による虚血モデルマウス、(2)創傷モデルマウス(3)紫外線モデルマウス、(4)擦過刺激モデルマウスを作製した。現在のところ、これらのモデルマウスにおけるレドックスバランス解析による病態解明はまだ始まったばかりであるが、今後さらに使用していく予定である。
反芻家畜の消化過程のシミュレ-ションに関する研究

1.ル-メンユニットの第二胃・第三胃孔のふるい分け機構の改良:前年度までに開発したル-メンユニットにつき、その培養槽内の対流機構の流出部に種々の素材のふるい(ステンレス製金網、多孔性セラミック、ステンレス製パンチング板)を装着し、乾草等の飼料片のふるい分け機構の性能について検討した。プロトゾアの生息数、揮発製脂肪酸および乾物の代謝回転率を指標として培養を行った結果、ふるい分け機構に直径3mmのステンレス製パンチング板を設置した場合に最も良い結果が得られた。2.腸ユニットの開発:粗飼料を含む消化管内容物の物理的消化を検討するため、第四胃型の腸ユニットとは別に、ポッタ-エルヴィ-エム型テフロンホモジノイザ-をコンピュ-タ-制御のステッピングモ-タ-で回転させる装置を開発し駆動試験を行った。また、緬羊のル-メン内容物から分離・調製した細菌およびプロトゾアを用いて、振どう培養法による酵素消化試験(ペプシンおよびパンクレアチン)を行い、基質と酵素溶液の適正濃度を求めた。3.全消化過程のシミュレ-ション:人工ル-メンユニット、第四胃ユニット、および腸ユニットを接続して、シ-ケンス制御を検討すると共に、高価な消化酵素の使用量を抑えるため、人工ル-メンからの流出物の定量分取と第四胃および腸の各ユニットの縮小を計った。その結果、シ-ケンス制御はほぼ解決することができた。しかし、人工ル-メン流出物の定量分取、および下部ユニットへの圧送に関しては、プランジヤ-型ポンプ、マイクロチュ-ブポンプのいずれを用いても、消化産物中の粗飼料などの固形物により送液量が不安定になり、再現性のある結果は得られなかった。1.ルーメンユニットの制御システムの改良:62年度までに開発したアナログ方式の人工ルーメンの制御部に汎用パーソナルコンピューター、およびZ80ボードコンピューターを導入し、数値制御による培養システムを確立した。また、従来使用していた自動給餌機は、5mm以下の飼料のみ投与可能であったが、現在、粉末の濃厚飼料および2cm長までの乾草を12連で投与できる装置の設計を終了し、製作の準備中である。制御システムが完成した結果、人工ルーメンユニット内のプロトゾアの流出量の制御が可能となり、培養槽内のプロトゾアの密度は培養開始1週間後に2・10^5個体/mlを維持できるようになると共に、酢酸、プロピオン酸等の有機酸の濃度も安定した。また、pHも設置したpHコントローラーを用いなくても安定した値を得られるようになった。2.第二胃・第三胃孔のふるい分け機構の開発:ステンレス製ウォームをコンピューター制御で回転させるシステムを開発し、ふるい分け機構のほか、培養槽内における粗大な植物片の循環対流も可能にした。計画調書提出の時点では、ふるいの強度が不十分で、粗剛な飼料を投与すると変形する事故が発生したが、内部の滞留箇所を改良した結果、厚さ0.4mmのステンレス製ふるいでも十分機能することが明らかとなった。またこのふるいは簡単に着脱できるため、1ー5mmの内径をもつふるいを作製し、イネ科の粗剛な乾草を用いてふるい分け機構の制御方法を検討中である。3.第四胃ユニットの開発:ガラス製ウォームを小型槽の中心部に置くユニットを作製し、現在、酵素(ペプシン)の送液システムを検討中である。
ビスフォスフォネートによる顎骨壊死の予防・治療に関する基礎および臨床研究

窒素含有bisphosphonates (N-BPs)は窒素非含有BPs(non-N-BPs)よりも遥かに強い骨吸収抑制作用をもつが,顎骨壊死などの副作用がある.本研究では次の結果を得た.(i)本邦開発N-BPもマウスで強い炎症壊死作用を示す.(ii)細菌成分LPSはN-BPsによる炎症・壊死を顕著に増強する.(iii)N-BPsは側鎖構造に関わらずトランスポーターのSLC20/34を介して細胞内に取り込まれ炎症壊死を起こす.(iv)私達は顎骨壊死の予防・抑制方法としてnon-N-BPのetidronateをN-BP代用薬とする方法を提案している.この方法の有効性を示す臨床成績を得た.今年度における研究成果としては、日本で認可されているNBPの中でとして最も新しく( 2009年)骨吸収抑制作用の強いminodronateを高齢マウスの足に注射投与し,炎症壊死作用により腫脹した足の体積を測る事で、炎症作用の数値化をする事に成功した.これにより炎症の程度を比較し顎骨骨髄炎壊死のリスクを検討することができた.窒素含有bisphosphonates (N-BPs)は窒素非含有BPs(non-N-BPs)よりも遥かに強い骨吸収抑制作用をもつが,顎骨壊死などの副作用がある.本研究では次の結果を得た.(i)本邦開発N-BPもマウスで強い炎症壊死作用を示す.(ii)細菌成分LPSはN-BPsによる炎症・壊死を顕著に増強する.(iii)N-BPsは側鎖構造に関わらずトランスポーターのSLC20/34を介して細胞内に取り込まれ炎症壊死を起こす.(iv)私達は顎骨壊死の予防・抑制方法としてnon-N-BPのetidronateをN-BP代用薬とする方法を提案している.この方法の有効性を示す臨床成績を得た.骨吸収抑制薬のbisphosphonates (BPs)は分子内に窒素かあるもの(NBPs)とないもの(non-NBPs)かあり,作用はNBPs >>non-NBPsてある.しかしNBPsは顎骨の骨髄炎壊死のリスクか高い.我々は実験から以下を確認した.1 Non-NBPsのclodronate (Clo)とetidronate (Eti)はNBPsの炎症壊死作用を予防・抑制する.2 NBP sの骨吸収抑制作用をCloは抑制しないがEtiは抑制する.3 Etiはすでに骨に結合したNBPsを除去する.これらより以下を提案する.1NBPsによる炎症壊死を予防し骨吸収抑制作用を利用するため,CloをNBPsとの併用薬にする.2NBPs治療患者の顎骨の壊死骨髄炎の予防と治療のため,EtiをNBPsの代用薬にする.本研究はEti治療の有効性を確認し,顎骨壊死の有効な治療方法を考案を目的とする.今年度における研究成果としては、各種NBPsについて,その特徴を把握するため,マウスを用いて以下を検討を行った. NBPsの炎症壊死作用の比較.日本で認可されているNBPsはpamidronate, alendronate, risedronate, incadron ate, zoledronate, minodronate (2009年)の6種であり,さらにibandronateが追加予定である.これらの炎症壊死作用を比較し顎骨骨髄炎壊死のリスクを検討する.3,NBPとClo(non-NBP)の併用効果(種々のNBPsについて比較):Cloは日本では認可されていないが,NBPsとの併用で,NBPsの副作用を予防し,且つ,NBPsの強い骨吸収抑制作用を維持てできる唯一の薬物である.将来の併用の実現を視野に,種々のNBPsとの併用の効果と併用の条件などを調べる.1.私達は,N-BPsの炎症壊死作用に対する細菌膜成分LPSの効果について,以下を報告してきた.(i) N-BPs自体がIL-1産生を含む種々の炎症作用を示し,LPSによるIL-1産生・遊離は,N-BPs投与マウスで激しく増強される,(ii) N-BPsは投与局所で壊死を起こし,in vitroで細胞非特異的毒性を示す.本研究期間においては,LPSはN-BPsの耳介や足蹠投与による投与局所での炎症・壊死を顕著に増強することを明らかにした.以上の結果は,N-BPsの顎骨への蓄積・遊離とN-BPs自体の細胞毒性が顎骨壊死の原因であり,感染は顎骨壊死誘発因子であることを示唆する.2. N-BPsは側鎖の構造によりheterocyclic型N-BPsとalkyl型に分かれる.本研究期間においては以下を明らかにした.Alkyl型・heterocyclic型を問わず,N-BPsはリン酸トランスポーターのSLC20/34を介して細胞内に取り込まれ,炎症壊死を起こす(論文投稿準備中).3.顎骨壊死はN-BPsにより発症し,non-N-BPsのetidronate (Eti)やclodronateによる明確な発症はない.私達はマウスの実験で,Etiは“(i) N-BPsの炎症・壊死作用を抑制し,また,(ii)骨に結合したN-BPsと置換する"ことを見いだし,EtiをN-BPsの代用薬にする治療を提案している.

以前試みた2症例で良好な結果が得られた(2010年報告).その後の症例についても良好な結果が得られ,これらをH26年度に報告(論文投稿中).医歯薬学各種NBPsのうち,最も炎症効果の強いminodronateを用いて,高齢マウスの足の体積を測る事で炎症の度合いを極めて明確に測定する事が出来た.また,組織学的に炎症を検討する事もできた.この事により今後各種NBPsでの検討やNBPsの炎症壊死作用に対するステロイド,コレステロール低下薬(スタチン類),インシュリン,免疫抑制薬,非ステロイド性抗炎症薬,抗酸化薬(N-acetylcystein)などの効果を調べる事が出来る.各種NBPsについて,その特徴を把握するため,マウスを用いて以下を検討を行っているNBPsの炎症壊死作用の比較.日本で認可されているNBPsはpamidronate, alendronate, risedronate, incadron ate, zoledronate, minodronate (2009年)の6種であり,さらにibandronateが追加予定である.これらの炎症壊死作用を比較し顎骨骨髄炎壊死のリスクを検討を行っている.NBPとClo(non-NBP)の併用効果(種々のNBPsについて比較):Cloは日本では認可されていないが,NBPsとの併用で,NBPsの副作用を予防し,且つ,NBPsの強い骨吸収抑制作用を維持できる唯一の薬物である.将来の併用の実現を視野に,種々のNBPsとの併用の効果と併用の条件(割合など)を調べている.各種NBPsについて,その特徴を把握するため,マウスを用いて以下を検討する. EtiをNBPsの代用薬として使用したのち,再びNBPsの治療に戻すことが可能か?:顎骨壊死患者(骨粗鬆症)でのNBPのEtiへの切り換えは前述の様に極めて良好であり,NBP治療への復帰が期待できる.これが可能かどうかを,Etiを投与したマウスでのNBPの骨吸収抑制作用の有効性を調べる.NBPsの炎症壊死作用に対するステロイド,コレステロール低下薬(スタチン類),インシュリン,免疫抑制薬,非ステロイド性抗炎症薬,抗酸化薬(N-acetylcystein)などの効果を調べる.顎骨壊死モデルマウスを作成し以下の実験を行う1、各種NBPsについて、その炎症壊死作用の比較を行う.日本で認可されているNBPsは6種であり,さらにibandronateが追加予定である.これらの炎症壊死作用を組織学的に比較し顎骨骨髄炎壊死のリスクの検討を行う.2、Cloは日本では認可されていないが,NBPsとの併用で,NBPsの副作用を予防し,且つ,NBPsの強い骨吸収抑制作用を維持できる唯一の薬物である.将来の併用の実現を視野に,種々のNBPsとの併用の効果と併用の条件などを調べる.次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進した事に伴い発生した未使用額であり、平成26年度請求額と合わせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進した事に伴い発生した未使用額であり、平成26年度請求額と合わせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。各種NBPsについて,その特徴を把握するため,マウスを用いて以下を検討する.EtiをNBPsの代用薬として使用したのち,再びNBPsの治療に戻すことかが可能か?:顎骨壊死患者(骨粗鬆症)でのNBPのEtiへの切り換えは前述の様に極めて良好であり,NBP治療への復帰が期待できる.これが可能かどうかを,Etiを投与したマウスでのNBPの骨吸収抑制作用の有効性を調べる.NBPsの炎症壊死作用に対するステロイド,コレステロール低下薬(スタチン類),インシュリン,免疫抑制薬,非ステロイド性抗炎症薬,抗酸化薬(N-acetylcystein)などの効果を調べる.
ミクロ多孔性結晶触媒による石炭液化油の高度改質

石炭液化油を現在の消費構造で利用できる製品に変換することを目的として、ミクロ多孔性結晶触媒による石炭液化油の改質反応を検討した。既に昨年度、NEDOL法の1t/dプロセスサポ-トユニットにより、ワンドアン炭から得られた石炭液化油の軽質ナフサ溜分の、ガロシリケ-ト上での反応を検討し、石炭液化油中に含まれる反応阻害物質を明らかにし、さらにこれらの反応阻害物質を洗浄により除去することにより、軽質ナフサ溜分から約60%の収率でBTX溜分が得られることを見い出している。本年度はまず、この反応での成分間の反応性の差の原因を明らかにする目的で、ジメルチルシクロヘキサン類のガロシリケ-ト上での反応挙動を詳細に検討し、有効分子径の小さな1,4ー体は、ガロシリケ-ト上で高い反応性を示すにもかかわらず、有効分子径の大きな1,2ー体や1,3ー体は反応性が低く、ガロシリケ-トの基質形状選択性の影響を受けていることを明らかにした。また、ガロシリケ-トの結晶外表面に白金粒子を担持した白金修飾ガロシリケ-トを新たに調製し、この触媒により、石炭液化油中の有効分子径の大きな成分の反応性が改善できることを明らかにした。次に、軽質ナフサより沸点の高い重質ナフサからの反応阻害物質の除去法を検討し、軽質ナフサの場合有効であった水ーメタノ-ル系溶媒による洗浄は有効ではなく、スルホランのみ特異な洗浄効果を示すことを見い出した。さらに、スルホランで洗浄後の重質ナフサを白金修飾ガロシリケ-ト上で反応させることにより、約50%の収率で芳香族成分を得ることに成功した。しかし、触媒寿命は充分でないのでその原因を検討し、この溜分中に含まれるインダン類からインデン類が生成し、これから容易にコ-クが生成して触媒が失活することを明らかにした。この検討を基に、水素共存下で反応を行わせることにより触媒寿命を顕著に延ばすことができた。
微生物におけるジベンゾチオフェンの脱硫代謝系新規酵素類の特性解明と機能改変

石油中の難除去性含硫化合物ジベンゾチオフェン(DBT)は、石油の燃焼の際に亜硫酸ガスを生成し大気中に放出されて酸性雨の原因物質となることから地球環境問題のターゲット物質の一つとして近年特に注目を集めている.本研究では高効率脱硫プロセスの構築を目標に、DszBとフラビンレダクターゼに重点をおき脱硫代謝全酵素系の特性解明と酵素活性・安定性向上のための機能向上・改変を目的として以下の結果を得た。(1)DBT脱硫菌由来のフラビンレダクターゼの特性解明DBT脱硫酵素系のモノオキシゲナーゼ活性に必須のフラビンレダクターゼをRhodococcu erythropolis D-1から均一に精製し、諸性質を明らかにするとともにその遺伝子を大腸菌に組込み酵素を大量発現させた。本酵素はフラビンを含有せず、NADHに対する特異性が高かった。また80°C,30分間の熱処理後も30%活性を保持していた。(2)DBT非脱硫細菌由来のフラビンレダクターゼの特性解明(3)DszBの大量発現と酵素の特性解明Rhodococcus erythropolis D-1におけるDBT脱硫代謝系の最終段階を触媒するDszB酵素遺伝子をシャペロニン遺伝子groEL/ESとともに大腸菌に導入して酵素を大量発現した。組換えDszB酵素は至適温度35°C,基質HBPSiに対するKm値、k_<cat>値はそれぞれ8.2μMおよび0.123s^<-1>であった。DszBはまた反応生成物2-HBPによって阻害を受けた(Ki=0.25mM)。しかしもう一つの反応生成物亜硫酸イオンには阻害されなかった。基質特異性は非常に高くHBPSi以外ではフェニルベンゼンスルフィン酸にのみ活性があった。以上のことから本酵素は新規酵素と考えられ、HBPSiデスルフィナーゼと命名した。石油中の難除去性含硫化合物ジベンゾチオフェン(DBT)は、石油の燃焼の際に亜硫酸ガスを生成し大気中に放出されて酸性雨の原因物質となることから地球環境問題のターゲット物質の一つとして近年特に注目を集めている.われわれは高効率脱硫プロセスの構築を目標にしてまず今までの広範な研究でDBT代謝系を明らかにした。この代謝系において我々はフラビンレダクターゼ(DszC、Aとカップリングする酵素)がDBT脱硫代謝を支配する酵素であることを明らかにしている。そこで本年度は、DBT脱硫系酵素系の酵素の中で特にフラビンレダクターゼの精製と酵素科学的性質を明らかにし以下の知見を得た。常温性DBT脱硫細菌Rhodococcus erythropolis D-1と好熱性DBT非脱硫細菌Bacillus sp.DSM411からフラビンレダクターゼの精製を行い、両者の酵素科学的性質を明らかにした。その結果、DSM411株由来のフラビンレダクターゼはD-1株のものと比較した結果、至適温度が高く(70°C)、熱および広範囲にわたるpHで安定であることを明らかにした。また基質であるNADH, FMNに対する親和性の高さについても優位性を示したしさらに、D-1株およびDSM411株のフラビンレダクターゼ遺伝子のクローニングと発現を行った。これによりDBT脱硫に関与する酵素でフラビンレダクターゼとカップルするモノオキシゲナーゼとの反応効率の最適化についての検討が可能になった。

石油中の難除去性含硫化合物ジベンゾチオフェン(DBT)は、石油の燃焼の際に亜硫酸ガスを生成し大気中に放出されて酸性雨の原因物質となることから地球環境問題のターゲット物質の一つとして近年特に注目を集めている.本研究では高効率脱硫プロセスの構築を目標に、DszBに重点をおき脱硫代謝全酵素系の特性解明と酵素活性・安定性向上のための機能向上・改変を目的として以下の結果を得た。(1)DszBの大量発現と酵素の特性解明Rhodococcuse erythropolis D-1におけるDBT脱硫代謝系の最終段階を触媒するDszB酵素遺伝子をシャペロニン遺伝子groEL/ESとともに大腸菌に導入して酵素を大量発現した。組換えDszB酵素は至適温度35°C,基質HBPSiに対するKm値、kcat値はそれぞれ8.2mMおよび0.123s-1であった。DszBはまた反応生成物2-HBPによって阻害を受けた(Ki=0.25mM)。しかしもう一つの反応生成物亜硫酸イオンには阻害されなかった。基質特異性は非常に高くHBPSi似外ではフェニルベンゼンスルフィン酸にのみ活性があった。以上のことから本酵素は新規酵素と考えられ、HBPSiデスルフィナーゼと命名した。(2)DszBの立体構造解析DszBの結晶化を行ったあとX線結晶解析により立体構造を明らかにした。本酵素は、ABCトランスポーターの基質結合タンパク質ファミリーでよく見られる2つのα/βドメインから成る楕円形をしており、一次構造および立体構造の相同性検索の結果、硫酸エステル結合タンパク質AtsRと相同性を示した。しかしAtsRは基質結合タンパク質であり、酵素活性はない。したがって、DszBは基質結合タンパク質から酵素活性をもつ加水分解酵素へと進化する過程に位置するタンパク質であると推定された。(3)変異DszBの作成と評価立体構造解析を基にDszBの安定性向上を目的とした変異酵素(N末18残基欠損酵素)、および生成物阻害の解除を目的とした変異酵素(T62、Y63を他のアミノ酸残基に置換した酵素)をデザインし、各無細胞抽出液を用いて評価を行った。現在までのところ、目的とする変異酵素は得られていないが、Y63は触媒活性に大きな影響を与える残基である結果がえられた。
物体の力学的表情による印象形成過程の解明（ディープラーニングによる実証的考察）

一般的に,対象物の形状を決定するデザインでは,いわゆるセンスの問題として属人的な側面が強調される.一方で「機能美」の概念のように,構造形態・形状の力学的な妥当性が美しさとして表出するとの考え方がある.このことは,デザインの感性的側面と力学的合理性のような客観的側面が不可分であることを示唆している.本研究は,製品の形状から印象が形成される過程において,その製品内部の力学的負荷の空間的分布のパターンが,人には力学的表情として潜在的に認知されているとの仮説をたて,形状と印象との関連をディープラーニングによる出力結果から実証的に検証しようとするものである.最終年度である平成30年度には,これまでに構築した既存容器形状から進化計算法的に多様な新規形状を創成するシステムを用いて,形状画像に対するディープラーニングシステムによる評価と,その形状に対する力学的評価との対応を検討した.陶磁器カップ形状を例に,新規創成形状のレンダリング画像に対して,汎用の深層学習モデルをブラックボックスとして用い,その画像のキャプションとスコアを得た.同時にこれらの形状に対する構造解析により力学的負荷の度合を示すカップ断面内の応力分布を得た.これらの比較より,力学的負荷の偏りが大きく力学的に不合理であると考えられるカップ形状と,偏りが小さく力学的に合理的なカップ形状が,画像のみを参照した深層学習モデルの出力スコアによって,ある程度分類可能であることを示した.課題としては,ディープラーニングシステムが対象画像のどの部分に注目しているのかを明らかにし,そのことを力学的に解釈することが残されている.一般にデザインは,いわゆるセンスの問題として属人的に取扱われているが,人が製品から受けている印象には,その形態の力学的合理性などから客観的に説明できるものも多い.本研究は,製品の形状から印象が形成される過程において,その製品内部の力学的負荷の空間的分布のパターンが,人には力学的表情として認知されているとの仮説をたて,形状と印象との関連付けをディープラーニングによって実証的に検証しようとするものである.得られた印象形成モデルは,デザインにおける直観的言説の客観的な表現となり,さらに,実務者による印象形容との比較を行うことで,人の創造的行為に対する理解を深められると考えられる.初年度である平成28年度には,提案しようとする力学的表情の定義を改めて整理・考察し,形状から印象形容となる過程の中間媒介としての位置付けであるととらえ,この過程を印象形容モデルとして実装するための論点を検討した.なかでも,ネガティブな印象を持つと予想され,実物としては実現されにくい形状に注目し,そのような形状サンプルに対して,どのような印象形容がなされるかを収集することに主眼をおき,新規形状の生成手法の検討を行った.まず,印象形容が広く収集できると考えられる容器形状に注目し,複数の既存容器形状を3次元スキャナによって計測した.次にそれらの輪郭曲線を容器間で相互に部分的に交換し,新規形状を進化計算法的に創成し,レンダリングによってCGとして写実的に提示するシステムを構築した.ネガティブな印象を持つと予想されるものも含む多様な形状生成手法と写実的な提示については,ほぼ想定通りに進捗しているが,その感性サンプルを用いた印象形容の収集が遅れている.ただ,本申請で想定していた機械設計者以外にも,表面的には見えていないことをイメージとして解釈することで判断を行っているという類似例があるとの指摘を受け,本研究の応用分野について次の着想を得つつある.一般にデザインは,いわゆるセンスの問題として属人的に取扱われているが,人が製品から受けている印象には,その形態の力学的合理性などから客観的に説明できるものも多い.本研究は,製品の形状から印象が形成される過程において,その製品内部の力学的負荷の空間的分布のパターンが,人には力学的表情として認知されているとの仮説をたて,形状と印象との関連付けをディープラーニングによって実証的に検証しようとするものである.得られた印象形成モデルは,デザインにおける直観的言説の客観的な表現となり,さらに,実務者による印象形容との比較を行うことで,人の創造的行為に対する理解を深められると考えられる.2年目となる平成29年度には,初年度に構築した,3次元スキャナによって計測された複数の既存容器形状から進化計算法的に新規形状を創成するシステムを用い,多様な形状に対する印象と力学的評価との関連付けを試みた.新規形状の印象に関しては,汎用の深層学習モデルをブラックボックスとして用い,創成された形状の写実的レンダリング画像を入力した場合の出力キャプションとそのスコアを手がかりとした.力学的評価としては,新規形状に対する構造解析で得られる応力分布を用い,その分布の偏りなどを検討した.これらの結果からは,定性的観察にとどまってはいるが,深層学習モデルによって「よりもっともらしい」とキャプション及びスコアによって評価された形状は,それらの応力分布の偏りに類似がみられることが示唆されている.多様な容器形状レンダリング画像に対して汎用の深層学習モデルを用いてキャプション付けを行い,そのキャプションに対するスコアがその形状のもっともらしさを表せることを示した.また,このもっとらしさと形状の力学的特徴量との間には関連が見出せることを示した.ただし,本研究で立証しようとする力学的表情は,1次元的な特徴量ではなくパターンとして認識されていると考えており,パターンとしての特徴量の取扱いを検討中である.一般的に,対象物の形状を決定するデザインでは,いわゆるセンスの問題として属人的な側面が強調される.一方で「機能美」の概念のように,構造形態・形状の力学的な妥当性が美しさとして表出するとの考え方がある.このことは,デザインの感性的側面と力学的合理性のような客観的側面が不可分であることを示唆している.

本研究は,製品の形状から印象が形成される過程において,その製品内部の力学的負荷の空間的分布のパターンが,人には力学的表情として潜在的に認知されているとの仮説をたて,形状と印象との関連をディープラーニングによる出力結果から実証的に検証しようとするものである.最終年度である平成30年度には,これまでに構築した既存容器形状から進化計算法的に多様な新規形状を創成するシステムを用いて,形状画像に対するディープラーニングシステムによる評価と,その形状に対する力学的評価との対応を検討した.陶磁器カップ形状を例に,新規創成形状のレンダリング画像に対して,汎用の深層学習モデルをブラックボックスとして用い,その画像のキャプションとスコアを得た.同時にこれらの形状に対する構造解析により力学的負荷の度合を示すカップ断面内の応力分布を得た.これらの比較より,力学的負荷の偏りが大きく力学的に不合理であると考えられるカップ形状と,偏りが小さく力学的に合理的なカップ形状が,画像のみを参照した深層学習モデルの出力スコアによって,ある程度分類可能であることを示した.課題としては,ディープラーニングシステムが対象画像のどの部分に注目しているのかを明らかにし,そのことを力学的に解釈することが残されている.構築した感性サンプル生成システムを利用した印象形容収集を進めていく.また,形状によって定まる物体内部の力学的負荷空間的分布パターンの,力学的表情としての解釈を得るために感性サンプルの構造解析を行い,ディープラーニングによって印象との関連付けを進める.ディープラーニング的な学習手法に対しては,その入出力の関係が人間にとって解釈困難なことが問題視されている.このことについては,従来手法で得られる知見との関連を手がかりに考察を行う.現在公開されている汎用の深層学習モデルでは,印象のような主観的形容に関しては中立となるような学習がなされているため,その画像に対するキャプションのような客観的表現を手がかりとして用いざるを得ない状況にある.印象の収集に関しては並行して工芸実作者による印象形容を収集する計画をたてているが,その結果の従来的手法による分析との摺り合わせが今後の課題となると考えている.図書の購入において定価より安価に入手できたために次年度使用額が生じた.次年度消耗品の購入に有効に利用する.