hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
部分最小二乗回帰を用いたシステム創薬戦略データベースの構築

肝細胞癌は国内および世界的な統計でも、癌死の原因として上位に位置している。本研究では、網羅的遺伝子発現データに加え、臨床病理学的因子をはじめとするさまざまなデータを融合し、システム創薬の実現に向けたデータベースを構築することを目指した。多変量データ同士の回帰を行うことができる部分最小二乗法(partial least square regression: PLSR)を用い、臨床病理学的因子などの付随情報を目的変数群、遺伝子発現データを説明変数に取り、これらの相関関係をデータベースとして活用することを目的とした。本研究では、マイクロアレイによる網羅的遺伝子発現データ、臨床病理学的因子、タンパク質相互作用情報、転写因子結合部位、シグナル伝達系や代謝系などのパスウェイ情報、既存の治療薬の情報など、さまざまなデータを融合し、システム創薬の実現に向けたデータベース・アプリケーションを構築する。本年度は、主に研究に必要な計算環境の構築を行った。統計処理言語Rで遺伝子発現データと臨床病理学的因子のみを含んだプロトタイプを構築し、部分最小二乗回帰(PLSR)の計算量の見積りを行ったのち、適切な処理能力を持つワークステーションを選定した。また、PLSRにより得られた遺伝子・臨床病理学的因子間の相関関係の評価の検討を行うとともに、データの格納形式についても検討した。現状はデータの読み出し・書き込み速度を優先し、R言語専用の圧縮保存形式を用いているが、外部公開時にはほぼ読み出し専用となるため、MySQL等のRDBに移行することを予定している。また、12月より週一回、医師と肝細胞癌のオミックス解析についてのディスカッションを行っており、本研究へのフィードバックに努めている。本研究では、臨床検体の遺伝子発現情報に対し、臨床病理学的因子/タンパク質相互作用/転写因子結合部位/シグナル伝達系などのパスウェイ情報/既存の治療薬などの情報を統合し、システム創薬の実現に向けたデータベース・アプリケーションを構築することを目的としている。本年度は前年度に引き続き、計算環境の構築と部分最小二乗回帰の評価を行った。プログラムは統計処理言語Rおよび部分最小二乗回帰のライブラリである"pls"パッケージを用いて作成を進めている。また、今回用いるデータは基本的に正値であるため、近年注目されている非負最小二乗法(non-negative least squares)を用いた実装の可能性についても調査・検討を進めている。計算環境の構築は終了し、プログラムの実装を進めている。また今後の公開を見据え、クラウド・コンピューティング環境での実行が必要になる可能性があるため、Amazon EC2サービスなどの事前調査を行った。本研究では、臨床検体の遺伝子発現情報に対し、臨床病理学的因子/タンパク質相互作用/転写因子結合部位/シグナル伝達系などのパスウェイ情報/既存の治療薬などの情報を統合し、システム創薬の実現に向けたデータベース・アプリケーションを構築することを目的とした。部分最小二乗法(partial least square regression: PLSR)は、同様な多変量データ同士の回帰を行う正準相関分析に対し、変数の数がサンプル数を上回った場合(遺伝子発現情報は一般にこの状態である)においても、逆問題の正則化などの検討を行うことを必要とせず、より直接的な解析が可能であるという利点がある。本研究ではまず肝細胞癌を対象として、臨床病理学的因子などを含む患者情報と、DNAマイクロアレイで取得した遺伝子発現を用い、PLSRを用いて多変量データ同士の回帰を実施し、解析・解釈を行った。平成26年度27年度は計算システムの選定と構築を行うとともに、部分最小二乗回帰の実装方法について検討した。統計処理言語Rおよび部分最小二乗回帰のライブラリである"pls"パッケージを用いてプログラムを作成し、開発と評価を行った。また、R言語において対話的なウェブアプリケーションを構築するためのライブラリである"Shiny"を用い、ユーザーが指定した因子を用いてリアルタイムに候補遺伝子を選定するシステムの開発を進めた。本研究の当初の目標では平成28年度にデータベース・アプリケーションの公開までを目標としていたが、研究期間内での公開には至らなかった。研究期間終了後も開発を続け、近い将来の公開を目指したい。また、肝細胞癌のみならず、治療が難しい他の疾患にも同様な創薬基盤データベースを展開することにより、新たな治療戦略の開発に寄与できるものと考える。本年度に予定していたデータベース検討、プロトタイプ評価、計算機選定と購入については、若干順番が前後したものの、最終的には予定通り行うことができた。遺伝子発現情報や臨床病理学的因子、その他の分子生物学的データベースでは負の値が出現することは少ないため、部分最小二乗回帰ではなく、非負値の制約の元で解析・解釈を進めたほうが良い可能性があるため、非負最小二乗法を用いた予備解析も進めたい。またTCGAやICGCなどのデータベースで公開されている遺伝子発現情報や体細胞変異、臨床病理学的因子など情報を用い、他のがん種での有用性の評価を行いたいと考えている。クリニカルバイオインフォマティクス引き続きPLSRを用いた手法の評価を進める。後半ではGUI設計を行うとともに、計算・検索レスポンスの改善を中心に、パラメーターなどの微調整を進める。また。GUI実装を行い、平成28年10月を目処に公開する。

公開後のフィードバックによる調整を進める。本年度は計算機のメモリ増強(128GB)を行ったが、2015年度当初と比べて実売価格が半額程度となったため。計算用ワークステーションの突然の故障等に備えたメンテナンス費用として、経費を保留した。研究開始当初は想定していなかった、クラウド・コンピューティング環境の調査に活用したいと考えている。H27年度以降も10万円前後の経費をハードウェア障害に備えて保留することを予定しているため、適切な使用を心掛ける。
プラン・コンタブルの基礎的・一般的研究

フランスのプラン・コンタブル・ジェネラルは、同国の会計研究および会計実務の両面において重要な位置を占めている。また、フランス語圏諸国,とりわけアフリカ,中東諸国の会計にも重要な基礎となっている。国際会計という観点でみた場合、フランスのプラン・コンタブルは重要な地位を占めているのである。今年度の研究は、フランスにおいてプラン・コンタブルが公会計においてどのような関連性を有しているかについてまず研究を進めてきた。私企業会計との関連性については従来から相当堀り下げた研究が行われてきているが、国や地方公共団体,さらには公企業等に関する会計,つまり公会計に対してはプラン・コンタブルがどのような関連にあるのかという点については十分な究明が行われてきたとはいえないからである。プラン・コンタブルの主要な特徴は、会計で用いられる勘定科目について統一的な番号を付するとともに、その勘定運用につき詳細な説明を行っているところにみられるが、これを国の会計,地方公共団体の会計に対しても深い関連性をもたらそうという意図を窺うことができたが、ただし、国や地方公共団体という公的セクターには私企業の私的セクターとは組織運営上、若干異なった特質がみられるところから、会計上においては全面的にプラン・コンタブルの全体系をとり入れることが困難な面が存することも理解しえたのである。しかしそれにも拘わらず統一的会計制度を同国で推進して、一貫した情報を入手せしめ、比較可能性ある情報把握を可能にすることにおいて、会計を管理運用面で十分活用していきたいという立場は理解しえたのである。さらに、プラン・コンタブルと国民経済計算つまり社会会計との関連についても研究を行い若干の知見を得た。
幼若脳に対する麻酔薬の興奮作用と神経毒性との関係の解明

多くの麻酔薬が幼若脳に広範なアポトーシスを生じることが報告されているが、その機序の全容は明らかではない。GABAA受容体は幼若脳では脱分極性の反応を生じ、GABAA受容体刺激作用のある麻酔薬は、興奮作用を示す可能性がある。私たちはCl-共輸送担体によるCl-排泄機構の変化およびそれに伴うGABA受容体の脱抑制が細胞毒性に関与しているのではないかと考えた。実験の結果、1未成熟期にミダゾラム投与を行い、成長期以降に社会的行動が阻害された、2組織学に脳機能への影響を包括的に評価した、3Cl-共輸送担体の一つであるKCC2の選択的活性化薬剤であるCLP290を投与することで、これらの現象が抑制された。近年、新生児動物を麻酔薬に長時間曝露すると、幼若脳に広範な神経細胞死を起こし、成熟後も持続する学習能の低下や社会行動の異常を惹起する事が報告されている(J Neurosci 23:876, 2003. Anesthesiology 107:427, 2007)。これを支持する臨床的事実は明らかでないが、産科、新生児麻酔の安全性を確立するため、この神経毒性の機序と予防法を解明する事は臨床的に急務であるため,今回我々はこの研究を開始した。まずは使用動物は幼若および成熟ラットとしてSDラット生後7日齢(P7),28日齢(P28)のものを使用することとした。次にこれら動物を使用して,静脈麻酔薬の至適投与量の決定を行った。今回の研究では神経細胞のアポトーシスについて検討するため,麻酔薬による著明な呼吸抑制に伴う高炭酸ガス血症もしくは低酸素血症を来してはならないため,酸素無投与下および酸素投与下(O2 6L/min)においてプロポフォールの投与量をdoseを分けて断頭下に血液ガス分析を行った。その結果,酸素無投与下では50mg/kgで,P7, P28ともに血液ガス上低酸素血症,高炭酸ガス血症を認めず,かつ安定した鎮静作用を認めた。また,酸素投与(O2 6L/min)下では,75mg/kgまでならP7, P28ともに血液ガス上低酸素血症,高炭酸ガス血症を認めず,かつ安定した鎮静作用を認めた。平成25年度は麻酔投与量の検討、低酸素などの麻酔以外の因子を除くための酸素投与などの必要性の検討に終始した。吸入麻酔薬やケタミンを使用した動物実験モデルでは、未成熟期の麻酔薬曝露が神経細胞死を誘発し、学習障害を引き起こすことが報告されている。私たちは、この過程にCl-共輸送体によるKCC2排泄機構の変化およびそれに伴うGABA受容体の脱抑制の関与が示唆されている。しかしながら、臨床分野で広く使用されるGABA受容体アゴニストであるミダゾラムについて、成長期以降の記憶脳への影響を検証した研究はほとんどない。本研究では1未成熟期にミダゾラム投与を行い、成長期以降に社会的行動、認知能力に関する行動実験への影響を検討すし、2組織学、生化学および電気生理学的手法を用い投与頻度や容量変化に伴う脳機能への影響を包括的に評価する。さらに3Cl-共輸送体の一つ、KCC2の選択的活性化薬剤であるCLP290を投与することにより、これらの現象が抑制されるかを検証してきた。1に関してはミダゾラム30mg/kgを1日間投与しただけでは記憶学習能に変化は見られなかったが、3日連続投与することで成体での記憶学習障害が生じた。また、2組織学的には、ミダゾラム30mg/kgを3日連続投与することで、大脳皮質や視床などで広範囲にわたるアポトーシスがTUNEL染色により確認された。これら脳領域は、過去に吸入麻酔薬で報告のある脳領域とは異なっていた。さらに3に関する実験を現在進めており、具体的にはCLP290の濃度検討を行っているところである。ミダゾラム、CLP290併用に伴い幼若ラットの致死率が上昇しており、その改善のための濃度検討に時間を要したため。私たちは、この過程にCl-共輸送体によるKCC2排泄機構の変化及びそれに伴うGABA受容体の脱抑制の関与が示唆されている。しかしながら、臨床分野で広く使用されているGABA受容体アゴニストであるミダゾラムについて、成長期以降の記憶能への影響を検証した研究はほとんどない。本研究では1未成熟期にミダゾラム投与を行い、成長期以降に社会的行動、認知能力に関する行動実験への影響を検討し、2組織学・生化学および電気生理学的手法を用いて投与頻度や容量変化に伴う脳機能への影響を包括的に評価する。さらに3Cl-共輸送体の一つであるKCC2の選択的活性化薬剤であるCLP290を投与することにより、これらの現象が抑制されるかを検証してきた。1に関して、ミダゾラム30および50mg/kgを3日間連続投与することにより、成長期以降にADHD様の行動を呈することを明らかにした。また2組織学的には、投与直後にapoptosisが生じていることが分かった。またこうした行動をCLP290 25mg/kg投与によりレスキュー出来ることが明らかとなった。

GABAA受容体は幼若脳では脱分極性の反応を生じ、GABAA受容体刺激作用のある麻酔薬は、興奮作用を示す可能性がある。私たちはCl-共輸送担体によるCl-排泄機構の変化およびそれに伴うGABA受容体の脱抑制が細胞毒性に関与しているのではないかと考えた。実験の結果、1未成熟期にミダゾラム投与を行い、成長期以降に社会的行動が阻害された、2組織学に脳機能への影響を包括的に評価した、3Cl-共輸送担体の一つであるKCC2の選択的活性化薬剤であるCLP290を投与することで、これらの現象が抑制された。ミダゾラムおよびCLP290の用量設定ができたため、今後は上記実験を遂行していく。麻酔科学この研究を施行する上で,まず最初に行うべき麻酔投与量の検討、低酸素などの麻酔以外の因子を除くための酸素投与などの必要性の検討に予想以上に時間が必要とされた。これは,麻酔薬による幼若脳におけるアポトーシスを検討する上で必須の検討である。また,静脈麻酔薬のプロポフォール以外に揮発性吸入麻酔薬のイソフルレンも同様に検討していく予定であるが,イソフルレンに関しては麻酔投与量の検討、低酸素などの麻酔以外の因子を除くための酸素投与などの必要性の検討をまだ行っていないので今後検討が必要である。薬剤併用に伴い致死率が増加してしまったため、実験に遅延が生じ、総括的な研究報告に至らないと判断したため。今後幼若ラットにミダゾラムおよびCLP290を投与する実験を行い、組織染色および行動実験を行う。繰越金に関しては動物購入費用および染色等の実験費用に充てる。本研究では、静脈麻酔薬のプロポフォール,揮発性吸入麻酔薬のイソフルレンの幼弱脳におけるp75NTR受容体活性化とアポトーシス増加にGABAA受容体刺激を介する興奮作用が関与するのかを明らかにする。これにより、麻酔薬の神経毒性のメカニズムと予防法の解明に寄与することを目的とする。今後はプロポフォール,イソフルレンの至適投与下で幼若脳において発生するであろうアポトーシスがNKCC1選択的阻害薬であるブメタニド投与で抑制されるか否か免疫染色法によりcleaved Caspase3, p75NTR受容体の蛋白陽性細胞数を測定し,群間で比較検討をしていく。本研究においては実験の進行遅延が生じている。まずは,アポトーシスの観点から研究を始めるにあたって,低酸素血症を生じさせないための麻酔薬の至適投与量および酸素投与量を詳細に決める必要性があった。よってその決定に麻酔薬のdoseの振り分け,酸素投与量の振り分けに基づく試行錯誤の実験が必要であった。これらの実験に想定外の時間を費やすことになり、当初計画にあった実験が進められずそれらの経費を使用しなかったため。平成26から27年度に向けて本格的に免疫染色および国内外の学会発表を行っていく予定である。よって今後,薬剤,一次,二次抗体や国内外の学会参加の費用,および論文掲載にあたって英文校正や,掲載費用に使用していく予定である。
日本における機械製造技術の変遷-大正期の工作機械用製作用図面の検討-

工業技術博物館は、発足当時から、工作機械等の実機ばかりでなく、文献資料や工作機械等の製作用図面を収集している。本研究では、「収集・保存されている製作用図面のデジタル・データ化の推進」と「本データベース・システムの試用」を行った。製作用図面を大判スキャナーを用い、製作用図面の約80%のデジタル化を実施した。得られた製作用図面のデジタル・データは、当研究室内に設置したサーバーマシンを用いて、閲覧を実施して、試用を進めている。工業技術博物館は、準備室発足の昭和56年から、実機となる工作機械等の実機ばかりでなく、あわせて文献資料や工作機械等の製作用図面を収集している。特に、収集した資料中には、「平成14年8月に廃業した工作機械メーカー(日立精機)にて、大正期昭和初期頃まで設計・製造された工作機械、約120機種の製作用図面約40000枚」が含まれている。この図面は、「図面サイズ:A1サイズ約12000枚、A3サイズ約28000枚」、「図面種類:部分組み立て図、部品図、部品表」で構成されており、このような図面が社外に持ち出されることは皆無であることから察しても、本資料は当時の工作機械技術を考察するには極めて貴重な資料である。本研究にて、構築するデータベース・システムの基幹となるソフトは、大量・大型の画像データを取り扱うデータベースソフトとしては官公庁・民間企業に納入されて実績のある、市販のジャパン・テクニカル・ソフトウェア(JTS)社のImageSever2000を採用した。入力されるデジタル・データの作成は、本年度購入したグラフテックス社製大判スキャナーCS600-11eN-PROを用いて大型製作用図面のデジタル化を行った。得られデータは本年度購入の大容量のデータ保存システムを用い保存・管理している。具体的な読取り作業や検索項目の入力作業、そして、システムの検証作業等は、本学工学部機械工学科の卒業研究の1テーマとして取り上げ、技術史教育の一部として実施した。そこで、本年平成19年度は、収集・保存されている製作用図面の約25%(約10000枚)のデジタル化を実施した。これらの製作用図面を対象として本データベース・システムを試作し、システムの利便性を検討した。工業技術博物館は、準備室発足の昭和56年から、工作機械等の実機ばかりでなく、文献資料や工作機械等の製作用図面を収集している。特に、収集した資料中には、「平成14年8月に廃業した日立精機(株)にて、大正期昭和初期頃まで設計・製造された工作機械・機械部品の図面」が含まれている。この図面の内、和紙に描かれた「原図」は、278機種あり、その内訳は、工作機械は79%、機械部品が19%、その他が2%である。これらの図面が社外に持ち出されることは皆無であることから察しても、本資料は当時の工作機械技術を考察するには極めて貴重な資料である。平成20年度は、「収集・保存されている製作用図面のデジタル・データ化の推進」と「本データベース・システムの試用」を行った。1.「収集・保存されている製作用図面のデジタル・データ化の推進」先述の製作用図面を新規購入した大判スキャナーを用い、大型図面をデジタル化のための諸条件を検討して、全体の約40%のデジタル化を実施した。また、デジタル・データ化を終えた製作用図面は、折り込むことなく収納・保存可能な中性紙製の保存箱を用い一機種1箱を原則として、可能な限り紫外線・虫害等による劣化を抑制して保存することとした。2.「本データベース・システムの試用」得られた製作用図面の本デジタル・データは、大量・大型の画像データを取り扱うデータベースソフトとして官公庁・民間企業に納入されて実績のある、市販のジャパン・テクニカル・ソフトウェア(JTS)社のImageSever2000を用いてデータベースを構築している。また、ImageSever2000の基本的な機能を用いて、第一段階として当研究室内に設置したサーバーマシンを用いて、学内LANにより、本デジタル・データの閲覧を試み、成功した。平成21年度は、平成20年度に引き続き「収集・保存されている製作用図面のデジタル・データ化の推進」と「本データベース・システムの運用」を行った。

1.「収集.保存されている製作用図面のデジタル・データ化の推進」先述の製作用図面を新規購入した大判スキャナーを用い、製作用図面の約80%のデジタル化を実施した。デジタル・データ化を終えた製作用図面は、折り込むことなく収納・保存可能な中性紙製の保存箱を用い-機種1箱を原則として、可能な限り紫外線・虫害等による劣化を抑制して保存することとした。2.「本データベース・システムの試用」得られた製作用図面の本デジタル・ヂータは、大量・大型の画像データを取り扱うデータベースソフトとして官公庁・民間企業に納入されて実績のある、市販のジャパン・テクニカル・ソフトウェア(JTS)社のImageSever2000を用いてデータベースを構築している。また、ImageSever2000の基本的な機能を用いて、第一段階として当研究室内に設置したサーバーマシンを用いて、学内LANにより、本デジタル・データの閲覧を実施して、運用を進めている。
ミトコンドリア形態と細胞内運搬の制御機構

本研究では,線虫体壁筋のミトコンドリア形態を指標に,その制御に関わるキネシンKLP-6を同定した。HeLa細胞やマウス神経芽細胞においても,KLP6がミトコンドリア形態,特にミトコンドリア輸送に働くことを示した。また,ミトコンドリア内膜タンパク質LETM1を用いて,人工リポソーム上に膜陥入構造を再構成した。これにより,ミトコンドリアのクリステ構造を詳細に検討できる手法を確立できた.これまでの私たちの解析により,LETM1はミトコンドリア形態だけでなく,クリステ構造の形成に大きな役割を果たすことが明らかとなった。さらに直接的なLETM1機能を解析するために,その機能を失う点変異の同定を行った。酵母LETM1相同遺伝子(MDM38)を欠損した株は,ミトコンドリア機能が低下するため非発酵性の糖を炭素源とする培地では生育できない。この表現形はヒトLETM1遺伝子の発現により相補される。この系を用いて,ヒトLETM1の機能変異を検索した。昨年度までの結果より,LETM1に特徴的なEF handやLeu zipperドメインの欠損体は酵母の生育を相補できたが,様々な種のLETM1同士に高度に保存されたLETMドメインの欠損では生育を相補することはできなかった。そこで,LETMドメインの中で高度の保存された電荷を持つアミノ酸残基をアラニンに置換する変異体を作成して,酵母の生育を調べた。その結果,2種類の変異体(D360AとR383A/G384A/M385A)がmdm38欠損株の生育を相補できなかった。このことは, LETMドメインがその基本的な機能に重要であり,特にその中でも360番目のアスパラギン酸残基と383番目のアルギニンから385番目までのメチオニン残基が機能に必須であることを示している。昨年度に私たちが論文として報告した細胞内ミトコンドリア運搬に働KLP6の相互作用因子KBPは,これまで細胞質に局在する可溶性のタンパク質だと考えられていた。そこで,神経芽細胞neuro 2aを用いて内在性KBPの細胞内局在を調べた結果,分化に伴い形成されるneurite内のミトコンドリア上に顕著なKBPのシグナルが検出され,KBPが運搬されるミトコンドリア上に存在することが確認された。このことは,KBPがKLP6と共にミトコンドリアの軸索移動に働くことを示唆している。1)本研究では,線虫の体壁筋細胞のミトコンドリア形態制御に関与するキネシン(CeKLP-6)のラット相同分子であるKLP6が,HeLa細胞のミトコンドリアの形態形成に関わるだけでなく,神経芽細胞neuro 2aにおいてneuriteでのミトコンドリア運搬に働くことを明らかにした。さらに,これまで報告されていたミトコンドリア運搬に関わる2つのキネシン(KIF5BとKIF1Balpha)との機能的な役割分担についても検討した。KIF5Bは主に細胞体において,KIF1BalphaとKLP6はneuriteにおけるミトコンドリア運搬に働くことが示唆された。また,KLP6とKIF1Balphaは共通の結合分子であるKBPを介して制御されていることが示した。これらの成果をまとめ,論文として報告した(Tanaka et al., 2011)。KLP6機能の解析ためKBPとの結合を検討した結果,KLP6のFHAとモータードメインの両方がKBPの結合に必要であった。本年度は,KLP6のFHAドメイン変異体を作成し,KBPとの結合や細胞内ミトコンドリア運搬への影響を検討したが,野生型と顕著な違いは観察されなかったことから,FHAに保存されていないアミノ酸残基の寄与を今後検討する予定である。2)ミトコンドリアのクリステ構造形成に関与する内膜タンパク質LETM1は,染色体欠損により引き起こされるヒトWolf-Hirschhorn症候群の原因遺伝子の一つである。その詳細な機能を解析するため,機能欠損点変異の同定を行った。LETM1相同遺伝子(MDM38)を欠損した酵母株の生育相補を指標にヒトLETM1の機能変異を検索した結果,種間で高度に保存されたLETMドメイン内の2種類の点変異を同定した。本年度は,同定したLETM1変異体をHeLa細胞を用いて解析した結果,LETM1を含むタンパク質複合体の形成と過剰発現でのミトコンドリア断片化の両方を引き起こせないことが明らかとなった。この結果は,LETM1複合体がミトコンドリア形態に働く事を示唆している。これにより,ミトコンドリアのクリステ構造を詳細に検討できる手法を確立できた.私達は、KLP6がHeLa細胞だけでなく神経芽細胞neuro 2aにおいても、ミトコンドリアの形態形成と細胞内運搬に機能することを明らかにしてきた。平成23年度はこの成果をまとめ論文として報告した(Tanaka et al., 2011)。

そして、KLP6の機能をさらに調べるため、KLP6のKBPとの結合を検討した。KLP6を幾つかのドメイン(モーター、FHA、テール)に分け、HeLa細胞でKBPと共発現後に免疫沈降により、相互作用を検討した。カルボキシ末端(テールドメイン)を欠損した変異体は、KBPとの結合能を有していた。そこで、その変異体をアミノ末端のモータードメインと中央領域のFHAドメインに分け、免疫沈降により結合能を検討したところ、どちらも結合能を失っていた。このことから、KBPへのKLP6の結合には、モータードメインとFHAドメインの両方が必要であることが明らかとなった。このことは、ΚLP6がモータードメインとFHAドメインにおいてKBPとの結合が報告されているKIF1Bαと高い相同性を示すことと良く一致する。LETM1のどの機能ドメイン(EF hand、Leucine zipper、LETM相同ドメイン)がクリステ構造形成に重要であるかを検討するために、ヒトLETM1の各ドメインの欠損変異体を酵母LETM1相同遺伝子(MDM38)の欠損株に導入し、呼吸に依存した生育を指標にて検討した。その結果、EF handドメインは酵母の生育に必要でなく、Leucine zipperまたはLETM相同ドメインを欠損すると生育が相補できないことが分かった。しかし、Leucine zipperを壊すような点変異を導入してもmdm38変異株の生育は相補されることから、Leucine zipperドメインの欠損が構造変化をもたらして、機能不全になることが分かった。平成24年度は,KBPの細胞内局在を明らかにすることで,その機能がミトコンドリア運搬に関わることを強く支持することができた。LETM1に関しては,機能欠損のミスセンス変異を複数見出すことができた。これにより,酵母を用いた遺伝的な相互作用因子の同定や,クリステ構造の再構成系での機能と形態の相関を明らかにする手段を得ることができた。これらを,最終年度である平成25年度には,論文として形に出来るように取り組んでいきたい。平成23年度は、計画通りKLP6の論文をまとめ、KLP6がミトコンドリアの細胞内運搬に働く新しいキネシンであることを報告した。さらに、KLP6の相互作用分子であるKBPに対する結合領域を同定した。また、LETM1の機能ドメインを解析するため、酵母mdm38欠損変異株を用い、LETM相同ドメインが重要であることを明らかにした。これにより、当初の計画の半分以上は達成できた。残りの平成23年度分の研究計画は平成24年度で実施したい。LETM1の機能を欠損したミスセンス変異体を用いて,網羅的に相互作用因子を遺伝的手法で同定していくことで,LETM1/MDM38の機能に迫りたい。また,クリステ構造のin vitro再構成系を用いて,LETM1機能と膜陥入機構との関連を詳細に検討したい。昨年度から引き続き,3種類のキネシン分子(KIF1Bα, KLP6, KIF5/KHC)がどのようにミトコンドリア運搬に使い分けされているのかを安定ノックダウン細胞株を樹立することで検討したい。さらに,KBPのキネシンATPase活性に与える影響や,膜への結合様式を生化学的に検証する予定である。
ウイルス癌遺伝子産物による細胞およびウイルスDNA複製の調節

ウイルスおよび細胞の癌遺伝子産物とDNA複製の関連が解析されており,本年度の成果のうち主なものは下記のとおりである。1.HPV16E7のアミノ酸置換変異蛋白を発現する遺伝子発現系をつくり,細胞DNA複製誘導能と形質転換能を調べ,同時に癌原性がないとされるHPV1,HPV6のE7機能と比較した。その結果,E7の細胞DNA複製誘導能は形質転換にとって重要であるがそれだけでは不十分で,別の機能(未同定)が必要であることが分った。2.霊長類のp53がマウスp53と同様にSV40DNA複製を阻害することを見つけたので,阻害が複製のどの段階でおきるのか調べた。その結果,p53がT抗原のDNA polymerase αーprimase複合体への結合性を弱めることが分った。3.cーmyc蛋白が結合する<ori>___ー附近の配列を明らかにしたので,この配列を使ったクロマトグラフィ-により64K(cーmyc),84K,130Kの3種の蛋白を精製した。cーmyc抗体はこれらすべてと結合した。これらの蛋白は細胞の状能により機能分担をするのかもしれない。
iPS細胞からミュラー管細胞への分化機序の解明：新規不妊治療法の創出を目指して

近年の不妊患者の増加に伴い、体外受精件数は右肩上がりで上昇しているが、体外受精技術の飽和もあり、治療成績は頭打ちの傾向にある。不妊因子は様々あり、卵子の不妊因子は研究が進展し臨床応用も進んでいるが、着床の不妊因子となる子宮内膜組織に起因する不妊要因の研究は、in vitroでの研究ツールが少なくあまり進展していない。我々は女性要因の中でも卵管・子宮・卵巣等雌性生殖器由来の不妊の新規治療法の創出を目指して、多能性幹細胞から雌性生殖器の初期発生に重要なミュラー管上皮細胞への誘導系の開発のため、各誘導段階で関与が示唆されているActivin/NodalやWnt/βカテニン経路、そして中でも中間中胚葉からミュラー管上皮細胞の発生に関わるBone Morphogenetic Protein(BMP)とレチノイン経路に着目し検討した。2018年度はまず誘導の第一段階である中間中胚葉までの誘導条件を決定するため上述した各因子等を添加し、遺伝子とタンパク質の発現を確認したところ、マーカーであるOSR1/LHX1/PAX2の発現の上昇と局在が確認された。次に体腔上皮(前駆ミュラー管上皮細胞)の誘導条件を検討したところ、マーカーであるPAX2/HOXA10/HOXA13の発現や局在が確認された。以上の結果より、中間中胚葉の誘導にはActivin/Nodal経路やBMP経路の活性化、Wnt/βカテニン経路やPI3K経路の阻害が、体腔上皮細胞への誘導にはFGF経路の活性化とBMP経路の阻害が重要であることが示唆された。本年度では中間中胚葉と体腔上皮細胞への誘導にActivin/Nodal経路やBMP経路の活性化、Wnt/βカテニン経路やPI3K経路の阻害が重要であることが示唆された。また次の誘導段階である体腔上皮細胞への誘導にはFGF経路の活性化とBMP経路の阻害が重要であることを確認した。次年度では次の誘導段階であるミュラー管上皮細胞への誘導に、BMP経路やレチノイン酸経路が関与しているのかを明らかにするため、各経路の活性化因子や阻害薬を添加し、マーカーであるAmhr2/WT1/ISLET1の発現や局在を確認し、免疫不全マウスの腎皮膜下に移植する事で、誘導したミュラー管上皮細胞が子宮内膜細胞にin vivoで発生するかを確認する予定である。2019年度も計画通り研究を進める予定である。ミュラー管上皮細胞の誘導に関与するシグナル経路としてBMP経路とレチノイン酸経路に着目し、前年度までに確立した体腔上皮細胞までの誘導系を用いて誘導した細胞に対し、上記のシグナルを活性化若しくは阻害する試薬を添加して培養し、各マーカーの発現を確認する。また誘導したミュラー管上皮細胞が子宮内膜細胞の源細胞であるかを確認するため、SCIDマウスの腎皮膜下に移植し、移植後から内膜の誘導に必要な化合物やホルモン剤を投与し、子宮内膜細胞に発生したかを確認する。

ミュラー管上皮細胞の誘導に関与するシグナル経路としてBMP経路とレチノイン酸経路に着目し、前年度までに確立した体腔上皮細胞までの誘導系を用いて誘導した細胞に対し、上記のシグナルを活性化若しくは阻害する試薬を添加して培養し、各マーカーの発現を確認する。また誘導したミュラー管上皮細胞が子宮内膜細胞の源細胞であるかを確認するため、SCIDマウスの腎皮膜下に移植し、移植後から内膜の誘導に必要な化合物やホルモン剤を投与し、子宮内膜細胞に発生したかを確認する。
シグマトロピ-転位反応における立体制御法の研究

本研究ではシグマトロピ-転位反応の立体制御に関与する要因の解明およびそれに基づく新反応の開発を目的として検討を行った。その結果[2,3]Wittig転位反応において立体電子的効果が立体効果と共に反応の立体化学に大きな影響を及ぼすことが明かとなった。この立体電子効果を利用すると通常とは逆の立地選択性を発現できる。即ち2^ ́ー位にヘテロ置換基を持つisopropyl(2^ ́E)ー2^ ́ーbromoー2^ ́ーbutenyloxyacetateの[2,3]Witting転位では通常とは逆のアンチ選択性が観測される。次いでコンケ-ブ型配位子の導入を目的としてアミノアルコ-ル誘導体(1および2)の合成を行った。最近申請者らはアミノアルコ-ル誘導体不斉配位子を持つチタン錯体がエポキシアルコ-ルのエナンチオ選択的開環反応を触媒することを見いだしているが、今回得られた1および2の不斉誘起能を知る目的でそれらのチタン錯体を用いるdIーエポキシアルコ-ルの開環反応を検討したところTi(OPr^i)_4ーlaの系を用いたときに高エナンチオ選択性に進行することが分かった。これにより、下図に示すように第一級エポキシアルコ-ルの効率的な速度論的分割が可能となった。1aのチタン錯体が高いエナンチオ選択性を示すことが明かとなったので、1aを配位子として持つチタンイオンを対イオンとするエステルエノラ-トクライゼン転位を現在検討中である。1.今回、合成化学上極めて有用である〔3,3〕シグマトロピ-転位反応の新しい立体制御法の一つとして、ボ-ト型遷移状態を経る反応の開発研究を行った。この目的のため凹型配位子をもつ各種金属イオンの存在下アリ-ルビニルエ-テルの転位を種々試みたが期待した成果は得られなかった。そこで凹型配位子をもつ金属を単独で用いるのではなく、他の金属イオンと組み合わせて用いることを検討した。特にCp_2MCl_2(M=Ti、Zr、Hf)と各種金属塩を組み合わせて得られる複合塩のルイス酸性を検討した所、金属塩としてアルミニウム塩を用いて時に強いルイス酸性が示されることを見出した。しかし、これらの複合塩ではクライゼン転位反応速度は加速されるものの、反応の立体選択性には殆んど影響を与えなかった。そこで現在、二種の金属上のリガンドを更に検討して、反応の立体選択性に及ぼす効果を追求している所である。2.本研究費の一部を利用してαーアルケニルオキシ酢酸エステルのアンチ選択的〔2,3〕Wittig転位反応の開発を試みた。その結果下図に示すように2′位にヘテロ置換基を有する基質では高いアンチ選択性が得られることを見出した。又、このアンチ選択性発現の要因についても検討を加えた。即ち2'ー位にヘテロ置換基を持つisopropyl(2'E)ー2'ーbromoー2'ーbutenyloxyacetateの[2,3]Wittig転位では通常とは逆のアンチ選択性が観測される。

最近申請者らはアミノアルコ-ル誘導体不斉配位子を持つチタン錯体がエポキシアルコ-ルのエナンチオ選択的開環反応を触媒することを見いだしているが、今回得られた1および2の不斉誘起能を知る目的でそれらのチタン錯体を用いるdlーエポキシアルコ-ルの開環反応を検討したところTi(OPr^i)_4ー1aの系を用いたときに高エナンチオ選択性に進行することが分かった。これにより、下図に示すように第一級エポキシアルコ-ルの効率的な速度論的分割が可能となった。1aのチタン錯体が高いエナンチオ選択性を示すことが明かとなったので、1aを配位子として持つチタンイオンを対イオンとするエステルエノラ-トクライゼン転位を現在検討中である。
窒素付加はスギの成長・繁殖に是か非か？－炭素／窒素供給バランスからの検証

都市近郊でより強い傾向を示す窒素付加が、スギの成長・繁殖に与える影響を評価するため、窒素付加の程度が異なる3つの林分においてスギの成長およびシュートの窒素濃度・貯蔵炭水化物濃度の追跡調査を行った。その結果、スギ・シュートの窒素濃度は窒素付加が多いほど上昇していた。貯蔵炭水化物濃度は窒素付加の異なる林分間では差は無かったものの大きく季節変化し、夏場には主たる貯蔵炭水化物であるデンプンがほぼ消失していた。また幹の成長は、高窒素付加林分で最も小さくなっていた。これらの結果から、都市近郊のスギ林においては、窒素付加による窒素の供給がスギの成長における要求を上回る窒素飽和状態にあることが推察された。本研究では、現時点でスギの成長・繁殖が窒素飽和かどうかを解明し、今後想定される窒素付加量の変動がスギの成長・繁殖に与える影響を定量的に評価することを目的としている。そのために茨城県内の窒素負荷量の異なるスギ3林分において、対象とするスギの個体成長・繁殖量および炭水化物貯蔵量を同時比較を行う。同時に操作実験として異なる窒素施肥条件でスギ苗を栽培し、窒素条件で規定される貯蔵炭水化物のレンジを解明する。これらの結果を統合して、都市近郊林のスギが現時点で窒素飽和であるかどうかを評価する。本年度は、野外調査として先行研究で窒素負荷量が異なることが明らかにされている茨城県内の3つの林分において、固定試験地を設定した。毎木調査の結果、各林分の立木密度はそれぞれ、椚平国有林(窒素負荷高):1233本・ha-1、天岳良国有林(負荷中):356本・ha-1、北山国有林(負荷低):889本・ha-1(うち、スギは600本・ha-1)であった。これら各固定試験地において供試木(各5本)を選定し、2016年2月より樹冠上部の枝条のサンプリングを開始した。また各林分において、リタートラップを用いた葉・繁殖器官リターの回収およびデンドロメータを用いた肥大成長量の精密追跡を開始した。同時に栽培実験として、試験で用いるスギ苗の栽培を開始した。スギ種子は発芽時期のばらつきが12ヶ月程度と大きかったため、5月末の播種から9月初頭まではセル・トレイで栽培した後、マルチキャビティ・コンテナに移植したうえで、ビニルハウス内にて3つの栄養条件で栽培を開始した。栽培苗は順調に生育しており、次年度の試験に利用予定である。樹冠にアクセスするための一本梯子の調達に予想外に手間取り、試験地設定・毎木調査および枝条の採集開始が年度終盤になってしまった。ただし野外調査は、複数年にわたる継続調査を当初から予定しており、課題全体での進捗は問題ないと思われる。本研究では都市近郊に成立するスギ林分において、現時点でスギの成長・繁殖が窒素飽和状態にあるかどうかを解明し、将来における窒素付加量の変動がスギの成長・繁殖に与える影響を定量的に評価することを目的としている。そのために茨城県内の窒素付加量の異なるスギ3林分において、対象とするスギの個体成長・繁殖量および炭水化物貯蔵量の同時比較を行う。同時に操作実験として異なる窒素施肥条件でスギ苗を栽培し、窒素条件で規定される貯蔵炭水化物量のレンジを解明する。これらの結果を統合して、都市近郊林のスギが現時点で窒素飽和状態であるかどうかを評価する。本年度は、3カ所の固定試験地に生育するスギ供試木より、定期的にシュート・サンプルを採取し、サンプルに含まれる窒素及び非構造性炭水化物(デンプンおよび可溶性糖分、以下NSC)の濃度を測定した。同時に、デンドロメータを用いて肥大成長量の追跡調査を行った。本研究では、作業仮説として「対象林分が窒素飽和状態であれば、窒素付加の多い林分でシュートの窒素濃度が高くなる。窒素飽和状態でなければ(=炭素飽和状態であれば)、窒素付加量の小さい林分でシュートのNSC濃度が高くなる」としている。この仮説がスギに当てはまることは、栽培実験によって確認されている。調査の結果、シュートの窒素の濃度は、窒素付加量の多い林分に生育する個体で最も高く、以下、窒素付加量の程度に伴って低下した。これに対し、シュートのNSC濃度は、林分間で差はみられなかった。また、期首の直径で標準化した幹の肥大成長量は、窒素付加量の小さい林分で最も大きく、窒素付加量の上昇に伴って低下した。以上の結果から、今回調査対象とした林分のうち窒素付加量の多い林分は窒素飽和状態であるものの、スギの成長は利用可能な窒素量以外の要因によって制限を受けている可能性が示唆された。本年度は、当初の計画通り栽培実験および野外における定期調査を完遂することができた。栽培実験においては、一部データの解析が終了していないものの、これまでの結果から個体の窒素濃度が高いほど貯蔵炭水化物濃度が低くなる傾向が明らかにされている。また、野外調査の結果、窒素負荷量とシュートの窒素濃度、および成長・炭水化物貯蔵量との関係が明らかにされた。これらの結果は、日本森林学会第128回大会にて発表されている。以上の点から、研究はおおむね順調に進展していると考える。本研究では、現時点でスギの成長・繁殖が窒素飽和かどうかを解明することを目的として、窒素付加量が異なるスギ林において、個体成長・繁殖量と炭水化物貯蔵量の定量化を同時に行った。同時に、スギにおける窒素ステータスと貯蔵炭水化物濃度との関係を明らかにするために、異なる施肥条件下でスギ・実生を栽培し、個体毎の窒素濃度とNSC濃度との関係を調べた。

なお本研究においては、作業仮説として「対象林分が窒素飽和状態であれば、窒素付加の多い林分でシュートの窒素濃度が高くなる。窒素飽和でなければ、窒素付加量の小さい林分でシュートのNSC濃度が高くなる」としている。異なる施肥条件で栽培したスギ実生サンプルにおける成分分析の結果、個体毎のシュートの窒素濃度とNSC濃度との間には負の相関がみられたことから、本研究で設定した作業仮説は、スギにおいてもポテンシャル的に支持されることが明らかになった。また野外調査の結果、シュート・サンプルに含まれる窒素の濃度は、窒素付加量の多いサイトに生育する個体で最も高く、以下、窒素付加量の減少に伴って低下した。これに対し、シュートに含まれるNSC濃度は、サイト間で差はみられなかった。また、期首の直径で標準化した幹の肥大成長量は、窒素付加量の小さいサイトに生育する個体で最も大きく、以下窒素付加量の上昇に伴って低下した。以上の結果から、今回調査対象とした林分のうち高窒素付加林分においては、スギの成長は窒素飽和状態であるものの、別の要因によって成長の制限を受けている可能性が示唆された。なお、繁殖器官量の調査地間比較は実施中である。都市近郊でより強い傾向を示す窒素付加が、スギの成長・繁殖に与える影響を評価するため、窒素付加の程度が異なる3つの林分においてスギの成長およびシュートの窒素濃度・貯蔵炭水化物濃度の追跡調査を行った。その結果、スギ・シュートの窒素濃度は窒素付加が多いほど上昇していた。貯蔵炭水化物濃度は窒素付加の異なる林分間では差は無かったものの大きく季節変化し、夏場には主たる貯蔵炭水化物であるデンプンがほぼ消失していた。また幹の成長は、高窒素付加林分で最も小さくなっていた。これらの結果から、都市近郊のスギ林においては、窒素付加による窒素の供給がスギの成長における要求を上回る窒素飽和状態にあることが推察された。今後は、当初の予定通り課題終了時まで各林分の固定試験地において、枝条サンプルの定期採取を行い、枝・葉内の貯蔵炭水化物濃度・窒素濃度を定量すると共に、個体の成長量・繁殖量を定量化し窒素負荷量の異なる林分間で比較する。同時に次年度中に異なる栄養条件で栽培したスギ苗の貯蔵炭水化物濃度を定期的に定量し、生育栄養条件の違いによる炭水化物貯蔵レンジを解明する。上記の結果を統合して、都市近郊林のスギが現時点で窒素飽和であるかどうかを評価する。当初の計画通り、本年度は野外調査を継続し、年変動を考慮したうえで窒素負荷の違いがスギの成長および炭水化物貯蔵に与える影響を明らかにする。また、リタートラップを用いた雄花生産量の追跡も継続し、窒素負荷量の異なる林分における繁殖量の比較を行う。植物生態学野外調査開始の遅延のため、野外調査回数が減少したこと、および当初予定していた実験補助(サンプル処理)のための人件費が年度内に発生しなかったことが主な要因である。本年度に見込んでいた高所作業用の一本梯子のメンテナンスが不必要となり、分析器機のメンテナンスについても他の利用者の負担となったため、計上していた予算の消化がなくなった。また、人件費についても予定していた額より縮小できたため。次年度以降は、概ね予定通りの研究の遂行が可能であると思われるため、当初の計画に沿った予算の使用を進める。
タテ線譜を用いたピアノ初心者向け練習システムの研究開発

最終年度:「タテ線譜」は,どの鍵をどの指で打鍵すべきかが分かりやすい楽譜表記方法ではあるが,音の長さが分かりにくい.これまでに開発した標準MIDIファイルからのタテ線譜の自動変換システムを改良し,タテ線譜そのものを発展させ,五線譜を範として符幹(ぼう)と連桁(けた)も自動的に提示するようにした.演奏誤り,テンポの揺らぎ,任意の楽譜位置へのジャンプを含む人の演奏に柔軟に追従して伴奏を演奏する自動伴奏システムEurydiceを改良して,ピアノのどの鍵を打鍵しても楽曲を順次進行できるようにした.介護老人保健施設でのピアノ初心者(多くはピアノを全く演奏したことがない)に演奏してもらう音楽レクリエーションを展開し,自分も演奏できるという感覚が得られ,従来のカラオケ歌唱以上に音楽を楽む様子や入所者間のコミュニケーション活性化が見られた.また,ピアノ初心者も演奏可能とすべく複雑な楽譜の簡易化や生成的統計モデルによる楽曲分析に取り組んだ.運指はピアノを円滑に演奏するため重要である.ピアノのレッスンを受けていない場合は,奏者が自分で考えたり調べたりする必要があるが,適切な運指であるか否かの判断はピアノ初心者には困難である.この問題に対し,自動的なピアノ運指推定を行うための前段階として,熟練のピアノ奏者に楽曲の全ての音符に対して運指を振ってもらい,データ化してピアノ運指データセットを構築し,Webで公開した.また,USBカメラからのピアノ運指の自動抽出方法を検討し,手領域抽出と,指くぐりの検出可能性の知見を得た.研究期間全体:特に高齢者の生きがい創出や初等音楽教育を念頭に,ピアノ演奏初心者向けの練習システムを構築するべく,タテ線譜そのものの改良と自動生成,Eurydiceの発展,楽曲の自動分析や簡易化に取り組んだ.ピアノ運指データセットの構築・公開は,世界初の取り組みである.タテ線譜は、直感的に分かりやすく、五線譜が読めない人でもすぐに理解できる画期的な新しい楽譜表記方法である。従来は、このタテ線譜を表計算ソフトウェアを用いて手動で作成していた。そこで本研究では、広く一般に用いられている既存の電子楽譜形式のスタンダードMIDIファイル(SMF)からタテ線譜を自動的に生成するシステムの開発に取り組んだ。その際に必要となる基本的な要素技術には、タテ線譜の外形(節と枝)を描画することと、適切なピアノ運指番号を推定すること、生成したタテ線譜のPDFファイルへの出力が必要である。H28年度では、これらの基礎を確立した。これと並行して、SMFを解析して楽曲の難易度やリズムを推定するシステムの開発を検討した。これは、将来、ピアノ奏者の技術レベルに応じて適切な楽曲を提供する自動楽曲推薦システムを構築する際に必須となる要素技術である。また、自動譜めくりシステムについても検討した。ピアノ奏者は両手で演奏することが多く、奏者が自ら楽譜をめくることが困難な場面があるため、譜めくり係を依頼することがしばしばある。しかし、奏者の意図するタイミングで適切にめくるには技量、経験を要するほか、日常の練習時にもそれを依頼することは時間的・金銭的に難しいことがある。ピアノ奏者が頷き動作を譜めくりの合図として用いていることを範とし、総合的なピアノ演奏支援システムの基礎となる頷き動作による自動譜めくりシステムの基礎を確立した。さらに、特にピアノ初心者の演奏は、音高誤り・テンポの揺らぎ・弾き直しを含むが、これらの不確定な演奏にも追従する自動伴奏システムを併用して一緒に演奏することで楽しんで演奏できるようにした。また、我々が開発してきた自動伴奏システムでは、奏者の楽譜が休止となる区間はテンポ指示ができなかったが、それを可能にするようにシステムを拡張した。研究室への配属学生が専攻科生1名、本科5年生であり、想定した人数よりも少なく、研究の進捗がやや遅くなってしまった。ピアノ初心者向けの演奏支援システムの構築を行ってきた.同音連打をするだけで楽曲が進行するし,ピアノ練習の経験や,楽譜を読む能力がなくても,誰でも演奏を楽しめるようにした.具体的には,自動伴奏システムEurydice(ユリディス)に与えるSMF(standard MIDI file)に特別なトラックを用意し,音楽キーボードで演奏不可能な音高をわざと配置した.たとえば楽曲の拍子の分母が4の場合には四分音符を並べ続ける.Eurydiceは楽曲中のどの位置にもジャンプして奏者の演奏している楽譜位置に追従するが,大きな音高誤りが生じた場合には,順次進行の確率が最も高くなる.これにより,どの鍵を打鍵しても常に楽曲を順次進行させられる.介護老人保健施設で適用し,定性的にではあるが,非常に良好な評価が得られた.これについては,保育所での検討も展開している.タテ線譜とEurydiceの併用については,木更津高専のオープンキャンパスで紹介しており,ピアノ演奏ができない中学生,タテ線譜を初めて見た中学生や保護者でも最後まで演奏できている.また,誤演奏をしても正しい音が出力されるようにしてピアノに対する心理的な距離を縮める検討を継続している.また,タテ線譜の自動生成における自動運指決定の取り組みに関連し,ピアノ運指データベースの作成を本格化した.楽曲の一部を切り出し,音楽大学を卒業した方々に研究補助協力を依頼し,楽譜に運指を書き込む作業を実施した.その他,関連する研究として,演奏と楽譜のアラインメントのための演奏誤りの検出と後処理,ピアノ音高認識,リズム記述などに取り組んだ.介護老人保健施設での取り組みの定量的な評価が行えていない.

施設スタッフは個人情報保護を理由に,写真撮影すら難色を示すほどで,バイタルサインの計測に対して非協力的であった.ピアノ練習支援システムに必要な,映像からのピアノ運指の精度よい取得が予期に反して困難であった.ピアノ運指データベースの作成準備が整い,楽譜への運指の記入を開始した.しかしながら,楽譜の切り出しに相応の時間を要し,運指書き込みの実施は準備した150曲のうちの一部に留まった.最終年度:「タテ線譜」は,どの鍵をどの指で打鍵すべきかが分かりやすい楽譜表記方法ではあるが,音の長さが分かりにくい.これまでに開発した標準MIDIファイルからのタテ線譜の自動変換システムを改良し,タテ線譜そのものを発展させ,五線譜を範として符幹(ぼう)と連桁(けた)も自動的に提示するようにした.演奏誤り,テンポの揺らぎ,任意の楽譜位置へのジャンプを含む人の演奏に柔軟に追従して伴奏を演奏する自動伴奏システムEurydiceを改良して,ピアノのどの鍵を打鍵しても楽曲を順次進行できるようにした.介護老人保健施設でのピアノ初心者(多くはピアノを全く演奏したことがない)に演奏してもらう音楽レクリエーションを展開し,自分も演奏できるという感覚が得られ,従来のカラオケ歌唱以上に音楽を楽む様子や入所者間のコミュニケーション活性化が見られた.また,ピアノ初心者も演奏可能とすべく複雑な楽譜の簡易化や生成的統計モデルによる楽曲分析に取り組んだ.運指はピアノを円滑に演奏するため重要である.ピアノのレッスンを受けていない場合は,奏者が自分で考えたり調べたりする必要があるが,適切な運指であるか否かの判断はピアノ初心者には困難である.この問題に対し,自動的なピアノ運指推定を行うための前段階として,熟練のピアノ奏者に楽曲の全ての音符に対して運指を振ってもらい,データ化してピアノ運指データセットを構築し,Webで公開した.また,USBカメラからのピアノ運指の自動抽出方法を検討し,手領域抽出と,指くぐりの検出可能性の知見を得た.研究期間全体:特に高齢者の生きがい創出や初等音楽教育を念頭に,ピアノ演奏初心者向けの練習システムを構築するべく,タテ線譜そのものの改良と自動生成,Eurydiceの発展,楽曲の自動分析や簡易化に取り組んだ.ピアノ運指データセットの構築・公開は,世界初の取り組みである.他研究機関との共同研究を含め、学内外において研究を推進する。介護老人保健施設のスタッフに,研究倫理に即して個人情報を保護するということを,これまで以上に十分に説明して理解を得る.ピアノ運指の取得については,将来の実用化を見据えて安価で手軽な映像カメラからの入力を想定してきたが,マーカやデータグローブなどの物理的な補助も用いることを検討する.ピアノ運指データベース作成については準備が整っており,研究補助協力者の人数も大幅に増強した.コンピュータへの入力のための専用ソフトウェアはすでに開発済であるので,楽譜への運指の書き込みと並行して入力作業を行う.物件費は概ね予算通りの執行となった。謝金の支出は予算を上回った。その一方で、研究発表の会場が近郊地であることが多く,学会参加費もあまりかからずに済んだため,当初見込んでいた旅費やその他の支出を抑えることができ、全体として、次年度使用額が生じた。
磁化ダイナミクスを用いた半導体への高効率スピン流注入

強磁性/常磁性金属接合における磁化ダイナミクスによるスピン流生成「スピンポンピング」の一般原理を開拓した。フェルミ面の分極の符号が逆であるNiとFeの合金系列に注目し、NiFe/Pt接合におけるスピンポンピングを逆スピンホール効果により系統的に調べた。この結果、逆スピンホール効果による起電力はNiとFeで同符号であり、且つ起電力の大きさ、即ち生成されるスピン流量は飽和磁化及び緩和定数により系統的に変化することを見出した。この結果はNiFe/Pt系におけるスピンポンピングにおいて、磁化歳差運動の軌道が本質的であることを示している。本結果を理解するため、LLG方程式に基づく現象論的模型を構築し、NiFe/Pt系におけるスピンポンピングの普遍性を理論・実験両面から明らかにした。またスピンポンピングを用いることで、半導体へのスピン流注入を室温で実現した。強磁性金属/半導体接合における電気的スピン注入の手法は、インピーダンスミスマッチによるスピン流の巨大な損失が問題となる。これまで知られていた唯一の解決法は界面にトンネル障壁を挿入することであるが、良質なトンネルバリアを成長させる困難と、トンネル障壁の存在による電流密度の制限のため、全く異なる物理原理に基づくスピン注入手法が希求されていた。本研究では、強磁性金属/半導体接合において磁化ダイナミクスを用いて半導体中のキャリアにスピン圧を直接与えることで、インピーダンスミスマッチフリーのスピン注入が可能であることを明らかにした。