hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サブゼロ温度下での蛋白質フォールディング初期過程の解析

蛋自質が折れたたってnativeな構造を取るとき,ある道筋を通っていく。これをフォールディング間題という。この過程で最も重要な問いは,2次槽造形成,球状化,フォールディングコアの形成,の3つのフォールデイングに必須な構造形成が,どの順序で起こるかという問である。蛋自質のフォールディングの初期過程は,サブマイクロ秒から始まる。我々は,この反応を不凍液存在下で温度を下げることにより,ストップトフロー装置の測定可能時間域(数msより遅い領域)まで減速して,円偏光二色性でαヘリックスの生成を,X線溶液散乱法により球状化の速度を,トリプトファン螢光により3次構造や疎水的フォールディングコアの生成速度を観測しようと試みてきた。現在までの成果は,「(1)α-ヘリックスの生成速度は,-35°Cまで下げてもまだ観測できないほど速い。(2)ウシβ-ラクトグロブリンでは,-28°Cで,初期α-ヘリックス生成に続く第2のα-ヘリックス生成過程が槻測された.(3)ユビキティンの場合でもウシβ-ラクトグロブリンと同様に初期のα-ヘリックス・バースト生成のフェイズが観測された」である。一般にnativeな状態ではβ構造の多い蛋自質でも初期の段階でαヘリックスの生成が起こるのがかなり一般的でありうることが示唆されてきている。以上の成果は,温度ジャンプ法で得られている知見と整合性があり,フォールディングの一般的描像を与えていると言える。また,結果的にフォールディングを低温にして遅らせ,観測することの有用性を示しているとも言えよう。今回の研究は,蛋白質のフォールディングを-20-50°Cで,蛍光,CD,X線散乱等をプローブとしたストップトフロー法により追跡し,初期過程に起こると思われるフォールディングコア形成,2次構造形成,球状化がどのような時系列で起こるのかについての知見を得ようというものであった。1.アポミオグロビンでは,測定可能な範囲で行う限り,最初の過程は観察できないほど短い時間に終了していた。これは既にGruebeleらが温度ジャンプ法で得ている結果(マイクロ秒領域)と一致している。2.βラクトグロブリン,ユビキティンなど,平衡状態でβ構造が多く存在する蛋白質の場合には,まずαヘリックスが形成され,その後フォールディングコアを形成し,その状態からβリッチな構造に変換していくという描像が得られた。これは従来考えられていなかった新しい概念であり,大きな成果といえる。現在発表の準備をしている。蛋白質が折れたたまってnativeな構造を取るとき,ある道筋を通っていく。これをフォールディング問題という。この過程で最も重要な問いは,2次構造形成,球状化,フォールディングコアの形成の3つのフォールディングに必須な構造形成が,どの順序で起こるかという問である。蛋白質のフォールディングの初期過程は,サブマイクロ秒から始まる。(2)ウシβ-ラクトグロブリンでは,-28°Cで,初期α-ヘリックス生成に続く第2のα-ヘリックス生成過程が観測された。(3)ユビキティンの場合でもウシβ-ラクトグロブリンと同様に初期のαヘリックス・バースト生成のフェイズが観測された」である。一般にnativeな状態ではβ構造の多い蛋白質でも初期の段階でαヘリックスの生成が起こるのがかなり一般的でありうることが示唆されてきている。

以上の成果は,温度ジャンプ法で得られている知見と整合性があり,フォールディングの一般的描像を与えていると言える。また,結果的にフォールディングを低温にして遅らせ,観測することの有用性を示しているとも言えよう。
脊椎靭帯骨化症における骨化形成のメカニズムの解明と治療

1)multidetector CTを用いて全脊椎における後縦靭帯骨化(OPLL)の実態を調査すること、および2)脊椎後縦靭帯骨化(OPLL)における全身の骨化巣の広がりとそれに関連する全身因子、特にミード酸を含む脂肪酸値を検討すること、3)軟骨細胞におけるミード酸の役割を検討することを目的とし、研究を行った。その結果、胸椎および腰椎OPLLは、頚椎OPLLの連続型、混合型に合併する頻度が高く、広範な骨化巣を有する者は女性に多く、OPLL患者における骨化巣の広がりとの検討を行ったが、有意のある値は出なかった。また、ミード酸の骨・軟骨代謝における役割を検討中である1)multidetector CTを用いて全脊椎における後縦靭帯骨化(OPLL)の実態を調査すること、および2)脊椎後縦靭帯骨化(OPLL)における全身の骨化巣の広がりとそれに関連する全身因子、特にミード酸を含む脂肪酸値を検討すること、3)軟骨細胞におけるミード酸の役割を検討することを目的とし、研究を行った。また、ミード酸の骨・軟骨代謝における役割を検討中である1)multidetector CTを用いて全脊椎におけるOPLLの実態を調査すること、および2)脊椎後縦靭帯骨化(OPLL)における全身の骨化巣の広がりとそれに関連する全身因子、特にミード酸を含む脂肪酸値を検討することを目的とし、研究を行った。単純X線側面像にて頚椎にOPLLがみられる101名(男60名、女41名、平均年齢67.3歳)を対象とした。コントロールとしてOPLLを認めない患者100例を年齢、性をマッチさせて選んだ。OPLLの診断はX線とmultidetector CTにて行った。頚椎X線にてOPLLのタイプを分類した。また全脊椎のCT(尖状断像と水平断像)にて、頚椎、胸椎、腰椎各レベルの脊柱管内骨化病変(OPLLおよび黄色靭帯骨化)を評価した。その上で骨化の見られるレベル(椎間数と椎体数)を合算して骨化係数とした。さらに全患者およびコントロールより採血を行い、血中の電解質、血糖値、高感度CRP、骨化マーカー、26種類の脂肪酸(ラウリン酸、ミリスチン酸、ミリストレイン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ヴァクセン酸、リノール酸、γ-リノレン酸、α-リノレン酸、アラキジン酸、11-エイコセン酸、エイコサジエン酸、ミード酸、ジホモ-γ-リノレン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、ベヘン酸、エルシン酸、ドリグノセリン酸、ネルボン酸)値の測定から骨化係数と関連する全身因子を検討した。その結果、OPLL患者とコントロールの間でオレイン酸、リノレン酸、ミード酸、ドコサテトラエン酸の値に有意差を認めた。高感度CRP、他の値には差はなかった。頚椎OPLLが胸椎および腰椎のOPLLを合併する頻度は、ともに約50%であった。胸椎および腰椎OPLLは、頚椎OPLLの連続型、混合型に合併する頻度が高い傾向にあった。また胸椎と腰椎の骨化係数が20を超える骨化の著しい患者は14名おり、女性が12例を占めた。現在、OPLL患者とコントロールの間での相違を再度確認中であり、今後骨化係数と全身因子との関連を検討予定である。1)multidetector CTを用いて全脊椎におけるOPLLの実態を調査すること、および2)脊椎後縦靭帯骨化(OPLL)における全身の骨化巣の広がりとそれに関連する全身因子、特にミード酸を含む脂肪酸値を検討すること、3)軟骨細胞におけるミード酸の役割を検討することを目的とし、研究を行った。1)単純X線側面像にて頚椎にOPLLがみられる101名を対象とした。頚椎X線、CTにてOPLLのタイプを分類した。頸椎CT像からは、骨化巣に関する新たなCT分類を作成した。また全脊椎脊柱管内骨化病変(OPLLおよび黄色靭帯骨化)の評価を行うため、CT像を用いて、頚椎、胸椎、腰椎各レベルの骨化病変を検討した。これらの所見を3人の検者で読影し、intra-observer errorとinter observer errorを検討した。その結果、頚椎OPLLが胸椎および腰椎のOPLLを合併する頻度は、ともに約50%であった。検者ごとの一致率については検討中である。2)全患者およびコントロールより採血を行い、血中の電解質、血糖値、高感度CRP、骨化マーカー、26種類の脂肪酸値の測定から骨化係数と関連する全身因子を検討した。

これらの値に正確性を記すため、新たにOPLI患者100名とコントロール100名を設定し、同様の検討を再度行っているところである。3)椎間板細胞におけるミード酸の役割を検討したところ、ミード酸を添加することによって椎間板細胞中の骨形成因子が変化することがわかった。現在この機序を解明しつつある。1)単純X線側面像にて頚椎にOPLLがみられる178名を対象とし、頸椎CT像からは骨化巣に関する新たなCT分類を作成した(※1)。また全脊椎脊柱管内骨化病変(OPLL及び黄色靭帯骨化)の評価を行うため、CT像を用いて頚椎、胸椎、腰椎各レベルの骨化病変を検討した。その上で骨化の見られるレベル(椎間数と椎体数)を合算して骨化係数とした。これらの所見を3人の検者で読影し、intra-observer agreementとinter-observer agreementを検討した結果、検者内及び検者間の一致性は確かめられた。頚椎OPLLが胸椎及び腰椎OPLLを合併する頻度は53.4%であった。胸椎及び腰椎OPLLは頚椎OPLLの連続型、混合型に合併する頻度が高く、広範な骨化巣を有する者は女性に多かった(※1,2)。※1:2013年日本脊椎脊髄病学会で報告、※2:英文誌に投稿中2)OPLL患者106例とOPLLを認めない患者(コントロール)109例(年齢・性一致)全員より採血を行い、血中の電解質、血糖値、高感度CRP、骨化マーカー、26種類の脂肪酸値の測定から骨化係数と全身因子を検討した。その結果は以下の通りである。【一次検査】オレイン酸・リノレン酸・ミード酸・ドコサテトラエン酸:有意差有り、高感度CRP他:有意差なし。【再現性の二次検査】上記:有意差なし、ミスチリン酸:有意差有り。OPLL患者の骨化巣の広がりは、有意差はなかった。3)ミード酸添加により椎間板細胞中の骨形成因子が変化することが分かった。また、骨・軟骨代謝における役割を検討中である。OPLL患者とコントロールの評価を再度やり直したため。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)患者とコントロールの血液から脂肪酸値を再検する。(2)軟骨細胞をも用いて脂肪酸添加による骨形成因子の挙動をみる。付帯的に頸椎OPLL患者の骨化巣のCT分類を作成する。
太陽周期活動に伴う太陽地球環境の長期変動に関する研究

太陽活動は約11年の周期で変動することが知られている。この変動は太陽表面の磁場が11年で変動することに由来している。この周期活動を予測することは宇宙天気研究において非常に重要であり、これまで次期太陽周期活動を予測するモデル計算コードの開発及び実装、そして計算に必要なパラメターの観測精度の向上を行ってきた。これまで開発してきた次期太陽周期活動予測モデルを用いて、大量の磁場の時間発展を計算することが本研究課題において重要であるが、その際表面の速度場、地場の拡散係数など、いくつかの必要なパラメターがある。本年度、は特にこのモデル計算に必要なパラメターである速度場について、衛星観測を用いて算出することを行った。結果、磁場の強い領域での子午面方向の流れは、磁場の弱い領域に比べて遅いことがわかった。この結果はすでに論文としてImada & Fujiyama (2018), The Astrophysical Journal Letters, 864, L5にまとめられている。また、現在得られた磁場を用いて太陽風を予測する方法(Potential Field Source Suface(PFSS)外挿法)を用いて太陽地球環境(主に太陽風)の長期変動を行なっているところである。また、今後長期的に太陽地球環境をどの様に観測して行く必要があるかを、次世代太陽観測衛星計画という視点から議論し、宇宙研への提案などの検討も本研究から得られた知見から行っている。これまで開発してきた次期太陽周期活動予測モデルを用いて太陽表面磁場の時間発展計算を、太陽表面速度場を新たな方法で導出することに取り組んだ。これにより表面磁場の予測精度が高まったと言える。次年度以降にこの新たに得た表面速度場を用いて、磁場のデータをさらに計算しそれを用いて、コロナより外側まで外挿し、太陽風の長期変動を確率的に議論する。宇宙計画(観測衛星の開発、国際宇宙ステーション開発など)の大半は開発に10年程度の長い年月を必要とすることから、10年程度先の太陽地球環境を知ることは非常に重要であり、本研究によって切り開かれる長いタイムスケールでの宇宙天気予測研究は新しい宇宙天気研究の窓を開けるとともに、宇宙開発にとって非常に重要な情報を与える。10年程度先の太陽風がどのようなものになるか確率論的に議論することで、太陽地球環境の長期変動に関する予測研究をおこなう。現在の太陽全球磁場データを初期値に、今後10年の黒点を確率的に与え大量の太陽表面磁束輸送計算をおこない太陽風モデルを適応することで、太陽地球環境の長期変動を考察する。そのため、我々が開発した次期太陽活動周期予測モデル結果に太陽風モデルを適応することが必要である。残る作業としては表面磁束輸送計算結果(太陽全球磁場をインプット)にポテンシャル磁場外挿法(惑星間空間の磁場をアウトプット)を適応することである。ポテンシャル磁場外挿法の計算コードは公開されているものもあり、既存のものを用いる。このデータのインプット・アウトプットの部分のみであり、それ以外はすでに完成している。最後にこれらから得られた結果を用いて、太陽風の太陽サイクル25の長期変動を確立的に議論し、加えて磁気圏の変動がどのようになるかも議論していく。太陽活動は約11年の周期で変動し、その変動に伴い太陽の大局的な磁場構造が変化することが知られている。この磁場構造の変化は太陽から惑星間空間に吹き出す太陽風に多大な影響を与え、その結果として太陽地球環境も約11年程度の周期で変動する。今年度は、これまで開発してきた次期太陽周期活動予測モデルを用いて、大量の磁場の時間発展のアンサンブルを計算した。黒点の出現は統計的な性質を用いて与えた。このように統計的に黒点を与えることで、今後10年程度先の太陽の大局的磁場構造を確率論的に予測できる。さらに、この先、その結果を用いて磁場から太陽風を予測する方法(Potential Field Source Suface(PFSS)外挿法)を用いて太陽地球環境(主に太陽風)の長期変動を考察することを試みている。また、この方法でどの程度、太陽地球環境変動が予測できるか検証するため、数10日のタイムスケールにおけるコロナホール生成・輸送・消滅を再現できるか、さらには地球軌道での太陽風を再現できるか、過去の観測結果を用いて検証することも始めている。宇宙計画(観測衛星の開発、国際宇宙ステーション開発など)の大半は開発に10年程度の長い年月を必要とすることから、10年程度先の太陽地球環境を知ることは非常に重要であり、本研究によって切り開かれる長いタイムスケールでの宇宙天気予測研究は新しい宇宙天気研究の窓を開けるとともに、宇宙開発にとって非常に重要な情報を与えるので、その応用方法についても議論を始めた。初年度はこれまで開発してきた次期太陽周期活動予測モデルを用いて太陽表面磁場の時間発展計算を主に取り組んだ。次年度以降にこの磁場のデータを用いて、コロナより外側まで外挿し、太陽風の長期変動を確率的に議論する準備が整ったと言える。その結果を用いて磁場から太陽風を予測する方法(Potential Field Source Suface(PFSS)外挿法)を用いて太陽地球環境(主に太陽風)の長期変動を考察することを10年規模の大量アンサンブルに関して行う。

宇宙計画(観測衛星の開発、国際宇宙ステーション開発など)の大半は開発に10年程度の長い年月を必要とすることから、10年程度先の太陽地球環境を知ることは非常に重要であり、本研究によって切り開かれる長いタイムスケールでの宇宙天気予測研究は新しい宇宙天気研究の窓を開けるとともに、宇宙開発にとって非常に重要な情報を与える。太陽活動は約11年の周期で変動することが知られている。この変動は太陽表面の磁場が11年で変動することに由来している。この周期活動を予測することは宇宙天気研究において非常に重要であり、これまで次期太陽周期活動を予測するモデル計算コードの開発及び実装、そして計算に必要なパラメターの観測精度の向上を行ってきた。これまで開発してきた次期太陽周期活動予測モデルを用いて、大量の磁場の時間発展を計算することが本研究課題において重要であるが、その際表面の速度場、地場の拡散係数など、いくつかの必要なパラメターがある。本年度、は特にこのモデル計算に必要なパラメターである速度場について、衛星観測を用いて算出することを行った。結果、磁場の強い領域での子午面方向の流れは、磁場の弱い領域に比べて遅いことがわかった。この結果はすでに論文としてImada & Fujiyama (2018), The Astrophysical Journal Letters, 864, L5にまとめられている。また、現在得られた磁場を用いて太陽風を予測する方法(Potential Field Source Suface(PFSS)外挿法)を用いて太陽地球環境(主に太陽風)の長期変動を行なっているところである。また、今後長期的に太陽地球環境をどの様に観測して行く必要があるかを、次世代太陽観測衛星計画という視点から議論し、宇宙研への提案などの検討も本研究から得られた知見から行っている。これまで開発してきた次期太陽周期活動予測モデルを用いて太陽表面磁場の時間発展計算を、太陽表面速度場を新たな方法で導出することに取り組んだ。これにより表面磁場の予測精度が高まったと言える。次年度以降にこの新たに得た表面速度場を用いて、磁場のデータをさらに計算しそれを用いて、コロナより外側まで外挿し、太陽風の長期変動を確率的に議論する。太陽地球環境の長期変動に関する予測研究をおこなう。10年程度先の太陽風がどのようなものになるか確率論的に議論する。具体的には、現在の太陽全球磁場データを初期値に、今後10年の黒点を確率的に与え大量の太陽表面磁束輸送計算をおこない太陽風モデルを適応することで、太陽地球環境の長期変動を考察する。そのため、我々が開発した次期太陽活動周期予測モデル結果に太陽風モデルを適応することが必要である。具体的な作業としては表面磁束輸送計算結果(太陽全球磁場をインプット)にポテンシャル磁場外挿法(惑星間空間の磁場をアウトプット)を適応することである。
2相性インスリン開口放出機構のイメージング解析

グルコース刺激よる膵β細胞からのインスリン分泌は2相性を示す。2型糖尿病では第1相が著しく低下していることから、2相性インスリン分泌機構の解明は2型糖尿病の予防、治療法の開発のためにも非常に重要な課題であるが、不明な点が多く残されている。本研究では全反射蛍光(TIRF)顕微鏡システムに共焦点レーザー蛍光(Confocal)顕微鏡システムを合体させた新規システム(TIRF-Confocal-Hybrid microscopy)を主に用いて2相性インスリン分泌におけるインスリン顆粒動態の可視化解析を行ない、以下の研究成果を得た。(1)インスリンはPI3K活性を介して細胞膜表面のTrpV2量を増加させることにより、Ca^2+応答潜時を短縮し、第1相インスリン開口放出を促進的に制御する。(2)Gαoは形質膜へのインスリン顆粒のドッキング、および放出可能な状態となるプライミング過程を制御することにより、第1相インスリン開口放出を抑制性に調節している。(3)2型糖尿病感受性遺伝子CDKAL1の遺伝子産物CDKAL1はCDK5以外の経路を介して、ATP生成、KATPチャネルの応答性、細胞内Ca^2+上昇を促進することにより、第1相インスリン開口放出を促進的に制御する。(4)第2相インスリン開口放出を担うnewcomerインスリン顆粒はアクチンネットワーク層内に貯蔵されており、顆粒とアクチンとの相互作用にMyosin Vaが関与することでnewcomer顆粒の細胞内輸送が制御されている。1.グルコース刺激におけるβ細胞膜直下のCa2+上昇と2相性インスリン顆粒開口放出の関係を明らかにする目的で、GFPラベルしたインスリン顆粒の開口放出とFura RedによるCa2+イメージングの同時測定を行なった。高グルコース刺激の分泌第1相では[Ca2+]iの急激な上昇に伴ってprevious docked granulesからのフュージョンが主に見られたが、一方、第2相では[Ca2+]iは緩徐に減少し、newcomersからのフュージョンが観察された。高KCl刺激では急激な[Ca2+]i上昇に伴うprevious docked granulesからのフュージョンが見られ、低KCl刺激では緩徐な[Ca2+]i上昇に伴うnewcomersからのフュージョンが選択的に観察された。このようにグルコースによる2相性[Ca2+]i上昇パターンがフュージョンする顆粒のタイプを決定していることが示唆された。2.分泌第2相における顆粒の貯蔵から形質膜への輸送機構を明らかにする目的で、β細胞内insulin顆粒(GFP)とactin (mCherry)を同時可視化し,4D解析を行った所、形質膜より約500nm内部に顆粒プール(reserve pool)があり,分泌第2相ではreserve poolより供給された顆粒からの開口放出が観察された。actinnetworkはreserve poolを保持し、刺激により重合/脱重合による動態変化起こし,脱重合された領域で形質膜へ顆粒が輸送されていた。また顆粒とアクチンとの相互作用にmyosinVが関与していた。以上の結果よりactin重合/脱重合の空間的制御が第2相分泌を調節していることが示唆された。1.前年度に確立した全反射蛍光(TIRF)顕微鏡システムに共焦点レーザー蛍光(Confocal)顕微鏡システムを合体させたTIRF-Confocal-Hybrid顕微鏡システム法を用いて、今年度はインスリン分泌への関与が示唆されている分子の欠損マウス(Galphao, Myosin Va)から調製した膵β細胞内インスリン顆粒動態の可視化解析を行った。いずれのβ細胞でも選択的に開口放出過程異常が確認されたため、現在解析を進めている。膵β細胞からのインスリン分泌は百日咳毒素(PTX)処理により増強されること、また膵β細胞にはGαoが多量に局在していることから、Gαoがインスリン分泌を抑制性に調節していることが以前から示唆されてきたが、その分子機構は不明であった。本研究では膵β細胞特異的Gαoノックアウト(KO)マウスにおけるインスリン分泌機構を解析した。

膵β細胞特異的GαoKOマウスにおいては、ランゲルハンス氏島の形態に変化が見られなかったが、グルコース応答性インスリン分泌の有意な上昇がin vivoおよび単離ランゲルハンス氏島において観察された。GαoKO β細胞における電子顕微鏡解析および全反射蛍光(TIRF)顕微鏡解析結果では、形質膜にドッキングしている顆粒(previously docked granules)の増加、またpreviouslydocked granulesのフュージョン効率の増加が認められ、その結果、インスリン分泌第1相の増加が観察された。以上の結果より、Gαoは形質膜へのインスリン顆粒のドッキング、および放出可能な状態となるプライミング過程を制御することにより、分泌第1相を抑制性に調節していることを明らかにした。
先史時代のエジプト・西アジアにおける石製両面加工ナイフの実験考古学的比較研究

エジプトと西アジア。両地域は新石器時代から文化的交流を深め、やがてそれぞれが国家の成立を迎える。その中で新石器時代後期に発生したフリント製両面加工ナイフは、農耕・牧畜技術に代表される所謂「Neolithic package」としてエジプトに伝播し、これが初期国家形成期のエジプトでは威信財(稀少石器)として独自の技術的変容を遂げる。本研究の目的は、このように両地域を密接につなぐ考古資料のひとつである両面加工ナイフの製作技術および特にエジプトでの発達過程を検証することにより、初期国家形成期の人間社会の変化をモノづくりの観点から論じることである。2018年度においては、狩猟採集生活から遊牧的な生活に移行する時期の西アジア新石器時代の石器製作技術に関する論考をおこなった。以下2点の理由により、遅れている。1)エジプト考古省からの調査許可が下りず、当該年度に予定していた現地調査を実施できなかったため。2)本研究助成初年度に研究環境(職)が変わり、当初想定していたエフォートを本研究課題に充てることが困難であったため。本研究は、考古遺物分析と複製実験の両輪で構成されている。初年度には、後者の研究を十分に実施することができなかったため、2019年度前半は、主に石器製作実験を実施する。後半は、エジプト・ヒエラコンポリス遺跡での資料調査を実施し、考古遺物の分析を進める計画である。エジプトと西アジア。エジプト現地での資料調査を実施できなかったため、次年度使用額が生じた。2019年度は冬期に現地調査を実施する。また、国内での研究としては、石器製作実験を今年度前半から随時行い、石材・道具の購入に使用する。
注視点シフトのモデル化とこれに基づく適応型視覚の実現

1.階層的注視点制御モデル:人間のような柔軟な視覚情報処理を実現する計算モデルを検討し,5層からなる階層的注視点制御モデルを提案した.このモデルは,画像上での追跡処理に相当するウィンドウ層を最下位層とし,その上にオブジェクト層,ワールド層,ステート層,ミッション層を持つ.このモデルを用いることにより,画像情報に基づくボトムアップ処理と,処理対象に関する知識や処理状況に関する大局的判断に基づくトップダウン処理を相補的に実現する.これにより,画像情報のみから注視点を切り替えるのではなく,複数の注視点からなる集合や集合間の関係,対象に関する高次の知識を用いた柔軟な注視点制御を実現できる.なお,各層の詳細な定義は問題により設計するものとするが,特に,オブジェクトの選択,ワールド層における大局的判断の実現,ステート層における状態の定義は重要な役割を果たす.2.注視点制御による複雑環境下での人物追跡:階層的注視点制御モデルを用いて,単眼視による複雑環境下での人物追跡系を構成した.具体的には,単純なテンプレート追跡と複数人物が交差するような複雑な状況を別の状態として定義し,状態遷移による効率的注視点制御を実現した.特に,ワールド層において,特徴空間と3次元空間の両者を考え,直積空間中での人物の相対位置により,追跡法が切り替えられる点が特徴的である.3.注視点制御によるステレオ動作認識:階層的注視点制御モデルを用いて,ステレオ動画像による人物動作解析を行った.この系では,人物像から背景除去、細線化を行う処理をウィンドウ層が担当し,抽出されたスティックのステレオ処理結果を元にした3次元解釈を階層的制御で実現する.人物構造モデルとステレオ復元結果の対応付けを,信頼度の高い部分から順次進めることが可能であり,動作辞書を利用した解釈などへの拡張性を持つ.1.注視点シフト制御の計算モデル:代表的な画像理解の問題について,注視点シフト制御の観点から物体モデル/事象モデルと画像処理の関係を整理した.画像理解の問題は,一般的に画像情報から生じるボトムアップ処理(「見える」に相当)と、物体モデル/事象モデルによって喚起されるトップダウン処理(「見る」に相当)の組合せとして捉えることができる.ここで、ボトムアップ処理は広範囲にわたる低コスト処理であるのに対し、トップダウン処理は注視点付近に限定した高コスト処理であり、タスクによって異なる目的/異なる処理特性を持つ.これらのタスクの切替えと、タスク内での注視点の移動を統一的に行うための計算モデルに関する基礎検討を行った.2.注視点制御による人物動作認識:動画像からの人物動作認識を例題として考え,注視点制御により人物の構造解析および動作解析を行う.このため,単眼人物検出・構造解析,多眼系での構造解析,動画像による姿勢推定・追跡の各モジュールの作成を行った.また,注視点制御による各モジュールの協調について基本検討を行った.この問題は,人物(構造/動作)モデル・ステレオ・動画像などの多様な情報源を持つ例題であり,注視点制御による柔軟で効率的な処理の実現を目指す.3.注視点制御による物体モデル生成:時系列画像からの物体モデル生成について,因子分解法とステレオビジョンを統合した物体モデル生成への注視点制御の利用を検討した.因子分解法をボトムアップ処理として捉え、局所形状復元のためのステレオビジョンをトップダウン処理として捉えることにより、物体モデル生成を注視点制御の観点から取扱える.これまでに、各種基本モジュールの作成を進めた.1.階層的注視点制御モデル:人間のような柔軟な視覚情報処理を実現する計算モデルを検討し,5層からなる階層的注視点制御モデルを提案した.このモデルは,画像上での追跡処理に相当するウィンドウ層を最下位層とし,その上にオブジェクト層,ワールド層,ステート層,ミッション層を持つ.このモデルを用いることにより,画像情報に基づくボトムアップ処理と,処理対象に関する知識や処理状況に関する大局的判断に基づくトップダウン処理を相補的に実現する.これにより,画像情報のみから注視点を切り替えるのではなく,複数の注視点からなる集合や集合間の関係,対象に関する高次の知識を用いた柔軟な注視点制御を実現できる.なお,各層の詳細な定義は問題により設計するものとするが,特に,オブジェクトの選択,ワールド層における大局的判断の実現,ステート層における状態の定義は重要な役割を果たす.2.注視点制御による複雑環境下での人物追跡:階層的注視点制御モデルを用いて,単眼視による複雑環境下での人物追跡系を構成した.具体的には,単純なテンプレート追跡と複数人物が交差するような複雑な状況を別の状態として定義し,状態遷移による効率的注視点制御を実現した.特に,ワールド層において,特徴空間と3次元空間の両者を考え,直積空間中での人物の相対位置により,追跡法が切り替えられる点が特徴的である.3.注視点制御によるステレオ動作認識:階層的注視点制御モデルを用いて,ステレオ動画像による人物動作解析を行った.この系では,人物像から背景除去、細線化を行う処理をウィンドウ層が担当し,抽出されたスティックのステレオ処理結果を元にした3次元解釈を階層的制御で実現する.人物構造モデルとステレオ復元結果の対応付けを,信頼度の高い部分から順次進めることが可能であり,動作辞書を利用した解釈などへの拡張性を持つ.1.注視点シフト制御の計算モデル:物体モデル/事象モデルと画像処理の関係を整理し,両者を関連付ける枠組として階層型注視点制御モデルを検討した.このモデルを利用することにより,画像情報から生じるボトムアップ情報(「見える」に相当)と,物体モデル/事象モデルによって喚起されるトップダウン情報(「見る」に相当)を注視点の移動と状態変化で取扱える.本年度については,主に下記の2つの課題への適用を中心におき,一般的な計算モデルを検討した.

2.注視点制御による単眼視/複眼視協調型人物動作認識:動画像からの人物動作認識を例題として考え,注視点制御により人物の構造解析および動作解析を行う.このため,単眼人物検出・構造解析の高速化・安定化をはかり,また,多眼系でのステレオ構造解析モジュールの安定化を行った.また,連続性を考慮した姿勢推定モジュールの作成,および,注視点制御による各モジュールの協調について検討を行った.今後,人物(構造/動作)モデル・ステレオ・動画像などの多様な情報の統合を階層的注視点制御によって実現していく.3.注視点制御による複雑環境下での人物追跡:階層型注視点制御による単眼視による人物検出/追跡系を試作した.最下層から順に,ウィンドウ・人物・世界・処理状態の各層を設けた階層型注視点制御モデルを用い,複雑環境下での人物追跡系を構成した.具体的には,単純な追跡と複数人物の交差時を別の状態として定義し,状態遷移による効率的注視点制御を実現した.今後,より複雑な状況への対応を検討していく.1.階層的注視点制御モデル:人間のような柔軟な視覚情報処理を実現する計算モデルを検討し,5層からなる階層的注視点制御モデルを提案した.このモデルは,画像上での追跡処理に相当するウィンドウ層を最下位層とし,その上にオブジェクト層,ワールド層,ステート層,ミッション層を持つ.このモデルを用いることにより,画像情報に基づくボトムアップ処理と,処理対象に関する知識や処理状況に関する大局的判断に基づくトップダウン処理を相補的に実現する.これにより,画像情報のみから注視点を切り替えるのではなく,複数の注視点からなる集合や集合間の関係,対象に関する高次の知識を用いた柔軟な注視点制御を実現できる.なお,各層の詳細な定義は問題により設計するものとするが,特に,オブジェクトの選択,ワールド層における大局的判断の実現,ステート層における状態の定義は重要な役割を果たす.2.注視点制御による複雑環境下での人物追跡:階層的注視点制御モデルを用いて,単眼視による複雑環境下での人物追跡系を構成した.具体的には,単純なテンプレート追跡と複数人物が交差するような複雑な状況を別の状態として定義し,状態遷移による効率的注視点制御を実現した.特に,ワールド層において,特徴空間と3次元空間の両者を考え,直積空間中での人物の相対位置により,追跡法が切り替えられる点が特徴的である.3.注視点制御によるステレオ動作認識:階層的注視点制御モデルを用いて,ステレオ動画像による人物動作解析を行った.この系では,人物像から背景除去、細線化を行う処理をウィンドウ層が担当し,抽出されたスティックのステレオ処理結果を元にした3次元解釈を階層的制御で実現する.人物構造モデルとステレオ復元結果の対応付けを,信頼度の高い部分から順次進めることが可能であり,動作辞書を利用した解釈などへの拡張性を持つ.
分散アーキテクチャと離散モデリングによる多自由度ロボットの行動計画手法の開発

本研究は動的システムの分散制御アーキテクチャと離散モデリングから成る自律的多自由度ロボットの制御手法の実現を目指す.空間の離散化による行動計画は複雑な環境に対応可能だが比較的低次元の問題にしか適用できない.一方,現在広く受け入れられている階層型制御は大規模系に対して有利である反面,ロボット本来の多自由度性をフルに活かすことができない.そこで本研究では,離散近似手法とマルチエージェントのコンセプトに基づく分散制御を融合させることにより両者の利点を合わせ持つ新しい制御手法を開発する.本研究は動的システムの分散制御アーキテクチャと離散モデリングから成る自律的多自由度ロボットの制御手法の実現を目指す.空間の離散化による行動計画は複雑な環境に対応可能だが比較的低次元の問題にしか適用できない.一方,現在広く受け入れられている階層型制御は大規模系に対して有利である反面,ロボット本来の多自由度性をフルに活かすことができない.そこで本研究では,離散近似手法とマルチエージェントのコンセプトに基づく分散制御を融合させることにより両者の利点を合わせ持つ新しい制御手法を開発する.今年度は,21年度研究計画に沿い,下記の2テーマに取り組んだ:・複数物体へのリーチング動作の計画ヒューマノイドロボットへの適用の前段階として,多関節ロボットアームによる複数の目標物体へのリーチング動作計画問題を扱い,数値シミュレーション環境において検証した.この際,従来の提案手法を拡張し,ロボットの関節軌道のみならず物体を把持するタイミングをも決定変数とすることによりリーチングの順序・タイミングも含めた高次動作計画をある程度達成した.・離散モデリングに基づく歩行ロボットの周期運動制御研究計画ではバランス制御に取り組むとしていたが,ハードウェア上の制約を受け,周期運動(その場足踏み)の制御へとテーマ変更した.2足ロボットの足踏み運動をハイブリッドオートマトンモデルとしてモデル化し,実測データに基づきモデルパラメータを決定した.さらに,このモデルを用いて所定の目標周期で足踏み運動を実現する制御器を小型2足ロボットe-nuvo上に実装し,検証した.これらの成果の対外発表は次年度に順次行っていく予定である.なお,本年度行った対外発表(次頁)は主として当研究者が継続的に取り組んでいる離散モデリングに関するものである.今年度は,交付申請時の計画にしたがい,下記の事項に取り組んだ:【昨年度成果の対外発表】2件の国内会議および1件の国際会議にて成果発表を行った(裏面記載)。また、現在2件の国際会議に投稿中である。【2足ロボットの改造】昨年度は2足ロボットのセンサが不足していたために周期運動制御に不可欠な離散事象の検知が困難であった.そこで今年度は2足ロボットの胴体に加速度・角速度センサを取り付けた他,足部を改造して床反力を計測するための圧力センサを組み込んだ.また,センサを搭載したロボットを用いて床反力フィードバックによる重心制御系を実装し,実機上である程度の性能が確認された.しかしながら力センサの低S/N比やヒステリシスなどの問題が生じたため,改善が望まれる.センサの改善後に当初の目的であった周期運動制御に取り組む予定である.【動作計画手法の拡張】昨年度の手法では,ロボットの軌道を離散的な時系列として表現していたため多数の変数を要したが,今年度はスプライン補間を用いてより少ない変数での軌道表現を可能とした.また,昨年度に行ったリーチング動作におけるタイミング最適化についてもこれに応じた修正を施した.一方で当初計画していた離散変数を含む動作計画には着手できなかった.【ソフトウェア整備】これまでに開発した動作計画手法を再利用可能なソフトウェアライブラリとして整備した.今後,順次公開およびドキュメント作成を行っていく予定である.
確率脳内シミュレータとしての大脳皮質自発発火活動と学習の解明

大脳皮質神経回路ネットワークの確率的情報処理に関して,特に自発活動の起源と機能,さらにその基礎的性質と素の応用に関する理論研究を実施した.これまでの研究により,大脳皮質で観測される強いゆらぎを伴った自発活動が,大脳皮質局所回路内での興奮性神経細胞間での後シナプス電位(Excitatory postsynaptic potential, EPSP)の振幅分布の極端な不均一性によって説明できることを明らかにし,さらにその自発活動によって興奮性神経細胞間のスパイク発火確率が動的に調整されていることを明らかにしたが,本年度は,EPSP振幅不均一性の起源とその工学的応用の可能性,さらに高次の回路構造が自発活動に与える影響とその神経情報処理上の機能的意義に関して研究成果を得た.具体的にはまず,実験的に観測されるEPSP振幅の不均一性が興奮性神経細胞間のシナプス可塑性によって説明されうるかどうかを検討し,Hebb型の学習則と恒常性維持可塑性の組み合わせによって,神経細胞集団内での発火率の不均一性が生じ,その結果EPSP振幅の不均一性が維持される可能性がある事を明らかにした.さらに得られた不均一性を電子回路としての実装も検討し,簡単化したEPSP振幅分布の効果を検討し,neuromorphic engineeringへの展開の可能性も明らかにした.高次の回路構造に関しては,実験的に指摘されている高次構造と整合性を持つ単純な神経回路モデルを提案した.このモデルは回路内にクラスタ構造を持ち,そのクラスタ構造によって異なる発火率を持つ複数の自発発火状態が共存できることを明らかにした.これによりクラスタ構造を持つ神経回路ネットワークでは,自発的発火状態をワーキングメモリーの一種として利用できることを明らかにすることに成功した.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。大脳皮質神経回路ネットワークの確率的情報処理に関して,特に自発活動の起源と機能,さらにその基礎的性質と素の応用に関する理論研究を実施した.これまでの研究により,大脳皮質で観測される強いゆらぎを伴った自発活動が,大脳皮質局所回路内での興奮性神経細胞間での後シナプス電位(Excitatory postsynaptic potential, EPSP)の振幅分布の極端な不均一性によって説明できることを明らかにし,さらにその自発活動によって興奮性神経細胞間のスパイク発火確率が動的に調整されていることを明らかにしたが,本年度は,EPSP振幅不均一性の起源とその工学的応用の可能性,さらに高次の回路構造が自発活動に与える影響とその神経情報処理上の機能的意義に関して研究成果を得た.具体的にはまず,実験的に観測されるEPSP振幅の不均一性が興奮性神経細胞間のシナプス可塑性によって説明されうるかどうかを検討し,Hebb型の学習則と恒常性維持可塑性の組み合わせによって,神経細胞集団内での発火率の不均一性が生じ,その結果EPSP振幅の不均一性が維持される可能性がある事を明らかにした.さらに得られた不均一性を電子回路としての実装も検討し,簡単化したEPSP振幅分布の効果を検討し,neuromorphic engineeringへの展開の可能性も明らかにした.高次の回路構造に関しては,実験的に指摘されている高次構造と整合性を持つ単純な神経回路モデルを提案した.このモデルは回路内にクラスタ構造を持ち,そのクラスタ構造によって異なる発火率を持つ複数の自発発火状態が共存できることを明らかにした.これによりクラスタ構造を持つ神経回路ネットワークでは,自発的発火状態をワーキングメモリーの一種として利用できることを明らかにすることに成功した.大脳皮質の自発発火活動は強いゆらぎを伴っているため、神経情報処理における単なる背景ノイズと見なされることもあったが、実際は感覚刺激の認知・推定・判断といった神経情報処理に重要な影響を与える事が解明され始めている。本研究計画では、この大脳皮質自発発火活動が何らかの意味で過去の感覚刺激の経験を脳内モデルとして蓄積したものであり、確率推論の先見知識として利用しているのではないかとの作業仮説に基づいて理論研究を進めた。まず自発発火活動の生成メカニズムを解明し、その自発発火活動が持つ神経情報処理における機能を解明することを試みた。その結果、大脳皮質の神経ネットワークが示す不規則で非同期な自発発火活動の実現には、大脳皮質興奮性神経細胞間に稀に存在する極めて強い興奮性シナプスの存在が重要なことを明らかにできた。この稀な強シナプスと多数の弱シナプスの結合の共存が重要であり、どちらか一方が欠けても安定した自発発火活動の維持は不可能になる。さらに、本年度の研究では、自発発火活動レベルの変調によって何らかの神経情報処理が実際に実現できる事を見るため、極端な強弱シナプスの共存を、連想記憶構造を持つ神経ネットワークモデルに導入してその能力と性質を調査した。その結果、細胞間での自発発火活動レベルの変調によって、埋め込まれた記憶パターンが安定して想起される事を明らかにできた。大脳皮質自発発火活動の安定した実現メカニズムを解明した点、及びその基盤となっている極端な強弱シナプスの共存を連想記憶モデルに組み入れることで、自発発火レベルの変調によって神経細胞モデルの発火確率をコントロールでき、実際に連想記憶パタンの安定した想起が実現できる事を示した点は、自発発火活動を用いた大脳皮質の確率的脳内シミュレーションの実現の基礎となる機能である。このことからこれらの研究成果により本研究計画の目標達成への重要なステップが実現できたと考えられる。一方、自発発火やその変調を刺激の経験によって獲得する学習過程に関しては十分研究が進展しておらず、次年度に残る重要な課題である。

本研究課題のこれまでの研究により、自発活動の学習過程との関連においては、単純な可塑性メカニズムでは自発活動の安定した維持と学習が実現できない事がわかってきた。そこで今後は、可塑性メカニズムの詳細な研究から、より大局的な学習過程の議論に研究の中心を移す計画である。詳細な可塑性実現メカニズムとしてはスパイク時間依存可塑性と呼ばれる、スパイク発火時刻に着目した可塑性メカニズムがよく知られているが、この可塑性メカニズムそのものではなく、発火率とその変調、あるいは発火相関の有無など粗視化された量に基づく可塑性を検討する予定である。また同時に、連想記憶モデル等の明確な構造を含んだ神経ネットワークモデルを対象とすることで、大脳皮質での確率情報が自発発火活動にどのように表現されるかの可能性も検討する予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。
実時間観察可能な光電変換型ニアフィールド光学顕微鏡の開発

本研究では、光を用いて生きた生物試料を実時間で観察でき、ナノメートルのオーダーの空間分解能を有する実時間・ナノイメージング手法を実現することを目的とし、実際にシステムを試作し、生きた生物試料を高分解能に観察するための技術開発および理論構築を行なうことを目的として、研究を進めてきた。実時間で観察可能な高分解能光学顕微鏡を実現することによって、分子・たんぱく質レベルでの機能解析から細胞・臓器レベルでの機能解析まで、統一的な観察を行なうこうとが可能となる。開発を進めている実時間・ナノイメージング手法は、近接場露光型のニアフィールド顕微鏡技術を基礎として、光強度を光電変換して電子の像として検出するシステムである。開発するシステムでは、生きた生物試料を光電変換膜上に直接配置する。生物試料に光を照射すると、試料の持つ微細構造によって試料界面近傍にエバネッセント波が発生する。試料と光電変換面との距離が十分小さい場合、エバネッセント波が光電変換面に浸み出し、その強度に応じた電子を放出する。放出された電子は、電子レンズで撮像デバイス上に結像され、その強度分布が検出される。本年度は、金薄膜を用いて紫外線レーザー用いて、近接場光を光電変換することを試みた。合成石英の直角プリズムに、金薄膜を蒸着し、波長224mmの紫外光を照射するための真空装置を設計し、試作した。直角プリズムに臨界角以上で入射し、界面近傍に生じたエバネッセント波で光電子を励起するシステムである。光電変換された光電子を加速し、ZnO蛍光膜に照射し、蛍光を観察することを試みた。本年度は、試料を配置するための窓材の構成について検討した。穴の空いたシリコン基板に50nmの窒化膜を形成し、試料を配置する構成とした。微小球を用いた基礎実験により、窓材を用いることにより光の回折限界を超えた分解能が実現できることを示した本研究では、光を用いて生きた生物試料を実時間で観察でき、ナノメートルのオーダーの空間分解能を有する実時間・ナノイメージング手法を実現することを目的とし、実際にシステムを試作し、生きた生物試料を高分解能に観察するための技術開発および理論構築を行なうことを目的として、研究を進めてきた。

生物試料に光を照射すると、試料の持つ微細構造によって試料界面近傍にエバネッセント波が発生する。試料と光電変換面との距離が十分小さい場合、エバネッセント波が光電変換面に浸み出し、その強度に応じた電子を放出する。放出された電子は、電子レンズで撮像デバイス上に結像され、その強度分布が検出される。本年度は、金薄膜を用いて紫外線レーザー用いて、近接場光を光電変換することを試みた。合成石英の直角プリズムに、金薄膜を蒸着し、波長224nmの紫外光を照射するための真空装置を設計し、試作した。直角プリズムに臨界角以上で入射し、界面近傍に生じたエバネッセント波で光電子を励起するシステムである。光電変換された光電子を加速し、ZnO蛍光膜に照射し、蛍光を観察することを試みた。
マイクロスケールにおける水分子の流動特性の解明

本研究では,気体としての水分子,つまり水蒸気のマイクロスケールにおける流動特性を解明することを目指した.マイクロ流路を通過する流量を実験的に計測し,気体分子と固体表面の相互作用の強さを表すパラメータである接線方向運動量適応係数を導出した.その結果,水分子は単原子分子気体とは異なる性質を示すことを明らかにした.また混合ガスの影響に関しても調査を行い,気体の混合によって流動特性が大きく変化することを明らかにした.本研究では,気体としての水分子,つまり水蒸気のマイクロスケールにおける流動特性を解明することを目指す.マイクロ流路を通過する流量を実験的に計測し,マイクロ流路に様々な材料を用いて流量の比較を実施していく.さらに,マイクロ流路を通過する流量が気体分子と固体表面との相互作用に強く依存する高クヌッセン数流れとなる領域を利用して,相互作用の強さを表すパラメータである接線方向運動量適応係数を導出することで,水分子の固体表面近傍における挙動を解明していく.構築済みのマイクロ流路内の流量計測システムは,常温で気体の試料をガスボンベより供給して計測する.そこで,まず気体として水分子を流量計測システムへ供給できるシステムを構築した.温度管理された真空容器に液体の水を封入し,容器内や水に溶存している気体を除去した上で気体として水分子のみを供給できるように真空ポンプによって十分な真空度に到達するまで排気した後真空ポンプを切り離し,飽和蒸気圧によって容器内から出てくる水分子を流量計測システムに供給できるようにした.供給される気体において水以外の残留ガスや大気の混入の存在を確認するために質量分析計を用いて成分分析を行ったところ,気体はほぼ水のみとみなせることを確認した.そこで次に,金属やプラスチックなど様々なマイクロ流路を用いた流量計測を行い,流路材料によって接線方向運動量適応係数,つまり流れやすさが異なることを明らかにした.本研究では,気体としての水分子,つまり水蒸気のマイクロスケールにおける流動特性を解明することを目指す.マイクロ流路を通過する流量を実験的に計測し,マイクロ流路に様々な材料を用いて流量の比較を実施していく.さらに,マイクロ流路を通過する流量が気体分子と固体表面との相互作用に強く依存する高クヌッセン数流れとなる領域を利用して,相互作用の強さを表すパラメータである接線方向運動量適応係数を導出することで,水分子の固体表面近傍における挙動を解明していく.計測においては水分子以外の気体が混入することも考えられ,混合ガスとなることに依って結果が影響を受けることも否定できない.そのため,質量の大きく異なるヘリウムとアルゴンの混合ガスにおいて,混合比を変えたときの影響を計測した.混合ガスにおいては接線方向運動量適応係数に相当する粘性滑り係数を求めたが,混合比によって大きく変化することが明らかとなった.そのため,気体の混入は計測結果を大きく左右することが判明した.そこで,改めて飽和蒸気圧を利用して水分子を供給し,純度の高い水分子に対する接線方向運動量適応係数の計測を行い,単原子分子気体であるヘリウム,ほぼ同じ質量を持つネオン,そしてアルゴンと比較を行った.その結果,単原子分子気体が示す傾向とは少し異なり,接線方向運動量適応係数,つまり流路内の流れやすさが分子量では整理できない特異な性質を示すことを明らかにした.本研究では,気体としての水分子,つまり水蒸気のマイクロスケールにおける流動特性を解明することを目指した.マイクロ流路を通過する流量を実験的に計測し,気体分子と固体表面の相互作用の強さを表すパラメータである接線方向運動量適応係数を導出した.その結果,水分子は単原子分子気体とは異なる性質を示すことを明らかにした.また混合ガスの影響に関しても調査を行い,気体の混合によって流動特性が大きく変化することを明らかにした.当初の計画通り,水分子を供給するシステムの構築を行い,実際にいくつかのマイクロ流路を用いて流量計測及び接線方向運動量適応係数の導出を行った.分子流体工学今後は,水と同程度の質量である単原子分子気体であるネオンを用いて比較することにより,水の特徴を抽出する.また,水以外に混入している気体の影響はほぼ無視できることが明らかとなったが,その影響を定量的に評価するために,混合ガスの混合割合の変化による流量,接線方向運動量適応係数への影響を調査する.当初よりも進展があったことにより前倒し支払い請求を行った.しかし,計画していた混合気体製造システムの設計には多くの自由度が存在することが明らかとなり,最適化するためには再度設計を慎重に行う必要があったため,年度を越えて再設計を実施している.従来計画通り,混合気体製造システムを構築するために今後利用する.
肺動脈性肺高血圧症に対する新規治療標的としてのTRPC6, CNP経路の研究

肺高血圧の発症進展におけるCa2+チャネルの一種であるClassic transient receptor potential channel 3及び6 (TRPC3、TRPC6)の関与について、遺伝子改変マウス、及び両者を阻害する新規化合物pyrazole4(pyr4)を用いて検討した。マウスのMonocrotaline-pyrrole誘発肺高血圧モデル、及び低酸素誘発肺高血圧モデルのいずれの肺高血圧モデルにおいても、TRPC3/TRPC6ダブルノックアウト群では肺動脈圧と右室重量を有意に改善し、肺組織における肺動脈中膜の肥厚を抑制した。また、Monocrotaline誘発肺高血圧モデルラットにおいて、Pyr4は肺動脈圧や右室重量を有意に改善し、TRPC3、TRPC6の下流にあるRCAN-1の発現亢進を抑制した。更に、ヒト特発性肺動脈性肺高血圧症患者由来の肺動脈平滑筋細胞においてPyr4はPDGFによる細胞増殖を用量依存的に抑制した。これらの結果からTRPC3/TRPC6は肺高血圧症の病態悪化に関与し、遺伝子レベルでの阻害やTRPC3/6の阻害薬は新規治療法として有用である可能性が示された。また実験の家庭において各種肺高血圧モデル動物においてTRPC6/3の発現亢進の程度が異なり、そのためにTRPC6, TRPC3阻害の効果が異なる可能性を示唆する治験も得られつつある。また、肺高血圧症の発症進展におけるCNP/ GC-B系の意義を検討する目的にて、血管内皮/血管平滑筋特異的GC-Bノックアウトマウスを作成し、それら遺伝子改変マウスに対し肺高血圧刺激を行い検討を行った。血管内皮特異的GC-Bノックアウトマウスにおいて肺高血圧の悪化を認めたことより、血管内皮におけるCNP - GC-B経路が肺高血圧刺激に対して保護的に作用する可能性が示唆された。TRPC, CNP-GC-B経路が肺高血圧モデル動物において肺高血圧の発症・進展に関与している事に矛盾しない結果が得られており、実験系として順調に進展していると考える。購入物品金額の端数として少額である3132円の次年度使用額が生じました。次年度も今年度以上に動物実験、や培養細胞実験が必要で有り、そのための研究試薬等の物品比として使用する計画です。