hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
可動多視点カメラ映像からの演技のパフォーマンスキャプチャ

多視点カメラによるモーションキャプチャの機能の拡張について報告する。新しい機能は次の2点である。(1)カメラの数や設置位置の制限により、どのカメラからでも身体が断片的にしか観測できないとき、断片的な観測情報から全身の動作を測定する手法を開発した。(2)背景のパノラマ画像とカメラをパンさせた画像とを照合させることによるカメラ較正法を提案した。この較正法により測定できる身体の可動範囲が拡大した。既設の多視点カメラシステムにカメラを加え計8台とし、身体測定時の死角を減らした。さらに、カメラレンズを歪の少ない広角レンズに一新し、鮮明な画像が得られるようになった。予備実験で開発した多視点カメラからの身体姿勢推定手法は、胴体を胸部と腰部に分け、その連結点を両肩及び股関節の位置から推定するものであった。この手法は線形連立方程式を解くだけで姿勢を一意に決定することができるが、背伸び姿勢など肩の付け根が胴体に対して移動した場合には誤差が大きくなる。そこで、胸部と上腕の間に肩部位を加えることにより姿勢の自由度を増加させた。これに伴い胸部と腰部の連結点に加え肩部位と胸部の連結点を決定する必要が生じた。この二つの連結点を両肩及び股関節位置のみから一意に決定することは難しい。そこで、姿勢を保つエネルギーは最小であるべきとの拘束を加えて、二つの連結点、すなわち胴体の姿勢を一意に決定した。この計算は一次元の最適化問題を解くだけでよく、計算量はさほど増大しない。予備実験で開発した手法は、手を上げない動作、例えば歩行動作などには問題無く使える。線形連立方程式の独立性・従属性と姿勢の関係を明らかにし、特定の動作には安定して使えることを明らかにした。姿勢の推定を画像のコマごとに行えば、動作の追跡が行える。しかし、現在は姿勢の推定は腕と脚の体軸を手動で指定しているため、作業量は膨大となる。一方、姿勢の変化分は差分画像から容易に推定することができる。したがって、動画中の適当なコマで姿勢を推定しておけば、その姿勢に姿勢の変化分を累積するだけで動作の追跡が行える。累積によるドリフトを解消する追跡法を既に開発しているので、今回は新たに開発した姿勢推定法と組み合わせて動作の追跡を行った。舞台での演技やリングでのパフォーマンスなど、スタジオでは測定できない人間の迫真の動作を測定することを目的とした。ビデオカメラからの動作測定を行う際に、カメラをパンさせて広い撮影空間をカバーする。あらかじめ演技前の撮影空間に対しカメラをパンさせパノラマ画像を作成しておく。このパノラマ画像にはカメラの回転角がタグ付けされている。演技の撮影では、演技者は画像の中心付近に捉えられている。演技者の写っていない周辺画像をパノラマ画像とマッチングさせて、カメラの回転角を知ることができる。カメラを三脚に乗せ雲台を回転させたとき、カメラの視点が回転中心に一致しているとは限らない。このとき、得られたパノラマ画像に歪が生じ正確なカメラ回転角を知ることができない。そこで、カメラ視点と回転中心のずれを測定し、パノラマ画像の歪を補正することにした。カメラ較正用の参照物体を2つ、カメラも2台用意しそれぞれ離れた位置に設置した。2台のカメラで2つの参照物体を撮影し回転前と回転後で較正を行うと、カメラの視点と回転中心のずれが2台のカメラで同時に得られる。しかし、較正されたカメラから計算される参照物体の位置が数センチずれ、期待通りの精度が得られなかった。打開策として、カメラ中心を雲台の回転中心に物理的に一致させることにした。カメラを雲台にカメラプレートを介して取り付ける。カメラの前に2つの照準を相前後して離して置く。カメラを回転させても2つの照準の見かけの相対位置が変化しないように、カメラの位置をプレート上でスライドさせ視点を回転中心に一致させた。一般物体認識の手法を使って,多視点画像から身体の姿勢を自動的に推定することを目指した.次の三つの課題について検討した.一つ目の,画像から身体領域を抽出する課題では,身体が含まれる画像を正例,含まれない画像を負例とし,AdaBoostによる識別器を構成した.カメラの視点位置を問わずに複数名の身体領域を抽出できた.二つ目の,四肢の体軸を特定する課題では,体軸が与えられた身体像を多数用意し,その身体像と抽出された身体領域を照合することにより体軸を得た.このとき,全ての身体像に対する網羅的な照合は膨大な計算量を要する.そこで,見かけの姿勢を表している体軸情報から,一つの姿勢に対応する身体像を正例,それ以外の姿勢に対応する身体像を負例とし,特定の見かけの姿勢とその他の姿勢を分類する識別法を非対称AdaBoostにより構成した.腕を組むなどの身体部位が重なった場合でも正しく体軸が推定できた.その反面,身体像に背景が含まれると識別結果に悪影響を及ぼすことが明らかになった.この問題の対処が次の課題である.三つ目は,胴体の姿勢推定法の精密化である.

衣服に覆われた胴体の姿勢を正しく推定するのは難しいが,四肢の体軸を知ることは容易である.そこで,四肢から得られた両肩・両股関節から胴体の姿勢を推定する.胴体を腰部と胸部に分けたとき,両部位の連結位置の推定が問題である.この連結位置は胸部と腰部の正中面及び横断面との交点として一意に決定できる.しかし,肩や股関節の位置に誤差が含まれると,連結位置がずれる.このずれは胸部と腰部それぞれモデルの高さからのずれとして検出される.このずれを無くすように肩と股関節位置を修正した.この修正法は局所最適化なので,手首と身体冠状面との関係から身体が前屈みか反り返りかを予め判断して初期値連結位置を定め,局所解に収束しないように配慮した.多視点画像から身体の姿勢の自動推定を行った.また,この姿勢推定法を研磨作業の動作測定へ応用した.さらに,身体の一部である手・指の姿勢推定も試みた.姿勢が既知の身体に対し多視点カメラ画像のライブラリを用意し,身体クエリ画像を画像ライブラリと照合させることにより姿勢を推定する.網羅的な照合は計算量が膨大になるため,画像ライブラリを視点クラスに,さらに姿勢クラスにあらかじめ分類しておく.クエリ画像のクラス識別により効率化を図ることにした.このとき,背景が含まれると識別誤りを起こすので,差分法により背景を除去しておいた.視点クラス,姿勢クラスの分類は,正例に対し負例の数が多いため非対象AdaBoostを用いた.手足を左右対称に広げた場合,身体前後のカメラ視点からは類似した輪郭の画像が得られ,間違った視点クラスに分類される可能性がある.そこで,顔検出により身体の表裏を判別した.このオプションを加える事によりほぼ完璧な視点分類が可能となった.画像ライブラリから,視点・姿勢クラス分類により照合した画像の姿勢はサンプルの一つであるため,クエリ画像の姿勢と必ずしも一致しているとは限らない.そこで,サンプル画像の体軸を初期位置とし,チャンファーマッチングによる逐次修正によりクエリ画像の体軸を求め,姿勢クラス内の姿勢の統計的性質に基づき,体軸に照合する姿勢の3次元推定を行った.前年度に精密化を行った姿勢推定法を使って,航空機の翼を研磨している作業の動作測定を行った.翼により身体胴体部が隠されていても,提案手法は有効に測定できることを確認した.これまでは,主に腕や脚の動きを測定してきたが,この研究を発展させる方向として,さらに細かく手や指の動作測定も試みた.手や指も多関節構造なので手法の拡張は容易である.刃物の研削工程における作業動作の測定に対し,拡張した手法が使えることを確認した.胴体の姿勢は線形連立方程式を解くだけで得られる.しかし,この解は胴体の姿勢である十分条件を満たしていなかった.初期値を考慮した逐次最適化により,必要十分条件を満たす姿勢解が得られた.24年度が最終年度であるため、記入しない。機械学習法による四肢の体軸検出を検討してきた.
社会構造創成型社会技術の可能性の検討--オンデマンド交通技術の社会技術的展開

ICT技術である「オンデマンド交通」を、高齢社会の問題解決に資するような社会構造創造的社会技術としての可能性を検証した。質的な社会調査という社会学的な調査と、ICT技術の特質を生かした利用者の行動ログを分析する工学的な手法を併用することにより、単に、買い物弱者の救済など、利用者が広域的に分散化した社会での公共的なモビリティの確保のために開発されたこの技術は、蓄積した個人の移動情報を個人情報に直接アクセスすることなく、システム的に利用することで、新たな形のコミュニケーションやコミュニティを生成する可能性を持っていることが論証された。モビリティという単機能ではなく、医療、社交、購買、など、多機能に展開する「社会技術」として展開する潜在的な能力を持っていることが示唆された。オンデマンド交通が新たな交友関係を創出し、また,従来の交友関係の深化に寄与し、また遠隔地の人たちの交友関係を生み出していることを、工学的にビジュアルに示すことも出来た。また、一方で、環境倫理学の手法で技術の多義的枠組みという新たな理念的な枠組みを用いることにより、オンデマンド交通がICT技術の特質をうまく適合して社会創造型の新しい社会技術として展開できることを示すことが出来た。このことにより、人文社会科学的な研究を工学的手法と融合する新たな方法論が開発された。研究分担者の大和が開発した要素技術である「オンデマンド交通」を、新たなコミュニティを生成するなど、高齢社会の問題解決に資するような形に社会の構造を創造的に改変していくような社会技術として検証し、実際の社会実装の現場で実践的、理論的により創造的な形で展開していく目的で研究を行った。買い物弱者の救済など、広域に利用者が分散化した社会で公共的なモビリティの確保のために開発されたこの技術は、蓄積した個人の移動情報を個人情報に直接アクセスすることなく、システム的に利用することで、新たな形のコミュニケーションやコミュニティを生成する可能性を持っていることが期待され、そのことにより、モビリティという単機能ではなく、医療、社交、購買、など、多機能に展開する「社会技術」として展開する潜在的な能力を持っていることが予想された。本研究では、工学的手法と人文社会科学的な手法を融合した手法を用いることにより、より計量的に、また、質的に深い意味のある分析を可能にした。鬼頭は、人文社会科学的な手法で、インタビュー調査やアンケート調査などを用いて質的に意味のあるデータを収集してそれを解析し、大和は工学的な手法でオンデマンド交通ログデータのソーシャルネットワーク分析を行い、それを併せて全体の解析を行った。そのことにより、オンデマンド交通が新たな交友関係を創出しまた,従来の交友関係の深化に寄与し、また遠隔地の人たちの交友関係を生み出していることを、工学的にビジュアルに示すことができた。そして、そこで得られた結果を、環境倫理学の手法で技術の多義的枠組みという新たな理念的な枠組みを用いることにより、オンデマンド交通がICT技術の特質をうまく適合して社会創造型の新しい社会技術として展開できることを示すことが出来た。これは、人文社会科学的な研究を工学的手法と融合する新たな方法論を開発したことにもなった。オンデマンド交通の社会創造型社会技術の可能性について、そのコンセプトのあり方と、人文社会科学と工学との学融合の可能性について、議論を積み重ねてきた。研究代表者も研究分担者も同じ大学の同じ部局の所属であるため、経費をかけることなく、概念的な可能性の問題と、学融合によって何が可能になるかということに関して議論を詰めてきた。その結果、オンデマンド交通における、最適化のあり方について、「遊び」をもたせることが大変重要であることがわかってきた。また、そのことによって、従来の、「より早く、より大きく」という形の、社会的効率性重視の最適化によって切り捨てられてきた社会的弱者に配慮し、社会的公正を可能にする技術のあり方が可能になることが判明した。つまり、要素技術としての工学システムの最適化に関して、「社会的効率性」を相対化するような社会的再構成による新しい社会技術のあり方が理論的に明確化されてきた。

このことにより、「社会的効率性」ということを軸にして、最適化のあり方の多元化という理論的な枠組みによって、人文科学的な調査と工学的なシステム構築との学融合を可能にできることが判明したので、その理論的な枠組みでオンデマンド交通の社会調査、工学的システム構築のための予備調査を行った。全国でフルオンデマンドでオンデマンド交通を実践している唯一の自治体である三重県玉城町をフィールドとして研究を行うこととしているが。玉城町においては、平成23年度まで国の補助金で運用していたオンデマンド交通が、平成24年度に補助金無しで運用することが決まっているため、本格的な社会調査は平成24年度に行うとして、新しいシステムの切り替えのあり方(特に、有料化するか、税金でまかなって無料化で行うのか)似ついての、社会技術としての可能性について、予備調査を行い、理論的に検討を行った。調査対象者となっている、玉城町において、オンデマンド交通の政府からの補助金が平成23年度まであったが、平成24年度から打ち切られることになり、財政状態が変わることから、社会技術としてのオンデマンド交通の実質的意味が平成24年度から大きく変化することとなった。そのため、その財政状態の変化をきちんと見ることが、今回の挑戦的萌芽研究の目的として重要だという判断を行った。そのため、社会科学調査とそのことと工学的な課題との関係に関しては平成24年度に集中的に行うとして、平成23年度は、コミュニティ創造型社会技術の理論的な検討を中心におこなうこととした。また、人文社会科学的な社会調査としては予備調査に留め、工学的研究との具体的な学融合的な対応に関しては、研究の調整に留めた。そのため、平成23年度においては、ほとんど経費を使用することなく、理論的な研究と予備調査に限定して研究を遂行したため、見かけ上研究が遅れているように見えるが、平成23年度から24年度への玉城町におけるオンデマンド交通の切り換えに関しての調整と予備調査は済んでおり、平成24年度に本格的に調査に臨むことになるため、過度に遅れをとっているわけではない。玉城町の平成24年度におけるオンデマンド交通のあり方に関しては、3月になって、やっと、無料化で税金を投入することによって継続していくことが決まった。無料化により税金を投入して行うことは、逆に、税金を投入する社会的意味が多様な形で存在することを町が認めたことになる。実際に運用することでそのことの学術的な意味について検討を加えることはますます重要な課題になっている。平成24年度から、玉城町のオンデマンド交通が補助金無しで、町の一般会計から支出されるため、そのことに伴い、オンデマンドバスの社会技術の意味が大きくなる。また、税金を投入することに伴い、同じフルオンデマンドで施行するにしても、バスの台数の投入に関して財政的な問題が出現し、「社会的効率性」という、平成23年度に明らかになった軸に加えて、「個人的効率性・利便性」という新たな軸を加えて、社会と個人の二つの効率性に関して、このオンデマンド交通がどのような意味を持つのかを検証していくことが必要になってくる。また、この二つの効率性と、その対局にある、「社会的公正」「社会関係性」を全体として見通した形で、調査を行い理論的に整理することが必要になってくる。
階層型識別器を用いた高精度古文書文字認識とその応用

本研究では,認識対象の古文書文字の字種数を限定したうえで,認識部を大分類部と細分類部に分けた階層的な識別器を用いた高精度の古文書文字認識を実現した.さらに,古文書文字認識の応用として,高精度の認識手法を用いて,初心者が読解困難な文字に対する読みの候補文字を複数個提示することにより古文書読解を支援するシステムを構築した.本研究では,認識対象の古文書文字の字種数を限定したうえで,認識部を大分類部と細分類部に分けた階層的な識別器を用いた高精度の古文書文字認識を実現した.さらに,古文書文字認識の応用として,高精度の認識手法を用いて,初心者が読解困難な文字に対する読みの候補文字を複数個提示することにより古文書読解を支援するシステムを構築した.本研究では,認識部を大分類部と細分類部に分けた階層的な識別器を用いた高精度の古文書文字認識を実現することを第一の目的とする.さらに,第二の目的として,上記で得られた認識手法を用いて,初心者が読解困難な文字に対する読みの候補文字を複数個提示することにより古文書読解を支援するシステムを構築する.本年度は,本研究の第一目的である「階層型識別器を用いた高精度古文書文字認識の実現」に向けて,まず古文書翻刻支援システム開発プロジェクトが公開している古文書文字データベースHCDシリーズから多数の字種の古文書文字データを集めてデータセットを準備した.つぎに,大分類部に自己組織化マップ,細分類部に多層パーセプトロンのモジュール群を用意したモジュール型ニューラルネットワークによる階層型識別器を実現し,57字種に対して約95%という高い認識率を得られることを明らかにした.これらの成果に関しては,電気学会電子・情報・システム部門大会において成果発表を行なうとともに,投稿論文としてまとめ,現在査読中である.また,認識手法として,セルラニューラルネットワークおよびサポートベクターマシンを用いた古文書文字認識システムについても実現を試み,性能評価を開始した.これらの成果に関しては,電気・情報関連学会中国支部連合大会および電気学会全国大会などにおいて成果発表を行なった.さらに,本研究の第二目的である「古文書読解支援システムへの応用」に向けて,古文書読解支援システムのプロトタイプシステムについて検討し,実装を開始した.本研究では,認識部を大分類部と細分類部に分けた階層的な識別器を用いた高精度の古文書文字認識を実現することを第一の目的とする.さらに,第二の目的として,上記で得られた認識手法を用いて,初心者が読解困難な文字に対する読みの候補文字を複数個提示することにより古文書読解を支援するシステムを構築する.本年度は,本研究の第一目的である「階層型識別器を用いた高精度古文書文字認識の実現」に重点を置くとともに,第二目的である「古文書読解支援システムへの応用」についても検討を開始した.具体的には,認識手法として,サポートベクターマシンを用いた手法,マハラノビス距離に基づく最近傍識別法を用いた手法を実装し,古文書翻刻支援システム開発プロジェクトが公開している古文書文字データベースHCDシリーズを対象とした認識実験を行い,認識性能を評価した.その結果,61字種の古文書文字に対して約96%という高い認識率が得られることを明らかにした.これらの成果に関して,国際会議International Conference on Innovative Computing, Information and Controlおよびシステム制御情報学会研究発表講演会,情報科学技術フォーラム,電気学会全国大会などにおいて成果発表を行なった.さらに,本研究の第二目的である「古文書読解支援システムへの応用」に向けて,古文書読解支援システムのプロトタイプシステムの実現方法について検討し,Windows版のアプリケーションとして試作した.本研究では,認識部を大分類部と細分類部に分けた階層的な識別器を用いた高精度の古文書文字認識を実現することを第一の目的とする.さらに,第二の目的として,上記で得られた認識手法を用いて,初心者が読解困難な文字に対する読みの候補文字を複数個提示することにより古文書読解を支援するシステムを構築する.本年度は,1)古文書読解支援システムの改良と評価,2)古文書文字認識手法の改良と評価,の二つの項目について研究を実施した.まず,古文書読解支援システムの改良と評価においては,昨年度に試作した古文書読解支援システムのプロトタイプシステムに対して,処理の高速化を図るとともに,ユーザによる評価実験を実施した.ユーザが読むことが困難な文字として選択した文字に対するシステムの正答率は約83%であった.これは,古文書文字の個別認識実験における正答率に比べると低下しているが,ユーザがマウスを用いて文字の範囲を選択しており,前後の文字がつながっている文字が多いことなどを考慮すると,一定の有効性が確認できたといえる.また,古文書文字認識手法の改良においては,サポートベクターマシンを用いた認識手法に関して,パス追跡アルゴリズムに基づく新しいパラメータ選択手法を提案し,計算時間の短縮を実現した.これらの成果に関して,計測自動制御学会中国支部学術講演会などにおいて成果発表を行なうとともに,学術論文としてまとめ,国際雑誌International Journal of Innovative Computing, Information and Controlに投稿し,採録となった
極低エネルギー中性子導出・屈曲システムの開発

現在国内外において、いくつかの大型中性子源計画が進展している。このような中性子ビーム利用施設の利用効率向上に向けて、低速中性子の導出・制御を行うための基本的構成要素である中性子光学機器の開発が必須である。これらの要素技術を開発すると共に、その応用の例として、極冷中性子ラジオグラフィの試みを行った。その要点は以下の4点である。1)極冷中性子の効率的導出に必要な、炉心や加速器ターゲット近傍で使用可能な耐放射線性カーボン基板中性子鏡を開発した。材質はアモルファスカーボンであり、研磨によって中性子鏡として十分な性能を有する鏡面を作成することができた。2)反射中性子光学素子の応用範囲を広げるためには、短波長中性子に対応することが望ましい。そのためには非常に多数の薄膜を積み上げた多層膜中性子鏡が必要であるが、層数が増えると界面構造の乱れや、膜内部応力の蓄積によるはがれが問題となっていた。これらの問題を解決するため、薄いシリコンウエファ両面に多層膜を製膜すると共に、これらを重ねることにより性能を改善する広帯域中性子モノクロメータを開発した。3)中性子ビーム利用の可能性を大きく広げることのできる自由曲面中性子鏡の実用化のため、重水素化ダイアモンドライクカーボン(D-DLC)式中性子鏡を開発した。これは中性子顕微鏡のような新たなチャレンジのための基本要素となるものと考えている。4)これらの中性子光学技術の今後の応用として、最も期待されるのが極冷中性子を始めとする極低エネルギー中性子の利用である。その応用の例として極冷中性子ラジオグラフィの試みを行い、極低エネルギー中性子の利用により、従来の冷中性子等では得られなかった情報が得られることを示すことができた。このような中性子ビーム利用施設ではその利用効率向上が重要であり、低速中性子の導出・制御を行うための基本的構成要素である中性子光学機器の開発が必須である。このような要請から、本研究では新型中性子鏡等の開発を進めている。本年度においては具体的に、以下の項目において進展を見た。1)極冷中性子の効率的導出に必要な原子炉炉心や加速器ターゲット近傍で使用可能な耐放射線性カーボンミラーを完成させることができた。純粋な炭素製であるため、原子炉等に対する安全性が極めて高く、さらに耐照射性能が良いことが特長である。中性子反射性能も満足がいくものであった。さらに、これを利用した場合の中性子取り出し効率性能向上についての評価も行い、良好な結果を得た。2)中性子ビーム利用の可能性を大きく広げる自由曲面中性子鏡の実用化のため、重水素化ダイアモンドライクカーボン(D-DLC)式中性子鏡を作成した。現在、X線反射及び中性子反射による表面状態及び中性子反射特性の研究を進めている。また加速ヘリウムイオンの前方散乱法により、中性子鏡表面に存在する水素・重水素分布を調べることにより、D-DLCが超冷中性子ボトルや極冷・超冷中性子導管へ応用可能な性質を有しているかどうかを検討する予定である。3)開発された中性子光学機器評価に利用するため、京都大学研究炉原子炉(KUR)の冷中性子実験孔(CN-3)を汎用実験孔に改造した。改造後のビームラインは、本来の目的ばかりでなく、その優れた汎用性から教育訓練用に適していることも指摘されており、東南アジア地区からも注目されている。

1)極冷中性子の効率的導出に必要な、炉心や加速器ターゲット近傍で使用可能な耐放射線性カーボン基板中性子鏡を開発した。材質はアモルファスカーボンであり、研磨によって中性子鏡として十分な性能を有する鏡面を作成することができた。2)反射中性子光学素子の応用範囲を広げるためには、短波長中性子に対応することが望ましい。そのためには非常に多数の薄膜を積み上げた多層膜中性子鏡が必要であるが、層数が増えると界面構造の乱れや、膜内部応力の蓄積によるはがれが問題となっていた。これらの問題を解決するため、薄いシリコンウエファ両面に多層膜を製膜すると共に、これらを重ねることにより性能を改善する広帯域中性子モノクロメータを開発した。3)中性子ビーム利用の可能性を大きく広げることのできる自由曲面中性子鏡の実用化のため、重水素化ダイアモンドライクカーボン(D-DLC)式中性子鏡を開発した。これは中性子顕微鏡のような新たなチャレンジのための基本要素となるものと考えている。4)これらの中性子光学技術の今後の応用として、最も期待されるのが極冷中性子を始めとする極低エネルギー中性子の利用である。その応用の例として極冷中性子ラジオグラフィの試みを行い、極低エネルギー中性子の利用により、従来の冷中性子等では得られなかった情報が得られることを示すことができた。
クリティカルメタルに着目した人工知能社会の資源リスクと持続可能性評価

本年度は,国際貿易を通じて国や地域の間を移動する金属量を対象に,国際貿易データ(BACI)の最新データを利用して推計対象年を延長し,1995年から2016年までの推計に着手した。対象とした金属はその経済的重要性と供給リスクの高さからクリティカルメタルと称される金属の中でも,永久磁石に用いるネオジム,リチウムイオン電池に必要なコバルトに注目した。国や地域間の金属移動量の推計は,各国や地域ごとに対象金属のマテリアルバランスを制約とした最適化計算によって最終的な金属フローの調整を行うが,その方法論を改良し,最適化後の貿易商品中の金属含有量の妥当性を高めた。一方,金属の国別採掘量を国際貿易により輸出される金属フローを説明変数として推計する回帰モデルの開発を始め,将来の金属フローの変化に対応した採掘量の算定を開始した。開発モデルはリッジ回帰を基礎とし,学習データとして被説明変数には1995年から2016年までの地金ベースの採掘量,説明変数には金属採掘国の貿易商品別の金属フローを用いる。また,金属資源の持続可能性を評価するため,各国の金属資源の利用と国連の持続可能な開発目標(SDGs)との関係を分析した。具体的には,各国の金属資源利用の変化を物質フロー指標の一つであるDMI(Direct Material Input:直接物質投入量)で観測し,それと世界銀行の提供するSDGsの評価項目に対応する各種指標値との相関性を確認した。その結果,金属資源のDMIの増加が指標の悪化と統計的に有意に相関した事例が発見され,将来的な金属資源の利用増加がもたらすSDGsへの負の影響についてディカップリング(分離)を進める必要性が認識された。本年度は,国際貿易に伴う金属資源フローの時系列拡張を中心に,各国の対象金属に関するマテリアルバランスを制約式とした最適化計算によるフローの調整方法などの改良を図り,最新のデータの取り込みと信頼性の向上を図った。また,金属フローから金属採掘量を推計するモデルの開発への着手とその試行計算による結果の妥当性を鑑みると,着実に有用なモデルの構築が進んでいると考えられる。また,金属資源の持続可能性評価の巨視的方法で実施し,研究を構成する要素が並行して進展させており,進捗は概ね順調であると判断する。今後は,国際的な金属フローと連結するため国内サプライチェーンデータを最新年のデータで整備を行い,人工知能の利用拡大に関するシナリオ分析を可能にする方針とする。特に,医療や介護分野や見守り,安心・安全を支援する分野での利用拡大を通じた金属資源の増加に注目するが,新エネルギー技術の普及など他の需要に伴う金属資源の増大の影響についても調査し,本研究のシナリオ分析の金属資源需要に対する寄与を定量的に明確にする。

研究分担者の所属機関の異動があり,研究課題継続の承認や研究分担金の移管などの手続きが必要であり,出張に関する旅費や計算ソフトのライセンス購入などの消耗品の支出を控えることになったため,次年度使用額が生じた。国際学会への参加やライセンス費用の価格改定やツールオプションの追加などに費用充当し,円滑な執行を行う。
HIV感染者の産生するJCウイルスの遺伝子構造とPML異常発生との相関

AIDS患者には神経系の疾患が多発し、深刻な問題となっている。進行性多巣性白質脳症(PML)は、JCVによっておこる脱髄疾患である。AIDS患者では、通常の10万倍以上の発生率でPMLが発生しており、またその病像は激しいものとなっている。JCVの調節領域遺伝子は、JCVの宿主域と増殖活性に係わっており、その変異は、JCVの宿主域を変化させることを我々は明かにした。そこで、PMLがAIDS患者に高率に発生し重症化する機構を明らかにするために、AIDS患者に感染しているJCVの調節遺伝子の構造を解析した。PMLを発症し死亡した、日本人およびアメリカ人AIDS患者から、JCV遺伝子を分子クロ-ニングして、その調節領域遺伝子の構造を調査した。その結果、日本人AIDS患者からのJCVは、日本人型であり、アメリカ人AIDS患者からのJCVは、アメリカ人型であった。したがってAIDS患者に感染しているJCVはHIVの感染に伴って、アメリカからもたらされたものではないことがわかった。一方、調節領域の構造は、いずれのAIDS患者からクロ-ニングされたJCVにおいても、変異が起こっていることがわかった。この変異は、HIVの感染増殖によって引き起こされたものと考えられ、AIDS患者においては、高頻度に起こるものと思われる。JCVは通常、潜伏または持続感染状態にあり、潜伏または持続感染の場所は、腎臓細胞および周辺組織細胞と考えられてきた。今回我々は、末梢血細胞、脳脊髄液細胞から抽出したDNA標品からも、PCR法を用いてJCV遺伝子を検出することが出来た。したがってJCVは、血液リンパ系細胞で潜伏または持続感染している可能性があることが明らかとなり、HIVの感染がJCVの変異に直接関与しており、病原性の変化したJCVが排泄される可能性があることが明らかになった。
アルミナ含有率の異なるアルミナ粒子分散マグネシウム粉末による積層成形体の開発

高強度Al合金を凌ぐ軽量かつ強度を有するMg複合材料開発のため、Al2O3含有率の異なるAl2O3/Mg粉末を積層成形することを提案し、その軽量性と機械的性質について調査した。作製した20/0/20vol%Al2O3/Mg積層成形体(以下、積層成形体)は、実用Mg合金並みの軽量性と機械的性質の高い20vol%Al2O3/Mg成形体以上の硬度と曲げ強さを有した。また、長時間焼結で20と0vol%層間に生成した新相を成長させた結果、新相厚さ増加とともに曲げ強さが増大した。今後は、高強度Al合金以上の比強度を得るために新相を多く有する積層成形体を作製することと新相組織と機械的性質の関係を調査したい。【目的】Al合金を凌ぐ軽量かつ強度を有するMg複合材料を開発するため、Al2O3含有率の異なるAl2O3/Mg粉末を積層成形することを提案した。手始めとして、当該年度では、高い硬さを有する20vol%Al2O3/Mg粉末と最も軽量な0vol%Al2O3/Mg粉末との積層成形体を試作し、その特性について調査した。【実験方法】Mg粉末にAl2O3粒子を含有率0および20vol%で混合し、アトライタ型ボールミルにてAr雰囲気中、アーム回転数300rpm×50hでミリング処理して得られたAl2O3/Mg粉末を所定の重量秤量後、油圧プレス機にて、同じカーボンダイス中で各々圧粉処理し、放電プラズマ焼結(SPS)装置を用い、Ar雰囲気中、昇温速度100°C/min、焼結温度575°C、加圧力40MPa、保持時間10minにて焼結した。焼結体をエメリー・バフ研磨で一定厚さに整えることで、20および0vol%Al2O3/Mgの体積比が1:1、1:2および1:4になるように調整し、Al2O3/Mg積層成形体を試作した。【成果】積層成形体の特性として、密度、ビッカース硬さおよび曲げ強さを調査した。密度は、20vol%Al2O3/Mg(20vol%)の体積割合の減少とともに低下し、体積比1:4で最小値1.88g/cm3を示した。積層成形体の表面硬さは、20vol%SPS体と同様の値であったが、比硬度(硬さ/比重)は、それ以上の値を示し、実用Mg合金AZ91を凌ぐ値が得られた。曲げ強さは、体積比1:1、比強度(曲げ強さ/比重)は、体積比1:1および1:4で20vol%SPS体より高い値を示した。以上の結果から、Al2O3含有率の異なるAl2O3/Mg粉末を組み合わせて積層成形体を作製することで、機械的性質の高い20vol%Al2O3/Mg粉末のみの成形体以上の比硬度・比強度を有する成形体を試作できた。当該年度の研究計画では、Al2O3含有率50,40,30,20,10,20,30,40,50 vol%の順にカーボンダイスに各予成形体を入れるため,焼結後の各厚さを2050vol%は上下各0.1mm,中央の10vol%は1.2mmとし,全体厚さが2.0mmとなるように予成形体作製時の粉末量を調整する予定であったが,問題が生じた.手始めに,20vol%と0vol%の体積比が1:4になるように,20,0,20vol%の順に積層した成形体を作製するため,厚さ0.14mmの予成形体を作ろうとしたが,粉末量が少ないため,厚さが均一な良好な予成形体の作製が困難であった.また,予成形体を作製できても,非常に薄く,脆いため取り扱いが難しかった.そこで,予成形体は作らず,同じカーボンダイス中に,順次粉末を入れ,その都度圧粉した.また,20vol%の層は,粉末が少ないため,均一な厚さにすることが難しいため,粉末量を多めにし,積層成形SPS体を作製後に,研磨紙で表面を削ることで,厚さを整える方法に変更した.そのため,当該年度行う予定の,多層成形体を作製することはまだできていない.し、その特性について調査した結果、Al2O3含有率の異なるAl2O3/Mg粉末を組み合わせて積層成形体を作製することで、機械的性質の高い20vol%Al2O3/Mg粉末のみの成形体以上の比硬度・比強度を有する成形体を試作できた。また、20vol%Al2O3/Mg層とMg層の間に反応相が形成しており、この相が機械的性質に良い影響をおよぼしていることが分かった。そこで、最も比硬度・比強度の高かった20vol%Al2O3/Mg層とMg層の体積比が1:4の成形体における反応相の影響について調査した。

焼結体をエメリー・バフ研磨で一定厚さに整えることで、20および0vol%Al2O3/Mgの体積比が1:4になるように調整し、Al2O3/Mg積層成形体を試作した。【成果】Al2O3/Mg積層成形体には約40μmの均一な幅を持った反応相が生成しており、各相との密着性も良好であった。反応相のマイクロビッカース硬さ分布を調べた結果、20%層から0%層に向かって硬さがほぼ直線的に低下していた。また、EDSによるMg,AlおよびOnの線分析結果から、反応相では、AlとOが存在し、20%層から0%層に向かって、Mgが減少していた。以上のことから反応相は、Al2O3から分解したAlとOがMgと反応して傾斜的にMg17Al12とMgOが生成していると考えられる。当該年度の研究計画では、Al2O3含有率50,40,30,20,10,20,30,40,50 vol%の順にカーボンダイスに各予成形体を入れるため,焼結後の各厚さを2050vol%は上下各0.1mm,中央の10vol%は1.2mmとし,全体厚さが2.0mmとなるように予成形体作製時の粉末量を調整する予定であったが,問題が生じた.手始めに,20vol%と0vol%の体積比が1:4になるように,20,0,20vol%の順に積層した成形体を作製するため,厚さ0.14mmの予成形体を作ろうとしたが,粉末量が少ないため,厚さが均一な良好な予成形体の作製が困難であった.また,予成形体を作製できても,非常に薄く,脆いため取り扱いが難しかった.そこで,予成形体は作らず,同じカーボンダイス中に,順次粉末を入れ,その都度圧粉した.また,20vol%の層は,粉末が少ないため,均一な厚さにすることが難しいため,粉末量を多めにし,積層成形SPS体を作製後に,研磨紙で表面を削ることで,厚さを整える方法に変更した.そのため,当該年度行う予定の,多層成形体を作製することはまだできていない.【目的】Al合金を凌ぐ軽量かつ強度を有するMg複合材料を開発するため、Al2O3含有率の異なるAl2O3/Mg粉末を積層成形することを提案し、その軽量性と機械的性質を調査した。【実験方法】Mg粉末にAl2O3粒子を0と20vol%で混合し、アトライタ型ボールミルにてAr中、アーム回転数300rpm×50hでミリング処理した各Al2O3/Mg粉末を所定の重量秤量後、油圧プレス機にて、カーボンダイス中で各々圧粉処理し、放電プラズマ焼結(SPS)装置を用い、Ar中、焼結温度575°C、加圧力40MPa、保持時間10、40、90minにて焼結した。焼結体をエメリー・バフ研磨で一定厚さに整え、20と0vol%Al2O3/Mg(20と0%)の体積比が1:4になるように調整し、20/0/20%積層成形体を作製した。【成果】(昨年度まで)高い硬さを有する20%粉末と最も軽量な0%粉末を1:4の体積比で積層させた成形体は、実用Mg合金並みの軽量性と機械的性質の高い20%SPS体以上の硬度・曲げ強さを有した。また、0と20%層との間に生成した相と各層の密着性が良好なため機械的性質に良い影響を与えることがわかった。(最終年度)20/0/20%積層成形体のさらなる機械的性質向上のため、積層成形体作製時の長時間焼結で生成相を成長させ、機械的性質への影響を調査した。その結果、積層成形体の生成相厚さは、焼結時間と共に増加し、最長90min焼結で最大約80μmとなった。曲げ強さも、反応厚さの増加とともに増大し、比較材である0と20%SPS体の曲げ強さからの計算値よりも高い値となり、その差は広がった。このことから積層成形体の生成相は、0と20%層との密着性が良いだけでなく、曲げ強さ向上に大きな影響を与えることがわかった。今後は、生成相をさらに成長させた積層成形体を作製し、高強度Al合金以上の比強度を目指す。
力学的負荷による軟骨細胞の遺伝子発現変化に基づく変形性関節症の新規治療薬開発

A.研究目的変形性関節症(OA)の病態には軟骨細胞に対するメカニカルストレス、酸化ストレス、炎症性サイトカインによる刺激が密接に関与している。本研究はこれらanabolic factorとcatabolic factorの病態への関与を詳細に検討し、負に傾くバランスを制御することによって新規の治療法の可能性を探ることを目的とした。B.方法2)6週齢のWistar ratの右膝関節において、MCLおよびACL切離およびによるOAモデルを作成した(OA群)。OA群の半数にはラットrhIL-4(10,50,100ng)を連日関節内投与(治療群)、残りの対象群は無処置とした。術後2、4、6週で膝関節を採取、肉眼的観察後、パラフィンブロックを作成し、大腿骨および脛骨関節面の組織化学的検討を行った。3)(3)で作成したOA群のパラフィン切片を用いて、抗Cathepsin B抗体、抗HO-1抗体を用いた免疫染色を行った。また、酸化ストレスの指標として抗ニトロチロシン抗体による免疫染色を行い、対比した。C.結果、D.結論IL-4は正常軟骨細胞において、メカニカルストレスによって発現が亢進したiNOS、Cathepsin B、Cathepsin D、MMP-13を含む種々のcatabolic factorの発現をin vitroで抑制した。IL-4の関節内投与はラット実験的OAにおける軟骨破壊をある程度防止したが、用量依存性は認められなかった。一方で、IL-4の関節内投与はin vivoでのCathepsin B, HO-1の発現を抑制していた。これらの因子は軟骨破壊の治療ターゲットの一つとなり得ることから、IL-4の有効性が示された。[目的]変形性関節症(OA)の病態に密接な関係のあるメカニカルストレスが軟骨細胞の遺伝子発現に及ぼす影響を検討し、炎症性サイトカインによる軟骨破壊抑制効果を持つとされるIL-4の軟骨保護効果をin vitro,およびin vivoで検討することを目的とした。[方法、結果]2)6週齢のWistar ratの右膝関節において、MCLおよびACL切離および内側半月板切除によるOAモデルを作成した(OA群)。左膝関節は関節包までの切開のみとした(Sham群)。OA群の半数にはラットrhIL-4 (100ng/50μl)を連日関節内投与(治療群)、残りのコントロール群はPBSを関節内投与した。術後2週、4週、6週で膝関節を採取、肉眼的観察後、パラフィンブロックを作成し、組織化学的検討を行った。IL-4の関節内投与により治療群ではコントロール群に比べて肉眼的スコアは有意に改善しており、組織学的にも軟骨細胞のアポトーシスならびに関節軟骨破壊は有意に抑制されていた。[結論]IL-4は正常軟骨細胞において、メカニカルストレスによって発現が亢進したiNOS遺伝子の発現およびNO産生をin vitroで抑制し、その関節内投与はラット実験的OAにおける軟骨破壊を防止した。
遷移金属酸化物の電荷秩序とナノ構造

遷移金属酸化物は、固体内の電子が持つ内部自由度である電荷、軌道、スピンに加えて、格子系との強い相互作用により、金属-絶縁体転移、巨大磁気抵抗効果、電荷・軌道秩序構造などの特異な物理的特性を示す。最近、マンガン酸化物で見出された電荷秩序構造と強磁性金属状態の共存状態(相分雌状態)が見出され、巨大磁気抵抗効果や金属-絶縁体転移と強く相関していることが明らかになってきている。本研究では、遷移金属酸化物で見出された相分離状態及び電荷・軌道秩序構造に関するナノ構造について主に透過型電子顕微鏡を用いて研究を行った。以下今回行った研究で得られた主な成果成果について示す。1.スピネル型構造をもつAIV_2O_4において、約700Kで正方晶構造から菱面体構造への相転移が電荷秩序構造の形成を伴っていることを明らかにした。また、この電荷秩序構造は、[111]方向に2倍周期を持つ長周期構造であることを見出した。2.マンガン酸化物のMnサイトの一部をCrイオンで置換することによって得られるNd_<0.5>Ca_<0.5>Mn_<1-y>,Cr_yO_3において、Crで2%置換することにより絶縁体-金属転移が誘発されることを見出すとともに、ローレンツ電子顕微鏡観察を行うことにより数十nmサイズの強磁性領域と電荷・秩序構造が共存する電子相分離状態の直接観察に成功し、電子相分離の実態をはじめて実空間像として示した。強相関電子系物質として特徴づけられる遷移金属酸化物は、固体内の電子が持つ内部自由度である電荷、スピン及び軌道間の強い相互作用に起因した超伝導特性や金属-絶縁体転移、巨大磁気抵抗効果、電荷秩序構造など種々の特異な物理的特性を示す。現在我々は、このような多種多様な物理的特性を示す遷移金属酸化物の典型的物質でるペロブスカイト型マンガン酸化物やスピネル構造を持つバナジウム酸化物に着目し、電荷/軌道秩序構造の形成を伴う金属-絶縁体転移や巨大磁気抵抗効果とナノ構造との相関を、主に原子レベルでの空間分解能を持つ透過型電子顕微鏡法を用いて研究を進めている。以下に今年度の主な研究成果を示す。(1)ペロブスカイト型マンガン酸化物のひとつであるNd_<0.5>Sr_<0.5>MnO_3が示す約150K近傍での金属-絶縁体転移と電荷/軌道秩序構造の形成過程との相関について調べた。その結果、150K以下の低温領域では、電荷/軌道秩序状態は,100nm以上の相関距離を持つ長距離秩序状態として存在しており、結晶構造(斜方晶構造)のa軸方向に2倍周期を持つ長周期構造を形成していることがわかった。さらに、温度上昇に伴う絶縁体-金属転移に伴う電荷/軌道秩序構造の崩壊過程を調べた結果、高温相である金属状態の領域が、電荷/軌道秩序状態内に存在する反位相境界から核生成し、それと同時に、電荷/軌道秩序状態がマイクロ分域化し、金属状態が成長するという、相転移に伴うナノ構造の動的な変化の過程が初めて明らかにされた。(2)スピネル構造を有するバナジウム酸化物AlV_2O_4において、約700Kで電荷秩序構造の形成を伴う金属-絶縁体転移の存在を見いだした。X線回折法及び高分解能電子顕微鏡法により、電荷秩序構造は[111]方向に2倍周期を持つ秩序構造であり、価数分離したV^<2+>とV^<4+>が3対1の比率で秩序化していることが明らかとなった。
野菜における花芽分化と抽だいとの関連

茎の伸長と花芽分化との関連を明らかにするため,レタス品種`テルミー'を昼25,夜20°Cと昼20,夜15°Cに設定した自然光ガラス室内で栽培した。花芽分化初期は25/20°C区では播種後33日目,20/15°C区では39日目であった。茎の長さは25/20°C区,20/15°C区とも指数関数的に増加したが,茎の長さの相対生長速度は20/15°C区の方が小さかった。茎の乾物重と茎の長さの関係を両対数グラフにプロットしたところ,花芽分化前のプロットは直線にのったが,花芽分化後のプロットは直線から乖離した。茎の直径と茎の長さの関係,茎乾物重と葉乾物重の関係も両対数グラフにプロットすると,花芽分化時までは直線に当てはめることができた。20/15°Cの自然光ガラス室で栽培した`テルミー'にジベレリンを処理したところ,3日目から茎の急激な伸長が始まったが,対照区では茎長の増加はごくわずかであった。ジベレリン処理の有無に関わらず,実験終了時まで花芽分化は認められなかった。対照区とジベレリン処理について,茎の長さと茎の乾物重,茎の長さと茎の直径,茎の乾物重と葉の乾物重を両対数グラフにプロットしたところ,対照区のプロットは直線に当てはまった。しかし,ジベレリン処理区のプロットはこの直線から乖離した。以上,レタスの茎の長さは時間の経過とともに指数関数的に増加するが,花芽分化初期を境に,茎の長さと茎の乾物重,茎の長さと茎の直径,茎の乾物重と葉の乾物重の間のアロメトリー関係が変化し,茎乾物重に比べて茎長の増加,葉に比べて茎への乾物の分配の割合が大きくなることが明らかとなった。こうしたアロメトリー関係の変化は,ジベレリン処理をした場合にも見られたことから,茎の伸長パターンの変化を反映していると考えられた。抽だいはロゼットを示す植物の茎が伸長を始める現象である。一般に野菜類では抽だいは花芽分化後に起こることが多く,花芽分化が抽だいの誘因と考えられているが,両者の関係については明確な結論が得られてはいない。この原因は,抽だいは(a)茎の伸長に先立って貯蔵養分の蓄積が始まる,(b)茎の伸長に十分な量の養分が蓄積する,(c)茎が伸長を始め,貯蔵養分の分解が起こる,という3つのプロセスから成り立っているにも関わらず,抽だいの判定が茎の伸長だけを基準に行われていることにある。したがって,花芽分化と抽だいの因果関係を明らかにするためには,抽だいのプロセスを前述のように3つに分けて議論を進める必要がある。そこで,抽だいが誘起される高温長日条件下で半結球性レタスを栽培し,抽だい過程における茎の貯蔵炭水化物であるフルクタンの消長を調査した。その結果,抽だいの過程ではロゼット状態の植物とは異なり,茎のフルクタンレベルは低く維持されていることが明らかとなった。また,ロゼット状態にある植物では茎と葉への乾物分配はアロメットリックな関係にあるが,抽だい過程では茎への乾物分配の割合がステージとともに上昇していくことが明らかになった。また,花芽の分化時期は茎の伸長過程が始まってからのことで,花芽分化前後で茎の伸長,乾物分配に明確な差は認められなかった。したがって,花茎の伸長と抽だいとは異なる現象であると推論した。現在,茎頂の細胞分裂活性や細胞の長さの経時変化と抽だいとの関連性を調査中である。

以上,レタスの茎の長さは時間の経過とともに指数関数的に増加するが,花芽分化初期を境に,茎の長さと茎の乾物重,茎の長さと茎の直径,茎の乾物重と葉の乾物重の間のアロメトリー関係が変化し,茎乾物重に比べて茎長の増加,葉に比べて茎への乾物の分配の割合が大きくなることが明らかとなった。こうしたアロメトリー関係の変化は,ジベレリン処理をした場合にも見られたことから,茎の伸長パターンの変化を反映していると考えられた。
YB-1活性化シグナルを標的とした進行性乳癌の新規克服治療薬の創出

乳癌患者に対する薬物治療の継続は、しばしば耐性乳癌の出現を誘導し、再発・増悪を引き起こす。しかし、耐性獲得の詳細なメカニズムや克服治療は明らかになっていない。本研究では、乳癌の悪性化に関与するYB-1の活性化シグナルを明らかにし、それを標的とした新規乳癌克服治療薬の創出を目的としている。本研究の成果は、新規治療薬を提示することで進行性乳癌患者の予後の改善が期待でき、治療の向上に大きく貢献できる。
地中生配偶体を持つシダ植物の種形成機構解明

地中生配偶体を形成するハナヤスリ科ハナワラビ属シダ植物で、配偶体の空間分布を効率的に調査するための分離法・分子同定法を確立した。複数種の胞子体が混生する茨城県つくば市の野生集団において胞子体の平面分布と地中生配偶体の空間分布とを解析した結果、胞子体が比較的少ない地点の土壌中に高密度で配偶体が生育し、2種の配偶体が空間的に近接する場合があることも明らかになった。2009年度は分布・遺伝子流動の実態がまったく知られていない地中生配偶体の調査を本格的に進めるための予備的調査、分子マーカーの開発及び技術的問題の克服に焦点を絞って研究を行った。野生ハナワラビ属(ハナヤスリ科)胞子体集団の周辺土壌から塊状地中生配偶体を分離する方法について検討を行った。また同様に地中生配偶体を持つマツバラン(マツバラン科)についても土壌からの配偶体分離を試みた。分離した配偶体からDNAを抽出し、既存の葉緑体・核の分子マーカーを用いて予備的な解析を行った。また、フローサイトメーターを用いたゲノムサイズ(倍数性)測定も行った。いずれも、解析手法については配偶体においても胞子体とほぼ同様の良好な結果が得られ、地中生の配偶体であっても解析に支障がないことが確認された。核DNAマーカーについては、既に研究代表者が開発済みであったGapC領域の1組のプライマーに加え、同じ遺伝子の別コピーを増幅するプライマーを開発した。これらのマーカーを用いて、分類群の定義が不明確な日本産ハナワラビ属オオハナワラビ属の各分類群の遺伝的な解析を行った。現時点の結果では、エゾフユノハナワラビやアカフュノハナワラビの両分類群は遺伝子型から定義するのが難しく、さらにマーカーを増やして解析を進める必要のある分類群と言える。また、オオハナワラビは、伊豆諸島・関西・四国・九州の各地から材料を収集して解析した結果、国内に複数の遺伝的実態があることが示唆され、サンプリングの充実が必要である。茨城県つくば市の筑波実験植物園内落葉広葉樹林下に自然状態で形成された胞子体の3種混生集団(オオハナワラビ・フユノハナワラビ・アカハナワラビ、南北約17m・東西約22m)を用いて、地中生配偶体集団の解析を開始した。土壌からの配偶体採集方法についても検討を重ね、ステンレス枠の打ち込みによる層別の土壌の採取、ショ糖を加えた遠心分離による配偶体の分離法を確立した。採集した配偶体は形態観察後半分に切断し、DNAの抽出を行った。上記3種は葉緑体DNA trnL-F領域の変異を用いて識別可能であることが既にわかっていたため、約50個体の配偶体について塩基配列を決定して、予備的に分子同定を行った。その結果、アカハナワラビ・オオハナワラビの両種の配偶体が見出され、中には空間的に近接して2種の配偶体が存在している例も見出された。一方、遺伝子流動を解明するためには、配偶体側だけでなく胞子体側の空間分布も明らかにする必要がある。そのため、胞子葉サイズが3cm以上の全個体について、地点・サイズ・胞子葉の有無を調査した結果、アカハナワラビ1103個体、オオハナワラビ486個体、フユノハナワラビ100個体の合計1689個体が確認された。そのうち胞子葉をつけた繁殖個体はアカハナワラビ40個体、オオハナワラビ31個体、フユノハナワラビ41個体とほぼ同数であった。胞子体と配偶体の分布とを比較すると、配偶体は幼胞子体が多い地点で多数発見される傾向がみられたが、種毎の分布パターンの差異については配偶体の個体数を増やして今後検討する必要がある。昨年度の筑波実験植物園内調査区(南北17m、東西22m)におけるハナワラビ属配偶体・胞子体分布調査結果に基づいて、調査区内全体に土壌調査地点計30箇所を設けて、土壌の採取を行った。昨年度は10×10cmステンレス枠を用いて土壌の採取を行っていたが、解析効率の向上のため、サイズの5×5cmに変更した。採取した土壌を1cmの層別に分け、水とスクロース溶液中で遠心分離した結果、配偶体は調査区内の東側に局在していることが判明した。調査区内の東側と西側では木本の種構成が異なっており、それに伴って土壌の環境にも相違があることが予想された。また、胞子体の分布は西側に多く東側に少ない傾向が見られ、ハナワラビ属の集団自体が徐々に移動していくことを示唆する結果と考えられる。採取された地中生配偶体からDNAを抽出し、葉緑体trnL-F領域を用いた分子同定を行った結果、少なくともアカハナワラビとオオハナワラビ2種は地中でも配偶体が空間的に近接して生育していることが明らかになり、地中での種毎の明確な棲み分けは観察されなかった。

このことから地中で配偶体の分布密度が高い場合に、2種の配偶体が偶々近接して生育し、精子が僅かな距離を泳ぐだけで種間雑種が形成され得ることが考えられた。この可能性を確実に実証するために、個体識別が可能な分子マーカーが必要であることから、次世代シークエンサーによる解析を行って塩基配列データを得た。多数の種間雑種が知られている伊豆諸島での遺伝子流動解析を行うには至らなかったが、実際の解析が可能な段階まで調査/実験法の確立を行うことに成功した。
ラパマイシンとBMPの相互作用の解析と硬組織再生治療への応用

歯髄細胞および骨芽細胞における、骨形成タンパク質(Bone Morphogenetic Protein; BMP)の増殖・分化誘導へのラパマイシン(rapamycin)の作用機構を明らかにするため、マウス培養株細胞(C2C12)、ブタ歯随由来細胞(PPU-7)およびマウス歯胚器官培養系を用いて研究を行う。次にヒト骨芽細胞、歯随細胞および歯根膜細胞を用いてヒト細胞への効果を検討し、あわせて動物(マウスおよびラット)実験系により、歯および歯周組織(歯根膜および歯槽骨)の分化におけるのラパマイシンの効果を調べ、臨床応用への可能性を検討する。