hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
若年期における高血圧発症予測因子の解析と予防介入指標の開発

本研究は若年期における高血圧予防介入指標としての高血圧家族歴の有用性を検討するため、家族歴と24時間自由行動下血圧の関係性を検討し、加えて、家族歴が血圧に影響を与える機序としての食生活と運動量の影響を検討した。その結果、高血圧家族歴は、若年期における血圧上昇と関連しており、また、生活習慣以外の機序を介して、血圧上昇に関与している可能性が示唆された。したがって、高血圧家族歴は若年期の高血圧予防における有力な介入指標であると考えられた。高血圧をはじめとする生活習慣病予防対策において、若年期からの効果的な介入方法の確立は極めて重要である。現在保健活動の現場でしばしばハイリスク者抽出の指標として用いられる若年期の血圧高値が将来の高血圧発症と十分相関しないことはこれまで多くの研究から明らかであり、予後予測能の高い新たな指標の確立は急務である。これまで我々は、高血圧の家族歴が、若年期における高血圧発症に関連する血行動態の初期変化と強く関連することを明らかにしてきた。この血管障害性の変化を惹起する機序として交感神経活性亢進の関与が考えられることから、高血圧家族歴と血行動態の変化、並びに交換神経活性の関連性について解析し、若年者への介入指標について検討することを目的としている。本年度は2125歳のA大学男女学生35名に対して、24時間の自由行動下血圧測定(ABPM)並びに、ホルター心電図測定、24時間畜尿を実施し、家族歴調査による高血圧遺伝素因と24時間血圧、並びに交感神経活性の関係について検討した。その結果、収縮期血圧並びに拡張期血圧は高血圧遺伝素因が強くなるに伴い高値を示す傾向が認められた。また、心拍も高血圧遺伝素因が強くなるに伴い高値を示す傾向にあった。一方、クレアチニン補正した尿中カテコールアミンと高血圧遺伝素因の間には、明らかな関連性が認められなかった。本結果は、高血圧遺伝素因の強い若年者における血行動態変化の機序として、交感神経活性亢進の関与を示唆するものであり、今後詳細な検討が必要と考えられた。高血圧の1次予防には若年期からの効果的な介入が必要であるが、これまで若年期における高血圧発症の介入指標は確立されていない。このため我々は、高血圧家族歴に着目し、その血行動態の変化に与える影響について分析を行ってきた。本研究では、随時血圧に加え、近年血圧の指標としてより優れているとされている、24時間自由行動下血圧においても、高血圧家族歴が影響を与えていることを報告してきた。一方、24時間自由行動下血圧値に影響を与える要因について多変量解析を行ったところ、最も強い影響因子はBMIであることが示された。高血圧家族歴は、遺伝的に血行動態に影響を与えるのみならず、食生活行動や運動習慣にも強い影響を与えていると考えられることから、高血圧家族歴と若年期からの血行動態変化をつなぐ一つの機序として、生活習慣への影響を介した体格の変化が考えられた。そのため、本年度はまず、食生活行動と運動習慣測定のための、指標の選定を行った。食生活行動に関しては、事前調査において、対象が男子大学生であることもあり、自記式調査票の精度に問題が生じやすいことから、デジタルカメラ撮影法を採用することとした。運動量測定については、加速度計(ライフコーダGS)による測定を行うこととし、事前調査において、先行研究と同様に、任意の3日間の測定で代表性が保たれることを確認した。これらの事前調査を経て、高血圧家族歴high群7名、高血圧家族歴low群10名を対象とし、身体計測、24時間自由行動下血圧測定並びに、デジタルカメラ撮影法による食事調査、加速度計を用いた運動量測定を実施した。現在、高血圧家族歴2群間での血圧、食事(総カロリー、塩分、食事バランス)、運動量の比較分析を行うとともに、血圧値の決定要因について多変量解析を用いて検討している。
有機基板上への酸化物薄膜の高速低温成膜技術の開発

本研究では、有機EL膜(BAlq膜)上に電極膜をスパッタ法で形成した場合に有機EL膜が受けるダメージの原因について解明し、ダメージなしで電極膜を作製するスパッタ技術を開発することを目的とした研究に取り組み、以下の結果を得た。1)本研究では、まず、有機EL薄膜(BAlq膜)の表面に大きな運動エネルギーをもった電子、Arイオン、および酸素イオンを照射した場合に、有機膜が受けるダメージをPL強度の測定から評価した結果、いずれの場合も数十eV以上のエネルギーを持つ高エネルギー粒子の衝撃は有機膜に大きなダメージを与えることを確認した。2)有機膜上にITO透明電極膜をスパッタ成膜することで、有機膜が受けるダメージを同様な方法により評価した。その結果、スパッタ成膜時にターゲットから放出される酸素負イオンや2次電子による基板衝撃が起こらない対向ターゲット式スパッタ法を用いることで、通常のマグネトロンスパッタ法に比較して有機膜が受けるダメージはかなり低減できるものの、通常の対向ターゲット式スパッタ法では、ターゲット端から僅かに放出される2次電子による基板衝撃の影響で、特性が劣化してしまうことが分かった。また、スパッタ時にターゲット表面で反射される反跳スパッタガス原子の基板衝撃によるダメージはさほど大きく無いものの、スパッタ放出粒子に含まれる高エネルギー粒子による基板衝撃によるダメージはかなり大きく、これを抑制するために、スパッタガス圧1Pa以上で成膜すること,Arガスの代わりに質量が大きなKrガスを用いることがダメージの軽減に有効であることを明らかにした。これらの研究成果を踏まえて、2次電子や高エネルギースパッタ原子による基板衝撃をほぼ完全に抑制できるスパッタ成膜を実現した結果、有機薄膜にダメージを与えることなく電極膜を作製できるようになった。現在、実際の有機EL素子作製プロセスに本研究で開発したスパッタ装置を導入して、その有効性の検証を行っている。本研究では、有機EL膜上に透明電極膜をスパッタ法で形成した場合に有機EL膜が受けるダメージの原因について解明するとともに、ダメージなしでIT0電極膜を作製する技術を開発することを目的としている。その結果、スパッタ堆積時に基板に大きな運動エネルギーをもった電子、およびイオン、原子が入射すると有機膜がダメージを受け、劣化してしまうことを確認した。さらに、高エネルギー電子衝撃は、ターゲットから放出されるγ電子に起因しており、この効果を抑制するためにはターゲットから放出される電子が基板に入射しないように、ターゲット・基板配置およびターゲット陰極付近の磁界分布の設計をすることが必要であることが分かった。スパッタ時ターゲット陰極から放出される酸素負イオンの基板衝撃は、Arイオン衝撃よりも大きなダメージを与えるために、抑制することが必要であるが、対向ターゲット式のターゲット・基板配置により実現できることが確認されている。一方、ターゲット表面で反射して大きな運動エネルギーを持ったまま基板に入射すると考えられていた反跳ガス原子による衝撃の影響は、さほど大きくなく、むしろスパッタ放出原子中に含まれる大きな運動エネルギーを持つ粒子の衝撃によってダメージを受けていることが明らかとなった。このダメージを抑制するためは、スパッタガスとして質量の大きなKrガスを用い、8mTorr以上のやや高いガス圧領域でスパッタ成膜する方法が有効であることを示すことができた。上記全ての高エネルギー粒子の基板衝撃を抑制できる方法として、対向ターゲット式スパッタ法を利用した、ほぼダメージを与えないスパッタ成膜法の開発を実現することができた。今後、実際の有機肌素子の作製で、上記手法を用いることで、その有効性を確認していく予定である。本研究では、有機EL膜上に透明電極膜をスパッタ法で形成した場合に有機EL膜が受けるダメージの原因について解明するとともに、ダメージなしでITO電極膜を作製する技術を開発することを目的としている。

本研究では、まず、有機EL薄膜の表面に大きな運動エネルギーをもった電子、Arイオン、および酸素イオンを照射して、有機膜が受けるダメージを評価した結果、いずれの場合も数十eV以上のエネルギーを持つ高エネルギー粒子の衝撃は有機膜に大きなダメージを与えることを確認した。さらに、有機膜上にITO透明電極膜をスパッタ成膜することで、有機膜がダメージを受けること、このダメージはスパッタ成膜時にターゲットから放出される酸素負イオンや2次電子による基板衝撃が起こらない対向ターゲット式にターゲット・基板配置を用い、スパッタ成膜時のガス圧を1Pa程度のやや高い圧力に設定することで、抑制できることを明らかにしてきた。また、スパッタ時にターゲット表面で反射される反跳スパッタガス原子の基板衝撃によるダメージはさほど大きく無いものの、スパッタ放出粒子に含まれる高エネルギー粒子による基板衝撃によるダメージはかなり大きく、これを抑制するために、スパッタガス圧1Pa以上で成膜することが必要であることが分かった。これらの結果を踏まえて、昨年度、ダメージ無しで透明電極膜が作製できる対向ターゲット式スパッタ源を備えた、有機EL素子の作製が可能な装置を製作し、この装置を用いた有機EL素子の作製を試みている。最終年度にあたる今年度は、引き続き実際の有機EL素子の作製で、上記手法を用いることで、その有効性を確認していく予定である。本研究では、有機EL膜上に電極膜をスパッタ法で形成した場合に有機EL膜が受けるダメージの原因について解明し、ダメージなしで電極膜を作製する技術を開発することを目的とした。これらの研究成果を踏まえて、ダメージ無しで透明電極膜が作製できる対向ターゲット式スパッタ源を備えた、有機EL素子の作製が可能な装置の製作を試み、この装置を用いた有機EL素子の作製を試みてきた。
口腔内における実験的病巣感染の成立機序

本研究では感染根管(根尖病巣)が同一口腔内の無菌的炎症巣へ及ぼす影響を検討するため、実験動物(ネコ)を用いて犬歯を抜髄後、根管内にStr. sanguis(ATCC10556)の細菌懸濁液を注入して感染根管を作成し、他の歯には熱刺激、化学的刺激あるいは機械的刺激等を加えて無菌的な歯髄炎を惹起させた。そして一定期間後、犬歯に注入したStr. sanguisが他の無菌的炎症歯髄から検出されるか否かを観察したが、4w後までは認められなかった。Str. sanguis懸濁液を根管内にではなく静脈中に直接接種した場合でも、炎症歯髄から同細菌が検出される割合は非常に低かった(熱刺激を加えた歯髄では4/69例、化学的刺激時は0/27例、機械的刺激時は0/12例)。そこで菌種により血行性感染の成立に差が生じる可能性を考慮し、他菌種を静注した場合の損傷歯髄への定着度を検討した。まず、ネコの非開放性感染根管から分離したGroup D Enterococcus sp.を静注したところ、非常に高い割合で炎症歯髄から同細菌が検出された(熱刺激では5/9例、機械的刺激時は13/15例)。今後はさらに様々な菌種による血行性感染の発生率を比較検討し、同時に歯髄の炎症状態との相関関係も検索していく予定である。
オノマトペの語末特殊モーラの韻律機能特性に関する実証的研究

本研究は,日本語オノマトペの語末促音の韻律特性について、実証的手法を通じて明らかにすることを目的として行われたものである。語末に促音を含むオノマトペと含まないオノマトペについて、ピッチ動態の異同を観察すべく録音実験を行い、両者が互いに近似した韻律的特徴を備えていることを明らかにした。この結果は、促音形オノマトペが実質的に無語尾オノマトペと等価な語形であることおよび、語末促音が語形の示差性をもたらさない要素であることを示唆するものである。この知見を通じて、語末促音が韻律調整のために挿入される要素として機能しているとの理論的考察を実証的観点から裏づけられたことが、本研究の核となる成果である。平成24年度は,昨年度に実施した予備調査の結果と反省を踏まえ,オノマトペの語末促音の韻律特性の把握に向けた録音実験を実施し,その結果の解析を進めた。実験の目的は,語末促音の表記されたオノマトペ(例「ガラッ」,促音形)と表記されていないオノマトペ(例「ガラ」,無語尾形)との間で,音声実現上有意な差異があるか否かを検証することである。2音節のオノマトペ語根について,その促音形および無語尾形を分析対象とした。19名の母語話者に各語形を発音してもらい,その音声をPraatで解析した。解析に際しては促音形と無語尾形でのピッチ動態の異同に着目し,語根第1子音(V1)と第2子音(V2)のF0平均値を語別・話者別に測定し比較するという手法を用いた。その結果次のことが分かった。1促音形/無語尾形の別を問わず,V1よりもV2のほうがF0平均値が高い。つまり「低高」型の音調を以て実現される点で促音形/無語尾形は振る舞いを同じくする。2V2-V1間のF0平均値の差の度合いについても,促音形/無語尾形との間で統計上有意な差は見られない。つまりピッチ上昇の形態に関して促音形/無語尾形は近似している。3ただし,無語尾形に比べて促音形のほうがややF0の分布する帯域が高く,この点については話者により統計上有意な差が認められた。このうち12は,促音形と無語尾形との間に「語形の違い」と呼べるほどの有意な差が想定できないことを示唆する。すなわち,オノマトペの語末促音が音調の形成に関しては透明な性格を持っていることを示す点で興味深い結果である。3については事前の予想を越えた結果であり,現在のところ確たる評価は難しいが,語末促音の音象徴機能と何らかのかかわりを持っている可能性も大いに疑われるところであり,今後多角的な検討が必要である。平成25年度は,前年度得られた実験データの分析を進めつつ,実証的・理論的な観点からオノマトペ語末促音の韻律機能特性について考察した。語末促音を伴うオノマトペ(促音形,例「ガラッ」)であれ伴わないオノマトペ(無語尾形,例「ガラ」)であれ,その発話においては語頭から語末にかけてピッチの上昇が起こりがちであるが,今年度の分析では,このピッチ上昇の動的様態(F0傾斜量)が促音形と無語尾形とでどのような異同を見せるか検討した。その結果,両形のF0傾斜量には統計的有意差がないことを捉えた。促音形と無語尾形とを外形上区別する唯一の手がかりは,語末に促音の表記があるか否かの一点に尽きるが,F0傾斜量に示差性が認められなかったことは,促音表記の有無が必ずしも語形の対立につながる要素として働いているとは言えないことを示唆している。すなわち,両形は表記上の外形は異なっていても,語形としては実質的に等価な関係にある。この知見は,オノマトペに対する母語話者の暗黙の把握を反映している。各種オノマトペ辞典の中には,見出し語形において「がた(っ)」のように語末促音を括弧に入れて示す方針を採っているものがあるが,この扱いは,促音形と無語尾形の関係を相互交代可能なものとして捉えているものにほかならない。本研究ではこうした従来暗黙の直観を定量データに基づいて裏付けた。以上の成果を通じて,本研究では促音語尾の「無標性」とも言うべき性格を見いだした。促音が語末に加わると,必然的に,アクセント核を含むフットが語末に形成されることになるが,こうした構造は語尾付加型オノマトペ全般に観察されるものである。この点から語末促音には無標要素としての性格が見いだされる。すなわち語末促音は,オノマトペにとって無標な韻律構造を作り出す調整要素として機能していると考えられる。

この知見を通じて、語末促音が韻律調整のために挿入される要素として機能しているとの理論的考察を実証的観点から裏づけられたことが、本研究の核となる成果である。本研究では,日本語オノマトペの諸形態に頻出する語末特殊モーラの韻律機能特性を実証的見地から解明することを目的とする。平成23年度は語末促音に焦点を当て,その知覚につながる音声上の手がかりの特定を目指して研究を進めた。オノマトペの語末促音が無標かつ意味的に透明な韻律調整要素であるとの仮説を立て,この仮説を次の手順で検証した。語末促音を表記上含む語形(促音形,例:ガラッ)の音調型を,語末促音の表記がない語根単独の形(無語尾形,例:ガラ)の音調型と比較し,両者に決定的な差異があるか否かを探る。そのために8名の母語話者を対象とする次のような録音調査を行った。視覚提示素材として,漫画作品のコマに描かれたオノマトペ(促音形および無語尾形)をランダムに被験者に示し,内言化された読み方に忠実に発音してもらう。発話は録音し,Praat上でピッチの動態を解析した。この調査の結果,無語尾形の音調型は圧倒的な割合で促音形のそれと同様のLH型(低高型)をとりやすいことが分かった。また,共通の語根を含む無語尾形と促音形の語対を一つ取り上げ,両者のピッチ形状(F0遷移の動態)を比較したところ,両者間には有意な差異がないことを示す統計的結果が得られた。つまり,視覚提示素材中のオノマトペの語末に促音が表記されていてもいなくても,被験者は一様の音調型(LH型)で発音する傾向を示すことが捉えられた。これらの結果は,「ガラッ」のような促音形と「ガラ」のような無語尾形とが,少なくとも音調パターンの形成に関しては等質であることを示すものである。すなわち,オノマトペの語末促音が韻律調整のための付加的要素として位置づけられるとの当初の仮説を部分的に裏づけるものである。今年度得られた上述の知見は,オノマトペの語末特殊モーラの韻律機能特性の解明を目指す本研究の目的に寄与する成果であると言える。今年度は語末促音の韻律特性の把握に向けた録音実験の実施とその結果の分析を当初計画とし,それを着実に実施した。分析の結果も当初の予測をおおかた裏づけるものであり,ほぼ期待通りの成果が得られた。実験に際しては,昨年度実施した予備調査の反省点を踏まえ,綿密な事前準備を行った。予備調査では漫画作品のコマを視覚提示素材として直接使用したが,作品内で表現された非言語的情報による干渉が懸念されることが反省点として残された。このため今回の実験では,予め描画サイズ等を規格化した簡易なイラストを作成し,非言語的情報による干渉を極力抑制する等の工夫を行った。今年度は録音実験とあわせて知覚実験についても予試験を実施する計画であったが,上記の作業にとりわけ慎重を期したこと,および,録音実験によって当初の予測を越える新たな知見が加わったことなどにより,知覚実験のデザインに関して再度慎重な検討を行う必要が生じた。ただし,今年度の録音実験を通じて予測を越える知見が見いだされるであろうことはもとより想定していたことである。新たな知見に基づいて実験デザインを再検討することは,研究の精緻化を図るためには不可欠の作業であり,多少の時間をかけても着実な改善を図ることによって,より信頼度の高い結果が得られるものと考えている。以上の諸点から,上記の評価が妥当と判断した。今年度は録音調査の実施とその結果の分析を当初計画とし,それを着実に実施した。調査の結果も予測を裏づけるものであり,ほぼ期待通りの成果が得られた。一方,当初計画通りに作業が進められなかった点もあった。今年度実施した調査は予試験という位置づけであり,その反省を踏まえて本試験を実施するというのが当初の計画であったが,予試験を通じて方法上の問題点がいくつか見出され,その改善に向けた調査デザインの再構築が必要となった。
ヒト表皮膜骨格蛋白質(4. 1蛋白質)の機能に関する形態的及び生化学的解析

膜骨格蛋白質についての生化学的研究の進歩と膜機能の定量的測定法の開発により,膜骨格の構造と機能の密接な関わりが明らかになってきた。とりわけ,スペクトリン,4. 1蛋白質及びアクチン等に量的,質的異常を認める赤血球では変形能,膜安定性等の機能が低下しており早期に網内系細胞に捕らえられ,寿命が短縮して溶血性貧血となることが解明されている。本研究ではこれらの膜骨格蛋白質の皮膚(表皮細胞)における機能を解明することを目的として以下の検討を行なった。培養ヒト表皮細胞を用いた実験においてCaスイッチにより4. 1蛋白質およびフォドリンの細胞質から細胞膜への分布の変化が認められた。さらにフォルボールエステルの添加により同様の分布の移行が認められた。これらの蛋白質の表皮細胞膜間接着への関与が示唆される(Shimizu et al, Biol Cell, 1996)。我々は、尋常性乾癬表皮細胞において特異的に存在する45kDaの4. 1蛋白質がalternative splicingによる産物である可能性を調べるために、4. 1蛋白質のmRNAをRT-PCR法により解析した。その結果、尋常性乾癬表皮細胞からのRNAを用いたPCR産物に正常表皮細胞においては認められないバンドを確認した。これは乾癬表皮細胞の4. 1蛋白質のsplicingの異常によるものと考えられ、この異常なバンドのシークエンスの解析を現在進めている。この解析により乾癬表皮細胞に特異的にみられる異常蛋白質が膜結合ドメインのどの部分の欠損により生じた蛋白質であるかが判明し、ひいては正常4. 1蛋白質の表皮細胞における機能の解析につながると考えられる。また、皮膚悪性腫瘍である有棘細胞癌、基底細胞上皮腫において4. 1蛋白質の発現の減少が観察された(manuscript under revew)。さらに、我々は,4. 1蛋白質のみならず表皮細胞にアンキリンが存在することも確認し、報告した(Shimizu et al, Arch Dermatol Res, 1996)。
マルチタスク学習を行う深層学習器のアーキテクチャの開発

平成30年度は,マルチタスク学習(MTL)を行うためのタスクの調査と選定を行う予定であった.対象をコンピュータビジョン分野に限れば,多クラス認識,領域分割と物体検出,物体追跡と検出,法線推定とエッジ分類,属性推定とクラス認識,人物の姿勢推定と行動認識,顔検出と姿勢・年齢・ランドマーク推定,画像分類と審美的品質推定,などでマルチタスク学習が有効であることが分かっていた.さらに,深度推定と意味領域分割,エッジ検出と深度,及び法線推定,顔認証と顔の属性推定などでも有効であることが分かった.また,当該年度では,同じデータに異なるラベルがついたデータセットではなく,異なるデータに異種のラベルがついたタスクの組み合わせも考慮し,補足しあうかを調査する予定であったが,計画を変更し,平成31年度に行う予定であった,本プロジェクトで提案する交差接続(Cross-Unit)が,領域分割と物体検出のタスクの組合せにおいて有効であるかの検証を行った.物体検出には,Caltech Pedestrianという人検出のデータセットを使用し,領域分割にはCityscapesという50都市(主にドイツ,一部スイスの都市)を車載カメラで路上から撮影した画像に画素レベルでラベル付けがされたものを用いた.結果として,物体(人)検出は領域分割からの知識を流用し,性能が向上することを確認した.また,検出は汎化性能が向上することを確認した.この結果は現在国際会議に投稿中である.また,物体検出から派生した研究成果が英文論文誌,及び国内の学術会議などに採択された.派生研究でも英文雑誌に投稿中のものが一件ある.平成30年度の進捗は概ね順調であり,タスクの調査や選定は予定通り進んだ.また,異なるデータで異種のラベルがついたタスクの組み合わせまで調査が進まなかったものの,手法の開発は当初の予定よりも早く進んだ.特に,交差接続を領域分割と物体検出の組み合わせに適用できたことは大きい.物体検出は性能が向上することを確認し,また,汎化性能も向上する可能性があることを示せた.具体的には,シングルタスクで学習した検出器のモデルの性能が,画像一枚あたりの平均見落とし率で21.5%(低いほど良い)あり,他のベースラインの手法(たとえば,従来の下層を共有する手法)などでは,これに対する向上が全く見られなかったのに対し,提案する交差接続では,画像一枚あたりの平均見落とし率が19.4%と,性能の向上が確認できた.さらに,これらの学習モデルを全く別のデータセット(KITTIベンチマーク,カールスルーエの車載カメラ映像)に適用したところ,シングルタスクで55.3%の平均見落とし率であったのに対し,マルチタスク学習の手法は,5152%とすべてシングルタスクを上回ったものの,提案する交差接続ではさらに48.61%の平均見落とし率を達成できた.すなわち,同じ学習データセットで,より有用な学習が行えていることが示せた.この成果は現在国際会議に投稿中であり,またいくつかの検出の派生研究の成果がそれぞれ英文論文誌や国内会議に採択され,次年度への基礎を築くことができた.今後は,交差接続を別のデータで検証し,性能向上を確認し,実証を継続することを計画している.データは,申請者が若手研究で作成していた,鳥検出のデータで,検出や領域分割を行う予定である.このデータは,近畿地方,及び北海道でそれぞれ作成されているため,どちらかのデータで学習させ,もう一方で汎化性能を評価することができる.ベースラインの手法も実装し,性能を比較する.また,今回,物体検出は性能向上を確認できたものの,領域分割の結果は性能向上が見られなかった.この原因を考察するとともに,可能であれば,データの多様性や複雑性,情報量を数値化することに取り組みたい.また,必要であれば,検証用のデータも作成する.また,当初の計画通り,交差接続の畳込み層を畳込みLSTMで代替した,交差接続型時系列データ処理のネットワークの設計にも取り組む.次年度,および翌年度で,ネットワークの開発や最適化を行うとともに,動画のデータを整備し,評価に用いる.計画が進めば,不完全なデータからの学習にまで適用し,性能を評価する.平成30年度は,マルチタスク学習(MTL)を行うためのタスクの調査と選定を行う予定であった.対象をコンピュータビジョン分野に限れば,多クラス認識,領域分割と物体検出,物体追跡と検出,法線推定とエッジ分類,属性推定とクラス認識,人物の姿勢推定と行動認識,顔検出と姿勢・年齢・ランドマーク推定,画像分類と審美的品質推定,などでマルチタスク学習が有効であることが分かっていた.さらに,深度推定と意味領域分割,エッジ検出と深度,及び法線推定,顔認証と顔の属性推定などでも有効であることが分かった.また,当該年度では,同じデータに異なるラベルがついたデータセットではなく,異なるデータに異種のラベルがついたタスクの組み合わせも考慮し,補足しあうかを調査する予定であったが,計画を変更し,平成31年度に行う予定であった,本プロジェクトで提案する交差接続(Cross-Unit)が,領域分割と物体検出のタスクの組合せにおいて有効であるかの検証を行った.物体検出には,Caltech Pedestrianという人検出のデータセットを使用し,領域分割にはCityscapesという50都市(主にドイツ,一部スイスの都市)を車載カメラで路上から撮影した画像に画素レベルでラベル付けがされたものを用いた.結果として,物体(人)検出は領域分割からの知識を流用し,性能が向上することを確認した.また,検出は汎化性能が向上することを確認した.

この結果は現在国際会議に投稿中である.また,物体検出から派生した研究成果が英文論文誌,及び国内の学術会議などに採択された.派生研究でも英文雑誌に投稿中のものが一件ある.平成30年度の進捗は概ね順調であり,タスクの調査や選定は予定通り進んだ.また,異なるデータで異種のラベルがついたタスクの組み合わせまで調査が進まなかったものの,手法の開発は当初の予定よりも早く進んだ.特に,交差接続を領域分割と物体検出の組み合わせに適用できたことは大きい.物体検出は性能が向上することを確認し,また,汎化性能も向上する可能性があることを示せた.具体的には,シングルタスクで学習した検出器のモデルの性能が,画像一枚あたりの平均見落とし率で21.5%(低いほど良い)あり,他のベースラインの手法(たとえば,従来の下層を共有する手法)などでは,これに対する向上が全く見られなかったのに対し,提案する交差接続では,画像一枚あたりの平均見落とし率が19.4%と,性能の向上が確認できた.さらに,これらの学習モデルを全く別のデータセット(KITTIベンチマーク,カールスルーエの車載カメラ映像)に適用したところ,シングルタスクで55.3%の平均見落とし率であったのに対し,マルチタスク学習の手法は,5152%とすべてシングルタスクを上回ったものの,提案する交差接続ではさらに48.61%の平均見落とし率を達成できた.すなわち,同じ学習データセットで,より有用な学習が行えていることが示せた.この成果は現在国際会議に投稿中であり,またいくつかの検出の派生研究の成果がそれぞれ英文論文誌や国内会議に採択され,次年度への基礎を築くことができた.今後は,交差接続を別のデータで検証し,性能向上を確認し,実証を継続することを計画している.データは,申請者が若手研究で作成していた,鳥検出のデータで,検出や領域分割を行う予定である.このデータは,近畿地方,及び北海道でそれぞれ作成されているため,どちらかのデータで学習させ,もう一方で汎化性能を評価することができる.ベースラインの手法も実装し,性能を比較する.また,今回,物体検出は性能向上を確認できたものの,領域分割の結果は性能向上が見られなかった.この原因を考察するとともに,可能であれば,データの多様性や複雑性,情報量を数値化することに取り組みたい.また,必要であれば,検証用のデータも作成する.また,当初の計画通り,交差接続の畳込み層を畳込みLSTMで代替した,交差接続型時系列データ処理のネットワークの設計にも取り組む.次年度,および翌年度で,ネットワークの開発や最適化を行うとともに,動画のデータを整備し,評価に用いる.計画が進めば,不完全なデータからの学習にまで適用し,性能を評価する.実験では,公開されているベンチマークのデータを上手く利用できたため,データ作成のコストが想定よりも少なく済んだ.一方で多くの成果が実を結びつつあり,来年度は論文の出版件数が計画時の想定よりも増加する見込みであるため,未使用額は,これらの出版費用に充てる.
超低速拡大海嶺のマグマの成因:南西インド洋海嶺のカンラン石玄武岩の初生マグマ

カンラン石玄武岩は一見単純な岩石である。斑晶(大きな結晶)としてカンラン石しか含んでいない.しかし,南西インド洋海嶺の玄武岩はドレッジされたもので当然その産状は不明である.よって日本のような島弧の同じような岩石(鳥取県大山のカンラン石玄武岩)を徹底的に調査し,南西インド洋海嶺のカンラン石玄武岩と比較するするという戦略をとった.その結果二つの成果が挙げられた.1.大山のカンラン石玄武岩溶岩は全岩組成ではどれも似通っている.しかし,カンラン石斑晶の形態,組成,マグマとカンラン石の平衡関係を調べると,溶岩は二種類に分けられることが判明した.ひとつはマグマとカンラン石が平衡を保ちながら分化したもので,その溶岩からマントル共存した初生マグマの組成を正確に求めることができる.もう一種の溶岩はマグマとカンラン石が非平衡な(カンラン石が鉄に富んでいる)ものであり,そのような溶岩中のカンラン石は特徴的な骸晶状を呈する.このマグマは地下において過冷却を経験したものであると結論された.この成果はJoumal of Petrologyに掲載された.2.大山火山のカンラン石玄武岩において二種の溶岩流が識別されたことから同じ手法を南西インド洋海嶺に適用した.その結果,全く予想外の事実が判明した.南西インド洋海嶺の210kmにおよぶ海域からドレッジされたカンラン石玄武岩および斑晶のカンラン石は非常に均質な組成を持つ.特に驚くべきことはカンラン石の組成の一様性である.大山では一つの溶岩でもMg値が10程度変化するのに対してこの海域のカンラン石は全部合わせても2から3程度である.また,Mg値に関してマグマとカンラン石は平衡であるが,Ni量に関しては系統的に非平衡(カンラン石のNiOが低い)ことが判明した.これらのことから南西インド洋海嶺のカンラン石はマグマから晶出したものではなくゼノクリスト(捕獲結晶)であると結論された.この成果は投稿準備中である.平成10年度に交付された補助金によって偏光顕微鏡・ニコンOPTIPHOT2-POLを購入し、詳細な薄片観察をおこなった。それによって新たな知見が得られた。1.研究目的、研究計画・方法のところで述べたように、同じ火山から噴出した溶岩でも、ある溶岩のカンラン石はその溶岩(マグマ)と化学的に平衡であるが、別の溶岩のカンラン石はそのマグマとは化学的に非平衡である。大山火山、ベトナムの台地玄武岩、南西インド洋海嶺の玄武岩の全岩の化学組成、斑晶としてはいっているカンラン石の化学組成、そのカンラン石の外形を詳細に検討したところ、非常におもしろい結果が得られた。マグマと平衡に共存しているカンラン石の外形は、自形もしくは半自形であるが、マグマと非平衡なカンラン石は骸晶状を呈する。つまり外形はその鉱物本来の形になろうとしているのだが、内部はスカスカでまるで骸骨の一部を見ているようである。この形状および非平衡な化学組成は、まさにマグマの過冷却によるカンラン石の急速成長の結果である。この成果は、現在Joumal of Petrologyに、Basalts from Daisen volcano,Japan:fractional crystallization versus supercooling of primary magmaという標題が投稿中である。2.南西インド洋海嶺では1つの地点でドレッジされた岩石から異なる2種類の初生マグマが導きだされた。このことは中央海嶺のマグマの成因に関して新しい発見であるが、現在さらに膨大な試料を観察、測定中である。途中経過は地球惑星科学関連学会1998年合同大会(5月、東京)において発表した。また、二つの知見を合わせたものは、米国地球物理学会(AGU)の1998年fall Meeting(12月、San Francisco)において発表した。斑晶(大きな結晶)としてカンラン石しか含んでいない.しかし,南西インド洋海嶺の玄武岩はドレッジされたもので当然その産状は不明である.よって日本のような島弧の同じような岩石(鳥取県大山のカンラン石玄武岩)を徹底的に調査し,南西インド洋海嶺のカンラン石玄武岩と比較するするという戦略をとった.その結果二つの成果が挙げられた.1.大山のカンラン石玄武岩溶岩は全岩組成ではどれも似通っている.しかし,カンラン石斑晶の形態,組成,マグマとカンラン石の平衡関係を調べると,溶岩は二種類に分けられることが判明した.ひとつはマグマとカンラン石が平衡を保ちながら分化したもので,その溶岩からマントル共存した初生マグマの組成を正確に求めることができる.もう一種の溶岩はマグマとカンラン石が非平衡な(カンラン石が鉄に富んでいる)ものであり,そのような溶岩中のカンラン石は特徴的な骸晶状を呈する.このマグマは地下において過冷却を経験したものであると結論された.この成果はJoumal of Petrologyに掲載された.2.大山火山のカンラン石玄武岩において二種の溶岩流が識別されたことから同じ手法を南西インド洋海嶺に適用した.その結果,全く予想外の事実が判明した.南西インド洋海嶺の210kmにおよぶ海域からドレッジされたカンラン石玄武岩および斑晶のカンラン石は非常に均質な組成を持つ.特に驚くべきことはカンラン石の組成の一様性である.

大山では一つの溶岩でもMg値が10程度変化するのに対してこの海域のカンラン石は全部合わせても2から3程度である.また,Mg値に関してマグマとカンラン石は平衡であるが,Ni量に関しては系統的に非平衡(カンラン石のNiOが低い)ことが判明した.これらのことから南西インド洋海嶺のカンラン石はマグマから晶出したものではなくゼノクリスト(捕獲結晶)であると結論された.この成果は投稿準備中である.
網膜の神経生物学的研究

網膜は光変換器であるだけではなく、視覚情報処理を行なう中枢神経組織である。網膜は視細胞が受けとった視覚情報をそのまま脳へ伝えるのではなく、情報の抽出、圧縮を行っていることは明らかである。中心ー周辺型の受容野は像のコントラストを強調して形状視に寄与しているし、網膜の神経回路では三色的なプロセスが反対色的な信号へと変換され、動きを抽出する機構も働いている。このように、網膜が、脳にも匹敵する優れた情報処理器官であることは知られていても、その裏側に潜む神経生物学的なメカニズムは十分に理解されないままになっている。網膜はそれ自身が完結した神経組織であり、容易に生体外へ取り出して実験することが可能であるため、分子及び細胞レベル、神経回路レベルの研究結果を機能と関連づけ理解しできる数少ない神経組織であるし、これまでにも神経生物学の他の領域に衝撃を与えるような発見がなされている。本研究はこのような特徴を持つ網膜の研究を推進するため、重点領域研究の研究領域として申請することを念頭におき、国の内外における網膜の研究の現状を分析し、生理学、脳科学、心理物理学、眼科学など周辺領域との関連における位置づけを検討した。5月29日に大阪大学で第一回の検討会を開催、8月23ー25日国立生理学研究所研究会と共催で研究発表討論会を開催し、重点領域研究の申請原案を作成した。その後、班員の間で討論を重ね、平成4年1月28日慶應義塾大学医学部において、主なメンバ-の間で申請書案の最終の検討を行った。その結果、平成5年度発足で「視神経・網膜の発生・再生と機能分化」を大阪大学医学部・教授福田淳を申請代表者として申請することとなった。
サイトメガロウイルスによる聴覚障害メカニズムの解明

サイトメガロウイルスによる聴力障害は、先天性聴覚障害をきたす原因として難聴遺伝子変異に伴う聴覚障害についで頻度が高い。欧米ではサイトメガロウイルスによる胎内感染、それに伴う感染症は克服すべき疾患として注目を浴びている。ウイルス感染によって聴覚障害をきたすためにその発症メカニズムを解明することはサイトメガロウイルス難聴の発症を予防するもしくは治療戦略を構築する上で不可欠である。ヒトの場合、胎内でサイトメガロウイルスに感染すると10%程度に聴力障害をきたすことが疫学的な調査から解明された。われわれはマウスを用いた実験系でほぼ確実に聴覚障害を生じるモデルの作製に成功し、さらに動物実験モデルにおいて免疫染色によりウイルスの局在性を調べることに成功した。ウイルス抗原陽性部位はラセン神経節であったが、聴力悪化が認められた脳内接種を受けたマウスの蝸牛においてウイルス接種2週以降では今回の染色法では感染陽性細胞が確認されなかった。光学顕微鏡レベルでは細胞の著しい破壊は確認されなかった。感染陽性細胞が免疫染色で確認されないにもかかわらず、聴力障害が進行することに関して研究を進めるためにレーザーマイクロダイセクションの手法を導入し、直接感染モデルの側頭骨からそれぞれの解剖学的な区域から微小材料を採取し、直接サイトメガロウイルスのDNAを評価することを試みたが、本方法によりサイトメガロウイルスの局在を明らかにすることはできなかった。マウスCMVウイルス(MCMV)を、生後24時間以内のマウス(Balb/c)へ脳内接種した。陰性対照としてウイルスを腹腔内接種、またはPBSを脳内接種した。それぞれのマウスの聴力検査をABR検査により施行した。ウイルス接種マウスは還流固定・脱灰・ホルマリン固定・薄切を行った。マウス脳内、蝸牛内におけるMCMV抗原陽性部位の同定は、MCMV IE3に対する特異的抗体を用いた染色により行った。約半数のマウスが死滅するウイルス量の脳内接種により、接種3週後では1/3に片側難聴、1/3に両側難聴をきたした。難聴は時間経過とともに進行し、6週までには全例に両側難聴が認められた。ウイルス抗原は接種1週後でラセン神経節に認められたが2週以降は認められなかった。陰性対照群では、6週目において腹腔内ウイルス接種では23匹中1匹に両側難聴が認められたが、PBSを脳内投与した例では6匹全例において難聴は認められなかった。MCMVを生後24時間以内のマウスへ脳内接種することにより、全例で難聴が引き起こされることが確認できた。MCMVの腹腔内接種やPBSの脳内接種では難聴は引き起こされず、本実験での難聴はMCMVによるものと考えられる。ウイルス抗原陽性部位はラセン神経節であったが、ウイルス接種2週以降では認められなかった。さらに抗原陰性状態での感染を検討するために、レーザーマイクロダイセクション法によるMCMV DNA検出を試行中である。

ウイルス抗原陽性部位はラセン神経節であったが、聴力悪化が認められた脳内接種を受けたマウスの蝸牛においてウイルス接種2週以降では今回の染色法では感染陽性細胞が確認されなかった。光学顕微鏡レベルでは細胞の著しい破壊は確認されなかった。感染陽性細胞が免疫染色で確認されないにもかかわらず、聴力障害が進行することに関して研究を進める必要がある。免疫染色で染色されないことはウイルスが存在していないこととはならず、レーザーマイクロダイセクションを用いて本年度作成したマウス標本での蝸牛内局所におけるウイルスDNAの定量と今までの実験で得られたABR波形の解析により聴力障害メカニズムの解明が期待される。サイトメガロウイルスによる聴力障害は、先天性聴覚障害をきたす原因として難聴遺伝子変異に伴う聴覚障害についで頻度が高い。欧米ではサイトメガロウイルスによる胎内感染、それに伴う感染症は克服すべき疾患として注目を浴びている。ウイルス感染によって聴覚障害をきたすためにその発症メカニズムを解明することはサイトメガロウイルス難聴の発症を予防するもしくは治療戦略を構築する上で不可欠である。ヒトの場合、胎内でサイトメガロウイルスに感染すると10%程度に聴力障害をきたすことが疫学的な調査から解明された。われわれはマウスを用いた実験系でほぼ確実に聴覚障害を生じるモデルの作製に成功した。これらの動物実験モデルにおいて免疫染色によりウイルスの局在性を調べることに成功した。しかし、免疫染色による局在性を調べる手法では聴力障害をきたしていても免疫染色で感染細胞が染色されないことが判明した。ここでウイルスの局在を明らかにするためにレーザーマイクロダイセクションの手法を導入し、直接感染モデルの側頭骨からそれぞれの解剖学的な区域から微小材料を採取し、直接サイトメガロウイルスのDNAを評価することを試みた。しかし、われわれが作成した動物実験モデルの切片では条件設定を変えながらレーザーマイクロダイセクションによるDNA検索を試みたが、微小区域における検体採取ができず、最終的なレーザーマイクロダイセクションによるウイルスの局在を明らかにするという指標を達成することができなかった。
水俣病の「記録」と映像表現―社会・自然・メディア環境との非言語的対話について

水俣病報道の始まる1950年代末から、68年の厚生省公害認定を経て、補償訴訟が社会問題化する70年代初頭までの時代に水俣病を記録してきたテレビ番組、映画、写真、文学での映像表現を本論の研究対象とする。様々なメディアが横断的に結びつくような展開を見せた水俣病表象文化の特徴に着目し、ドキュメンタリー映像作品だけでなく、石牟礼道子の文学や桑原史成、ユージン・スミスの写真表現などにも映像との関連から研究する。主な主題として1テレビと映画における水俣病描写の比較、2水俣ドキュメンタリーと石牟礼文学の関係性、3スミス写真集や、『苦海浄土』初版に見られる言葉と写真のモンタージュ表現、の三つに取り組む。
生合成マシナリーへのアーキア酵素組み込みによる非天然イソプレノイド化合物の創出

前年度に構築した、大腸菌中でアーキア膜脂質前駆体を生産する生合成マシナリーにさらに2つのメタン生成アーキア由来遺伝子を導入し、通常のアーキア菌体で見られる膜脂質を合成するバクテリア細胞の構築に初めて成功した。導入した遺伝子はゲラニルゲラニル基還元酵素のホモログと、フェレドキシン様タンパク質をコードしており、このフェレドキシン様タンパク質はこれまで見出されていなかった、ゲラニルゲラニル基還元酵素に対する電子供与体だと考えられる。アーキア膜脂質を合成する大腸菌には成長速度の遅延といった表現系は観察されず、アーキアとバクテリアの異なる構造の膜脂質が安定に細胞膜を構築することが示唆された。さらに、上記のアーキア膜脂質前駆体を与える生合成マシナリーに機能未知なメタン生成アーキア由来遺伝子を導入することにより、膜脂質に対する修飾反応を触媒する新奇酵素の単離に成功した。その一つは二重結合への水和を触媒するものであり、おそらくメタン生成アーキアに見られるヒドロキシアーキオールの生合成に関わるものと推測される。もう一つはゲラニルゲラニル基の部分的な還元反応を触媒するものであるが、既知のゲラニルゲラニル還元酵素とは相同性が無く、その生理的役割に興味が持たれる。また、イソプレノイド生合成の初期過程であるメバロン酸経路についても研究を進め、好熱性アーキアにおける古典的な同経路の存在を証明した。また、好熱性アーキア由来のタイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼにおいて、基質の添加により多量体構造の変化が起き、活性を制御している可能性があることを見出した。これらの成果を生合成マシナリーへと還元することで、アーキア膜脂質を始めとするイソプレノイド化合物の収量改善が期待される。24年度が最終年度であるため、記入しない。アーキア特異的なイソプレノイド膜脂質の生合成において、ほぼ全ての膜脂質の前駆体と考えられている中間体、ジゲラニルゲラニルグリセロールリン酸までの生合成反応を触媒する4つの酵素の遺伝子を常温性アーキアより単離した。これらを全て大腸菌で発現させることで、アーキア型膜脂質を生産する生合成マシナリーを構築した。生産された脂質の構造解析の結果、その大部分は大腸菌内在の代謝システムによりホスファチジルグリセロール様の化合物に変換されていることが分かった。このマシナリーは、今後の生合成研究に有用な基質を合成できるだけでなく、アーキア由来の機能未知遺伝子をさらに導入し、生産される脂質に起きる構造変化を分析することにより、追加導入された遺伝子にコードされる酵素の機能同定にも役立つと期待される。アーキア膜脂質の生合成に関しては他にも、好熱性アーキア由来のゲラニルゲラニル基還元酵素の立体構造解析に成功し、その触媒機構の一端を明らかにしている。現在、上述したマシナリーへの同種酵素の組み込みを進めている。また、一部アーキアが生産する膜内在性電子キャリア、メタノフェナジンの生合成に関わるプレニルニリン酸合成酵素について、変異実験と構造モデリングを行い、生成物鎖長を決定するキャビティー構造について新たな知見を得た。この結果は今後非天然イソプレノイド化合物を生産する生合成マシナリーを構築する際に役立つと期待される。また、イソプレノイド生合成の初期段階であるメバロン酸経路関連酵素についても、イソペンテニルニリン酸イソメラーゼを初めとした複数の酵素について反応機構などの理解を深めることができた。これらの成果をマシナリーに還元することで、イソプレノイド生合成全体のフロー改善と、それによる目的生成物の収量向上が期待できる。主要課題の1つである、大腸菌におけるアーキア膜脂質の生合成については、生合成マシナリーの構築と生産される生合成中間体の定量、構造解析までを達成できた。

呼吸鎖キノン生合成に関わるプレニル基還元酵素に関しては思うような結果が得られていないが、同じく膜内在性電子キャリアであるメタノフェナジンの生合成酵素、およびイソプレノイド生合成全体のフローに関わるメバロン酸経路の酵素について順調に研究成果が出ている。24年度が最終年度であるため、記入しない。アーキア膜脂質の生合成に関しては、既知経路以降の反応を触媒する酵素を引き続き探索する。その際の機能スクリーニングには、構築済みの生合成マシナリーが有用な手段となるはずである。また、プレニル基還元酵素に関しては探索のターゲットを膜内在性電子キャリア全般からメタノフェナジンの生合成に絞り、プレニル基転移酵素なども含んだ包括的な解明を進める。また、立体構造が解析済みの好熱性アーキア由来ゲラニルゲラニル基還元酵素を用いて、より詳細な触媒機構の解析を進めたい。具体的には、生合成マシナリ搾により生産されたアーキア膜脂質と酵素の複合体を形成させ、その構造解析を行う。
強震記録に基づく臨海部地盤の地震時挙動の解明

我国の都市施設の多くは,臨海部に集積している.この臨海部地盤の多くは,埋立によって造成された人工地盤である.一般に,航路浚渫土砂や山砂によって埋立てられた地盤は,若齢であり自然の分級作用を受けていないなどの特徴を有し,工学的には必ずしも良好なものとは言えない.一方,埋立前の海底地盤は,軟弱な沖積粘性土から構成されている場合が多く,地震動の増幅を起こしやすい地盤である.本研究の目的は,このような特性を有する臨海部地盤の地震時挙動を実際の強震記録に基づいて実験的に検討することにある.平成10年度の研究では,兵庫県南部地震において,神戸ポートアイランド人工島地盤を対象として,同地震において取得された強震記録および同人工島地盤の原位置材料を用いた事例解析実験を行った.具体的には,神戸ポートアイランドで観測された強震記録(加速度記録)を用いて、せん断リング土槽を用いた遠心力模型振動実験を実施した.この実験では,神戸ポートアイランドからサンプリングした沖積粘土、まさ土を用いて実験を行った.粘土については,乱さない粘土と乱した粘土地盤を作成し,圧密度の違いが地表応答に及ぼす影響について検討した.まさ土については,レキから細粒分までをふくむまさ土(30mm under),まさ土のレキ分のみ,まさ土の砂分のみの試料を用いて,粒度が液状化に及ぼす影響について検討した.また,得られた地盤の地震応答を実際の観測地震波と比較検討すると同時に,模型地盤に発生した応力-ひずみ関係も推定した.我国の都市施設の多くは,臨海部に集積している.この臨海部地盤の多くは,埋立によって造成された人工地盤である.一般に,航路浚渫土砂や山砂によって埋立てられた地盤は,若齢であり自然の分級作用を受けていないなどの特徴を有し,工学的には必ずしも良好なものとは言えない.一方,埋立前の海底地盤は,軟弱な沖積粘性土から構成されている場合が多く,地震動の増幅を起こしやすい地盤である.本研究の目的は,このような特性を有する臨海部地盤の地震時挙動を実際の強震記録に基づいて実験的に検討することにある.平成10年度の研究では,兵庫県南部地震において,神戸ポートアイランド人工島地盤を対象として,同地震において取得された強震記録および同人工島地盤の原位置材料を用いた事例解析実験を行った.具体的には,神戸ポートアイランドで観測された強震記録(加速度記録)を用いて、せん断リング土槽を用いた遠心力模型振動実験を実施した.この実験では,神戸ポートアイランドからサンプリングした沖積粘土、まさ土を用いて実験を行った.粘土については,乱さない粘土と乱した粘土地盤を作成し,圧密度の違いが地表応答に及ぼす影響について検討した.まさ土については,レキから細粒分までをふくむまさ土(30mm under),まさ土のレキ分のみ,まさ土の砂分のみの試料を用いて,粒度が液状化に及ぼす影響について検討した.また,得られた地盤の地震応答を実際の観測地震波と比較検討すると同時に,模型地盤に発生した応力-ひずみ関係も推定した.
ニューロンの性差を生み出すFru蛋白質の標的遺伝子の解析

本研究ではショウジョウバエの脳のオス化に中心的役割を果たす転写因子Fruに関し以下の事実を明らかにした。(1)Fruは軸索投射因子robo1遺伝子プロモーターに直接結合しrobo1発現を抑制する。(2)Robo1は脳の性的二型を示すmALニューロンのオス特異的な神経突起の形成を抑制する。(3)Fru結合配列を欠くrobo1変異体オスではmALニューロンを構成する単一ニューロンの多くでオス特異的な神経突起が消失し、さらに変異体オスはメスに求愛する際左右の翅を交互に振り続ける異常行動を示した。本研究によりFruが標的遺伝子の発現を調節しオスの性行動を制御するメカニズムの一端が初めて明らかになった。ショウジョウバエのBTB-Zinc finger型の転写因子であるFruは蛹の中で成虫の脳が形成される際、オスの脳にのみ発現し、脳のオス特異的神経回路の形成に中心的役割を果たすことが知られている。Fruの標的遺伝子は未だほとんど不明であるが、性的二型を示すニューロンでは神経突起の投射、細胞数に関して明瞭な性差が見られることから、軸索誘導、細胞死、細胞周期を調節する遺伝子等がFruにより発現調節を受ける標的遺伝子の有力な候補と考えられる。平成25年度はFru標的遺伝子を同定するため、オス、メス個体の性的二型を示すニューロンについて、人為的に候補遺伝子の発現誘導や発現抑制を行い、神経突起の投射や細胞数が、実験個体本来の性と反対の表現型に変化する遺伝子をスクリーニングした。その結果、以下の事実を明らかにした。1.軸索誘導因子であるrobo1を発現抑制した場合、メスのmALニューロンの神経突起の分岐がオスタイプに性転換した。さらに、Fruと同じBTB-Zinc finger型の転写因子であるLolaのアイソフォームQ(LolaQ)を強制発現した場合もメスのmALニューロンの神経突起の分岐がオスタイプに性転換した。2. Fruはrobo1プロモーターの標的配列に結合しrobo1発現を抑制し、LolaQもrobo1プロモーター内のFruとは別の配列を介しrobo1発現を抑制した。3. FruとLolaQは蛋白質複合体を形成し、robo1発現の充分な抑制にはFru、LolaQ両者の存在が必要であった。以上の結果から、成虫の脳の形成過程においてmALニューロンのオスタイプの神経突起の分岐の形成には、robo1プロモーターにFru-LolaQ複合体が結合しrobo1発現を抑制することが重要であると考えている。ショウジョウバエの転写因子であるFruは蛹期のオスの脳の約1%のニューロンに発現しオスの性行動を制御するオス特異的な神経回路を作る。その回路を形成するニューロンでは神経突起の投射、細胞数に性差が見られることからFruは軸索投射、細胞死、細胞周期を制御する遺伝子の発現を調節すると予想されるが詳細は未だ不明であり、本研究の目的はそのメカニズムを明らかにすることにある。マウスの脊髄やショウジョウバエの腹部神経節の交連ニューロンではその軸索が正中線を越えて投射するか否かをRobo1が制御している(Cell 92, 205 (1998); Neuron 412, 213 (2004))。平成25年度はこのrobo1をノックダウンしたメス個体では性的二型ニューロンの一つであるmALニューロンの神経突起がオスの形に変化していること、さらにin vitro解析によりrobo1プロモーターにFruが直接結合しrobo1発現を抑制することを明らかにした。平成26年度はさらに以下の事実を明らかにした。1. robo1プロモーターをレポーターに連結したトランスジーンを持つハエを用いてin vivoでもFruがrobo1発現を抑制しFru結合配列の欠失によりこの抑制が消失することを確認した。2.ゲノムのrobo1プロモーターのFru結合配列を欠いた変異体のオスではmALニューロンの性的二型を示す神経突起がメスの形に変化、すなわち神経突起が消失していた。3.オスがメスに求愛する際、メスのフェロモンはオスの前肢の味覚受容細胞で検出後その情報はmALニューロンに伝わり、mALニューロンは左右どちらの肢からの入力が強いかを判別しメスに近い側の翅を振るように出力する(Curr Biol, 20, 1 (2010))。robo1プロモーターのFru結合配列を欠いた変異体オスはメスに対して左右の翅を交互に振り続ける異常な求愛行動を示すが、これはFru結合配列の欠失により消失した神経突起が左右どちらの肢からの入力が強いかを判別するのに重要な働きをしていたためと考えられる。ショウジョウバエ脳の1%のニューロンにオス特異的に発現する転写因子Fruはオスの性行動を制御する神経回路を作る。その回路を構成するニューロン群には神経突起の投射、細胞数に性差が見られるが、その形成メカニズムは全く不明であり、本研究の目的はその仕組みを明らかにすることにある。マウスの脊髄やショウジョウバエの腹部神経節の交連ニューロンでは軸索が正中線を越えて投射するか否かを軸索投射因子Robo1が制御している(Cell 92, 205 (1998); Neuron 412, 213 (2004))。