hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ炭素電極界面の新規構築法による機能化と電子移動反応特性解析

異種物質とカーボンチューブのπ電子との相互作用に基づくナノチューブの新たな物性発現を目標として、高品質カーボンナノチューブ修飾金電極のナノチューブ先端キャップの電気化学的マイルド開管法を確立した。また、窒素ドープ型単層カーボンナノチューブ界面の特性評価を、酵素との直接電子移動反応の観点から明らかにした。本年度は、研究計画に沿った、「窒素ドープ型カーボンナノチューブ電極作製と吸着酵素電極反応」について検討した。また、「ドープ分子とカーボンナノチューブ電極電位との関係」について検討した。窒素ドープ型単層カーボンナノチューブ電極は、アセトニトリルとエタノールの混合溶液を炭素源としたCVD法により合成できることが解った。アセトニトリルとエタノールの混合比により、05%程度の窒素ドープ量を制御できた。ピリジンやアニリン、尿素をアセトニトリルの代わりに用いた場合には、窒素はドープされなかった。酵素としてラッカーゼを用いて検討したところ、窒素含有率増加に伴い、ラッカーゼとナノチューブ間の直接的な電子移動反応が抑制されることが解った。Lac吸着量は1.92.0×10-10 mol cm-2(電極面積はBET表面積である)であり、窒素含有率の違いによる大きな差はなかった。これは、窒素ドープにより生じた窒素含有官能基のプラスチャージとラッカーゼのT1サイト周辺のマイナスチャージによる静電的相互作用の増大のためと考えられた。すなわち、窒素ドープによりナノチューブに吸着したラッカーゼの変性吸着の割合が増加したためと考察された。単層カーボンナノチューブへのドープ分子としてβカロテンを用いた。β-カロテンを含む0.1 M過塩素酸テトラ-n-ブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液中で、その場ラマン分光電気化学測定を行った。βカロテンの内包挙動は、ナノチューブの電位に依存した。これは、ナノチューブのLUMOの電子とβカロテンのπ電子との相互作用が重要であることを示していると考えられた。本年度は、当初研究計画の通り、「高品質ドープ型カーボンナノチューブ電極作製法の確立」について検討した。ナノチューブのキャップ先端部にのみ五員環が存在する。五員環は、ナノチューブ側面を構成しているグラフェンの六員環より、一般的に電気化学的に酸化されやすい。したがって、強力な酸化試薬を用いた場合にみられるナノチューブ側面(六員環)への酸化ダメージを与えることなく、キャップ部分の電気化学的酸化開管が可能である。そこで、単層カーボンナノチューブのキャップ開管およびその側面の酸化が起こり始める電位をまとめた、「電位vs. pHダイアグラム」を目的に検討した。カーボンナノチューブはアスペクト比が極めて高いため、キャップ先端が酸化された場合でも、XPSやラマン分光法などのシグナルとしてはほとんど検出できなかった。そこで、キャップが開いたカーボンナノチューブには有機分子等が内包される現象を利用して、単層カーボンナノチューブ先端のキャップの開管を検討することにした。CVD法によりAuワイヤー上にSWCNTを合成した(SWCNT/Au)。任意のpHに調製した電解質溶液中でSWCNT/Auに電位を印加後、β-カロテンの内包の処理を行った。電位印加によって開端されたSWCNTのラマンピークには、β-カロテン内包に由来する新規ピークが観測された。一方、開端されていないそれでは、そのピークは観測されなかった。同様にして各pHで開端が起こる電位を解析して、電位vs. pHダイアグラムを完成した。電解質溶液のpHが酸性側になるにつれてSWCNTの開端電位は高電位側へシフトし、biphasic的な挙動を示すことも明らかとなった。本研究の目的は、単層カーボンナノチューブが有する1次元筒状構造を利用した新規機能化界面の構築ならびにその新規界面の電気化学的特性解明であった。導電性を有するグラファイト結合性炭素電極は、燃料電池などの創電デバイスの触媒担持電極として、またキャパシタやリチウムイオン電池などの蓄電デバイスの基盤電極として重要な素材である。しかしながら、それら性能は徐々に劣化する。その要因の一つとして炭素電極の酸化腐食が挙げられる。しかしながら、炭素電極の酸化腐食については不明な点がまだ多くある。その中でも、炭素電極の酸化腐食が起こり始める電位は、デバイス利用環境を決定する上で極めて重要であるが、その電位の定量的な検討はほとんどなされていなかった。なぜなら、初期の炭素の酸化反応を高感度に定量的に検出する方法が無かったためである。本年度は、カーボンナノチューブの1次元筒状構造を利用した酸化腐食反応の開始電位の高感度検出を電気化学その場ラマン分光法によって可能とした。具体的には、単層カーボンナノチューブの直径方向振動に基づくピークが、ナノチューブ界面上での酸化反応に感度良く応答することが分かった。その結果、酸化開始電位とpHのダイアグラムを作成できた。また、ナノチューブに吸着した分子状酸素が及ぼすナノチューブの酸化反応への影響も解明できた。酸化に及ぼす酸素の影響はカーボンナノチューブの電子状態(金属性ナノチューブと半導体性ナノチューブ)によって異なることが定量的に明らかにできた。

電気化学ほぼ研究計画の通りに、研究が進んでいるため。ほぼ研究計画の通りに、研究が進んでいるため。概ね研究計画に沿って進んでおり、今後の研究展開は下記の通りである。精密構造窒素ドープ型カーボンナノチューブの作製と界面の電子移動反応特性単層カーボンナノチューブへの窒素ドープの構造を精密制御して、窒素ドープの影響を分子レベルで議論する。カーボンナノチューブをモデルとしたsp2系炭素の酸化反応の解析と電子移動反応に及ぼす影響カーボンナノチューブの酸化欠陥界面は電子移動反応系に大きな影響を及ぼす。ナノチューブの酸化程度を精密に制御した界面での電子移動反応について検討する。ドープ型カーボンナノチューブ界面の電子移動反応特性電気化学的手法を主として、電解質溶液中での拡散系レドックスプローブを用いての解析、ならびに吸着系酵素の直接電子移動反応による解析を進める。ドープ型カーボンナノチューブの電子構造解析と界面特性との関連解明近赤外蛍光法やラマン分光法を用いて、ドープ型カーボンナノチューブの電子構造解析を解析し、電子移動反応特性の結果と併せて総合的に検討する。消耗品として、実験試薬類およびガラス器具を含めた器具類を計上している。研究成果は、国内外での発信が必要であるとともに、最新の情報収集も研究を加速する上で重要である。学会参加費として予算計上している。その他として、スクロールポンプのオーバーホール費用、学会参加費、論文別刷などの費用を計上している。
アルチン環の研究

本研究の目標はQnasi-Frobenius(QF-)環のNakayama自己同型写像の存否の探究とそれに付随する様々な問題を考察し、アルチン環の総合的研究を行うことであった。以下のようにいくつかの成果があり、研究の進展があったことを報告する。(2)大阪市大の加戸氏との共同研究ではQF-環がNakayama自己同型写像をもつこととH-環が自己双対的であることが同値になる結果等を出し、目下、論文作成中である。(3)オハイオ州立大学のRizui氏とは加群のexchange propertyについての共同研究を行い、有限exchange propertyをもつqraai-continuous moduleはfull exchenge propertyをもつかというMohained-Miillerの問題を肯定的に解決して論文を作りOsakaJournalMathに投稿した。
新規のアンドロゲン受容体AF-1結合転写共役因子遺伝子のクローニングと機能解析

この分子内には少なくとも(1)核移行シグナルドメイン、(2)転写活性化ドメイン、(3)ARAF-1結合ドメイン、(4)核内コンパートメント(スプライシング因子コンパートメント)局在シグナルドメインの4者が存在することが予想された。詳細なレポーターアッセイとともに、ANT-1のdeletion mutantとGFPの融合たんぱく質の細胞内局在を共焦点顕微鏡で観察、さらにmammaliantwo-hybrid法と免疫沈降法を用いて実験を行ったその結果、(1)ANT-1の核移行には、アミノ酸残基145から172番目に存在するKRK----KRQRという塩基性アミノ酸配列が必須であり、前半、後半の両配列に変異を導入すると核移行がほぼ完全に阻害されること、(2)転写活性化ドメインはアミノ酸残基76から146番目の領域に存在するが、この活性化能はAR、GRに特異的ではなく、ERさらにはウイルスtkプロモーターも活性化しうること、(3)ANT-1のアミノ酸残基390から490番目の領域が、ARのアミノ酸残基360から532番目の領域に結合すること、(4)ANT-1に特徴的な、単一核あたりおよそ数十個の粗大核内クラスター形成には、アミノ酸残基292から410番目の領域が重要であること、以上が明らかとなった。我々が既にクローニングしたアンドロゲン受容体およびグルココルチコイド受容体のAF-1領域に対する転写共役因子ANT-1の機能解析と核内分布について当該年度は検討した。(1)ANT-1とYFPとの融合タンパク質、アンドロゲン受容体とCFP融合タンパク質を発現するプラスミドを作製した。ANT-1の核内分布は、共焦点顕微鏡画像三次元再構成法によると、大きく2種類に分類された。第1は、核内のeuchromatin領域選択的なびまん性分布であり、第2は、そのびまん性分布を背景とした単一核あたりおよそ20から40個の粗大なクラスター(splicing factor compartment)であった。活性化されたアンドロゲン受容体は、ANT-1のびまん性分布領域においてのみその局在は一致していた。すなわち、アンドロゲン受容体のつくる核内クラスターは、ANT-1のコンパートメントを取り囲むように分布しており、互いのコンパートメント自体は空間的に重なり合うことはなかった。以上の成果を加え、論文として投稿、受理された。(2)ANT-1のアンドロゲン受容体活性化に必要な領域を明らかにする目的で、C-端側よりのdeletion断片を作製し、培養細胞中でアンドロゲン受容体と共発現させ、レポーターアッセイを施行した。その結果、少なくともアンドロゲン受容体活性化には、ANT-1のN-端側の配列が必須であることが明らかとなり、現在更に細かなdeletion断片を作製中である。当該年度は、我々がアンドロゲン受容体(AR)AF-1領域結合性の新規の転写共役因子として同定したANT-1の機能的ドメインを明らかにし、機能マップを作製することを目的とした。ANT-1は、そのN端側のおよそ半分で、ARを完全に転写誘導することが明らかとなったため、C端側よりdeletionをかけた断片の発現ベクターを作製し、AR発現ベクターとともにco-transfectionしてレポーターアッセイを施行、さらにそれらの断片と、蛍光タンパク質GFPとの融合タンパク質発現プラスミドを作製し、核移行および核内クラスター形成能を共焦点顕微鏡を用いて観察した。1)ANT-1の核移行シグナルの同定ANT-1の核移行には、アミノ酸残基145から172の間にある、塩基性アミノ酸の繰り返しが必須であることが明らかとなった。この配列は、KRK・・・・・KRQRという構造を有していた。Site-directed mutagenesisにより各塩基性アミノ酸に変異を導入すると、前半ないしは後半のモチーフのみの変異では核移行阻害は不十分であったが、NGK・・・・KRQGのように両者を変異させると、核移行はほぼ完全に阻害された。2)ANT-1の核内クラスター形成シグナルの同定ANT(1-200)、ANT(1-172)は核移行し、転写誘導能も有していたが、核内クラスターは形成しなかった。このことより、我々が当初予想したごとく、ANT-1のコアクチベーターとしての機能に、核内クラスター形成は必須でないことが明らかとなった。

核内クラスター形成に必要な領域は、アミノ酸残基の200から568の間に存在することが明らかとなった。アンドロゲン受容体のN端側に存在する、リガンド非依存性の強い転写活性化能を有するAF-1領域に結合する転写共役因子を同定する目的で本研究をスタートさせた。その結果、スプライシング因子であるU5snRNP結合タンパク質であるp106(ANT-1)が該当する転写共役因子であることが判明した。平成15年度は、この新しい転写共役因子の分子内の機能的ドメインのマッピングを行った。その結果、核移行シグナル配列、核内コンパートメント形成に必要な配列を同定できた。最終年度である平成16年度は、まだ明らかとなっていないアンドロゲン受容体結合ドメインを決定し、同時にアンドロゲン受容体の当該タンパク質結合領域を同定した。1)mammaliantwo-hybrid法と免疫沈降を用いた解析で、ANT-1はアンドロゲン受容体のN端側の第360から第532アミノ酸残基の領域に結合することが明らかとなった。同部位は、アンドロゲン受容体のAF-1領域の中の、τ2と呼ばれる活性化ドメインに相当する。2)同様にmammalian two-hybrid法と免疫沈降を用いた解析で、アンドロゲン受容体AF-1に結合するANT-1の主要な領域は、アミノ酸残基第390から第490の領域であることが明らかとなった。この領域は、ANT-1分子が有する21回反復するtetratricopeptiderepeat(TPR)配列とよばれるきわめて特徴的な構造の前半部分に相当する。また、TPR配列の後半部分にも弱い結合が観察された。3)さらに、ANT-1のアミノ酸残基第78から第146に存在する転写活性化能は、アンドロゲン受容体に限らず、普遍的なものであり、ANT-1全長が活性化しないエストロゲン受容体のみならず、ウイルスTKプロモーターの転写能も増強させることが明らかとなった。
酵素の機能改良のための遷移状態解析法の開発

本研究では、研究代表者と研究分担者で開発した遷移状態(TS)エネルギー分割解析法の簡便性、精度の向上を目指す研究や、タンパク質や核酸といった巨大生体分子の高精度計算を行なうことのできるフラグメント分子軌道(FMO)法によるTS構造の基質ー酵素間相互作用の解析法の開発を行ない、実験研究者がこれらの手法を機能改良酵素創製の有効な手段として利用できるようにすることを最終目的としている。TSエネルギー分割解析法を改良するためには、妥当な活性化エネルギー値を与えるTS構造の決定方法をまず確立する必要がある。モデル酵素の反応(ハロ酸脱ハロゲン化酵素のハロ酸分解反応)の量子力学/分子力学(QM/MM)計算において、計算精度よりも計算時間を重視している半経験的手法では、実験結果と対応しない高い活性化エネルギーの値が得られた。また、これまでは活性の低い基質との反応におけるTS構造探索を行い、その活性化エネルギーを下げることを目指す計算を行っていたが、本来の基質であるL-2-クロロプロピオン酸を用いて実験結果と対応する反応経路を探索することが先決だと考えた。そこで、2018年度は、自動反応経路探索プログラムを使用して分散力のような弱い相互作用も考慮した非経験的手法でQM領域を最低限にして実験結果と対応する反応経路探索を行った。その結果、2段階の脱ハロゲン化反応のうち、反応座標が1つで単純な第1段階の脱塩素化反応は、これまでと同様、活性化エネルギーの値が実験結果と対応する大きさであった。反応座標が複数あり複雑な第2段階の加水分解反応では、反経験的手法と非経験的手法で得られるTS構造の数が異なり、反経験的手法では2つあるTSが、非経験的手法では1つであった。また、律速となる反応段階の活性化エネルギーの値はどちらの手法でも大差ない結果となり、実験結果と対応する反応経路を決定できなかった。本研究では、研究代表者と研究分担者で開発した遷移状態(TS)エネルギー分割解析法の簡便性、精度の向上を目指す研究や、巨大分子を核酸やアミノ酸などの断片(フラグメント)ごとに計算することで巨大分子の高精度計算を行なうことのできるフラグメント分子軌道(FMO)法によるTS構造の基質ー酵素間相互作用の解析法の開発を行ない、実験研究者がこれらの手法を機能改良酵素創製の有効な手段として利用できるようにすることを最終目的としている。そのためにまず、以下の内容に取り組んだ。1.TSエネルギー分割解析法の改良についてTSエネルギー分割解析法を改良するためには、妥当な活性化エネルギー値を与えるTS構造の決定方法をまず確立する必要がある。実験では室温で酵素反応が進行するような反応系でも、これまでの計算(計算精度よりも計算時間を重視している半経験的手法)では、室温で反応が起こり得ないような高い活性化エネルギーの値が得られた。そこで、計算時間はかかるものの分散力のような弱い相互作用を考慮した非経験的手法で計算したところ、数日程度の計算時間で活性化エネルギーの値が実験結果と対応した。2.機能改良酵素作製実験と酵素活性の確認研究代表者が現在取り組んでいる、ハロ酸脱ハロゲン化酵素のフルオロ酢酸(MFA)分解活性の向上のための機能改良酵素作製実験で、本研究手法の有用性を検証した。半経験的手法で得られた計算結果より野生型よりも活性向上が期待される変異体酵素2種類を実際に発現、精製した後、MFA分解活性を測定した。その結果、デザインされた酵素の活性は野生型より大幅に低下した。円偏光二色性スペクトル法で2次構造の温度依存性を調べたところ、これらの変異体酵素は野生型酵素よりも低温で変性する可能性が示唆されたため、計算を行なう際に、変異導入による酵素の立体構造への影響も考慮する必要があることがわかった。ハロ酸脱ハロゲン化酵素のMFA分解活性向上のための機能改良酵素作製実験では、MFA分解活性の向上が期待される変異体酵素の計算結果と実験結果の対応は見られなかった。しかし、活性化エネルギーが下がるTS構造の目安や、活性向上の期待される変異体酵素を正しく推測するための計算手法が明らかになりつつあることなどから、研究開始時よりも研究の進展はみられていると考えている。2017年度は、以下の内容に取り組んだ。1.実験値と対応する活性化エネルギーを与えるTS構造の探索についてTSエネルギー分割解析法を改良するためには、妥当な活性化エネルギー値を与えるTS構造の決定方法をまず確立する必要がある。計算精度よりも計算時間を重視している半経験的手法では、室温で反応が起こり得ないような高い活性化エネルギーの値が得られた。そこで、分散力のような弱い相互作用を考慮した非経験的手法でモデル酵素の反応(ハロ酸脱ハロゲン化反応のフルオロ酢酸分解反応)を計算したところ、2段階の反応のうち、反応座標が単純な第1段階の脱フッ素化反応は、数日程度の計算時間で活性化エネルギーの値が実験結果と対応した。しかし、反応座標が複雑な第2段階の加水分解反応では、目的のTS構造を獲得できず、活性化エネルギーを決定することが出来なかった。2.TS構造探索方法の見直し

1.の結果を受けて、計算に使用する初期構造を複数指定し、その構造を利用した自動反応経路探索プログラムを使用して反応経路を探索することにした。さらに計算コストを下げるため、高い計算精度の領域をこれまでよりも小さくして計算を行なったところ、1.のようにマニュアルで反応経路を決めていた際には見つけることのできなかった高精度でのTS構造を得ることに成功した。モデル酵素の反応として、ハロ酸脱ハロゲン化酵素のフルオロ酢酸分解反応を使用し、その活性向上のための機能改良酵素作製実験を行っているものの、現時点ではフルオロ酢酸分解活性の向上が期待される複数の変異体酵素について計算結果と実験結果の対応は見られていない。その原因として、高精度の計算における反応遷移状態(TS)構造を獲得するための手法が確立できていないことが考えられる。最終的な研究目的である、TS構造の基質ー酵素間相互作用の解析法を利用した機能改良酵素創製の効率化を図るためにはまず、TS構造を高精度で効率よく見つけ出す必要がある。2017年度の後半になって、自動反応経路探索プログラムを利用することが出来るようになり、高精度の計算における反応遷移状態(TS)構造を獲得するための道筋が得られつつある。本研究では、研究代表者と研究分担者で開発した遷移状態(TS)エネルギー分割解析法の簡便性、精度の向上を目指す研究や、タンパク質や核酸といった巨大生体分子の高精度計算を行なうことのできるフラグメント分子軌道(FMO)法によるTS構造の基質ー酵素間相互作用の解析法の開発を行ない、実験研究者がこれらの手法を機能改良酵素創製の有効な手段として利用できるようにすることを最終目的としている。TSエネルギー分割解析法を改良するためには、妥当な活性化エネルギー値を与えるTS構造の決定方法をまず確立する必要がある。モデル酵素の反応(ハロ酸脱ハロゲン化酵素のハロ酸分解反応)の量子力学/分子力学(QM/MM)計算において、計算精度よりも計算時間を重視している半経験的手法では、実験結果と対応しない高い活性化エネルギーの値が得られた。また、これまでは活性の低い基質との反応におけるTS構造探索を行い、その活性化エネルギーを下げることを目指す計算を行っていたが、本来の基質であるL-2-クロロプロピオン酸を用いて実験結果と対応する反応経路を探索することが先決だと考えた。そこで、2018年度は、自動反応経路探索プログラムを使用して分散力のような弱い相互作用も考慮した非経験的手法でQM領域を最低限にして実験結果と対応する反応経路探索を行った。その結果、2段階の脱ハロゲン化反応のうち、反応座標が1つで単純な第1段階の脱塩素化反応は、これまでと同様、活性化エネルギーの値が実験結果と対応する大きさであった。反応座標が複数あり複雑な第2段階の加水分解反応では、反経験的手法と非経験的手法で得られるTS構造の数が異なり、反経験的手法では2つあるTSが、非経験的手法では1つであった。また、律速となる反応段階の活性化エネルギーの値はどちらの手法でも大差ない結果となり、実験結果と対応する反応経路を決定できなかった。まずはハロ酸脱ハロゲン化
タウイメージングによるアルツハイマー病の行動心理症状とタウ病変の関連に関する研究

アルツハイマー病(AD)の神経病理学的変化であるタウ蛋白蓄積はADの認知機能障害など臨床症候とよく関連することが知られているが、行動心理症状との関連性についてははっきりしていない。本研究ではADの行動心理症状とタウ蛋白蓄積の関連性について、タウ蛋白標識PETリガンド11C-PBB3を用いて検討した。行動心理症状のうち頻度の多いアパシー症状が前頭葉、特に眼窩前頭皮質におけるタウ蛋白蓄積と関連した。さらに同部位のタウ蓄積は直接的な神経細胞毒性および同部位の皮質菲薄化と接続する鉤状束の白質構造障害によるネットワーク障害から間接的にアパシー症状を引き起こす可能性が示唆された。アルツハイマー型認知症(AD)における行動心理症状(BPSD)は妄想、幻覚、抑うつ、不安、徘徊などの多彩な精神行動症状を呈し、しばしば認知症と合併して介護家族の負担増大や、医療機関への入院の原因となる。認知症患者は今後も増加を続けることが考えられ、それに伴いBPSDへの適切な対応が求められる一方で、その背景病理は依然はっきりしない。本研究の目的は、ADにおける行動心理症状である妄想症状の発現について、陽電子断層撮像検査(Positron Emission Tomography)でタウ蛋白を標識する放射性化合物である[11C]PBB3で評価したタウ蛋白の蓄積、および機能的MRIにおけるfunctional connectivetyの障害の関連性を臨床症状評価スコアおよび認知機能検査を含めて検討を行い、ADにおける妄想症状の発現についての生物学的な基盤について検討を行うことである。平成27年度にAD患者を対象に、PET検査およびMRI検査と認知機能検査、BPSDについての臨床症状評価スコアを行なった。得られた画像データから、[11C]PBB3-PETデータの解析方法の検討や、PETリガンドにおける妥当な参照領域の検討などを行なった。おおむね順調に被験者の募集、画像検査、臨床症状・認知機能検査の評価が進んでいる。また[11C]PBB3-PETデータの妥当な解析方法について検討を行なった。認知症疾患は今後も増加を続けることが考えられ、それに伴いBPSDへの適切な対応が求められる一方で、その背景病理は依然はっきりしない。本研究の目的は、ADにおける行動心理症状の発現について、陽電子断層撮像検査(Positron Emission Tomography)でタウ蛋白を標識する放射性化合物である[11C]PBB3で評価したタウ蛋白の蓄積、およびMRIにおける脳内ネットワーク障害の関連性を臨床症状評価スコアおよび認知機能検査を含めて検討を行い、ADにおけるBPSDの発現についての生物学的な基盤について検討を行うことである。平成28年度には前年度に引き続き、AD患者を対象としてPET検査およびMRI検査と認知機能検査、BPSDについての臨床症状評価を行った。ADにおけるBPSDのうち高頻度でみられるアパシー症状について、タウ蛋白の蓄積と脳内ネットワーク障害の関連性についての検討を行った。その結果、ADにおける前頭葉のタウ蛋白病変と前頭葉皮質の菲薄化および白質微小構造障害がアパシー症状の発現に関与する可能性が示唆された。患者リクルート、検査、データ解析はおおむね順調に進んでおり、論文化と学会発表に向けての準備を行っている。平成29年度には前年度に引き続き、AD患者におけるアパシー症状とタウ蛋白蓄積の関連性についての検討を行い、前頭葉の中で眼窩前頭皮質におけるタウ蛋白の蓄積、および眼窩前頭皮質の局在およびネットワーク障害がアパシーと関連することが示唆された。

また、行動心理症状は様々な症状が互いに影響を与え合いながら、介護負担の増加に寄与していると考えられることから、妄想以外の行動心理症状についても、タウ蛋白の蓄積および脳内ネットワーク障害などの病態への関連性についても検討を行う方針とした。引き続きデータ解析を行い、論文作成の上で海外学術誌への投稿、学会発表を行う予定である。老年精神医学研究進捗の変更に伴い、予算の使用状況が変更したため。研究進捗の変更に伴い、予算の使用状況が変更したため。統計解析ソフトや関連書籍、備品の購入等に使用する予定である。関連書籍や備品の購入、論文校正費用や学会発表関連費用に使用する予定である。
重金属の免疫毒性発現における遺伝的制御機構

感度の高い毒性指標の一つである免疫毒性は、汚染物質の微量長期暴露による生体影響評価の上で注目されているが、その毒性発現には宿主の遺伝的要因の関与が知られている。本研究では、免疫毒性の評価を明確にするため、免疫毒性を示す重金属のモデル物質であるカドミウム(Cd)を取り上げ、免疫毒性の発現に関与する遺伝的要因の解明を試みた。Cdを近交系マウスに反復皮下投与(0.5または1mgCd/Kg、週5日)し、免疫抑制効果(脾リンパ球増殖反応の抑制)と免疫異常亢進効果(抗核抗体の産生)の発現における感受性のマウス系統差を検討した。この結果、マイトゲン等に対する培養脾リンパ球の増殖反応についてみると、Cd投与開始1週間後に、C3H/Heマウスでは他の二系統のマウス(BALB/cとDBA/2)にくらべ顕著な抑制効果が見られた。この機作として、(1)標的である脾リンパ球の増殖反応におけるCd感受性、(2)標的細胞外の因子(標的に到達するCdの有効濃度、必須金属である亜鉛濃度の変動)の関与について、それぞれ系統差を検討した。その結果、C3Hマウスは他の二系統にくらべ血中および脾臓中のCd濃度が有意に高く、反対に肝臓中では低く、これが高感受性要因として関与していることが明らかとなった。C3Hマウスは肝臓でのCd結合タンパク質メタロチオネインの誘導能が低いことから、その遺伝子発現とCd感受性との関連が示唆される。一方、免疫亢進効果としての抗核抗体の出現は、BALBマウスでCd投与開始2週間後から検出された。この2週目の時点で抗核抗体の出現率の系統差を検討したが、上記三系統およびC57BL/bマウスの間では顕著な系統差が見られず、一様に高率に抗核抗体が検出された。これらにより、Cdの免疫抑制効果の発現には顕著な系統差があることから高感受性集団の存在が示唆され、一方、免疫亢進効果は、より共通の機作により広範な集団に発現する可能性が示された。
神経保護因子としてのエリスロポイエチンの新しい作用メカニズムの解明

ラット大脳皮質一次培養ニューロンにおいて、エリスロポイエチン(Epo)は正常状態では細胞内カルシウム濃度を増加させ、グルタミン酸受容体刺激状態では低下させた。Epoによるカルシウム濃度上昇は電位依存性Caチャネルを介するCa流入に依存しており、カルシウム濃度の低下はCa依存性Kチャネルの活性化に由来すると考えられる。細胞内カルシウム濃度の中等度の増加はsurvival signal活性化に、その低下はグルタミン酸の神経細胞毒性の軽減に寄与することが考えられるが、これらの意義はさらに検討を要する。エリスロポイエチン(erythropoietin:EPO)の中枢神経系における細胞保護作用のメカニズムとして種々の細胞内情報伝達系を介したsurvival signalの促進が考えられている。本研究では、細胞障害や虚血耐性に重要な役割を持つ正常状態および病態時のニューロンの細胞内Ca濃度と細胞膜電位に対するEPOの効果を解明し、その効果に寄与するイオンチャネルが何であるか、その効果が細胞保護効果にどのような役割を果たすかを検討する。19年度の研究では、ラット大脳皮質一次培養ニューロンにおいてFura-2を指示薬として細胞内Ca濃度の変化を経時的に測定する実験系を確立した。この系において、正常細胞外液の条件でhumanrecombinant EPO-αを4unit/mlの濃度で添加すると、340nm/380nmの蛍光強度比が投与前の1.026±0.163から2分後、12分後には1.762±0.73,2.041±0.691へ有意に増加し、細胞内Ca濃度が増加した。蛍光強度比の増加は、可溶性のエリスロポイエチン受容体の前投与によって強力に阻害され、この変化は同受容体を介していると考えられた。0.4u/mlの添加では変化が一過性であり、4unit/mlの濃度で検討を続けることとした。さらに、グルタミン酸受容体刺激状態とするために、細胞外液のMgを除きglycineを加えた条件において、蛍光強度の周期的な増加が出現し、これがNMDA受容体拮抗薬で阻害されることから意図した条件が得られていることがわかった。この条件においてEPOは細胞内Ca濃度を増加させずにむしろ減少傾向を示した。したがって、EPOの細胞内Ca濃度への効果は添加前の細胞の刺激状態、細胞内Ca濃度などによって異なることが示唆された。エリスロポイエチン(erythropoietin:EPO)の中枢神経系における細胞保護作用のメカニズムをより詳細に理解するため、本研究では、細胞障害や虚血耐性に重要な正常状態および病態時のニューロンの細胞内Ca濃度と細胞膜電位に対するEPOの効果を解明し、その効果に寄与するイオンチャネルが何であるか、その効果が細胞保護効果にどのような役割を果たすかを検討する。正常状態でのEPOによる細胞内Ca濃度上昇作用は、細胞外液Caの除去またはカドミウムによって完全に抑制されたため、電位依存性Caチャネルを介するCa流入によって生じていると考えられた。また、phospholipase C阻害薬であるU-73122はEPOの効果を阻害しなかったため、IP3を介する細胞内Caプールからの放出の関与は否定的であった。しかし、L型Caチャネルの阻害薬であるニフェジピンでは、Ca濃度増加は部分的にしか阻害されず、PQ型Caチャネルの阻害薬であるω-agatoxin IVA、T型Caチャネルの阻害薬であるニッケルでは抑制はわずかであった。したがって、L、N、R型のCaチャネルを介するCa流入が主なメカニズムと考えられた。グルタミン酸受容体刺激状態におけるEPOの細胞内Ca濃度低下作用については、PI3 kinase阻害薬あるいはBK type Ca-dependent K channelのブロッカーによって抑制が認められたため、PI3 kinaseによるBK type Ca-dependent K channelの活性化の関与が推測された。また、グルタミン酸の添加による細胞内Ca濃度上昇に対するEPOの効果はわずかであったため、主にグルタミン酸放出の抑制がCa濃度低下作用に寄与していると考えられた。1.細胞興奮性に対するエリスロポエチン(Epo)の短期的効果について大脳皮質一次培養ニューロンにおいてナイスタチン穿孔パッチ法による膜電位測定を試みた。対照状態およびMg除去によるグルタミン酸受容体刺激状態の両者の条件で、数分間の測定は可能であったが、その後測定値が不安定になり、Epo投与の効果を充分に検討できる実験条件の確立には至らなかった。原因としてナイスタチンの濃度、適用量、ピペットの先端形状などが考えられた。これらの条件を変更しながら試行錯誤的に実験条件の最適化を継続中である。2.細胞内Ca濃度に対するエリスロポエチン(Epo)の長期的効果についてEpoを培地内に4u/mlの濃度で培地に添加し、24時間培養を継続し、その後正常の細胞外液、またはMg除去、グリシン添加の細胞外液として、Fura-2蛍光を測定した。この濃度のEpo 24時間前添加では、24時間後に細胞の一部が細胞死を起こしている状態となった。次に0.4u/mlの濃度で前投与したところ、細胞死は生じなかった。

この条件では、正常細胞外液、Mg除去細胞外液における蛍光強度は、Epo前投与のないときと有意差がなかった。したがって、Epo 0.4u/mlの長時間の添加は細胞内Ca濃度に影響を与えないと考えられた。3.標的イオンチャネルの細胞保護作用への関与の有無Mg除去によるグルタミン酸受容体刺激によって誘導される大脳皮質一次培養ニューロンの細胞死の程度をpropidium iodide (PI)を用いて解析した。対照状態で24時間培養した対照群に比べて、Mg除去細胞外液暴露群ではPIの発光が高く、細胞死が増加したことが確認できた。Epoの効果やイオンチャネル阻害薬の効果については、検討を開始したところである。
高温・高電圧ポ-リングによるアラミド薄膜の圧電・焦電性の発現に関する研究

本研究は、従来評価されてきたフッ素系高分子の圧電性膜よりも、耐熱性のある高分子圧電膜の可能性を探索するところにあった。研究の発想の発端は、高強度・高弾性率、高耐熱性のパラ型アラミドの構造と物性を検討する過程において、ポリ(pーフェニレンテレフタルアミド)(PPTA)が510°Cという耐熱性を持ちながら、230°C近傍で結晶内の分子が90゚回転する事実を見出し、この運動に、高温度・高電圧を印加する「ポ-リング」処理を行うならば、アミド基の配向による高温度で作動する高分子圧電膜が実現するものと期待した。従来のフッ素系高分子では、使用限界が120150°Cであり、ビニリデンシアニドの共重合体でも170°Cが限界である。この限界を突破する新機能材料になる得るならば、その意義は大きい。平成2年度は、PPTAの研究の絞ったが、パラ型アラミドの全トランスの安定な結晶構造が、ポ-リングによる双極子の配向を困難にし、0.05pC/Nという極めて低い圧電率を示すにとどまった。平成3年度においては、結晶性の低いポリ(mーフェニレンテルフタルアミド)(PMIA)を選択した。構造的検討の結果、意外なことには、非結晶部の分子運動をポ-リングに利用することにより0.4pC/Nの圧電率が得られた。この値は300°Cでも40%の値を保持することが分かった。これにより高温度における圧電性の保持の目的に接近できた。フッ素ポリマ-並の圧電性を示すには、一軸面配向膜を用いてポ-リング効果をより有効に発現させることである。研究の過程で、「ス-パ-エンプラ」に属する極性全芳香族ポリマ-になお有望な研究対象のあることも判明した。探索の手を広げつつあることも付言する。1.電析法によって作製したアラミド膜(PPTA膜)は、PPTA結晶内の分子の回転が可能と考えられるβ^*緩和温度領域(230°C付近)でポ-リングを行い、圧電・焦電応答を既に確認していたが、新たに、動的粘弾性測定装置(レオバイブロンII型)にチャ-ジアンプを取付けて、圧電歪係数dの定量的な評価を行った。その結果、ポ-リング温度を230°Cとし、ポ-リング電圧60MV/mで20分ポ-リングを行った試料(厚み20μm)ではd=5×10^<ー14>C/Nの圧電率を得た。2.圧電性の耐熱性を調べた結果、100°Cでは初期の1/5に低下したが、その後230°Cまで一定の圧電率を保持し、それより高温では消失した。また、PPTA膜のX線回折パタ-ンはポ-リングの前後に変化が見られなかった。これは、得られた圧電性が結晶界面などの不規則な部分(非結晶部)のカルボニル双極子の配向によると考えられ、結晶内の双極子の電場による配向は実現していないと考えられる。3.さらに高温まで保持される圧電性を付与するためには、より高電果でのポ-リングが必要であるが、高温では試料抵抗の減少により、高電界印加が困難であった。このため、今後は試料中の不純物イオンを除去し、ポ-リング条件の最適化をはかる必要性を認めた。4.焦電性および分極量の定量的な評価を行うために、熱刺激電流の測定を進めている。5.電析法によるPPTA膜の他に、硫酸溶液から凝固して作製したPPTA膜や溶液キャストにより製膜したポリ(mーフェニレンイソフタルアミド)についても、高電界ポ-リングを施し、圧電性・焦電性の発現を試みる。

フッ素ポリマ-並の圧電性を示すには、一軸面配向膜を用いてポ-リング効果をより有効に発現させることである。研究の過程で、「ス-パ-エンプラ」に属する極性全芳香族ポリマ-になお有望な研究対象のあることも判明した。探索の手を広げつつあることも付言する。極性の結晶構造をもつポリ(mーフェニレイソフタルアミド)(PMIA)の溶媒キャスト未延伸膜の圧電性を測定した結果、180°Cで、80MV/m、30分のポ-リングにより、d_<31>=0.42pC/Nを得た。この膜を逐次熱処理し室温に戻して圧電性を測定する方法で、耐熱性を評価した結果、200°Cおよび300°Cの熱処理後、それぞれ初期の圧電性の70%、および40%を保持し、従来の高分子圧電体に比べ高い耐熱性を示すことを明らかにした。PMIAはDSC、動的粘弾性の変化の測定から、280°Cにガラス転移が存在すると考えられ、耐熱性の結果から圧電性の60%は非晶部、40%は結晶部に由来すると考えた。PMIA膜はブロ-ドなX線回折強度曲線を示すことから、結晶性は低く、また熱処理による結晶化度の増加もわずかであった。従って、さらに圧電性を高めるには、分子鎖を一軸配向あるいは面配向させることにより分子鎖に垂直な双極子モ-メントの電場方向への配向度を増す必要を認めた。pー型アラミドにおいては、耐熱性はあったが、非極性の結晶構造が安定なために、ポ-リングによる極性結晶への変換が実現せず、大きい圧電率は得られなかった。別に、耐熱性があり、双極子モ-メントの大きな官能基をもつ芳香族ポリマ-について圧電性の測定を実施した。その中で、ポリシアノアリ-ルエ-テル(PCAE)の一軸延伸膜は、100°C、170MV/m、30分のポ-リングを行って、d_<31>=2.4pC/Nの値を示し、従来の高分子圧電体に匹敵する性能を得た。熱処理をして結晶性を高めると、圧電性が減少すること、圧電性がT_a=145°Cで急激に減少することから、PCAEの圧電性は非晶部に由来することが分かった。また、シアノ基のIR特性吸収ピ-クのポ-リング前後の変化から、シアノ基の電場方向への配向を確認した。
酵母細胞における胞子形成過程及び各種変異株の超微細構造的三次元構築による解析

胞子形成過程というのは、諸過程を経て進むため形態の変化は多様にある。また、その過程には多くの遺伝子が関わっていることが知られている。これらの遺伝子の機能を知るために、形態変化の微細構造を知る目的で電子顕微鏡観察し、特に形態が複雑に変化する過程の三次元構築を行った。出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)と分裂酵母(Schizosaccharomyces pombe)を急速凍結置換固定し、樹脂に包埋後、連続切片を作製し、電子顕微鏡観察した。写真撮影後、コンピューターにより、三次元構築を行った。出芽酵母の核融合に関するいろいろな変異株を使用して、核融合の初期が核膜の外膜から始まることを示した。分裂酵母は核融合前の間期、核融合直前、第一減数分裂前のDNA合成期の細胞では、細胞質微小管が細胞内に多数存在しており、核の周りから細胞の先端まで微小管が伸びたダイナッミックな動きを示したが、核の中には微小管は観察されなかった。一方、出芽酵母は核融合時はSPBから細胞質側の微小管と核内に微小管束が観察された。両酵母共、第二減数分裂でSPBの形態は変化し、分裂酵母は第一減数分裂後は核が2個に分かれ、第二減数分裂に入り、4個の核に分かれ、4個の胞子となった。胞子形成過程には多くの遺伝子が関わっている。これらの遺伝子は減数分裂、胞子形成過程に特異的遺伝子の他に、栄養増殖時に働いている重要な遺伝子も含まれていることが分かってきた。これらの研究の基礎となる酵母の胞子形成過程の微細構造変化を知る目的で電子顕微鏡観察を行った。出芽酵母(Saccharomycescerevisiae)と分裂酵母(Schizosaccharomyces pombe)について、急速凍結置換固定を行い、樹脂包埋後、連続切片を作成し、電子顕微鏡観察、写真撮影後、コンピューターにより、三次元構築を行った。分裂酵母は核融合、第一減数分裂前までは、細胞質微小管が細胞内に多数存在しており、核の周りから細胞の先端まで微小管が伸びてダイナッミックな動きをしていることを示した。また、核内のスピンドル微小管は観察されなかった。出芽酵母は第一減数分裂後も核膜は繋がっており、核は1個である。第二減数分裂で一度の4個の核に分かれ、4個の胞子を形成した。分裂酵母のp3k変異株の胞子形成過程を電子顕微鏡観察したところ、前胞子膜の形態及びその伸長方向に異常があった。出芽酵母ではシャペロン系の変異株において、核融合が正常に進まず、核の外膜のみが所々で融合していたが、核の内膜は融合できなかった。また、核分裂に重要なSPBは融合できず、細胞内で2核のまま、それぞれの核内でスピンドルを形成していた。胞子形成過程というのは、細胞融合、核融合、減数分裂DNA合成、第1減数分裂、第2減数分裂、子嚢胞子の形成、成熟、遊出の諸過程を経て進むため形態が激しく変化し、その過程には多くの遺伝子が関わっている。これらの研究の基礎となる酵母の胞子形成過程における激しい形態変化の微細構造を知る目的で電子顕微鏡観察し、特に形態が複雑に変化する過程の三次元構築を行った。出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)と分裂酵母(Schizosaccharomyces pombe)を急速凍結置換固定し、連続切片を電子顕微鏡観察、写真撮影後、コンピューターにより、三次元構築を行った。分裂酵母の3次元構築は核融合前の間期、核融合直前、第一減数分裂前のDNA合成期の細胞について行った。

これらの過程では細胞質微小管が細胞内に多数存在しており、核の周りから細胞の先端まで微小管が伸びたダイナッミックな動きを示した。特に、減数分裂前DNA合成期(horse tail)の核は通常のまるい核と異なり、複雑な形態となり、核の周りに多数の微小管が観察され、この三次元構築を回転させることにより、核の形態と微小管の関係がより鮮明になった。核内のスピンドル微小管は観察されなかった。一方、出芽酵母は核融合時はSPBから細胞質側の微小管と核内に微小管束が観察された。両酵母共、第二減数分裂でSPBの形態は変化し、分裂酵母は第一減数分裂後は核が2個に分かれ、第二減数分裂に入り、4個の核に分かれ、4個の胞子となった。出芽酵母の小胞体膜に存在するDnaJホモログであるJem1と同じくDnaJホモログで、小胞体膜に存在するSec63複合体構成遺伝子の変異株の核融合阻害時の三次元構築を行った。Jem1変異株のみ核の外膜が所々融合していたが、その他の変異株は外膜も内膜も融合していなかった。
量子化フーリエ変換にもとづくW-CDMAとOFDMの実現手法の統一化に関する研究

W-CDMAおよびマルチキャリア変調方式は,高速な無線通信を実現するための代表的な変調方式であり,携帯電話や無線LANなどの技術に利用されている.両変調方式は,今後の無線通信において重要な役割を担うものと思われる.このため,一台の受信機において両方式に対応することが可能となれば,さまざまな規格の通信方式に使用することが可能となる.本研究では,W-CDMAおよびOFDMを利用した無線通信の重要な構成要素のひとつである,適応等価器に関する研究を行った.適応等価器は,通信路におけるマルチパスおよび雑音成分の影響によるビット誤り率の改善を可能とする.CDMAにもとづく無線通信では,RAKE受信機を用いることが一般的である.一方,OFDMにもとづく無線通信では,周波数等価技術が一般に使用される.W-CDMAおよびODFMの両方式に使用可能な適応等価器の実現は,高度な無線端末を実現する上で,より重要性を増してくるものと期待される.適応等価器は,環境の学習を自律的に行うことを可能とする適応フィルタを用いて,構成される.広く知られている適応フィルタの学習アルゴリズムとして,最小平均二乗(LMS)および再帰最小二乗(RLS)がある.LMSアルゴリズムは,学習速度が遅いことが知られているが,低い演算精度でも安定した特性を実現可能である.一方RLSアルゴリズムは高速な学習を可能とするが,高い演算精度が必要となる.このため,通信機器などにRLSアルゴリズムを使用することは困難な場合が多い.本研究では,RLSアルゴリズムの動作を低い演算精度の元で安定させることで,学習性能の向上を検討した.RLSアルゴリズムによる適応フィルタのエイリアスフリー適応サブバンドフィルタ構成を提案し,必要となる演算精度を低減可能となることを示した.W-CDMAおよびマルチキャリア変調方式は,高速な無線通信を実現するための代表的な変調方式であり,携帯電話や無線LANなどの技術に利用されている.両変調方式は,今後の無線通信において重要な役割を担うものと思われる.このため,一台の受信機において両方式に対応することが可能となれば,さまざまな規格の通信方式に使用することができる.W-CDMAは,逆拡散処理にアダマール変換を使用することが規格化されている.一方,OFDMに代表されるマルチキャリア変調では,フーリエ変換にもとづく変調処理が規格化されている.また,特性改善のための等化処理や干渉除去の処理も,両方式に固有の処理が行われている.これらの理由より,一台の受信機で両変調方式に対応するためには,逆拡散や変調処理などに対する統一的な表現が必要となる.本年度における本研究では,W-CDMAにおける逆拡散処理をフーリエ変換にもとづき実現する手法に関して研究を行った.逆拡散処理を,フーリエ変換および直交行列の乗算の2つの処理に分割することができる事を示した.この結果,W-CDMAをマルチキャリア伝送の一つとして表現できることを示した.さらに,フーリエ変換の後に位置する直交行列の種類を変えることで,OFDMやMC-CDMAなどの既存のマルチキャリア変調方式を実現することを示した.この結果,W-CDMAの逆拡散処理およびマルチキャリア変調を,フーリエ変換および直交行列による乗算の形として,統一的な表現が可能となった.W-CDMAおよびマルチキャリア変調方式は,高速な無線通信を実現するための代表的な変調方式であり,携帯電話や無線LANなどの技術に利用されている.両変調方式は,今後の無線通信において重要な役割を担うものと思われる.このため,一台の受信機において両方式に対応することが可能となれば,さまざまな規格の通信方式に使用することが可能となる.本年度における本研究では,W-CDMAおよびOFDMを利用した無線通信の重要な構成要素のひとつである,適応等価器に関する研究を行った.適応等価器は,通信路におけるマルチパスおよび雑音成分の影響によるビット誤り率の改善を可能とする.CDMAにもとづく無線通信では,RAKE受信機を用いることが一般的である.一方,OFDMにもとづく無線通信では,周波数等価技術が一般に使用される.W-CDMAおよびODFMの両方式に使用可能な適応等価器の実現は,高度な無線端末を実現する上で,より重要性を増してくるものと期待される.適応フィルタは,適応等価器の重要な構成要素である.適応フィルタの係数を通信路の状態に応じて自律的に更新する学習アルゴリズムを適応アルゴリズムと呼ぶ.代表的な適応アルゴリズムとして,LMSアルゴリズムとRLSアルゴリズムが知られている.このうち,LMSアルゴリズムはRLSアルゴリズムに比べ,学習に必要となる演算量が少ないことが知られている一方で,学習時間の長さが実現の際の問題点となっている.エイリアスフリーサブバンド適応フィルタでは,信号を周波数帯域に分割することで,信号の相関を低減し,学習時間の短縮を実現することが知られている.しかし,信号の相関と学習時間の関係などの解析は行われていない.本研究では,学習時間の時定数を信号の相関により表現する手法を提案した.この結果,周波数分割数に応じた学習パラメータの選択が可能となることを示した.W-CDMAおよびマルチキャリア変調方式は,高速な無線通信を実現するための代表的な変調方式であり,携帯電話や無線LANなどの技術に利用されている.両変調方式は,今後の無線通信において重要な役割を担うものと思われる.このため,一台の受信機において両方式に対応することが可能となれば,さまざまな規格の通信方式に使用することが可能となる.本研究では,W-CDMAおよびOFDMを利用した無線通信の重要な構成要素のひとつである,適応等価器に関する研究を行った.

適応等価器は,通信路におけるマルチパスおよび雑音成分の影響によるビット誤り率の改善を可能とする.CDMAにもとづく無線通信では,RAKE受信機を用いることが一般的である.一方,OFDMにもとづく無線通信では,周波数等価技術が一般に使用される.W-CDMAおよびODFMの両方式に使用可能な適応等価器の実現は,高度な無線端末を実現する上で,より重要性を増してくるものと期待される.適応等価器は,環境の学習を自律的に行うことを可能とする適応フィルタを用いて,構成される.広く知られている適応フィルタの学習アルゴリズムとして,最小平均二乗(LMS)および再帰最小二乗(RLS)がある.LMSアルゴリズムは,学習速度が遅いことが知られているが,低い演算精度でも安定した特性を実現可能である.一方RLSアルゴリズムは高速な学習を可能とするが,高い演算精度が必要となる.このため,通信機器などにRLSアルゴリズムを使用することは困難な場合が多い.本研究では,RLSアルゴリズムの動作を低い演算精度の元で安定させることで,学習性能の向上を検討した.RLSアルゴリズムによる適応フィルタのエイリアスフリー適応サブバンドフィルタ構成を提案し,必要となる演算精度を低減可能となることを示した.
人間の情報処理特性に基づく船舶航行安全指標の提案

本研究では人間工学的手法による実験的検討から、操船者の心理的特性と航行視環境の関係について体系的に示すことを目指した.本研究では,まず操船者の状況認識,行動に与える影響要因について明らかにした.その上で,以下の要因が自船の危険に関わる視対象の検出に与える影響を示した.1.光環境の状態日中・薄明時で視覚心理機能測定実験を行い,色知覚機能の大きな相違を明らかした.色知覚機能は薄明時で低下し,特に日中で相対的な感度が高い黄色の感度が有意に低下することが示された.2.操船者が処理しなければならない情報量と処理し得る情報量(1)誘目性の異なる対象を含んだ場面での知覚の範囲全ての対象が静止しているパターン(静止刺激)とそのうち一つに動きをつけたパターン(運動刺激)を用いて,知覚の範囲の測定実験を行った.運動刺激では精度が高く並列的な処理過程である即刻の把握(subitizing)で処理できる対象の数が,静止刺激よりも少なくなることが示された.(2)交通量の多い狭い水域における操船者の視覚探索特性狭水道や港内において眼球運動測定実験を行った.特に情報量が多い港内では,既に把握している視対象以外の存在や,海図やレーダーの情報を確認する余裕がなく,存在を把握している視対象についても,短くかつ少ない視線配置で情報を受容していることが示された.3.操船者の熟練度の影響水平線への見張りにおける熟練航海士と非熟練者の眼球運動測定実験を行った.熟練航海士は注視成分が非熟練者より多く,水平線へ集中して注視を行っていた.また水平方向への810°の移動距離を「見張りの基本単位」とし,これに基づいて水平線上で広く視線を移動させていることが明らかになった.これらの知見を踏まえ,見張りにおけるヒューマンエラーの要因を示した.本研究では人間工学的手法による実験的検討から、操船者の心理的特性と航行視環境の関係について体系的に示すことを目指した.本研究では,まず操船者の状況認識,行動に与える影響要因について明らかにした.その上で,以下の要因が自船の危険に関わる視対象の検出に与える影響を示した.1.光環境の状態日中・薄明時で視覚心理機能測定実験を行い,色知覚機能の大きな相違を明らかした.色知覚機能は薄明時で低下し,特に日中で相対的な感度が高い黄色の感度が有意に低下することが示された.2.操船者が処理しなければならない情報量と処理し得る情報量(1)誘目性の異なる対象を含んだ場面での知覚の範囲全ての対象が静止しているパターン(静止刺激)とそのうち一つに動きをつけたパターン(運動刺激)を用いて,知覚の範囲の測定実験を行った.運動刺激では精度が高く並列的な処理過程である即刻の把握(subitizing)で処理できる対象の数が,静止刺激よりも少なくなることが示された.(2)交通量の多い狭い水域における操船者の視覚探索特性狭水道や港内において眼球運動測定実験を行った.特に情報量が多い港内では,既に把握している視対象以外の存在や,海図やレーダーの情報を確認する余裕がなく,存在を把握している視対象についても,短くかつ少ない視線配置で情報を受容していることが示された.3.操船者の熟練度の影響水平線への見張りにおける熟練航海士と非熟練者の眼球運動測定実験を行った.熟練航海士は注視成分が非熟練者より多く,水平線へ集中して注視を行っていた.また水平方向への810°の移動距離を「見張りの基本単位」とし,これに基づいて水平線上で広く視線を移動させていることが明らかになった.これらの知見を踏まえ,見張りにおけるヒューマンエラーの要因を示した.研究の実績は概ね以下のとおりであり、予定通り遂行された。1研究環境の整備:本研究課題実施のため、3種類の眼球運動計測システムを構成した。(1)可搬式(新規購入;トークアイ):船橋での見張り行動の計測・データ分析用(2)非接触型(新規購入;フリービュー):シミュレーション実験用(3)両眼式(手持ち機器改善):両眼眼球運動の分析用2航海実験の実施:以下の3回の研究航海に参加した。(1)神戸四国沖九州沖瀬戸内海神戸(2)神戸四国沖豊後水道瀬戸内海神戸(3)神戸瀬戸内海豊後水道瀬戸内海神戸3研究内容:これらの研究航海において以下の課題について研究を実施した。(1)船橋における操船者の行動の特徴を明らかにした。(2)見張り時の視線分析を出入港時、船舶輻輳地帯、太平洋上などで行い、その特徴を明らかにした。同時に見張りにかんする熟練者と初心者の違いを明らかにした。(3)見張り作業に伴う視覚機能の変化を、視力、MTF、色弁別、CFF、運動距離閾などを対象に計測し、照度変化に対して色弁別機能が大きく変化することが示された。本年度の研究実績は,以下の5点である.1.航海船橋における人間の視覚機能特性に関する実験的検討日中と薄明時の光環境の相違が,各種視覚機能特性(空間特性,時間特性,時空間特性,色知覚特性)に与える影響について実験的な検討を行った.その結果,色知覚特性としての色弁別機能に,著しい相違が見られることが確認された.2.見張りにおける視探索パターンに関する実験的検討