hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
手術中における医用画像の可視化操作のためのジェスチャモデル構築とデータベース公開

本年度は,初年度の研究として当初の予定どおり,Kinectから手指形状の取得ならびに取得すべきジェスチャの決定,ジェスチャ撮影環境の決定を行った.さらに,本研究では,取得されたジェスチャがどの形状であるか,を高精度に認識するためのデータベースを構成した.この構成されたデータベースは次年度の深層学習においても利用することを目的としており,初年度だけでなく,さらにデータ数を増やしていく.ジェスチャ取得の環境は,Kinect V2を用いて正面と斜め上45度の静止画の2方向より,カラー画像とDepth画像(距離情報を画像の輝度値として表現する)の撮像を行った.また,ジェスチャの種類は,手のオープンをはじめ26パターンの種類を決定した.また,この撮像方法とは別で,Kinect V2と対象ジェスチャ間を正面のみ80cmとして,26種類のパターンでカラー画像とDepth画像の取得を行った.後者のジェスチャデータは,Kinect V2で撮像したジェスチャ間のデータにおける精度評価を行うこと,そして距離の違いからのジェスチャ推定の精度評価,撮像の精度評価が可能になる.この精度の評価について,手指形状を中心に顔形状も用いて,Kinect V2に対する計測精度の評価を行い,本研究のジェスチャデータの取得の確立とジェスチャデータベースの構築に進め,本課題の提案に対するDepthデータの取得・評価ならびにそのデータベースの有効性について解析を行った.2年目は,取得されたジェスチャデータを用いて実際に深層学習から手指形状の認識および環境の違いによる評価を行うことを予定している.本年度の研究では,当初の計画に従い,手術空間上で3次元臓器形状モデルの可視化操作を行う際に,対話操作を実現するための手指形状情報の取得,収集,解析,ならびにそのジェスチャデータベース構築を行った.本年度は特に,ジェスチャデータの決定とその撮像方法,評価についてを検討でき,概ね順調に進展している.手術空間での対話操作では,滅菌状態の維持ならびに機材持ち込みの状態を考慮すると,片手での対話操作実現は求められる.今回構築したジェスチャ情報は,すべて片手操作での実現が重要であり,本研究では,片手操作のジェスチャのパターンを考慮した26種類の決定を行った.また,ジェスチャ取得における距離の精度についての調査が重要である.この評価を行うため,別で正面80cmにおいて情報を取得し,実データと取得データ間における精度の評価・解析,可視化解析を行った.本年度に構築したデータベースは,上45度そして正面からのジェスチャである.今後この横方向π/4, 3π/4に対して,データの取得を行う.また,今回の評価より,Kinect V2では,TOFによる深度情報の取得を行っている.同時に確認された遮蔽の影響などに対する検証も重要である.また,取得・構築された手指形状のデータベースを用いて,深層学習による形状認識を行い,手術支援システムへの導入,そして,臨床現場での評価を行うことが重要である.本年度は,初年度の研究として当初の予定どおり,Kinectから手指形状の取得ならびに取得すべきジェスチャの決定,ジェスチャ撮影環境の決定を行った.さらに,本研究では,取得されたジェスチャがどの形状であるか,を高精度に認識するためのデータベースを構成した.この構成されたデータベースは次年度の深層学習においても利用することを目的としており,初年度だけでなく,さらにデータ数を増やしていく.ジェスチャ取得の環境は,Kinect V2を用いて正面と斜め上45度の静止画の2方向より,カラー画像とDepth画像(距離情報を画像の輝度値として表現する)の撮像を行った.また,ジェスチャの種類は,手のオープンをはじめ26パターンの種類を決定した.また,この撮像方法とは別で,Kinect V2と対象ジェスチャ間を正面のみ80cmとして,26種類のパターンでカラー画像とDepth画像の取得を行った.後者のジェスチャデータは,Kinect V2で撮像したジェスチャ間のデータにおける精度評価を行うこと,そして距離の違いからのジェスチャ推定の精度評価,撮像の精度評価が可能になる.この精度の評価について,手指形状を中心に顔形状も用いて,Kinect V2に対する計測精度の評価を行い,本研究のジェスチャデータの取得の確立とジェスチャデータベースの構築に進め,本課題の提案に対するDepthデータの取得・評価ならびにそのデータベースの有効性について解析を行った.2年目は,取得されたジェスチャデータを用いて実際に深層学習から手指形状の認識および環境の違いによる評価を行うことを予定している.本年度の研究では,当初の計画に従い,手術空間上で3次元臓器形状モデルの可視化操作を行う際に,対話操作を実現するための手指形状情報の取得,収集,解析,ならびにそのジェスチャデータベース構築を行った.本年度は特に,ジェスチャデータの決定とその撮像方法,評価についてを検討でき,概ね順調に進展している.手術空間での対話操作では,滅菌状態の維持ならびに機材持ち込みの状態を考慮すると,片手での対話操作実現は求められる.今回構築したジェスチャ情報は,すべて片手操作での実現が重要であり,本研究では,片手操作のジェスチャのパターンを考慮した26種類の決定を行った.また,ジェスチャ取得における距離の精度についての調査が重要である.この評価を行うため,別で正面80cmにおいて情報を取得し,実データと取得データ間における精度の評価・解析,可視化解析を行った.本年度に構築したデータベースは,上45度そして正面からのジェスチャである.

今後この横方向π/4, 3π/4に対して,データの取得を行う.また,今回の評価より,Kinect V2では,TOFによる深度情報の取得を行っている.同時に確認された遮蔽の影響などに対する検証も重要である.また,取得・構築された手指形状のデータベースを用いて,深層学習による形状認識を行い,手術支援システムへの導入,そして,臨床現場での評価を行うことが重要である.分担者1名の初年度の分担金について,代表者と分担者間での共同研究打ち合わせにおける諸交通費などへの使用を予定していた.しかし,研究遂行にあたり,同じ学会への参加で打ち合わせを行うことができるなど,スムーズな打ち合わせを展開できたため,繰越金額が発生した.2年目は,さらなる共同の論文投稿を計画している.したがって,密な研究成果の打ち合わせならびに論文別刷りが必要であり,それに充てる.
抗ガン剤スクリーニングのための水晶振動子センサーによる細胞活性評価技術の開発

平成25年6月6日現在機関番号:32692研究種目:基盤研究(C)研究期間:20102012課題番号:22550083研究課題名(和文)抗ガン剤スクリーニングのための水晶振動子センサーによる細胞活性評価技術の開発研究課題名(英文)Evaluationofculturedcell-activitybyquartzcrystalsensorsforscreeningofanti-cancerreagents研究代表者村松宏(MURAMATSUHIROSHI)東京工科大学・応用生物学部・教授研究者番号:20373045水晶振動子センサー上で細胞培養を行い、抗がん剤のスクリーニング技術に応用するため、装置の製作と測定条件の検討を行った。装置の製作では、CO2インキュベーター内に8チャンネルの水晶振動子センサーと小型カメラを組み合わせたシステムを完成させた。条件検討では、センサー上の細胞接着表面処理法を決定し、評価のための細胞濃度、細胞培養開始後の抗がん剤添加時期、評価の判断基準について明らかにした。本研究では、迅速、簡便に抗ガン剤のスクリーニングを行うための基盤技術の開発を目的としており、具体的には、水晶振動子センサーを用いて、培養細胞の状態をリアルタイムでモニタリングし、細胞の活性変化を検出することで、抗ガン剤の効果を効率的に調べる技術の開発を進めている。本研究の測定では、透明電極を形成した水晶振動子センサー上で細胞培養を行い、細胞の形態観察を行うとともに、水晶振動子センサーの共振周波数と共振抵抗測定を行い、細胞の状態変化の傾向を分析する。本研究では、(1)迅速、確実なスクリーニング技術を確立するためのチャンネル型の実験システムの構築、(2)評価実験における培養細胞の培養条件の明確化、(3)細胞変化の判定基準の明確化、(4)再現性向上技術の開発の4つの観点から検討を進めている。本年度においては、複数の水晶振動子センサーを同時に扱える多チャンネル型の装置を構築するため、CO2インキュベーター内で、最大8組の水晶振動子センサーの測定を可能とするマルチプレクサユニットを導入するとともに、水晶振動子上で細胞を培養するためのセルを製作し、顕微観察用の小型カメラを組み込んだ。また、本装置で、多チャンネルの顕微鏡観察を行うために、ビデオ信号および照明電源の切換装置を製作した。さらに、抗ガン剤のシスプラチン、5FUを用いたセンサー応答の測定を行うとともに、これと並行して、生死細胞数の計測、細胞骨格変化の観察を行った。これらの変化の仕方を解析した結果、抗ガン剤の種類に依存した変化を示しており、抗ガン剤の作用を反映していることが示唆された。一方、従来のコラーゲンコートに対して、化学修飾によって、アミノ基、カルボキシル基で表面を修飾した実験で、細胞が接着することを確認するとともに、水晶振動子を用いた実験によって、コラーゲンコートに比べて、化学修飾処理の方が、より大きな応答が得られることが確認できた。本研究では、迅速、簡便に抗ガン剤のスクリーニングを行うための基盤技術の開発を目的とし、水晶振動子センサーを用いて、培養細胞の状態をリアルタイムでモニタリングし、抗ガン剤の効果を効率的に調べる技術の開発を進めている。基本的な方法としては、透明電極を形成した水晶振動子センサー上で細胞培養を行い、細胞の形態観察と同時に、水晶振動子センサーの共振周波数と共振抵抗測定を行い、細胞の状態変化の傾向を分析する。本研究では、(1)迅速、確実なスクリーニング技術を確立するための多チャンネル型の実験システムの構築、(2)評価実験における培養細胞の培養条件の明確化、(3)細胞変化の判定基準の明確化、(4)再現性向上技術の開発の4つの観点から検討を進めている。本年度においては、実験システムの構築において、昨年度構築した多チャンネル測定システムにおいて、測定の安定性を計るため、測定セルの改良を行い、顕微鏡観察を同時に行うためのビデオ信号の切り換え回路をPCから自動的に動作させるためのプログラムを開発し、顕微鏡用の照明も同期させることで、自動的に連続測定が行えるようになった。さらに、抗がん剤のシスプラチン、5-FUや細胞毒性のある物質を用いて、実験を進め、抗がん剤については、高濃度の添加では、急激な細胞死による共振周波数の増加がみられ、低濃度の抗がん剤添加においては、濃度に依存して、細胞増殖の抑制による共振周波数減少の鈍化を確認した。

センサー上の細胞接着処理の最適化においては、従来のコラーゲンコートに対して、アミノシラン処理、グリシン修飾、オリゴペプチド修飾について、細胞接着力の評価を行うため、細胞を培養したプレートを緩衝液中で回転させ、回転半径によって異なる液体の流速によって細胞の接着強度を評価する装置を作製し評価を行った。この接着強度と水晶振動子センサー上での細胞接着における、変化量の両面から評価を進めた。本研究では、迅速、簡便に抗ガン剤のスクリーニングを行うための基盤技術の開発を目的とし、水晶振動子センサーを用いて、培養細胞の状態をリアルタイムでモニタリングし、抗ガン剤の効果を効率的に調べる技術の開発を進めた。具体的には、透明電極を形成した水晶振動子センサー上で細胞培養を行い、細胞の形態観察と同時に、共振周波数と共振抵抗測定を行い、細胞の状態変化を評価した。特に、1.スクリーニング技術のための多チャンネル型の実験システムの構築、2.評価実験での培養細胞の培養条件の明確化、3.細胞変化の判定基準の明確化、4.再現性向上技術の開発の4つの点から検討を進めた。本年度は、実験システムの構築では、新規に対物レンズを設計し、最適な倍率で細胞観察が行えるようにし、焦点調整機構を容易に微調整できるように改良し、ほぼ完成形が構築できた。評価のための培養条件としては、細胞構築後20時間程度経過して細胞が安定化した時点での抗がん剤添加が最適であると判断した。細胞濃度については、濃度が高すぎると水晶振動子センサーの応答が細胞濃度に比して、大きく変化しないことが確認され、HepG2細胞では、60 cells/mm^2程度が良好であると判断した。判定基準については、高濃度の抗がん剤添加では、急激な細胞死による共振周波数の増加がみられ、低濃度の抗がん剤添加においては、細胞増殖の抑制による共振周波数減少の鈍化が見られることから、低濃度では、増殖能の抑制が判定基準になると判断した。細胞種の違いについては、HepG2細胞に加えて、Hela細胞を用いた実験を行った。細胞培養時では、細胞種の違いによる大きな違いは見られなかった。抗がん剤添加後では、変化に違いが見られ、抗がん剤の影響の違いによるものと判断した。再現性の向上のため、細胞接着のための処理を検討し、コラーゲンモノマー修飾法によって良好な結果が得られた。測定システムにおいて、インキュベーター内でのCCDカメラの故障などが発生しているが、改善策についてのめどが立っており、各検討項目とも、おおむね想定した範囲内で、研究が進んでいるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、より多くの条件で、データを収集していくことが課題であり、このため、昨年度構築したシステムに加えて、さらに、別の実験システムの構築を進めており、これによって、実験体制を強化して、残りの研究期間での実験を加速する予定である。
地理・環境・防災教育においてGIS利用を拡大するAR搭載システムの開発と活用

近年、高等学校地理歴史科「地理」をはじめとして地理・環境・防災教育(以下、地理教育等)の分野で、GIS(Geographic Information System;地理情報システム)の活用が、ますます重要視されるようになってきた。同時に、スマートフォンやタブレットのようなモバイル端末が普及し、また、それらに立脚するAR(Augmented Reality;拡張現実)といった新たな技術・概念も登場してきた。これらを背景に本研究では、AR技術を取り入れた教育用GISを開発・整備し、それを教育現場で実践的に活用することによって、地理教育等における有意義な利用方法と内容を解明することを目的にした。本年度は、地理教育等において有効活用でき、GISとも位置づけられる位置情報型ARシステムの整備を押し進めるとともに、それを利用した授業実践の結果から、GISとARの利用が地理教育等においてどのような意義等をもつかを検討した。その結果、それらを利用する授業は生徒の地域認識を深めるなどの効果があり、高等学校における新たな必履修科目である「地理総合」において大きな可能性があると判断できた。成果は、我が国の学術誌における特集号企画を通じた一連の査読付き論文の刊行や、ルーマニアで開催された国際会議での発表などにより、国内外に向けて広く発信した。以上の結果、本研究課題は、研究期間を当初4年間として計画したものであったが、3年間でかなりの成果をあげることができたために、発展的な研究課題を設定した新たな科研申請を行い、それによって研究内容を深化、展開させることとした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、(1)地理・環境・防災教育(以下、地理教育等)において活用できる位置情報型のAR(拡張現実)システム、言い換えればGIS(地理情報システム)とも位置づけられるARシステムの本格的な整備に着手することと、(2)地理教育等に関わる授業で、同ARシステムを実際にどのように用いるか、すなわち授業の内容と方法を考案し、可能であれば、そのような授業を実行に移すことを目標とした。前者の(1)については、まず、従前とは異なる新たな位置情報型ARシステムが提供されていることに着目し、その改良から、地理教育等に利用できるものを目指すアプローチをとった。その結果、同システムにおいて地理教育等に利用する場合に欠けると判断できる機能等の一部を付加することができた。同時に、まったく別のアプローチとして、VR(仮想現実)システムを構築し、そこからARシステムへの拡張も試み、これついてはVRシステムまでの開発はおおむね完成している。後者(2)については今年度の場合、上記のように改良する以前のプロトタイプのシステムを、そのまま用いた授業を考案するものとし、その利用方法を精査し、コンテンツを整備したうえで、生徒が教室外でARだけを利用するフィールドワークの授業と、それに教室内における生徒のGIS利用も加えた授業の2種類を、高等学校において試験的に実施した。その結果、ARシステムが生徒に興味関心を持たせ、学習意欲を高めることを確認でき、さらにGIS利用も加えることによって、より効果的な授業展開が可能になることが判明した。本プロジェクトの先行研究の成果をあわせて、2016年8月に中国北京で開催されたIGU(国際地理学連合)で報告し、また2017年3月には日本地理学会学術大会での口頭発表も行った。「研究実績の概要」欄で述べたように、システム整備が段階的に進んでおり、また授業実践も一部実行できたなど、当初計画に沿って着実に進展しているため。地理・環境・防災教育(以下、地理教育等)において有効活用でき、GIS(地理情報システム)とも位置づけられる位置情報型AR(Augmented Reality;拡張現実)システム(以下、単にARシステム)の整備を前年度からの継続として押し進めた。その結果、モバイル端末画面での扱いやすさ、見やすさ等を考慮したARブラウザ・アプリや、コンテンツの入力・蓄積を容易とするシステムの提供などができるようになった。このほかに、MR(Mixed Reality;複合現実)への拡張を意識しながら、ARとVR(Virtual Reality;仮想現実)を組み合わせた教育用システムの一層の改善などを行いった。地理教育等においてARシステムを用いる授業実践例の蓄積を前年度に引き続き行った。また、それらの蓄積された実践例を検討することにより、AR利用の意義を検討した。その結果、ARとGISとを組み合わせて利用する授業は、地域の水平的探索と垂直的俯瞰の両者を可能とするために、生徒の地域認識を深める効果があることなどを明らかにできた。加えて、課題を付加情報として現場で提供しながら行うフィールドワークも、ARの特性を活かしたものとして有効であることがわかった。さらに、新たな必履修科目である「地理総合」(仮称)において、AR利用に大きな可能性があるといえた。以上の成果については、全国規模の学会大会においてセッションを独自に企画し、ARの教育利用の可能性、ARを利用した授業実践例、教育用のARシステムの3つをテーマとした計6件の報告を行った。「研究実績の概要」欄で述べたように、システムの整備や授業実践の蓄積と評価が着実に実行されており、当初計画に沿って進展していると判断できるため。

これらを背景に本研究では、AR技術を取り入れた教育用GISを開発・整備し、それを教育現場で実践的に活用することによって、地理教育等における有意義な利用方法と内容を解明することを目的にした。本年度は、地理教育等において有効活用でき、GISとも位置づけられる位置情報型ARシステムの整備を押し進めるとともに、それを利用した授業実践の結果から、GISとARの利用が地理教育等においてどのような意義等をもつかを検討した。その結果、それらを利用する授業は生徒の地域認識を深めるなどの効果があり、高等学校における新たな必履修科目である「地理総合」において大きな可能性があると判断できた。成果は、我が国の学術誌における特集号企画を通じた一連の査読付き論文の刊行や、ルーマニアで開催された国際会議での発表などにより、国内外に向けて広く発信した。以上の結果、本研究課題は、研究期間を当初4年間として計画したものであったが、3年間でかなりの成果をあげることができたために、発展的な研究課題を設定した新たな科研申請を行い、それによって研究内容を深化、展開させることとした。(1)引き続き、システムの整備を推し進めるものとして、本年度と同様に2つのアプローチをとる。すなわち、既存サービスへ改良を通じた整備と、VRシステムをAR機能を含むものに拡張することによる新たな整備である。(2)新たなコンテンツを整備したうえで、ARシステムを使用した授業開発と実践の蓄積に努め、地理教育等におけるARの利用効果を検討する。その際、可能であれば、本年度に改良・整備したシステムを実際に活用する。次の2点により研究の推進をはかる。(1)これまでの継続作業として、ARシステムの一層の整備促進を行うとともに、それを活用した授業実践の開発や蓄積等を押し進める。(2)新たな作業として、ユビキタスGISとARが今後の地理教育等へどのような効果と課題を持つかを、授業実践の結果に基づき検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
変異遺伝子を用いたインスリン受容体膜直下ドメイン及びC末端ドメインの機能解析

インスリン受容体の膜直下ドメイン、C末端ドメインに計20数種類の変異受容体を作製し、インスリンによる細胞内シグナルや生物学的作用について検討した。2)C末端ドメイン:自己リン酸化部位であるTyr^<1316.1322>をPheに置換した変異受容体を発現させたCHO細胞ではインスリン結合能、自己リン配化能、IRS-1のチロシンリン酸化には差が認められなかった。この細胞では2DG取り込みに差を認めなかったが、DNA合成とMAPキナーゼ活性はインスリンへの感受性が、正常受容体を発現した細胞に比し亢進を示した。一方、C末端の大部分を欠失したミュータント(082アミノ酸)では、in vitroでのチロシンキナーゼ活性、in vivoでの自己リン酸化が著明に低下しているのにもかかわらず、IRS-1のリン酸化は正常受容体を発現した細胞と同程度であった。また、PI3キナーゼも正常であった。興味深いことに、この細胞では、2DG取り込みやDNA合成は正常であった。以上のデータを含めミュータント・レセプターを用いた成績をまとめると、以下のことが結論された。(1)インスリンレセプターのチロシンキナーゼ活性はインスリン作用発現に必須であるが、十分ではない。(2)Tyr^<960>を含む膜直下ドメインは、IRS-1の認識、PI3キナーゼ活性化、MAPキナーゼ活性化に重要である。(3)C末端ドメインはIRS-1の認識やMAPキナーゼ活性化に対して抑制的制御を行っている可能性がある。(4)全ての変異受容体で、糖取り込み作用はIRS-1チロシンリン酸化と並行し、一方DNA合成作用はMAPキナーゼ活性化と並行した。
検証と妥当性確認(V&V)のための確率論的破壊力学解析基盤システムの構築

本研究は、原子力機器の安全性評価のために用いられるPFM(確率論的破壊力学)に適した解析基盤システムの構築を目的としている。シミュレーション・ソフトウェアにおいてその信頼性向上・品質保証のため、検証と妥当性確認(Verification & Validation)の重要性が指摘されているが、原子力分野の過酷事象では実験による妥当性確認ができず、ラウンドロビン解析などで複数のソフトウェアの解析結果を比較することが広く行われている。ここで得られた差異が妥当なものであるかどうかを判断することはきわめて難しく、PFM解析に必要となる機能をプログラムの専門家ではない技術者が容易に追加・保守ができる基盤システムの開発が必要である。3年間の研究期間において、(1) Optionパターン、あるいは他のデザインパターンの適用性、(2)既存ラウンドロビン問題の解析による本システムの拡張性、(3)ハードウェアへの適用性についての研究を実施した。(1)については、申請者が有限要素法基盤ソフトウェアのために開発したOptionデザインパターンをPFM解析システムに適用し、基本的機能の実現を行い、簡単な例題を通して適用可能であることを示した。(2)については、既存ラウンドロビン問題として、日本溶接協会原子力研究委員会が提案した問題を取り上げ、実用的解析が可能であること、他の研究グループの解析結果との比較から、妥当な結果が得られることを確認した。(3)については、GPGPUのヘテロ環境を構築し、簡単なPFM解析を通して、並列解析環境へも適用可能であること、並列処理による高速化がはかれることを確認した。これらの研究成果は、国際会議3件、国内学会2件で発表した。今後、日米の主要ソフトの機能を取り入れながら、さらに実用的問題に取り組む予定である。H28年度は、すでに構造解析FEMプログラムに適用済みであるOptionパターンを新たにPFM基盤システムに適用し、基本機能の実装を行った。使用言語としてはポータビリティと実行速度を考慮して、C++を用いた。既存プログラムに機能追加を行う方法には、一般的に、前処理追加、後処理追加、そして処理自体の取り替えの3つがある。これらを受け付けるようにするため、既存プログラムの変換が必要となる。Optionパターンはこの変換を定型化したものであり、(1)既存プログラムの変更を行わない、(2)追加機能同士を自由に組み合わせることができる、(3)機能追加を一つの場所に限定して行う、という3つの特徴がある。C++で記述された基盤プログラムのすべての関数についてこの変換を施した。これによって、将来の機能拡張を基盤プログラムを全く修正せずに行うことができるようになる。追加機能は、別途、機能ごとに独立して作成し、追加することができ、さらに、独立に開発された複数の機能を組み合わせて使用することができる。基盤プログラムでは、最低限の機能を持ち、一つの条件での破壊確率を評価できるだけのものであったが、温度や荷重などが時間経過に対して変化する時刻歴解析、疲労き裂進展評価などをOptionパターンを用いて追加することができた。現在のプログラムは実行速度は考慮せず作成しているが、将来の高速化に対応するため、GPGPUを有するワークステーションを導入し、並列高速化技術に関する調査を開始した。H28年度の研究計画は、本申請全体の3つの目標のうち、(1)Optionパターンの適用性確認、である。具体的には、申請者が提案しているOptionパターンをPFM解析プログラムに適用できること、サンプル解析によって不具合なく解析が実行できること、解析結果が他の解析と一致すること、などを確認することである。以上の項目は、いずれも大きな問題なく実施できたので、進捗状況は標記の区分と判断した。また、次年度に向けて、並列高速化技術であるGPGPU解析の調査・整備も順調に実施できている。平成29年度は、まず、昨年度までに整備した基本機能を有するオプション・デザインパターンを利用した基盤ソフトウェア開発で得た知見を以下の2つの講演会で発表した。発表内容としては、オプション・デザインパターンの説明、先に適用している有限要素法と今回の確率論的破壊力学への適用法の違いなどである。国際会議への参加はもう一つ予定していたが、会議自体がキャンセルされたため、発表は2つにとどまった。2.関東康祐、OPTIONパターンを用いたPFM解析基盤ソフトウェアの開発、日本機械学会第30回計算力学講演会、近畿大学、9月、2017.次に、平成29年度計画である、既存ラウンドロビン問題への適用について、日本溶接協会で行っている確率論的破壊力学国際ラウンドロビン問題フェーズ2(沸騰水型原子炉圧力容器の通常時冷却イベント、低温過剰圧力イベント(LTOP)での破壊確率算出)の解析のために必要となる機能の実装を行った。オプション・パターンを用いた機能追加において、重要な問題は生じなかった。実装した機能の例として、圧力容器内応力の3次式近似、破壊じん性値の温度依存性・中性子照射脆化予測式の追加、などが挙げられる。H29年度の研究計画は、本申請全体の3つの目標のうち、(2)既存ラウンドロビン問題への適用、である。具体的には、日本溶接協会が設定し、解析を行っているPFM国際ラウンドロビン問題フェーズ2を解析するために必要な機能を、申請者が提案しているOptionパターンを用いて追加することである。この目標は大きな問題なく実施できたので、進捗状況は表記の区分と判断した。ただし、発表を予定していた国際会議が一つキャンセルされてしまったので、研究の公表については、若干の不足は否めない。

シミュレーション・ソフトウェアにおいてその信頼性向上・品質保証のため、検証と妥当性確認(Verification & Validation)の重要性が指摘されているが、原子力分野の過酷事象では実験による妥当性確認ができず、ラウンドロビン解析などで複数のソフトウェアの解析結果を比較することが広く行われている。ここで得られた差異が妥当なものであるかどうかを判断することはきわめて難しく、PFM解析に必要となる機能をプログラムの専門家ではない技術者が容易に追加・保守ができる基盤システムの開発が必要である。3年間の研究期間において、(1) Optionパターン、あるいは他のデザインパターンの適用性、(2)既存ラウンドロビン問題の解析による本システムの拡張性、(3)ハードウェアへの適用性についての研究を実施した。(1)については、申請者が有限要素法基盤ソフトウェアのために開発したOptionデザインパターンをPFM解析システムに適用し、基本的機能の実現を行い、簡単な例題を通して適用可能であることを示した。(2)については、既存ラウンドロビン問題として、日本溶接協会原子力研究委員会が提案した問題を取り上げ、実用的解析が可能であること、他の研究グループの解析結果との比較から、妥当な結果が得られることを確認した。(3)については、GPGPUのヘテロ環境を構築し、簡単なPFM解析を通して、並列解析環境へも適用可能であること、並列処理による高速化がはかれることを確認した。これらの研究成果は、国際会議3件、国内学会2件で発表した。今後、日米の主要ソフトの機能を取り入れながら、さらに実用的問題に取り組む予定である。H28年度の研究は順調に実施できたので、H29年度以降も計画通り実施したいと考えている。具体的には、既存のラウンドロビン問題から適切な問題を選択し、その解析に必要な機能の追加を行う。検討項目としては、解析結果の比較、解析環境(メモリや並列計算デバイス)の解析サイズや実行速度への影響などを考えている。今年度までの研究はほぼ順調に実施できているので、H30年度(最終年度)も計画通りに実施したいと考えている。具体的には、(1) GPGPUボードを用いた並列計算による高速化を試し、どの程度の高速化が見込めるかを確かめる、(2)マニュアルの整備を進め、国内外の研究者からの意見をいただく、(3)国際会議等で研究成果の発表を行い、潜在ユーザの掘り起こしを図る、などである。一番大きな項目は、人件費であるが、当該研究に興味を持つ学生が応募せず、資料整理・計算機管理は自身で行ったため、人件費が発生しなかった。研究打ち合わせに関する旅費も節約したため、当初計画より少額で済んだため。物品費についても申請時の見積もりと購入金額にわずかだけ誤差が生じた。(理由)残額が大きくなった一因は、予定していた国際会議が一つキャンセルされてしまったことである。さらに、学生バイトを募集したが応募がなく、人件費も発生しなかった。
小・中・高等学校におけるいじめおよび学校不適応防止対策プログラムの開発

本研究では,主として,いじめ防止対策およびいじめ被害者・加害者の心のケアのあり方を考慮する上での基礎資料を得るために,小学生約1400名,中学生約7000名を対象として,いじめ被害・加害経験と心理的ストレスおよび精神的健康との関係を中心に検討した。その結果,小学生では,(a)いじめ被害経験の多いクラスでは,ストレス症状が全般的に高いこと,(b)いじめ被害経験の多いクラスセでは,日常の学校生活において特に「友人関係」や「学業」に関わるストレッサーの経験が多いことが示された。また中学生では(a)いじめへの関わり方は,本研究で用いたいじめ被害・加害経験に関する質問に基ずく限りでは,大別すると5つのグループに類型化でき,仲間はずれや無視,悪口のような間接的攻撃の被害者・加害者は女子に多いこと,また身体的攻撃を含む全般的の被害者・加害者は男子に多いこと,(b)全般的被害者にはストレス症状が高い者が多く,間接的攻撃の被害者も特に抑うつ・不安傾向が高いこと,また両者とも学業に関するストレッサーの経験頻度が高く,それを嫌悪的と感じている者が多いこと,(c)全般的被害者には不機嫌・怒りや無気カのレベルが高い者が多く,さらに先生との関係が良好でない者が多いこと,などが明らかにされた。さらに,いじめの予防的取り組みの一環として,中学校においていじめ防止プログラム(ピース・バック)を年間にわたって実施した。その結果,生徒だけでなく教師や保護者に対してもいじめ問題に関する意識を啓発することや,それに類するいたずら等の問題が起きた場合の支援体制を確立する上で成果が認められ,実際にいじめを防止する上でも一定の効果があった。また,高等学校においては,多くの高等学校において近年大きな生徒指導の問題となっている盗難問題の実態調査を行い,それが深刻な問題であることが示された。そのような問題に対してもピース・バックの基本的な考え方は応用して,盗難に対する意識を啓発し,盗難事件が起きたときの支援体制を確立することによって,盗難問題を解決していくことが急務であることが示唆された。本年度(平成9年度)は、3年継続の初年度として,「いじめおよび学校不適応防止対策プログラム」を作成するための基礎資料となるデータを収集することを目的とし、中学校のいじめおよび学校不適応の実態を把握するために,宮崎県内の11校の中学校の13年生約7,000名を対象として調査を実施した。その結果,以下のようなことが明らかにされた。(1)生徒のストレス症状のうち,「身体的反応」「抑うつ・不安」「無気力」は学年が上がるにつれて高くなる傾向がある。また,これらの症状は男子より女子の方が強く訴えている。(2)生徒が日常の学校生活において経験するストレッサーの経験頻度は,ストレッサーの種類によって学年差および性差が認められる。(3)教師に対するソーシャルサポートについては,学年が上がるにつれて低くなる傾向にある。(4)いじめの形態は男女による差が認められ,女子では「仲間はずれ・無視・悪口」という間接的な攻撃が,男子では「たたいたりけったり」のような直接的な身体的攻撃が,被害経験,加害経験ともに多い。(5)いじめ被害を受けている生徒は,ストレス症状が高い水準にあり,特に「抑うつ・不安」が高いことが特徴である。また,いじめの加害経験にある生徒も,「不機嫌・怒り」や「無気力」を主とした心理的に不安定な状態にあり,日常の学校生活においても人間関係や学業上の問題を抱えているものと考えられる。

なお,本調査結果については,中間報告書としてまとめられており,県内の中学校や教育委員会に配布されることになっている。現在,「いじめおよび学校不適応防止対策プログラム」の原案を作成中であり,次年度以降は12校の公立中学校において,そのプログラムを年間を通して実験的に実施する予定である。本年度(平成10年度)は,前年度に宮崎県内の11校の中学生約7,000名を対象として実施した,いじめ実態および学校不適応傾向の実態調査の結果を参考にしながら,「いじめ防止対策プログラム」の原案を作成し,そのプログラムを県内の公立中学校1校で実験的に実施した。このプログラムは,生徒のみならず,教職員や保護者のいじめに対する意識を高めることにより,いじめの発生しにくい学校環境を構築すること,すなわちいじめの予防的対策の確立に主眼を置いたものである。このプログラムは,主として(1)定期的に調査を行なうことによって,常にいじめの実態を把握しておくとともに,教師が常にいじめの問題について気を配っているということを生徒や保護者に周知させること,(2)生徒,教職員,保護者に対して,いじめ問題への正しい共通認識を持たせること,(3)さまざまな機会(道徳や学級活動の時間,生徒集会,文化発表会,地区懇談会,公開授業等)を利用して,生徒,教職員,保護者がいじめ防止のために主体的に活動すること,(4)いじめ被害を受けた場合に,その当事者(生徒やその保護者)が速やかに相談できる環境をつくることなど,年間を通したさまざまな活動を実践していくことによって構成されている。1年間の実践中および実践終了後の調査では,(1)生徒や教職員のいじめに対する認識が高まったこと,(2)いじめ被害を受けた生徒数が若干ではあるが減少したことなどが明らかになり,いじめ防止を目的とした本プログラムの有効性が示唆された。本研究では,主として,いじめ防止対策およびいじめ被害者・加害者の心のケアのあり方を考案する上での基礎資料を得るために,小学生約1400名,中学生約7000名を対象として,いじめ被害・加害経験と心理的ストレスおよび精神的健康との関係を中心に検討した。その結果,小学生では,(a)いじめ被害経験の多いクラスでは,ストレス症状が全般的に高いこと,(b)いじめ被害経験の多いクラスでは,日常の学校生活において特に「友人関係」や「学業」に関わるストレッサーの経験が多いことが示された。また中学生では,(a)いじめへり関わり方は,本研究で用いたいじめ被害・加害経験に関する質問に基づく限りでは,大別すると5つのグループに類型化でき,仲間はずれや無視,悪口のような間接的攻撃の被害者・加害者は女子に多いこと,また身体的攻撃を含む全般的被害者・加害者は男性に多いこと,(b)全般的被害者にはストレス症状が全般的に高い者が多く,間接的攻撃の被害者も特に抑うつ・不安傾向が高いこと,また両者とも学業に関するストレッサーの経験頻度が高く,それを嫌悪的と感じている者が多いこと,(c)全般的加害者には不機嫌・怒りや無気力のレベルが高い者が多く,さらに先生との関係が良好でない者が多いこと,などが明らかにされた。さらに,いじめの予防的取り組みの一環として,中学校においていじめ防止プログラム(ピース・パック)を年間にわたって実施した。
自己顔認知のfMRI研究―身体性・非社会性・ミラーシステム

自己顔認知の神経基盤を、脳活動測定と行動実験を用いて解明する全体計画である。平成22年度は自己顔認知で特異的に活動する右頭頂-前頭領域の役割について、次の2つの仮説を検討した。【仮説1】自己顔が自分の身体の一部である事実を反映した「視覚運動統合」に過ぎない。【仮説2】模倣(学習)や共感など社会的認知の神経基盤として注目されている「ミラーシステム」として、自己顔の社会的役割の獲得に関与している。両仮説の検証のため、MRI対応被験者撮影装置を組み込んだ視覚刺激提示システムに刺激遅延提示システムを組み込み、擬似的鏡像自己顔認知環境下で6条件のfMRI実験を行った。被験者は画面に提示されるひらがな1文字を読む課題を遂行し、この間2秒間、背景に被験者の自己顔が鏡像として提示される(self Real, SR)条件が基本的な条件である。同じ自己顔について鏡像提示を500ms遅延させるSelf Delay (SD)条件、あらかじめ録画してあった静止画が提示されるSelf Static (SS)条件、また同様に他者の顔が提示されるOther Real (OR)、Other Delay (OD)、Other Static (OS)の3条件を、設定した。仮説1が正しければ、右頭頂-前頭領域は自己顔の運動に対するフィードバック二語差がある条件、すなわちSDとSSのみで活動上昇が見られると期待される。一方で仮説2が正しければ、すべての自己顔(S)条件で活動が上昇するはずである。被験者12名分の実験結果を解析した結果、右頭頂領域の活動はSDとSSのみで活動上昇が見られるパターンとなり、仮説1が正しいことが示された。ただし、右下前頭溝の前方部で、すべての自己顔(S)条件で活動が上昇するパターンが見られた。この領域は「ミラーシステム」として知られる領域ではないが、活動パターンからは社会的な意味での「自己」認知に関与することが示された。平成21年度は「顔認知時に上側頭溝後部が自己顔特異的に無活動を示す」という現象の原因追求をテーマとした。上側頭溝後部は表情や視線の認知に重要な役割を果たすことから、社会的信号の処理に関わると考えられてきた。この考え方に基づき、この領域の無活動の原因として、自己顔に対して不必要な社会的信号の処理を抑制を、当初の作業仮説として想定した。これを検証するために、約20名の健常若年被験者に自己顔及び他者顔刺激を提示し、社会的情報処理(視線・表情認知)課題を行わせた。ところが、想定された自己顔に対する課題パフォーマンス低下(反応時間遅延)は認められなかった。さらに、別の約15名の健常若年被験者を用いて、視線の移動による空間注意促進の程度を、改変ポスナーパラダイムを用いて、自己顔と他者顔間で比較した。しかしやはり、視線移動方向の影響は自己他者間で差がなかった。一方、この実験では自己顔提示に伴う反応時間遅延が主効果(視線移動方向の影響との相互作用なし)として認められた。さらに、約30名の健常若年被験者を対象に、機能的MRIを用いて社会的信号の検出に関わる脳領域を再検討したところ、上側頭溝後部を単純に社会的信号の処理に関わると見なすことに対して、否定的な結果が得られた。上側頭溝後部は視線の方向変化の検出に際して賦活したが、幾何学図形の生物学的な動きには反応せず、両者に共通して反応する領域は中側頭回後部に認められた。また、これらの領域の活動は課題の明示的・非明示的の差に影響された。これらの知見から、自己顔認知が何らかの意味での処理抑制メカニズムを作動させていることは検証された。しかし、その社会的情報処理との関係については、上側頭溝後部の機能解剖の再解釈とあわせて検討する必要があることが明らかとなった。

被験者12名分の実験結果を解析した結果、右頭頂領域の活動はSDとSSのみで活動上昇が見られるパターンとなり、仮説1が正しいことが示された。ただし、右下前頭溝の前方部で、すべての自己顔(S)条件で活動が上昇するパターンが見られた。この領域は「ミラーシステム」として知られる領域ではないが、活動パターンからは社会的な意味での「自己」認知に関与することが示された。
健康推進活動を目指す疾患関連遺伝子の新規網羅的変異部位釣り上げ法の開発と応用

【目的】未知疾患関連遺伝子変異検出を可能とする次世代変異検出法(網羅的変異部位釣り上げ法)開発を目的と【成果1:2本鎖DNA形成効率の検討】DNA断片を95°Cにて熱変性→徐冷後形成される2本鎖DNA(dsDNA)と1本鎖DNA(ssDNA)を非変性ゲルで検出した。DNA濃度(0.1pmol/ul)以上で、ほとんどがdsDNAとして検出できた。【成果2:ヘテロ2本鎖DNA形成効率の検討】ヘテロ2本鎖DNA検出を容易にするため、4及び8塩基挿入変異を使用した。上記条件により、ヘテロとホモ2本鎖DNA分離が認められ、ヘテロ2本鎖DNAは約40%形成された。理論的には、ヘテロ2本鎖DNA形成率は50%が最大なので、本条件は満足できるものであった。【成果3:ヘテロ2本鎖DNAへのビオチン化カルボジイミドの反応性とマッチ部分強化試薬の介在効果】ヘテロ2本鎖DNAへのビオチ化カルボジイミドの反応性は特異性が低かったので、マッチ部分強化試薬を介在させたが改善されなかった。【成果4:ヘテロ2本鎖DNAへのNutSの反応性とマッチ部分強化試薬の介在効果】ヘテロ2本鎖DNAへのMutSの反応の特異性は高かった。ミスマッチ塩基のえり好みが強いので、マッチ部分強化試薬を介在させたが改善されなかった。興味ある結果は、SSCP法で全く検出できなかったG105R変異がMutS法で検出できたことである。【成果5:LPL新規変異検出】多型の位置による釣り上げ効率に違いがあるのか等の検討のために新規変異の集積は重要であり、本課題においても集積を試み、LPL機能欠損となる新規変異を見いだし、その検出法を特許出願した。【目的】未知疾患関連遺伝子変異検出を可能とする次世代検出法(網羅的変異部位釣り上げ法)開発を目的とする。【方法】ヘテロ接合体を熱処理後徐冷し、ミスマッチ部位を形成し、これをビオチン化カルボジイミド(チミンあるいはグアニンを含むミスマッチ部位に特異的)で修飾し、アビジンを用いて釣り上げ、釣り上げたDNA断片をクローニングして、その塩基配列を解析し、ヘテロ部位を決定するものである。モデル遺伝子として血清トリグリセリド分解に関わるリポ蛋白リパーゼ(LPL)遺伝子を用いた。【成果1:2本鎖DNA形成効率の検討】Cy5標識DNA断片を95°Cにて熱変性→徐冷後形成される2本鎖DNA(dsDNA)と1本鎖DNA(ssDNA)をSSCP法で検出した。高濃度のDNA(28ng/ul以上)を用いる熱変性→徐冷法では、ほとんどがdsDNAとして検出が、低濃度DNAでは、15%がdsDNAであった。【成果2:ヘテロ2本鎖DNA形成効率の検討】ヘテロ2本鎖DNA検出を容易にするため、4及び8塩基ミスマッチ(テトラリピート10、11、12回多型)を使用した。上記方法により、ヘテロとホモ2本鎖DNA分離が明らかに認められ、ヘテロ2本鎖DNAは約40%形成された。理論的には、ヘテロ2本鎖DNA形成率は50%が最大なので、本実験に用いたヘテロ2本鎖DNA形成方法は満足できるものであった。【成果3:ヘテロ2本鎖DNAへのビオチ化カルボジイミドの反応性】

0°Cと25°Cにおいて野生型とヘテロ型でビオチ化カルボジイミドの反応性の差異がドットブロット法で検出できなかったので、新規試薬であるインターカレーターFNDの共存が必須と考えられた。【成果4:LPL新規変異検出】多型の位置による釣り上げ効率に違いがあるのか否か等の検討のために新規変異の集積は重要である。LPL機能欠損となる新規変異を見いだし、特許出願準備中である。【目的】未知疾患関連遺伝子変異検出を可能とする次世代検出法(網羅的変異部位釣り上げ法)開発を目的とする。【方法】ヘテロ接合体を熱処理後徐冷し、ミスマッチ部位を形成し、これをビオチン化カルボジイミド(チミンあるいはグアニンを含むミスマッチ部位に特異的)で修飾し、アビジンにて釣り上げた。モデルとしてメタボリックシンドロームに認められる高トリグリセリド(TG)血症の病因遺伝子のひとつのリポ蛋白リパーゼ(LPL)遺伝子を用いた。【成果1】昨年度に検討した効率よい2本鎖DNA形成条件下で、ヘテロ2本鎖のミスマッチ部分のGとTをビオチン化カルボジイミド標識した。非特異的反応を抑制するために、マッチした2本鎖DNAに入り込む縫い込み型インターカレーターであるナフタレンジイミド(NDI)又はフェロセン化ナフタレンジイミド(FND)を共存させたが、ヘテロ特異的シフトバンドは得られなかった。電荷等異なる他のインターカレーターの合成と使用が必要と考えられた。【成果2:MutSの精製】ヘテロ2本鎖DNAの釣り上げのため、上記以外の系として、MutSを選んだ0好熱性細菌Thermus thermophilusHB8のゲノムからMutS遺伝子をpET2l(a)ベクターにタローニングし、大腸菌内で発現させ、C末端に付加した6つのヒスチジン残基の性質を利用して、金属キレートアフィニティーカラムに結合させ、イミダゾールで溶出し、精製した。【成果3:MutSによるヘテロ2本鎖DNAの釣り上げ】MutS蛋白で、我々が集積してLPL遺伝子変異のヘテロ2本鎖DNAの釣り上げを試みた。変異が集中するエキソン5についてみたところ、G188Eのヘテロが釣り上げられた0この変異はG→Aの変異であるが、G→Aの変異でも釣り上げられないものもあった。MutSの系での、NDIやFND又は新規物質を使用した検討が必要である。【目的】未知疾患関連遺伝子変異検出を可能とする次世代検出法(網羅的変異部位釣り上げ法)の開発を目的とする。【方法】ヘテロ接合体を熱処理後徐冷し、ミスマッチ部位を形成し、これをミスマッチ認識蛋白である好熱性細菌由来MutS蛋白で検出した。この反応系にマッチ部分の強化試薬を共存させた。【成果1:MutSによるヘテロ2本鎖DNAの釣り上げ】MutS蛋白で、我々が集積しているLPL遺伝子変異のヘテロ2本鎖DNAの釣り上げを試みた。変異が集中するエキソン5についてみたところ、G188Eのヘテロが釣り上げられた。この変異はG→Aの変異であるが、G→Aの変異でも釣り上げられないものもあった。そこで、MutSの系での、非特異的反応を抑制するために、マッチした2本鎖DNAに入り込む縫い込み型インターカレーターであるナフタレンジイミト(NDI)又はフェロセン化ナフタレンジイミド(FND)を共存させたが、ヘテロ特異的シフトバンドは得られなかった。【成果2:LPL新規変異検出】
LC-MS/MS分析による大豆サポニンの化学構造推定

大豆種子に含まれる大豆サポニンは,多様な分子種の総称である。大豆サポニンの健康機能性や呈味性は,化学構造の違いにより大きく異なると報告されているが,不明な点が多く再評価が求められている。一方,各種大豆サポニンは,複数遺伝子の共優勢,優勢,劣勢遺伝の組み合わせで生合成されることが明らかとなってきた。本研究では,微量,不安定,分離困難などの理由で構造解析できなかった各種大豆サポニンの化学構造を,遺伝解析とLCーPDA/MS/MS分析の総合判断で推定する新しい手法(プロファイル解析)を開発した。この新規手法で,今後,食品加工工程で変化した各種大豆サポニンの化学構造が推定できると考えられる。大豆種子に含まれるサポニンは多様な分子種の総称であり,化学構造の違いにより健康機能性や呈味性が大きく異なると報告されているが,不明な点が多く再評価が求められている。一方,大豆種子サポニン組成は,遺伝子発現レベルで制御される各種酵素(アグリコン分子への酸素付加に関与する各種CYP酵素,アグリコン分子に結合する糖鎖組成を制御する各種glycosyltransferase,並びにそれらのアセチル化などに関与する化学修飾酵素)の発現を制御する多様な遺伝因子の組合せにより決定されると考えられる。そこで本研究では,微量,不安定,単離精製が困難などの理由で構造解析できなかった各種サポニンの化学構造を,遺伝解析とLC-PDA/MS/MS分析に基づく総合判断で推定する新しい手法「プロファイル解析」で解析した。(1)化学構造が異なる種々の既知サポニンをLC-PDA/MS/MS分析し,各サポニンの溶出位置・MSフラグメントパターンとアグリコン骨格並びに糖鎖配列との関係を調べ,化学構造とLC-PDA/MS/MS分析データとの相関に関するデータベースを構築した。(2)未知アグリコンの合成は一因子優性遺伝子Sg-6で,また既知サポニンC-3位結合糖鎖へのAra転移はSg-4遺伝子でそれぞれ制御されている。遺伝子がSg-4/sg-6型とsg-4/Sg-6型を交配して得られた交雑後代のSg-4/Sg-6型は,予想通り新規サポニンを蓄積した。(3)新規サポニンを単離精製し,精密質量分析,赤外吸収スペクトル分析,核磁気共鳴スペクトル分析(1H,13C-NMR,DEPT,HMBC,HMQC等)等で解析した結果,これらの化学構造は,プロファイル解析で推定した結果(未知アグリコンのC-3位糖鎖にAraを持つ)と完全に一致した。プロファイル解析は,大豆種子サポニンの化学構造解析に有効であると考えられる。平成27年度計画では,以下の3項目(1)既知サポニンの化学構造とMS/MSフラグメントパターンに関するデータベースの構築(2)未知サポニン合成に関与する遺伝子の遺伝解析(3)未知サポニンアグリコン(ソヤサポゲノールH, I)の単離精製と化学構造解析を実施し,予定通りの結果が得られている。加えて,新たなサポニン型を示す大豆系統が見いだされたため,それらの原因遺伝子の遺伝解析と,それらに蓄積する新規大豆サポニンの化学構造解析とを,別途,並行して進めている。また,微量成分の化学構造を解析するプロファイル解析手法は,大豆サポニンに対してのみ有効な手段ではなく,他の植物,あるいは各種加工食品中の微量な成分の化学構造変化の解析についても応用可能な手法であることが明らかとなってきた。一方,大豆種子サポニン組成は,各種酵素の発現を制御する多様な遺伝因子の共優勢,優勢,劣勢遺伝の組み合わせで決定される。そこで本研究は,微量,不安定,単離精製が困難などの理由で構造解析できなかった各種サポニンの化学構造を,遺伝解析とTLC並びにLC-PDA/MS/MS分析に基づく総合判断で推定する新しい手法「プロファイル解析」の確立を目指す。(1)化学構造が異なる種々の既知サポニンを含む大豆種子アルコール抽出液を薄層クロマトグラフィー(TLC)並びにLC-PDA/MS/MS分析し,得られた機器分析データ(TLCバンドの色と溶出位置,LC溶出位置,UVスペクトル,MSとMS/MSフラグメントパターン)とアグリコン骨格並びに糖鎖配列との相関関係をデータベース化した。(2)サポニン組成変異体で観察される新規サポニンを単離精製し,精密質量分析,赤外吸収スペクトル分析,核磁気共鳴スペクトル分析(1H-NMR,13C-NMR,DEPT,HMBC, HMQC等)等で解析した結果,これらの化学構造は全て,プロファイル解析で推定した結果と完全に一致した。(3)化学変異原Ethylmethan-sulfonate(EMS)処理で得られた大豆系統群からサポニン組成変異系統をTLCで一次スクリーニングした結果,多様な変異が発見された。変異体に含まれる未確認サポニンの化学構造はプロファイル解析で予測できるため,変異遺伝子の機能解析(推定)が容易となった。(4)今回得られた大豆サポニンに関するプロファイル解析のデータベースは,オレアナン型である大豆サポニン以外にも,各種トリテルペン型サポニンの化学構造解析に広く応用できる可能性がある。平成27年度並びに平成28年度計画では,以下の5項目を実施し,予定通りの結果が得られている。(1)未知サポニンの化学構造とMS/MSフラグメントパターンに関するデータベースの構築,(2)未確認サポニン生合成に関与する遺伝因子の遺伝解析,