hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
行動ビッグデータの収集解析技術を応用した授業コミュニケーションに関する実践的研究

身体振動や対面行動を記録するビッグデータ収集解析システムを応用し,小学校での授業への児童の参加態度を測定すると共に,成果を授業実施者への即時的なフィードバックを通して授業改善の効率的なサイクルを確立することを目的とした。身体振動を指標とした分析では,学年間の違いを検出するなど指標としての一定の有用性が示された。これを基に,授業内容の理解の程度や発言者への注意の程度による非言語行動の個人差を検討した。また,測定結果に基づく授業の振り返りでは,児童への新たな気づきが教師に生まれることが確認できた。本研究の最終的な目的は学校で教育実践をする教師が自分の授業を振り返るための簡便なツールの開発である。現時点では,データ収集から解析にいたるまでを研究者が実施している。また,授業の特徴を反映する指標の探索に取り組んでいるため,実践をした教師へのフィードバックは1週間程度遅れてしまっている。しかし,従来のように授業中のコミュニケーションにおける非言語行動を映像から書き起こすという手法を用いた場合のフィードバックに要する期間と比べると格段に短縮されている。本研究課題における今後の方策は、機器の性能改善および、授業分析結果のより迅速な教師へのフィードバックフローを構築することにある。そのために協力企業および協力校との連携をより堅固なものとすることが必要である。教育心理学本研究には,研究分担者,システム貸与およびシステム改善に協力する(株)日立製作所,調査実施に協力する公立小学校という三者が主要な関係者として関与している。平成26年度に引き続き,27年度以降もこれら三者との協力体制を維持する約束はすでに交わしており,研究推進には支障はない。データ収集についてはおおよそのフォーマットが完成したので,今後はデータ解析を精力的に実施し,授業の質評価につながる指標の発見とそのシステムへの実装が課題となる。研究成果を発表するための諸学会への参加にかかる旅費を,安価な航空券の早期購入するなどして抑制することができたため,次年度使用額が生じた。授業中の児童間の相互作用をより正確に分析するために必要な360度撮影可能なカメラ(Kodak PIXPRO SP360,購入予定額42千円)を購入予定である。残額については,訓練を積んだ大学院生を雇用し,速やかなデータ分析が可能な研究体制を充実させるための謝金として使用する。
昆虫の性を制御するホルモン依存性miRNAの同定

性決定時期においてエクダイソンが性分化に関わるかどうか明らかにするため、カイコ胚子期における活性型エクダイソンの量やエクダイソン生合成関連遺伝子、並びにエクダイソンシグナル関連遺伝子の発現量を定量し、雌雄間で比較した。その結果、いずれにおいても有意な雌雄差は認められなかったが、エクダイソン合成に関わるEPP-aseをノックダウンすると、カイコの性分化遺伝子Bmdsxの発現量が下がることが判明した。さらにエクダイソン受容体EcRの発現をノックダウンした場合もBmdsxの発現量が減少した。以上本研究により、胚子期におけるBmdsxの発現はエクダイソンシグナルによって誘導されることが明らかとなった。20-hydroxyecdysone(20E)が昆虫の性的二型の分化に関わるとのいくつかの知見に基づき、Loof(1998)は性決定時期における20E量の性差が性分化に決定的な役割をもつと仮説を立てたが、これを支持する証拠は得られていない。そこでまず、カイコ胚子期の20E量やecdysone関連遺伝子の発現量を雌雄間で比較し、ecdysoneと性分化との関係性を明らかにすることにした。LC-MS/MSを用いた測定の結果、産下後7日の雌卵の20E量は雄卵と比べて高い値を示した。これに関連して、母性由来のecdysone conjugateを脱リン酸化し、freeのecsdysone産生に関わるEPPaseが産下後45日の雌卵において雄卵より高い発現を示すことが確認された。また、ecsdysone受容体EcRB1やEcRB2、ecsdysone初期応答遺伝子E75Bについても、産下後47日目の雌卵において雄卵より高い発現がみられた。これらの遺伝子の発現と性決定カスケードとの関わりを調べるため、雌化遺伝子Femと雄化遺伝子Mascをノックダウンした場合に見られる影響について調べた。その結果、Mascをノックダウンすると、雄卵におけるEPPase, EcRA, EcRB1, EcRB2, E75A, Ftz-F1の発現量が24倍程度増加することがわかった。Mascをノックダウンした際に発現量が最も増加したEPPaseをノックダウンすると、上述の遺伝子の発現量は減少した。興味深いことに、EPPaseのノックダウンは雌雄両方におけるBmdsxの発現量を減少させることが判明した。以上これまでの研究成果により、胚発生期における20E生合成遺伝子が性決定カスケードの制御下にあること、また、エクダイソン量の性差やそれに応答する遺伝子群の発現量の性差が、性分化に関わることを示唆する結果を得ることができた。本研究課題では、胚子期におけるecdysoneと20-hydroxyecdysone(20E)の量的性差が性決定や性分化に及ぼす影響について調べることによって、Loofが1998年に提唱した「性決定時期における20E量の性差が性分化に決定的な役割をもつ」との仮説を検証することにある。現在までの研究により、雌の胚子期における20E量が雄に比べ相対的に高いこと、またこれに関連して、エクダイソン受容体遺伝子の発現量やエクダイソン初期応答遺伝子の発現量も概ね雌の方が雄に比べ高い値を示すことを明らかにすることができた。しかも、胚子における20Eの前駆体生合成に関わるEPPaseをノックダウンすると、性分化のマスター遺伝子であるBmdsxの発現量が低下することを明らかにすることもできた。興味深いことに、EPPaseの発現量は雄決定遺伝子であるMascの制御下にあることを示唆する結果を得ることができた。以上の結果は、性決定カスケードと20E生合成の間にクロストークがあることを示している。研究開始1年の時点で、Loofの提唱した仮説に沿った実験結果が得られていることから、研究は概ね順調に進んでいると判断できる。平成27年度までの研究成果により、卵内のエクダイソンを供給する上で主要な役割をもつEPPaseをノックダウンすると、カイコの性分化のマスター遺伝子であるBmdsxの発現量が減少することが判明した。この事実は、エクダイソンからのシグナルが胚子期におけるBmdsxの発現量を制御することを示唆している。そこで平成28年度はエクダイソンシグナル伝達に関わる主要な遺伝子のノックダウンがBmdsxの発現量に及ぼす影響について調べることにした。その結果、活性型のエクダイソンである20-ヒドロキシエクダイソン(20E)の受容体であるEcRの発現をノックダウンした場合にのみ、雌雄の胚子におけるBmdsxの発現量が有意に減少することが明らかとなった。このことは、Bmdsxの発現がEcRの制御下にあることを示している。そこで次に、20Eアナログであるポナステロンを卵内に注射し、20Eの投与がカイコの性分化に及ぼす影響を調べた。しかし、ポナステロンの注射は多くの胚子に致死をもたらし、わずかに生存した卵から孵化した個体の性分化について調べたが、特に異常はみられなかった。様々な濃度でポナステロンを卵に注射したが、20E投与に応答するはずのEcRの発現量の増加がみられず、Bmdsxの発現量にも変化は認められなかった。胚子におけるEcRの増加を引き起こすポナステロン注射条件を見つけることができなかったため、胚子由来の培養細胞であるNIAS-Bm-M1

細胞をポナステロン存在下で培養し、ポナステロン処理がBmdsxの発現量に及ぼす影響について調べることを試みたところ、この細胞ではBmdsxがほとんど発現しておらず、実験には適していないことがわかった。以上、平成28年度の研究により、Bmdsxの発現がEcRの制御下にあることが判明したが、20EがBmdsxの発現を誘導するか、またカイコの性分化を制御するか、という点については明らかにできなかった。性決定時期においてエクダイソンが性分化に関わるかどうか明らかにするため、カイコ胚子期における活性型エクダイソンの量やエクダイソン生合成関連遺伝子、並びにエクダイソンシグナル関連遺伝子の発現量を定量し、雌雄間で比較した。その結果、いずれにおいても有意な雌雄差は認められなかったが、エクダイソン合成に関わるEPP-aseをノックダウンすると、カイコの性分化遺伝子Bmdsxの発現量が下がることが判明した。さらにエクダイソン受容体EcRの発現をノックダウンした場合もBmdsxの発現量が減少した。以上本研究により、胚子期におけるBmdsxの発現はエクダイソンシグナルによって誘導されることが明らかとなった。前年度までの研究成果により、性分化のマスター遺伝子であるBmdsxの発現量がEPPaseのノックダウンにより低下することが判明した。この事実は、エクダイソンからのシグナルが胚子期におけるBmdsxの発現量を制御する上で重要な働きを持つことを強く示唆している。今年度は、まず胚子期のBmdsx発現制御に関わるエクダイソンシグナル伝達経路を同定する。このために、20Eを注入した胚子におけるBmdsxの発現プロファイルを調べる。また、EcRやE75, Ftz-F1など20Eの受容や初期応答に関連する遺伝子のノックダウンがBmdsxの胚子期における発現量に及ぼす影響を調べる。また、20Eに依存してBmdsxの発現を制御する因子の特定を急ぐ。次に、20Eがカイコの性決定や性分化に及ぼす影響を個体レベルで調べるため、20Eを注射した胚子における生殖巣の形態を観察する他、孵化個体を成虫まで飼育し、生育過程における性分化に異常がみられるか精査する。分子昆虫学
蛋白質機能発現のダイナミカルモデリング

次の(1)(3)の成果が得られた。(1)分子モーターはいかにしてATPの化学エネルギーを力学的エネルギーに変換するか?これは長年の分子生物学の未解決問題であり、多くの実験的、理論的努力が続けられてきた。本研究では、フォールディング研究で用いられた方法と概念を蛋白質の運動の記述に用いることにより、力発生を合理的な物理的前提と分子構造、1分子計測、そのほかこれまでの多くの実験と矛盾しない形で説明する統計力学的モデルを提案した。さらに、このモデルの示す仮説を構造生物学的に説明するため粗視化した分子動力学計算法を開発した。(2)光シグナル伝達系の機能発現ダイナミクスの新しい描像Photoactive Yellow Proteinは発色団を持つ蛋白質であるが、この蛋白質の光シグナル伝達における重要な状態が部分的にunfoldした状態であることが実験的に示されている。Munotzらがフォールディング研究のために開発した統計力学的モデルをさらに発展させ、エネルギーランドスケープの計算に適用し、光によって誘起されたunfolding-folding転移を合理的に説明することに成功した。大規模構造変形を伴う、光緩和の新しいシナリオを提案ることができた。(3)HPPK、RASなど機能発現に際して構造変化を生じる蛋白質を統計力学的モデルで分析。構造変化の際に、部分的にアンフォールドした状態を通過する可能性を理論的に示した。
咀嚼筋活動が下顎頭軟骨の形態形成に及ぼす影響

下顎頭軟骨における成長発育に咀嚼筋の筋機能が果たす役割を解明することを課題として,外側翼突筋,内側翼突筋,咬筋および側頭筋の活動性の亢進が軟骨組織の分化形成に与える影響をコラーゲン,フィブロネクチン,グリコサミノグリカンなどの細胞外基質およびインテグリンの局在や細胞骨格の変化に注目して検討する.特に今年度は外側翼突筋に目標を限定して,電気刺激にともなう活動性の亢進が下顎頭軟骨における間葉系細胞の分化に与える影響をI型,II型コラーゲン,グリコサミノグリカンなどの細胞外基質の局在を指標として検討した.外側翼突筋の電気刺激に伴い,外側翼突筋付着部や,関節円板後部組織付着部において軟骨組織の脱分化および膜内骨形成が起こることが示された.すなわち,軟骨組織に特有の細胞外基質であるII型コラーゲンおよびグリコサミノグリカンが消失し,これにかわってI型コラーゲンを主体とする石灰化した骨組織へと置換された.これは外側翼突筋の電気刺激に伴い両付着部に牽引力が負荷された結果と考えられた.また関節面に面する下顎頭軟骨の一部が一時的に肥厚し下顎頭内部の骨梁柱の走行方向が変化しているのが認められ,外側翼突筋の電気刺激に伴う顎関節部での力学的環境の変化に下顎頭が適応していくのが観察された.さらにこれに伴いコンドロイチン4硫酸あるいはコンドロイチン6硫酸などの局在に変化が認められた.とくにコンドロイチン4硫酸の局在変化は関節面への負荷の増加に伴う未分化間葉系細胞の分化階段の一過性の上昇を示唆するものと考えられた.こうした事実は下顎頭軟骨における軟骨組織の分化形成が種々の咀嚼筋活動に大きな影響を受けることを示唆するものと考えられ,矯正臨床における下顎骨の成長発育に対するアプローチの効果や方法について重大な示唆に富んだものであると考えられる.下顎頭軟骨における成長発育に咀嚼筋の筋機能が果たす役割を解明することを課題として,外側翼突筋,内側翼突筋,咬筋および側頭筋の活動性の亢進が軟骨組織の分化形成に与える影響をコラーゲン,フィブロネクチン,グリコサミノグリカンなどの細胞外基質およびインテグリンの局在や細胞骨格の変化に注目して検討する.特に今年度は外側翼突筋に目標を限定して,電気刺激にともなう活動性の亢進が下顎頭軟骨における間葉系細胞の分化に与える影響をI型,II型コラーゲン,グリコサミノグリカンなどの細胞外基質の局在を指標として検討した.外側翼突筋の電気刺激に伴い,外側翼突筋付着部や,関節円板後部組織付着部において軟骨組織の脱分化および膜内骨形成が起こることが示された.すなわち,軟骨組織に特有の細胞外基質であるII型コラーゲンおよびグリコサミノグリカンが消失し,これにかわってI型コラーゲンを主体とする石灰化した骨組織へと置換された.これは外側翼突筋の電気刺激に伴い両付着部に牽引力が負荷された結果と考えられた.また関節面に面する下顎頭軟骨の一部が一時的に肥厚し下顎頭内部の骨梁柱の走行方向が変化しているのが認められ,外側翼突筋の電気刺激に伴う顎関節部での力学的環境の変化に下顎頭が適応していくのが観察された.さらにこれに伴いコンドロイチン4硫酸あるいはコンドロイチン6硫酸などの局在に変化が認められた.とくにコンドロイチン4硫酸の局在変化は関節面への負荷の増加に伴う未分化間葉系細胞の分化階段の一過性の上昇を示唆するものと考えられた.こうした事実は下顎頭軟骨における軟骨組織の分化形成が種々の咀嚼筋活動に大きな影響を受けることを示唆するものと考えられ,矯正臨床における下顎骨の成長発育に対するアプローチの効果や方法について重大な示唆に富んだものであると考えられる.
ピルビン酸脱水素酵素欠損症患者の変異遺伝子の同定及び病態に関する研究

E1欠損症5例の分子遺伝学的解析を行った。蛋白ブロット法ではE1α蛋白、E1β蛋白の低下している例1例、E1β蛋白のみ低下している例1例、E1α蛋白、E1β蛋白とも正常対象と差を認めない2例である。まず5例の患者線維芽細胞よりmRNAを抽出し、RNAブロットを施行した。その結果5例の患者線維芽細胞では各mRNAともその大きさ及び発現量に異常は認められなかった。次に抽出したポリA+RNAから逆転写酵素を用いてcDNAを合成し、PCRにより各々のE1α及びE1βcDNAの遺伝子増幅をおこない、この増幅産物を用いて直接塩基決定法にて塩基の一次構造を決定し、塩基変異を同定した。E1α蛋白のサイズの異常を認めた例はE1αcDNA上に4塩基欠失を、E1α蛋白、E1β蛋白の低下している症例ではE1αcDNA上で4塩基挿入が認められた。また蛋白ブロットにてE1β蛋白のみ低下した例でも、E1αcDNAにてC214→T(Arg72→Cys)の置換が認められたが、E1βcDNAの塩基異常は認められなかった。これらの結果よりE1α蛋白の異常がE1β蛋白を不安定化させたもので、ピルビン酸脱水素酵素ではE1α蛋白がE1β蛋白の安定性に深く関与している可能性が示唆された。女児での発症の検討は、cDNAとゲノムDNAで変異遺伝子周囲をPCRで増幅し、ASOハイブリダイゼ-ションをおこなった。cDNA上は変異遺伝子のホモ接合体で、ゲノムDNAは正常とのヘテロ接合体を示した例と、両者でヘテロ接合体をとった例があったが、培養線維芽細胞をSV40でライン化した後、選択メジュウムでクロ-ン化したところ、正常活性を持つ細胞と、活性のない細胞とが得られた。しかも、正常活性を持つ細胞のcDNAは正常アレルのみで、活性のない細胞のcDNAは変異アレルのみであった。以上のことから女児での発症病態はX染色体の不規則な不活性化によることがわかった。また我々の経験したいずれの例でも、両親には同変異を認めず突然変異と考えられ、本疾患の変異発生の特徴と考えられた。まず5例の患者線維芽細胞を大量培養し、グアニジン/塩化セシウム法及びオリゴdTカラムにてポリA^+RNAを精製した。このポリA^+RNAを用い、E1α及びE1βの各cDNAをプロ-ブとしRNAブロットを施行した。次に抽出したポリA^+RNAから逆転写酵素を用いてcDNAを合成し、合成オリゴヌクレオチドを用いてポリメラ-ゼ連鎖反応により各々のE1α及びE1βcDNAの遺伝子増幅をおこなった。この増幅産物を用いて直接塩基決定法にて塩基の一次構造を決定し、塩基変異の有無を同定した。すでに4塩基欠失例を報告しているが、蛋白ブロット法にてE1α蛋白、E1β蛋白の低下している症例ではE1αcDNA上で第1147塩基の位置に4塩基挿入が認められた。E1βcDNAの塩基異常は認められず、上記変異によるE1α蛋白の異常がE1β蛋白を不安定化させたものて考えられた。また蛋白ブロットにてE1β蛋白のみ低下した例でもE1βcDNAの塩基異常は認められず、E1αcDNAにてC^<214>→T(Arg^<72>→Cys)の置換が認められた。これらの結果よりピルビン酸脱水素酵素ではE1α蛋白がE1β蛋白の安定性に深く関与している可能性が示唆された。今後セルラベリング等にて検討する予定である。他の1症例で、1塩基置換がE1αcDNA上で2種類認められたが、E1βcDNA上では異常は認められなかった。これらの塩基異常と病因との因果関係については、今後家族検索及び発現実験にて確認する予定である。

これらの結果よりE1α蛋白の異常がE1β蛋白を不安定化させたもので、ピルビン酸脱水素酵素ではE1α蛋白がE1β蛋白の安定性に深く関与している可能性が示唆された。女児での発症の検討は、cDNAとゲノムDNAで変異遺伝子周囲をPCRで増幅し、ASOハイブリダイゼ-ションをおこなった。cDNA上は変異遺伝子のホモ接合体で、ゲノムDNAは正常とのヘテロ接合体を示した例と、両者でヘテロ接合体をとった例があったが、培養線維芽細胞をSV40でライン化した後、選択メジュウムでクロ-ン化したところ、正常活性を持つ細胞と、活性のない細胞とが得られた。しかも、正常活性を持つ細胞のcDNAは正常アレルのみで、活性のない細胞のcDNAは変異アレルのみであった。以上のことから女児での発症病態はX染色体の不規則な不活性化によることがわかった。また我々の経験したいずれの例でも、両親には同変異を認めず突然変異と考えられ、本疾患の変異発生の特徴と考えられた。E1欠損症5例の分子遺伝学的解析を行い、蛋白ブロット法でE1α蛋白とE1β蛋白の低下している症例で、E1αcDNA上第1147塩基の位置に4塩基挿入していることを昨年度報告した。しかし本児においてE1βcDNAの塩基異常は認められなかった。次に本患児は女児であるので、cDNAとゲノムDNAで4塩基挿入の周囲をPCRをもちいて遺伝子増幅し、4塩基挿入のオリゴプロ-ブと正常オリゴプロ-ブを用いたASOハイブリダイゼ-ションをおこなった。cDNAは見かけ上4塩基挿入のみのホモ接合体であり、ゲノムDNAは4塩基挿入と正常のヘテロ接合体を示した。cDNAが何故見かけ上変異のホモ接合体となったかについて以下の実験で検討した。培養線維芽細胞をSV40でライン化した後、limiting dilutionでクロ-ン化したところ、正常活性を持つ細胞と、活性のない細胞とが得られた。以上のことから本児の病態はX染色体の不規則な不活性化によって説明することが出来た。さらに両蛋白の低下の説明として以下の事実は注目に値する。つまり蛋白ブロットにてE1β蛋白のみ低下した例でもE1βcDNAの塩基異常は認められず、E1αcDNAにC214→T(Arg72→Cys)の置換が認められたことである。これらの結果より、ピルビン酸脱水酵素においてはE1α蛋白がE1β蛋白の安定性に深く関与している可能性が示唆された。また我々の経験したいずれの例においても、両親には同変異を認めず、突然変異で起こったとしか考えられず、本疾患の変異発生の特徴と考えられた。
ナビゲーションとWebスペースの融合のためのメタコンテンツ記述スキーマの創出

本年度は標記研究課題に関して以下にあげる研究成果を得た.本研究の目的は,歩行者ナビゲーションとWebサイトの有機的融合を実現するために,両者のコンテンツのベースとなるメタコンテンツともいうべき情報を想定し,それを画一的に記述するための,メタコンテンツ記述スキーマの創出であった.そのための研究目標として本年度は,(1)歩行者ナビゲーションシステムにおける実験的検証,(2)複合現実型情報提示によるナビゲーションインタフェースの検討,について主に研究を進めてきた.特に(1)のテーマを進めるに当たって,単なるナビゲーションにとどまらず,様々なアプリケーションに対応可能な可搬移動型機器による複合現実感システムのフレームワークを新たに設計し,携帯電話及び携帯情報端末を使ったシステムとして実現した.このフレームワークでは単なるナビゲーションのみにとどまらず,博物館における展示ガイドや工事現場・作業現場における手順指示など,幅広いガイダンスに利用可能な枠組として実現しており,これを利用して実際に床下に埋められた配線状況を提示し,作業手順をナビゲーションするようなシステムを構築して実験を進めた.さらに,博物館等での展示物のガイドへの応用を考慮して,複合現実型情報提示に関する検討を進めた.(2)のテーマに関しては,先に述べたとおり,(1)のテーマを実現する上でのテストベッドとしてモバイル複合現実感システムのフレームワークを構築し,そこにおけるインタフェースとして,携帯電話を利用したもの,携帯情報端末を利用したもの,タブレットPCを利用したものなどを試作し,様々な角度から検討を進め,インタフェースの利便性について検証した.本年度は標記研究課題に関して以下にあげる研究成果を得た.本研究の目的は,歩行者ナビゲーションとWebサイトの有機的融合を実現するために,両者のコンテンツのベースとなるメタコンテンツともいうべき情報を想定し,それを画一的に記述するための,メタコンテンツ記述スキーマの創出であった.そのための第1段階として,歩行者ナビゲーションにおけるコンテンツとWebサイトにおけるコンテンツを有機的に結びつけるためのメタコンテンツ記述体系について検討した.実存するWebサイトのコンテンツに関して,様々な側面から検討を進め,歩行者ナビゲーション及びWebサイトにおいて共通に必要な情報,個々に必要な情報を体系立てて整理した.その上で,それらの情報を記述するためのコンテンツ記述言語NWCDLを提案した.ここではデータベースなどとの連携なども視野にいれて,近年注目を集めつつあるXML技術を利用している.また,歩行者ナビゲーションで頻繁に直面する『目的は存在するがそれを実現するための目的地が不明である』という状況に対応するために,このような暖昧な要求に対して,ナビゲーションの対象となる環境に関する情報,およびユーザの趣味・嗜好などに関する情報に基づいて,それらを総合的に満たす目的地を推論し,ユーザ・システム間のインタラクションによって目的地を決定する手法を提案した.ここでは,実存する地下街の情報を前述のNWCDLを用いてコンテンツ化した上で,このコンテンツをベースにシミュレーションシステムを構築し,その上でユーザによる暖昧な要求に対して具体的目的地を提示する実験を実施し,個人の嗜好を反映することで,ユーザの望みに沿った目的地が提示できることを示した.これはすなわち,対象に関するある程度の知識をシステム側が保持することで,ユーザによる抽象的な要求を理解するための道筋を示すものである.本年度は標記研究課題に関して以下にあげる研究成果を得た.本研究の目的は,歩行者ナビゲーションとWebサイトの有機的融合を実現するために,両者のコンデンツのベースとなるメタコンテンツともいうべき情報を想定し,それを画一的に記述するための,メタコンテンツ記述スキーマの創出であった.そのための研究目標として本年度は,(1)メタコンテンツ記述体系の考察,(2)歩行者ナビゲーションシステムにおける実験的検証,(3)歩行者ナビゲーションを実現する上で重要な個人適応技術について考察,(4)画像・音声・言語を統合したマルチメディアナビゲーションインタフェースについて検討を進めてきた.(1)に関しては,実存するWebサイトのコンテンツについて分析を進めた上で,近年注目を集めつつあるXML及びXML-Schemaを用いてデパート,遊園地などの大規模施設を対象としたコンテンツ記述スキーマRWMLを提案した.さらに研究目標(2)(4)について,提案したコンテンツ記述スキーマRWMLを用いた,実環境と仮想環境(Webスペース)を融合したサイバースペースの実現を目指した.具体的な対象として株式会社エキスポランドの協力を得て,現地にて動作する携帯情報端末を利用したガイドシステムを試作し,実験を実施した.被験者の現在位置に基づいてWebスペースの情報をシームレスに提示可能な枠組みを実現し,コンテンツ記述スキーマRWMLを利用することによって利便性の高いガイドシステムが構築可能なことを実証した.一方,(3)に関して,ナビゲーションにおける個人適応の可能性を探るため,ユーザの行動から個人的選好を獲得するための手法及び店舗を対象とした行動解析システムについて検討を加えた.前者では,テレビ前に存在する視聴者の行動をカメラ及びマイクから得られるセンサデータを利用して解析し,行動とその時点で配信されている映像コンテンツを関係付けることで,視聴者の個人的選好を獲得可能であることが示せた.後者では,店舗を訪れる顧客の行動を解析・可視化可能なシステムを提案した.本年度は標記研究課題に関して以下にあげる研究成果を得た.本研究の目的は,歩行者ナビゲーションとWebサイトの有機的融合を実現するために,両者のコンテンツのベースとなるメタコンテンツともいうべき情報を想定し,それを画一的に記述するための,メタコンテンツ記述スキーマの創出であった.そのための研究目標として本年度は,(1)歩行者ナビゲーションシステムにおける実験的検証,(2)複合現実型情報提示によるナビゲーションインタフェースの検討,について主に研究を進めてきた.

特に(1)のテーマを進めるに当たって,単なるナビゲーションにとどまらず,様々なアプリケーションに対応可能な可搬移動型機器による複合現実感システムのフレームワークを新たに設計し,携帯電話及び携帯情報端末を使ったシステムとして実現した.このフレームワークでは単なるナビゲーションのみにとどまらず,博物館における展示ガイドや工事現場・作業現場における手順指示など,幅広いガイダンスに利用可能な枠組として実現しており,これを利用して実際に床下に埋められた配線状況を提示し,作業手順をナビゲーションするようなシステムを構築して実験を進めた.さらに,博物館等での展示物のガイドへの応用を考慮して,複合現実型情報提示に関する検討を進めた.(2)のテーマに関しては,先に述べたとおり,(1)のテーマを実現する上でのテストベッドとしてモバイル複合現実感システムのフレームワークを構築し,そこにおけるインタフェースとして,携帯電話を利用したもの,携帯情報端末を利用したもの,タブレットPCを利用したものなどを試作し,様々な角度から検討を進め,インタフェースの利便性について検証した.
感温性磁性体と薬剤含有基剤を併用した新しい温熱化学療法

我々は従来から継続研究しているキュリー点で発熱が自動停止する感温性磁性体を用い,各キュリー温度に対応した融点を持つ薬剤封入基剤に含有させた多段階温度設定薬剤含有磁性体の開発を目的として当該研究期間で以下の成果を得た.43°C,44°C,45°Cの融点に対応する基剤にPTX,DTXは混入可能であり,各キュリー点を有する感温性磁性体を混合した結果,30分の磁場印可自動定温加温により各キュリー点で基剤の溶解が確認できた.また細胞培養実験において,感温性磁性体による自動定温加温と基剤放出PTX, DTX同等量との併用でも,磁場印可自動定温加温により各キュリー点で同様の温熱増感作用と抗腫瘍効果が確認できた.近年切除困難な進行癌に対しRF焼灼治療が行われるが,外科切除に比し低侵襲ながらも熱傷関連合併症の危険を有し正常組織にも傷害を及ぼす.また切除不能進行がんでは対症療法しか残されておらず,今後QOLを考慮したさらなる低侵襲治療が望まれる.これらを克服するため多くの低侵襲治療が考案・研究され,43°C近傍でアポトーシスが誘導され抗腫瘍効果を示す温熱治療もその一つである.我々は従来から継続研究している磁場印可によりキュリー点で発熱が自動停止する感温性磁性体を用い,各キュリー温度に対応した融点を持つ基剤(薬剤封入)に含有させ1セットとした多段階温度設定薬剤含有磁性体ロッドの開発を目的として当該研究機関で以下の成果を得た.43°C,44°C,45°Cの融点に対応する基剤として,安定性の高いagarを選択,その濃度の最適解を評価し,0.100%,0.102%,0.103%,が概ね対応することが分かった.それぞれに対応するキュリー点を有する感温性磁性体を混合した結果,磁場印可に引き続くキュリー点(各々43°C,44°C,45°C)での自動定温加温により30分で基剤の溶解が確認できた.引き続き,抗がん剤(PTX, DTX)が基剤に封入可能かを検証し,PTX 30μM,DTX 30μMは混入可能であった.次年度は引き続き,細胞培養実験による薬剤放出と殺細胞効果の検証を行い,可能であれば動物実験まで発展できることを目標とする.現在のがん治療は,外科治療含めがんのみでなく正常組織にも傷害を及ぼす.また切除不能進行がんでは対症療法しか残されておらず,QOLを考慮した低侵襲治療が望まれる.これらを克服するため多くの低侵襲治療が考案・研究され,4345°C近傍でアポトーシスが誘導され抗腫瘍効果を示す温熱治療もその一つである.我々は従来から継続研究している磁場印可によりキュリー点で発熱が自動停止する感温性磁性体を用い,各43°C,44°C,45°Cのキュリー温度に対応した融点を持つ基剤(薬剤封入)に含有させ作成した多段階温度設定薬剤含有磁性体の開発を目的として,当該研究期間で以下の成果を得た.抗がん剤であるPTX(30&#181;M),DTX(30&#181;M)は基剤に混入可能であり,それぞれに対応するキュリー点(各々43°C,44°C,45°C)を有する感温性磁性体を混合した結果,磁場印可に引き続くキュリー点での自動定温加温により30分で基剤の溶解と薬剤の放出が確認できた.さらにマウスメラノーマ細胞(B16)を用いた細胞培養実験において,我々の開発した感温性磁性体による自動定温温熱療法と基剤放出に対応するPTX, DTX同等量抗がん剤(各々30&#181;M)との併用でも,磁場印可に引き続く各キュリー点(各々43°C,44°C,45°C)自動定温加温により同様の温熱増感作用と抗腫瘍効果が確認できた.今後,感温性磁性体を用いたがん治療可能性の追求には,動物実験含めさらなる検討が必要と考えられた.我々は従来から継続研究しているキュリー点で発熱が自動停止する感温性磁性体を用い,各キュリー温度に対応した融点を持つ薬剤封入基剤に含有させた多段階温度設定薬剤含有磁性体の開発を目的として当該研究期間で以下の成果を得た.43°C,44°C,45°Cの融点に対応する基剤にPTX,DTXは混入可能であり,各キュリー点を有する感温性磁性体を混合した結果,30分の磁場印可自動定温加温により各キュリー点で基剤の溶解が確認できた.また細胞培養実験において,感温性磁性体による自動定温加温と基剤放出PTX, DTX同等量との併用でも,磁場印可自動定温加温により各キュリー点で同様の温熱増感作用と抗腫瘍効果が確認できた.研究計画に準じ,年度内目標である各温度設定で融解する基剤の最適解,抗がん剤含有の是非が確認できた.外科学研究計画に準じ,H26年度から引き継ぐ培養細胞実験,さらには可能であれば動物実験にステップを進め,多段階温度設定薬剤含有磁性体ロッドを用いた温熱化学療法の可能性を追求したい.
高齢者の健康長寿を目指した栄養学的検討　～食行動を介した遺伝子多型の影響～

島根スタディでは,2006年から毎年,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町の住民健康診査に介入・調査を実施している。これらのこれまで蓄積されたデータと本研究中の追跡調査で得られたデータ(疾患情報の収集(既往歴,現病歴,服薬状況),生活習慣調査(運動,仕事内容等),体格指標,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1cなど))とさらに本研究中に行う遺伝子多型解析データと合わせて解析することで,遺伝子多型が食行動に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。本年度は、昨年度行う予定であった追跡データの追加と遺伝子多型解析を引き続き行った(本年度までの期間延長承認済み)。遺伝子解析では、近年のゲノムワイド関連解析で日本人,アジア人(中国,韓国),欧米人の肥満,肥満関連疾患(糖尿病など)に共通して,中枢神経(Central nervous system: CNS)で食行動に関与している遺伝子の多型の関与が数多く報告されているため,昨年度より引き続き,遺伝子多型解析(主に中枢神経で作用していると考えられている遺伝子FTO,MC4R,CNR1,NEGRなどとこれまでの報告されている中枢神経でなく各器官での発現が認められている肥満関連遺伝子)のために血液中の白血球よりDNA回収とそれを使った遺伝子多型解析を進めた。以上の結果から,健康長寿の延伸に貢献するライフスタイルについて、考察を行った。島根スタディでは,2006年から毎年調査を実施しており,2006-7年のフードモデルを使った食物摂取頻度調査,また,初年度に食事調査をできなかった地域では,その後年に自記式食事歴質問票による調査を行っている。これらのデータと本研究期間中(2015-2017)に行う食事調査から食事内容の変化(摂取エネルギーと摂取栄養素割合,摂取頻度など)を明らかにし,遺伝子多型データと合わせて解析することで,遺伝子多型が食行動に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。本年度は,島根スタディの研究参加同意者のコホート追跡調査として,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町の肥満および肥満関連疾患(糖尿病,脂質異常症,高血糖症など)の疾患情報の収集,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1c)を行った。遺伝子多型では,近年のゲノムワイド関連解析で,日本人,アジア人(中国,韓国),欧米人の肥満,肥満関連疾患(糖尿病など)に共通して,中枢神経(Central nervous system: CNS)で食行動に関与している遺伝子の多型の関与が数多く報告されている。過去に食事調査を実施している地域の研究参加同意者の血液サンプルよりゲノムDNAを回収し,中枢神経で作用していると考えられている遺伝子(FTO,MC4R,CNR1,NEGR,INSIG2など)を中心に解析を進めている。またこれまで報告のあった遺伝子(ApoA5などの)多型解析も行った。本年度も,計画どおりに島根スタディの研究参加同意者のコホート追跡調査として,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町にて,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町の肥満および肥満関連疾患(糖尿病,脂質異常症,高血糖症など)の疾患情報の収集(既往歴,現病歴,服薬状況),生活習慣調査(運動,仕事内容等),体格指標,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1c)を行った。遺伝子多型では,これまで多く報告されている遺伝子を含め,中枢神経で作用していると考えられている遺伝子(FTO,MC4R,CNR1,NEGR,INSIG2など)の多型を解析するため血液中の白血球よりDNAを回収した。2006-2007年のフードモデルを使った食物摂取頻度調査あるいは自記式食事歴質問票による調査を行っている。これらのデータと本研究期間中(2015-2017)に行う食事調査から食事行動の変化を明らかにし,遺伝子多型データと合わせて解析することで,遺伝子多型が食行動に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。本年度も当初の計画どおり,島根スタディの研究参加同意者のコホート追跡調査で疾患情報の収集(既往歴,現病歴,服薬状況),生活習慣調査(運動,仕事内容等),体格指標,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1cなど)を行った。さらに本年度は間食や夜食の摂取頻度を調査した。また,近年のゲノムワイド関連解析で,日本人,アジア人(中国,韓国),欧米人の肥満,肥満関連疾患(糖尿病など)に共通して,中枢神経(Central nervous system: CNS)で食行動に関与している遺伝子の多型の関与が数多く報告されているため,昨年度より引き続き,遺伝子多型解析(主に中枢神経で作用していると考えられている遺伝子FTO,MC4R,CNR1などとこれまでの報告されている中枢神経でなく各器官での発現が認められている肥満関連遺伝子)のためのDNAを血液中の白血球より回収を進めた。

本年度も,当初の計画どおりに島根スタディの研究参加同意者のコホート追跡調査として,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町にて,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町の住民健康診査にて肥満および肥満関連疾患(糖尿病,脂質異常症,高血糖症など)の疾患情報の収集(既往歴,現病歴,服薬状況),生活習慣調査(運動,仕事内容等),体格指標,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1cなど)を行った。遺伝子多型解析では,これまで多く報告されている遺伝子を含め,中枢神経で作用していると考えられている遺伝子の多型を解析するため血液中の白血球よりDNAを回収した。また,この回収DNAを用いて,これまでの報告されている中枢神経でなく各器官での発現が認められている肥満関連遺伝子の解析にも用いることとした。島根スタディでは,2006年から毎年,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町の住民健康診査に介入・調査を実施している。2006-2007年のフードモデルを使った食物摂取頻度調査あるいは自記式食事歴質問票による調査を行っている。これらのデータと本研究中のコホート追跡調査で疾患情報の収集(既往歴,現病歴,服薬状況),生活習慣調査(運動,仕事内容等),体格指標,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1cなど)と遺伝子多型データと合わせて解析することで,遺伝子多型が食行動に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。本年度も当初の計画どおり,島根スタディの研究参加同意者のコホート追跡調査で疾患情報の収集(既往歴,現病歴,服薬状況),生活習慣調査(運動,仕事内容等),体格指標,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1cなど)を行った。また,昨年度に引き続き,過剰な間食,夜食,過食など食行動異常(摂食行動異常)も含めて調査を行った。しかしながら,健診日に台風の影響があったことと近年の健診参加者の減少があり,当初のサンプル予定数に達せず、統計学的な検出力が弱いと判断できた。一方,遺伝子解析(各器官での発現が認められている肥満関連遺伝子ではなく,主に中枢神経で作用していると考えられている遺伝子FTO,MC4R,CNR1,NEGR,INSIG2など)に関しては,当初の予定どおり昨年度より引き続いて,血液中の白血球からのDNA回収とそれを使った遺伝子多型解析を進めた。本年度も,当初の計画どおりに島根スタディの研究参加同意者のコホート追跡調査として,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町にて,隠岐郡隠岐の島町,雲南市(掛谷町,三刀屋町,大東町,加茂町,吉田町,木次町),邑智郡邑南町の住民健康診査にて肥満および肥満関連疾患(糖尿病,脂質異常症,高血糖症など)の疾患情報の収集(既往歴,現病歴,服薬状況),生活習慣調査(運動,仕事内容等),体格指標,血液生化学検査(血糖,中性脂肪,総コレステロール,HDLコレステロール,HbA1cなど),さらに過剰な間食,夜食,過食など食行動異常(摂食行動異常)の調査を行った。遺伝子多型解析では,これまで多く報告されている遺伝子を含め,中枢神経で作用していると考えられている遺伝子の多型を解析するため血液中の白血球よりDNAを回収し,遺伝子多型解析に用いた。
泌尿器科癌の発生リスクおよび治療反応性に関与する遺伝子多型に関する解析

[背景]腎細胞癌は化学療法や放射線療法に抵抗性を不す一方、免疫療法にはある程度の効果が認められ、その発生や伸展のリスクとして個々の患者の免疫応答性が関与している可能性がある。[目的]近年、ヒトにおける免疫応答系のうちTh2系のIl-4を介する応答が種々のヒト癌の発生・進展に関与している可能性が示されている。本年度は腎細胞癌の発生および悪性進展におけるIL4受容体遺伝子多型の意義を明らかにすることを目的とした。[方法]143名の腎細胞癌患者と205例のコントロールから血液DNAを採取し、IL-4受容体遺伝子多型を解析した。遺伝子多型としては、Ile50ValとArg576Gluの2つのSNPを対象とし、コントロール群との比較、および予後との関連を検討した。[結果]コントロールとの比較において、腎癌患者ではIleアリル(OR=2.0,p=0.026)とArgアリル(OR=1.68,p=0.036)が有意に高頻度であり、IL-4を介したシグナルが増強するような遺伝子型において腎細胞癌のリスクが増加する傾向が認められた。また、予後との関係では、Ileアリルを持つ患者の予後が有意に悪く(p=0.018)、他の臨床病理学的パラメータとは独立した予後因子であると推定された。[考察と今後の方向性]今回の検討では、免疫応答をつかさどる遺伝子群における多型が、腎細胞癌の発生・進展のリスクとして関与し、これを応用すれば高リスク群の同定や免疫療法に対する反応性予測に応用できる可能性が示された。しかしながら、ヒトの免疫機構は非常に複雑であり、個人の遺伝的背景ばかりでなく、罹患時の全身状態や栄養状態、さらには発生した腫瘍の免疫原性など、数多くの要因が関与すると想定される。現在、インターフェロン療法に対する反応性の明らかな症例を集積し、臨床情報、遺伝情報の全てを統合した解析を計画し、遂行中である。
筋疲労が大脳皮質運動野の機能局在性に及ぼす影響

筋疲労が運動野の機能局在性の興奮性にどのような影響を与えるかを検討するため、下肢の筋疲労が上肢を支配する運動野の興奮性変化、あるいは、片側の筋疲労が非疲労筋を司る反対側の部位の興奮性変化について研究した。特徴的手法として非侵襲的な経頭蓋磁気刺激(TMS )の二重刺激法を用いた。その結果、下肢筋を中心とした脚運動並びに片手グリップ運動による筋疲労は、直接疲労に関与しない手筋あるいは上腕筋の運動皮質内の抑制を低下させることが指摘された。これは筋疲労が運動野の機能局在性に影響を与えたことが示唆された。脚筋を中心とした全身運動で生じる筋疲労が手などの疲労していない筋を司る大脳皮質運動野の神経細胞興奮性にどのような影響を及ぼすか、あるいは、片側の筋疲労が非疲労筋を司る同側の大脳半球の神経細胞興奮性にどのような影響を引き起こすかについて着目した研究はあまり見られない。このことは、身体運動遂行に伴う筋疲労が中枢神経系、特に大脳皮質運動野の機能局在性という働きに対してなんらかの制限を加える可能性があることを示しており、運動と皮質運動野の機能局在性の関係を明らかにするのは重要であると考えられる。今年度では、自転車エルゴメータを用いて脚を中心とした全身運動の最大運動強度20、40、60.80および100%の強度によって10分間の運動を行わせた。運動直後、5,10,15,20,30分の回復期に疲労していない右手のFDI筋を司る大脳皮質運動野を磁気刺激装置による二重刺激をし、皮質脊髄系および皮質運動野の興奮性を評価した。その結果、最大運動強度の80および100%の強度で運動した場合、回復5分、10分にテスト刺激によるMEP振幅値の有意な低下、皮質内抑制の有意な低下を示した。さらに左手FDI筋への影響をみると、80および100%の強度で右手と同様の変化を示した。テスト刺激でのMEP振幅値が有意に低下したので、テスト刺激によるMEP振幅値を同程度に誘発できるように刺激強度を調節してMEPを一定にした。その結果も皮質内抑制の低下が起こった(Clinical Neurophysiology、117、2006)。また、左手のグリップ疲労困懸運動が疲労していない同側同筋の皮質運動野にも全身運動と同じ方法で刺激した結果も回復5,10分目でMEP振幅値の低下と皮質内抑制の低下が見られた(生理・生体工学シンポジュウム、2006)。これらの結果は主に脚や手による筋疲労が疲労していない手を支配する運動野にまで影響を及ぼしていることが指摘された。今後、これらの現象を引き起こすメカニズムについて研究を進める。大脳の皮質運動野の機能局在性に及ぼす筋疲労の影響を検討するため、両脚のレッグプレス運動による筋疲労の非疲労筋である手のFDI筋や腕の上腕二頭筋の皮質内興奮性に及ぼす影響および疲労筋と非疲労筋の間で起こる大脳半球間抑制の変化を検討した。1)全身筋疲労後の複数の非疲労筋における皮質内興奮性の変化12名の健康な大学生を被験者に主働筋としたレッグプレス脚運動による全身疲労後の回復期に昨年度と同じ測定時間で二重TMS刺激を行った。脚運動による筋疲労は回復時に非疲労筋のFDI筋および上腕二頭筋部位でMEP振幅の低下を引き起こした。また、MEPの最大低下出現時間は上腕部位で5分目に手で10分目に見られ、このMEP低下時間が大脳縦裂にある運動野の疲労脚筋部に近い上腕部、手の順で現れた。さらに皮質内抑制も上腕部、手で有意に低下した。10名の健康な大学生を被験者に左手グリップによる局所筋疲労後の回復期に昨年度と同じ測定時間で二つの刺激コイルを使って行った。疲労筋と非疲労筋の左右FDI筋皮質運動野を刺激し脳梁を介した半球間抑制(IHI)を測定した。疲労筋のIHIのHEP振幅は終了直後で最も大きく低下したが非疲労筋のIHIのMEP振幅は回復10分目で有意に低下した。さらに疲労筋でIHIの抑制は有意に減り30分間続いたが、非疲労筋のIHI抑制は5分目をピークに有意に減った。抑制低下率は疲労筋より非疲労筋の方が大きく、脳凌を介した疲労筋の非疲労筋IHIに対する影響が明らかになった。大脳の皮質運動野の機能局在性に及ぼす筋疲労の影響を検討し、3年目には2年間で実験してきた結果のまとめを行った。

特に2年目の実験で行った成果を示すと、1)両脚だけの筋疲労後の複数の上肢の非疲労筋における皮質内興奮性の変化その結果は、「片手グリップ運動による筋疲労が半球問抑制に及ぼす影響」というテーマで第38回臨床神経生理学会(臨床神経生理学Vol36(5)p549)において発表した。この課題を通して得た結論は、片手リップ運動による筋疲労にしても下肢の運動による筋疲労にしても非疲労筋である部位を支配する大脳皮質運動野の興奮性に影響を与えるということであり、筋疲労は筋疲労に直接関係ない皮質内の機能局在性に代償的な変化を与えることが示唆された。
新規周辺π共役系化合物の創成と有機半導体デバイスへの応用

分子周辺上に軌道係数を有するパイ電子系にカルコゲン元素を導入することにより,キャリア伝導に優れた集合体構造を実現した.特に,硫黄を有する化合物は分子の長軸方向に対して同位相の軌道係数を有し,その集合体構造はパイ電子コアが長軸方向に対してズレがなくパッキングしているために,バランスのとれた大きなトランスファー積分を有していた.実際に含硫黄誘導体の単結晶を用いてトランジスタを作製,評価したところ最高で移動度1.6 cm^2/Vsを有する優れた性能を示すことを明らかとした.分子周辺上に軌道係数を有するパイ電子系にカルコゲン元素を導入することにより,キャリア伝導に優れた集合体構造を実現した.特に,硫黄を有する化合物は分子の長軸方向に対して同位相の軌道係数を有し,その集合体構造はパイ電子コアが長軸方向に対してズレがなくパッキングしているために,バランスのとれた大きなトランスファー積分を有していた.実際に含硫黄誘導体の単結晶を用いてトランジスタを作製,評価したところ最高で移動度1.6 cm^2/Vsを有する優れた性能を示すことを明らかとした.有機半導体デバイスの実用化に向けては,その心臓部である有機電荷効果トランジスタの高性能駆動が不可欠である.しかしながら,現状の高性能有機半導体の開発の現状を鑑みると(1)簡便かつ高効率な半導体材料の合成法,(2)半導体材料の高い化学的安定性,熱的安定性,優れたデバイス耐久性,(3)アモルファスシリコンを超える高移動度(>8cm^2/Vs),(4)溶液プロセス可能な高い溶解性,これらの要請をすべて満たす材料は未だにない.本研究において,研究代表者はこれらすべての要請を満たす材料を新たに設計・合成し,実現したので以下詳細を述べる.これまで,溶液プロセス可能な高性能有機半導体材料は,直線型の高い対称性を有するπ電子コアを用いたものが主である.しかしながらこのような分子設計に基づいた材料は,高い溶解性と高い熱安定性をかねそろえたものがないため,実デバイスを実現するには大きな問題があった,そこで研究代表者は,新たに対称性を落としたV字型分子に着目し,簡便かつ高効率な新たな合成法を開発した.合成した化合物は,高い化学的安定性,そして相転移温度が200度を超えるこれまでにない熱安定性を有する興味深い物性を示した.これを用いた有機電界効果トランジスタを作製したところ,世界最高レベルの移動度8cm^2/Vsを実現し,かつバイアスストレスの影響を受けにくいデバイスであることを明らかとした.また,合成した新規材料は種々の有機溶媒に対して高い溶解性を示し,溶液プロセスで単結晶を成長させる手法を用いて優れたトランジスタ性能を実現した.地球規模の環境問題やエネルギー問題による社会構造の変化が進む中,有機半導体デバイスは安価で,しかも環境負荷が小さい塗布プロセスで製造可能であり,機械的柔軟性といったユニークな特徴を持つため近年その社会的関心が集まっている.なかでも有機トランジスタは,低価格のスイッチング素子として期待され,その移動度が向上すれば,市場規模も大規模に拡大することから多大な注目を集めている.有機半導体が高い移動度を実現するために必要な条件としては,分子間で同位相の軌道が有効的にオーバーラップすることが挙げられるが,これまでに開発されてきた材料の多くは,集合体構造をとった際に分子が長軸方向にずれた構造体を形成している.そこで本研究は,フェナセン型の電子構造を有する骨格に着目し,種々のカルコゲン元素を導入することによる分子軌道と集合体構造の制御を試みた.興味深いことに,導入する元素により集合体構造が異なることをX線結晶構造解析から明らかとした.特に,硫黄を有する化合物は分子の長軸方向に対して同位相の軌道係数を有し,その集合体構造は二次元伝導に有利なヘリングボーン構造を形成していた.さらに,パイ電子コアが長軸方向に対してズレがなくパッキングしているために,バランスのとれた大きなトランスファー積分を有していた.また,光電子収量法を用いて化合物のイオン化ポテンシャルを測定したところ,5.8 eVとp型半導体として機能することが期待された.実際に含硫黄誘導体の単結晶を用いてトランジスタを作製,評価したところ大気中においても安定に動作し,最高で移動度1.6 cm2/Vsを有する優れた性能を示すことを明らかとした.一年目の年次計画としては,移動度1cm^2/Vsを超える高性能有機半導体の材料の開発を目標としていたが,すでに世界最高レベルの移動度8cm^2/Vsを実現したため,本研究の達成度としては計画以上にしたと言える.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究推進に関しては,材料の観点からは,硫黄元素に変わる典型元素を導入することで,その構造とデバイス性能との相関を明らかとする.特に,導入する典型元素によりエネルギー準位ならびに分子軌道が大きく異なるため,誘導体にも興味が持たれる.また,デバイス評価としては,測定温度を変えながらデバイス性能の影響について検討を行う.これは,実デバイスとするには,素子作製プロセスならびにデバイス駆動下において高温状態になることが想定されるため,素子の耐久性が重要となるためである.更に,物理の観点から,電子伝導機構を明らかとするべくホール効果測定を行い,作製したデバイスがホッピング伝導であるかバンド伝導であるかを明らかとする.24年度が最終年度であるため、記入しない。