hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転写因子BCL6タンパクのアセチル化による機能制御機構

BCL6はリンパ腫発症に関わる遺伝子として申請者により発見された遺伝子でzinc-finger proteinをコードする。本研究はBCL6タンパクのアセチル化がBCL6の機能に与える影響、BCL6強制発現の実験などから、BCL6の機能やそのリンパ腫発症における役割をあきらかにしようとするものである。本研究において、BCL6がHistone acetyl-transferaseのp300と会合し、アセチル化を受けること、アセチル化を受けるのはBCL6タンパクの中央部分であること、アセチル化されたBCL6は転写抑制能が減弱することを発見した。また、同じHistone acetyl-transferaseであるP/CAFとも会合することが示唆された。また、胚中心B細胞由来の細胞株DaudiおよびRajiに強制的にBCL6を発現させ、抗癌剤によるアポトーシスにBCL6が与える影響について検討した。BCL6の強制発現により、抗癌剤Etoposideによるapotosisは有意に抑制された。また、BCL6の変異体BCL6-Ala333/343はproteasomeによるタンパク分解を受けないが、これを強制発現させたRaji細胞においては、apoptosisは著明に抑制された。DaudiにEtoposideを作用させると、ROS(reactive oxygen spieces)の産生の低下、ミトコンドリア膜電位低下の抑制に続きapoptosisが起こるが、これらはantioxidant N-acetyl-L-cysteine (NAC)の添加により抑制された。BCL6の強制発現は、ROSの産生低下とミトコンドリア膜電位の低下を抑制し、apoptosisを抑制しているものと考えられた。今後はアセチル化を含むタンパクの翻訳後修飾が、BCL6の様々な生物学的活性にどのような役割をはたしているのかを明らかにしていく予定である。本研究はBCL6タンパクのアセチル化がBCL6の機能に与える影響BCL6類似遺伝子であるBAZFの解析などから、BCL6の機能やそのリンパ腫発症における役割をあきらかにしようとするものである。本年度はBCL6がHistoneacetyl-transferaseのp300と会合し、アセチル化を受けること、アセチル化を受けるのはBCL6タンパクの中央部分であること、アセチル化されたBCL6は転写抑制能が減弱することを発見した。マウスBAZF遺伝子をプローブとしてヒトBAZF遺伝子のクローニングを行った。ヒトBAZF遺伝子は9つのエクソンからなり、1443bpのopen reading frameを持ち、480のアミノ酸をコードすると考えられた。アミノ酸レベルでヒトとマウスは91%の相同性を持ち非常に保存された遺伝子であった。機能ドメインと考えられるBTB/POZドメイン、zincfingerドメインはほぼ完全に一致しており、機能的にも保存されていると考えられた。FISH解析によりこの遺伝子は染色体17p13.1に位置することが明らかとなった。BAZFの発現をノーザンブロットにて解析した結果、ヒト組織でubiquitousな発現が認められ、特に心臓と胎盤にて強い発現が認められた。細胞株においては未熟B細胞株と赤白血病株にて発現が認められた。赤白血病株(HEL)にフォーボルェステルを加えると巨核球への分化が誘導されることが知られているが、この系においてBAZFが発現増強されることが明らかとなった。これらのことからBAZFはB細胞の初期分化や巨核球分化などBCL6と異なるstage、系列においてBCL6のように分化の制御を行っていると考えられる。

本研究はBCL6タンパクのアセチル化がBCL6の機能に与える影響、BCL6強制発現の実験などから、BCL6の機能やそのリンパ腫発症における役割をあきらかにしようとするものである。本研究において、BCL6がHistone acetyl-transferaseのp300と会合し、アセチル化を受けること、アセチル化を受けるのはBCL6タンパクの中央部分であること、アセチル化されたBCL6は転写抑制能が減弱することを発見した。また、同じHistone acetyl-transferaseであるP/CAFとも会合することが示唆された。また、胚中心B細胞由来の細胞株DaudiおよびRajiに強制的にBCL6を発現させ、抗癌剤によるアポトーシスにBGL6が与える影響について検討した。BCL6の強制発現により、抗癌剤Etoposideによるapotosisは有意に抑制された。また、BCL6の変異体BCL6-Ala333/343はproteasomeによるタンパク分解を受けないが、これを強制発現させたRaji細胞においては、apoptosisは著明に抑制された。DaudiにEtoposideを作用させると、ROS(reactive oxygen spieces)の産生の低下、ミトコンドリア膜電位低下の抑制に続きapoptosisが起こるが、これらはantioxidant N-acetyl-L-cysteine(NAG)の添加により抑制された。BCL6の強制発現は、ROSの産生低下とミトコンドリア膜電位の低下を抑制し、apoptosisを抑制しているものと考えられた。今後はアセチル化を含むタンパクの翻訳後修飾が、BCL6の様々な生物学的活性にどのような役割をはたしているのかを明らかにしていく予定である。
読唇者モデルをベースとした日本語機械読唇システムに関する研究

本研究期間内では,発話映像における口形検出率の向上と発話単語の認識を実施した.口形検出率では90%以上を目標としていたが,テンプレートマッチングとオプティカルフローを併用することで,最終的には82.7%となった.これは本研究課題開始時より8.6%検出率が向上した.発話単語の認識では,発話単語の長さを考慮した信頼度の計算手法を提案し,47都道府県の認識実験で36都道府県の認識に成功した.単語認識率は約76.6%となった.今後は,口形形成期間の切り出し精度を向上させる方法を検討していく.平成23年度に実施した研究により,口形の検出率が改善された.これは,従来のテンプレートマッチングと呼ばれる方法に加え,口唇周辺の動きを計測するオプティカルフローと呼ばれる方法を利用するようにした結果である.これにより,口形検出を行うべきタイミングをそれまでよりも精度良く検出できることが口形の検出率の向上につながった.平成24年度はさらなる口形検出率の改善を目標に研究を実施した.具体的には,次の4項目を実施した.(1)平成23年度の結果で明らかになった口形検出の改善策をモジュールに組み込み,実験を行った.(2)比較評価のためのモデルベース手法をベースとしたモジュールを作成し,評価を行った.(3)被験者を増やして発話映像から口形を検出する評価を行った.(4)国内外の学会等で研究成果の発表を行った.(1)については,平成23年度に作成した口形検出モジュールに改良を加え,口唇の動く方向も同時に計測するようにした.しかしながら,これまで研究を行ってきた撮影のフレームレートでは,口唇の動く方向を検出するには不十分と考え,さらに高いフレームレートで映像を撮影することにした.1秒間に150枚の画像を取得し,そこから口形の検出を行うようにした.つぎに,比較評価のための(2)では,口角などの特徴点や口唇の輪郭を検出して口形を検出するモジュールを作成した.その結果,ある程度は口角や口唇輪郭を検出できたが,高い精度で検出するまでの改善はできなかった.本研究では高い精度での検出が必要なため,(1)を優先することとしてこのモジュールの作成は一時中断した.(3)については,16名の被験者の発話映像を集めることができたため,(1)で作成したモジュールを使用して口形検出の実験を実施した.(4)については,国際会議で1件,国際ジャーナルで1件の研究成果の発表を行った.平成23年度から24年度に実施した研究では,主に口形検出モジュールの構築と検出精度の改善を行った.発話映像中の基本口形(母音口形+閉唇口形)の検出と,それぞれの口形が形成されている期間の検出の精度向上を行った.口形期間の自動検出にはオプティカルフローと呼ばれる方法を取り入れ,口唇周辺の動きの総量を計測することで,検出精度の向上につながった.結果的に,現段階での口形検出精度は約83%と,当初目標としていた90%にはとどかなかったが,初期の口形検出率からは約13%向上した.平成25年度は,発話単語認識モジュールの構築を行った.入力した発話映像から検出した口形の順序と,認識対象単語の口形順序とを比較し,それらのマッチング数に応じて得点(スコア)を付与する.これにより,より高得点の単語が発話単語である確率が高くなる.しかしこの方式では,音が似ていて長さの少し異なる単語の場合に,同程度の得点になることがあり,判別が難しくなる.そこで,単語の口形数を考慮に入れた信頼率を導入し,それらの積によって発話単語の認識を行った.発話単語認識モジュールの評価として,47都道府県名を対象にした単語認識実験を実施した.実験の結果,発話単語が第1位として認識された都道府県名は36あり,約77%の認識率となった.さらに,発話単語が上位5位以内に含まれる場合までみると,単語認識率は約85%という結果になった.これらの結果を踏まえ,平成25年度は国内のシンポジウムで1件の発表を行った.また,これらの成果をまとめて,平成26年度の国内シンポジウムと国際会議でそれぞれ1件の発表を行う予定である.本研究期間内では,発話映像における口形検出率の向上と発話単語の認識を実施した.口形検出率では90%以上を目標としていたが,テンプレートマッチングとオプティカルフローを併用することで,最終的には82.7%となった.これは本研究課題開始時より8.6%検出率が向上した.発話単語の認識では,発話単語の長さを考慮した信頼度の計算手法を提案し,47都道府県の認識実験で36都道府県の認識に成功した.単語認識率は約76.6%となった.今後は,口形形成期間の切り出し精度を向上させる方法を検討していく.平成23年度は,顔が映っている画像から口唇領域を抽出するための"口唇領域抽出モジュール"と,発話中の特徴的口形を検出する"口形検出モジュール"を構築した.口形検出モジュールについては,"画像ベース手法"と呼ばれる方法で構築した.具体的には,あらかじめ撮影しておいた口形画像を,発話映像の口形画像と照らし合わせて類似度を測り(この方法を,"テンプレートマッチング"とよぶ),そこから口形を推測する方法である.

これまでは,口唇領域のみを撮影して口形の推測を行っていたが,より実際の利用に近づけるため,顔全体が映っている画像から口形を推測できるようにした.しかし,顔全体の画像から口形のテンプレートマッチングを効率よく行うためには,画像の中から口唇領域を検出する必要がある.そこで,本研究では,一般に利用されている顔検出の方法を導入し,検出された顔領域から口唇領域を割り出すようにした.これにより,顔が映っている画像から口形を推測することが可能となった.なお,口唇領域を割り出す際,当初は口唇の色を利用する方法や,口角等の特徴点を検出する方法を考えていたが,前者は照明の影響を受けやすく,後者は正確な口角位置の検出に時間がかかるため,平成23年度は評価しなかった.一方,口形を検出するために,"オプティカルフロー"と呼ばれる方法を取り入れ,発話中の口唇の移動距離を計測した.これにより,口唇の動きに関する情報を利用できるようになり,口形の誤認識を減らす結果となった.1名の被験者による発話実験において,平均約4%あった誤認識がなくなり,口形の検出率も約74%から約83%へ,約9%改善できたため,平成23年度の目標は達成できたと考える.今後は,オプティカルフローの口唇の動き情報だけでなく,動きの方向に関する情報も加味することで,さらなる改善が期待できると考えられる.平成24年度の目標は,次の4点であった.(1)平成23年度に明らかになった課題の改善を行い,口形検出の評価を行う.(2)モデルベース手法のモジュールを構築し,比較評価を行う.(3)被験者を増やして評価を行う.(4)研究成果を国内外の学会などで発表する.(4)については,国際会議で1件,国際ジャーナルで1件(掲載決定,現在校正中)の発表を行い,目標は達成できた.(3)についても16名の被験者から多くの発話データを集めることができ,今後の研究に大いに活用できるものとなった.この点についても目標は達成できた.しかしながら,(1)については,口唇の動きの方向を計測するモジュールを作成して(3)の発話映像を用いて実験を実施するまでにとどまり,データの集計や分析に多くの時間が必要となったため,平成24年度内に口形検出率の計測,評価にまでは至らなかった.この点について,目標は達成できなかったが,その他の点についてはおおむね達成できたと考える.そして,(2)については,作成したモジュールの口角や口唇輪郭の検出精度が,比較評価を実施できるまでの精度を得るまでには至らなかったため,この点についても目標は達成できなかった.そのため,現在の課題の達成度は当初の予定よりもわずかに遅れている.平成23年度の目標は,顔画像から口唇領域を検出するモジュールと画像ベース手法を用いた口形検出モジュールの構築を行い,評価することであった.その結果,それぞれのモジュールは構築でき,その評価においても,以前より検出率が改善されたため,現在のところ,研究は順調に進んでいると言える.また,今回の評価から,さらなる検出率の改善方法の目処も立ったため,今年度の発展も期待できる.平成24年度に達成できなかった16名の被験者の発話データから口形の検出率を計測し,その評価を行う.そして,当初の目標であった口形検出率90%以上の実現を最優先とし,実験を繰り返しながら口形検出方法の改善を行う.そして,得られた成果をまとめて国内外の学会等で発表する.その後,発話単語認識モジュールの作成に取りかかる.このモジュールでは,検出した口形の順序と単語データベース(辞書)内の口形順序コード(口形を記号化し,発話時に形成される口形を順に並べた記号列)から,パターンマッチングによって発話候補となる単語をリストアップする.
ストライプ状背景を用いた立体画像合成

1.ストライプ状背景を用いた撮影画像からの対象抽出:スタジオ内で撮影された人物などの画像と別途撮影された画像を合成するために必要な、画像からの対象抽出手法を構築した。背景色と同一色の対象を抽出することが不可能であるという従来のクロマキーの問題点を解決するため、2色から成るストライプ状背景を用いて任意色対象の抽出を行った。2.輪郭抽出処理の高精度化:ストライプ状背景を用いた対象抽出処理で得られる抽出結果をさらに高精度化するために、同結果を初期輪郭として動的輪郭モデル(Snakes)を適用する処理手順を構築した。3.市松模様の背景を用いた撮影画像からの対象抽出:ストライプ状背景は水平方向のみにエッジが存在するという方向性を有する。従って抽出対象のエッジがこのエッジと平行な場合は両エッジは交差せず、輪郭情報を得ることができない。そこで背景の垂直方向にもエッジを持たせるように市松模様の背景とする方式を提案し、これにより任意の方向の輪郭を抽出することを可能とした。4.対象抽出・画像合成の改善:異なる2枚の画像を合成する際に綺麗な合成画像を得るためには、対象抽出の輪郭および合成境界部分において、前景画像と背景画像の色合いがどの程度混ぜ合わさっているかを表す指標であるα値の推定が重要である。そこで、より高精度にα値を推定する手法を構築した。5.画像合成のための幾何学的関係推定:背景と人物の位置や大きさの関係を考慮せずに画像合成を行うと、不自然な画像となってしまう。そこで、ステレオカメラを用いて対象の3次元計測を行うことにより、合成時の前景となる対象の位置情報や幾何学的情報を取得する手法について検討した。6.立体画像合成実験:提案した画像抽出・合成手法による立体画像合成実験を多数の被写体に対して行うことにより、提案手法の有効性を確認した。1.画像からの対象抽出スタジオ内で撮影された画像から対象を抽出する手法を構築した.背景色と同一色の対象を抽出することが不可能であるという従来クロマキーの問題点を解決するため,ストライプ状背景を用いて任意色対象の抽出を行った.2.ステレオカメラによる撮影システムの構築(1)においては,固定した単体カメラによる撮影を想定していた.しかし,様々なアングルからの画像合成や動画像合成を行う際には,カメラの位置・姿勢を変化させる必要がある.また,3次元立体画像においては,左眼用画像・右眼用画像が必要となる.そのため,ステレオカメラで前景・背景の撮影を行うことで,抽出対象の3次元計測を行うとともに,画像中の複数個の特徴点を抽出し,それらの関係を用いてシーンの幾何的位置関係の推定を行った.3.画像合成のための幾何学的関係推定背景と人物の位置や大きさの関係を考慮せずに画像合成を行うと,不自然な画像となってしまう.そこで,対象の3次元計測を行うことにより,合成時の前景となる対象の位置情報や幾何学的情報を取得する手法を構築した.また,未知背景に対応するための背景画像中の特徴点の抽出手法と特徴点間の関係の推定方法を構築し,2次元画像の自然な合成を行った.4.視差を考慮した3次元立体画像合成自然な3次元立体画像を合成するためには,同一画像中の人物と背景の位置関係に加え,左眼用画像と右眼用画像の視差の関係が正しい必要がある.視差は人間の目の間隔によって決定されるため,画像を撮影した状況を目の間隔に合うように変換し,立体視可能な3次元立体画像を生成するためのシステムを構築した.具体的には,(3)で行った推定手法と逆の手順で,背景中のある場所に人間が立った場合に生じる視差を求め,正しい視差がある左・右眼用画像をそれぞれ生成した.

1.ストライプ状背景を用いた撮影画像からの対象抽出:スタジオ内で撮影された人物などの画像と別途撮影された画像を合成するために必要な、画像からの対象抽出手法を構築した。背景色と同一色の対象を抽出することが不可能であるという従来のクロマキーの問題点を解決するため、2色から成るストライプ状背景を用いて任意色対象の抽出を行った。2.輪郭抽出処理の高精度化:ストライプ状背景を用いた対象抽出処理で得られる抽出結果をさらに高精度化するために、同結果を初期輪郭として動的輪郭モデル(Snakes)を適用する処理手順を構築した。3.市松模様の背景を用いた撮影画像からの対象抽出:ストライプ状背景は水平方向のみにエッジが存在するという方向性を有する。従って抽出対象のエッジがこのエッジと平行な場合は両エッジは交差せず、輪郭情報を得ることができない。そこで背景の垂直方向にもエッジを持たせるように市松模様の背景とする方式を提案し、これにより任意の方向の輪郭を抽出することを可能とした。4.対象抽出・画像合成の改善:異なる2枚の画像を合成する際に綺麗な合成画像を得るためには、対象抽出の輪郭および合成境界部分において、前景画像と背景画像の色合いがどの程度混ぜ合わさっているかを表す指標であるα値の推定が重要である。そこで、より高精度にα値を推定する手法を構築した。5.画像合成のための幾何学的関係推定:背景と人物の位置や大きさの関係を考慮せずに画像合成を行うと、不自然な画像となってしまう。そこで、ステレオカメラを用いて対象の3次元計測を行うことにより、合成時の前景となる対象の位置情報や幾何学的情報を取得する手法について検討した。6.立体画像合成実験:提案した画像抽出・合成手法による立体画像合成実験を多数の被写体に対して行うことにより、提案手法の有効性を確認した。
デジタルサイネージへの多重情報埋め込み技術に関する研究

初年度の研究成果に基づいて,第2年度である当年度は,複数の種類の情報を埋め込む方法(多重化),情報の読み出しの同期法,および,情報の選択的読み出し法の検討を行った.複数の種類の情報を埋め込む多重化の方式として時間的多重化方式(時分割多重化方式)を採用する方法を検討した.まず,複数の種類の情報を格納する「表示1シーン」と呼ばれる情報のフォーマットを定義した.表示1シーンは,「開始ブロック」と1つ以上の数の「情報ブロック」から構成される.この表示1シーンのフォーマットは,(1)複数の種類の情報を埋め込むことが可能であり(情報の種類の数だけ情報ブロックの数をもつ),(2)時間同期用のフレーム列として開始ブロックをもたせることにより,撮影された動画像から開始ブロックに相当するフレーム列の先頭フレームの番号を決定することを可能とし(時間的同期が可能),(3)その時間的同期に基づいて,複数の種類の情報のうち,任意の情報を選択して抽出を可能とするように,形式的に定義された.次に,提案した表示1シーンのフォーマットに基づいて複数の情報が埋め込まれた動画像がディスプレイに表示され,その表示された動画像がビデオカメラで動画像として撮影されたとき,撮影した動画像から,開始ブロックに相当するフレーム列の先頭フレームの番号を検出する方法を提案した.次に,その開始ブロックに相当するフレーム列の先頭フレームとして検出したフレーム番号に基づいて,撮影された動画像から,埋め込まれた複数の種類の情報のうち,任意の情報を選択して抽出できる方法を提案した.さらに,これらの提案方法の実現可能性を実験により検証した.すなわち,開始ブロックが検出可能であるか否か,第n情報ブロック(第n番目の情報用フレーム列)に対応する総和画像が第n番目の情報として埋め込まれたものであることを実験により確認した.第1年度は,基本設計,情報の埋め込み法(空間多重化を除く),情報の読み出し法における同期法(空間的同期法を除く)の検討を行った.特に,情報の埋め込み方法において時空間変調を用いた場合の不可視性と可読性の両立性について,埋め込み先の色成分に対する人間の特性による不可視性と可読性における輝度変調値の範囲を明らかにした.第2年度は,複数の種類の情報の埋め込み方法・読み出し方法の検討・提案と提案方法の検証を行った(空間的多重化,空間的同期方法を除く).特に,時間的多重化方式を用いた場合の,複数の種類の情報の埋め込み方法,および,その情報の選択的読み出し方法について,埋め込み方法である情報のフォーマットを形式的に定義し,複数の種類の情報の選択的読み出しに必要な,表示側と撮影側との間の時間的な同期方法,および,選択的読み出し方法を提案し,提案した時間的多重化法の基礎的な実現可能性を実験により明らかにした.第2年度までの研究成果に基づいて,第3年度は次のように研究を推進する.まず,時間的多重化方法を用いて複数の種類の情報を埋め込み,情報を選択的に読み出す方法について,その方法の性能を評価する.すなわち,メタ画像の埋め込み強度(輝度の振幅変調値ΔB)と抽出される情報の可読性との関係,および,抽出した総和画像において二値化閾値を得ることが可能か否かを検証する.これと並行させて,情報の埋め込み法として,一辺をk画素とする正方形の領域を単位として,その領域の空間的輝度変調,時空間的輝度変調の有無で2進数を表現する方法について,kの大きさによる空間的密度と不可視性・可読性の両立性を検証する.この検証ではチェッカーボード・パタンを用いる.この実験の結果は,(1)空間的多重化法で複数種類の情報を埋め込む方法,および,(2)読み出した情報の提示法である,読み出された文字情報を特定の位置に表示するときの,位置情報の精度の基盤となる.この結果に基づいて,これらの埋め込み方法,提示方法を検討する.また,誤り訂正が可能な方法や特定のユーザのみ読み出しができる方法など高度な埋め込み方法の基礎的な検討を行う.さらに,音声情報の埋め込みについても基礎的な検討を行い,その可能性を明らかにする.初年度は,情報の埋め込みから提示までの全体の整合性を保つために必要な基本設計を行い,それに基づいて,情報の埋め込み方法および情報の抽出方法の検討を行った.表示画像中への情報の埋め込みにおいては,表示画像を劣化させないように埋め込まれた情報の不可視性が求められる.一方,撮像画像からの情報の抽出においては,埋め込まれた情報の可読性が担保されなければならない.すなわち,埋め込まれた情報の不可視性と可読性はトレードオフの関係にあるので,両条件を満たす埋め込み条件を明らかにする必要があった.そこで時空間的に輝度を変調させた文字列パタンを用いて埋め込まれた情報の不可視性と可読性について実験を行った.不可視性の検証では,情報を埋め込み先である色成分と埋め込む情報の輝度変調値を実験パラメータとして20名の被験者で主観評価実験を行った.実験の結果,不可視性の高い色成分は青であり,輝度変調値が9以下で不可視性が90%以上であることが明らかになった.一方,赤・緑の色成分に情報を埋め込んだ場合の不可視性は極めて低く,情報を埋め込む色成分として実質的に使用できないことが明らかになった.次に,不可視性の実験結果に基づき,情報を青色成分に埋め込んで可読性の検証を行った.実験の結果,振幅変調値が4以上で埋め込んだ情報を抽出できることが判明した.なお,情報抽出時の時間的同期方法は1周期4フレームからなる

4フレーム変調法を適用した.以上の結果から,不可視性と可読性の両条件を満たす埋め込み条件は,埋め込み先の色成分が青色であるとき,輝度変調値が4以上9以下であることを明らかにした.これまでに,基本設計,情報の埋め込み法(空間多重化を除く),情報の読み出し法における同期法(空間的同期法を除く)の検討を行った.特に,情報の埋め込み方法において時空間変調を用いた場合の不可視性と可読性の両立性について,埋め込み先の色成分に対する人間の特性による不可視性と可読性における輝度変調値の範囲を明らかにした.初年度の研究成果に基づいて,第2年度である当年度は,複数の種類の情報を埋め込む方法(多重化),情報の読み出しの同期法,および,情報の選択的読み出し法の検討を行った.複数の種類の情報を埋め込む多重化の方式として時間的多重化方式(時分割多重化方式)を採用する方法を検討した.まず,複数の種類の情報を格納する「表示1シーン」と呼ばれる情報のフォーマットを定義した.表示1シーンは,「開始ブロック」と1つ以上の数の「情報ブロック」から構成される.この表示1シーンのフォーマットは,(1)複数の種類の情報を埋め込むことが可能であり(情報の種類の数だけ情報ブロックの数をもつ),(2)時間同期用のフレーム列として開始ブロックをもたせることにより,撮影された動画像から開始ブロックに相当するフレーム列の先頭フレームの番号を決定することを可能とし(時間的同期が可能),(3)その時間的同期に基づいて,複数の種類の情報のうち,任意の情報を選択して抽出を可能とするように,形式的に定義された.次に,提案した表示1シーンのフォーマットに基づいて複数の情報が埋め込まれた動画像がディスプレイに表示され,その表示された動画像がビデオカメラで動画像として撮影されたとき,撮影した動画像から,開始ブロックに相当するフレーム列の先頭フレームの番号を検出する方法を提案した.次に,その開始ブロックに相当するフレーム列の先頭フレームとして検出したフレーム番号に基づいて,撮影された動画像から,埋め込まれた複数の種類の情報のうち,任意の情報を選択して抽出できる方法を提案した.さらに,これらの提案方法の実現可能性を実験により検証した.すなわち,開始ブロックが検出可能であるか否か,第n情報ブロック(第n番目の情報用フレーム列)に対応する総和画像が第n番目の情報として埋め込まれたものであることを実験により確認した.第1年度は,基本設計,情報の埋め込み法(空間多重化を除く),情報の読み出し法における同期法(空間的同期法を除く)の検討を行った.特に,情報の埋め込み方法において時空間変調を用いた場合の不可視性と可読性の両立性について,埋め込み先の色成分に対する人間の特性による不可視性と可読性における輝度変調値の範囲を明らかにした.第2年度は,複数の種類の情報の埋め込み方法・読み出し方法の検討・提案と提案方法の検証を行った(空間的多重化,空間的同期方法を除く).特に,時間的多重化方式を用いた場合の,複数の種類の情報の埋め込み方法,および,その情報の選択的読み出し方法について,埋め込み方法である情報のフォーマットを形式的に定義し,複数の種類の情報の選択的読み出しに必要な,表示側と撮影側との間の時間的な同期方法,および,選択的読み出し方法を提案し,提案した時間的多重化法の基礎的な実現可能性を実験により明らかにした.初年度の研究成果に基づいて,第2年度以降は次のように研究を推進する.
ビデオ画像による車両動態計測システムの開発

本研究は、各車両の準2次元的運動軌跡をトラッキングすることを目的とし、数百メートルの長さを持つ道路区間を対象とし、気球に設置したビデオカメラを用いて、様々な交通状況を連続撮影した映像から、車両の軌跡を読み取るシステムの開発を試みたものである。マニュアルによる計測方法を確立した後、コンピュータによる自動計測システムの開発を行い、さらに、自動計測システム開発の後、システムの検証を行った。これにより、従来のループ式や超音波式などの感知器により得られる交通量が密度などの巨視的な観測量だけでなく、加減速や車線変更など個々の車両の微視的な挙動を短時間で効率的に把握することが可能となる。マニュアル計測手法をベースにして、基準点の認識、座標変換、車両の認識の順に車両を自動計測するシステムを開発し、検証は、実際に8mmCCDビデオカメラを気球に搭載し、空中から東名高速道路を撮影した画像を用い、その画像をマニュアルにより処理した計測結果とシステムの自動計測による計測結果を比較することで行った。検証の結果、認識率については大変良い結果が得られたが、精度については、反射の弱い車両や大型車などに多くの誤差が見られた。今後は、さらに精度の向上を目指すとともに、斜め前方から撮影した車両の重なりがあるビデオ画像の画像処理技術の開発を行っていきたい。以下に示すように、機器の購入整備、計測ソフトの開発は、概ね順調に進行している。1.機器整備(1)ビデオカメラ、画像ファイリング機器(オプティカル・ディスク)、A/D変換器、およびワークステーションを購入し、ハードウェアシステムの構築・調整が完了した。(2)道路形状に合わせて水平方向の画角を拡大したビデオカメラの仕様は、現在検討中である。2.車両の重なりがない斜め撮影画像の処理(1)カメラ固定の場合走行車両の自動検出アルゴリズム、および自動評定アルゴリズムの開発は、ほぼ完了している。(2)カメラ移動の場合自動化に移る前の段階として、マニュアルでの車両軌跡読み取りソフトの開発を完了した。計測者と機器とのインターフェイスの改善、過去の走行履歴を活用した計測エラーの回避ルーチンを取り込み、従来の読み取り時間を大幅に短縮できた。3.車両の重なりのある斜め撮影画像の処理(1)カメラが固定されている場合について、オクルージョンのある車両の認識のための3次元車両認識方法を構築中である。1.カメラ位置が変動するときのビデオ画像処理のマニュアル手法の開発カメラが移動する場合には、各フレームごとに基準点の評定を行い、フレーム画像を基準画面に座標変換する。その後、基準画面における背景画像の取得が必要となるが、その背景取得の方法を確立した。さらに、マンマシンインターフェイスを改善し、マニュアル計測の計測誤差の軽減、計測時間の大幅短縮を達成した。2.カメラ位置が変動するときのビデオ画像処理の自動計測手法の開発上記マニュアル手法をベースに、カメラが移動する場合における車両の走行軌跡の自動計測手法を確立した。その結果、上記マニュアル計測手法以上の測定精度および計測時間の大幅短縮を達成した。3.オクルージョンのあるビデオ画像処理の自動計測手法の開発(カメラ位置は固定)オクルージョンが生じる画像(カメラ位置は固定)における背景画像の取得方法の確立および車両の3次元的な走行軌跡の自動計測手法を開発中である。これにより、従来のループ式や超音波式などの感知器により得られる交通量や密度などの巨視的な観測量だけでなく、加減速や車線変更など個々の車両の微視的な挙動を短時間で効率的に把握することが可能となる。
低温固相における光ナノ爆発機構の創製と解明平成25年5月18日現在

塩素の光化学過程におけるラジカル機構について、アセチレン-塩素混合系において光爆発現象を観測し、さらにブタジエン-塩素混合系において前者を1ケタ以上上まわる量子収率で光ナノ爆発といえる現象を確認した。その結果、気相中と異なる反応系が低温固相中で見られることの意義を明確にできた。さらに大気化学的な側面からアセトンおよびN_2O_5の低温固相における光化学過程において新知見が見出された。研究申請内容の基づき、低温固相における光ナノ爆発機構の研究を遂行した。本研究は低温固体中の分子において、光励起により始まるラジカル反応が気相中でのラジカル分子反応とは異なる反応速度で反応が進行することが予想されることを前提に企画されている。具体的には塩素の光化学過程におけるラジカル機構について20種類以上の化合物について常温気相および低温固相における反応過程について研究を行った。その結果、アセチレン-塩素混合系において先行的に光爆発現象を観測し、さらにブタジエン-塩素混合系において前者を1ケタ以上上まわる量子収率で光ナノ爆発といえる現象を確認した。基本的な固相における生成物の定量測定と低温マトリックス中における光化学過程のその場観測で、両者の実験結果を対応させることにより、反応生成物の生成機構を解明し、気相中と異なる反応系が低温固相中で見られることの意義を明確にできた。さらにマトリックス単体の実験で、ハロゲン化エチレン類の光分解過程において、新規中間体の検出に成功し、FT-IRによる解析から、その解離機構について詳細な知見が得られた。さらに大気化学的な側面からアセトンおよびN2O5の低温固相における光化学過程において新知見が見出された。特に大気微量成分のような極希薄状態下での反応は固相に濃縮される効果があるため、気相反応に比べて劇的に反応速度が大きくなる可能性を秘めている。研究はまず現在光ナノ爆発の現象が観測されている典型的な有機化合物での研究を進めた。その結果、アセチレン-塩素混合系およびブタジエン-塩素混合系において光ナノ爆発といえる現象を確認した。以上の成果は先行研究としてJ.Photochem.Photobio.A.Chem.219(2011)200.に掲載され、2012年日本化学会春季年会2件の報告を行った。さらに、2012年において2件の国際会議(XXIVth IUPAC Symposium on Photochemistry in Portugal, 28th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics in Fukuoka)において発表の申請がなされている。実験としては低温固相光化学装置を使用し、FT-IRにより、光照射によって形成される、生成物とともに反応の中間状態での形成が予想されるラジカルや不安定化合物の測定を行った。光照射光源として紫外パルスレーザーを用い、定量化のため光源強度をリアルタイムでフォトダイオードによりモニターしている。固相における生成物の定量化というところに主眼をおくため、FTIRによるその場観測により、反応物および生成物の測定を再現性という観点から行っている。試料は温度制御された、7K-200Kに冷やされた基板上に吹き付け、基板上に試料は約10-100ミクロンの厚み(干渉縞にて計測)でつき、その厚みと吹き付け量を形状からコンピューターシミュレーションすることにより、赤外の吸収断面積を求めることが可能である。そのため絶対的な試料量の測定が可能なシステムとなっており、定性的ではなく定量的な議論が可能になった。測定されたIRスペクトルの同定には安定化合物の別途測定とともに、不安定化合物に対しては非経験的分子軌道法を用いた。以上の方法で基本的なIRのみの分析では同定が困難な化学種、特に原子に対してはレーザー蒸発法を利用した、四極子質量分析器による計画を施行した。昇華用レーザーとしてYAGの基本波1064nm、500mJ/pulseを使用し、光解離後のハロゲン原子の濃度測定を見積もることにより、固体中での各温度条件化における連鎖反応系の進行度についてIRでは得られなかった、新たな知見を得るべく実験系をデザインした。実験の対象は事前実験で十分な量子収率が得られた塩素とブタジエンの系とした。

その結果、現在までに104を上回る量子収率が得られ、その爆発的な反応機構について詳細な検討がなされ、新たな光ナノ爆発機構の解明がなされた。これまでの研究成果から、基本的なナノ光爆発機構の解明がなされ、その本質が分子間配置による反応選択性の違いが爆発的な反応を引き起こすことにあることがわかってきた。この現象がどのような系で顕著に起きうるのかについて今後研究を進めていく予定である。具体的にはハロゲン-有機物間の配置が有機物の構造に依存するため、多くの不飽和結合をもつ分子に対して同様な実験を行い、分子間配置に関してより多くの検証をしていく。一方で大気化学、宇宙化学における低温固相における光化学過程を解明する糸口の研究として不飽和炭化水素や塩素系化合物自身の反応中間体、励起状態の実験を行っていく。大気化学の研究面においては、不均一過程で生じる塩素の反応が低温固相中での光化学により起きる影響について議論できる新たなモデルを提唱すること、すなわち、不均一反応で生じた塩素が爆発的に固相中で反応する可能性があることがわかれば、その特徴をモデルに組み込みオゾンホールもしくは成層圏全体のオゾン層の未来予測に重要な科学的予測を与えることを実現する。星間空間での分子進化については、星間塵等の表面化学反応もその候補には挙がっているが、実際の反応速度論的な検証が困難であるため、気相での反応に比べ実証データが少ないのでこれを測定する。最終的に我々は低温固相における反応機構を光化学の問題として捉えることにより、星間空間における分子進化や大気化学の諸問題に対しての新たな展開を提唱していく。実験的には主として炭化水素系の低温固相表面での反応速度を実際に測定することにより、その可能性を探ることができる。さらにはFT-IRおよびQーMassとレーザーを組み合わせるその場観測の測定から、反応機構を実際に解明することができるため、宇宙空間のような極低温領域におけるナノ粒子上の爆発的な分子形成機構について新たなモデルを提唱できると考えている。平成23年度の成果を元に低温固相における光化学の実験をさらに遂行する。基本的に予備実験は完了しているので、計画に変更は必要ないが、FT-IRによる機構解明が不十分なときを考慮の上、質量分析器による補間実験を予定しており、両者の実験ウエイトを必要に応じて振り分けていく予定である。その場観測実験は塩素ー有機化合物に見られる特異的な反応速度増加の機構解明の結果如何により、他の光化学系にその機構が適用できるかの検証実験を行う予定にしている。現在注目しているのはその気相における反応素過程が分子動力学的に十分に研究されている、ジクロロエチレン類への適用を考えており、反応中間体としてのビニリデンラジカルの検出や、反応生成物であるHCl、Cl2、アセチレン等の生成機構に新たな展開を求めていく。大気化学で重要なCl-ClOサイクルのオゾン破壊機構により関連した系である、ClONO2の低温固相における光化学素過程の解明を中心に、HOx系、NOx系への展開を試みる予定である。
神経難病患者の移動支援ロボティック・ウエアの開発

脳卒中、脊髄小脳変性症患者に対する歩行リハビリテーション・ロボットを開発することを目的に着脱型ロボットcuraraを用いた歩行実験を行った。curaraは股・膝関節においてヒトとロボットの相互トルクを検出することによりヒトの動きを感知し、ヒトに同調した補助力を発揮する(同調制御法)。脳卒中患者15名において歩行速度、歩幅、ケイデンス、左右関節角度比(対称性)を改善する制御条件を見出した。一方、脊髄小脳変性症患者12名では、歩行の滑らかさの指標であるharmonic ratioを改善する制御条件を見出した。今後、これらの条件をもとに一定期間のリハビリテーション利用による効果を検証する予定である。本研究では、神経難病患者の移動能力を維持、向上させることを目的として、生活動作支援ロボティック・ウェアcuraraの改良・医療応用を目指し、3段階の研究を計画している。平成27年度はこのうち第1段階の研究である、対象疾患患者の歩行解析、およびcurara装着による歩行のアシスト効果を検証した。curaraを用いた歩行アシストの事前実験として、SCD患者で見られる失調性歩行のロボット工学的な特性を理解するため、curara非装着時における患者の歩行解析を行った。対象は、自立歩行が可能なSCD患者7名とし、小脳失調の重症度の評価はSARAに基づいて行った。さまざまな評価指標の中で、加速度テータから算出したHarmonic Ratio (HR)が小脳失調の重症度と高い負の相関を有することを確認した。HRはSCD患者の歩行の滑らかさや安定性を評価する指標として有用であると考えられた。2.ロボティック・ウェアcurara装着時の歩行解析実際にSCD患者にcuraraを装着して、上記のHRを指標として歩行のアシスト効果を検証した。対象は、事前実験に参加したSCD患者5名とした。curaraの可変パラメータ(同調性、歩行周期、振幅)をいくつか変えて試行する中で、HRに統計学的な有意差を確認できるアシスト条件を見出した。その条件下で実験を行った2名では、curara非装着時のHR平均値は1.41であったが、装着時には1.642.49と改善した。これらの実験から、curaraによるSCD患者の歩行アシスト効果は可変パラメータにより大きく変わるものの、SCDの失調性歩行にある程度特化したアシスト条件が存在する可能性が考えられた。神経難病において、1curaraの可変パラメータ(同調性、歩行周期、振幅)をどのように設定するか、2curaraによる歩行アシスト効果の判定にはどの評価項目が有効か、というのが重要な課題である。これらを明らかにするために、神経難病の中でも患者数が比較的多い脊髄小脳変性症(SCD)を中心にcurara非装着/装着での実験を行ってきた。評価項目は下肢関節角度、歩行速度、体重心、足圧中心軌跡、立脚時間、加速度、harmonic ratio (HR)などとしたが、足圧中心軌跡は労力に見合う情報量が得られないため途中から削除した。このような評価項目に関して、curara非装着のSCD患者7名の歩容データを取得し、解析できた。curara装着実験では、可変パラメータ(同調性、歩行周期、振幅)に関して、個々の患者において、すべての可変条件を試すことは、時間的にも患者負担の点からも現実的ではない。そこで、5名の患者において、少しずつ同調性、歩行周期、振幅のアシスト条件を変えながら、上記した12の探索を行った。その結果、研究実績の概要で示した2名においてHRを有意に改善させるアシスト条件を見出した。一方、SCD以外の神経難病(脊髄性筋萎縮症や筋ジストロフィー)については、歩行実験に見合う患者が少ないこともあり、各1-2名の歩行解析データを得るに留まっている(curara装着実験は行えていない)。現在までに神経難病患者23名、脳卒中患者(片麻痺患者)34名に対して、ロボティック・ウエアcuraraの実装実験を行った。これはどのような制御(アシスト)条件が歩行・歩容を改善するか、を探索することを目的とした予備実験である。curaraの可変パラメータ(制御条件)は1同調性ゲイン、2歩行周期、3振幅(関節角度幅)の3つが主なものであるが、時間的制約や患者負担を考えると同一患者で数多くの制御条件を試すことはできない。実際には種々の制御条件を数名の患者で試して、およその見通しをつけた上で、改善が期待できそうな制御条件に絞って、さらに対象患者数を増やして検討を行うという方法を取った。選抜した2、ないし3の制御条件下(アシストあり)でおのおの5-10m歩行を数回行って、curara未装着時と比較検討した。評価は歩行速度、ステップ長、ケーデンス、加速度データなどにより行った。神経難病患者のうち、対象患者数の多い脊髄小脳変性症では10名で股・膝関節で3つの異なる1同調性ゲインの組み合わせを試したが、未装着時と有意差はないものの、いずれの条件でも歩行速度が速くなる傾向が見られた。また、股関節と膝関節の同調性ゲインを変えた条件では、前後、上下、左右方向のいずれにおいても歩行の滑らかさを示す指標であるharmonic ratioが改善した。特に上下方向では未装着時に比べて、統計学的に有意な改善が見られた。一方、脳卒中患者15名に対して、2歩行周期と3振幅(股関節・膝関節の関節角度幅)を違えた条件を試したところ、いずれの条件でも歩行速度や歩行対称性の改善が見られたが、歩行周期を小さくした条件の方が改善効果が大きかった。以上より、疾患により適正な制御条件(1同調性ゲイン、2歩行周期、3振幅)を設定する必要があることが明らかになった。

ロボティック・ウエアcuraraの小型化、軽量化は順調に進んでいる。現在の実装実験は3号機で行っているが、平成29年度中頃までには改良した4号機を用いた実装実験を始める予定である。4号機ではモータと取り付け部の軽量化、感性工学に基づく使いやすいデザイン、コントローラの小型化・軽量化(1.7 Kg→1.5 Kg)などが実現できる見込みである。将来的な実用化を目指して、医師や理学療法士などの医療関係者が制御条件の確認、設定ができる、歩行データを患者・家族、医療関係者が確認できる、ことを目指して、ユーザーインターフェイスの開発を進めている。curara実装実験は対象患者数の比較的多い脊髄小脳変性症、脳卒中を中心に行った。それぞれ10名、15名の患者において、同一の制御条件で実験を行い、歩行・歩容の改善効果があることを見出した。もともと脳卒中は対象としていなかったが、やはり頻度の高い疾患であることを踏まえて、追加した。また、神経難病として脊髄性筋萎縮症や筋ジストロフィーを実験対象に考えていたが、これまでのところ十分な患者数が確保できなかった。元々、疾患頻度が少なく、curara装着の対象となる重症度の患者が少ないためと考えられる。これらの対象患者数の少ない疾患については、今後とも脳卒中や脊髄小脳変性症のように、疾患として有用性の高い制御条件を探索することは困難であると思われる。このような一定数の対象患者の確保が難しい疾患については、個々の患者に対して、さまざまな制御条件を設定して、きめ細かい実装実験を計画し、歩行・歩容データを集積することを考えている(real worlddataの集積)。脳卒中(片麻痺)患者15名に対して,curaraによる歩行アシスト効果を検証した。2つのアシスト条件で歩行試験を行い歩行速度,歩幅,ケイデンス,左右関節角度比を検討した。歩行試験では,curara着用,歩行アシストなしによる歩行で患者の歩行周期と関節振幅角度を取得して,この基本データを100%とした。基本データに対して,条件Aは,歩行周期100%,股関節振幅角度130%とし(振幅増大設定),条件Bは,歩行周期90%,股関節と膝関節の振幅角度は100%とし(周期短縮設定),同調ゲインは,両条件ともに中程度の股関節Ch=0.3,膝関節Ck=0.4とした。その結果,条件Aでは,歩行速度19%,歩幅11%,ケイデンス7%増加,条件Bでは,歩行速度27%,歩幅14%,ケイデンス11%増加した。さらにいずれの条件ともに股関節と膝関節の左右関節角度比(麻痺側の振幅角度と非麻痺側の振幅角度の比で,両方の関節角度が等しい場合角度比は1になる)が1に近づいたことから,左右の非対称性が改善したと考えた。脊髄小脳変性症患者10名に対してcuraraによる歩行アシスト効果を検証した。試験方法は,3次元動作解析システム環境下において,腰部に加速度センサを取り付けた患者の自然歩行(curara未装着)ならびにアシスト時の歩行を比較した。
ラジオイムノアッセイと免疫組織化学への鶏卵抗体の利用法の確立

ウサギやヤギに抗原を免疫して血液中に産生された抗体を得るには遠心分離で血清を採取すればよいのに対し、鶏卵からの抗体の精製は、卵黄中に大量に含まれる脂質成分を取り除くという比較的煩雑な操作が必要である。本研究ではまず、この方法について検討した結果、ポリエチレングリコールとクロロホルムを用いる方法が簡便であることがわかった。次に実際にニワトリに免疫を行って抗体の作成を試みた。ヒトインスリンを免疫したところ、抗体価の上昇が見られたものの産卵率が低下し、実用上十分な抗体量が得られなかった。このことから、産卵などの代謝に関連するホルモン等の免疫には実施に十分な配慮が必要であることがわかった。ついでウサギIgGを免疫したところ抗体価が上昇し、ラジオイムノアッセイ等の第二抗体の供給源としての有用性が示された。鶏卵抗体を用いたホルモン等の高感度測定法の検討の一環として、性ステロイドホルモンに対する時間分解蛍光免疫測定法を行った。この方法は二次抗体を吸着させたプレートを用いて、測定試料中のステロイドホルモンとビオチン標識したステロイドホルモンとを一次抗体に対して競合的に結合させ、さらにユウロピウムなどのランタニド元素のキレートで標識したストレプトアビジンによって検出する方法である。アイソトープ標識(ラジオイムノアッセイ)での測定の場合と比較したところ、測定値の相関性が高く、しかもラジオイムノアッセイよりも高感度で、反応時間・測定時間も短かったため、有効な方法であることが示唆された。さらに、将来ホルモン受容体に対する鶏卵抗体を作成し、その変動を解析するための基礎的検討として、ラットおよびニワトリの卵巣の顆粒膜細胞、精巣の間細胞に存在する性腺刺激ホルモン受容体の性質を検討し、それぞれの性質が大きく異なっていることを示唆する知見を得た。
ATP合成酵素VoV1内の2つの回転分子モーターの連動－駆動力伝達の仕組み－

ATP合成酵素VoV1(またはFoF1)は、ATP合成・分解を担うV1(F1)モーターと、プロトン透過・輸送を担うVo(Fo)モーターから成り立つ。両モーターが共通の回転棒で連結されているため、それぞれの回転角度と機能は連動しているはずである。その対応付けのため、モーター間の駆動力伝達に、回転棒の弾性がどの程度影響するのか、1分子観察で確かめた。回転棒の弾性を弱めたF1変異体の回転速度は、野生型と比較し、負荷有りでは7割程度、負荷無しでは同程度であった。ATP合成酵素(VoV1)は、2種の回転分子モーターから成り立つ膜蛋白質である。一つは水溶性部分のV1で、ATP触媒機能を持つ。もう一つは膜内在部分のVoで、膜を介したプロトン輸送を担う。共通の回転棒で連結されているので、それぞれのモーターは相手と連動して回転する。構造や機能は、発電機(マクロなスケールでの機械)に似ているが、ナノスケールの世界では慣性力が働かないので、発電機のように惰性で回転することはない。回転を持続するには、一方のモーターからの駆動力が絶えず相手側に伝達される必要がある。そのとき、各モーター内で起きる化学イベント(V1でのATP加水分解の各素過程とVoでのプロトン輸送の各素過程)は厳密に対応しているはずである。本研究では、その化学イベントの対応付けを最終目的に掲げ、まずモーター間の駆動力の伝達に分子内弾性が寄与しているか否かを、先行実験をもとに、1分子観察で明らかにする。本年度は、駆動力伝達に分子内弾性が寄与している可能性として、VoV1分子全体がツイスト運動をしているか否かを、従来からの方法で調べた。界面活性剤で可溶化したVoV1にひとつの目印を付け、その軌跡を1分子観察したが、先行実験と同じように真円の軌跡は得られなかった。また、より生理条件に近い状態での観察を目指し、VoV1を膜骨格タンパク質(MSP)によるによる直径10 nmの脂質膜(ナノディスク)へ再構成することを試みた。再構成されている結果は得られたが、1分子観察では発見確率が低く、回転速度もATP加水分解速度から予想されるものより桁違いに遅かった。ナノディスクを構成する脂質の組成の見直す必要がありそうである。観察されたVoV1の楕円運動は、ツイスト運動の必要条件でしかないので、今後目印を付ける場所を変えて確認していきたい。ATP合成酵素(VoV1)は、2種の回転分子モーターが共通の回転棒で連結され、連動して回転することで機能を産み出す。各モーター内で起きる化学イベント(V1でのATP触媒の各素過程とVoでのプロトン輸送の各素過程)は厳密に対応しているはずである。それらを対応付けるための前提として、モーター間の駆動力の伝達に分子内弾性が寄与しているか否かを、1分子観察で明らかにすることが本研究の目的である。本年度は、VoV1分子全体がツイスト運動しているなら、回転棒もまたねじれている可能性が高いことに着目し、V1分子内の回転軸の弾性やねじれに狙いを絞った。回転軸を途中で切断してしまえば、もはや回転軸の断片間に駆動力の伝達は生じない。つまり、弾性が働かない回転軸と見なすことができ、その回転運動を切断なしと比較することで、回転軸の弾性の影響を調べられると考えた。V1と高い構造類似性を持ち、かつ詳細な回転メカニズムが分かっているF1を対象にし、まず回転軸のどの部分が、ATP触媒部位の化学イベントと相関しているのかを調べた。回転軸の反平行αヘリカルヘリックス構造のN末からx個、C末からy個のアミノ酸を削除した変異体(回転軸がほぼ半分の長さに相当)として、N4C25、N7C29、N11C32、N14C36のγに4060 nmの金粒子を付け、数千フレーム/秒の高速撮影を行った。ATP飽和濃度(2 mM)で、回転速度は野生型(180回転/秒)の5%に低下したが、すべて正しい方向に回転した。また、ATP結合速度が野生型と同程度なのに、低濃度ATP(200 nM)では、変異体によって、1回転あたりに小停止する角度が、3回、6回、9回のものがあることが分かった。化学イベントと角度の対応付けが野生型からずれても正しい方向に回転できるという予想外の結果である。現在、これらの小停止角度と化学イベントの関連付けを行っている。VoV1のツイスト運動だけを調べていては、分子内弾性について定性的な議論しかできないと考え、本年度はF1(V1と高い構造類似性を持ち、詳細な回転メカニズムが分かっている)内の回転軸に的を絞って、その弾性的性質を調べた。概要で述べたように、弾性を持たない回転軸を持つ変異体を作成するために、まずATP触媒部位の化学イベントと強く関わっている回転軸領域を決めようと回転軸をほぼ半分程度に削除した変異体を作成し、その回転運動を観察・解析した。予備的な実験のつもりだったが、化学イベントと角度の対応付けが、野生型からずれても正しい方向に回転できるという予想外の結果が得られた。現在までに、ATP結合角度を0°として、N7C29が次のATP結合角度120°までに50°と80°に小停止を持つことなどがわかった。野生型と全く異なる回転スキームであるため、詳細な解析によって回転軸と化学イベントとの対応付けに新しい情報が得られると考えている。