hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地域住民ボランティア参加型の緩和ケアネットワークモデルの構築

今回のようなWSを通して、最期まで自分らしく暮らせる地域づくりに向け、地域住民、医療、介護福祉関係者がともに考える機会を持つことで当事者意識の促進、地域における緩和ケアネットワーク構築の基盤づくりにつながる可能性が示唆された。我々は、まず、緩和ケアボランティアの活動を地域へ拡大するための課題を検討するために、病院で活動している緩和ケアボランティアへのインタビュー調査を行った。その結果、緩和ケアボランティアの人材確保が困難であり、今後、在宅緩和ケアネットワークの構築には住民参加が不可欠であることを啓発していく必要性が示唆された。そこで、最期まで自分らしく暮らせるための地域づくりをテーマとしたワークショップを開催した。その結果、地域住民や医療、介護福祉関係者が集い、終末期の過ごし方や在宅緩和ケアの促進に向けた地域づくりについて考える機会をもつことで当事者意識の促進、人材の発掘、地域力の向上が期待できることが示唆された。これまで実施した調査結果、及び収集した情報をもとに、協力施設において緩和ケアボランティア養成講座を開催し、緩和ケアボランティア7名の養成を行った。実績の概要でも述べたとおり、現在、緩和ケア病棟にて、定期的なボランティア活動をしている者が2名、不定期な活動をしている者が3名と少ない。これでは、緩和ケア病棟内の活動だけでなく、当初計画していた地域における緩和ケアボランティア活動は望めないため、今後さらに養成するボランティア数の増員を促進する必要があり、やや遅れていると評価した。がん看護学1)緩和ケアボランティアを募集しても、参加者がなかなか集まらないということから、再度、研究協力施設がある地域の社会福祉協議会とのタイアップ、民生委員へのよびかけ、市民向け広報の活用により、緩和ケアボランティア講座開催に関する情報を発信する。2)地域における緩和ケアの促進を図るべく、緩和ケアに携わる医療者(研究協力施設の緩和ケア病棟スタッフ)、介護職、地域住民、民生委員、社会福祉協議会スタッフ等が一同に会する対話形式のワークショップを開催し、「最期まで住み慣れた地域で自分らしく生きられる地域のあり方、自分らしく地域で過ごすために何が必要か」について、ともに考える場を持つ。ワークショップには、NPO法人在宅緩和ケアネットワーク・ピュア代表者(藤田敦子氏)をゲストスピーカーとして招聘し、その他、在宅療養中の患者さんの介護経験者(ご家族の方)、緩和ケアボランティア活動をされている方、地域で在宅診療に従事している緩和ケア医師等によるパネルディスカッションを行う。3)そのワークショップについて、広く住民や民生委員の方々へ呼びかけ、参加を促すことにより、地域住民による緩和ケアボランティア活動についても広く関心を持ってもらうことを狙いとする。昨年度は、計画通り、県内の緩和ケア病棟を有する病院で活動する緩和ケアボランティアを対する調査、並びに県内2施設におけるボランティア養成講座の視察を行い、養成プログラム内容やボランティアを導入するにあたっての環境整備に関する情報収集を行った。
感覚器プラコード前駆領域の属性と形態形成原理

本研究は感覚器プラコードとその前駆領域(PPR)というユニークで重要な細胞集団の特徴、分化、頭頸部形成における機能の解明を目指して行った。1)PPRにおけるSix1標的遺伝子同定の準備が整った。2)Six1のPPR特異的エンハンサーの特徴を明らかにした。3)別のSix1エンハンサーを利用し、プラコードを遺伝的に標識できるマウス系統を樹立した。4)プラコード特異的な細胞の除去実験を行った。以上は、Six1とSix1を発現する細胞に関する新たな知見であり、感覚器形成の理解に重要な成果である。i)Six1標的遺伝子同定によるPPRを規定する分子基盤の解明ステージ5-7の多数のニワトリ胚から前端部を除くPPRを切り出し、ホルムアルデヒドによるクロスリンクを行い、-80度で保存した。ChIPでのソニケーションと磁気ビーズの洗浄条件の検討を行い、抗ニワトリSix1抗体および抗H3K27ac抗体を用いてChIPを行うための準備が整った。ii)PPR/プラコードの頭頸部形成における機能の解析アフリカツメガエルのSix1-14エンハンサー(XSix1-14)がマウスやニワトリの配列に比べ、ニワトリ胚のPPRにおいて非常に強いエンハンサー活性を示すことがわかった。XSix1-14の重要な特徴は、後方のPPRにおいても転写を活性化できること、また、4個並べた場合でも、神経板前端部での活性がほとんど見られないことであった。そこで、1、2、4個のXSix1-14の下流にレポーター遺伝子としてLacZを繋げ、両端にインスレーターを付加した3種類のトランスジーンを作製し、理研CDBの協力でマウス受精卵へのインジェクションを行った。その結果、XSix1-14は期待通り、より後方のPPRでも転写を活性化することがわかった。しかし、その活性はさらに後方の神経板境界部(神経堤)まで続く場合があること、XSix1-14にも内胚葉でのエンハンサー活性があること、4個並べた場合には神経板の前端部での活性が出現することがわかった。LacZを発現するトランスジェニック胚の数が少なかったため、現在追加のインジェクションに向け新たにDNAの調製を行っている。cre発現マウスの作製は、Hprt遺伝子座へのcre/ERT2発現ユニットのノックインという方法を予定している。Six1遺伝子の機能欠損は内耳や嗅上皮をはじめとする感覚器の劇的な形成異常を引き起こす。Six1は単一のプラコード前駆領域(PPR)から全てのプラコード、そして感覚細胞・感覚ニューロンまで発現し、その感覚器特異的な発現パターンは5種類のエンハンサーによって制御されている。マウスのPPR特異的エンハンサー(mSix1-14)の活性はPPRの前側部分に限局されているが、ゼノパス由来のXSix1-14は、ニワトリ胚だけでなくトランスジェニックマウス胚においても、より後方の領域を含む広い領域で転写を活性化することがわかった。次に、プラコードエンハンサーの1つであるSix1-21を利用したmSix1-21-NLSCreマウスの解析により、Six1-21エンハンサーはE8.5マウス胚において肥厚した明確な耳プラコードが分化する前の外胚葉領域で転写を活性化できることもわかった。興味深いことに、この時期にはSix1-14が神経板に隣接する最前部の外胚葉でエンハンサー活性を示す。もう1つのプラコードエンハンサーであるSix1-8を利用したmSix1-8-NLSCreマウスの解析により、以下の結果が得られた。Six1-8は感覚神経節における神経細胞特異的なSix1の発現を規定している。嗅上皮では、Six1-8は、初期に分化し前脳に向かって移動する一群の神経細胞におけるSix1の発現を活性化する主要なエンハンサーであり、陥入がはじまる前のプラコードの段階で当該神経細胞の同定を可能にした。一方、Six1-21は初期に分化する神経細胞以外の嗅上皮の細胞でやや遅れて転写を活性化した。以上は、感覚器形成において主要な役割を果たすSix1の制御に関する新たな知見であり、感覚器形成の理解に非常に重要な成果である。2種類のSix1エンハンサーの制御下でCreを発現するマウスの詳細な解析を行った。Six1-21-NLSCreマウスはE8.5においてCreによる遺伝的組換えを引き起こすが、その部位は、Pax2の発現で規定される耳と上鰓プラコードの前駆領域(OEPD)に含まれることがわかった。Six1-21-NLSCreは内耳のほぼ全領域と第VIIth-IXth脳神経節のほぼ全ての感覚神経で組換えを起こすが、第Xth脳神経節では、一部の感覚神経に限局していた。E9.5-E13.5では、OEPDに由来する耳胞と脳神経節に加え、嗅上皮、脳下垂体前葉、咽頭嚢、耳管、耳介で、さらには、涙腺、だ液腺、生殖結節等でも特異的な組換えを引き起こした。

別のプラコードエンハンサーSix1-8を利用したSix1-8-NLSCreマウスとの比較を行った結果、嗅上皮におけるパイオニアニューロンの形成、さらには、耳胞からの第VIIIth脳神経節の形成において、Six1-8エンハンサーが部域特異的なシグナルに応答し、Six1-8が転写を活性化する細胞が神経細胞に分化し、移動するという特徴があることが明らかになってきた。上記の2種類のCre発現マウスを利用し、プラコード細胞の除去実験を行った。Six1-8-NLSCreマウスとR26R-DTAマウスとの交配によって得られた胚の嗅上皮の形態を調べたが、E10.5およびE11.5においてコントロール胚と比べて嗅上皮の形成が停止する等の劇的な変化はなかった。神経マーカーの発現も調べたが、嗅上皮内での神経細胞の分化、軸索の伸長、さらにはパイオニアニューロンの形成にも大きな変化は見られなかった。耳胞からの第VIIIth脳神経節の形成への影響については解析中である。また、Six1-21-NLSCreマウスを利用した細胞除去実験も進めている。本研究は感覚器プラコードとその前駆領域(PPR)というユニークで重要な細胞集団の特徴、分化、頭頸部形成における機能の解明を目指して行った。1)PPRにおけるSix1標的遺伝子同定の準備が整った。2)Six1のPPR特異的エンハンサーの特徴を明らかにした。3)別のSix1エンハンサーを利用し、プラコードを遺伝的に標識できるマウス系統を樹立した。4)プラコード特異的な細胞の除去実験を行った。以上は、Six1とSix1を発現する細胞に関する新たな知見であり、感覚器形成の理解に重要な成果である。PPRの細胞系譜解析や細胞傷害実験に用いるために、Six1-14の制御下でCreリコンビナーゼを発現するマウスを樹立することが本研究の主要な目的の一つである。今回、アフリカツメガエル由来のSix1-14(XSix1-14)がニワトリ胚だけでなくトランスジェニックマウス胚においてもマウス配列(mSix1-14)に比べて広範な外胚葉領域(PPR)でエンハンサー活性を示すことを確認することができた。また、XSix1-14を複数個つなげた場合には異所的な発現が見られることも検証し、Cre発現マウス作製に最適なエンハンサーを同定できたと考えている。mSix1-14を用いてマウスを作製し解析を行うことも可能だったが、慎重にエンハンサーの選定を行ったことで、最終的に、より有用なマウスの樹立、質の高い研究成果につながるものと確信している。発生生物学XSix1-14を利用することで広範なPPR細胞でCreリコンビナーゼを発現するマウスを樹立し、研究計画に沿って研究を進めたい。他の実験も計画に沿って進める。今年度と同様に、mSix1-8-NLSCreとmSix1-21-NLSCreマウスを活用した実験も継続し、外胚葉→PPR→プラコード→感覚神経と進行する感覚器形成の過程におけるSix1を中核とする遺伝子カスケードの理解を深めて行きたい。i)Six1標的遺伝子同定によるPPRを規定する分子基盤の解明条件検討に時間がかかってしまったた。ii)PPR/プラコードの頭頸部形成における機能の解析マウスまたはニワトリ由来のSix1-14エンハンサーの改変により、特異性を高めたPPRエンハンサーの作出を目指し、準備を進めていた。たまたま試したアフリカツメガエルのSix1-14(XSix1-14)がマウスとニワトリ配列に比べ、優れた特徴を持っていたので、種々のレポーターを繋げたコンストラクト作製をやり直すことになった。ニワトリ胚での活性を調べ、現在はマウス胚での活性について検討中である。XSix1-14を使うことで、より質の高いデータが得られるものと期待している。理研CLSTでのマウス作製を次年度に行うため。
腸細胞オルガネラの動態を制御する栄養・飢餓シグナルとその伝達経路の解析

成虫初期の線虫(C. elegans)腸細胞に豊富に存在する顆粒状オルガネラは、飢餓条件下で速やかに崩壊する。この崩壊はリソソームの形成不全を示す変異体でも認められることから、オートファジーやリソソームに依存しない未知の機構によるものと考えられた。このオルガネラ分解を制御する栄養・飢餓シグナルを解析した結果、熱で不活性化する疎水性の栄養因子がオルガネラの形成・維持に必須であること、インスリン様シグナルがオルガネラの動態を制御していることを明らかにした。また、RNA干渉法を利用した遺伝子スクリーニングにより、このオルガネラの形成・維持・崩壊を制御する複数の遺伝因子を同定した。線虫(C. elegans)の腸細胞には複数種類の顆粒状のオルガネラ(以下、腸内顆粒)が豊富に存在する。腸内顆粒のうち成虫初期に最も豊富に存在するリソソーム様オルガネラは、餌(生きた大腸菌)のない培地で飼育すると崩壊する。この崩壊が飢餓によるものなのか、それとも餌を感知できないことに伴う神経支配によるものかを明らかにするために、咽頭筋特異的に発現するニコチン受容体の変異により摂食障害の表現型を示す変異体eat-2(ad1116)を用いて解析した。この変異体では餌の存在下でもオルガネラが選択的に減少していたことから、飢餓が原因でオルガネラ崩壊が生じることが示された。この崩壊は、生菌の代わりに熱処理大腸菌を与えた時にも生じる(前年度研究業績)。そのメカニズムを解明するために、熱処理大腸菌と大腸菌破砕液(単独給餌では腸内顆粒は維持)の混合液を与えた結果、腸内顆粒が維持されたことから、熱処理により不活性化する因子がオルガネラの形成・維持に必要であると考えられた。更にその因子を同定するために大腸菌破砕液の分画を進め、その因子が不溶性画分にあることを突き止めた。また、前年度に確立した腸内顆粒の形成・崩壊の検出系を用いて、腸内顆粒の動態変化に与る遺伝要因のfeeding RNAi(線虫遺伝子に対応した二本鎖RNAを発現する大腸菌を餌とすることで、特定遺伝子の発現を抑制する方法)による網羅的なスクリーニングを進めた。腸内顆粒の形成・維持に関わる因子に加えて、その崩壊に関わる因子、形成・維持に阻害的に働く因子を同定する系を検討した。変異体eat-18(ad820)を用いると、feeding RNAiに用いる大腸菌系統を餌とした時に腸内顆粒が減少すること、摂食障害にも関わらずRNAiが効果的であることが判明した。この変異体を用いたスクリーニングにより、複数の候補遺伝子を得た。線虫(C. elegans)の腸細胞には複数種の顆粒状オルガネラ(腸内顆粒)が存在する。成虫初期に最も豊富に存在し、ABC輸送体であるHAF-4及びHAF-9が膜上に局在する腸内顆粒(HEBE顆粒)は、餌(生きた大腸菌)のない培地で飼育すると崩壊する。HEBE顆粒とは異なる腸内顆粒である脂質貯蔵顆粒では12時間以上経過してから縮小・減少するのに対して、HEBE顆粒は飢餓2時間以内に崩壊することからより素早い飢餓応答を示すことが明らかとなった。更に、HEBE顆粒の飢餓応答は、酸性オルガネラの形成不全を示す変異体でも認められることから、オートファジーやリソソームに依存しない未知の機構によりHEBE顆粒が分解していると考えられた。また、HEBE顆粒の飢餓応答に、栄養シグナル伝達経路であるインスリン/インスリン様成長因子シグナル(IIS)が関与しているか解析した。インスリン受容体の変異体では、餌のある培地上でもIISが伝達されないことから、HEBE顆粒の維持にIISが関与しているならばHEBE顆粒が恒常的に減少する可能性が考えられたが、変異による影響は認められなかった。その一方で、IISに拮抗的に働くPTENや、IISにより負に制御されるFOXO転写因子の変異体において、HEBE顆粒が多重の膜構造を有すると思われる異常な形態を示すことが明らかになった。これらの変異体では富栄養状態における生理状態を反映していると考えられ、HEBE顆粒が、飢餓のみならず様々な栄養環境に応じてダイナミックに変動するオルガネラであることが示唆された。更に、前年度までに確立したfeeding RNAi(線虫遺伝子に対応した二本鎖RNAを発現する大腸菌を餌とすることで、特定遺伝子の発現を抑制する方法)によるスクリーニング系を用いて、腸内顆粒の形成・維持・崩壊に与る遺伝要因の探索を進めた。約12,000クローンからなるRNAiライブラリーのうち、4分の1以上のスクリーニングを実施し、複数の候補遺伝子を得た。

幼虫後期から成虫初期の線虫腸細胞に豊富に存在するリソソーム様オルガネラは、飢餓条件下で急速に崩壊する。どの栄養因子の欠乏がオルガネラの崩壊の引き金になるのかを知るために、既知組成合成培地を用いた線虫培養系を検討した。しかしながら、確立している線虫合成培地(Lu & Goetsch (1993) Nematologica 39, 303-31を改変、糖・アミノ酸・核酸・脂質・ビタミン・重金属などを含む)では当該オルガネラは速やかに消失した。従って、この合成培地にはオルガネラの維持に必要な栄養因子が欠如もしくは不足していると考えられた。そこで、通常実験室で線虫に餌として与えている大腸菌を分画して、この腸細胞オルガネラの形成・維持に関わる栄養因子を同定するアプローチを試みた。その過程で、通常与えている生菌の代わりに熱処理(摂氏65度)で不活性化した大腸菌を餌として与えると、オルガネラの形成不全・崩壊が生じることが明らかとなった。更に、この崩壊も飢餓条件と同様に当該オルガネラ選択的であることを示した。紫外線照射により殺滅した大腸菌では通常通りオルガネラが形成・維持されることから、熱処理依存の現象といえる。熱処理によりオルガネラの形成・維持に必要な因子が不活性化した可能性、オルガネラの形成・維持に阻害的に働く因子が誘導された可能性が考えられる。また、栄養環境の変化によって引き起こされる腸細胞オルガネラの動態変化に与る遺伝要因を網羅的にスクリーニングするために、当該オルガネラの崩壊を検出する系を検討した。マルチウェルプレート上で飼育した線虫を、高解像のデジタル顕微鏡を用いてスライドグラス上にマウントせずに直接観察することで、多検体を効率的にスクリーニングする系を確立した。本研究の目的である「線虫C. elegansの腸細胞におけるオルガネラの形成・維持・崩壊を制御する栄養・飢餓シグナルの解析及び、栄養環境変化に対応したオルガネラの動態変化に関わる分子基盤の解明」を達成するために、本年度の研究実施計画では、前年度の業績を基に「線虫腸内顆粒の形成・維持・崩壊に関わる栄養因子の同定」及び「腸内顆粒の形成・維持に関わる遺伝要因のfeeding RNAiによるスクリーニング」を計画し、前者に関して極性溶媒に不溶性の因子であるという新たな知見が得られ、後者に関してもスクリーニングを網羅的に進めることにより多くの候補遺伝子がこれまでに見いだされていることから、いずれもおおむね順調に進展している。更に本年度は「腸内顆粒の崩壊に関わる遺伝要因のスクリーニング系」を新たに樹立した。この系を用いたスクリーニングを次年度押し進めることにより、飢餓刺激により引き起こされる腸内顆粒崩壊に関わる分子基盤の解明が大きく進展すると期待される。本研究の目的である「線虫C. elegansの腸細胞におけるオルガネラの形成・維持・崩壊を制御する栄養・飢餓シグナルの解析及び、栄養環境変化に対応したオルガネラの動態変化に関わる分子基盤の解明」を達成するために、平成23年度の研究実施計画では、「線虫腸細胞オルガネラの形成・維持・崩壊に関わる栄養因子の同定」及び「Feeding RNAiスクリーニング系の確立」を計画した。前者に関しては、確立された線虫の既知組成合成培地の組成ではオルガネラの形成・維持に不十分であることが明らかとなった。そのため合成培地を用いた栄養因子の同定はできなかったものの、異なるアプローチで栄養因子の同定を試みる過程で、大腸菌の熱処理により変動する因子が当該オルガネラの動態変化に関与しているという大変興味深い知見が得ることができた。
赤色系シンビジウムの温度によるディファレンシャルな花色発現調節機構

アントシアニンを主要な花色素にもつ赤色系シンビジウムの花色発現は、がく片や花弁においては他の植物と同様、低温により促進され、高温によって抑制される。しかし、花弁と形態学的にはまったく相同の器官である唇弁では、逆に高温で花色発現が促進される。このたいへん興味深い花色発現の温度によるディファレンシャルな調節機構を明らかにするため、ルビーアイズ`ゴールデンスター'、サザナミ`ハルノウミ'、バレーフラワー`スリーリップ・メルヘン'の3品種を用いて研究を行った。その結果、開花時の唇弁におけるアントシアニン色素による発色パターンが、高温処理開始時の花蕾の発育ステージ(蕾の大きさ)により大きく変化する興味深い現象が見い出された。すなわち、高温により唇弁の花色発現が促進されるのは花蕾の発育ステージの比較的早い段階であり、発育ステージが進むほど高温による促進効果は低下し、ある段階以上に発育の進んだ花蕾では高温の効果は見られず、低温と同じ発色を示すことが用いた3品種において確認された。さらに、唇弁の花色発現の促進は3日間という比較的短期間の高温でも不可逆的に誘導されることが示された。また、バレーフラワー`スリーリップ・メルヘン'では、本来の唇弁のみならず、唇弁化した2枚の花弁においても、高温によりアントシアニンによる発色が促進され、花器官の唇弁化と花色発現の温度に対する反応とは密接に関係していることが明らかとなった。このほか、高温によって促進される唇弁の花色発現は、除雄や受粉によって誘導されるアントシアニン蓄積とは異なった現象であることも示唆された。なお、当初予定していたアントシアニン合成経路の温度により調節を受けるステップの解明は、今後の研究の展開に待つこととなった。わが国の代表的な鉢物花卉の一種で、とりわけ人気の高い赤色系シンビジウムはアントシアニンを主要な花色素にもち、その花色発現は温度の影響を強く受けて花色が変化しやすいうえに、唇弁と他の花被片とでは花色発現に及ぼす温度の影響がまったく逆になる。そこで、赤色系シンビジウムの花色発現の制御に資するべく、この温度によるデイファレンシャルな花色発現調節機構の解明をめざし、研究を行った。まず、内花被片が3枚とも唇弁化しているバレーフラワー'スリ-リップ・メルヘン'を用い、唇弁化と花色発現に及ぼす温度の影響との関連を調べたところ、唇弁化した花弁においても本来の唇弁と同様に高温により花色発現が促進され、唇弁化と花色発現の温度に対する反応とは密接に関連していることが明らかとなった。唇弁におけるアントシアニン形成は除雄によっても促進されることが知られているが、サザナミ'ハルノウミ'など数品種を用いた研究により、この場合にも前歴としての温度条件が影響することが新たに示された。一方、花色発現に及ぼすアントシアニン前駆物質処理の効果は、培養花弁を用いた実験においても顕著ではなく、処理方法の検討などが今後の課題として残された。また、アントシアニンおよびその前駆物質ならびに関連する他の代謝経路の成分の含量に及ぼす温度の影響に関する唇弁と他の花被片との比較研究では、両者の組成に差違が見られたが、詳しい検討は次年度に持ち越した。主要な花色素の1つであるアントシアニンの生成は一般に低温や紫外線により促進される。代表的な鉢物花卉の1種であるシンビジウムにおいても,がく片や花弁のアントシアニン生成は低温によって促進されるが,花弁の形態が変化した唇弁においては逆に低温で抑制され,高温で促進される。この唇弁におけるアントシアニン色素による発色パターンが高温処理開始時の花蕾の発育ステージ(蕾の大きさ)により大きく変化する興味深い現象が見い出された。

そこで,当初の計画を変更し,高温による唇弁の発色パターンの変化と花蕾の発育ステージとの関係を調べた。その結果,高温により唇弁の花色発現が促進されるのは花蕾の発育ステージの比較的早い段階であり,発育ステージが進むほど高温による促進効果は低下し,ある段階以上に発育の進んだ花蕾では高温の効果は見られず,低温と同じ発色を示すことが,主として唇弁にアントシアニンを生成するルビーアイズ,ゴールデンスター,で明らかとなった。同様の結果は赤色系小型シンビジウムのサザナミ`ハルノウミ'や2枚の花弁も唇弁化しているバレーフラワー`スリーリップ・メルヘン'でも得られた。さらに,唇弁における花色発現の促進は数日間の比較的短期間の高温で誘導されその後は低温に移しても高温の効果が消失せず,高温によりアントシアニン生成の促進が不可逆的に誘導されることも示された。なお,当初予定していたアントシアニンの前駆物質処理や前駆物質含量の測定などに基づいたアントシアニン合成経路上の温度による調節ステップの推定は,今後の研究の展開に待つこととした。
コンパクトデジタルカメラ画像から推定の植生指標を高精度化する手法開発

デジタルカメラは近接距離上の物体の特徴を画像として取得可能なある種のセンサと言える。高価な分光計に比して、広範囲な対象を一度に画像として取得できる優位性を持つ。カメラレンズに赤外フィルターを当てて近赤外画像を取得し、可視光画像と組み合わせ、植物の活性度を表す「植生指標」を高精度に推定できた。この推定植生指標の2次元空間分布図を作成すると,画像の影領域に対応する領域で,植生指標値の異常に高い領域が出現した。この異常高領域の除去のためにカメラ画像の最低輝度の閾値を定め,閾値以下の輝度を持つ画素を植生指標の推定から除くことが、カメラ画像から推定する植生指標の高精度化に有効であった。デジタルカメラ出力画像の影領域のみならず、明るすぎる領域は、画像から植生指標を推定する場合に、大きい誤差を与えることを明らかにした。デジタルカメラ画像をある種のセンサ(計測デバイス)的に利用する場合には、出力画像処理時に適正露光範囲を定める必要があることを示した。その結果、影領域が大半である暗い画素領域で推定植生指標の異常高となる(標準植生指標の値>=0.9)領域が出現する問題の対応策として、輝度範囲制限を定め、植生指標推定から該当画素を除去する方法が有効であることを明らかにした。カメラ受光素子面への露光条件から定めた適正露光範囲を画像処理時に適用することで、より高精度な植生指標の推定結果を得ることに成功した。画像処理時に施す適切な輝度範囲制限は、デジタルカメラ露光量換算では、0.03(lux・sec)から0.3(lux・sec)で、対応する8ビット可視画像の輝度では、72から202となった。画像処理時に輝度範囲を制限して推定した標準植生指標分布画像のある対象領域平均値と分光放射計から算出の植生指標値を比較し、精度の向上(両者の差はおよそ7%)を確認した。デジタルカメラをセンサ的に利用する場合の適切なガンマ値として、1.8を提案している。商用デジタルカメラ画像をひとつのセンサ(分光放射計)出力として活用する試みの中で、可視光領域の影領域に対応して、植生指標推定値が異常に高い領域が出現する問題の解決法を提案できた。カメラ画像の最低輝度閾値を定め、これ以下の輝度を持つ画素を植生指標推定の過程から外す方法により、非常に効果的に異常高領域を除去できた。画素除去の基準とする最低輝度閾値はカメラ出力画像のガンマ値に依存することを示した。デジタルカメラ画像のガンマ値は出力ディスプレイのガンマ値に合わせて2.2が一般的であるが、カメラ画像から植生指標を推定する場合には、1.8から1.9とすることを提案した。このガンマ値の算出には、分光放射計によるグレーパッチからの反射輝度の測定値を用いた。複数のデジタルカメラに対しガンマ値は2.2より小さい値となる測定結果を得た。出力画素輝度が閾値以下の画素を排除する方法は、閾値がガンマ値依存であるため、どのような条件下でガンマ値を最適値と決定すべきかを、現在検討中である。(A)画像画素値の適正レベル補正:グレー標準カードを対象物とともに撮影し、基準画素値とすることで可視光画像、近赤外画像の両方において良好な適正レベル補正が得られている。画像輝度が極端に低い場合を除いて、この目標は達成できたと判断している。(B)影領域抽出・対応:画像輝度とカメラの受光素子への露光量との関係を用いて最低輝度閾値を算出できたので、達成できている。ただし、カメラ画像のガンマ値依存性については、引き続き検討中である。(C)NDVI推定:推定精度は、相対誤差率20%程度から56%程度までに高精度化ができている。ただし、種々の事前に予想できていなかった要素のために、相対誤差率の揺動がみられるケースがあり,検討を続けている。商用デジタルカメラに可視光を遮断する赤外レンズフィルターを装着して近赤外画像を取得し、可視光画像との組み合わせで植物の活性度を表す植生指標を推定してきた。2枚の画像を組み合わせて、高精度に標準植生指標を推定する手法は、ほぼ確立できている。しかし、この手法は、手順が煩雑で困難であった。そこで、可視光画像1枚のみで植生指標を推定できる簡便な方法を試行し、これまでの標準植生指標による結果と比較して、その有用性を検討した。可視光緑色域の反射率の大きさが、植物葉の葉緑素の量と相関があることから、近赤外域画像を使用しないで、可視光緑域画像と赤域画像から植生指標を推定した。この緑赤植生指標は、近赤外域と赤色域から求める標準植生指標に比べ、その値の分布範囲は狭いが、植生域を含む正の値の領域では、この2つの植生指標間には、ほぼ線形な相関が見られた。これに基づき緑赤植生指標から近似的に疑似標準植生域を推定し、その分布図を作成した。その結果、疑似標準植生指標分布図における植物葉領域は、分光放射計の測定値から求めた値、0.65にかなり近い0.5から0.6の範囲の分布を示した。しかし、この疑似標準植生指標分布図では、明らかに非植生域であるグレー板や床などの領域が植生域と区別しにくくなっていた。このように非植生域と植生域の識別が困難である問題点への対処は、緑赤植生指標を利用する上で、今後の大きな課題のひとつであることが、判明した。(A)画像画素値の適正レベル

補正:グレー標準カードを対象物とともに撮影し、基準画素値とすることで可視光画像、近赤外画像の異なる露光状況の問題を解消できている。2つの撮影画像による、植生指標推定を可能とする適正レベル補正を得た。画像輝度が極端に低い場合を除いて、この目標は達成できた。(B)影領域抽出・対応:画像輝度とカメラの受光素子への露光量との関係を用いて最低輝度閾値を算出でき、かつカメラ画像の入出力ガンマ値に依存する最低輝度閾値を算出する目標も、達成できた。(C)NDVI推定:推定精度に関し、分光放射計測定値から算出の植生指標値と比べた相対誤差率が10%未満程度という高精度化の目標は達成できた。ただし、種々の事前に予想できていなかった要素(例えば、画像輝度が極端に低い場合)のために、相対誤差率の揺動がみられるケースがある。(D)NDVI以外の植生指標の試み:NDVI以外の指標として、近赤外画像を使用しない、通常の可視光のカメラ撮影画像のみで推定できる「緑赤植生指標」を主として取り上げた。可視光画像のみで得られる植生指標の有用性は、非常に高いと思われるので、特に、この「緑赤植生指標」に絞り込んだ。(E)複数のデジタルカメラ特性測定:現在までに23種類のコンパクトデジタルカメラによる推定結果を比較検討し、今回の研究の手法が複数のデジタルカメラに対し有効であることを確認できた。近赤外域、可視光赤色域、緑色域の3色域を撮影可能な、いわゆる「農業カメラ」と呼ばれる近赤外カメラによる推定結果との比較も参考として実施した。植生指標の分布図により、光合成能力を持つ葉群量や光合成の活性能力を推定し、二酸化炭素循環あるいは、炭素の時空間変動の動態観測解析にも用いられる。さらに、地表面の環境モニタリングなど、地球環境科学に貢献することができる。近赤外バンド値を取得できるマルチスペクトル機器(農業カメラなど)は、高価で一般に普及困難である。そのような背景の中で、これまで商用デジタルカメラに近赤外レンズフィルターを装着して近赤外画像を取得し、可視光画像と組み合わせて、標準植生指標を推定し、ある程度実用的な精度の植生指標の分布図を作成してきた。しかし、作成過程においては、複数の撮像画像の幾何学的位置合わせ、露出条件の相違の調整などのため、商用カメラ画像からの植生指標分布図作成は容易ではなかった。そこで、商用デジカメ、スマートフォンカメラ、小型無人航空機(ドローン)搭載カメラなどで容易に取得できる近赤外画像なしの可視光画像のみから、得られる植生指標を推定する手法を模索し有効な候補を見出すことができた。具体的には、従来から提案されている可視光画像のみから算出できる緑赤植生指標(Green Red vegetation index)分布図において、影領域が植生領域に分類される誤分類の問題に対処するために、別の植生指標を導入して解決を図り、有効な結果を得た。この手法を、ドローン等に搭載の可視光カメラによる空撮画像に適用することで、簡便に空撮画像から植生指標分布図が得られ、植生域と非植生域の識別に有効であることが判明した。よって、近赤外画像を得られない場合でも、通常の可視光画像のみで、植生/非植生域の弁別ができることは、簡便な植生分布図作成に多大な貢献をすると期待される。デジタルカメラは近接距離上の物体の特徴を画像として取得可能なある種のセンサと言える。高価な分光計に比して、広範囲な対象を一度に画像として取得できる優位性を持つ。
シナプス可塑性をみちびくＣａＭＫＩＩリン酸化の再構成系実験とモデルによる理解

脳のシナプスにおいて、リン酸化酵素CaMKIIは記憶の確立のために非常に重要な役割を担う。我々は試験管中(in vitro)において脱リン酸化酵素PP1と共にCaMKII自己リン酸化反応を行った。その結果、CaMKII自己リン酸化はスイッチ的応答を示し、さらにNMDA受容体ペプチドが存在する場合にはヒステリシス(履歴依存性)を示して分子メモリとして機能することを発見した。CaMKII分子メモリの機能はシナプスにおけるシナプス長期可塑性の入力と維持、すなわち記憶の確立に決定的な役割を果たしている可能性がある。平成23年度に予想外の発見がもたらされた。開発した再構成系における構成分子CaMKII, CaM, PP1, Ca2+に加えてNMDA受容体のCaMKII相互作用部位をペプチドとして導入すると、CaMKII T286サイトのリン酸化がヒステリシスを示し、分子メモリとして機能することが発見された。この発見は、人間をはじめとする哺乳動物の記憶素子を試験管中に再現することに成功したことを示しており、非常に大きなインパクトを持つ。そこで、平成24年度は当初の予定を変更して発見したCaMKII分子メモリの特性を調べた。その結果、CaMKII分子メモリは次の5つの性質を持つことが明らかとなった。まず、CaMKIIが分子メモリ特性を示すためには(1)必ずNMDA受容体が必要であった。NMDA受容体がないとき、観測したあらゆる実験条件においてCaMKIIは分子メモリを示さなかった。(2)適切なCa2+濃度が必要であった。CaMKII分子メモリはCa2+濃度に対するT286リン酸化応答のEC50付近のみで生じた。(3)低いPP1濃度が必要であった。PP1濃度が高い場合(> 0.5 uM)には、例えNMDA受容体を導入した場合でもCaMKII分子メモリは生じなかった。さらに、CaMKII分子メモリは(4)多値性を持った。メモリ「ON」状態と「OFF」状態のCaMKIIを混合すると各々の混合比率に応じた安定状態を示した。また、(5)NMDA受容体のリン酸化に依存し、S1303脱リン酸化により分子メモリを示すCa2+濃度範囲が広くなった。また、平成24年度は、さらに上記の実験データに基づいてCaMKII分子メモリの数理モデル化を行い、CaMKII分子メモリを力学系におけるBistabilityの観点から説明することを試みた。さらに平成25年度は、応用の一環として、第一に開発したCaMKIIモデルに基づいて側坐核有刺細胞におけるシナプス可塑性のシグナル伝達モデルの開発を行った。第二に、CaMKIIのようなBistableシステムが、分子少数しか存在しない極小シナプスにおいてどのような振る舞いを示すのか検討するために、小脳プルキンエシナプスのCa2+スパイク現象を対象に少数分子のモデルシミュレーションを行った。第三に、ニューロンーグリア回路の統計的回路推定を行う理論的研究に対して、生物学的側面からの支援を行った。まず、本年度は当初の計画の通り、CaMKII, CaM, PP1, Ca2+のみが試験管中で反応する再構成系を構築した。さらに、Phos-tagを用いてCaMKIIリン酸化を網羅的に観測する方法を新規に開発した。Phos-tagを用いてCaMKIIリン酸化を観測したところ、さらにNMDAR分子のCaMKII相互作用部位のペプチドを導入すると、いくつかのサイトのリン酸化に伴うPhos-tag SDS-PAGEのバンドシフトが消失することを発見した。さらに、予想外の発見がもたらされた。CaMKII, CaM, PP1, Ca2+で構成される再構成系に加えてNMDAR分子のCaMKII相互作用部位ペプチドを導入すると、CaMKII-T286Pが二双安定性(Bistability)を示すことが発見された。CaMKIIがBistabilityを示すことは、CaMKIIに分子メモリとしての能力があり、長期増強(LTP)の維持のためにCaMKIIが機能を果たしうる可能性を示す。CaMKIIがLTPの入力に必要であることは多くの生理実験により実証されている。一方、CaMKIIがLTPの維持に必要であるかどうかは一致した見解が得られていない。この発見は、CaMKIIがLTPの維持に果たす役割について、一石を投じることになる。発見されたCaMKII-T286PのBistabilityはPP1濃度依存的であり、高いPP1濃度においてBistabilityは消失した。この現象は、一旦入力されたLTPの消失現象であるDepotentiationに対応する。また、薬理阻害実験より、BistabilityはCaMKIIの自己リン酸化サイクルとPP1の脱リン酸化サイクルのバランスにより達成されていることが明らかとなった。CaMKII分子メモリ特性について必要な実験はすでに終えており、現在論文投稿準備中である。また、CaMKIIを含むシナプスにおけるシグナル伝達分子の制御モデル化についての研究がまとまり、論文として出版された。

また、共同研究者主体ではあるが、シナプスにおけるシグナル伝達分子の少数性に基づく確率共振の研究が形になり、現在投稿中である。まず、当初の計画の通りにCaMKII, CaM, PP1, Ca2+のみが反応する再構成系を構築した。さらに、Phos-tagを用いてCaMKIIリン酸化を網羅的に観測する方法を新規に開発した。さらに、構築した再構成系にNMDAR分子のCaMKII相互作用部位ペプチドを導入すると、CaMKII-T286Pが二双安定性(Bistability)を示すことが発見された。Bistabilityの発見は、当初の計画では予期していなかったことであるが、大きなインパクトを持つ発見である。CaMKIIに分子メモリとしての能力があり、CaMKIIがLTPの維持に機能を果たしうる可能性を示せたわけで、LTP維持のメカニズムの議論に新たな展開を与えるものと期待される。平成24年度までにCaMKIリン酸化の複数リン酸化サイト間の関係性についての研究成果を取りまとめる予定であったが、平成23年度後半にCaMKIIのT286サイトのリン酸化が分子メモリ特性を示すことが発見され、さらに平成24年度前半の実験により、発見が確実であることが明らかとなった。CaMKIIリン酸化の分子メモリを示すことは、CaMKIIはシナプス可塑性(生物の記憶)の維持をもたらす分子メカニズムであることを示しており、世界的に見ても重要な発見である。そこで、当初の予定を延長して平成24年度はCaMKIIが分子メモリを示す条件、およびNMDA受容体側のリン酸化サイトの性質を調べる実験を行った。平成25年度は論文投稿、および査読者の疑問に答える実験を行い、研究成果を取りまとめることとしたい。まず、平成23年度に発見されたCaMKII-T286PのBistabilityについて各種検証実験を行う。特にBistability状態におけるCaMKIIのうち、高い安定状態にあるCaMKIIと低い安定状態にあるCaMKIIを混合する実験を行うことでCaMKII-T286PがCaMKII分子間で伝わるのか否かを明かにすることを試みる。さらに、NMDA受容体ペプチドを加えるとなぜBistabilityが出現するのかを解明する実験を試みる。CaMKIIがBistabilityを示す可能性は、いくつかの理論研究から予測されている。しかし、NMDA受容体がなぜ必要なのかについて示唆を与える理論はない。特に、NMDA受容体ペプチドのCaMKIIへの結合条件や、NMDA受容体ペプチドのリン酸化サイトに注目して実験を行い、実験を元にCaMKII Bistabilityのモデルの再構築を行う。残額250,000円は、論文の出版費用、および査読者からの指摘に答えるための追加実験を行うために必要な各種の抗体やCaMなどの消耗品の購入に充てる。CaMKII-T286Pが示すBistabilityについて、各種検証実験を行うためCaMや抗体などの消耗品を購入する予定である。
酵母ペルオキシダーゼ輸送遺伝子操作による医用エンドヌクレアーゼ大量生産技術の開発

昨年度の研究では大腸菌ヌクレアーゼEcoRIをモデルタンパク質とし、酵母Pichia pastorisを宿主としたヌクレアーゼ生産系の開発を行った。今年度、EcoRIを細胞内生産を検討した。その結果、過剰生産されたEcoRIが酵母の核膜内に存在する核を消化することによる細胞増殖阻害が見られた。その回避を目的として、細胞小器官(具体的にはペルオキシソーム)への輸送シグナル配列を遺伝子工学的手法により付与したEcoRI・SKL遺伝子を新規に構築し酵母内での発現に成功した。蛍光顕微鏡により輸送シグナル配列の存在により標識タンパク質が正しくペルオキシソームに移送されていることが明らかとなった。また、本年度において他研究施設から入手したヒトDNaseIを有する発現ブラスミドを新規に作成し、酵母Pichia pastorisヒスチジン要求株に導入した。その結果として、活性をもつヒトDNaseIを生産するに至らなかった。これは酵母が、活性をもたない、あるいは非常に低い活性しか持たないヒトDNaseIをのみ、生産したためと考えられる。現在、糖鎖修飾による異常タンパク質の可能性、あるいはDNaseIの分泌異常の可能性を検討している。その様な場合には、大腸菌を宿主とした遺伝子変異操作を実施する必要がでてくる。この様な手順を踏み、首尾良く高い活性を有するヒトDNaseIを生産できた場合、どこにその要因があるのか、タンパク構造から検討をする必要がある。ヒトデオキシリボヌクレアーゼIは劣性遺伝性嚢胞性線維症に伴う肺閉塞症状の治療薬など臨床・予防医学に応用できることなどが相次いで解明されており、量産技術の開発が期待されている。汚染の恐れのない製品を容易かつ低価格で生産可能であることから、遺伝子・組換え技術が手段として有望である。だが、生産されたヌクレアーゼ自身が細胞内の染色体を攻撃し、細抱死を起動させるだけの毒性を発するため、毒性回避技術の考案が要件となる。そこで本研究では大腸菌ヌクレアーゼEcoRIをモデルタンパク質とし、酵母Pichia pastorisを宿主としたヌクレアーゼ生産系の開発を行った。まず、遺伝子操作によって制限酵素EcoRIをコードするEcoRIr+遺伝子を有する発現ブラスミドを新規に作成し、ヒスチジン要求株に導入した。次に、ベクター誘導物質であるメタノールに着目し、その使用法について吟味した。その結果、初期メタノール濃度が低いと供給炭素量が不十分である一方で、高すぎても代謝経路内で毒性物質の蓄積が起こり、菌体が悪影響を受けるため、0.12mol/Lが初期メタノール濃度として適切であることが分かった。また、代表的なモデル式であるMonodの式をはじめ、増殖収率、基質消費速度の面からの解析を行った。さらに、メタノールを用いて組換えタンパク質の酵母細抱外分泌生産を行った。SDS-PAGEによる解析の結果、EcoRIタンパク質とほぼ同分子量のタンパク質が分泌していることを確認した。しかし、全て増殖期において活性をもつタンパク質は得られなかった。その原因として、塩基配列のエラーや宿主大腸菌の複製エラー、過剰な糖修飾に起因した組換えタンパク質が構成する三次元構造の変化が考えられる。今後、原因の早期解明および大量生産系の早期確立が求められる。
代数的符号理論と格子、組合せデザイン、および量子符号への応用

本年は、3年計画の本研究課題の最終年に当たることより昨年度までの研究を続行していくだけでなく、総括的な研究も行なった。1.直交デザインと自己双対符号の研究:まず、昨年度幾つかの進展があった、直交デザインと自己双対符号の研究を進めて行った。長さ72の極値的重偶自己双対符号の存在はまだ分かっていない。代数的符号理論における有名な未解決問題の一つである。この符号が存在すれば直交5-(72,16,78)デザインが存在することが分かっていたが、逆も正しいことが昨年度に示すことが出来た。長さが24の倍数は長さ24と48を除いては極値的重偶自己双対符号の存在はまだ一切分かっていない。今年度は、長さ96の極値的重偶自己双対符号が存在すれば自己直交5-(96,20,816)デザインが存在するが、長さ72のときと同様に逆も正しいことが証明できた。今度の課題としては、これらのデザインの存在性を決めることが挙げられるがこれは困難な課題だと思われる。長さが24の倍数でない場合についても研究を進めた。特に、長さ56の場合、多くの新たな極値的重偶自己双対符号の構成に成功し、新しい自己直交3-(56,12,65)デザインの構成を行なった。直交デザインと自己双対符号については総括的な研究も行なった。2.直交デザインから得られる自己双対符号:24次元の偶ユニモジュラー格子のなかでリーチ格子のみが最小ノルム4を持ち、非常に有名な格子の一つである。位数12の直交デザインを用いて、リーチ格子を構成するような位数pの有限体上の自己双対符号の構成を行なった。また、同様に、最小重さが最大となるMDS自己双対符号の構成も直交デザインを用いて行なった。これらから、有限体上の自己双対符号の構成に、直交デザインは有益であることが分かった。今年度は、組合せデザイン、特にアダマール行列の研究とユニモジュラー格子の研究を自己双対符号を通して行なった。1.アダマール行列と自己双対符号:アダマール行列の満たす直交性から自己双対符号と深く関係することはよく知られている事実である。今年度に新たに行なった研究の一つは、素数位数pの自己同型をもつ位数2p+2のアダマール行列を深く調べたことである。一般的な結果に加えて、p=19と23のときに全ての上の性質をもつアダマール行列の分類を行なった。これらに関係した自己双対符号の考察も行なった。この研究は1980年代にV.D. Tonchevを中心に行なっていた研究の拡張になっている。さらに、同値を除いて5つある長さ32の極値的重偶自己双対符号の全てが位数32の(2元)アダマール行列から構成されることを実例を挙げることによって証明した。これはAssmus-Keyによって書かれた本「Designs and Their Codes」の中で今後すべき一つの問題として挙げられていたことである。2.ユニモジュラー格子と自己双対符号:今年度は48次元に着目してユニモジュラー格子と2元自己双対符号の研究を行なった。特にシャドウおよびネーバーという2つの重要な概念を通しての研究を中心的に行なった。例えば、シャドウの最小重さが4である極値的自己双対符号と極値的重偶自己双対符号の存在が1対1であることを示した。この結果を用いて上の性質をもつ極値的自己双対符号の分類を行なった。同じようなことがユニモジュラー格子でも成り立つことも確認した。どの結果も論文を作成して審査の為に投稿中であるかまたは現在論文を作成中である。今年度は、特に48次元の自己双対符号、ユニモジュラー格子、自己直交デザインの研究を行なった。1.ユニモジュラー格子と自己双対符号:48次元に着目してユニモジュラー格子と2元自己双対符号の研究を行なった。例えば、長さ48の極値的重偶自己双対符号が唯一つ存在がするという最近の結果を用いて、シャドウの最小重さが4である極値的自己双対符号の分類を行なった。この研究は昨年度から引き続き行なっていたもので、今年度、研究が完了して論文を完成させている。2.自己直交デザインと自己双対符号:擬対称デザインを含むクラスである自己直交デザインと自己双対符号についての研究も行なった。この研究は1980年代にV.D.Tonchevが中心に行なっていた研究の拡張になっている。特に、自己直交5-(48,12,4)デザインとその導来デザインと剰余デザインの幾つかについて、長さ48の極値的重偶自己双対符号に埋めこめることを示し、その符号の唯一性を用いて、これらのデザインが唯一つ存在する二とを示すことが出来た。この結果は、論文を作成して審査の為に投稿中である。3.長さ72の極値的重偶自己双対符号:長さ72の極値的重偶自己双対符号は未だに存在性が決定されていない符号理論における非常に有名な問題であるが、ここでは、自己直交5-(72,16,78)デザインが存在すればそのデザインが長さ72の極値的重偶自己双対符号を生成することを示すことが出来た。

今度の研究に繋がる結果だと思われる。本年は、3年計画の本研究課題の最終年に当たることより昨年度までの研究を続行していくだけでなく、総括的な研究も行なった。1.直交デザインと自己双対符号の研究:まず、昨年度幾つかの進展があった、直交デザインと自己双対符号の研究を進めて行った。長さ72の極値的重偶自己双対符号の存在はまだ分かっていない。代数的符号理論における有名な未解決問題の一つである。この符号が存在すれば直交5-(72,16,78)デザインが存在することが分かっていたが、逆も正しいことが昨年度に示すことが出来た。長さが24の倍数は長さ24と48を除いては極値的重偶自己双対符号の存在はまだ一切分かっていない。今年度は、長さ96の極値的重偶自己双対符号が存在すれば自己直交5-(96,20,816)デザインが存在するが、長さ72のときと同様に逆も正しいことが証明できた。今度の課題としては、これらのデザインの存在性を決めることが挙げられるがこれは困難な課題だと思われる。長さが24の倍数でない場合についても研究を進めた。特に、長さ56の場合、多くの新たな極値的重偶自己双対符号の構成に成功し、新しい自己直交3-(56,12,65)デザインの構成を行なった。直交デザインと自己双対符号については総括的な研究も行なった。2.直交デザインから得られる自己双対符号:24次元の偶ユニモジュラー格子のなかでリーチ格子のみが最小ノルム4を持ち、非常に有名な格子の一つである。位数12の直交デザインを用いて、リーチ格子を構成するような位数pの有限体上の自己双対符号の構成を行なった。また、同様に、最小重さが最大となるMDS自己双対符号の構成も直交デザインを用いて行なった。これらから、有限体上の自己双対符号の構成に、直交デザインは有益であることが分かった。
マルチメディア信号に対するディジタル・ウォ・ターマークの研究

マルチメディア信号に対する電子透かし(ディジタルウォーターマーク)の実現を目指して,平成9年度は次のような画像への電子透かし方式を提案し,これらの有効性について検討した.a.静止画像信号の線形ベクトル表現に基づく電子透かし方式b.静止画像の走査線信号の2進ウェーブレット変換を利用した電子透かし方式c.静止画像信号のウェーブレフト変換に基づく電子透かし方式-ウェーブレット係数の零ツリーを利用した透かし情報の埋め込み-今年度(平成10年度)はこれまでの研究成果を踏まえて継続研究を行い,静止画像への電子透かし方式を新たに提案するとともに,印刷画像及び動画像(映像)に対する電子透かしを実現した.今年度の研究成果は以下の通り.1.上記a及びbの方式を用いて印刷画像に対する電子透かし方式を提案した.透かし情報を誤り検出符号を用いて符号化し,情報検出の前に画素値の補正など一連の画像補正を行うことによって,印刷画像から透かし情報を検出することができた.2.ウェーブレット変換を用いて2つの新しい電子透かし方式:・ウェーブレット係数の量子化制御に基づく透かし情報の埋め込み・ウェーブレットパケットを利用した透かし情報の埋め込みを提案し,静止画像に対してその有効性を確認した.また,JPEGなどの非可逆圧縮方式で圧縮された画像に対しても本方式が適用できることを示した.さらに,平滑化,ノイズ付加,階調変換といった画像信号処理に対しても耐性をもった電子透かし方式であることを確認した.3.上記2の電子透かし方式を改良して,動画像(映像)への電子透かしを実現し,MPEGで圧縮された動画像に対しても本方式が適用できることを示した.マルチメディア信号に対するディジタルウォーターマーク(電子透かし)の実現を目指して、今年度は基礎的研究を行い、画像信号に対するウォーターマーク方式をいくつか提案し、これらの有効性について検討した。今年度の研究成果は以下の通り。1.ベクトル表現された画像信号がつくる信号空間(線形ベクトル空間)において挿入写像と退化写像を行列で表現し、これらの行列演算に基づく新しいディジタルウォーターマーク方式を提案した。この方式の特徴は、(a)ウォーターマークとして埋め込まれる情報データの量が多いことと、(b)原画像がなくても画像と情報データを完全に分離できることである。2.上記1の方法を用いて文字・図形など2値パターンとして表された情報データを画像信号にウォーターマークとして埋め込む方法を提案した。すなわち、(a)2値パターンを2値ウェーブレット変換により多重解像度表現して低解像度成分を重点的に埋め込む方法、及び(b)2値パターンの画素の走査順序を入れ替えて埋め込む方法を提案し、これらの方法によって、雑音の影響を受けにくい情報データの埋め込みが可能であること、及び部分画像の一部分からでも情報データの検出が可能であることを示した。3.ウェーブレット変換を用いて2つの新しいディジタルウォーターマーク方式:(a)ウェーブレット変換係数の零ツリーを構成し、これに情報データを埋め込む方式、及び(b)2進ウェーブレット変換をフィルタバンクにより実現し、低解像度成分(低周波数成分)に情報データを埋め込む方式を提案し、画像信号に対してその有効性を確認した。また、JPEG(Joint Photographic Experts Group)などの非可逆圧縮方式で圧縮された画像信号に対しても本方式が適用できることを示した。次年度はこれまでの研究成果を踏まえて継続研究を行い、画像信号に対するディジタルウォーターマークを実現するとともに、画像情報の保護管理システムの開発を目指す。マルチメディア信号に対する電子透かし(ディジタルウォーターマーク)の実現を目指して,平成9年度は次のような画像への電子透かし方式を提案し,これらの有効性について検討した.a.静止画像信号の線形ベクトル表現に基づく電子透かし方式b.静止画像の走査線信号の2進ウェーブレット変換を利用した電子透かし方式c.静止画像信号のウェーブレフト変換に基づく電子透かし方式-ウェーブレット係数の零ツリーを利用した透かし情報の埋め込み-今年度(平成10年度)はこれまでの研究成果を踏まえて継続研究を行い,静止画像への電子透かし方式を新たに提案するとともに,印刷画像及び動画像(映像)に対する電子透かしを実現した.今年度の研究成果は以下の通り.1.上記a及びbの方式を用いて印刷画像に対する電子透かし方式を提案した.透かし情報を誤り検出符号を用いて符号化し,情報検出の前に画素値の補正など一連の画像補正を行うことによって,印刷画像から透かし情報を検出することができた.2.ウェーブレット変換を用いて2つの新しい電子透かし方式:・ウェーブレット係数の量子化制御に基づく透かし情報の埋め込み・ウェーブレットパケットを利用した透かし情報の埋め込みを提案し,静止画像に対してその有効性を確認した.また,JPEGなどの非可逆圧縮方式で圧縮された画像に対しても本方式が適用できることを示した.さらに,平滑化,ノイズ付加,階調変換といった画像信号処理に対しても耐性をもった電子透かし方式であることを確認した.3.上記2の電子透かし方式を改良して,動画像(映像)への電子透かしを実現し,MPEGで圧縮された動画像に対しても本方式が適用できることを示した.