hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不斉自己触媒反応を用いる超高感度不斉認識の研究

1.石膏結晶の不斉表面を反応場とする不斉自己触媒反応:硫酸カルシウム二水和物(石膏)はアキラルな無機結晶である。石膏はエナンチオトピック面を持ち,この面上において不斉自己触媒反応を行ったところ,(010)面からはR体,(0-10)面からはS体のピリミジルアルカノールが高い鏡像体過剰率で生成することを見出した。本結果はアキラル無機結晶のエナンチオトピック面がホモキラリティーの起源として有効に作用し得ることを示すものである。2.キラルな金クラスターを不斉開始剤とする不斉自己触媒反応:Au38(SC2H4Ph)24には互いに鏡像関係にあるMおよびP体が存在している。この金クラスターをキラルHPLCにより分割し,得られたキラル金クラスター用いる不斉自己触媒反応を行った。その結果,M体の金クラスター存在ではS体,P体のクラスター存在ではR体のアルカノールが不斉誘導されることを見出した。本結果はキラルな金属クラスターを用いて効率的な不斉合成を行った初めての例である。3.固相-気相条件下における不斉自己触媒反応による自発的絶対不斉合成:キラル要因が存在しない条件下,固相-気相条件下での不斉自己触媒反応を行い,自発的絶対不斉合成を試みた。複数回の反応を行ったところ,生成物の絶対配置の頻度は,R体が68回,S体が62回生成し,R体とS体の頻度がほぼ1:1となることが明らかとなった。本結果は固相-気相条件下において自発的絶対不斉合成を行った初めての例となる。28年度が最終年度であるため、記入しない。不斉自己触媒反応による結晶中らせん構造の認識らせん構造には右巻きと左巻きがあり,本質的にキラリティーを有する形状である。アキラル化合物が結晶中においてらせん状に配置することでキラル結晶を形成するが,結晶キラリティーから分子不斉を誘導した例は数少ない。そこで,結晶中でらせん構造を形成するアキラル分子であるtris(2-hydroxyethyl) 1,3,5-benzenetricarboxylate (トリエステル,2004年東屋ら)とエチレンジアミン(EDA)硫酸塩に着目し,これらのキラル結晶を用いた不斉自己触媒反応を行うことで,結晶中らせん構造と有機化合物の絶対配置の間に相関性が見られるか検討を行った。トリエステルは攪拌条件下メタノールから結晶化を行うことで,6回らせん軸を有するキラル結晶を得ることができた。トリエステルの結晶キラリティーは固体CDスペクトル測定によって決定した。一方,EDA硫酸塩は水からの蒸発法によって,4回らせん軸を有するキラル結晶を得ることができ,結晶キラリティーは単結晶の旋光性により識別した。これらキラル結晶存在下,ピリミジン-5-カルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛との不斉自己触媒反応を行ったところ,トリエステルを用いたとき空間群P61(右巻き)の結晶からはS体,P65(左巻き)の結晶からはR体の生成物ピリミジルアルカノールが得られることを見出した。一方,EDA硫酸塩結晶を用いたときには,空間群P41212(右巻き)の結晶からはS体,P43212(左巻き)の結晶からはR体のアルカノールが得られることが分かった。さらに,得られたアルカノールを触媒として不斉自己触媒反応を行うことで,99.5% ee以上と,光学的にほぼ純粋なアルカノールを得ることに成功した。本結果は,結晶中らせん構造より高鏡像体過剰率の有機化合物を効率的に導いた例であり,生命のホモキラリティーの起源として結晶中らせん構造が有効に作用し得ることを示したものである。平成27年度においては,アキラル化合物が形成するキラル結晶を用いた不斉自己触媒反応の研究に取り組んだ。キラル結晶を形成するアキラル化合物として,結晶中でらせん構造を形成するtris(2-hydroxyethyl) 1,3,5-benzenetricarboxylate (トリエステル,2004年東屋ら)とエチレンジアミン(EDA)硫酸塩に着目し検討を行った。トリエステルとEDA硫酸塩の結晶化条件,および結晶キラリティー識別手法を確立し,これらの結晶を不斉自己触媒反応と組み合わせることで,キラル結晶の不斉認識,および結晶キラリティーを起点とした効率的な不斉合成を達成した。本研究での知見をとりまとめ,国内学会では,モレキュラー・キラリティー2015(東京),CSJ化学フェスタ2015(東京)においてポスター発表,国際学会では,Chirality2015(Boston,USA)とPacifichem2015(Honolulu, Hawaii)において研究成果発表を行い,このうちPacifichem2015ではPoster competition Finalistに選出された(受賞には至らず)。また,硫酸トリグリシン(TGS)結晶を介した,電場による不斉自己触媒反応のエナンチオ選択性制御の研究も行った。TGS結晶は強誘電性を有していることから,電場の印加によって結晶キラリティーの制御が可能である。電圧印加によってキラリティー制御を行ったTGS結晶存在下,不斉自己触媒反応を行うことで,印加した電圧の方向によって不斉反応のエナンチオ選択性の制御が可能になると考えた。本年度は主に,TGS単結晶の調製条件および電圧印加の最適条件の探索に取り組んだ。TGSの結晶キラリティーと不斉

自己触媒反応のエナンチオ選択性の相関性についても検証を行っている。1.石膏結晶の不斉表面を反応場とする不斉自己触媒反応:硫酸カルシウム二水和物(石膏)はアキラルな無機結晶である。石膏はエナンチオトピック面を持ち,この面上において不斉自己触媒反応を行ったところ,(010)面からはR体,(0-10)面からはS体のピリミジルアルカノールが高い鏡像体過剰率で生成することを見出した。本結果はアキラル無機結晶のエナンチオトピック面がホモキラリティーの起源として有効に作用し得ることを示すものである。2.キラルな金クラスターを不斉開始剤とする不斉自己触媒反応:Au38(SC2H4Ph)24には互いに鏡像関係にあるMおよびP体が存在している。この金クラスターをキラルHPLCにより分割し,得られたキラル金クラスター用いる不斉自己触媒反応を行った。その結果,M体の金クラスター存在ではS体,P体のクラスター存在ではR体のアルカノールが不斉誘導されることを見出した。本結果はキラルな金属クラスターを用いて効率的な不斉合成を行った初めての例である。3.固相-気相条件下における不斉自己触媒反応による自発的絶対不斉合成:キラル要因が存在しない条件下,固相-気相条件下での不斉自己触媒反応を行い,自発的絶対不斉合成を試みた。複数回の反応を行ったところ,生成物の絶対配置の頻度は,R体が68回,S体が62回生成し,R体とS体の頻度がほぼ1:1となることが明らかとなった。本結果は固相-気相条件下において自発的絶対不斉合成を行った初めての例となる。昨年度に引き続き,TGS結晶を介した電場による不斉自己触媒反応のエナンチオ選択性制御についての検討に取り組む。昨年度までに,TGS結晶の調製および電圧印加の最適条件決定を行っており,また複数回の不斉自己触媒反応の結果,TGS結晶のキラリティーと反応生成物であるピリミジルアルカノールの絶対配置の間に相関が見られた。本年度は,より効率的な反応条件確立のため微調整を行っていくと共に,更に実験を行うことで試行回数を増やし,実験再現性を確実なものとしていく予定である。また,本年度は固相ー気相で不斉自己触媒反応を行う手法によって,自発的絶対不斉合成が可能であるか検証を行う。自発的絶対不斉合成とは,2003年Mislowによって,キラル要因が全く存在しない条件において生じる極めてわずかな不斉の偏りに基づく不斉合成であると定義されたものである。当研究室では以前までに,液相において不斉自己触媒反応を行うことで自発的絶対不斉合成を達成している。本研究では,ピリミジン-5-カルバルデヒドの結晶にジイソプロピル亜鉛を気相で作用させる,固相ー気相による不斉自己触媒反応を行う手法によって,自発的絶対不斉合成が可能であるか試みる。まず,反応基質であるカルバルデヒドの結晶にキラリティーが存在しないことを確認するために,単結晶のX線結晶構造解析を行う。実験手法としては,密閉容器内にカルバルデヒド結晶とジイソプロピル亜鉛溶液を静置することで,カルバルデヒドにジイソプロピル亜鉛を蒸気で作用させ,不斉自己触媒反応を行う。この手法によって複数回の試行を行い,得られるピリミジルアルカノールの絶対配置が,統計的揺らぎに基づく比率で出現するかどうか検証を行っていく予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
家族性筋萎縮性側索硬化症におけるアストロサイト内封入体形成の解明

1.新知見としての病理学的所見家族性筋萎縮性側索硬化症(FALS)はSuperoxide dismutase 1(SOD1)遺伝子異常が病因と考えられる運動ニューロン疾患である。その病理学的特徴は、運動ニューロン内レビー小体様封入体(LBHI)の存在である。今回、我々は4家系8症例のFALSを詳細に解析し、異なる2家系の長期生存例で次の新知見を明らかにした。1)LBHIが運動系以外のニューロンにも多数出現していた。2)今までに報告されていないアストロサイト内硝子様封入体(Ast-HI)が出現していた。2.新知見の病理学的解明運動系以外の神経細胞内に出現していたLBHIは運動系のものと全く同一であった。また、Ast-HIは免疫組織化学的にはアストロサイト系のマーカーを有し、LBHIはニューロン系のマーカーを有していたが、超微形態的には両者ともgranule-coated fibrilで構成されていた。免疫電顕的解析により、Ast-HIとLBHIのgranule-coated fibrilにはどちらもSOD1が高度に集積していた。即ち、LBHIとAst-HIとはともにSOD1遺伝子異常の形態的表出であることが判明した。Maillard反応は、血中グルコースが種々の蛋白質のアミノ基に反応し、酸化過程が加わり、不溶性で、生体毒性のあるAGEsが形成される反応である。一方、LBHIとAst-HIにおいてMaillard反応が生じ、AGEsの一つであるN^ε-carboxymethyl lysine(CML)がSOD1と共に共存していた。免疫電顕法にて、LBHIとAst-HIの両者の共通なgranule-coated fibrilにCMLが局在していた。即ち、両封入体を形成しているgranule-coated fibrilの主構成蛋白であるSOD1、特に変異SOD1がAGE化を受けたものと考えられた。この事実は、変異SOD1自身がAGE修飾変異SOD1に成ることにより、より不溶性でより生体毒性の高い産物として、細胞内に凝集(aggregation toxicity)する事を意味し、封入体形成細胞死の1つのメカニズムを解明した。1.新知見としての病理学的所見2.遺伝子解析3.新知見の病理学的解明組織学的、免疫組織化学的、電顕的及び免疫電顕的手法を用いて病理学的解明を行った。運動系以外の神経細胞内に出現していたLBHIは運動系のものと全く同一であった。また、Ast-HIは免疫組織化学的にはアストロサイト系のマーカーを有し、LBHlはニューロン系のマーカーを有していたが、超微形態的には両者ともguanule-coated fibrilで構成されていた。免疫電顕的解析により、Ast-HIとLBHIのgranule-coated fibrilにはどちらもSODIが高度に集積していた。即ち、長期生存例のFALSでは、SODI遺伝子異常に基づく障害メカニズムがニューロンのみならずアストロサイトにも波及していくことが神経病理学的に解明できた。蛋白糖化(Maillard)反応は,血中グルコースが種々の蛋白質のアミノ基に反応し,シッフ塩基が生成される.やがてアマドリ化合物を形成され,酸化過程が加わり,不溶性で生体毒性のあるAGEsが形成される.LBHIとAst-HIにはSOD1が異常に集積していることも判明した.LBHIとAst-HIにおいてMaillard反応が生じ,AGEsの一つであるN^ε-carboxymethyl lysine(CML)がSOD1と共に共存していた.免疫電顕法にて,LBHIとAst-HIの両者の共通なgranule-coated fibrilにCMLが局在していた.即ち,両封入体を形成しているgranule-coated fibrilの主構成蛋白質であるSOD1,特に変異SOD1がAGE化を受けたものと考えられた.この事実は,SOD1自身がAGE修飾異変SOD1に成ることにより,より不溶性でより生体毒性の高い産物として,細胞内に凝集(aggregation toxicity)する事を意味し,封入体形成細胞死の1つのメカニズムを解明した.
過圧密粘性土の圧密構成関係を定式化するための実験的研究

本年度は、φ120×H10mmの粘性土供試体に対して実験可能な6連の連結型圧密試験装置を製作し、載荷システムおよびデータ取り込み用のコンピューターシステムを完成させた。本研究は過圧密粘土の過圧密領域における圧密の構成関係を定式化することを目的としている。そこで最も大切な変位の測定精度をチェックし、2/1000mmの精度で変位の計測が可能であることを確認した。現在までに実施した実験は、以下のとうりである。1.除荷を行わない基本実験を行い、これにより正規圧密粘土の基本データが得られた。また、φ62×5mmの供試体に対する従来の連結型圧密試験で得られたデータと比較することにより本試験システムの信頼性を確かめた。2.除荷・再載荷を行う実験を荷重増分(減分)比を等しくしたものを種々の応力レベルに対して行った。膨潤指数と再圧縮指数はそれぞれ応力レベルによらず、ほぼ等しい値である。また、再圧縮指数の方が膨潤指数より大きい。3.除荷・再載荷を行う実験において到達応力は等しいが、荷重増分(減少)比を違えた実験を行った。これは、実験中である。着目しているのは、過圧密領域での2次圧密特性と粘性・塑性・弾性変形成分の分離である。
TGFI型レセプター導入による卵巣癌遺伝子治療モデルの作成

卵巣癌細胞株および臨床卵巣癌組織でのTGFI型レセプター発現検討結果により、TGFI型レセプターの卵巣癌細胞株における変異や欠失を見いだし、癌抑制シグナル伝達経路の重要な因子であるTGFI型レセプター補充療法による卵巣癌制御の可能性を検討する実験を行った。TGFRIwt遺伝子をpAxCAwtに組み込み、GIGApacIIIを用いて大腸菌内で増幅し、これを293細胞にトランスフェクションし、一次ウイルス液18サンプルを回収した。さらに、二次ウイルス液作成のため、293細胞に感染させ、同時にHeLa細胞にも感染させ、293細胞を破壊し、HeLa細胞を破壊しないウイルス液5サンプルを得た。これらのウイルスの状態を制限酵素切断により確認し、野生型ウイルスの混在を否定した。正しくインサートの入っているウイルス液から、三次ウイルス液を作成し、実際にヒト卵巣癌由来TGFβRI発現の認められない細胞株に感染させ、増殖抑制効果の有無を検討した。pAxCAwt-TGFβRIを感染させ、かつTGFβを添加したディッシュ、pAxCAwt-TGFβRIを感染させたが、TGFβを添加しなかったディッシュ、pAxCAwt-TGFβRIを感染させず、TGFβのみを添加したディッシュ、およびいずれも加えないディッシュの4群で細胞増殖を観察した。結果、pAxCAwt-TGFβRIを感染させ、かつTGFβを添加した群といずれも加えない群とでは12日後の細胞数に明らかな差違を認め、TGFβRIを発現させTGFβを添加した場合、細胞増殖抑制効果が出現することが明らかとなった。一方、TGFβを添加した群でも、またpAxCAwt-TGFβRIを感染させただけの群でも、何も加えない群に比較するとやや細胞増殖が抑制される傾向が認められ、TGFβの作用発現にはTGFβRIを介さない系も存在し、また、多量の遺伝子発現により非特異的な細胞内蛋白合成抑制が生じたと推察された。動物実験を含むin vivoの実験系には更に高力価のウイルス液を調製する必要があるが、我々が今回用いたベクターでは四次ウイルスの産生による高力価ウイルス液の調製できなかった。今回われわれの研究では、in vitroの系ではあるが、アデノウイルスによるTGFβRI遺伝子導入による細胞増殖抑制の可能性を示唆するモデルをつくることができた。1.pcDNA3-HASL(5.4kb)に組み込まれたTGF-βRI遺伝子をEchoR1およびXho1で切り出し、Blunting処理を行い、Sma1で開環したコスミドベクターpAxCALNLwに組み込んだ。2.λパッケージングキットを用いて、プラスミドを取り込んだλファージを作成した。3.これを大腸菌に感染させ、コロニー形成させ、コスミドクローンの選択を行った。4.インサートの方向を確認し、Nru1切り出し、アデノ落としプラスミドを作成した。5.アデノ落としプラスミドを卵巣癌細胞株MCASにリン酸カルシウム法により導入し、蛋白の発現を確認した。6.現在、コスミドベクターの大量調整のための実験に取りかかっている。

その後、組換えウイルスの作成、確認、ウイルス液の作成、卵巣癌細胞株への感染、そして、ヌードマウス移植卵巣癌による腹膜播種の治療実験へと進む予定である。卵巣癌細胞株および臨床卵巣癌組織でのTGF I型レセプター発現検討結果により、TGF I型レセプターの卵巣癌細胞株における変異や欠失を見いだし、報告した。また、臨床検体においても約30%の症例でタンパクレベルでの発現欠失を見いだし報告した。そこで、癌抑制シグナル伝達経路の重要な因子であるTGF I型レセプター補充療法による卵巣癌制御の可能惟を検討するため、アデノウイルスpAxCAwtにTGFR I wtを組み込み、高力価発現ウイルスの作成実験を行った。TGFR I wt遺伝子をpAxCAwtに組み込み、プラスミドとしてサブクローニングし、制限酵素切断により、インサートおよび方向の確認を行った。これをGIGApacIIIというキットを用いてコスミドベクターに組み込んだ。これを293細胞にトランスフェクションし、一次ウイルス液約100サンプルを回収した。さらに、二次ウイルス液作成のため、293細胞にインフェクションさせ、同時にHeLa細胞にも感染させ、293細胞を破壊し、HeLa細胞を破壊しないウイルス液約30サンプルを得た。これらのウイルスの状態を制限酵素切断により確認し、野生型ウイルスの混在を否定した。正しくインサートの入っているウイルス液から、三次ウイルス液を作成したが、大量培養では293細胞を破壊するようなウイルス液が得られなかった。二次ウイルス液を用いてTGFβ蛋白発現低下卵巣癌細胞株にインフェクションさせ、増殖抑制効果を検討した。抗体価が低いためか、抑制効果は乏しかった。
「中学校における効果的なライティング指導と評価方法についての実践研究」

1研究目的中学校における効果的なライティング指導と評価方法についての実践研究を通して、中学生が英語を意欲的に「書くこと」の学習に取り組み、豊かな表現力や発信力を身につけることを目的とする。その際、文構造を理解する力と文章を構成する力が身に付くような具体的方策を考えて指導を行う。2研究方法(1)生徒が達成すべき目標として、以下の3点を設定した。・英語の構造や語順を理解し、正確な英文を書くことができる。・場面や状況に応じて、適切な英文を書くことができる。・日記や手紙などのまとまった英文を書くことができる。(2)3年生の選択教科としての英語の時間に、年間指導計画に3つの指導スタイル(基礎段階、応用段階、実践段階)を位置づけて、継続的かつスパイラルに実施した。受講生徒数は24名である。(3)検証については、ライティングに関するプレテスト(6月)・ポストテスト(12月)で得られたデータを比較分析するという方法を取った。テストについてはGTEC forStudents Core(Benesse Corporation)を使用した。テスト内容は「意見展開問題」であり、20分間の制限時間内で、日本語で与えられたトピックに対して、自分の意見を明らかにさせるとともに、意見の背景となる理由付けを自由記述形式で行う。語彙、文法、構成・展開の3観点から、意見を展開できる英語力を測定する。トピックの内容は以下の通りである。○プレテスト...自分にとっての「親友」とはどのような友達であるべきかを書かせる問題○ポストテスト...ふだんの学校生活で楽しいと思うことは何かを書かせる問題3研究成果(1)全体のライティングの平均スコアが83.0(プレ)から97.2(ポスト)に上昇した。(最高値は100)(2)成績層別伸長度推移(平均スコア)も、すべてめ層において上昇した。(上位25%:96→100、中上位25%:87→100、中下位25%:87→99、下位25%:64→90)(3)語彙力や英文の正確さや内容構成の豊かさなど全般に力がついた。(4)書こうとする内容や構成を論理的に考え、まとまった英文を書く力が向上した。(5)英語学習に関する意識調査とテストの結果をクロス集計し、分析することにより、ライティング指導のための評価ガイドライン(Can-do list)作成の基礎データを得ることができた。4今後の課題(1)語彙、文法、構成・展開の3観点の中で、文法分野にやや課題があり、継続的指導が必要である。(2)身近なテーマを題材にして英文を書く機会を増やすことが必要である。(3)ライティング指導のための、より客観的な評価ガイドラインの開発・作成を推進していきたい。
ヒト免疫グロブリンH鎖遺伝子全領域の構造解析

ヒト第14番染色体の長腕部(14q32.33)の1.3メガベース(Mb)にもおよぶ長大な領域を占めるヒトIgH鎖遺伝子群の全貌を明らかにすることを最終目標に領域の単離、解析を進め、VH全領域の物理地図および全塩基配列決定を完成した。全領域中に総数123個のヒトVH遺伝子断片を同定した。これらの断片は、異なるファミリーに属するものが入り交じっており、進化的に頻繁なDNAの再構成が示唆された。また、ヒトVk領域に見られる大きな領域の重複は発見されなかったが、数kbから25kbの大きさの12種類のDNA重複単位が繰り返し現れることが判明した。こういったDNAは、領域の約67%を占めており、ダイナミックな進化を裏付けている。また、VH断片の転写の向きは、すべてJH断片と同じで、逆位は見いだされなかった。領域の下流に3個のVH以外の遺伝子を見いだした。KIAA0125はヒト骨髄芽球細胞より単離された単一のエクソンよりなる遺伝子で、発現はリンパ系の組織に限定されている。またその少し上流にdisintegrinとリボゾーム蛋白質S8のプロセスされた偽遺伝子が存在した。VH断片全体をオープンリーディングフレーム(ORF)を持つものとそれ以外に分類しところ、全体の2/3を超える79個が何らかの理由で機能を失った偽遺伝子であった。ORFを持つ44個のVH断片のうち39個は、抗体蛋白に対応するものであり、最も厳密な意味において機能的VH遺伝子断片と言えるものであった。今回の解析で、ヒト抗体遺伝子VH領域の全貌が明らかになり、多重遺伝子族の進化の理論的モデルの検証が可能となるとともに、抗体遺伝子領域とさまざまな免疫系の疾患の遺伝的関連性はじめとする解析を進めるための基礎が整った。ヒト抗体H鎖遺伝子群は染色体14播長腕部テロメア近傍(14q32.33)の、約1Mbの領域に群在し、テロメアよりから123個のV_H断片、26個のD断片及び6個のJ_J断片が配列されている。ヒトV_H遺伝子断片は塩基配列の相同性に基づき7つのファミリーに分類される。抗体の多様性の個体レベルでの遺伝的基盤はこれらの未分化型の断片の数と構成により決定される。我々は酵母人工染色体ベクターを用いてこの領域全体を単離し、詳細な物理地図を完成させた。さらに詳細な構造を解析するため、得られた物理地図をもとに塩基配列の決定を試み、以下の結果を得た。1.14qテロメアよりJ_H断片群までの957kbの領域の全塩基配列を決定した。異なるファミリーに属する123個のV_H断片が、領域中で混在しており、また最上流のV_H断片(V3-82P)はテロメアより約1.8kb下流に同定された。また、V_H断片のJ_H断片に対する相対的転写方向はすべて順向きであり、領域中に逆位は存在しなかった。2.123個のV_H断片は、36個の蛋白として機能する断片、4個の転写されうる断片、4個のORFを持つが転写が確認されない断片と79個の偽遺伝子に分類された。3.領域中の反復配列は合計796個であり、領域全体の約42%を占めていた。特にL1配列は338個存在しており、ゲノムの平均値の数十倍の頻度であった。4.D遺伝子群は6個のD断片を含む約9kbの領域が4回重複した構造であった。

26個のD断片は両向きとも少なくとも1つのORFを持っており、全てが機能しうることがわかった。ヒトIgH鎖遺伝子群は、ヒト第14番染色体の長腕部(14q32.33)の1.3メガベース(Mb)にもおよび長大な領域を占めている。この領域の全貌を明らかにすることを最終目標に領域の単離、解析を進め、V_H全領域の物理地図の完成および全塩基配列決定に至った。総数123個のヒトV_H遺伝子断片を同定した。これらの断片は、異なるファミリーに属するものが入り交じっており、進化的にかなり頻繁なDNAの再構成が起こったことが示唆された。また、ヒトVk領域に見られるような大きな領域の重複は発見されなかったが、数kbから25kbの大きさの12種類のDNA重複単位が繰り返し現れることが判明した。こういったDNAは、領域の約67%を占めており、ダイナミックな進化を裏付けている。また、V_H断片の転写の向きは、全てJ_H断片と同じで、逆位は見いだされなかった。領域の下流に3個のVH以外の遺伝子を見いだした。KIAA0125はヒト骨髄芽球細胞より単離された単一のエクソンよりなる遺伝子で、発現はリンパ系の組織に限定されている。またその少し上流にdisintegrinとリゾホーム蛋白質S8のプロセスされた偽遺伝子が存在した。V_H断片全体をオープンリーディングフレーム(ORF)を持つものとそれ以外に分類したところ、全体の2/3を越える79個が何らかの理由で機能を失った偽遺伝子であった。ORFを持つ44個のV_H断片のうち39個は、抗体蛋白に対応するものであり、最も厳密な意味において機能的V_H遺伝子断片と言えるものであった。今回の解析で、ヒト抗体遺伝子V_H領域の全貌が明らかになり、抗体遺伝子領域とさまざまな免疫系の疾患の遺伝子的関連性をはじめとする解析を進めるための基礎が整ったといえよう。
生体内の情報に基づいたHIVウイルス特異的T細胞の試験管内再構築法の確立

HIV感染者においてはHIV特異的細胞傷害性T細胞(CTL)は存在はしているが、CD3ζ鎖のdown modulationとT細胞機能不全などの要因でHIV産生のコントロールが出来ない。また治療によりHIVのViral loadが減少すると、CTLの頻度が極端に低下し、生体がHIVを完全に排除出来ない。すなわち、このような状態でのワクチン療法には限界があることが想定され、これを回避する方法の検討は重要である。そこで本研究は、HIVウイルスに対する生体内の免疫応答をリアルタイムでとらえ、そのT細胞レセプターの遺伝子情報を獲得し、効率良くリンパ球に遺伝子導入する技術を中心とした、ウイルス特異的T細胞再構築システムの確立を目的とした。本研究は、従来の方法論とは異なった新たな基盤技術を提供するものであり、疲弊または機能不全に陥っているウイルス特異的T細胞ではない自己のリンパ球を利用することが可能である。キラーT細胞が認識するエピトープとして同定したペプチドP18IIIB抗原をパルスした樹状細胞をマウスに静注免疫すると、34週以降比較的長期にわたり特異的キラーT細胞が誘導された。そこで免疫したマウスの脾臓細胞を試験管内で再刺激した細胞より単一細胞分離法にて単離した。分離した単一細胞より3段階のRT-PCRにてT細胞レセプターのα、β鎖を増幅した。さらにこのT細胞レセプターをマウス脾臓細胞に遺伝子導入した。遺伝子導入したT細胞レセプターが脾臓細胞上で約20%α、β鎖ともに発現していることを確認した後、細胞傷害試験を行ったところ高い細胞傷害活性を認めた。さらにこのようにして樹立した細胞傷害性T細胞の生体内での働きを調べる為、CFSEラベルした脾細胞を用いたin vivo細胞傷害試験を行い、実際に生体内でエピトープ特異的細胞傷害活性があることを確かめた。さらにCD4陽性リンパ球にHIVゲノムを遺伝子導入した偽似感染細胞を作成し、これを減少させる効果を検討中である。HIVウイルスに対する生体内の免疫応答をリアルタイムでとらえ、そのT細胞レセプターの遺伝子情報を獲得し、効率良くリンパ球に遺伝子導入する技術を中心とした、ウイルス特異的T細胞再構築システムの確立を目的とした研究を進めた。マウスのHIV免疫応答モデルにおいて、CTLのエピトープと判明しているP18IIIBペプチドを樹状細胞にパルスし、これでBALB/cマウスを免疫した。免疫されたマウスの脾臓細胞を試験管内で再刺激したところ、CTL活性を示した細胞集団ではT細胞がクローナルに増殖していることを確認した。さらにこの集団で主に使われているT細胞レセプターのV領域の分析から、Vα2とVβ7を選択した。次にこの両者が陽性の1つの細胞に着目し、免疫染色とセルソーターによる単一細胞分離法とRT-PCR法により、そこに発現しているT細胞レセプターのα鎖、β鎖をクローニングした。次にこれらを別々のレトロウイルスベクターにクローニングし、パッケイジング細胞に導入後、脾臓細胞に遺伝子導入したところ、HIVエピトープを発現している細胞に対して細胞傷害活性を示すことが明らかとなった。以上の結果から、我々が目指しているT細胞レセプターの試験管内機能再構築が基本的に可能であることが示された。マウスのHIV免疫応答モデルにおいて、CTLのエピトープと判明しているP18IIIB

ペプチドを樹状細胞にパルスし、これでBALB/cマウスを免疫した。さらにこの集団で細胞傷害性T細胞に主に使われているT細胞レセプターのV領域の分析から、Vα2とVβ7を選択した。次にこの両者が陽性の1つの細胞に着目し、免疫染色とセルソーターによる単一細胞分離法とRT-PCR法により、そこに発現しているT細胞レセプターのα鎖、β鎖をクローニングした。これらを別々のレトロウイルスベクターにクローニングし、パッケイジング細胞に導入後、脾臓細胞に遺伝子導入したところ、HIVエピトープを発現している細胞に対して細胞傷害活性を示すことが明らかとなった。さらに、生体内での機能を探索する目的で、上記エピトープをパルスした脾臓細胞をCFSEで標識し、これを標的とした生体内細胞傷害試験をおこなったところ、実際の細胞傷害を確認した。以上の結果から、我々が目指しているT細胞レセプターの試験管内機能再構築が基本的に可能であることが示された。HIV感染者のHIV特異的細胞傷害性T細胞(CTL)は存在はしているが、CD3ζ鎖のdown modulationとT細胞機能不全などの要因でHIV産生のコントロールが出来ない。また治療によりHIVのViral loadが減少すると、CTLの頻度が極端に低下し、生体がHIVを完全に排除出来ない。すなわち、このような状態でのワクチン療法には限界があることが想定され、これを回避する方法の検討は重要である。そこで本研究は、HIVウイルスに対する生体内の免疫応答をリアルタイムでとらえ、そのT細胞レセプターの遺伝子情報を獲得し、効率良くリンパ球に遺伝子導入する技術を中心とした、ウイルス特異的T細胞再構築システム確立を目的とした。本研究は、従来の方法論とは異なった新たな基盤技術を提供するものであり、疲弊または機能不全に陥っているウイルス特異的T細胞ではない自己のリンパ球を利用することが可能である。キラーT細胞が認識するエピトープとして同定したペプチドP18IIIB抗原をパルスした樹状細胞を、マウスに静注免疫すると34週以降比較的長期にわたり特異的キラーT細胞が誘導された。そこで免疫したマウスの脾臓細胞を試験管内で再刺激した細胞より単一細胞分離法にて単離した。分離した単一細胞より3段階のRT-PCRにてT細胞レセプターのα、β鎖を増幅した。さらにこのT細胞レセプターをマウス脾臓細胞に遺伝子導入した。遺伝子導入したT細胞レセプターが脾臓細胞上で約20%α、β鎖ともに発現していることを確認した後、細胞傷害試験を行ったところ高い細胞傷害活性を認めた。さらにこのようにして樹立した細胞傷害性T細胞の生体内での働きを調べる為、CFSEラベルした脾細胞を用いたin vivo細胞傷害試験を行い、実際に生体内でエピトープ特異的細胞傷害活性があることを確かめた。HIV感染者においてはHIV特異的細胞傷害性T細胞(CTL)は存在はしているが、CD3ζ鎖のdown modulationとT細胞機能不全などの要因でHIV産生のコントロールが出来ない。
生体リズムを応用した体重管理における運動の効果の検証

高脂肪食は肥満をもたらすことが知られている.近年,高脂肪食が肝臓などの末梢組織において時間遺伝子の発現量を乱し,それが肥満の一因となっていることが報告されてきた.運動はこの乱れを改善することが期待される.本研究では,高脂肪食及び持久性トレーニングが時計遺伝子発現に及ぼす影響について検討することを目的とした.その結果,運動は高脂肪食誘発性肥満ラットへの肥満改善の効果があり,それには生体の生理機能を司る体内リズムに関連した時間遺伝子の発現量が影響することが示された.(25年度)実験1「一過性運動がラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に及ぼす影響」検討事項1高脂肪食・肥満モデルラット:6週間の高脂肪食摂取により、体重や内臓脂肪量が対照ラットと比べて有意に増加しているかを確認する。そして、その際、概日リズムの制御機構の時間遺伝子の1日の位相が対照ラットと比べて乱れがあるかを確認する。高脂肪食は同じ摂取エネルギー量の食事であるにも関わらず、体重や内臓脂肪量を有意に増加させた。その原因として、体内時計を司る時計遺伝子の発現量の低下が考えられる。夜型時計遺伝子群のBmal1およびClockの遺伝子発現は明期(ヒトでいう夜)に最も高くなり、暗期(ヒトでいう朝)に最も低くなることが知られている。肝臓のBmal1の遺伝子発現をみると、暗期においてHF群がCON群に比べて有意に低下していた。先行研究では高脂肪食継続摂取により時計遺伝子発現量が低下したと報告しており、本研究の結果と一致した。その一方で、ClockおよびPer2(明期にピークとなる時計遺伝子)の肝臓における遺伝子発現は、統計学的に差はみられなかったが、HF群の遺伝子発現はCON群と比較して低下傾向がみられた。つまり、摂食行動、睡眠覚醒サイクル、エネルギー代謝など多くの生理機能に関与している体内時計が高脂肪食継続摂取により乱れてしまったため体重、内臓脂肪量の有意な増加につながったと推察した。以上のことから、高脂肪食の継続摂取は体内時計の乱れが一要因となり肥満を助長すると推察された。平成26年度研究課題「連日運動(トレーニング)がラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に及ぼす影響」これまで、6週間の高脂肪食摂取により、体重や内臓脂肪量が対照ラットと比べて有意に増加し、その際、概日リズムの制御機構の時間遺伝子の1日の位相が対照ラットと比べて乱れがことを確認済みである。本年度は、連日運動(トレーニング)により、高脂肪食・肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的遺伝子群の発現量が影響を受けるかを検討した。<方法>本実験では8週齢のWistar系雄ラットを用いた。ラットは1)コントロール群(CON群:n=20)、2)高脂肪食摂取群(HF群:n=20)、3)高脂肪食摂取+トレーニング群(HF+Tr群:n=20)の3群に平均体重が等しくなるように分けて6週間飼育を行った。トレーニング群のラットには、1日90分間のトレッドミルによる持久性トレーニングを週5日実施した。屠殺は暗期2ポイント(ZT14およびZT20)、明期2ポイント(ZT2およびZT8)の計4ポイントで行った。時計遺伝子の解析対象組織は骨格筋とし、Bmal1、ClockおよびPer2を測定した。<結果および考察>6週間の飼育の結果、これまでの結果同様、HF群がコントロール群と比べて体重及び内臓脂肪に関して有意に高値を示した。骨格筋における時計遺伝子の発現に関しては、各群Bmal1とPer2でリズム振幅を認められた。しかしながら、HF群及びHF+Tr群においては時計遺伝子Clockの発現リズムが減弱示された。朝夕の1日2食の高脂肪食摂取は、骨格筋における時計遺伝子Clockの振幅が減弱させた。Clockは脂質代謝酵素の遺伝子発現を制御していることから、骨格筋におけるClockの発現以上が脂質代謝異常を惹起し、その結果肥満を示す事が推察された。生体リズムの乱れが、体内のエネルギー代謝機能を低下させ、肥満を導くことが知られている。したがって、体重管理には生体リズムを考慮することが大切となる。運動には、体脂肪量の低下や除脂肪量の増大による「太りにくい体質」への体質改善の効果がある。本研究では、動物試験により、生体リズムを調整しているエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に対する運動の効果を、それに関与する標的遺伝子群の発現量を指標として検証することを目的とした。平成25年度には、6週間の高脂肪食摂取により、対照ラットと同摂取エネルギー量の食餌にも関わらず体重や内臓脂肪量が有意に増加しているかを確認した。その際、概日リズムの制御機構の時間遺伝子の1日の位相が対照ラットと比べて乱れが生じ、体重増加の一因として体内時計を司る時間遺伝子の発現量が関与していることも確認できた。平成26年度には、連日運動(トレーニング)が、高脂肪食・肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的時間遺伝子の発現量に影響を及ぶすか運動の主導組織である骨格筋を用いて検討した。その結果、高脂肪食摂取により発生した体重や内蔵脂肪量の増加は6週間の連日運動(トレーニング)により改善された。その際、骨格筋において、高脂肪食摂取により乱れた体内時計を司る時間遺伝子の発現量が改善されることはなかった。平成27年度には、連日運動(トレーニング)が、高脂肪食・肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的時間遺伝子の発現量に影響を及ぶすか肝臓を用いて検討を深めた。

その結果、肝臓において、高脂肪食摂取により乱れた時間遺伝子の発現量が改善されることが明らかとなった。以上のことから、運動による肥満の改善効果が生じる一因として、生体内の多くの生理機能に関与する体内時計を司る時間遺伝子の発現量が関連していると推察された。高脂肪食は肥満をもたらすことが知られている.近年,高脂肪食が肝臓などの末梢組織において時間遺伝子の発現量を乱し,それが肥満の一因となっていることが報告されてきた.運動はこの乱れを改善することが期待される.本研究では,高脂肪食及び持久性トレーニングが時計遺伝子発現に及ぼす影響について検討することを目的とした.その結果,運動は高脂肪食誘発性肥満ラットへの肥満改善の効果があり,それには生体の生理機能を司る体内リズムに関連した時間遺伝子の発現量が影響することが示された.平成26年度研究課題「連日運動(トレーニング)がラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に及ぼす影響」連日運動(トレーニング)により、高脂肪食・肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的遺伝子群の発現量が影響を受けるかを検討した。骨格筋における測定項目の測定は終了しているが、肝臓については測定中であるため、その結果を踏まえて考察をさらに深めたいと考えている。運動栄養学本年度「連日運動(トレーニング)がラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に及ぼす影響」連日運動(トレーニング)により、高脂肪食・肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的遺伝子群の発現量が影響を受けるかを検討した。今後も、肝臓について継続的に設定している測定項目の測定を実施し、平成26年度分の成果をまとめる。平成27年度「運動実施時間帯の違いがラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に及ぼす影響」実施時間帯の違いより、高脂肪食・肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的遺伝子群の発現量が影響を受けるかを比較検討する予定にしている。3年間の研究をまとめ、その成果を整理し学術論文等で公表して予定である。(25年度)実験1「一過性運動がラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に及ぼす影響」検討事項1高脂肪食・肥満モデルラット:6週間の高脂肪食摂取により、体重や内臓脂肪量が対照ラットと比べて有意に増加しているかを確認する。そして、その際、概日リズムの制御機構の時間遺伝子の1日の位相が対照ラットと比べて乱れがあるかを確認する。本実験は研究実績の概要のように終了している。検討事項2一過性運動により、肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的遺伝子群の発現量やタンパク質が影響を受けるかを検討する。本実験の進捗状況であるが、動物飼育が終了し、設定した測定項目を測定中である。平成26年度「連日運動(トレーニング)がラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構に及ぼす影響」連日運動(トレーニング)により、高脂肪食・肥満モデルラットのエネルギー代謝と概日リズムの制御機構の標的遺伝子群の発現量が影響を受けるかを検討した。
体外式心肺補助と肺の液体充填洗浄による,急性重症呼吸不全治療の基礎的研究

膜型人工肺による対外式心肺補助(extracorporeal lung and heart a ssist.ECLHA)は,難治性呼吸不全に対する優れた生命維持法である。急性重症呼吸不全の肺胞腔に多量に蓄積した各種の過剰の炎症性物質を除去する新しい治療法を開発するため,肺全体を液体で充填したままECLHAで生命を維持することが可能であるかを動物実験で検討した。16頭のイヌを用いた。頸動静脈から脱走血するECLHAで,十分のバイパス血流量(1206±198m 1/min)がえられた後,500700mlの乳酸加リンゲル液で肺を充填した。肺の液体充填を24時間継続したが,約半数の動物ではバイパス血流量が経時的に減少し,輸血が実施できないため血行動態が増悪し24時間の生命維持は不可能であった。しかし,残りの8例では,24時間の肺液体充填の間,生体肺のガス交換が完全に無い状態下でもECLHAでガス交換と循環を安全に維持できた。剖検により全ての動物において,大量の胸水と腹水をみとめたが,これらは輸血なしのECLHAに伴う不可避の低蛋白血症が原因と考えられる。今回の研究は,血管透過性を正常に維持して循環血液量と脱血量ひいてはバイパス血流量を十分に保てば,ECLHA下の肺液体完全充填法が可能であること示した。そこで次の研究として,ECLHA時にプロスタグランデインE_1(PGE_1)を投与して血管透過性の変化を体重の増減でしらべた。しかし,PGE_1群(5頭)と非PGE_1投与群(5頭)の間では,体重,尿量,血漿蛋白量の有意の差を認めなかった。新しい呼吸不全治療法として,ECLHA下肺液体完全充填洗浄法を確立するにはさらに研究が必要である。急性重症呼吸不全症例の気道と肺胞を液体で完全に満たし、過剰の炎症反応物質と細胞を体外へ排除する新しい治療法の実用性と安全性を検討する目的で、犬の肺を乳酸加リンゲルで完全に満たし、体外式心肺補助(extracorporesl lung and heart assist,ECLHA)のみで安全に生命を維持できるか調べた。方法:犬24例(体重915kg)に頚部の動脈と静脈から脱送血するV-Aバイパスを24時間実施しながら、気管内チューブを通じ加温した乳酸加リンゲル液を約2030cmH_2Oの圧で充填した。一部の犬では、肺液体充填を2時間で中止し、液体を排除して肺機能の回復を調べた。3例の犬では、肺に液体を充填しないで24時間のECLHAを実施した。結果:肺液体充填時、圧を30cmH_2Oにすると容易に肺出血を生じた。肺液体充填時のPao_2はECLHAのバイパス血流量に比例して変化した。肺出血、創部出血、低酸素血症、代謝性アシドーシス等のため大部分の犬は途中で死亡し、24時間安全に生命を維持できたのは6例であった。剖検により大量の胸水と腹水を認めた。肺に液体を充填しなかった例でも胸水と腹水を認めた。肺液体充填2時間で除水した例は正常のガス交換能を回復した。考案ならびに結語:肺の液体充填により肺ガス交換が消失するから、ECLHAで生命を維持しなければならない。そのためには、心拍出量に匹敵するバイパス血流量が必要である。途中で死亡した例は、すべてECLHAの途中から脱血流が減少して必要なバイパス血流量がえられなかった。

輸液量を増やすこは、バイパス血流量維持に有効であったが、膠質浸透圧が低下して、腹水胸水の発生を防止できなかった。肺液体充填治療法を安全に実施するには、肺液体充填時の充填圧を下げること、循環血液量の維持、膠質浸透圧の維持、脱血血流量の維持が重要である。1.イヌの肺を液体で充填し,その間ECLHAで生命を維持する。重症呼吸不全の気道ならびに肺胞を乳酸加リンゲル液で長期間充填し,病変部に産生される各種の過剰の炎症物質を洗浄排除する新しい治療法開発のため,動物を用い基礎的実験をおこなった。正常の雑種イヌ(平均体重11.1kg,n=5)を用い,頸部動静脈からV-Aバイパスを実施した。肺を液体で充填している間のガス交換を代行し生命を維持するため,本年度は陰圧ボックス脱血法を用い強制的に脱血量を増やし,自己肺血流量がほとんどなくなるようトータルバイパスのECLHAを行った。陰圧ボックス脱血法により,110/min/kgのバイパス血流量を安定して維持できた。動脈圧波形はほぼ消失したからトータルバイパスの目的を達成でき,陰圧ボックス脱血法は有効であった。しかし,肺を液体で充填している時期のPao_2は,5258Torrと有意に低下した。前年度の研究で,ECLHAの間腹水と胸水の貯留が大量に生じることが判明したので,プロスタグランディン(PGE_1)を投与して末梢臓器循環の改善を図り,水分貯留防止を検討したけれども,胸水と腹水の貯留を防止できなかった。2.肺液体充填後の肺機能の回復6時間肺を乳酸加リンゲル液で充填後排液し10cmH_2O以下のCPAPで6時間管理し,次にIPPVに変更した。1例ではCPAPの間にバイパス血流量が低下して肺水腫を生じた。他の4例はIPPVによりPao_2がECLHA前値に回復し,ECLHAを離脱できた。肺の剖検では,dependent lungに鬱血と浮腫が強く,充填液体の残存を認め,顕微鏡的にも肺組織は浮腫状であった。血鬱膠質浸透圧の経時的低下を認めた。3.まとめ生体肺を液体で充填したまま,ECLHAで生命を維持することは,十分な脱血量があれば可能である。
昆虫の複眼視覚処理システムに基づく小型無人航空機の自動障害物回避

本研究は、小型無人航空機(MAV)の安全性向上・活動領域拡大に向けて、障害物を瞬時に回避して飛行する自律制御システムを開発することを目的としている。この目的を実現するために、本研究では昆虫の複眼視覚処理システムをもとに考案された、Wide-Field-Integration (WFI) of optic flowという運動推定手法と、輝度を利用した画像の領域分割技術を組み合わせた障害物回避手法を提案した。Wide-Field-Integration of optic flowとは、カメラから得られるoptic flowという相対運動の情報を利用して、機体と周辺環境との相対速度・相対角速度を推定する手法である。Optic flowは相対速度・相対角速度以外に、対象物との距離の情報を含んでいる。しかし、従来のWFI of optic flowの処理では、optic flowの距離と速度の情報を分離することはできず、どちらか一方の値を推定するためには、もう一方の値を知る必要があった。提案手法では、画像を複数の画像領域に分割し、各画像領域に別々にWFI of optic flowを適用し処理することで、機体の速度と周辺環境との距離の両方を推定することを可能にした。提案手法の有効性は、計算機シミュレーションにより確認済みである。加えて、本研究では実用的な速度制御システムの開発のために、WFI of optic flowを用いたMAVの自律制御実験にも取り組んでいる。WFI of optic flowの理論上のシステムと、実際に構築できるシステムとの間にはギャップがある。そのため、実システムの制約の中で推定精度の高いシステムを設計する方法を研究している。本年度はその研究成果の一部をInternational Symposium on Engineering and Applied Scienceにて発表した。また、その他の研究成果も査読付き英文ジャーナルに投稿し、現在審査中である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
頭部運動を許す遠隔注視点検出装置の開発研究

視線を用いたパソコンへの情報入力のために,頭を10cm程度動かすことができる非接触・遠隔ビデオ式の高精度の注視点検出装置の開発を目的に研究を行った.本装置における検出理論では,顔全体を写すことができる広角ステレオカメラによって瞳孔の正確な3次元位置を求め,パンチルト台に固定した3台目の狭角カメラを目に向けて,拡大した眼を撮影し,瞳孔の中心と光源の角膜反射の中心を検出し,それらの位置関係から狭角カメラの光軸と視線のなす角度を求め,視線と視対象との交点として注視点を求めた.平成15年度までに,ステレオカメラの各カメラの開口部周りに,リング状に配置した近赤外LEDを取り付け,それらをビデオフィールド信号に同期させて交互に点灯させ,各カメラで瞳孔の明るい画像と暗い画像を得て,画像差分することで瞳孔を検出しやすくし,瞳孔の3次元座標を求め,その座標に狭角カメラを向けられるようにした.また,狭角カメラには,ステレオカメラとは波長の異なるリング状光源を開口部に近い位置と少し離れた位置に設置し,ほぼ同様の方法で瞳孔を,また,角膜反射を明瞳孔画像から検出した.平成16年度は,眼球の光学系が,視軸を軸とする軸対称の形状をしているという仮定を利用した注視点較正法を考案した.これはパソコンディスプレイ上の座標が既知の1点と狭角カメラを見るだけで簡単に較正が取れる方法である.実験をしたところ,ディスプレイ上の位置によっては検出される視点座標に原因不明のずれが見られたが,ディスプレイから顔までの距離が変わっても,視点出結果がほとんど変わらないことから,本注視点検出法の有効性が示せた.また,狭角カメラで得られた画像において瞳孔のエッジに角膜反射が位置するときに瞳孔中心が正確に検出しにくいのを改善したため,視点のばらつきは1.5cm以内に収まるようになった.視線を用いたパソコンへの情報入力のために,頭を10cm程度動かすことができる非接触・遠隔ビデオ式の高精度の注視点検出装置の開発を目的に研究を行った.本装置における検出理論では,顔全体を写すことができる広角ステレオカメラによって瞳孔の正確な3次元位置を求め,パンチルト台に固定した3台目の狭角カメラを目に向けて,拡大した眼を撮影し,瞳孔の中心と光源の角膜反射の中心を検出し,それらの位置関係から狭角カメラの光軸と視線のなす角度を求め,視線と視対象との交点として注視点を求めた.平成15年度までに,ステレオカメラの各カメラの開口部周りに,リング状に配置した近赤外LEDを取り付け,それらをビデオフィールド信号に同期させて交互に点灯させ,各カメラで瞳孔の明るい画像と暗い画像を得て,画像差分することで瞳孔を検出しやすくし,瞳孔の3次元座標を求め,その座標に狭角カメラを向けられるようにした.また,狭角カメラには,ステレオカメラとは波長の異なるリング状光源を開口部に近い位置と少し離れた位置に設置し,ほぼ同様の方法で瞳孔を,また,角膜反射を明瞳孔画像から検出した.平成16年度は,眼球の光学系が,視軸を軸とする軸対称の形状をしているという仮定を利用した注視点較正法を考案した.これはパソコンディスプレイ上の座標が既知の1点と狭角カメラを見るだけで簡単に較正が取れる方法である.実験をしたところ,ディスプレイ上の位置によっては検出される視点座標に原因不明のずれが見られたが,ディスプレイから顔までの距離が変わっても,視点出結果がほとんど変わらないことから,本注視点検出法の有効性が示せた.また,狭角カメラで得られた画像において瞳孔のエッジに角膜反射が位置するときに瞳孔中心が正確に検出しにくいのを改善したため,視点のばらつきは1.5cm以内に収まるようになった.我々は,視線を用いたパソコンへの情報入力のために,遠隔ビデオ式の注視点検出装置の開発を行っている.この装置では,眼に近赤外線を照射し,ビデオカメラで使用者の眼を撮影し,眼の像を画像処理することで眼の特徴点である瞳孔中心座標と光源の角膜反射座標を検出し,基本的にこれらの相対座標を利用することで注視点検出を行う.すでに,頭部とカメラを固定した状態での注視点検出は実現しているが,頭部の移動があると眼がカメラフレームから外れたり,焦点が合わなくなるために画像解析が正しく行えず,視線計測が不可能になってしまう.このため使用者の頭部が自由状態にあっても,眼を追尾して焦点の合った画像を実時間で取得できるシステムが必要とされた.対処のために,これまでに我々は,追尾に必要な頭部の3次元位置と回転角度を計測する方法として,超音波を用いた頭部位置計測装置(以下,超音波位置計測器)を開発した.本年度は,頭部に装着する3個の送信器を含む平面に対する眼球回転中心のおよその相対位置関係をあらかじめ推定し与え,その関係と超音波位置計測器により算出された3個の送信器の座標から眼球回転中心の3次元位置を実時間で推定した.推定した眼球回転中心を利用して,カメラの光軸に垂直な頭部の動きに対しては,カメラの前に設置した2次元回転ミラーを回転させることにより,また,カメラの光軸方向の頭部の動きに対しては,電動ズームレンズを制御して,ズーム・フォーカスの制御を行い,画像中の眼の大きさをほぼ一定に保ち,かつ焦点の合った画像(特徴点検出可能な画像)を実時間で取得できる追尾装置の開発を行った.本装置の利点は,高速な頭部の動きにより眼の像がカメラフレームから外れても,直後に再び眼の像を捉えることが安価に実現できる点である.