hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ポーセレンジャケットクラウンの強度に関する研究-三次元有限要素法による応力解析-

ポーセレンジャケットクラウンは歯冠修復物の内で最も優れた審美性を有し,生体親和性がよいなど数々の利点をもっているが,強度が比較的低いという欠点も併せもっている.これを改善するための基礎的検討として,三次元有限要素法を用いたシミュレーションを行い,ポーセレンジャケットクラウンの形態を変化させた場合に応力集中部がどのように変わるかを調べ,破析しにくいクラウンの形態とそのための支台形態について検討し、さらに強化された陶材を用いた場合についても調べ,陶材強化材の有効な使用法についても検討することにした.特に本年度は三次元有限要素法による応力解析を行う際、その精度に直接関わる精密な解析モデルを効率よく構築することに留意し,臨床的形態の基本モデルを作った上で種々条件を変えての検討を行うことにした.従来のパーソナルコンピュータを用いた解析では,データの容量が大きい精密なモデルは扱えなかったが,本補助金を受けてワークステーションを導入し,ネットワークを介して大型計算機の利用が可能になった.その結果,作業が著しく能率的になった.また大型計算機では諸条件を詳しく設定することによって,静的な解析だけでなくセメント層の崩壊や剥離も考慮した精度の高いシミュレーションが行えることがわかった.しかしモデル構築には修正をしながら大量のデータを扱うので,種々条件を変えての解析までは行えなかった.これは,今後さらに検討を続け,必要に応じて適当なCADソフトを利用するなどさらに効率化を図ることで早期に実施できると思われるので,当初目的を達成するため引き続き検討を行って行きたい.ポーセレンジャケットクラウンは歯冠修復物の内で最も優れた審美性を有し,生体親和性がよいなど数々の利点をもっているが,強度が比較的低いという欠点も併せもっている.これを改善するための基礎的検討として,三次元有限要素法を用いたシミュレーションを行い,ポーセレンジャケットクラウンの形態を変化させた場合に応力集中部がどのように変わるかを調べ,破析しにくいクラウンの形態とそのための支台形態について検討し、さらに強化された陶材を用いた場合についても調べ,陶材強化材の有効な使用法についても検討することにした.特に本年度は三次元有限要素法による応力解析を行う際、その精度に直接関わる精密な解析モデルを効率よく構築することに留意し,臨床的形態の基本モデルを作った上で種々条件を変えての検討を行うことにした.従来のパーソナルコンピュータを用いた解析では,データの容量が大きい精密なモデルは扱えなかったが,本補助金を受けてワークステーションを導入し,ネットワークを介して大型計算機の利用が可能になった.その結果,作業が著しく能率的になった.また大型計算機では諸条件を詳しく設定することによって,静的な解析だけでなくセメント層の崩壊や剥離も考慮した精度の高いシミュレーションが行えることがわかった.しかしモデル構築には修正をしながら大量のデータを扱うので,種々条件を変えての解析までは行えなかった.これは,今後さらに検討を続け,必要に応じて適当なCADソフトを利用するなどさらに効率化を図ることで早期に実施できると思われるので,当初目的を達成するため引き続き検討を行って行きたい.
多官能性高度縮環天然物の合成研究

ダフニフィラムアルカロイドの合成研究:市販の化合物より容易に合成することが可能なエノンを基質として用い、カルボニル基に対する炭素ユニットの導入およびエポキシドの構築を経て前駆体を合成した。エポキシドの構築に関しては、オレフィンの直接的な酸化が困難であったことから、求核的エポキシ化反応を用いることで実現した。この前駆体をルイス酸で処理することで、エポキシドの開裂を伴う環拡大反応を行い、二重結合の位置を制御しつつ七員環の構築を行った。側鎖の伸長を行いジアゾエステルへと変換した後、分子内CH挿入反応を試みたが、近傍に存在する二重結合と反応した、予期せぬ化合物が良好な収率で得られることがわかった。またクライゼン転位反応を用いた不斉中心の制御、および閉環メタセシス反応による環構造の構築を基軸とした合成経路の検討も合わせて行い、四置換二重結合を含む三環性骨格の構築に成功した。リコポジウムアルカロイドの合成研究:ジアステレオ選択的な付加反応を用いることで、連続する不斉中心の制御を行い、基本骨格の構築を行った。酸素官能基の化学選択的な変換について検討を行い、特徴的なアミナール構造形成の検討に必要な酸化段階および官能基を有する化合物の合成を行った。またピリドン環を含むアルカロイドの合成に関して、多重結合への付加反応を用いた第四級炭素中心の構築を鍵とする合成経路の検討も行った。金触媒およびラジカル反応などの活性種に関して検討を行った結果、標的化合物の合成経路の確立に成功した。基本骨格の構築について知見を蓄積を行うことができている。またピリドン環を有するアルカロイドの合成経路の確立に成功した。これまでに蓄積されている知見を活かしつつ、効率的な骨格構築法の確立を目指す。
文化的価値の維持と個人の選好

本研究では、日本と北米の学生および未就学児による幾何学模様の塗り絵を収集し、それを別の日米の学生に見せ、それに対する好み、ユニークさ、調和を判断させた。当該の文化で優勢な価値を反映し、学生・未就学児の塗り絵を問わず、北米人の塗り絵はユニークと評定されやすかったのに対し、日本人の塗り絵は調和がとれていると評定されやすかった。またその価値は好みにも反映されており、人々は自文化の塗り絵を好んだ。そしてアジア系カナダ人は、自身が同化している文化に合った塗り絵を好みやすかった。さらにその未就学児の塗り絵に対する親のフィードバックを調べたところ、その内容は当該の文化で優勢な価値を反映していた。本研究では、文化的産物として塗り絵に注目し、文化的な価値観の維持に個人がどのように関わっているか、当該の文化的な価値の維持に関連する個人の選好は発達の段階でどう形成されるのか等を探索する。本年度は、2つの実験を行った。1つは、文化的産物の選好における社会化による影響を調べることを目的としたものであった。カナダ在住のカナダ系アジア人を対象に、昨年度収集した日米の大人の塗り絵を提示し、その選好を調べた。昨年度の成果によれば、人は文化的価値に見合ったものを選好するが、本年度の研究では社会化の影響の1つの指標として、カナダ系アジア人が自身のルーツであるアジア文化に自己を同一化させている程度および現在の社会環境であるカナダ文化に自己を同一化させている程度を測定し、それによる選好への影響を調べた。その結果、カナダ系アジア人の中でもアジア文化に自己を同一化させる傾向が強い人ほど日本の塗り絵を好んだのに対し、カナダ文化に自己を同一化させる傾向が強い人ほどアメリカの塗り絵を好んだ。これは、人の好みは同一化の程度が強い文化で優勢な価値観に対応することを示唆する。もう1つの実験では、文化的価値に見合った選好が発達段階で形成されていく過程において養育者が大きな影響力を与えていることが推測されることから、昨年度収集した日本とカナダの子どもの塗り絵に対してそれらの文化の養育者がどのような反応を示すのかを探索的に調べた。日本とカナダの子どもの塗り絵を提示し、それに対する好みを尋ねたところ、全体的に日本の子どもの塗り絵が好まれる傾向にあったが、特に日本の養育者はカナダの養育者よりもその傾向が顕著であった。このことは、子どもの塗り絵に対しても養育者はその文化的価値に見合ったものを好んでおり、それ故にそうした選好を子どもに伝え、子どもの塗り絵にも大きく影響を与えていることを示唆する。文化心理学において、意味体系や信念、価値は、当該の文化におけるさまざまな慣習の実践や文化的産物への接触を通じ、認知、思考、感情、動機づけなどのさまざまな心の性質へと反映されると考えられている。しかしそれらがどのように維持、継承されているのかについての理論的考察は進んでいない。本研究の目的は、この未解明な部分を補うべく、1)文化的な価値観の維持に個人がどのように関わっているか、2)当該の文化的な価値の維持に関連する個人の選好は発達の段階でどう形成されるのか、3)さらにはそのような選好に対する脳内基盤は存在するのかを探索していくことにある。1)と2)に関しては、これまで各文化の成員による産物(具体的には塗り絵)がその文化で優勢な価値に対応しており、その傾向は大人のみならず、4-6歳の未就学児でも見られること、さらには人々は自文化の価値に対応した塗り絵を好むこと、またその傾向に文化化の影響が見られることを明らかにしてきた。本年度はこの成果を論文にし、Personality and Social Psychology Bulletin誌に採択され、掲載された。また本年度は3)に関して、探索的に日本人参加者を対象に日米の塗り絵を見て、好みを判断する際の脳波を計測したところ、自文化の文化的産物に対してP300が顕著であることを見出した。このP300は、その刺激に対する処理がより動機づけられていたときに表れやすいことから、日本人参加者が日本の塗り絵に対してかなり自動的な注意を向けていたことを示唆する。

本研究では、文化的産物として塗り絵に注目する。本年度は、日本および北米(アメリカ・カナダ)の大学生および56歳の未就学児を対象として塗り絵を収集した。そしてそれらを別の日本・カナダの大学生に呈示してそれらに対する選好を尋ねた。さらに文化的価値に関連した次元(独創性、調和)を用いて、その塗り絵を評定させた。もしもそれぞれの文化で産出された塗り絵にその文化で優勢な価値が内包されているのであれば、北米産の塗り絵は独創的かつ逸脱していると判断されやすく、一方、日本の塗り絵は調和がとれかつ凡庸だと判断されやすいだろう。加えて、カナダ人は北米産の塗り絵を選好しやすいのに対し、日本人は日本産の塗り絵を選好しやすいだろう。本年度行った実験の結果は、その予測に一致するものであった。そして重要なことに、その傾向は未就学児の塗り絵に対しても見られた。これは未就学児による産物にも文化的価値が内包されていることを示唆する。次年度以降の研究では、発達および社会化の段階において文化的価値がどのような影響を及ぼすのかについて詳細に検討していく予定である。本年度は概ね予定通りに日本およびカナダで実験をすることができ、予測と一致した結果を見出した。またすでに成果は国内・国外の学会で発表されており、昨年度と今年度の成果を含めた論文は現在投稿中である。このことから本研究は概ね順調に進展していると判断する。本年度の実施計画通りに、日本と北米の大学生および未就学児を対象として文化的産物(塗り絵)を収集し、自文化の価値を内包した文化的産物の産出と選好に関する実験を実施することができた。そして予測と一致した結果が得られた。また今年度は、これに関連する知見を国内・国外の学会で発表した。文化的価値に対応した選好の脳内基盤を探索する。そしてこれまでの研究成果を順次国内および海外の学会において発表し、心理学の国際誌に投稿する。本年度収集した文化的産物(塗り絵)をもとにして、計画通りに、当該の文化的な価値の維持に関連する個人の選好は発達や社会化の段階でどう形成されるのか、さらにはそのような選好に対する脳内基盤は存在するのかについて探索していく。次年度は、塗り絵の選好の判断時の脳活動を調べる実験を2つ行う。1つはfMRIに注目するもの、もう1つは脳波を測定するものである。fMRIに注目した実験は、ヨーロッパ系カナダ人と東アジアで生まれ育ったカナダ在住のアジア人を対象に、トロント大学で行う。脳波を測定する実験では、同様のサンプルに加え、探索的に神戸大学において日本人を対象にして行う。予測としては、自文化において優勢な価値を含むものを生み出し選好することがその文化の中で生きる上で一種の報酬となるのであれば、文化的産物を見ている際の脳活動をfMRIで調べると、自文化の文化的産物に対して、報酬に反応する脳内の部位である線条体が強く賦活するかもしれない。また脳波を測定した場合には、相対的に他文化の(特に優勢な価値が内包された)文化的産物に対する新奇性は高い故にそれに対応した成分であるN200が、一方、自文化の(特に優勢な価値が内包された)文化的産物に対してはそれに対する処理がより動機づけられるためにそれに対応した成分であるP300がそれぞれ強く見られるかもしれない。
インフルエンザ脳炎・脳症の発生メカニズムの解明

1.インフルエンザウイルス(IFV)が経神経伝播することの証明マウスへの高病原性IFV経鼻接種により、IFVが気道粘膜で増殖後、主として迷走および交感神経を経由して延髄と胸髄へ侵入することが疑われた(Vet Microbiol, 2003)。迷走神経を片側性に切断したマウスにIFVを経鼻接種し、ウイルスが迷走神経を経由して脳幹へ到達することを証明した(Vet Pathol, 2004)。分画ディッシュで培養したマウス神経細胞の軸索末端にIFVを感染させ、IFVがin vitroでも経神経伝播すること、その軸索輸送が微小管を介した既知の輸送様式とは異なることを証明した(J Gen Virol, 2005).2.IFVは持続感染するか?経鼻接種によるマウスのインフルエンザ脳炎では、組織病変、ウイルス抗原および遺伝子は感染後48日まで遺残したが、ウイルスは回収できなかった(Vet Microbiol, 2003)。3.IFV感染でライ症候群を実験的に再現できるか?小児の急性脳症であるライ症候群はIFV感染と解熱剤投与に起因すると考えられているが、実験的証明はされていない。経鼻接種されたIFVは鶏では血行性に中枢神経系へ、マウスでは経神経性に中枢神経へ到達して脳炎を惹起するので、これらの脳炎モデルに対する解熱剤(アスピリン、ボルタレン)影響を検討し、解熱剤投与はIFVの経神経伝播(マウス)には影響を与えないが、血行性伝播(鶏)を著しく増強すること、ボルタレンがアスピリンに比べより顕著に増強することが分かった(J Vet Med Sci, 2004)。4.鞘内免疫に関する研究不活化IFVあるいはオーエスキーウイルス(AJV)をウサギおよびマウスの鞘内(脳内および脳脊髄液内)あるいは皮下に接種したところ、鞘内接種でのみ脳脊髄液中の抗体価が顕著に上昇した。そこで、不活化AJVで免疫したマウスの下腿部筋肉内にAJVを接種したところ、鞘内免疫によってのみ完全な防御効果が得られ、鞘内免疫には、(1)1回の免疫で高い血清抗体価が確実に得られる、(2)神経組織内に侵入したAJVに対しても有効である、ことが分かった。1.インフルエンザウイルスが末梢神経経由で中枢神経へ侵入することの証明(1)一側の頸部迷走神経を外科的に切断したBALB/cマウスに神経向性インフルエンザAウイルスを経鼻接種し、経時的にマウスを屠殺剖検し、それらの末梢神経(節)、中枢神経および一般臓器を病理学的に検索した。その結果、非切断側では、ウィルス抗原が呼吸器粘膜から迷走神経節、次いで脳幹迷走神経核に出現したが、切断側では迷走神経節への出現が2日間遅れた。これは、非切断側の迷走神経核からウイルスが下行性に切断側の迷走神経節へ感染したことを示しており、経鼻接種されたインフルエンザウイルスは呼吸器粘膜で増殖後、迷走神経を経由して中枢神経(脳幹)へ侵入するという我々の仮説を証明するものであった。本実験結果を纏めて、Veterinary Pathologyに投稿中である。(2)神経向性インフルエンザA

ウイルスをBALB/cマウスの足蹠、坐骨神経、関節腔および眼球内に接種したが、ウイルスが中枢神経へ達することは無かった。従って、インフルエンザウイルスは自律神経を伝導するが、脊髄神経は伝導しないことが示された。現在、何故この様な違いが起きるのか検索中である。2.インフルエンザウイルス感染でライ症候群を実験的に再現できるか?ライ症候群は小児の急性壊死性脳症で、インフルエンザ患者へ解熱剤を投与したとき発生し易いことが知られているが、そのメカニズムは不明である。我々は、マウスに経鼻接種したウイルスは神経行性に中枢神経へ侵入するが、鶏では、血行性に脳へ侵入することを証明してきた。そこで、これらの動物に解熱剤(アスピリンおよびボルタレン)を投与してインフルエンザウイルスを経鼻接種したところ、マウスでは解熱剤投与の影響はなかったが、鶏では解熱剤投与群にのみインフルエンザ脳炎が発生した。現在、そのメカニズムを解析中である。1.強毒トリインフルエンザイウルスは感染マウスの脳で持続感染する強毒トリインフルエンザウイルスの経鼻接種により多くのマウスは脳炎によって死亡するが、生き残ったマウスの脳を調べたところ、接種後48日まで脳病変、ウイルス抗原およびウイルスRNAが残存していた(Vet. Microbiol.,2003)。インフルエンザウイルスは8本のRNA分節から成っているが、PB2を除く7本の分節がこれらマウスの脳組織中に証明され、インフルエンザウイルスが脳組織中に持続感染する可能性が示された。2.強毒トリインフルエンザウイルスは末梢神経経由で中枢神経へ侵入する1997年に香港でトリからヒトへ感染し、小児に致死的感染症を起こしたインフルエンザウイルス(A/Hong Kong/483/97(H5N1))と山陰地方の海岸へ飛来した野鳥の糞から分離したインフルエンザウイルス(A/Whistling swan/Shimane/499/83(H5N3))をマウスに経鼻接種すると、いずれのウイルスも経神経伝達によって脳へ到達し、致死的脳炎を起こすこと、伝達経路としては迷走神経が重要であることを報告した(Vet. Microbiol.,2003;Vet. Pathol.,2004 in press)。3.解熱剤投与はトリのインフルエンザウイルス性脳炎を増悪させるこれまでの我々の研究で、経鼻接種された強毒トリインフルエンザウイルスはトリでは血行性に、マウスでは経神経性に脳へ到達し、重篤な脳炎を起こす起こすことが分かった。そこで、これらのインフルエンザ脳炎モデルに解熱剤(アスピリンおよびボルタレン)を投与したところ、鶏でのみ明らかな病原性の増強効果がみられ、解熱剤投与はインフルエンザウイルスの血行性体内伝播を増強することが分かった(J. Vet. Med. Sci.,2003)。1.インフルエンザウイルス(IFV)が経神経伝播することの証明マウスへの高病原性IFV経鼻接種により、IFVが気道粘膜で増殖後、主として迷走および交感神経を経由して延髄と胸髄へ侵入することが疑われた(Vet Microbiol,2003)。迷走神経を片側性に切断したマウスにIFVを経鼻接種し、ウイルスが迷走神経を経由して脳幹へ到達することを証明した(Vet Pathol,2004)。分画ディッシュで培養したマウス神経細胞の軸索末端にIFVを感染させ、IFVがin vitroでも経神経伝播すること、その軸索輸送が微小管を介した既知の輸送様式とは異なることを証明した(J Gen Virol,2005).2.IFVは持続感染するか?
ハツカダイコンのセネッセンス(老化)時に発現する遺伝子の発現調節機構の解析

暗処理やエチレン処理は緑葉のセネッセンス(老化)を促進させることが知られている。またサイトカイニンは老化の進行を仰制する働きがある。ハツカダイコンからクローン化された遺伝子dinlは、エチレンや暗処理によって発現が誘導されること、サイトカイニンによっては発現が仰制されること等から緑葉のセネッセンス時に特異的に発現すると考えられる。また暗処理によるdinlの発現誘導は細胞内の糖の濃度を通じて行われることが確かめられている。この遺伝子のこれらの刺激による発現制御の分子機構を明らかにすることによって、これらの刺激の結果生じる細胞内のどんな変化が原因となって、緑葉のセネッセンスが進行するようになるのかを知ることができる。まずdin1がこれらの刺激に応答するのに必要なシス-エレメントを決定するためdin1の様々な長さの遺伝子上流域を植物形質転換用のベクターpBI101のGUS遺伝子上流に組み込んだ。この組換えリポーター遺伝子を外来の遺伝子を植物に導入する能力のあるアグロバクテリウムを介してタバコ植物体に形質導入した。再生した個体からゲノムDNAを精製し、GUS遺伝子をプローブにしてサザンハイブリダイゼーションを行い、形質転換体の選抜を行った。形質導入が確認された個体に暗処理を施し、どのくらいまで上流域を組み込んだものでGUS遺伝子の発現が誘導されるか調べた。din1の転写開始点から上流802、あるいは609塩基対までを含むリポーター遺伝子を導入された個体では強い発現の誘導が認められた。しかし上流471、387、あるいは197塩基対まで含むリポーター遺伝子を導入された個体では発現の誘導は認められなかった。これらのことから光の条件に応答するのに、つまり糖の濃度に応答するのに必要なシス-エレメントはdin1遺伝子上流471から609塩基対の間に存在することが判明した。今後はこのエレメントの正確な位置とこれに結合するトランス-エレメントについて調べる。
創造性育成を目指したシミュレーション教材の構造と効果に関する研究

3年間の本研究期間を通して、我々は創造性の教育を研究してきた。その内容は、学習教材"宇宙旅行シミュレーション・ソフトウェア"として具体化した。その構想を明確にするために補助テキスト"宇宙旅行シミュレーション解説書"を編集した。これらは、一括して研究成果報告書にまとめてある。近年の進展した情報化社会では、独創性・創造性のある人材を必要とするようになり、学校においても学生の創造的能力を育成しなければならなくなった。これまで創造性は生来の素質とみなされ勝ちであったが、本研究では創造性を育成可能な素養とみなし、そのために有効な学習教材の構造とその効果を明らかにすることを試みた。本研究の結論は、学習者に真に興味を持たせ積極的に学習する意欲を奮起させることが、創造性育成への第1歩であるということであった。そこで我々は、学習者が興味を持ち、自ら問題点を発見し、積極的に解決手段を見つけることの出来る学習環境を与える学習教材を設計した。"宇宙旅行"という題材は、現代科学技術の粋であり、国際宇宙ステーション建設や月・火星への有人飛行などのように話題性がある。しかも宇宙旅行は、ニュートン力学に基づく宇宙の原理・原則に基づいた科学技術の典型的で実際的な応用である。したがって、法則に従いながら成功の戦略を論理的に見つけるという、創造性育成に最適な題材である。本シミュレーションでは、試行錯誤を重ねながら学習者自身で学習の手順や方法を工夫できる学習教材として設計した。これらの内容を整理し報告書として出版することで研究課題「創造性育成を目指したシミュレーション教材の構造と効果に関する研究」を締めくくった。創造性は、生来の素質と見なされることが多かった。本研究では、創造性を育成可能な素養とみなし、そのための教育に使われる教材に要請される構造と期待される効果を明らかにすることを目指して進めてきた。本研究で磯本らは、自ら問題を発見し、学び、解答を見つける意欲と向上心を創造的素養と考えている。そのためには、創造性に容易に結びつく学習環境と学習教材を準備する必要があり、ここでは主として学習教材に焦点を合わせて研究を進めてきた。幸いに近年のマルチメディア技術によって、この方向での学習教材の作成が容易になった。初年度である平成10年度は、創造性に結びつく学習教材の内容と構造を中心に研究した。題材は、万有引力のもとでの物体の運動である。初等水準は、平面上の的当てゲームや球面上の的当てゲームなどである。中級水準は、宇宙船のドッキングゲームや人工衛星打ち上げゲームである。上級水準は、月旅行ゲームと火星旅行ゲームである。これらのゲームを通じて、試行錯誤しながら万有引力と物体運動の関係を体得させる。これに要する知識は、ニュートン力学、連立常微分方程式、プログラミング技法、地学・天文学などである。本研究の目的は、こうした知識を直接に教示するのではなく、学習者が自分でゲームを理解し、物体や宇宙船を正しく操作するために必要な知識を学ぶ意欲を持たせ、学ぶべき事柄を自分で考え探求する方向へ導く方策を明らかにすることである。平成10年度には、こうした事柄を学習教材として編成するための素材となるソフトウェア群を整備し、平成11年度における創造性育成のための教授方略の解明に向けて準備を慣用した。創造性豊かな学習には、課題の理解、深い洞察力と分析力、問題の本質に接近する能力が必要である。そして、創造性育成という観点からは、課題に対する学習者の積極的な取り組みを助け、学習者の個性や独創性を認め、自由な発想と奔放な課題解決への見通しが立てられる学習環境を用意することも重要である。その結果として、学習手順の統制やその成果も不統一となり、学習成果の評価も困難になりやすい。これを防止するには、自由な学習態度をとりながら、明快に評価できる内容のテーマを扱う必要がある。

その上で、理解力、洞察力、分析力、積極性などを引き出す内容や構成を工夫しなければならない。本研究では、近未来に確実に人類の重要課題となる宇宙旅行を題材にして、厳密な法則であるニュートン力学を学習内容とした。平成10年度に基本構成の設計と数十個のモジュールを単体として開発した。続く平成11年度には、宇宙旅行予備訓練、月旅行、火星旅行のシミュレーションをソフトウェアとして完成した。学習者は、ニュートン力学の厳密な規則に従いながら、地球から月へ、あるいは地球から火星への往復旅行を成功させるシミュレーションの中で、課題に興味を持ち、課題全体のイメージを豊富にする。また、工夫によって宇宙船の軌道を自由に調整できるが、その結果の成功の是非は明確に判別できる。また、消費エネルギーを少なくする方法を工夫することで、同じ成功にも優劣をつけることも可能である。これらは、本研究の「創造性育成を目指す教材」に宇宙旅行を選んだ理由でもあった。平成12年度に向けて、活用事例を重ね、創造性育成教材としての効果を検証する。3年間の本研究期間を通して、我々は創造性の教育を研究してきた。その内容は、学習教材"宇宙旅行シミュレーション・ソフトウェア"として具体化した。その構想を明確にするために補助テキスト"宇宙旅行シミュレーション解説書"を編集した。これらは、一括して研究成果報告書にまとめてある。近年の進展した情報化社会では、独創性・創造性のある人材を必要とするようになり、学校においても学生の創造的能力を育成しなければならなくなった。これまで創造性は生来の素質とみなされ勝ちであったが、本研究では創造性を育成可能な素養とみなし、そのために有効な学習教材の構造とその効果を明らかにすることを試みた。本研究の結論は、学習者に真に興味を持たせ積極的に学習する意欲を奮起させることが、創造性育成への第1歩であるということであった。そこで我々は、学習者が興味を持ち、自ら問題点を発見し、積極的に解決手段を見つけることの出来る学習環境を与える学習教材を設計した。"宇宙旅行"という題材は、現代科学技術の粋であり、国際宇宙ステーション建設や月・火星への有人飛行などのように話題性がある。しかも宇宙旅行は、ニュートン力学に基づく宇宙の原理・原則に基づいた科学技術の典型的で実際的な応用である。したがって、法則に従いながら成功の戦略を論理的に見つけるという、創造性育成に最適な題材である。本シミュレーションでは、試行錯誤を重ねながら学習者自身で学習の手順や方法を工夫できる学習教材として設計した。これらの内容を整理し報告書として出版することで研究課題「創造性育成を目指したシミュレーション教材の構造と効果に関する研究」を締めくくった。
言語使用の大規模観察に基づく言語知識獲得と言語解析の共深化

本研究では、まず、大規模Webテキスト集合から言語知識を自動獲得した。主な言語知識は、述語とそれがとる項(名詞)を記述した格フレームと呼ばれるものである。次に、獲得した言語知識を言語解析に組み込むことによって言語解析システムの精度向上を達成した。また、この高いカバレッジをもつ言語知識に基づく言語解析器を情報検索に応用し、これまでよりも精度が高い情報検索システムを開発した。平成23年度は、1)基盤的な言語知識である格フレームを超大規模に獲得し、2)それに基づくネットワーク構造解析器のプロトタイプを作成、公開した。それぞれのついての詳細を以下で述べる。1)超大規模格フレームの構築幅広い言語現象をカバーする格フレームおよび言語知識を獲得するために、超大規模のWeb文書集合を利用し、その解析結果から格フレームを構築した。実際に使用したWeb文書集合は約30億ページである。そこから文抽出を行い、重複文を除くことによって、150億文のコーパスを得た。東京工業大学のTSUBAME計算サービスを利用し、このコーパスを構文解析し、その結果をクラスタリングすることによって、格フレームを構築した。また、コーパスのサイズと解析精度との関係を調べるために、上記150億文コーパスからサンプリングすることによって、150万文、600万文、2500万文、1億文、4億文、16億文、64億文のコーパスを作成した。それぞれのコーパスからの格フレーム構築とそれに基づく解析器の作成を行い、コーパスのサイズが大きくなるにつれて、解析精度が向上することを確認した。2)ネットワーク構造解析器のプロトタイプの作成獲得した格フレームに基づくネットワーク構造解析器のプロトタイプを作成する。ネットワーク構造のうち、構文・格構造を格フレームに基づき高精度に同定できるシステムを開発した。本システムは、構文・格解析システムKNPバージョン4.0として、Webサイトから一般公開している。本研究は、言語知識の獲得と、それに基づくネットワーク構造解析器の開発を交互に繰り返すことによって、精度の高い言語知識とネットワーク構造解析器を構築する。平成25年度は、次の3つの項目について研究開発を行った。1)ネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムの改良・洗練:平成24年度までに構築したネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムの改良および洗練を行い、より頑健なシステムとした。システムの改良は、ネットワーク構造解析のコーパスへの適用と、その解析結果からの言語知識獲得のループを繰り返すことによって行った。また、プロトタイプシステムを整備し、実用的に使えるレベルのシステムとした。このシステムはKNP 4.1として一般に広く公開し、さまざまな言語処理アプリケーションの基盤技術として利用可能なものとなっている。2)獲得した言語知識の整備・公開:言語知識の整備・公開は、二つの方法で行う。一つは、言語資源としてデータそのものを配布し、自然言語処理研究者が自由に使える知識源とする。もう一つには、検索インタフェースを作成し、言語処理技術をもたない文系の研究者および一般の言語学習者などにも使えるものにする。前者については、言語資源協会(GSK)からの配布手続きを進めており、近々公開できる見込みである。後者については、検索インタフェースをすでに公開している。また、獲得した言語知識の人手評価は難しいため、情報検索システムを使った外部評価を行い、その有効性を確認した。3)ネットワーク構造解析に基づく情報検索システムの開発:アプリケーションとして、ネットワーク構造解析に基づく情報検索システムを開発した。これは、網羅性の高い言語知識に基づいてテキストをネットワーク構造化することによって、検索漏れや不適切な検索結果が格段に少ない情報検索システムである。平成24年度は、1)ネットワーク構造解析器のプロトタイプシステム分析・改良を行い、2)ネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムに基づく言語知識の獲得・精錬を行った。それぞれについての詳細を以下で述べる。1)ネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムの分析・改良ネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムを用いて実テキストを解析し、その結果の分析を行った。この分析は、正解ネットワーク構造と比較することによって行い、誤り原因を調査した。誤り原因の大部分は、言語知識の不足によるものであり、これについては2)によってさらなる言語知識を獲得し、改善することを試みた。また、解析のモデルに起因する誤りもあったので、モデルを修正することによって幾分の精度向上を行った。2)ネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムに基づく言語知識の獲得・精錬平成23年度に獲得した言語知識は、テキスト中の表層的な関係のみから獲得した浅い知識であった。ネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムを利用してテキストを再解析し、格・省略・照応関係など、より深い関係を同定することによって、言語知識の深化を行った。これらの格・省略・照応関係の同定精度は必ずしも高くないため、確信度の高い部分だけを利用した。このようにして獲得した言語知識をネットワーク構造解析器に導入し、省略・照応解析の精度が高くなることを確認した。上記は日本語について行ったが、今後、他の言語についても展開することを考え、英語、中国語および韓国語についてもネットワーク構造解析器のプロトタイプシステムの構築を行った。「研究の目的」を達成するために立てた研究計画に従い、平成23年度に実施すべきことはすべて実施することができた。

そのため、「おおむね順調に進展している。」と評価する。25年度が最終年度であるため、記入しない。「研究の目的」を達成するために立てた研究計画に従い、平成24年度に実施すべきことはすべて実施することができた。」と評価した。研究は順調に進展しているので、研究計画通りに進めることによって、研究目的が達成される見込みである。
高性能計算機システムの性能評価技術に関する研究

本研究では高性能計算機システムの速度,コスト,消費電力,等に関する総合的な性能評価技術の確立を目標として下記の研究を遂行した.1.ハイエンド・マイクロプロセッサ・アーキテクチャについて,その専用コンパイラおよびアーキテクチャの総合的性能評価を行なった.2.特定用途向けプロセッサについて,そのキャッシュ・メモリ構成に応じて最適化手法を変化させるコンパイラを開発し,アプリケーションを実行することにより,命令キャッシュがコンパイラに与える性能の特徴抽出を行なった.3.「システム・オン・シリコン」クラスの大規模集積回路システムを対象に,その性能,面積コスト,消費電力を算出/見積するためのフレームワークとしてのモデル化手法を開発し,これら3者間のトレードオフを取るための共通の評価基盤(プラットフォーム)を構築した.ワークステーション・クラスタやMPP (Massively Parallel Processor)等の並列計算機システムを対象に,実行性能予測モデルの開発,定量的なスケーラビリティ評価指標の考案,主成分分析を用いたベンチマーク・プログラム同士の相関解析,等を行なった.本研究では高性能計算機システムの速度,コスト,消費電力,等に関する総合的な性能評価技術の確立を目標として下記の研究を遂行した.1.ハイエンド・マイクロプロセッサ・アーキテクチャについて,その専用コンパイラおよびアーキテクチャの総合的性能評価を行なった.2.特定用途向けプロセッサについて,そのキャッシュ・メモリ構成に応じて最適化手法を変化させるコンパイラを開発し,アプリケーションを実行することにより,命令キャッシュがコンパイラに与える性能の特徴抽出を行なった.3.「システム・オン・シリコン」クラスの大規模集積回路システムを対象に,その性能,面積コスト,消費電力を算出/見積するためのフレームワークとしてのモデル化手法を開発し,これら3者間のトレードオフを取るための共通の評価基盤(プラットフォーム)を構築した.ワークステーション・クラスタやMPP (Massively Parallel Processor)等の並列計算機システムを対象に,実行性能予測モデルの開発,定量的なスケーラビリティ評価指標の考案,主成分分析を用いたベンチマーク・プログラム同士の相関解析,等を行なった.本研究は、今後ますます多様化するであろうアーキテクチャ、プログラミング、コンパイラ、アルゴリズム、等の計算/実行モデルおよび性能相互を関連づけるプラットフォームの構築、ならびに、当該プラットフォームを媒体とした計算機システムの速度、コスト、電力など総合的な性能評価技術の確率を目的としている。平成7年度は、アーキテクチャ、プログラミング、コンパイラ、アルゴリズム、アプリケーションなどの各種計算/実行モデルの特殊抽出、モデル表現のためのフレームワークの開発、および、モデル相互を関連づけるプラットフォームの構築を目標として、構築の基礎的資料となるデータの収集とツールの開発を行った。具体的には、●ハイパースカラ・プロセッサ・アーキテクチャについて、その専用コンパイラおよびアーキテクチャの総合的性能評価を行なった。●PPRAMアーキテクチャについて、プロトタイプモデルを通してプロセッサ数/回路規模/性能の相互関連を考慮した性能予測式を考案した。●特殊用途向けプロセッサについて、そのキャッシュメモリ構成に応じて最適化手法を変化させるコンパイラを開発し、アプリケーションを実行することにより、命令キャッシュがコンパイラに与える影響の特徴抽出を行なった。演繹データベースの質問を主記憶上で処理を行なう場合における、データ格納構造と主記憶アーキテクチャが互いに性能に与える影響について評価を行なった。●計算機システムの消費電力の評価法法に関して、基礎的な実験を行い、評価方法を考案した。以上の様に、種々の側面からシステムの総合的な性能を評価する基本手法を検討し、基礎的なデータの収集とモデルおよび評価ツールのプロトタイプを行えたのは大きな成果である。本研究では高性能計算機システムの速度,コスト,消費電力,等に関する総合的な性能評価技術の確立を目標として研究を遂行した.本年度は本研究の最終年度に当り,前年度に収集した各種基礎データ,ならびに,開発した各種のツールを用いて,以下の研究を行なった.・「システム・オン・シリコン」クラスの大規模集積回路システムを対象に,その性能,面積コスト,消費電力を算出/見積するためのフレームワークとしてのモデル化手法を開発し,これら3者間のトレードオフを取るための共通の評価基盤(プラットフォーム)を構築した.・ワークステーション・クラスタやMPP(Massively Parallel Processor)等の並列計算機システムを対象に,実行性能予測モデルの開発,定量的なスケーラビリティ評価指標の考案,主成分分析を用いたベンチマーク・プログラム同士の相関解析,等を行なった.以上のように,前年度に引続き今年度も当初の研究計画通りに研究が遂行でき,当初の研究目的をほぼ達成したものと認識している.
インテグレーションフリー・無血清培養系での歯原性腫瘍由来iPSCの誘導と病態解明

発症メカニズムは不明である歯原性腫瘍を、全組成の明らかな当科で開発した無血清培地で初代培養し、宿主ゲノムに遺伝子挿入のないセンダイウイルスベクターを用いて初期化し、歯原性腫瘍iPSCを樹立した。さらに、病態モデルを確立するため、iPSCを歯原性腫瘍の由来の一つとして考えられている神経堤細胞への誘導する方法を、完全無血清条件下で各種因子の添加及び培養法の組み合わせで検討した。本研究より得られる知見は、歯原性腫瘍の病態解明や発症機序の解明に寄与するものと考える。無血清培地RD6Fを用いて歯原性腫瘍の初代培養を行う。さらに、4つの初期化遺伝子(Klf4、Oct3/4、Sox2、c-Myc)を宿主染色体に遺伝子挿入のないセンダイウイルスベクターを用いてインテグレーションフリー条件とし、本研究室で開発されたhESF9培地を用いた無血清培養条件と組み合わせて歯原性腫瘍由来iPSCを誘導する。複数のクローンをpick up、継代・培養し、各iPSCの未分化性及び多分化能をin vitro及びin vivoの系で評価する。in vivoでは、SCIDマウス背部皮下移植系を用いてテラトーマを形成し、組織学的検討を行い、軟骨、骨、神経、消化管など3胚葉への分化能を比較検討する。また、in vitroでは、胚様体を介した三胚葉への分化能を蛍光免疫染色法(内胚葉:AFP、中胚葉:αSMA、外胚葉:β-tubulinなど)にて評価する。さらに神経堤細胞への分化誘導法を確立するために完全無血清条件でepidermal growthfactor (EGF), FGF-2, TGF-b1, BMP2, BMP4, activin A, sonic hedgehog (SHH), Wntを添加するとともに、浮遊培養やhanging drop法と組み合わせて検討を行う。また、誘導した神経堤細胞と未分化細胞を種々の比率で混合し再集合体を形成させ、in vitroでの解析を行うとともに、同再集合体をSCIDマウス背部皮下、腹腔内あるいは腎皮膜下に移植し、歯原性腫瘍の病態モデルを確立する。まず、エナメル上皮腫組織を採取し、本研究室で開発した無血清培地RD6Fを用いて初代培養を行い細胞株を得た。そして、宿主染色体に遺伝子挿入のないセンダイウイルスベクターを用い、4つの初期化遺伝子(Klf4、Oct3/4、Sox2、c-Myc)の導入を試みた。健常人の組織と比較し、エナメル上皮腫由来細胞のiPSCの誘導はやや困難であったが、様々な培養条件を検討し歯原性細胞由来iPS様の細胞群を数クローンpick upすることに成功した。しかしながら、現在、その細胞群の未分化性や多分化能に関しては検討中である。検討方法としては、各クローンにおける未分化性に関しては、各種未分化マーカー蛋白(Oct3/4、Nanog、SSEA3、SSEA4、Tra-1-60、Tra-1-81など)及び遺伝子発現(Oct3/4、Nanog、Sox2、Rex1、Esg1など)を、RT-PCR法および蛍光免疫染色法にて検討する。多分化能に関して、in vivoでは、SCIDマウス背部皮下移植系を用いてテラトーマを形成し、組織学的検討を行い、軟骨、骨、神経、消化管など3胚葉への分化能を比較検討する。歯原性腫瘍は、そのほとんどが良性腫瘍でありながら、周囲骨を吸収し破壊しつつ増大する一方で、多様な組織への分化能を有し、硬組織を形成するなど、高い分化能と組織誘導能を有することが知られているが、そのメカニズムは明らかにされていない。また、当研究室では、以前より不定要素を排除し、組成の明らかな培養条件による培養法の標準化が必要であることから、エナメル上皮腫由来細胞やその他正常細胞の無血清培養法を確立している。また、近年では、センダイウイルスベクターを用いて宿主細胞に遺伝子挿入のない方法を組み合わせて、インテグレーションフリー・フィーダーフリー・無血清培養系で細胞を初期化し各種遺伝性疾患患者由来組織より疾患特異的iPSCの誘導に成功するとともに病態モデルを確立し報告している。これらの成果に基づき、本研究では歯原性腫瘍由来iPSCを誘導し、その特性解析を行った。誘導された歯原性腫瘍由来iPSCは未分化性を有するとともに、in vitroおよびin vivoでそれぞれ三胚葉への多分化能を有していることを明らかとした。また、歯原性腫瘍由来iPSCを用いた疾患モデルを作成を目的に、歯原性腫瘍の由来の一つと考えられている神経堤細胞への誘導法を検討した。完全無血清条件下に様々な添加因子を用い、胚様体培養法と接着培養法を組み合わせて評価を行った。本研究により得られる知見は、歯原性腫瘍のみならず、顎顔面口腔疾患の病態解明や発症機序の解析、さらには治療法の開発研究に寄与するものと考えられる。

さらに、病態モデルを確立するため、iPSCを歯原性腫瘍の由来の一つとして考えられている神経堤細胞への誘導する方法を、完全無血清条件下で各種因子の添加及び培養法の組み合わせで検討した。本研究より得られる知見は、歯原性腫瘍の病態解明や発症機序の解明に寄与するものと考える。今後は、歯原性細胞由来iPSC細胞の樹立をより確実なものにするために、初期化因子導入方法にさらに改変を加えて、樹立できたクローンに関して未分化性、多分化能を評価していく。また、当該研究室でインテグレーションフリー・フィーダー細胞フリー・無血清培養培地(hESF9)を用いて樹立した健常人歯髄細胞由来iPSCおよび国立成育医療センターにて樹立されたヒトiPSC株Tic(JCRB1331)を用いて、歯原性腫瘍の発生母組織と関連が深いと考えられている神経堤細胞への誘導を検討する。基礎培地として無血清培地hESF9からFGF-2を除いたhESF8培地を用いて、EGF, FGF-2, TGF-b1, BMP2, BMP4, activin A, SHH, Wntあるいはレチノイン酸の分化に及ぼす影響を、iPSCを胚葉体培養法、浮遊培養法あるいはhanging drop法を用いて培養し、組織学的検討およびSox 9、Sox10、Slug、Nestin蛋白及び遺伝子発現を免疫組織学的およびRT-PCR法を用いて検討する。また、GSK3β阻害剤,TGFβ阻害剤,SHH阻害剤,EGFR阻害剤,FGF-2シグナル阻害剤の細胞分化に及ぼす影響も検討する。さらに、神経堤に誘導した細胞群と未分化細胞群を様々な細胞数・細胞比で再集合させ、in vitroおよびin vivoにおいて病態モデルとなりうるか検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。口腔外科28年度が最終年度であるため、記入しない。
急性および慢性腎臓病に対する新規腎疾患治療法の確立

近位尿細管に発現するL型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)を発現増加する治療法の可能性を検討した。細胞レベルでL-FABPの発現増強を起こす化合物を合成した。しかし、マウス腎臓では、化合物AによるL-FABP発現の有意な増加は生じなかった。次にL-FABP蛋白の精製を行い、L-FABPレコンビナント蛋白による腎保護効果を細胞レベルで確認した。細胞腎障害ホルモンであるアルドステロンとL-FABPレコンビナント添加後、RNAを抽出し、MCP-1遺伝子発現を検討した結果、レコンビナント添加によりその発現が抑制された傾向にあった。今後は、L-FABPレコンビナントの合成量を増やし、動物での検討を行う。平成25年度の研究実施計画に沿って、急性腎障害モデルマウスで下記の検討を行った。L-FABP蛋白の大量精製を試みた。大腸菌中で高発現するプラスミドにL-FABP遺伝子を組み込み、大腸菌にL-FABP蛋白を作らせ、大腸菌から蛋白を抽出し、液体クロマトグラフィーで、L-FABP蛋白を精製した。現在、10mgのL-FABP蛋白の精製が終了しているが、当初の予定量より大幅に少ない量である。2精製したL-FABP蛋白をマウスに投与する際の用量設定を検討する。L-FABP蛋白の精製量が少なく、vitroの実験を行うこととした。まず、近位尿細管細胞におけるAA障害の程度を確認するため、マウス近位尿細管細胞へのAA添加を行い、細胞障害を起こすAAの投与量を検討した。0.6、6、12、30μg/mlの濃度を検討した結果、30μg/mlがLDH測定で評価した細胞障害を有意に惹起した。次年度にL-FABPを発現したマウス近位尿細管細胞を用いて、AA添加に伴うL-FABPの発現ならびにL-FABP発現に伴う細胞障害の軽減を検討する。また、精製したFAPB蛋白添加による細胞障害軽減作用の有無を検討する予定である。平成24年度の研究実施計画に沿って、急性腎障害モデルマウスで下記の検討を行った。1急性腎障害モデルーアリストロキア酸腎症モデル作成・アリストロキア酸5 mg/kgBW/dayを5日間連日腹腔内投与を行い作成し、3日目、5日目に腎臓を摘出した。この結果、アリストロキア酸を投与したマウスは高度な腎間質障害を主体とする急性腎障害を呈した。これにより、アリストロキア酸による急性腎障害モデルマウスが作成された。・PPAR活性化を介した腎臓でのL-FABP発現を増強する化合物を用い、これを先のモデル作成5日前から連日投与した。PPAR活性化により、L-FABP発現が増加すると予想していたが、結果はL-FABP蛋白発現は個体差が大きく、有意なものではなかった。また、腎組織のL-FABP mRNA発現も評価したが、有意な発現誘導が起こらなかった。腎臓病は、進行すると末期腎不全となり腎代替療法が必要となるばかりか、心血管疾患の危険因子であるそのため、新しい腎疾患治療薬の開発は喫緊の課題である。私たちは、腎臓の近位尿細管に発現するL型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)に注目し、その腎保護作用を明らかにしてきた。特にアリストロキア酸投与による腎障害モデルでは、L-FABP発現により血清クレアチニンが有意に低下し、腎臓障害が有意に軽減された。そこで、L-FABP発現増強を起こす化合物を合成し、アリストロキア酸腎障害モデルにおえる有効性を明らかにすることを目的に研究を行った。アリストロキア酸腎障害モデルは、アリストロキア酸5mg/kgを5日連続腹腔内投与し作成する。投与開始3, 5日後に腎臓を摘出した。L-FABP発現増強を起こす化合物として、私たちはpreliminaryにいくつかの化合物を細胞実験で検討した結果、もっとも腎臓でのL-FABP発現を増強した化合物Aを見出した。それをアリストロキア酸投与5日前からアリストロキア酸投与終了時まで経口投与させた。細胞レベルでは、化合物Aの添加によりL-FABP発現は増加したが、動物モデルでは、化合物AによるL-FABP発現の有意な増加は生じなかった。そこで、L-FABP蛋白の精製を行い、L-FABPレコンビナント蛋白による腎保護効果を細胞レベルで確認する事にした。細胞に腎障害ホルモンであるアルドステロン(ald, 10nM)を添加し、L-FABPレコンビナント(67μg/ml)による細胞障害(MCP-1発現)の抑制効果を検討した。

Ald添加4, 16時間後の細胞からRNA抽出し、MCP-1遺伝子発現を検討した結果、16時間では、レコンビナント添加によりMCP-1遺伝子発現が抑制された傾向にあった。今後は、L-FABPレコンビナントの合成量を増やし、in vivoでの検討を行う。腎臓病学平成24年度の検討において、L-FABPの発現を増強すると予測していた化合物での検討において、十分な発現誘導が起こらず、組織評価まで進むことができなかった。また今年度のL-FABP蛋白精製も、vivoでの実験に必要な蛋白量が精製できておらず、今後、近位尿細管細胞を用いたvitroの研究に切り替えることを考えている。L-FABPの発現を増強すると予測していた化合物での検討において、十分な発現誘導が起こらず、組織評価まで進むことができなかった。平成25年度に大量のL-FABP蛋白精製を考えていたが、vivoでの実験に必要な蛋白量が精製できておらず、今後、近位尿細管細胞を用いたvitroの研究に切り替えることを考えている。PPAR活性化を介してのL-FABP発現誘導が十分ではなかった。そのため、L-FABPリコンビナント蛋白の精製とその投与実験を検討する。十分なL-FABP蛋白精製ができなかったことと、マウスでのvivoの検討ができなかったため、使用予定の物品購入ができなかった。次年度、マウス近位尿細管細胞を用いたL-FABP添加による細胞障害軽減作用を検討する。その際の物品購入費に使用する予定である。
長鎖ノンコーディングＲＮＡを介した遺伝子発現制御による霊長類特異的脳機能分化

げっ歯類と霊長類の間では、ほとんどの遺伝子セットを共通に利用していながら、脳の形態・機能的な違いは明らかであり、その違いを生み出す分子メカニズムについてはほとんど分かっていない。そこで、タンパク質コード遺伝子と比べて種間多様性に富むnoncoding RNAに着目し、特にエピゲノム変化を生み出す能力のあるpromoter-associated noncoding RNA (pancRNA)群が脳の多様性創出に寄与しているのではないかと考えた。本研究ではRNA依存性遺伝子活性化機構に着目することで、種にしたがった脳神経機能獲得の分子基盤を明らかにすることを目的とした。本課題の骨子である、種特異的pancRNAの機能検定を強力に推進する技術の確立について、pancRNAの影響解析に用いるため、大脳皮質三次元培養法の構築を試みた。マウスES細胞を用いてNature protocolの手法にWnt阻害剤と細胞外マトリックスを培地中に添加する方法を組み合わせたところ、大脳皮質の層マーカーが脳室帯、脳室下帯、皮質板という順に層構造を形成していることを確認することができた。またヒトiPS細胞についても、胚様体を形成し、神経誘導後マトリゲルに埋め込み、神経の増殖、成熟を行うことで層構造を形成し、培養日数が経過するにつれて各層の厚みが増していくことが確認できた。これらの結果から、大脳の発生過程をマウス、ヒトともに模倣することに成功した。またマルチ電極アレイ細胞外電位記録システムを用いて脳オルガノイドの神経活動の計測にも成功した。加えて、マウス胎仔期大脳のシングルセルRNA-seqデータから神経幹細胞におけるpancRNA-mRNAペアの発現をプロファイルするパイプラインも構築した。霊長類大脳オルガノイドと比較が可能となり、種特異的pancRNAの機能解析を強力に進めるための準備を整えた。本年度の研究より種特異的pancRNAによる大脳発生への影響解析を行う大脳皮質三次元培養法の実験系とシングルセル解析の解析パイプラインの構築が完成した。またCRISPR/Cas9システムを用いたES・iPS細胞へのゲノム編集の実験系も構築済みであり、おおむね順調に進展していると考える。公共のマウス及びヒト神経幹細胞のRNA-seqデータも統合することで、霊長類特異的に強い機能を期待できるpancRNAを効率よくピックアップしており、これによりCRISPR/Cas9システム、大脳皮質三次元培養法を用いたスクリーニングを迅速化したいと考えている。
鉄道車両モニタリング台車を活用した走行安全性の状態監視システム

本研究は,車輪・レール接触力を営業運転中に測定可能な鉄道台車による膨大な測定データを活用し,乗り上がり脱線に対する車両の走行安全性の低下や車輪・レール摩耗が懸念される急曲線を検出し,その要因の特定と対策の提案を支援するためのシステムを開発することにより,効率的で安全な運行の実現に貢献するための研究である.また,乗り上がり発生や車輪・レール摩耗には,通常は測定が困難な車輪・レール間の摩擦係数の影響が大きいため,本研究では車両運動シミュレーションを活用した摩擦係数の推定手法を提案する.本研究は,車輪・レール接触力を営業運転中に測定可能な鉄道台車による膨大な測定データを活用し,乗り上がり脱線に対する車両の走行安全性の低下や車輪・レール摩耗が懸念される急曲線を検出し,その要因の特定と対策の提案を支援するためのシステムを開発することにより,効率的で安全な運行の実現に貢献するための研究である.また,乗り上がり発生や車輪・レール摩耗には,通常は測定が困難な車輪・レール間の摩擦係数の影響が大きいため,本研究では車両運動シミュレーションを活用した摩擦係数の推定手法を提案する.