hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速エネルギー弁別Ｘ線ＣＴシステムと分子レベルイメージング

スキャン速度25 mm/sのsub-Mcps CdTeリニアスキャナー,ターンテーブル,X線装置などを組み合わせて,高速エネルギー弁別X線CT(ED-CT)システムを構築した。このED-CTにより,ガドリニウムやヨウ素の造影剤を用いたKエッジ撮影を試み,血管や癌などが高コントラストで撮影された。また,CdTe検出器とx-yステージを組み合わせて,透過式X線カメラ,反射式蛍光X線カメラ,そして後方散乱カメラも構築した。さらに,Mcps領域での撮影を行うために,LSO-MPPCやYAP(Ce)-MPPC検出器も開発し,これらを用いて高速ED-CTシステムを構築し,高速Kエッジ撮影に成功した。●反射式X線カメラの構成:小型のタングステンターゲットX線管ユニットに鉛製コリメーターを取り付けて線ビームを形成し,X線管ユニットをx-yステージに固定して被写体をスキャンする方式の反射式(後方散乱)X線カメラを開発した。検出器をX線管部に取り付け連動させることにより後方散乱イメージングを行った。蛍光X線のみを検出する場合には被写体内の原子マッピングを行うことができる。次いでエネルギーレベルとエネルギー幅を選択して,アクリルファントムと動物ファントムを撮影した。●エネルギー弁別検出器の開発:高速CdTe,LSO-MPPC,Si-PINの検出器を試作し,これをxステージに取り付けて振動する方式のラインセンサーを開発し,3種のエネルギー弁別CT(ED-CT)システムを構築した。●エネルギー弁別用高速コンパレーターの開発:高速コンパレーターICを使ったエネルギー弁別イメージングを行うため,シングルエネルギーコンパレーターとデュアルエネルギーコンパレーターを開発した。●ED-CT撮影:上記3種のED-CTシステム,医用造影剤などを用いて,ヨウ素(I)およびガドリニウム(Gd)KエッジCT撮影を行った。●動物用ED-CTシステムの開発: CdTe検出器やLSO-MPPC検出器を使い,医療用X線CTと同様に被写体を固定し,X線管と検出器を回転させる方式のED-CTシステムを開発した。また希薄な造影剤などが封入されたアクリルファントムをKエッジ法,デュアルエネルギーサブトラクション法により撮影しているところである。本研究では,まず室温で駆動するsub-Mcpsの高速CdTe検出器を開発した。これを最大スキャン速度25 mm/sのxステージに取り付け,振動式のリニア検出器を構成した。次いで,このリニア検出器,ターンテーブル,小型X線装置,MCAなどと組み合わせて,エネルギー弁別X線CT(ED-CT)システムを構築した。このED-CT撮影により,ガドリニウムやヨウ素の造影剤を用いたKエッジCT撮影を試み,冠動脈や脳血管が高コントラストで造影された。当初,このED-CTシステムでは,MCAを用いて撮影のためのフォトンエネルギー範囲を決定した。次に,検出器の計数率を増して撮影時間を短縮するため,高速コンパレーターを用いてエネルギー弁別を行った。さらに,CdTe検出器とxyステージを組み合わせて,X線カメラ,蛍光X線カメラ,そして後方散乱カメラも構築した。本研究ではMcps領域でED-CT撮影を行うために,LSO-MPPCやYAP(Ce)-MPPC検出器を開発し,これらを用いてX線スペクトルの測定を行った。次いで,これらをxステージに取り付けて,ED-CTシステムを構築し,高速Kエッジ撮影に成功した。さらに,これらを最大スキャン速度が300 mm/sの単軸ロボットに搭載し,動物用エネルギー弁別X線CTシステムを構築し,ようやくこのシステムを使った撮影が始まったところである。最近,高速デュアルエネルギーコンパレーターを開発し,1回の撮影によりデュアルエネルギーサブトラクションが可能となった。また,ED-CT特有の粒状性のある画像はマイコンと積分器からなる周波数・電圧コンバーター(FVC)の開発により著しく改善され,さらにマルチスライス化が進められている。以上,科学研究費補助金を用いたこれらの研究成果は多数の論文として掲載されている。(1)Sub-McpsのCdTe検出器システムを購入し,開発した高速整形増幅器と高速反転コンパレーターを接続し,X線フォトンを高速でカウントした。(2)1×1×1 mmのLSO単結晶をMPPCに貼り付け,アルミキャップで遮光する方式のLSO-MPPC検出器を製作した。次いで,高速電荷有感式増幅器,高速整形増幅器,超高速コンパレーターを開発し,最大6 Mcpsでカウントした。(3)上記2種のエネルギー弁別X線検出器システムを単軸ロボットに搭載して振動させる方式のライン検出器を開発した。LSO-MPPCとCdTe検出器の最大スキャン速度はそれぞれ600 mm/sと25 mm/sであった。(4)CdTeライン検出器,ターンテーブル,PCなどを組み合わせて,エネルギー弁別X線CTシステムを構築した。

被写体のプロジェクションデータはライン検出器により得られ,被写体のスキャンと回転を繰り返すことによりCT撮影を行った。またヨウ素とガドリニウムの造影剤を使ったKエッジ撮影では,良好な画像コントラストが得られた。(5)LSO-MPPCライン検出器,ターンテーブル,PCなどを組み合わせてエネルギー弁別可能な高速フォトンカウンティングX線CTシステムを構築した。コンパレーターの下限電圧を変化させることにより,画像のコントラストが変わり,ヨウ素やガドリニウムのKエッジ撮影と同等の断層像が得られた。アメリカ製の小型タングステンX線管ユニットを購入し,x-yステージに固定してスキャンする方式の反射式X線カメラを試作し,IやGdの蛍光X線分析を行った。特にGdを用いた場合には被写体深部の分析が可能であった。24年度当初,我々はCdTe検出器とシングルコンパレーターを使ったED-CTシステムを構築し,IやGdの汎用造影剤を使ったKエッジCT撮影を行った。次いで,LSO-MPPCなどの検出器と高速電荷有感式増幅器を開発し,マルチチャンネルアナライザー(MCA)を使ってスペクトルを測定した。増幅器から発生するイベントパルス幅は200 ns程度と短いので,使用したMCAでは正確な波高値を測定することはできなかった。これは,MCA中にあるADコンバーターのサンプリング周期が長いためである。MCAで測定される波高値は実際よりも低いが,スペクトルの形は同じであった。加えて,汎用Si-PINダイオードを使ったED-CTシステムも構築し,CdTeで得られたものと同等の断層像を得ることができた。シングルエネルギーコンパレーターを用いた場合,最低フォトンエネルギーはコンパレーターで決定され,最大エネルギーは管電圧に相当する。ゆえに,エネルギーの最大値と最小値を調整できるデュアルエネルギーコンパレーターを開発し,動作試験を行っているところである。被写体の周りをライン検出器とX線源が回転する方式の動物用ED-CTシステムではCdTeやLSO-MPPCを用いたが,高カウントレートのX線源に対応できるSi-PINの検出器が将来有望であると思われた。以上,これらの研究成果を10編程度の論文としてすでに投稿した。(1)静岡大学のベンチャー企業が開発したSub-McpsのCdTe検出器システムを購入し,その他の増幅器などを全て手作りして,高速CdTeライン検出器を構築した。高速MCAを使ってエネルギーレベルと幅を調整する予定だったが,高価な高速MCAを購入できなかったため,コンパレーターを用いたエネルギー弁別X線CT(ED-CT)システムを開発することにした。ED-CDにおいて,エネルギーの下限はコンパレーター下限電圧で決定され,上限は管電圧に対応させた。次いで,下限電圧を変えて撮影し,エネルギーサブトラクション法によりエネルギー幅を決定することもできた。撮影ではシグマ光機のxステージを用いたので,最大スキャン速度は25 mm/sであったが,高速単軸ロボットを使った場合には100 mm/s程度の速度まで増加できる。
KF添加チタン酸バリウムの大型単結晶育成と臨界点近傍物性の解明

KF添加チタン酸バリウムにおいて、KFの組成xを0から0.12付近まで系統だてて変化させ、単結晶を育成した。特に、誘電率が最も大きくなるx=0.1付近の大型単結晶の育成法を開発した。質単結晶を用いて、誘電率、自発分極の温度依存や直流電場印加下における誘電率の温度依存を精密に測定した。我々が予想していた通り、x=0.1組成が3重臨界点近傍であること、電場で誘起される1次転移から2次転移への移行を示す臨界終点は、x=0では臨界電場Ec=10kV/cmで生じるが、Ecは組成xの増加とともに低下していき、x=0.1付近でEc=0となる。本系での組成-電場-温度の三次元相図を明らかにした。鉛フリーな圧電材料の開発の一環として、KF添加チタン酸バリウム(Ba1-xKxTiO3-xFx)における、x=0.1付近の三重臨界点近傍組成に注目し、その大型単結晶育成法を開発し、育成した良質単結晶により、臨界点近傍組成の誘電率、圧電率、自発分極の温度依存を、さらに、電場印加下における誘電率や比熱の温度依存を詳しく調べることで、三重臨界点の物理と物質の圧電材料としての可能性を明確にすることを目的に研究を開始した。1)フラックス法による単結晶育成とその誘電特性:組成により異なる温度設定条件などの育成条件を検討し、x=0.023,0.058,0.073,0.083,0.14の5種類の単結晶を育成した。それぞれの結晶で電場印加下での誘電率測定を行った。特に、x=0.023の結晶で、良質の測定結果が得られた。誘電率は立方晶・正方晶転移温度(強誘電キュリー温度TC)でピークとなるが、20Hzの低周波での誘電率はTCでの誘電率の値が電場と共に増大し臨界電圧(臨界点)Ec=4 kV/cmで最大となり減少していく。この臨界電圧は組成xの増大と共に小さくなり、x=0.1付近で0となることがわかった。結果の一部は5月に開催される強誘電体応用会議にて発表する。2)スパークプラズマ焼成法(SPS法)でのセラミックスの作製:単結晶育成の原料となるセラミックスの品質向上のため、SPS法での低温・短時間焼成を試み、KFの揮発を極力抑えることを可能にした。各組成に対するSPSの焼成条件を確立し、立方晶だけでなく六法晶チタン酸バリウムに関する焼成条件を明確にした。六法晶チタン酸バリウムの低温焼成で特許を提出した。1)単結晶育成:主にフラックス法によって組成の異なる単結晶を得ている。結晶の大型化のためTSSG(top-seeded solution growth)法による育成を試みているが、条件出しに手間取り、TSSG法では良好な結果は得られていない。しかし、フラックス法において、5ミリ角の結晶が育成できるようになり、物性測定は順調に進んでいる。2)単結晶の物性測定:KFの組成がx=0.023, 0.058, 0.073, 0.083, 0.14の5つの単結晶試料で、誘電率のDC電場依存の測定を行った。転移温度Tcでの誘電率はDC電場とともに大きくなり、臨界終点(critical end point)で最大となる。このときの電場を臨界電場Ecと呼ぶ。更なるDC電場とともに、誘電異常はブロードとなり、誘電率も低下していく。この臨界電圧Ecは組成xとともに低下していき、x=0.1付近でEc=0となる。すなわち、臨界終点の行きつく先が三重臨界点であることを実験的に明らかになった。x=0.023に限ったデータを論文としてまとめ、JJAP誌に投稿、掲載された。国際会議などでも報告し、招待講演にも招かれている。3)比熱測定:電場印加下での比熱測定のため、acカロリメーター装置の改良を行い、測定に向けての準備が整ってきた。4)セラミックスの合成:KFは800°C以上では揮発するので、通常のチタン酸バリウム焼成では焼成温度が高すぎ、KF添加は困難であった。我々は、ゾルゲル法により作製した前駆体を650°Cでの焼成することで、KF添加チタン酸バリウム粉末の合成を行った。組成xと焼成温度との関係を詳細に調べることで、立方晶チタン酸バリウムと六方晶チタン酸バリウムの出現に関する温度組成相図を明らかにした。三重臨界点組成を持つ誘電体の熱力学特性を調べる目的で、KF添加チタン酸バリウムに注目し下記の研究を行った。1)KF添加チタン酸ンバリウム単結晶の育成については、主にフラックス法にて組成の異なる単結晶を作製している。結晶の大型化のためにTSSG(top-seeded solution growth)法を試みてきたが、安定な育成条件を得るまでには至っていない。フラックス法での育成法を精査し、仕込み量と育成結晶の組成との関係を明らかにすることで、目的の組成の結晶を育成する方法を考案した。2)熱力学特性の重要情報となる誘電率の温度・電場依存の実験結果については、組成の異なる単結晶で測定を行い、おおむね良好な結果が得られた。結果を整理し一部は論文にまとめたが、全体像を示すため更なる検討を行っている。

3)KF添加チタン酸バリウムセラミックスについては、KFの添加量や焼成温度の違いにより、非常に低い温度で、立方晶ではない六方晶チタン酸バリウムが出現することがわかった。その温度組成相図を明らかにし、現在論文にまとめている。4)チタン酸バリウム系の材料で、応用上有用な特性を見出したので、特許申請した。また、KF添加チタン酸バリウムとは別に、新たな系で三重臨界点材料を見出した。これについても特許申請を準備している。KF添加チタン酸バリウムの単結晶の大型化については、物性実験に十分に使える大きさの単結晶を得ている。三重臨界点組成近傍での誘電率の温度・電場依存につての基礎的データもえられており、全体像をまとめるところまで来ている。KF添加による、六方晶チタン酸バリウムの低温での出現など、当初予想しなかったデータが得られている。また、1000°C近くに三重臨界点をもつ材料を見出すなど、新たな知見が得られている。これらを総合し、おおむね順調と判断する。チタン酸バリウム(BaTiO3)は物理・応用ともに広く研究され,最も一般的な強誘電体である.BaTiO3はペロブスカイト酸化物ABO3型結晶で,単位胞の頂点にBa2+イオンが位置し,八面体の頂点を構成する酸素原子の中心にTi4+イオンがある.この物質の誘電率は,多くの電荷がTi-O間の共有結合を通して揺らぐことができるため、室温で5000と通常の物質よりもかなり大きい.共有結合性を変化させるために陽イオンであるBaやTiを他のイオンで置き換えた研究は数多くある。しかし,Oサイトを電気陰性度の最も大きいフッ素(F)で置換し、さらに電気的中性条件を満足させるためBaをKで置換した系で、系統的にチタン酸バリウムの物性を調べ、共有結合性と強誘電性の関係を論じた研究はほとんど無い。KF添加チタン酸バリウム(Ba1-xKxTiO3-xFx)の組成をx=0から0.12付近まで系統立てて変化させ単結晶を育成した。特に、誘電率が最も大きくなるx=0.1付近に注目し、その大型単結晶の育成法を開発した。育成した良質単結晶を用いて、誘電率、圧電率、自発分極の温度依存や直流電場印加下における誘電率の温度依存を精密に測定した。チタン酸バリウムの強誘電相転移温度TcはKFの添加量xとともに低下し、x=0.1付近で1次転移から2次転移に移行する、すなわち三重臨界点(Tri-Critical Point, TCP)が存在する。このことが、誘電率や自発分極の温度依存に影響を与えている。直流電場印加下においても1次転移から2次転移に移行する臨界終点(Critical End Point, CEP)の存在が知られており、今回、x=0.023、0.057、0.083の単結晶についても詳しく調べた。臨界電圧(Ec)はx=0では10kV/cmであったものが、xの増加とともに低下していき、x=0.1ではEc=0となる。すなわち、CEPの終端がTCPとなる。KF添加チタン酸バリウムにおいて、KFの組成xを0から0.12付近まで系統だてて変化させ、単結晶を育成した。特に、誘電率が最も大きくなるx=0.1付近の大型単結晶の育成法を開発した。質単結晶を用いて、誘電率、自発分極の温度依存や直流電場印加下における誘電率の温度依存を精密に測定した。我々が予想していた通り、x=0.1組成が3重臨界点近傍であること、電場で誘起される1次転移から2次転移への移行を示す臨界終点は、x=0では臨界電場Ec=10kV/cmで生じるが、Ecは組成xの増加とともに低下していき、x=0.1付近でEc=0となる。本系での組成-電場-温度の三次元相図を明らかにした。
葉緑体光定位運動におけるphot2の情報発現機構の解析

青色光受容体であるフォトトロピン2(phot2)は葉緑体光逃避反応の光受容体である。しかしphot2はphot1と伴に葉緑体集合反応の光受容体でもある。このphot2の相反する作用がどのようにして起こりうるのかを明らかにするのが本研究の目的である。本研究では葉緑体逃避反応に作用するphot2は葉緑体上に、集合反応を誘導するphot2は細胞膜上に分かれて作用していることを明らかにした。葉緑体は強光下では光から逃げ(逃避運動)、弱光では光に集まる(集合運動)。逃避反応の光受容体は青色光受容体フォトトロピン2(phot2)であり、集合反応の光受容体はphot1とphot2である。シダ植物でphot2の他に、フォトトロピンとフィトクロムの融合したキメラ受容体フィトクロム3(phy3)が、赤色光で誘導される逃避運動、集合運動、光屈性の光受容体である。これらの結果、phot2およびphy3は弱光下では集合反応、強光下では逃避反応という、相反する現象の光受容体として働いている。本研究の課題は、phot2の相反する二つの作用がどのようにして誘導されているかである。そこでphot2およびphy3から発せられる集合反応と逃避反応の信号伝達系と、その後の葉緑体の運動機構を解明することが本研究の目的である。葉緑体の光逃避反応は、葉緑体に強光が当たった時に誘導されるので、葉緑体上のphot2の存在をシロイヌナズナの葉から無傷の葉緑体を単離し、抗phot2抗体,抗phot1抗体を使用して調べた。その結果、予想通りにphot2は葉緑体の外包膜上に存在することが示唆された。葉緑体運動に関与するphot2はphot1とは違ったアミノ酸配列を有しているが、そのどの部分がphot2の特異的な機能に関与しているかを明らかにするために、phot1とphot2の遺伝子の部分変換を行い、phot1がphot2の機能を持つように成るかを調べた。その結果シロイヌナズナを使用して現在までに行った部分変換実験では、その有効な部分は明らかになっていない。Phot2によるシダの葉緑体光逃避運動に関与する各種因子の遺伝子を探索するための準備段階として、前葉体世代および胞子体世代のシダからRNAを単離し、EST解析を行った。シダ植物でphot2の他に、フォトトロピンとフィトクロムの融合したキメラ受容体ネオクロム1(neo1)が、赤色光で誘導される逃避運動、集合運動、光屈性の光受容体である。これらの結果、phot2およびneo1は弱光下では集合反応、強光下では逃避反応という、相反する現象の光受容体として働いている。そこでphot2およびneo1から発せられる集合反応と逃避反応の信号伝達系と、その後の葉緑体の運動機構を解明することが本研究の目的である。本年はphot2の機能を解明するため、phot2に結合してphot2の機能を助ける結合タンパク質の探索を行った。シロイヌナズナから生化学的にタンパク質複合体を精製し、その大きさで分別し、phot2の抗体でphot2が含まれているタンパク質複合体の位置を確定した。その結果500kD程度の大きさのフラクションがphot2及びその複合体である可能性を得た。現在その複合体に含まれているタンパク質の検出を行っている。葉緑体同様に細胞内の核も光によって移動することが、以前の我々の研究で明らかになっているので、本年はこの作用にphot2が関与しているかどうかを、シダの前葉体細胞を使用して解析した。その結果、シダにおいては強光により核も逃避運動をすることが明らかになり、その受容体がphot2であることが判明した。

そこでphot2およびneo1から発せられる集合反応と逃避反応の信号伝達系と、その後の葉緑体の運動機構を解明することが本研究の目的である。本年は、昨年度に明らかになった500kD程度の大きさのphot2が含まれているタンパク質複合体の構成を解析した。その結果その複合体には、phot2の結合タンパク質として膜輸送の調節に関与するARF(ADP rebosylation factor)が含まれていることが分かった。現在ARFがphot2とどのような関係で光信号の伝達に関与しているかを解析中である。一方この複合体にはphot2が4量体として存在していることが強く示唆されたので、どの部分が4量体形成に関与しているかを解析した結果、phot2の二つの色素団結合部位LOV1とLOV2を繋ぐヒンジ部分のLOV1側からのアミノ酸の長さが非常に重要な役割をしていることが明らかになった。現在この部分の役割を解析中である。葉緑体は暗黒下では特別な配置をとり、暗黒定位と呼んでいるが、本年、シダの前葉体を低温下に移動させると、細胞表面の葉緑体は光条件下でも暗黒定位同様な様相を呈し、細胞同士が接触した細胞壁へ移動することが明らかになった。この現象をシダのphot2欠損突然変異体で行った結果、この現象にはphot2が必須であることあることが判明した。葉緑体は強光下で逃避反応を示し、その光受容体は青色光を吸収するフォトトロピン2(phot2)である。一方、弱光下で起こる集合反応の光受容体はphot1とphot2である。従って、phot2は弱光下では集合反応、強光下では逃避反応という、相反する現象の光受容体として働いている。本研究の目的は、phot2の相反する二つの作用がどのようにして誘導されるかを明らかにすることである。我々の予備実験の結果、phot2は細胞内で、それ自体が4量体を形成している可能性が高くなった。またN末端側を順次除去して行くと4量体から2量体、単量体へと変化することから、N末端領域が多量体形成に重要な役割を担っている事が明らかになった。そこで多量体の形成が逃避反応や集合反応にどのように影響するかを調べるために、phot1phot2二重変異体に4量体型、2量体型、単量体型を形成するような改変phot2を発現させ、それぞれの生理現象に対する影響を調べた。その結果、LOV1ドメインを含むN末端側0-236アミノ酸を削除して4量体と2量体が混在する構造になると集合反応は見られなくなったが、強光反応は正常であった。0-357アミノ酸を削除した2量体型は弱光下での集合反応は示さず、強光下での逃避運動はわずかに回復する。しかし、この体型のN末端側に4量体を形成するDsREDexpressを繋ぐと、強光下でも集合反応を示し、強光反応は示さなくなった。単量体型では集合反応も逃避反応も起こらなかった。以上により、phot2の機能には少なくても2量体以上の構造が必要であり、また4量体形成に重要なLOV1ドメイン側の領域は分子スイッチとしてphot2が逃避反応のみならず集合反応に機能するためにも重要であることが分かった。
赤痢菌エフェクターIpgBによる上皮細胞侵入と細胞間拡散機構の解明

本研究では、赤痢菌の感染初期動態を明らかにする目的で、本菌の感染に中心的な役割を果たしていると推定されるipgB1およびB2遺伝子群に着目し研究を行っている。今年度は特にipgB1遺伝子に着目し以下の成果を得た。1)IpgB1は宿主細胞に直接分泌される昨年度までに、IpgB1は赤痢菌感染時のラッフル膜形成に関与することを明らかにしている。C末端にMycエピトープタグを付与したIpgB1を分泌する赤痢菌を作製し、HeLa細胞へ感染させたところ、IpgB1は赤痢菌の感染後、菌体周囲およびラッフル膜に局在することが明らかとなった。2)IpgB1のラッフル膜誘導領域の探索昨年度までに、GFP-IpgB1のトランスフェクションによって宿主細胞にラッフル膜が誘導されることを確認している。IpgB1の各種欠失変異体を作製しGFP-IpgB1のラッフル膜誘導領域を探索した。その結果、IpgB1のN末端53アミノ酸領域をのぞく全領域がラッフル膜誘導には必要なことが明らかとなった。3)IpgB1によるラッフル膜誘導機構の解明IpgB1によるラッフル膜誘導がRac1、Cdc42活性化に依存しているか検討した。IpgB1によるラッフル膜形成はrac1、cdc42のsiRNA導入、またRac1、Cdc42の阻害剤であるGGTI-298処理により抑制されることが明らかとなった。GFP-IpgB1のトランスフェクションによりRac1、Cdc42活性化が認められた。さらにIpgB1欠損株感染では、野生株、IpgB1過剰発現株感染と異なりRac1、Cdc42活性化が認められなかったことから、IpgB1は赤痢菌感染時にRac1、Cdc42を活性化させラッフル膜形成を誘導する、細胞侵入に必須の新規エフェクターであることを明らかにし現在論文投稿中である。本研究では、赤痢菌の感染初期動態を明らかにする目的で、本菌の感染に中心的な役割を果たしていると推定されるipgB1およびB2遺伝子群に着目し、今年度は以下の成果を得た。1.新規エフェクターとしてのIpgB11)マウス肺炎惹起モデルを用いた感染実験:野生型では100%致死量を示す赤痢菌をマウスに経鼻投与すると、IpgB1欠損株では50%の生存率を示し、IpgB1が赤痢菌の新規病原因子であることが明らかとなった。3)IpgB1によるラッフル誘導機構の解明:IpgB1過剰発現株を作出し、IpgB1が宿主細胞中に分泌されていることを明らかにした。またIpgB1過剰発現株では、感染時に形成されるラッフルが野生型と比較して顕著に増大しており、細胞侵入効率も10倍以上に向上した(IpgB1欠損株では野生型と比較して50%程度に低下)。以上により赤痢菌は、宿主細胞にIpgB1を注入することによってアクチン細胞骨格の再構成を誘導し細胞内に侵入することが明らかとなった。現在は、IpgB1によるラッフル誘導機序を、標的分子探索と並行して、低分子量G蛋白質であるRac1、Cdc42動態に着目し解析中である。
「認知心理学を応用した事情聴取・取調技術の開発」

現実の犯罪捜査では、事件そのものの目撃証言よりも事件発生前後の事物に関する証言、例えば事件発生前に犯行現場付近に停車していた車両や事件発生後に現場付近を歩いていた人物等に関する証言が重要となる場合が多い。しかしながら、このような事件と直接的に結びついていない情報は、目撃者にとって日常の記憶となんら変わりないことから、注意が向けられていないことが多く、正確で詳細な証言を得ることは難しい。このような情報を効率的に想起させる手段として、米国では認知心理学を応用した認知面接法が考案され、法執行機関等で取り入れられ成果をあげている。この面接技術の中でも、特に目撃時の周囲の状況や感情状態を思い出させながら想起させるイメージ方略が最も効果的とされているが、イメージ化が苦手な者や子供にはその効果は得られにくいことが指摘されている(越智,2005)。本研究では、イメージ方略の代替手段として描画の有効性について検討した。体験した出来事を描画させることで出来事の想起量が促進したとする報告(Gross & Hayne,1999;小坂・越智,2005)があり、事件と直接的に結びついていない情報についても想起の促進が期待される。実験では、描画群・統制群(各15名)の2群を設定した。いずれの群の被験者にも視覚探索課題を行ってもうらと教示し、実験室に再現した模擬大学院生室(以降、待機室と称する)に5分間待機させた後(携帯電話の電源は切るように教示)、約20分間視覚探索課題を行わせた。その後、描画群には「先ほどの部屋の絵を描いて下さい。紙は縦・横自由に使って構いません。また絵のうまさは関係ありません。ただ、部屋の中に何があったか分かるように描いて下さい。」と教示し、待機室の絵を描かせた。一方、統制群にはエゴグラム(TEG II)を実施させた。両群とも5分後、待機室に置かれていたアイテムについて再生課題を行わせた。その結果、描画群の平均再生数(16.3個)の方が、統制群の平均再生数(13.6個)よりも多かったものの、一要因の被験者間分散分析の結果、統計的有意差にまでは至らなかった。描画の効果がみられなかった理由としては、先行研究と本実験とでは、被験者の年齢や再生課題までの経過時間が相違している点があり、また描画が記憶に及ぼす効果を評価する手段として再生課題は適切ではなかった可能性も考えられる。今後は、今回得られたデータをもとに、アイテムの典型性や顕著性を考慮して、さらに分析を行いたい。
グラフィックスを主体とした会話型シミュレーションシステム

本研究では,グラフィックスを用いた離散型シミュレーションのための会話型システムの実現を目指した.本システムは,従来からあるシミュレーション言語によるモデリングではなく,モデリングからシミュレーション実験,結果の解析までを含めた統合システムを,会話形式で利用できることを目的としている.また,グラフィックスを用いて視覚的にすべての処理を行なうことによって,シミュレーションについての予備知識がなくても,モデリングから結果の解析までを行なえることを目的とした.当初の目的は,簡単な図形要素から成るグラフを画面上に作り,それぞれの要素の論理動作を指定することによってモデルを作り上げるシステムの開発であった.このシステムは, DEC2020上にSimulaによって実現し,マンマシンインタフェースを改善するためにSmalltalk-80によるワークステーションへの実現を行なった.離散型シミュレーションについては,その適用範囲をいかに広くできるかがシステムの使いやすさに大きく影響するが,本システムでは構成要素の論理動作指定に汎用性をもたせるように工夫することによって満足できる結果が得られた.また, Smalltalk版では,この部分をオブジェクト指向の考え方によって容易に拡張できるようになっている.視覚的なマンマシンインタフェースをパソコン上で実現するには,現状ではまだ処理能力が不足しており,階層的にモデルを詳細化する際のウィンドウの重ね合わせなどで使い勝手が悪く,満足できる結果は得られなかった.また,メモリと処理速度の制約から教育用はともかく,実用的なシミュレーションを行なうのは無理である.ただし,カラーを使えるなど有利な点もあることから,少なくともモデリングの部分については今後ともパソコンレベルへの移植を継続する計画である.本研究では,グラフィックスを用いた離散型シミュレーションのための会話型システムの実現を目指した.本システムは,従来からあるシミュレーション言語によるモデリングではなく,モデリングからシミュレーション実験,結果の解析までを含めた統合システムを,会話形式で利用できることを目的としている.また,グラフィックスを用いて視覚的にすべての処理を行なうことによって,シミュレーションについての予備知識がなくても,モデリングから結果の解析までを行なえることを目的とした.当初の目的は,簡単な図形要素から成るグラフを画面上に作り,それぞれの要素の論理動作を指定することによってモデルを作り上げるシステムの開発であった.このシステムは, DEC2020上にSimulaによって実現し,マンマシンインタフェースを改善するためにSmalltalk-80によるワークステーションへの実現を行なった.離散型シミュレーションについては,その適用範囲をいかに広くできるかがシステムの使いやすさに大きく影響するが,本システムでは構成要素の論理動作指定に汎用性をもたせるように工夫することによって満足できる結果が得られた.また, Smalltalk版では,この部分をオブジェクト指向の考え方によって容易に拡張できるようになっている.視覚的なマンマシンインタフェースをパソコン上で実現するには,現状ではまだ処理能力が不足しており,階層的にモデルを詳細化する際のウィンドウの重ね合わせなどで使い勝手が悪く,満足できる結果は得られなかった.また,メモリと処理速度の制約から教育用はともかく,実用的なシミュレーションを行なうのは無理である.ただし,カラーを使えるなど有利な点もあることから,少なくともモデリングの部分については今後ともパソコンレベルへの移植を継続する計画である.離散型システムのための会話型シミュレーションシステムの実現を目的として本研究を開始した。当初、大型計算機上での実現を前提とし、実行プログラムとしてSimulaを選定して、システムを部分的に実現してきた。ところが、昨今のハードウエアの急速な進歩により、大型機よりもパーソナルコンピュータ上で実現することによって、利用者との親和性のより高いシステムの構築が可能となることが明らかとなった。シミュレーションシステムとしての基本設計自体は従来どおりであるが、本年度重点的に研究を行った部分は、モデル構成要素の論理動作指定と、それらから実行効率の良い逐次実行プログラムを生成する方法、およびマンマシンインターフェースの改善の2点であった。前者については、一般条件付き待ち合せ機構と名付けたアルゴリズムを開発し、このアルゴリズムがほとんど全ての場合に適用可能であることを確認した。後者については、Smalltalk-80による本システムの実現から、多重ウィンドウ、メニューを用いたインターフェースが、利用者との親和性を高める上で非常に強力な道具となることがわかってきた。ワークステーションの範囲に含まれる機械ば非常に安くなり、また作成したシステムの移植性を考慮すると、UNIXの元でCあるいは【C^(++)】を記述言語および目的言語として実現するのが最も良いとの結論に達したため、本年度はこの方向での実現を目指した。現在使用可能なパソコンはPC-98XAで本年初めまではOSとしてはMS-DOSだけが使用できたので、MS-DOSの元でシステムの一部をCによって実現し、UNIXであるPC-UX1Vを導入した時点でUNIXに移る方針で作業を進めた。PC-UX1Vの発売の遅れから現在はまだOSそのもののテストをしている段階で、本年4月以降に移植作業を開始する予定である。
ARF6が制御する神経軸索分岐形成機構

ニューロンは、標的となる神経細胞へ軸索を伸長・分岐させた後、その標的細胞と正確な細胞間接着を行うことで、記憶や学習に必要なシナプス形成とその維持を可能にする。中枢神経特異的に発現する接着分子L1は神経突起や軸索分岐形成に関与することが報告されているが、L1依存的な軸索分岐形成の分子メカニズムについては明らかにされていない。申請者は、細胞内膜輸送や細胞骨格系の制御に関与する低分子量Gタンパク質のARF6が与えるL1依存的な軸索分岐形成への影響について検討した。ARF6のドミナントネガティブ型ARF6^<T27N>"を海馬ニューロンに過剰発現させ、L1の細胞外ドメイン領域のタンパク質をコートした培養皿で培養したところ、L1依存的な軸索分岐形成を有意に促進した。また、ARF6のエフェクター分子であるtype IPI(4)P5-kinaseをARF6のドミナントネガティブ型と共発現させた結果、その軸索分岐形成促進効果は抑制された。これらの結果から、神経軸索突起分岐形成にはtype I PIPkinaseの産物であるホスファチジルイノシトール(4,5)-2リン酸の細胞膜での量の調節が重要な役割を果たしているのではないかと考えられた。L1の細胞内ドメインには塩基性アミノ酸に富んだ領域が存在し、アクチン骨格系との連結に重要なEZRIN分子との相互作用が行われている。興味深いことに、L1同士の分子間相互作用の際にEZRINとの分子間相互作用が増強され、さらにtype I PIPkinaseとの分子間相互作用が確認された。またL1の細胞内ドメイン領域を組み込んだGST融合タンパク質は、ホスファチジルイノシトール(4,5)-2リン酸に対して結合活性を示した。すなわちこれらの結果から、L1依存的なホモフィリックな相互作用後に、低分子量Gタンパク質であるARF6がtype I PIPkinaseをリクルートし、EZRINとの分子間相互作用に必要なホスファチジルイノシトール(4,5)-2リン酸の合成を制御し、軸索分岐形成に影響を与えていることが考えられた。低分子量Gタンパク質のARF6は、細胞内膜輸送や細胞骨格系の構築などに必須の細胞内分子スイッチとして機能している。申請者は、神経軸索形成や細胞接着に必須の接着分子L1からの軸索分岐形成活性の制御に関与していることを見出した。即ち、(1)ARF6のドミナントネガティブ型のARF6^<T27N>を海馬ニューロンに過剰発現させた細胞を、L1の細胞外ドメイン領域のタンパク質をコートした培養皿で培養した結果、軸索分岐形成を有意に促進した。次に申請者は、ARF6のエフェクター分子のPI(4)P5-kinase type IをARF6の変異型とともに共発現させた結果、その分岐形成促進効果は抑制された。(2)ARF6の恒常的活性型のARF6^<Q67L>を過剰発現させた海馬ニューロンは、細胞膜表面から過剰にL1がエンドサイトーシスされて細胞内に蓄積し、膜上のL1量が減少して神経突起や分岐形成が抑制された、等の研究成果が得られた。こうした結果から、接着分子であるL1同士のホモフィリックな分子間相互作用の後に、ARF6-PIP kinase-PIP2合成経路が、神経軸索分岐形成に必須であることが示唆された。しかしこの経路と軸索分岐形成経路との関連性は不明である。この点に関して検証するために、我々は、L1抗体を吸着させたカラムを作成しラット脳の粗抽出液を供与して、L1の細胞内ドメインと分子間相互作用する分子について検討した。大変興味深いことには、神経軸索形成の分岐や伸張の制御を行う低分子量Gタンパク質であるRac1との相互作用が確認された。現在、Rac1を顆粒細胞などの培養ニューロンに発現させ、L1コーティングした培養皿にて培養を行い、軸索伸張・分岐形成活性などについて吟味検討しており、今後さらに、Rac1の下流に存在すると考えられるアクチン骨格系との制御機構との関連性について吟味する。

興味深いことに、L1同士の分子間相互作用の際にEZRINとの分子間相互作用が増強され、さらにtype I PIPkinaseとの分子間相互作用が確認された。またL1の細胞内ドメイン領域を組み込んだGST融合タンパク質は、ホスファチジルイノシトール(4,5)-2リン酸に対して結合活性を示した。すなわちこれらの結果から、L1依存的なホモフィリックな相互作用後に、低分子量Gタンパク質であるARF6がtype I PIPkinaseをリクルートし、EZRINとの分子間相互作用に必要なホスファチジルイノシトール(4,5)-2リン酸の合成を制御し、軸索分岐形成に影響を与えていることが考えられた。
新教育運動期における学校空間の構成と子どもの学習活動の変化に関する比較史的研究

今日、学校空間を、子どもにとって画一的で閉鎖的な構成から、形式にとらわれない自由な環境へと改革しようとする試みが見られる。こうした試みの起源のいくつかは、新教育運動期に求めることができる。本研究では、アメリカ、イギリス、ドイツの新教育運動期における校舎、教室、校庭といった学校空間の変革について調査した。その結果、学校空間の変革が子どもの創造的で協働的な学習活動のための環境と機会をもたらしていたことを解明した。本研究は、新教育運動期の学校空間の構成と子どもの学習活動の変化を、ドイツ、アメリカ、イギリスの具体的な事例に則して比較史的に解明することを目的とするものである。研究初年度の20年度は、研究の基礎作業として、先行研究の整理と資料の収集に力を注いだ。渡邊は、ドイツの代表的な田園教育舎系学校の一つであるオーデンヴァルト校の学校空間に関するM.ネフらの先行研究を検討したうえで、同校を訪問し、1910年代から30年代前半までの新校舎建設に関する未刊行一次資料を収集した。宮本は、アメリカにおける学校空間・教室空間の変貌について、建築・教室における秩序が追求された時代(1860年代ころまで)、能率が追求された時代(1920年頃まで)、空間感情が追求された時代(1910年から大恐慌期)の3期に分けて、それぞれの時期の特質を明らかにした。山崎は、イギリス新教育運動期の学校空間の構成に影響を与えた言説として、H.フィンレイージョンソン、B.エンソア、P.ナンの著作に注目してその内容を分析するとともに、イギリスのケンブリッジ大学等において調査を遂行し、『現代の学校(The modern School)』(1949年)などイギリスの学校建築に関する貴重な先行研究を調査・収集した。山名は、研究協力者H.ケムニッツらと情報交換しながら、ドイツの学校建築に関する先行研究を整理するとともに、代表的な雑誌『学校建築(Das Schulhaus)』(1899年創刊)によって、ドイツにおいて公的な学校建築が独自の建築上の課題として確立されたことを明らかにした。研究2年目の21年度は、前年に引き続き資料収集の収集・分析をおこなうことを通して、新教育運動期の学校空間の実態解明を進めた。また同時に、学校空間の構成に影響を与えた教育理念について分析した。渡邊は、ドイツの代表的な田園教育舎系学校の一つであるオーデンヴァルト校の学校空間に着目し、建築家H.メッツェンドルフによる同校の設計図を分析するとともに、彼の建築様式の特徴について考察した。宮本は、アメリカにおける学校空間・教室空間の変貌について、建築・教室の秩序が追求された「教会モデル」の時代(1860年代ころまで)、能率が追求された「工場モデル」の時代(1920年頃まで)、空間感情が追求された「家族モデル」の時代(1910年から大恐慌期)の3期に分けて、それぞれの時期の特質を具体的に解明した。山崎は、19世紀初頭から1920年代までのイギリスの各教育法と学校建築の関連を整理したうえで、絵画及び写真の分析を通して時代毎の学校建築の特徴を明らかにした。山名は、ドイツの田園都市ヘレラウ等において学校空間の調査を遂行するとともに、学校空間の変化を新教育運動研究のなかに位置づけるための解釈枠組みの検討をおこなった。研究最終年となる22年度は、(1)新教育運動期における学校空間構成の実態解明、(2)空間構成に込められた教育理念の抽出に加えて、(3)新しい空間のもとでの学習活動の分析をおこなった。渡邊は、ドイツの代表的な田園教育舎系学校の一つであるオーデンヴァルト校の学校空間と学習活動の関連について考察し、とりわけ、運動場建設を事例に、学校空間形成への生徒の関与自体が新教育の重要な学習活動の一つであったこととを明らがにした。宮本は、アメリカの学校建築の変遷を、1900年以前の進歩主義教育以前(教会モデル)、19世紀末から1940年の大規模学校建築の時代(工場モデル)、1940年以後の子ども中心の学校建築の時代(自然・家庭モデル)に整理したうえで、子ども中心の学校空間の特質と学習活動の変化をクロウ・アイランド小学校を中心に解明した。山崎は、イギリス新教育運動期前後の学校空間構成を視野に入れながら、とりわけ19世紀末の中等教育を対象にした新学校とその影響を受けた1920年代の新教育の学校空間構成の変化を、公教育制度と関連づけながら分析した。山名は、ドイツ田園教育舎の学校空間について、ボルツの「埋め合わせ」理論を用いて分析することを通して、従来の規律論的解釈とは異なったシステム理論的解釈をおこなった。
ハイパースペクトル画像処理の高度化に関する研究

本研究では、ハイパースペクトルセンサを用いて観測されるデータをもとに、農林業、医療現場、災害現場等、各現場のニーズに即した形で画像表現を行うとともに、各観測値について波長間の演算を最適化することで特徴量を抽出し、現場のニーズに合った信号出力を得るための各種処理方式の検討・提案を行った。特に、最終年度は、震災復興に資する研究にも注力した。本研究では、農林業および、医療現場のニーズに即した形で特徴量を抽出し、画像表現する。従って以下のように、両現場の研究者の協力のもとにハイパースペクトルデータの取得、特徴量抽出演算の最適化、現場のニーズに合わせた画像表現の提示方式の検討を行う。本研究では、ハイパースペクトルの有する高い波長分解能特性をベースとして、波長選択の最適化および各波長成分間演算の最適化によって、観測対象物の特徴を顕在化させる高度画像処理技術の開発を目的としている。初年度は、観測対象を農林行分野における植物の状態計測、医療分野における組織分類、安全・安心にかかわる障害要因の検出の三点に重きを置いて、各種のハイパースペクトル画像の取得と解析を行った。農林業分野の植生計測では、移動式クレーン搭載のハイパースペクトル画像観測系および、本年度購入した高分解能スペクトロメータを用いて稲や森林のフィールド計測を行い、いもち病や森林のナラ枯れに伴うスペクトル変化の特徴を明らかににした。また、(財)資源・環境観測解析センターの協力を得て、稲圃場およびナラ枯れの多発している森林の航空機ハイパースペクトル画像計測を実施し、これらの疾病の程度を画像化する方式の開発を進めた。医療分野については、東京医科歯科大学医学部の協力を得て、ブタ内臓組織画像のセグメンテーションに有効な演算方式について検討をおこなうとともに、悪性腫瘍部位の検出方法についても、基礎的検討をおこなった。安全・安心分野では、水難救助等を想定したヒト肌部位の検出に粒子最適化手法(PSO)を用いるなど、有効な波長間の組み合わせの際の最適化手法を提案し、その有効性を示した。さらには、路上通行の際の障害物検知に有効な波長間演算処理方式や、住民環境の保全にかかわる各種の変化情報を衛星画像等から抽出する際のスペクトル情報の有効利用方法などについても、基礎的な検討をおこなった。本年度は、ハイパースペクトル画像から得られる各種対象物の情報を、1.農林業リモートセンシング、2.腹腔鏡下手術等の医療、3.社会の安全・安心に役立てるための情報処理技術について研究を進めた。1の農林業リモートセンシングでは、(財)資源・環境観測解析センターの協力を得て、撮影された山形県庄内地域の水稲圃場および山間部の航空機ハイパースペクトル画像と、この観測に同期して実施した現地調査データの解析を行い、水稲については、葉面積指数を推定するのに有効な波長間演算方式および、いもち病の被害程度をハイパースコペクトル画像から推定するのに有効な演算方式を提案し、有効性を実証した。また、山形県下で被害の拡大しているナラ枯れに伴う水分ストレスを、短波長赤外ハイパースペクトル画像から抽出するのに有効な波長帯の選択をおこなった。2.の腹腔鏡下手術等の医療応用では、東京医科歯科大学の協力のもとでブタの血管・内臓のハイパースペクトル画像撮影を行い、赤外ハイパースペクトル情報を有効活用することで、血管や各種臓器の分類や、組織の虚血状態の検出を容易に実現できることを明らかにした。このように、スペクトル情報のみで対象臓器・血管等を判別する方式は、腹腔鏡下手術のように、視野が限定された手術作業空間の中での作業効率の改善に寄与するものと思われる。3.の安全・安心分野での応用については、山間部の防災という観点から、スペクトル情報を用いて斜面崩壊の検出や土壌水分の推定を行い、検出結果を時空間情報処理システム上に反映させる方式の開発を進めた。また、都市部の街路での移動体の衝突防止という観点から、赤外スペクトル情報を用いた路上障害物の認識アルゴリズムの検討を行い、5波長程度で、実用性の高い認識処理が可能なことを示した。本年度は、昨年度に引きつづき農林業および各自治体、医療現場等のニーズを考慮しつつ、以下4項目について、各現場の研究者の協力のもとにハイパースペクトルデータの取得、特徴量抽出演算の最適化、現場ニーズに合わせた画像表現の提示方式の検討を行った。1.ハイパースペクトル画像データの取得庄内平野における水稲・大豆、最上川流域のナラ枯れ被害林について、ハイパースベクトル観測を実施した。特に、無人ヘリコプター搭載のハイパースペクトル計測の結果、現在農業現場で多用されている接触型の葉色計の測定値(SPAD値)を上空からの観測で、効率良く推定できる指標を得た。2.安全・安心を担保するための各種観測指標の導出調査波長域を可視・赤外のみならず、悪天候でも調査可能なマイクロ波領域にも拡大し、航空機搭載センサや衛星搭載の各種センサからの情報を如何に「安全・安心」を担保する指標に結び付けていくか、土壌水分などの実データをもとに検討を行った。3.植物の枯死プロセスの定量化植生の退行は植物のダメージの受け方によって、スペクトル上では異なった変化を呈する。これらを特徴空間内の変化として定量化することで、ナラ枯れ等の森林被害の初期段階での検出を目的として、ナラ枯れ指数を提案した。

また、この指数が瓦礫や流木などの検出にも転用可能であることから、東日本大震災の被害地域の衛星画像に適川し、被害域の画像化を試みている。4.組織固有の識別演算の最適化内視鏡下手術時の限定視野について対象臓器の探索や組織病変の検知が容易になるように波長間の演算の最適化を行い、ブタの腹部組織の虚血状態を画像化することができた。また、今年度は東京医科歯科大学医学部倫理審査委員会の承認を得て、胃がん切除組織標本についても、赤外ハイパースペクトルデータの取得・解析を進め、ガン組織を抽出するのに有効と思われる指標を提案した。ハイパースペクトル画像処理を以下の4分野に適用し、実社会のニーズに資する技術的基盤の確立に努めた。特に本年度は、3月11日に勃発した東日本大震災の重大性に鑑み、農林業の復興計画、自然環境の再生に踏み込んだ研究も実施した。1.農・林業分野でのハイパースペクトル・リモートセンシングの高度化:昨年度までに観測したハイパースペクトル画像の解析を進めるとともに、無人ヘリ観測系の改良を行い、SPAD値推定等の実用性を評価した。また、東日本大震災で津波による塩害被害を受けた宮城県亘理町のイチゴ栽培地域の塩害測定を実施し、塩害農地復興に資するデータ提供を行うとともに、イチゴの塩害再現実験を行い、塩害に伴うレッドエッジのブルーシフトを確認した。2.医療分野でのハイパースペクトル画像処理の有効利用:昨年度までに東京医科歯科大学の協力で取得したヒトのガン組織のハイパースペクトル画像の特徴量をより高い精度で画像化できるよう、スペクトル情報と組織の空間的な情報を含めた、総合的な認識指標について検討を行った。さらには、赤外スペクトル画像による悪性腫瘍探知を内視鏡レベルでも実施できるよう、多波長LED光源等周辺技術も含めた総合的検討を行った。3.災害復旧分野でのハイパースペクトル・センシング技術の実用化:地震・津波によって被害を受けた地域のマルチスペクトル衛星画像について、NWI指標を適用し、処理結果を画像化してホームページ上で公開した。ハイパースペクトル計測で得られたデータをもとに、被災地での遺体の探索にも有効な赤外域のスペクトル演算機構を実装したセンシング機器の試作をおこなった。4.ハイパースペクトルによる印刷原稿およびLED照明の演色性評価:大震災による電力逼迫でLED照明の普及が加速されたが、その演色性の評価は不十分である。本研究では、ハイパースペクトルセンサを用いた高精度の評価方式を提案した。