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小児漢方医学の歴史的経緯と現代小児科学への応用

小児漢方医学は明治時代以前の日本では正統医学であり、西洋の小児科学が採用された今日でも一部併用されている。しかし今日の小児漢方医学が展開されるに至る歴史的経緯は明らかではない。そこで明治時代以前の小児漢方医学文献の電子テキスト化とデータベース構築に基づいて文献の系統樹作成を行い小児漢方医学の変遷を解明するとともに、現代小児科学への臨床応用可能性を検討することが本研究の目的である。本年度ではまず既存研究を参照に本邦の小児科史を概説した。文献が残る奈良時代「養老律令」(757)に唐「太医署」を継承した「少小」5年制教育が規定されたことに本邦の小児科史は始まり、平安時代では現存最古の本邦医書『医心方』(丹波康頼、984)巻25に小児部が記載された。『遐齢小児方』(曲直瀬道三、1566)を端緒に小児科専門書も多数上梓されたが、専門分科が進んだ中国とは異なり、本邦では内科医の多くも小児診療をおこない小児科関連文献を残した。続いて本邦における小児漢方医学文献リストを作成した。真柳誠『日本の医薬・博物著述年表』増訂版より写本・版本を含んだ109件の小児科専門書が同定された。また『日本小児科医史』(珠玖捨男、1964)から前述の文献との重複も含めて小児漢方医学に関連した23文献を同定した。この23件中7件(30%)は既にテキスト翻刻されており、これらより治療法などを抽出したデータベースを構築した。残る16件中、京都大学富士川文庫よりクリエイティブ・コモンズとして一般公開されたデジタル画像を元データとして和漢古典文献に特化した光学認識装置(OCR)を用いて、本年度は6文献(26%)全198頁を電子テキスト化した。OCRおよび一次校正後の認識率は約90%程度であり、研究代表者および古典専門家、OCR技術者による目視による二次・三次校正を経て、全文ほぼ100%の電子テキスト翻刻を完了した。小児漢方医学の歴史的経緯を研究する上で重要文献と考えられる23件中、17件(74%)の電子テキスト化を達成した。目視による校正を加えることで、通常の光学認識テキスト化だけでは得られないような高精度テキスト化がされており、正確性の高いデータベースを構築するに十分な元データを作成することができたと考えられる。小児漢方医学の歴史を解明するうえで重要と考えられる文献の電子テキスト化を更に進める。電子テキスト化したデータをもとに今後、文献統計学的検討を行うためのデータベース構築を行う。小児漢方医学の系統解析に必要であると考えられる文献資料で、いまだ電子画像化や電子テキスト化がなされていないものが今期の研究で同定されている。これらの文献の電子画像化、および光学認識による電子テキスト化とその校正の費用が必要である。
Pirh2ユビキチンリガーゼによる膜輸送制御

研究成果報告書多くの細胞質・核質に存在するタンパク質の分解にユビキチン・プロテアソーム系が関与している。そして、標的タンパク質のユビキチン化に必要な酵素群の中で、特にユビキチンリガーゼE3は標的タンパク質を認識し、最終的にユビキチンを付加する重要な酵素サブユニットである。最近になり、ユビキチン化タンパク質修飾が分解のためのシグナルだけではなく膜輸送(メンブラントラフィック)に重要な機能を有することが報告されている。申請者はPirh2(p53をユビキチン化するE3)が、細胞内膜輸送に関与するε-COPと相互作用することを見出しており、本申請課題においては、Pirh2による細胞内膜輸送関連タンパク質のユビキチン化の機能を解明することを目的とする。in vivo結合実験を行なったところ、PIRH2とε-COPの共沈が認められた。さらにPIRH2がε-COPをユビキチン化するかを確認するためにin vitroユビキチン化アッセイを行なったところ、PIRH2を添加時にのみ、ε-COPのポリユビキチン化が認められた。さらに細胞内でε-COPのユビキチン化が起こっているかを確認するためにin vivoユビキチン化アッセイを行なったところ、PIRH2の共発現によりε-COPのユビキチン化の増強が認められた。これらの結果により、PIRH2の過剰発現がε-COPのユビキチン化を引き起こすことが判明した。さらに、in vivoでのε-COPの分解においてPIRH2がいかに作用するかを調べるためパルスチェイス法を行ったところ、野生型のPIRH2はε-COPの分解を亢進し、逆に変異型のPIRH2はε-COPの分解を遅延させることが明らかとなった。これらの結果は、PIRH2が細胞内のε-COPの安定性に関与していることを示している。多くの細胞質・核質に存在するタンパク質の分解にユビキチン-プロテアソーム系が関与している。
江戸期絵画資料に基づく体形と衣服デザインの定量的分析および相互作用に関する研究

本研究では安土桃山時代から江戸時代および明治時代までの代表的な浮世絵作品を資料として,描かれた女性の着衣形態から体形を推定し,人体の特徴を示す頭部,体幹部位の幅形項目,および手足の長径項目を算出して定量的に体形の時代推移を分析した.この分析結果から,浮世絵に描かれた女性像は胴部にくびれが少なく,現代の日本人女性と比較して胴長の体形特徴であることが判明した.さらに江戸期を50年ごとにグループ化し,その平均体形を分析すると,各期間に痩身であるか否かまた傾きがあるか否かの姿勢など固有の特徴が判明した.本年度はこれらの女性像が現実の体形との関係性と相違を解明する為,生体計測値や写真資料が現存する幕末から明治期を対象として,当時の現実の女性と浮世絵の体形を比較分析した.その結果,江戸期の全時期の中で幕末から明治期の浮世絵は,現実の女性に共通した特徴を持つ女性像が描かれており,特に浮世絵と当時の現実の芸妓の体形は極めて近いうえに,芸妓は現代女性にも近い痩身型の体形特徴を持つことが判明した。本研究における江戸期明治期年に渡る絵画からの体形分析は定量分析としての意義だけではなく,多くの浮世絵資料から現実の体形が絵画に如何に映し出され影響していたのかを解釈することを可能にしたと言える.今後広い分野の絵画資料にこの手法を活用することで,体形や衣服デザインに関する情報が解明されると考える.本研究では江戸時代の小袖姿の女性の体形と着衣形態を定量化し,長期間にわたる時代変化の分析を行った.対象としたのは17世紀初期から20世紀の直前までの浮世絵作品である.概要は以下の3点にまとめられる.1.浮世絵に描かれた立位の着衣女性像から体形を推定し描出する手法を開発した.これは実際の人物像によるポーズと標準立位姿勢の間のサイズ比を用いて,人物像から17種類のサイズを推定することができる.この方法は人類学における各種計測項目が採取できるため現実の女性の体形との相互比較が可能である.そして開発した手法を用いて浮世絵と明治時代の写真に適用し,絵画分析の新しい手法として提案した.2.江戸時代から明治時代に至る300年間の浮世絵に描かれた立位女性像の体形サイズの変化を分析し,各時期と作者にサイズ上の特徴が存在することを明らかにした.また浮世絵の総体的な体形は肩幅が狭くヒップ幅も小さい為に胴部のくびれが少ないこと,胸部からウエストまでの距離が長い特徴であることが判明した.3.小袖着衣形態についても定量化を試み,それが各時期に実際に着用された小袖のサイズとよく対応すること示した.また体形との相関関係を分析することで浮世絵の着衣形態が体形と深く関連して描かれていることを確認した.本研究では,安土桃山時代から江戸時代,および明治時代までに描かれた浮世絵作品を資料として,描かれた女性の体形と着衣形態を時代推移から定量分析し,その解釈を行った.分析のための手法として絵画資料からの体形の推定と描出,描写比の算出法を考案した.この手法は人類学に基づいた体形の把握や,比較分析に必要な人体各部位の項目が算出可能である.浮世絵に描かれた女性像の体形は,1600年から1750年の期間では太い胴部の幅径と短い四肢の体形,1750年から1850年の期間では小さな頭部で細身の体形と大きな頭部の大柄な体形の双方が見出された.さらに1850年から1900年の期間は小さな頭部に広い肩幅で胸部の広い体形が描かれていた.これらの結果から,全期間を通じて浮世絵における女性の体形は,くびれが少ないずん胴で胴長の共通した体形特徴を保持していたとともに,各期間固有の体形が顕著に表されていたことが判明した.また時代推移の分析から,人体の各部位間において全頭高と幅径項目で極めて強い正の相関があることが明らかになった.一方,浮世絵に描かれた小袖の着衣形態は,帯幅がその他の部位の位置に強く関係し,帯幅の推移は帯上端の変化が大きく,下端は大半の時期で一定であった.さらに小袖着衣形態のプロポーションと体形の時代推移から,帯の下端は人体の股下の位置に,襟あきの位置は胸部下部の位置に対応する傾向が顕著であった.これらの結果から,相互に関係し合う小袖の着衣形態と人体部位の位置,および範囲が明らかになった.このように本研究における江戸期約300年に渡る浮世絵の体形分析から,これまで定性的に語られてきた絵画上の体形特徴と着衣形態が定量的に明らかになった.この手法を今後広い分野の絵画資料に活用することで,種々の体形や衣服の形態に関する意味ある情報が解明されると考える.本研究では安土桃山時代から江戸時代および明治時代までの代表的な浮世絵作品を資料として,描かれた女性の着衣形態から体形を推定し,人体の特徴を示す頭部,体幹部位の幅形項目,および手足の長径項目を算出して定量的に体形の時代推移を分析した.この分析結果から,浮世絵に描かれた女性像は胴部にくびれが少なく,現代の日本人女性と比較して胴長の体形特徴であることが判明した.

さらに江戸期を50年ごとにグループ化し,その平均体形を分析すると,各期間に痩身であるか否かまた傾きがあるか否かの姿勢など固有の特徴が判明した.本年度はこれらの女性像が現実の体形との関係性と相違を解明する為,生体計測値や写真資料が現存する幕末から明治期を対象として,当時の現実の女性と浮世絵の体形を比較分析した.その結果,江戸期の全時期の中で幕末から明治期の浮世絵は,現実の女性に共通した特徴を持つ女性像が描かれており,特に浮世絵と当時の現実の芸妓の体形は極めて近いうえに,芸妓は現代女性にも近い痩身型の体形特徴を持つことが判明した。本研究における江戸期明治期年に渡る絵画からの体形分析は定量分析としての意義だけではなく,多くの浮世絵資料から現実の体形が絵画に如何に映し出され影響していたのかを解釈することを可能にしたと言える.今後広い分野の絵画資料にこの手法を活用することで,体形や衣服デザインに関する情報が解明されると考える.
ユビキチン機能制御のためのケミカルバイオロジー

本新学術領域研究では、化学的アプローチ(ケモテクノロジー)を駆使してユビキチン修飾系を理解し、操作する新たな方法論を開拓しようとしており、本研究はその基盤となるツール開発を目的とするものである。その中心となる技術は、UbTACsと名付けた新たなユビキチン化誘導キメラ分子である。まずはその基本形となる既存のE3(セレブロン)のリガンドであるサリドマイドに各種長さのポリエチレングリコールリンカーを介してアジド基を導入した分子を合成した。標的タンパク質リガンドとして、いくつかのヒストン脱アセチル化酵素阻害剤を選択してアルキンを付与し、サリドマイド誘導体とのキメラ化合物を作成した。一方、新規のUbTACsを創製するためには、新たなE3リガンドが必要となる。そこで、膜タンパク質輸送を制御するユビキチンリガーゼであり、K63鎖を特異的に形成するNEDD4に結合するE3リガンドを理研天然物化合物バンク(NPDepo)の天然物を中心とする約22,000化合物を固定化した化合物アレイによりスクリーニングを行い、158種のヒット化合物を取得した。次に、ビアコアにより、158種のヒット化合物とNEDD4との結合親和性の解析を行い、2種のリガンド候補化合物に絞り込んだ。これらの構造類縁化合物を購入し、構造活性相関の解析を行なっている。また、ユビキチン関連分子に特異的に結合するデコーダーのユビキチン結合ドメインを標的とし、ユビキチンとの相互作用を阻害する化合物の探索を行うため、分泌型で輝度が非常に高い、海生カイアシ類Gaussia princeps由来のルシフェラーゼを用いた2分子蛍光補完法を開発し、最適化した。今後これを用いて、新たなデコーダ分子解析用ケミカルプローブの開発を目指す予定である。本研究では、新規のE3リガンド及び標的タンパク質リガンドを探索し、それらを組織的にキメラ化してUbTACsを創製する計画であり、そのためにはクリック反応等を利用した効率的なキメラ化技術が必要となる。そこで、2018年度はそのための基盤を構築するため、E3であるセレブロンのリガンドとして知られているサリドマイドに各種長さのリンカーを介してアジド基を導入した。これを用いることにより、今後、さまざまな標的タンパク質リガンドを効率よくキメラ化できると考えられる。新たなE3リガンドの探索に関しては、NEDD4リガンドの化合物アレイによる探索、結合親和性の解析が終了し、現在、それらの構造類縁化合物を用いて構造活性相関を引き続き行っている。また、他のE3リガーゼおよびプロテアソームタンパク質についても、領域内の計画班員からすでに受け入れており、今後、化合物アレイによるスクリーニングを行なっていく予定である。また、ユビキチン関連分子とそのデコーダーの相互作用阻害剤を開発するための最適な評価系を特定することを目的に、各種細胞内タンパク質間相互作用の検出技術を比較検討した結果、独自に最適化したGaussiaルシフェラーゼの2分子蛍光補完法が最も優れていると考えられたため、これを用いた各種評価系の構築を領域内の研究者との共同研究として開始した。このように、当初の計画通り、おおむね順調に進展している。まずはNEDD4リガンド候補として同定した化合物の活性、特異性、有用性を検証する。さらに、NEDD4に続いて領域内の共同研究を拡大し、新たなリガンド候補化合物の化合物アレイによる探索を実施する。得られた候補化合物については、構造活性相関を行い、キメラ化するための官能基の特定を行っていく。また、2018年度に整備したキメラ化基盤をもとに、各種キメラ化合物の合成を行い、その活性や特異性を評価する。ユビキチン関連分子とデコーダーの結合を制御する新たな化合物の探索系として、Gaussiaルシフェラーゼの2分子蛍光補完法を第一選択とし、1つの評価系あたり、推奨される8種類の異なるコンストラクトを作成して感度の高いものを選択していく計画である。

また、ユビキチン関連分子に特異的に結合するデコーダーのユビキチン結合ドメインを標的とし、ユビキチンとの相互作用を阻害する化合物の探索を行うため、分泌型で輝度が非常に高い、海生カイアシ類Gaussia princeps由来のルシフェラーゼを用いた2分子蛍光補完法を開発し、最適化した。今後これを用いて、新たなデコーダ分子解析用ケミカルプローブの開発を目指す予定である。本研究では、新規のE3リガンド及び標的タンパク質リガンドを探索し、それらを組織的にキメラ化してUbTACsを創製する計画であり、そのためにはクリック反応等を利用した効率的なキメラ化技術が必要となる。そこで、2018年度はそのための基盤を構築するため、E3であるセレブロンのリガンドとして知られているサリドマイドに各種長さのリンカーを介してアジド基を導入した。これを用いることにより、今後、さまざまな標的タンパク質リガンドを効率よくキメラ化できると考えられる。新たなE3リガンドの探索に関しては、NEDD4リガンドの化合物アレイによる探索、結合親和性の解析が終了し、現在、それらの構造類縁化合物を用いて構造活性相関を引き続き行っている。また、他のE3リガーゼおよびプロテアソームタンパク質についても、領域内の計画班員からすでに受け入れており、今後、化合物アレイによるスクリーニングを行なっていく予定である。また、ユビキチン関連分子とそのデコーダーの相互作用阻害剤を開発するための最適な評価系を特定することを目的に、各種細胞内タンパク質間相互作用の検出技術を比較検討した結果、独自に最適化したGaussiaルシフェラーゼの2分子蛍光補完法が最も優れていると考えられたため、これを用いた各種評価系の構築を領域内の研究者との共同研究として開始した。このように、当初の計画通り、おおむね順調に進展している。まずはNEDD4リガンド候補として同定した化合物の活性、特異性、有用性を検証する。さらに、NEDD4に続いて領域内の共同研究を拡大し、新たなリガンド候補化合物の化合物アレイによる探索を実施する。得られた候補化合物については、構造活性相関を行い、キメラ化するための官能基の特定を行っていく。また、2018年度に整備したキメラ化基盤をもとに、各種キメラ化合物の合成を行い、その活性や特異性を評価する。ユビキチン関連分子とデコーダーの結合を制御する新たな化合物の探索系として、Gaussiaルシフェラーゼの2分子蛍光補完法を第一選択とし、1つの評価系あたり、推奨される8種類の異なるコンストラクトを作成して感度の高いものを選択していく計画である。
不均衡点群照合法を用いた３次元対象物へのロバスト画像投影システムの開発

3次元物体を投影対象とした場合においても、ユーザに対して適切な2次元画像提示が可能な「2D」プロジェクタを開発した。投影対象の詳細な形状情報の取得には、オフラインで投影対象を詳細に計測した密なモデル点群とTOFカメラで計測した粗いデータ点群を照合することで高速な3次元形状認識を実現した。また、3次元点群として得られる投影対象の3次元物体形状を利用した投影画像の歪み補正手法を開発し、曲面状の凹凸面を投影対象とした2次元画像提示を実現した。プロジェクタの投影対象を2次元平面から3次元物体へ拡張した「2D」プロジェクタを実現するため、申請課題を独立した二つの課題「投影対象物の3次元形状認識手法の開発」と「ロバスト投影画像生成手法の開発」に切り分け、並行して研究を遂行した。1.「ICPによる点群照合を用いた形状認識手法の開発」投影対象の3次元形状の位置・姿勢の認識には、オフラインで詳細に計測した投影対象の密なモデル点群とTOF(Time-of-Flight)カメラで計測した疎なデータ点群を照合することで実現する。今年度は、点群照合手法としてICP(Iterative Closest Point)アルゴリズムを利用した。点群間で点群総数が異なる場合、ICPの評価値分布は極小値が多くなり照合の成功率が低下する。そこで、ICPにおける最近傍探索をK近傍探索に拡張し対応点ごとにK個の点間距離を求め、その総和を評価値とする改良を行った。これにより評価値分布が滑らかになり、結果として成功率の改善を実現した。2.「平面形状を利用した投影画像の歪み補正手法の開発」3次元物体を画像投影対象とした場合、投影画像をユーザに歪みなく見せるためには、投影対象の形状とユーザの観測位置に応じて投影画像を適切に補正する必要がある。本年度は、まず投影対象が単純な平面で構成される場合の投影画像補正手法について検討した。従来、平面の位置・姿勢の検出には平面に張り付けた既知のマーカ(ARToolKit)を用いていたが、これをTOFカメラから得られる計測データ(点群データ)により代替した。本研究では、点群データとして得られる3次元物体に対応した画像補正手法の開発が目的であり、TOFカメラの利用はその準備段階である。今年度の研究実績として、ピンホールカメラモデルと平面と直線の交点からなる投影画像補正手法を導出し、その有効性を実験的に検証した。1.「LCPDによる点群照合を用いた形状認識手法の開発」投影対象の3次元形状の位置・姿勢認識には、オフラインで計測した投影対象の密なモデル点群とTOF(Time-of-Flight)カメラで計測した疎なデータ点群の照合により実現する。今年度は、点群照合手法として我々が独自に開発した局所領域の点群の密度を意味する局所一貫性(以下、LCPD:Local Consistency of Point Dispersion)を利用した。LCPDの局所領域サイズを照合段階に応じて更新していくことで大局的照合性能(初期位置ずれの許容範囲)と照合精度を両立させた。3次元計測器による単位面積あたりの計測点数は対象物までの距離に依存するため、LCPDはこれをそのまま照合に利用できない。そこで、TOFカメラの測定原理を考慮することで、これらの影響を除去する前処理について考察した。2.「3次元物体形状を利用した投影画像の歪み補正手法の開発」3次元物体を画像投影対象とした場合、投影画像をユーザに歪みなく見せるためには、投影対象の形状とユーザの観測位置に応じて投影画像を適切に補正する必要がある。本年度は、曲面状の凹凸面に対する投影画像の歪み補正手法を開発した。3次元点群で与えられた投影対象に対し、点群中から近傍3点を選択し平面を生成することで投影対象を小領域からなる平面で近似し、これらの各平面に対して、前年度に開発した投影画像補正手法を適用することで曲面状の凹凸面に対応した。また、平面で近似する際の分解能(平面領域の大きさ)が歪み補正に与える影響について実験的に検証した。1.「3次元点群照合における点群数削減手法の比較」3次元点群照合の高速化には点群数の削減が有効であるが、点群削減方法に依存して照合速度と照合精度が異なる。本年度は、点群削減方法としてボクセル法と特徴点抽出法の2手法の比較を行った。特徴点の抽出には近傍点を利用して局所平面を複数生成し、各局所平面の法線方向間に大きな違いがある場合に、その点を特徴点として抽出した。実データを用いた照合実験の結果、ボクセル法は元点群の形状情報を残した点群削減が行われるため、照合精度の低下の少ない高速な照合が行えたが、特徴点抽出法はエッジを強調する手法のため、曲面の多い点群に対しては元点群の形状情報が失われることになり、結果として照合精度の低下が発生することが確認された。2.「画像投影における投影距離に依存した輝度減衰の軽減」

画像投影において投影対象に光が届くまでに距離に依存して光量が減衰する。このためユーザが目にする投影画像の輝度値は投影距離によってバラつき、ユーザに対して適切な画像提示が行えない。本年度は、投影距離の影響を検証し、それに応じて投影画像の輝度を補正する手法を開発した。投影画像の輝度補正には観測カメラから取得した画像の輝度情報を利用するが、この取得画像はレンズの絞りの影響から画像周辺部の輝度が低下する周辺減光が発生している。そこでプロジェクタの輝度補正の精度を高めるために、取得画像中心部の輝度値を利用した周辺減光補正を行った。次に基準距離地点で取得した画像との輝度差を利用し投影画像の輝度補正を行うことで、投影距離に依存した輝度減衰の軽減を実現した。3次元物体を投影対象とした場合においても、ユーザに対して適切な2次元画像提示が可能な「2D」プロジェクタを開発した。投影対象の詳細な形状情報の取得には、オフラインで投影対象を詳細に計測した密なモデル点群とTOFカメラで計測した粗いデータ点群を照合することで高速な3次元形状認識を実現した。また、3次元点群として得られる投影対象の3次元物体形状を利用した投影画像の歪み補正手法を開発し、曲面状の凹凸面を投影対象とした2次元画像提示を実現した。1.「投影対象物の3次元形状認識手法の開発」LCPDはICPと比較して評価値を最適化する際に局所解に陥りづらい特性があり、大局的照合性能が高いことが実験的に確認されているが、その理論的な解明については現在継続して検証を進めている。今年度は、点群照合手法としてLCPDを利用した形状認識手法の開発を遂行したが、同時に昨年度、点群照合手法として採用したICPの高速化を行った。本研究では照合に用いる2つの点群のうち、オフラインで事前に取得できるモデル点群は点群総数が多い密な点群である。モデル点群に対し点群削減処理を施すことで点群総数が異なる点群を事前に用意し、照合初期には点群総数の少ない点群を利用し、照合最終段階では点群総数の多い点群を利用することで、高速化と照合精度を維持したICPアルゴリズムの改良を行った。2.「ロバスト投影画像生成手法の開発」本年度、ユーザ視点から見た場合に、対象物を平面で近似する際の誤差や分解能(平面領域の大きさ)の影響について実験的に検証したが、投影対象を平面近似する際の分解能を点群情報から自動的に決定する手法については継続して検討している。投影対象に対して投影光が斜めに入射すると光量が減衰し、面の向きによって明るさがバラつき、ユーザに対して適切な画像提示が行えない現象を曲面状の凹凸面で既に確認しており、来年度の課題である投影対象の表面形状・表面特性を考慮した補正手法の開発への足がかりを得ることができた。画像投影においては、明るさの再現と同時に色の再現も重要な課題となる。そこで、申請課題を今後発展させる前段階として、色補正手法について文献調査を実施し、カラーマーカーを使った色補正手法についてプログラム実装を行った。本研究に関連した研究成果として、3編の投稿論文を執筆し掲載された。したがって、現在までの達成度として、おおむね順調に進展していると言える。情報学、知覚情報処理
学習臨界期中に多段階発現制御を受ける遺伝子群の発声学習における脳内機能

ヒトと同様に発声学習を行うソングバード(鳴禽類)を用いて、発声学習の脳内分子メカニズムを解明することを目的とし、本研究では種特異的な囀りパターン学習が行われることに注目した。仮親実験により異なる種に育てられたキンカチョウは、囀り学習時期の初期では異種の囀りパターンを学習したが、最終的には聞いていないはずの自種の囀りパターンを獲得した。これは囀り学習の後期に脳内歌神経核において、種特異的な学習バイアスがかかっていることを示唆する。本年度はこの種特異的な学習バイアスが脳内歌神経核のどの領域が担っているのかを調べるため、学習バイアスがかかり始める時期に歌神経核の破壊実験を行った。その結果、哺乳類の大脳皮質一基底核一視床ループに相当する領域のうち、前運動野への出力をもつLMANの破壊により種特異的なバイアスがかからなくなることを明らかにした。さらに、キンカチョウとジュウシマツという2種において、歌神経核の前運動野であるHVC破壊によりLMANの影響のみをみたところ、2種間で異なるタイプの歌が生成された。このことは、2種においてLMANからの出力が異なることを示し、LMANが種特異的なバイアスを与えている可能性を支持する結果であった。皮質一基底核一視床ループが種特異性を出しているという報告はこれまでになく、このループの新たな役割を示した重要な結果であると考える。本年度の結果はまだまとめる事はできていないが、近いうちに論文としてまとめる予定である。鳴禽類(ソングバード)はさえずり学習・生成に特化した神経回路が同定されており、学習臨界期が存在することが知られている。本研究では学習によって獲得される動物の行動はどのようにして生成されるのかという問いに対して、ソングードの発声学習に着目し.さえずり学習・発達における脳内機能の解明を目的とする。本年度はさえずり行動によって脳内神経核で発現誘導されることが知られている転写因子Egr遺伝子ファミリー(Egr1-4)の発現解析を行った。その結果、Egr2・Egr4において学習臨界期中の幼鳥と学習臨界期終了後の成鳥ではさえずり行動により誘導される発現パターンに違いが見られた。特にさえずり学習・生成に関わる脳内神経回路のうち、さえずり学習に重要だとされているIMANでは幼鳥では発現が見られたが、学習臨界期が終了した成鳥では発現が見られなかった。これは学習臨界期制御にEgr2,4が関わっていることを示唆する。また、さえずり学習臨界期中の幼鳥において、一日のなかで同じ30分のさえずりでも、午前中最初の30分と午後の30分ではEgr2の発現パターンが異なることがわかった。先攻研究でさえずりの音素の発達は主に午前中に起こることがしられており、この結果はさえずり行動により誘導されるEgr2の発現が幼鳥のさえずり学習の音素発達に重要な役割を果たしていることを示唆する。今後はこれらの結果をふまえ、さえずりによって発現誘導されるEgr2,4がどの細胞種で発現しているのかを調べ、細胞種特異的に発現制御を行うことで実際にさえずり学習における機能を検証する。鳥類鳴禽類のさえずりは種特異的な囀りパターンが存在し、それらは生まれ(遺伝子)と育ち(生育環境・歌の手本)の両方が重要な役割を果たしていると考えられる。本研究ではさえずり学習臨界期中にさえずり行動依存的・学習臨界期時期限定的・歌神経核部位特異的に発現誘導される遺伝子群に注目し、発声学習における脳内神経回路の機能解析を目的としている。本研究を遂行するにあたり、まずは種特異的なさえずりパターン獲得に重要な部位の同定を試みた。仮親実験により異なる種のさえずりを聞いて育ったキンカチョウは、学習臨界期の初期には比較的異なる種のさえずりパターンを学習するが、最終的には仮親のさえずりパターンとは異なり、聞いていないはずの自種特異的な囀りパターンを獲得する事がわかった。このことから、さえずり学習の初期と後期ではその役割が事なり、後期により種特異的な囀りパターンバイアスをかけている事が考えられる。さらに、仮親実験個体を学習初期から後期に変わる時点で歌神経核のひとつLMANを破壊することでその後の種特異的なバイアスがかからなくなる事がわかった。このことから、種特異的なバイアスをかけている脳領域の候補として、LMAANを挙げ、現在はその検証を行っている。また、種特異的な行動を獲得する過程で種間でどのような遺伝子が同じ又は異なるのかという事を、脳内歌神経核特異的なサンプルを用いてマイクロアレイを行っている。これらは12月から解析中であり、2012年前半にはその結果が得られる予定である。

本年度はこの種特異的な学習バイアスが脳内歌神経核のどの領域が担っているのかを調べるため、学習バイアスがかかり始める時期に歌神経核の破壊実験を行った。その結果、哺乳類の大脳皮質一基底核一視床ループに相当する領域のうち、前運動野への出力をもつLMANの破壊により種特異的なバイアスがかからなくなることを明らかにした。さらに、キンカチョウとジュウシマツという2種において、歌神経核の前運動野であるHVC破壊によりLMANの影響のみをみたところ、2種間で異なるタイプの歌が生成された。このことは、2種においてLMANからの出力が異なることを示し、LMANが種特異的なバイアスを与えている可能性を支持する結果であった。皮質一基底核一視床ループが種特異性を出しているという報告はこれまでになく、このループの新たな役割を示した重要な結果であると考える。本年度の結果はまだまとめる事はできていないが、近いうちに論文としてまとめる予定である。本来の目的であるさえずり学習における脳内機能の解明からは少しずれている。しかし、より重要であると思われる、種特異的な行動の獲得がどのような脳領域でどのようなメカニズムで行われているかに注目している。種特異的な行動の違いを比較できる動物は少なく、同じさえずりだがそのパターンが異なるというソングバードを用いた研究だからこそ可能な研究だと考えている。マイクロアレイによるデータが2012年前半に得られ、その後すぐに論文にできると考えている。
プロテインCインヒビター遺伝子の組織特異的発現機構の研究-生殖系細胞および巨核球細胞における発現調節機構について-

プロテインCインヒビター(PCI)は血液凝固制御因子の活性化プロテインC(APC)に特異的な血漿阻害因子で、α1アンチトリプシンなどと相同な構造を有する血漿セリンプロテアーゼインヒビター(SERPIN)ファミリー蛋白質の1つである。また、PCIは精漿中に血漿中の約40倍も高濃度に存在し、男性不妊症患者精漿中で著はしく低下していること、また精子の尖体にも存在し、卵との受精に関わっていることが示唆されている。また最近では、血小板にもPCIが存在し、PCIは血小板上でより効果的にAPCを阻害することが明らかになっている。過去2年間の本奨励研究の補助のもと、ヒトPCI遺伝子の5'上流領域(約1.6kb)中の肝における主要な転写調節領域としては、Sp1結合部位がプロモーター領域として、Sp1結合部位より上流側のAP2結合部位がエンハンサーとして、下流側のAP2結合部位がサイレンサーとして重要であることを明らかにしてきた。本年度は、この研究を更に発展させ、肝でのPCI遺伝子発現に関与するトランス因子に関して検討を行った。その結果、プロモーター領域であるSp1結合部位にはSp1蛋白質が結合すること、またエンハンサー領域である上流のAP2結合部位にはAP2蛋白質が結合すること、下流のAP2結合部位にはAP2様の蛋白質が結合することにより、それぞれPCIの発現を正あるいは負に調節していることを明らかにし、これらの核蛋白質がPCIの肝での発現を調節していることを明らかにした。現在、PCIを発現する生殖臓器由来の株化細胞を検索するとともに、腎臓由来の株化細胞および巨核球細胞において同様の解析を行い、PCI遺伝子上の組織特異的発現調節領域の同定を試みるとともに、その領域に結合し転写を調節する組織特異的トランス因子に関しても解析を行っている。
Ultra-thin metal oxide films for gas separation

現在の研究プロジェクトは効果的なCO2分離二重膜の開発に専念した。二重膜には支持層としてポリジメチルシロキサンを、またガス分離層として二酸化チタンを架橋したフタル酸を用い、その結果、CO2および窒素ガスについての高選択的な分離性能を実証した。ガス分離のメカニズムは、フタル酸に大きく占めるカルボキシル基に起因し、その材料選択は理論計算(密度汎関数理論)を用いて決定した。この計算によると、フタル酸/二酸化チタンの複合層におけるCO2親和サイトを創りだすことに成功している。これらの部位は窒素に比べてCO2ガスの高い親和性を有す。これを基に私たちは分子レベルの特性を材料特性に発展させることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。
GTP結合蛋白質H-Rasによる海馬長期増強の制御の研究

GTP結合蛋白質H-Rasは、細胞の分化、増殖に重要な役割を果たしていると考えられていた。H-Rasの中枢神経系での機能に明かにするため、H-rasノックアウトマウスを解析し、海馬CA1領域での興奮性シナプス伝達のうち、NMDA受容体応答が特異的に上昇し、長期増強も約2倍に増大してることを明かにした。また、H-ras欠損マウス海馬ではNMDA受容体のサブユニットの発現量、構成には変化がないが、NR2AおよびNR2Bサブユニットのチロシンリン酸化量が上昇しており、それに対応して、NMDA受容体応答の特異的な上昇、長期増強の増大が生ずることが示唆された。さらに、初代培養神経細胞を用い、Ras-MAPKカスケードの活性化と受容体のリン酸化の関係を明らかにしようと試みた。その過程で、MAPKファミリーの1つERKの活性を上昇させる作用を持つNMDA刺激が同時にNMDA受容体の1つのサブユニットNR2Bのチロシン残基を脱リン酸化することを見い出した。また、NMDA刺激によりp38MAPKの活性化も生じることを確認した。NMDA刺激によるNR2Bのチロシン脱リン酸化、ERKおよびp38MAPKの活性化は、NR2Bの特異的阻害剤であるifenprodilにより阻害された。一方、ERK活性を上昇させるBDNFでは受容体の脱リン酸化は起こらず、MEKの阻害剤であるU0126およびp38MAPKの阻害剤であるSB203580ではNMDA刺激による受容体の脱リン酸化が阻害されなかった。これらの結果より、NMDA刺激によるNR2Bの脱リン酸化は、ERKの活性化およびp38MAPK活性化とは独立であることが明かとなった。H-Rasノックアウトマウスでは海馬でのNMDA受容体応答の特異的な活性化、および長期増強の増大が生じている。この原因について海馬から抽出したタンパク質を用い、生化学的な解析を行った。その結果、H-rasノックアウトマウスではNMDA受容体のタンパク質量、サブユニット構成等には変化がないが、NR2A、NR2Bサブユニットのチロシン残基のリン酸化の増加が生じていた。従って、ノックアウトマウスではNMDA受容体のリン酸化の亢進によりNMDA受容体応答の特異的な活性化が生じていると考えられた。このことより、正常神経細胞においてH-RasはNMDA受容体の活性を制御し、神経可塑性、神経細胞死を制御していることが示唆された。このH-rasノックアウトマウスで新たに見いだされたH-RasとNMDA受容体リン酸化をつなぐ、細胞内情報伝達系について検討した。まず、海馬スライスおよび海馬培養細胞をNMDA刺激すると、ERKの活性化と同時にNMDA受容体NR2Bサブユニットのチロシン残基の脱リン酸化が生じることを明らかとした。このNMDA受容体の脱リン酸化はERKのリン酸化酵素MEKの阻害剤UO126の添加によっても阻害されず、ERKの活性とは無関係であることを明らかにした。また、Rasを介しERKを活性化すると考えられるbasicFGFの添加によって、ERKの活性化は生じるが、NMDA受容体の脱リン酸化は生じないことからもERKの活性化とNMDA受容体の脱リン酸は直接関係がないことが明らかとなった。
仏・西二カ国の定点観測型農村住宅変容過程追跡と循環型集落環境システムに関する研究

フランス、スペイン二カ国の山岳農村集落は、社会的環境の縮減、生活の近代化へと変化したが、その中で地形、自然条件、文化性などと深く関係づけられて歴史的に形成された集落、住宅の形態的特性や空間構造の保持と、一部住宅の新たな機能への転用とそれに伴う空間のリニュアルをつうじて、生活環境全体の循環型システムの維持を図ろうとしていることをあきらかにし、そのシステムにおける今後の課題を考察した。(1)本研究は、第2次大戦後長期間にわたってそれぞれ同一の農村住宅・集落を対象にして定期的、継続的に観察調査を行い、それぞれの方法で農村住宅・集落の変容過程とそのメカニズムを追跡しているフランス、スペイン及び日本の建築学・環境学・社会学の研究者が国際的な協調・共同体制をとり実施するユニークな学際型共同研究である。(2)事前によく調整された同一の視点と方法で3カ国研究者の同時参加型調査をフランス、スペイン両国において実施することにより、それぞれの研究グループが各自の調査方針と基準で行っていた従来の方法では必ずしも明瞭にとらえられなかった新しい変容と維持のメカニズムを探り出すと同時に、それぞれの農村地域に特有の循環型生活と集落環境システムの実態及びその特性を解明し、別途実施する日本(北海道地区)の農村住宅・集落調査事例と比較検討する。これによりこれからの地球環境時代に重要性を増す地域循環型ライフスタイルと集落環境システムの再生・維持方法についてそのあり方を総合的、統一的に検証する。(3)具体的には仏・西2カ国の定点観測対象農村集落・住宅において、共通の方式で、(1)集落の配置形態と土地利用・地域環境実態調査、(2)集落内農村住宅の間取りと住まい方の実態調査、(3)集落内農家の近隣生活実態調査及び営農実態調査をそれぞれ実施する。さらにこれらの調査資料を総合的に検討することにより、(4)各地域の農村住宅の変容過程と変容・維持・再生のメカニズムを検証すると同時に、(5)これからの循環型社会において望まれるライフスタイルと集落環境システムのあり方について検証を加え、同時に日本の場合と比較考察することにより、より多様でユニバーサルな農村住宅・集落環境像を提案する。本研究は、第2次大戦後長期間にわたってそれぞれ同一の農村住宅・集落を対象にして定期的、継続的に観察調査を行い、それぞれの方法で農村住宅・集落の変容過程とそのメカニズムを追跡しているフランス、スペイン及び日本の建築学・環境学・社会学の研究者が国際的な協調・共同体制をとり実施するユニークな学際型共同研究である。事前によく調整された同一の視点と方法で3カ国研究者の同時参加型調査をフランス、スペイン両国において実施することにより、それぞれの研究グループが各自の調査方針と基準で行っていた従来の方法では必ずしも明瞭にとらえられなかった新しい変容と維持のメカニズムを探り出すと同時に、それぞれの農村地域に特有の循環型生活と集落環境システムの実態及びその特性を解明しようとするものである。全4ヵ年の2年度目にあたる本年度の半年間では、1.フランス・マルジュリッド地方グランリュー村・モンベル集落において、フランス国立科学研究センターUMR研究グループ(Philippe BONNIN所長,Jennifer HASAE主任研究員)のコーディネートのもとに、中央フランス山岳地域における農村住宅の実態と農民の日常生活および住宅、付属施設、及び若干の商業施設等からなる集落構成について、本年秋に予定している本調査に向けての予備的調査を8月に実施した。2.本調査の日程について検討をおこない、10月初旬から中旬にかけての2週間前後とすることに決定した。3.本調査の内容について検討を加え、(1)住宅の間取りと集落の空間構成についての実測調査・記録、(2)居住者、集落の代表者へのヒアリング、(3)観察・写真撮影、(4)各種資料収集、をおこなうことに決定した。事前によく調整された同一の視点と方法で3カ国研究者の同時参加型調査をフランス、スペイン両国において実施することにより、それぞれの研究グループが各自の調査方針と基準で行っていた従来の方法では必ずしも明瞭に捉えられなかった新しい変容と維持のメカニズムを探り出すと同時に、それぞれの農村地域に特有の循環型生活と集落環境システムの実態及びその特性を解明しようとするものである。

全4ヵ年の2年目にあたる本年では、フランス国立科学研究センター・都市建築社会研究所のPhilippe BONNIN・所長とJennifer HASAE・主任研究員のコーディネートのもとに、(1)ロゼール県モンベル村-モンベル、サレス、ヴィルスールの3つの集落((において、9件の農村住宅を対象に、間取りと敷地(納屋・牛舎を含む)の実測・記録、建物の外観・内部の記録(写真撮影)、居住者へのヒアリングの諸調査、(2)とくにモンベル村においては、集落全体の道路、水系、建物(住宅・納屋・牛舎等)、建物へのアクセス、門・塀、庭、建物立面の形態・位置の実態調査、(3)集落の歴史に関する長老へのヒアリング調査、(4)ヴァロン(小さな谷の意)と呼ばれる緩やかな起伏をもつ地形の分析など、フランス中央山岳地帯における酪農村の住宅と住生活、集落空間構成の実態調査、分析を行った。その結果、集落の基底構造としての水系と、地形に適応した建築原型の形成とその集合体としての集落空間構成を捉えたことは、従来にはない新しい発見として重要性が高く、かつ循環型集落環境システムの解明の第一歩として意義が大きい。本研究は、第2次大戦後長期間にわたってそれぞれ同一の農村住宅・集落を対象にして定期的、継続的に観察調査を行い、それぞれの方法で農村住宅・集落の変容過程とそのメカニズムを追跡しているフランス、スペイン及び日本の建築学・環境学・社会学の研究者が国際的な協調・共同体制をとり実施するユニークな学際型共同研究である。事前によく調整された同一の視点と方法で3力国研究者の同時参加型調査をフランス、スペイン両国において実施することにより、それぞれの研究グループが各自の調査方針と基準で行っていた従来の方法では必ずしも明瞭に捉えられなかった新しい変容と維持のメカニズムを探り出すと同時に、それぞれの農村地域に特有の循環型生活と集落環境システムの実態及びその特性を解明しようとするものである。全4ヵ年の3年目にあたる本年では、バレンシア工科大学建築学院のFernando VEGAS、Camilla MILETO両教授のコーディネートのもとに、バレンシア州アデムース地域のカスティエルファビブ、トレバッハの2つの集落において、・各6件・全12件の農村住宅を対象に、(1)各階平面と主要な断面、立面の実測・記録及び各図面の作成、(2)建物の外観及び内部・全室の記録(写真撮影)、(3)居住者へのヒアリング、(4)とくに小高い丘の頂に集落が形成されているカスティエルファビブ集落においては、集落全体の道路、街区の形態、建物の階数、建物へのアクセスの実態など、スペインの山岳地帯における農村の住宅と住生活、集落空間構成の実態調査、分析を行った。その結果、集落の都市的な街区構成-完全に分離された農地と住宅地、背割線をもち35階建ての住宅群で構成される高密度の街区構成-と、その特質ある街区と地形に適応した建築原型の形成-起伏ある敷地の高低差を生かした特徴的な断面構成・居住者の主アクセスと家畜の副アクセス・階段の位置、特徴的なLDKの主要室の位置(GF以外)-を明らかにし、循環型集落環境システムの基底となる空間構造を捉えることができた。事前によく調整された同一の視点と方法で3ヵ国研究者の同時参加型調査をフランス、スペイン両国において実施することにより、それぞれの研究グループが各自の調査方針と基準で行っていた従来の方法では必ずしも明瞭に捉えられなかった新しい変容と維持のメカニズムを探り出すと同時に、それぞれの農村地域に特有の循環型生活と集落環境システムの実態及びその特性を解明しようとするものである。
強化学習ベース多船航路探索法における行動表現の高度化

船舶運航において安全性と効率性を勘案した航路を事前に選定することは極めて重要である.このような背景から,多船航路探索用マルチエージェント強化学習システム(MARLS)を開発し,さらに,これが海上交通アセスメントツールとして利用できることに着目して,様々な研究に取り組んできた.本研究もまたその延長上の研究であり,行動表現の高度化による学習効率の向上および高次の要求(例えば,回避開始点の明確化)を満足する航路探索を実現することを主な目的とする.本目的の達成により,多船航路探索用MARLSの海上交通アセスメントツールとしての価値を一層高めることを目指す.船舶運航において安全性と効率性を勘案した航路を事前に選定することは極めて重要である.このような背景から,多船航路探索用マルチエージェント強化学習システム(MARLS)を開発し,さらに,これが海上交通アセスメントツールとして利用できることに着目して,様々な研究に取り組んできた.本研究もまたその延長上の研究であり,行動表現の高度化による学習効率の向上および高次の要求(例えば,回避開始点の明確化)を満足する航路探索を実現することを主な目的とする.本目的の達成により,多船航路探索用MARLSの海上交通アセスメントツールとしての価値を一層高めることを目指す.
高精度磁場測定で探る太陽光球～遷移層の磁気プラズマ活動

我々は現在、太陽から放射されるライマンα輝線(波長121.6nm)を0.1%という高い精度で偏光分光観測するロケット実験Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarlmeter(CLASP)を推進している。本ロケット実験は、検出したライマンα輝線の直線偏光から量子論的ハンレ効果を用いて彩層遷移層の磁場計測を行うことを目的としている。これによって、彩層遷移層の磁場構造と磁気プラズマの動的現象との関係を探ることができるようになり、彩層・コロナ加熱機構をはじめとする磁気流体現象の解明に迫ることができると期待される。私は、本ロケット実験の中心メンバーの一人として、偏光分光器の開発を行ってきた。本年度私は、偏光分光器のアライメント手順の検討を完了し、構造設計や各光学素子の仕様を確定した。光学アライメントとは、部品である光学素子を機密構体に設置して、最終光学性能が得られるまで調整や較正をすることを言い、その手順は、各光学素子の仕様や構造設計に直結する。私は、CLASPの観測波長が大気で吸収される真空紫外線であることから、可視光を用い大気中でできるだけ光学調整を行う手法を考案した。また、分子科学研究所にある放射光施設にて、飛翔用波長板の遅延量測定実験を行い、CLASPの性能要求を満たしていることを確認した。本実験を通して、真空紫外線領域で複屈折物質の異常光と常光の屈折率差を高精度で測定する手法も構築することができた。さらに、CLASPで要求される0.1%という高い偏光精度を実現するために必要不可欠な、偏光分光器全体の偏光較正試験の立案も進めてきた。このように、観測装置の開発は順調に進んでおり、飛翔用装置製作前の準備は整った。また、観測装置の開発と平行して、量子論的ハンレ効果を用いたデータ解析手法の構築にも着手した。申請者は、観測ロケットを用いて太陽から放射されるライマンα輝線(121.6nm)での高精度(0.1%)高波長分解能の偏光分光観測を行う、日・米・西・仏・ノルウェーによる国際共同プロジェクトChromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimter(CLASP)に携わっている。ライマンα線は真空紫外線波長域で最も明るい輝線で、偏光分光観測を行うことによって太陽の彩層上部遷移層の磁場情報を得ることができる。今年度は偏光分光器や望遠鏡など全ての光学系の基本設計が終了し、詳細設計フェーズに突入した。申請者は、偏光分光観測装置の担当として、(1)回折格子仕様の詳細検討と製造メーカとの調整、(2)偏光分光器のアライメント計画の立案、(3)偏光解析装置のエンジニアリングモデルを用いた偏光測定誤差要因の検証実験、(4)CLASPで懸念となる偏光測定誤差要因の洗い出しと達成される偏光測定精度の検討、(5)国内メーカと共同で開発したライマンα用ホログラフィック球面回折格子の性能評価実験、(6)開発中のライマンα用フィルターの性能評価実験、を行なってきた。上述の(3)、(5)、(6)については、岡崎市にある放射光施設(UVSOR)にて実験を行った。本年度、申請者はCLASPのプロジェクトサイエンティストに就任した。CLASPでは、これまでほとんど用いられてこなかったハンレ効果で磁場の検出を行う。その理論的背景について学ぶとともに、ハンレ効果に関する日本国内向けの研究会を立ち上げた。また、CLASPに加え、「ひので」可視光望遠鏡のデータを用いて、太陽表面(光球)微細磁場の時間的・空間的分布と太陽表面の対流構造との比較検討も行なった。本研究によって、太陽表面磁場の生成と組織化の仕組みについての示唆が得られつつある。今後、結果をまとめて論文に投稿予定である。

このように、観測装置の開発は順調に進んでおり、飛翔用装置製作前の準備は整った。また、観測装置の開発と平行して、量子論的ハンレ効果を用いたデータ解析手法の構築にも着手した。本年度、申請者はCLASP光学系の詳細検討や性能向上に向けた検討や実験などを行ってきた。これを元に来年度は光学系の設計を終了し、製造フェーズに突入する。装置開発に加え、CLASPで目指すサイエンスに関する検討や「ひので」のデータ解析も行ってきており、おおむね順調に研究を遂行することができた。これからCLASPでは詳細設計が終了し、製造フェーズに突入する。それに向けたメーカとの交渉、アメリカとのインターフェースのやり取り、放射光施設での実験など積極的に行なっていく予定である。また、夏には日・米・西・仏・ノルウェーの共同研究者を集めて、CLASPで目指すサイエンスに関して議論する研究会を主催する予定である。観測装置だけでなく、CLASPで目指すサイエンスについてもより魅力的なものにしていきたいと考えている。また、「ひので」のデータ解析も本年度以上に積極的に行なっていく。