hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ショウジョウバエ上皮形態形成における短鎖ペプチドの機能

近年、数多くのshort ORFしか保持しない転写産物が同定されている。これらの多くは機能性RNAとして機能すると考えられているが、short ORFが非常に小さいペプチドをコードする可能性もある。いずれにせよ、これらshort ORF転写産物には生命現象を理解する上で重要な機能が存在することが期待される。これまでに、ショウジョウバエにおける新規sORFペプチド遺伝子polished rice(pri)を同定しており、priがショウジョウバエ上皮構造の形成に必須であることを示していた。今年度は、PRIペプチドの機能解析を進めた。pri変異体では、trichome形成を誘導する転写因子shavenbabyの発現に変化は見られないが、Shavenbaby標的遺伝子の発現が消失することが明らかとなった。さらに、いくつかの形質転換系統を用いた実験により、priは上皮の突起構造trichomeの形成過程において、転写因子Shavenbabyの活性制御に必須であることが明らかとなった。つまりpriにコードされる11アミノ酸からなるペプチドは、タンパク質因子の活性を制御する因子として、発生過程において重要な機能を果たしている。また、trichome形成において、その形成を始めるためのスイッチとして働いていることが強く示唆された。ショウジョウバエにおける新規short ORF遺伝子polished rice (pri)の遺伝子産物および胚発生過程における機能を明らかにするために以下の実験を行った。(1)pri遺伝子産物の同定。pri転写産物に存在する10個のORFのうち、ORF1-4がショウジョウバ工種間で保存されており、pnがこれらの短鎖ペプチドをコードすることが強く示唆されていた。そこで、ORF1-4がpriの機能に必須であるかを明らかにするために、pn変異体の表現型の回復実験を行った。ORF1、3、4のみの過剰発現でもpri変異体の表現型が回復すること、ORF1-4にフレームシフト変異を導入した全長コンストラクトではpri変異体の表現型が回復しないことから、ORF1-4が11およに32アミノ酸からなる非常に短いペプチドをコードしており、これらのペプチドがpri遺伝子の機能に必要かつ十分であることが明らかとなった。(2)細胞レベルでの表現型の解析pri変異体では歯状突起形成、気管の管状構造の維持に異常が見られる。これらの表現型の原因を明らかにするため、様々な細胞接着因子やアクチン細胞骨格の細胞内局在を検討した。その結果、pri変異体において歯状突起形成に直接寄与する、表皮細胞頂端面でのアクチン繊維の集積が全く見られなかった。また、pri変異体において、気管の環状構造の維持に寄与する、内腔面に形成されるtaenidial foldという構造に異常が見られ、taenidial foldの形成を制御する気管細胞頂端面での平行に並ぶアクチン繊維構造が正常に構築されていなかった。これらの結果から、priがコードする短鎖ペプチドが上皮細胞頂端面に形成される特殊なアクチン繊維構造を制御することが強く示唆された。
計算論・心理学・言語学的手法の統合による比喩の認知過程の解明

本研究では,ヒトの認知に深く根ざしている比喩(メタファー)を対象として,その理解や鑑賞の認知過程を,多角的手法(計算モデルによるシミュレーション,認知心理実験,コーパス分析)を駆使して,探求・解明することを目的とした研究を行い,以下に示す研究成果を得た.(1)隠喩の理解の認知過程:名詞隠喩の理解過程に関して,解釈多様性理論という新たな理論を提案し,その妥当性(既存の理解モデルに対する優位性)を心理実験的手法と計算論的手法の両面から実証した.今までの比喩研究でほとんど扱われてこなかった形容詞隠喩(「赤い声」のように形容詞が比喩性を持つ表現)や動詞隠喩(「気分が舞い上がる」のように動詞句が比喩性を持つ表現)の理解過程について,新たに2段階カテゴリー化理論を提案し,主に計算論的手法を用いてその優位性を示した.心理実験による妥当性・優位性の検証については研究途中の段階であり,実証するまでには至らなかった.(2)隠喩の鑑賞の認知過程:隠喩の詩的効果の認知過程には,「ずれの解消」に基づくメカニズムとそれ以外のメカニズム(意味処理と審美処理)の両方が関与することを心理実験を通じて実証した.また,形容詞隠喩の一種である色彩語メタファーにおいて,色彩形容詞が本来持つ意味とは異なる意味,特に否定的な(ネガティブな)イメージが喚起されやすいことを,心理実験および多言語コーパス分析から実証した.(3)隠喩と直喩の選好に影響を与える要因と理解・鑑賞過程:「解釈多様性」という要因が隠喩と直喩の選好に影響を与えること,および,隠喩と直喩の理解・鑑賞過程が異なることを実験的に明らかにした.本研究では,ヒトの認知に深く根ざしている比喩(メタファー)を対象として,その理解や鑑賞の認知過程を,多角的手法(計算モデルによるシミュレーション,認知心理実験,コーパス分析)を駆使して,探求・解明することを目的とした研究を行い,以下に示す研究成果を得た.(1)隠喩の理解の認知過程:名詞隠喩の理解過程に関して,解釈多様性理論という新たな理論を提案し,その妥当性(既存の理解モデルに対する優位性)を心理実験的手法と計算論的手法の両面から実証した.今までの比喩研究でほとんど扱われてこなかった形容詞隠喩(「赤い声」のように形容詞が比喩性を持つ表現)や動詞隠喩(「気分が舞い上がる」のように動詞句が比喩性を持つ表現)の理解過程について,新たに2段階カテゴリー化理論を提案し,主に計算論的手法を用いてその優位性を示した.心理実験による妥当性・優位性の検証については研究途中の段階であり,実証するまでには至らなかった.(2)隠喩の鑑賞の認知過程:隠喩の詩的効果の認知過程には,「ずれの解消」に基づくメカニズムとそれ以外のメカニズム(意味処理と審美処理)の両方が関与することを心理実験を通じて実証した.また,形容詞隠喩の一種である色彩語メタファーにおいて,色彩形容詞が本来持つ意味とは異なる意味,特に否定的な(ネガティブな)イメージが喚起されやすいことを,心理実験および多言語コーパス分析から実証した.(3)隠喩と直喩の選好に影響を与える要因と理解・鑑賞過程:「解釈多様性」という要因が隠喩と直喩の選好に影響を与えること,および,隠喩と直喩の理解・鑑賞過程が異なることを実験的に明らかにした.平成17年度の研究により得られた成果は以下の通りである.1.名詞隠喩や形容詞隠喩における意味解釈と表現効果の認知過程の解明(1)「AはBだ」形式の隠喩,「AはBのようだ」,形式の直喩,および形容詞・名詞句による共感覚比喩(色彩語メタファー)に関する意味解釈,表現効果,および比喩特性に関するデータを心理実験等を通じて収集した.(2)潜在的意味分析(LSA)を用いて,隠喩および直喩の解釈を行う計算モデルを構築した.このモデルを用いて,隠喩理解に関して提案されている5つの理論(比較理論,カテゴリ化理論,慣習性理論,適切性理論,解釈多様性理論)のいずれが最も妥当なのかを検証した.シミュレーションの結果,我々が提案している解釈多様性理論(多様性が高い隠喩ではカテゴリ化による理解が行われるが,多様性が低い隠喩では比較による理解が行われる)が計算論的に最も適切であることを示した.2.隠喩と直喩の選好に影響を与える要因の特定およびそれらの処理過程の解明(1)さまざまな語の組み合わせに対して,隠喩形式と直喩形式のどちらが好ましいかの選好データ,および意味解釈やその他の特性データ(類似性,適切性,慣習性など)を心理実験を通じて収集した.(2)「喩辞・被喩辞間の解釈多様性が高いほど,隠喩形式が好まれ理解も容易になるが,解釈多様性が低くなると直喩形式が好まれるようになり,相対的に直喩の理解容易度が増す」という隠喩・直喩の選好に関する新たな理論を提案し,上記で収集されたデータからその妥当性を示した.さらに,解釈多様性理論が他の理論(慣習性理論,適切性理論)よりも心理学的に妥当であることも示した.3.隠喩表現における隠喩の意味と文字通りの意味の処理過程の解明(1)レカナティ(F.Recanati)の文字通りの意味に関する理論を基盤として,隠喩の意味が文字通りの意味に対してどのように処理されるのかに関する基礎的な考察を行った.平成18年度の研究により得られた成果は以下の通りである.1.名詞隠喩や形容詞隠喩における意味解釈と表現効果の認知過程の解明

(1)日本語の共感覚メタファーのデータをWebから収集し,感覚間の類似性に基づくもの,共起関係に基づくもの,その両者が合わさった関係に基づくものという写像の基盤の違いに着目した分類を行った.さらに,心理実験を行い,分類された隠喩ごとに喚起される認知効果が異なることを確認した.(2)動詞に比喩性を持つ動詞隠喩に関して心理実験を行い,適切性を加味したカテゴリ化理論(適切性の高い隠喩ほどカテゴリ化過程で理解される)に基づく理解がされていることを実験的に明らかにした.(3)共感覚メタファーなどの形容詞隠喩や動詞隠喩の理解が2段階カテゴリー化過程によって行われるという2段階カテゴリー化理論を提唱した.そして,ベクトル空間モデル(潜在意味分析)による計算機シミュレーションを通じて,2段階カテゴリー化理論が他の隠喩理論よりも計算論的に妥当であることを示した.さらに名詞隠喩については,我々が以前から主張している解釈多様性理論が2段階カテゴリー化理論よりも妥当であるというシミュレーション結果が得られた.2.隠喩と直喩の選好に影響を与える要因の特定およびそれらの処理過程の解明(1)直喩の鑑賞過程(詩的度の認知)に関する心理実験を行い,隠喩の鑑賞過程の実験結果との比較を行った.その結果,全体的に直喩のほうが隠喩よりも詩的だと認知されること,隠喩の鑑賞過程(理解可能な隠喩の詩的度認知には審美処理が関係しない)と異なり,直喩の鑑賞過程には必ず審美処理が関係すること,その違いが理解過程の違い(カテゴリー化過程か比較過程か)に起因する可能性があることが明らかになった.3.隠喩表現における隠喩の意味と文字通りの意味の処理過程の解明(1)相互結合型ニューラルネットワークとベクトル空間モデルによる単語の意味表現を融合することにより,隠喩表現パターンから隠喩の意味を想起する計算モデルを構築した.そして,隠喩の意味と文字通りの意味の処理順序に関する既存研究のデータ(Blasko & Connine,1993)を再現することに成功した.平成19年度の研究により得られた成果は以下の通りである.1.名詞隠喩や形容詞隠喩における意味解釈と表現効果の認知過程の解明(1)形容詞隠喩の理解モデルとして前年度に提案した2段階カテゴリー化理論の妥当性について検証するための心理実験(SD法に基づく評定,解釈自由記述,理解時間計測)を実施し,大規模な心理データを収集した.それらのデータの分析はまだ十分に終了していないものの,おおむね2段階カテゴリー化理論を支持する結果を得た.(2)形容詞隠喩は「共起に基づく隠喩」と「類似に基づく隠喩」が存在することを,言語学的・心理学的に明らかにした.そして,共起に基づく隠喩は形容詞の字義を強調するような解釈がなされるのに対し,類似に基づく隠喩は形容詞の字義に関係なく多様な意味を生成することを実験的に示した.(3)上記の結果の理論的検証としてベクトル空間モデルに基づく計算機シミュレーションを行い,類似に基づく隠喩は2段階カテゴリー化を通じて理解されるのに対し,共起に基づく隠喩は2段階カテゴリー化で理解されていないことを明らかにした.以上の結果は,本課題研究を通じて新たに提案された2段階カテゴリー化理論の妥当性を,心理実験と計算機シミュレーションの両面から実証したまさに認知科学的な研究であり,従来の比喩研究にはこのような多面的な実証研究がなかったことや,形容詞隠喩についてはほとんど調べられていないことを考えると,非常に重要かつ意義深い成果が得られたと考えられる.
数値的宇宙物理学

現代天文学の進展は、観測技術・観測機器の改良とスペース望遠鏡や大型望遠鏡の活躍によって目覚ましいものがある。しかし、天文学の一つの宿命は、様々な宇宙現象を実験的手段によって解析不可能であることである。宇宙の創世、銀河・星・惑星系の形成、ブラックホールの生成などの過程をいくつかの初期条件や環境効果(境界条件)を変えて解析することは不可能である。ところが、最近の超高速計算機の進展によって、基本方程式をプログラム化して、様々な初期条件や境界条件を与えることで、複雑な天体現象を解析することが可能となった(数値学的宇宙物理学)。天文学における唯一の実験的手段としての超高速計算機によるシミュレーションは、現代天文学においてますます重要性が高まっている。このような天文学における現状をもとに、国際シンポジウム「数値的宇宙物理学」が日本で平成10年に開催される予定である。この会議は、数値的宇宙物理学の世界的権威や活動的研究者を招待して、(1)新しい数値計算法の検討、(2)並列・ベクトル型スーパーコンピューターのための計算手法の検討、(3)専用計算機の新たな活用、(4)シミュレーション結果の提示と観測データとの比較等を目的としている。本申請研究では、国際シンポジウムの主催者である代表者が、国内の組織メンバーを研究班に加えて、この国際会議に向けて、国際会議の内容面に関する企画と、国内の研究者の有機的な連携の下に国際会議における研究面での準備を行うことを実行した。特に、国立天文台にスーパーコンピューターが平成8年に導入されたことも契機として、「数値的宇宙物理学」分野での研究が、国内で研究会を開き成果報告を実行してシンポジウムの準備会を開催した。
直接的分化誘導法による網膜視細胞作製技術の応用-変性過程のin vitro解析

ヒトの眼球内の細胞は直接採取するには多大なリスクを伴い、分子生物学的解析が困難である。本研究は採取にリスクの少ない体細胞より直接的分化誘導法によって、解析に役立つ視細胞モデルを作製することを目的としている。まず体細胞として末梢血単核細胞に注目し、健常者由来の末梢血単核細胞から視細胞様細胞を作製したところ、視覚の機能に必要な多くの遺伝子が発現され、一部の細胞に光応答能を確認することができた。一方で、健常者と網膜色素変性症患者由来のヒト皮膚線維芽細胞を使用して視細胞モデルを作製し、各種変性誘導剤に曝露したところ、患者の細胞でより変性を起こしやすいことが認められた。コントロール細胞と視細胞様細胞で比較すると、Actinomycin、Camptothecin、Cyclohexamideでは高濃度で両者ともアポトーシスが起こることが確認されたが、視細胞様細胞ではより低濃度でもアポトーシスが起きていた。Etoposide、Thapsigargin、Tunicamycinでは視細胞様細胞にのみアポトーシスが確認された。一方、Dexamethasone、Rapamycineではアポトーシスに関しての顕著な差は確認されなかった。これらの結果より、4因子を導入して視細胞様細胞に分化させた細胞はアポトーシス誘導に対し感受性が高まり、また小胞体ストレスからアポトーシスを起こす機序が形成されていることが示唆された。前年度において、市販の正常ヒト皮膚線維芽細胞を使用した実験より、ERストレスとアポトーシス誘導剤の濃度を確定した。本年度では、健常者と網膜色素変性症患者由来の皮膚線維芽細胞から分化誘導によって視細胞様細胞を作成し、2週間培養した。その後、上記で決定された誘導剤の濃度で1日培養し、ERストレスとアポトーシスを誘導し、解析した。複数の誘導剤に対し、患者由来細胞において、より多くの細胞でアポトーシスとオートファジーが誘導されていることが確認された。よって健常者由来線維芽細胞と比較して、患者由来細胞でERストレスとアポトーシス誘導に対し、感受性が高いことが示された。また視細胞様細胞への誘導前後での差異も確認された。本研究結果は、直接的分化誘導によって作成された視細胞様細胞の内部で、誘導前後でERストレスとアポトーシス誘導に対する応答において何らかのシステムの変化があることを示すものであった。また、健常者と患者由来細胞での差異、それらの分化誘導前後における差異も確認された。つまり患者由来の細胞から作成された視細胞様細胞に特異的な変性が確認されたことになり、この変性機序を解析することで網膜色素変性症の発症機序の解明に役立つものと思われる。前年度において、ヒト由来皮膚線維芽細胞の採取を実際に行ったが、外科的設備が必要で、提供者にリスクが生じた。このため、より簡便に採取が可能で増殖しやすい末梢血単核細胞を使用し、直接的分化誘導によって視細胞様細胞を作成する試みを行い、結果を論文として発表したため、本題へのエフォートが減少した。皮膚線維芽細胞からの直接的分化誘導法によって網膜色素変性症患者の視細胞様細胞作成し、細胞変性誘導を行った。分化誘導前後、または健常者と患者で、細胞変性誘導の感受性に違い違いが見られたため、さらに詳細な解析を行った。それまでに使用したオートファジーマーカーのLC3、アポトーシスマーカーのCaspase-3に加え、BNIP3L、Cytochrome-C、p62、XBP1s等についてそれぞれを比較し、Z-VAD-FMKによるCaspaseシグナルの阻害実験により細胞死のシグナル経路を検証した。いずれの結果も前年度までに得られた結果を支持すると思われるものであった。一方、分化誘導の元として皮膚線維芽細胞を採取することは、提供者に外科的処置を施すためリスクが生じていた。このため、近年iPS細胞にも使用され、より簡便に採取可能な末梢血単核球に着目し、健常者由来の末梢血単核球から直接的分化誘導法によって視細胞様細胞作成を試みた。すると皮膚線維芽細胞と異なり、末梢血単核球は転写因子Crxを導入するだけでも視細胞マーカーを多数発現し、光刺激への応答を行う事が確認された(Komuta et al., 2016)。当研究で得られた結果は、直接的分化誘導による視細胞様細胞の作成法は、網膜色素変性症の患者それぞれの細胞を使用した薬剤スクリーニング等への応用が可能であることが伺われるものであった。また単核球も分化誘導元の細胞として使用しうる事が示されたことで、直接的分化誘導がより簡便に行うことができ、疾患の解析には有効な手段となりうる事も示された。当計画は患者の細胞の使用承諾等を含め、国立障害者リハビリテーションセンター研究所施設において許可を得て行われたが、代表者の異動により、本研究とその今後の計画および発表は国立障害者リハビリテーションセンター研究所に引き継がれ、行われることとなった。

一方で、健常者と網膜色素変性症患者由来のヒト皮膚線維芽細胞を使用して視細胞モデルを作製し、各種変性誘導剤に曝露したところ、患者の細胞でより変性を起こしやすいことが認められた。市販の正常ヒト皮膚線維芽細胞で分化誘導し、ERストレス、アポトーシス、オートファジー誘導を行い、アポトーシスを確認する実験を行った。一連の実験のための準備を行い、最終的に分化誘導した視細胞様細胞でのアポトーシスを確認することができ、分化誘導しなかったものと比較しても差が確認された。RP患者の皮膚線維芽細胞より分化誘導・遺伝子発現解析を行わなかったが、これは患者由来皮膚線維芽細胞の増殖が十分でなかったためである。現時点での患者と健常者由来細胞で見られた差異について検証し、結果をまとめる。患者由来のサンプルが少ないため、サンプルを増やす。神経変性、神経科学市販の皮膚線維芽細胞を使用し、濃度や培養時間などのより詳細な検討を行い、各数値を決定する。今年度の結果を基準として、患者由来皮膚細胞から視細胞様細胞を作成し、各試薬への感受性の違いがあるかを確認する。さらに他の有用な試薬があれば同様のテストを行い、これらの阻害剤の機序を考慮し、細胞の変性機構の仮説を立て、その検証を行う。患者由来皮膚線維芽細胞の増殖には個人差異があり、実験に十分な細胞数に増殖しにくい場合もあったため、このことは課題となった。現在は最低限の実験ができる程度には増殖しているため、遺伝子解析を行う予定である。今後、線維芽細胞を十分増殖させる、もしくは採集した部位以外の皮膚線維芽細胞などを含め、増殖しやすい細胞を使用することも想定している。実験の都合上、参加予定していた学会に参加しなかったため。本研究課題から生じた別の課題研究に関して、論文作成・発表を行ったので、本研究課題のエフォートが減少し、実験を行う回数が減少したため。実験の日程上の都合で、当初参加予定であった学会に参加しなかったため。当該年度中に患者由来細胞が十分に増殖しなかったので、分化誘導した細胞の網羅的遺伝子解析を行わなかったため。確認された患者由来細胞特異的な現象に関して解析を行う。現時点での結果をまとめ、発表する。成果をまとめ、学会に参加し積極的な発表と情報交換を行う。できなかった網羅的遺伝子解析を行いたい。
競技現場で活用できる卓球のゲーム分析・評価システムの開発

本研究の目的は,卓球競技の戦術的要素である「打球コース」・「ボールスピード」・「飛行時間(ピッチ)」・「ボールの回転数」・「ボールの回転種」を「映像分析」と「卓球台の振動分析」を用いた工学的観点から即時的に定量化できる方法論を構築することである.2018年度は,広帯域AEセンサを4個から5個に増やし,ボールが卓球台に落下した際に発生するAE波を広範囲で計測し,効率的にボールの落下位置を推定する方法を検討した.推定方法は,卓球台片面の56点にボールを落下させた際のAE波から,予め等振幅曲線を含む等高線データを作成し,そのデータを元に,ボールが落下した際にセンサから検出された領域の重なる部分をボールの落下領域として推定した.推定した座標は,等高線データとは異なる42点とした.推定の結果,AEセンサを4個から5個に増やすことで,全体的に推定精度を向上させることができた.センサを卓球台片面の四隅と中央に設置した場合の推定誤差平の均は,31.22cm,最大誤差は127.28cmであった.センサを卓球台片面の中央寄り4箇所と卓球台中央に設置した場合では,推定誤差の平均は42.37cm,最大誤差は,91.52cmであった.さらに,センサ4個の等高線データとセンサ5個の等高線データの平均値からボール落下領域を推定した場合は,さらに推定精度が向上する可能性が示された.しかし,領域ごとにみると,センサを4個から5個に増やすことにより,距離誤差が大きくなってしまう領域もいくつか存在した.映像分析では,高速カメラを用いた卓球ボール落下位置の推定方法を2つ提案し,推定誤差を定量的に評価した.その結果,明らかな推定の失敗がなければ,誤差は平均で46cm程度であった.高速カメラを用いることで,高い精度でボールの落下領域を推定でき,なおかつ水銀灯の照明下でも推定できることが明らかになった.2016年度は,AEセンサを用いて卓球台へボールが落下した際の振動を計測し,等振幅曲線を利用した推定法を用いることで,ボールが落下した領域を推定できる可能性を示した.映像分析によるボール落下位置の予測および推定については,これまでの処理方法にノイズ除去を追加して検出範囲を緩和するとともに,予測処理の一部を変更することにより,ボール落下位置の予測・推定の精度を向上させることができた.2017年度は,広帯域AEセンサを用いて,ボール落下した領域を推定する方法の検証を行った.その結果,広帯域センサを用いることにより,小型AEセンサよりも,効率的にボールの落下領域を推定できる可能性が示された.また,センサを4つから5つに増やすことにより,卓球台の中央の推定精度を向上できる可能性が示された.2018年度は,振動分析において広帯域AEセンサを4個から5個に増やし,なおかつ,実際の利用を考慮し,推定を行う等高線データとは異なる領域に落下させたデータを用いてボール落下領域の推定を行った.その結果,センサを4個から5個に増やすことで,推定精度を向上させることができた.しかし,領域によっては,センサを増やすことにより推定精度が低下する領域がいくつか存在することも明らかになった.映像分析では,高速カメラを用いた卓球ボール落下位置の推定方法を2つ提案し,実験により推定誤差を定量的に評価した.その結果,明らかな推定の失敗がなければ,実用的な範囲で定量化でき,水銀灯の照明下でも高い精度でボールの落下領域を推定できることが示唆された.本研究の目的は,競技現場で活用できるシステムの開発であるため,競技現場での活用を踏まえると,「振動分析」と「映像分析」いずれも,推定精度をさらに向上させ,競技現場の条件下で利用できる方法論を検討していく必要があるため,当初の計画よりも遅れていると判断する.2019年度は,2018年度に続き,振動分析によるボール落下位置の推定と映像分析による推定の精度向上と実用化するための方法論の検討に取り組む.振動分析では,センサを5個に増やすことで,これまでよりも推定精度を向上させることができたが,卓球台の領域によっては,推定精度が低下してしまう領域も見受けらた.そこで,推定方法に振動が伝達する時間情報を加えることで,推定精度が低下した領域の推定精度の改善に取り組む.映像によるボール落下領域の推定では,撮影に高速カメラを使用し,推定処理にパーティクルフィルタを加えることで,水銀灯の照明下や床に模様が入っている条件でもボールの落下位置の誤推定を大幅に減らすことができ,推定誤差も小さくすることができた.しかし,競技現場での利用を踏まえると,誤推定をさらに減らす必要がある.今後は,床の条件を公式試合の条件に即した形で,撮影や処理を行う必要がある.本研究の目的は,卓球競技の戦術的要素である「打球コース」・「ボールスピード」・「飛行時間(ピッチ)」・「ボールの回転数」・「ボールの回転種」を「映像分析」と「卓球台の振動分析」を用いた工学的観点から即時的に定量化できる方法論の構築である.平成28年度は,広帯域AEセンサを用いて効率的にボールの落下位置を計測及び分析することによって,「打球コース」・「ボールスピード」・「飛行時間(ピッチ)」を即時的に定量化する方法論の検討を行った.検証方法としては,まず1ボールが落下した際に得られる振動の絶対値の比率からボール落下位置の推定を検証した.次に2ボールが落下した際に得られる振動の時間差から落下位置の検証を行った.検証の結果,1と2のいずれの方法論もボール落下位置の推定は困難であった.

AE波は卓球台上全面において音速で伝播するとともに,AE波の発生位置と計測位置の距離が等しければ減衰量も等しくなる.そのため,3個以上のAEセンサを配置すれば,それらの等振幅円の交点としてボールの落下位置を推定することが可能である.しかし,実際の計測では,卓球台の不均一性やAE波の境界面における反射・透過等の影響により,大まかな傾向は一致するものの,AE波の振幅値や到達時間は異なるものであった.そこで,次の検証方法として,等振幅円の考えを拡張し,等振幅曲線を含む領域を求め,全てのセンサの領域が重なる部分をボールの落下位置として推定を行なった.実際の推定値は,推定領域の重心とした.検証の結果,推定した距離の誤差平均は10cm以内,最大でも35cm程度であり,比較的良好な結果が得られた.また,等振幅曲線を利用した落下位置の推定方法は,全ての落下位置を推定できることが可能できることが明らかになった.さらに,処理時間は0.05s程度であり,リアルタイムで戦術を分析できる可能性も示された.平成28年度に計画していたAEセンサを用いた卓球台の振動分析によるボール落下位置の推定は,想定していた方法論では推定困難であったが,別の方法論を用いることによって全てのボール落下位置を推定できる可能性が示された.また,本研究の研究課題は,「競技現場で活用できる卓球のゲーム分析・評価システムの開発」であるため,リアルタイムで処理ができる方法論であることが前提であるが,本研究で用いた方法論は,処理時間も問題なく,当初計画をしていた方法論とは異なるものの,研究成果は順調に得られている.また,平成29年度に計画している映像分析によるボール落下位置の予測及び推定についても並行して進めており,計画通りに成果を得られている.映像分析では,これまでの手法では,撮影されたボールの残像の検出に卓球台上のネットや白線を含めると,ボールの軌跡と誤検出することや,ボールのバウンド位置の映像を捉えられない場合は,ボールの落下位置を推定できない課題があった.そこで,これまでの手法にノイズ除去処理を追加して検出範囲を緩和するとともに予測処理の一部を変更し,ボールの落下位置の推定・予測の精度改善に取り組んだ.その結果,これまでの課題は改善することができ,実際の戦術分析での利用可能な精度までボールの落下位置を定量できることが明らかになっている.以上のことから,振動分析及び映像分析によるボール落下位置の推定を並行に進めており,成果も計画通りに得られている.本研究の目的は,卓球競技の戦術的要素である「打球コース」・「ボールスピード」・「飛行時間(ピッチ)」・「ボールの回転数」・「ボールの回転種」を「映像分析」と「卓球台の振動分析」を用いた工学的観点から即時的に定量化できる方法論の構築である.平成28年度は,広帯域AEセンサを用いて効率的にボールの落下位置を計測及び分析することによって,「打球コース」・「ボールスピード」・「飛行時間(ピッチ)」を即時的に定量化する方法論の検討を行った.その結果,等振幅曲線を利用した推定法を用いることにより,全ての落下位置を推定することが可能になった.実際のボール落下位置と推定された距離の誤差平均は10cm以内で,最大でも35cm程度であった.また,推定処理時間は,0,05秒程度であり,リアルタイムで戦術を分析できる可能性も明らかになった.
テガフール・ウラシル配合剤による肺癌リンパ節転移の抑制効果に関する研究

(目的)テガフール・ウラシル配合剤の経口投与が、リンパ節転移を有する非小細胞肺癌症例において腫瘍増大抑制効果とリンパ節の抑制転移効果があるかどうかについて検討した。(対象)非小細胞肺癌手術症例において、術前にテガフール・ウラシル配合剤を1週間投与した症例21例を抗癌剤投与群とし、同時期に手術した抗癌剤非投与21例をcontrol群にし、両者を比較した。(方法)切除した原発腫瘍と転移リンパ節のホルマリン固定パラフィン包埋標本を用いて、アポトーシスの発現率、腫瘍細胞中のKi-67陽性細胞率、p53陽性率を免疫染色法により算出し、p53陽性例、陰性例別のアポトーシスの発現率、腫瘍細胞中のKi-67陽性率を比較した。(実験経過)現在のところ、すべての免疫染色をようやく終了したところで、アポトーシスの発現率、腫瘍細胞中のKi-67陽性細胞率、p53陽性率を算出している途中である。
培養細胞固定化センサチップを用いたSPRセンサによる細胞毒性評価法の開発

本研究では細胞固定化センサチップを用いたSurface Plasmon Resonance (SPR)センサによる細胞毒性の評価法の開発を試みた。その結果、1)センサチップ金膜上に細胞を固定化する方法を構築し、また、2)細胞のベロ毒素(高分子)に対する応答がSPRシグナル変化として測定できること、3)細胞の過酸化水素(低分子)に対する応答がSPRシグナル変化として測定できることを明らかにした。本研究は, Surface Plasmon Resonance (SPR)センサによる細胞毒性の評価法を開発することを目的としている.従来の培養細胞を用いた毒素検出や毒性評価では,細胞の形態変化や死滅を観察する必要があるため,結果が得られるまで数日を要するが,SPRセンサでは細胞とアナライトの反応をリアルタイムに測定することが可能であるため,迅速に結果が得られると期待される.また,培養細胞を固定化したセンサチップでは,細胞内で起こるアナライトとの反応を細胞質の屈折率の変化として捉えるため,細胞の形態変化で評価していた従来法では得られなかった,細胞とアナライトとの相互作用を新たに発見することが可能となり,細胞毒性の新たな評価法の1つとして活用されると期待される.平成27年度は、すでに細胞毒性が明らかとなっているベロ毒素とベロ細胞を用いて、アナライトと細胞の反応をSPR測定するための条件を確立した。まず、ベロ細胞のセンサチップ上での培養を検討した結果、PDMS(シリコンゴム)の中央を1cm2切り取りセンサチップに貼付け、センサチップ上で培養チャンバーをつくることで、液漏れすることなく培養が可能となった。さらに、細胞固定化量を増加させる方法を検討した結果,センサチップ金膜表面ををポリ-D-リジンでコーティングすることにより、固定化された細胞のSPR測定値が1.1degreeから1.4degreeに上昇することを確認した。このセンサチップに、病原大腸菌O157の培養上清を添加したがSPRシグナルは変化しなかった。このため、同培養上清をフラスコで培養したペロ細胞に添加し、細胞変化の顕微鏡観察を行なったがベロ細胞は死滅せず、培養上清中のベロ毒素量が十分量でなかったことが示唆された。今後は、精製されたベロ毒素を用いてSPRシグナルを測定する予定である。研究に用いたSPRセンサは、抗原抗体反応検出用に最適化された装置であったため、動物細胞を固定化し測定するために、関連器具の大幅な調整が必要であると考えていたが、フロー系の測定ではなく、バッチ測定することにより問題なくSPRシグナルを検出することができた。従来の培養細胞を用いた毒性評価は,細胞の形態変化や死滅を観察する必要があり,結果が得られるまでに数日を要する.本研究は,培養細胞と物質の相互作用をSPRセンサにより測定し,簡易迅速な毒性スクリーニングに応用することを目的としている.本年度は,ベロ細胞のベロ毒素による応答をSPR測定するための条件について検討を行った.まず、センサチップ上への細胞固定化法の最適条件を検討した。センサチップ上に細胞を固定化するための培養時に血清成分が金膜に付着することが考えられたたため、10%FBS添加DMEM培地と無血清培地であるKBM230培地とでのセンサチップ上への細胞の付着を比較した。その結果、血清を添加した培地で培養した方がセンサチップ上への細胞固定化が高効率であることを確認した。また、10%FBS添加DMEM培地のみを同様に培養してもSPRシグナルは上昇しなかったことから、血清成分がセンサチップ上へ付着しないことも確認した。また、SPR測定時には培地を取り除き, PBSに置換することで安定したシグナルを観察することができた.最後に、ベロ細胞とベロ毒素の応答によるSPRシグナル変化の測定を試みた。その結果、SPRシグナルは添加したベロ毒素の濃度依存的に上昇した。また、熱変性させたベロ毒素を添加してもシグナルは上昇しなかった。さらに、ベロ毒素添加後の細胞の状態を1時間ごとに顕微鏡観察した結果、細胞の障害が確認できたのは3時間後だったのに対して、SPR測定では1時間後から有為なシグナルの上昇を確認することができた。以上の結果から、ベロ細胞のベロ毒素への応答がSPRにより迅速に測定可能であることが示され、細胞毒性評価方としてのSPRセンサの可能性が示された。計画時には、SPRセンサユニットをCO2インキュベーター内に組み込まなければ測定できないことが危惧されたが、培養した細胞を一時的にインキュベーターから取り出しても測定できることが確認できたため、順調に研究は進捗している。本研究は、試験物質に対する細胞の応答をSPRセンサにより測定し、簡易迅速な細胞毒性スクリーニングに応用することを目的としている。本年度、応答の特異性やSPRシグナル特性について知見を得るために、固定化する細胞や試験物質を変え検討を行った。細胞毒性試験によく用いられる細胞のうち、HeLa細胞、L929細胞またはV79細胞をSPRセンサチップに固定化し、腸管出血性大腸菌O157から調製したベロ毒素(毒素原液)との応答のSPRシグナルを測定した。また、HeLa細胞については、エピガロカテキンガレート(EGCG)に対する応答も検討した。EGCGは生理活性を上昇させると報告されている濃度(3 μM)、毒性が報告されている濃度(30 μm)で添加し、測定を行なった。HeLa細胞を固定化した場合、毒素原液添加ではSPRシグナルは上昇しなかったが、無添加および2倍希釈液では上昇した。L929細胞およびV79細胞では原液添加のみ上昇した。

以上の結果より、昨年度までは試験物質が細胞に応答するとシグナルは上昇すると仮定していたが、細胞種によっては、無添加時と比べて減少する場合があることが明らかとなった。この要因として、ベロ毒素による細胞の増殖抑制や接着細胞の剥離が考えられた。また、HeLa細胞のEGCGへの応答を測定した結果、全ての濃度においてSPRシグナルは変化しなかった。しかし、顕微鏡観察時の細胞の形態に差はなく、EGCGと反応しなかった可能性も否定できない。今後は、EGCG添加濃度や細胞を変え、低分子試験物質との反応を検討する予定である。本研究では細胞固定化センサチップを用いたSurface Plasmon Resonance (SPR)センサによる細胞毒性の評価法の開発を試みた。その結果、1)センサチップ金膜上に細胞を固定化する方法を構築し、また、2)細胞のベロ毒素(高分子)に対する応答がSPRシグナル変化として測定できること、3)細胞の過酸化水素(低分子)に対する応答がSPRシグナル変化として測定できることを明らかにした。引き続きベロ細胞とベロ毒素の反応をSPR測定する方法の最適化を行う。さらに、平成28年度はHEp-2細胞の固定化やセレウリドとの反応についても検討を行う.これらの細胞は対応する毒素と反応した場合,最終的に細胞は壊死あるいは空胞化といった明確な形態変化が起こるため,SPR測定による評価法との比較が単純であると考えられる.また,細胞が毒素添加により受ける一次刺激から最終的な細胞の形態変化に至までの、どの段階からSPRシグナルが変化するのか検討できる点も興味深い.本年度は、一般的に毒性表に用いられているV79細胞またはL929細胞を固定化したセンサチップを用いたコロニー形成試験および増殖抑制試験による毒性評価試験を予定している.毒性試験対象物質としては,マウスLD50が明らかとなっている食品添加物(亜硝酸ナトリウム,ソルビン酸カリウム,アスコルビン酸および安息香酸トリウム)および毒性が詳細に検討されておらず,むしろ抗酸化成分など有用な成分が注目されている天然抽出物(ウコン抽出物,しょうが抽出物など)を多量に摂取した際の細胞の影響を検討する.このため,天然抽出物のin vitroでの抗酸化作用の確認,培養細胞を用いた抗酸化作用の確認を行う.食品衛生学研究に用いたSPRセンサは、抗原抗体反応検出用に最適化された装置であるため、動物細胞を固定化し測定するためには、装置を分解して測定部位をCO2インキュベータ内に設置する等、装置の改造費用が必要であると考えていたが、培養と測定を分けることにより本年度は装置を改造することなくSPR測定が可能であったため。CO2インキュベーターにSPR装置を組み込む必要がないことが判明したため、試作品作製費が不要になった。平成27年度に行なったSPR測定は短時間であったためCO2インキュベータ外に細胞を出しても細胞が障害受けなかったと考えられるが、さらにCO2インキュベータないで長時間SPRシグナルがモニタリングできるように、SPR装置のセンサ部位の分離等、装置改良費用に充填する予定である。平成29年度は、これまでに確立した手法を用いて様々な細胞と物質との相互作用を測定予定であるため、多量のセンサチップが必要になる。
新製品の採用と普及の研究

本研究では消費者の革新性とイノベーション採用行動の間に、「わっ、すごそう」などという採用行動の前に新しく「ポジティブな強い心の揺れ」という概念を導入し、「わくわく度」という尺度で測定する。採用に踏み切るためには、革新性がより高くさらに当該イノベーションにより強く心を動かされた消費者がより早く、高い確率で採用することを生存関数モデルを用いて実証し、理論的にも予測精度としても精緻化に成功している。19年度は、研究開始直後にアイデアが沸き、任天堂のゲーム機であるDS、DS LITE、Wiiの採用時期に関するアンケート・データを採ることに決めた。本研究は、新製品の採用と普及の研究が目的であり、特に実証研究が重要な部分を占めるので適時のデータ収集が必要で、当初の計画を前倒しして本年度に実施することとした。この新ゲーム機採用に関する研究の目的は、1.採用者のイノベーティブネスの概念的構造を明らかにすること(仮説1:必需品的新製品の採用は、一般的イノベーティブネスが高ければ高いほど早く採用される。仮説2:ホビー品的新製品は、カテゴリー限定のイノベーティブネスが高いほど採用が早くなるが、一般的イノベーティブネスの強弱は採用速度には関与しない。)2.採用者のイノベーティブネスのレベルと所有機種数の関係(仮説3:カテゴリー限定のイノベーティブネスが高いほど、ゲーム機の所有機種数が多くなる)。3.採用時期予測モデルの開発である。データは、ゲーム市場の最も重要な市揚の一つである大学生(筆者の勤務校)に対して19年6月22日から7月28目までウエッブ上で収集された。1,113の有効回答を得た。概念的イノベーティブネスについて、一般的イノベーティブネスは16問で構成された木内の自己観テストを使用し、カテゴリー限定のイノベーティブネスについてはGoldsmith & Hofackerの6問のテストを用いて測定した。その結果、仮説13は立証された。採用時期予測モデルは、DS、DS LITE、Wiiの3機種とも所有している採用者グループのみに確認された。そしてこの結果は、11月7日、シアトルで開催されたINFORMSの国際会議において発表された。最近、新製品の普及パターンは、Rogers(1962)の正規分布またはプロダクト・ライフ・サイクル型の他に色々と観測されるようになってきて、Rogersの採用者分類が不適切になってきた。したがって、本研究では、新製品の採用時期を個人の革新性(innovativeness)をパーソナリティ・スコアなどを用いてモデル化し、採用時期の予測を可能にして従来の採用者分類を精緻化することを目的にしている。今年度は昨年度の研究成果を6月のマーケティング・サイエンス国際会議で発表した。任天堂のゲーム機3機種の採用行動より、生得的革新性と製品カテゴリー/領域固有の革新性と採用時期との関係を見、採用時期の変動に寄与しているのは製品カテゴリー/領域固有の革新性であるという従来からの知見を追認することが出来た。そして、革新性の研究では殆どなされていない採用時間の予測を回帰モデルを使って達成した。ついで、今年度新たにiPodの採用についてもアンケートデータを収集し、前回の不備な点を改良すべく非採用者の情報も扱える生存分析を用いて分析し、その結果を2009年6月ミシガン大学で開催されるマーケティング・サイエンス国際会議に受理され、発表することが決まっている。この研究では消費者革新性とイノベーション採用行動の間に新しく感動という概念を「わくわく度」という尺度で測定して加え、概念的にも予測精度としても更なる精緻化を図っている。つまり、採用に踏み切るためにはいくら革新性が高い消費者でも、その消費者が当該イノベーションに感動していなければ採用という行動は起こらないからである。
腫瘍の分子病理学的特性と放射線生物学的パラメータの関連性の解明

放射線抵抗性の原因の一つである休止期細胞(G0細胞)に着目して、細胞周期をG2/Mでblockするタキサン系新規抗癌剤docetaxelが、細胞周期、特にG0細胞分画に与える影響を検討した。C3Hマウスに移植した直径約10mmのSCCVII腫瘍を実験に用いた。Docetaxel(90mg/kg)の処置後、経時的に腫瘍を切り出しsingle cellに処理し、増殖細胞分画は抗Ki-67抗体で、cell cycleの検討はflowcytometryで測定した。G0細胞分画は、G0/G1期にあり、かつKi-67を発現していない分画として求めた。Docetaxel投与36-72時間では、G1期の細胞がG2/Mに進みG2/M期の比率が最大に達した。このような細胞周期の変動にもかかわらず、G0細胞分画の変動はなく、最大観察期間の投与後120時間までrecruitmentは起きなかった。以上、新規抗癌剤タキソールがG0期細胞からG1期細胞へのrecruitmentを阻害することを明らかにし、本剤が化学放射線療法において腫瘍細胞の加速腫瘍増殖(accelerated repopulation)を抑制しうることが示唆された。Erythropoietin(EPO)は低酸素により誘導され、赤芽球の分化に関与し、赤血球の産生を増加させる。近年、EPOが血管新生に関与するという報告が見られる。我々はラット化学物質誘発肝癌モデルを用いてEpo,Epo-r,VEGF,flt(VEGF receptor)などの免疫組織化学染色による形態学的解析を行うとともに、それらの蛋白量を定量した。本実験の結果、肝腫瘍からEPO-rが検出されたが、正常肝組織、肝硬変組織からは検出されなかった。また、腫瘍内EPO濃度と血管密度は相関した。肝腫瘍の血管新生にEPOが関与しているものと推定された。我々はこれまで、食道癌の放射線治療においてKi-67,PCNAなどの細胞増殖関連抗原の発現の多い腫瘍の、放射線治療局所制御率が不良であること、さらに食道癌手術前化学療法によってKi-67,PCNA標織率が低下し、放射線抵抗性の休止期細胞分画(G0細胞分画)が増加することを明らかにした。本年度は、この休止期細胞に着目して、細胞周期をG2/Mでblockするdocetaxelとmild hyperthermia(MH)が、細胞周期、特にG0細胞分画に与える影響を検討した。Docetaxelは微小管蛋白の重合促進ならびに脱重合抑制作用により微小管の安定化と微小管束の過剰形成をおこし、細胞分裂をG2/Mでblockさせる作用を有している。Docetaxel投与24時間では、G1期の細胞がG2/Mに進みG2/M期の比率が増大した。しかしながら、24時間の時点ではG0細胞分画の変動はなく、recruitmentは起きなかった。Mild hyperthermia(MH)は、腫瘍血流を増加させることが知られており、当初我々はMHにより腫瘍内環境が改善し、G0期からG1期へのrecruitmentがおこると予測していた。しかしながら、実験結果では、MH後12時間でG0細胞分画の比率が最大に増加し、MH後24時間でもコントロール群より有意に高かった。SCCVII腫瘍の腫瘍血管は温熱に対して脆弱なため、むしろ腫瘍内が低酸素状態になった可能性が考えられた。40°C1時間という温熱が、細胞周期に有意な影響を与えていることが明らかになり、放射線との併用を考える上で重要な知見が得られた。

放射線抵抗性の原因の一つである休止期細胞(G0細胞)に着目して、細胞周期をG2/Mでblockするタキサン系新規抗癌剤docetaxelが、細胞周期、特にG0細胞分画に与える影響を検討した。C3Hマウスに移植した直径約10mmのSCCVII腫瘍を実験に用いた。Docetaxel(90mg/kg)の処置後、経時的に腫瘍を切り出しsingle cellに処理し、増殖細胞分画は抗Ki-67抗体で、cell cycleの検討はflowcytometryで測定した。G0細胞分画は、G0/G1期にあり、かつKi-67を発現していない分画として求めた。Docetaxel投与36-72時間では、G1期の細胞がG2/Mに進みG2/M期の比率が最大に達した。このような細胞周期の変動にもかかわらず、G0細胞分画の変動はなく、最大観察期間の投与後120時間までrecruitmentは起きなかった。以上、新規抗癌剤タキソールがG0期細胞からG1期細胞へのrecruitmentを阻害することを明らかにし、本剤が化学放射線療法において腫瘍細胞の加速腫瘍増殖(accelerated repopulation)を抑制しうることが示唆された。Erythropoietin(EPO)は低酸素により誘導され、赤芽球の分化に関与し、赤血球の産生を増加させる。近年、EPOが血管新生に関与するという報告が見られる。我々はラット化学物質誘発肝癌モデルを用いてEpo,Epo-r,VEGF,flt(VEGF receptor)などの免疫組織化学染色による形態学的解析を行うとともに、それらの蛋白量を定量した。本実験の結果、肝腫瘍からEPO-rが検出されたが、正常肝組織、肝硬変組織からは検出されなかった。また、腫瘍内EPO濃度と血管密度は相関した。肝腫瘍の血管新生にEPOが関与しているものと推定された。
「退屈の神経メカニズム」の解明

本研究は、「退屈を発生させる神経メカニズム」の解明を目指す。特に、退屈を感じているときの神経回路動態を、単一細胞レベルで記述するために、神経活動の操作や記録が比較的容易であるマウスを用いてアプローチする。本研究では、マウスが遊具のない環境で嫌悪刺激を進んで受けに行くという「退屈様行動」をマウスの退屈の指標とする。初めに、特定の脳領域の神経活動を不活性化させて、マウスの退屈様行動の増減を観察し、退屈に必要な脳領域を同定する。最終的には、行動中のマウスから、時間経過や退屈様行動に関連した神経活動を記録し、退屈に相関した神経回路動態を明らかにする。
化学改質リグニンによる植物のアルミニウム生育阻害抑制機構

酸性土壌においては、土壌水中のアルミニウムイオンに起因する植物の生育阻害が深刻である。このようなアルミニウムイオンの影響は、化学的に改質したリグニンを添加することによって効果的に除去できることを、我々はこれまでの検討の中で見出している。本研究においては、このようなアルミニウムイオンの生育阻害作用の除去機構の解明を目的として検討を進めてきた。アルカリ性酸素酸化によって化学的に改質したリグニン中には、芳香核の部分的開裂によるカルボキシルを中心に多様な酸性基が導入されており、これらの酸性基とアルミニウムイオンとの間の錯体形成が、生育阻害作用の除去に密接に関連しているものと考え、各種酸性基の化学構造およびその存在量について詳細に検討した。その結果、酸性基はラジカルスルフォン化処理の場合にのみ確認される強酸性基の他に、三種の弱酸性基が存在すること、弱酸性基のうち、最も酸性の強い弱酸性基Iは、処理と共に減少すること、弱酸性基IIは処理によって顕著に増加することを確認した。前者には芳香族カルボン酸構造が含まれると予想される。一方、後者にはムコン酸型構造およびカテコール型構造が含まれると考えられる。このような改質リグニンにアルミニウムイオンを添加すると、弱酸性基I相当の酸が顕著に増加することが認められた。このことは、錯体の形成によって放出されるプロトンの存在を示しており、錯体形成の証拠でもある。アルミニウムイオンを対象としたNMR(^<27>AL-NMRにおいても、処理リグニンの添加によって遊離モノマー・アルミニウムイオンの存在を示すシグナルが消失することが確認されており、これも錯体形成を裏付けているといえる。今後は、アルミニウムイオンとの錯体形成能の観点から、最適な化学的前処理条件を確立することが重要であると考えている。地球規模で進む森林の荒廃を防止し、再生させることは、地球環境を保全するためのみならず、我々人類の生活に必要な木材資源を永続的に確保するうえでも極めて重要であるが、地球各地に広がる酸性土壌のために、その取り組みは著しく困難なものとなっている。このような土壌においては、樹木は健全な生育を示さないといわれており、森林の伐採跡地が広大な草地として熱帯地域でしばしば放置されでいるが、その主要な理由の一つとなっている。酸性土壌における樹木の生育阻害は、多くの場合、土壌中に一定濃度以上含まれるアルミニウムイオンに原因しており、健全な土壌では表土中の腐植物質がこれを捕捉し、阻害を抑えていると考えられている。申請者等は、これまでの研究において、パルプ製造時の副産物として得られる廃液グニンを出発物質とし、これの化学的改質によって、植物のアルミニウムイオンによる生育阻害を抑制する機能を有するリグニン系土壌改良剤の開発に成功している。本研究においては、このリグニン系土壌改良剤とアルミニウムイオンとの相互作用の解明と、その存在がアルミニウムイオンと根端生長組織との相互作用に及ぼす影響を明らかにし、これによって、リグニン系土壌改良剤による植物のアルミニウム生育阻害機構を解明することを目的としている。初年度の検討の結果、アルミニウムイオンの根先端部への吸着が、化学改質リグニンの存在によって明瞭に阻害されることを各種の改質リグニンの場合について確認することができた。アルミニウムイオンと化学改質リグニンとの相互作用に関しては、両者の共存の結果放出される著量の水素イオンが、アルミニウムイオンとの間の錯体の生成によることを、確認した。AL-NMRスペクトルによる錯体形成状態にあるアルミニウムイオンの観察を詳細に行っており、結合状態によって異なったスペクトルが出現し、あるいはスペクトル自身が消失することを見出しており、AL-NMR法によるアルミニウムイオンの存在形態の追跡が可能であるとの予備的結論を得ている。世界の酸性土壌地域は、農業利用可能陸地面積の42%にも達しているとされている。

そして、これらの地域は熱帯地域における過度の森林伐採の結果、益々増大する傾向にすらある。これらの地域における植物の生育阻害の要因には様々なものがあると考えられるが、土壌中のアルミニウムの過剰によるものが最も多く、かつ深刻であるといえる。健全な土壌においては表土中に存在する腐植物質が土壌水中のアルミニウムイオン濃度を適性に維持する機能を有していると考えられている。腐植物質が親水性基に富む高分子物質であり・植物細胞壁構成成分に由来すると考えられることから、本研究ではパルプ製造排液から分離した工業リグニンの化学的変換によって腐植物質と同等の機能を有する土壌改良剤を開発することを目的としている。初年度の検討によって、化学改質リグニンがアルミニウムイオンとの間で錯体を形成すること、およびこれによってアルミニウムイオンの植物に対する生育阻害が著しく抑制されることが明らかとなった。今年度は、このような化学改質リグニンの機能の解明には、錯体形成に関与する化学構造の詳細な検討が不可欠であるるとの認識から、主として伝導度および電位差による同時滴定によって、各種酸性基の分別定量を試みた。その結果、酸性基はその酸性度によって強酸性基、および3種の弱酸性基に分類できることが明らかとなった。強酸性基はアルカリ性酸素によるリグニンの化学改質において得られる高分子には存在しないが、極く低分子量の画分には明らかに存在することが確認された。その他の弱酸性基の性状としては、芳香族カルボン酸類に代表されると考えられる弱酸性基I,その他の芳香核の開裂に基因すると考えらる弱酸性基II,フェノール性水酸基を中心とした弱酸性基IIIが認められた。化学改質処理の条件とこれらの酸性基量、およびアルミニウム毒性抑制機能の関係から、弱酸性基IIが最も重要であることが明らかとなった。世界の農業利用可能陸地面積の42%にも達しているとされる酸性土壌地域の存在は、今後増大する食糧ニーズにこたえるためにも極めて深刻な問題である。また、熱帯地域における森林面積の減少の原因も、過度の森林伐採が引き金であるとはいえ、基本的には酸性土壌がその原因にあると考えられている。健全土壌において表土中に存在し、土壌を適正に維持する機能を有していると考えられている腐植物質が植物細胞壁構成成分、とりわけリグニンに由来すると考えられることから、担当者らはパルプ製造排液から分離した工業リグニンの化学的変換によって腐植物質と同等の機能を有する土壌改良剤を開発することを目的として各種の検討を続けている。本研究では、化学改質リグニンがアルミニウムイオンとの間で錯体を形成することと、これによってアルミニウムイオンの植物に対する生育阻害が著しく抑制されることを明らかとした。