hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
においの情報処理・学習機構

1.副嗅球僧帽細胞-顆粒細胞間相反性シナプス電流の性質本研究は、マウス副嗅球の相反性シナプスの性質をさらに解明するため、副嗅球スライス標本を作製し、nystatin穿孔パッチによるホールセル法(一部常套的ホールセル法)を用いて各種薬物の相反性シナプス電流に対する効果を膜電位固定下で調べた。当年度は、これまでの行動薬理学的実験からフェロモンの記憶に関与することが示唆されている機能分子の中でも特に重要と考えられる代謝型グルタミン酸受容体2型(mGluR2)に着目し、その相反性シナプス伝達に果たしている役割について調べた。僧帽細胞に脱分極性の電位刺激を与えると、この僧帽細胞と相反性シナプスを形成している顆粒細胞が興奮して抑制性の相反性シナプス電流を発生する。Mg^<2+>非存在下で調べた全ての細胞(n=4)において、DCG-IV(mGluR2作動薬)の細胞外投与により、相反性シナプス電流は顕著に抑制された。このDCG-IVの有する相反性シナプス電流に対する抑制作用は、LY341495の細胞外共投与により減弱した。一方、Mg^<2+>存在下においてLY341495(mGluR2拮抗薬)を単独投与すると、相反性シナプス電流はLY341495投与前の151±5%に増加した。Mg^<2+>非存在下の場合についても同様の実験を行ったところ、相反性シナプス電流はLY341495投与前の311±25%に増加した。既に研究代表者は、相反性シナプス電流は細胞外Mg^<2+>の除去により著しく増大することを見出している。従って今回の結果は、mGluR2が相反性シナプスの活性化部位から少し離れた部位に発現しており、大きなシナプス伝達が生じる場合によりシナプス伝達の修飾に関わることを示唆した。以上により、mGluR2が僧帽細胞-顆粒細胞間相反性シナプス伝達に重要な役割を果たしていることを個々の細胞レベルにおいて明らかにした。
急性心筋梗塞の超急性期における血液生化学的診断マーカーの開発

1.DNase Iを産生するヒト膵臓がん由来細胞QGP-1を用いて関連する転写因子の同定を行ったところ、転写因子Sp1がDNase I遺伝子の主要な転写因子であることが明らかとなった。2.QGP-1細胞を低酸素暴露したところ、細胞内および分泌DNase I活性が上昇した。さらに、DNase I mRNAレベルは低酸素暴露に対応して増加しており、低酸素によってDNase I遺伝子の発現が亢進することが明らかとなった。その応答には、多くの低酸素応答に関与する転写因子HIF-1は関与せず、Sp1との結合性の上昇が関与していた。従って、DNase I産生細胞に対するAMIに伴う低酸素暴露によってDNase I遺伝子発現が亢進し、その結果血中DNase Iレベルが上昇する機序が想定できた。安定狭心症患者の治療として経皮的冠動脈インターベンション(PCI)が適用されている。PCI施行に際し、一過性心筋虚血が惹起される。そこで、PCI適用患者および対象として冠動脈造影(CAG)適用患者について、血清DNase I活性の変動を精査・比較した。血清DNase I活性は、PCI群のうち88%の患者でPCI施行直後に上昇し、その後正常値に復帰する一過性の有意な活性上昇を示した。他方、一過性心筋虚血を惹起しないCAG群では全ての患者でそのような活性変動は認められなかった。他方、troponin Tなどの従来の心筋マーカーの有意な上昇が認められないPCI群においても、81%の患者では血清DNase I活性の有意な上昇が観察された。さらに、血清DNase I活性の上昇は従来の心筋マーカーに比較して早期にレスポンスすることも明らかとなった。従って、血清DNase Iは一過性心筋虚血発症早期の診断に利用しうる新規な血液生化学的マーカーになるものと考えられた。本年度見出した血清DNase Iのように心筋虚血発症直後にレスポンスする診断マーカーはこれまでに報告されていない。なお、心筋虚血による血清DNase I活性上昇の分子機構をin vitro解析する予定である。本年度の研究は当該機関倫理審査委員会の承認を受けたものであり、患者試料の採取・使用についてインフォームドコンセントを得た。従前の研究から、血清deoxyribonuclease I (DNaseI)は急性期における急性心筋梗塞の血液生化学的診断マーカーになりうることが期待される。近年、心筋梗塞の発症に係わる遺伝子群が検索されているが、本年度はDNaseI遺伝子が心筋梗塞の新規な疾患感受性遺伝子であることを見出した。ヒトDNaseIは遺伝的多型形質であり、アミノ酸置換Gln222Argに基づく2個の主要共優性対立遺伝子DNASE1^*1(Gln222)とDNASE1^*2(Arg222)によって決定される3個の主要表現型1型、1-2型および2型に分類される。そこで、心筋梗塞(MI,466名)および安定狭心症患者(AP,300名)群におけるDNaseI遺伝子多型の分布調査に基づくケースコントロール解析を実施した。その結果、両患者群間で表現型の分布およびDNASE1^*2の対立遺伝子頻度に関して有意差(P<0.001)が認められた。さらに、ロジスティック回帰分析を用いた多変量解析を実施したところ、MI群とAP群間で対立遺伝子DNASE1^*2のオッズ比は1.51(95%信頼区間、1.04から2.18)と算定された。従って、DNASE1^*2はこれまでに知られている主な冠疾患の危険因子(肥満、喫煙など)とは独立した危険因子であることが明らかとなった。本研究のMI群とAP群との問の病因的な差は血栓形成を伴う脆弱なプラークの崩壊である。MIおよびAP群を用いたケースコントロール解析からDNaseI遺伝子Gln222Arg多型と心筋梗塞発症との関連が明らかとなり、従ってDNaseIは脆弱なプラークの崩壊に関与する心筋梗塞の新規な感受性遺伝子であることが示唆された。現在、プラーク崩壊へのDNaseIの関与機序について解析中である。なお、本年度の研究は当該機関倫理審査委員会の承認を受けたものであり、患者試料の採取・使用にっいてインフォームドコンセントを得た。
C_3およびC_4作物の炭酸固定酵素の活性並びに酵素タンパク質量に及ぼす土壌水分の影響

平成元年度は、C_3作物として夏生のイネ並びに冬生のエンバクを、C_4作物としてトウモロコシを供試し、栄養生長期を対象に、ポット栽培した材料の灌水をシャ断することによって土壌水分減少過程における光合成速度、蒸散速度の変化を植物体の水ポテンシャル、気孔コンダクタンス及び炭酸固定酵素(RuBPカルボキシラ-ゼ、PEPカルボキシラ-ゼ)の活性の変化から検討した。その結果、夏期に生育したイネ、トウモロコシの場合、土壌の乾燥化(水ストレス)に伴ない光合成、蒸散速度は低下し、両作物とも-1.2Mpaの水ポテンシャルにおいて零となった。しかし、その過程における両作物の水ストレスに対する反応は同じではなく、イネの方が急速な低下を示した。これは、イネの場合、トウモロコシに比べて気孔閉鎖が鋭敏でなく、蒸散による体内水分損失が大きいためであった。その結果、水利用効率はイネよりトウモロコシで大きかった。これに対して、冬期に生育させたエンバクは、イネ、トウモロコシに比べて、土壌乾燥に伴なう光合成・蒸散速度の低下がゆるやかで-1.2Mpaになっても零とはならなかった。また水ポテンシャル、気孔コンダクタンスも同じ傾向で、水利用効率はトウモロコシより大きい結果となった。これは冬期に生育したエンバクでは体内の高炭水化物濃度によって浸透ポテンシャルが高まり、吸水能が高まったためと考えられる。この点春期に再度実験する必要がある。次に、土壌水分減少過程における炭酸固定酵素の活性変化であるが、RuBPカルボキシラ-ゼ、PEPカルボキシラ-ゼとも水ストレスによる活性低下は認められなかった。これは短期間水分ストレス処理のため酵素の機能を低下させるに至らなかったものと判断される。以上から、土壌水分減少に伴う光合成速度、水利用効率の低下の種間差には気孔の機能を介した気孔コンダクタンスが密接に関係していることが確認された。63年度はC_3およびC_4作物の光合成経路中、最初にCO_2を固定する酵素であるRuBPカルボキシラーゼとPEPカルボキシラーゼについて、両酵素の活性とタンパク質量を定量する方法を確立した。即ち、C_3作物として水稲を、C_4作物としてトウモロコシを供試して生葉から粗酵素液の抽出法の検討を行ない、両光合成タイプの作物に適した合理的な抽出法を確立した。抽出された粗酵素液について、既に他の植物で行なわれている活性測定法を再検討し、水稲のRuBPカルボキシラーゼに対しては^<14>Cを用いたアイソトープ法が、トウモロコシのPEPカルボキシラーゼに対しては分光光学的測定法が最適であることを明らかにした。更に、酵素タンパク質量の定量に関しては酵素の精製から標準タンパク質を純粋に取り出すまでに、塩析ゲル濾過を繰返しながら漸次酵素活性の高い画分を厚め、最終的に高速液体クロマトグラフィーによって均一な標品を得ることができた。この方法の確立に当っては本年購入の高速液体クロマトグラフィーが大きな役割を果たした。上記研究と平行して、C_3およびC_4作物の光合成速度、蒸散速度を様々な環境条件下で測定し、両タイプの水利用効率の実体を究明した。
石油系新溶剤ノルマルウンデカンのクリ-ニング性能と酵素の応用に関する研究

ドライクリ-ニングでは,現在,石油系,塩素系およびフッ素系溶剤の3種の溶剤が使用されいてる。近年,塩素系溶剤は地下水を汚染し,また,発癌性の疑いがあることから水質汚濁防止法の規制対象物質に指定されるとともに,化審法の第2種特定化学物質として使用規制が行われている。一方,フッ素系溶剤は成層圏におけるオゾン層の破壊と温室効果などにより国際的に使用全廃の方針が決定されている。この様な状況の中で,これらの溶剤に代替する溶剤を検討することは早急の課題である。従来,石油系溶剤は可燃性溶剤であるために消防法による規制が行われているが,最近開発されたnーウンデカンは従来品に比べて引火点が高いことから代替溶剤の1つとして注目されている。そこで,平成元年度では,nーウンデカンのクリ-ニング性能を従来品と比較検討し,その成果をふまえて,平成2年度ではドライクリ-ニングへの酵素の応用の先立って,溶剤中の逆ミセルニ可溶化された水の状態についてFTーIRにより検討した。得られた成果の概要はつぎのようである。界面活性剤エロゾ-ルOT溶剤溶液による最大可溶化水分量は,nーデカン,nーウンデカンなどの低芳香族炭化水素のほうが芳香族炭化水素を含む従来品よりも大きい。水溶性よごれの除去は可溶化水分量の増加とともに増大し,可溶化水分量の大きい溶剤ほどすぐれている。また、油・粒子混合汚れの洗浄性は,低芳香族炭化水素のほうが芳香族炭化水素を含むものよりもすぐれている。可溶化水は混合よごれの洗浄性を低下させるが,界面活性/水のモル比が小さく,その比が常に一定であれば洗浄性の低下は生じない。FTーIRによりエロゾ-ルOT逆ミサイル中の水の状態を検討した結果,エロゾ-ルOT/水のモル比が大きくなるにつれて,ミセル中が水は結合水,中間水,自由水の3つの状態に変化し,この水の状態がよごれの洗浄性と密接に関係していることが明らかになった。塩素系およびフッ素系ドライクリ-ニング溶剤の代替溶剤として石油系新溶剤n-ウンデカンのクリ-ニング性能を水溶性よごれ、および油・粒子混合よごれについて、従来の石油系溶剤と比較検討するとともにこれらの除去に及ぼす可溶化水の影響を検討した。1.界面活性剤Aerosol OT溶剤溶液による最大可溶化水分量はn-デカン>n-ウンデカン核水添処理溶剤>ストッダ-ドソルベント(従来品)の順で、低芳香族炭化水素のほうが芳香族炭化水素を含む溶剤よりも大きい。2.水溶性よごれの除去は可溶化水分量の増加とともに増大し、最終的によごれは溶剤中の可溶化水〔NaCL〕_Sと繊維の吸着水〔NaCL〕_Fの間に分配される。その分配比〔NaCL〕_F/〔Nacl〕_Sはn-ウンデカン<核水添処理溶剤<n-デカン<ストッダ-ドソルベンドの順になる。

3.油・粒子混合よごれの洗浄性はn-ウンデカン、n-デカン、核水添処理溶剤などの低芳香族炭化水素のほうが芳香族炭化水素を含むストッダ-ドソルベントにくらべてすぐれている。4.可溶化水は、油・粒子混合よごれの洗浄性を低下させるが、界面活性剤に対する水のモル比が小さく、常に一定であれば洗浄性の低下は生じない。以上の結果をふまえ、平成2年度では、さらに、界面活性剤溶剤溶液に可溶化された水の状態を詳細に検討し、よごれの除去との関係を考察する。ドライクリ-ニングでは,現在,石油系,塩素系およびフッ素系溶剤の3種の溶剤が使用されている。近年,塩素系溶剤は地下水を汚染し,また,発癌性の疑いがあることから水質汚濁防止法の規制対象物質に指定されるとともに,化審法の第2種特定化学物質として使用規制が行われている。一方,フッ素系溶剤は成層圏におけるオゾン層の破壊と温室効果などにより国際的に使用全廃の方針が決定されている。この様な状況の中で,これらの溶剤に代替する溶剤を検討することは早急の課題である。従来,石油系溶剤は可燃性溶剤であるために消防法による規制が行われているが,最近開発されたnーウンデカンは従来品に比べて引火点が高いことから代替溶剤の1つとして注目されている。そこで,平成元年度では,nーウンデカンのクリ-ニング性能を従来品と比較検討し,その成果をふまえて,平成2年度ではドライクリ-ニングへの酵素の応用に先立って,溶剤中の逆ミセルに可溶化された水の状態についてFTーIRにより検討した。得られた成果の概要はつぎのようである。界面活性剤エロゾ-ルOT溶剤溶液による最大可溶化水分量は,nーデカン,nーウンデカンなどの低芳香族炭化水素のほうが芳香族炭化水素を含む従来品よりも大きい。水溶性よごれの除去は可溶化水分量の増加とともに増大し,可溶化水分量の大きい溶剤ほどすぐれている。また,油・粒子混合汚れの洗浄性は,低芳香族炭化水素のほうが芳香族炭化水素を含むものよりもすぐれている。可溶化水は混合よごれの洗浄性を低下させるが,水/界面活性剤のモル比が小さく,その比が常に一定であれば洗浄性の低下は生じない。FTーIRによりエロゾ-ルOT逆ミセル中の水の状態を検討した結果,水/エロゾ-ルOTのモル比が大きくなるにつれて,ミセル中で水は結合水,中間水,自由水の3つの状態に変化し,この水の状態がよごれの洗浄性と密接に関係していることが明らかになった。
ヘム酵素P‐450を規範とする基質酸素化機能発現の構造特性の解析と合成化学への応用

本年度は、昨年度の成果を踏まえ研究を行い、以下の結果を得たのでここに報告する。P-450は構造上の大きな特徴として軸配位子がチオレ-ト(S^-)であることが挙げられることから、反応における軸配位子効果に重点を置き検討した。既に合成したS^-配位錯体に加えて、比較のためイミダゾ-ルを軸配位子として有する錯体の合成も今回行った。Pー450様酸化反応をこれら錯体で比較検討ところ、S^-配位のヘムでは疎水性環境で反応性が高く、溶媒の配位阻害がかなり大きいのに対し、イミダゾ-ル配位錯体では反応効率に関しその逆の傾向が得られた。また、酵素側からのアプロ-チとして、P-450と変性によってチオレ-ト配位子のはずれたPー420との反応性の比較も行い、本配位子が芳香環の水酸化及び酸素活性化の際の電子伝達に必須であることが示唆された。これらの知見は酵素側の反応性、及び軸配位子の意義を考える上で重要なものと考られる。次に中心金属を鉄から周期率上同族のルテニウムに置き換えたポルフィリン錯体の反応性の検討を行ったところ、含窒素複素環Nーオキシド類からオレフィン、スルフィド、アルコ-ル類への酸素移行を極めて効率良く触媒することを見いだした。本反応は合成化学的にも利用可能と思われる。さらにアポタンパク部分を考慮したモデルであるポリグルタメ-ト結合鉄ポルフィリンを合成し、本錯体が特徴的にNーメチルアニリンの酸化的NーNカップリング反応を触媒することを見いだし、本反応が生体内代謝反応として起きているという知見も同時に得た。以上得られた知見はPー450の機能発現の機構解明及び合成化学へ応用可能な酸化触媒設計への両方に寄与できる結果であると考えている。
クーロン爆発を利用した分子構造解析法の開発

都立大の多価イオン源(TMU-ECRIS)において、多価(8価以上)原子イオンと分子を衝突させ、多電子捕獲反応を利用したクーロン爆発実験を進めた。今年度はCEI実験装置の心臓部である多次元検出システムの製作と性能評価を行い、さらに構造既知の分子のイメージングを行なった。クーロン爆発で生じたM/eが等しいフラグメントイオンの組みは非常に小さい時間差で(数10数100nsのオーダー)検出器に到達するため、これらを正しく識別して位置を決めるためには、高い時間分解能と位置分解能を持った多次元検出システムが必要である。本研究では荷電結合容量バックギャモン型位置検出器(NBWC)付きのMCPを使用してその時間特性について調べた。この検出器の位置分解能に関しては、現在までに試作器による性能評価から最高30μmが得られている。ECRISから引き出したAr^<810+>をノズルから吹き出したN_2またはArに衝突させ、電子移行反応によって生じたイオンを電場で引き出してMCP-MBWCで検出した。イオンがMCPに到達すると増幅された二次電子がPSDの対応する領域に流れ込む。この荷電(パルス電流)をx,y座標に比例して4分割し、その比から位置を求めた。時間分解能として重要な立ち上がり時間については、今回10ns以下の鋭いステップ状信号が得られた。パルス立ち上がり時にリンギングを生じるため、100ns程度の時間差で飛び込んだ二つのイオンの位置誤差が大きくなる問題はあるが、CEI実験に十分使用できることがわかった。また直線3原子分子のクーロン爆発実験を行なったところ、概ねその構造と矛盾の無いイメージが得られた。一部かなり歪んだ像が得られており、その原因について検討した。
生体防御応答系の受容体蛋白質の三次元構造ベース創薬に向けた構造生物学展開

生体での防御と応答に関わる蛋白質の三次元構造の詳細を,回折構造生物学的なアプローチによって解明するため,蛋白質試料を大量に調製,精製し,結晶化とX線結晶構造解析を行った。自然免疫系のToll-like受容体(TLR4)と相互作用し,細菌のリポ多糖LPSを識別するMD-2蛋白質は,防御応答を担い,敗血症を惹起する。ヒトMD-2の高純度精製標品を調製し,LPS, Lipid Aなどのリガンドとの会合を詳細に調べ,結晶化した。TLR4の発現コンストラクトも調製し,発現レベルを調べた。ヒト組織因子の蛋白質の細胞外ドメインに結合して血液凝固を阻害する抗体の結晶構造解析を行った。その構造に基づいて細胞外ドメインに結合する低分子リガンドを設計し,組織因子との結合を評価し,結晶化した。ヒトHsp40についても大量発現,精製,結晶化を行った。β-ガラクトシダーゼなどのヒトの酵素と受容体などについて,大量調製法,結晶析出の妨げとなる糖鎖の均一短鎖化,精製法を構築し,高純度の結晶化用の試料を得た。リソソーム遺伝病に関わるヒトβ-ガラクトシダーゼとα-ガラクトサミニダーゼについて,結晶性の改良し,X線回折データを収集した。細胞膜貫通型アドレナリン受容体に関しては,コドン最適化を経てマルチコピー組換え体を調製して発現レベルを高めた。酵母DNAエンドヌクレアーゼにおけるプロテインスプライシングの反応機構を,反応産物を生ずる改変体蛋白質のX線解析により明らかにした。サルモネラ菌の病原性Dps様蛋白質SEp22に関して,2種類の結晶の構造を解析し,12量体のサブユニット構造を得た。SEp22は,アミノ末端側に結合する鉄イオンを含み,この領域がサルモネラ菌DNAの保護を担っている。黄色ブドウ球菌の薬剤耐性の伝播に関わるカセットリコンビナーゼ酵素3種の発現,精製,DNAとの結合能などの性状解析を行った。生体での防御と応答に関わる受容体などの蛋白質の三次元構造の詳細を,X線回折結晶学を用いる構造生物学的アプローチによって,原子レベルで解明することを研究の目的とする。そのため,試料を大量に調製して結晶化し,構造情報を得て,医薬品のデザイン創製への展開を図った。3年次計画の初年度として,各蛋白質の遺伝子を組み込んだ細胞を大量に培養し,蛋白質を分離,精製した。膜蛋白質の結晶化のための可溶化と,結晶析出の妨げとなる糖鎖の均一化などにより,高純度の結晶化用のサンプルを調製した。このような手法を用いて,まず,腎臓の膜にアンカーするヒトのジペプチダーゼのX線解析を完結した。この結晶は,糖蛋白質ジペプチダーゼとその阻害剤薬物であるシラスタチンの複合体であり,基質認識と阻害機構を解明できた。細胞膜表面に存在するインターロイキン6(IL-6)と結合するIL-6受容体について,発現させたIL-6と受容体を精製して複合体を調製し,結晶化を進めた。複合体と思われる結晶を最近得ることができた。細胞膜貫通型ヒトアドレナリン受容体についても大量調製のための手順を種々試みた。

外来異物などを認識して生体の防御を担う免疫系の蛋白質では,獲得免疫系の抗体として紫外線損傷DNAを特異的に認識する抗体を2種類採り上げ,その抗原結合部位Fabフラグメントと損傷DNAとの複合体の結晶を得てX線解析を行った。DNAのホーミングエンドヌクレアーゼ,黄色ブドウ球菌由来リコンビナーゼ,リソソーム酵素のヒトα-ガラクトシダーゼの変異体,α-ガラクトサミニダーゼ,β-ガラクトシダーゼについても発現,精製,結晶化とX線解析を進めた。自然免疫系のTLR(Toll-like receptor)受容体に関連するMD-2とMD-1の双方の蛋白質について発現系の構築を行い,前者については高発現株を調製することができた。生体での防御と応答に関わる蛋白質の三次元構造の詳細を,X線回折結晶学を用いる構造生物学的なアプローチによって解明するため,蛋白質試料を大量に調製して結晶化し,構造情報を得るための研究を進めた。3年次計画の第2年度として,結晶析出の妨げとなる糖鎖の均一化や各種クロマトグラフィー操作などにより,高純度の結晶化用の試料を調製した。リソソーム病に関わるヒトβ-ガラクトシダーゼ,黄色ブドウ球菌の薬剤耐性の伝播に関わるカセットリコンビナーゼ酵素3種,細菌感染の防御に関わる自然免疫系のMD-2蛋白質などの大量発現系と高純度精製系を構築した。自然免疫系のToll-like受容体(TLR)と相互作用し,細菌のリポ多糖を識別するMD-2蛋白質については,ヒトとマウスのMD-2を発現させ,精製と性状の解析を行った。TLRの発現にも着手した。細胞膜貫通型ヒトアドレナリン受容体に関しては,酵母での発現ベクターにおいて用いるレア遺伝子コドンの改良により,発現レベルを数倍に高めた。血液凝固系の蛋白質である組織因子の細胞外ドメインを大腸菌に発現させ,また,これと強固に結合する抗体の抗原結合部位Fabを調製した。これらの複合体の結晶の解析にも成功した。こうして得た構造知見に基づいて,組織因子に結合し,血液凝固を阻害する低分子リガンドの設計を行った。さらに,プロテインスプライシングの反応機構を,改変体蛋白質の結晶構造解析により明らかにした。リソソーム酵素のヒトα-ガラクトサミニダーゼについては,結晶性の改良を引き続き行った。サルモネラ菌の病原性DPS様蛋白質に関して,8量体と12量体のサブユニット構造を示唆する2種類の結晶を得た。このうち,12量体サブユニットの結晶の構造を得ることができた。生体での防御と応答に関わる蛋白質の三次元構造の詳細を,回折構造生物学的なアプローチによって解明するため,蛋白質試料を大量に調製,精製して結晶化を行った。β-ガラクトシダーゼなどのヒトの酵素と受容体について,大量調製法,結晶析出の妨げとなる糖鎖の均一短鎖化,精製法を構築し,高純度の結晶化用の試料を得た。自然免疫系のToll-like受容体(TLR4)と相互作用し,細菌のリポ多糖LPSを識別するMD-2蛋白質は,防御応答を担いつつ敗血症を惹起する。ヒトとマウスのMD-2の高純度精製標品を調製し,LPs, Lipid Aなどのリガンドとの会合を詳細に調べ,結晶化した。TLR4の発現コンストラクトも調製し,発現レベルを調べた。細胞膜貫通型ヒトアドレナリン受容体に関しては,マルチコピー組換え体を調製して発現レベルを高め,精製も行った。ヒト組織因子の蛋白質に結合して血液凝固を阻害する低分子リガンドを,抗体Fabと組織因子の複合体の三次元構造に基づいて設計し,組織因子との結合を評価し,結晶化した。ヒトHsp40についても大量発現,精製,結晶化を行った。
代数的K理論とホモトピー極限問題のカテゴリー論的研究

1.代数的K理論におけるGROUP COMPLETIONCATEGORYに関する私自身による一連の研究の中で、今年度の目標としてきたWALDHAUSEN K-THEORYにおけるGROUP COMPLETIONCATEGORYの構成の問題は、QUILLENのI=Q定理の形式的類似を求めるという面では、DERIVEDCATEGORYの古典的理論(SGA4)およびTHOMASON-TROBAUGHによるDERIVED CATEGORYのHIGHER ALGEBRAIC K-THEORYの手法を適用して進展をみた。しかし、私の構成したGROUP COMPLETION CATEGORY(WALDHAUSEN CATEGORYから出発してWEAK EQUVALENCESに関して局所化し、ある可換群の上でPSEUDOCOLIMITをとって得られる)の意義-例えば、WALDHAUSEN K-GROUPの計算に役立つとか、WALDHAUSEN K-THEORYを他の理論(私が構想しているのはMOTIFの理論)と関連させるのに利用するとか-については、いくつかの困難が残っていて、現在の所、明かにすることができなかった。従って、今年度仕事を論文として纏めることができなかった。来年度、WALDHAUSEN K理論とMOTIF理論という主題でこの研究を継続していきたいと思っている。2.設備として購入したパソコンの利用としては、参加した研究集会「トポロジーとコンピュータ」で発表された研究を参考にしながら、研究協力者と大学院生と私との共同研究で、情報科学課程の学生の補助もえて、数式処理ソフトMATHEMATICAを使った計算の数学の研究への応用ということで準備段階を行った。これは、来年度以降の仕事の中で生かされる予定である。
老化と鉄: 脂質過酸化物4-HNEが引き起こす鉄代謝異常の分子機構の解明

本研究の目的は、酸化ストレスが鉄代謝調節機構に与える影響を明らかにし、加齢に伴って引き起こされる鉄代謝異常の病態メカニズムを解明することである。本研究では、活性酸素種や脂質過酸化物が、細胞内の鉄代謝に与える影響を解析した。その結果、細胞内の酸化ストレス亢進状態は、細胞内の二価鉄イオンを増加させること、鉄代謝調節タンパク質であるIRP1を顕著に減少させることを明らかにした。また、酸化ストレス亢進状態のモデルマウスにおいて、脳内の金属代謝異常や行動学的異常が起こっていることを見出した。これまでに申請者は、「脂質過酸化物4-HNEが鉄代謝調節因子IRP1を強力に不活化する」という知見を得ている。本研究では、「脂質過酸化物がIRP1を不活化するメカニズム」と「脂質過酸化物が鉄代謝に与える影響」を解析する。平成27年度には、培養細胞を用いて酸化ストレスが細胞内鉄代謝調節機構に及ぼす影響について検討を行った。その結果、細胞内における脂質過酸化物の増加が細胞内鉄代謝調節機構に影響を与えている可能性が示唆された。さらに、共焦点レーザー顕微鏡を用いて、酸化ストレスが細胞内の鉄動態に及ぼす影響についてタイムラプス解析を行った。また、酸化ストレスがIRP1の翻訳後修飾や機能に与える影響を検討するための評価系の構築を行った。概ね予定通りに進めることができている。本年度は、培養細胞を用いて酸化ストレス(スーパーオキシド、過酸化水素、脂質過酸化物など)が細胞内鉄代謝調節機構に及ぼす影響について検討を行った。また、細胞内で酸化ストレス亢進を引き起こすような状態(高グルコース培地での培養、ミトコンドリア電子伝達系の阻害など)における細胞内の鉄動態についても検討を行った。さらに、鉄イオンプローブと共焦点レーザー顕微鏡を用いて、酸化ストレスが細胞内の鉄動態に及ぼす影響をタイムラプス解析した。また、酸化ストレス亢進状態のモデルマウスであるSOD1KOマウスが行動学的な異常を示すこと、その行動異常の原因が脳内の鉄代謝異常である可能性を見出した。これまでに研究代表者は、「脂質過酸化物4-HNE(4-hydroxy-2-nonenal)が鉄代謝調節因子IRP1(Iron regulatory protein 1)を強力に不活化する」という実験結果を得ている。この知見を基盤として、本研究では、「脂質過酸化物がIRP1を不活化するメカニズム」と「脂質過酸化物が鉄代謝に与える影響」の解析を行った。平成27年度には、脂質過酸化物の増加を引き起こす原因となる酸化ストレス(スーパーオキシド、過酸化水素、脂質過酸化物など)が、細胞内の鉄代謝に与える影響を解析した。その結果、細胞内における酸化ストレス亢進状態は、IRP1を顕著に減少させること、IRP1によって調節を受けている鉄代謝関連分子(フェリチンやトランスフェリン受容体など)の発現量にも影響を与えていることが明らかとなった。平成28年度には、酸化ストレスがIRP1の翻訳後修飾や機能に与える影響について解析を行った。これらの研究成果は、学術集会(第40回日本鉄バイオサイエンス学会学術集会)で発表した。現在は、論文作成中であり、海外学術誌への投稿を予定している。また、酸化ストレス亢進状態のモデルマウスであるSOD1(Superoxide dismutase 1: Cu/Zn-SOD、細胞質型SOD)ノックアウトマウスを使った実験により、生体における酸化ストレスの亢進状態が、脳内の遷移金属代謝に影響を与えること、行動学的異常の原因となる可能性があることを見出し、学術集会(第69回日本酸化ストレス学会学術集会)での発表と、海外学術誌(Free Radical Research)への投稿を行った。平成27年度に得た結果を元に、酸化ストレスによるIRP1の機能変化や翻訳後修飾などの変化を解析する予定にしている。次年度は、日本生化学会、日本鉄バイオサイエンス学会、日本酸化ストレス学会などの学術集会で発表を行う予定である。また、研究の成果をまとめ海外の学術誌に投稿する予定である。生化学予算の執行は当初の予定通りにできており、次年度使用額は試薬価格などの変更などによるものであると考えている。試薬価格の変動などを考慮して、当初の予定通りに使用する。
炭酸アパタイト・高分子ハイブリッド骨置換材の創製

本研究「炭酸アパタイト・高分子ハイブリッド骨置換材の創製」は炭酸アパタイトと生体吸収性高分子をハイブリッド化することで,無機成分である炭酸アパタイトの骨伝導性と,有機成分である高分子の靱性を兼ね備えた,骨リモデリングに調和し新生骨に置換する新規骨置換材の創製法の確立を目標としています.具体的な研究内容としては下記のような調査・検討を行いました。(1)成形・組成変化を同一プロセス中で可能とする炭酸アパタイト前駆体の調整(2)高分子材料の検討;コラーゲン、ゼラチンなど生体高分子ならびに,ポリ乳酸、乳酸・グリコール酸コポリマーなど生体吸収性高分子を候補として最適な高分子の検討(3)ハイブリッド成型体作製法の確立;炭酸アパタイトの持つ骨伝導性が損なわれないように,成型・組成変化を同時に行う規調製法を応用することで,前駆体に高分子を含め,高分子網に沿うように炭酸アパタイト粒子を析出(4)ハイブリッド成型体組成分析;X線回折,赤外分光分析,走査型電子顕微鏡による微細構造の観察による評価(5)ハイブリッド成型体機械的強さの調査。現在,骨補填材としては水酸アパタイト焼結体が広く臨床応用されています.水酸アパタイトは優れた骨伝導性を示すものの生体内でほとんど吸収されずに長期に残存するといわれています.水酸アパタイトは脆性材料であるため骨内に残存することで力学的な問題の原因となることや,ミクロ気孔を持ち高い吸着能が有ることから細菌感染への抵抗性が低いという問題があります.そこで生体骨の無機成分である炭酸アパタイトに着目して,骨リモデリングに完全に調和し,新生骨へと置換する骨置換材の開発を行っていました.本研究「炭酸アパタイト・高分子ハイブリッド骨置換材の創製」は炭酸アパタイトと生体吸収性高分子をハイブリッド化することで,無機成分である炭酸アパタイトの骨伝導性と,有機成分である高分子の靱性を兼ね備えた,骨リモデリングに調和し新生骨に置換する新規骨置換材の創製法の確立を目標としています.本年度は1ハイブリッド化のための高分子材料の検討;コラーゲン、ゼラチンなど生体高分子ならびに,ポリ乳酸、乳酸・グリコール酸コポリマーなど生体吸収性高分子を候補として最適な高分子の検討,2ハイブリッド成型体作製法の確立;炭酸アパタイトの持つ骨伝導性が損なわれないように,成型・組成変化を同時に行う製法を応用することで,炭酸アパタイトブロックの前駆体に高分子を含め,高分子網に沿うように炭酸アパタイト粒子を析出させる作製法,これらについての研究を行いました.現在,骨補填材としては水酸アパタイト焼結体が広く臨床応用されています.水酸アパタイトは優れた骨伝導性を示すものの生体内でほとんど吸収されずに長期に残存するといわれています.水酸アパタイトは脆性材料であるため骨内に残存することで力学的な問題の原因となることや,ミクロ気孔を持ち高い吸着能が有ることから細菌感染への抵抗性が低いという問題があります.そこで生体骨の無機成分である炭酸アパタイトに着目して,骨リモデリングに完全に調和し,新生骨へと置換する骨置換材の開発を行っていました.本研究「炭酸アパタイト・高分子ハイブリッド骨置換材の創製」は炭酸アパタイトと生体吸収性高分子をハイブリッド化することで,無機成分である炭酸アパタイトの骨伝導性と,有機成分である高分子の靱性を兼ね備えた,骨リモデリングに調和し新生骨に置換する新規骨置換材の創製法の確立を目標としています.具体的な研究内容としては下記のような調査・検討を行いました。1高分子材料の検討;コラーゲン、ゼラチンなど生体高分子ならびに,ポリ乳酸、乳酸・グリコール酸コポリマーなど生体吸収性高分子を候補として最適な高分子の検討,2ハイブリッド成型体作製法の確立;炭酸アパタイトの持つ骨伝導性が損なわれないように,成型・組成変化を同時に行う規調製法を応用することで,前駆体に高分子を含め,高分子網に沿うように炭酸アパタイト粒子を析出,3ハイブリッド成型体組成分析;X線回折,赤外分光分析,走査型電子顕微鏡による微細構造の観察による評価,4ハイブリッド成型体機械的強さの調査研究実績の概要で述べたハイブリッド成型体の作製,特に高分子網に沿うようにアパタイト結晶を析出させることが困難を極め,当初計画した期間以上の時間を要し,四ヶ月の延長を余儀なくされました。24年度が最終年度であるため、記入しない。

作製したハイブリッド成型体に関して以下の2点に関しての検討を行う予定です.1ハイブリッド成型体組成分析;X線回折,赤外分光分析,走査型電子顕微鏡による微細構造の観察による評価,4ハイブリッド成型体機械的強さの調査24年度が最終年度であるため、記入しない。
静電場における振動混合則とその分子設計への応用

分子の反応性の理解と予測は、分子構造の理解と予測とならんで「分子設計」に期待される最も重要な分野の一つである。触媒反応を考えてもわかるように、一般に周囲の分子または分子団の部分電荷からの電場の影響のもとでの反応性を問題にする必要がある場合が多く、気相孤立分子に関する量子化学的情報に基づいて電場下での反応性を予測する手法の開発は、「分子設計」の基礎と展開にとって重要な課題である。本研究では、反応が外場としての静電場の影響を著しく受けて進行する場合についての「反応設計」を目指して、「振動混合則」を外場から摂動として加わる電場下のもとで振動混合則に拡張するための定式化を行って理論的に遷移基準振動の発生するメカニズムを追求し、望ましい反応を助長するためにどのような電場に曝することが有効であるかを若干のモデル反応系を用いて検討して反応設計への応用の道を開拓したいと考えた。本年度はまずMOPACプログラムに手を加えて点電荷による静電場の影響を取り込めるようにし、実験的にホルムアルデヒドの周りに電荷を配し振動計算を行った。振動計算に際し、電荷と分子の相対位置は固定したままで構造最適化を行い、ヘシアン行列の対角化を行った。これはエネルギ-の一次微分(幾何学的力)が無視できるような摂動を考えたからである。具体的な配置としては、酸素原子の真下2.5Åの位置に電荷を固定し電荷の大きさを様々に変えて基準振動の変化を調べた。ホルムアルデヒドは6つの振動モ-ドをもつ。振動混合則より互いに振動数が近くの外場との相互作用項が大きいモ-ドがよく混じりあうことがわかるが、そのことはマッピングにより確認できた。ただ遷移基準振動に至るようなモ-ドは見い出されなかった。結論として電荷を分子のそばに配する効果は、振動数の低下すなわち結合の活性化に結び付くことがわかった。
金属ー半道体積層界面の基礎

準ミクロおよび原子サイズでの、金属ー半導体界面現象を正確・精密に把握するために、実験と理論とを複合的・相補的に結合し研究を遂行することにより、以下のような成果を得た。(1)結晶シリコンと種々の金属との反応過程を詳細に調べるため、高速イオン散乱・チャネリング法、種々の電子分光法、電子顕微鏡法・回折法や赤外光全反射減衰法等を駆使することにより、結晶原子位置や電子状態の変化や原子拡散等の精密な測定を行った結果、金属の蒸着法により界面の安定性が異なることが判明した。また、準整合界面に対する詳細な構造の知見を得、準ミクロ的にLaB_6ーシリコン界面の接合状態を明らかにした。(2)理論グル-プは、第一原理分子動力学法に基づいた、金属ーシリコン界面の電子状態を計算し、安定な界面構造を推定するためのプログラム開発を行い、シリコン上のアルカリ金属の場合に適用した。また、局所密度汎関数法に基づいた計算により、銀ーシリコン系に対するトンネル顕微鏡像の理論的検討を行った。(3)化合物半導体に対しては、GaAs、InGaAsやInP等と金属との界面反応過程を、(1)と同様な方法およびCーV・IーV法で解析・評価し、安定な界面形成に関する知見を得た。また、ショットキ-障壁の形成機構や物性を調べ、金属ー化合物半導体界面に挿入したシリコン薄膜の効果を明らかにした。また、水素やフォスフィンのプラズマ処理による化合物半導体の表面改質効果とショットキ-障壁高さに与える影響を明らかにした。(4)走査トンネル電子顕微鏡法により、水素終端したシリコン表面構造の解析を行い、金属ー半導体の界面評価への応用を目指した基礎研究を行った。また、トンネル分光法により、酸化物超伝導体ー接合電極系を評価し、その電子状態に関する知見を得た。
抗癌剤による骨髄毒性発現個人差の定量的予測システムの構築

がん化学療法に伴うリスクの中でも特に危険な、血液毒性による免疫力の低下とそれに伴う日和見感染症の発症、を予測する方法論の構築を目指して検討を行った。具体的には、免疫系で中心的な役割を果たすCD4+T細胞に対して、抗がん剤感受性を評価する手法の確立を行い、得られた抗がん剤感受性のデータを基に、生体内でのCD4+T細胞減少プロファイルを予測できる、数学的モデルの構築・検証を行った。がん化学療法に伴うリスクをより正確に予測し、最適な薬物療法の構築に寄与すると考えられる。抗がん剤による悪性腫瘍の治療においては,効果発現や副作用発現に大きな個人差があることが問題となっており,有効かつ安全な治療を行うために,患者個々人の遺伝子型に基づいた投与設計法の確立が急務とされている。本研究では,特に白血球系細胞に発現される抗がん剤排出ポンプの活性変動に着目しつつ,代表的な抗がん剤毒性となる骨髄毒性,特にその中でも重篤な発熱性好中球減少症の発症個人差を定量的に予測する方法論の確立を目指して検討を行っている。さらに,抗がん剤投与後の患者を対象とした臨床研究を行い,抗がん剤血液中濃度およびCD4^+Tリンパ球の減少の実測値を用いて,確立したトキシコダイナミクス,モデルの検証を予定している。本年度は,マウスより単離したリンパ球系細胞を用い,抗がん剤治療に伴う発熱性好中球減少症の発症原因になると考えられる,CD4^+Tリンパ球の減少を定量的に予測するための,in vitroトキシコダイナミクス.モデルの構築,およびin vitroモデルのin vivoトキシコダイナミクス.モデルへの応用に関して検討を進めた。マウスより単離したCD4^+Tリンパ球に対する抗がん剤の感受性試験を行い,殺細胞効果と抗がん剤濃度.被爆時間を考慮した上で,caspaseの多段階活性化を考慮した生理学的モデルを利用することで,抗がん剤による殺細胞効果の速度論定数を算出し,実測値を数%の誤差範囲内で予測できるモデルの構築に成功した。また,マウスin vivoの抗がん剤暴露実験を行う準備として,各分化段階のTリンパ球の量を,RT-PCRを用いて定量的に測定する系を確立した。現在,マウスを用いたin vivo実験を行いつつ,トキシコダイナミクス.モデルの構築を行っている。今後は,モデルへの抗がん剤排出ポンプ活性変動の組み込みを行い,ヒトにおける個人差の予測につなげていく。抗がん剤による悪性腫瘍の治療においては、効果発現や副作用発現に大きな個人差があることが問題となっており、有効かつ安全な治療を行うために、患者毎の投与法の確立が急務とされている。本研究では骨髄毒性、特にその中でも重篤な発熱性好中球減少症の発症個人差を定量的に予測する方法論の確立を目指して検討を行った。本年度は、前年度に確立したin vitro解析手法から得られるパラメータを基に、in vivoにおけるCD4+T細胞数減少が予測可能であるかを検証するため、マウスin vivoにおける抗がん剤投与実験を行った。T細胞は末梢リンパ組織にその大部分が貯蔵されている末梢循環細胞であるため、循環血液中の細胞数に加え、脾臓中の細胞数も測定対象とした。マウスにetoposide(50mg/kg),cytarabine(20mg/kg),5-fluorouracil(65mg/kg)をそれぞれ静脈内投与した後、0.5,1,2,5日目のCD4+T細胞数を、フローサイトメトリーを用いて測定した。in vitro感受性試験において強い毒性が観察されたetoposideおよびcytarabineに関しては、CD4+T細胞数の急速な減少がin vivoにおいても観察された。一方、in vitro感受性試験において毒性の低かった5-fluorouracilに関しては、有意なCD4+T細胞数の減少は観察されなかった。また、末梢全体のCD4+T細胞数を、血液中および脾臓中のCD4+T細胞数実測値を基に算出し、in vitroで構築した抗がん剤感受性記述モデルと、各薬物の血漿中濃度プロファイルを用いて予測される、末梢CD4+T細胞の減少プロファイルと比較した。その結果、いずれの薬物に関しても良好な予測となることが示された。
聴覚遠心性経路を利用し、感音難聴の周波数選択性の改善を目指す基礎研究

周波数弁別能の低下は、感音難聴患者が雑音によって音声聴取を著しく妨げられる大きな要因の一つである。今回、マウスの蝸牛神経複合電位測定により、周波数選択性が評価できることを明らかにし、また聴力閾値の低下に先行する可能性を示した。さらに大脳聴覚野の周波数マップをフラビン蛋白イメージング法を用いて作成した。中枢からtop-downに情報を伝える遠心性経路は、最も末梢レベルのオリーブ核蝸牛神経束以外は不明な点が多い。近年、遠心性経路の基点である大脳聴覚野の特定周波数領域を電気的に刺激することにより、聴覚野と同じ特徴周波数を持つ神経同調曲線のtipが鋭くなり、周波数選択性が改善する可能性が、下丘や蝸牛神経核の単一神経からの細胞外記録で得られた生理学研究で示唆されている。1.今回、マウスの大脳聴覚野の周波数マップに基づいた特定の領域を電気刺激することにより、遠心性経路を利用した周波数選択性の改善が得られるかについて聴覚心理学的評価法であるノッチ雑音法を蝸牛複合電位測定に用いて検討し、感音難聴患者のより良い補聴に貢献する方法の基礎的に検討をめざす予備実験を遂行した。3.CAPと心理物理学的な聴覚周波数分解能の測定方法であるノッチ雑音法(notched-noise method)を組み合わせた聴覚フィルタ形状の測定を行い、マウスの動物行動学的測定法で得られた聴覚フィルタの形状(Mayら,2007)と相関する結果が得られた。4.ひき続き、老化マウスで周波数分解能の低下がみられるか検討中であるが、3/11に東北関東大震災のために動物の死亡とシステムの故障が生じ、再構築が必要となった。周波数弁別能の低下は、感音難聴患者が雑音によって音声聴取を著しく妨けられる大きな要因の一つである。・昨年に続き、マウスの大脳聴覚野の周波数マップに基づいた特定の領域を電気刺激することにより、遠心性経路を利用した周波数選択性の改善が得られるかについて聴覚心理学的評価法であるノッチ雑音法を蝸牛複合電位測定に用いて検討し、感音難聴患者のより良い補聴に貢献する方法の基礎的に検討をめざす予備実験を遂行した。・CAPと心理物理学的な聴覚周波数分解能の測定方法であるノッチ雑音法(notched-noisemethod)を組み合わせた聴覚フィルタ形状の測定を行い、マウスの動物行動学的測定法で得られた聴覚フィルタの形状(Mayら,2007)と相関する結果が得られた。老化マウスでは、周波数選択性の低下がみられた。・マウス大脳聴覚野でのフラビン蛋白蛍光イメージング法により、マウス大脳野の周波数のtonotopicityを一次聴覚野と前聴覚野で確認した。・今回、マウスの大脳聴覚野の周波数マップに基づいた特定の領域を電気刺激することにより、遠心性経路を利用した周波数選択性の改善が得られるかについて聴覚心理学的評価法であるノッチ雑音法を蝸牛複合電位測定に用いて検討し、感音難聴患者のより良い補聴に貢献する方法の基礎的に検討をめざす実験を遂行した。・CAPと心理物理学的な聴覚周波数分解能の測定方法であるノッチ雑音法(notched-noise method)を組み合わせた聴覚フィルタ形状の測定を行い、マウスの動物行動学的測定法で得られた聴覚フィルタの形状(Mayら, 2007)と相関する結果が得られた。・続いて、フラビン蛋白イメージング法を用いてマウス聴覚野の周波数マップを作成した。震災により、蝸牛神経複合電位測定システムの一部が故障したこと、フラビン蛍光イメージングのシステムの破損などで、予定通りの測定が困難であった。また、フラビン蛋白イメージング法でえられる周波数選択性の分解度が、まだ不充分である。24年度が最終年度であるため、記入しない。システムの一部改良により、測定システムの安定化をはかっている。また、フラビン蛋白イメージング法の精度の改善が必要であると思われる。
リーマン多様体の曲率と幾何構造に関する大域的研究

研究代表者の糸川は、佐賀大学の塩濱勝博、大阪教育大学の町頭義朗との共著論文"Generalized Toponogov's Theorem for Manifolds with Radial Curvature Bounded Below"で、ある一点からの放射方向に関する断面曲率が下から関数により抑えられているリーマン多様体を研究し、三角形比較定理を得た。更に、評価において等号が得られるとき、そのような多様体は非常に特殊な幾何構造を持つ。特に、全測地的な曲面辺を内包する。
大画面の光学重畳表示を実現する能動走査スクリーンによる3D投影技術の研究

本研究では、多人数が同時に裸眼で観察可能かつ、現実空間に3D映像を重畳表示可能なディスプレイを実現するため、光線の反射方向を能動的に走査するスクリーンと高速度プロジェクタを用いた投影式の表示技術の確立を目的とする。金属ワイヤーアレイからなるスクリーンによってを必要とする反射特性を実現し、これを機械的に走査することで目的の3D表示を実現した。拡張現実感/複合現実感(AR/MR)において、現実空間にCGやテキスト情報を重畳して表示することは最も重要な要素技術の一つと言える。AR/MRにおいては、単にCGを重畳して表示するだけでなく奥行きを正しく定位させることが重要であるため、3D表示は必須と考えられるが、現在利用可能な方法はシースルーHMDやスマートフォン等でカメラ画像とCGを重畳して表示する方法、もしくは2D画面をハーフミラーに映して重ねる方法などに限られており、大型の3D映像を現実空間に重畳表示し、それを多人数で見られる方式はほとんど存在しない。本研究ではこれを実現する新しい投影式3D表示技術を提案する。投影スクリーンとしてハーフミラーのように光線を一定割合で透過および反射する表面を考え、現実空間からの光を透過光、プロジェクタからの光を反射光として重畳表示を実現する。反射光の方向は入射方向と反射面の向きによって決まるため、面方向を周期的に変化させることで1台のプロジェクタからの反射光線を様々な方向に走査する。これに同期してプロジェクタの投影画像を高速で切り替えることにより、時分割で光線方向によって異なる色の光を射出し、3D表示を実現する。平成28年度は現実空間からの光の一部を透過しプロジェクタからの一部を反射させるスクリーンとして金属ワイヤのアレイによる構造を提案し、またこのスクリーンを垂直方向に長い帯状の複数領域に分割し、それぞれを面方向を振動させることで重畳表示可能な投影型3Dディスプレイを実現した。計画通り高速プロジェクタと能動走査スクリーンによる重畳型3Dディスプレイを試作し、実際に3D表示を実現して原理を実証したため。拡張現実感/複合現実感(AR/MR)において、現実空間にCGやテキスト情報を重畳して表示することは最も重要な要素技術の一つであると言える。AR/MRにおいては、単にCGを重畳して表示するだけでなく奥行きを正しく定位させることが重要であるため、3D表示は必須であると考えられるが、現在利用可能な方法はシースルーHMDやスマートフォン等でカメラ画像とCGを重畳して表示する方法、もしくは2D画面をハーフミラーに映して重ねる方法などに限られており、大型の3D映像を現実空間に重畳表示し、それを多人数で見られる方式はほとんど存在しない。投影スクリーンとしてハーフミラーのように光線を一定の割合で透過および反射する表面を考え、現実空間からの光を透過光、プロジェクタからの光を反射光として重畳表示を実現する。平成29年度は前年度に実現した機械的に運動するスクリーンの問題点の解消を目指し、スクリーンに薄膜を採用しこれに進行波を発生させることで周期的に反射方向を変化させる方式を提案し、計算機シミュレーションおよび実験を行ってその基本原理を確認した。振動や画質の改善に向けて、能動走査スクリーンの構造についての検討を行う。画像工学次年度に開発する予定の装置に多額の費用が見込まれるため、本年度は計算機シミュレーションを活用し実験の一部を代替することなどで、支出の抑制に努めたため。また必要な実験用機材等を既存の装置の活用と他経費で購入した装置を共用することでまかなうことが出来たため。能動走査スクリーンの構造を改善した新しいディスプレイ装置の開発費と、得られた成果を国際会議で発表する際の旅費に使用する予定である。
聴覚障害者福祉の向上を目指したDeep Learning手話認識システムの開発

○研究目的手話をコンピュータに画像認識させる研究が行われる中で課題とされている手の形状認識の難しさに対し、近年話題となっているDeep Learningを用いた画像認識の学習によるアプローチが有用ではないかという着想のもと、同手法による手の形状認識の有効性について検証を行った。○研究方法手の形状認識の能力を調べるため、手話で五十音を表現するために用いられる指文字の画像分類タスクを学習させた。ネットワークには、画像認識に広く用いられ、その有効性が示されているConvolutional Neural Networkを用いた。また、学習用のデータとして大量の写真が必要となるが、撮影により用意できる枚数には限りがあるため、公開されているデータセット画像とのクロマキー合成を行うなどの工夫により、一枚の指文字画像から複数のデータを作成することで、大量の学習用データを用意した。本研究では、「あ」「い」「う」「え」「お」の五つの指文字画像の分類を学習させた。学習結果については、テストデータの認識率を計測することで確認した。また、Webカメラで実際に撮影した映像でも認識が可能かどうか調査した。それらの結果をもとに、ネットワークの層数やカーネルサイズなどを調整し、認識精度を高められるようシステムの最適化を図った。○研究成果五種類の指文字画像分類の学習の結果、テストデータに対して96%ほどの認識精度を達成した。また、認識精度は下がるものの、Webカメラによりリアルタイムに撮影された映像からも指文字の認識が可能であることを確認した。手話の認識を行うためにまず重要となる手の形状の認識が、Deep Learningによる画像認識手法により可能であることを示すことができた。