hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プラズモン共鳴による発生した光誘起力の定量的測定法の開発

機械強度調整可能なポリマー基板上に金属ナノ粒子の単層および積層膜を作製して、原子間力顕微鏡を用いて、機械強度と層数の関連性を出してみた。その結果、基板の強度を最適化すれば、数ナノメートルの膜の硬さも測定できることを確認した。(3)金属ナノ粒子表面の有機分子を置換することで、粒子膜の機械強度を向上できた。金属ナノ粒子は有機溶媒に分散するため、表面に有機分子が被覆されている。その有機分子は粒子膜になった後にも置換できることが確認した。この手法を用いて、粒子膜の機械強度または強さを自由に調整することができた。(1)ナノ粒子の自立膜の作製方法できましたが、大面積に形成することはまた問題になっている。これから有機溶媒の調整などを詳しく調べ、大面積かつ均一な単層膜を作製するまで研究を行う。(2)ナノインデンテーション法による薄膜材料の硬さを調査するため、普段膜圧が押す距離より10倍以上が必要だが、本研究は押す距離が数百ナノメートルに対して、膜圧は数十ナノメートルだけだ。(3)ナノ粒子表面の有機分子置換を用いることで、粒子膜の機械特性制御ができたが、利用した分子は簡単な分子のみでしたが、これからより複雑な分子を利用することで、さらに面白い現象が見つけるだと思う。しかし、プラズモン共鳴誘起光導入システムが難しくて、装置メーカーにも何度相談して、設計の問題は2年目に解決できると思う。さらに、真空原子間力顕微鏡も利用できるよになって、空気中の水分などの影響を避けることもできるようになった。(1)有機分子間の相互作用によるナノ粒子膜弾性率への影響のメカニズムを明らかにする。(2)入射光の波長制御できるシステムを利用して、熱・光の影響を分けること。(3)ナノ薄膜の力学モデルを利用して、他の2次元材料の力学測定もチャレンジする。(1)プラズモン共鳴誘起力の理論の理解を深くする。理論から実験の方向性を調整する可能性もある。(2)プラズモン共鳴を励起するための反射ミラー道具の設計を急いで行う。こちらは、光学が詳しい専門家に相談して設計する。(3)原子間力顕微鏡を用いてフォース測定の結果の解析手法をさらに深く理解する必要がある。本研究の測定対象である力gが微弱のため、大面積で測定してから、細かく解析が必要である。分析機器利用料金の予定だった予算が利用していなかったため、次年度使用額が生じた。残額は、次年度分析機器利用料金として利用する予定がある。
アクアポリン-2水チャネルの制御機構の解明

アクアポリン-2(AQP-2)promoterを用いて浸透圧反応部位の存在を明らかにした。AQP-2の5'上流域(-10.5kbまで)の解析で,高浸透圧反応部位がtonicityresponseenhancer(TonE)(-570-560bp)とこれとは構造の異なる未知の部位(-6.1-4.3kb)にあることを示した。これらの浸透圧反応部位はアルギニンバソプレシン(AVP)と独立してAQP-2の転写調節に関与している。本年度の研究では,低浸透圧培地がAQP-2promoter活性に直接影響するかを検討した。マウスAQP-2遺伝子5,上流-1.1kb遺伝子(-1.1AQP2),-6.1kb遺伝子(-6.1AQP2)および-0.36kb遺伝子(-0.36AQP2)をPGL3 basic vectorのルシフェラーゼ(LUC)遺伝子上流に組み込み,AQP-2遺伝子とともにmIMCD_3細胞に共発現した。低浸透圧培地(225mmol/kg)に細胞を孵置して,LUC活性を測定した。-1.1AQP2とAQP-2遺伝子を共発現したmIMCD_3細胞では,低浸透圧培地に孵置してもLUC活性は対照浸透圧培地(300mmol/kg)と差違が認められなかった。5μMdibutyryl cAMP(DBcAMP)で24時間処置すると,LUC活性は対照培地では225.4±16.5%増加したが,低浸透圧培地では127.4±7.5%にとどまり有意に減弱した。また低浸透圧培地(225mmol/kg)に過剰の尿素を加えて等張とした培地でも5μMDBCAMPによるLUC活性の増加はみられなかった。同様の成績は,-6.1AQP2とAQP-2の共発現した細胞でも認められた。一方,TonEを含まない-0.36AQP2では,5μMDBcAMPによるLUC活性の増加は低浸透圧培地下でも抑えられなかった。これらの成績から,AQP-2遺伝子5'上流に存在するTonEは浸透圧反応部位として,高・低浸透圧を感受してAQP-2発現に関わることが示唆された。低浸透圧下でみられるcAMPに対するAQP-2promoter活性の減弱は、invivoで示唆されたAVP過剰状態でのAVPescape現象の発現に関係することが想定される。<背景>アクアポリン-2 (AQP-2)は腎集合尿細管細胞におけるAVP依存性の水チャネルである。以前、in vivo SIADHモデル動物実験において、低浸透圧もしくは体液量過剰により、AVP高値状態下であってもAQP-2mRNA発現が減弱されることを明らかにした(T.Saito, et al. Kidney Int 60:1266-1276,2001)。このことからAQP-2転写調節にはAVP非依存性因子が存在する可能性、特に浸透圧による調節機構が存在する可能性が示唆された。本研究は浸透圧がAQP-2転写活性を直接に調節しているかどうかを検討した。<結果>-6.1kbより長いAQP-2 promoterを組み込んだPlasmidでは高浸透圧刺激によりLuciferase活性が上昇した。AQP-2 promoter領域-570から-560にはこれまで浸透圧に反応する部位として知られているTon E (tonicity-responsive enhancer)が存在するが、この領域を含む-4.3kbより短いpromoterを組み込んだplasmidでは高浸透圧刺激には反応しなかった。<結論>高浸透圧はAVP非依存性にAQP-2 promoter活性を刺激しており、その反応部位はAQP-2上流-6.1-4.3kbに存在することが示唆された。今後は低浸透圧刺激に反応する部位がないか、更なる検討を進める予定である。

5μMdibutyryl cAMP(DBcAMP)で24時間処置すると,LUC活性は対照培地では225.4±16.5%増加したが,低浸透圧培地では127.4±7.5%にとどまり有意に減弱した。また低浸透圧培地(225mmol/kg)に過剰の尿素を加えて等張とした培地でも5μMDBCAMPによるLUC活性の増加はみられなかった。同様の成績は,-6.1AQP2とAQP-2の共発現した細胞でも認められた。一方,TonEを含まない-0.36AQP2では,5μMDBcAMPによるLUC活性の増加は低浸透圧培地下でも抑えられなかった。これらの成績から,AQP-2遺伝子5'上流に存在するTonEは浸透圧反応部位として,高・低浸透圧を感受してAQP-2発現に関わることが示唆された。低浸透圧下でみられるcAMPに対するAQP-2promoter活性の減弱は、invivoで示唆されたAVP過剰状態でのAVPescape現象の発現に関係することが想定される。
記憶をつくるシナプス・細胞集団の光技術による可視化と動態解析

動物の記憶・学習を実現する神経回路の機能変化の実体は、未だに良く分かっていない。本研究では、動物の運動制御を担う小脳に焦点をあて、申請者が独自開発を続けている学習の細胞基盤であるシナプス可塑性を検出する蛍光プローブと細胞膜電位の蛍光イメージングを組み合わせる。そして、シナプス可塑性がいかに個々の神経細胞の情報処理を変化させ、それが神経回路レベルでどのような演算変化を生み出すかを明らかにすることを目指す。最終的に、記憶のメカニズムを分子・細胞レベルから神経回路レベルまで階層縦断的に理解することが本研究の目的である。本年度は、神経細胞活動の時空間動態をこれまでにない高精細な解像度で捉える画期的な技術として、細胞膜電位感受性の蛍光タンパク質の改良に取り組み、膜電位変化の時間追従性を飛躍的に向上させ、また、蛍光強度変化をより高感度にする遺伝子改変に成功した。そして、それを小脳プルキンエ細胞に発現させ、樹状突起でのシナプス可塑性発現に伴いダイナミックに変化する細胞の電気活動について時空間動態を解析した。その結果、これまで想定されていなかった長期持続する軸索終末部でのユニークな機能変化を見出すことに成功した。これは、小脳神経回路が運動学習を実現する際に、そこでの情報処理を大規模に変化させ得る新しいメカニズムとなる可能性があり、現在もその分子メカニズムおよび機能的意義について精力的に解析を進めている。一方、培養皿上の神経細胞群の可塑的性質に関して、樹状突起や軸索での局所的な遺伝子発現制御を担うmRNAのメチル化制御の重要性を電気生理学記録を駆使して明らかにし、論文に公刊した(Merkurjev et al., 2018)。こうした知見は、培養神経回路が学習能を発揮する基礎メカニズムの理解を深めるものである。本年度見出した、プルキンエ細胞での可塑性誘導に伴って軸索終末部でおこる長期機能変化は、これまで知られていない新しいタイプの神経細胞の可塑性であり、それは神経回路での情報処理の柔軟性を理解する上で有用な知見である。また、それを可能にした細胞膜電位変化を検出する蛍光プローブタンパク質の改良は、神経細胞・回路の機能に関して時空間動態を簡便に捕捉することを可能にする画期的なものである。したがって、研究計画はおおむね順調に進展していると考えられる。本年度に新たに見出した軸索終末での長期可塑性について、その発現の基盤となる分子メカニズムおよび機能的な役割を、膜電位イメージング及び直接パッチクランプ記録などを駆使して明らかにすることを計画している。また、分散培養だけでなく、スライス培養においても同様の長期可塑性が起こるか否かを検討したいと考えている。並行して、膜電位イメージングを駆使して、プルキンエ細胞の樹状突起でのシナプス可塑性について、その発現の空間的パターンを精密に調べ、長期抑圧を検出する別の蛍光イメージングプローブとの整合性を検討することで、運動学習の基礎となる神経細胞の様々な可塑性の時空間動態の理解を深化させたいと考えている。

また、分散培養だけでなく、スライス培養においても同様の長期可塑性が起こるか否かを検討したいと考えている。並行して、膜電位イメージングを駆使して、プルキンエ細胞の樹状突起でのシナプス可塑性について、その発現の空間的パターンを精密に調べ、長期抑圧を検出する別の蛍光イメージングプローブとの整合性を検討することで、運動学習の基礎となる神経細胞の様々な可塑性の時空間動態の理解を深化させたいと考えている。
蛋白質表面に分布する水和水クラスターのダイナミクス

近年、低温X線結晶構造解析等の結果から、蛋白質表面は数枚の水和水クラスターによって覆われていることが明らかとなり、それらの水和水クラスターの蛋白質機能に対する役割が注目されている。本申請研究では、この水和水クラスターに注目し、非干渉性中性子散乱測定法を用いて"水和水クラスターの動力学的性質"、さらには、"水和水クラスターの動力学的性質と蛋白質機能との関係"を明らかにすることを目的としている。蛋白質分子は200K付近でガラス転移に類似した動力学的転移が観測される。転移後の蛋白質分子はエネルギーランドスケープ内のLocal minimum間で非調和的な転移が起きていると考えられており、この転移が機能と密接に関係していることが示唆されている。昨年度は、野生型Staphylococcal nucleaseを試料として、重水水和試料と軽水水和試料の比較から水和水由来の動力学転移の観測を試みた。水由来の中性子散乱の寄与は全体の20%程度を占めており、十分観測可能であることが明らかになった。本年度は、規則構造を持つ蛋白質の表面に存在する水和水と構造が壊れた状態にある蛋白質の表面にある水和水の動力学的な性質の違いを明らかにすることを目的として、変異体Staphylococcal nucleaseに対して実験を行った。用いた変異体は、野生型Staphylococcal nucleaseからC末端領域を一部欠損したものを用いた。これまでの研究から、この変異体では生理条件下で非天然構造をとっていることがわかっている。中性子散乱実験は野生型の際と同様の条件で行い、水和水由来の非干渉性中性子弾性散乱の温度依存性を観測した。昨年度測定した野生型の結果と比較すると、全体の傾向は類似しているものの160K前後で見られる転移にわずかながら違いが見られ、蛋白質の規則構造が水和水の動力学に対し何らかの影響を与えていることが示唆された。引き続き、この違いがいかなる性質を反映しているのか明らかにすべく、中性子準弾性散乱の測定を行う準備を進めている。本年度は、水和水クラスターの動力学的転移と蛋白質の動力学的転移の相関関係を明らかにするために、軽水と重水の中性子非干渉性散乱断面積の違い(H>>D)を利用し、"軽水で水和した蛋白質"と"重水で水和した蛋白質"の非干渉性弾性散乱強度の差分から、水和水クラスターの動力学的転移を観測した。当初計画では水溶性光受容蛋白質(Photoactive yellow protein)をモデル蛋白質として使用する予定であったが、これまでのデータの蓄積が豊富であるStaphylococcal nucleaseをモデル蛋白質として採用することにした。水和水クラスターに相当する散乱強度は蛋白質部分に対して有意な差(約20%)として抽出することができた。抽出した散乱強度の温度依存的な変化調べたところ、>200Kで動力学的転移が観測された。この転移温度はバルクの水のガラス転移温度に比べ大きく、蛋白質に束縛された水分子が観測されていると考えられる。また、水和蛋白質の蛋白質部分の転移温度と比較した結果、両者はほぼ一致しており水和水クラスターと蛋白質の動力学には密接な関係が存在することが示唆された。脱水和蛋白質では、この動力学転移が観測されないことから、水の転移によって蛋白質部分の揺らぎが誘導されていることが示唆された。

用いた変異体は、野生型Staphylococcal nucleaseからC末端領域を一部欠損したものを用いた。これまでの研究から、この変異体では生理条件下で非天然構造をとっていることがわかっている。中性子散乱実験は野生型の際と同様の条件で行い、水和水由来の非干渉性中性子弾性散乱の温度依存性を観測した。昨年度測定した野生型の結果と比較すると、全体の傾向は類似しているものの160K前後で見られる転移にわずかながら違いが見られ、蛋白質の規則構造が水和水の動力学に対し何らかの影響を与えていることが示唆された。引き続き、この違いがいかなる性質を反映しているのか明らかにすべく、中性子準弾性散乱の測定を行う準備を進めている。
ヒトの二足直立・歩行機構の解明

【目的】ヒトの二足直立・歩行に関する研究の現状では,ヒトの乳児を対象とした運動力学的研究の研究はない.これが解明されれば,臨床医学的には,立ち上がることが困難な障害を抱える患者に有益なリハビリテーションを開発でき,また脳科学や進化学的には,二足直立の重力適応性などが明らかになる.【対象】正常小児(新生児6歳まで)を計測した.正常人は被験者募集に関するパンフレットを近隣に配布し,公募した.【計測方法】発達歴,既往歴の調査のため,簡単なアンケート調査を行った.運動力学的動作分析には三次元動作分析装置(Vicon MX+,VICON社),床反力計(AMTI社),床圧分布計(GaitScan,bigmat,ニッタ株式会社),ビデオカメラを用い計測した.被験者は赤外線反射マーカーをつけ,計測開始肢位として臥位とし,玩具の提示や母親から呼びかけてもらい,その時々の最大運動レベルを引き出し,玩具に向かう乳児の姿勢変換・移動動作を運動力学的に計測した.例えば,8ヶ月児なら臥位からハイハイして玩具に到達するまでを,10ヶ月児なら臥位からつかまり立ちして玩具に到達するまでを計測した.【データ解析】今年度は,圧分布計について解析を行い,四つ這いの接地力の強さを解析した.前後肢のピークや力積の大小を比較した.また,足の運び順も計測した.【考察】四つ這いの接地力のデータは,我々の研究が世界初である.足の運び順については,既存のビデオによる解析よりも,我々の圧分布計による解析の方が精度高く計測できた.進化発達論的考察を行った.被験者がなかなか集まらないの.赤ちゃんは指示に従ってくれるわけではないので,計測が難しい.23年度が科学研究費事業の最終年度であった.今後も,同様の研究を継続し,論文作成を完遂する.【目的】ヒトの二足直立・歩行に関する研究の現状では,ヒトの乳児を対象とした運動力学的研究の研究はない.これが解明されれば,臨床医学的には,立ち上がることが困難な障害を抱える患者に有益なリハビリテーションを開発でき,また脳科学や進化学的には,二足直立の重力適応性などが明らかになる.【対象】正常小児(新生児6歳まで)を計測した。正常人は被験者募集に関するパンフレットを近隣に配布し,公募した.また先天奇形,脳性麻痺,二分脊椎児も計測した.患児は研究者の日常の外来診療の中で協力を募った.【計測方法】発達歴,既往歴の調査のため,簡単なアンケート調査を行った.運動力学的動作分析には三次元動作分析装置(Vicon MX+, VICON社),床反力計(AMTI社),床圧分布計(GaitScan, bigmat,ニッタ株式会社),ビデオカメラを用い計測した.被験者は赤外線反射マーカーをつけ,計測開始肢位として臥位とし,玩具の提示や母親から呼びかけてもらい,その時々の最大運動レベルを引き出し,玩具に向かう乳児の姿勢変換・移動動作を運動力学的に計測した.例えば,8ヶ月児なら臥位からハイハイして玩具に到達するまでを,10ヶ月児なら臥位からつかまり立ちして玩具に到達するまでを計測した.【解析結果】病児については,歩行解析を行いない,関節角度や荷重面積などを解析した。ボツリヌス毒素により歩容が改善した.さらに電気刺激を拮抗筋に行うことで,より歩容が改善した.正常児の解析は次年度以降に行う予定である.【発表】解析した結果を日本小児神経学会や日本脳性麻痺ボツリヌス療法研究会などで発表した.【目的】ヒトの二足直立・歩行に関する研究の現状では,ヒトの乳児を対象とした運動力学的研究の研究はない.これが解明されれば,臨床医学的には,立ち上がることが困難な障害を抱える患者に有益なリハビリテーションを開発でき,また脳科学や進化学的には,二足直立の重力適応性などが明らかになる.【対象】正常小児(新生児6歳まで)を計測した.正常人は被験者募集に関するパンフレットを近隣に配布し,公募した.また先天奇形,脳性麻痺,二分脊椎児も計測した.患児は研究者の日常の外来診療の中で協力を募った.【計測方法】発達歴,既往歴の調査のため,簡単なアンケート詞査を行った.運動力学的動作分析には三次元動作分析装置(Vicon MX+,VICON社),床反力計(AMTI社),床圧分布計(GaitScan,bigmat,ニッタ株式会社),ビデオカメラを用い計測した,被験者は赤外線反射マーカーをつけ,計測開始肢位として臥位とし,玩具の提示や母親から呼びかけてもらい,その時々の最大運動レベルを引き出し,玩具に向かう乳児の姿勢変換・移動動作を運動力学的に計測した.例えば,8ヶ月児なら臥位からハイハイして玩具に到達するまでを,10ヶ月児なら臥位からつかまり立ちして玩具に到達するまでを計測した.【データ解析】今年度は,圧分布計について解析を行い,四つ這いの接地圧の強さを解析した.前後肢のピークや力積の大小を比較した.また,足の運び順も計測した.【考察】進化発達論的考察を行った.【目的】ヒトの二足直立・歩行に関する研究の現状では,ヒトの乳児を対象とした運動力学的研究の研究はない.これが解明されれば,臨床医学的には,立ち上がることが困難な障害を抱える患者に有益なリハビリテーションを開発でき,また脳科学や進化学的には,二足直立の重力適応性などが明らかになる.【対象】正常小児(新生児6歳まで)を計測した.正常人は被験者募集に関するパンフレットを近隣に配布し,公募した.

【計測方法】発達歴,既往歴の調査のため,簡単なアンケート調査を行った.運動力学的動作分析には三次元動作分析装置(Vicon MX+,VICON社),床反力計(AMTI社),床圧分布計(GaitScan,bigmat,ニッタ株式会社),ビデオカメラを用い計測した.被験者は赤外線反射マーカーをつけ,計測開始肢位として臥位とし,玩具の提示や母親から呼びかけてもらい,その時々の最大運動レベルを引き出し,玩具に向かう乳児の姿勢変換・移動動作を運動力学的に計測した.例えば,8ヶ月児なら臥位からハイハイして玩具に到達するまでを,10ヶ月児なら臥位からつかまり立ちして玩具に到達するまでを計測した.【データ解析】今年度は,圧分布計について解析を行い,四つ這いの接地力の強さを解析した.前後肢のピークや力積の大小を比較した.また,足の運び順も計測した.【考察】四つ這いの接地力のデータは,我々の研究が世界初である.足の運び順については,既存のビデオによる解析よりも,我々の圧分布計による解析の方が精度高く計測できた.進化発達論的考察を行った.被験者がなかなか集まらないの.赤ちゃんは指示に従ってくれるわけではないので,計測が難しい.23年度が科学研究費事業の最終年度であった.今後も,同様の研究を継続し,論文作成を完遂する.
ペルー、ワヌコ市の遺跡発掘：神殿の起源を巡る編年研究と、その成果への現代的関心

アンデス文明の神殿では一般的に、儀礼的な建築の更新が反復されていた。それが経済・技術・儀礼など社会の諸側面を発展させたと考えられるため、神殿の起源の解明は文明史研究の重要課題である。1960年代に日本の調査団はペルー北部山地のワヌコ市にてコトシュ遺跡を発掘し、神殿の登場が先土器段階に遡ることを証明した。近年では海岸部で先土器段階の神殿が多く発見され、文明の形成過程を具体的に解明すべく山地との比較が試みられているが、山地の神殿の年代と生業基盤の解明が遅れている点が問題となっている。本研究の第1の目的はコトシュ遺跡を再調査し、今日の水準で年代測定と有機遺物分析を実施することにある。また現代においてコトシュはワヌコ市を象徴する遺跡であり、50年ぶりの研究成果発信に際して、市民がいかなる関心を持って今後それを資源化していくのか、聞き取り調査により展望することが第2の目的である。平成28年は、前年度に実施した測量と、遺構の表面観察の結果をふまえ、発掘調査を実施した。1960年代に出土した先土器期の神殿建築群の床下を発掘し、さらに下層に建築群が埋まっていることを確認した。またマウンド頂上部を初めて発掘し、先土器期の神殿建築がきわめて高い地点まで積層していたこと、それが土器導入後の建造物を建てる際に壊されたことを示した。すなわち先土器期の神殿建築について、従来より古い時点の事例、土器導入直前の最終段階の事例、両方を確認することができた。それぞれの建築に伴う炭化物を採取し、東京大学総合研究博物館放射性炭素年代測定室にて年代測定を実施した。また有機遺物に関しては土壌水洗によって微細な動植物資源まで採取した。50年間の経緯と新たな調査成果に関して、コトシュ遺跡博物館にパネル展示を設置し、講演や現地説明会を行い、マスコミを通じて情報発信しつつ、双方向的に市民の関心について聞き取り調査を実施した。28年度が最終年度であるため、記入しない。またコトシュはワヌコ市を象徴する遺跡であり、50年ぶりの研究成果発信に際して、市民がいかなる関心を持って今後それを資源化していくのか、聞き取り調査により展望することが第2の目的である。発掘調査を平成28年度に実施することとし、平成27年には主としてその準備を進めた。7月上旬に国内の連携研究者・研究協力者と課題・情報を共有すべく、東京大学にて会合を持った。ペルー人研究協力者とともに、ペルー文化省に対してコトシュ遺跡の測量調査を申請し、許可を受けて7月下旬に現地でトータルステーション測量を行った。通常、遺跡内は観光コース以外には立ち入れないが、政府の許可のもとマウンド上の遺構をすべて精査し、観光開発と経年による50年前との保存状況の違いを把握するとともに、新たな考古学的知見も得られた。これにより今後発掘すべき地点が選定できた。また現地の政治状況の把握、発掘において協力を仰ぐ必要のある修復保存専門家との意見交換など、調査の下準備を進めた。1月に現地研究協力者が写真測量によって遺構のデータを補完し、発掘調査の具体的な計画が決まった。これをふまえて申請書を作成し、年度明けにペルー文化省に提出するに至った。平成28年度の発掘調査の準備としては、現地調査、国内での活動ともに、おおむね問題なく進展した。また50年ぶりの日本人による調査は現地紙で報道されるなど、市民がコトシュ遺跡に関心を寄せていることが確認され、文化財の資源化についての研究についても展望がひらけた。

1960年代に出土した先土器期の神殿建築群の床下を発掘し、さらに下層に建築群が埋まっていることを確認した。またマウンド頂上部を初めて発掘し、先土器期の神殿建築がきわめて高い地点まで積層していたこと、それが土器導入後の建造物を建てる際に壊されたことを示した。すなわち先土器期の神殿建築について、従来より古い時点の事例、土器導入直前の最終段階の事例、両方を確認することができた。それぞれの建築に伴う炭化物を採取し、東京大学総合研究博物館放射性炭素年代測定室にて年代測定を実施した。また有機遺物に関しては土壌水洗によって微細な動植物資源まで採取した。50年間の経緯と新たな調査成果に関して、コトシュ遺跡博物館にパネル展示を設置し、講演や現地説明会を行い、マスコミを通じて情報発信しつつ、双方向的に市民の関心について聞き取り調査を実施した。本研究は、第1・第2の目的に即して、主として平成28年度に調査を推進する計画である。平成27年度の準備により、発掘調査の区画や方針を定めることができた。まず、1960年代には技術的な制約により正確な放射性炭素年代測定ができなかったため、タンデム加速器を用いた最新の技法で再度実施すべく、当時発掘した神殿群から再び炭化物を抽出する。また神殿群の床を部分的に掘り抜き、かつて到達しなかった深度まで発掘を進め、さらに下層に神殿が埋もれているかどうかを検討する。さらに、これまで発掘されていないマウンド東半分において、先土器段階に対応しうる遺構が確認されたため、それらを発掘区に含める。また随時、土壌から微細な有機遺物を採取する。発掘調査の期間は8月中旬から9月下旬を予定し、日本およびペルーの研究協力者と合流して発掘調査にあたり、平行して市民への聞き取り調査、現地での成果発表を実施する。また採取した炭化物サンプルを日本に送付し、東京大学総合研究博物館年代測定室にて連携研究者らが年代測定を実施する。またペルー国立トルヒーヨ大学考古生物学研究室の協力によって、微細な有機遺物の分析を行う。平成28年4月現在、すでに発掘申請書を提出し、現在ペルー政府の審査を受けているところである。通常の発掘調査よりも早めに手続きを開始したのは、コトシュはペルーにおいて著名な遺跡であるため、遺跡の現状維持のために調査内容が制限される、といった万が一の事態にそなえ、ペルー政府と十分に意見交換する時間を見込んだためである。平成27年度の測量に関する成果発表を準備中であるが、発掘調査のあとさらに包括的な成果発表を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
表皮におけるＡｈＲの新規標的遺伝子の探索および皮膚病態との関連性の解明

本研究では,ダイオキシン類の受容体として知られているAhRの新規標的遺伝子の探索を行った.ヒト表皮細胞株であるHaCaT細胞を用いて検討した結果,CCL5がAhRの活性化に伴い有意に減少することが明らかになった.このCCL5の減少はmRNAおよびタンパク質レベルで認められており,AhRリガンドの濃度依存的な減少を示した.また,この効果がAhR依存的に認められることも確認した.さらに,Th1由来サイトカイン誘導性のCCL5も,AhRリガンドにより有意に減少することが明らかになった.以上より,本研究ではAhRリガンドがCCL5を抑制することにより,抗炎症効果を有する可能性が示された.本年度は,Aryl hydrocarbon Receptor (AhR)のリガンドである6-formylindolo[3,2-b]carbazole (FICZ)およびBenzo[a]pyrene (BaP)がCCL5/RANTESを減少させた結果,生体にどのような影響を与えるか検討した.まず,ヒト表皮細胞株であるHaCaT細胞を用いて,Th1由来の炎症性サイトカイン(TNF-alpha, IFN-gamma)の刺激により増加するCCL5を抑制できるか検討した.その結果,FICZおよびBaPは濃度依存的にTh1由来サイトカイン誘導性のCCL5を減少させることが明らかになった.したがって,これらAhRリガンドは抗炎症効果を有する可能性が示された.そこで,接触性皮膚炎モデルマウスを作製し,AhRリガンドが実際に炎症軽減作用を有するのか検討した.2,4-Dinitrofluorobenzene (DNFB)を用いて感作を行い,5日後に惹起させた.惹起と同時にFICZを皮下投与し,接触性皮膚炎が軽減されるか検討した結果,対照群との差は認められなかった.また,表皮,真皮,リンパ節に遊走している細胞群をFACSを用いて評価したが,対照群との違いは認められなかった.現在,これらのマウスを用いてマイクロアレイによる網羅的解析を行い,詳細な解析を進めている.以上より,本研究では表皮細胞において,AhRリガンドがCCL5を抑制することにより,炎症軽減作用を有する可能性が示された.本研究では,ダイオキシン類の受容体として知られているAhRの新規標的遺伝子の探索を行った.ヒト表皮細胞株であるHaCaT細胞を用いて検討した結果,CCL5がAhRの活性化に伴い有意に減少することが明らかになった.このCCL5の減少はmRNAおよびタンパク質レベルで認められており,AhRリガンドの濃度依存的な減少を示した.また,この効果がAhR依存的に認められることも確認した.さらに,Th1由来サイトカイン誘導性のCCL5も,AhRリガンドにより有意に減少することが明らかになった.以上より,本研究ではAhRリガンドがCCL5を抑制することにより,抗炎症効果を有する可能性が示された.本年度は,油症患者血清において有意に変動しているケモカインのうち,ダイオキシン受容体であるAryl hydrocarbon Receptor (AhR)の活性化により直接的に変動するものがあるか検討することを目的とした.はじめに,各AhRリガンドで実際に発現変動するケモカインおよびサイトカインの探索を行った.AhRリガンドとして,6-formylindolo[3,2-b]carbazole (FICZ) (内因性のリガンド)およびbenzo[a]pyrene (BaP) (外因性のリガンド)を用いた.ヒト表皮細胞株であるHaCaT細胞を用いて検討した結果,CCL5/RNATESというケモカインが,AhRの活性化に伴い有意に減少することが明らかになった.CCL5は炎症部位にT細胞や好酸球などを遊走させる役割を担っている.このCCL5の減少はmRNAおよびタンパク質レベルで認められた.さらに,正常ヒト表皮角化細胞およびマウス皮膚初代培養細胞においても,AhRリガンドにより有意なCCL5の減少が見られた.そこで,このCCL5の減少がAhR依存的か明らかにするために,AhR siRNAを用いた検討を行った.その結果,AhRリガンドによるCCL5の減少が,AhR siRNAによって消失することが示された.したがって,CCL5の減少はAhR依存的に認められていることが示唆された.以上の結果より,本年度は表皮細胞において,CCL5がAhRの活性化に伴い発現減少することを明らかにした.本研究の目的は,ダイオキシン受容体であるAhRを介した標的遺伝子の発現変動を理解し,その遺伝子の変動がどのような病態と関連するのか明らかにすることである.以前に我々は,ダイオキシン類による慢性毒性の可能性が示唆されているアレルギー疾患に着目し,油症患者の血清中サイトカインおよびケモカイン濃度を測定した.その結果,アトピー性皮膚炎患者や接触性皮膚炎患者で高値を示すことが知られているケモカインの一部が,油症患者において有意に減少していることを明らかにした.そこで,これらのケモカインのうち,実際にAhRを介して変動するものを探索した結果,内因性リガンドおよび外因性リガンドの両方で,CCL5を有意に減少させることが明らかになった.したがって,本研究の目的であるAhRの新規標的遺伝子の同定に至ったことは大きい.今後は,CCL5の減少がどのような生物学的意義を持つのか,明らかにしていきたい.

今後は,CCL5の減少がどのような生物学的意義を持つのか,明らかにすることを目的とした.以前の報告において,Th1由来の炎症性サイトカイン(TNF-alpha, IFN-gamma)の刺激により,表皮細胞からCCL5の発現が誘導されることが示されている.そこで,これらの炎症性サイトカインによって誘導されたCCL5を,AhRリガンドが減少させることができるか検討する予定である.さらに,in vivoの検討により,AhRリガンドが皮膚を始め,生体にどのような影響を与えるのか検討する.はじめに,皮下にAhRリガンドを注入し,そこに遊走される免疫細胞を同定する予定である.具体的にはFACSを用いて,表皮,真皮,リンパ節にそれぞれ遊走された細胞群を明らかにする.最終的に,CCL5の減少が生体にどのような影響をもたらすのか示したい.研究費の使用は,主に消耗品費が大半を占めると予想される.核酸およびタンパク質の評価に関連する試薬に経費が必要となり,ELISAやFACS関連抗体,細胞培養関連試薬などに使用する予定である.
数学教育学における目標・評価論に関する基礎的研究

本研究の第一の目的である数学教育学における子どもの自己評価能力の実証的研究は、筆者が1998年に提出した自己評価活動を構成する枠組みに関して、自己目標、自己活動、自己評価、及び自己強化の定義の中で、特に自己活動について、教育学研究の自己活動の概念との混同を懸念し、自己学習活動と改めたこと。また、教育評価の議論をもとに展開した学習評価について、本研究の評価を授業評価と改め進めることに至った点が指摘できる。特に、授業評価と呼ぶことに関しては、第一に授業を通して学習者に形成できた学力(授業の成果;Products)のみでなく、それを形成していく授業の過程;processをも分析の対象とすること。第二に、授業評価は授業の設計や実施の段階へのフィードバック機能に加え、次の新しい授業のあり方へのフィードフォワードの機能をもつこと。本研究の第二の目的である数学教育学の目標一評価論の構築を目指す基礎研究は、数学教育学の枠で考える一方、他方で教科教育学を対象に考える必要がある。そこで、教科教育学のカリキュラムの構成原理を「人間の形成」と「陶冶」に求め、学習者の自己学習能力(self-learning ability)を、学習の課題や目標を自主的かつ自発的に選択あるいは設定し、適切な学習方法を選択し、その課題や目標の達成を追求し、その成果と過程を自ら評価して、自己成長あるいは自己向上を図っていく態度、能力、及び習慣の総体としてとらえること。また、自己学習能力がもついくつかの特性を、内発性、自律性、達成志向性、及び価値志向性として、さらに自己学習能力の内容を、情意的側面、認知的側面、及び技能的・習慣的側面の3側面からの検討が必要であることを指摘するものである。本年度の研究成果としては、第一に目標論の枠組みを「内容次元の目標」と「行動次元の目標」の2つに大きく分類した。つまり、行動次元の目標は目標を行動に移す指針を意味し、内容次元の目標はその行動の対象を意味するものであること。また、特に、行動次元の目標に関しては4つの分類項目を導き出したものである。第二に学習評価・授業評価が持つ具体的な意味については、以下の4点を指摘したものである。その第1の点は、評価の目的は測定行為にみられる自己目的化を意味するのではなく、それは学習者にとってよりよい学びに向けての具体的な示唆を得る学びの改善であり、他方、教師にとってはよりよい指導に向けての反省の契機であり指導の改善を意味するものであること。その第2の点は、学びの改善、及び、指導の改善のために行われる評価の過程においては、値踏みあるいは価値付け(価値判断)は、学習者の学びの可能性及び指導の可能性を前提とするものであり、その後の学習、あるいは指導に機能するものであること。その第3の点は、評価の視点は学習の目標に対応するものであり、その対象は具体的な学習者の活動の様相、及びそれに対応した指導の様相であること。その第4の点は、評価の基準と尺度は進行している学習の状況・状態において、価値を見い出すように設定し、また、評価の尺度は学習者の学びの可能性、及び教師の指導の可能性に応じてその都度定められるものであること。本年度の研究成果としては、第一に学習評価の具体的な意味に関して、具体的な事例を通して、1)授業構成の視点の設定に関する機能、2)教材開発に基づく問題の構成に関する機能、3)教師の支援と算数的活動に関する機能、4)振り返り活動に関する機能、について実証的考察を行ったものである。第二に目標論の検討に関しては、算数・数学学習の特性として、1)特殊の背後にある一般を志向すること、2)一般の中にある特殊を志向すること、の2点を指摘し、その過程で学習者にもたらされる「正確なる事実理解」と「自己理解」に着目した考察を、いくつかの事例を取り上げて行ったものである。

また、算数・数学の学習を通してどのような学習者を育て得るか。算数・数学教育学の人間形成に果たす役割と機能に関して、数学の4つの側面(Learning Mathematics for a New Century ; the four faces of mathematics)や学習の4本柱(the four pillers of education)から検討を行い、算数・数学学習の過程で展開される思考の様式(mode of thought)として、以下の4つの視点を指摘したものである。この視点に関しては、特に帰納的推論、蓋然的推論の過程にみられる思考の方法である。本年度は、第一に数学教育学における子どもの自己評価能力の形成に関して、自己評価活動を構成する枠組みについて再考し、「自己活動」を「自己学習活動」と改めるための理論的検討を行った。第二に、目標論と表裏の関係にある評価論に関して、特に授業評価の概念としてフィード・フォアードの考え方を導入し、目標達成に向けた目標論及び評価論の基礎的な考察を試みたものである。従来の評価は、例えば授業分析として教授-学習行動についての詳細の記述や、教授と学習行動の相互作用を分類するなど、授業の展開と学習者個々人の学習の変容過程を検討し、考察するものが多く試みられてきた。しかし、これらの評価はどちらかというと他者評価を中心とするものであり、授業の過程とその成果とを関連させ統一的に評価する発想は乏しかったと言える。本研究では、評価の主体者を主体者自身に置く自己評価を展開したものである。授業評価の機能と役割を考えるとき、評価の主体者は授業を構想する教師自身と授業を作り上げる学習者自身に着目することが考えられる。そして、前者の自己評価は教師の指導の改善を目的とし、後者の自己評価は学習者の学びの改善を目的とするものである。また、従来の自己評価としてのフィード・バック機能は、特に学習活動を展開する中で行う活動の省察(ここでは、reflection on actionとreflection after action)に加えて、次時の学習を構成するためのフィード・フォアード機能に着目したものである。ここに、本年度の研究におけるオリジナリティを提案する。
局在表面プラズモンを介した光周波数信号伝達デバイスの作製

本研究の目的となる表面プラズモンを扱う光電子集積回路の開発に向け、以下の要素技術の確立を行った。1.表面プラズモン導波路解析手法の習得前年度まで、導波路の設計には、解析領域の全域をセル化し、各セルごとの電磁界を計算する有限差分時間領域法(以下、FDTD法)を用いていた。しかし、微細構造や、表面プラズモン励起部、検出部を含む大領域の解析が進むにつれ、その依存性の取得が困難となる。そこで、導波路の特性方程式を展開する転移行列法による解法を設計に応用した。結果、表面プラズモン導波路を代表する薄膜導波路、金属-誘電体-金属(MIM)導波路、IMI導波路といった様々な構造で、FDTD法と同様の伝搬特性(実効屈折率、伝搬損失)を短時間で導出できることが確認された。本成果は、後述する誘電体表面プラズモン導波路への設計にも用いられ結果を出しており、全般的な表面プラズモン導波路の解析を容易にした。2.誘電体表面プラズモン導波路の電気バイアス・光信号同時伝達可能性の提示金属上に誘電体を付与する事で作製される誘電体表面プラズモン導波路(以下、DLSP導波路)を、既存の電子集積回路の作製プロセスであるCMOS互換プロセスを用いて作製した。DLSP導波路は、前年度まで研究を進めていた薄膜導波路では困難であった任意の導波路パターニングを可能とする。また、作製した導波路に表面プラズモンを伝搬させると同時に、金属部へ電気バイアスを印可し、表面プラズモンがレーザ光の特性(コヒーレント性)を持ちつつ伝搬可能であるか検証した。結果、DLSP導波路が、表面プラズモンの伝搬と電気バイアスの印可を可能とすることが実証された。光信号(表面プラズモン)と電気バイアスの同時伝送線路は、伝搬光を伝える誘電体導波路では実現が困難と考えられるため、本成果は表面プラズモンの特性を活かした新規伝送線路への展開が期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究目的である, CMOS回路及びプラズモン要素素子を集積化した表面プラズモンデバイス基盤技術の確立に向け,以下の要素技術の研究を行った.1.表面プラズモン要素素子(導波路・検出器)組み合わせ構造の作製及び評価シリコンプロセスで作製したデバイスを用い,金属表面(空気/金界面)を伝搬する表面プラズモン(以下, SPP)を,回折格子を介し,金属裏面(金/シリコン界面)へ結合させ,光電流として検出する構造を実現した.有限差分時間領域法を用いた電磁界解析より,金属表面を伝搬するSPPは,金属裏面への結合構造である回折格子のスリットピッチに依存し,その結合方向が制御できることを確認した.導波路終端に回折格子を作製した場合も,同様に金属裏面への結合が観測され,これらの現象は,光電流を検出する実験からも確認された.以上の結果より,表面プラズモンデバイスの要素技術となる,導波路検出器の組み合わせ構造が確認され,本成果は国際学術論文に採択された.2.光信号伝達及び電気バイアス分離構造の作製及び評価シリコン基板上に作製したプラズモン導波路及び検出器(ショットキーダイオード)の間に電気的な分離溝を形成することにより,電気バイアスを印加した金属導波路上においても, SPP(光信号)が伝搬し,光電流として検出可能であることを確認した.電磁界解析より,空気/金界面を伝搬するSPPは,導波路端部で散乱し,導波路先端から数μm隔てた先に形成された検出器からも光電流として検出されることが確認された.LOCOS酸化膜上にプラズモン導波路,シリコン基板上にショットキーダイオードを形成したデバイスを用い実験を行った結果,検出器で得られる光電流は,導波路に印加した電気バイアスの影響をほとんど受けないことが確認された.以上の結果より,一つの金属配線上で,光信号と電気バイアスを同時に伝えられることが確認され,本成果は国際学会に投稿している.研究目的である,CMOS回路及びプラズモン要素素子を集積化した表面プラズモンデバイス基盤技術の確立に向け,以下の要素技術の研究を行った.1.表面プラズモン導波路の電気的分離と光信号伝達可能性の提示Si基板上にショットキー型検出器を酸化膜上に金属で構成される表面プラズモン導波路作製し,導波路-検出器間に分離溝を設ける事で,これらの間での電気的分離及び光強度変調信号の伝達を確認した.また,表面プラズモン導波路端部から得られる散乱光が,3つの点光源を仮定した干渉縞として近似できることを解析的に確認した.表面プラズモンの励起光を10 MHzで直接変調した場合も,検出器で電気的検出が得られ,光強度信号が伝達可能であることも確認された.以上の結果より,金属導波路が表目プラズモンを介した光信号を伝えるのみではなく,MOSFETやダイオードへのバイアス電圧にも同時に使用できる事が示唆された.以上の成果の一部は,国内学会及び国際学会に投稿し,それぞれ口頭発表を行った.2.表面プラズモン導波路の電気バイアス・光信号同時伝達可能性の提示表面

プラズモンが伝搬する金属導波路に,直流電流を流入した場合でも,表面プラズモンのコヒーレンス性が保たれ,光信号が伝達可能であることを確認した.石英基板上に作製された幅20ミクロンの金属導波路に表面プラズモンを励起・伝搬させ,伝搬後に得られる散乱光のスペクトル線幅の電流密度依存性を評価した.結果として,スペクトル線幅の広がりは,配線に流入できる最大電流(3MA/cm2)を流した場合でも,標準偏差(2kHz)以下と見積もられた.以上の結果より,金属で構成される表面プラズモン導波路が,直流電流及び光信号を同時に伝える伝送線路として利用できる可能性が確認された.上記1,2の成果は,学術雑誌にFull paperとして,採択された.本研究の目的となる表面プラズモンを扱う光電子集積回路の開発に向け、以下の要素技術の確立を行った。1.表面プラズモン導波路解析手法の習得前年度まで、導波路の設計には、解析領域の全域をセル化し、各セルごとの電磁界を計算する有限差分時間領域法(以下、FDTD法)を用いていた。しかし、微細構造や、表面プラズモン励起部、検出部を含む大領域の解析が進むにつれ、その依存性の取得が困難となる。そこで、導波路の特性方程式を展開する転移行列法による解法を設計に応用した。結果、表面プラズモン導波路を代表する薄膜導波路、金属-誘電体-金属(MIM)導波路、IMI導波路といった様々な構造で、FDTD法と同様の伝搬特性(実効屈折率、伝搬損失)を短時間で導出できることが確認された。本成果は、後述する誘電体表面プラズモン導波路への設計にも用いられ結果を出しており、全般的な表面プラズモン導波路の解析を容易にした。2.誘電体表面プラズモン導波路の電気バイアス・光信号同時伝達可能性の提示金属上に誘電体を付与する事で作製される誘電体表面プラズモン導波路(以下、DLSP導波路)を、既存の電子集積回路の作製プロセスであるCMOS互換プロセスを用いて作製した。DLSP導波路は、前年度まで研究を進めていた薄膜導波路では困難であった任意の導波路パターニングを可能とする。また、作製した導波路に表面プラズモンを伝搬させると同時に、金属部へ電気バイアスを印可し、表面プラズモンがレーザ光の特性(コヒーレント性)を持ちつつ伝搬可能であるか検証した。結果、DLSP導波路が、表面プラズモンの伝搬と電気バイアスの印可を可能とすることが実証された。光信号(表面プラズモン)と電気バイアスの同時伝送線路は、伝搬光を伝える誘電体導波路では実現が困難と考えられるため、本成果は表面プラズモンの特性を活かした新規伝送線路への展開が期待される。平成26年度の研究目標は,表面プラズモンを扱う光電子集積回路の主幹技術ともなる論理回路構造の検討であった.電磁界解析による基本的設計や,半導体プロセス装置を用いたデバイス加工等は行えたものの,作製した素子の動作(タイムチャート)を確認するためには,微小の変調器の作製が望ましいと判断した.前年度と比較し,電子線リソグラフィーを含む微細加工のノウハウは取得できたものの,到達まで今一歩と判断し,達成度を3とした.27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の最終目的である表面プラズモン光電子集積回路の実現に向け,引き続き,表面プラズモン要素素子の組み合わせ構造の検討を進める.具体的には,CMOSプロセスで扱える材料を主な候補とした表面プラズモン変調器の作製を試みる.電磁界解析による設計及び,前年度に得られた微細加工やウェハプロセスの技術を生かし,より微細で表面プラズモン要素
3次元知覚における視覚情報統合のシステム的解明

3次元知覚における情報統合過程をシステム的に理解することを目的として、心理物理学的・計算論的研究をおこなった.知覚のレベルでは、心理物理実験を行って知覚特性を求めた.具体的には、陰影・テクスチャ・輪郭・両眼視差を取り上げ、手掛かり特徴の組み合わせと3次元知覚の関係を検討した.ここでは、視野中に複数の物体がある場合について検討した.特に、単一の手掛かりが僅かしか与えられない場合、および、複数の手掛かりが矛盾する場合について検討した.この結果、陰影と輪郭またはテクスチャとの間に(陰影vs形状情報)促進的非線型性が観察された.形状情報がない場合には、従来知られてきた陰影からの3次元知覚が成立しないことが判った.例えば、上方光源・単一光源といった視覚系が持っていると考えられている仮説は、形状知覚なしには成立しないことが判った.また、それぞれの手掛かりが与える形状に矛盾があっても、両者が空間的に同じ場所に存在すると、より正しい3次元構造知覚が得られる傾向があることが判った.これらの結果は、全体構造が個々の3次元形状知覚に影響を及ぼしていることを示唆している.同様の結果は陰影と両眼視の場合にも観察された.これらの結果は、計算論的には次の示唆を与える.すなわち、それぞれの手掛かりから得られた結果を統合するのではなく、計算途中において相互乗り入れする制約条件によって統合が実現されていることを示唆する.これを検証するため、陰影とテクスチャの場合に注目して、低・中次視覚のネットワークモデルを構築し、シミューションをおこなった.空間周波数の特徴化によって、両者から比較的容易に3次元構造が算出可能であることが示された.複数の物体が視野中にある場合に,単一の手掛かり(cue)が空間的にどのような相互作用をし,統合されるのかを,心理物理実験によって検討する.ここでは陰影を取り上げ,複数の凹凸が視野中にある場合に,陰影からの3次元知覚において,陰影の空間分布がどのような相互作用をし,統合されるのかを,心理物理実験によって検討する.このために,任意の凹凸をもった平面の陰影を高精度で呈示できる,心理物理実験用のコンピュータープログラムを作成した.このプログラムは,平面上の任意の範囲ごとに独立な光源を設定できるものとした.このプログラムを,H11年度に購入した刺激呈示装置(グラフィックワークステーション)上で実行し,心理実験を行った.まず,陰影の空間分布特性を厳密に制御した視覚刺激を生成するために,一連の刺激を,ホワイトノイズを基にして生成した.ホワイトノイズを密に重複した空間ウィンドウごとにフーリエ変換する.そのスペクトルを特定のフィルタによって濾過した後,逆フーリエ変換する.この画像の濃淡値を平面上の高さ(凹凸)として,特定の光源から照明した場合の陰影像を計算する.このようにして,厳密に特性を制御した刺激を作製した.この刺激を被験者に呈示し,刺激特性と3次元知覚の関係を検討した.実験の結果,3次元知覚は光源条件に大きく依存することが判った.適当な光源条件を決定した後,平面を複数範囲に分割して,それぞれの範囲ごとに独立した光源を設定し,その光源方向を変化させた.分割個数が増えるにつれ,3次元知覚が成立しなくなり,刺激が2次元的なテクスチャとして知覚されるようになった.しかし,幾つかの部分に同一の光源方向を指示すると,これらの部分については3次元知覚が成立した.これらの結果から,陰影からの3次元知覚では,空間位相が重要な制約条件を与えていること,位相が同一あれば空間的距離には依存しないこと,が示された.3次元知覚における情報統合過程をシステム的に理解することを目的として、心理物理学的・計算論的研究をおこなった.知覚のレベルでは、心理物理実験を行って知覚特性を求めた.具体的には、陰影・テクスチャ・輪郭・両眼視差を取り上げ、手掛かり特徴の組み合わせと3次元知覚の関係を検討した.ここでは、視野中に複数の物体がある場合について検討した.特に、単一の手掛かりが僅かしか与えられない場合、および、複数の手掛かりが矛盾する場合について検討した.この結果、陰影と輪郭またはテクスチャとの間に(陰影vs形状情報)促進的非線型性が観察された.形状情報がない場合には、従来知られてきた陰影からの3次元知覚が成立しないことが判った.例えば、上方光源・単一光源といった視覚系が持っていると考えられている仮説は、形状知覚なしには成立しないことが判った.また、それぞれの手掛かりが与える形状に矛盾があっても、両者が空間的に同じ場所に存在すると、より正しい3次元構造知覚が得られる傾向があることが判った.これらの結果は、全体構造が個々の3次元形状知覚に影響を及ぼしていることを示唆している.同様の結果は陰影と両眼視の場合にも観察された.これらの結果は、計算論的には次の示唆を与える.すなわち、それぞれの手掛かりから得られた結果を統合するのではなく、計算途中において相互乗り入れする制約条件によって統合が実現されていることを示唆する.これを検証するため、陰影とテクスチャの場合に注目して、低・中次視覚のネットワークモデルを構築し、シミューションをおこなった.空間周波数の特徴化によって、両者から比較的容易に3次元構造が算出可能であることが示された.