hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地域在住後期高齢者における余暇活動と認知機能維持の因果関係に関する長期追跡調査

本研究では、地域高齢者における余暇活動の認知症予防効果を検討することを目的として以下の結果を得た:(1)余暇活動と認知機能維持の関連について検討したところ、趣味を行う高齢者は認知機能が低下しにくいことが明らかとなった。(2)余暇活動と生命予後の関連について検討したところ、趣味を頻繁に行う者、ボランティア活動を行う者は生命予後が良好であることが明らかとなった。(3)地域高齢者における余暇活動の実態を把握するための全国調査を行い、58項目の余暇活動の実施者の割合について明らかにした。欧米では、読書やパズルなどの余暇活動を頻繁に行う高齢者は、認知症の発症リスクが低いことが報告されている。本研究は、日本の地域高齢者における余暇活動と認知機能維持ならびに生命予後の因果関係を検証することを目的とした。(1)余暇活動と認知機能低下の関連:都市部に在住する地域高齢者567人(男性285人、女性282人、平均年齢75.8±3.5歳、7084歳)を対象として、余暇活動と認知機能低下の関連について前向きコホート研究により検討を行った。追跡期間中にMini-Mental State Examination (MMSE)総得点が3点以上低下した場合を「認知機能低下」と定義した。多重ロジスティック回帰分析により両者の関連について検討した結果、趣味を行う高齢者は認知機能が維持されやすいことが見出された。一方、社会活動や運動習慣と認知機能維持の関連は見出されなかった。上記の成果を論文にまとめ英文誌に発表し受理された(Iwasa H et al. Journal of Psychosomatic Research 2012; 72: 159-164)。(2)余暇活動と生命予後の関連:農村部に在住する地域高齢者946人(男性380人、女性566人、平均年齢71.9±5.6歳、6591歳)を対象として、余暇活動と生命予後の関連について前向きコホート研究により検討を行った。追跡期間中に251人(26.5%)が死亡した。Cox比例ハザードモデルにより両者の関連について検討した結果、趣味、社会活動(ボランティア活動)を行う高齢者は生命予後が良好であることが見出された。一方、社会活動(老人クラブへの参加)、運動習慣と生命予後の関連は見出されなかった。本知見は、今後日本における、地域高齢者をターゲットとした「生きがい型」認知症予防の推進に資するものと考えられる。本研究は、本邦の地域高齢者における余暇活動と認知機能維持の因果関係を検証することを目的として、平成14年に行ったベースライン調査から10年後の長期追跡調査を実施することを目的とした。本研究の実施によって、地域高齢者における余暇活動と認知機能維持の因果関係について明らかにすることができ、後期高齢者をターゲットとした「生きがい型」認知症予防を今後本邦において強力に推進するために必要な科学的根拠が得られることが期待される。平成23年度は、(1)先行研究の収集・整理、(2)予備的解析結果の公表、(3)追跡調査の準備を中心に活動を行った。(1)先行研究の収集・整理:高齢者の余暇活動と認知機能維持に関する先行研究の網羅的レビューを行った。どのような余暇活動が認知症予防により効果が高いのか、余暇活動と認知機能維持の関連の機序、対象を後期高齢者や虚弱な高齢者に絞った場合にどの余暇活動を推奨するべきか等、について先行研究を収集し現在整理中である。収集した知見の一部は、予備的解析論文(後述(2))に記載した。(2)予備的解析結果の公表:これまでに行った5年間の縦断調査研究の予備的解析結果を論文にまとめ英文誌に発表し受理された(Iwasa H et al.Journal of Psychosomatic Research 2012; 72: 159-164)。趣味を頻繁に行う高齢者は認知機能が維持されやすいことが見出された。(3)次年度に実施する追跡調査の準備:ベースラインから10年後の追跡調査(訪問調査)を平成24年度に実施予定である。調査項目の整備、名簿情報の取得・整備、訪問調査員の訓練、等の準備を進めている。「(1)先行研究の収集・整理」は、やや目標達成が遅れている。文献の量が予想以上に多く、整理が遅れているためである。平成23年度中に国内誌にレビュー論文を投稿する予定であったが、もう少し時間を要する見込みである。収集した先行知見の一部は下記「予備的解析結果論文」に活用した。「(2)予備的解析結果の公表」は、予想よりも大幅に早く目標が達成された。

論文審査が予想を上回って順調に進み、年度内に受理・印刷されたためである。類似の知見は国内では希少であるため、今後は当該論文を国内外に宣伝していく予定である。「(3)次年度に実施する追跡調査の準備」は、概ね順調に進行している。訪問調査の実施時期をいつにするか情勢(調査の効率性、調査対象者の負担等)を見極めつつ検討している。平成24年度は、地域高齢者における余暇活動と認知機能維持の因果関係を明らかにするために、ベースライン調査から10年後の長期追跡調査を実施する。具体的な活動としては、(1)訪問面接調査の実施、(2)データ入力・解析、(3)調査対象者への結果報告等、(4)成果の公表・提言、を行う。(1)訪問面接調査の実施:平成14年実施調査に参加し平成24年にA区に在住する高齢者約500人を対象として訪問面接調査を行う。調査は調査会社に業務委託して行う予定である。調査実施に先立ち、住民基本台帳を閲覧し名簿情報の取得や調査票の印刷、調査員の訓練などを事前に行う予定である。なお調査参加者は400人(参加率80%)を想定している。(2)データ入力・解析:追跡調査で得られたデータの入力を業者に業務委託する。データの整理ならびに解析作業を研究協力者(アルバイト)と共に行なう。(3)調査対象者への結果報告:結果報告書の小冊子を作成・印刷し対象者宅へ郵送する。(4)成果の公表・提言:訪問面接調査の成果をまとめ、海外学会での発表や英文誌への論文発表を行う(アメリカ老年学会(サンディエゴ)に参加予定、Journal of Gerontology誌、American Journal of Geriatric Psychiatry誌に投稿予定)。また、研究成果をふまえ本邦における認知症予防への提言を行う。「(1)訪問面接調査の実施」に関して、住民基本台帳閲覧・名簿整備等のアルバイト賃金、調査票・挨拶状印刷業務委託費、対象者宅への挨拶状郵送費、訪問調査業務委託費を支出する予定である。「(2)データ入力・解析」に関して、データ入力業務委託費、データ整理・解析作業アルバイト賃金を支出する予定である。「(3)対象者への結果報告」に関して、結果報告書印刷費、冊子郵送費を支出する予定である。「(4)成果の公表・提言」に関して、学会参加費・旅費、論文作成費を支出する予定である。その他、文具、パソコンソフト等の消耗品費を随時支出する予定である。
ラフセット理論を活用した特許実務支援システムの構築

本研究では,特許公報実務支援システムとして,(1)特許公報の内容把握支援機能および(2)特許関連MAP作成支援機能を統合したプロトタイプシステムを構築した.本システムは,はじめに,専門家が分類付けした特許の要約から,特定の分類に出現する傾向がある語句を抽出する.次に,各特許におけるそれらの語句の出現と分類の対応から,ラフセット理論に基づき決定ルールを構築する.このルールを用い,未分類の特許の分類を行う.専門家と協力して行った評価実験においては,正解の分類を上位25%以内に,最低で49.7%,最高で76.6%を抽出した.今後の課題としては,抽出する語句の影響をいかに抑えるかが,あげられる.本研究では,権利調査などにおける特許公報処理支援を行うために,特許公報で述べられている,解決しようとする課題とその手段の候補を推定する手法について検討した.提案手法は,「分類出現語句情報抽出部」「文書ベクトル変換部」「分類推定部」からなる.「分類出現語句情報抽出部」では,専門家によって課題と手段ごとに分類された特許公報から,それらの分類を抽出するために有用と思われる語句とその重みを,分類出現語句情報として抽出する.語句としては,2語以内の名詞列,カタカナ文字列,専門用語などを抽出し,重みとしては,文書内の出現頻度,相互情報量,SO-PMIを用いる.「文書ベクトル変換部」では,分類出現語句情報をもとに,分類済み特許公報,対象となる新規特許をそれぞれ重みごとに文書ベクトルに変換する.「分類推定部」では,文書ベクトルや文書ベクトル間の類似度をもとに課題,手段の候補を推定する.推定では,文書ベクトルにおいて最大のものを候補とする方法と.他の文書ベクトルとのCos類似度,距離,カイ2乗分をもとめ,K-NNを用いて候補を決定する方法を用いた.専門家の協力のもと行った実験においては,一部を除けばランダムで選択するよりも高い値となった.このことから,提案手法は,有用に働く可能性があるといえる.重みに関しては,出現頻度に基づく重みとCos類似度の組み合わせが比較的よい結果となった.しかし,制度が低い場合があることや,ラベル数の偏りに影響が大きい結果となった.また,上記と平行し,K-NNと決定木学習,決定木学習とラフセット理論を融合した手法を提案し,その評価を行った.さらにこれらの手法を特許情報処理に適応する方法についても検討した.今後は,実験結果の分析による問題点の洗い出し,ラフセット理論や潜在的意味解析,適応フィードバックなども含めた推定方法の改善手法の提案,再実験による評価などを行う.平成27年度の計画において,(1)内容把握支援機能の構築,(2)特許関連MAP作成支援機能の構築,(3)商用ソフトウェアの調査,(4)特許公報の収集をあげた.このうち,(1)内容把握支援機能の構築については,実績概要で述べたように手法の提案,システムの構築し,専門家の協力のもとの評価を実施した.また,評価結果をもとに,問題点の洗い出し,改善手法の検討を行った.また(4)特許公報の収集についても,特許情報プラットフォームから入手を進めている.以上から(1)(4)は計画通り進行している.一方,(2)特許関連MAP作成支援機能の構築については,既存の特許MAPを調査するにとどまっており,(3)商用ソフトウェアの調査についても,Webサイトや紹介記事などのサーベイにとどまり,実際に運用までは進めていない.このことからこれらについては計画より遅れていると言える.以上のことから,自己評価としては,(3)やや遅れている。とする.本研究では,権利調査などにおける特許公報処理支援を行うために,特許公報で述べられている,解決しようとする課題とその手段の候補を推定する手法を2つ提案した.第1の手法では,専門家により事前に分類された特許公報の要約文における語句の出現情報をもとに未分類特許公報の分類を推定する.語句としては,形態素列,カタカナ列,英字列,専門辞書中の代表語のいずれかを抽出する.語句としては,課題・手段において傾向が違う事から,課題抽出用,手段抽出用それぞれを選出することとしている.また,分類のうち,出現特許が少ない特許をまとめて扱うことで精度向上を図る.専門家の協力のもとに行った評価実験においては,ランダムで選択した精度よりも高い値となったが,ラベル数の偏りに影響が大きい結果となった.上記の結果を踏まえ,特許を文書ベクトルに変換するのではなく,ANNを用いて分類モデルを構築し,それを用いる第2の手法を構築した.第2の手法では,専門家により事前に分類された特許公報の要約文における語句の出現情報をもとに機械学習手法で作成したモデルを用いて未分類特許公報の分類を推定する.専門家の協力のもとに行った評価実験においては,正解率は従来手法には及ばなかった.第1の手法と第2の手法を比較した結果,ベクトルの造り方に際があり,それが正答率が低くなった大きな要因となっていると考えられる.そのため,この点を解消する方法を検討している.平成28年度においては、研究協力者に助言をうけながら、複数の方法を構築、評価してきた。それらの成果を発表することは少なかったが、一定の結果を得ている。また、それらの結果に基づき、新たな観点を見つけるとともに、研究開発の進度が速い機械学習分野の手法を取りいれる準備も整えつつある。以上の点から、おおむね順調に進展していると評価する。代表的な知的財産情報である特許公報に対して,その情報を有効活用するために様々な処理が試みられている。

本研究の研究協力者である企業の知的財産部門に所属する専門家は,その特許が述べている解決を試みる課題と,それに対する手段の2つの面から特許公報の分類を行っている。この分類は専門家独自のものであり,請求項とは必ずしも一致していない。そのため,特許に付与されている国際特許分類コードなどの活用して行うことは難しい。また特許公報は膨大であるため,人手で行うのには負荷が大きい。これらのことから,ICTを用いた支援が求められている。以上の背景から,本研究では,特許公報で述べられている解決を試みる課題とそれに対する手段を推定する手法として,ラフセット理論を活用した手法を提案した。提案手法では,はじめに専門家が課題・手段を分類付けした特許公報の要約から,形態素解析を用い,語句(名詞および接頭詞,接尾詞の列)を得る。それらの語句のうち,特定の課題もしくは手段中に一定回数以上出現するものを抽出する。次にそれらの語句を条件属性,出現の有無を属性値,課題・手段をそれぞれ決定属性と見なし,ラフセット理論によりラフセット決定ルールを構築する。最後に求まったラフセット決定ルールを用い,新規特許の分類を行う。提案手法に基づき,Javaおよびライブラリを用いて実装したプログラムを構築した。このシステムを用い,専門家の協力のもと評価実験を行った。評価実験の結果,正答率としては一般的な手法であるナイーブベイズを用いた場合よりやや劣る結果となったが,適合率はナイーブベイズを上回る場合も見られた。このことから,本手法は一定の効果があると考えられる。今後の課題としては,構築された決定ルールの検証,適切なパラメータ抽出方法の検討,機械学習手法による決定ルールの改善が挙げられる。本研究では,特許公報実務支援システムとして,(1)特許公報の内容把握支援機能および(2)特許関連MAP作成支援機能を統合したプロトタイプシステムを構築した.本システムは,はじめに,専門家が分類付けした特許の要約から,特定の分類に出現する傾向がある語句を抽出する.次に,各特許におけるそれらの語句の出現と分類の対応から,ラフセット理論に基づき決定ルールを構築する.このルールを用い,未分類の特許の分類を行う.専門家と協力して行った評価実験においては,正解の分類を上位25%以内に,最低で49.7%,最高で76.6%を抽出した.今後の課題としては,抽出する語句の影響をいかに抑えるかが,あげられる.平成28年度以降については,(1)内容把握支援機能の構築・評価実験・改善,(2)特許関連MAP作成支援機能の構築,(3)商用ソフトウェアの調査,(4)特許公報の収集を行う.基本的に(1)内容把握支援機能の構築・評価実験・改善を中心に,それを補う形で(2)以降の内容を実施する.以下,各内容の説明を記す.(1)内容把握支援機能の構築・評価実験・改善は,これまでに作成してきた提案手法を平成27年度の知見に基づき改善する.また,当初計画の(5)評価実験,(6)システムの改善・再評価と融合し,専門家の協力のもと,ラフセット理論や潜在的意味解析を応用する手法の提案・構築を進める.(2)特許関連MAP作成支援機能の構築については,パテントマップについての調査を継続し,(1)と並行して実施する.基本的に(1)で構築していく機能の外部インタフェースとしての実装を目的とする.(3)商用ソフトウェアの調査においては,いくつかの候補から一つ以上を選択し,実際利用を行う.
歯周組織のメカニカルストレス応答機構に関する系統的研究

力学的振動刺激が治療に有効であることが整形外科、歯科領域で報告されている。これまで、振動刺激がマウス骨芽細胞用細胞MC3T3-E1細胞の骨芽細胞特異的転写因子Runx2、Osterixおよび骨形成分化マーカー遺伝子Type I Collagen、Alkaline PhosphataseのmRNA発現を上昇することを示した。しかしながら、上記の現象を引き起こすシグナル伝達分子や、振動が細胞骨格の変化、および分化後期の遺伝子発現に関しては不明な点が多い。そこで当該年度においては、振動によってタイプIコラーゲンコーティングしたシリコーン膜上に生じるひずみ計測を定量に行いつつ、振動刺激によるMC3T3-E1細胞の骨形成マーカー遺伝子発現、細胞骨格の免疫染色による変化の解析、骨芽細胞分化に関わるシグナル伝達分子のリン酸化の有無を解析した。結果として、1日あたり30分の振動刺激(周波数60Hz,振動加速度5 m/s2)を2日間行った細胞におけるOsteocalcinの遺伝子発現は、刺激を加えない細胞に比べて有意に上昇した。また、同条件の振動刺激を3日受けた細胞において、明らかなアクチンストレスファイバーの増大が見られた。さらに振動刺激負荷後にMitogen-activated protein kinasesの一つであるextracellular signal-regulated kinase 1/2(ERK1/2)の一過性のリン酸化の亢進が認められた。また、ERK1/2のリン酸化はU0126によるMEK1/2の阻害により抑制された。これらの結果より、振動刺激による骨形成分化がERK1/2シグナル伝達経路の活性化およびアクチンストレスファイバーの増大を伴い促進されることが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、歯周組織に機械的な振動刺激を加えることによって歯の矯正治療にかかる時間が短縮させられることが示唆されており、その現象解明が求められている。しかしながら、振動刺激が歯周組織を賦活化する研究報告例は決して多くはないのが現状であり、現象解明には振動周波数、振動加速度といった具体的なパラメータを制御した環境を用意し、実際に細胞が受ける微小な振動(ひずみ)を定量しながら調査をする必要がある。そこで本年度は、上記の課題を解決するためにin vitroにおいて振動刺激負荷装置の設計・開発を行い、マウス骨芽細胞様細胞MC3T3-E1細胞に振動刺激を加え、その遺伝子発現を解析した。細胞の培養には、生体に近い材料であるシリコーンゴムをtype 1 collagen (Col-1)でコーティングした系を用いた。Col-1コーティングしたシリコーンゴム上にストレインゲージを接着し、細胞が培養表面で受ける微小なひずみをμストレインレベルで正確に測定することに成功した。その結果、ひずみは振動加速度依存的に線形に変化することが明らかとなった。次に、MC3T3-E1細胞をCol-1コーティングしたシリコーンゴム上に培養し、本研究で確立した振動刺激負荷装置によって刺激を加えた結果、振動周波数、振動加速度がそれぞれ60Hz、および5.0m/S^2の条件下においてRunx2、Osterix、Col-1、AlkalinePhosphataseの遺伝子発現が上昇することが示唆された。この振動刺激はcell viabilityに影響を与えなかった。以上の研究により、in vitroにおいて、振動刺激による骨芽細胞の分化および骨形成マーカー遺伝子発現上昇が誘導されるという新たな知見を得ることができた。歯周組織への機械的な振動刺激負荷によって歯科矯正学的歯の移動速度が増加することがこれまで報告されてきた。しかしながら、本現象のメカニズムは依然不明な点が多く、メカニズムの解明には振動によって歯周組織に存在する細胞群がどのレベルの微小な変形を受けるかを詳細に検討する必要がある。昨年度に得られた研究結果においては、Type 1 Collagen(Col-1)コーティングしたシリコーン膜(円形)上にストレインゲージを接着し、振動下におけるひずみ測定を行うことでμストレインレベルのひずみを計測することに成功したが、ひずみの主方向やシリコーン膜の場所によるひずみの変化に関する実験が不十分であった。そこでひずみの主方向をロゼットゲージを用いて求め、さらにひずみの分布を調べた。結果、主ひずみはシリコーン膜が描く円の中心を通る方向であり、ひずみの振動波形の位相は位置によって逆になった。このような実験系において、マウス骨芽細胞様細胞MC3T3-E1細胞をシリコーン膜上に培養し、Runx2、Osterix、Col-1、Alkaline Phosphatase遺伝子発現の変動をリアルタイムPCR法で調べたところ、加速度に依存した変動が認められ、振動加速度による骨芽細胞の分化の制御可能性が示唆された。また、in vivoにおける歯槽部の血管が受ける振動刺激の影響に関する研究については、マウスの歯槽部の血管をイメージングする予備実験を終了した段階である。

そこで当該年度においては、振動によってタイプIコラーゲンコーティングしたシリコーン膜上に生じるひずみ計測を定量に行いつつ、振動刺激によるMC3T3-E1細胞の骨形成マーカー遺伝子発現、細胞骨格の免疫染色による変化の解析、骨芽細胞分化に関わるシグナル伝達分子のリン酸化の有無を解析した。結果として、1日あたり30分の振動刺激(周波数60Hz,振動加速度5 m/s2)を2日間行った細胞におけるOsteocalcinの遺伝子発現は、刺激を加えない細胞に比べて有意に上昇した。また、同条件の振動刺激を3日受けた細胞において、明らかなアクチンストレスファイバーの増大が見られた。さらに振動刺激負荷後にMitogen-activated protein kinasesの一つであるextracellular signal-regulated kinase 1/2(ERK1/2)の一過性のリン酸化の亢進が認められた。また、ERK1/2のリン酸化はU0126によるMEK1/2の阻害により抑制された。これらの結果より、振動刺激による骨形成分化がERK1/2シグナル伝達経路の活性化およびアクチンストレスファイバーの増大を伴い促進されることが示唆された。昨年度の研究成果を論文としてまとめて投稿し、学会においても発表を行った。さらに今後の研究を行う上でも必須である実験装置の改良を行い、振動によって生じたひずみの主方向や位置による大きさの変化を詳細に検討した。今後の研究を行う上でも必須の環境を整えたといってよく、これからは申請者が既に習得している通法に従った研究を行うことで計画が予定通りに進むものと考えられる。以上からおおむね順調に進展していると判断する。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究によって振動刺激によって生じる細胞培養面のひずみの様相が明らかとなった。この結果から、正確な振動入力を細胞に加えることが可能となったため、初年度、振動刺激による骨芽細胞の分化および骨形成マーカー遺伝子の発現上昇が確認されたひずみの値を参考に振動パラメータを決定し、まずは骨芽細胞への振動負荷実験を実施することが重要である。さらに振動刺激が何らかの生化学的なシグナル伝達を通して骨芽細胞に作用することが考えられるため、代表的なシグナル伝達物質の同定を重要視した研究を行っていく予定である。また、in vivoにおける歯槽部の血管が受ける振動刺激の影響に関する研究については、昨年度実施した予備実験を参考に振動刺激下におけるマウス歯槽部の血管内の応答を流体力学的に解析し、振動刺激による歯の移動速度の促進との関連を調べる。申請者は当初の予定に従い、in vitro系における実験装置の設計・開発に重点を置いて研究を進め、装置の開発とひずみ測定を達成した。その後、本年度の予定以上に研究を進め、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を培養し、刺激を負荷した。さらにリアルタイムPCR法による遺伝子発現の解析やviability assayを行うことができている。その結果、これまで報告されていない結果を得るに至り、現在論文投稿中の段階にまで到達している。
元頼本系統謡本の基礎的研究

本年度は、世阿弥の「脇の能」の中から「弓八幡」と「難波梅」の二作品を選び、諸本調査を踏まえて検討を加え、別記記載の二論文にその成果をまとめることができた。世阿弥作の能の中から上記の二作品を選んだのは、「弓八幡」は『申楽談儀』の記述から、「難波梅」は自筆本の年記から、その成立年代の下限が設定でき、おおよその成立年代の特定が可能であるためである。ジャンルを同じくする二作品の成立年代を足がかりとして他の作品の成立も考察可能となるであろう。「弓八幡は、従来、足利義教、もしくは義持の将軍就任を祝って作られたものと考えられてきたが、作品の検討により、称光天皇即位の祝儀能として作られたのではないかという仮説を提示した。「難波梅」については、自筆本の表記が他の署名本と趣が異なる点、古今注、舞楽説話の摂取法の比較から、同種の「脇の能」の中でも、早い時期に成立した作品ではないかと推定した。世阿弥自筆本をめぐる問題は、これまでの諸本比較の蓄積をふまえて、今後、継続して研究していくことになるであろう。
偏光画像解析を用いた時間変動ひずみ分布測定法の確立

光干渉法および光弾性法において, 1枚の画像から縞模様を解析し必要な情報を抽出することで応力・ひずみ解析を行う方法を提案する.この方法では,干渉計や偏光器から現れる光を2枚のサバール板, 1/2波長板および検光子から成る偏光解析光学系により解析する.これによりストークスベクトルの分布を得ることができる.光弾性縞や干渉縞の位相値はそのストークスベクトルから算出する.この提案する方法の有効性を検証するため,実際に光学系を構築し,干渉縞および光弾性縞の解析を行った.その結果, 1枚の画像からそれら縞画像の解析が可能であることを示した.光干渉法および光弾性法において, 1枚の画像から縞模様を解析し必要な情報を抽出することで応力・ひずみ解析を行う方法を提案する.この方法では,干渉計や偏光器から現れる光を2枚のサバール板, 1/2波長板および検光子から成る偏光解析光学系により解析する.これによりストークスベクトルの分布を得ることができる.光弾性縞や干渉縞の位相値はそのストークスベクトルから算出する.この提案する方法の有効性を検証するため,実際に光学系を構築し,干渉縞および光弾性縞の解析を行った.その結果, 1枚の画像からそれら縞画像の解析が可能であることを示した.本研究では,これまでのモアレやスペックルなどの干渉計に偏光ビームスプリッタ,波長板,偏光子などを追加することで偏光干渉計とし,干渉計から現れる光の偏光成分をサバール板や偏光を利用した高学制を利用して解析することで干渉縞の位相値を1枚の画像から決定する.すなわち,この方法で従来の位相シフト法と同等のデータを1度の撮影により得ることを目標とする。本年度は,まずレーザ光源,サバール板,偏光子,波長板などの光学素子を利用して偏光測定装置を構築した.次にこの測定装置で得られるデータ(画像)から偏光状態を表すストークスベクトルを抽出する方法,およびそこからさらに光弾性縞や干渉縞の位相値を求める方法を考案した。また,種々の予備実験を通じて,提案する方法においてはサバール板の存在により生ずる縞模様の解析のためにキャリブレーションが重要であることがわかり,キャリブレーション法を新たに考案した.考案した方法を実現するため,実際にデータ解析プログラムを作成し,種々のシミュレーションおよび実験を通して提案する方法により1枚の画像からストークスベクトルの分布を得ることが可能であることがわかった.ストークスベクトルの値から光弾性縞模様や干渉縞模様の位相値を得ることが可能であることはすでにわかっている.そのため,この方法によりこれらの縞模様の解析が可能であり,時間変動問題へのこの方法の適用が可能となると考えられる.前年度までの研究により,1枚の画像からストークスベクトルの分布を得ることを可能とした.そこで,この方法により応力測定を可能とすることを目標とした.本年度は,まずマッハ・ツェンダー干渉計に2枚の偏光子を加えた特殊な光学系(測定光学系)を構築し,この光学系から現れる光を提案する方法により解析する方法を検討した.測定光学系から出た光は提案するサバール板や1/2波長板等を組み合わせた光学系(偏光解析光学系)に入射する.偏光解析光学系を出た光はCCDカメラにより撮影される.この画像をフーリエ変換することで測定光学系を出た光のストークスベクトルを取得し,さらにそこから測定光学系による干渉縞の解析を行った.マッハ・ツェンダー干渉計を用いると透明な試験片の主応力和の値を得ることができる.そこで,き裂材の試験片の主応力和の測定を行い,さらにそこから応力拡大係数を求めることで得られた値が妥当であることを示した.次に光弾性法に対して提案する方法を適用した.光弾性法の光学系(測定光学系)から現れる光は,提案する偏光解析光学系に入射し,さらにその光をCCDカメラにより撮影する.得られたストークスベクトルから,等色線および等傾線の位相値の解析を行い,主応力差および主方向を評価した.その結果,等色線の解析は可能であるが,等傾線の測定結果には誤差が多く含まれることが分かった.等傾線は従来の方法でも精度よく測定することは困難であることが知られている.今後,高い精度での測定を可能とするためには工夫が必要である.以上の研究により,1枚の画像から光弾性縞模様や干渉縞模様の位相値を得ることが可能であることを示した.
システム同定理論を用いた補償入力の生成に関する研究

制御性能が劣化するとコントローラの再設計が図られるが,組み込まれたコントローラを改変するのは容易ではない.本研究では,試験信号を一度だけ入力して,その出力波形を観測し,部分空間法で用いるLQ分解を行うことで,劣化した性能を補うための補償入力を生成するアルゴリズムを導いた.本手法はシステム同定法の応用であるため,未知なシステムでも容易に制御性能が改善できるようになった.制御性能が劣化するとコントローラの再設計が図られるが,組み込まれたコントローラを改変するのは容易ではない.本研究では,試験信号を一度だけ入力して,その出力波形を観測し,部分空間法で用いるLQ分解を行うことで,劣化した性能を補うための補償入力を生成するアルゴリズムを導いた.本手法はシステム同定法の応用であるため,未知なシステムでも容易に制御性能が改善できるようになった.制御器が予期した通りの性能を発揮しないとき,通常は制御器の再設計が行われる.しかし制御器が組み込まれた後で改変することは容易ではないので,外部から補助的な信号を印加することで,システム全体として設計仕様を満足させるような技術を開発する.システムのモデルが既知のときは2自由度制御系などの方法が知られているが,本研究ではシステムが未知の場合を取り扱っている点が特徴である.未知システムの性能を,入力信号を補償するという観点で改善するには,まず未知システムがどのような過渡特性を有するのかを調べる必要がある.そこでシステムに一度,検査信号を印加して出力特性としての信号を取得する.こうして得られた入出力信号を用いて構成したHankel行列に対してLQ分解を施すことで,一対の入出力信号から複数の入出力信号対を生成することが可能となった.さまざまな検査信号を印加して出力信号を取得する方法でも同様の結果が得られるが,制御対象が未知なのでシステムを複数回攪乱することは好ましいとは言えない.しかし,提案した手法を用いれば必要最低限の一回のみの試験で,複数の試験を行ったのと同様の結果を得ることができるになった.一方,線形システムの性質としてある入力の線形和を入力すると,出力はそれらによる応答の線形和となることが知られている.システムの出力が既定の値を満たさないとき,既定値との差によって補償すべき波形を決定することができる.この出力波形を計算機上で生成した入出力信号対の出力信号の線形和で構成すれば,それから印加すべき補償入力を逆算することが可能となる.そこで信号を足し合わせる割合を,線形計画法を用いた最適化によって決定し,その割合によって補償入力を生成する方法を採用した.これらの方法の有効性をMATLABを用いた数値シミュレーションで確認した.制御系が経年劣化などで望ましい挙動を示さないとき,通常は制御器の再設計が行われるが,組み込みシステムでは制御器の再設計は困難なことが多く,仮に可能な場合でも劣化が制御対象に由来するのでパラメータの再同定が必要となる.本研究では同定で用いる検査信号を印加し,その応答信号を解析することで,設計仕様を満足するような入力信号の補償法を開発している.この方法は従来の2自由度制御器とは異なり,未知なシステムに対しても適用できる点が特徴である.昨年度はN4SID法を用い,1回の同定実験で得られた入出力信号で構成されるHankel行列をLQ分解することで,複数回の同定を行ったのと同等の仮想的な入出力信号が生成できることを明らかにした.しかし,この方法ではk個の基底信号を生成するのに5k-1点と,多量のデータ点数が必要であった.そこでMOESP法を用いることで必要なデータ点数の削減を行う.MOESP法を用いた場合も,Hankel行列を用いて行列入出力方程式により入出力関係を定義することができるが,これには可観測行列と未知な初期状態行列との積で表される零入力応答の影響が混在するため,LQ分解のL行列からは純粋な入出力信号を生成することができない.そこでこの問題の解決に取り組んだ.まずL行列の各ブロック行列を用いて行列入出力方程式を定義する際に,部分空間同定ではシステムの次数nの決定に用いるブロック行列を前述の可観測行列とみなし,これと適当なパラメータ行列との積で零入力応答が再現できることを明らかにした.つぎにL行列が下三角行列であることを利用してパラメータ行列を簡単な逆行列演算で推定する手法を導いた.こうして2k+3n-1点のデータ点数でN4SID法と同様の基底信号を生成できることを明らかにした.本成果により,従来の半分以下のデータ点数で補償入力を設計できるようになった.
ヒストン修飾から見る運動の抗老化メカニズムの解析

運動の抗老化メカニズムをヒストン修飾変化の観点から調べた。加齢および運動実験群のラットを調べた結果、腓腹筋のヒストンH3の4番目リシンのジメチル化は加齢により減少した。運動による変化は調べた部位では見られなかった。腎臓のヒストンH3では9番目リシンのアセチル化と10番目セリンのリン酸化の加齢による増加が見られた。腎臓のmRNA発現量の加齢変化を調べたところ、炎症関連遺伝子の増加が見られ、その遺伝子近傍には9番目リシンのアセチル化が多く存在していることがわかった。本研究では運動の抗老化メカニズムを調べるため、ラットを用い、ヒストン修飾に焦点を絞った研究を行っている。(1)加齢に伴い筋肉をはじめとした様々な組織中のヒストン修飾が変化するか、(2)運動によりその変化が影響を受けるか、(3)加齢及び運動によりどの遺伝子上にあるヒストンが変化しているのか、以上の3点を明らかにすることを目的としている。本年度はラットの飼育と運動および筋肉についての解析の一部を行った。加齢実験群(9と27ヶ月齢)および運動実験群(25.5ヶ月齢の運動群、非運動群)のラット腓腹筋の核から酸抽出によりヒストン画分を調製した。ヒストン修飾体量は部位特異的抗体を使用しウエスタンブロット解析を行った。運動は二ヶ月間(23.5→25.5ヶ月齢)、週4回月、火、木、金に60分間/日のトレッドミル運動を行った。ヒストンH3の修飾体について解析を行った結果、ヒストンH3全体のアセチル化(部位非特異的抗体使用)は加齢により減少した。また、ヒストンH3の4番目のリシンのジメチル化およびH3の9番目のトリメチル化は加齢により減少した。9、14番目のリシンのアセチル化、10番目のセリンのリン酸化には加齢による有意な変化は見られなかった。これら修飾には運動による影響は見られなかったが、H3の9番目のジメチル化は運動により増加が見られた。ヒストンのメチル化にはモノ、ジ、トリの3段階が存在し、修飾を受けるアミノ酸の位置によって転写活性化(K4、K36、K79など)および抑制(K9、K27など)と複雑な制御を受けていることが知られている。加齢や運動に伴うメチル化の変化は転写に影響を与えている可能性がある。現在、加齢または運動で発現が変化する遺伝子をmRNAレベルで調べるため定量的RT-PCRの準備およびどの遺伝子上に存在するヒストン修飾が変化しているかを調べるためクロマチンIPと定量的PCRの準備を進めている。本年度はラットの肝臓、腎臓のヒストン修飾の加齢変化および腎臓のmRNA発現の加齢変化について解析した。加齢実験群(9と27ヶ月齢)の肝臓、腎臓の核から酸抽出によりヒストンを得た。ヒストン修飾体量は部位特異的抗体を使用してウエスタンブロット解析により定量した。mRNAはRNeasy Plus Kitを用いて組織より抽出し、各遺伝子の発現量をリアルタイムPCR法にて定量した。肝臓ヒストンを調べたところ、ヒストンH3の9,14,27,56番目リシンのアセチル化には変化が見られなかった。しかし、NAD依存性ヒストン脱アセチル化酵素であるSIRT1を調べたところ加齢により増加傾向が確認された。SIRT1はヒストン以外のタンパク質の脱アセチル化に関わっており、他の部位のヒストンアセチル化やヒストン以外のアセチル化タンパク質に変化が生じている可能性がある。腎臓ヒストンを調べたところ、ヒストンH3の10番目セリンのリン酸化の増加が確認された。腎臓のmRNA発現量の加齢変化を調べたところ、カタラーゼの減少、TGF-β1とアクアポリン2の増加が見られた。ラットは加齢に伴い腎障害を起こすことが知られており、その原因の一つに炎症が考えられている。リシン10番目のリン酸化は炎症関連遺伝子の発現制御に関与している報告があり、サイトカインの一つであるTGF-β1もその制御下にある可能性がある。現在、運動に対するヒストン修飾の変化およびヒストン修飾と遺伝子発現との関係をクロマチン免疫沈降法により調べている。
診断対象臓器の3次元可視化とB-prologを用いた知的診断支援インターフェイス

現有のスクラムネット上の8台のPCを用いて,B-prologの実行,医療データーベース管理の基本システムを作成した.まずB-prologによってVolumePROと画像処理関数と知識処理を管理し、医師にとって利用しやすいユーザーインターフェイスを構築した。2台のディスプレイを用いてVolumePROによるCT画像の3次元表示(視点設定,部分ボリュームの指定など)と診断・検査支援インターフェイスを作成した.インターフェイスから入力された指令を,VolumePRO/B-prologに伝達し,医師が希望する3次元表示を画像処理の進行と並行して可視化する機能を実現した.臓器横断的な診断を行うには,個々の臓器の抽出が不可欠であるが,目標臓器の存在範囲の推定するために,第1椎骨の特異形状と椎間板を検出する手法を開拓した.スライス画像処理に於いて、異なる臓器に属する領域の濃度や統計量が酷似している場合,それらは単一の領域と誤認される。そこで,隣接する臓器に関する知識を利用して連続する他のスライス画像を参照することによって分離が可能と考え,スクラムネットを利用した並列画像処理のメカニズムを実現した。ボクセルメモリーの読み書きは秒間30回に限られるため、適当な部分ボリュームをスクラムネット上に展開して、領域分割計算など部分ボリュームの評価を並行処理すると同時に、その計算対象の処理結果を実時間描画する。しかし,B-prologで記述された臓器に関するルール(当該臓器に関する形状,、体積,位置などを含む知識)と患者についての情報(例えば、造影剤の有無、患者の特異条件)を適用することにより、処理対象臓器の種別判定をスクラムネット上のスライス画像の並行処理により行うことは未達成である.現有のスクラムネット上の8台のPCを用いて,B-prologの実行,医療データーベース管理の基本システムを作成した.まずB-prologによってVolumePROと画像処理関数と知識処理を管理し、医師にとって利用しやすいユーザーインターフェイスを構築した。しかし,B-prologで記述された臓器に関するルール(当該臓器に関する形状,、体積,位置などを含む知識)と患者についての情報(例えば、造影剤の有無、患者の特異条件)を適用することにより、処理対象臓器の種別判定をスクラムネット上のスライス画像の並行処理により行うことは未達成である.
電気・情報系学生に対するイメージトレーニングによる実践的創造性向上の研究

本研究は電気・情報系学生に対するイメージトレーニングによる実践的独創性向上を目的とする。創造性は右脳能力に影響される。右脳は画像認識能力を司る部分であり、画像認識能力と創造性能力の相関を調べた。対象学生は電気電子・システム工学科3年生、4年生に実施した。実施方法は3分間、3次元モデル(生物及びメカニズムの、飛ぶ、走る、泳ぐ機能を持つもの)を観察させる。10分間、モデルを隠し、A4用紙に3面図を描かせる。再び3次元モデルを観察させ、3面図に赤で修正点を描かせる。3面図をコンピュータに取り込み、3次元モデルの面積及び重心位置を計測した。面積及び重心位置を画像データから抽出するソフトウェアは、カーネギーメロン大学の制作したCMVisionを参考に自作した。画像データを定量評価するため、重心位置及び面積比、S-A創造性テスト、5人の目視による3面図の3段階評価(優、良、可)を行い、相関係数を調べた。面積比とS-A創造性テストの相関係数はモデルにより面(正面、側面、上面)に違いがあることが解った。特に、詳細部分がなく塊として認識できる少数モデルに正の相関係数が0.7あった。複雑なモデル及び羽、翼等細く薄い部分があるモデルは相関係数が0.1以下となった。目視評価とS-A創造テストの相関係数は0.4となった。上記実験より特定モデルの側面の面積比を調べることにより、概算の創造性定量評価が可能である。また、描かれた三面図は同様のものをスケッチしたと思われないほどのバラエティに富んでいた。学生は形状の特徴点を短時間に覚える事の難しさ及び重要性を理解した。"絵を描くことが得意ですか"のアンケートに対し、5段階評価の平均は2.3であり、描画は不得意と言える。これはカリキュラム的に、機械、建築、環境系に比べ、製図、デッサン等が少ないことも影響している。
中国国民政府による農村建設政策の総合的研究

本研究では、福建省西部革命根拠地における土地革命が、地域の社会構造、特に同族結合にいかに規定されていたのかを検討した。民国期における軍事勢力の割拠と圧迫は、大宗族による弱小宗族への負担の転嫁という形態をとって地域社会内部での矛盾を激化させた。共産党による土地革命が実施された際には、現状に強い不満をもつ人々、すなわち強力な隣人から圧迫される弱小宗族の族人、または内部分化の激しい宗族の貧困層など、従来の宗族的結合による社会秩序からの庇護が薄い人々が共産党の工作に応える可能性を有していた。それとは逆に、既得権益を比較的多く持つ有力宗族内部では、共産党による農民の組織化は困難であった。また、被抑圧層を動員するためには、信頼を獲得し易い同族出身の共産党員が、宗族組織の内部から族人を教化・組織化する必要があった。その一方で、紅軍の軍事力によりソビエト区に組み込まれた地区では、外部の力で支配層の排除と土地分配が実施されたため、土地革命の進展や階級意識の涵養が表面的なものに止まりがちであった。結論として、族田に対する貧困層の均分要求や、伝統的な宗族間・地域間対立に根ざす怨恨が共産党員にうまく誘導された場合、同族結合は、暴動の初期段階において大衆を立ち上がらせる"革命の連帯"要素となり得る側面を有した。他方、こうした条件が整わない場合、同族結合は革命の"桎梏"となったのである。共産党が提唱した階級原理による社会統合は被抑圧層の支持を得る一方、伝統的規範意識と深く結びついた同族結合も強い生命力を持ち続けていたのである。研究の実施項目とその内容(1)「日中戦争時期、西北地区における水利灌漑建設と「自作農創設」に関する研究」本研究では日中戦争時期に水利灌漑設備の建設とその完成後の「自作農創設」が、複合的に試みられた甘粛省湟恵渠灌漑区の事例を検討する。戦時期の甘粛省では、農業水利の整備が精力的に推し進められた。しかし、土地生産力の向上は、土地投機による地権の集中を不可避とした。そこで、湟恵渠灌漑区では、水利灌漑設備の建設と「自作農創設」の実施とが、同時に追求されるべき複合的な課題として位置付けられた。本研究では、戦時期に国民政府が西北地区の経済建設を重視したという政治的背景にも留意しつつ、甘粛省湟恵渠灌漑区における土地政策の理念と実態を明らかにした。(2)「中華民国期、福建省西部における土地問題と国家に関する研究」福建省龍巖県は1920年代末から30年代初頭にかけて共産党根拠地の一部となった。またその後、国民党内では蒋介石系中央政府と一線を画す国民革命軍第十九路軍が同地区を占領すると、「計口授田」(人口割での土地分配)を実施した。このため、旧来の土地権利関係や小作制度が徹底的に破壊され、国民政府中央が龍巖県の統治を回復してからも、土地の権利や小作料納入をめぐる紛糾が長く続き、田賦の徴収も困難を極めた。こうした錯綜した土地権利関係を一旦白紙に戻し、政府の管理の下で土地秩序を回復するために、龍巖県における「自作農創設」が実施された。本研究では国民党と共産党による闘争の場となったという歴史的背景の下で、複雑な土地・小作問題が形成された龍巖県の社会状況にも注意を払いながら、国民政府による土地政策の実施状況を考察する。前近代中国においては国家の社会への直接統治は県レベルまでに止まり、村落レベルには非正規の公務人員である胥吏・郷村役及び在地紳士層を通じた緩やかな統治が及んだに過ぎなかった。しかし、近代以降西欧の国民国家体制の建設が中国においても喫緊の課題とされるに至って、村落レベルまでもが直接的・均質的統治の対象とされたのである。本研究は近代中国における国民国家の建設過程の実態を村落レベルまでの国家権力の浸透という側面から検討することを課題としている。平成16年度においては、戦時体制を構築するために村落レベルから人的資源・物的資源を効率よく吸い上げることが目指された日中戦争時期の農村政策を検討した。抗戦の大後方である西北地区甘粛省における農業建設では農業生産向上を目指し、水利灌漑建設が中国国民政府(中央政府)の梃子入れで実施された。しかし、中央政府からの資金導入で灌漑設備が建設されると、土地生産力の上昇にともなう地価の高騰、地主への地権の集中が大きな問題となった。これに対して国家は土地を有償で地主から買い上げ、実際に耕作する生産農民へ払い下げる自作農創設政策を導入した。この結果、農民は土地を分配され、引き続き水利組合に組織化された。このように日中戦争時期、抗戦体制の維持を至上命題とする国家は、農業生産性向上のために、基層の生産構造に介入したのである。しかし、甘粛省において中央政府が基層に支配を浸透させることには限界があった。すなわち当該地区では回教徒軍閥の勢力が強く、中央政府が全省にくまなく権力を行使することは難しかった。また、抗戦のための食料調達は農民に過大な負担をかけたため、大規模な叛乱が勃発した。以上の問題と困難を孕みながらも、抗戦体制の確立を試みた中央政府は、従来中央の勢力の及び難かった甘粛省において、基層からの農業建設、農民の組織化を実施し、不十分ながらも初歩的な成果を上げ得たのである。

こうした事実からは、近代中国における国家権力の社会への浸透の一側面が浮き彫りになったと考えられる。本研究では、福建省西部革命根拠地における土地革命が、地域の社会構造、特に同族結合にいかに規定されていたのかを検討した。民国期における軍事勢力の割拠と圧迫は、大宗族による弱小宗族への負担の転嫁という形態をとって地域社会内部での矛盾を激化させた。共産党による土地革命が実施された際には、現状に強い不満をもつ人々、すなわち強力な隣人から圧迫される弱小宗族の族人、または内部分化の激しい宗族の貧困層など、従来の宗族的結合による社会秩序からの庇護が薄い人々が共産党の工作に応える可能性を有していた。それとは逆に、既得権益を比較的多く持つ有力宗族内部では、共産党による農民の組織化は困難であった。また、被抑圧層を動員するためには、信頼を獲得し易い同族出身の共産党員が、宗族組織の内部から族人を教化・組織化する必要があった。その一方で、紅軍の軍事力によりソビエト区に組み込まれた地区では、外部の力で支配層の排除と土地分配が実施されたため、土地革命の進展や階級意識の涵養が表面的なものに止まりがちであった。結論として、族田に対する貧困層の均分要求や、伝統的な宗族間・地域間対立に根ざす怨恨が共産党員にうまく誘導された場合、同族結合は、暴動の初期段階において大衆を立ち上がらせる"革命の連帯"要素となり得る側面を有した。他方、こうした条件が整わない場合、同族結合は革命の"桎梏"となったのである。共産党が提唱した階級原理による社会統合は被抑圧層の支持を得る一方、伝統的規範意識と深く結びついた同族結合も強い生命力を持ち続けていたのである。
濃厚電解質水溶液の過冷却状態における分子ダイナミックス

昨年度までに明らかにしたLicl,LiBrそしてLiSCNの濃厚水溶液(LiclとLiSCNについては814mol/Kg,LiBrについては810mol/Kg)にみられる性質ーこれらの水溶液を100Kまでゆっくり冷却しても,100Kから加熱しても,もうすでに過飽和溶液になっているはずなのに,結晶析出や含氷晶形成を示さないーに注目し,これらの水溶液について室温と80Kの温度領域におけるNMR測定から分子運動の研究を行った。この測定に先立ち試料温度の制御装置の製作を行った。この装置は,設定温度の±0,05K以内に温度制御を行うことができた。特に分年度は^7Li-NMRの緩和機構を明らかにすること,低温度までの拡散係数の測定の力を入れた。このためにLi^+イオンに水分子が4個配位した13.8mol/Kg,Licl/H_2Oと12.3mol/Kg,Licl/D_2O試料についてのNMR測定をし, ^7Li核のNMR緩和機構が,核の四重極子相互作用によるものであることを明らかにした。この緩和の式は【numerical formula】で与えられ,式と測定値よりLi^+水和体の運動の相関時間を求めた。さらに,NMR装置のパルスプログラマーによって制御できるパルス磁場勾配発生装置を製作し,13.8mol/Kg,Licl/H_2Oと12.3mol/D_2OのLi^+イオンとH_2O分子の拡散係数の温度依存性を測定し,室温付近で個々に運動してしたLi^+イオンとH_2O分子が,220K以下の温度では結合して同一の運動することを確認した。
発生組織における時計の時空間動態:分節時計再同期の数理モデリング

本研究では、発生プロセスが発生時計のレジリエンスとロバストネスに及ぼす影響を明らかにする目的で、ゼブラフィッシュ分節時計の同期過程を解析した。Notchシグナルによる細胞間シグナル伝達を阻害する薬剤を処理し、細胞間の分節時計の同期を崩すと、欠陥のある体節が形成される。薬剤を除去してしばらくすると、正常な体節が再び作られる。これは分節時計の再同期が起きたためだと考えられてきたが、その詳細は不明であった。この過程を明らかにするために、昨年度は空間三次元の数理モデルを構築し解析を行った。その結果、再同期過程において渦状の位相パターンが組織後方に現れ、正常な体節が作られた後で再び欠陥のある体節を作ることを見出した。今年度は、構築した数理モデルを用い、薬剤除去後初めて正常な体節が作られるまでにかかる時間と、欠陥のある体節が再び現れなくなるまでにかかる時間が、発生ステージに応じてどのように変化するかを数理的に解析し、実験データとの比較を行った。発生とともに組織長は短くなり、また組織の伸長様式も変化する。数値計算によると、組織長の短縮は、欠陥のある体節が現れなくなるまでにかかる時間を短くする。また伸長様式の変化もこの時間に影響を及ぼす。一方、正常な体節が初めて現れるまでにかかる時間は、Notchシグナルが分節時計に影響を及ぼす強さに大きく依存することが分かった。まとめると、隣接細胞間相互作用によって生じる渦状位相パターンが、正常な体節ができた後に再び欠陥のある体節が形成される現象を引き起こす。この渦状位相パターンの動きは組織長や組織伸長によって決まるため、これらの組織パラメタは再同期過程に影響を及ぼしうる。本研究の結果は組織伸長や組織サイズの変化といった発生プロセスが、発生時計の摂動応答に影響を及ぼすことを示唆する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では細胞移動、分裂、組織変形といった発生固有のプロセスが、発生時計のロバストネスに及ぼす影響を明らかにする目的で、ゼブラフィッシュ分節時計の再同期過程を、数理モデルとイメージングデータをもちいて解析する。薬剤処理により細胞間相互作用を一過的に阻害すると、遺伝子発現リズムの同期が崩れ、欠陥のある体節が生じる。そこから薬剤を除去し細胞間相互作用を回復させると、しばらく時間が経過した後、正常な体節が形成される。この過程を数理モデルによって再現していくことで、再同期過程の研究を進める。今年度は、未分節中胚葉組織の三次元数理モデルを構築し、遺伝子発現リズムの再同期過程の数値シミュレーションを行った。構築したモデルは細胞間に働く物理的な力や細胞移動、未分節中胚葉組織の伸長過程を含み、さらに組織中での遺伝子発現パターンのダイナミクスを記述する。実験により、正常な体節が一度形成された後で再び欠陥のある体節が現れることが示されていたが、そのメカニズムは不明であった。そこで構築したモデルを用いて数値シミュレーションを行ったところ、未分節中胚葉組織後方で発生したローカルな渦状の位相パターンが、この現象を引き起こすことを明らかにした。また、組織の長さや細胞移動速度といった組織パラメタに対して、この位相パターンの生成頻度や再同期までにかかる時間がどのように依存するかを詳細に調べた。さらに数値シミュレーションから未分節中胚葉組織の伸長パターンが再同期過程に及ぼす影響を明らかにした。当初の計画通り、三次元数理モデルを構築することができた。一度正常な体節が回復した後、再び欠陥のある体節が現れてくる現象は、分節時計の再同期過程を理解する上で重要な鍵となる。その実験結果を、構築した数理モデルで再現できた。さらにその原因となる渦状位相パターンの動力学を、組織パラメタに対する依存性を調べることで明らかにすることができた。以上のことより、本研究は順調に進展していると判断した。

本研究の結果は組織伸長や組織サイズの変化といった発生プロセスが、発生時計の摂動応答に影響を及ぼすことを示唆する。(1)それぞれの発生ステージにおける組織伸長、細胞移動速度などの組織パラメタをイメージングデータから測定し、それらの定量データをシミュレーションで用いて分節時計再同期過程をより定量的に説明する。(2)本研究では薬剤処理によって細胞間相互作用を一過的に阻害することで分節時計のリズム同期を崩し、そこからの再同期過程を調べている。これまでの実験において、欠陥のある体節が現れなくなるまでにかかる時間が、薬剤処理をする発生ステージに応じて変化することが観察されている。この変化が、発生ステージ進行に伴った組織パラメタの変化で説明できるかどうかを、数値シミュレーションによって明らかにする。特に、未分節中胚葉の組織長の短縮、組織伸長パターンの影響に着目して解析を進める。(3)数理モデルからの予測では、組織後方で形成される渦状の位相パターンが、正常な体節のrecoveryを遅らせる。そこで分節時計のlive reporterを用い、組織内で渦状の位相パターンが実際に形成されるかどうかを検証する。(4)ゼブラフィッシュでは、細胞間相互作用が機能しない変異体や収斂伸長の変異体などがすでに単離されている。これらの変異体では野生型と比べて、組織パラメタが変化していると考えられる。そこで、変異体での分節時計の再同期過程を実験と理論の両方から調べ、モデルからの予測を検証する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。