hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視聴覚複合刺激による行動解発の機構:鳥類の歌システムをモデルとした研究

このため、ジュウシマツオスの求愛刺激をメスが受容する場面を想定し、メスを被験体とした。オスがメスに歌とダンスで求愛する様子をビデオで記録し、この刺激を視覚のみ(V)、聴覚のみ(A)、視聴覚双方(V+A)と編集し、メスへの効果を測定した。実験1では、これらの刺激がメスの受容行動と内分泌系に与える影響を検討した。メスのジュウシマツを防音箱で1日隔離し、1日に1度だけ、AのみまたはV+Aのいずれかの刺激を提示した。結果、ジュウシマツメスは、V+A刺激の際にのみ交尾受容姿勢を示した。また、刺激後の血中エストラジオールレベルはV+Aの場合のみ通常時より優位に増加していた。したがって、視聴覚複合刺激が、メスの性的受容をより効果的に促進することがわかった。実験2では、これらの刺激がメスの大脳にどのような影響を与えるかを検討した。実験1同様、メスのジュウシマツを防音箱で1日隔離し、Aのみ、Vのみ、V+Aのいずれかの刺激を30分間与えた。コントロールとして、何の刺激も与えない条件も用意した。刺激終了後1時間で動物を殺し、その後30分以内で脳を生理食塩水とホルマリンで灌流固定した。脳を厚さ50マイクロメーターの切片にし、免疫組織化学の手法により即初期遺伝子zenkが作るタンパクを検出した。鳥類大脳においてはzenkは細胞活動のマーカーとして用いることができる。結果、zenkが作るタンパクはV+AとAでほぼ同じ、Vのみではわずかながら検出されたが、コントロールでは全く検出されなかった。この実験は、即初期遺伝子が視覚刺激でも発現されることを示した初めての実験だが、視聴覚刺激の複合効果については天井効果により検討できなかった。本課題の最終年度にあたる今年度は、2つの研究方略により視聴覚統合の過程を調べた。まず、脳における遺伝子発現を指標として、統合の様式を調べた。ジュウシマツやキンカチョウのオスは、歌と踊りによりメスに求愛する。液晶テレビとスピーカーを用いて音声と画像を独立に提示することで、これらの刺激に応答する遺伝子発現様式の違いを調べた。刺激後の脳を取り出し、zenk遺伝子が作るタンパク質を、抗体により標識した。結果、視覚のみだとNCL領域に、聴覚のみだとNCMとcHV領域に、多くの遺伝子発現がみられた。視聴覚を同時に提示した際は、NCL領域における発現量が視覚のみの場合より少なくなった。NCMとcHVにおいては、視聴覚複合刺激は聴覚刺激のみの場合と同レベルの遺伝子を発現させた。すなわち、視聴覚情報が統合される領域は、大脳においてはNCLであると考えることができる。次に、オペラント条件づけを用いて、視聴覚複合刺激の弁別訓練を行った。雌雄のジュウシマツに、2羽のオスの求愛の風景をみせ、Go-NoGo手続きで弁別させた。1羽のオスの画像をV1,音声をA1とし、他のオスの画像をV2、音声をA2とした。すなわち、V1+A1でGo、V2+A2でNoGoとして訓練した。訓練完了後、V1+A2、V2+A1およびそれぞれの単独刺激をプローブとして提示した。結果、メスはすべて視覚次元に基づいた弁別をしたが、オスは視覚と聴覚双方に依存することがわかった。同様な実験を図形と純音の人工刺激を用いて行うと、雌雄ともに画像にのみ依存した弁別を行った。
神経機能を制御するペルオキシソームタンパク質の同定と機能解析

神経細胞を制御するペルオキシソームタンパク質について理解する上で,ペルオキシソームが神経細胞のどのような部分にどのような状態で存在するのか明らかにする必要がある。これまでに培養神経細胞PC12D細胞の神経突起中にペルオキシソームが多数存在し,さらにその先端である成長円錐にも存在することを報告している。その過程で,PC12D細胞の神経突起中にはペルオキシソームとマイクロペルオキシソームの二種類が存在することがわかった。これまで,軸索中にマイクロペルオキシソームが存在することは報告されていたが,ペルオキシソームが存在することは知られていなかった。ペルオキシソームとマイクロペルオキシソームの二つが神経突起中に存在することには意義があるのではないかと考え,それらの移動に関する解析を行った。その結果,順方向と逆方向にいずれもが移動することがわかった。全部で3131個について3秒ごとに3分間測定した結果,ペルオキシソームが164個(順方向91個,逆方向73個),マイクロペルオキシソームが239個(順方向108個,逆方向131個)移動していた。それぞれの平均速度の平均は0.230μ/secから0.268μ/sec,ピーク速度の平均は0.329μ/secから0.389μ/sec,移動距離の平均は2.92μから3.50μの間にあり,順方向と逆方向,ペルオキシソームとマクロペルオキシソームとの間で特に大きな違いはなかった。移動したペルオキシソームは3分間で約13%であり,移動度はそれほど高くないようである。ペルオキシソームとマイクロペルオキシソームに移動度の違いはみられなかったが,機能分担をしていると考えられるため,やはり神経系で特異的に機能するペルオキシソームタンパク質の解析が必須である。以上の結果については,投稿準備中である。また,線虫の機能未知推定ペルオキシソームタンパク質の遺伝子解析については,クローニングを行い発現解析を行っているところである。神経機能を制御するペルオキシソームタンパク質について理解する上で,ペルオキシソームが神経細胞のどのような部分にどのような状態で存在するのか明らかにする必要がある。これまでに培養神経系細胞PC12D細胞の神経突起中にペルオキシソームが存在することを明らかにしている。そして特に成長円錐に局在していることを報告した。ところがよく調べてみると,PC12D細胞の神経突起中にはペルオキシソームとマイクロペルオキシソームの二種類が存在することがわかった。これまでは,軸索などにはマイクロペルオキシソームが存在することは報告されていたがペルオキシソームが存在していることは知られていなかった。ペルオキシソームとマイクロペルオキシソームの二つが神経突起中に存在するのはそれなりの意義があるのではないかと考え,まずそれらの移動に関する解析(motion time lapse analysis)を行った。その結果,順方向と逆方向にペルオキシソームとマイクロペルオキシソームがそれぞれ移動することがわかった。またそれぞれ100個前後について測定した結果,平均速度は0.2300.268μm/sec,ピーク速度の平均が0.3290.389μm/sec,移動距離の平均が2.923.50μmであり,順方向と逆方向,ペルオキシソームとマイクロペルオキシソームの間で特に大きな違いはなかった。もしペルオキシソームとマイクロペルオキシソームの間でそれぞれの値が大きく異なっていれば,異なるモータータンパク質によって運ばれていると考えられるが,今回の結果からは異なるモータータンパク質によって運ばれているとは必ずしも言えないという結果になった。しかし,神経突起内をペルオキシソームとマイクロペルオキシソームの両方が順方向,逆方向にほぼ同じ速度で移動していることが明らかになった。以上については投稿準備中である。
光散乱法を複雑な高分子系に適用するための新規データ解析法の開発

医療やロボットなどをはじめ様々な分野で目には見えない小さいナノ材料が実用化された場合、その品質・安全性管理に光散乱法はなくてはならない基盤計測技術となる。近年高分子ナノ材料の構造は複雑化しており、それに対応した光散乱法の解析法の改良および他の手法との組み合わせによる新しい解析技術の開発を行った。具体的には、(1)速い緩和成分と遅い緩和成分が共存する溶液における速い緩和成分の解析、(2)相分離溶液における球状共存濃厚相の特性化、(3)ナノサイズの水相を有する逆ミセルの特性化、および(4)両親媒性交互共重合体が水溶液中で形成する花形ミセルとフラワーネックレスの構造解析を行った。現在活発に研究されているナノテクノロジーに基づいて、医療やロボットなどをはじめ様々な分野で目には見えない小さい製品が実用化された場合、その品質・安全性管理に光散乱法はなくてはならない基盤計測技術となる。しかしながら、光散乱法には欠点があり、測定溶液系に僅かなゴミや溶解の不完全性による不溶成分がごく微量混在すると測定結果に重大な影響を及ぼし、正しいデータ解析が行えなくなる。また、高濃度の溶液系の光散乱データには、粒子間相互作用の効果と多重散乱の効果が含まれていて解析が難しい。本研究では、これらの欠点を解消するために、光散乱データから必要な光散乱成分のみを自動的に抽出し、非理想的な溶液系に対する光散乱データも正しく解析できる手法を開発することを目的に行われている。本年度は、ナノテクノロジー分野で重要と考えられる、1会合性高分子、2コロイド粒子、3超分子ポリマー、4高分子・コロイド複合体の代表例について光散乱測定を行い、個々に正しいデータ解析法の確立に努めた。具体的には、水溶液中で花型ミセルやフラワーネックレスを形成するマレイン酸とドデシルビニルエーテルの交互共重合体(P(MAL/C12))に低分子界面活性剤(Triton-X100)および低分子の疎水性物質(ドデカノール)を添加した系、やはり水溶液中で球状ミセルを形成する低分子界面活性剤(ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルピリジニウムクロリド)に低分子の疎水性物質(ドデカノール)を添加した系、およびメタノールー水混合物に会合体・コロイド粒子として分散するアイオノマーの一種である親水化ポリ(ジメチルシロキサン)(HMPDMS)について、静的光散乱と動的光散乱を組み合わせて調べ、それら溶液中での高分子・低分子集合体の構造を解析した。本年度は、以下の2つのテーマについて研究を行った。(1)疎水性物質および水内包高分子ミセルの特性化水溶液中での疎水性物質内包高分子ミセルや、有機溶媒中での水内包高分子ミセルは、ナノキャリアやナノリアクターへの応用が期待されている。その応用の際には、高分子ミセルのサイズや構造を明確に特性化されいることが重要である。本年度は、有機溶媒中に溶解しているポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)とポリスチレンのブロック共重合体が水を添加することにより形成する逆ミセルの特性化法を開発した。また、両親媒性交互共重合体が水溶液中で形成する花型ミセルに疎水性物質を内包させた際のミセル構造を光散乱法と小角X線散乱法を組み合わせて調べる方法の開発を行った。(2)PNIPAM水溶液の相図の決定ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM)のヒドロゲルは体温付近で体積相転移を起こすため、さまざまなスマートマテリアルへの応用が期待されている。その基礎的理解のために、PNIPAM水溶液の相図を決定するのは重要な課題であるが、同系は巨視的な相分離が起こらず、これまでに正確な相図が決められていない。本研究では、コロイド状態のPNIPAM相分離水溶液に対して光散乱測定を行い、相図(バイノーダル)を決定する方法を開発した。上記のいずれの系においても、溶液中に微量の分子会合体が存在し、静的光散乱において、低散乱角での異常散乱が観測された。この異常性を除くために、動的光散乱を同時に測定し、その緩和時間スペクトルを利用して、異常散乱成分を含まない主要散乱成分に対する散乱関数の抽出に成功した。そして、得られた主要成分の散乱関数を利用して、以下の事柄を明らかにすることができた。(1)低分子界面活性剤と低分子の疎水性物質を混合した水溶液系での主要成分である疎水性物質取り込み球状ミセルは、通常の球状ミセルと同じ解離会合平衡式で記述でき、臨界ミセル濃度付近でも異常な挙動は示さなかった。

(2)両親媒性交互共重合体(P(MAL/C12))に低分子の疎水性物質を加えた水溶液での主要成分である花型ミセルは、疎水性物質取り込みにより構造変化を起こし、その構造変化により項目(1)の低分子界面活性剤が形成する球状ミセルよりも疎水性物質をより多く取り込むことができることを明らかにした。(3)両親媒性交互共重合体(P(MAL/C12))に非イオン性の低分子界面活性剤を加えた水溶液での主要成分は、P(MAL/C12)のドデシル基を内包した低分子界面活性剤ミセルとP(MAL/C12)鎖の複合体を形成し、剛直な線状鎖として溶液中に存在することを明らかにした。(4)親水化ポリ(ジメチルシロキサン)(HMPDMS)は、水の含量が50 vol%より低いメタノールー水混合物にはわずかに会合した状態で溶解するが、水の含量が50 vol%を超えると、相分離を起こし2相状態となる。ただし、溶解直後の濃厚相はコロイド状で、ゆっくりと凝集する。なお、上記の研究成果を紹介した光散乱法に関する教科書「光散乱法の基礎と応用」を講談社サイエンティフィックより発刊した。高分子溶液学本研究は、順調に成果を上げており、また今年度は予定にはなかった光散乱の教科書を発刊して、同方法の教育・普及に寄与できた。来年度は、静的光散乱と動的光散乱に電気泳動光散乱をさらに組み合わせ、より複雑な分子集合体の構造解析法の確立を目指す。
グラビティMRIによる臨床用頭蓋内環境モニタリング法の確立

本研究は磁気共鳴イメージング(MRI)装置において体位を変化させて,重力代償能や変位変形度などの脳局所の新たな機能情報を非侵襲的に取得して頭蓋内環境恒常性と脳組織物性を評価する頭蓋内環境モニタリング法「グラビティMRI」を確立して臨床利用することを目的としている.平成30年度は前年度までの研究の進展に主眼をおき,特に脳の重力代償能の研究に取り組んだ.前年度に明らかにした脳の水分子拡散の心周期における変化(脳内水分子揺動量)が仰臥位よりも座位の方が大きくなる原因を解明するために,脳内水分子揺動量のドライビングフォースである動脈血流波形を調べた.その結果,脳血流量とその心周期最大拍動変化量が座位と仰臥位において有意に変わらなかったにもかかわらず,座位時は仰臥位と比較して脈拍が有意に増加していた.この脈拍の増加,すなわち脳血流の拍動周期が短くなったために脳内水分子に伝播する運動エネルギーが増加したことが,脳内水分子揺動を増加させる一因であることが判明した.さらに今年度は中脳水道と頭蓋脊髄腔境界部の髄液拍動(髄液ストロークボリウム)を測定して比較検討した.その結果,座位の頭蓋脊髄腔境界部の髄液ストロークボリウムは仰臥位と比較して有意に低下したが,中脳水道においては両姿勢に有意な差が認められなかった.これは頭蓋腔と脊髄腔では圧代償能が異なり,心周期における頭蓋内圧の上昇は主として脊髄腔よって代償されるため,姿勢変化時の頭蓋腔の圧代償能を髄液拍動によって評価する際は,中脳水道よりも頭蓋脊髄腔境界部の断面の方が望ましいことが明らかになった.一方,脳の変位変形度について特発性正常圧水頭症例と鑑別が困難とされる無症候性脳室拡大例もしくは脳萎縮例を比較することに関しては,症例数が十分な統計量に達していないため,次年度以降も引き続き検討して脳組織物性の評価手法を確立する予定である.本研究は磁気共鳴イメージング(MRI)装置において体位を変化させて,重力代償能や変位変形度などの脳局所の新たな機能情報を非侵襲的に取得して頭蓋内環境恒常性と脳組織物性を評価する頭蓋内環境モニタリング法「グラビティMRI」を確立して臨床利用することを目的とするが,平成28年度は重力代償能や変位変形度を求める手法の開発を中心に,研究代表者の所属施設にある任意の姿勢保持が可能なMRI装置(全姿勢MRI)と手法の汎用性確認のために一般のMRI装置(汎用MRI)を使用して実施した.重力代償能の研究については,頭蓋内圧(圧力勾配),頭蓋内コンプライアンス,水分子拡散係数,水分子揺動度,脳血流量の新規解析手法を開発すると同時に,これら解析値を全姿勢MRIでは座位と水平仰臥位,汎用MRIでは水平仰臥位と軽度頭低位(軽度頭低位は宇宙空間と同じ頭蓋内環境を想定)で健常ボランティアにおいて比較した.その結果,現時点では軽度頭低位の圧力勾配が水平仰臥位と比較して有意に増加し,増加の度合いは頭低位の角度に依存することが判明している.次に脳の変位変形度の研究に関しては,左側臥位と右側臥位,仰臥位と腹臥位の各体位の組み合わせにおいて,MRIを使用して脳の形態画像(三次元フーリエ変換T1強調像)を取得し,重力変形度解析用の新たなコンピュータプログラムを開発して健常ボランティアにおいて検討した結果,左側臥位と右側臥位の組み合わせよりも仰臥位と腹臥位の組み合わせの方が被験者の負担と画質において優れているとことが判明した.以上を検討しながら,臨床例(特発性正常圧水頭症)評価の準備を整えた.平成28年度の交付申請時に提出した「主要課題の重力代償能及び変位変形度を求める手法の開発」を,研究代表者の所属施設にある任意の姿勢保持が可能なMRI装置(全姿勢MRI)と手法の汎用性確認のために一般のMRI装置(汎用MRI)を使用して実施し,一定の成果を出したため.本研究は磁気共鳴イメージング(MRI)装置において体位を変化させて,重力代償能や変位変形度などの脳局所の新たな機能情報を非侵襲的に取得して頭蓋内環境恒常性と脳組織物性を評価する頭蓋内環境モニタリング法「グラビティMRI」を確立して臨床利用することを目的としている.平成29年度は平成28年度に引き続き脳の重力代償能や変位変形度の解析手法の研究に取り組んだ.重力代償能の研究に関しては,研究代表者が開発した任意姿勢を保持して脳の画像を取得可能な全姿勢MRI装置を使用し,立位時と臥位時における脳血流,髄液拍動,脳の水分子拡散並びにその心周期における変化(脳内水分子揺動量)を比較した.その結果,仰臥位と比較して,座位の椎骨動脈,内頸静脈血流量及び髄液ストロークボリュームは有意に低下し,脳内水分子揺動量,椎骨及び硬膜外静脈血流量は有意に増加した.これらの立位時と座位時における変化量から重力代償能を評価可能なことが判明した.脳の変位変形度の研究については臨床検討を開始した.仰臥位と腹臥位の各体位で脳のMRI(三次元フーリエ変換T1強調画像)を取得し,両画像から独自開発プログラムによって算出した重力による脳局所変位量は,症例数は十分でないものの特発性正常圧水頭症例と健常例では変わらない可能性が高いことが判明した.そこで次の検討として,特発性正常圧水頭症例としばしば鑑別が困難とされる無症候性脳室拡大例もしくは脳萎縮例と比較する準備を整えた.

平成29年度の研究が,昨年度の実施状況報告書に記した「今後の推進方策」の通りに進めることができて,一定の成果が得られたため.本研究は磁気共鳴イメージング(MRI)装置において体位を変化させて,重力代償能や変位変形度などの脳局所の新たな機能情報を非侵襲的に取得して頭蓋内環境恒常性と脳組織物性を評価する頭蓋内環境モニタリング法「グラビティMRI」を確立して臨床利用することを目的としている.平成30年度は前年度までの研究の進展に主眼をおき,特に脳の重力代償能の研究に取り組んだ.前年度に明らかにした脳の水分子拡散の心周期における変化(脳内水分子揺動量)が仰臥位よりも座位の方が大きくなる原因を解明するために,脳内水分子揺動量のドライビングフォースである動脈血流波形を調べた.その結果,脳血流量とその心周期最大拍動変化量が座位と仰臥位において有意に変わらなかったにもかかわらず,座位時は仰臥位と比較して脈拍が有意に増加していた.この脈拍の増加,すなわち脳血流の拍動周期が短くなったために脳内水分子に伝播する運動エネルギーが増加したことが,脳内水分子揺動を増加させる一因であることが判明した.さらに今年度は中脳水道と頭蓋脊髄腔境界部の髄液拍動(髄液ストロークボリウム)を測定して比較検討した.その結果,座位の頭蓋脊髄腔境界部の髄液ストロークボリウムは仰臥位と比較して有意に低下したが,中脳水道においては両姿勢に有意な差が認められなかった.これは頭蓋腔と脊髄腔では圧代償能が異なり,心周期における頭蓋内圧の上昇は主として脊髄腔よって代償されるため,姿勢変化時の頭蓋腔の圧代償能を髄液拍動によって評価する際は,中脳水道よりも頭蓋脊髄腔境界部の断面の方が望ましいことが明らかになった.一方,脳の変位変形度について特発性正常圧水頭症例と鑑別が困難とされる無症候性脳室拡大例もしくは脳萎縮例を比較することに関しては,症例数が十分な統計量に達していないため,次年度以降も引き続き検討して脳組織物性の評価手法を確立する予定である.平成29年度は引き続き,重力代償能や変位変形度などの脳局所の新たな機能情報を取得して頭蓋内環境恒常性と脳組織物性を評価するグラビティMRIシステムの確立を目指す.そのために開発した各種のグラビティMRI解析手法を統合してシステム構築しながら,新手法を開発して検証後にこのシステムに組み込む.同時に健常ボランティアにおいてグラビティMRIの各種解析値を蓄積しながら実用性の高い手法を絞り込んで,特発性正常圧水頭症を中心に臨床検討を開始する.これらは平成30年度中にまとめ上げ,グラビティMRIの有用性及び適用について報告する.
話者適応と文法誤りモデリングを用いた外国語教育システムの開発

1.発音評価の高精度化音声認識技術を応用し,外国語学習者の発音誤りを検出する方法を開発した.対象は日本人の英語学習と韓国人の日本語学習である.誤り検出精度を向上させるため,日本語と英語の音響モデルを同時に適応するバイリンガル話者適応の手法を開発した.また,発音誤り検出の厳密さが文脈に依存する問題を解決するため,決定木を用いた誤り検出手法を開発し,日本人の英語発音に対して90%以上の精度で誤り発音を検出することができた.2.イントネーション・リズムの評価発音だけでなく,韻律のよさを自動評価するため,イントネーションとリズムの評価手法を開発した.イントネーションに関しては,対数基本周波数およびその時間微分,対数パワーおよびその時間微分を特徴量として用いるのがよいということを見出した.また文の中の単語によってイントネーション評価の厳密さを変えるため,決定木を用いて単語の重要度を自動推定する手法を開発した.リズム評価については,特徴量として単語持続時間比が有効であることを発見した.3.対話型CALLシステムの開発コンピュータと対話しながら外国語を学習する「対話型CALLシステム」において,学習者の発話に含まれる文法誤りを自動的に検出する方法を開発した.日本語の学習においては,正解文に誤りルールを適応した有限オートマトンを用いて音声認識する手法を開発した.また,英語の学習においては,誤りルールを用いて自動生成したコーパスからn-gram言語モデルを学習する方法を開発した.1.発音評価の高精度化音声認識技術を応用し,外国語学習者の発音誤りを検出する方法を開発した.対象は日本人の英語学習と韓国人の日本語学習である.誤り検出精度を向上させるため,日本語と英語の音響モデルを同時に適応するバイリンガル話者適応の手法を開発した.また,発音誤り検出の厳密さが文脈に依存する問題を解決するため,決定木を用いた誤り検出手法を開発し,日本人の英語発音に対して90%以上の精度で誤り発音を検出することができた.2.イントネーション・リズムの評価発音だけでなく,韻律のよさを自動評価するため,イントネーションとリズムの評価手法を開発した.イントネーションに関しては,対数基本周波数およびその時間微分,対数パワーおよびその時間微分を特徴量として用いるのがよいということを見出した.また文の中の単語によってイントネーション評価の厳密さを変えるため,決定木を用いて単語の重要度を自動推定する手法を開発した.リズム評価については,特徴量として単語持続時間比が有効であることを発見した.3.対話型CALLシステムの開発コンピュータと対話しながら外国語を学習する「対話型CALLシステム」において,学習者の発話に含まれる文法誤りを自動的に検出する方法を開発した.日本語の学習においては,正解文に誤りルールを適応した有限オートマトンを用いて音声認識する手法を開発した.また,英語の学習においては,誤りルールを用いて自動生成したコーパスからn-gram言語モデルを学習する方法を開発した.まず、基礎データ収集として、「韓国人話者による日本語発声中の文法誤り」の収集を行った。20名の韓国人話者について、「日本人との日常会話」および「日常会話文の韓文和訳」をタスクとし、397の発話を収集した。これらの発話について、日本人話者による文法誤りのタグ付けを行った。また、日本人話者の英語発音にっいては、峯松らによる「日本人の英語データベース」に含まれる10名分の音声に対して、英語母語話者10名による発音誤りラベリングを行った。次に、VFS法を用いてL2音声を話者適応する実験を行った。まず不特定話者による英語と日本語の音素モデルを学習し、次に日英バイリンガル話者の日本語音声を用いて英語・日本語両方の音素モデルの話者適応を行った。その結果、英語音響モデル・日本語音響モデルそれぞれの単独の認識性能は改善することがわかった。また、2つの音響モデルを組み合わせたバイリンガル音響モデルを作成し、バイリンガル話者の英語発音に適用したところ、話者適応なしの場合と比べて音素認識性能が改善した。これと同じ実験を、今度は日本語母語話者について行った。すると、日本語音素モデルについては性能が改善するものの、バイリンガル音素モデルについては性能が低下することがわかった。その原因を調べたところ、正しい英語発音の音素を日本語音素と誤認識する傾向が見られた。次に、MLLR法を用いて同じ実験を行った。その結果、VFS法を用いた場合よりは音素認識性能が向上するものの、性能向上の度合いはごく少ないことがわかった。最後に、バイリンガル話者音声を用いたMLLR話者適応の実験を行った。この実験では、まず日英バイリンガル話者の音声を収集し、日本語と英語の不特定話者音素モデルをいったんこのバイリンガル話者に適応させる。その後、バイリンガル話者に適応された2つの音素モデルを、学習者の、日本語音声によって適応する。その結果、バイリンガル話者音声を使わずにMLLR適応した場合と比較して、音素認識率が約5%向上した。日本人による英語の発音誤り検出法を改良するため、話者適応学習を用いた日本語・英語2言語音響モデルの作成を試みた。これまでの手法では、バイリンガル話者による英語と日本語の音声を用いて話者適応を行っていたが、音素認識率での改善幅が約5ポイントに留まっていた.今年度の研究では,バイリンガル音声とSAT(Speaker Adaptive Training:話者適応学習)法を用いて話者適応のためのコンパクトなモデルを作成し,これを種モデルとしてMLLR適応を行うことによって学習者の音声に適応した2言語音響モデルを作成した.その結果,適応なしの場合と比較して音素認識率を約10ポイント改善することができた.

これは,バイリンガル音声とMLLR適応のみを用いた適応結果のうち,最も性能の良かった結果を5ポイント上回る性能である.次に、韓国人話者の日本語文音声における日本語の文法誤りを調査した。対象は、昨年度収録した韓国語母語話者による日本語発話である。旅行に関する日常会話をタスクとし、日本語母語話者と韓国語母語話者との日本語による会話を収録したものである。収録にあたり、会話の前に類似した会話の学習(pre-exercise)を行った場合と行わない場合の両方を収録し、比較分析した。文法誤りを「タスク外発話」「構文誤り」「語彙誤り」の3つに分類して比較した結果、pre-exerciseを行った後の発話ではタスク外発話の比率が大きく減少した(15%→5.4%)一方、構文誤りや語彙誤りの比率はあまり減少しないことがわかった。また、構文・語彙誤りとしては助詞の誤りと動詞の活用誤りが大部分であることがわかった。この文法誤り調査結果に基づき、「文法誤りルール」を作成した。これは、ある日本語文に対して適用することにより、韓国語話者が発声する誤り文を生成するルールである。今年度は,SATを用いて精度を高めたバイリンガル音響モデルを用いて,日本語話者の英語発声の発音誤りを検出する手法を開発した.従来のバイリンガル音響モデルを用いた発音評価法では,あらかじめ予測された誤りを含むモデルと誤りを含まないモデルの2つのモデルを使って学習者の発声をスコア付けし,その差によって発音評価を行っている.このとき,スコア差があらかじめ決められた閾値を超えるかどうかで発音誤りを検出していた.しかし,ある発音が誤りと判断されるかどうかは,その発音の種類や音素の環境などに影響される.そこで,誤りの種類と誤り候補となる音素の環境を決定木によってクラスタリングし,そのクラスタごとに最適な誤り判定閾値を設定する方法を開発した.この方法では,当該音素およびその前後の音素,誤りの種類に関する質問を準備し,それぞれの質問でデータを2分割した時の最適な閾値をすべて計算する.このときに最も誤り検出精度の高い質問を選択してデータを最終的に2つに分ける.次に,2つに分けたデータのそれぞれをまた別の質問で分割し,これを再帰的に繰り返すことで判定精度を向上させる.実験の結果,従来手法の発音誤り検出精度が64%であるのに対し,提案法は90%の精度を得ることができた.次に,日本人の英語発話について,作成した文法誤りルールに基づき,実際の発話から文法誤りを検出する方法について検討した.日本人の英作文コーパス(SSTコーパス)から誤りルールを自動的に抽出し,正解文章に対してルールを適用することで,文法誤り発話を受理する有限オートマトンを生成する.そのオートマトンを用いて入力音声を認識することで,誤りを含んだ英語発話を認識することができる.実験の結果,認識した単語列と実際の(誤りを含む)発話との一致度は64%であり,十分な性能は得られなかった.
シラス急斜面に発生する浸透破壊機構の解明

浸透破壊現象を明らかにするためには乱さない試料による試験が必要であるが、乱した試料によるパイピング試験から以下の結論に達した。上粒子は浸透力によって骨格構造の隙間を移動して流出し、限界勾配になるとパイピングによって土は破壊する。その原因になる土粒子の内部安定性は均等係数(Uc)と安定指数(H/F)によって表示されるが、両者をフラクタル次元(D)で表わす方法を提案したすなわちUc≦20、H/F≧1の内部安定はD≦2.5、Uc≧20,H/F≦1の内部不安定はD≧2.5で表示できる。この新方法を適用するとシラスの2/5は内部安定であるが、3/5は内部不安定な状態である。不安定なシラスの限界動水勾配は理論値の1/2から2/3に低下し、シラスでは極めて小さい動水勾配でパイピングが発生する。シラスの浸透力に対する抵抗性から、シラス崖の浸透破壊は次の過程を経て生ずる。まず低圧力の浸透水で細粒子が流失して浸透孔が形成され、その周囲の土塊が薄片状に剥離するとともに、浸透水の集中によって浸透孔はその下底部が浸食されて拡大する。この孔が拡大するとその上部が自重によって崩落する。このような浸透破壊の規模は小さいものの繰り返し生じ、無降雨状態でも突然発生するので危険度が高く、予知も困難である。研究手法の検討,実験装置の組み立て,水文データ収集および現地調査を経て,得られた特筆すべき成果は下記の2点である。1.シラス層内の雨水の浸透経路:シラス層にはその堆積様式から噴気孔跡が存在する。この噴気孔は直径10010cmの礫質で柱状に発達している。シラスの透水係数10^<-4>10^<-3>cm/sに比べて礫層の透水性は10^1cm/s以上であり,ほぼ垂直に形成されている噴気孔跡は雨水が短期間に下降する浸透経路に当ると推測できる。2.シラスの限界動水勾配(i_c)と破壊動水勾配(i_f)との関係:土中のつりあい式より,i_f=i_c+σ_d・tanφ/(γ_w・r)+2c/(γ_w・r)を得た。ここにφは内部摩擦角,cは粘着力,σ_dはダイレイタンシーによる応力,γ_wは水の単位体積重量,rはパイピング孔の直径である。c=0とみなせるシラスではσ_dの正,負によってi_f>i_c,i_f<i_cの関係になる。土の単位体積当りの仕事式よりσ_d=σ_1(dε_v/dε_1)(圧縮時),σ_d=σ_3(dε_v/dε_3)(伸張時)となるから,圧縮状態ではσ_1>0,dε_v>0,dε_1>0よりσ_d>0である。伸張状態ではσ_3>0,dε_v>0,dε_3<0となり,σ_d<0が得られた。この結果,膨張をともなうシラスの浸透破壊は限界動水勾配よりは小さい動水勾配で発生すると考えられる。その原因になる土粒子の内部安定性は均等係数(Uc)と安定指数(H/F)によって表示されるが、両者をフラクタル次元(D)で表わす方法を提案したすなわちUc≦20、H/F≧1の内部安定はD≦2.5、bc≧20,H/F≦1の内部不安定はD≧2.5で表示できる。不安定なシラスの限界

動水勾配は理論値の1/2から2/3に低下し、シラスでは極めて小さい動水勾配でパイピングが発生する。シラスの浸透力に対する抵抗性から、シラス崖の浸透破壊は次の過程を経て生ずる。まず低圧力の浸透水で細粒子が流失して浸透孔が形成され、その周囲の土塊が薄片状に剥離するとともに、浸透水の集中によって浸透孔はその下底部が浸食されて拡大する。この孔が拡大するとその上部が自重によって崩落する。このような浸透破壊の規模は小さいものの繰り返し生じ、無降雨状態でも突然発生するので危険度が高く、予知も困雉である。
肥満改善を主とした小学校の食・生活習慣改善プログラムの開発と評価

肥満割合の高い県北地域の1地域の全小学校を対象とし、4年生に焦点を当てた肥満改善を主とした食・生活習慣改善プログラムを開発し実施した。介入校では2時間の保健授業、週2回の運動等のプログラムを実施した。肥満割合に有意な変化はみられなかったが、介入前後の生活・食習慣と健康に関するアンケート調査結果から、介入校では夜食の回数の減少、生活習慣病の知識等で改善がみられ、小学生の早い時期に健康や病気について学ぶことで将来の肥満を防ぐことが出来る可能性が示された。岩手県は5歳から17歳までの肥満傾向児の出現率において、全ての学年で全国平均を上回っており、また、県内の肥満傾向児の出現率に地域差があることから、これまで県北地域と県中央地域の地域差要因に注目して調査してきた。本研究では、その結果を踏まえ、肥満割合の高い県北地域内の1地域(久慈地域)の全小学校を対象とし、小学4年生に焦点を当てた肥満改善を主とした食・生活習慣改善プログラムを開発して実践し、その内容と効果を評価する。1年目の平成25年度は、養護教諭へのアンケート調査から久慈地域の学校保健活動の実態を把握し、また、全小学校の全学年の身体測定値を回収し肥満度を算出した。久慈地域は、ほぼ全ての学年で岩手県の肥満割合を上回り、特に男子の肥満割合は小学46年で約20%、女子では小学4年生が突出しており、約21%であった。小学4年生を対象とする肥満改善を主とした食・生活習慣改善プログラム案を作成し、地域内の養護教諭との連絡会の中で、生活習慣を振り返る方法、保健学習内容や学校での取り組みについて検討した。平成26年度には、地域の15小学校の内、3小学校を介入校とし、2学期間を介入期間としてプログラム実施する。介入前後に、全小学校の小学4年生で身体測定と、食・生活習慣、健康に関するアンケート調査を実施する予定であり、アンケート調査内容を検討する。また、全小学校の保護者を対象とした「久慈健康便り」を毎月発行する予定である。久慈地域の肥満状況を把握するため、1年目に引き続き、全小学校の全学年の身体測定値を収集した。平成26年度は6年男子で少し肥満割合が減少したものの、5年生では約20%であった。1年男子は全国の約4%と比べて約17%と高かった。女子は、前年度の4年生が5年生となり引き続き20%を超える肥満割合だった。研究2年目となる平成26年度は、介入校3校(116名)でプログラムを実施し、その他12校(217名)を対照校として取り組んだ。プログラムの実施期間は2学期(約3ヶ月間)とし、学級担任と研究者との共同保健授業2回(動脈硬化と糖尿病)、保護者対象の保健教育1回、栄養教諭による食育授業1回、週2回の運動を実施した。最初に保健授業を実施し、その後に振り返りチェック表を用いて生活習慣を見直し、それを基に目標を3つ設定して取組み、毎週金曜日に目標の達成度を確認した。全小学校での共通の実施項目として、1年間「久慈健康便り」を毎月配信し、生活習慣病に関わる話題を提供した。また、介入前(夏休み前)と介入後(冬休み前)に、生活・食習慣と健康に関するアンケート調査を実施し、さらに介入前後と年度末に身体測定を行った。肥満割合の変化をみると、介入前では、男子は介入校14.9%、対照校16.6%、女子は介入校16.4%、対照校4.4%であったが、介入後では、男子は介入校16.4%、対照校15.0%、女子は介入校13.1%、対照校5.5%であった。介入前後で有意な差はみられなかった。一方、生活・食習慣と健康に関するアンケート調査では、介入校では、食習慣において、給食の残食や夜食の回数、砂糖の量を意識する項目等で改善していた。また、介入校、対照校ともに、生活習慣病の知識において「知っている」と回答する割合が高くなった。特に、介入校では、介入前は23.3%であったが介入後には94.8%となった。久慈地域の肥満状況を把握するため、1年目、2年目に引き続き、最終年度も全小学校の全学年の身体測定値を収集した。平成27年度は、男子では4年生で最も肥満割合が高く約20%であった。全学年で岩手県と全国の平均を上回っていた。女子は、6年生で最も肥満割合が高く約24%で、3年間を通して20%を超える肥満割合だった。研究最終年となる平成27年度は、前年度に実施した介入研究の結果を詳細に解析した。介入群(3校)と対照群(12校)の各群で、介入前後の肥満児童の割合を解析した結果、有意な差はみられなかったものの、食・生活習慣及び健康に関する知識・意識のアンケート項目については、介入群で、夜食の回数の減少や給食等の食習慣においてプログラムの効果がみられた。また、両群で、生活習慣病の知識、家族と病気や健康について話すことで効果が示された。同様のアンケート項目について多肢の回答を2肢に再分類し、介入前後で「改善・維持」と「悪化・不変」の2群に分けて両群を比較したところ、介入群では、夜食の回数の減少、生活習慣病についての知識、健康や病気への関心の項目で改善がみられた。今回の研究を通して、短期間での肥満改善はみられなかったが、小学4年生の段階で保健教育を行うことで、知識の習得や行動変容に結びつくことが示された。

介入校3校で学級担任と研究者との共同保健授業を2回実施したが、学校現場で新たに2時間を確保することは難しいという養護教諭からの意見を踏まえ、パワーポイントで同様の内容(動脈硬化と糖尿病)の2つのショートプログラムを開発した。各学校の現状によりプログラムをアレンジできるように工夫し、岩手県内の小学校での活用を考え、県や市町村の教育委員会を通して配布した。肥満割合の高い県北地域の1地域の全小学校を対象とし、4年生に焦点を当てた肥満改善を主とした食・生活習慣改善プログラムを開発し実施した。介入校では2時間の保健授業、週2回の運動等のプログラムを実施した。肥満割合に有意な変化はみられなかったが、介入前後の生活・食習慣と健康に関するアンケート調査結果から、介入校では夜食の回数の減少、生活習慣病の知識等で改善がみられ、小学生の早い時期に健康や病気について学ぶことで将来の肥満を防ぐことが出来る可能性が示された。介入校3校で、計画通りに、小学4年生を対象として肥満改善を主とした食・生活習慣改善プログラムを実施することが出来た。久慈地域の全小学校と教育委員会の協力の下、介入前後で、食・生活習慣と健康に関するアンケート調査ならびに身体測定を実施し、現在は、データ解析を行っている。公衆衛生学・健康健康科学プログラム実施に関わるデータを解析し、国内外で発表していく。また、久慈地域の学校保健大会のシンポジウムで、今回の取組みについて発表し、情報を共有する予定である。保健授業での使用教材については、簡易バージョンがあると指導しやすいという要望があったため、教材を開発していく。久慈地域の全小学校からの協力を得られ、養護教諭を中心に学校との連携がとれており、今後介入する3小学校との打ち合わせも順調に進んでいる。研究打ち合わせの旅費と教材費が安く済んだため。小児肥満対策のプログラムの介入にあたり、介入校である3小学校とは密に連絡をとり、また、対照校となる他の小学校とも情報共有をしながら進めていく。昨年度作成した教材をアレンジして作成する際に使用する予定である。物品費での支出が不足したため。プログラム実施の際の教材費として使用する。
乳房再建のためのbFGF遺伝子導入脂肪前駆細胞を用いたヒト脂肪組織の再生

1)乳癌手術時に得られる脂肪組織より分離したstromal細胞をin vitroで増殖させ、継代すると、stromal細胞の増殖能はbFGF添加、非添加にかかわらず10継代を通じて維持された。bFGF添加群での増殖は大きく、4継代目で最初の1000倍以上に達した。一方、成熟脂肪細胞への分化能は3継代目まで維持されたが、その後は徐々に低下した。これらの結果から、脂肪組織再生の細胞源として脂肪成熟細胞への分化能を低下させずに細胞数を増加させるためには、3継代が適当であると考えられた。2)脂肪組織の提供を受けた患者の自己血清を添加して培養すると、stromal細胞はFCS添加時より増殖が亢進し、腋窩リンパ節郭清後に貯留する浸出液を培地に加えた場合はFCS添加と同等の増殖を示し、stromal細胞が生体内でも増殖をすることと、in vitroの増殖でも使用できることが明らかとなった。3)stromal細胞をbFGF添加培地で2継代して増殖させ、徐放化したbFGFと共にscaffoldとなるcollagen diskに取り込んで、ヌードマウス背部に移植した。埋め込み後12週で組織を採取して観察すると、2×10^6cellsのstromal細胞を移植した群では再生脂肪組織の割合が最も高かったが、ヒト・ビメンチン陽性のヒト由来再生脂肪組織は1%以下であった。一方、8×10^6cellsのstromal細胞を移植した群では再生脂肪組織に占めるヒト由来の脂肪組織の割合は約15%であった。4)in vitroで用いたadenovirusを使用したbFGF遺伝子導入法ではそのまま臨床に応用することはハードルが高いと判断し、adenovirusを用いないbFGF遺伝子導入法の検討を始めた。この検討についてはまだ十分な結果が得られなかったので、引き続き研究を継続する予定である。組織再生には至適な(1)細胞源、(2)足場、(3)増殖・分化因子が必要である。脂肪組織への分化能を維持する脂肪組織由来脂肪前駆細胞は、脂肪組織への分化能を持ち、脂肪組織再生の細胞源となると考えられるが、臨床応用に耐えられる量の脂肪組織を再生させるためにどの程度の細胞数を必要とするかは不明であった。我々は、十分な細胞数を得るためにヒト脂肪前駆細胞の至適継代数について検討した。bFGF添加群と非添加群とそれぞれ10継代まで行い、MTT assayにて増殖能を、GPDH activity assayにて分化能の変化を評価した。10継代まで、播種時の細胞数が回収時にはbFGF非添加群で、1.42.6倍に、bFGF添加群で4.57.2倍に増加し、bFGF添加の有無に関わらず、いずれの群でも増殖能は維持された。MTT assayでも同様に結果を得た。分化能に関しては46継代まで分化能は保たれているがそれ以降は低下した。その傾向はbFGF添加群で特に強く見られた。これらの結果は、4継代すれば脂肪細胞への分化能を有した脂肪前駆細胞を106108個確保できることを示している。この結果を踏まえ、ヒト脂肪組織より単離した脂肪前駆細胞にbFGFを添加して3継代して増殖させた細胞を用いてin vivoでの実験を行った。typeI collagenでできたscaffoldにgelatin microsphereを用いてbFGFを徐放したもの、しないものを用意した。これらそれぞれに細胞数0、5×105、2×106、8×106個の脂肪前駆細胞を含浸させ、6週齢・雌のヌードマウス背部皮下に埋め込みを行った。

埋め込み後6週、および12週後に犠牲死させ、H-E染色とoil red o染色にて再生脂肪の評価を行ったところ、埋め込み後12週での脂肪再生が良好であり、細胞数を多く埋め込んだものに特に良好な脂肪組織再生が見られた。また、アデノウイルスを用いてbFGFを脂肪前駆細胞に遺伝子導入し、細胞が自律的に増殖することを確認した。至適な感染効率を検討し、in vivoの実験で用いる準備を行っている。1)乳癌手術時に得られる脂肪組織より分離したstromal細胞をin vitroで増殖させ、各段階での成熟脂肪細胞への分化能を検討した。stromal細胞の増殖能はbFGF添加、非添加にかかわらず10継代を通じて維持された。bFGF添加群での増殖は大きく、4継代目で播種時の1000倍以上に達した。一方、bFGF添加群での成熟脂肪細胞への分化能は3継代目まで維持されたが、その後は徐々に低下した。これらの結果から、脂肪成熟細胞への分化能を低下させずに細胞数を増加させるためには、3継代が適当であると考えられた。2)脂肪組織の提供を受けた患者の自己血清および腋窩リンパ節郭清後に貯留する浸出液を培地に加えてstromal細胞の増殖を検討した。自己血清はFCSよりstromal細胞の増殖を亢進し、腋窩の浸出液はFCSと同等の増殖促進効果を示し、in vitroの増殖にFCSの代わりの用いることが可能であることが明らかとなった。3)in vivoの脂肪組織再生に与える脂肪前駆細胞数の効果を検討した。stromal細胞をbFGF添加培地で2継代して増殖させ、0、5×10^5、2×10^6、8×10^6cells各々を、徐放化したbFGFと共にcollagen discに滴下し、6週齢・雌のヌードマウス背部に移植した。埋め込み後12週で安楽死させ、標本はH-E染色、oilredo染色、anti-human vimentin染色を行い、再生脂肪組織およびヒト由来再生脂肪組織を評価した。2×10^6cellsを徐放化したbFGFと共に移植した標本では再生脂肪組織の割合が最も高かったが、ヒト由来再生脂肪組織は1%以下であり大半はマウス由来であった。8×10^6cellsを徐放化したbFGFと共に移植した標本では再生脂肪組織に占めるヒト由来の脂肪組織の割合は約15%と最大であった。
軟骨細胞の機械的刺激応答機構にSmall GTPasesが果たす役割に関する研究

軟骨組織は顎口腔系の機能を担う顎関節のみならず、全身の関節、気管、耳介、鼻中隔など多くの器官の構造を支える支持組織として機械的刺激に対応しながら機能する重要な骨格組織の1つである。これらは、単に機械的に組織を支えるばかりではなく、全身の骨格の成長発育にも主体的な役割を果たし、その分化、代謝のメカニズムを解明することは、顎顔面の成長発育や種々の関節疾患の発症のメカニズムを理解するために非常に重要である。ことに、顎顔面の成長発育を制御する上で、軟骨細胞の分化、増殖および代謝のメカニズムとこれを制御する因子の機能を解明することは歯科矯正学の最重要課題の一つである。これまでの我々の研究から、剪断応力や伸展力を軟骨細胞に負荷した場合、胎仔由来の分化中の軟骨細胞の分化や、成熟した二次軟骨組織の軟骨細胞の成熟が抑制され、あるいは、成熟した軟骨細胞が脱分化することも示されてきている。一方、圧縮力負荷が軟骨細胞の分化を促進することも示されている。これらのことは、軟骨細胞に対する機械的刺激の定量的あるいは定性的な差違が、刺激を受けた軟骨細胞の反応の差を生み出していることを示している。本研究においては、軟骨細胞の機械的刺激に対する応答機構においてチロシンリン酸化経路を経由した細胞内情報伝達系、特にextracellular signal-regulated kinase(ERK-1/2)および低分子GTP結合型タンパク質Rhoが果たす役割を検討することを目的とした。ラット胎仔由来間葉系細胞を用いた細胞培養系に対して伸展刺激を負荷し、軟骨細胞に分化しつつある間葉系細胞におけるRho GTPaseおよびERK-1/2の活性化および遺伝子発現を、それぞれ、western blotting法およびRT-PCR法を用いて検討した結果、進展刺激負荷直後からRho-GTPaseの遺伝子発現および活性化とERK-1/2の遺伝子発現の上昇を伴わない活性化が認められた。結果的に伸展刺激は軟骨細胞の分化を抑制したことから、軟骨細胞の機械的刺激受容機構においてこれらの分子が重要な役割を担っていることを示している。顎口腔機能複合体の成長発育は、それ自身が果たす役割、すなわち咀嚼・発音機能と複雑に関連しあいながら遺伝的要因および環境的要因とに制御されていると考えられている。この成長発育は、鼻上顎複合体および下顎骨における軟骨内骨形成および膜内骨形成によって行われるが、その中でも下顎頭軟骨における成長発育は下顎骨の成長方向や成長量を決定する成長の中心の一つ、として重要な役割を担っている。本研究では、メカニカルストレスが軟骨細胞分化に与える影響を分子レベルで解明することを目的として、おもに細胞一細胞外基質間に形成される接着斑を構成するインテグリン、細胞骨格,細胞骨格関連分子、細胞内シグナル伝達分子および細胞外基質分子の果たす役割を分子生物学的に解析した。特に,インテグリンを介した細胞外基質と細胞の接着を通して、Rho GTPaseおよびExtracellular signal-regulated kinase(ERK)への細胞内情報伝達系の活性化を検討するために、RT-PCR法を用いてRho GTPaseの遺伝子発現を解析し、同時に免疫染色によりERKの発現とメカニカルストレス負荷に伴うERKのリン酸化、核移行を検討した。培養軟骨細胞においてRho GTPaseの遺伝子発現が認められることを発見し、メカニカルストレス負荷にともない、ERKのリン酸化が起こること、さらにはリン酸化したERKが核内に移行することを示した。

これにより、インテグリンを介した細胞内情報伝達系が軟骨細胞の機械的刺激受容機構において細胞外からの刺激を核内に伝達している可能性が示唆された。顎口腔機能複合体の成長発育は、それ自身が果たす役割、すなわち咀嚼・発音機能と複雑に関連しあいながら遺伝的要因および環境的要因とに制御されていると考えられている。この成長発育は、鼻上顎複合体および下顎骨における軟骨内骨形成および膜内骨形成によって行われるが、その中でも下顎頭軟骨における成長発育は下顎骨の成長方向や成長量を決定する成長の中心の一つとして重要な役割を担っている。本研究では、メカニカルストレスが軟骨細胞分化に与える影響を分子レベルで解明することを目的として、おもに細胞-細胞外基質間に形成される接着斑を構成するインテグリン、細胞骨格,細胞骨格関連分子、細胞内シグナル伝達分子および細胞外基質分子の果たす役割を分子生物学的に解析した。特に,インテグリンを介した細胞外基質と細胞の接着を通して、Rho GTPaseおよびExtracellular signal-regulated kinase(ERK)への細胞内情報伝達系の活性化を検するために、RT-PCR法を用いてRho GTPaseの遺伝子発現を解析し、同時に免疫染色によりERKの発現とメカニカルストレス負荷に伴うERKのリン酸化、核移行を検討した。さらに、培養軟骨細胞においてRho GTPaseの遺伝子発現が認められることを発見し、メカニカルストレス負荷にともない、ERKのリン酸化が起こること、さらにはリン酸化したERKが核内に移行することを示した。加えて、コフィリン、プロフィリンによる細胞骨格分子アクチンの再配列が軟骨細胞分化に何らかの役割を果たしていることが示唆されてきている。これにより、インテグリンを介した細胞内情報伝達系が軟骨細胞の機械的刺激受容機構において細胞外からの刺激を核内に伝達している可能性が示された。顎口腔機能複合体の成長発育は、それ自身が巣たす役割、すなわち咀嚼・発音機能と複雑に関連しあいながら遺伝的要因および環境的要因とに制御されていると考えられている。本研究では、メカニカルストレスが軟骨細胞分化に与える影響を分子レベルで解明することを目的として、おもに細胞-細胞外基質問に形成される接着斑を構成するインテグリン、細胞骨格,細胞骨格関連分子、細胞内シグナル伝達分子および細胞外気質分子の巣たす役割を分子生物学的に解析した。特に,インテグリンを介した細胞外基質と細胞の接着を通して、Rho GTPaseおよびExtracellular signal-regulated kinase(ERK)への細胞内情報伝達系の活性化を検討するために、RT-PCR法を用いてERKおよびRho GTPaseの遺伝子発現を解析し、同時に免疫染色によりERKの発現とメカニカルストレス負荷に伴うERKのリン酸化について検討した。
軽いスカラートップ粒子の探索

まず明らかにしておくべきことは、本研究の第一の動機であった,当初報告されたトリスタン加速器(高エネルギー物理学研究所)における2光子衝突過程での異常事態は,その後の精密測定の結果,必ずしも異常とはいえない,との再報告がなされたことである。この結果,この異常事象を説明可能として考えられた非常に軽いスカラートップの存在は,残念ながら否定されてしまった。ただし,トリスタン加速器で見つかるほど軽いものは否定されたとしても,超対称性理論模型の枠組みのなかで,重いトップクォークの存在から自然な帰結として予言される軽いスカラートップの存在そのものが否定されたわけではない。実際,平成4年春にテバトロン加速器(フェルミ研究所)で発見が報告されたトップクォークの質量は,約180GeVとかなり重い。さらにこの報告の中では,測定された質量と生成断面積のあいだの関係が,標準模型で予測されるものと微妙にズレがあるとの記述がなされていた。この事実に着目し,本研究では,テバトロン加速器でトップクォークとともに軽いスカラートップが同時に生成されたとするなら,この微妙なズレがうまく説明可能であることを明らかにした。具体的には,陽子反陽子衝突でグルイ-ノが対生成され,おのおののグルイ-ノがトップと軽いスカラートップに崩壊する機構を想定した。ここでスカラートップが十分軽いニュートラリーノと縮態しているなら,スカラートップ自体が測定器に検出されず,この過程の信号はトップクォークの対生成と区別がつかない。この機構により,トップクォークの生成断面積が予想より大きい事実を説明した。さらに,くりこみ群方程式を解き,このような機構がはたらくための大統一理論への制限を示した。
時刻情報の生成・制御を支える転写因子群の発現プログラム

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を遂行し、下記の成果を得た。1.新規時計遺伝子Bmal2の機能解析を進めるためにまず、ニワトリ松果体に発現する時計遺伝子(Bmal1,Bmal2,Clock, Per2,Cry1,Cry2)を単離した。これらの転写調節機能を転写アッセイより検討した結果、BMAL2は低用量ではCLOCKおよびBMAL1と協調的に転写を増大させ、高用量では自らの転写促進活性を抑制した。次に、MAPキナーゼ(MAPK)活性が松果体において日周変動することに着目し、MAPKと相互作用する時計分子を探索した。その結果、活性化型MAPKはBMAL1と会合し、その特定のアミノ酸残基(Thr534)のリン酸化を介してBMAL1の転写促進活性を抑制することが判った。一方、ニワトリ松果体細胞を培養し、明暗周期下あるいは恒暗条件下における時計遺伝子のmRNA発現様式を詳細に調べた結果、Per2の転写抑制因子であるCRY1およびCRY2のmRNA量がいずれも明期において増大することが判った。このことから、光によりCry1/2遺伝子の転写が誘導され、概日時計の光位相シフト(光同調)をひき起こす可能性が考えられた。2.光位相シフトに関わる新規時計構成遺伝子を網羅的に検索するため、時刻特異的に光誘導される遺伝子をディファレンシャルデイスプレイ解析により単離した。得られた候補遺伝子を解析した結果、概日時計の時刻が遅れる夕刻の光刺激に伴いmRNA量が増加する分子として転写因子E4BP4を同定した。転写アッセイの結果、E4BP4はPer2遺伝子の転写抑制を介して概日時計の位相後退(時計を遅らせる作用)に関与すると推定された。3.個体レベルにおいて時計分子の機能を解析するため、ゼブラフィッシュを用いた時計遺伝子導入個体の作成を目指し、ゼブラフイッシュのBmal遺伝子を単離した。