hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代プロテオミクスを使った、ユビキチン化によるDNA修復制御機構の生化学的解析

本研究は、ユビキチン化酵素(例、UBC13)の基質を同定することを最終目標にして、ニワトリDT40遺伝子破壊株にSILAC(Stable Isotope Labeling usingAmino Acids in Cell Culture)を応用する実験手法を樹立することを目的とする。我々は、SILAC ⇒ユビキチン化ポリペプチドの濃縮⇒濃縮ポリペプチドの質量分析を実施する実験プロトコールを確立した。1. 2012年度には、ユビキチン化酵素(RAD18とRNF8)の、ユビキチン化依存的機能と非依存的機能を区別するために、前者の機能のみ破壊したノックインミュータント(RAD18C29F/-とRNF8C398F/-細胞)をDT40細胞から創った。そして、これらのミュータントはRAD18-/-とRNF8-/-細胞よりも表現型が軽いことが解った。すなわち、これらの酵素はユビキチン化非依存的機能もあることが証明できた。2.我々は、RNF4-/- DT40細胞を創り、その細胞では相同組換えの正確さが低下するという知見を得た。2012年度には、RNF4ユビキチン化酵素の基質を同定する目的で、X放射線照射10分後のユビキトームをRNF4-/-とRNF4+/-DT40細胞とでSILACを使って比較した。その結果、RNF4+/-DT40細胞の方が有意に高くユビキチン化されたタンパクとして、Histone H3、SUMO2, Histone H1.11Lが同定された。本研究は2012年4月に首都大学に栄転した廣田教授が実施した。3. DT40細胞のトランスクリプトームを工樂博士(神戸・理化学研究所)と共同して2012年度に解析した(基盤(S)の経費使用)。このデータベースによって、ニワトリの系統間にあるゲノム配列の多型性を気にすることなく、質量分析のデータからタンパク分子を同定する作業ができるようになった。最先端の質量分析機器をもつ廣田教授と共同して、様々なユビキチン化酵素遺伝子破壊株のユビキトームを近い将来に系統的に解析する。本研究の目的は、ユビキトームを解析する為の質量分析の実験系を確立し、ユビキチン化によるDNA修復制御機構を解明することである。この目的を達成する為に、チューリッヒ大学Functional Genomics Centerと共同し、我々が系統的に作製してきたユビキチン化酵素の遺伝子破壊ニワトリDT40細胞のユビキトームを、SILAC (Stable Isotope Labeling using Amino acids in Cell culture)と呼ばれる次世代プロテオミクス手法を使って解析する。この手法のメリットは、2種類の試料(例、放射線照射した細胞としていない細胞、野生型細胞とユビキチン化酵素破壊細胞)の間の数千種類にわたるタンパク分子の量比を網羅的かつ高感度に解析できることにある。平成24年度までの以下の実験を行った:(1)安定アイソープでラベルされたアミノ酸を含む培地を自作した;(2)その培地で細胞を培養し、そこからタンパク抽出液を得た;(3)抽出液からユビキチン化タンパクを精製した;(4)精製タンパクをチューリッヒ大学に送り、質量分析してもらった;(5)野生型細胞とUBC13ユビキチン化酵素欠損細胞とのあいだのユビキトームを比較した;(6)チューリッヒ大学から質量分析ソフトをもらい、それをニワトリデータベースも照合できるように改変した。当初の予定通り2種類の細胞(野生型細胞とUBC13ユビキチン化酵素欠損細胞)のあいだのユビキトームを比較できた。ただ当初期待したほどの感度は達成できなかった。その理由は、(i)ユビキチン化タンパクの精製度が十分高くなかったこと、(ii)ユビキチンが結合したポリペプチドは質量分析において必ずしもその質量どおりの挙動をしないこと、の2点の理由による。平成23ー24年度に以下に説明する3つの進展があった:(1)平成24年4月、共同研究者の廣田准教授が首都大学東京・教授に栄転し、そこで同僚の磯辺教授の質量分析機(OBトラップの付いたもの)を使えることになった。(2)エジンバラ大学(Professor Bill Earnshaw)がSILAC解析手法を我々が解析している細胞(DT40)に試し、その実験条件(クロマチンタンパクの精製と質量分析データのニワトリゲノムデータとの比較)をDT40用に最適化していることが解った。そこでエジンバラ大学を平成24年3月に訪問した。(3)ロスリン研究所(エジンバラ大学)がニワトリゲノムを新しくディープシークエンスしたものを近い将来ネットで公開する予定である。以上の進展をふまえて、以下の実験を実施する:(1)磯辺研とも共同研究する。そして(i)前回の解析結果(Zurichで取ったデータ)のraw data (波形)を見てもらう、(ii)磯辺研の質量分析機でSILAC用のタンパク試料を解析する、(iii)エジンバラ大学が至適化した実験条件を使って実験する。

(2)Professor BillEarnshawと共同して、野生型細胞とUBC13ユビキチン化酵素欠損細胞の間のユビキトームの比較を行う。質量分析の成否は、質量分析機器にかける試料(精製タンパク)の質にかかっている。質の高さは、質量分析のデータから評価できる。平成24年度はユビキトーム解析に適した精製方法を確立する。精製方法を確立するのに最もコストがかかるステップは、細胞培養である。SILAC用の培地(自作)は1リッターあたり30万円であり、1回の実験で培地1リッター相当の細胞が必要である。
生薬を利用した骨粗鬆症予防食プログラムの評価

【目的】中国学では、腎は骨を主るという理論があり、腎機能強化が骨を強くすると言われてきた。したがって腎機能を強化する事で、骨粗鬆症予防効果が認められれば効果的な骨粗鬆症予防活動が可能である。本研究は薬膳の食材である食療中薬より、腎と関連のあるものを分類し、腎を強くする食療中薬を配合して薬膳パンを試作した。そして中高年女性を対象に薬膳パンを摂取してもらい骨粗鬆症の予防効果について検討した。【方法】1.食療中薬288品を中医基礎理論を基に四性、五味、帰経について分類した。2.予防食の評価:対象者は、1998年9月F県S町の骨検診を受診した5060歳代の女性277名である。対象者について問診、採血、食生活調査を行い、中医学弁証により腎陰虚、腎陽虚、平の3群に分類した。薬膳パンは腎陰虚に枸杞子、黒大豆、黒胡麻を配合し、腎陽虚に枸杞子、桂皮、胡桃仁を配合して試作し、3カ月間、毎日摂取してもらった。1999年1月に再び、問診、食生活調査、採血、中医弁証を行った。血液分析として、骨代謝に関するInsulin-like growth factor I(IGF-I)を測定した。解析は、薬膳パン摂取前後の身体的症状の軽減の変化とIGF-Iの変化率を検討した。【結果、および考察】1.食療中薬を中医基礎理論について基礎分類した結果、高い割合を占めたのは四性で平が36.5%であり、五味で甘味が69.8%であり、帰経で脾、胃であった。2.薬膳パン摂取後のIGF-Iの変化率は腎陰虚群が18.8%、腎陽虚が14.0%であり、正常者の平に比べ有意に腎陰虚群に効果が認められた。これらの結果より、長期間薬膳パンを摂取する事で、骨粗鬆症の予防の効果がある可能性が示された。また、腎と関連のある食療中薬が分類できたので、薬膳が簡便に作られ、骨粗鬆症予防活動に寄与できると考えられる。1.骨検診受診者についての検討福岡県S町で実施された平成8年、9年の骨粗鬆症検診をともに受診した251名について、骨密度の変化に及ぼす因子を検討した。骨密度が減少した群を次のように定義した。平成9年の骨密度をB9、平成8年の骨密度をB8として(B9-B8)*100/B8を求め、この値が-4.5%以下を減少群とした。骨密度減少に及ぼす因子をロジステック回帰で相対危険度を求め検討した。その結果、牛乳摂取、豆腐摂取は骨密度減少に有意な関連はみられなかった。

また、日常活動強度が普通以上の者に比べ、軽い者の骨密度減少の相対危険度は1.6(95%信頼区間:0.806-3.088)とリスクの高まりはみられたが、有意な差ではなかった。年齢では、30歳代の者に比べ、40歳代、50歳代、60歳代はそれぞれ、0.48(0.201-1.101)、0.13(0.053-0.290)、0.12(0.040-0.331)となり、高齢者ほど減少のリスクは小さい結果を示した。食生活、活動強度は骨密度減少に関連がなかったが、30歳代が骨密度減少の高危険群であることが示唆された。今回の結果は、これまでほとんど報告されておらず、今後、検診を継続しながら検討を加えていく。2.骨粗鬆症予防食の作成四季4ヵ月間の食事の摂取記録法により、季節に変動のないカルシウム摂取に寄与している牛乳、豆腐、鶏卵、チーズ、食パン、アイスクリーム、キャベツ、ヨ-グルト、胡麻などを同じ調査の献立の上位150品にアレンジしてメニューを作成した。さらに、中医で「骨」の強化には、「腎」を中心とする関連臓腑の生理作用の正常化が必要だといわれるので、帰経に「腎」を含む食療中薬で補腎作用のある黒大豆・黒胡麻・枸杞子入り菓子、肉柱・胡桃仁・枸杞子入り菓子を試作し、骨粗鬆症での予防食を作成した。1998年9月にS町において骨検診を実施した。この検診では、採血とともに上海中医薬大学の中医師によって、東洋医学の理論による弁症を行い、受診者を腎陰虚、腎陽虚、平の3つのタイプに分類した。そして、腎陰虚、腎陽虚の各井証に対応した薬膳パン(中国医学の機能性を有する食療中薬(生薬))を入れて作成した。これは、日常の食事に無理なく毎日食べられる調理品である。1998年10月から3ヶ月間、賢陰虚60名には黒ゴマ、クコ、黒大豆含有薬膳パン、腎陽虚60名にはシナモン、クルミ、クコ含有薬膳パンを摂取してもらい、平の者には特別なパンは摂取してもらわなかった。1999年1月に再度採血を行った。血清を用いて、血清アルブミンと血清クレアチニンを分析し、その比を老化指標とした。薬膳パンと摂取前後の3ヶ月間の比の変化を3群で比較した。パン摂取前後の比の値は、腎陰虚では5.20と6.05、賢陽虚では5.17と6.01、平では5.21と5.96であり、3群で差は認められなかった。しかし、3ヶ月間の比の差が1以上の者の割合をみると、腎陰虚、腎陽虚、平でそれぞれ、11名(22.5%)、17名(28.8%)、12名(18.2%)となり、腎陽虚群が最も高い割合を示した。血清アルブミンはその値が高い程死亡率が低く、血清クレアチニンはその値が低いほど死亡率が低い。したがって、この比が高いほど死亡率が低くなると考えられる。今回、腎陽虚群で比の高い者の割合が最も多かったことは、腎陽虚群で薬膳パンの効果があった可能性があり、今後パン摂取回数との関連を検討していきたい。また、薬膳パンと摂取前後の弁証の変化は腎陰虚、腎陽虚の症状に若干効果が認められた。さらに、骨代謝マーカーの分析を行い3群間で比較を行う予定である。【目的】中医学では、腎は骨を司るという理論があり、腎機能強化が骨を強くすることが言われてきた。腎機能強化による骨粗鬆症予防効果がみられれば、カルシウム摂取指導を加えた非常に効果的な骨粗鬆症予防活動が可能と考えられる。そこで、地域住民を対象にした薬膳パンによる骨粗鬆症予防効果の評価を行ったので報告する。【方法】対象者は、福岡県S町において骨検診を受診した50、60歳代の女性277名である。1998年9月の骨検診時に、問診、食生活調査、採血、中医学弁証を行った。中医学弁症により、腎陰虚、腎陽虚、平の3つの群に分類した。中医学理論に基づき、腎陰虚、腎陽虚に対する薬膳を次のように用意した。腎陰虚:黒大豆、黒ごま、枸杞、腎陽虚:シナモン、クルミ、枸杞。これらの食品を含んだ薬膳パンを製造してもらった。平の群には何も関与しなかった。1998年10月から1999年1月までの3ヵ月間、毎日摂取してもらうために2週間に1回宅配を行った。1999年1月に再び、問診、食生活調査、採血を実施した。
細胞・微小気泡間相互作用のその場観察によるソノポレーションの機序解明と応用拡大

【ソノポレーション観察】(工藤)高速度観察,共焦点顕微観察,落射蛍光観察機能をポートの切り替えのみで実現できる顕微鏡観察システムを開発した.共焦点顕微鏡でも高速度撮影が可能な照明光強度を実現できる光学系を開発した.また,NAが大きい対物レンズを用いてソノポレーションにおける細胞と気泡の相互作用を高画質・高速報観察できる手法を新たに考案し,これを実現する観察チャンバを開発,有効性を確認した.【ゲル毛細血管モデル】(工藤)毛細血管内における気泡のダイナミクスを解明するために,硬さが生体組織とほぼ等しいアクリルアミドゲルを用いて直径10-60ミクロンの管腔構造を持つゲル毛細血管モデルを作成する手法を開発した.モデルを用いて内腔における微小気泡の膨張・収縮を高速度観察し,モデルの有用性を確認した.【3次元細胞培養を用いた毛細血管網モデル】(松崎,工藤)松崎の開発手法を参考に,3次元細胞培養技術を用いた毛細血管網モデルの作成について検討した.コラーゲンゲル内でヒト臍帯静脈内皮細胞を培養する手法を用いて,工藤の研究室でも毛細血管網モデル作成することに成功した.さらに,管腔内に気泡を導入する方法,超音波照射での観察手法についても検討し,作成モデルがソノポレーション研究に利用可能であることを確認した.モデルの再現性等については,検討を続ける.【樹状細胞へのソノポレーション】(鈴木)株化樹状細胞(DC2.4)を用いて,浮遊細胞に準じた状態(細胞骨格が未発達な状態)で接着培養する手法を開発した.この手法を用いて,付着状態と準浮遊状態の細胞,気泡が表面に付着した細胞と気泡を貪食した細胞を用いてソノポレーション現象の違いを調べる実験を開始した.【ソノポレーション観察】ソノポレーション観察システムの開発は当初初年度に完了,昨年度(第2年度)に新たに導入した装置の有用性(共焦点観察,高速度観察)の評価を行う予定であった.実際には,初年度に共焦点観察,高速度観察の有効性を個別に確認し,本来の目的であったシステムの開発完了は第2年度となった.しかし,初年度の経験を基に,開発システムが優位性の確認を効率よく行うことができたため,観察システム開発については順調に進展していると考えている.【3次元細胞培養を用いた毛細血管網モデル・ゲル毛細血管モデル】生体内の微小気泡は管腔内に存在するため,その状態を模擬した毛細血管モデルでのソノポレーション現象の観察は,本研究における重要なポイントである.計画開始から2年をかけ,松崎の手技を参考に,3次元細胞培養を用いた毛細血管網モデルの作成とソノポレーションへの応用技術の開発を北大で実現することができた.モデルの再現性や実験手法の確立など検討すべき点は残されているが,計画段階から困難を予想していた目標を達成できた点は重要な成果である.また,コンテンジェンシープランとして進めてきたゲルで作成した毛細血管モデルも開発に成功し,管腔内の気泡のふるまいに関する物理的な検討については,モデル実験で再現性の高い実験結果が得られる見通しである.以上より検討は順調に進展していると考える.【樹状細胞へのソノポレーション】株化細胞を用いて,接着細胞と準浮遊状態の細胞,および気泡が表面に付着した細胞と貪食した細胞でのソノポレーション現象の違いについて実験を開始した.しかし,3次元細胞培養を用いた毛細血管網モデルについては検討に至っておらず,最終年度の実験内容は明確化されていない.それゆえ,この点については検討がやや遅れている.【ソノポレーション観察】(工藤)従来よりもコマ数が10倍以上多く高画質な高速度撮影ができる特長を生かし,高音圧短パルスと低音圧長パルス照射下でのソノポレーション現象を高画質観察し,現象や超音波照射至適条件の違いを明らかにする.より多くの観察を行い,積極的に発表する.【ゲル毛細血管モデル】(工藤)ゲル毛細血管モデルを用いて管腔内での気泡のダイナミクスを検討する.気泡径,管腔径,超音波照射条件などのパラメータと管腔が受けるストレスの関連を調べる.また,管腔内腔に血管細胞を培養する手法を開発し,ゲルモデルを血管内皮細胞間の密結合の評価に利用することの可能性を検討する.【3次元細胞培養を用いた毛細血管網モデル】(松崎,佐々木,工藤)血管内皮細胞を用いた毛細血管網モデルの作成手技を改良し,再現性の高い作成技術を確立する.モデルを用いて,血管内にある微小気泡が超音波の照射を受けて生じる気泡のダイナミクスを高速度撮影し,ゲルモデルと比較する.さらに,血管内に封入した蛍光物質がソノポレーション後に血管外に漏出する様子を共焦点観察し,ソノポレーションによる血液脳関門の開放機序について検討する.また,新たに佐々木を分担研究者とし,生体内顕微観察法の開発を開始する.ただし,モデル開発に目処が立ったため,本年度の研究の重点は上記2つのモデル実験に置く.【樹状細胞へのソノポレーション】(鈴木)微小気泡やナノ粒子を株化樹状細胞の表面に付着・貪食させた条件でソノポレーションを行い,これらの条件がソノポレーション現象に与える影響を明らかにする.また,逆にソノポレーションを行うことにより,細胞の近傍に置かれた気泡のシェルやナノ粒子が樹状細胞内に取り込まれる現象を調べる.さらに,がん細胞との比較を通じて,樹状細胞への抗原提示におけるソノポレーション応用の意議を明らかにする.

【観察システムの開発(工藤)】○既存の高速度観察システム(顕微鏡1)に新規購入した高速度カメラを接続し,気泡と細胞の相互作用を観察する基礎実験を通じて,長時間観察の有用性,細胞観察における高ダイナミックレンジ画像取得の優位性を確認した.○既存の顕微観察システム(顕微鏡2:落射蛍光顕微鏡)に新規導入した共焦点顕微ユニットを追加し,ソノポレーション現象の共焦点観察を行った.○顕微鏡2での側方観察手技を検討し,基本的に顕微鏡1で用いていた手技が利用可能であることを確認した.○顕微鏡1と顕微鏡2の照明光学系を比較し,高速度撮影用の照明光学系の設計を行った.○In vivo模擬条件として柔軟なゲルを用い,超音波を受けた気泡とゲルの相互作用を種々の照射条件下で高速度観察した(顕微鏡1).その結果,気泡が大きく膨張する際にゲルを変形させ,その復元力が気泡をゲルから離れる方向に移動させていることを明らかにした(工藤).◯培養細胞を用いた毛細血管網モデルの開発:阪大が有する3次元培養技術と,北大でのこれまでのソノポレーション研究成果を確認する報告会を開催した.3次元培養開始のための準備として,北大側でヒト血管内皮細胞の培養手技の習得を行った(工藤,松崎).◯樹状細胞モデルの開発(鈴木):樹状細胞(DC2.4)を培養し,気泡を付着・貪食した細胞を作る手技を開発した.予備的な検討として気泡を付加した樹状細胞のソノポレーション現象を共焦点顕微観察し(顕微鏡2),蛍光観察法について検討した.本年度,研究計画の第1ステップとして,新規に購入した装置,高速度カメラと共焦点観察ユニットのソノポレーション研究における有用性を明らかにする検討を行った.各装置の検討には,従来設備である2台の顕微鏡を用いた.続く第2ステップでは,これら2台の顕微鏡で別々に行ってきた高速度撮影と共焦点観察を,1台の顕微鏡にまとめるための作業として側方観察チャンバの作製を行い,さらに高速度撮影のための照明光学系を検討した.当初の予定では,直接第2ステップを実施する予定であったため,第1ステップを経た分,観察システムの開発スケジュールに多少の遅れを生じた.しかし,新高速度カメラによる側方観察を優先したことにより,周囲環境が気泡のダイナミクスに与える影響と気泡と細胞の相互作用の検討に関する重要な知見を早期に得ることができた.本結果は,世界的に注目を受け.6回の招待講演(国外5回,国内1回)で成果を報告することができた.また,in vivoモデルの開発について,ゲルモデル,樹状細胞モデルに関する検討を進めた.種々の超音波照射条件下でゲルモデル近傍での微小気泡のダイナミクスを観察し,周囲環境が気泡の運動に影響を与える機序を検討した.また,樹状細胞については,気泡を貪食した細胞のソノポレーション現象の観察に向けて基本的手技を検討した.これらの点については順調に進んでいる.3次元培養技術については当初予定よりも時間を要しているが,技術的ハードルの高い課題であるため時間をかけて取り組むこととし,その間はゲルモデルで検討を進める判断をした.【ソノポレーション観察】(工藤)高速度観察,共焦点顕微観察,落射蛍光観察機能をポートの切り替えのみで実現できる顕微鏡観察システムを開発した.共焦点顕微鏡でも高速度撮影が可能な照明光強度を実現できる光学系を開発した.
遺伝性大腸腫瘍の遺伝子解析と臨床応用

1.遺伝性非腺腫症性大腸癌(HNPCC)の原因遺伝子の検索日本人HNPCC患者についてDNAミスマッチ修復遺伝子hMSH2とhMLH1の変異を検索した。その結果、2つの遺伝子の変異が複数検出され、日本人でもhMSH2とhMLH1が主であることがわかった。また、HNPCCでも遺伝子診断が可能となった。2.HNPCCの癌化機構HNPCCの癌だけではなく腺腫でも、RER(replication error)とTGF-βII型レセプター遺伝子中のAのくり返しに異常が高率に検出された。故に、HNPCCでは腺腫から癌化することが多いことが示唆された。このことから、HNPCC患者及び変異遺伝子保有者は、定期的に大腸・直腸の検査を受けて腺腫が見つかり次第除去することにより癌発症を減少できる可能性が期待できる。3.遺伝性大腸癌の遺伝相談家族性大腸腺腫症(FAP)とHNPCCの遺伝子診断を臨床に導入するため、医師及び看護婦が患者や家族と面談して、癌の予防学的行動を患者あるいは家族がとりやすくする要素、あるいはそれを阻害する要素はなにかを分析した。その結果、情報提供、悩みの受け入れ態勢があることなどが重要であり、カウンセリングのできる看護部門の確立が必須であることが明らかになった。
ダニ由来有用生理活性分子の探索とその利用

ダニワクチン抗原の候補を探索する方法としてcDNAライブラリーを用いた発現遺伝子解析法(EST法)がある。今回、ダニ由来有用物質を検索するため、フタトゲチマダニ(H. longicornis)吸血中のダニの唾液腺で発現している遺伝子のEST解析を行った。得られた653遺伝子を解析したところ、blastXによる相同性検索により機能予測がなされたものは全体の35%であり、その大半は細胞の生存に必要なハウスキーピング遺伝子であった。生理活性を有すると予測された蛋白配列中には、既知の抗血液凝固物質(madanin 1)や抗炎症物質、免疫抑制作用物質と類似の配列が含まれており、これらの遺伝子の多くが分泌シグナルを併せ持つことから、宿主体内に注入される物質であることが示唆された。分泌シグナルを持ち、宿主に注入されて何らかの生理作用を示す物質であることが示唆された蛋白遺伝子の中から、転写コピー数の多かったものを6遺伝子(c-1c-6)ピックアップし、ダニの吸血ステージに伴った発現量の変化を調べた。未吸血、吸血直前(宿主刺激あり)、吸血後3日、吸血後6日及び飽血後の5時点で比較したところ、いずれも吸血後3日(c-1では3日及び6日)に最も高い発現量を示し、吸血前や飽血時の発現量はごく僅か(あるいは検出限界以下)であった。また、いずれも中腸においてはその発現が観察されず、宿主に注入されることによって吸血の維持に関与している生理活性蛋白であることが示唆された。また、他種のダニ(Dermacentor andersoni)で免疫抑制作用が報告されている蛋白質(Da-p36)の類似遺伝子を大腸菌に導入して発現し、その組み換え蛋白(HL27)の機能を調べた。インビトロにおけるリンパ球の増殖抑制試験を行ったところ、HL27濃度0.1ppmでリンパ球のコンカナバリンAに対する増殖反応の有意な抑制が観察された。さらに、HL27濃度10ppmではリンパ球の増殖反応はほぼ完全に阻害され、Da-p36同様の免疫抑制作用を持つことが示された。ダニを始めとする吸血昆虫類は、吸血を維持し、また宿主の拒絶反応から逃れるため、唾液中に様々な生理活性物質を分泌している。これらの中には、優れた抗血液凝固剤、抗炎症剤あるいは免疫抑制剤様の作用を示す分子が含まれていることが報告されている。本研究では、吸血中のダニ(Haemaphysalis longicornis)より唾液腺を採取し、発現している遺伝子を解析することによって、これらの有用な物質をコードする遺伝子を同定することを試みた。現在までのところ、約450の発現遺伝子の解析を終えている。このうち、blastX(NCBI)による相同性検索により機能予測ができたものは全体の約4割であった。その大半は細胞の生存に必要な遺伝子であったが、血液凝固作用を示す物質として既知のトロンビン活性阻害物質、宿主の外因性血液凝固阻害物質に近似した物質及び種々の活性を持つと考えられる複数のプロテアーゼインヒビターをコードする遺伝子を得ることができた。また、組織溶解活性を持ったプロテアーゼや、免疫抑制作用が報告されている他のダニ由来の物質に類似した物質等をコードしている遺伝子も得ることができた。残りの機能不明な遺伝子も、その大半が分泌シグナルを持っており、宿主体内に注入され何らかの機能を発揮している物質であることが推測された。

そこで、今後は、機能予測のついた遺伝子を蛋白発現してその機能を確認していくとともに、これらの機能不明な物質の解析も行うため、酵母の系を用いた蛋白発現を行い、ELISA等を用いてその機能を検索、同定していく予定である。ダニは、吸血時に様々な生理活性物質を分泌し、宿主体内に注入している。これらの中には、抗血液凝固、抗炎症あるいは免疫抑制作用を示す物質が含まれている。本研究では、吸血中のダニより唾液腺を採取し、発現している遺伝子を解析することによって、これらの有用な蛋白をコードする遺伝子の同定を行った。吸血中のダニ唾液腺より得られた653遺伝子を解析したところ、その1割程度が相同性検索により何らかの生理活性を有する蛋白配列であると予測された。これらの中には、既知の抗血液凝固物質や抗炎症物質、免疫抑制作用物質と類似の配列が含まれており、その多くが分泌シグナルを併せ持つことから、宿主体内に注入される物質であることが示唆された。分泌シグナルを持ち、宿主に注入されて何らかの生理作用を示す物質であることが示唆された蛋白遺伝子の中から、転写コピー数の多かったものを6遺伝子(c-1c-6)ピックアップし、ダニの吸血ステージに伴った発現量の変化を調べた。未吸血、吸血直前(宿主刺激あり)、吸血後3日、吸血後6日及び飽血後の5時点で比較したところ、いずれも吸血後3日(c-1では3日及び6日)に最も高い発現量を示し、吸血前や飽血時の発現量はごく僅か(あるいは検出限界以下)であった。また、いずれも中腸においてはその発現が観察されず、宿主に注入されることによって吸血の維持に関与している生理活性蛋白であることが示唆された。また、他種のダニ(Dermacentor andersoni)で免疫抑制作用が報告されている蛋白質(Da-p36)の類似遺伝子を大腸菌に導入して発現し、その組み換え蛋白(HL27)の機能を調べた。インビトロにおけるリンパ球の増殖抑制試験を行ったところ、HL27濃度0.1ppmでリンパ球のコンカナバリンAに対する増殖反応の有意な抑制が観察された。さらに、HL27濃度10ppmではリンパ球の増殖反応はほぼ完全に阻害され、Da-p36同様の免疫抑制作用を持つことが示された。
液相法による硫黄－カーボンレプリカ－固体電解質複合体の構築と全固体電池特性の評価

次世代の蓄電デバイスとして期待されている全固体型のリチウム硫黄電池の高性能化に向けて、固体電解質の液相合成法と全固体電池用正極複合体の合成への応用を検討した。1.アルジロダイト型Li6PS5Cl材料の溶液を用いて正極複合体を作成し、全固体電池特性を評価した。細孔径10-100nm程度のカーボンレプリカ内へとの導入と再析出が可能であることが明らかになった。さらに、カーボンレプリカにあらかじめ硫黄を導入した、硫黄/カーボンレプリカ複合体に対して固体電解質の導入を行い、硫黄正極複合体を得た。様々な細孔径のカーボンレプリカを用いて試験することで、電池特性の細孔径サイズ依存性を明らかにできた。液相法による細孔内への固体電解質導入の効果は、細孔径が小さいときに特に有効であり、機械混合法で得られた硫黄正極複合体と比べて高いサイクル特性を示した。2.超イオン導電体Li10GeP2S12の溶解に適した溶媒をスクリーニングした。アルゴンガスで充填したグローブボックス内で、各種溶媒に対するLi10GeP2S12の溶解試験を行った。低級アルコールにLi10GeP2S12は溶解可能であった。これら溶媒に対する電解質の質量分率が特に重要であり、最適化することでLi10GeP2S12が完全溶解した均一溶液が得られることが分かった。3.液相法が固体電解質材料の物性へ与える影響を調べた。液相プロセス後の試料に対して溶媒を除去する乾燥を実施し、その後必要に応じて高温での焼成を行った。懸濁液および均一溶液を介して得られるLi10GeP2S12は、液相プロセスによる顕著なイオン導電率の減少を示さないこと明らかになった。一方で、均一溶液の扱いは難しく、わずかな水分の混入や混合時間、温度の変化によってLi10GeP2S12相が再析出しないことが分かった。研究の達成目標である三項目について、それぞれ成果が上がっている。(i)液相法によるLi10GeP2S12系固体電解質材料の合成手法確立:既にGe系の材料において、適切な溶媒と質量分率を見いだしており、今後Si系、Sn系などの材料へと展開するための基盤が確立できた。(ii)液相を経由した固体電解質の細孔内導入手法の確立:液相法によって固体電解質が細孔内に導入されることが確認できている。充填率が目標の70%に達していないことが今後の課題である。(iii)細孔径、硫黄担持量、電解質導入量の最適化による電池性能の向上:細孔径と電池性能の相関を見いだしている。液相混合による性能向上が顕著であった10 nm程度の細孔を有するカーボンレプリカを用いて、硫黄担持量、固体電解質導入量の最適化を実施する。液相法による硫黄正極複合体作成の最適化により、さらなる全固体リチウム硫黄電池の性能向上を目指す。(i)液相法によるLi10GeP2S12系固体電解質材料の合成手法確立:Si系、Sn系などの材料へと展開する。Li10GeP2S12系固体電解質材料の構成元素によって最適な溶媒や、質量分率が異なる可能性があるため、Ge系での条件を基に、各組成における合成条件の最適化を実施する。特に、低温(400°C以下)での熱処理で結晶化可能な組成を見いだすことに注力する。(ii)液相を経由した固体電解質の細孔内導入手法の確立:固体電解質の細孔内における充填量の向上を目指す。その上で、充填量を制御するための実験パラメーターを見いだし、硫黄正極複合体を自由にデザインするための基盤技術を確立する。(iii)細孔径、硫黄担持量、電解質導入量の最適化による電池性能の向上:細孔径、担持量、電解質導入量に加えて、複合体の熱処理プロセスを最適化する必要があることが分かったため、検討を進める。必要に応じて、活物質を単体硫黄(S)から、その放電状態に対応する硫化リチウム(Li2S)へと変更する。

これら溶媒に対する電解質の質量分率が特に重要であり、最適化することでLi10GeP2S12が完全溶解した均一溶液が得られることが分かった。3.液相法が固体電解質材料の物性へ与える影響を調べた。液相プロセス後の試料に対して溶媒を除去する乾燥を実施し、その後必要に応じて高温での焼成を行った。懸濁液および均一溶液を介して得られるLi10GeP2S12は、液相プロセスによる顕著なイオン導電率の減少を示さないこと明らかになった。一方で、均一溶液の扱いは難しく、わずかな水分の混入や混合時間、温度の変化によってLi10GeP2S12相が再析出しないことが分かった。研究の達成目標である三項目について、それぞれ成果が上がっている。(i)液相法によるLi10GeP2S12系固体電解質材料の合成手法確立:既にGe系の材料において、適切な溶媒と質量分率を見いだしており、今後Si系、Sn系などの材料へと展開するための基盤が確立できた。(ii)液相を経由した固体電解質の細孔内導入手法の確立:液相法によって固体電解質が細孔内に導入されることが確認できている。充填率が目標の70%に達していないことが今後の課題である。(iii)細孔径、硫黄担持量、電解質導入量の最適化による電池性能の向上:細孔径と電池性能の相関を見いだしている。液相混合による性能向上が顕著であった10 nm程度の細孔を有するカーボンレプリカを用いて、硫黄担持量、固体電解質導入量の最適化を実施する。液相法による硫黄正極複合体作成の最適化により、さらなる全固体リチウム硫黄電池の性能向上を目指す。(i)液相法によるLi10GeP2S12系固体電解質材料の合成手法確立:Si系、Sn系などの材料へと展開する。Li10GeP2S12系固体電解質材料の構成元素によって最適な溶媒や、質量分率が異なる可能性があるため、Ge系での条件を基に、各組成における合成条件の最適化を実施する。特に、低温(400°C以下)での熱処理で結晶化可能な組成を見いだすことに注力する。(ii)液相を経由した固体電解質の細孔内導入手法の確立:固体電解質の細孔内における充填量の向上を目指す。その上で、充填量を制御するための実験パラメーターを見いだし、硫黄正極複合体を自由にデザインするための基盤技術を確立する。(iii)細孔径、硫黄担持量、電解質導入量の最適化による電池性能の向上:細孔径、担持量、電解質導入量に加えて、複合体の熱処理プロセスを最適化する必要があることが分かったため、検討を進める。必要に応じて、活物質を単体硫黄(S)から、その放電状態に対応する硫化リチウム(Li2S)へと変更する。
コニカルらせん磁性マルチフェロイクスにおける複合ドメインの理解と新規機能性の開拓

本研究では、円錐的ならせん状の磁気秩序構造を示す「コニカルらせん磁性体」における電気磁気結合現象に着目する。同磁性体においては、ときに強磁性と強誘電性が共存するといった「厳密な意味でのマルチフェロイック状態」が実現し、さらに磁化の反転に伴って自発分極が反転するといった稀有な電気磁気結合が発現することが知られている。最近の研究により、同らせん磁性を示すオリビン型Mn酸化物Mn2GeO4においては多様なマルチフェロイックドメインのスイッチに起因した電気磁気結合が生じることが明らかとなったが、コニカルらせん磁性体一般における電気磁気結合にかかわるドメイン応答の理解はまだ十分でない。そこで本研究では、コニカルらせんマルチフェロイクスの物質開発を行い、同物質系を特徴付ける強磁性と強誘電性の共存またその結合現象に着目し、電場・磁場、さらには一軸応力といった非自明な複合ドメイン応答の実現をめざし、同系における電気磁気結合現象の理解を図ることを目的としている。まず研究対象とするコニカルらせん磁性体であるスピネル型Cr酸化物CoCr2O4単結晶試料をキセノンランプ加熱式のフローティングゾーン炉にて育成し、育成した試料の構造及び基礎物性評価を実施した。さらに、磁気測定および電気磁気測定のための測定装置に関して、一軸応力下における測定を可能とするための改良を進めた。また、国内の同分野の情勢を調査するため、国内で開催された学会・研究会に出席した。研究開始が平成31年11月ということもあり、今年度は、まだ成果発表に至っていない。研究開始年度である平成30年度は、まず研究対象とするコニカルらせん磁性体であるスピネル型Cr酸化物CoCr2O4単結晶試料をキセノンランプ加熱式のフローティングゾーン炉にて育成し、その評価および測定に適した試料加工を実施した。また、磁気測定および電気磁気測定のための測定装置に関して、一軸応力下における測定を可能とするための改良を図り、これまで実施したことのない一軸応力下の磁化および電気磁気特性の測定による複合ドメインの新たな制御パラメータの展開をはかった。圧電素子を用いた一軸応力印加の機構を試みたが、対象とする試料の物性に大きく影響を与えるのには不十分であることが明らかとなった。現在までの進捗状況を踏まえ、今後は測定系の改良を進め、また最適な測定条件(試料サイズ、形状、冷却条件など)の精査を進める予定である。加えて、ドメインの直接観測のための光学測定も実施する。さらに新たなコニカルらせん磁性体の開発を進め、新たに合成した試料に対しても、上述の測定を実施する。これらの結果を総合的に解析、検討し、本研究の目的である新規なコニカルらせんマルチフェロイクスの物質開発、さらには電場・磁場に加えて応力まで含めた非自明な複合ドメイン制御を実現させ、同系における電気磁気結合現象の理解を図る。また、得られた研究成果は国内外の会議において発表する予定である。

また、国内の同分野の情勢を調査するため、国内で開催された学会・研究会に出席した。研究開始が平成31年11月ということもあり、今年度は、まだ成果発表に至っていない。現在までの進捗状況を踏まえ、今後は測定系の改良を進め、また最適な測定条件(試料サイズ、形状、冷却条件など)の精査を進める予定である。加えて、ドメインの直接観測のための光学測定も実施する。さらに新たなコニカルらせん磁性体の開発を進め、新たに合成した試料に対しても、上述の測定を実施する。これらの結果を総合的に解析、検討し、本研究の目的である新規なコニカルらせんマルチフェロイクスの物質開発、さらには電場・磁場に加えて応力まで含めた非自明な複合ドメイン制御を実現させ、同系における電気磁気結合現象の理解を図る。また、得られた研究成果は国内外の会議において発表する予定である。
長野県大室古墳群における積石塚古墳とその性格に関する研究

本研究チームによる長野市松代町大室古墳群の調査は1984年から開始され、1992年度は第10次調査となる。調査は大室古墳群の中でも大室谷支群という地区を対象とし、大室谷支群でも村東単位支群・大石単位支群を経て、1988年度からムジナゴーロ単位支群の調査を行なってきた。これまでの3単位支群の調査で得られた成果は次のとおりである。(1)大室古墳群は5大支群に分割でき、各支群は立地と群構成に違いがある。そして各支群は2030基ずつのまとまりある単位支群複数からなる。(2)各単位支群は、合掌形石室をもつ積石塚古墳を核として成立しており、出土品からみて、その時期は西暦5世紀中頃である。(3)合掌形石室に次いで箱形石棺(185号)や竪穴式石室(195号)が出現する。これらは伝統的な積石による墳丘構造を保持している。墳丘裾部に底部穿孔壺形土器を配し、ときには初期馬具を副葬している。5世紀後半6世紀中頃と年代づけられる。(4)横穴式石室採用の厳密な時期は不明だが、墳丘に積石を用い、板石を立てて側壁とする横穴式石室墳(187号)が最初期のものと推定される。(5)典型的な横穴式石室墳は、以上と違って土石混合で墳丘が構成される。墳丘裾部と横穴式石室の周囲に石垣状の石積みを施し、その内側に角礫を混じた土を入れて墳丘を築く。横穴式石室は第187号墳以外は両袖型である。6世紀後半7世紀代の年代に構築されたものである。墳丘構築法が積石から土石混合へ、石室が合掌形・箱形・竪穴式石室から横穴式石室へと変化するが、これは善光寺平の古墳の変遷のなかで重要な画期と認められる。これがどのような歴史事象を反映しているのか、今後の大きな課題といえよう。平成1年度の調査は、大室古墳群、大室谷支群のムジナゴ-ロ単位支群(185号、186号、187号、189号、190号、195号墳)を対象として実施した。以下、各古墳の調査結果について略述する。・185号墳;積石の墳丘清掃、実測。墳裾から土師器片を採集。・186号墳;内部主体の横穴式石室はすでに開口している。本年度は主として墳丘規模の調査を実施した。墳丘は東西12.5m、南北13.5mあって、墳裾は自然石を垂直に近い状態で積みあげている。石室前庭部は土砂の堆積が顕著であったが、発掘の結果、須恵器、土師器が良好な状態で発見された。馬歯の発見も注目に値する。石室内部調査は次年度調査の予定であるが、墳丘は土石混合墳というべきか。・187号墳;直径12.4mの積石塚。墳丘中央部に平石を立てて構築した横穴式石室を発見した。石室床面から馬具、大刀、刀子、鉄鏃、耳環などを検出した。・189号墳;南北10m、東西11mほどの積石による円墳。

内部主体は箱形石棺であるが、蓋石が除去されているので合掌形石室であった可能性もある。墳丘各所で土師器片、須恵器片の出土をみた。・190号墳;墳丘は破壊が著しくて規模は不明。土石混合墳であったと考えてよい。内部主体は横穴式石室。遺骸の一部がのこっている。墳丘から土師器、須恵器片を検出した。・195号墳;直径12m位の積石による円墳と考えられる。墳丘の中央部に併列する2基の竪穴式石室状の内部主体を検出した。東側の石室から鉄鏃、大刀、刀子のほか馬具(雲珠3、鈴1)が発見されている。墳丘から土師器、須恵器が出土している。本年度の発掘調査は,大室古墳群中のムジナゴ-ロ単位支群第185号墳および第186号墳について実施した。次下,調査結果について概述する。(第185墳)分布調査の際に,後世の開墾による積石ではないかとの疑問もあったが,現状を実測のうえ発掘調査した。その結果,墳丘の積石の大半は、後世の攪乱による石積みであったが,内部主体と一部分の墳丘積石が遺存していた。内部主体は箱形石棺と推定されるが,棺材の天井蓋石と側壁石の大半が抜き去られていて原状をとどめていなかった。また,墳丘積石のあいだや,墳裾に土師器片を検出した。土師器片は,観察の結果,和泉式土器と推定され,西暦5世紀代末葉の年代が与えられる。棺内の副葬品は発見できなかった。(第186号墳)昨年度からの継続調査で,主として内部主体である横穴式石室と,前庭部周堀の一部について調査を実施した。石室は南に向けて開口しており,閉塞部は大半が遺存していた。石室平面プランは,やや胴張りを呈する両袖型石室で,玄門に柱石を立て〓石を架けたものである。羨道は玄室より一段高くつくられており,角礫による閉塞石がつめ込まれていた。石室全長9.7m,玄室長4.6m,幅1.8m,高さ1.7m,羨道長3.9mを計測する。副葬品のほとんどは盗掘によって失なわれているが,鉄鏃,挂甲小札片,ガラス小玉などが遺存していた。昨年度,前庭部から発見された須恵器の型式的所見とあわせ考えると,西暦6世紀代後半の築造年代が推定される。また,昨年度調査で発見された馬の下顎歯(石室前庭東側)出土地点の周辺を再調査したが,他の四肢骨を発見できなかった。今年度の発掘調査は,大室古墳群中のムジナゴ-ロ単位支群第200号墳および第201号墳について実施した。以下,発掘調査の結果について概要を報告する。(第200号墳)林道開削によって墳丘の一部分が破壊を受けているために,墳丘の正確な規膜は不詳であるが,露出している石室を中心に計測すると,直径13m前後の不整形な円墳と考えられる。墳丘は10cmほどの礫を混じた盛土による,いわば土石混合墳丘であると思われ,墳裾に2段の石積を施しているが,石室羨道入口部分では,墳裾が直線的に構築されているのが特微的である。石室は,やや胴張りを置する横穴式石室で,全長6.4m,玄室長4.2m,玄室最大幅は2.1m,羨道幅1.4mははかる。副葬品は,トンボ玉2,銅釧1,勾玉2,耳環3,大刀責金具,鞘尻金具などである。また,石室前庭部より須恵器,土師器の出土をみた。(第201号墳)大室谷の埴林開墾時に,墳丘が削平されたらしい。残存する墳丘封土からみると,直径10m前後の円墳と推定された。墳丘封土は,土石混合で構成されているが,墳裾は6080cmほどの自然石角礫を用いている。石室は,胴張形横穴式石室である。石室全長は2.3m,最大幅1.2m,羨道幅1.1mをはかる。羨道閉塞には2030cmほどの角礫を用い,入口部分で平石を立て架けているのが特微的である。副葬品としては,大刀1,鉄鏘28,刀子4がある,遺骸1体分が遺存じていた。なお,石室前庭部から須恵器,土師器が出土した。両古墳については,平成3年度の調査で全てを完了できなかった。継続して平成4年度に発掘調査を実施する予定である。
越境する日蓮主義の基礎研究ートランスナショナル・ジェンダー・スピリチュアリティ

本研究の目的は新しい日蓮主義像を描くことである。ナショナリズムの「近代国家」を日蓮主義の中軸にした従来の研究において看過されてきた日蓮主義者の実践や思想を取り上げ、日蓮主義の当時の多面的な姿をより明確にすることを目指す。本研究ではこうしたいわば「閉鎖的」なイメージと異なる、国や民族、ジェンダー、伝統など、様々なボーダーを超える、すなわち越境する近代仏教思想としての日蓮主義像を描き出すのが狙いである。
標本抽出方法を考慮したブートストラップ検定についての研究

本研究では、ノンパラメトリックなブートストラップ検定について、主として2標本問題の場合の研究を行った。検定統計量としては、t型統計量を対象とした。まず単純無作為標本の場合について、2つの標本を混合して帰無仮説の下での分布(帰無分布)を近似する方法(混合法)を提案した。さらにデータの位置/尺度変換を行って帰無分布を近似する方法を提案した。シミュレーションにより、帰無分布もパーセント点の値を比較・検討した結果、本研究で提案した混合法は、それを行わない方法と比べて、1/31/10程度にまで相対誤差を減少できることが判明した。また位置のみの変換を行う場合と位置および尺度の変換を行う方法の比較では、両者に顕著な差は見られなかったが、前者の方が多少良さそうであった。また検定のパワーについても比較・検討を行ったが、標本を混合して位置変換を行った場合が最も優れている傾向が観察された。次に層別無作為標本の場合について、上と同様な方法を提案し、検定のサイズ、パワーの比較・検討を行った。シミュレーションにおける母集団分布としては、種々の混合正規分布を仮定した。その結果単純無作為標本の場合と同様な結果が得られた。さらに、何種類かの現実のデータに対して、ここで提案した方法を適用した。まずダ-ウィンのとうもろこしのデータに対しては、従来から用いられてきた何種類かのノンパラメトリック検討とほぼ同様な結果が得られた。次に人工衛星およびレーダーという2種類の方法によって測定された地上8090km地点での風速のデータについて、それらの測定値間の有意差検定を様々な方法によって行った。その結果、データの歪度が大きな場合には、通常のt検定とブートストラップ-t検定の結果が、達成有意水準において大きく異なることが判明した。したがってこのような場合には、ブートストラップ法を適用すべきであるとの結論が得られた。
ギターおよびピアノに関する対話的演奏練習支援システム

本研究プロジェクトでは,ギターおよびピアノに関する対話的演奏練習支援システムの構築を行なった.ギターについては,ユーザの特性を加味させた支援システムを目指し,ギターコード演奏を対象とし,演奏対象となるコードの押弦位置を全て列挙する技術を開発した.これに基づき,与えられた全ての押弦位置を列挙し,それらに対して演奏のしやすさを計算によって求めることができた.また,その演奏のしにくさを手指の動作によって表現し,それらの組み合わせによって奏者による演奏の傾向を表した.得られた傾向から当該奏者にとって演奏しやすい,またはしにくい押弦位置を求めることができ,それを奏者に伝えることができた.このシステムを,ジャズ理論を用いて拡張させ,ジャズ演奏に最適な押弦位置を求める研究や,あるいは,MIDIギターを用い,ギターコード演奏におけるコード名判定を行なうアルゴリズムを開発中である.ピアノについては,スケール演奏の自動評価やピアノ導入教育のための学習支援システムを開発している.スケール演奏の評価においては,対象を限定的に取り扱うことで,その実現を試みている.音楽演奏には演奏表現上の抑揚や,楽譜からの逸脱がかかせないが,この逸脱について「音楽的に意味のある逸脱」であるのか,あるいは「演奏制御上の意図されなかった逸脱」であるかが重要な要因となるが,ここではそれをスプライン補間によって演奏逸脱の傾向を表現し,それを用いた熟達度推定アルゴリズムの検討とその実装について検討している.また,ピアノ導入教育における練習支援システムの開発をめざし,そのプロトタイプシステムを構築している.そのシステムでは,演奏評価を4つのレベルに分け,基礎レベルの欠落が見られる場合には,それよりレベルの高い指摘を行なわずに,基礎項目に集中させるように設計されている.評価実験より,その有用性が確認されている.<ギター>ギター演奏練習支援システムの構築を目指して,コード演奏における演奏負荷項目の列挙と,それらに対する相対重みの最小二乗推定を行なった.求められる相対重みは項目の性質から正負が混在するのは好ましくないため,非負条件化での探索を行なった.求められた相対重みは奏者の特性を表すもので,それを演奏課題に反映させることで各奏者にとって比較的演奏しやすいコードフォーム系列が得られることを確認した.ギター用編曲を目指して,与えられたメロディとコードからギターの形状を考慮して,演奏可能な音符割り当てを行なうシステムを構築した.さらに出力の音楽性を向上させるために,ジャズ理論に基づいた音符割り当ての高品質化を目指した.<ピアノ>鍵盤和声は和声法に関する理論体系を鍵盤楽器上で実演することで体験する学問体系である.鍵盤和声課題に対して,演奏上での運指を考慮した最適解を求める手法を検討した.具体的には,与えられた鍵盤和声課題に対して可能な和音配置を全列挙し,それに対して運指アルゴリズムを導入することで奏法上での最適性が保たれた解の生成を試みた.和音配置の全列挙までは構築できたが,運指アルゴリズムに多少の不備が残るため,次年度での検討事項となった.ピアノの基礎練習支援を目指した対話的基礎練習支援システムの構築を行なった.提案システムは被験者に与えた演奏課題の演奏状況から奏者の苦手項目を推定し,それを克服するための効果的な練習課題を生成するシステムである.ピアノ基礎教育の応用現場として,幼児教育現場への応用を検討した.さらに,与えられたピアノ楽譜に対して音楽性を向上させるため,ジャズ理論を用いた編曲システムを試作した.性能評価実験より,高品質な編曲結果が得られたことが確認できた.<ギター>ギターコード演奏に関する最適押弦位置決定システムに関して,長い実演奏に対応するようにシステムを改良した.具体的には,ある和音について許容される全手指配置をノードとして縦方向に配置し,横方向に和音列を配置したラティスを設計し,そのラティスにおいて和音進行方向に関する最適経路を動的計画法により求め,これが人間の演奏において負荷の低い運指系列であることを演奏実験により確認した.また,ギター自動編曲において音楽的および奏法に関する制約を考慮に入れた.音楽的な制約としては,メロディと同時に演奏されるベースパートに音楽性を持たせた「ウォーキングベース」スタイルを導入し,それに関するジャズ理論を計算機に実装し,その制約下で様々な演奏楽譜を作成した.そして,それらの中から演奏の弾き易さを制約条件として絞り込み,演奏時に負担が少なく,かつ音楽的要請も考慮に入れた自動編曲システムを設計した.<ピアノ>ピアノ基礎練習における演奏練習の適切性の自動評価を目指して,1オクターヴ内の上下行音階演奏を対象とした演奏分析を試みた.記録された打鍵情報から演奏傾向曲線を求め,その曲線に対する主観評価値を聴取実験より求めた.また,得られた演奏傾向曲線から熟達度を推定することのできる適切なパラメータを求めた.ピアノ演奏はMIDIによって記録されているが,その誤差を適切に評価するため,MIDI記録に関する時間精度についても測定を行なった.さらに,和音演奏時において転回型によって聴感上で印象が異なることが音楽家をはじめとする多くの人々は経験しているが,それの和声理論上で述べられている適切性との関連性について検討した,具体的には和声理論上で適切とされている転回型に対して,音楽理論を学んでいない者についても適切な判断ができるかどうかについて聴取実験より検討を行なった.本研究プロジェクトでは,ギターおよびピアノに関する対話的演奏練習支援システムの構築を行なった.ギターについては,ユーザの特性を加味させた支援システムを目指し,ギターコード演奏を対象とし,演奏対象となるコードの押弦位置を全て列挙する技術を開発した.これに基づき,与えられた全ての押弦位置を列挙し,それらに対して演奏のしやすさを計算によって求めることができた.また,その演奏のしにくさを手指の動作によって表現し,それらの組み合わせによって奏者による演奏の傾向を表した.

得られた傾向から当該奏者にとって演奏しやすい,またはしにくい押弦位置を求めることができ,それを奏者に伝えることができた.このシステムを,ジャズ理論を用いて拡張させ,ジャズ演奏に最適な押弦位置を求める研究や,あるいは,MIDIギターを用い,ギターコード演奏におけるコード名判定を行なうアルゴリズムを開発中である.ピアノについては,スケール演奏の自動評価やピアノ導入教育のための学習支援システムを開発している.スケール演奏の評価においては,対象を限定的に取り扱うことで,その実現を試みている.音楽演奏には演奏表現上の抑揚や,楽譜からの逸脱がかかせないが,この逸脱について「音楽的に意味のある逸脱」であるのか,あるいは「演奏制御上の意図されなかった逸脱」であるかが重要な要因となるが,ここではそれをスプライン補間によって演奏逸脱の傾向を表現し,それを用いた熟達度推定アルゴリズムの検討とその実装について検討している.また,ピアノ導入教育における練習支援システムの開発をめざし,そのプロトタイプシステムを構築している.そのシステムでは,演奏評価を4つのレベルに分け,基礎レベルの欠落が見られる場合には,それよりレベルの高い指摘を行なわずに,基礎項目に集中させるように設計されている.評価実験より,その有用性が確認されている.
２次元単層ナノシートを用いた高効率エネルギー貯蔵

本研究は単層ナノシートの持つ性能を限界まで引き出した究極のエネルギー貯蔵特性を実現することを目標としている。真の2次元物質である単層ナノシート(酸化物、カルコゲン化物)とグラフェン(単層酸化グラフェンおよびその還元体)が交互に分子レベルで繰り返し積層したミルフィーユ構造の超格子複合材料を構築し、活物質としてエネルギー貯蔵及び変換性能の向上を目指した。溶液自己組織化プロセスにより、化学的に剥離された酸化マンガンナノシートと還元型酸化グラフェンの超格子複合材料を作製した。この複合材料はリチウム及びナトリウムイオン二次電池の負極として、容量が従来炭素系材料の2倍以上となり、サイクル寿命も大幅に向上することが分かった。当該技術を活用し、単層MoS2ナノシートと還元型酸化グラフェンの超格子複合材料の合成に成功した。このMoS2/グラフェン複合材料をナトリウムイオン二次電池の負極として用いたところ、0.1A g-1の電流密度での初期放電容量は1100mAh/gに達し、100サイクル後にも960mAh/gの高い容量が保持されることが明らかになった。これまでに報告されたMoS2をベースとした負極材料に比べ、高い容量が得られることに加え、サイクル寿命や高電流密度のレート特性も優れていることが明らかになった。さらに、電極触媒として水を電解する水素発生反応においても、MoS2/グラフェン超格子複合材料は反応を進行させるために必要な電圧が非常に小さく抑えられ、約88mVの過電圧を示す実験結果が得られた。これは、MoS2ナノシートの過電圧(258mV)と比べてはるかに小さく、水素発生を効率的に促進することを意味する。グラフェンで挟むことで、ナノシートの構造が安定に保持されるとともに、電極全体の電気化学特性が改善され、活性の大幅な向上につながったと考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。