hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
陰影による三次元運動視のメカニズムの研究

我々は床や壁に映った影(キャストシャドウ)によって、物体の位置や動きを知ることができる。しかし、このようなキャストシャドウによる奥行き知覚が脳のどこで、どのように処理されているのかはわかっていない。そのため我々は、機能的MRI実験によってヒトがシャドウから物体が奥行き方向に動いて見える錯視動画を見ている時に活動する脳部位を調べた。その結果、MT野、V3A野、および右の後部頭頂間溝など、後頭葉から頭頂葉に至る視覚野が活動することがわかった。さらに我々は、サルに同じ動画を見せ、サルもヒトと同じようにシャドウから奥行き知覚を得ていることを明らかにした。本研究は、キャストシャドウによる奥行き知覚の脳内メカニズムをさぐることが目的である。そのために、ヒトにおける機能的MRI実験と、サルによるニューロン活動の記録実験を行なう。機能的MRI実験については、前年度に行なった実験の結果をまとめ、キャストシャドウの動きによって物体が奥行き方向に動いて(接近と離反)見える動画を観察中には、大脳皮質視覚野のMT/MST野、V3野、さらに頭頂間溝周辺部に有意な活動が見られることが明らかになった。これらの領野では、ランダムドットステレオグラムによる奥行き弁別でも活動が見られることから、両眼視差と単眼性奥行き手がかりの情報がこれらの脳部位で統合されている可能性がある。このデータは、さらに異なる解析法(multivoxel pattern analysis)によっても検討する予定である。機能的MRI実験の結果をふまえ、平成24年度はサルによる電気生理実験に着手した。まず、ニホンザルに両眼視差によって物体が奥行き方向に動いて見える動画を呈示し、動きの方向の弁別課題を行なわせ、次にキャストシャドウによる奥行き知覚がサルでも可能かどうかを調べる予定である。本年度までに、両眼視差のある動画で、物体の接近と離反を弁別する課題を訓練したところ、サルは高い正答率で行なうことができるようになった。したがって次年度以降は、キャストシャドウによる接近・離反運動の弁別が可能かどうかを検討し、ついでヒトで活動の観察されたMST野、あるいは頭頂間溝からニューロン活動を記録し、同一のニューロンが両眼視差とキャストシャドウによる奥行き方向の動きに応答するかどうかを検討する予定である。キャストシャドウは有力な単眼性の奥行き手がかりである。しかし、それが脳のどこで、どのように処理されているかはわかっていない。そこで我々は、機能的MRI実験を行ない、キャストシャドウによる奥行き知覚に関与する脳部位を調べた。キャストシャドウの動きによって物体が奥行き方向に往復運動をするように見える錯視動画を用い、被験者が物体の動きの弁別課題を行なっている時に活動する脳部位を観察した。その結果、左右のMT野とV3A野、また右の後部頭頂間溝に活動が見られた。被験者に立体視を行なわせ、両眼視差によって物体が同じ動きをするように見える動画を呈示すると、同じ領野に活動が観察されたことから、これらの脳部位では両眼視差とキャストシャドウによる奥行き情報が統合されていることが示唆された。次に我々は、サルによる電気生理実験を行ない、これらのMT野、V3A野、および後部頭頂間溝のニューロンが実際にキャストシャドウによる物体の奥行き方向の動きに反応するかどうかを調べた。まず、サルもヒトと同様にキャストシャドウによって奥行き知覚を得ているかを調べるため、行動実験を行なった。サルに液晶シャッターメガネをかけて両眼立体視を行なわせ、物体が奥行き方向に接近する場合はGO反応、離反する場合は遅延GO反応をするような弁別課題を訓練した。サルが課題を覚えたら、キャッチ試行として両眼視差がなく、キャストシャドウによって物体が接近・離反するように見える動画をランダムに挿入すると、サルは両眼視差のある試行と同様の反応を示した。このことから、成体のサルもヒトと同様にキャストシャドウから奥行き知覚を得ていることが明らかになった。本研究の目的は、キャストシャドウによる物体の奥行き方向の動きの知覚について、その脳内メカニズムを解明することである。初年度は、ヒトを対象とした心理物理実験と、機能的MRI実験を行なった。キャストシャドウの動きによって、画面中央の正方形の物体が奥行き方向に往復運動をしているように見える錯視動画(square-over-checkerborad錯視)を用い、これを観察している時の脳活動と、両眼視差(ランダムドットステレオグラム)によって、同じ大きさの正方形が実際に浮き上がって往復運動をしているように見える動画を観察している時の脳活動を比較した。その結果、錯視動画を観察している時は、両側のMT野、V3A野などの視覚前野に加え、頭頂間溝の後部に有意な活動が観察された。ランダムドットステレオグラムによる物体の動きを観察している時も、これと同じ脳部位に活動が認められた。

次に、錯視動画から正方形が浮き上がって見えるカットを静止画として提示し、同様に正方形が浮き上がって見える静止状態のランダムドットステレオグラムを観察している時の脳活動を調べると、動きに反応するといわれるMT野の活動がなくなり、V3A野と頭頂間溝にのみ共通の活動がみられた。これらのことから、キャストシャドウによる奥行き知覚は、V3A野から後部頭頂間溝に至る経路で処理されており、これは両眼視差による奥行き知覚と同じ領域であることが示唆された。しかし機能的MRI実験の結果のみでは、V3A野と頭頂間溝では、同一のニューロンがキャストシャドウによる奥行き方向の動きと、両眼視差による動きの両方に反応するのか、あるいはそれぞれに反応特性をもつニューロンが混在しているのかを知ることができない。この問いに答えるため、次年度以降はサルのV3A野と頭頂間溝から単一ニューロン活動の記録実験を行なう予定である。研究計画では、平成24年度にはサルの大脳皮質視覚野からニューロン活動の記録を開始している予定であったが、現状ではその前の、サルの行動実験の段階である。これは、ヒトによる機能的MRI実験の結果解析に予想外の時間を要したのが最大の原因である。しかし、一通りの解析が終了した上、昨年度より大学院生1名が実験を共同で行なうことになったため、この遅れを取り戻せると考える。本研究では、初年度にヒトを対象とした機能的MRI実験を行ない、次年度からは機能的MRI実験で得られた結果をもとに、サルによる電気生理実験を行なう予定である。平成23年度は機能的MRIを行ない、キャストシャドウによる奥行き知覚には、ヒトの脳では後頭葉から頭頂連合野に至るV3A野と後部頭頂間溝が関与していることが明らかになった。この結果をもとに、現在はサルの脳の相同部位からニューロン活動を記録する実験を準備中であり、本研究はおおむね計画通り進んでいるといえる。本年度は、サルの行動実験を終了し、電気生理実験を行なう。最終年度であるが、時間の許す限りデータ収集を行なう。また、ヒトによる機能的MRI実験の結果を論文にまとめ、発表する。サルの行動実験についても、結果がまとまり次第、学会発表などを通じ、結果を公表する。今後は、サルを用いた電気生理実験を中心に研究を進める。まず、ヒトにおける機能的MRI実験で使用したのと同じ、両眼視差(ランダムドットステレオグラム)とキャストシャドウの動きによって物体が奥行き方向に動いて知覚される動画を用い、物体の奥行き方向の動き(接近・離反)の弁別課題を行なわせることで、サルもキャストシャドウによる奥行き知覚を行なっていることを行動学的に示す。次にサルの脳において、ヒトの脳で活動が観察されたV3A野、頭頂間溝後部の相同部位から単一ニューロン活動を記録する。まず、両眼視差(ランダムドットステレオグラム)によって表現された奥行き方向の物体の動きに特異的に反応するニューロンを同定し、次にそれらがキャストシャドウの動きによってもたらされる物体の奥行き方向の動きにも反応するかどうかを調べる。ニューロン活動の記録が終了したら、記録部位にニューロン活動を抑制する薬物を局所注入し、弁別課題の成績にどのような影響を与えるかを調べる。
武道の戦後改革に関する実証的研究-GHQの大日本武徳会解体政策の分析-

本研究の目的は、武道の戦後改革の内実を実証的に解明する作業の第一歩として、GHQによる大日本武徳会解体政策の形成と展開過程を具体的に跡づけることである。そのため、今年度の研究においては、近年のアメリカ側の公文書の公開によって閲覧が可能となり、現在そのかなりの部分がマイクロフィルム化されて国会図書館憲政資料室に所蔵されている。GHQの一次資料の収集に最大の力点を置いた。今年度収集しえた資料は、武徳会の解体作業の中心部局であったと考えられる民政局(GS)と民間情報教育局(CIE)のものである。政策決定過程に影響を与えたと推定される参謀部(G-2)と民間諜報局(CIS)のものは、かなりの時間をかけて閲覧したが該当する資料を発見することができなかった。今年度収集しえた上記の資料は、現在マイクロフィルムからの複写と整理を終え、分析を進めているところである。まだ途中であるが、現在まで明らかになった事実のうち重要と思われる点は、(1)GHQの武徳会解体政策は、日本側の抵抗や膨大な調査等をへて変化していったこと、そして(2)その最終的な到達点を示すものが、公職追放の基準(1947.8.2)であること、(3)この基準はその内容および公職追放の実態からみて、従来評価されていた以上に合理性をもつものであること、である。こうした作業と同時に、本年度はGHQの武徳会解体政策を知るうえでまずもって読まれるべき基本文献であるPolitical Reohertation of Japan(1949)とHistory of Nonmilitary Activity of the Occopations of Japan(1951)の武徳会に関する部分を翻訳し『武道学研究』に公表した。また、武道の戦後改革の歴史的意義をより広い視野から把握していくための基本的作業の一環として『体育科教育』に論文を公表した。
活性酸素による肝疾患重症化機構の解明と治療への応用

新規活性酸素産生酵素NOXI/NADPHoxidaseの肝臓の線維化における役割を解明するため検討を行った。肝線維症の誘発により肝臓組織においてNox 1発現上昇と同時に、肝障害マーカーの上昇、肝線維化および活性化肝星細胞の増加が認められたが、これらの所見はNOX 1遺伝子欠損マウスにおいて抑制されていた。単離肝星細胞を用いた検討により、NOX I由来ROSはphosphataseand tensine homolog(PETN)を酸化することによりその活性を抑制し、結果的に肝星細胞の増殖に促進的に作用していることが明らかとなった。肝疾患の重症化において重要なステップである肝線維化における、新規活性酸素産生酵素NOX1/NADPHoxidaseの役割を明らかにするため、Nox1遺伝子欠損マウスを用い検討を行った。胆管結紮法により肝線維症モデルを作成し、その解析を通じて以下の知見を得た。・モデルマウスの肝臓においてNOX1 mRNAの顕著な発現上昇が認められる。・Nox1遺伝子欠損マウスでは肝障害の発症が抑制されている。・Nox1遺伝子欠損マウスでは肝臓の線維化および活性化肝星細胞の増加が抑制されている。これらの結果は、NOX1が肝線維化において重要な役割を果たしている星細胞の活性化あるいは増殖に関与している可能性を示唆していると考えられた。そこで、星細胞におけるNOX1の役割を検討するため、マウスより単離した星細胞の初代培養細胞を用いた検討を行い以下の知見を得た。・星細胞の活性化に伴い、NOX1 mRNAの発現上昇と活性酸素の産生増加が認められる。・NOX1遺伝子欠損マウス由来の細胞では、その活性化ではなく増殖が抑制されている。・NOX1遺伝子欠損マウス由来の細胞では、PTENの酸化が抑制されていると同時に、Aktのリン酸化が亢進している。以上の結果、肝臓の線維化過程においてNOX1由来の活性酸素種はPTENを酸化し不活性化させることにより、Aktの脱リン酸化を抑制し、星細胞の増殖を促進することで、肝臓の線維化に促進的に働いていることがあきらかとなった。
繊維化プロセスにおける家蚕絹フィブロイン非繰り返しドメインの役割の解明

本研究では、家蚕絹フィブロインの末端ドメインに着目し、繊維化プロセスにおける末端ドメインの役割の検討を行った。末端ドメインの立体構造解析を行うため、末端ドメインタンパク質のみの大腸菌発現系の構築を行った。絹フィブロインcDNAから末端ドメインのDNA配列をPCRによって取得し、プラスミドの構築に成功した。次にこのプラスミドをタンパク質発現用コンピテントセルE.coliBL21(DE3)に形質転換し、様々な条件で培養を行ったが目的タンパク質の生産は確認されなかった。現在、DNA配列の検討および異なるコンピテントセルや無細胞系でのタンパク質発現系の構築を進めている。本研究課題の目的は、絹フィブロインの繊維化プロセスにおける凝集コントロール機構の解明である。絹フィブロイン中の非繰り返し領域の立体構造に着目しているが、それを達成するには、まず、絹フィブロインの主要構成要素である繰り返し領域の立体構造決定ならびにNMR法における化学シフトの決定を行う必要がある。そこで本年度は、家蚕体内に貯蔵されている液状絹を溶液NMR法を用いて構造解析を行い、絹フィブロイン中の繰り返し配列の立体構造決定という成果をあげた。具体的には、液状絹を家蚕から取り出し、溶液NMR用試料管に封入し溶液NMR測定を行った。各種測定から、家蚕絹一次構造の主成分である繰り返し配列Gly-Ala-Gly-Xaa-Gly-Ala (X=Ala, Ser, Tyr, Val)中の各アミノ酸残基の水素・炭素・窒素化学シフトの帰属を行うことができた。一方、Gly-Ala-Ala-Ser-Gly-Ala配列は、特定の構造をとらないランダムコイルであることがわかった。さらに、化学シフトを構造予測プログラムtalosにインプットすることでGAGXGAG配列の立体構造の検討を行った。その結果、X = Ala, Ser, Tyr, ValそれぞれTypeII b-turnの繰り返し構造に近い構造であることが明らかとなった。本研究成果の意義は以下の点である。1液状絹状態における、絹フィブロイン中の繰り返し領域の立体構造を決定した2液状絹そのものの溶液NMRによる解析が可能であることを示した3非繰り返し領域(マイナーピーク)の帰属・解析を行っていく上で必須である、絹中の90%以上を占める繰り返し領域(GAGXGA)(X=A, S, Y, V)の各アミノ酸残基の帰属を達成した。本年度は、所属機関を移動し新規研究室立ち上げを行った。そのため、本年度は本研究課題に関する実験設備の構築が主な仕事となった。また、家蚕絹フィブロインからL鎖の単離を行った。繭から得た生糸を精練してセリシンタンパク質を取り除きフィブロインタンパク質のみからなる繊維を得た。それを高濃度チオシアン酸リチウム水溶液に溶解し、水に対して透析してフィブロイン水溶液を得た。フィブロインタンパク質は分子量の大きいH鎖と分子量の小さいL鎖がジスルフィド結合により結合している。そこで還元剤で処理しジスルフィド結合を切断した。H鎖とL鎖が解離したフィブロイン水溶液をクロマトグラフィーを用いて分取し、L鎖の含まれる画分を取得した。遠心ろ過により脱塩、還元剤を除去しL鎖のみを含む水溶液を得た。次年度は本L鎖タンパク質を用いて、溶液NMR法により会合の検討を進めていく。さらに、H鎖N末端、C末端については、大腸菌の大量発現系の構築と構造解析を行う。本研究の目的は、絹フィブロインの繊維化プロセスにおける凝集コントロール機構を解明することである。クモ糸タンパク質において、非繰り返し配列の末端ドメインが凝集コントロールを担っていることが近年明らかにされつつあるが、家蚕絹フィブロインではその分子量の大きさから、まだ十分な検討がなされていない。そこで本研究では、家蚕絹フィブロインH鎖N末端、C末端ドメイン、L鎖という非繰り返しドメインの立体構造を決定し、絹糸腺内での環境変化(pH,塩濃度)による構造変化から凝集メカニズムを明らかにすることをめざしている。昨年度までに、非繰り返しドメインを含む繊維化前の絹フィブロイン水溶液(液状絹)の精密な立体構造解析を行った。超高分子量(約40kDa)かつ超高濃度(25%w/w)のためピークの重なりが激しく解析が困難であったが、1H, 13C, 15N高分解能NMRスペクトルと、化学シフトから二面角値を予測するプログラム(talosN)を用いることにより、特徴的な二次構造の決定に成功した。さらに、家蚕絹フィブロインの非繰り返しドメインの安定同位体ラベルタンパク質を大量生産するための、大腸菌によるタンパク質発現系の確立を進めている。入手した家蚕絹フィブロインのcDNAには、NおよびC末端ドメインの中にイントロン配列を含んでいることがわかった。そのため、イントロン配列を除去した末端ドメインのみのDNA配列の作製を進めている。非繰り返しドメインを含む繊維化前の絹フィブロイン水溶液(液状絹)の精密な立体構造をNMR法により決定することができた。本研究内容は、本年Macromoleculesに投稿し受理された。さらに、非繰り返しドメインの安定同位体ラベルタンパク質の大腸菌による大量発現系の構築を進めることができている。家蚕絹フィブロインは、繊維化前の水溶液状態から常温常圧下において繊維化し、高強度・高弾性の繊維が形成されるという点で、合成高分子繊維に比べ環境負荷の低い繊維化メカニズムにより作製される。

本研究では、家蚕絹フィブロインの末端ドメインに着目し、繊維化プロセスにおける末端ドメインの役割の検討を行った。家蚕絹フィブロイン末端ドメインの組換えタンパク質を得る為、大腸菌を用いたタンパク質発現系の構築を行った。絹フィブロインH鎖のcDNAを入手し、そこからN末端ドメインDNA配列のみをPCRにより増幅し、pET28aプラスミドに挿入して目的DNA配列を有するプラスミドの構築に成功した。このプラスミドをプラスミド増幅用コンピテントセルE.coli DH5aに形質転換し、培養してプラスミドを増幅した。次に、プラスミドをタンパク質発現用コンピテントセルE.coli BL21(DE3)に形質転換し、目的タンパク質の発現を試みた。培地、培養時間、発現誘導時間、発現誘導試薬濃度、コンピテントセルの種類等を調整し、発現条件を検討した。培養液はHis-tag精製カラムで精製し、SDS-PAGE、一次抗体にHis-tag抗体を用いたウエスタンブロッティングで目的タンパク質の発現を評価したが、目的タンパク質の生産は確認されなかった。現在、種類の異なるコンピテントセル、および無細胞系でのタンパク質発現を進めている。また、目的タンパク質配列のうち、N末端側21残基がシグナルペプチドであるという報告があること、C末端側(127151残基)はフィブロインH鎖の繰り返し配列の間に存在する境界配列と類似しており、N末端ドメインの立体構造形成には関与しないと予想されることから、これら両末端残基を除いたSFNtタンパク質発現系の構築も進めている。末端ドメインの立体構造解析を行うため、末端ドメインタンパク質のみの大腸菌発現系の構築を行った。絹フィブロインcDNAから末端ドメインのDNA配列をPCRによって取得し、プラスミドの構築に成功した。次にこのプラスミドをタンパク質発現用コンピテントセルE.coliBL21(DE3)に形質転換し、様々な条件で培養を行ったが目的タンパク質の生産は確認されなかった。現在、DNA配列の検討および異なるコンピテントセルや無細胞系でのタンパク質発現系の構築を進めている。本年度は所属機関を移動し、研究室の立ち上げに時間を要したため、当初の研究計画で研究を進めることは出来なかった。研究室の立ち上げがある程度済んだため、次年度は研究計画の推進に邁進する予定である。NおよびC末端ドメインの安定同位体ラベルタンパク質の大腸菌による大量発現系の構築をさらに進める。そして、得られたタンパク質について、円二色性分光法および溶液NMR法を用いて構造解析を行う。さらに、pHおよびイオン濃度の変化による立体構造変化を追跡し、カイコ体内での絹フィブロインタンパク質の凝集メカニズムに関する知見を得る。生物材料解析今後は、非繰り返しドメインの解析を中心に行っていく。まず単離したL鎖の立体構造解析と会合状態の検討を行う。次に、H鎖N末端、C末端ドメインの大腸菌大量発現系の構築を行う。
神経変性疾患ポリグルタミン病の神経機能障害に関わる遺伝子のスクリーニング

ポリグルタミン(PolyQ)病は種々の脊髄小脳変性症、ハンチントン病などを含む一群の難治性神経変性疾患の総称で、異常伸長PolyQ鎖を持つ原因蛋白質がミスフォールディングを生じ、その結果難溶性の凝集体を形成して神経細胞内に封入体として蓄積し、神経機能障害を来たして最終的に細胞死を引き起こすと考えられている。近年、PolyQ病では著明な細胞死が観察される前から神経症状が出現し、さらにそれが可逆的であることから、神経機能障害により発症することが示唆されているが、その分子機構は未解明である。本研究ではPolyQ病の可逆性神経機能障害の分子機構を解明するために、PolyQ病モデルショウジョウバエの寿命短縮に関わる遺伝子の遺伝学的スクリーニングを行なった。神経系に異常伸長PolyQ蛋白質を発現するPolyQ病モデルショウジョウバエでは明らかな神経細胞死が生じる前に神経機能障害により運動障害、寿命短縮を来たすことが知られている。このショウジョウバエと様々な遺伝子欠失を持つショウジョウバエライブラリー(約220系統)との遺伝学的交配を行ない、寿命短縮に対する影響を評価した。その結果、寿命短縮を有意に改善させるショウジョウバエを11系統得た。次にこれらの11個の遺伝子欠失領域にP因子挿入などの遺伝子変異を持つショウジョウバエ系統を用いて2次スクリーニングを行ない、寿命短縮改善の責任遺伝子候補を3つ同定した。さらにこれらの責任遺伝子候補に対するdsRNAを発現するショウジョウバエを作成し、RNAi法による遺伝子ノックダウンの効果を検討した。その結果、PolyQ病モデルショウジョウバエの寿命短縮に関わる新規遺伝子Sup5を同定した。以上の結果から、PolyQ病での可逆性神経機能障害には神経細胞死とは異なる分子機構が存在し、新規遺伝子Sup5が関与していると結論した。Sup5がPolyQ病の可逆性神経機能障害に関わる分子機構が解明されれば、PolyQ病に対する新たな治療戦略が展開できる可能性がある.ポリグルタミン(PolyQ)病は種々の脊髄小脳変性症、ハンチントン病などを含む一群の難治性神経変性疾患の総称で、異常伸長PolyQ鎖を持つ原因蛋白質がミスフォールディングを生じ、その結果難溶性の凝集体を形成して神経細胞内に封入体として蓄積し、神経機能障害を来たして最終的に細胞死を引き起こすと考えられている。Sup5がPolyQ病の可逆性神経機能障害に関わる分子機構が解明されれば、PolyQ病に対する新たな治療戦略が展開できる可能性がある.ポリグルタミン(PolyQ)病は種々の脊髄小脳変性症、ハンチントン病などを含む一群の難治性神経変性疾患の総称で、異常伸長PolyQ鎖を持つ原因蛋白質のミスフォールディングが生じ、その結果難溶性の凝集体を形成して神経細胞内に封入体として蓄積し、神経機能障害を来たして最終的に細胞死を引き起こすと考えられている。近年、PolyQ病では著明な細胞死が観察される前から神経症状が出現し、さらにそれが可逆的であることから、神経機能障害により発症することが示唆されているが、その詳細な分子機構は解明されていない。これらの11系統のうち9系統において、複眼に異常伸長PolyQ蛋白質を発現するPolyQ病モデルショウジョウバエの複眼変性(神経細胞死)には影響を与えないことを示し、PolyQ病の神経細胞死ではなく神経機能障害に選択的に影響を与える遺伝子欠失であると考えられた。

次にこれらの11個の遺伝子欠失領域にP因子挿入などの遺伝子変異を持つショウジョウバエ系統を用いて2次スクリーニングを行ない、現在までに寿命短縮改善の責任遺伝子候補を3つ同定している。以上の結果から、PolyQ病での可逆性神経機能障害には神経細胞死とは異なる分子機構が存在し、異なる遺伝子が関与していることが示唆された。今後は可逆性神経機能障害に関わる遺伝子を同定してその分子機構を解明し、PolyQ病に対する新たな治療標的の特定を目指す。ポリグルタミン(PolyQ)病は種々の脊髄小脳変性症、ハンチントン病などを含む一群の難治性神経変性疾患の総称で、異常伸長PolyQ鎖を持つ原因蛋白質のミスフォールディングが生じ、その結果難溶性の凝集体を形成して神経細胞内に封入体として蓄積し、神経機能障害を来たして最終的に細胞死を引き起こすと考えられている。近年、PolyQ病では著明な細胞死が観察される前から神経症状が出現し、さらにそれが可逆的であることから、神経機能障害により発症することが示唆されているが、その詳細な分子機構は解明されていない。本研究ではPolyQ病の可逆性神経機能障害の分子機構を解明するために、PolyQ病モデルショウジョウバエの寿命短縮に関わる遺伝子の遺伝学的スクリーニングを行なった。神経系に異常伸長PolyQ蛋白質を発現するPolyQ病モデルショウジョウバエでは明らかな神経細胞死が生じる前に神経機能障害により運動障害、寿命短縮を来たすことが知られている。このショウジョウバエと様々な遺伝子欠失を持つショウジョウバエライブラリー(約220系統)との遺伝学的交配を行ない、寿命短縮に対する影響を評価した。その結果、寿命短縮を有意に改善させるショウジョウバエを11系統得た。次にこれらの11個の遺伝子欠失領域にP因子挿入などの遺伝子変異を持つショウジョウバエ系統を用いて2次スクリーニングを行ない、寿命短縮改善の責任遺伝子候補を3つ同定した。さらにこれらの責任遺伝子候補に対するdsRNAを発現するショウジョウバエを作成し、RNAi法による遺伝子ノックダウンの効果を検討した。その結果、PolyQ病モデルショウジョウバエの寿命短縮に関わる新規遺伝子Sup5を同定した。以上の結果から、PolyQ病での可逆性神経機能障害には神経細胞死とは異なる分子機構が存在し、新規遺伝子Sup5が関与していると結論した。Sup5がPolyQ病の可逆性神経機能障害に関わる分子機構が解明されれば、PolyQ病に対する新たな治療戦略が展開できる可能性がある。
蛋白質の予測高次構造の立体的表示法

蛋白質の一次構造から高次構造を組立て立体的表示を行う方法を開発することは重要である.X線結晶解析によって高次構造が明らかにされている蛋白質と一次構造が似ていない例として,医学的に高い関心が持たれているB型肝炎ウイルスの表面抗原HBsAg蛋白をとりあげた.二次構造予測によればαヘリツクスともβシートとも予測される80-98位のアミノ酸配列は非常に疎水性が強く,小型球形粒子や感染性のあるDane粒子を形成する上で最も重要な部分であった.直径220A2F2(コード)の小型球形粒子を三角網数T=1の正二十面体と仮定するとその表面はHBsAg蛋白が60コピーで覆われることになり,直径420A2F2(コード)のDane粒子はT=4と解釈され, 240コピーのHBsAg蛋白で覆われることになる.それらの正二十面体表面の最小単位の正三角形の一辺の長さが約110A2F2(コード)であるので, 80-98位はβシートであると結論された.人間のHBsAg蛋白のみならず, Woodchuck, Ground squirrel, duckについての一次構造上のホモロジーから,それらに共通な高次構造はCys48-Cys48のS-S結合を持つ二分子会合体が基本骨格となっていることが判明し,他のS-S結合の組合せも帰属された.HGS分子模型を用いてそれらのS-S結合を実現させ,多数のサブタイプ認識に重要なアミノ酸残基を表面に露出させるようにし,更に出来るだけ多くのβシート又はαヘリツクスを形成させるように組立てた.そのような分子模型を米国McDonnel-Donglas社製の磁気式原子座標測定装置3SPACEdigilizerの上に木製の枠を固定してテグス糸で吊り,感応コイルの先端にストローを固定して,ストロー先端の原子座標を算出する方式を開発した.測定された原子座標はマイクロコンピューターのデイスケットに記録し,次いで大型計算機センターに電送し, AMBERプログラムにより合理化した.それらを平行移動したり回転することによって小型球形粒子やDane粒子を覆う高次構造を得て,三次元グラフイックスで表示した.蛋白質の一次構造から高次構造を組立て立体的表示を行う方法を開発することは重要である.X線結晶解析によって高次構造が明らかにされている蛋白質と一次構造が似ていない例として,医学的に高い関心が持たれているB型肝炎ウイルスの表面抗原HBsAg蛋白をとりあげた.二次構造予測によればαヘリツクスともβシートとも予測される80-98位のアミノ酸配列は非常に疎水性が強く,小型球形粒子や感染性のあるDane粒子を形成する上で最も重要な部分であった.直径220A2F2(コード)の小型球形粒子を三角網数T=1の正二十面体と仮定するとその表面はHBsAg蛋白が60コピーで覆われることになり,直径420A2F2(コード)のDane粒子はT=4と解釈され, 240コピーのHBsAg蛋白で覆われることになる.それらの正二十面体表面の最小単位の正三角形の一辺の長さが約110A2F2(コード)であるので, 80-98位はβシートであると結論された.人間のHBsAg蛋白のみならず, Woodchuck, Ground squirrel, duckについての一次構造上のホモロジーから,それらに共通な高次構造はCys48-Cys48のS-S結合を持つ二分子会合体が基本骨格となっていることが判明し,他のS-S結合の組合せも帰属された.HGS分子模型を用いてそれらのS-S結合を実現させ,多数のサブタイプ認識に重要なアミノ酸残基を表面に露出させるようにし,更に出来るだけ多くのβシート又はαヘリツクスを形成させるように組立てた.そのような分子模型を米国McDonnel-Donglas社製の磁気式原子座標測定装置3SPACEdigilizerの上に木製の枠を固定してテグス糸で吊り,感応コイルの先端にストローを固定して,ストロー先端の原子座標を算出する方式を開発した.測定された原子座標はマイクロコンピューターのデイスケットに記録し,次いで大型計算機センターに電送し, AMBERプログラムにより合理化した.それらを平行移動したり回転することによって小型球形粒子やDane粒子を覆う高次構造を得て,三次元グラフイックスで表示した.蛋白質の機能を理解するにはその高次構造を知ることが重要である。近年の遺伝子操作技術の発達によって、多数の蛋白質の一次構造、即ちアミノ酸配列が明らかにされ、さらにその一次構造上の特定のアミノ酸を置換した蛋白質をも容易に得ることが出来るようになった。一方、実験的に高次構造を決める方法としてX線結晶構造解析とNMR測定データに基いた特定残基間距離束縛条件下のランダムな構造変化による合理的高次構造探索法があるが、前者は蛋白質結晶とその重原子同型置換体が得られなければ不可能であり、後者は良質な構造を多数構築してその中から探索するので計算費用が莫大なものとなり、NMRデータの測定限界もあってあまり大きな蛋白質には適用できない。

長野らはこれまでにX線結晶構造解析された蛋白質の一次構造と高次構造の間の統計的分析に基く経験法則に従って丸善社製の蛋白質核酸用HGS精密分子構造模型を用いて何通りかの合理的な高次構造の部分構造を組立て、マクドネルダグラス社製の磁気的原子座標測定装置3SPACE digitizerを用いて原子座標を測定し、マイクロコンピュータのディスケットに記録し、次いで電話線を介して東大大型計算機センターのファイルに転送する。それらを全体として合理的になるようにまとめ上げ、ダイキン工業社製の三次元カラー・コンピュータ・グラフィックス端末を用いて立体的に表示しながら、原子座標の精密化を行えるようにした。現在、B型肝炎ウィルスの直径220【A!°】の小型球型粒子のコート蛋白質の最も合理的な高次構造のモデルを構築し、計算中である。三次元コンピュータ・グラフィックス装置による蛋白質構造の表示については、【C_α】原子を用いた模式的表現や様々な物理的化学的性質(熱振動因子,疎水性・親水性,酸性・塩基性,特殊サイトなど)によるアミノ酸残基の色分け表示やアミノ酸残基の変換などができるプログラムを開発済である。
収束電子回折法による原子位置の決定法の開発

イメ-ジングプレ-ト(IP)は電子線の検出に対して次の特徴をもつ。1)微少線量に対する感度が非常に高い。2)大きなダイナミックレンジをもつ。3)入射線量に対する応答の直線性がきわめて高い。4)信号がディジタル化でき画像処理が容易である。この性質を用いて次の成果を得た。a)収束電子回折(CBED)図形の対称性をフィルムを使用する場合より、非常に明確に検出できることを示した。一例としてGaAsでは微弱な200反射が対称性に重要な役割を果たすが、従来のフィルムではバックグランドノイズとの区別が困難であった。IPでこの反射強度を記録し、画像処理を行なうことによって対称性を明瞭に検出することに成功した。b)CBED図形の対称性の定量化を行った。すなわち、図形に回転対称性があるとき、等価ないくつかの方向についてのラインプロファイルをとり、それらの差の二乗の和を求めた。標準物質であるSiの[111]方位の図形で、約0.4%の強度差があることがわかった。この方法によって、対称性とその破れについての定量化への道が開けた。c)積層欠陥での変位ベクトルの決定にIPを応用し、精度よく変位ベクトルを決定することが可能になった。d)結晶構造解析のためのCBED図形の強度測定にIPを適用した。すなわち、典型的2次相転移物質であるSrTiO_3の低温相のCBED図形をIPで撮り信頼できる強度プロファイルを得た。これと平行して、電子回折の動力学理論による回折強度計算用コンピュタ-プログラムを開発し、非線型最小二乗法(SALS)を用いて、実験で得られた強度と計算値との効率的なフィッティングと合理的な誤差評価を可能にした。SrTiO_3の低温相での酸素八面体の回転角を1.12±0.04°と決定した。この結果は電子スピン共鳴で得られている値とよく一致している。この他に構造が未知の六方晶BaTiO_3の中間相の構造解析に成功した。IPを用いることによって、電子回折法による結晶構造解析への道が大きく開けた。イメ-ジングプレ-ト(IP)は入射電子線量に対する感度について次のようなきわだった特徴をもつ。2)大きいダイナミックレンジをもつ。4)信号がディジタル化できデ-タの画像処理が容易である。今年度は1),2),4)の性質を利用して,収束電子回折図形にあらわれる結晶の対称性とそれからの破れをより一層,明確にすることができることを明らかにした。すなわち,a)例として,GaAsはGaとAsの原子番号が近かく,正しい対称性の検出には強度が弱い200反射が重要な役割をはたす。この弱い反射は従来のフィルムではバックグラウンドノイズとの区別がむずかしく,その対称性の検出は必ずしも容易ではなかった。しかし,IPの導入によって200反射の強度を正しく記録できるようになり,画像処理をすることにより,対称性を明瞭にすることに成功した。このとき強い反射は従来のフィルムでは飽和してしまい,この対称性もまた検出することが困難であったが,これもダイナミックレンジの広さのために対称性の検出ができるようになった。

このように弱い反射と強い反射が混在する図形の対称性の正しい検出に極めて有効であることが実証された。b)これまで,対称性の有無の判定は視認によって行なわれてきた。微妙な対称性を判断する場合にはある種の熟練を要する。今回は購入した画像処理機能を利用して,得られた図形の対称性が結晶の不完全性によって微妙に劣化しているものをより一層,視覚的に明瞭にすることに成功した。すなわち,Siのようなきわめて完全性の高い結晶では画像処理によって対称性を強調しても,対称性のくずれはないが,Nd_2CuO_<4ー8>のような酸素欠損を含む高温超伝導体や準結晶が示す対称性はSiにくらべて悪いことを明瞭に示すことができた。今後はこれを定量化する方向で検討する。前年度はイメ-ジングプレ-トの感度が非常に高いこととダイナミックレンジが大きいこと、さらにデ-タをディジタル化でき画像処理が容易であることを利用して、収束電子回折図形の対称性の程度を一層明確に可視化することに成功した。本年度は、1)収束電子線回折図形の対称性の定量化を行った。すなわち、収束電子線回折図形の回転対称性について、図形をその中心に対して回転して重ね、二つの図形でのラインプロファイルの差を計測した。標準物質Siの〔111〕方位の図形で、ほぼ視認では完全と思われるもので約0.4%の強度差があることがわかった。この方法によって、収束電子回折図形の対称性の定量化への道が開けた。2)結晶構造解析の第一歩として、すでに予備的に行ってきたSrTiO_3の低温相の収束電子回折図形をイメ-ジングプレ-トを用いて撮り、信頼できる強度プロファイルを得た。これと平行して、電子回折の動力学理論による回折強度プログラムを開発した。計算時間短縮のために一般化したベ-タ近似を導入し、非線型最小二乗法(SALS)を用いて、実験で得られた強度と計算値との効率的なフィッティングと、誤差論に基づく誤差評価を可能にした。このプログラムを用いてSrTiO_3の低温相での酸素八面体の回転角θを1.12±0.04゚と決定した。この結果は、Mullerらによって電子スピン共鳴の実験から得られた値とよく一致している。次に、構造が未知の六方晶BaTiO_3の中間相の構造解析を行った。この相では双晶の混入が避けられないが、CBED法によれば単分域領域を選択して解析が行えるので信頼性の高い結果が得られる。100Kにおいて原子位置および温度因子をはじめて高精度で決定した。以上に述べたように、今回の研究によって動力学理論に基づいた収束電子回折法による結晶構造解析法の基礎を確立できた。
光化学的刺激／電気化学的刺激による金属錯体触媒のオンデマンド活性化

本研究課題では、光あるいは電気化学的刺激により金属錯体触媒を狙い通りに活性化し、生じた活性種を活用した独創的なハイブリッド触媒系の構築を目標としている。この目的を達成するために、課題(1):光/電気化学的刺激により活性種を自在に作り出す手法の開拓、課題(2):光/電気化学的刺激をトリガーとするハイブリッド触媒系の構築、の2つの課題を設定し、研究を行った。課題(1)に関連し、電気化学的刺激によりオキソ活性種を生成する鉄5核錯体に対し、配位子部位に電子供与性ならびに電子吸引性の置換基を導入した誘導体を新規に合成し、その触媒機能を評価した。どちらの化合物においても、電気化学的酸素発生反応の過電圧の低下がみられた。電子供与性置換基を導入した系においては、活性種生成の電位が低電位側にシフトしていることが確認された。一方、電子吸引性置換基を導入した系では、活性種の電子構造が劇的に変化していることが分かった。以上より、オキソ活性種を低電位で生成させるための2つの異なる戦略が見出された(Chem. Sci., 2019, 10, 4628)。課題(2)では、光刺激を駆動力とする小分子変換反応に向けたハイブリッド触媒系の創出を試みた。代表的な成果として、ルテニウムイオンにポリピリジン系配位子とホスフィン系配位子が配位した金属錯体を用いることで、反応系中に光捕集サイトならびに触媒活性サイトを共存させた二機能ハイブリッド型の触媒を開発する手法を確立した。その結果、高効率な分子性二酸化炭素還元触媒を創出することに成功した(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 16899)。本研究課題では、光あるいは電気化学的刺激により金属錯体触媒を狙い通りに活性化し、生じた活性種を活用した独創的なハイブリッド触媒系の構築を目標とし、以下の2つの課題を設定した。課題(1):光/電気化学的刺激により活性種を自在に作り出す手法の開拓課題(2):光/電気化学的刺激をトリガーとするハイブリッド触媒系の構築研究実績の概要でも述べた通り、上記の2課題の両者において、一定の成果を得ており、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。本研究では、安定小分子を原料に高付加価値分子を効率的に合成可能なハイブリッド触媒系の創出を目指し、研究を展開する。今後の研究計画について、年度ごとに示す。平成31年度:平成30年度までの研究により得られた触媒活性種のオンデマンド生成手法をハイブリッド触媒系に活用し、光化学的刺激/電気化学的刺激をトリガーとする独創的なハイブリッド触媒系の構築およびその最適化を行う。平成31年度の研究では、水の2電子還元反応ならびに二酸化炭素の2電子還元反応に焦点を絞って研究を進める。本研究では、従来の反応系で必須となる水素源や電子源となる犠牲試薬を利用することなく、外部刺激を加えるのみでエネルギーキャリアの効率的な合成を行うことができる極めてクリーンなプロセスでの反応が可能なハイブリッド触媒系の創製に向けた礎を築く。平成32年度:平成31年度の研究により得られたハイブリッド触媒系をさらに発展させ、二酸化炭素の6電子還元によるメタノール合成・トルエンの水素化によるメチルシクロヘキサンといった、より高度な反応の達成が可能な反応系の創出を目指す。平成33年度:単純有機分子を原料とする高付加価値分子の効率的合成に挑戦する。オンデマンド活性化により生じた触媒活性種を単純有機分子と反応させ、高反応性中間体を生成させる。そして得られた中間体を引き続く触媒サイクルにより変換し、高効率な自在分子変換系の構築を目指す。本研究は,「課題1:光/電気化学的刺激により活性種を自在に作り出す手法の開拓」ならびに「課題2:光/電気化学的刺激をトリガーとするハイブリッド触媒系の構築と最適化」から構成されるが,平成29年度は主に課題1に取り組んだ。課題1は,ハイブリッド触媒系に組み込む独創的な触媒要素を物理化学的な基礎から創製する研究であり,金属錯体触媒に光化学刺激もしくは電気化学刺激を与え,配位子や金属イオンの選択によって,反応系中に狙い通りの触媒活性種を作り出す手法の開拓を目指すものである。本年度は,(i)安定結合の活性化に有効なラジカル活性種,(ii)酸素原子供給源となるオキソ活性種,(iii)水素原子の供給源となるヒドリド活性種の3種に焦点を絞り,触媒活性種の自在発生手法の確立を試みた。(i)安定結合の活性化に有効なラジカル活性種については,歪んだフタロシアニン誘導体と電子ドナー分子が溶液内で共存するシステムを用いることで,近赤外光の照射に伴って光誘起電子移動反応が促進され,結果としてラジカル活性種を系中に発生させることに成功した。(ii)酸素原子供給源となるオキソ活性種の生成に関しては,鉄錯体を含む水溶液に電気化学的刺激を加えることにより達成した。(iii)水素原子の供給源となるヒドリド活性種の発生については,ロジウム二核錯体に光増感部位を近接させることにより,光照射に伴う効率的な電子移動を経てヒドリド種の生成が促進されることを見出した。平成29年度には光化学的刺激や電気化学的刺激により活性種を自在に作り出す手法の開拓を予定していたが,現在までに光や電気化学的な刺激により,ラジカル活性種,オキソ活性種,ヒドリド活性種などの化学種を発生させることのできる反応系を見出したため。

本研究課題では、光あるいは電気化学的刺激により金属錯体触媒を狙い通りに活性化し、生じた活性種を活用した独創的なハイブリッド触媒系の構築を目標としている。この目的を達成するために、課題(1):光/電気化学的刺激により活性種を自在に作り出す手法の開拓、課題(2):光/電気化学的刺激をトリガーとするハイブリッド触媒系の構築、の2つの課題を設定し、研究を行った。課題(1)に関連し、電気化学的刺激によりオキソ活性種を生成する鉄5核錯体に対し、配位子部位に電子供与性ならびに電子吸引性の置換基を導入した誘導体を新規に合成し、その触媒機能を評価した。どちらの化合物においても、電気化学的酸素発生反応の過電圧の低下がみられた。電子供与性置換基を導入した系においては、活性種生成の電位が低電位側にシフトしていることが確認された。一方、電子吸引性置換基を導入した系では、活性種の電子構造が劇的に変化していることが分かった。以上より、オキソ活性種を低電位で生成させるための2つの異なる戦略が見出された(Chem. Sci., 2019, 10, 4628)。課題(2)では、光刺激を駆動力とする小分子変換反応に向けたハイブリッド触媒系の創出を試みた。代表的な成果として、ルテニウムイオンにポリピリジン系配位子とホスフィン系配位子が配位した金属錯体を用いることで、反応系中に光捕集サイトならびに触媒活性サイトを共存させた二機能ハイブリッド型の触媒を開発する手法を確立した。その結果、高効率な分子性二酸化炭素還元触媒を創出することに成功した(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 16899)。本研究課題では、光あるいは電気化学的刺激により金属錯体触媒を狙い通りに活性化し、生じた活性種を活用した独創的なハイブリッド触媒系の構築を目標とし、以下の2つの課題を設定した。課題(1):光/電気化学的刺激により活性種を自在に作り出す手法の開拓課題(2):光/電気化学的刺激をトリガーとするハイブリッド触媒系の構築研究実績の概要でも述べた通り、上記の2課題の両者において、一定の成果を得ており、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。平成29年度の研究により得られた触媒活性種を活用したハイブリッド触媒系の構築に取り組む。水や二酸化炭素などの安定小分子を光或いは電気化学的刺激によって発生させた触媒活性種を用いて活性化し,エネルギーキャリアとなり得る化合物を合成する。また,領域内での共同研究による新規ハイブリッド触媒系の構築にも取り組む。本研究では、安定小分子を原料に高付加価値分子を効率的に合成可能なハイブリッド触媒系の創出を目指し、研究を展開する。今後の研究計画について、年度ごとに示す。平成31年度:平成30年度までの研究により得られた触媒活性種のオンデマンド生成手法をハイブリッド触媒系に活用し、光化学的刺激/電気化学的刺激をトリガーとする独創的なハイブリッド触媒系の構築およびその最適化を行う。平成31年度の研究では、水の2電子還元反応ならびに二酸化炭素の2電子還元反応に焦点を絞って研究を進める。本研究では、従来の反応系で必須となる水素源や電子源となる犠牲試薬を利用することなく、外部刺激を加えるのみでエネルギーキャリアの効率的な合成を行うことができる極めてクリーンなプロセスでの反応が可能なハイブリッド触媒系の創製に向けた礎を築く。
次世代型先制医療実現のための肺高血圧症病因蛋白群の抽出と治療法開発

肺動脈性肺高血圧症の病態の基盤は肺動脈血管平滑筋細胞の癌類似の増殖性亢進にあるが、その機序も不明であり、病因蛋白の探索と病態に根差した根本的治療薬の開発が求められている。肺移植施設である東北大学病院は重症患者を多く抱え、肺血管拡張薬の多剤併用療法によっても助けられない症例が依然多い。これまで、ライブラリー化した患者由来の肺組織や肺動脈血管平滑筋細胞を用いて網羅的オミックス解析や候補遺伝子・病因蛋白の大規模スクリーニングを行い、PAH病因蛋白群を発見した。本研究では、以上の知見に基づき、全く新しいPAHの早期診断技術開発とアカデミア創薬の臨床応用を目指す。
公共空間における音響放送の改善：知覚的相互作用を考慮した音デザイン

音声伝達環境に関する従来の技術は、個々の告知放送や環境に対する粗い印象に基づく場合が多い。しかし、告知放送においては内容が正しく伝わることが何よりも重要であり、騒音や残響に対して頑強な音声信号を作らなければならない。ここでは、聴覚心理学、音声科学、神経生理学の観点から、基礎研究と応用研究の両方を行った。音声のスペクトル変化を多変量解析によってたかだか4個の因子によって表すことに成功し、因子得点の時間変化のみに基づいて、充分明瞭な雑音駆動音声を再合成することができた。600-1700 Hzの近傍に関係する因子は、音韻論において「鳴音性sonority」と呼ばれる音素の性質に対応している。騒音、残響、他の音声信号との混合に対して、音声信号を知覚のうえで頑強にする技術を開発した(所属大学に発明届を提出、特許出願準備中)。この技術を利用して、音声信号を1秒あたり数キロビット以下の情報量に圧縮しても、充分な明瞭度を得ることが可能になった。このような、情報圧縮の基礎研究として、音声知覚に必要な時間分解能、周波数分解能を測定するために、時間、周波数の座標上でパワーをモザイク化した音声を作成し、時間分解能を中心に日本語文音声の聴取実験を行った。その結果、日本語音声を聴きとるために必要な時間分解能は0.040.08秒程度であることが判った。すなわち、映画の一コマごとのタイミングでスペクトルを変化させてゆけば、ある程度音声の内容が伝わる。音声信号のスペクトル変化の様子を多変量解析によって捉える研究を、従来行っていたものからさらに進展させた。すなわち、ケプストラム分析によるスペクトルの平滑化、因子分析を音響パワーがゼロになる(空白の)状態を基点として行うこと、などの改良を加え、常に安定した4因子が得られるようになった。このことにより、分析結果を音韻論の立場から解釈することが容易になった。たとえば、子音の有声性が知覚されるためのスペクトル変化の条件を特定することができた。さらに、ささやき声と通常発声による音声との定量的な比較ができるようになった。加えて、因子分析によって得られた因子得点から、音声を合成することが可能になった。音声コミュニケーションに関わる脳活動(脳波、脳磁図)の計測を行い、吃音症患者において、左右の聴覚野の機能連関が健常者に比べて強いことなどを示した。また、自閉症児における音声に対する脳反応の特徴について調べた。このように、音声コミュニケーションにとって重要なリズム知覚に関しても、知覚心理学、脳科学の立場から考察を進めている。騒音、他の信号、残響のある環境においても音声の内容を聴きとりやすくする音声強調の手法を開発することが本計画の目的の一つであり、これまでに開発した子音強調、帯域圧縮、帯域パワー増分強調の手法を組みあわせて、最適の条件を探るプログラムを完成させた。現在、この技術の効果を現場で実証するために、九州大学産学官連携本部等と連絡を取り、連携先を求めている。音声信号に含まれる最重要な情報を明らかにするために、毎秒3000ビット未満の伝送率で充分明瞭な音声を伝える技術を完成させた。これは20個程度の臨界帯域に分かれるパワー変化の情報を、数個の因子の時間変化に縮約し、これに基本周波数の有無・高低の情報を付加するものである。更に一部の情報を除去して、音声の聴こえの劣化の度合いを知ることで、音声知覚の仕組みを探ることができるはずである。知覚・行動面においては、音で示された時間パターンが、どのようにカテゴリー分けして知覚されるかについて、精神物理学、脳科学の両面から検討を加えた。脳活動に関しては、音声に関係の深い喉頭領域の機能地図を作成した。一方、上記のように音声のパワー変化から導かれる因子の時間変化が、音声知覚や話者の調音運動とどのように関連付けられるかを検討した。その結果、日本語朗読文の場合、音声信号を2つの因子の時間変化に縮約したときにはほとんど言語内容が把握できないのに対して、因子数を3つにすると、日本語の拍を作る単位であるモーラで数えたとき、言語内容の約80%を聴きとることができるようになった。調音運動については、先進的な研究環境を有するトロント大学との共同研究に発展し、調音運動のデータと音声データとを同時に得たので、分析を進めている。また、スペクトログラム上でモザイク化された音声が、同様にモザイク化された、別の音声あるいは種々の雑音と分離して聴きとられうるための条件を調べている。昨年度に続き、音声知覚に必要である時間分解精度、周波数分解精度を、モザイク音声を用いて調べた。時間方向に20 ms程度の精度が得られ、周波数方向に適切な10帯域が得られれば、日本語のモーラ正答率にして95%以上が達成されるが、時間分解精度、周波数分解精度のいずれが落ちても音声の明瞭度が低下する。明瞭度がゼロに近付くまでは、その傾向が続く。この枠組みを日本語以外の言語にまで広げることを目指し、英語のモザイク音声を用いた研究を始めている。音声のスペクトル変化を因子分析によって縮約して表現することを従来から試みており、今回は因子分析の結果から雑音駆動音声を再合成し、その明瞭度を求めた。この際、因子分析の方法を改良し、無音の箇所は必ず無音として再合成されるようにすることで、聴取実験の妥当性を高めた。因子の数が2から3に増加するときに明瞭度が飛躍的に増加し約70%になることが判った。

因子負荷量のパターンを、以前の分析結果と合わせて見ることにより、3-4個の因子が音声コミュニケーションの基本をなすことが結論付けられた。この因子分析法をさらに改良し、因子負荷量、因子得点のいずれも非負の値とし、因子負荷量のベクトルが直交することは崩さないようにしたところ、上記の傾向が一層はっきりと現れた。音声信号に含まれる情報のうち、上記のような因子と、時間波形の周期性とが特に重要であることに注目し、ある程度聴きとれる音声をできる限り少ない情報量で再合成することを試み、3 kb/sにまで情報量を下げることができた。この技術は、雑音下において頑強な音声を作ることにつながる。今後、コミュニケーションの品質評価に神経生理学的手法を導入するために、ささやき声や顔画像に対する脳応答の分析を行っている。さらに、ヒトの音声と他の霊長類の音声とを多変量解析の手法を用いて体系的に比較することを試みている。音声のスペクトル変化に対して因子分析を行う研究と、音声知覚に必要な時間分解精度、周波数分解精度を調べる研究とに関して、大きな進展があった。因子分析によって音声を伝える周波数帯域を4つに分割し、これを用いて雑音駆動音声を合成すれば高い明瞭度が得られることについて、国際学術誌に発表することができた。さらに、音声のスペクトル変化を多変量解析によって縮約して表現するに際して、起点移動因子分析という新しい手法により、因子得点から音声を再合成したときに、本来無音であるべき区間に定常的な雑音が出つづけるという問題を解消することができた。このことによって、再合成した音声を用いた大規模な聴取実験が可能となり、3-4個の因子が音声コミュニケーションの基本をなすことを突きとめた。この研究は国際学術誌に掲載されることが決まっている。この因子分析法をさらに改良して、因子負荷量、因子得点の双方を非負化してさらに直観的に解りやすい形で音声を再合成することにも成功し、上記の結論をより明瞭にすることができた。この成果は2016年7月に国際心理学会議で発表する予定である。上記の事柄に加えて、当初は想定していなかった方向に研究を進展させることができた。上記の因子分析の手法については、一般的な統計学の手法として汎用性のあることが判り、考察を進めている。また、スペクトルの時間変化に対して多変量解析を行うということは、ヒト以外の種の音声に対しても有効であるため、ヒトと他の霊長類とを音声の面から比較するという新しい研究分野が開けた。音声のスペクトル変化を3ー4個の因子得点の時間変化に縮約しうることを、音響分析、聴取実験の双方から、様々な手法によって確認した。モザイク音声を用いて、音声の聴取に必要な時間分解精度を求めたところ、英語母語話者が英語を聴取る場合にもモザイクの時間幅が40 msから80 msに増すときに明瞭度の急激な落込みが認められ、日本語の場合と似た結果になった。また、局部時間反転音声を用いて、日本語、中国語、アメリカ英語、ドイツ語の4言語の聴取りに必要な時間分解精度を求めたところ、モザイク音声を用いた場合に似た結果が得られたが、話速の影響も認められた。一方、日本の中学生の教材のような英語をモザイク音声にして日本語母語話者、英語母語話者に聴かせた場合には、英語母語話者においてモザイクの時間幅が80 msの場合にも相当高い明瞭度が得られ、日本語母語話者においてはそうはならなかった。