hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
捕食者と被食者の適応的な形態変化:表現型の可塑性と生物群集をつなぐ

捕食者-被食者相互作用における表現型可塑性の適応的機能と個体群生態学的意義についての理解を深めるため、エゾアカガエル幼生とエゾサンショウウオ幼生をモデルとした実験研究と、数理モデルを用いた理論研究を行った。1.種内の捕食-被食関係における対抗的形態可塑性の発見:エゾサンショウウオ幼生の高密度個体群が形態的二型を示すことを野外調査と野外操作実験で明らかにした。二型が共食い相互作用における対抗的表現型であること、つまり共食いに有利な型と、防御に機能する型からなることを実験的に示し、種内の食う-食われる関係で、個体が対抗的な形態可塑性を示すことを証明した。2.捕食者を共有する被食者2種の形質介在型の間接相互作用の検証:エゾアカガエル幼生とエゾサンショウウオ幼生の形態可塑性を実験的に操作し、2種の被食者が防御を発現することで、捕食者の摂餌選択性をかえ、互いの被食率を増加させていることを示した。3.共食いと体サイズ構造のフィードバック関係の検証:動物集団における共食いと集団中のサイズ構造の関係について、エゾサンショウウオ幼生の孵化コホートを対象として実験的に調べた。集団中の共食い頻度が、表現型可塑性による個体の形態的サイズ分化に強く依存すること、一方で、共食いが形態的サイズ分化を強化することを示した。さらに、共食い-サイズ構造の動的な相互作用が捕食者の存在下では生じにくいことを明らかにし、密度依存的な個体群動態の時間的・空間的変異について新しい説明を加えた。4.捕食者と被食者の適応的な表現型可塑性と個体群の安定性についての数理解析:数理モデルにより、個体群動態を安定化する捕食者と被食者の表現型可塑性の特徴について分析した。捕食者と被食者の表現型可塑性の機能が相互対抗的な場合に個体群が存続しやすく、特に被食者が優れた防御形質を有するほど、この安定化が促進されることを示した。表現型可塑性の生態学的意義及び環境依存性について理解を深めるために、エゾアカガエルの幼生とそれらを捕食するエゾサンショウウオ幼生にみられる対抗的な形態変化に焦点をあてた2つの研究を行った。1.カエル幼生の誘導形態防御の生態学的意義を明らかにするため、野外池に設置した囲い網のなかで、防御形態を発現したカエル幼生と、発現していないカエル幼生を、それぞれサンショウウオ幼生と相互作用させ2種の個体数変化を追った。防御形態を持たないカエル幼生がいる網に比べ、防御形態をもつカエル幼生がいる網では、カエル幼生の生存率は高かったが、サンショウウオの生存率は低かった。特に、小さな顎をもつサンショウウオほど生存率が低かった。これらの結果から、カエル幼生の防御形態は、彼らの個体数の維持に寄与するだけでなく、サンショウウオ幼生同士の共食いを強めることで、サンショウウオの個体数と集団内の表現型構成に影響することが示唆された。2.可塑性の環境依存性と生態学的意味を理解するため、サンショウウオ幼生とカエル幼生の形態可塑性に、上位捕食者がどのように影響するのか調べた。ここでは、上位捕食者として、サンショウウオの越冬型幼生に注目した。越冬型幼生は体サイズが大きく、翌春の池群集において上位捕食者としてトップダウン的に下位の相互作用に影響がある。そこで野外池に設けた網を用いて操作実験を行い、越冬幼生が、翌春に孵化したエゾサンショウウオ幼生(当年幼生)と、カエル幼生の個体数変化と形態変化に与える影響を検討した。結果として、越冬幼生は、捕食を通じて当年幼生とカエル幼生の数を減らすだけでなく、2種の対抗的な形態変化の様式を大きく変化させることを通じて、個体数に影響することが明らかとなった。一連の研究は、適応的な形態可塑性が個体群動態に果たす役割を明確に示した極めて新規的な成果といえる。

さらに、共食い-サイズ構造の動的な相互作用が捕食者の存在下では生じにくいことを明らかにし、密度依存的な個体群動態の時間的・空間的変異について新しい説明を加えた。4.捕食者と被食者の適応的な表現型可塑性と個体群の安定性についての数理解析:数理モデルにより、個体群動態を安定化する捕食者と被食者の表現型可塑性の特徴について分析した。捕食者と被食者の表現型可塑性の機能が相互対抗的な場合に個体群が存続しやすく、特に被食者が優れた防御形質を有するほど、この安定化が促進されることを示した。
蛇紋岩メランジの形成と上昇から探る沈み込み帯内部の包括的なダイナミクス

海洋プレートが沈み込む「沈み込み帯」の深部では,沈み込んだプレートから放出された水とマントルが反応して蛇紋岩が形成され,沈み込んだ海洋プレートの断片(変成岩)と混合した「メランジ」を形成していると考えられている.本研究では,北海道の三石蓬莱山地域と幌加内地域,および小笠原海域の大町海山に露出する蛇紋岩メランジについて,野外調査と岩石の検討を行い,プレート境界深部の地質構造を復元した.海洋プレートが沈み込む「沈み込み帯」の深部では,沈み込んだプレートから放出された水とマントルが反応して蛇紋岩が形成され,沈み込んだ海洋プレートの断片(変成岩)と混合した「メランジ」を形成していると考えられている.本研究では,北海道の三石蓬莱山地域と幌加内地域,および小笠原海域の大町海山に露出する蛇紋岩メランジについて,野外調査と岩石の検討を行い,プレート境界深部の地質構造を復元した.本研究では,陸域および海域に露出する蛇紋岩メランジの地質構造と変成作用の解析から沈み込み帯内部での包括的な物質移動様式を検討することを目的としている.平成22年度には,北海道神居古潭帯三石地域の蛇紋岩メランジの野外地表踏査を行い,主要な変成岩体の分布や周辺の新第三系との構造層序関係についてマッピングを行った.この際,様々な変成岩類や蛇紋岩類の試料採取も行った.また,JAMSTEC YK10-13Leg2航海に首席研究者として乗船し,高圧変成岩を伴う蛇紋岩体が分布する小笠原弧大町海山において,「しんかい6500」による潜航調査を行った.変成岩試料を採取することはできなかったが,蛇紋岩の分布を把握し海底地質図を作成した.また,JAMSTEC YK10-04航海にも乗船し,海洋性古島弧の変成岩や蛇紋岩が露出する大東海嶺海域において,「しんかい6500」による潜航調査と変成岩類の試料採取を行った.これらの陸域および海域で採取された変成岩や蛇紋岩類について,岩石薄片を作成し鏡下記載を進めた.また,温度圧力解析に適した試料を抽出し,EPMAによる鉱物組成分析を実施した.これらの観察と分析データに基づき,現在変成・変形履歴の解析を進めている.本研究では,陸域および海域に露出する蛇紋岩メランジの地質構造と変成作用の解析から沈み込み帯内部での包括的な物質移動様式を検討することを目的としている.平成23年度には,北海道神居古潭帯三石地域の蛇紋岩メランジの野外地表踏査を行い,中央南東部の地質図作成がほぼ完了したほか,変成岩類の岩石学的記載やEPMA分析から変成条件の推定を進めた.その結果,三石地域全体がメランジではなく,オフィオライト岩体とメランジが並走することが判明した.さらに,これまで断層関係とされていた蛇紋岩メランジと周辺の新第三系との間に不整合関係を発見したほか,珪藻化石年代から当地域における新第三系層序を見直した.また,神居古潭帯幌加内地域においても予備調査を行い,当地域が三石蛇紋岩メランジの擾乱前の構造を残している可能性を確認した.一方,大町海山では平成22年度のYK10-13航海で採取された古第三系砂岩から蛇紋岩砕屑粒子を発見したほか放散虫化石を抽出し,蛇紋岩の上昇年代の上限を決定した.これらの成果のほかに,JAMSTEC YK11-07航海に乗船し,北部小笠原弧前弧域において「しんかい6500」による潜航調査を行ったほか,平成22年度JAMSTEC YK10-04航海でフィリピン海大東海嶺で採取された海洋性古島弧の変成岩の記載岩石学的検討を行った.本年度は,8/30-9/12の2週間にわたり,小笠原弧大町海山において研究航海(JAMSTEC KR13-14)において首席研究者を務め,無人潜水艇「かいこう7000II」による海底露岩観察とサンプリング,およびドレッジによるサンプル採取を行った.潜航調査では,同海山に露出する蛇紋岩体において2001年に初めて高圧変成岩転石が採取された地点の露頭への再訪に成功したが,転石でない高圧変成岩を露頭内に見つけることはできなかった.しかし,潜航調査での転石とドレッジにより,多量かつ多様な変成岩試料を採取した.これらの変成岩を記載し,シンポジウム(ブルーアース'14)で発表した.神居古潭帯では,平成24年度からの繰り越し事業とあわせて,蛇紋岩メランジに伴われるオフィオライト構成岩類についてジルコンU-Pb年代測定を行った.

本研究では,三石蓬莱山地域の蛇紋岩メランジ帯に産する深成岩の3試料(トーナル岩2試料,閃緑岩1試料)を海洋研究開発機構所有の高電圧パルス粉砕機を用いて粉砕し,粉砕物からジルコン粒子を抽出し,これらを東京大学地震研究所のLA-ICPMSを用いてウラン鉛年代測定を行った.測定の結果,従来白亜紀の貫入岩と考えられてきた当該深成岩類がジュラ紀のものと判明した.野外での産状や分布から,これらの岩石は分断化されたジュラ紀のオフィオライトの一部と考えられる.年代測定や全岩分析など室内作業は若干遅れ気味だが,野外調査では想定以上の成果が得られているため,全体としてはおおむね順調と判断される.25年度が最終年度であるため、記入しない。繰越申請時には角閃石のAr-Ar年代測定を計画していたが,研究遂行にあたり重要な岩石(トーナル岩)を発見したため,年代測定法を変更しU-Pb年代測定を実施した.3試料について形成年代を得ることができた.・三石蛇紋岩メランジ全域の地質図が今年度中に完成するように,野外調査を進める.・変成岩類のみならず新たに発見されたオフィオライトの起源や年代を特定するため,U-Pb年代測定と全岩化学組成分析を行う.・幌加内地域における本格的なマッヒ。ングを開始し,三石地域との比較を行う.・三石地域および大町海山における変成岩類の変成-変形履歴の検討を進める.25年度が最終年度であるため、記入しない。当科研費研究課題は平成25年度で終了したが,引き続き研究成果のとりまとめを続け,公表論文を執筆する予定である.
継続的で体系的な知識の関連付けを志向した構造的読解力の育成手法の開発

本研究は、大学生の読解力を向上させるために、1)読解対象の文章をキーワードとその関係構造である「読解マップ」として捉えて正確に読み取る力を育成すること、2)日々の読解の成果を、大学での総体的な学修につなげようとする態度を涵養すること、の2点を目指している。そのために、構造的読解力をモデル化し、そのレベルを設定する。次に、正確な読解の結果である読解マップや誤読の結果である誤読マップの例を蓄積し、足場掛けの手法を開発する。そして、学生による構造的読解や教員による評価を支援するシステム、及び、それらを包含した育成プログラムを開発する。最終的に、支援システムや育成プログラムの効果を実践的に評価する。
立体視が発音身体知獲得に与える影響の解明とその言語学習支援への応用

身体知としての発音学習のために、可視化やフィードバックによる改善を目的としたシステムを構築した.発音を、随意筋で制御しやすい口腔内の運動が主となるプロセスとして、その一連の過程を、VRを利用した可視化情報として学習者に提示し、その観察による発音の改善の可能性を調査した.学習の事前事後の発音の変化および、関連した英語の単語聞き取り試験による理解度指標により、学習者の状態変化や変容を評価した.その結果、学習前後で、各評価テストの得点は、向上する傾向にあった.(1)全教材向けの共通ライブラリの開発(Engineer.js)においては、開発された図形描画ライブラリによって、図形科学向け教材を作成し、実証実験を行った。(2)立体モデルによるコミュニケーションツールの開発では、立体視モデル用専用ライブラリを開発し、3D立体ディスプレーおよび、裸眼立体視コンテンツを作成した。コミュニケーションツールとして人型エージェントによる対話システムを開発し、発声と動作が同期するための会話実験を行った。複数地点間のチャット用アプリケーションとして、ライブラリの検証用にとどまらず、注視や強調などに係るヒトの図形理解の特性に沿った新しいツールのプロトタイプを得て、実証的に利用することができた。(3)英語学習向け教材の開発と実証:以上で開発されたライブラリを利用して、立体視と学習プロセスの関係を明らかにする目的で、購入した脳波計測装置を使って、学習中の脳波計測実験を行った。被験者は平常時と立体視時それぞれで、同一タスクを与えた。本年度は、動的に表示される3種類の課題に回答する作業をタスクとした。実験中脳波を記録し脳電位の特徴的な変化を計測し、また、各課題の正答率を分析した.正解率と、脳電位の変化から、動的な図形を注視することによって読み取る情報が、立体視によって増加する傾向があることが分かった。さらに、脳波の内、学習に関係するα波および、θ波において、立体視の効果が認められ、英語学習への集中の効果への展望が得られた。本申請は、以上のようなWeb上で稼動するアプリケーションを様々に活用し、教育効果を向上させることを目標に継続的に研究を進めてきた実績の下に、新しい教育プロセスを提案し、実証的に検証するものである.学習者が、学習の対象物体を注視し、集中することによってその構造と機能を理解するプロセスは、図法幾何学などの設計関連分野に固有の脳内モデルであるが、他分野においても、「深い理解」は、同様の過程を経て、活用できる知識を得ることが連想できる.言語習得において、日常的に使用されている言語の発音や聞取りには、既得の認識モデルを起動することによって対応できるが、外国語の発音や聞取りには、脳内認識モデルの再構築や新構築が必要であり、そのための学習・知識獲得が重要な課題となる.このような言語習得のための発音や聞取りに立体可視化動画モデルが有効であることが推測できるが、本申請の骨子は、立体可視化された動画ビデオおよび、グラフィックアプリケーションによって発音や聞取りに必要な筋肉の動作知識の獲得や音声認識力向上を促進し、言語習得に対応した脳内モデルを効率よく構築するための手法の提案にある代表者らは、グラフィックプログラミングや、「設計情報工学」、2D/3DのCAD演習,RP(Rapid Prototyping)装置による造形演習などを担当しており、本申請テーマを実現するための環境が一通り整っている.さらに、これらの環境に加えて、学習者の理解のプロセスにおける脳波計測を統計的に調査することが可能である.これらの環境のもとに、現在、口腔内のCGによるモデル化を行い、学習方法の骨子を特許として出願している.関連する研究成果として、聴覚障碍者向け、環境音の可視化と実証実験を行っている.研究の現状は以下の3点に集約されている.1発音に伴う口腔内の可視化についてのの立体視技術については、システム開発中であるが、基本的な構造と動作の基本アルゴリズムを、Blenderおよび、WebGL上で動作することが可能となった.2成果は、2016年3月に特許出願し、実証実験や実用化に向けての準備を行っている.3発音の可視化に関しては、派生技術としてとして、聴覚障碍者用の環境音可視化システムを開発し、分担者の大学において約10名の聴覚障害学生の協力により、オノマトペの環境音表示の有効性を確認している.身体知としての発音学習のために、可視化やフィードバックによる改善を目的としたシステムを構築した.発音を、随意筋で制御しやすい口腔内の運動が主となるプロセスとして、その一連の過程を、VRを利用した可視化情報として学習者に提示し、その観察による発音の改善の可能性を調査した.学習の事前事後の発音の変化および、関連した英語の単語聞き取り試験による理解度指標により、学習者の状態変化や変容を評価した.その結果、学習前後で、各評価テストの得点は、向上する傾向にあった.身体知としての発音学習は、外国語として英語を習得する主に日本語話者にとって有効な手段がなく、繰り返しの聞き取りや発音の試行錯誤による学習以外に選ぶことができなかった.本研究は、発音を、身体を使う運動と同様に、身体知としてとらえ、可視化手法や、フィードバックによる改善などを利用することから研究の骨格を発想した.発音を、随意筋で制御しやすい口腔内の運動が主となるプロセスとして、その一連の過程を、VRを利用した可視化情報として学習者に提示し、発音の改善の可能性を調査した.一連の発音学習教程を、VRによる発音にかかわる口腔内の観察を含むフィードバックシステムとして構築し、本手法の有効性の調査に用いた.学習の事前事後の発音の変化

および、関連した英語の単語聞き取り試験による理解度指標により、学習者の状態変化や変容を評価することとした.発音に関する学習は、同時に、日本語話者にとって判別しにくいLとRの聞き分けに対する改善効果を期待することができ、同時に、その評価も行った.実験は被験者16名によって前述の開発システムを利用し、学習時間を各10分間、事前事後に、発音復唱テストおよび単語聞き分けテストを実施した.その結果、学習前後で、各テストの得点は、向上する傾向にあったが、統計的な有意性(危険率5%)は確認するに至っていない.これらの全体の研究内容は、「発音学習支援システムおよび発音学習支援方法」として、2016年3月に特許として出願している.グラフィックライブラりの開発(1)、および、立体視ライブラリの実証的な確認(2)、脳波による学習プロセスの評価は、概ね順調に研究が進められているが、英語学習のための、グラフィックライブラリ(口腔内の立体表示)については、現在プログラムの設計中であり、平成27年度に開発の主要部分を延期する必要があるため。研究全般の進行については、口腔内の立体視技術の開発、特許化と実証実験、環境音の可視化についてそれぞれの研究成果を最終年度に完成する予定である.特に、出願特許は、社会への公開を最終目標として商用化を視野に入れ、グループ内で検討していく予定である.実験は、一般に被験者に加え、聴覚障碍者の協力が重要で、本研究の実用性の検証にはこれが、必須の条件である.情報学ライブラリの開発・整備、脳波計測、コミュニケーションツールの実装は、現在の開発の方向を維持し、進める予定である。特に、学習と脳活動の手がかりになる可能性のある、立体視と動的教材による学習効果は、他分野においてもコンテンツを作成し確認実験を行う計画である。実施が遅れている英語学習のためのコンテンツ開発は、医療系の機関の協力を検討し、発音と口腔の関係の直接画像を得ることを考える予定である。実証実験において、脳波計を利用して、立体視の効果を脳科学的指標によって評価する計画である.今年度、分担者(筑波技術大学)が購入した製品について、その実用性検証を行ったのち、他大学における実験に適用するべく、検討を行っている.現在のところ、その検討が完了していないため、後続の購入を2016年度に持ち越したい.これは、妥当性の検証と、適正な研究費の使用に関しての総合的な判断である.本年度は、進捗において、3Dの口腔内画像の作成が遅れており、対応する作業と物品の購入ができなかった。上記の検証が完了したのち速やかに機器を購入の計画である.次年度計画として、口腔内のグラフィックライブラリの開発と、携帯用の脳波計および、医療用撮像装置によって実画像を得る計画であり、本年度残った研究課題に対応する予定である。
卵巣癌患者における癌幹細胞の同定法の確立と、その治療応用に向けた戦略的機能解析

卵巣癌は予後が悪く、組織型が多彩であることが特徴的である。癌においてエピジェネティックな異常は、癌の発生や分化に重要であると考えられる。またCpGアイランドメチル化形質(CIMP)呼ばれる多数のCpGアイランドがメチル化され複数の遺伝子のサイレンシングが癌に関与するとされる。近年、ES細胞や組織幹細胞の研究成果をもとに、癌のエピジェネティクスを癌幹細胞の発生から段階的に理解する試みも進められ、癌幹細胞または癌前駆細胞においてエピジェネティックの変化が重要であると予想される。そこで今年度は癌に関連する14種類の遺伝子(DAPK、BMP2、RASSF1A、TMS1、p16、14-3-3gamma、CyclinD2、RIZ1、RAR-beta、CHFR、Wif1、SFRP1、SFRP2、SFRP5)プロモーター領域をCIMPとして卵巣癌臨床検体凍結標本64例、正常卵巣凍結標本8例を用いてMSP(メチレーション特異的PCR)法によってメチル化を検出した。CHIP陽性は1検体あたり3遺伝子以上でメチル化を検出した場合とした。卵巣癌組織では正常組織に比べ多くの遺伝子でメチル化が検出され、CHIP陽性の検体も顕著であった。組織型では明細胞腺癌においてCHIP陽性検体が多く検出され、漿液性腺癌では低頻度であった。以上より卵巣癌では特定の遺伝子群のメチル化が癌の発生・進展に関与すると示唆された。また、卵巣癌でのCHIPは組織型によって頻度がことなり、メチル化のパターンが癌の組織型や癌化機転に大きく影響するものと考えられた。これらのエピジェネティックな転写抑制機構は、卵巣癌幹細胞の持つ特徴の1つか、もしくは組織型によって異なる癌幹細胞が存在するのではないかと推察される。今年度の成果は更なる卵巣癌での癌幹細胞の探索と癌幹細胞を標的としたエピジェネティック治療への応用に寄与するものと考えられる。卵巣癌の発生過程ではある特定の遺伝子変化はいまだに発見されておらずエペジェネティクな変化が重要だと推測されている。癌幹細胞においてもそういった変化を持った細胞が幹細胞として維持されていることが予想されることから、今年度まず上皮性卵巣癌における各種遺伝子のプロモーター領域DNAメチル化および遺伝子発現との関連について検討した。正常卵巣表層上皮初代培養細胞(OSE)8株、卵巣癌細胞株12株、卵巣癌臨床検体凍結標本64例、正常卵巣凍結標本6例よりDNA,RNAを抽出した。DNAについてはbisulfite処理を行った後に、RIZ1遺伝子およびERβ遺伝子のプロモーター領域に存在するexonONおよびOKのプロモーター領域に対するメチル化をbisulfite sequence法により解析した。またERβのアイソフォームであるERβ1,β2,β4,β5およびRIZ1についてリアルタイムRT-PCR法により遺伝子発現を検討した。卵巣癌細胞株および卵巣癌組織ではON, ERβ1, ERβ2、RIZ1のプロモーター領域に高度のDNAメチル化が認められ、これらの遺伝子発現の有意な低下が認められた。一方で、RIZ1とERβ5の発現はOSEに比較して卵巣癌で有意に発現レベルの増加が認められ、特に明細胞腺癌において顕著であった。RIZ1遺伝子やERβ遺伝子の発現は、脱メチル化剤である5-azaCにより回復することを確認した。以上より各種遺伝子発現がメチル化で発現抑制され発癌・進展に関わっている可能性が示唆された。遺伝子プロモータ領域のDNAメチル化は遺伝子発現、組織型と密接に関連し卵巣癌幹細胞が持つと推定される特徴の一つと思われた。本年度の結果を来年度以降の癌幹細胞の検索にフィードバックする予定である。卵巣癌は、浸潤能、転移能が高く、抗癌剤長期投与による耐性化が原因となり、再発率も高く、治療困難な状況に陥る事が多い。本研究は卵巣癌の新しい治療法開発に向けた基礎研究として、卵巣癌幹細胞の分子機構を明らかにすることを目的としている。癌細胞において、自己複製と多分化能をもつ骨髄由来の幹細胞の存在が知られており、卵巣癌にも存在する。本年度は、卵巣癌細胞株8種類を使い、Haechst3334の取り込みの低いSP細胞(side population細胞)の分離を試みた。このうち、1種類(SKOV株)のみに0.4-1.0%のSP細胞が存在した。このSP細胞とnonSP細胞を培養し、再解析したところ、SP細胞には、SP細胞とnon-SP細胞が存在したが、non-SP細胞にはnonSP細胞のみであった。SP細胞は長期培養が可能であったが、non-SP細胞は短期で増殖を停止した。また、SP細胞はCD117, AC133などの幹細胞マーカーの発現も確認した。現在、造腫瘍能を解析中である。また、どのような分子がどのような機序で、卵巣癌の増殖、転移に関わるのか検討している。その特徴を明らかにすることは、新規治療の足がかりとなる。また、卵巣癌の発生過程ではある特定の遺伝子変化はいまだに発見されておらずエピジェネティクな変化が重要だと推測されている。最も変異を受けやすい遺伝子の一つとしてインプリント(遺伝子刷り込み)遺伝子、8種類についても解析した。卵巣癌株では50%(4/8)に、卵巣癌組織では42%(31/74)にインプリントの破綻を確認した。現在、SP細胞とnonSP細胞でその相違点を確認している。

卵巣癌幹細胞の特性を明らかにすることは、卵巣癌特有の運動性、浸潤性および転移能を増大する機構が明らかとなり、新規分子標的治療薬の開発に大きく貢献するにとが予想される。(693)卵巣癌は予後が悪く、組織型が多彩であることが特徴的である。癌においてエピジェネティックな異常は、癌の発生や分化に重要であると考えられる。またCpGアイランドメチル化形質(CIMP)呼ばれる多数のCpGアイランドがメチル化され複数の遺伝子のサイレンシングが癌に関与するとされる。近年、ES細胞や組織幹細胞の研究成果をもとに、癌のエピジェネティクスを癌幹細胞の発生から段階的に理解する試みも進められ、癌幹細胞または癌前駆細胞においてエピジェネティックの変化が重要であると予想される。そこで今年度は癌に関連する14種類の遺伝子(DAPK、BMP2、RASSF1A、TMS1、p16、14-3-3gamma、CyclinD2、RIZ1、RAR-beta、CHFR、Wif1、SFRP1、SFRP2、SFRP5)プロモーター領域をCIMPとして卵巣癌臨床検体凍結標本64例、正常卵巣凍結標本8例を用いてMSP(メチレーション特異的PCR)法によってメチル化を検出した。CHIP陽性は1検体あたり3遺伝子以上でメチル化を検出した場合とした。卵巣癌組織では正常組織に比べ多くの遺伝子でメチル化が検出され、CHIP陽性の検体も顕著であった。組織型では明細胞腺癌においてCHIP陽性検体が多く検出され、漿液性腺癌では低頻度であった。以上より卵巣癌では特定の遺伝子群のメチル化が癌の発生・進展に関与すると示唆された。また、卵巣癌でのCHIPは組織型によって頻度がことなり、メチル化のパターンが癌の組織型や癌化機転に大きく影響するものと考えられた。これらのエピジェネティックな転写抑制機構は、卵巣癌幹細胞の持つ特徴の1つか、もしくは組織型によって異なる癌幹細胞が存在するのではないかと推察される。今年度の成果は更なる卵巣癌での癌幹細胞の探索と癌幹細胞を標的としたエピジェネティック治療への応用に寄与するものと考えられる。
ナノ振動子による場の計測

本年度は、固体表面の近傍で振動する振動子を用いて、振動子に固定した鋭利な探針頂点の原子と試料原子とで構成されるポテンシャルの場のマッピングの方法についての研究を行った。ポテンシャルが独立なパラメーター3個によって規定されるモースポテンシャルを例として取り上げ、それらのパラメーターを高速で同定する手法を開発した。モースポテンシャルを規定するパラメーターは、ポテンシャルの谷の深さEb、谷の幅に相当する長さL、ならびにEbを与える探針試料間距離Z0である。計測において、試料を周波数ωにおいて数オングストローム探針試料間距離方向に位置変調し、それに伴う振動子の周波数変化を計測した。位置変調により、振動子の周波数はDC、1ω、2ωやより高次の成分を有する。ポテンシャルから振動子の周波数を与える式にモースポテンシャルを代入し、式変形により周波数シフトをモースポテンシャルパラメーターを有するベッセル関数として表した。その結果、振動子の1ω成分をゼロに保った状態で、信号2ωとDCを用いるとモースパラメーターを数値演算により求めることが可能であることを示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。振動子の自励周波数はその質量と、バネなどの復元力のバネ定数によって決定される。この復元力は、振動子自身のもつバネ性と、振動子がおかれた場によって生じる力勾配の和としてとらえることができる。例として、原子間力顕微鏡においては、振動子であるカンチレバーの自励振動の変化を用いて探針と試料の相互作用が一定の面を保持する制御を実現している。また、振動子の質量も振動周波数を決定するため、振動子の周波数変化を用いて原子レベルの質量計測がカーボンナノチューブやグラフェンを用いて実現されている。本研究においては、ナノメートルオーダの振動子(以下、ナノ振動子)の計測の手法として、イオンや電子のエミッションの応用の研究を行っている。エミッションを用いることにより、振動子へ光を集光したり、計測のための電極を素子にあらかじめ設置する必要がなくなる。また、振動子として、トップダウンで作製した振動子に加え、単分子、ポリマー、グラフェン片など、さまざまなボトムアップの手法で作製した素子の計測と応用が可能と成る。今年度は、フィールドイオン顕微鏡、ないし、フィールドエミッション顕微鏡を用いて、エミッター先端に固定した各種ナノ振動子の振動計測の装置を実現した。振動計測を通じて、微小な質量の検出や、場の計測を可能とすることを目指す。いままでにタングステン探針に金をコートしたものに単分子膜を生成し、その振動をFIMで観察可能であることを示した。さらに、追試性の向上を目指し、真空チャンバに直接、各種分子、金、などを導入可能なノズルを実現した。また、振動子の保持ベースとなる金属エミッターとして、タングステン、ニッケル、プラチナ、を用いたエミッターの作製を行い、適した作製パラメータを把握した。平行して、電界のシミュレーション、イメージガスの軌跡計算を行い、構想に適したエミッターと振動子の大きさ、引き出し電極の形状や位置についての知見を得た。金属探針の先端に対象と成る分子やナノ振動子を固定するため、金属探針の電界下の安定度は重要である。今年度、タングステンの方位と電界強度の影響を東大生産技術研究所尾張研究室との共同研究として調べた。その結果、探針先端原子のモビリティが方位によって大きく異なり、アトムプローブにおいて三次元組成分布を再構成した場合の精度が探針の方位に強く影響されることを示した。この知見は、本課題においても重要である。探針の電界に対する安定度、エミッションに必要な電界強度、ナノ振動子の電界下での安定度などの諸条件を満たす作動パラメータや、FIMにおけるイメージガスの選択が重要であるため、本年度実現した、その場探針修飾装置を用いて、構想に適した条件を調べた。本課題においては、人工の微小振動子などのトップダウンで作製した振動子と、分子やグラフェンなどの、ボトムアップの自己組織化を用いたボトムアップの手法により作製したものを振動子として用い、その振動の変化から質量や場の計測を行うことを最終の目的とする。振動子のミクロン以下の小型化を念頭に置き、光学的手法を敢えて行わず、エミッションによる計測の可能性を探っている。今年度は、FIM(フィールドイオン顕微鏡)にTOF(飛行時間計測)機能を付与し、エミッターからの各種エミッションの飛行時間計測系を構築した。微小振動子の作製に関しては、銅フタロシアニンのエミッターへのその場固定には失敗し、課題を継続している。プラチナ探針の作製に関しては、文献を参考に先端半径が数10ナノメートルのものの作製に成功した。フィンランドVTT研究所のKainlauri Markku氏と共同して同研究所が確立した銅基板へのグラフェン成長方法をプラチナ探針に適応し、SEM観察を通じて、探針先端にフレーク状の物体が成長していることを確認した。現在、コンタクトモード原子間力顕微鏡を用いて、成長した層の層数を計測している。なお、グラフェンは先端半径の比較的小さいプラチナ探針に貼付いており、斑をなしており、端部にカンチレバー状に突出することは無かった。特別研究員のアラン君は、平行して、振動子による場の計測の理論計算を行っており、原子間力顕微鏡より得られた表面数オングストローム近傍のフォースカーブの解析と化学組成同定の可能性を検討した。

ポテンシャルが独立なパラメーター3個によって規定されるモースポテンシャルを例として取り上げ、それらのパラメーターを高速で同定する手法を開発した。モースポテンシャルを規定するパラメーターは、ポテンシャルの谷の深さEb、谷の幅に相当する長さL、ならびにEbを与える探針試料間距離Z0である。計測において、試料を周波数ωにおいて数オングストローム探針試料間距離方向に位置変調し、それに伴う振動子の周波数変化を計測した。位置変調により、振動子の周波数はDC、1ω、2ωやより高次の成分を有する。ポテンシャルから振動子の周波数を与える式にモースポテンシャルを代入し、式変形により周波数シフトをモースポテンシャルパラメーターを有するベッセル関数として表した。その結果、振動子の1ω成分をゼロに保った状態で、信号2ωとDCを用いるとモースパラメーターを数値演算により求めることが可能であることを示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。各種エミッターの作製に成功し、また、エミッター先端に単分子膜生成のためのノズルを真空チャンバに実装した。いままでの、大気中でのエミッター修飾と比べ、汚染の少ない、追試性の高い実験が可能になると期待される。構想により適した作動条件を、文献調査、シミュレーション、実験を通じて行っている。振動子を固定する金属探針の作製において、タングステン、金、タングステンに金を蒸着したものを試したが、それらの分子の修飾のしやすさや金属のモビリティに問題があり、対策としてプラチナ探針を用いることとした。プラチナ探針の作製方法の最適化に数ヶ月を要し、課題が遅れる一要因となった。エミッターへの各種分子のその場修飾は実験の追試性や、分子の吸着位置の同定のために極めて重要である。ノズルから微小な量の修飾分子を試料準備室に導入し、そこに固定した探針を修飾することを試みたが、蒸着量を少なくする工夫を継続する必要がある。グラフェンの成長に成功したが、曲面に張り付いており、片持ち構造にする必要が有る。エミッターへの振動性の試料の固定を行う。その際、運動自由度の異なる各種分子を修飾し、その差異を検証する。いままでネオンをイメージガスとして用いていたが、他のイメージガスも用いる。グラフェンやフタロシアニンを基板や金属探針先端の法線方向に固定する方法を、電界の引加や表面のステップの応用を通じて実現する。エミッターのその場修飾に付いては、電要な課題であり、その波及効果も高いため、ノズルからの導入の制御に加え、光による表面加熱により、一時的に表面に捕捉した分子を微小量真空中に放出し、その一部を電界でエミッターに導く方法を実験する。微小振動子を用いたフォーススペクストロスコピーの可能性については継続して研究を進め、スキンデプス内の10pmオーダの振動や、作動点の位置変調を通じた新しい計測の可能性を実験と計算で検証する。
B型肝炎ウイルス表面抗原ナノ粒子を用いる生体内ピンポイント遺伝子導入法の開発

本研究では、高い細胞及び組織特異性を有し、極めて高い遺伝子導入効率を有するウイルス感染機構を応用し、かつ、ウイルスゲノムを完全に排除した副作用の危険性が低い遺伝子導入法を開発することを目的としている。平成13年度には、ヒト肝臓に極めて高い特異性及び感染性を有するB型肝炎ウイルス(HBV)の感染機構を担う外皮タンパク質を、組換え酵母で「中空ナノ粒子(HBV表面抗原(HBsAg)粒子)」として大量生産し、粒子内部に目的遺伝子発現ベクターを封入して、ヒト肝臓特異的で高効率な遺伝子導入用ベクターとすることに成功した。また、本粒子は培養細胞のみならず、ヒト肝臓癌を移植したヌードマウスにおいても、ヒト肝臓癌に対してHBV並の強い感染力と特異性を示した。さらに、既に同粒子はB型肝炎ワクチンとしてヒトに投与された実績を有しており安全性には問題がなく有望である。平成14年度には、遺伝子導入効率を一層高める改良を同粒子に施し、ヒト肝臓癌を移植したヌードマウスをアッセイ系で高効率の粒子作製に成功した。次に、HBsAg粒子表面のN末端部分に位置するpre-S領域のヒト肝臓特異的レセプターを他の生体認識分子(抗体、レセプター、リガンド等)と置換して、ヒト肝臓以外の細胞や組織に対してピンポイントの特異性を示すナノ粒子に改造した。また、ヒトで抗体認識されないHBV変異体が知られているので、その変異部位を本粒子に導入して長期投与が可能な「ステルス・ナノ粒子」の作製に成功した。近未来の遺伝子導入法には、(1)目的とする細胞及び組織に100%近い導入効率を示し、(2)細胞及び組織特異性が高いピンポイント投与が注射等で充分達成でき、(3)ウイルスゲノムを排除して副作用の危険性がないことが求められている。B型肝炎ウイルス(HBV)の表面に局在する膜タンパク質のHBV表面抗原(HBsAg)Lタンパク質は、N末端部分にヒト肝細胞に対するレセプターを提示しており、生体内でヒト肝臓特異的に吸着できる。我々は、出芽酵母でHBsAgLタンパク質からなる直径数百nmのバイオナノ粒子大量生産に成功し、上記条件を満たす遺伝子導入法として、本粒子内部に発現ベクターを封入してヒト肝臓特異的な遺伝子導入法を確立した。本研究では、HBsAgL粒子を用いた遺伝子導入法の適用範囲を拡大するために、ヒト肝臓以外の臓器に対して特異性を示す改変型粒子の作製を行った。具体的には、HBsAgL粒子の酵母用高発現系をもとに、(1)肝細胞レセプター(N末端部分の3-77アミノ酸残基)を欠失させたHBsAgL粒子、(2)同レセプターをEGFファミリーの一種であるベータセルリン(BTC)に置換した改変型HBsAgL粒子、(3)同レセプターを塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)に置換した改変型HBsAgL粒子の酵母用発現ベクターを作製した。BTCは膵臓ランゲルハンス島β細胞にレセプターが著量発現しているので、膵臓ラ島β細胞へ粒子を標的化し、またbFGFは癌組織の血管新生に深く関与しているので粒子を進行癌に標的化すると期待された。これらの改変型粒子を酵母で発現させると、発現量には問題が残ったものの所期の目的どおりに、細胞レベルおよびヌードマウスレベルで細胞および組織特異的遺伝子導入が可能であった。次年度はこれらの粒子の酵母における発現量の改善、並びに生体内における組織特異的な遺伝子導入効率の向上を目指したい。本研究では、高い細胞及び組織特異性を有し、極めて高い遺伝子導入効率を有するウイルス感染機構を応用し、かつ、ウイルスゲノムを完全に排除した副作用の危険性が低い新しい遺伝子導入法を開発する事を目的としている。研究開始当初において、我々はヒト肝臓に対して極めて高い組織特異性及び感染性を示すB型肝炎ウイルスの感染機構を担う表面抗原粒子を組換え酵母で「中空ナノ粒子」として大量生産し、粒子内部に目的遺伝子発現ベクターを封入して、ヒト肝臓特異的で高効率な遺伝子運搬体とすることに成功していた。

本研究期間では、中空ナノ粒子内部への遺伝子封入の条件検討を行い、エレクトロポレーションを用いて効率的に遺伝子を中空ナノ粒子内部に封入することに成功した。最近では、同条件で低分子化合物も効率的に中空ナノ粒子内部に封入することに成功している。また、中空ナノ粒子の投与法の検討を背部皮下にヒト肝臓癌を移植したヌードマウスを用い、尾部静脈から100マイクログラムの中空ナノ粒子を投与すると、移植肝癌部が壊死するまでの間、恒常的に遺伝子発現が行われる事を見出した。特記すべき事項として、血友病治療用の第9因子遺伝子を用いた場合、治療レベルの第9因子が全観察期間において血漿中に存在することが確認された。更に、中空ナノ粒子のヒト肝臓特異性を示す領域を、EGF(上皮細胞成長因子)に置換した粒子を作製したところ、改変型中空ナノ粒子はヒト肝臓細胞への標的能を失い、EGF受容体発現細胞への標的能を獲得していた。以上から、本中空ナノ粒子は実用レベルの遺伝子導入能を有し、ヒト肝臓のみならず他の臓器や細胞への標的能を付与することも可能で、更に、遺伝子だけでなく抗癌剤などの低分子化合物を送達させるDDSとしても有望である事が判明した。
星形成領域での階層性の伴う構造の解析手法の開発とその形成過程の理論的研究

分子雲の階層的構造を定量化する方法を確立する事を目指した。分子雲の乱流的、間欠的性質は、流体とのそれと共通性がある事に着目して、この分子雲の階層的構造をウェ-ブレット解析によって記述する試みをおこない、分子雲観測デ-タなどをウェ-ブレット解析できるプログラムを開発した。これに先だって、解析に用いる展開関数の最適なものを選ぶために、可能な部分の数学的準備を行ってきた。このなかでウェ-ブレット展開関数として主に2種類のものが有用であることがわかった。一つは、実空間で、もう一つは、波数空間でコンパクトなものである。これから、デ-タが離散的である場合は前者、比較的なめらか場合は後者と使い分ける事が良いことがわかった。さらに、前者の場合はプログラムをツリ-構造に、後者の場合は、FFTを用いると計算の高速化がはかれる。この高速化で、ワ-クステ-ション上でも処理がある程度可能である事がわかった。この計算の高速化の原理と計算に必要なメモリの軽減化については両立する事が望ましく、必然的にこの解析法が適している事が認識できた。この高速化で、ワ-クステ-ション処理可能性が出てきた。従って、ワ-クステ-ションの価格が下がった事と二次元画像処理がこの計画推進上好ましい事が明らかにもなった為、ワ-クステ-ションシステム主要部分を購入した。このシステム上でも開発したプログラムを起動させ、画像表現する事が一部可能となった。さらに視覚の計算理論的研究から明かとなった視覚受容野の空間周波数特性がウェ-ブレット展開関数と非常に酷似している事も明かとなった。この認知科学の成果に、当該分野における我々のアプロ-チは刺激される部分が非常に大きい。この手法と人間の視覚情報処理との共通性は、デ-タ解析方法の探求から得られた形式が人間の認識過程に酷似し、不定形を記述する方法が従来の物理学の視点に欠けている事を思い知らされた。数学の手法やアルゴリズムで記述できる認識過程の形式化も確立可能な段階から進めていく必要性を感じた。一方、解析の結果を旨く再現する物理的、天文学的モデルを再構築するため、理論的研究も行った。系の間欠性にともなう不均一性の原因としては、様ざまな不安定性が考えられる。これには、これまでの我々がもちいてきた磁気流体、プラズマ物理の手法と経験もいかした。具体的には大型計算機センタ-で数値シミュレ-ションを行った。
マルチメガバール領域における基礎物性データの取得～地球からスーパーアースへ

地球型岩石質惑星のマントル構成物質である酸化物(MgO, Al2O3)・ケイ酸塩(MgSiO3, Mg3Al2Si3O12)、および核の構成物質である鉄系物質(Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-S, (Fe,Ni)3S)について、地球の数倍の質量をもつスーパーアース内部の議論に適用可能な数100万気圧(マルチメガバール)領域での状態方程式を明らかにした。また従来の高圧発生技術の限界を打破すべく、新しい高圧力発生手段として2段式加圧型ダイヤモンドアンビルセルの開発を行い、300万気圧以上の圧力を発生することに成功した。地球型惑星を構成するもののうち最も基本的な酸化物であるMgOについて、308GPaまでの圧縮に成功した。この圧力は地球でいえば核に相当する圧力である。レーザーアニーリングによりMgOおよびPtの試料室中の応力状態を表すSt値は全ての圧力条件で0.005以下に抑えることができた。また計算された一軸応力の値はMgO、Ptともに全ての圧力条件で6GPa以内であり、最高圧力308GPaにおけるPtの一軸応力は0.5GPaであった。このことから、ほぼ準静水圧環境での圧縮に成功し、質の良いデータを取得することができたと考えられる。圧縮曲線を3次、4次および5次のBirch-Murnaghanの状態方程式(B-M EoS)、またはVinetの状態方程式(EoS)でフィッティングし、各種状態方程式のパラメータを得た。ここでV_0については74.68A^3(JCPDS Card45-0946)として固定した。先行研究のよるデータからの外挿では300GPa領域での体積についてはどの状態方程式を使用するかによって大きなばらつきがあったが、今回実験で直接測定したデータでキャリブレーションすることにより、状態方程式による違いは殆どなくなり整合性あるものとなった。これらのEoSは、V/V_0=0.49程度(圧力で500GPa程度)までは7GPa以内(約1.4%以内)で一致した。MgOは400500GPa程度の圧力でNaCl型からCsCl型への相転移が予想されているが、今回の結果は相転移前の圧力まで一定の精度で適用可能と思われ、スーパーアースのマントルの密度構造などの議論に有用であることが期待される。また、核を構成する物質の候補であるFe-Ni-S合金について、学術論文として公表した。335GPaまでの圧縮データに基づき、純鉄やFe_<80>Ni_<20>の密度と比較することにより、地震学的に測定されている地球の内核の密度は5wt.%のニッケルと5.7wt.%の硫黄が鉄に固容することで説明可能であることを示した。さらに中間化合物である(Fe_<0.89>, Ni_<0.11>)_3Sの圧縮挙動・安定性についても学術論文として公表した。地球の核マントル境界圧力における密度の比較を、純鉄やFe_<80>Ni_<20>の密度と比較することにより地球の外核の密度は7.4-13.1 wt.%の硝黄で説明できることを示した。地球型惑星の核の主要構成物質であるFeおよびFe0.9Ni0.1合金の状態方程式について先行研究との比較や種々のエラーの検討など、詳細な議論を行った。圧力スケールの問題を加味すると、329 GPa, 5000 KにおいてFe0.9Ni0.1合金はFeに比べて7.3-7.8%ほど小さな体積弾性率を示す。また同条件において、地球の内核の密度は、Feに対しては3.4(1)-5.1(1)%、Fe0.9Ni0.1合金に対しては4.7(1)-6.5(2)%小さいことが分かった。この内容は国際誌(Physics of the Earth and Planetary Interiors)に掲載された。新たに確立されたFeおよびFe0.9Ni0.1合金の状態方程式と、これまでに報告したFe-Ni-Si合金(Asanuma et al. 2011)やFe-Ni-S合金の状態方程式(Sakai et al. 2012)とを比較し地球に応用すると、Ni 5wt.%の時に硫黄であれば7.5(4) wt.%、ケイ素であれば6.2(3) wt.%の量が固溶することで地球内核の密度を説明できる。一方、マントル側のケイ酸塩においてAl成分が物性に与える効果をみるためにMg3Al2(SiO4)3パイロープ組成のポストペロブスカイト相を185 GPa, 3000 Kにおいて合成した。

185 GPaにおけるMgSiO3およびAl2O3組成のポストペロブスカイト相と体積を比較すると、MgSiO3単成分(Al2O3成分0%)を基準としたとき、パイロープ組成(Al2O3成分25%)は+0.1%、Al2O3単成分(Al2O3成分100%)は+0.6%となった。ここでAl2O3成分が増加するにしたがって、体積が増加する関係が見て取れるが、その関係は単純な線形関係ではなく、やや下に凸の放物線を描くことが明らかとなった。地球型惑星を構成するもののうち基本的な酸化物単成分であるAl2O3について、329 GPa(圧力スケールによっては361 GPa)までの圧縮に成功した。Al2O3は177 GPa以上においてCaIrO3型の結晶構造を示し、この構造は約330 GPa、2000 Kまでの温度圧力範囲で安定であることが分かった。この構造について177 GPaから329 GPaまでの体積データに対して3次のBirch-Murnaghanの状態方程式(B-M EoS)、またはVinetの状態方程式(EoS)でフィッティングし、各種状態方程式のパラメータを得た。CaIrO3型のAl2O3は370 GPa程度の圧力でU2S3型への相転移が予想されているが、今回の結果は相転移前の圧力まで一定の精度で適用可能と思われる。また地球型惑星のマントルの主要構成物質であるMgSiO3は、マントル最下部においてCaIrO3型の結晶構造を示し、ペロブスカイト構造から相転移を起こすことからポストペロブスカイト相と呼ばれている。この相は地球においてはマントル最下部に数100Kmの層を形成するにすぎないが、スーパーアースのマントル深部においては大きな体積比率を持つと期待される。本研究ではこのポストペロブスカイト相に関して290 GPaまでの圧縮データを取得し、各種状態方程式のパラメータを得た。これらの結果はスーパーアースのマントルの密度構造などの議論に有用であることが期待される。一方、地球型惑星の核の主要構成物質であるFeおよびFe-Ni合金についてもそれぞれ279 GPa、272 GPaまでの圧縮データを取得した。これらのデータに関しても同様に状態方程式のパラメータを決定した。その結果、鉄にニッケルが固容した場合に329 GPa、5000-6000Kで13-15%ほど断熱体積弾性率が減少することを示した。地球型惑星のマントルの主要構成物質であるMgSiO3 post-perovskite相(以下PPv相)の高温高圧状態方程式を確立した。レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルによる高温高圧実験と放射光施設SPring-8 BL10XUにおける高温高圧その場粉末X線回折実験によりPPv相の格子定数を決定した。高圧下の物質の状態方程式としては極限圧縮環境下でより物理的な意味を持つAP2-EoSモデル(Holzapfel, 1998)とKeane-EoSモデル(Keane, 1954)を適用した。得られた状態方程式を用いて1000 GPa, 6000 Kまでの圧縮挙動および各種物性値について算出した。Perovskite相(Pv相)に関する先行研究と比較することで、Pv-PPv相転移に伴って密度が約1.2(3)%増加することが分かった。これは先行研究の結果(+1.5(5)%)とも整合的である(Komabayashi et al. 2008)。また、高温条件下においてバルク音速が約1.3(4)%減少することを初めて実験的に明らかにした。AP2-EoSを基準とした場合、Keane-EoSおよび第一原理計算による圧縮挙動(体積)は1000 GPa, 6000 Kまで±1.5%以内に納まっており、広範な温度圧力範囲で実験モデルと理論モデルに一定の整合性があることを明らかにした。
子どもの直観像に関する発達認知神経科学的研究

直観像とは,視覚的に経験した像が外部空間に定位され,目に見えると感じられるような像のことを指す。本研究では,発達初期の子どもの直観像に焦点をあて,直観像を持つもの(以下,直観像素質者)がどの程度の割合おり,その割合が年齢とともにどのように変化するのか,そして,直観像の発達機序およびその生物学的基盤はいかなるものかについて,発達認知神経科学の視点から検証することを目的とした。研究2年目の本年は、以下の2点を検討した。まず,言語によらない直観像の評価方法を作成した。具体的には,表象が外部定位される直観像の優位性を利用して,単純なオブジェクトを用いた領域判断課題を作成し、直観像保持者を対象にこの課題の妥当性を確認した。次に、直観像の脳内機構を検討した。具体的には、成人の直観像素質者を対象として,高次視覚野と言語関連領野の機能的連結の検討を行った。成人の直観像素質者10名,非素質者14名の安静時脳活動をMRIによって計測し,右上後頭回という高次視覚野と機能的に結合している脳領域を解析した。解析の結果,直観像素質者は非素質者よりも,V2やV3等の相対的に低次の視覚野との結合性が高いことが示された。また、オンラインの大規模調査を実施し,直観像の発達プロセス・発達機序を検討した。具体的には、3歳から9歳の子ども700名を対象に、イーゼルテストを実施した。その結果、3歳児で直観像者が多いこと、年齢と共に直観像者が減ることが確認された。本研究では、発達初期の子どもの直観像に焦点をあて、直観像を持つもの(以下、直観像素質者)がどの程度の割合おり、その割合が年齢とともにどのように変化するのか、そして、直観像の発達機序およびその生物学的基盤はいかなるものかについて、発達認知神経科学の視点から検証することを目的とした。具体的には、本年は、直観像の新しい評価方法を開発することを目的とした。この目的を達成するために、まず、直観像の伝統的な評価方法であるイーゼルテストを用いた場合に、どの程度直観像素質者がいるかを検討した。具体的には、3歳から9歳の子どもを対象として、イーゼルテストを実施した。まず、成人を対象とした研究に基づき、参加者に提示した刺激の色の残像を経験させた。これは、直観像と残像が主観的な経験としては類似しているためである。その結果、残像を経験できたと報告する子どもは、半数以下であった。その後、残像を経験した子どもを対象にイーゼルテストを実施した。その結果、直観像を保持していると見積もられる子どもの数は、各年齢の子どもの10%にも満たなかった。次に、予備的に、直観像を経験する子どもを対象に、非言語的なテストを実施した。具体的には、主観的に直観像を経験したかどうかを尋ねるのではなく、オブジェクトを提示し、どの位置にあったかを判断させるという方法を試した。予備的ではあるが、こちらの方法が有効である可能性が示唆された。また、認知神経科学的検討については、成人の直観像素質者及び非素質者に対してMRI計測を実施し、現在直観像の脳内機構を解析中である。直観像素質者を見つけるの時間を要したため。まず、子どもを対象にした研究を進展させる必要がある。具体的には、非言語的な手法を用いた直観像の評価方法の開発が急務である。研究1年目の予備的な検討から、オブジェクトを提示し、どの位置にあったかを判断させるという方法が有効である可能性が示唆されたので、こちらの方法を用いた検討を進展させる。

また、認知神経科学的な検討の進展も2年目の大きな目的の一つである。研究1年目には、成人を対象にしたMRI画像の取得を実施しており、現在結果を解析中である。この解析の結果として直観像素質者の神経機構が明らかになれば、この成果に基づき2年目は子どもを対象とした研究を実施したいと考えている。具体的には、子どもではMRI画像の取得は容易ではないため、代表者らがこれまでも用いてきた近赤外分光法を用いて、直観像を経験時における脳活動を取得する。予定より全体的に計画が後ろ倒しになったため。