hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物界全般において多様性、系統分類や進化の評価に適用可能な分子マーカーの開発

既存のゲノム研究モデル生物種からのデーターマイニングや機能ゲノム解析に基づき,生物種を答わずユニバーサルに種内遺伝的多様性、系統分類や進化について迅速かつ簡易に評価できる生物界全般に適用できるDNAマーカーの設計を行い、試用した。今年度は,多様性の測定について緊急性のある絶滅危惧種や損失危惧在来品種について試用検討を行うとともに、土壌微生物等への試験も行った。I)キンポウゲ科のミシマバイカモについては、遺伝子マーカーの適用は適正であったが,すでに多様性は失われていることがわかった。II)作物伝統的在来品種について,2件の例を試用した。ショウガ科については、同科のSSRマーカーがないため、単子葉植物の典型のイネのSSRを用いて,cross compatibilityを評価し,これらがRAPDマーカー的に使えることを見いだした。このようなマーカーと機能ゲノムベースのPBAマーカーで検出できる多様性の検討も行った。PBAマーカー等本研究自前のマーカーのほうが簡便迅速に多様性評価ができることが認められた。東南アジア在来のトマト品種についても迅速な多様性検定が,従来のSSRと比べてPBAで可能であることが認められた。これらの一部は論文発表される。III)土壌微生物メタゲノムについては、従来のrDNA領域ではなく,インタースペーサーを用いたRISAについて汎用性を確認し,多様性解析の適していることが認められた。IV)動物についても,メダカの多様性の評価は材料収集状況があるため、現在まだ進行中である。V)上記事例に基づき,遺伝的多様性を測定できる分子マーカー群の技術的確立と解析法のストラテジーのモデルを考案しつつある。これは、今後事例を多数作り一般化したい。VI)CBD-UNEPやIPGRI等国際機関の支援により、成果を遺伝資源の多様性解析と保全に利用を試みる連携をBioversity Internationalと始め,アフリカ等の稀少植物の評価を今後行う。2年間において、概ね当初目的は達成できたが、今後PBA等の簡易マーカーの汎用性について事例を構築したい。1)モデル生物種からのデーターマイニング:生物機能に共通するいわゆるハウスキーピングジーンに着目し、動物、植物、微生物で相同性の高い領域を探索した。チトクロームP450及びストレス耐性について着目した。また、イネSSRマーカーについても増幅の再現性の高いものは、RAPD等の使用の可能性を幅広く非Poaceaeの単子葉類及び双子葉類で検討した。2)DNAマーカーの設計:上記候補遺伝子群のうち暫定的に100遺伝子についてプライマーを設計する。プライマーは増幅の可否もありので、総計18プライマー組合わせで、11ペアーのプライマーが、高等植物のイネ及びジャガイモで多目的で使用できることが確認できた。3)高等植物での汎用性確認のためショウガ科、ヒルガオ科などの植物でマーカー利用を行った。4)評価の緊急性の高い絶滅危惧種の日本国内稀少植物への応用展開を諮り、キンポウゲ科のミシマバイカモについて、保全団体から試料の供給を受け、多様性の存続について検討を行った。予備的には、遺伝的多様性が稀少植物にも存在する可能性があり、多様性の保全の指標としても分子マーカー利用例が得られた。5)ショウジョウバエ、メダカ等についてマーカーの試用を開始した。
携帯用パノラマX線撮影装置の開発に向けての基礎的検討

携帯用パノラマX線装置の開発をレントゲン機器の大手メーカーである(株)朝日レントゲン工業に依頼し、承諾を得た。当社より市販されている軽量な携帯用X線撮影装置(KX-60)の管球とパノラマX線撮影装置(AUTO-2000)をベースに設計を進めた。しかし、X線管電圧60kVのKX-60の管球では大規模災害時の連続撮影には耐えられない可能性があるため、新たにX線管電圧70kVの高周波インバータ-方式による軽量化されたX線発生装置を開発した。撮影条件を十分検討し試験撮影した結果、撮影時間を短縮し良好な画像が得られるようになった。従来のパントモ撮影装置の管球の回転軸は垂直方向であるが、携帯用の場合、仰臥位で撮影できるように回転軸を水平方向にさせるためスタンド部の強化が必要である。スタンド、回転部、およびカセットホルダー部等は、パノラマX線撮影装置(AUTO-1000EX)を基本構造として使用する。遺体を載せる台は市販のストレッチャーを用い、手動でヘッドサポート角度を変えられるような頭部固定台を後付けし、本体に接続できるようにする。頭部の位置付けは、前歯・正中・フランクフルト平面の3ビームにより合わせられるようにする。フィルムは通常のパノラマ撮影に使われている15×30cmを用い、平面カセッテに装着する方式とする。以上のように、仕様・基本設計・検討図作成は終了し、現在、試作機の作製に取りかかっている。今後、メーカーと協議検討を重ね、できるだけ小型軽量化しつつ強固な装置の開発を進めていく。
ウイルス薬剤耐性にかかわる一塩基変異の迅速診断法の開発

これまでウイルス感染の迅速診断は、感染患者の臨床検体中に含まれるウイルス由来の蛋白質を金ナノコロイド修飾抗体により捕獲し、メンブレン上にバンドとして検出するイムノクロマト法が用いられてきた。一方、申請者らはウイルス粒子に含まれる遺伝子をオリゴヌクレオチドにより配列選択的に捕獲する独自技術を開発することに成功している。本研究では、インフルエンザウイルスの薬剤耐性に関わる遺伝子の一塩基変異を厳密に識別するための核酸に対する化学修飾技術を開発することに成功した。さらに、この化学修飾核酸分子を用いてメンブレン上にてインフルエンザウイルスの薬剤耐性と薬剤感受性を目視で識別することに成功した。本研究では、申請者らが独自に開発したペプチド核酸搭載クロマトグラフィーによるウイルスゲノムの高感度可視化法、及びペプチド核酸へのナフタレン型のジフェニルアセチレン導入によるゲノム1塩基変異の高感度識別を利用して、インフルエンザウイルスの薬剤耐性をその場で高感度に可視化する革新的な手法の開発を目指した。現在、臨床現場で用いられているインフルエンザ治療薬は、インフルエンザウイルスが感染細胞内で増殖後、ウイルスが細胞外へ出芽する際に利用するノイラミニダーゼ(酵素)へ結合し、その酵素活性を抑制するものが主流である。しかし近年、このノイラミニダーゼのアミノ酸配列で274番目のヒスチジンがチロシンへと変異したウイルス株がノイラミニダーゼ阻害剤に耐性を持つことが報告されている。そこで、我々はこのノイラミニダーゼの遺伝子配列の1塩基変異に着目し、この遺伝子配列を配列選択的に検出できるペプチド核酸の合成を行った。その結果、ノイラミニダーゼ耐性ウイルスの遺伝子に塩基相補的なペプチド核酸は、ノイラミニダーゼ感受性のウイルス遺伝子にも非特異的位に結合することがわかった。そこで、ペプチド核酸のアミノ末端にトラン(ジフェニルアセチレン)を導入して、標的遺伝子に対する配列選択性を高めることを目指した。その結果、ペプチド核酸にナフタレン型のトラン誘導体を導入すると、そのRNA配列識別能が高くなること確認した。続いて、前記トラン修飾ペプチド核酸をラテラルフロー上に固定化し、インフルエンザウイルスのノイラミニダーゼ阻害剤耐性、感受性を検出できるか評価した。その結果、トラン修飾ペプチド核酸はノイラミニダーゼ阻害剤耐性ゲノムを配列選択的に検出できることを確認した。核酸化学
極超高真空電子顕微鏡による表面-結晶成長ミクロプロセスの研究

本研究では、1)高分解能・超高真空電子顕微鏡の整備と、2)"その場"観察法による原子レベルの表面・結晶成長過程の観察を行った。1)では、電子顕微鏡の鏡筒内真空度が【10^(-8)】Paで、試料加熱や蒸着などの"その場"観察機能をもち、かつ結晶表面や微粒子構造を原子レベルで観察するために必要な0.22mmの点分解能を具えた装置を開発した。超高真空を達成するため電子顕微鏡を100°Cに焼きだす機構など、多くの技術的改良を加え、真空・分解能・"その場"観察法の三機能を集約し、「電子顕微鏡による表面研究」を飛躍的に発展させる手法を確立することができた。2)では、超高真空電子顕微鏡法による表面観察法として、a)透過電子顕微鏡法と、b)反射電子顕微鏡法について検討した。透過法では、側面投影像(プロファイルイメージ)法により、黒鉛表面に金原子を蒸着した際に金原子が表面を拡散し、数ケの原子が結合して"核"をつくり、それが次第に大きく成長していく過程を原子レベルの分解能で捕えることができた。また、透過電子回析法を用いることによって、結晶表面の構造が原子レベルで解析できることを、シリコン(111)表面の7×7再配列構造が"対双成・吸着原子・積層欠陥"構造であることを解明することにより、具体的に立証した。反射顕微鏡法による表面観察では、シリコンの7×7再配列表面やこの構造が1×1構造と相転移する過程、さらに7×7表面に金を蒸着した際に形成される表面の超構造などを高分解能で捕えることにより、表面や結晶成長過程を1mm程度の大きさをもつ表面超格子のレベルで調べることが可能であることを示した。以上、高分解能・超高真空電子顕微鏡の開発と、高分解能表面顕微法・回析法の発展を行い、表面・結晶成長過程のミクロプロセスを原子のレベルで解明することを世界に先がけて行った。本年度は、研究実施計画にもとづき、1.超高真空排気系を備えた極超高真空電子顕微鏡を完成し、2.結晶表面・結晶成長のミクロプロセスの観察を行った。研究成果は、まだ予備的な研究段階でのものではあるが、以下の事柄を得ている。1.シリコン(111)表面の再配列構造として良く知られている7×7超格子構造について、(【i】)透過電子線回折法を用いてその表面原子の具体的配置を求めた。(【ii】)この配置(DASモデル)はその後に行われた他の研究手法による結果によっても強く支持され、透過回折法が表面構造解析法として有力であることを示した。2.(【i】)Ge(111)表面の2×8再配列構造についても検討を加え、DAS構造と類似な基本構造をもっと、実験結果が良く説明できることを示し、(【ii】)Si(111)-7×7表面上にGeを蒸着してできる5×5,7×7超格子構造についても、これらがDAS構造と基本的に同じ原子配列をもつことを透過電子回折法で示した。清浄表面に吸着した金属が形成する超格子構造についても透過電子顕微鏡法・回折法による研究を行い、3.Si(111)-7×7再配列皮然に吸着したAg原子は【√!3】×【√!3】超格子をつくるが、この構造の透過回折図形・顕微鏡像を得ることに成功し、回折強度の詳細な解析を行い、従来数多く提案されていた吸着構造モデルでは実験結果を説明できないことを示し、この【√!3】構造がもついくつかの構造の特徴を指摘した。

4.Agと同様に、Auの吸着について観察した結果、5×2,【√!3】×【√!3】,6×6などが見られた。これらの超格子構造とAuの吸着量の関係、6×6構造が形成される下地温度・吸着量などの条件、【√!3】×【√!3】構造が散漫散乱を伴う短範囲規則性をもつ表面超格子構造であることを明らかとした。
ヒト鼻咽腔粘膜上皮におけるDDSを介する抗原提示細胞の機能解析および分化誘導

鼻咽腔・鼻粘膜は,外来病原体に対する生体防御の最前線に位置し,その粘膜は,自然免疫,獲得免疫において重要な役割を担っている.われわれは,感染アレルギーの免疫機構解明のため,ヒト鼻咽腔粘膜上皮・鼻粘膜上皮における抗原提示機構と上皮バリア機能を解析する研究をおこなった.「体をまもる」機能の最前線に位置する鼻や口腔咽頭の粘膜は,自然免疫,獲得免疫において重要な役割を担っている.なかでもヒトの鼻粘膜上皮は,解剖学的に「体をまもる」うえで発達したタイト結合による上皮バリアを有していることが知られている.近年タイト結合は前述の防御・バリアとしての機能に加え,免疫応答の第一歩である抗原取り込み機構にかかわっていることが示されており,我々は,以前アレルギー性鼻炎において,抗原提示細胞であるCD11c陽性樹状細胞が上皮と同様のタイト結合分子を発現し内腔に樹状突起を伸ばしていることを報告した.本研究では,咽頭扁桃のM細胞という抗原取り込みに関係する細胞を指標にして,鼻粘膜組織および培養鼻粘膜上皮細胞を用いて,鼻粘膜上皮のM細胞の同定,分離および分化誘導を行い,鼻粘膜上皮のM細胞の特異的タイト結合蛋白の発現を検索し,ヒト鼻粘膜上皮におけるM細胞や樹状細胞といった抗原提示機構と上皮のバリア機能との関係を明らかにすることを目的としてきた.我々はcytokeratin 20 (Ck20)をマーカーにし透過型電子顕微鏡を用いてヒト咽頭扁桃(adenoid)組織を観察すると,短い微絨毛をもったM細胞様の細胞内にCk20で標識された金粒子が同定され,さらにポケット様構造の内部にはリンパ球を取り込んでいる像が確認された.また,ヒト咽頭扁桃組織および培養細胞におけるCk20陽性細胞は,周囲の上皮同様,特定のタイト結合蛋白を細胞境界領域に発現していることを観察した.これらのヒト咽頭扁桃のCk20陽性のM細胞を指標にして,タイト結合を中心とした「体をまもる」機能を明らかにし,アレルギー性鼻炎の新しい治療のための基礎研究を行う予定である.鼻咽腔・鼻粘膜は,外来病原体に対する生体防御の最前線に位置し,その粘膜は,自然免疫,獲得免疫において重要な役割を担っている.われわれは,感染アレルギーの免疫機構解明のため,ヒト鼻咽腔粘膜上皮・鼻粘膜上皮における抗原提示機構と上皮バリア機能を解析する研究をおこなった.現在,日本国民の4人に1人が花粉症を発症し,また世界的にもインフルエンザやSARSをはじめとする感染の流行などで,感染アレルギーの予防および治療はますます重要になってくるものと考えられる.鼻咽腔・鼻粘膜は,外来病原体に対する生体防御の最前線に位置し,その粘膜は,自然免疫,獲得免疫において重要な役割を担っている.われわれは、感染アレルギーの免疫機構解明のため、ヒト鼻咽腔粘膜上皮・鼻粘膜上皮における抗原提示機構と上皮バリア機能との関係を明らかにすることを目的として本研究をおこなっている.正常およびアレルギー性鼻炎におけるヒト鼻粘膜組織,扁桃,咽頭扁桃におけるM細胞の同定とタイト結合蛋白の発現解析を行った.ヒト扁桃上皮を陽性対象として,正常ヒト鼻粘膜上皮におけるM細胞をCk20, UEA-1, Vimentin, Annexin-V,TLR2,TLR9などのM細胞特異抗体を用いて免疫染色,免疫電顕を用いて同定し,アレルギー性鼻炎の鼻粘膜上皮と発現率を比較検討した.さらにタイト結合蛋白の様々な特異抗体と2重染色し,周囲の上皮とは異なるM細胞特異的なタイト結合蛋白の発現を検索した.ヒト鼻粘膜上皮を検討した結果,Ck7がほぼ全ての上皮に陽性に対して,ヒト扁桃上皮でみられたCk20陽性M細胞が,一部の鼻粘膜上皮中に明らかにみられ,タイト結合蛋白occludinの発現もみられた。今後は、M細胞だけを分離同定し培養し、ヒト扁桃,咽頭扁桃,鼻粘膜から分離同定された初代培養扁桃および鼻粘膜上皮細胞を用いて,テロメラーゼ遺伝子導入による延命化扁桃および鼻粘膜上皮細胞系を確立することを考えている。ヒト扁桃上皮、ヒト鼻粘膜上皮、ヒトアデノイド上皮を用いる実験系であるが、全体としておおむね順調に進行していると考えられる。ヒト鼻粘膜上皮のバリア機能とM細胞による抗原提示機構との関係の解析は全く報告がなく,感染アレルギーの予防と治療に対して今回のアプローチは非常に独創的と考えられるため、今後も多くの報告、研究会、学会などの最新の知見を踏まえて、本研究を発展させていきたい.ヒト扁桃組織とともに鼻粘膜組織よりCk20抗体,FACScaliburおよび磁気ビーズを用いて,M細胞だけを分離同定し培養する.培養M細胞においては,蛍光色素の取り込み能とともにタイト結合蛋白の発現をRT-PCR, Western blotおよび免疫染色を用いて詳細に検討する予定である.また、M細胞の分化誘導のために,ヒト扁桃および鼻粘膜組織から上皮細胞を分離同定し、初代培養系を確立し、さらに初代培養鼻粘膜上皮細胞においては,同様に分離培養したヒト鼻粘膜線維芽細胞と共培養し、研究を継続しようと考えている
寄生植物コシオガマの寄生形質獲得に関わる遺伝子の同定

多くの高等植物は自ら光合成により有機栄養をつくりだして生活するが、寄生植物は他の植物から栄養を奪って生育する特殊な生存戦略を獲得している。寄生植物は吸器と呼ばれる宿主への侵入器官を発達させ、宿主の根や茎に付着・侵入し、維管束系をつなげて栄養を吸収する。ハマウツボ科絶対寄生植物であるストライガやオロバンキは穀物や野菜に寄生するため、甚大な農業被害をもたらしている。しかし、植物寄生の分子メカニズムはまだほとんど分かっていない。本研究では、ストライガと同じハマウツボ科に属するコシオガマの大規模トランスクリプトーム解析をおこない、寄生過程で発現する遺伝子を同定する。絶対寄生植物であるストライガ、また独立栄養植物を比較解析することによって寄生形質の獲得の進化の過程を明らかにする。さらに、逆遺伝学的手法を用いて寄生形質獲得の鍵遺伝子の同定を目指す。本年度は、大規模トランスクリプトームにより得られた候補遺伝子について、機能解析を行った。コシオガマの吸器形成過程における吸器を経時的にサンプリングしてRNA抽出し、おけるマイクロアレイ解析およびRNASeq解析をおこなった。さらに、リアルタイムRT-PCRにて発現を確認した。ここでも寄生特異的に発現の確認ができた遺伝子は、全長cDNAの単離、プロモーター領域の単離をおこない、プロモーターGUSコンストラクトを作成し、コシオガマに毛状根形質転換することにより根の中での発現パターンを検証した。また、遺伝子配列をもとに、RNA干渉のコンストラクトおよび過剰発現コンストラクトを作成し、同様に毛状根形質転換によりコシオガマに導入し、宿主に寄生させ、寄生の表現型に変化が起こるかどうかを確かめた。24年度が最終年度であるため、記入しない。寄生植物の中でも、ハマウツボ科絶対寄生植物であるストライガやオロバンキは穀物や野菜に寄生するため、甚大な農業被害をもたらしている。本研究では、研究室内で扱いの容易な条件的寄生植物コシオガマの大規模トランスクリプトーム解析をおこない、寄生過程で発現する遺伝子を同定することを目的とする。今年度は、寄生状態および独立栄養状態のコシオガマ植物組織からRNAを抽出し、cDNAライブラリーを作成し、illumina社HiSeq2000型シーケンサーと454型パイロシーケンサーを用いてシーケンスした。得られたショートリードから宿主として用いたイネの配列を除いた後に、アセンブリし、レファレンス配列を決定した。さらに、寄生状態と独立栄養状態における発現遺伝子配列をレファレンス配列にマップすることで、寄生時に特に発現が上昇している遺伝子の同定をおこなった。また、さらに初期に起こる遺伝子発現変化に着目するために、得られたレファレンス配列を用いてマイクロアレイ解析をおこなった。これらの遺伝子のコシオガマの寄生過程における経過的な遺伝子発現の変化をqRT-PCR法を用いて確かめた。今後は、得られた遺伝子を不活化するRNA干渉コンストラクトを作成し、コシオガマに形質転換してその遺伝子機能を類推する。当初計画では、今年度中に吸器特異的な遺伝子を同定することを目的としているが、その目標はほぼ達成できている。得られた遺伝子の詳細な発現解析およびRNAiを用いた機能解析をおこなう。

問題点としては、遺伝子がファミリーを形成しており、RNAiによってある遺伝子の発現を抑制しても、重複する機能を持つ遺伝子によって機能相補が起こることが心配される点である。ファミリー遺伝子のアライメント図を作成し、重複する機能を持つ可能性のある遺伝子を同時に不活化できるコンストラクト構築が必要と考えている。
健常人とHIV感染者の皮膚病変におけるマラセチア属菌種の分子生物学的同定

平成11年度には,共同研究者の渡辺らによって,Malassezia属の7菌種の標準株からChitin synthase 2(CHS2)遺伝子を解析し,それら遺伝子塩基配列情報をデータベース化した。そのほかの真菌のCHS2遺伝子データベースについては,すでに国際学術雑誌において報告(Kano et.al.1999)があり,これらデータベースを用いることにより僅かな菌量の臨床分離株からDNAを抽出し,PCRで増幅することによって迅速に菌種同定することが可能となった。平成12年度はこれらの成果をもとに,実験動物から菌を分離する予備実験を行い,次いで臨床分離株約130株の同定を行った結果,本同定法が有意義であることを確認した。その成果の一部は,相互に研究情報を交換している日本大学獣医学科獣医臨床病理学研究室によって,国際学術雑誌に報告している。現在は,非HIV感染者およびHIV感染の脂漏性皮膚炎,癜風病変部位に存在するMalasseziaと,健常皮膚に存在するMalasseziaのCHS2遺伝子を分離培養無しでPCR法用いて直接解析することによって,疾患への関与が疑われる菌種を検討している。癜風患者の病変部落屑からマラセチアのchitin synthase 2(CHS2)遺伝子の検出11人の癜風患者の病変部からの落屑をProteinase K、Zymolyase 100T、2-メルカプトエタノールおよびSDSを含むトリス緩衝液に懸濁後、フェノール、クロロフォルム処理の後にエタノール沈殿させ、冷却遠心によってDNAを抽出した。このDNAを鋳型としてCHS2遺伝子に特異的なプライマーを作成し、これを用いてをPCR法にて約450bpのDNA断片を増幅させた。増幅後、電気泳動装置を用いて2%アガロースゲル上で電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色した。次にUVサンプル撮影装置によってゲルの撮影を行い、目的の長さの遺伝子断片を確認する。これを大腸菌べクターに組み込み、クローニングを行い、得られたクローンの遺伝子断片の塩基配列をキャピラリー法によるDNAシークエンサーを用いて解析した。11人の癜風患者の落屑から検出したCHS2遺伝子およびデータベースに登録した7菌種のCHS2遺伝子との相同性を検討した結果、M.obtusa 5例、M.sympodialis 5例、M.furfur 1例とそれぞれ98%以上のCHS2遺伝子の相同性が得られた。以上のことから、癜風患者の落屑から培養過程を行わずに、病変部に存在する菌種が同定できるのではないかと考えられる。今後さらに多くの症例について検討を行う予定である。
近世人物画のデータベース構築に関する研究

本年度は、科学研究費補助金交付期間の最終年度にあたるため、画像データベースの完成を主眼とした。本研究で取り組んだデータベースは2種ある。一つはCOEプログラム「象形文化の継承と創成に関する研究形」の一部として象形文化研究拠点において行ったもの、二つめに全くの個人的な研究である。前者はイタリアのスティッヴェルト博物館所蔵の日本の甲冑コレクションなどをテーマとするもので、拠点での共同作業の結果として同拠点のホームページで公開中である。また、後者の個人的なものは近世日本の肖像画、障壁画をテーマとする。これについては、公開前年度までにすすめてきた写真撮影を伴う作品調査、写真整理とデジタル化、画像一点ごとへのデータの記載などをすすめた。しかしながら、写真データが、調査先の協力や新たな情報の入手によって、当初予定していたよりも大幅に増加し、それに伴い撮影以下の作業にも時間がかかった。そのため、画像データベースの構築は、部分的なものに留まり、今後新たに組み込むべきデータが多く残される結果となった。しかし、前者について試行錯誤した経験を生かせば、より効率よく、的確な方法による充実したアーカイヴを形成することができると考えており、今後それを実行したい。本年度は、昨年度に引き続き、肖像画、浮世絵と俳諧という二つの大きなテーマのもと、資料の収集、データベース化を含むその整理、検討および成果発表に努めた。収集、整理は、当初、本年度中の終了を目指していたが、関心の広がりと調査の進行に伴い新出資料がみいだされるため、予定以上に資料の点数が増え、その整理に時間や関連書籍がさらに必要となっている。特に肖像画については、昨年度の成果であった著書『寛永文化の研究』(勉誠出版)が、本年度の國華奨励賞を受賞(二〇〇二年十月)したことを申し添えたい。これにより、関連する作品の情報、また調査許可が新たに得られるなど、資料収集がさらに進展しつつある。また、それら新しく収集した資料を題材に、禅宗寺院の儀式における作品受容の問題を考え始めた。また、浮世絵については、近世の絵画制作における人物交流ネットワークを考える意図から、肉筆浮世絵と俳諧関係者の関わりについて研究をすすめた。資料収集と整理、検討が一段落し、その成果を雑誌掲載論文として発表した。上記の収集写真資料の一部をデジタル化し、データベース構築のための画像のサイズや処理形式について検討を重ねつつある。採用最終年度となる来年は、画像のデジタル化を一気にすすめ、その画像に伴う記載情報の充実に重点をおき、データ・ベースの完成を目指したい。
医用動画像の自動解析・認識・診断に関する研究

本研究では動画像,特に医用動画像における自動解析(イベント検出)を目的として研究を実施した.本研究におけるイベント検出とは,術中の重要な医療行為や画像中における見慣れない事象(例えば,病変画像)を検出することを意味する.これらのイベントを大量の動画像から自動検出することで,術後の手術解析や診断を効率的に行うことを目的としている.対象の動画像として,覚醒下脳腫瘍摘出術の術中映像やカプセル内視鏡画像を取り扱った.イベント検出を行うにあたり,これらの医用動画像では検出対象となるイベントの出現頻度が低い点に着目した.具体的には,イベント発生区間以外のフレームを用いて動画像の正常性を表現するモデルを構築し,そのモデルから逸脱するフレーム区間をイベントとして検出する.正常性を表現するモデルとして,本研究では自己組織化マップを改良したモデル(自己組織化モデル)と深層学習の一種である畳み込み自己符号化器を使用した方法をそれぞれ提案し,イベント検出に用いた.医用動画像には照明変化やカメラの移動などの外乱が多く含まれるため,まず,モデルの検証として監視カメラ映像からの異常検知実験を行った.この実験では,最初に歩行者のみが登場する動画像を使用してモデルの構築を行い,そのモデルを用いて道路に出現する車両をどれだけ正確に検出することができるかを検証した.検証の結果,畳込み自己符号化器を用いた方法が自己組織化モデルよりも優れた性能を示し,また,従来の異常検知方法と比較しても優れた性能を示したことから,畳込み自己符号化器によるモデルを医用動画像に適用した.覚醒下脳腫瘍摘出術映像,カプセル内視鏡画像からのイベント検出に適用した結果,イベントの検出が可能であることがわかった.しかし,外乱が多いフレームやモデル構築時に出現しなかったフレーム等に対する誤検出もみられ,提案手法の改良が今後も必要である.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。人は与えられた環境において見慣れない刺激(異常,ノベルティ)に対して適切に注目することができる.本研究では,この人が異常に対して注目できる異常検知能力に着目したモデルを提案し,提案したモデルを用いて医用動画像の自動解析・認識・診断に関する研究を行う.特に,本研究では手術動画像からの工程解析に重要なイベント検出,内視鏡画像群からの病変画像検出を行う予定である.平成27年度は,与えられた動画像を繰り返し観測するだけで環境の正常性を記憶し,記憶した正常性とは異なる刺激を異常として検出する自己組織化モデルを提案した.提案した異常検知モデルの性能検証として,医用動画像と比べてデータ内の多様性が低い監視カメラ映像からの侵入物体検知問題に適用した.実験の結果から,頻出する木の揺れや変動する背景などの日常的な変動には反応せず,異常対象である歩行者や車両に適切に反応することができることが確認できた.以上の研究成果について,論文発表を行った.今後は,提案した異常検知モデルの高精度化と医用動画像への適用を行う予定である.まず,昨年度に提案したモデルについて,構造の可視化やより複雑な環境に適用することで,更なる高精度化について検討する.次に,提案モデルを手術動画像からのイベント検出,内視鏡画像群からの病変画像検出へ適用することで,提案モデルの有効性を検証する.このとき,医用動画像は膨大な量が存在するため,GPUを用いた並列計算処理を行うことで提案モデルの処理高速化を行う.以上の研究成果について,国内・海外学会発表,論文発表を行っていく予定である.医用動画像の自動解析・認識・診断のために,まず平成27年度は異常検知を行うモデルを提案することを研究計画としていた.結果として平成27年度では,異常検知のための自己組織化モデルを提案し,さらに監視カメラ映像からの異常検知問題に適用することで提案モデルの性能評価を行うことができた.異常検知モデルの提案と動画像中の異常検知実験によって高精度な異常検知結果が得られたことから,進捗はおおむね順調に進展していると考えられる.人は与えられた環境において見慣れない刺激(異常,ノベルティ)に対して適切に注目することができる.本研究では,この人が異常に対して注目できる異常検知能力に着目したモデルを提案し,提案したモデルを用いて医用動画像および監視映像の自動解析・認識・診断に関する研究を行う.特に,本研究では,手術動画像からの工程解析に重要なイベント検出,内視鏡画像群からの病変画像検出,監視映像からの異常検知を目指した研究である.採用2年度目は初年度同様に,人の異常検知能力に着目したモデルの開発を中心に行い,監視カメラ映像およびカプセル内視鏡画像からの異常検知問題への適用を行った.異常検知モデルに関して,昨年度からの検討の結果,観測したデータの出現頻度とこれまでに観測したデータとの類似度をもとに現在観測しているデータの異常度を算出する方式を新たに開発した.この新たな異常検知モデルはConvolutional Autoencoderによって構成されている.提案した異常検知モデルを初年度よりも環境が複雑な監視カメラ映像からの異常検知問題に適用し,性能の検証を行った.本問題における正常とは歩行者であり,異常の定義は映像内での出現頻度が少ない物体(車両,車椅子など)である.これら異常物体に対してどの程度検出することができるかについて定量評価を行った.定量評価の結果,従来研究と比べて同等以上の異常検知性能を確認することができた.さらに,カプセル内視鏡画像からの異常画像検知も同様に行った.定量評価の結果,正常画像と大きく異なる異常画像に対しては良好に検知できたが,正常画像と類似した異常画像に対しては良好に異常検知ができていないことが確認された.

今後は正常画像に類似している異常画像に対しても検知可能なように,更なる検討を進めていく必要がある.医用動画像の自動解析・認識・診断のための異常検知モデルを提案し,医用動画像に適用することを平成28年度の研究計画としていた.結果として平成28年度では,異常検知モデルを内視鏡画像および監視映像からの異常検知に適用し,性能の評価を行うことができた.この異常検知実験から,監視映像に対しては高精度な異常検知結果が得られ,また内視鏡画像に対しては異常検知が困難な画像に対する異常検知性能に課題が残っているが,今後の研究方針について検討を行えている.このことから,進捗はおおむね順調に進展していると考えられる.本研究では動画像,特に医用動画像における自動解析(イベント検出)を目的として研究を実施した.本研究におけるイベント検出とは,術中の重要な医療行為や画像中における見慣れない事象(例えば,病変画像)を検出することを意味する.これらのイベントを大量の動画像から自動検出することで,術後の手術解析や診断を効率的に行うことを目的としている.対象の動画像として,覚醒下脳腫瘍摘出術の術中映像やカプセル内視鏡画像を取り扱った.イベント検出を行うにあたり,これらの医用動画像では検出対象となるイベントの出現頻度が低い点に着目した.具体的には,イベント発生区間以外のフレームを用いて動画像の正常性を表現するモデルを構築し,そのモデルから逸脱するフレーム区間をイベントとして検出する.正常性を表現するモデルとして,本研究では自己組織化マップを改良したモデル(自己組織化モデル)と深層学習の一種である畳み込み自己符号化器を使用した方法をそれぞれ提案し,イベント検出に用いた.医用動画像には照明変化やカメラの移動などの外乱が多く含まれるため,まず,モデルの検証として監視カメラ映像からの異常検知実験を行った.この実験では,最初に歩行者のみが登場する動画像を使用してモデルの構築を行い,そのモデルを用いて道路に出現する車両をどれだけ正確に検出することができるかを検証した.検証の結果,畳込み自己符号化器を用いた方法が自己組織化モデルよりも優れた性能を示し,また,従来の異常検知方法と比較しても優れた性能を示したことから,畳込み自己符号化器によるモデルを医用動画像に適用した.覚醒下脳腫瘍摘出術映像,カプセル内視鏡画像からのイベント検出に適用した結果,イベントの検出が可能であることがわかった.しかし,外乱が多いフレームやモデル構築時に出現しなかったフレーム等に対する誤検出もみられ,提案手法の改良が今後も必要である.昨年度は医用動画像より多様性が低い監視カメラ映像からの異常検知問題を扱ったが,今年度からは提案した異常検知モデルを医用動画像へ適用する.具体的には,手術動画像からのイベント検出や内視鏡画像群からの病変画像検出などの問題を扱う予定である.また,提案した異常検知モデルの高精度化や高速化のために,モデルの可視化やGPUによる並列計算処理などを行う予定である.今年度は手術動画像から手術解析に重要なイベント(異常)を自動検知するために,提案した異常検知モデルを手術動画像に適用し,性能の検証を行う予定である.
胃底腺型胃癌発生におけるWnt系・Hedgehog系とGNAS遺伝子変異の関与

GNAS遺伝子変異は胃底腺型胃癌の発生あるいは進展に関与していることが再確認され、KRASとBRAF遺伝子変異は胃底腺型胃癌には関連がないことが初めて示された。胃底腺型胃癌の発生あるいは進展には、Wnt/β-catenin signalの活性化(とくにメチル化が関与)やGNAS遺伝子変異などに加え、Sonic hedgehog signalの抑制が関連している可能性が示唆された。胃底腺型胃癌において、GNAS/KRAS遺伝変異とWnt/β-catenin signal系との関連性について検討した。胃底腺型胃癌26症例においてGNAS変異を5例(19.2%)%に、KRAS変異を2例(7.7%)に認めた。KRAS変異を認めた2症例はGNAS変異も伴い、それらはAxin2の変異も伴っていた。GNAS変異症例の腫瘍は、大きさや浸潤距離が大きい値を示していた。GNAS変異を認めた5例のうち3症例はWnt/β-catenin signalを活性化させるβ-catenin (CTNNB1), Axin, APCの遺伝子変異は認めなかった。以上のことから、GNAS変異が、Wnt/β-catenin signalの活性化に直接、もしくは間接的に関与していることが示唆された。また、GNAS/KRAS遺伝変異は腫瘍径や浸潤距離にも関与している可能性も示唆された。これまでの解析で、胃底腺型胃癌の発育進展にはWntシグナル伝達系の活性化に加え、GNASやKRAS遺伝子変異など複数の遺伝子異常が関与していることが示唆された。その後の解析で、粘膜内に止まる胃底腺型腫瘍/胃底腺主細胞異形成おいてて、その浸潤能獲得にはWntシグナル伝達系の活性化が必要である可能性が示唆された。また、脱リン酸化酵素であるPP2A遺伝子変異も胃底腺型腫瘍の発育進展に関与する可能性も初めて示された(Lee S-Y, et al. Virchow Arch 467:27-38, 2015)。また、胃底腺だけでなく腺窩上皮や粘液腺への多様な分化を伴う胃底腺型胃癌の組織亜型である「胃底腺粘膜型」胃癌が新たに発見され、純粋な胃底腺型胃癌A群(n=34)と胃底腺粘膜型B群(n=16)の2群に分類し臨床病理学的に比較検討を行った。B群はA群に比較して平均腫瘍径(A/B=10/24.2mm,p<0.05)、平均SM浸潤距離(A/B=279/1182μm,p<0.05)が大きく、脈管侵襲陽性率(A/B=2.9/37.5%,p<0.01)が優位に高い結果であった。B群はGAFGに比較してMUC5AC・MUC6優位の細胞分化を伴い、高悪性度と考えられ、胃底腺粘膜型胃癌と純粋な胃底腺型胃癌の区別の妥当性が示唆された。さらに、胃底腺型胃癌の比較対象となる通常型胃癌の解析結果ではあるが、胃癌や腺腫における脂肪滴関連タンパクであるadipophilinの発現様式の違いやその発現と腸型分化との関連が示され、癌と腺腫の鑑別のマーカーになり得ると考えられた(Gushima R, et al. Virchow Arch 468: 169-177, 2016 )。症例の集積が順調に進んでいるため。過去の報告や我々のこれまでの解析結果から、胃底腺に関連した病変におけるWntおよびSomic hedgehog (SHh)シグナル伝達系の関与を考慮すると、胃底腺型胃癌の発生においてもWntおよびSHhシグナル伝達系の関与のcrosstalk mechanismが働いている可能性が極めて高いことが予測された。SHhシグナル伝達系関連蛋白Patched (Ptch)、smoothened (Smo)、glioma-associated oncogene-1 (Gli1)に対する抗体を用いた免疫染色を施行し、胃底腺型胃癌ではこれらの蛋白発現が周囲粘膜および対照群の通常型胃癌より低下していることが示され、SHhシグナル伝達系の抑制が胃底腺型胃癌の進展に関連していると考えられた。また、KRASとBRAF遺伝子変異も27例で調べたが、変異は認めなかった(投稿中)。我々が新しく提唱した胃底腺型胃癌の臨床病理学的特徴がより明瞭になるとともに、その発生あるいは発育進展に関連した遺伝子異常が少しづつではあるが判明しており、今後の解析による更なる新知見が期待される。胃底腺型胃癌の細胞分化の詳細な再検討と遺伝子異常やHedgehog(Hh)シグナル伝達系の関与について組織像との関係を含めた詳細な解析を行う。また、胃底腺粘膜型胃癌のさらなる症例収集とその悪性度に関わる因子の解析も併せて行う。医学必要な試薬は十分に購入したが、予算以内で収まったため。前年度の研究において必要なものをすべて購入した結果余剰金となった。

次年度の研究にはより多額の経費が必要となる可能性があり、不必要なものを無理に購入しなかった結果です。当初予定していなかった抗体を購入して、新たな解析も加えたい。継続する研究の試薬の購入予定
フランス美術と啓蒙主義―１８世紀後半のフランス国内外における受容の研究

本研究の目的は、18世紀フランス美術と啓蒙主義のつながりを明らかにしようとするものであった。主な具体的な課題は、118世紀後半期のフランス旧体制期に、芸術家がどのように具体的に啓蒙主義を取り入れたか、2啓蒙思想家たちは、どのような美術作品を評価したか、3フランス国内の美術受容と、王立絵画彫刻アカデミーを中心とした美術界の動き、4フランス美術の国際的波及と啓蒙思想家が果たした役割、を解明することである。最終年度にあたる本年度は、上記1234の課題に沿って、作品研究、美術批評や美術品蒐集を中心とする受容研究、また、18世紀ヨーロッパ、ロシアにおけるフランス美術と啓蒙思想の受容の調査を引き続き進めるとともに、これまでに実施した調査研究の成果を踏まえて、発表と論文にまとめた。本年度は、18世紀フランスを代表する画家、ジャン・シメオン・シャルダンによる風俗画の対作品《デッサンの勉強》及び《良き教育》(1748年)と、スウェーデン王太子妃ロヴィーサ・ウルリカのパトロネージの調査に取り組んだ。その結果、当該作品には、フランスの啓蒙思想がスウェーデンに受容されるにともない、新たな教育への関心によりテーマが選択されたこと、また王太子妃の兄にあたるプロイセンのフリードリヒ2世の美術愛好とつながりがあったことが明らかとなった。また、初年度より継続してきた、美術批評と作品をめぐる調査研究について言えば、18世紀半ばから美術批評に見られるようになる「na&iuml;vet&eacute;, na&iuml;f(飾り気のなさ、飾り気のない)」という評言の語義の展開には、古典主義美学とは相反する概念も含まれていたことが新たに判明した。この知見をふまえて、18世紀特有の概念として捉えなおして論文にまとめることができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、18世紀フランス美術と啓蒙主義のつながりを明らかにすべく、芸術家がどのように啓蒙主義を作品に取り入れたか、啓蒙思想家たちは、どのような美術作品を評価したか、そして、フランス美術の国際的波及と啓蒙思想家が果たした役割を解明することが目的である。初年度にあたる2015年度は、基礎調査を整えるべく、フランスとドイツを中心に海外調査を実施し、美術作品と原典史料の調査、図版資料の収集を行った。ドイツでは、「名蒐集家カロリーネ・ルイーゼ・フォン・バーデン」展(カールスルーエ州立美術館)で、バーデン選帝侯夫人の啓蒙的蒐集活動に関する調査を行った。また、新たにカルモンテルの調査研究に着手できたため、来年度以降に予定していた計画の一部を進めることができた。本年度は、美術批評史の視座と方法論に立ち、18世紀半ば以降の美術批評や評伝で用いられるようになる評言「飾り気のなさ、飾り気のない」に着目して研究を進めた。17世紀から18世紀にかけての事典・美術辞典を精査してその語義の変遷をたどり、絵画表現と言葉との結びつきを検討した。18世紀には、啓蒙思想家をはじめとする執筆者によって、数多くの辞典・事典、美術辞典が編纂されており、それらに掲載された用語には彼らの価値観や思想が反映されている。「飾り気のなさ、飾り気のない」の言葉もまた、時代を下るに従って豊かな意味を備え、やがて美術用語として定義されてゆく過程を跡づけることができた。この言葉が「偉大さ」や「崇高さ」とは異なるものであり、18世紀後半のフランスの美術作品の重要な要素のひとつとして定義されるまでに至り、さらには17世紀を中心としたフランスの正統的な絵画伝統に対する評価にまで影響を及ぼしたことが明らかとなった。美術作品、原典史料、二次文献、また図版資料の収集・分析といった基礎調査・研究も予定通り順調に進んだ。調査に基づいた考察から得られた知見は、学会発表および論文にまとめた。また、バーデン選帝侯夫人の展覧会がカールスルーエで開催されたため、当初の計画であったスウェーデンからドイツへと調査地を変更したが、次年度以降の計画と順次入れ替えて組み込んだため、特に支障はないと考える。本研究の目的は、18世紀フランス美術と啓蒙主義の関係を検証し、フランス国内外の美術の受容を明らかにしようとするものである。2年目にあたる本年度は、1フランス国内の美術界の動きに伴って、啓蒙思想を背景に美術作品がどのように評価されたか、2フランス美術の国際的波及と啓蒙思想の関係を解明することが課題であった。1について言えば、初年度以来進めてきた18世紀後半の美術批評で用いられる評言と絵画表現の関係の考察を行い、その一部を発表し報告書にまとめた。次に、同時期に執筆された画家の評伝の中でなされた画家・作品の評価の分析を行った。伝統的に低次とされた静物画と風俗画の専門画家シャルダンの生涯と作品について、コシャン(子)が執筆した未邦訳の伝記の翻訳と解題を執筆した。18世紀後半期美術界で顕著となり、ディドロら啓蒙思想家の間でも共有された絵画観ー伝統的な美術教育に対する懐疑ないし再検討の試み、自然模倣の再評価ーが反映されている可能性を原典テキストの精読と分析を通じて指摘した。次に、2について言えば、本年度実施したパリとアムステルダムでの海外調査の成果を基盤とし、教育をめぐる啓蒙思想の波及と、それを主題とした美術作品の受容との関係について調査研究を進めた。主な対象は、フランス文化の影響下にあったスウェーデン王室の王妃ロヴィーサ・ウルリカ及びテッシン伯爵らの美術品蒐集である。

パリで開催された、「18世紀パリのスウェーデン人:テッシンのコレクション」展では、テッシンのコレクションを実見できたことから、王妃の蒐集傾向と比較検討することができた。また、昨年実施した作品の実見調査以来、継続中のカルモンテル研究においても、子どもが描かれた肖像画作品に、教育を意識した風俗画的描写が認められることが明らかになった。この教育のテーマについて今後も調査と考察を進めてゆく予定である。本年度は、研究計画に基づき、18世紀後半に見られるフランス国内での美術批評や美術家の伝記といった受容を探るとともに、昨年度行った予備調査をもとにフランス国外での受容の調査分析を進めた。その過程で、シャルダンの画家伝に浮かび上がる18世紀後半期の低次の画題や自然模倣をめぐる絵画観を分析し、論文にまとめることができた。本年度実施した海外調査では、ストックホルム国立美術館の改修に伴い、同館所蔵作品による大規模な企画展がパリで開催されたこと、また、18世紀後半期の重要なフランス文化・美術のパトロンであるエカチェリーナ2世の展覧会「至高のエカチェリーナみずから研磨したエルミタージュのダイアモンド」(アムステルダム、エルミタージュ美術館アムステルダム)が開催されたことから、調査地をパリとアムステルダムに変更した。これらの実地調査により、最新の研究動向に接し作品の実見調査による知見も得ることができた。また、現地の図書館や美術図書室で収集した文献資料をもとにスウェーデン王室やロシア王室を取り巻く状況を整理しつつ、美術品の注文や競売会での作品購入、またパリでのサロン展での作品公開の詳細を現在も分析中である。エカチェリーナ2世の文化政策、及び啓蒙思想家との関係についての調査が部分的にできたので、次年度の研究計画の一部を前倒しして進められた。前年度に開催されたバーデン辺境伯夫人の展覧会も合わせて、展覧会で実施した調査報告は、次年度に学術誌に発表予定である。以上のことから、おおむね予定通りに研究が進展していると考えられる。本研究の目的は、18世紀フランス美術と啓蒙主義のつながりを明らかにしようとするものであった。主な具体的な課題は、118世紀後半期のフランス旧体制期に、芸術家がどのように具体的に啓蒙主義を取り入れたか、2啓蒙思想家たちは、どのような美術作品を評価したか、3フランス国内の美術受容と、王立絵画彫刻アカデミーを中心とした美術界の動き、4フランス美術の国際的波及と啓蒙思想家が果たした役割、を解明することである。最終年度にあたる本年度は、上記1234の課題に沿って、作品研究、美術批評や美術品蒐集を中心とする受容研究、また、18世紀ヨーロッパ、ロシアにおけるフランス美術と啓蒙思想の受容の調査を引き続き進めるとともに、これまでに実施した調査研究の成果を踏まえて、発表と論文にまとめた。本年度は、18世紀フランスを代表する画家、ジャン・シメオン・シャルダンによる風俗画の対作品《デッサンの勉強》及び《良き教育》(1748年)と、スウェーデン王太子妃ロヴィーサ・ウルリカのパトロネージの調査に取り組んだ。その結果、当該作品には、フランスの啓蒙思想がスウェーデンに受容されるにともない、新たな教育への関心によりテーマが選択されたこと、また王太子妃の兄にあたるプロイセンのフリードリヒ2世の美術愛好とつながりがあったことが明らかとなった。
低コスト・汎用デバイスを用いた高速植物フェノタイピングシステムの開発

本研究では,農業生産の高度化に応用できる植物フェノミクス情報の収集を行うため,植物の発芽から収穫までの表現型の高速かつ網羅的な計測・可視化を実現する低コストフェノタイピングシステムの開発を行うことを目的としている.2018年度は,アルミフレームを用いた簡易植物栽培用チャンバーを製作した.同チャンバーは,水耕栽培キット,LED照明および環境制御装置(低価格カード型マイコンボードRaspberry Piにより製作)から構成される.LED,水耕栽培装置ポンプ,バルブ等の制御は,同制御装置を用いて制御した.チャンバー内ではホウレンソウの発芽特性を計測することを目的に,チャンバー内環境(気温,湿度,照度)の計測および植物生育画像の撮影を一定時間間隔で行った.環境制御信号プロトコルにはユビキタス環境制御システム(UECS)を採用した.得られた発芽画像はMatLabを用いて開発したプログラムを用いて解析し,発芽率の推定を行った.さらに,植物の葉色,葉面積,草高等の生育特徴量抽出を目的に,RGB-Dカメラ(RGBステレオマッピング方式,Time of Flight方式,アクティブIR深度検出方式の性能比較を実施)を用いたホウレンソウの生育画像の撮影を行った.RGB-Dカメラを用いることにより,葉面積および草高を高精度に計測できることがわかった.特に,アクティブIR深度検出方式は太陽光下でも比較的良好な生育画像の撮影が可能であった.一方,イチゴ栽培ハウス内を現有のRGBカメラおよび全天球カメラを用いて撮影した.撮影画像はUnity(VR開発環境)を用いて開発したプログラム内で表示することにより,植物の生育画像をVR(仮想現実感)空間内で3次元表示できることを確認した.さらに,コントローラを用いてVR空間内に配置したボタン等のオブジェクトを選択することにより,表示画像の切替えやグラフのVR空間内表示などが行えることを示した.次年度以降行う研究計画実施に必要な実験装置および解析・可視化プログラムをおおよそ準備することができており,2018年度の研究計画はほぼ実施できている.2019年度は,2018年度で行ったRGB-Dカメラの精度評価試験で最も精度の高かったアクティブIR深度検出方式のRGB-Dカメラのみを用いて植物生育特徴量の計測を行うこととする.供試植物としては葉菜類の他,果菜類の計測も実施する計画である.さらに,日中および夜間の植物の生育量や運動を定量評価するため,IRカメラを用いた計測も行う.栽培試験は光環境(LED照射時間:8,12,16時間),CO2濃度(供給無し,450ppm,600ppm,800ppm),さらに液肥濃度を変えた試験を行うと同時に,その際の形質発現の差異を画像解析により求めていく予定である.以上の実験を円滑に進めていくため,2018年度に導入したUECSを拡張し,チャンバー内の環境制御のみならず,植物生育画像の撮影も行えるようにプログラムの改良を行っていく予定である.収集した画像については,2018年度と同様に発芽率,葉面積,葉数,草高に加えて,花や果実の抽出もできるようプログラムの拡張を図っていく予定である.そこで,人工知能を援用したより高精度な植物生育特徴量抽出プログラムの開発にも着手する.一方,2018年度に引き続き園芸ハウスおよび簡易チャンバー内をRGB-Dカメラおよび全天球カメラを用いて撮影する.特に,2019年度はUnityによる植物生育状態の可視化プログラムの機能拡張を図ることを主な目的とする.計測された様々な環境情報のグラフ化や植物生育画像のVR空間内での表示に関する機能強化はもとより,解析で得られた生育特徴量を植物画像に重ね合わせ表示する機能などを追加していく予定である.本研究では,農業生産の高度化に応用できる植物フェノミクス情報の収集を行うため,植物の発芽から収穫までの表現型の高速かつ網羅的な計測・可視化を実現する低コストフェノタイピングシステムの開発を行うことを目的としている.2018年度は,アルミフレームを用いた簡易植物栽培用チャンバーを製作した.同チャンバーは,水耕栽培キット,LED照明および環境制御装置(低価格カード型マイコンボードRaspberry Piにより製作)から構成される.LED,水耕栽培装置ポンプ,バルブ等の制御は,同制御装置を用いて制御した.チャンバー内ではホウレンソウの発芽特性を計測することを目的に,チャンバー内環境(気温,湿度,照度)の計測および植物生育画像の撮影を一定時間間隔で行った.環境制御信号プロトコルにはユビキタス環境制御システム(UECS)を採用した.得られた発芽画像はMatLabを用いて開発したプログラムを用いて解析し,発芽率の推定を行った.さらに,植物の葉色,葉面積,草高等の生育特徴量抽出を目的に,RGB-Dカメラ(RGBステレオマッピング方式,Time of Flight方式,アクティブIR深度検出方式の性能比較を実施)を用いたホウレンソウの生育画像の撮影を行った.RGB-Dカメラを用いることにより,葉面積および草高を高精度に計測できることがわかった.特に,アクティブIR深度検出方式は太陽光下でも比較的良好な生育画像の撮影が可能であった.一方,イチゴ栽培ハウス内を現有のRGBカメラおよび全天球カメラを用いて撮影した.撮影画像はUnity(VR開発環境)を用いて開発したプログラム内で表示することにより,植物の生育画像をVR(仮想現実感)空間内で3次元表示できることを確認した.さらに,コントローラを用いてVR空間内に配置したボタン等のオブジェクトを選択することにより,表示画像の切替えやグラフのVR空間内表示などが行えることを示した.次年度以降行う研究計画実施に必要な実験装置および解析・可視化プログラムをおおよそ準備することができており,2018年度の研究計画はほぼ実施できている.2019年度は,2018年度で行ったRGB-Dカメラの精度評価

試験で最も精度の高かったアクティブIR深度検出方式のRGB-Dカメラのみを用いて植物生育特徴量の計測を行うこととする.供試植物としては葉菜類の他,果菜類の計測も実施する計画である.さらに,日中および夜間の植物の生育量や運動を定量評価するため,IRカメラを用いた計測も行う.栽培試験は光環境(LED照射時間:8,12,16時間),CO2濃度(供給無し,450ppm,600ppm,800ppm),さらに液肥濃度を変えた試験を行うと同時に,その際の形質発現の差異を画像解析により求めていく予定である.以上の実験を円滑に進めていくため,2018年度に導入したUECSを拡張し,チャンバー内の環境制御のみならず,植物生育画像の撮影も行えるようにプログラムの改良を行っていく予定である.収集した画像については,2018年度と同様に発芽率,葉面積,葉数,草高に加えて,花や果実の抽出もできるようプログラムの拡張を図っていく予定である.そこで,人工知能を援用したより高精度な植物生育特徴量抽出プログラムの開発にも着手する.一方,2018年度に引き続き園芸ハウスおよび簡易チャンバー内をRGB-Dカメラおよび全天球カメラを用いて撮影する.特に,2019年度はUnityによる植物生育状態の可視化プログラムの機能拡張を図ることを主な目的とする.計測された様々な環境情報のグラフ化や植物生育画像のVR空間内での表示に関する機能強化はもとより,解析で得られた生育特徴量を植物画像に重ね合わせ表示する機能などを追加していく予定である.計画書の予算よりも研究費が減額されているため,現有物品を活用し計測装置をくみ上げることで研究費の確保を行ったため、次年度使用額が生じた.