hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
膜蛋白質複合体チトクロム酸化酵素分子内のリン脂質の構造と機能研究

膜蛋白質複合体であるウシ心筋チトクロム酸化酵素の結晶構造から、分子内に取り込まれたリン脂質が発見できた。これら分子内に取り込まれたリン脂質の構造とリン脂質と蛋白質内のアミノ酸残基との詳細な結合様式を決定することは、膜蛋白質の構造形成を理解する上で極めて重要なことである。本研究では、チトクロム酸化酵素の高分解能での精密な結晶構造解析を行い、リン脂質とアミノ酸残基との相互佐用を詳細に調べ、膜蛋白質複合体の分子構築におけるリン脂質の役割を解明する。チトクロム酸化酸素及び結合しているリン脂質の立体構造は、X線結晶構造解析法を用いて、1.8Å分解能で決定した。リン脂質は、チトクロム酸化酸素1分子あたり14分子結合しており、カルジオリピン5分子、フォスファチジルコリン1分子、フォスファチジルエタノールアミン3分子、フォスファチジルグリセロール5分子であった。全てのリン脂質は、膜貫通領域にあり、酵素の膜貫通αヘリックスと相互作用を持っていた。リン脂質は酵素表面にあるくぼみやサブユニット間の隙間に多く結合しており、蛋白質との結合は脂肪酸と疎水性アミノ酸による疎水性相互作用が中心であった。蛋白質内部にある空洞に結合していたリン脂質は、水素結合も多く見られた。また、脂肪酸の一部はCHπ結合により相互作用していた。リン脂質14分子のうち13分子がチトクロム酸化酵素の複数のサブユニットと相互作用し、サブユニット間にできる隙間を埋めていたことから、これらリン脂質が4次構造形成を補助する役割を持つことが明らかとなった。さらに、2量体を形成する本酵素の2分子間の結合もリン脂質が補助していた。チトクロム酸化酵素におけるリン脂質はその構成成分の一つとして、機能に関与した役割を担っていることが明らかとなった。膜蛋白質複合体であるウシ心筋チトクロム酸化酵素の結晶構造から、分子内に取り込まれたリン脂質(カルジオリピン(CL)、ファスファチジルコリン(PC)、ファスファチジルエタノールアミン(PE)、フォスファチジルグリセロール(PG))が発見できた。これら分子内に取り込まれたリン脂質の構造とリン脂質とサブユニット内のアミノ酸残基との詳細な結合様式を決定することは、膜蛋白質の構造形成を理解する上で極めて重要なことである。本研究では、チトクロム酸化酵素の高分解能での精密な結晶構造解析を行い、リン脂質の絶対構造を決定すると共に、リン脂質とアミノ酸残基との相互作用を詳細に調べ、膜蛋白質複合体の分子構築におけるリン脂質の役割を解明する。低温凍結条件下で1.8Å分解能までの結晶回折強度データを収集した。結晶構造に見られたリン脂質のうち、PE1分子とPG2分子は、チトクロム酸化酵素のサブユニットIIIが構成する膜貫通αヘリックスの大きな空間に特異的に結合しており、これらは蛋白質と非常に多くの水素結合によりヘッド領域が固定され、脂肪酸部位においても多くの疎水性相互作用が見られた。他のリン脂質では蛋白質との相互作用は脂肪酸部位における疎水性相互作用が主であった。サブユニットIIIに取り込まれ、ヘッド領域、疎水領域共に蛋白質と強く相互作用しているリン脂質の不斉炭素の構造は、R体であった。今後、異方性温度因子を含んだ構造精密化を行い、サブユニット間に存在するリン脂質の蛋白質との相互作用について検討し、構造形成のどの段階で取り込まれたかを検証する。
植物病原系状菌の組織内伸展機構の解明-外生オーキシンの役割

タケ類てんぐ巣病菌のインドール酢酸の産生に関与すると考えられるアルデヒド脱水素酵素を探索するため、糸状菌のアルデヒド脱水素酵素をコードすると予想される既知の遺伝子領域を分析し、基質が異なると予想される約10グループの遺伝子群に分類した。その中でインドール酢酸生合成に関与すると考えられる遺伝子群を選び、そのグループに対応する遺伝子をタケ類てんぐ巣病菌からクローニングした。そこで、エレクトロポーレーション法を用いて、その遺伝子の相同破壊実験を行ったが、まだ破壊株を得ることができていない。一方で、アルデヒド脱水素酵素遺伝子の塩基配列を用いた麦角菌科菌類の分子系統学的研究を行った結果、これまでその形態や生態からBalansia属菌に近縁と考えられていたタケ類てんぐ巣病菌が、バッカクキン(Claviceps purpurea)と最も近縁であることが明らかになった。この成果について、関連の種との系統学的研究や、新たな分類学的知見と合わせて発表を行い、それぞれ論文執筆中である。ところが、その近縁なバッカクキンはタケ類てんぐ巣病菌と異なり、宿主のイネ科植物に殺生的に侵入し、インドール酢酸を産生しない。そこで、この生態的な相違とインドール酢酸産生能との関係に着目した。はじめに、バッカクキンの粗酵素液を用いて、インドール酢酸の代謝試験を行い、HPLCで測定しようとしている。また、宿主植物に内生する供試菌類を顕微鏡的に観察する技術を習得した。これらを用いて、インドール酢酸産生に関するリポーター遺伝子を発現させた供試菌類を観察する予定である。タケ類てんぐ巣病菌の効率良い形質転換系と遺伝子破壊系を検討し、本菌のインタクトの分生子を用いてエレクトロポーレーション法による簡便な形質転喚系を開発した。この試験により、タケ類てんぐ巣病菌において、Aspergillusnidulansのgpdプロモーターが遺伝子発現に有効であることが確認できた。そこで、インドール酢酸生合成経路に関わると考えられた本菌のアルデヒド脱水素酵素遺伝子のダブルクロッシングオーバーによる破壊実験をハイグロマイシンB耐性遺伝子を指標として行った。この結果、192株のハイグロマイシンB耐性株を得た。さらに、PCR法とサザンハイブリダイゼーション法によって、そのうちの2株は目的遺伝子が破壊されていることを確認した。これにより、本菌を用いた遺伝子破壊試験法を確立した。また、この2つの破壊株の表現型を調べるため、インドールアセトアルデヒドを添加した培地中でのインドール酢酸産生量をHPLCで調べたところ、2株の破壊株と野生型株との間に産生量の有意な差が見られなかった。このことから、今回、破壊試験に用いた遺伝子はインドール酢酸の産生に主要な役割を果たしていないことが明らかになった。そこで、糸状菌のアルデヒド脱水素酵素と予想される既知の遺伝子領域を分析し、基質が異なると予想される約10グループの遺伝子群に分類した。現在、その遺伝子の破壊実験を行っている。
ゾル-ゲル法を用いた電子・イオン・光機能を有する層状複水酸化物薄膜の創製

ゾル-ゲル法により作製した酸化物薄膜を温水に浸漬することにより、様々なアニオンが層間に挿入された層状複水酸化物(LDH)微結晶が析出した薄膜を作製した。末端にスルホ基を有する有機色素や蛍光色素が容易に挿入されることがわかった。また、陰イオンの種類を選択することにより、その微結晶の配向性を制御できることがわかった。一方、Mg-Al系、Ni-Al系LDHが、高い水酸化物イオン伝導性を示すことを見出した。層状複水酸化物(LDH)は、様々な陰イオンを層間に挿入できることが知られている陰イオン交換体である。このLDHは通常、沈殿として作製されるが、コーティング膜として様々な基材の上に形成できれば、LDHの応用が広がることが期待される。本研究では、様々なアニオンが挿入されたLDH薄膜を作製し、その作製条件が結晶成長に及ぼす影響について検討した。多くのアニオンを用いて温水処理した場合には、基板に対して垂直方向に結晶成長するが、ドデシル硫酸イオンを添加した場合にのみ、結晶は基板と平行方向に成長し、x線回折測定において非常に強い回折線が得られることがわかった。様々なアニオン性有機色素の挿入について検討したところ、Brilliant Blue FCF、Fast Green FCF、Bordeaux S、Pyraninなどの末端にスルホ基を有する有機色素がZn-Al系LDHに容易に挿入され、様々な色に着色した薄膜を容易に形成できるることが確認された。また、これらの色素の種類によって、成長する結晶の大きさも大きく変化することが確認された。一方、Mg-A1系LDHに関して、イオン伝導性について検討を行った。炭酸イオンが挿入されたMg-Al LDHは、水蒸気濃淡電池の起電力測定結果から、水酸化物イオンが伝導種であることが証明された。アルカリ型燃料電池の全固体化につながる極めて重要な発見であり、さらに、今後、薄膜化による様々な電気化学素子への展開が期待できる。本研究では、光学的な応用を目指して、様々な有機色素が挿入されたLDH薄膜の作製を試みるとともに、挿入される有機分子の構造が結晶成長に及ぼす影響について検討した蛍光色素であるスルホローダミンB(SRB)がインターカレーションされたLDH薄膜を作製した。SRBのみが挿入された薄膜は層間での会合体の生成によりほとんど蛍光を示さないが、ドデシルベンゼンスルホン酸(DBS)とのコインタカレーション、あるいはDBSが挿入された結晶を析出させてからアニオン交換によりSRBを挿入した場合には、強い発光がみられることがわかった。また、昨年度見出したドデシル硫酸ナトリウムだけでなく、DBSを挿入した場合にも、結晶は基板と平行方向に成長し、x線回折測定において非常に強い回折線が得られることがわかった。一方、Ni-Al系LDHに関して、イオン伝導性について検討を行った。炭酸イオンが挿入されたNi-Al LDHは、水蒸気濃淡電池の起電力測定結果から、水酸化物イオンが伝導種であることが証明された。また、Mg-Al系LDH、Zn-Al系LDHおよびNi-Al系LDHがアルカリ形ダイレクトエタノール燃料電池の電解質、あるいは触媒層におけるアイオノマーとして機能することがわかった。さらに、今後、薄膜化による様々な電気化学素子への展開が期待できる。まず、光学的な応用を目指して、様々な有機色素が挿入されたLDH薄膜の作製を試みるとともに、挿入される有機分子の構造が結晶成長に及ぼす影響について検討した蛍光色素であるフルオロセイン(FLU)がインターカレーションされたLDH薄膜を作製した。前駆体薄膜の温水処理時に色素を溶解させるという手法では、FLUが挿入されたLDH薄膜は直接得られなかったので、1-ヘプタンスルホン酸イオンが挿入されたLDH薄膜を温水処理により作製し、この薄膜をFLU溶液に浸漬することによりイオン交換を行い、FLUが挿入されたLDH薄膜を作製することができた。様々なアニオンを層間に含むZn-Cr系LDHの光触媒活性を評価した。炭酸イオンが層間に挿入されたZn-Cr系LDHは光触媒活性を示したが、塩化物イオンや硝酸イオンを層間に含むLDHは光触媒活性を示さず、層間イオンが光触媒活性に重要な役割を果たすことが分かった。

Ni-Fe系LDHの電気的性質を調べたところ、水酸化物イオン伝導性を示す一方で、比較的高い電子伝導性を示すことが分かった。そこで、アルカリ水溶液を電解質に用いる金属-空気電池用空気極として、MnO_2とNi-Fe系LDHを含む電極を作製したところ、酸素還元反応・酸素生成反応が可逆的に起こり、Ni-Fe系LDHが酸素還元反応・生成反応を促進することがわかった。
記憶ダイナミクスの時空間的解析

動物が新しいことを経験し学習や適応をする際に、脳に変化が起きる。この変化のことを可塑性と呼ぶ。グルタミン酸シナプスは脳内シナプスの約9割を占めており、精神神経活動において中心的な役割を果たしている。グルタミン酸受容体の中ではAMPA型受容体とNMDA型受容体が主に研究が進んでいる。グルタミン酸受容体の一つであるAMPA受容体はグルタミン酸シナプスの機能を中心的に担っており、従って精神神経機能発現の主役とも言える分子である。AMPA受容体にはGluA1-GluA4の4つのサブタイプが存在し、この中の組み合わせで4量体を形成している。申請者らは様々な行動/環境における経験依存的AMPA受容体シナプス移行について研究を展開してきた。げっ歯類における海馬は非常によく研究されている記憶の中枢である。海馬学習におけるAMPA受容体シナプス移行の関与を検証するために申請者らは海馬依存的文脈恐怖学習であるinhibitory avoidance task (IA task)を使用した。暗い部屋と明るい部屋を隣接させ、ネズミが自由に行き来できるようにする。通常ネズミは暗い部屋を好むため、暗い部屋に入ろうとするが、暗い部屋に入った瞬間に電気ショックを与えると、暗い部屋に入らず明るい部屋に留まる。明るい部屋に留まっている時間が長いということが学習の成立を意味する。筆者らはIA学習成立により海馬CA3-CA1シナプスにおいてAMPA受容体がシナプス後膜へ移行すること、AMPA受容体のシナプスへの移行が記憶成立に必要であることを示した。本研究ではシナプス機能分子をヒトでイメージングする方法の開発を目指している。シナプス機能分子へ結合する候補化合物のスクリーニングに上述のIA taskを用いた。このスクリーニングにより特定した化合物を用いてPET Probeを作製中である。すでに有望な化合物は見出しており、今後そのvalidationを行っていく。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はグルタミン酸受容体であるAMPA受容体を認識するPET (ポジトロン断層撮影)プローブを開発し、脳全体のイメージングを長期間にわたって行い、記憶のメカニズムを時空間的に解明していくことを目的としている。AMPA受容体のシナプスへの移行はシナプス可塑性のメカニズムの一つとして広く認識されている。AMPA受容体シナプス移行は細胞表面のAMPA受容体の提示量と密接に関係していることが知られている。本研究ではAMPA受容体の細胞表面提示を反映するPET Probeの作製を目指している。文脈恐怖条件付けの一つであるinhibitory avoidance test (IA test:暗い部屋と明るい部屋を隣接して作製し、ねずみが両者を自由に行き来できるようにする。ねずみは通常暗いボックスに入ろうとするが、暗いボックスに入ったときに電気ショックを与え、入らないように条件付けする海馬依存的学習)において、海馬におけるAMPA受容体の細胞表面提示量が増えていることは見出している。この系を用いて、既存のAMPA受容体結合化合物をラットにinjectionし、質量分析器を用いて海馬における化合物の量が増えている化合物をスクリーニングした。その結果、compound AがIAにおいて海馬組織における含有量が増加していることが明らかになった。その化合物を放射性ラベルし、ラットにおいて撮像したところ、顕著なシグナルが海馬、線条体に見られた。さらにこの結合が特異的であることを示すため、同じ化合物の過剰量のcold体と放射性ラベルされた化合物を同時にinjectionして撮像したところ、シグナルのintensityが顕著に下がった。このことはcompound Aによるシグナルが特異的であることを示している。

このスクリーニングにより特定した化合物を用いてPET Probeを作製中である。すでに有望な化合物は見出しており、今後そのvalidationを行っていく。AMPA受容体のPET Probeを開発することは記憶のメカニズムを解明する上で非常に大きな技術開発であり、その候補化合物を同定し、特異的シグナルが撮像できたことは予想を上回る進展であると考える。既知のAMPA受容体結合化合物のスクリーニングは20種類近くにおよび、IAを用いたスクリーニング系の確立と合わせると非常に大きな労力になる。その中で有望な候補化合物を絞り込めたことは大きな成果であると信じている。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後はIAをかけた後のシグナルの時空間的変化を観察していく。まず、本研究においてPET Probeの評価に用いているIAテストを用いる。IAtestのあと様々な時間(24時間、36時間、48時間、1週間、1か月等)において頚静脈的に放射性ラベルした化合物を投与し、PET撮像する。吸入麻酔により入眠させ、尾静脈より標識化合物を投与する。その後PETカメラを用いて経時的に撮像を行う。さらにその他の記憶のパラダイム(cued fear conditioning, water maze, radial maze, Y maze等)においても同様のPET撮像を行い、比較する。横浜市立大学医学部生理学教室ホームページ
永続的クリーンエネルギーシステムを目指した機能性細孔物質の構築

我々が見つけた機能性細孔錯体は、高い表面積と均一な細孔が特徴で、気体吸蔵、分子ふるい、触媒等への応用が期待されている。本研究では、新たな機能性細孔錯体を合成し、それを用いた水素吸蔵・製造を行うことでクリーンエネルギーシステムの構築を目指した。水素吸蔵能は構成金属の種類に依存し、低圧条件下では水素分子径に近い細孔径を有する方が高い水素吸蔵能を示した。また、RuとRhを用いた場合、共触媒存在下で可視光照射を行うことで水の分解による水素発生が確認された。近年、MOFs(Metal-organic frameworks)が水素吸蔵において有用であることも報告されてきている。本年度は、テレフタル酸銅(II)・ピリジンなどの単核錯体を出発原料に、コバルト・銅・亜鉛を中心金属に有するランタン型二核錯体の合成に成功した。本合成法の発見により、従来の合成法では合成が困難であったコバルトや亜鉛のランタン型錯体の合成も可能となった。構造はテレフタル酸金属錯体の二次元シート間を軸配位子としてDABCOを用いて架橋し、三次元構造をとる。いずれの錯体も、原料として用いた単核錯体に比べ熱安定性は飛躍的に向上し、気体吸着物質として非常に有用である。それぞれの錯体の水素吸着能はコバルト錯体が77K、10MPa下で最大4.11wt%(4.42MPa)、銅錯体が77K、10MPa下で最大2.70wt%(3.37MPa)、亜鉛錯体が77K、10MPa下で最大3.17wt%(8.32MPa)であった。これまでの研究において、様々な細孔物質における気体の最大吸着量は表面積及び細孔容積に大きく依存することが明らかになっている。本年度、合成した3種の錯体についてそれぞれ水素吸着エネルギーの計算を行い、これまでに報告された様々な細孔を有する物質の水素吸着エネルギーと比較を行った。その結果、0.1MPaまでの低圧条件下においては、水素分子径により近い細孔径を有する方が、水素吸着において有利であることが確認された。我々が見つけた細孔を有するカルボン酸金属錯体は、大きなポロシティと非常に均一な細孔を持っていることが特徴であり、気体を多量に吸蔵し、分子ふるいとしても有用である。また触媒中心としての金属イオンが空間に配列されており、高い触媒活性を示す。平成19年度は種々のテレフタル酸(p-BDC)金属錯体のDABCO付加物([M_2(p-BDC)_2(DABCO)]_n)を合成し、これらの化合物がクリーンエネルギーである水素ガス貯蔵に有用であることを明らかにした。平成20年度はトランスー1,4-シクロヘキサンジカルボン酸(CHDC)金属錯体のDABCO付加物[Co_2(CHDC)_2(DABCO)]_n、[Cu_2(CHDC)_2(DABCO)]_n、[Zn_2(CHDC)_2(DABCO)]_n、を合成し、水素吸蔵研究を行った。p-BDC錯体では、金属の違いによって水素吸蔵能に差が見られたのに対し、CHDC錯体では金属による差は殆ど見られなかった。これは、水素分子が金属と相互作用しにくい空間配置構造をしていることにあると思われる。そして、細孔を有する配位高分子錯体が太陽光を利用してクリーンエネルギーである水素ガスの製造に有望な材料であることが明らかとなった。平成19年度と20年度は、種々のテレフタル酸(p-BDC)、及びトランス-1,4-シクロヘキサンジカルボン酸(CHDC)金属錯体のDABCO付加物([M_2(p-BDC)_2(DABCO)]_n及び[M_2(CHDC)_2(DABCO)]_n(M=Cu Co,Zn))を合成し、これらの化合物がクリーンエネルギーである水素ガス貯蔵に有用であることを明らかにし、さらにp-BDCのルテニウム錯体が水の分解による水素発生触媒として有用であることを見出した。平成21年度は、水素発生光触媒への展開を重点的に行い、ルテニウムとロジウムを金属に用いた細孔錯体の合成と、その水素発生触媒能の評価を行った。

機能性細孔錯体[M_2(p-BDC)_2]_n(M=Ru,Rh;p-BDC=1,4-benzenedicarboxylate)を触媒とし、光増感剤にRu(bpy)_3^<2+>、電子伝達体にMV^<2+>、犠牲剤にEDTA-2Naを用いることで、可視光照射による水素発生が確認された。機能性細孔錯体を基準として計算されるTONは、Ru錯体が8.16(4時間後)、Rh錯体が24.9(10時間後)となった。これより、機能性細孔錯体が太陽光を利用した水素製造というクリーンエネルギーシステムに有用な材料であることが明らかとなった。
細胞接着因子不活化剤(S-DEX誘導体)による癌性腹膜炎の予防薬の開発

本研究では、分子量50万のS-DEXの癌細胞腹膜転移予防効果を、マウス移植癌B-16メラノーマ細胞などの移植可能なマウス腫瘍細胞株を用いて検討した。(1)プラスチックシャーレの壁への癌細胞の付着を検討した。0.2%のS-DEXを添加した培養液あるいはS-DEX非添加培養液中で癌細胞を3日間インキュベートした場合、0.2%のS-DEX添加培養液では非添加培養液に比較し、細胞の付着が有意に阻止された。(2)損傷を受けた腹膜面へのB-16細胞の付着を検討した。マウスの腹壁腹膜を損傷後、速やかにこの部分を切除採取し、シャーレに固定して、38度Cの培養液中に30分間浸した。0.2%S-DEX添加培養液では、S-DEX非添加に比較して損傷腹壁面への癌細胞の付着は有意に少なかった。(3)腹膜損傷部位には癌細胞が選択的に付着する。このモデルを用いてS-DEXの癌細胞着床予防効果を検討した。1mlの0.2%S-DEX添加あるいは非添加培養液を腹腔内投与して30分後に癌細胞を腹腔内に移植した。癌移植3日後に損傷腹膜面への癌細胞の生着量を比較検討した。0.2%S-DEX投与群では、腹膜損傷部位への生着生癌細胞数はS-DEX非添加培養液投与群に比較して有意に少量であった。(4)S-DEXの作用によって遊離状態となったB-16細胞の細胞回転の変化をフロウサイトメトリーを用いて検討した。0.2%S-DEX処理細胞では、G1 phaseに細胞の集積が認められ、このphaseに細胞が停止するG1ブロックが認められた。(5)S-DEXの作用によって遊離状態となった細胞のViabilityに及ぼす影響をMTTアッセイとアポトシス定量キットを用いて検討した。0.2%S-DEXにより遊離状態とした細胞では、アポトシスは全く認められず、一方MTTアッセイでも変化は認めなかった。これらの事から、S-DEXは細胞への直接毒性を示すことなく、細胞接着をブロックして腹膜転移を予防するということが示唆された。酸性多糖類S-DEX誘導体は細胞の接着能を阻害する働きを有する。今回は、分子量が約50万のS-DEXを選んで、癌細胞の腹膜転移の予防効果を、マウス移植癌B-16メラノーマ細胞をもちいて以下の(1)から(3)の方法で検討した。(1)プラスチックシャーレの壁への癌細胞の付着をIn Vitroで検討した。0.2%のS-DEXを添加した培養液あるいはS-DEX非添加培養液中で癌細胞を3日間インキュベートした場合、0.2%のS-DEX添加培養液では非添加培養液に比較してフィブロネクチン処理プラスチックへの付着は有意に阻止された。(2)損傷を受けた腹膜面へのB-16細胞の付着をIn Vitroで検討した。

マウスの腹壁腹膜を鋏で傷つけておき、速やかにこの部分を切除採取し、シャーレに固定して、38度Cの培養液中に30分間浸しておいた。培養液に予め0.2%のS-DEXを添加しておいた場合には、S-DEXを添加しなかった場合に比較して損傷腹壁面への癌細胞の付着はほとんど認められず、両群間には有意の差異を認めた。(3)マウスの壁側腹膜を手術的に損傷するとこの部位には癌細胞が選択的に付着するので、このモデルを用いてS-DEXの癌細胞着床予防効果をIn Vivoで検討した。1mlの0.2%S-DEXあるいはS-DEX非添加培養液を腹腔内投与して30分後に癌細胞を腹腔内に移植した。癌移植3日後にマウスを屠殺して損傷腹膜面への癌細胞の生着量を比較検討した。0.2%S-DEX投与群では、腹膜損傷部位への生着生癌細胞数はS-DEX非添加培養液投与群に比較して有意に少量であった。以上の事から、S-DEXは癌の腹膜転移の予防に有効な薬品となりうることが示唆された。今後、この薬剤の安全性と長期安定性について各種のS-DEXに関して検討を行う必要があると考えられる。本研究では、分子量50万のS-DEXの癌細胞腹膜転移予防効果を、マウス移植癌B-16メラノーマ細胞などの移植可能なマウス腫瘍細胞株を用いて検討した。(1)プラスチックシャーレの壁への癌細胞の付着を検討した。0.2%のS-DEXを添加した培養液あるいはS-DEX非添加培養液中で癌細胞を3日間インキュベートした場合、0.2%のS-DEX添加培養液では非添加培養液に比較し、細胞の付着が有意に阻止された。(2)損傷を受けた腹膜面へのB-16細胞の付着を検討した。マウスの腹壁腹膜を損傷後、速やかにこの部分を切除採取し、シャーレに固定して、38度Cの培養液中に30分間浸した。0.2%S-DEX添加培養液では、S-DEX非添加に比較して損傷腹壁面への癌細胞の付着は有意に少なかった。(3)腹膜損傷部位には癌細胞が選択的に付着する。このモデルを用いてS-DEXの癌細胞着床予防効果を検討した。1mlの0.2%S-DEX添加あるいは非添加培養液を腹腔内投与して30分後に癌細胞を腹腔内に移植した。癌移植3日後に損傷腹膜面への癌細胞の生着量を比較検討した。(4)S-DEXの作用によって遊離状態となったB-16細胞の細胞回転の変化をフロウサイトメトリーを用いて検討した。0.2%S-DEX処理細胞では、G1phaseに細胞の集積が認められ、このphaseに細胞が停止するG1ブロックが認められた。(5)S-DEXの作用によって遊離状態となった細胞のViabilityに及ぼす影響をMTTアッセイとアポトシス定量キットを用いて検討した。0.2%S-DEXにより遊離状態とした細胞では、アポトシスは全く認められず、一方MTTアッセイでも変化を認めなかった。これらの事から、S-DEXは細胞への直接毒性を示すことなく、細胞接着をブロックして腹膜転移を予防するということが示唆された。
強磁場による弱磁性物質の遠隔的マニピュレーションに関する研究

本研究では、物質に対し非接触で力学的影響を与えられる磁場の特徴を利用し、物質を遠隔的にマニピュレーションする技術に関し検討した。強磁場下における微視的その場観察とシミュレーションにより流体と弱磁性物質の関わる種々の現象について理解を深めた。流体中に分散した弱磁性微粒子の位置制御、相互作用による組織制御、運動方向制御、さらに、流体内部での流れの制御に関して理解できた。また、適切な空間磁場を与えることで、磁場による弱磁性物質の挙動制御が効果的に行えることも確認した。これらの成果は、高温プロセスなど物質の制御を非接触で行ないたい場合に必要な技術として強磁場を利用するための基礎となる。本研究では、物質に対して非接触で力学的影響を与えることのできる磁場の特徴を利用して、物質を遠隔的にマニピュレーションする技術に関する知見を集積することで、流体中における物質挙動を制御し、物質の分離や分析への応用展開を目指す。このために、強磁場下において使用可能な共焦点レーザースキャン顕微鏡等の光学系を用いてマイクロメーター粒子挙動のその場観察を種々の条件下において行ない、その知見を集積する。また、空間磁場分布に関する考察を計算機シミュレーションにより実施する。平成24年度は、強磁場中で利用できるシュリーレン干渉計を構築し、流体中の濃度分布に起因する屈折率分布を2次元的に検出できるようになった。これを用いて、数種の無機物質の結晶が成長・溶解する過程での結晶周囲の流れの可視化を行ない、磁場の影響を評価した。また、前年度に製作した側方観測系を利用して、マイクロメートルオーダーの粒子を流体中に希薄分散させ、マイクロ流体セルを用いて強磁場中を流したケース、粒子の代わりに気泡を入れ常磁性流体中に空孔が存在ようなケースについて、流体力学的な効果と磁気力による効果が重畳する影響を評価した。粒径や粒子磁性、流速の変化に伴い、それぞれ異なる挙動を観測している。強磁場中で弱磁性粒子に生ずる小さな磁化を考慮し、印加磁場による運動と粒子間に働く磁気的な相互作用を考慮したシミュレーションでは、粒径が小さくなった時の熱的な効果も含め検証を進めている。直線配列構造を形成するための空間磁場設計については、生体内等での物質配列・挙動の制御を念頭に、ある媒体中の特定の領域に分散する粒子群に対し、超伝導磁石を磁場源とし、ある程度誘導が可能であることがわかった。また、磁性体等の空間的な配置により、均一度が高く磁気力の強い場を比較的広い領域に形成する方法についても検討を進めている。本研究では、物質に対して非接触で力学的影響を与えることができる磁場の特徴を利用し、物質を遠隔的にマニピュレーションする技術に関して知見を集積することで、流体中における物質挙動を制御し、物質の分離・分析への応用展開を目指した。このため、強磁場下で使用できる共焦点レーザー顕微鏡やシュリーレン干渉計等の可視化機構を用い、マイクロメーター粒子や流体等挙動のその場観察を種々の条件下において行ない、その知見を集積したほか、空間磁場分布の影響についてシミュレーションにより考察した。25年度は、フランスのグループと共同で製作した装置を使用し、弱磁性流体挙動の高時間分解能観察に取り組み、磁気浮上状態等の環境にある流体挙動のその場観察に成功した。シュリーレン干渉計を用いた流体中の屈折率分布の観測結果と合わせ、強磁場下での流体挙動の多様な制御性を理解できた。また、流体中に分散する粒子の挙動制御に関し、重力と磁気力を重畳させることで物質ごとの分離が可能となる磁気アルキメデス分離がマイクロメーター粒子でも実現することを確認、その効率的な回収機構についても考案した。これまでの研究成果から、流体中に分散した弱磁性微粒子の位置制御、相互作用による組織制御、運動方向の制御手法について実験及びシミュレーションにより体系的に理解できた。さらに、流体自体の挙動についても、濃度分布などによる流体内部での流れの制御に関して理解したほか、高時間分解能観測により興味深い現象が磁場により引き起こされることを確認した。各種シミュレーションの結果から、適切な空間磁場を与えることで、磁場による弱磁性物質の挙動制御が効果的に行えることも確認した。これらの成果は、高温プロセスや生体内現象など、物質の挙動制御を非接触で行ないたい場合に有用と考えられる遠隔的マニピュレーション技術として強磁場を広く利用するための基礎となるものである。また、空間磁場設計を計算機シミュレーションにより実施する。

平成23年度は、希薄分散液中における弱磁性粒子の挙動の観測、分子動力学法に基づくシミュレーションモデル、及び、直線配列構造を形成するための空間磁場設計について検討した。弱磁性粒子挙動の強磁場下その場観察に関して、試料に対して磁場を印加する方向と直交する方向からの観測を可能とするアタッチメントを試作した。CCD素子と光学レンズ等を組み合わせ、マイクロメートルオーダーの粒子等の挙動をその場観察できるようになった。現在、数種の弱磁性マイクロ粒子を用いて流体中に希薄分散させ、強磁場中を流した際に、流体力学的な効果と磁気力による効果が重畳するケースで粒子の挙動を観測し、粒径や粒子磁性、流速の変化に伴い、異なる挙動を観測している。また、強磁場中で弱磁性粒子に生ずる小さな磁化を考慮し、印加磁場による運動と粒子間に働く磁気的な相互作用を考慮したシミュレーションモデルに熱的な擾乱を取り込み、その検証を進めている。直線配列構造を形成するための空間磁場設計については、生体内での物質配列・挙動の制御を念頭に、ある媒体中の特定の領域に分散する粒子群に対し、超伝導磁石を磁場源とし、媒体の利用により、磁場を導入する方法について検討をシミュレーションにより進めている。強磁場中で利用可能な共焦点レーザースキャン顕微鏡のほか、本研究で開発した側方観測系により流体中の粒子の挙動を磁場と平行・垂直の両方向からの観測を可能とし、また、シュリーレン干渉計によりで、粒子が無くても屈折率の違いで流れを把握できるようになったことで、磁場中での弱磁性物質の挙動に関して多角的な情報を得られるようになった。シミュレーションについては、分子動力学法に基づくシミュレーションモデルに熱的な擾乱を取り込むことが可能になったことで、広範囲の粒子径についての挙動解析ができるようになった。また、直線配列構造を形成するための空間磁場設計についても、磁場の形成法などの指針が得られてきている。また、磁性体等の空間的な配置により、均一度が高く磁気力の強い場を比較的広い領域に形成する方法についても検討を進めており、当初の予定通りに進んでいる。平成23年度に予定していた、希薄分散液中における弱磁性粒子の挙動の観測では、磁場印加方向からの高分解能光学的可視化を可能としたほか、分子動力学法に基づいて印加磁場による運動と粒子間に働く磁気的な相互作用を考慮したシミュレーションモデルに熱的な擾乱を取り込むことが可能となったほか、直線配列構造を形成するための空間磁場設計についてもその基本的な指針が得られてきており、当初予定の通りに進んでいる。最終年度は、これまでに得られた成果をベースに、各現象について実験の可能な範囲については、実験とシミュレーションの対比を行なう。物質挙動の観測に関して、光学的な可視化と干渉による流れの観測も行ない、強磁場中での多様な条件下での物質挙動について考察する。空間磁場設計については、引き続き、意図する構造形成や物質に対する力学的な効果の制御の視点から空間磁場をシミュレーションにより検討する。実験的な知見とシミュレーションを体系的に理解し、整理することで強磁場を利用した弱磁性物質の遠隔的マニピュレーション技術の確立につなげる。
癌特異的膜乳化エマルションの肝動脈注入を用いた中性子捕捉療法の開発

中性子捕捉療法(BNCT)に応用できる腫瘍選択性エマルションを開発することが目標である。VX-2ウサギ肝腫瘍モデルにおいて、界面活性剤HCO40を用いた肝動注24時間後/72時間後の腫瘍内10B濃度は、それぞれ170/58.3ppm、であり有効ボロン濃度30ppmを到達できた。10BSH封入WOWエマルションを肝動注後にBNCTを実施し、腫瘍でのアポトーシスを確認できた。Naturalボロンが結合したエストロゲン化合物を用いBNCTで細胞障害効果を認めた。WOWエマルションの表面修飾を行い一次ターゲティング送達能力を上昇させるよりも二次ターゲティングに用いる化合物の合成がより効果的と思われる。新生血管に富む原発性肝臓癌およびAFP産生胃癌や大腸癌、膵臓癌に対して、中性子捕捉療法を応用すべく、腫瘍選択性を高めた癌特異的膜乳化工マルションを開発することを目標にしている。本年度は、中性子捕捉能を有するガドリニウム化合物(GadoteridoDを封入したWOWエマルションを作成した。ウサギ肝動注モデルにおいてガドリニウム化合物封入WOWエマルションの肝動注を行うことにより、投与24時間後、72時間後の腫瘍内濃度は、それぞれ329ppm、312ppm、正常肝濃度は、それぞれ199ppm、130ppm、であり、中性子捕捉療法の有効ガドリニウム濃度の100ppmを腫瘍内では到達しており、治療効果が期待できる。また、通常のリピオドールとの混和液の投与24時間後の腫瘍内濃度は1.8ppmであり、WOWエマルション化することにより、優位に腫瘍内にガドリニウム原子を送達できることができた。肝動注モデルにおいては、Oil-O_Red脂肪染色を用いて腫瘍内にWOWエマルションの集積を認めた。特に腫瘍血管に富む腫瘍外壁において著明な集積を認めた。WOWエマルションの肝動注においては、投与72時間後には正常の肝静脈およびディッセ腔からの排泄があり、正常肝組織における蓄積は減少していると思われた。また、我々が樹立した抗CEAモノクローナル抗体(2C-8)を用いたヒト癌細胞との反応性においては、ペルオキシダーゼ反応により膵臓癌細胞AsPC-1、BXPC-3、胃癌細胞MKN28との強い反応性を示した。さらにハイブリドーマの大量培養により2C-8の精製を進めていく。新生血管に富む原発性肝臓癌およびAFP産生胃癌や大腸癌、膵臓癌に対して、中性子捕捉療法を応用すべく、腫瘍選択性を高めた癌特異的膜乳化エマルションを開発することを目標にしている。本年度は、中性子捕捉能を有する新規Enrichedボロン化合物の合成の設計を行うことができた。癌細胞の代謝経路を用いて、正常細胞よりも新規ボロン化合物の取り込みの増加が期待できた。今後は、Enrichedボロン化合物の中間産物の合成を試薬と調達して最終合成物までの完成を目指したい。また、現在調整しているボロン(BSH)封入WOWエマルションにおいて、臨床応用できる製剤としてのEnriched BSH封入WOWエマルション製剤を確立するために、内水相を蒸留水としてエマルションを作成し、ウサギ肝腫瘍VX-2モデル腫瘍へ肝動注後ボロン集積濃度を検討した。界面活性剤をHCO40あるいはPGCRを用いることにより、投与24時間後、72時間後の腫瘍内濃度は、それぞれ170/186ppm、58.3/40.5ppm、腫瘍周囲正常肝濃度は、それぞれ31.9/72.8ppm、24.7/56.7ppmであり、中性子捕捉療法の有効ボロン濃度の30ppmを腫瘍内では到達しており治療効果が期待できる。HCO40を用いた場合は、エマルションの膨化は起こらずPGCRを用いた場合と比較して、正常肝組織におけるボロンの沈着が生じにくい結果を得た。このことは、正常の肝静脈およびディッセ腔からの排泄があり、正常肝組織における蓄積は減少していると思われた。この癌選択的ボロン化合物を合成できれば、WOWエマルションによる一次ターゲティング後に、癌選択的な二次ターゲティングが可能になり、DDSの応用展開が拡大される可能性が出てくると思われる。新生血管に富む原発性肝臓癌等の難治性癌に対して、中性子捕捉療法を応用すべく、腫瘍選択性を高めた癌特異的膜乳化エマルションを開発することを目標にしている。WOWエマルションによる一次ターゲティング後に、癌選択的ボロン化合物を用いた二次ターゲティングを目指すことが、より効果的な癌細胞選択的ボロン送達を達成できると考えられた。二次ターゲティングを行うにあたり、本年度は、腫瘍選択性のある化合物のひとつとしてボロン原子を結合したエストロゲン化合物を用い、腫瘍血管に富んだ乳癌の転移性肝腫瘍に対しての反応性を検討した。Naturalボロンが結合したエストロゲン化合物を用いた京都大学原子炉実験所における熱中性子照射の反応では、10BPAとの反応よりは弱いものの細胞障害効果を認めた。このため、Enrichedボロンを結合させたエストロゲン化合物の合成を進めることが必要と考えられた。また、疎水性界面活性剤としてHCO40を用いることにより10BSH封入WOWエマルションを作成し、肝動注後の脂肪染色を行った。VX-2腫瘍の高血管性により投与3日には正常肝組織と比較して優位の染色性を認めた。

即ちボロン化合物を腫瘍内に送達可能であることを示せた。VX-2ウサギ肝腫瘍モデルに対して、10BSH封入WOWエマルションを肝動注後に京都大学原子炉実験所において熱中性子照射を実施し、組織レベルでの細胞障害効果を確認できた。WOWエマルションの一次ターゲティング送達能力を考えると、WOWエマルションの表面修飾を行うよりも、二次ターゲティングに用いる化合物の合成がより優位性を持つということが判明し、ボロノフェニルアラニン(10BPA)、ボロン結合細胞内アッセンブリー化合物、ボロン結合エストロゲン化合物、等の開発を進めることが、肝動注を用いた中性子捕捉療法の治療効果を増強させる可能性が出てくると思われる。新生血管に富む原発性肝臓癌等の難治性癌に対して、中性子捕捉療法を応用すべく、腫瘍選択性を高めた癌特異的膜乳化エマルションを開発することを目標にしている。WOWエマルションによる一次ターゲティング後に、癌選択的ボロン化合物を用いた二次ターゲティングを目指すことが、より効果的な癌細胞選択的ボロン送達を達成できると考えられる。本年度においては、二次ターゲティングに用いる化合物について検討した。(1)アミノ酸トランスポーターによる腫瘍集積性を有するボロノフェニルアラニン(10BPA)の水溶液を作成しWOWエマルションに封入したが、水溶性が低くボロン濃度が250ppmまでしか上昇しなかった(10BSH封入WOWエマルションの場合は13000ppmに達する)。(2)新規ボロン化合物の合成を試みた。転移性乳癌は肝臓への転移を優位に生じることより、乳癌細胞の核内受容体への送達が可能なエストロゲン骨格を基盤として検討した。今回の合成において6種類の化合物が合成できた。昨年度においてWOWエマルションの一次ターゲティング送達能力を考えると、WOWエマルションの表面修飾を行うよりも、二次ターゲティングに用いる化合物の合成がより優位性を持つということが判明し、より選択的な腫瘍細胞送達性の化合物を用いることが、腫瘍血管に富んだ肝臓腫瘍に対しての肝動注を用いた中性子捕捉療法の治療効果を増強させ、DDSの応用展開が拡大される可能性が出てくると思われる。以上より、二段階肝動注ターゲティング法に用いる化合物をWOWエマルションに封入し、臨床試験に用いることができる化合物を選別していくことが今後の展開で重要となると思われる。中性子捕捉療法(BNCT)に応用できる腫瘍選択性エマルションを開発することが目標である。VX-2ウサギ肝腫瘍モデルにおいて、界面活性剤HCO40を用いた肝動注24時間後/72時間後の腫瘍内10B濃度は、それぞれ170/58.3ppm、であり有効ボロン濃度30ppmを到達できた。10BSH封入WOWエマルションを肝動注後にBNCTを実施し、腫瘍でのアポトーシスを確認できた。Naturalボロンが結合したエストロゲン化合物を用いBNCTで細胞障害効果を認めた。WOWエマルションの表面修飾を行い一次ターゲティング送達能力を上昇させるよりも二次ターゲティングに用いる化合物の合成がより効果的と思われる。中性子捕捉能の高いボロン化合物(BSH)を封入してWOWエマルションを作成し、肝動注後に京都大学原子炉実験所において熱中性子照射を行い、肝腫瘍の組織学的な障害を確認できた。より効果的な中性子捕捉反応を励起するために、細胞選択的な二次ターゲティング新規ボロン化合物を合成させるべく、分子設計を実施中である。
内視鏡手術に使用する触知覚センサの基礎研究

音叉型水晶触覚センサをシリコンゴムや金属、プラスチック等に接触させて、共振時のインピーダンス増加から粘弾性特性や物体のヤング率等の硬い、柔らかいが分かるか検討した。真鍮、ステンレス、銅、鉄、アルミ、アクリル、各種シリコンゴム等への接触実験から硬い物質ほどインピーダンス増加が大きく、柔らかい物質であるアクリル、各種シリコンゴムほどインピーダンス増加が小さいことが判明した。即ち、触覚センサの接触前後のインピーダンス増加の大小によって、硬い、柔らかい等の識別が可能であることが判明した。更に、音叉型水晶触覚センサが物体に接触したときの状態をモデル化した。音叉形水晶振動子の基底部は屈曲振動している。このとき、接触する物体からの反力を基底部は受けて周波数が変化する。この物体からの反力を組み込んだ運動方程式をウィンクラーの弾性基礎を用いて構築した。この運動方程式は物体の弾性のみを考慮したものである。この反力を組み込んだ運動方程式を基底部に採用し、単純屈曲棒の運動方程式を腕に採用して音叉型水晶触覚センサのモデルを構築した。この運動方程式の周波数解析から、触覚センサの周波数は接触する物体のヤング率Eと密度ρの比で増加した。実験では金属の場合、音速の違いによって銅系と鉄系で2つのグラフに分かれた。シリコンゴムの場合でも、周波数はヤング率と密度の比で増加し、実験に用いたシリコンゴムの場合には傾向として2本のグラフに分かれた。シリコンゴムは粘弾性であることから、周波数変化の違いとして本触覚センサは粘弾性を識別している可能性がある。音叉型水晶振動子の解析で腕と基底部の付け根をトーションスプリングで接続して屈曲振動する解析モデルにおいてトーションスプリングを板バネで近似するモデルを新たに採用し、トーションスプリング定数を板バネのサイズで表す式を導いた.ここで導いた一連の式を用いて音叉型水晶振動子の周波数を計算すると計算値と実測値は±2%の精度で一致した.これは本モデルが基底部も含めて振動変位を正確に求めたことを意味し、接触する物体を含めた解析を確立する上で重要な一歩を記すことができた。生体のような粘弾性のフォークト体モデルに接触するように音叉型水晶振動子の棒理論を拡張した。シリコンゴムと金属の中間のヤング率を持つプラスチックで音叉型水晶触覚センサの接触実験を行ったところ、金属の場合には周波数はそのヤング率の大きさによって周波数は増加するがプラスチックではヤング率よりも固体粘性によって周波数は増加することがわかった。このことはシリコンゴムの場合にも当てはまると思われる。音叉型水晶振動子のQの解析では支持部のバネによるエネルギーが漏れになり、腕と基底部の振動エネルギーが保存するとした場合にはQの周波数依存性を説明することはできなかった。音叉型水晶振動子のQは熱弾性と関連していると考えられる。音叉型水晶触覚センサの接触状態をモデル化する上で、まず素材が金属のように単純である方が解析しやすい。そこで、音叉の右側半分の腕と基底部をそれぞれ2本の屈曲棒で表して、2本の棒の結合部に妹沢近似と捻りバネを、更に基底部の棒に接触する物体からの反力とセンサを保持するアクリルケースからの軸力を考慮した新たな運動方程式を採用して周波数解析を行った。金属の場合には、物体からの反力は変位とウィンクラー係数の積で簡単に表すことができる。解析の結果、ウィンクラー係数のある値までは周波数は一定で、それを超えると周波数は指数関数的に増加することが分かった。この解析結果を検証するために40×40×2mm^3の金属板5種類で接触実験を行った。触覚センサの周波数は金属のヤング率と密度の比に対して指数関数的に7Hzから14Hzほど増加し、また銅系(銅と真鍮)と鉄系(鉄、アルミ、ステンレス)というように縦波の音速の違いによって2つのグループに分かれた。

運動方程式の次元からウィンクラー係数は金属のヤング率と密度の比に対応しており、実験に見られた周波数の増加を解析からも確かめることができた。生体のような粘弾性のサンプルとして硬さの違う8種類のシリコンゴムヘの接触実験も行った。触覚センサのインピーダンス変化とゴム硬度計の値、周波数変化とシリコンゴムのヤング率と密度の比にはそれぞれに相関が見られた。両者とも傾きの異なる2つの直線関係が得られた。生体の人工モデルであるシリコンゴムの硬さ・軟らかさは本触覚センサで測定できる。
聴覚感性の階層構造における動的情報処理部の解明

本研究では,聴覚感性に「聴覚ハードウェア」→「聴覚ソフトウェア」→「知識・意識データベース」からなる階層構造を仮定する.ここで,聴覚ハードウェアとは,聴覚末梢系の生理学的機能を模擬し,また聴覚ソフトウェアとは,脳内の神経回路の機能を摸擬する新しい概念である.本研究の目的は,この階層構造における,動的情報処理部を記述することである.平成9年度は,聴覚ハードウェアおよびソフトウェアにおける動的情報処理部を解明するための研究を主に行った.具体的には,時間包絡特性が体系的に異なる振幅変調音について,音色の類似度を問う聴取実験を行った.実験結果を合成分析法により解析し,ハードウェアとしては微分器に相当する系と変調フィルタバンクの特性が大きく影響していること,また,ソフトウェアとしては,聴神経の時間・周波数興奮パターンについてユークリッド距離を計算していると考えるのが妥当であることを示した.平成10年度は,知識・意識データベースの寄与を明らかにするための研究を主に行った.まず被験者に提示音が何の音であるかを教示せずに,種々の環境音をSD法により評価する実験を行った.次に,意識・知識データベースを駆動するために,音源の種類と録音場所を言語により予示して同様な実験を行った.さらに,視覚とのクロスモダリティを調べるために,映像を付加して同様な実験を行った.実験結果を因子分析し,以上の3条件に共通して,音色の3因子(美的因子,量的因子,明るさ因子)と,音情報に関わる4因子(音源情報に関する因子,音像定位に関わる因子,音の存在意義に関わる因子,情緒・郷愁因子)という安定した7因子を示した.また,因子得点について検討し,音の知覚に及ぼす,意識・知識データベースおよび視覚のクロスモダリティの影響を定量的に示した.本研究では,聴覚感性に「聴覚ハードウェア」→「聴覚ソフトウェア」→「知識・意識データベース」からなる階層構造を仮定する.ここで,聴覚ハードウェアとは,聴覚末梢系の生理学的機能を模擬し,また聴覚ソフトウェアとは,脳内の神経回路の機能を摸擬する新しい概念である.本研究の目的は,この階層構造における,動的情報処理部を記述することである.平成9年度は,聴覚ハードウェアおよびソフトウェアにおける動的情報処理部を解明するための研究を主に行った.具体的には,時間包絡特性が体系的に異なる振幅変調音について,音色の類似度を問う聴取実験を行った.実験結果を合成分析法により解析し,ハードウェアとしては微分器に相当する系と変調フィルタバンクの特性が大きく影響していること,また,ソフトウェアとしては,聴神経の時間・周波数興奮パターンについてユークリッド距離を計算していると考えるのが妥当であることを示した.平成10年度は,知識・意識データベースの寄与を明らかにするための研究を主に行った.まず被験者に提示音が何の音であるかを教示せずに,種々の環境音をSD法により評価する実験を行った.次に,意識・知識データベースを駆動するために,音源の種類と録音場所を言語により予示して同様な実験を行った.さらに,視覚とのクロスモダリティを調べるために,映像を付加して同様な実験を行った.実験結果を因子分析し,以上の3条件に共通して,音色の3因子(美的因子,量的因子,明るさ因子)と,音情報に関わる4因子(音源情報に関する因子,音像定位に関わる因子,音の存在意義に関わる因子,情緒・郷愁因子)という安定した7因子を示した.また,因子得点について検討し,音の知覚に及ぼす,意識・知識データベースおよび視覚のクロスモダリティの影響を定量的に示した.本研究では,聴覚感性に「聴覚ハードウェア」→「聴覚ソフトウェア」→「知識・意識データベース」からなる階層構造を仮定する.ここで,聴覚ハードウェアとは,聴覚末梢系の生理学的機能を模擬し,また聴覚ソフトウェアとは,脳内の神経回路の機能を模擬する新しい概念である.本研究の目的は,この階層構造における,動的情報処理部(音の時間変化の情報を抽出し尺度化する部分)を記述することである.本年度は,聴覚ハードウェアおよびソフトウェアにおける動的情報処理部を解明するための研究と,知識データベースの寄与を調べるための準備を行った.聴覚ハードウェアおよびソフトウェアの動特性を調べるために,時間包絡特性が体系的に異なる振幅変調音について,音色の類似度を問う聴取実験を行った.実験結果を,多次元尺度構成法により分析したところ,聴覚系は刺激音の立上がり部分を強調する形で振幅変調音を処理していることが明らかとなった.この処理系を合成分析手法により解析したところ,ハードウェアとしては微分器に相当する系,および変調フィルタバンクの特性が大きく影響していることが示された.また,ソフトウェアとしては,聴神経の時間-周波数-興奮パターンと,変調フィルタバンクからの出力についてユークリッド距離を計算していると考えるのが妥当であることが示された.知識・意識データベースの寄与を明らかにするための準備として,まず被験者に提示音が何の音であるかを教示せずに種々の環境音を評価させる実験を行った.次に,音源の種類と録音場所を言語により教示することにより,知識データベースを駆動した条件で実験を行った.実験はSD法により行い,因子分析により分析した.これまでに個々の実験結果の分析が終了しており,7因子を抽出した.今後は2つの実験結果の比較を行い,知識データベースの寄与を詳細に検討する予定である.本研究では,聴覚感性に「聴覚ハードウェア」→「聴覚ソフトウェア」→「知識・意識データベース」からなる階層構造を仮定する.ここで,聴覚ハードウェアとは,聴覚末梢系の生理学的機能を模擬し,また聴覚ソフトウェアとは,脳内の神経回路の機能を摸擬する新しい概念である.

本研究の目的は,この階層構造における,動的情報処理部を記述することである.平成9年度は,聴覚ハードウェアおよびソフトウェアにおける動的情報処理部を解明するための研究を主に行った.具体的には,時間包絡特性が体系的に異なる振幅変調音について,音色の類似度を問う聴取実験を行った.実験結果を合成分析法により解析し,ハードウェアとしては微分器に相当する系と変調フィルタバンクの特性が大きく影響していること,また,ソフトウェアとしては,聴神経の時間・周波数興奮パターンについてユークリッド距離を計算していると考えるのが妥当であることを示した.平成10年度は,知識・意識データベースの寄与を明らかにするための研究を主に行った.まず被験者に提示音が何の音であるかを教示せずに,種々の環境音をSD法により評価する実験を行った.次に,意識・知識データベースを駆動するために,音源の種類と録音場所を言語により予示して同様な実験を行った.さらに,視覚とのクロスモダリティを調べるために,映像を付加して同様な実験を行った.実験結果を因子分析し,以上の3条件に共通して,音色の3因子(美的因子,量的因子,明るさ因子)と,音情報に関わる4因子(音源情報に関する因子,音像定位に関わる因子,音の存在意義に関わる因子,情緒・郷愁因子)という安定した7因子を示した.また,因子得点について検討し,音の知覚に及ぼす,意識・知識データベースおよび視覚のクロスモダリティの影響を定量的に示した.