hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形振動子を用いた歩行ロボットの歩行運動制御

人間を含めた動物の歩行は,複雑な筋骨格系,脳神経系,そして環境との相互作用から実現される非常に巧みで,適応的な運動である.動物は,環境の変化や,外乱に対して適応的に対応し,歩行を持続させる.この歩行原理の解明に向けて,多くの研究が進められている.特に神経生理学の知見から,動物の歩行は脊髄に存在するCPGと呼ばれるリズム生成器に生成されることが明らかとなっている.このCPGは非線形振動子を用いて広くモデル化され,特に次のような特徴を持つ.1.CPGは自発的に周期的なシグナルを生成し,動物の四肢はこのシグナルによって駆動される.2.CPGは外部センサ情報に敏感であり,このセンサ情報に従って生成するシグナルを調整する.本研究ではH15,16年度において,このCPGの特徴を用いて2脚ロボットの歩行制御系を設計し,環境の変化や外乱等に対して適応的な歩行を実現した.制御系には非線形振動子を用い,そのリズム信号から関節の運動を生成し,接地センサを用いてリズム信号を調整することで,適応的な運動を実現した.ただし,これらは数値解析,実機実験により実現したものであり,どのようなメカニズムで,適応的な運動が形成されるかは不透明であった.そこで本研究では,この現象の本質を見極めるために,運動に必要最小限の要素を取り出したシンプルなモデルを用いて,厳密に運動を構成し解析することで,これらCPGの特徴を用いて運動を生成し制御することが,いかにして適応的な歩行実現に結びつくかを解明することを目的とした.ポアンカレ写像を用いた詳細な安定解析から,振動子からのリズム信号に駆動されるロボットが,安定な歩行を実現し,更にセンサ情報を用いて運動を調整することで,より安定でロバストな歩行が実現されることが明らかとなった.これら解析結果は,CPGの特徴を用いた非線形振動子に構成される歩行制御系により,適応的な歩行を実現する示唆を与えるものと考えられる.2脚歩行ロボットは多リンク系から構成される、多くの自由度を持った複雑な機械システムである。本研究では、このロボットの力学モデルを導出し、非線形振動子を用いて歩行制御系を設計した。一般にロボットの関節にはモータが取り付けられているため各関節は直接制御できる。しかしながら、脚先は単に地面と接しているだけであり、アクチュエータを持たないため、全体の姿勢運動に関しては直接制御することができない。これまでの研究では、基本的に逆運動学や逆動力学に基づいて全ての関節角を計算するフィードフォワード制御が用いられていた。そのため、環境の変化や外乱に対する適応性が得られず、容易に不安定化した。そこで、本研究では歩行制御系を次のような運動制御系と運動計画系から構成した。運動制御系は各関節に取り付けられたモータとモータ制御系から構成され、局所PDフィードバック制御を用いて各関節を制御する。運動計画系はそれぞれが安定なリミットサイクルを持つ非線形振動子系から構成され、振動子は相互作用によって互いに作用し合い、位相パターンを形成する。そして、その振動子系の位相から各関節への写像を用いて各関節の運動を構成する。更に、姿勢情報として、脚先に取り付けられた接地センサからのシグナルを脚が接地した瞬間に運動計画系にフィードバックさせる。その結果、環境の変化や外乱による姿勢運動の変化に従って位相パターンが変化され、姿勢運動の安定性が増加される。この提案する歩行制御系を用い、運動解析を行った結果、歩行速度の変化や歩行面の傾斜角度の変化といった環境の変化に対して、自律的に歩行周期が変化することによって、より安定な、適応的な歩行が実現されることがわかった。更に、2脚歩行ロボットのハードウェアを用いて実験を行い、本制御系の有効性を検証した。複雑な機械システムの運動制御の研究として2脚歩行ロボットの歩行制御についての研究を行っている。特に環境の変化や様々な歩行条件に対して適応的に運動を変化させることで、自律的に安定な歩行を実現する適応機能の実現を目標とした。昨年度は、非線形振動子系を用いた歩行制御系を提案し、振動子系と機構系、そして環境との相互作用の結果、歩行速度や歩行面の傾斜角度といった環境の変化に対して自律的に歩行周期を変化させ、適応的に運動を調整することでロバストな直線歩行を実現した。今年度では、この制御系を更に発展させ、これまでのような環境との相互作用から直線歩行を実現させるだけでなく、例えば視覚情報といった上位からの指令に対する随意的な歩行運動の実現を考えた。つまり、上位からの指令やその時の状況から選択的に歩行パターンを動的にかつ安定に遷移させる。実現方法として、各関節の運動を構成する振動子系からの写像に幾つかのパラメータを導入し、パターンの変化に従ってその写像を修正させた。第一段階として、歩行しつつ方向を変化させる旋回歩行について考察を行った。この歩行は直線と曲線歩行を切り替えることで実現される。そのためロバストな直線、曲線歩行、そして、それらパターンの遷移が必要となる。曲線歩行では、直線歩行と異なり、遠心力など運動における身体の左右の非対称性が大きな影響を及ぼす。数値シミュレーション、及び実機(HOAP-1、富士通オートメーション)を用いた実験から、振動子系の振る舞いにより、適応的に左右の脚のリズムに非対称性が生まれ、運動の非対称性を補償してロバストな曲線歩行が実現されることが明らかとなった。そして、これら直線、曲線の歩行パターンを遷移できることを確認し、旋回歩行を実現させた。更に、1台のCCDカメラを用いた視覚情報を基に、選択的に直線、曲線歩行を切り替え、自在に旋回歩行が実現されることを確認した。

人間を含めた動物の歩行は,複雑な筋骨格系,脳神経系,そして環境との相互作用から実現される非常に巧みで,適応的な運動である.動物は,環境の変化や,外乱に対して適応的に対応し,歩行を持続させる.この歩行原理の解明に向けて,多くの研究が進められている.特に神経生理学の知見から,動物の歩行は脊髄に存在するCPGと呼ばれるリズム生成器に生成されることが明らかとなっている.このCPGは非線形振動子を用いて広くモデル化され,特に次のような特徴を持つ.1.CPGは自発的に周期的なシグナルを生成し,動物の四肢はこのシグナルによって駆動される.2.CPGは外部センサ情報に敏感であり,このセンサ情報に従って生成するシグナルを調整する.本研究ではH15,16年度において,このCPGの特徴を用いて2脚ロボットの歩行制御系を設計し,環境の変化や外乱等に対して適応的な歩行を実現した.制御系には非線形振動子を用い,そのリズム信号から関節の運動を生成し,接地センサを用いてリズム信号を調整することで,適応的な運動を実現した.ただし,これらは数値解析,実機実験により実現したものであり,どのようなメカニズムで,適応的な運動が形成されるかは不透明であった.そこで本研究では,この現象の本質を見極めるために,運動に必要最小限の要素を取り出したシンプルなモデルを用いて,厳密に運動を構成し解析することで,これらCPGの特徴を用いて運動を生成し制御することが,いかにして適応的な歩行実現に結びつくかを解明することを目的とした.ポアンカレ写像を用いた詳細な安定解析から,振動子からのリズム信号に駆動されるロボットが,安定な歩行を実現し,更にセンサ情報を用いて運動を調整することで,より安定でロバストな歩行が実現されることが明らかとなった.これら解析結果は,CPGの特徴を用いた非線形振動子に構成される歩行制御系により,適応的な歩行を実現する示唆を与えるものと考えられる.
結び目の位相不変量とその応用

主な研究成果は次の5つである.1.古典的結び目に対してC2変形(デルタ変形)にともなう,そのホンフリー多項式の0次の係数多項式の変化に関する公式を与えた.さらに,これを一般化し,結び目に対してCn変形にともなう,そのホンフリー多項式の0次の係数多項式の変化に関する公式を与えた.2.古典的結び目の量子不変量の一つであるリンクス・グールド(LG)多項式に関する研究成果.石井の発見したスケイン関係式を使って,LG多項式を共有する結び目,絡み目の構成法を見出し,この方法により,LG不変量を共有する任意有限個の2本橋結び目,2本橋絡み目を発見した.これらの2本橋絡み目はさらにホンフリー多項式,カウフマン多項式,2変数のアレキサンダー多項式(絡み目の揚合)をも共有する。3.カウフマン多項式の係数多項式についての結果を与えた.すなわち,絡み目のカウフマン多項式の最初の係数多項式が,真の部分絡み目のカウフマン多項式の係数多項式と絡み数で与えられることを示す公式を与えた.4.2本組み紐仮想結び目の群の一般的な表示を与え,それらのうちめある特別なクラスの群の交換子部分群を計算した.一般に仮想結び目は(4次元空間に埋め込まれた)リボントーラス結び目を表現し,その群は,リボントーラスの補空間の基本群であることが知られている.この計算結果により,仮想結び目群とリボン2次元結び目群,2次元結び目群,トーラス結び目群,高次元球面結び目群など種々の結び目群との関係を調べた.5.2本ケーブル絡み目のホンフリー多項式に対してスケイン関係式を与えた.これを用いて2で構成したLG多項式を共有する2本橋結び目の族が,その2本ケーブル絡み目のホンフリー多項式も共有することを示した.主な研究成果は次の5つである.1.古典的結び目に対してC2変形(デルタ変形)にともなう,そのホンフリー多項式の0次の係数多項式の変化に関する公式を与えた.さらに,これを一般化し,結び目に対してCn変形にともなう,そのホンフリー多項式の0次の係数多項式の変化に関する公式を与えた.2.古典的結び目の量子不変量の一つであるリンクス・グールド(LG)多項式に関する研究成果.石井の発見したスケイン関係式を使って,LG多項式を共有する結び目,絡み目の構成法を見出し,この方法により,LG不変量を共有する任意有限個の2本橋結び目,2本橋絡み目を発見した.これらの2本橋絡み目はさらにホンフリー多項式,カウフマン多項式,2変数のアレキサンダー多項式(絡み目の揚合)をも共有する。3.カウフマン多項式の係数多項式についての結果を与えた.すなわち,絡み目のカウフマン多項式の最初の係数多項式が,真の部分絡み目のカウフマン多項式の係数多項式と絡み数で与えられることを示す公式を与えた.4.2本組み紐仮想結び目の群の一般的な表示を与え,それらのうちめある特別なクラスの群の交換子部分群を計算した.一般に仮想結び目は(4次元空間に埋め込まれた)リボントーラス結び目を表現し,その群は,リボントーラスの補空間の基本群であることが知られている.この計算結果により,仮想結び目群とリボン2次元結び目群,2次元結び目群,トーラス結び目群,高次元球面結び目群など種々の結び目群との関係を調べた.5.2本ケーブル絡み目のホンフリー多項式に対してスケイン関係式を与えた.これを用いて2で構成したLG多項式を共有する2本橋結び目の族が,その2本ケーブル絡み目のホンフリー多項式も共有することを示した.今年度において成果のあがった主な研究は,結び目,絡み目がデルタ変形,および,C_n変形によってその不変量,とくに多項式不変量がどのように変化するかということに関するものである.葉広,Gusarovによって,2つの結び目が同じ位数n以下の有限型不変量をもつための必要十分条件が,それらがC_n変形によって移りあうことであるということが知られている.まず,C_2変形であるデルタ変形については,ある結び目にデルタ変形を施すことによって,そのConway多項式の2次の係数が必ず1だけ変化することが岡田によって知られていた.金信と新國は,一般に,ある絡み目にデルタ変形を施すことによって,HOMFLY多項式がどのように変化するかということを調べて,特に,結び目のデルタ変形のときには,その0次の係数多項式に関して比較的きれいな関係をもつことを発見した.この公式を用いて,係数多項式から得られる種々の有限型不変量がデルタ型変形を行うことによってどのように変化するかということを調べた.さらに,これを一般化して,ある絡み目にC_n変形を施すことによって,HOMFLY多項式がどのように変化するかということを調べた.同様に,特に,結び目のC_n変形のときには,その0次の係数多項式に関して比較的きれいな関係をもつことを発見した.この研究は大山と塚本の,C_n変形と有限型不変量の関係をWeb図式を使って求めた結果をヒントにしている.この公式からも,種々の有限型不変量がC_n変形でどのように変化するかということがわかった.特に,一般のC_n変形を1度行うと,HOMFLY多項式の0次の係数多項式のt=1でのn回微分係数の値が高々3通りの値の変化しかないことがわかった.この後半の研究については,現在,論文を準備中である.量子不変量の一つであるリンクス-グールド(LG)不変量に関する研究を主におこなった.これは,大阪大学大学院博士課程の石井敦との共同研究である.

まず第一に,LG不変量は非常に強力な不変量で,実際,10交点以下の結び目をすべて分類することができる.しかし,石井の発見したスケイン関係式を使って,LG不変量を共有する結び目,絡み目の構成法を見出した.この構成法は,以前,カウフマン多項式を共有する絡み目を構成した方法から類推したもので,そのために,これらの絡み目はカウフマン多項式やホンフリー多項式をも共有する.この方法を利用して,LG不変量を共有する2本橋結び目,2本橋絡み目を多く発見した.これらの2本橋絡み目はさらに2変数のアレキサンダー多項式をも共有する.さらに,LG不変量は結び目の両手性を判断することにすぐれているが,この方法を利用して,LG不変量で両手性を判定できないような結び目を構成した.すなわち,ある結び目とその鏡像が同じLGを共有するような素な結び目の例を発見した.しかし,それらが同位でないことを示すためには双曲体積をコンピュータで計算するという方法を取らざるを得なかった.第二番目に,LG不変量とカウフマン多項式の関係を調べた.リンクスとグールドはこれらの不変量において変数変換を施して得られる共通の1変数多項式の存在を示唆したが,その正確な変数変換を与えた.その結果,カウフマン多項式の結果を使うことにより,LG不変量から交代絡み目の交点数を知ることができることなどがわかった.この他に,カウフマン多項式の係数多項式についての結果を与えた.すなわち,以前,絡み目のホンフリー多項式の最初の係数多項式が,真の部分絡み目のホンフリーの係数多項式と絡み数で与えられることを示す公式を与えたが,同様な公式をカウフマン多項式に対しても与えた.これらの研究については,現在,論文を投稿中,あるいは準備中である。2本組み紐仮想結び目の群の一般的な表示を与え,それらのうちのある特別なクラスの群の交換子部分群を計算した.一般に,佐藤進等により仮想結び目は(4次元空間に埋め込まれた)リボントーラス結び目を表現し,その群は,リボントーラスの補空間の基本群であることが知られている.4次元空間内の2次元球面結び目の群はトーラス結び目の群でもある.また,Hillmanは2次元球面結び目の群の交換子部分群が有限群になる場合を調べている.仮想結び目の群の計算はこれらの群,さらには古典的結び目群,高次元結び目群との関係を示唆するものである.金信は各自然数Nについて位数のNの元をもつような2次元球面結び目の群を構成しているが,まず大学院修士課程の辻和典はこれと同型な群をもつ2本組み紐仮想結び目を構成した.続いて,金信は仮想交点を3個もつ2本組み紐仮想結び目のあるクラスの群の交換子部分群を計算し,それらが位数8の四元数群と有限個の位数2の巡回群の直積になる場合と,有限個の位数2の巡回群の直積だけになる場合の2通りになることを示した.これらは有限群で,後者は可換群でもある.Hillmanの結果から,これらの群は(位数8の四元数群以外は)リボントーラス結び目の群であるが,2次元球面結び目の群ではないことがわかる.どのような有限群が仮想結び目の群の交換子部分群として現われるかというような問題が今後の研究課題となる.これらの結果は辻と金信の共著論文にまとめる予定である.2本ケーブル絡み目のHOMFLYPT(ホンフリー)多項式に対してスケイン関係式を与えた.リンクス(J.Links)とドュウィット(D.De Wit)は同じリンクス・グールド(LG)多項式をもつミュータントでない12交点の結び目の対を4組みつけた.
食餌由来抗酸化物質によるニトリロ3酢酸酸化障害の予防

癌の発生には環境因子と生活様式が重要な意義を持つ。このような観点から、癌の化学予防にはその様な作用を有する食餌が重要であろう。動物実験により化学予防に有効との判定が出たものに関してはその効果が期待できる。このような観点から、クルクミンとプロブコールの効果を活性酸素発癌モデル(鉄ニトリロ三酢酸モデル)を用いて研究をしている。鉄ニトリロ三酢酸(鉄-NTA)による腎発癌モデルは私たちが開発したものであるが、これまで多くの研究室で使用されている。この研究ではクルクミンまたはプロブコールをあらかじめ食餌に混じて投与したマウスを用い、鉄-NTAを腹腔内に注射した。酸化ストレスに対する防護作用の研究では、クルクミンまたはプロブコール投与は鉄-NTAにより誘導される過酸化反応(TBARS,4ヒドロキシノネナールの生成、8ヒドロキシグアノシンDNA付加体の生成)を有意に抑えた。また、増殖抑制試験では、これらの前投与は脱カルボキシル酵素の上昇を抑えた。病理組織によってもそのことは裏付けられている。現在、クルクミンとプロブコールを用いた癌発生抑制効果については実験中である。次の実験は、外来性のNO(一酸化窒素)発生に用いられるニトログリセリンを用いたものである。この実験においても、NOは腫瘍プロモーションを阻害することがわかった。NOと鉄との相互作用が関係するのかもしれない。その他、メタロチオネインなどの作用も研究中である。
IgA腎症における扁桃摘出術の適応基準の確立

IgA腎症は、多因子疾患であり、その病態が複雑であるため、複数のバイオマーカー(血中糖鎖異常IgA1・糖鎖異常IgA1特異的IgG抗体価およびIgA抗体価、IgG-IgA免疫複合体などのバイオマーカー)を組み合わせることで、診断・疾患活動性の評価に有用であることが基礎データとして示された。血清バイオマーカーに加えて、扁桃細胞培養液中の糖鎖異常IgA1・糖鎖異常IgA1特異的IgG抗体価およびIgG-IgA免疫複合体などのバイオマーカーを測定し、解析することで、扁桃摘出術の適応を決定する上で有用なマーカーとなりうることが示唆される。扁桃における腎炎惹起性IgA産生の検証を行うため、2012年度より扁桃摘出術を行った患者の扁桃細胞を培養した上清の各種バイオマーカーの測定を開始した。現時点までに、IgA腎症患者60症例、非IgA腎症患者34症例について、ELISA法により扁桃上清のIgA、IgG、IgA-IgG免疫複合体、糖鎖異常IgA1の測定を行った。IgA腎症患者においては扁摘前と治療後の血清バイオマーカー(IgA、IgAーIgG免疫複合体、糖鎖異常IgA1、糖鎖異常IgA1特異的抗体)の測定を順次行っている。また、当院診療録から、開始時からの継時的な臨床検査所見(血清クレアチニン値、尿蛋白定性、尿蛋白量、尿潜血反応、尿沈渣など)、治療内容(ステロイドパルスの回数、ステロイド内服量および期間、抗血小板薬、抗凝固薬、ACE-I/ARB内服の有無など)についてのデータ収集を行っている。腎炎惹起性IgA産生に対する扁桃Tolllike receptor 9 (TLR9)の関与を検討し、扁桃TLR9とTLR9遺伝子の塩基多型による扁摘適応基準の検証を行うため、IgA腎症患者扁桃組織のRNA抽出を順次行っている。今後、検証症例全てのRNA抽出が終了次第、TLR9発現の測定を開始する。そして、患者の保存DNAよりTLR9遺伝子塩基多型の解析を順次行い、各種バイオマーカーと扁桃TLR9の発現、TLR9遺伝子の塩基多型との相関を検証する。扁桃上清中のIgA、IgG、IgAーIgG免疫複合体、糖鎖異常IgA1の濃度がこれまで未知であり、ELISA法による測定の際の希釈倍率など条件検討が必要であった。現在、各種バイオマーカーの測定を順次行い、解析に向けて順調にデータを蓄積している。IgA腎症は扁桃粘膜免疫の関与が示唆されているが、その機序は不明である。これまで臨床および基礎研究により、扁桃TLR9の発現が腎炎惹起性IgA産生への関与が示唆されている。糖鎖異常IgA1および糖鎖異常IgA1特異的抗体、これらによる免疫複合体形成が病因に関わることが報告されているが、それらの産生部位は明らかになっていない。本研究では、扁桃における糖鎖異常IgA1・糖鎖異常IgA1特異的抗体産生と血清バイオマーカーおよび臨床所見との相関、扁桃TLR9の発現とTLR9遺伝子の塩基多型との相関を明らかにすることで、扁桃摘出術の新たな適応基準を確立することを目的とした。IgA腎症患者60症例、非IgA腎症患者34症例について、ELISA法により扁桃上清のIgA、IgG、IgG-IgA免疫複合体、糖鎖異常IgA1、糖鎖異常IgA1特異的抗体の測定を行った。IgA腎症患者においては扁摘前と治療後の血清バイオマーカー(IgA、IgG-IgA免疫複合体、糖鎖異常IgA1、糖鎖異常IgA1特異的抗体)の測定を行った。また、当院診療録から、治療開始時から継時的な臨床検査所見(血清クレアチニン値、尿蛋白定性、尿蛋白量、尿潜血反応、尿沈渣など)、治療内容(ステロイドパルスの回数、ステロイド内服量および期間、抗血小板薬、抗凝固薬、ACE-I/ARB内服の有無など)についてのデータ収集を行い、バイオマーカーの推移との関連を検討した。腎炎惹起性IgA産生に対する扁桃Tolllike receptor9(TLR9)の関与を検討し、扁桃TLR9とTLR9遺伝子の塩基多型による扁摘適応基準の検証を行うため、IgA腎症患者扁桃組織のRNA抽出を行い、各種バイオマーカーと扁桃TLR9の発現、TLR9遺伝子の塩基多型との相関を検証する。

血清バイオマーカー、扁桃細胞上清中のバイオマーカー、臨床情報のデータの収集が終わり次第、各種バイオマーカーと治療後の臨床的寛解率を比較検討し、扁摘の適応を決定する新たな指標の確立に向けて検証する。また、扁桃TLR9の発現とTLR9遺伝子の塩基多型との相関を検証し、塩基多型による扁摘の適応基準についての検証を行。腎臓バイオマーカー測定方法の条件検討に時間を要し、全症例の測定を終了することができなかったため。全ての症例におけるバイオマーカー測定を行い、解析を開始する。
認知症ケア技術高度化のためのマルチモーダル認知症コーパスの構築と利用

本研究では,達人の経験知となっている認知症ケアスキルの形式知化を進め,ケア従事者の内省を促す認知症ケアスキル学習システムを開発した.主な研究成果は以下の2点である.1)認知症ケアスキル,及び認知症の人の感情的状態を評価するための行動プリミティブ,評価モデルを設計した.その結果,認知症ケアインタラクションを表現することが可能となり,認知症コーパスの基本構造の有効性が示された.2)コーパスの構造を活用することで,認知症ケアの効果的な内省を促すための振り返り学習支援環境を構築した.介護現場において効果検証をした結果,ケアスキルの向上が認められ,認知症ケアの学びに有効であることが示された.本研究では,専門家の経験知となっているケア技術の形式知化を進めると共に,介護・看護者の内省を促す認知症ケア技術学習システムを構築することが目的である.以下にH27年度の成果概要を示す.1.認知症ケアスキルの記述スキームを設計し,それを表現,分析するためのWeb分析ツールを開発した.2.記述結果を評価するために専門家の知識をスキル評価ルールとして蓄積した.その結果,スキルの基本部分において専門家と同様の評価が可能となることを示した.3.専門家の知識モデルに基づいた振り返り学習コンテンツを開発し,医療現場におけるコンテンツの有効性を検証した.その結果,本コンテンツが学びに有効であることを示した.専門家との継続的な連携に加え,医療・介護施設との連携が進み,実データの収集と分析が効率的に実施できる環境を設計した.専門家の実践的知識を手がかりに,コミュニケーションスキル表現モデルの構築が進み,学習コンテンツへの構造の利用につながった.コンテンツの有効性評価も一部行えたため,継続的な評価体制で実験を継続できる見通しが得られた.本研究では,専門家の経験知となっているケアスキルの形式知化を進めるとともに,ケア従事者の内省を促す認知症ケアスキル学習システムを構築することが目的である.以下にH28年度の成果概要を示す.1.マルチモーダル情報を統合して認知症ケアを分析するためのマルチモーダル行動分析システムを構築し,認知症コーパスの構造を再設計し,内容を拡充した.本コーパスを活用した分析によって,認知症ケアが認知症の人の精神症状の改善に有効であることが示された.2.映像を使って組織全体で学ぶための認知症ケア学習支援システムを開発し,病院内で実証評価実験を行った.本システムは,映像を使った協調学習環境を提供できるという特徴がある.本システムを半年間利用した結果,認知症ケアスキルに向上が認められ,認知症ケアの学びに有効であることが示された.3.研究を進めていく上で,ケアをする前に,認知症の人の状態を「見立てる」ことの重要性が明らかとなった.そこで,精神疾患,内科的疾患,精神科薬物療法に焦点をあてた見立て知を学ぶためのアクティブ・ラーニング環境を構築した.福井県の若狭地区における実践の結果,本環境が「認知症の見立て」の理解に有効であることが示された.以上のことから,本研究の成果は,学習環境とケア知の形式知化を両輪で行うことによって,未解明な認知症ケアの知識が表出化され実践的な知識として内面化できる,ということが示されたことである.本研究では,達人の経験知となっている認知症ケアスキルの形式知化を進め,ケア従事者の内省を促す認知症ケアスキル学習システムを開発した.主な研究成果は以下の2点である.1)認知症ケアスキル,及び認知症の人の感情的状態を評価するための行動プリミティブ,評価モデルを設計した.その結果,認知症ケアインタラクションを表現することが可能となり,認知症コーパスの基本構造の有効性が示された.2)コーパスの構造を活用することで,認知症ケアの効果的な内省を促すための振り返り学習支援環境を構築した.介護現場において効果検証をした結果,ケアスキルの向上が認められ,認知症ケアの学びに有効であることが示された.本年度構築した実験環境を活用して,継続的に認知症コーパスの構築と利用に展開できる.病院での状況理解を重点的に実施していたが,これを介護施設などの生活を支える現場に広げて展開する.その際,チーム,環境といった要因をモデルに組み込み,マルチモーダル情報の分析,利用を発展させる.認知症情報学
システインリッチタンパク質の合成研究

植物の受粉に需要な役割を持つ花粉管誘引タンパク質LUREの化学合成に取り組んだ。合成はFmoc固相ペプチド合成法によって合成した2つのペプチド断片をKAHAペプチドライゲーション反応で連結することで達成した。この時、反応系中に還元剤(TCEP)を加えることで効率良くらいゲーション反応が進行することを見出した。さらに、システインリッチタンパク質の部分構造を環状ペプチドに組み込むことで、元のタンパク質の生物活性を再現することに成功した。環状ペプチドはKAHAペプチド環化反応によって合成した。システインリッチタンパク質(CRP)は、ウィルスから真核生物まで多くの生物が持つ、システイン残基を多く含む分泌性の低分子(20kDa)タンパク質の総称であり、抗菌作用、神経毒性、脂質輸送、植物ホルモンなど様々な機能を持つタンパク質が存在する。アミノ酸配列の約10%がシステイン残基であるという興味深い特徴を持つが、この構造的特徴のためCRPの構造や機能の解明は容易ではない。本研究ではシステインリッチタンパク質に分類される、植物の生殖に重要な花粉管誘引タンパク質の化学合成を行った。花粉管誘引タンパク質は植物の種類ごとにそのアミノ酸配列が部分的に異なるため、交配の種特異性を司る分子の一つであると予想される。合成はC末端にα-ケト酸を持つペプチド断片とN末端にヒドロキシルアミンを持つもう一つのペプチド断片をケト酸-ヒドロキシアミン(KAHA)ライゲーションによって連結することで達成した。ライゲーション反応は水系溶媒中、無保護のペプチドを用いて温和な条件下で問題なく進行した。またそれぞれのペプチド断片はFmoc法を用いた固相合成によって合成された。さらに活性試験の結果から、得られた合成タンパク質が花粉管誘引活性を有することも確認した。これによりライゲーション部位に構築されるホモセリン残基がタンパク質の性質に大きな影響を与えないことも示された。この花粉管誘引タンパク質の構造と花粉管誘引における種の特異性の関係を解明するため、現在複数の誘導体の合成とその活性評価をおこなっている。システインリッチタンパク質(CRP)、はウイルスから真核生物まで多くの生物が持つ、システインを残基を多く含む分泌性の低分子(20kDa)タンパク質の総称であり、抗菌作用、神経毒性、脂質輸送、植物ホルモンなど様々な機能を持つタンパク質が存在する。アミノ酸残基の約10%がシステインであるという興味深い特徴を持つが、この構造的特徴のためCRPの構造や機能の解明は容易ではない。本研究ではシステインリッチタンパク質に分類される植物の生殖に重要な花粉菅誘引タンパク質の化学合成を行った。花粉菅誘引タンパク質は植物の種類ごとにそのアミノ酸配列が異なるため、交配の種特異性を司る分子の一つであると予想される。合成はC末端にα-ケト酸を持つペプチド断片とN末端にヒドロキシルアミンを持つもう一つのペプチド断片をケト酸-ヒドロキシルアミン(KAHA)ライゲーションによって連結することで達成した。ライゲーション反応は水系溶媒中雨、無保護のペプチドを用いて温和な条件下で問題なく進行した。さらに活性試験の結果から、得られた合成タンパク質が花粉菅誘引活性を有することも確認した。また様々な誘導体の合成を行い、構造活性相関研究を行った。合成された誘導体は異なる植物種を用いた花粉菅誘引アッセイによって、アミノ酸配列の違いと種の特異性について評価した。その結果、花粉菅誘引活性の種特異性を司るアミノ酸残基について重要な知見を得た。合成ターゲットはシステインを多く含むシステインリッチタンパク質であり、合成および取り扱いが困難であることが予想していた。また無保護のシステインを含むタンパク質へのKAHAライゲーションの適用は初めての試みであった。初年度の研究により、ペプチド断片の精製法の最適化およびKAHAライゲーションへの添加物の最適化によってシステインリッチタンパク質に応用可能な合成手法を確立することができた。これにより花粉管誘引タンパク質を数ミリグラムから数十ミリグラム単位で合成することが可能となった。これによりこのタンパク質の立体構造解明のための各種構造解析に十分な量、十分な純度のサンプルの供給が可能となったといえる。今回開発した手法は他のシステインリッチタンパク質にもそのまま適用することが可能であると予想している。初年度に開発した手法を用いて、現在、誘導体合成および化学修飾されたタンパク質の合成を行っており、順次生物活性試験を行っていく予定である。有機合成化学、ケミカルバイオロジー、タンパク質化学当初の計画通り誘導体や化学修飾されたタンパク質の合成に取り組む。これまでに得られた結果が国内の生命科学者の興味を引くこととなり、新たな共同研究の申し出も受けた。そのため当初予定していなかった合成ターゲットについても目的を広げ、幅広いタンパク質を対象として研究を進めていく予定である。
実数値遺伝アルゴリズムの再構築と展開

実数値GAの枠組みを再構築し、新たなる展開を図ることを目標に研究を進め、世代交代モデルJGG、多親交叉の一般的枠組みREX(φ, n+k)、大域的降下方向を用いたREX^(star)、適応的実数値交叉AREX、機能分担CMA-ES、制約処理のためのパレート降下修正オペレータ、機能分担多目的実数値GA(FS-MOGA)、2段階GA "Solid EMO"、インスタンスベース政策最適化のための実数値GA(FLIP)、カーネル密度推定器としての実数値交叉、などの成果を得た。(1)高次元関数最適化のための実数値GA実数値GAの世代交代モデルとしてJGG(Just Generation Gap)を提案した。JGGは、従来の標準的なモデルMGGに比べて、収束速度および高次元への対応において極めて高い性能を有すること、また多峰性問題に対して頑健であることをベンチマーク実験により明らかにした。実数値GAの多親交叉の拡張形としてREX(φ, xb, n+k)を提案した。REXでは任意の確率分布φに対して親個体群の分散・共分散行列が保存されるようにパラメータが設定される。さらに、多峰性下での大域的降下方向という概念を導入し、この方向に子個体生成分布の中心をおくことで、探索速度の向上を図っている。REX(φ, xb, n+k)により、数百次元規模の関数最適化問題を実用的時間内で解くことが可能になった。(2)多目的関数最適化のためのハイプリッド実数値GAGAは多目的最適化問題の近似解集合を効率良く求める手法であるが、高精度の解を得ることが困難であることが指摘されていた。本研究では、解集合がパレート最適解に近づくにつれて非改悪方向が急速に拡大するため、交叉とランキングが非改悪方向に探索を進め、パレート解から離れた解をシェアリングが選択しやすいことが、GA単独では高精度の解が得られないことを明らかにした。高精度の解集合を得るために、GAと高性能な局所探索手法であるパレート降下法をGA then LSの形で組み合わせる枠組みを提案し、高精度の近似解集合を効率よく見いだせることを実験により確認した。(3)実数値GAにおける制約対処法関数最適化の実問題は一般に複数の制約条件をもつ。GAによる最適化では実行不可能解を適切に利用しないと、探素が停滞してしまう場合があり、制約対処法が重要である。本研究では、目的関数の最適化と制約関数の充足化を同時に達成しようとする既存の制約対処法ではGAによる探索の停滞を解決できないことを指摘し、その理由を明らかにした。次に、パレート降下法と射影勾配法の考え方によって違反制約関数を単調に減少させることができることに着目し、すべての違反制約関数を効率よく減少させるパレート降下修正オペレータPDRを提案した。PDRは制約処理を操作対象としているため、多目的あるいは単目的であるかを問わず、関数最適化における汎用的な制約対処法として利用可能である。実数値遺伝アルゴリズムの再構築と展開に関する研究課題に取り組み、以下の研究成果を得た。1.統計量遺伝に基づく実数値交叉の一般化実数値交叉を一般化した枠組みとしてREX(φ,n+k)を提案した。REX(φ,n+k)は従来のSPXやUNDX-nを一般化した枠組みであり、統計量の遺伝を完全に満たす。2.大域的降下方向を用いたREX^<star>の提案集団や親個体群が最適解を覆っていない状況に対処するために、多峰性の景観のもとでマクロな降下方向を表す大域的降下方向を導入した。REX(U,n+1)をベースに子個体生成分布の中心を大域的降下方向に移動して改善子個体を効率よく生成するREX^<star>を提案し、数百次元規模の問題を実用時間内で求めることができることを示した。3.多様体ベースの多目的関数最適化手法の提案
ビタミンDによる組織特異的な分子メカニズムの解析

活性化ビタミンD_3をリガンドとするビタミンDレセプター(VDR)はDNA結合性の転写制御因子であり、リガンド結合によって標的遺伝子の発現を正負に調節している。ビタミンD正の制御メカニズムに関する研究はある程度明らかになっているものの負の制御メカニズムに関しては未だに不明点が多い。我々はビタミンDのVDRを介した負の転写制御メカニズムに興味を持ち、以前当研究室で単離したビタミンD生合成の鍵酵素であるビタミンD_31α水酸化酵素(1α(OH)ase)遺伝子のプロモーター上に負の応答領域(1α-nVDRE)を同定した。1α(OH)ase遺伝子発現における転写抑制遺伝子として働くbHLH転写因子VDIRを単離した。また、更なる解析により、1α,25(OH)2D3非存在、PKA存在下にはVDIRがリン酸化を受け、更にco-activatorであるp300と複合体を形成するとにとり、1α(OH)ase遺伝子の転写活性を上昇することを明らかにした(Murayama et al., EMBO J.in press)。一方、当研究室では転写共役因子複合体の一つとして、VDRにリガンド非依存的に結合する新規ATP依存性クロマチンリモデリング複合体WINACを精製・同定した。さらに、この複合体がビタミンDによる1α(OH)ase遺伝子の発現抑制に対して、NCoRタンパクを含むHDAC複合体と協調的に働いていることを報告した(Kitagawa et al., Cell,113,905-917,2003)。一方、1α(OH)ase遺伝子は主に肝臓で発現すると知られており、体内のCaや活性型ビタミンDに反応し、その発現が精巧に制御されている。特に腎臓の近位尿細管においては活性型ビタミンDによりフィードバック反応により発現が抑制される。酵素の基質特異性やプロモーター機能解析から、腎臓特異的な転写制御機構解明が期待される。活性型ビタミンDをリガンドとするビタミンDレセプター(VDR)はリガンド依存的な転写制御因子であり、標的遺伝子の発現を正負に調節していることが知られている。VDRによる転写活性の制御メカニズムは、ビタミンD依存的にリクルートされる転写共役因子の機能解析により理解されているものの、一方で負の転写抑制メカニズムは未だ不明点が多い。我々は、これまでにビタミンD生合成鍵酵素であるビタミンD_31α水酸化酵素(1α(OH)ase)遺伝子プロモーター上に負の応答領域(1αnVDRE)を同定し、その応答配列に結合するbHLH型新規転写制御因子VDIRの単離に成功した。VDIRはPKAα存在下でリン酸化を受けるとco-activatorであるp300と複合体を形成し、1α(OH)ase遺伝子の転写活性を上昇させた。一方、このシグナルによって産生される1α,25(0H)2D3が増加するとVDIRは1α,25(OH)2D3依存的にVDRと結合し、更にヒストン脱アセチル化活性を不すHDACを含むco-repressorと複合体を形成し、転写を抑制させた(Murayama et al.,EMBO J.inpressed)。これらの結果を踏まえ他の活性型ビタミンDにより負に制御されることが知られているPTH及び'PTHrP遺伝子の転写抑制メカニズムを検討した結果、1α(OH)ase遺伝子同様の転写抑制メカニズムが存在することを見出した。すなわちVDIRを介する転写抑制メカニズムは、活性型ビタミンDによる負の標的遺伝子において共通したメカニズムである可能性が考えられた。現在、ビタミンD依存的なVDIR、VDRの転写抑制因子複合体の構成因子全貌を明確にする目的で生化学的手法により同定を試みている。
ヘリウムフリー・STM単一分子分光法の開発と有機半導体分子の電子状態計測

走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて単一分子の電子状態計測を行う場合、熱ノイズ、熱ドリフト等、熱に起因する様々な問題を避けるため、STM本体を液体ヘリウムで冷却した極低温環境が必要不可欠とされてきた。直近の状況を鑑みると,液体ヘリウムの価格は上昇しつつあり,今後の確保が不透明である可能性も指摘されている。本研究では液体ヘリウムを使用しないSTM単一分子分光法の開発を試み、固体表面上に吸着した有機半導体分子の電子状態を単一分子レベルから評価できるようにすることを目的としている。前年度までにおいては、有機半導体(鉛フタロシアニン,ルブレン)による2次元薄膜の作成と、局所分光計測を行ってきた。本年度は,ペリレン超薄膜をもちいた構造観察ならびに局所分光に着手した。単層膜からなる超薄膜をフェムト秒レーザーで励起すると、波長600nm程度の可視光が蛍光放出されることをすでに見出しており,構造と電子状態の相関に興味がもたれる。蛍光スペクトルを解析すると、薄膜形成時に分子が2量体を形成していることが示唆されたが、実空間での情報は得られていなかった。本年度は、STMや低速電子線回折を用いることで単一分子レベルでその2量体構造を初めて明らかにすることができた。この構造には温度依存性があり,180K程度で構造相転移を起こすことも明らかになった。STMを用いた局所分光ではマクロスケール分光である,2光子光電子分光と良い一致が見られ,ヘリウム温度でなくとも単一分子レベルで電子状態が評価できていることが示された。統合的な結果により,光子放出の機構と分子レベルで見た構造とをリンクさせて理解することができるようになった。また,最終年度に当たる今年度は研究経費の一部を用いて研究内容に関する国際シンポジウムを行い,国内外の研究者との意見交換を通して研究の取りまとめを行うことができた。走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて単一分子の電子状態計測を行う際、熱ノイズ、熱ドリフト等、熱に起因する様々な問題を避けるため、STM本体を液体ヘリウムで冷却した極低温環境が必要不可欠とされてきた。本申請で提案した手法による単一分子分光が可能となれば、従来の極低温STM単一分子分光で求められてきた敷居をかなり下げられることが期待される。さらに、従来の極低温・走査トンネル分光(STS)では計測できなかったエネルギー領域において、有機半導体分子の電子状態を議論できるようになることを目指す。今年度は、単一分子計測の実行にさきだち、2次元薄膜の作成と、それを用いた局所スペクトル計測を行った。具体的には、局所スペクトルの取得前にSTM像を連続取得し、試料の熱ドリフト量とドリフト方向の見積もりをおこなった。局所分光では、距離(z)-電圧(V)依存性から電子状態を計測する手法を開発し、電子状態の2次元マップを作成する手法を検討した。特にフェルミ準位から離れたエネルギー領域での電子状態計測に重点的に取り組み、光電子分光の結果と比較・議論を行った。具体的には、典型的な有機半導体である、ルブレンによる超薄膜を作成し、zV分光を適用した。物理吸着した分子の非占有準位(LUMO)や、非占有・表面鏡像準位(IPS)の測定に成功している。探針-試料間にかかる局所電場効果(いわゆるシュタルク効果)を定量的に評価し、zV分光で計測された局所電子準位は巨視的スケールで取得した光電子分光の結果とも良く比較できることを示した。最終的には単一分子分光までを行うことを目標とするが、本年度はそれに先立つ形で2次元超薄膜に適用し、本課題で提案した計測手法(zV分光)が有効である道筋を示すことができた。また、巨視的な計測手法である2光子光電子分光との比較を同一計測対象で行い、局所分光の結果と比較を行った。有機薄膜作成については、蒸着源を自作し、低速電子線回折を併用して構造の決定を行うことができた。以上の結果より、単一分子分光の実現に向けて、概ね順調に進展していると判断した。前年度までにおいては、2次元薄膜の作成と、それを用いた局所スペクトル計測を行ってきた。具体的には、局所スペクトルの取得前にSTM像を連続取得し、試料の熱ドリフト量とドリフト方向の見積もりをおこなっている。局所分光では、距離(z)-電圧(V)依存性から電子状態を計測する手法を開発し、電子状態の2次元マップを作成した。今年度は上記に加え、電流(I)ー電圧(V)特性からも同様のことができるようになり、前者で得られた情報に加え、エネルギー分解能が優れた手法で、同じ系を評価することができるようになった。さらにペリレン超薄膜において構造観察ならびに局所分光に着手した。この系では、単層膜からなる超薄膜をフェムト秒レーザーで励起すると、可視光が蛍光放出されることを新たに見出している。

放出光子のスペクトルを解析すると、薄膜ができた時に分子2量体を形成していることが示唆されたが、実空間での情報は得られていなかった。そこで本年度は、STMを用いることで単一分子レベルでその構造を初めて明らかにすることができた。これにより、光子放出の機構と分子レベルで見た構造とをリンクさせて理解することができるようになった。最終的には単一分子分光までを行うことを目標とする。本年度はそれに先立つ形で昨年度とは別種の2次元超薄膜に適用することで、本課題で提案した計測手法(zV分光)が局所分光の計測モードとして適切であることを示すことができた。また、巨視的な計測手法である2光子光電子分光との比較を同一計測対象で行い、局所分光の結果と比較を行うことができた。巨視的に観測された非占有電子状態は、STM局所分光で観測されたものとよく対応していることが判明し、zV分光での計測結果とよく整合していることが明らかとなった。加えて、分子が単分子で吸着する、計測に適した系を探索していく。走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて単一分子の電子状態計測を行う場合、熱ノイズ、熱ドリフト等、熱に起因する様々な問題を避けるため、STM本体を液体ヘリウムで冷却した極低温環境が必要不可欠とされてきた。直近の状況を鑑みると,液体ヘリウムの価格は上昇しつつあり,今後の確保が不透明である可能性も指摘されている。本研究では液体ヘリウムを使用しないSTM単一分子分光法の開発を試み、固体表面上に吸着した有機半導体分子の電子状態を単一分子レベルから評価できるようにすることを目的としている。前年度までにおいては、有機半導体(鉛フタロシアニン,ルブレン)による2次元薄膜の作成と、局所分光計測を行ってきた。本年度は,ペリレン超薄膜をもちいた構造観察ならびに局所分光に着手した。単層膜からなる超薄膜をフェムト秒レーザーで励起すると、波長600nm程度の可視光が蛍光放出されることをすでに見出しており,構造と電子状態の相関に興味がもたれる。蛍光スペクトルを解析すると、薄膜形成時に分子が2量体を形成していることが示唆されたが、実空間での情報は得られていなかった。本年度は、STMや低速電子線回折を用いることで単一分子レベルでその2量体構造を初めて明らかにすることができた。この構造には温度依存性があり,180K程度で構造相転移を起こすことも明らかになった。STMを用いた局所分光ではマクロスケール分光である,2光子光電子分光と良い一致が見られ,ヘリウム温度でなくとも単一分子レベルで電子状態が評価できていることが示された。統合的な結果により,光子放出の機構と分子レベルで見た構造とをリンクさせて理解することができるようになった。また,最終年度に当たる今年度は研究経費の一部を用いて研究内容に関する国際シンポジウムを行い,国内外の研究者との意見交換を通して研究の取りまとめを行うことができた。局所分光と、巨視的な計測手法である2光子光電子分光との比較を同一計測対象で行ったが、絶対値が同一となる結果は得られていない。これは予想された結果ではあるが、STM局所分光時の探針ー試料間にかかる電場効果によるものが大きく、計測が行われている際の電子数も考慮に入れる必要がある。
バイオミネラリゼーションの拡張による人工細胞膜上への機能性ナノ結晶コーティング

本研究は、人工細胞膜の高次機能化を念頭におき、種々の無機ナノ物質を人工細胞膜(ベシクル)表面へ効率よく固定化する手法の開発を行うものであり、バイオミネラリゼーションに倣った水溶液中での無機結晶析出法を構造安定な有機-無機ハイブリッドベシクル「セラソーム」に適用することでその実現を目指すものである。これまで基板上に積層したセラソームに対して擬似体液中からヒドロキシアパタイトの結晶を析出させることに成功している。本年度は、以前より継続して行ってきた擬似体液中に孤立分散したセラソーム表面へのアパタイト析出についてその最適条件を明らかにし、さらにその成果を他の結晶析出系へ拡張することを目的とした。しかしながらアパタイト結晶の析出は強く示唆されたものの、溶液中で生成するセラソームーアパタイト複合体の構造制御、分散性の制御が予想以上に困難であり、コロイド粒子分散系における問題点が明らかとなった。そこで対象をアパタイトのような生体関連セラミックスに限定せず、「人工細胞膜への非有機化合物の表面ナノコーティング」というより広い視点から改善策について検討した。その結果、溶液からの精密な金属析出法として近年注目されている無電解めっき法を適用することで、セラソーム表面へのニッケルや軟磁性合金など、種々の金属や合金層の形成が可能であることが明らかとなった。当初の計画とは少し具体化の手法が変わったものの、ベシクル表面への無機、金属ナノ物質の表面修飾という観点から見れば大きな転機となる成果が得られた。今後より詳細な検討を進めることで、将来的にはバイオミネラリゼーションに倣った手法との融合により、複数種の無機ナノ結晶を人工細胞膜表面へ修飾するための一般的手法が確立できるものと期待される。バイオミネラリゼーションに倣った溶液からの無機化合物析出法は、人工細胞膜(ベシクル)表面への無機化合物の新規コーティング法として期待されるが、従来のベシクルでは結晶析出過程でその形態を保持できないことが多い。申請者は最近、非常に高い構造安定性を持つ有機-無機ハイブリッドベシクル「セラソーム」の表面が、体液類似環境下において骨の主要無機成分であるヒドロキシアパタイト(HAp)の形成を誘起することを見出している。本研究課題は、この系をベシクル表面への新しいナノコーティング技術として拡張することを目指すものである。申請者はこれまで基板上に集積させたセラソームに対するHAp析出の評価系を確立してきたが、本研究の今年度においてはセラソームを溶液中に分散させた状態のまま、その表面へのHAp析出について検討を行った。HAp析出法として、京都大学(当時)の小久保らによって開発された擬似体液を用いた手法を採用した。セラソーム分散液を擬似体液に添加すると、その平均粒径が時間とともに増大していくことが動的光散乱の測定により明らかとなった。一方擬似体液と等しいカルシウムイオン濃度を持つ塩化カルシウム水溶液中においてはセラソームの粒径増加は見られなかった。これより擬似体液中におけるセラソームの粒径増加は、表面電荷が負であるセラソームと擬似体液中のカルシウムイオンとの静電的相互作用を介したセラソーム間の会合が要因ではなく、セラソーム表面へのHAp層形成によるものであることが強く示唆された。今後は生成物の詳細なキャラクタリゼーションによりセラソーム表面へのHAp析出を確認したのち、HAp層の厚みや表面被覆率の制御を目指す。あわせて改変した擬似体液を用いることによる、非天然の組成を持つHAp析出系の開発など、セラソーム上への新規無機ナノ結晶のコーティングについて検討を進める予定である。
海洋植物プランクトンから環境ストレス指標としての分子シャペロンを検出する試み

本研究は海洋表層懸濁物中に70kDa-熱ショックタンパク質を発見したことを発端とし、その起源および海洋において発現を誘導する環境因子を明らかにし、さらには海洋環境の変化に対する海洋生物群集の応答を分子レベルで解析することを目的とした。最終年度である今年度(平成14年度)はこれまでに採取した試料の分析およびとりまとめを行い、70kDa-熱ショックタンパク質の分布および海洋懸濁物中のアミノ酸の存在状態について以下のような新たな知見が得られた。1)二次元電気泳動法を用いて検出可能な海洋懸濁態タンパク質は太平洋全域のあらゆる海域において十数個以下であり、70kDa-熱ショックタンパク質は非生物態タンパク質として懸濁物中に蓄積していることが示唆された。2)亜熱帯かつ貧栄養海域における懸濁粒子からは採取した季節に関わらず常に70kDa-ストレスタンパク質を検出した。3)一次生産の高い海域における懸濁物中の70kDa-熱ショックタンパク質の検出は時空間的に変動した。4)2)、3)より70kDa-熱ショックタンパク質は非生物態有機物として懸濁物中に蓄積しているが強固に難分解性を有しているわけではなく、その存在量は起源生物における発現強度に依存していることが示唆された。5)懸濁物中のアミノ酸はそのほとんどが非生物態でかつ酸性で糖を含む他成分系のペプチドおよび低分子ペプチドであることが示唆された。本研究により、懸濁物中の結合型アミノ酸の化学型に関して新たな知見が加わったと言える。さらに70kDa-熱ショックタンパク質の発現メカニズムおよび発現因子に関する研究を進めていくことで、海洋環境が生物に及ぼす影響について70kDa-熱ショックタンパク質をバイオマーカーとして評価できる可能性が示唆された。本研究では海洋表層中に生息する植物プランクトンから環境ストレス指標としての分子シャペロンを検出する事を試みた。海洋表層懸濁物中に存在するタンパク質を二次元電気泳動法により分離し、各タンパク質についてアミノ酸配列を決定した。その結果、懸濁態タンパク質の1つが、分子シャペロンの一種である70Da-熱ショックタンパク質である事を発見した。そこで、この分子シャペロンの起源および海洋において発現を誘導する環境因子を明らかにし、さらには海洋環境の変化に対する海洋生物群集の応答を分子レベルで解析する方向で研究を推進した。その結果、現在までに以下の観測的事実が明らかになっている。1)亜熱帯海域では一年中70kDa-ストレスタンパク質が発現している。2)北部北太平洋では春のブルーム直後に70kDa-ストレスタンパク質が発現しているが、その約2ヶ月後には発現していない。3)夏期ベーリング海およびアラスカ湾においては発現していない。4)赤道(11月)においても発現していない。以上の知見をもとに、今年度得られた南半球の海洋表層懸濁物から70kDa-ストレスタンパク質の検出を試み、太平洋全域における70kDa-ストレスタンパク質の分布を明らかにする。さらに同時に得られている水温・塩分・栄養塩および植物プランクトン組成など物理・化学および生物的パラメーターと比較することにより、70kDa-ストレスタンパク質を誘導している起源生物および環境因子を明らかにする予定である。