hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心筋症の分子病態解明に立脚した心不全治療戦略の開発

心筋症の分子病因と病態形成機構の解明と治療・予防戦略の策定を目的とした。(1)肥大型心筋症を起こすCARP変異は伸展刺激なしに心筋細胞で核内移行を示した。(2)拡張型心筋症を起こすネブレット変異はサルコメア整合性を障害した。(3)拘束型心筋症、肥大型心筋症、拡張型心筋症を起こすミオパラジン変異はサルコメアおよび介在版を障害した。(4)拡張型心筋症を起こすBAG3変異は心筋細胞のアポトーシスを促進した。(5)ミオシン脱リン酸化酵素による心筋収縮のCa感受性制御機構を解明した。(6)ラミン変異マウスを用いてCa増感剤による拡張型心筋症の発症予防効果を示した。心筋症の分子病因と病態形成機構の解明基盤に立脚した心筋症・心不全病態の治療・予防戦略を策定することを目的として研究を実施し、以下の成果を得た。拡張型心筋症患者に見出されたZASP変異はPGM1との結合性を低下させることを明らかにした。また、肥大型心筋症患者に見出されたCARP変異はタイチンおよびミオパラジンとの結合性を増強することを見出した。さらに、拡張型心筋症患者に見出したネブレット変異はサルコメア整合性を障害することを細胞レベルで証明した。さらに、拡張型心筋症モデルマウスであるラミン変異ノックインマウスにCa増感剤(SCH00013)を投与することで、発症遅延、生存予後改善、心筋リモデリング抑制が可能であることをin vivoで証明し、これが拡張型心筋症の新たな治療戦略となることを示した。一方、ミオシン脱リン酸化酵素(PPM1)のスモールサブユニットであるM21が、ラージサブユニットであるM110と結合すること、ROCKの活性化を通じてM110のリン酸化を亢進することを解明した。さらに、心筋症患者を対象とした変異検索によりZ帯-I帯タンパクであるミオパラディン(MYPN)の変異を多数見出したが、そのうち種々の病型の心筋症患者に見出された終止変異およびミスセンス変異について詳細な検討を行い、前者はサルコメア整合性の障害をもたらすこと、後者はCARPとの結合性を減弱し核への移行を阻害することを明らかにした。これとは別に、候補遺伝子アプローチによってBAG3変異が拡張型心筋症をもたらすこと、当該変異はサルコメア整合性を阻害すること、さらに心筋細胞のアポトーシスを亢進することを解明した。既知の原因遺伝子に変異が同定されていない肥大型心筋症患者集団に2種のタイチンM領域変異を見出した。生化学的検討により、当該変異はいずれもがタイチンとMURF1との結合性増強をもたらすことを明らかにした。また、遺伝子導入細胞を用いて、変異タイチンタンパクの細胞内分解速度が速いことを見出した。一方、M21を高発現するトランスジェニックマウスにRocK阻害剤を投与することで、心肥大の発現が抑制されること、心筋リモデリング関連遺伝子の発現増強が抑制されることを見出した。これとは別に、拡張型心筋症患者集団に2種のBAG3変異を見出したが、これらの変異BAG3遺伝子をラット心筋細胞に導入するとサルコメア整合性の阻害とアポトーシス増強が観察された。また、BAG3遺伝子を安定に導入したH9C2細胞を用いて、ドキソルビシンによるアポトーシスを検討したところ、BAG3変異はいずれもアポトーシスを亢進した。このような機能変化は、稀な遺伝子多型や筋原線維性筋症患者に報告されている変異では生じないことから、拡張型心筋症関連変異に特異的であると考えられた。さらに、家族性肥大型心筋症患者連続139例、家族性拡張型心筋症患者連続57例について、サルコメア構成要素遺伝子変異を検索し、前者の47%、後者の9%に疾患変異を同定した。また、既知の原因遺伝子に変異が見出されない心筋症患者集団について候補遺伝子解析を実施し、合計13種のWYPN遺伝子変異を同定した。特発性心筋症の病因と病態形成機構の解明を目的とした。既知の原因遺伝子に変異が見出されない心筋症患者集団を対象として、ミオパラジン遺伝子の変異検索を実施したところ、拘束型心筋症、肥大型心筋症、拡張型心筋症のそれぞれで変異を同定した。特記すべきことは、肥大型心筋症様病理所見あるいは拡張型心筋症様病理所見を呈する拘束型心筋症患者にQ529X変異が見出されたこと、および同一変異(Y20C)が肥大型心筋症と拡張型心筋症に見出されたことである。Q529

X変異を導入したラット心筋細胞ではサルコメア整合性が障害され、細胞死がもたらされた。一方、Y20C変異のトランスジェニックマウスを作製したところ、このマウスは肥大型心筋症様の病態を呈し、心筋では介在板の断裂とデスミン、デスモプラキン、ビンキュリン等の介在板関連分子の発現異常が観察された。また、Y20C変異ミオパラジンはCARPとの結合性が減弱し、核内移行が障害されていた。さらに、肥大型心筋症関連変異(K153R、A217E)はCARP結合性の亢進を認めた。これとは別に、肥大型心筋症に見出された3種類のCARP変異は、いずれも核内移行が亢進しているが、それぞれが心筋収縮機能にどのような効果をもたらすかをラット心筋細胞による組織再構築系(EHT)で検討したところ、T123M変異は心筋収縮力を亢進し、I280V変異は心筋拡張時間を延長するのに対し、P52A変異は細胞内分解が亢進する等、それぞれが異なる機能異常を示した。交付申請書に記載した23年度計画は、(1)タイチンM帯領域における心筋症変異の検索と機能変化の検討、(2)ROCK阻害剤を投与したM21高発現トランスジェニックマウスの心肥大と心筋における遺伝子発現パターン変化の検討、(3)心筋症患者に見出したBAG3遺伝子の変異による機能変化の検討、(4)既知の原因遺伝子に変異がない心筋症患者集団における候補遺伝子変異の検索の4項目であるが、いずれも計画どおり進行した.24年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き、遺伝性心筋症に関連する新規原因遺伝子の特定と、原因遺伝子変異による機能変化、遺伝子改変マウスを用いた病態形成機構の解明と病態修飾法の検討を進める。計画は予定どおり進んでおり、特に問題はない。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ＤｅｅｐＬｅａｒｎｉｎｇを用いた多指ロボットハンドによる道具操り動作の実現

初年度に多指ロボットハンドであるAllegroHandに搭載した3軸分布型触覚センサを用いての実験に注力した.今年度は2指によるハンドでの操り動作の検証を行った.ハンド表面はシリコンで覆われているためハンドが把持している物体とは面接触を行うことになり,動作学習を行う際はそのセンサ配置の情報も含める必要がある.これに対して,Convolutional Neural Network (CNN)を用いた.これは画像認識で良く用いられている手法で領域ごとに学習することが出来る.動作生成を行うモデルではCNNを用いて触覚センサの情報を処理・特徴量抽出を行い,その他の関節角度と6軸力覚センサは特徴量抽された触覚センサ情報とともに次の全結合しているニューラルネットワークの層に入力され,動作生成を行った.結果として,学習を行っていない日常物体の動作生成も含めて安定した操り動作の生成に成功するに至った.特に触覚センサは3軸情報を含んでおり,操り動作の成功回数や動作生成中のせん断方向の触覚情報が運視軌道に影響を与えていることから,3軸触覚情報がCNNにより有効に特徴抽出・操り動作生成に利用されたことが分かった.分布型触覚センサであることと指先が柔軟なシリコンに覆われていることも安定した操り動作の実現に寄与している.これらの結果を学会論文にまとめて,ロボット系の国際学会ではトップの学会の一つであるIROS2019に投稿し,査読待ちである.本研究計画の最終目的はニューラルネットワークによる触覚情報を用いた多指ハンドによる物体の操りである.今年度までに触覚センサをロボットハンドに搭載することを終え,2指による操り動作の生成に成功した.最終年度には同様なニューラルネットワーク構造を用いて4指(多指)による操り動作達成を目標とすることで本研究の完遂を目指す.各年度ごとにセンサ開発や操り動作生成などの大目的を達成しているため,最終年度を迎えて,研究は順調に進展していると言える.今年度は今までに得られた知見を活かして,4指(多指)による物体の操り動作の検証を行う.研究提案のコアの部分は昨年度の手法をベースとしており,指の本数が増える分,適用する触角センサとCNNの数が増える.対象とするタスクは2指の時と同じくひねる動作とし,4指でも動作生成が可能なのかの検証を行う.4指による操り動作においては2指によるものと比べて物体との接触の仕方が様々で,垂直方向の力である把持力やせん断方向に働く滑りなどの力といった操り特有の力が複雑に絡み合って働く.これはつまり物体にかかる力が3軸方向に働く.この特性を考慮して3軸触覚センサが有効に働くと考えられる.これらの結果をまとめてジャーナルに投稿する予定である.ドライバーを回すタスクのように道具と物体の作用点の変化が見えづらい手先での操りタスクでは,指へ伝わる力などが変化の指標になる.そこで安定した把持力を検知できる6軸力覚センサを最低限必要なものとして指先に搭載していた.一方で,指と面接触している物体との接触状態を細かく検知するためには分散型触覚センサが必要となる.本研究者の従来研究ではそのような触覚センサがロボットハンドによる手先での道具操りに非常に影響を与えるという結果を得ている.本年度は本研究室で研究開発を続けていた分散型触覚センサをロボットハンドに搭載できるようにすること,搭載したセンサからデータを取り出すソフトウェアの開発を進めることに主眼を置いた.また,ハンド表面はシリコンで覆われているため,面接触となり,動作学習を行う際はそのセンサ配置の情報も含める必要がある.そこで,Deep Convolutional Neural Network (DCNN)を用いる.これは画像認識で良く用いられている手法で領域ごとに学習することが出来る.本年度はその手法の理解と実際のセンサへの応用,動作生成実験を行うまでを目標とした.具体的な研究成果としては,ロボットハンドに物体を握らせて,その物体が何かを判別する物体認識を行った.DCNNを含むいくつかのニューラルネットワークで実験した結果少ない学習時間で高い物体認識精度を出すことに成功し,ロボット系の国際学会ではトップクラスであるIROS2018に論文提出を行っている.次年度からは,研究開発したセンサを搭載したロボットハンドを用い,実際に操りタスクを対象とした研究を行う予定である.先述したように,本年度は本研究室で研究開発を続けていた分散型触覚センサをロボットハンドに搭載できるようにすること,搭載したセンサからデータを取り出すソフトウェアの開発を進めることに主眼を置いた.また,そのデータ処置を行うDeep Convolutional Neural Network (DCNN)の実装にも力を注いだ.センサの開発に携わることで,実用化までに必要な技術知識を蓄え,そのセンサのユーザーとしても使い勝手の良さを検討する良い機会を得ている.開発までに得られた知見において,どのようにDCNNを使えばよいか,その手前のデータ処理手法はどれを選べばよいかなどを的確に検討する能力を養えたと考えている.これは,自身の研究のオリジナリティを出す上で非常に重要な活動である.結果的にロボットハンドに操りタスクを行わせるという目標には至らなかったものの,開発したセンサを利用して物体認識のタスクを行い非常に認識精度の高い結果を得ることが出来た.初年度に多指ロボットハンドであるAllegroHandに搭載した3軸分布型触覚センサを用いての実験に注力した.今年度は2指によるハンドでの操り動作の検証を行った.ハンド表面はシリコンで覆われているためハンドが把持している物体とは面接触を行うことになり,動作学習を行う際はそのセンサ配置の情報も含める必要がある.これに対して,Convolutional Neural Network (CNN)を用いた.

これは画像認識で良く用いられている手法で領域ごとに学習することが出来る.動作生成を行うモデルではCNNを用いて触覚センサの情報を処理・特徴量抽出を行い,その他の関節角度と6軸力覚センサは特徴量抽された触覚センサ情報とともに次の全結合しているニューラルネットワークの層に入力され,動作生成を行った.結果として,学習を行っていない日常物体の動作生成も含めて安定した操り動作の生成に成功するに至った.特に触覚センサは3軸情報を含んでおり,操り動作の成功回数や動作生成中のせん断方向の触覚情報が運視軌道に影響を与えていることから,3軸触覚情報がCNNにより有効に特徴抽出・操り動作生成に利用されたことが分かった.分布型触覚センサであることと指先が柔軟なシリコンに覆われていることも安定した操り動作の実現に寄与している.これらの結果を学会論文にまとめて,ロボット系の国際学会ではトップの学会の一つであるIROS2019に投稿し,査読待ちである.本研究計画の最終目的はニューラルネットワークによる触覚情報を用いた多指ハンドによる物体の操りである.今年度までに触覚センサをロボットハンドに搭載することを終え,2指による操り動作の生成に成功した.最終年度には同様なニューラルネットワーク構造を用いて4指(多指)による操り動作達成を目標とすることで本研究の完遂を目指す.各年度ごとにセンサ開発や操り動作生成などの大目的を達成しているため,最終年度を迎えて,研究は順調に進展していると言える.今後は研究開発した分散型触覚センサを搭載したロボットハンドを用い,実際に手先による操りタスクを対象とした研究を行う予定である.この時,指先形状は四角形ではないため,よく画像認識で使われているような四角形の面を想定したDCNNの使い方は出来ない問題がある.そこで,指先形状を考慮した入力データの処理を行ったうえでDCNNを利用し,操りタスクを達成しようと考えている.物体認識と違い,外乱の影響を受けやすいタスクで,DCNNのパラメータ調整などに時間を要すると考えられることから今年度いっぱいはこの研究に着手することになると考えている.この結果はまたIROSのような国際学会へ成果として論文投稿する予定である.今年度は今までに得られた知見を活かして,4指(多指)による物体の操り動作の検証を行う.研究提案のコアの部分は昨年度の手法をベースとしており,指の本数が増える分,適用する触角センサとCNNの数が増える.対象とするタスクは2指の時と同じくひねる動作とし,4指でも動作生成が可能なのかの検証を行う.4指による操り動作においては2指によるものと比べて物体との接触の仕方が様々で,垂直方向の力である把持力やせん断方向に働く滑りなどの力といった操り特有の力が複雑に絡み合って働く.これはつまり物体にかかる力が3軸方向に働く.この特性を考慮して3軸触覚センサが有効に働くと考えられる.これらの結果をまとめてジャーナルに投稿する予定である.
周期的に変化する境界を有する機械振動系の動的挙動

周期的に変化する境界と質点が衝突を繰り返す機械振動系に対する動的挙動の解明を念頭に、汎用的な分岐集合計算法を提案した。まず、衝突振動系に対して周期的に振る舞う境界断面を定義し、周期的に変化する境界に合わせて系を4種類に分類したうえでPoincare写像を構成した。次に、周期点条件および特性方程式を示し、これらを連立させ分岐点の計算法を検討した。さらに、分岐点を計算するためにPoincare写像の微分およびその要素を説明した。最後に、本手法を剛体架線・パンタグラフ系に適用し、シミュレーション・実験の両面から提案手法の正当性を確認した。また、歯車を模擬した二質量機械振動系を用い、境界の形状の違いが機械振動系に及ぼす影響に関して議論した。その結果、質点と境界が接することによって発生するgrazing分岐がこの種の系に大きな影響を与えることを示した。研究目的を念頭に、基礎研究を行った:1.実験系による衝突振動系の再現本系の典型例である剛体架線・パンタグラフ系、「周期的に変化する」境界を有する板バネの挙動について実装を試みた。例えば剛体架線パンタグラフ系は、加振機の挙動によりバネとダンパーで接続された1自由度系の質点が拘束された系となるが、実験装置製作で問題となっていた加振実験および装置を改良し、測定環境を構築した。また回路素子を用い、POincare写像を取得する装置を作成した。一方、分岐点計算法を適用するため、実験系における各パラメータの取得、例えばレーザ変位センサを用いた反発係数の算出等を行った。また1周期解にしか適用できないものの、分岐点計算法の第一歩となる安定性解析手法を提案し、その正当性を示した。2.衝突振動系特有の遷移メカニズムの解明衝突振動系には質点と境界が接触し、解軌道の一部が境界と一体化しつつ振動する場合が存在する。この状況から角振動数を増加させると、その挙動は衝突のみが観測される振動へと遷移するという衝突振動系特有の分岐が発生するようである。特定のパラメータ空間においてはその遷移条件を解明していたが、上記の力学的メカニズムが広いパラメータ空間で普遍的に成立するか否かの検討を行った。その結果、この種の遷移はこの種の系に広く見られる現象であるが、報告が皆無であることがわかった。超安定周期軌道が密接に関係していると予想されるが、安定性に関する解析手法そのものが存在しないため、来年度も解析を進める予定である。前年度の成果をふまえ、以下を行った:1.汎用的な数学的表現と分岐点追跡手法の確立本研究で扱う系は4種類に分類される。それぞれに関して解析を行う上で核となるPoincare写像の構成法が異なるため、まず各々の数理的な違いを考察した。次に、先に我々が提案した手法を応用し、固定点および周期点の位置、特性乗数、分岐点の導出を行い、1周期点に適用可能な分岐点計算法を可能にした。また、この種の系系特有の分岐であるgrazing分岐の分岐点追跡手法も提案した。2.実験系によるがた系の再現および検討がた系はかみ合いに間隙を有する系であり、歯車やねじ等が挙げられる。Luoらは、歯車を模擬した二質量衝突振動系のモデルを提案し、系に見られる衝突現象を数値シミュレーションに基づき議論した。しかし、同モデルの実験的検証及び分岐解析は未だ不十分であった。そこで本年度、歯車を模擬した二質量衝突振動系の実装を行い、その定性的性質について検討した。また、質点の時系列波形および2次元分岐図を用い、本系にみられる分岐現象について議論した。3.より現実的な安定性解析手法の検討昨年度、今年度と衝突振動系の解析手法を検討するうえで、Jacobi行列を計算する際に必要なPoincare写像の合成および変分方程式の導出が煩雑であることがわかってきた。そこで、解の摂動に注目して安定性解析を行うことができる理論を展開し、安定性解析手法の拡張を検討した。まず、系の安定性を計算するため、モノドロミー行列を導出した。次に、状態遷移行列を用いて衝突を伴う解の摂動を定義した。1. m周期解に適用可能な局所的分岐点計算手法の確立昨年度までの成果により、1周期解に関しては安定性および局所的分岐の分岐点の計算が可能となったが、多周期解へは適用できなかった。そこで、本年度はm周期解に適用できるようアルゴリズムを改善した。具体的にはパラメターの依存性を数学的に検討した。また、境界を分岐パラメータとした場合も衝突振動系の分岐パラメータが解散できるよう、アルゴリズムを拡張した。2. grazing分岐点の分岐点計算手法の確立

1.は系特有の分岐であり特性乗数に異存しない分岐現象には適用できない。一般に、衝突振動系にはgrazing分岐が発生する可能性が高いことから、この種の分岐点を計算できるアルゴリズムを検討した。特に、これまで従属変数として扱われていた衝突までの時間を独立変数として取り扱うことで、計算時間を大幅に改善できる可能性を示した。3.境界が運動方程式を持つ場合、系はどのような挙動を呈するのかを解明境界が運動方程式を有する機械振動系の動的挙動を検討した。具体的には、境界が運動方程式を持つ2質量衝突振動モデルを考えた。まず、この場合の安定性解析を行うための手法を検討し、若干の解析解析を行った。また(1)との関連性に関しても検討した。その結果、広いパラメータ空間においてgrazing分岐が系の挙動に大きな影響を与えることがわかった。周期的に変化する境界を有する機械振動系に対して、下記を明らかにすることが研究の大きな目的であった(1)系特有の分岐現象を解明する(2)分岐点計算手法の確立(3)境界の形状の違いが系に及ぼす影響。(1)に関しては、数学的準備が終了しており、次年度計算機実装により確認を行えば良い。(2)に関しては、今年度の成果により1周期点の分岐点は計算可能となり、拡張の見通しはたっている。(3)に関しては、受動的に変化する境界を有する系の適用例としてがた系の実装は終了しており、昨年度提案した安定性解析手法を適用できると予想している。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在までの達成度を念頭に、最終年度では以下を推進する:(1)m周期点に適用可能な分岐点計算手法の確立(2)系特有の分岐現象の解明(3)境界が運動方程式を持つ場合、系はどのような挙動を呈するのかを解明研究計画の変更点問題点はとくにない。
乳児の離乳に関する母親の意識と実態―食は人をつくる根源―

本研究の一つ目の目的として、昭和初期に聞き取り調査で得られた内容をまとめた文献を分析した。その結果、妊娠中に母親が摂取する食物は、胎児や出産後の子どもの健康に影響を及ぼすと考えられていた。二つ目として、子育てを経験した母親たちへのインタビュー調査から、時代の違いによって離乳食に対する考え方に違いあることが明らかになった。三つ目は、若者の離乳食についての考えをアンケート調査した結果、将来、市販の離乳食を取り入れながら、育児を行うという考えが明らかになった。本研究の目的は、乳児の離乳に関する母親の意識と実態を明らかにすることである。1つめの研究目的として、1年目は基礎的研究と位置づけ、昭和初期に聞き取り調査を行い文献集としてまとめられた「日本産育習俗資料集成」から食に関する記述を抜き出し整理を行いデータベース化した。そこから先人たちの乳児の食や離乳に関する考えを考察した。その結果、妊娠中の母親の食は、直接的に胎児への健康に影響を及ぼし、さらに、出産後も子どもの成長に呪術的な要素もあることが理解された。2つめの研究目的は、実際にどのような離乳食が市販されているか、また、その種類、調理法、カロリー、謳い文句等を明らかにすることである。そこで、2年目は、今日インターネットで販売されている離乳食について調査・分析し一覧表を作成した。その結果、約600種類ほどの離乳食が販売され、商品の多くは、食の安全、商品の特徴などが記載されていた。現在、これをもとに今年度に実施するアンケートの内容を精選している。3つめの研究目的について、上記1と2の研究から得られた内容を基礎とし、「離乳」は乳児の「補完食」という概念で捉える必要があり、この視点で、子育て中の母親の離乳についての意識調査を行う。具体的には、実際の離乳状況や市販の離乳食について、母親の意識状況や栄養成分を調査する。また今年度、近い将来に親になると考えられる若者を対象として、新生児や乳児の栄養に関する意識を高めるために、乳児の食についての意識調査を実施し明らかにする。本研究の目的は、1古来、乳児の食についての考えを知ること、2現在、販売されている離乳食の製品の実態、3将来子どもをもつことで経験すると考えられる若者の離乳に対する意識の実態や、さらに、4乳児の離乳に関する母親の意識を明らかにすることである。平成23年から継続して調査を行ってきた。1の研究目的として、昭和初期に聞き取り調査を行い文献集として編纂された「日本産育習俗資料集成」(第一法規出版)から、食に関する記述を抜き出しデータベースとし、その内容を分析した。その結果、妊娠中に母親が摂取する食物は、直接的に胎児の健康に影響し、さらに、出産後も子どもの成長に呪術的な要素もあることが理解された。また、実際に昭和初期から平成にかけて、子育てをした母親を対象とし、三世代間にわたっての離乳食への考えや実際についてインタビュー調査を行い、幼児の離乳食に対する捉え方の変遷を明らかにできた。2の研究目的は、実際にどのような離乳食が市販されているのか、また、その種類・調理法・カロリー、製品の謳い文句等を明らかにすることである。インターネットで販売されているカタログから、約600種類ほどの製品が販売され、商品の多くは、食の安全、品質、製品の特徴などが、母親への情報として提供されていた。3の研究目的は、若者の離乳食についての考えを知ることである。栄養学あるいは看護学を専攻している学生を対象とし、平成25年度にアンケート調査を実施した。現在分析を行っている。乳児の離乳に関する母親の意識と実態調査の基礎的研究として1年目の研究目的は、昭和初期に聞き取り調査を行い文献集としてまとめられた「日本産育習俗資料集成」に記載されている内容から食や離乳に関する記述を抜き出しデータベース化と整理、そこから先人たちの乳児の食や離乳に関する考えを考察することである。今年度、食に関する内容を抽出しデータ化を行った。その結果、食は妊娠中から、胎児への影響を及ぼし、さらに、出産後も子どもに対する呪術的な要素もあることが推測された。乳児の食は今日の栄養を与えるという観点とはかなり異なると考えられた。今後、さらにデータ数を精選し、詳細な検討を加え、明治から昭和初期における食の意義について検討する。2つ目として、今日の母親への離乳に関するアンケートの内容の検討について、今年度は、離乳に関する勉強会をメンバー内で行い、さらに講習会へ参加し情報収集を行った。今日、「離乳」は乳児の「補完食」という概念で捉える必要があり、この視点で、母親がどのように乳児の食を行っているか調査する必要があることが示唆された。大枠として、「属性」「出生時の状況」「乳児の健康状態」「乳児の食に関する関心」「母乳あるいは人工乳による育児状況の実態」「開始時期」「具体的な食物」

「具体的に与えている状況」等を調査の枠組みとし、さらに、実態だけではなく、母親および保護者や支援者の意識状況を調査するためのアンケート内容を精選する。以上を実施していくと同時に、近い将来に親になると考えられる若者を対象として、新生児や乳児の栄養に関する意識を高めるために、母乳育児や離乳食についての意識調査を合わせて行う予定でいる。本研究の目的は、1明治から昭和初期にかけての妊産婦の食事を通して、乳児の食についての考えを知ること、2現在、販売されている離乳食の製品の実態、3将来子どもをもつことで経験すると考えられる若者の離乳に対する意識、さらに、4乳児の離乳に関する母親の意識を明らかにすることである。1は、昭和初期に聞き取り調査を行い文献集として編纂された「日本産育習俗資料集成」(第一法規出版)から、食に関する記述を抜き出しデータベースとし、その内容を分析した。そこから先人たちの乳児の食や離乳に関する考えを考察した。その結果、妊娠中に母親が摂取する食物は、直接的に胎児の健康に影響し、さらに、出産後も子どもの成長に影響すると考えられていたことが理解された。また、実際に昭和初期から平成にかけて、子育てをした母親を対象とし、三世代間にわたっての離乳食への考えや実際についてインタビュー調査を行い、幼児の離乳食に対する捉え方の変遷を明らかにできた。2は、実際にどのような離乳食が市販されているのか、また、その種類・調理法・カロリー、製品の謳い文句等を明らかにすることである。インターネットで販売されているカタログから、約600種類ほどの製品が販売され、商品の多くは、食の安全、品質、製品の特徴などが、母親への情報として提供されていた。3は、若者の離乳食についての考えを知ることである。栄養学あるいは看護学を専攻している学生を対象とし、平成25年度にアンケート調査を実施した。結果は、食に対する安全を重視し、生活の中に市販の離乳食を取り入れていくという意識があった。母性看護学本年までの研究目的に対する達成度について、「3やや遅れている」と思われる。本研究は3つの研究目的を柱としている。1つ目の先人たちの「妊娠や胎児・児」に対しての食に対する思いを知ることは、「日本産育習俗資料集成」の分析を行うことで達成されたと考えられる。具体的には妊婦の毎日の食事には、忌避される食物が数多くあり、それらは胎児に悪影響を及ぼすと考えられていた。今後、さらに詳細な分析を加える予定である。2つ目は、現在販売されている離乳食に関する調査である。これは、現在、インターネットで販売中の離乳食商品を抽出し月数別のデータベースを作成した。加えて、大まかな分析を行った。現在約600種類ほどの商品が販売されており、乳児の月数毎に品数、安全面、食物のこだわりなどを分類した結果、乳児の月数や食品によって特徴が見受けられた。今後、詳細な分析を行って行く予定である。最後3つ目は、これをもとに離乳食に関するアンケートを、若者や子育て中の母親に対して実施する予定である。しかしながら本調査は2年度目に実施する予定であったが、現在、調査項目の作成に時間を要している。このためやや遅れていると考えられる。また、市販されている離乳食商品や母親が作った離乳食の栄養成分の分析も予定しているので、次年度は、スピーディーに実施する。
光学活性錯体セルフ・アセンブル電極による不斉テンプレートの構築

本研究では光学活性錯体を直接電極表面に結合させ、それによって生じた不斉テンプレート場で不斉反応を誘起することを目的した。錯体配位子の両方の末端にそれぞれNがΔとΛの等量混合物ラセミ体Os錯体[Os(bpy)_2LC1]^+(L≡4,4'dipyridylethane)をJ. Phys. Chem., 95,9590(1991); Inorg. Syn., 24,291に従って合成し、それをΔ体とΛ体とに光学分割することに成功した。これらをセルフアセンブル法で直接電極Pt表面に結合させた。光学活性なΔ体とラセミ体[Os(bpy)_2LC1]^+の電流電位曲線(CV)を観察したところ明らかな違いを観察した。ラセミ体のCVはΔ体のCVに較べて鋭い電流電位曲線を示している。それぞれの半値幅は120,210mVであり、吸着時間が短いときにはΔの吸着量はラセミ体に較べて少ないが、時間と共にラセミ体の値に近づいている。これはキラル体とラセミ体錯体の自己集積過程において違いがあることを示唆している。すなわち、ラセミ体での半値幅は吸着種間に相互作用のないLangmuir型吸着の90mVに近いので錯体間反発相互作用は小さいが、キラル体では反発相互作用が大きい事、吸着量も短い時間ではラセミ体の吸着量に較べて低い値であることはセルフアセンブルする際の構造的な要因でこのような違いが出てきたと推定している。この方法により電荷移動反応の速度を高めると共に錯体の電極に対する構造が規定され得るので規格化された不斉場における不斉反応を観測しうることと更にその反応メカニズムの解明が可能になると考える。
数学的思考から論理的思考への転移を導く教授プログラムの開発

本研究のこの2年間での最終的な目的は,数学教育で養われた数学的思考力から日常場面での論理的思考力への転移を導く教授プログラムを開発することである。転移とは,既に学習したことが新しい内容を学習するときに促進的に機能することを意味している。具体的には,1年目の目的として(1)数学教育での数学的思考が日常場面での論理的思考へ転移するメカニズム(心のはたらきに関する記述モデル)を解明すること,(2)数学的思考から論理的思考への転移を促す教授方略を解明すること,の2つがあり,2年目は,1年目の成果に基づいて(3)数学的思考力から論理的思考力への転移を導く教授プログラムを開発及び評価することが目的である。本年度は,特に,目的(3)について主に検討した。平成16年4月から,数学学習(一次関数)と総合的学習にまたがる教授プログラムを開発し,兵庫県内公立中学校2年生2クラスを対象に,授業が実施した。その結果,基礎的理解テスト得点と,科学的思考課題得点との間に有意な相関係数が得られ,数学学習内容に習熟していることと,科学的な問題解決時に思考できることとの関連が示された。加えて,科学的思考課題において,本教授プログラムを学習した実験群と学習していない統制群を比較したところ,解決過程において違いが見られた。具体的には,数学学習内容(一次関数)を適用して解決した生徒が,実験群には見られたが,統制群には見られなかった。以上から,数学学習内容に習熟する段階にくわえて,その有効性を実感する段階を設定することで,数学で学んだことを,数学以外の場面においても適用し思考できるようになることが示された。本年度の目的(1),(2)について主に検討した。本年度の成果をまとめると,以下のようになる。まず,第1に,中学校第3学年では集団として同じ傾向で数学的思考が構造化しておらず,高等学校第1学年では数学的内容ごとに数学的思考が構造化されており,しかも,中学校第3学年では数学的問題の表面的・抽象的な記述に基づく数学的思考を行っているが,高等学校第1学年では数学的内容に基づく数学的思考を行っていることが明らかになった。第2に,数学的思考と科学的思考の関連性について調べると,数学学力が同じであっても、数学的思考得点の高い学習者は、低い学習者に比べて科学的思考の解釈視点数が多くなっており,数学的思考が科学的思考に影響を及ぼすことを示していることがわかった。
タンパク質電子構造DBシステムの拡充

タンパク質カノニカル分子軌道計算に必要な基盤技術は確立しつつありが、依然として難易度が高く、またその計算コストは非常に高い。本研究は貴重なタンパク質電子状態計算結果を蓄積・データベース化することを目的としている。膨大な数のタンパク質のカノニカル分子軌道計算を人手で行うことは現実的ではなく、ある程度自動化する必要がある。PDBに登録されているタンパク質構造から、アミノ酸のみで構成されるタンパク質だけでなく、リガンドや金属錯体などのヘテロ分子を含むタンパク質の、モデリングとカノニカル分子軌道計算を自動的に行う計算環境の研究開発を行った。タンパク質のモデリングには、古典力場を採用している。ヘテロ分子を含むタンパク質に対するモデリングの対応を行った。アミノ酸残基と異なり、数多くあるヘテロ分子の力場パラメータは用意されていない。ヘテロ分子の力場パラメータを自動的に算出する仕組みを開発した。当初、オンデマンドに力場パラメータを算出する方法を採用していたが、大きなヘテロ分子が複数タンパク質で利用されている場合、再計算することになり、度重なる計算はリソースの無駄となる。現在、データベースに登録して再利用可能にするべく開発・計算している。カノニカル分子軌道計算においてGPUを用いた計算の高速化を施した。SCF繰り返し計算中の行列計算をGPU上で行うことにより、計算時間を短縮することができた。本研究で開発したプログラムは、GPLライセンスのもとインターネット上に公開している。QCLO法に基づく自動計算プログラムの開発・アップデートを行った。モデラープログラムの機能追加を行い、ヘテロ分子モデリングの強化を行った。タンパク質のカノニカル分子軌道計算を達成するためには、水素原子一つの過不足も許さないモデリングが求められる。タンパク質のほとんどは20種類のアミノ酸のペプチド結合により構成されているため、ヒスチジンや荷電アミノ酸などの一部アミノ酸残基を除いて、ペプチド鎖のモデリングはそれほど難しくない。一方で多種多様な物性をもたらすタンパク質には、ペプチド鎖の他にヘテロ分子を含むものが多い。ヘテロ分子は種類も豊富である。低分子の量子化学計算と同様に、タンパク質のモデリングも本来ならば量子化学計算により行われるべきである。しかし、量子化学計算の高い計算コストゆえに現実的に実施困難である。そこで、もう少し計算コストのかからない古典力場でタンパク質のモデリングを代用した。とはいえ、ヘテロ分子のモデリングにも分子力場が必要である。一般的なアミノ酸残基は、種類も少なく、あらかじめよく研究された分子力場が用意されている一方で、ヘテロ分子は種類も多く、分子力場が用意されていない。本研究では、PDBに登録済みのヘテロ分子に対し、自動的かつ網羅的に分子力場を計算する仕組みを構築し、自動計算を行った。現在、PDBに登録されているヘテロ分子辞書をベースに分子力場の作成を行っている。カノニカル分子軌道計算のGPUを用いた高速化を行った。タンパク質のカノニカル分子軌道計算を行うに際し、計算時間の短縮はデータベースの構築において最も効果的である。分子軌道計算のボトルネックとなるSCF繰り返し計算において、複雑な分子積分を必要とせず、行列演算のみで計算が達成できる第3世代法を開発している。行列計算をGPU上で行うことで計算時間を短縮することに達成した。タンパク質電子状態データベースとして登録・利用する仕組みに関する基盤研究を継続して行う。大量のカノニカル分子軌道計算をスムーズに行うために、特異的な構造でなければほぼ自動的にモデリングから自動カノニカル分子軌道計算を行うロボットプログラムを研究開発する。モデリングプログラムとなるQCLObot_modelerの開発およびモデリング作業を行うにあたり、いくつかの課題が発生した。一つはモデリング自動化プログラムの高速化である。現在モデリングに際し、タンパク質まわりに水分子を顕に配置しているが、数が多いためにその処理に時間が割かれている。プログラムの並列化およびC++プログラム化によって高速化を図る。二つ目は初期波動関数作成に利用するQCLO計算の高速化である。QCLO計算にはPipekとMezeyの局在化軌道計算を利用する。この計算アルゴリズムは軌道数の4乗に比例するため、大規模分子ではこれが律速段階になる。並列計算を利用して、短時間に局在化軌道計算を行う必要がある。最後はQCLO計算シナリオの自動生成である。タンパク質の立体構造を考慮し、相互作用が大きな要素ほど初めの段階でQCLOフラグメントに取り込む必要がある。これまで、塩橋、二次構造、ジスルフィド結合などの特徴を確認し、計算の優先順位は人手で判断していた。計算シナリオの作成を自動化することは難しいが、機械学習などを利用して省力化を図りたい。PDBに登録されているタンパク質構造から、アミノ酸のみで構成されるタンパク質だけでなく、ヘテロ分子も含むタンパク質の自動的にモデリングと電子状態計算を実行する、ロバストな自動計算環境の研究・開発を行った。PDBに登録されている構造データの多くは、X線結晶構造解析とNMR解析によるものである。水素原子の付加や欠損部位の処理、結晶水やヘテロ原子に対する処置、溶媒の取り扱い方など、量子化学計算に至るまでに必要なモデリングは多段階に及んでいる。厳密なモデリングが必要な理由は、1原子たりとも矛盾のある分子構造を許さない量子化学計算の要請によるものである。タンパク質は原子数が多く、異常接近原子対や構造の歪みに対するチェックを、すべて人の手で行うには限界がある。本研究では、タンパク質実験構造から量子化学計算に至るまでのモデリング手順をプログラミングし、インタラクティブ性の無い、自動バッチ処理が可能なモデリング技術の確立を目指した。モデリングには、水素付加、構造緩和、構造最適化など複雑な操作に加え、それら操作には多くのパラメータが存在する。

本研究で開発したプログラムでは、デフォルト値を設定し、一般的なタンパク質であればそのままモデリングが行われるようにした他、特殊なタンパク質の場合はパラメータを容易に変更できるように作製した。実際に、いくつかのモデリングできた小規模タンパク質の電子状態シミュレーションを行い、モデリングの妥当性を評価した。これまでにタンパク質のカノニカル分子軌道計算における初期分子軌道の作製において、擬カノニカル局在化軌道(QCLO)計算法に基づく自動計算プログラムQCLObotを研究・開発している。入力形式として、テキスト形式で構造化モデルを記述できるYAML形式を採用し、QCLO計算に伴う手順とモデルの階層化を表現することができる。また、何度同じ操作を繰り返しても同じ結果が得られる冪等性を確保している。冪等性は試行錯誤が必要なタンパク質カノニカル分子軌道計算において、必要不可欠で便利な機能である。本研究ではこのQCLObotをベースとして、タンパク質実験構造から量子化学計算モデルを作製するモデラープログラム(QCLObot_modeler(仮称))を作製した。構造緩和の手段として、分子動力学法プログラムであるAmberパッケージを利用した。分子動力学計算における力場、ステップ数、温度などの諸条件・パラメータは、タンパク質によって変更すべきである。従って、各パラメータはデフォルト値の他、QCLObot_modeler入力ファイルによって変更可能としている。QCLObot_modelerは分子動力学プログラムのラッパーとして機能するため、入力ファイルのキーワード・値の変更なしに、後にGromacsなど他の分子動力学パッケージを利用することも可能である。QCLObot_modelerプログラムを利用して数十残基相当のタンパク質カノニカル計算を行い、モデリングが確実に行われることを確認した。複雑なヘテロ分子のモデリング・カノニカル分子軌道計算へのプログラムの対応はまだ不完全であり、今後の開発・作業事項である。タンパク質カノニカル分子軌道計算に必要な基盤技術は確立しつつありが、依然として難易度が高く、またその計算コストは非常に高い。本研究は貴重なタンパク質電子状態計算結果を蓄積・データベース化することを目的としている。膨大な数のタンパク質のカノニカル分子軌道計算を人手で行うことは現実的ではなく、ある程度自動化する必要がある。PDBに登録されているタンパク質構造から、アミノ酸のみで構成されるタンパク質だけでなく、リガンドや金属錯体などのヘテロ分子を含むタンパク質の、モデリングとカノニカル分子軌道計算を自動的に行う計算環境の研究開発を行った。
サイトカインとその受容体を介した口腔粘膜細胞と免疫細胞とのクロストーク

慢性炎症性疾患の1つである歯周病では、病巣部にT細胞、B細胞、ナチュラルキラー(NK)細胞など多数のリンパ球が浸潤し、その産生するサイトカインの病態形成への関与が示唆されている。しかし、その病態形成機構については未だ不明な点が多く残されている。本研究では、サイトカインとその受容体を介した口腔粘膜細胞と免疫細胞との相互作用について明らかにすることを目的に行った。口腔粘膜細胞の1つである歯肉線維芽細胞(HGF)は、膜結合型のIL-15を発現しているが、歯周病における免疫・炎症反応においてIL-15の発現がどう変化するかは不明である。そこで、LPS,IFN-γ,IL-1α,TNF-α,でHGFを刺激し、IL-15の細胞膜での発現の変化と培養上清中のタンパク質の変化を調べた。その結果、IL-1α,TNF-αで刺激すると細胞膜上のIL-15発現の増強が見られた。LPS,IFN-γ刺激では発現の変化は認められなかったが、IFN-γで前処理後IL-2刺激を行うとIL-15発現増強が見られた。一方、どの刺激によっても培養上清中のIL-15産生量には変化がみられなかった。さらに口腔上皮細胞株(KB細胞)を用い同様の実験を行ったところ、IFN-γ,TNF-αで前処理後IL-2刺激を行うとIL-15産生量が有意に増加するというHGFとは異なる結果が得られた。また、膜結合型IL-15の作用機序を検討するためにHGFによるNK細胞の分化および活性化を検討する目的で、ヒト末梢血からCD34^+NK progenitorの分離をMACSを用い試みたが、共培養に供するだけの細胞数の確保には至らなかった。以上の結果から、歯周病での免疫反応において特に自然免疫に深く関わるサイトカイン(IFN-γ,IL-1α,TNF-α)によってIL-15発現に変動が見られることが示唆された。
能動的センシングシステムとしての探索的身体運動の組織化過程の解明（国際共同研究強化）

ハーヴァード大学のWyss Institute for Biologically Inspired Engineeringに訪問研究員として滞在し、乳児の自律的な摂食(self-feeding)場面において、母親が乳児の周囲の状況をどのように調整しているのかを検討した。国際学術ジャーナルEcological Psychologyで公刊された国際共著論文、および国際学術会議にて、乳児が道具を目的に向けて使用する以前に探索的な道具使用が長期間見られること、さらにこうした非合目的的な探索的な道具使用を許容し、促すような状況を母親が周囲に作っていることを母子の共同行為の詳細な記述とともに報告した。内定年度:2015本研究提案は、日常生活技能の獲得に困難を抱えているこどもの「探索活動」を自然に促す支援について検討することを目的としている。筆者は平成28年3月28日からハーバード大学Wyss Institute for Biologically Inspired EngineeringにVisiting Scholarとして滞在しはじめ、同研究所のゴールドフィールド教授と共同研究を開始した。特に、日常生活技能のなかでも,特にこどもの能動的な自食行動(self-feeding)場面において、母親がこどもの周囲の状況をどのように調整しているのかを検討する観察を開始している。この研究の成果の一部は、平成28年6月にClemson大学主催で行われるInternational Society for Ecological Psychology for Americaにおける口頭発表、および同年7月に横浜で行われるInternational Congress of Psychologyにて道具使用をめぐるシンポジウムにて報告する。また、日常のこどもの食事場面における母親の状況づくりに関する論文をゴールドフィールド教授と共同で執筆中であり、この夏の投稿を目指している。同時に、ゴールドフィールド教授が研究代表者となっている歩行技能の支援に向けた研究グループにおいて、歩き始めて間もない乳児の歩行を援助する母親の知覚についても検討にも参加している。すでに共同研究がスタートし、学会発表および国際学術雑誌の特集号への投稿招待も受けており、おおむね順調に進展している。モーションキャプチャーを用いた新たな実験も8月以降に実現の目処がついている。本研究は、日常生活技能の獲得場面において周囲を知覚探索する探索的行動を自然に促す状況づくりについて検討することを目的とするものである。当該年度中、筆者は平成28年4月1日から平成29年3月16日まで米国ハーヴァード大学ヴィース研究所に訪問研究院として研究滞在し、同研究所のGoldfield博士と共同研究を行った。日常生活技能のなかでも、特に子どもの自律的な摂食行動の獲得場面、および自律歩行獲得場面において、母親が子どもの周囲の状況をどのように調整しているのかを検討した。この研究の成果の一部は、平成28年6月にClemson大学の主催で行われたInternational Society for Ecological Psychology for America、および同年7月に行われたInternational Congress of Psychologyにおける道具使用をめぐる大会招待シンポジウム“The cognitive and neural bases of human tooluse"における口頭発表にて報告された。また、日常の乳児の食事場面における母親による状況づくりに関する研究論文をGoldfield博士と共同で執筆し、英文ジャーナルに投稿した。同論文では、乳児が道具を目的に向けて使用する以前に探索的な道具使用が長期間見られること、さらにこうした非合目的的な探索的な道具使用を許容し、促すような環境の配置を母親が乳児の周囲に生成している事実を詳細に報告した。歩行の研究では、歩き始めて間もない乳児の歩行を母親が手で支えて介助するとき、前方の推進力を生む前後方向への乳児の探索的な重心の揺動は許容する一方で、左右方向の重心の動揺を抑えることに向けた乳児の自発的な運動協調が創発するタイミングで支える手を離し、独歩を促すという予備的結果が母子の3次元動作解析から得られた。日常生活技能の獲得に困難を抱えている子どもの自発的な探索行動を自然に促す支援に関する国際共同研究を進め、国際学会、論文等で共著論文を報告するという目的はおおむね達成できた。本期間内においては、予想を超える研究の進展を見るまでにはいたらなかった。本研究では、日常生活技能の獲得に困難を抱えている子どもの「探索活動」を自然に促す支援について検討した。筆者は2016年3月28日から2017年3月16日までハーヴァード大学Wyss Institute for Biologically Inspired EngineeringにVisiting Scholarとして研究滞在し、同研究所のGoldfield博士と共同研究を行った。日常生活技能のなかでも、特に01歳の乳児の自律的な摂食行動(self-feeding)場面、および自律的な歩行場面において、母親が乳児の周囲の状況をどのように調整しているのかを検討した。研究の成果としてGoldfield博士と共著執筆した研究論文が国際学術ジャーナルEcological Psychologyにて2018年3月に公刊された(Nonaka, T., & Goldfield, E. C. (2018). Mother-infant interaction in the emergence of a tool-usingskill at mealtime: A process of affordanceselection. Ecological Psychology)。同論文では、乳児が道具を目的に向けて使用する以前に探索的な道具使用が長期間見られること、さらにこうした非合目的的な探索的な道具使用を許容し、促すような状況を母親が周囲に作っていることを母子の共同行為の詳細な記述とともに報告した。歩行技能の支援に向けた研究では、歩き始めて間もない乳児の歩行を援助する母親が乳児を支えている手を離すタイミングと乳児の身体運動協調との関係を調べ、左右の重心の揺れを抑えることに向けた運動協調の創発が、母親が手を離すタイミングと相関しているという予備的な結果が得られ、今後の検討に向けた道筋が得られた。

ハーヴァード大学のWyss Institute for Biologically Inspired Engineeringに訪問研究員として滞在し、乳児の自律的な摂食(self-feeding)場面において、母親が乳児の周囲の状況をどのように調整しているのかを検討した。国際学術ジャーナルEcological Psychologyで公刊された国際共著論文、および国際学術会議にて、乳児が道具を目的に向けて使用する以前に探索的な道具使用が長期間見られること、さらにこうした非合目的的な探索的な道具使用を許容し、促すような状況を母親が周囲に作っていることを母子の共同行為の詳細な記述とともに報告した。平成28年8月までは、現在共同研究者と行っている母子の食事場面の縦断的観察と、その論文執筆を軸とした研究を行う。夏以降には、モーションキャプチャー、センサーグローブを装着した乳幼児が、スプーンを使用する場面の実験的検討を開始する。現在の観察研究に並行して、実験研究の具体的なプロトコルの作成を夏までに行っていく予定である。平成29年7月に韓国のソウルにて行われるThe 19th International Conference on Perception and Actionにて、日常の乳児の食事場面における母親による状況づくりに関する研究発表をGoldfield博士と共著で行う。共同研究で実証的に示した事実をもとに、母親が乳児を支える行動と乳児の身体運動協調との関係について展望する論文を英文ジャーナルに投稿する。さらに、国際共同研究から得られた知見をヒントとして,障害にあわせて状況を変化させ,利用者が自発的にまわりを探る探索行動の組織の生成を支援するリハビリ介入や福祉機器の可能性についても検討を進める。認知科学
植物チェレンコフイメージングシステムの開発：セシウムの吸収・移行動態を可視化する

本研究は、根系から植物地上部への放射性セシウムの移行と分布を、高い空間分解能で画像化する技術の開発を目的とした。具体的には、植物研究に特化したチェレンコフイメージングシステムを開発した。また、Cs-137を吸収させた生きたダイズに対し、開発したシステムを用いて撮像実験を行った。その結果、植物チェレンコフイメージングは、植物体内における放射性セシウム動態の撮像に有効な技術であることが示唆された。本研究は、チェレンコフ光を利用したイメージング手法を応用し、放射性セシウム動態研究に有効な植物RIイメージング技術の開発を目指すものである。Cs-137をガンマカメラ等の従来のイメージング技術で撮像した場合、ガンマ線の持つ強い透過力のため像がボケ、非接触計測で得られる空間分解能には物理的な限界があった。そこで、Cs-137が副次的に発するチェレンコフ光を高感度CCDカメラで捉えることで、植物体内のCs-137動態を非接触で、且つ高い空間分解能でイメージングする。今年度は、チェレンコフイメージングシステムの性能評価と、Cs-137を経根吸収させたダイズの地上部と地下部の撮像を行った。チェレンコフイメージングシステムの性能評価を行うため、10 kBq2 MBqのCs-137点線源から発せられるチェレンコフ光を撮像した。その結果、画像強度と放射能濃度との間に良好な直線性を確認でき、また開発したチェレンコフイメージングシステムは少なくとも3桁以上のダイナミックレンジを持つことがわかった。さらに、画像強度[count/sec/pixel]と放射能濃度[kBq/mm2]との関係式を導き、取得した画像から撮像対象の放射能を定量的に見積もることを可能とした。ダイズの撮像において、ダイズは4 MBqのCs-137溶液を7日間経根吸収させた後、ビニールで包み、7日間冷凍保存しておいたものを地上部と地下部に分けて撮像した。その結果、高精細なセシウム分布画像が得られ、ダイズ地下部に取り込まれたCs-137が発するチェレンコフ光の撮像に初めて成功した。開発したシステムの性能評価やダイズ体内のCs-137分布画像の取得に成功しており、平成27年度終了時としては順調に経過している。本研究は、チェレンコフ光を利用したイメージング手法を応用し、植物体内の放射性セシウム動態研究に有効な植物RIイメージング技術の開発を目指すものである。本年度は、植物研究に特化したチェレンコフイメージングシステムの構築を行った。また開発したシステムを用いて、Cs-137を吸収させた生きたダイズに対し、イメージング実験を行った。生きた植物に対しチェレンコフイメージング実験を行うため、植物育成庫内に暗箱を設置した。これにより、温度・湿度の調整を可能としつつ、チェレンコフ光の検出に必要な暗環境を実現した。この暗箱内に高感度CCDカメラと撮像対象となる植物を設置することで撮像を行う。また、暗箱内に高照度LEDを設置し、植物の育成に必要な光量を適時確保することを可能し、撮像時はLEDをOFF、それ以外はLEDをONにする測定プロトコルと組み合わせることで、植物自身の発光等と放射性同位元素(RI)によるチェレンコフ光を弁別し、非接触で生きた植物を対象としたRIイメージング実験を可能とした。生きた植物に対するチェレンコフイメージングの実証実験では、播種後11日目のダイズを供試植物とした。このダイズの水耕液にCs-137を10 MBq投与することで、放射性セシウムを根から吸収させ、その動態を4日間撮像した。撮像の結果、ダイズ体内における高精細なセシウム分布画像を取得できた。また一連の画像データから、Cs-137が節へと蓄積される様子が観察できた。以上の結果から、植物チェレンコフイメージング技術は、植物体内における放射性セシウム動態の撮像に有効な手法であることが示唆された。次年度は、植物体内におけるCs-137動態を撮像することを目的とする。植物中のCs-137動態を観察するためには長期間イメージングを行う必要がある。またチェレンコフ光は微弱な光のため、植物育成環境下では撮像できない。このため、植物体内のCs-137動態撮像に適した実験環境、実験プロトコルの作成を行う。また、バイオフォトンなどのチェレンコフ光の検出を阻害する光を除去する手法を開発する。植物中のCs-137動態撮像に成功した場合、本手法が放射性セシウムのみならず、植物の必須元素や有害元素の植物体内動態イメージングへも応用が可能かを検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。工学28年度が最終年度であるため、記入しない。