hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高度にADMA化されたRPS２の代謝回転システムの解析と病態生理的役割の解明

本研究の目的は、タンパク質の翻訳後修飾の一つであるタンパク質アルギニンメチル化の病態生理的役割を解明するため、高度にアルギニンメチル(ADMA)化された40S ribosomal protein subunit 2 (RPS2)に焦点を当て、そのタンパク質代謝回転を解析することである。計画に従い実施した研究結果を以下に示した。(1)ADMA化されたRPS2が体内ADMA濃度の主な制御系としての可能性。ラット組織中の遊離型ADMAならびにタンパク結合型ADMAを当研究室で開発した競合阻害ELISA法により測定した。結合型ADMAの組織間における存在量とRPS2ならびにADMA化されたRPS2の発現量はよく合致していた。一方、組織中の遊離型ADMA濃度/結合型ADMA濃度(%)は、ADMAの分解酵素であるDDAH活性レベルと正の相関を示した。以上の結果は、RPS2のADMA化が組織中の結合型ADMA濃度を規定する主要因となることを示唆するとともに、体内の遊離型ADMAの濃度制御にはDDAHが重要な鍵を握っていることを示している。(2)ヒトPRMT3(RPS2を特異的にADMA化する酵素)に対するモノクローナル抗体の作製とエピトープ解析。得られた2種のモノクローナル抗体、C2B6 (IgG2a)およびG1H12 (IgG1)のうち、C2B6はELISAや免疫沈降に適し、そのエピトープはPRMT3のzincfingerドメイン(50-99 a.a.)と重なる領域にあり、今後の研究遂行に良好なプローブとして働くことが期待される。(3)PRMT1、PRMT3を単独に、あるいはダブルノックダウンさせたHepG2におけるRPS2のADMA化率の変動が認められなかったことから、RPS2のADMA化には他のPRMTsの代償作用のあることが示唆された。初年度は、計画に沿ってアルギニンメチル(ADMA)化されたRPS2が体内ADMA濃度の主な制御系であるかどうかを検討し、以下の結果を得た。(1)Wistar系およびSD系ラットを用い、組織中の遊離型ADMAならびにタンパク結合型ADMAを当研究室で開発した競合阻害ELISA法により測定した。異なる2系統ラットにおいて、これらの存在量は類似した傾向を示した。結合型ADMAは脾臓、胸腺、膵臓において約500 nmol/g wet weightと、他の組織に比べて高濃度に認められた。その組織間における存在パターンは、組織粗抽出液中におけるRPS2ならびにADMA化されたRPS2の発現量によく合致していた。一方、組織中の遊離型ADMA濃度/結合型ADMA濃度(%)は、脳、肝臓、膵臓において0.5%前後であったが、心臓、胸腺、脾臓においては1.5%前後と上昇し、腎臓においては5.8%の高値を示した。組織間におけるこのような数値の相違は、遊離型ADMAの分解酵素であるDDAH活性の差によって説明できる。我々が既に報告しているように、腎臓、脳、肝臓、膵臓においてはDDAH活性レベルが高く、心臓、胸腺、脾臓はDDAHの発現がきわめて低いことは知られている。以上の結果は、RPS2のADMA化が組織中の結合型ADMA濃度を規定する主要因となることを示唆するとともに、体内の遊離型ADMAの濃度制御にはDDAHが重要な鍵を握っていることが確認された。(2)RPS2のADMA化を触媒する酵素はPRMT3であるとされている。良好な市販抗体が入手し難いためにヒトPRMT3に対するモノクローナル抗体の作製を試み、ヒトPRMT3に対するC2B6 (IgG2a)とG1H12 (IgG1)の2種の抗体を得た。前者はELISAや免疫沈降に、後者はウエスタンブロットに適した抗体であった。

(3)PRMT1、PRMT3を単独に、あるいはダブルノックダウンさせたHepG2におけるRPS2のADMA化率の変動が認められなかったことから、RPS2のADMA化には他のPRMTsの代償作用のあることが示唆された。初年度にRPS2のADMA化メカニズムならびにその生理的機能との係わりを明らかにするために、本酵素反応を触媒するとされているPRMT3の遺伝子ノックダウンHepG2細胞の作製を試みたが、部分的なPRMT3の発現抑制しか起こらず、当初の研究目標の一部は達成できていない。まず、前年度の達成できなかった実験項目について、以下に示したように、方法を再検討し実施する。(1)PRMT3ノックダウン細胞においてもPRMT1の代償作用によってRPS2のADMA化が抑制されないことも考えられるのでPRMT3のみならずPRMT1、そしてこれら両者のダブルノックダウンしたHepG2細胞を作製し、解析に用いる。ノックダウンの方法についても、遺伝子抑制した安定株を得るためにsiRNAに変えてshRNAの導入を行う。この方法で作製した細胞のRPS2タンパク質のADMA化率について分析するとともにADMA化率の変動が細胞機能に与える影響についても解析する。たとえば、ノックダウン細胞においてインスリン応答性を解析し、RPS2のADMA化とインスリン抵抗性との関連性を見いだす。(2)本研究計画立案時には、2年目の課題として『脳組織におけるADMA化タンパク質の代謝系の解析』を挙げていたが、初年度の研究過程において、膵臓におけるRPS2ならびにADMA化RPS2の発現が顕著であることが判明した。そこで、当初の計画を変更し、膵臓をターゲットとしたGoto-Kakizaki非肥満糖尿病モデルラットを用い、ADMA化RPS2の代謝変動と糖尿病態との関連性を見いだす。(1)はin vitro実験、(2)はin vivo実験と位置づけられる。(3)RPS2のADMA化、そしてADMA化RPS2の分解を含む代謝回転についての詳細は明らかにされていない。これら酵素反応系の実体を把握するためには、それぞれの基質の準備が必要である。まず、組換え型RPS2の大腸菌における発現系を構築し、組換えタンパク質として大量精製する。ついで、PRMT1あるいはPRMT3(いずれも、組換えタンパク質として得ている)ならびにS-アデノシルメチオニン(補基質)により、ADMA化RPS2を合成する。「次年度使用額」は392,937円となった。この研究費の生じた状況としては、「現在までの達成度」の項で述べたとおり、平成26年度に計画していた実験がやや遅れぎみであったことによる。すなわち、2つ目の課題:タンパク質アルギニンメチル化酵素(PRMT1およびPRMT3)をノックダウンした筋管細胞におけるインスリン応答実験まで進めることができず、それにかかる費用分が次年度に持ち越される結果となった。「今後の研究の推進方策」の項にも述べたように、初年度の研究過程において得られた結果から、実験方法ならびに研究方針を少し見直した。前年度に達成できなかった実験項目に再度挑戦し、さらに、非肥満性糖尿病モデルラット(Goto-Kakizakiラット)を用いたin vivo実験を新たに計画に加える予定である。
細胞間相互作用制御因子としての膜型ADAMメルトリンの役割

発生や再生における細胞間シグナリングや細胞接着は、精緻な時間的・空間的制御を必要とする。我々は、そのような制御におけるADAMプロテアーゼファミリーの役割と機能を明らかにすることを目指した。第一にマウスのメルトリンβ/ADAM19が神経堤細胞を介する心内膜組織形成の制御、神経筋接合部におけるアセチルコリンレセプターmRNA集積の制御、神経再生におけるグリア(Schwann)細胞の分化に関与することを明らかにした。メルトリンβ欠損マウスの表現型や細胞内シグナリングへの影響は、ニューレグリン(別名アセチルコリンレセプター誘導因子、グリア増殖因子)やそのレセプターErbB3欠損マウスと類似し、メルトリンβが膜型ニューレグリンの切断能力を持つことからも、この増殖因子シグナリングを制御していることが示唆された。第二に、細胞間相互作用におけるADAMの役割をさらに詳細に調べることを目的に、ゼブラフィッシュ胚を用いた研究も行った。この研究では、生きた胚の中で血管と赤血球をそれぞれGFPとRFPでモニターできるトランスジェニックゼブラフィッシュを用い、初めて、脊椎動物における血液循環開始の瞬間を捉えることに成功した。そして、血液循環開始には、心臓の鼓動による受動的なプロセスに加え、赤芽球がADAM8のプロテアーゼを用いて血管との接着を解除する、能動的なプロセスを必要とすることを明らかにした。ADAMプロテアーゼメルトリンα,βの役割と機能の研究を中心に、細胞外環境と細胞のインターフェイスにおける膜蛋白質分子の機能発現がどのように制御されるか、メルトリンなどの膜型プロテアーゼの役割との関連などを調べてきた。17年度は、次のような研究をおこなった。1)メルトリンαの機能についてメルトリンαは、高脂肪食によって誘導される肥満に関わること、また脂肪細胞のラタな増殖に関与することをすでに報告している。そこで、その脂肪細胞の増殖が、脂肪組織における細胞増殖なのかどうかを調べた。野生型マウスに脂肪食を与えると、脂肪組織内の細胞増殖像が見られること、その増殖像がメルトリンα欠損マウスでは殆ど見られないことがわかった。従って、メルトリンαは、脂肪組織内の細胞増殖に関与することが示唆された。この時、メルトリンプロテアーゼの基質を探すため、野生型・欠損マウスの脂肪組織のマイクロアレーを比較検討したところ、肥満の重要なカスケードに結びつく可能性が示唆された。一方、共同研究として、メルトリンαが、マウス個体におけるガン細胞の増殖に関与することを明らかにした(Peduto et al.,2006)。2)メルトリンβの機能について心臓形成、神経組織形成、神経再生における機能をいくつかの角度から検討している。神経組織形成において、メルトリンβプロテアーゼ欠損マウスにおいては、アセチルコリンレセプターの胎児型(AChR gamma)から成人型(AChR epsilon)への置換に異常が見られた。このことから、アセチルコリンレセプターのスイッチングに関する基本的その成果を報告した(Yumoto et al.,2005)。ADAMファミリーに属するプロテアーゼは、膜型増殖因子や細胞分化因子を切断することによってそれらのオンオフを制御したり、シグナルに対する応答性をレセプターの分解によって遮断したりする働きを持つことがわかってきている。しかし、細胞間相互作用におけるこれらのプロテオリシスの役割は現在のところあいまいである。我々はこれを明らかにすることを目的として、メルトリンα(ADAM12)、メルトリンβ(ADAM19)の役割や機能を探ってきた。本年度は、メルトリンβ欠損マウスを用いて、心室中隔や弁組織形成におけるこの遺伝子の役割を遺伝学的に明らかにした。メルトリンβは心臓神経堤細胞および心内皮細胞で発現することから、これらの細胞系譜特異的にこの遺伝子を発現させ、メルトリンβ欠損マウスの心臓の表現型が回復するかどうかを検討した。その結果、(1)神経堤細胞系譜で発現するメルトリンβが必要であること、(3)メルトリンβは、心臓神経堤細胞の移動や内皮細胞の増殖・上皮間葉転換など心内膜組織形成の前期には必要とされず、内膜組織形成後期に行われる内膜癒合あるいはそれをもたらす細胞分化に必要であることなどを明らかにした。

また、先に神経堤細胞に強く発現するプロテアーゼ基質のひとつとして、膜型増殖因子ニューレグリンを同定していたが、この基質切断を生細胞で捉える目的で、ニューレグリンの細胞外ドメインをGFPでラベルし、共焦点顕微鏡を用いた蛍光相関法により、細胞内ゴルジ装置周辺におけるこの増殖因子の切断を観察することに成功した。ADAMファミリーに属するプロテアーゼは、膜型増殖因子の活性化を制御したり、シグナルに対する応答性をレセプターの分解によって遮断したりする働きを持つことがわかってきている。しかし、細胞間相互作用におけるこれらのプロテオリシスの役割は現在のところあいまいである。また、心臓形成におけるメルトリンβの役割や機能がわかりつつあるが、一方強い発現を示すにも関わらず、末梢神経における役割は不明である。そこでひとつのアプローチとして、メルトリンβノックアウトマウスのうち、数パーセント(ただし129・B6 mixed background)の個体が成体まで生きのびることから、これらのマウスを用いて坐骨神経損傷後の神経再生におけるメルトリンβの役割を検討した。その結果、メルトリンβノックアウトマウスでは神経組織の再生が遅れること、Wallerian変性や軸策伸長は正常に進行するが、ミエリン形成が遅れることを見出した。そこで、神経堤細胞由来のSchwann細胞の分化を、転写因子などのマーカー遺伝子の発現を指標に調べた。Schwann細胞のプロミエリン段階からミエリン形成段階への細胞分化にはプロミエリン段階を維持する0ct6の発現に引き続き、ミエリン形成に必須のKrox20の活性化を必要とする。ノックアウトマウスでは、Krox20の活性化と、それにともなう0ct6の発現抑制、ミエリン蛋白であるmyelin basic protein(MBP)やProtein0(P0)遺伝子の活性化が遅れることがわかった。また、ミエリン形成は、PI3K-AKT経路の活性化を必要とするが、この活性化がノックアウトマウスでは抑えられていることがわかった。以上のように神経再生においてメルトリンβは、PI3K-AKT経路の活性化制御を介して、Schwann細胞の分化を制御することが明らかになった(投稿中)。本研究では、細胞間相互作用におけるADAM(a disintegrin and metalloprotease)プロテアーゼの役割と機能に焦点をあてた研究を行ってきた。メルトリンβはこのADAMファミリーに属し、末梢神経系で強く発現する。我々は、これが神経筋接合部(NMJ)に局在し、その欠損マウスではNMJ形成異常を示すことを見出した。野生型とメルトリンβ欠損マウスのNMJにおける発現遺伝子の網羅的な比較により、GPIアンカー型膜タンパク質ephrin-A5の発現に顕著な差を認め、ephrin-A5欠損マウスのNMJでも同様の表現型を見出した。そのレセプターである膜型チロシンキナーゼEphA4は、メルトリンβと運動神経側で結合することもわかった。NMJ形成の前、ephrin-A5は神経・筋間の反発シグナルとして働く。
近紫外励起用インビジブルなナノ蛍光体の作製と特性評価

1.近紫外励起用赤色発光Yvo_<4<:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体Yvo_<4>:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体を用いた太陽電池用波長変換材料を作製し、作製条件の最適化を行ったのち、シミュレーションと実験の比較を行った。その結果、より高効率な波長変換を実現するためには、波長変換層による反射」損失をさらに抑制する必要があることを明らかにした。また、実用化に向けた耐久性評価のため、ナノ蛍光体・ポリマー複合膜の長期耐光性試験を実施したところ、発光強度の特異な時間変動現象を発見した。この現象の起源について追究し、ナノ蛍光体が光触媒とよく似た作用によってポリマーを光分解していることを明らかにした。2.近紫外励起用緑色発光Zn_<2>GeO_<4>:Mn^<2+>ナノ蛍光体ソルボサーマル法によって作製したZn_<2>GeO4:Mn^<2+>ナノ蛍光体において、Mn^<2+>イオンの分布状態が発光特性に与える影響を調べるため、反応機構および粒子生成プロセスを解析した。その結果、Mn^<2+>イオンが粒子表面に偏析し、Mn2+間のエネルギー移動に起因する蛍光強度の低下(濃度消光)が生じていることを明らかにした。3.近紫外励起用赤色発光アパタイトナノ蛍光体近紫外励起用赤色発光ナノ蛍光体の応用の幅を広げるため、Yvo_<4>:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体よりも高い生体親和性を有するEu^<3+>ドープアパタイトに着目した。フランスCIRIMAT Instituteに3ヶ月間滞在し、当該分野の専門家であるDr.Christophe Drouetのもとで研究を行った。Eu^<3+>ドープアパタイトナノ粒子の合成法はすでに確立されているが、分散安定性が低く、強く凝集したナノ粒子が得られるという問題を抱えている。そこで、ナノ粒子の凝集・分散を制御する手法を探究し、親水性高分子鎖を有する配位子で表面修飾することで、分散安定性の高いナノ粒子が得られることを明らかにした。本年度は、(1)近紫外励起用赤色発光YVO_4:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体に関する研究成果の総括と、(2)近紫外励起用緑色発光ナノ蛍光体の新規合成法の開発と特性評価を実施した。(1)については、7件の国内学会発表、1件の国際会議発表、3件の学術論文の投稿を行った。このうちYVO_4:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体の合成法について、2件の国内学会および1件の国際会議発表を実施し、2件の学術論文を投稿した。YVO_4:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体を用いた透明な波長変換デバイスについて、1件の国内学会での成果発表を実施し、1件の学術論文を投稿した。この研究は高い評価を得ることができ、応用物理学会講演奨励賞を受賞し、第57回応用物理学関係連合講演会にて1件の受賞記念講演の機会を得た。このほか、YVO_4:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体の光耐久性向上に関する研究について1件の国内学会発表を、YVO_4:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体に関する研究のレビューに相当する内容で2件の国内学会発表を実施した。(2)については、近紫外光で励起でき緑色発光する蛍光体としてZn_2GeO_4:Mn^<2+>に着目し、ナノ粒子の作製方法を検討した。さまざまな湿式プロセスによる合成実験を実施したところ、水と有機溶媒の混合溶媒を利用したソルボサーマル法によってZn_2GeO_4:Mn^<2+>ナノ蛍光体を新規に作製することに成功した。作製したZn_2GeO_4:Mn^<2+>ナノ蛍光体について、粒子形態,結晶研性,組成,蛍光研性などの特性評価を行い、合成条件と各種特性との関連について検討した。以上の研究成果について、2件の国内学会発表を実施した。1.近紫外励起用赤色発光YVO_4:Bi^3+,Eu^3+ナノ蛍光体について(1)ナノ蛍光体の光耐久性向上のため、YVO_4:Bi^<3+>,Eu^<3+>+コアにシェル層を被覆したコア/シェルナノ粒子を作製し、シェルの材質や作製方法がナノ蛍光体の光耐久性・蛍光特性に与える影響について検討した。また、太陽電池用波長変換材料としての実用的な評価を行うため、太陽電池セル上にナノ蛍光体が分散した透明な波長変換膜を設置し、疑似太陽光を照射して発電特性を評価した。以上の成果について、それぞれ1件ずつ計2件の国内学会発表を実施した。(2)前年度からの研究成果を総括するため、3件の国際会議発表と3件の国際会議論文の投稿(うち2件は現在査読中)、1件の学術論文の投稿を実施した。2.近紫外励起用緑色発光Zn_2GeO_4:Mn^<2+>ナノ蛍光体について前年度からの研究成果を総括するため、1件の国内学会発表と、1件の学術論文の投稿を実施した。3.近紫外励起用青色発光ナノ蛍光体の新規合成について近紫外光で励起でき、青色発光するナノ蛍光体の新規合成法を検討した。

いくつかの蛍光体系について予備実験を行った結果、最も適した蛍光体系としてYBO_3:Ce^<3+>を選択し、ナノ粒子の作製方法を探究した。さまざまな湿式プロセスによる合成実験を実施したところ、水熱合成法によってYBO_3:Ce^<3+>を作製することに成功した。作製したYBO_3:Ce^<3+>蛍光体について、合成条件が粒子形態、結晶特性、組成、蛍光特性などに与える影響について評価し、蛍光強度を決める因子について考察した。以上の研究成果について、1件の国内学会発表を実施した。1.近紫外励起用赤色発光Yvo_<4<:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体Yvo_<4>:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体を用いた太陽電池用波長変換材料を作製し、作製条件の最適化を行ったのち、シミュレーションと実験の比較を行った。その結果、より高効率な波長変換を実現するためには、波長変換層による反射」損失をさらに抑制する必要があることを明らかにした。また、実用化に向けた耐久性評価のため、ナノ蛍光体・ポリマー複合膜の長期耐光性試験を実施したところ、発光強度の特異な時間変動現象を発見した。この現象の起源について追究し、ナノ蛍光体が光触媒とよく似た作用によってポリマーを光分解していることを明らかにした。2.近紫外励起用緑色発光Zn_<2>GeO_<4>:Mn^<2+>ナノ蛍光体ソルボサーマル法によって作製したZn_<2>GeO4:Mn^<2+>ナノ蛍光体において、Mn^<2+>イオンの分布状態が発光特性に与える影響を調べるため、反応機構および粒子生成プロセスを解析した。その結果、Mn^<2+>イオンが粒子表面に偏析し、Mn2+間のエネルギー移動に起因する蛍光強度の低下(濃度消光)が生じていることを明らかにした。3.近紫外励起用赤色発光アパタイトナノ蛍光体近紫外励起用赤色発光ナノ蛍光体の応用の幅を広げるため、Yvo_<4>:Bi^<3+>,Eu^<3+>ナノ蛍光体よりも高い生体親和性を有するEu^<3+>ドープアパタイトに着目した。フランスCIRIMAT Instituteに3ヶ月間滞在し、当該分野の専門家であるDr.Christophe Drouetのもとで研究を行った。Eu^<3+>ドープアパタイトナノ粒子の合成法はすでに確立されているが、分散安定性が低く、強く凝集したナノ粒子が得られるという問題を抱えている。そこで、ナノ粒子の凝集・分散を制御する手法を探究し、親水性高分子鎖を有する配位子で表面修飾することで、分散安定性の高いナノ粒子が得られることを明らかにした。
数理物理に現れる非線型問題の解析

数理物理に現れる重要な非線型問題の一つである非圧縮性粘性流体の安定性の問題に取り組み,1994年度に得られた研究成果の主なものを以下に報告する。その後,球体とは限らない(従って,必ずしも熱伝導定常解が存在しない)外部領域において,L^P空間で安定となる定常解のクラスを,重力のクラスとの関連の中で決定した(1994年7月の早稲田大学での日本台湾合同シンポジウムなどで講演,また現在論文投稿中)。上のクラスは,あるLorentz空間によって与えられ,その証明は関数解析的に行われる。また,回転する3次元物体のまわりのNavier-Stokes流体の研究も開始した(継続中)。この問題を固定外部領域における偏微分方程式にかき直すと,コリオリカ(流速と角速度の外積)および無限遠方で1次増大する境界条件が現れ,今のところ弱解の存在が知られているのみである。L^P空間における強解の存在を証明するために,無限遠方の流れのまわりで線型化した方程式を考察し,その基本解やresolventを構成した(1994年12月の九州大学関数方程式セミナーなどで講演,また現在論文準備中)。
神経細胞の極性を決定する遺伝子の同定と極性による神経可塑性の機能解析

一般に細胞を構成する分子は細胞内に均一に分布するものではなく、偏在を示す。こうした極性を持った分子の分布こそが細胞に機能的特性を与える。細胞極性は進化の過程を経ても保存されている重要な生命機構であり、たとえば原始的な生物、特に酵母ではその遺伝学的手法の用い易さから細胞極性形成に関与する遺伝子がいろいろ同定されている。これら遺伝子のうち数個については既に対応する哺乳動物相同遺伝子が同定されており、培養細胞を用いた系において細胞極性形成に関与することが明らかにされつつある。生体を構成する細胞のうち、最も顕著な分子的および機能的極性を示すものが神経細胞であり、本研究ではショウジョウバエで細胞極性に関わることが明らかとされている遺伝子の中枢神経系における相同遺伝子を同定し、遺伝子過剰発現または発現抑制によるグルタミン酸受容体の局在変化と神経情報伝達機構に対する効果を調べ、神経可塑性の機能解析を行おうとした。単離の対象とした遺伝子はGTP結合蛋白質やMAPカイネース系の上流に位置するか、または細胞骨格形成に関与し、細胞極性に対する直接的な関連が明らかとされているショウジョウバエの遺伝子の哺乳動物相同遺伝子である。PCRを用いて目的とする遺伝子の断片を単離し、次に得られたcDNAを用いてcDNAライブラリーをスクリーニングし全長のcDNAの単離を試みた。現在のところ5種類の候補遺伝子の分離に成功し、そのうち2種類(MK1とMK2)について現在解析を進めているところである。
三陸産秋スモルトサクラマスの被災地海面養殖業への活用

昨年度,秋季に大型スモルトであった個体の飼育を継続し,成熟した個体から採卵を行った。189尾の雌から合計97,000粒を採卵し,一昨年度性転換して本年度成熟した偽雄4尾を用いて受精卵を得た。しかし,使用した偽雄の遺伝的性を再確認したところ,いずれもY染色体マーカー陽性であり,一昨年度の性転換が失敗していたことが明らかとなった(使用したホルモン剤の失活と考えられた)。そのため,通常の雄雌を含む集団しか作製できなかった。そこで,再度偽雄作製のため一部の孵化稚魚について,雄性ホルモンによる性転換処理を実施した(孵化稚魚にメチルテストステロン10ppm溶液に2時間ずつの浸漬を週2回行ったのち、餌100gあたり10ngのメチルテストステロンを含む配合飼料を60日間給餌)。秋スモルト選抜群と無選抜群の飼育を開始し,8月12日時点での成長は,平均尾叉長(選抜群11.7cm,無選抜群11.5cm)平均体重(選抜群20.7g,無選抜群20.1g)で,やや選抜群が大きかったものの,有意差は認められなかった。この時点ではスモルトの出現はまだ見られなかった。しかし,9月に入り斃死が目立ち始めたため魚病検査を実施したところ,細菌性腎臓病(BKD)に罹患していることが明らかとなり,他の飼育魚への魚病の蔓延を防止するため,全数処分せざるを得ず,試験全体の継続が不可能となった。副次的成果として,本研究で得られたサクラマス用のDNAマーカーを用い,東日本大震災で大量に散逸した三陸沿岸の養殖ギンザケとの交雑の可能性についての継続調査結果を,Sasaki et al.,(2015)発表した。宮城県内水面試験場で保持している三陸産サクラマス個体群を用いて、交配試験を行った。成熟した雌160尾、雄48尾を用いて、雌10尾分の卵に雄3尾分の精子を受精させる交配を1組として、合計16組の交配により約10万粒の受精卵を得た。交配親魚組合せと各個体の体測データ、およびDNA抽出用のヒレサンプルを保存した。得られた卵が発眼卵の発育段階に達した時点で2分割し、約5万粒を協力民間養殖業者に飼育を委託し、残りを宮城県内水面試験場で継代用に飼育を継続した。親子・兄弟判別用に、交配に用いたサクラマス個体群に適用可能なDNAマーカーを開発するため、サクラマスゲノムを網羅的に次世代シーケンサーで解析し、927カ所のマイクロサテライト(MS)候補領域を予測した。この中から、本個体群に適用可能なMSマーカ26種類を得た。本成果の一部は、Yamamoto et al.(2013)として発表した。また、全雌種苗作出に必要な偽雄(遺伝的な雌を雄に性転換させたもの)作製のための遺伝的な雌雄判定DNAマーカーを得るため、マスノスケのY染色体マーカー(OtY2)(Brunelli and Thorgaard, 2004)を本個体群でテストした。その結果、交配に用いた親魚の雌雄とOtY2マーカーによる判定結果が一致したことから、OtY2は本個体群にも適用可能であると判断された。平成25年度に採卵に用いた、宮城県内水面試験場継代三陸産サクラマス親魚(雌160尾、雄48尾)のヒレサンプルからDNA抽出を行ない、15種類のDNAマーカーで本個体群内に多型があることが確認され、親子判別に使用可能であることが分かった。宮城県内水面試験場と民間養殖場で、稚魚の飼育を継続した。宮城県内水面試験場に残した一部の稚魚を偽雄化するために、雄性ホルモン処理を次のように行った。まず、孵化稚魚にメチルテストステロン10ppm溶液に2時間ずつの浸漬を週2回行ったのち、餌100gあたり10ngのメチルテストステロンを含む配合飼料を60日間給餌した。その後、稚魚にタグを打って個体識別が可能な大きさになった段階でヒレの一部を採取し、雌雄判別マーカーのOtY2マーカーを用いて、遺伝的な雌(XX)個体を選別した。一方、民間養殖業者において飼育中の稚魚の0才秋における相分化を調べた結果、雌の66.7%がスモルトであったのに対し、雄の81.8%はパー型で成熟して海面養殖用種苗としては不適であった。全体としてはスモルトは約35%にとどまり、三陸産のサクラマス系統を海面養殖に活用するためには、まず全雌化することが不可欠であることが明らかになった。そこで計画を変更して、海面養殖試験は延期し、0才秋にスモルトであったものを残し、親魚候補として飼育を継続して全雌集団の作成を先行させることとした。また、副次的成果として、今回サクラマス用に作製したDNAマーカーのなかに、ギンザケと共通しかつサイズの異なるDNAマーカーが得られ、このマーカーを東日本大震災津波により流出した養殖ギンザケが河川遡上してサクラマスと交雑した可能性の有無の調査に活用し、Sasaki et al.(2014)として発表した。

しかし,使用した偽雄の遺伝的性を再確認したところ,いずれもY染色体マーカー陽性であり,一昨年度の性転換が失敗していたことが明らかとなった(使用したホルモン剤の失活と考えられた)。そのため,通常の雄雌を含む集団しか作製できなかった。そこで,再度偽雄作製のため一部の孵化稚魚について,雄性ホルモンによる性転換処理を実施した(孵化稚魚にメチルテストステロン10ppm溶液に2時間ずつの浸漬を週2回行ったのち、餌100gあたり10ngのメチルテストステロンを含む配合飼料を60日間給餌)。秋スモルト選抜群と無選抜群の飼育を開始し,8月12日時点での成長は,平均尾叉長(選抜群11.7cm,無選抜群11.5cm)平均体重(選抜群20.7g,無選抜群20.1g)で,やや選抜群が大きかったものの,有意差は認められなかった。この時点ではスモルトの出現はまだ見られなかった。しかし,9月に入り斃死が目立ち始めたため魚病検査を実施したところ,細菌性腎臓病(BKD)に罹患していることが明らかとなり,他の飼育魚への魚病の蔓延を防止するため,全数処分せざるを得ず,試験全体の継続が不可能となった。副次的成果として,本研究で得られたサクラマス用のDNAマーカーを用い,東日本大震災で大量に散逸した三陸沿岸の養殖ギンザケとの交雑の可能性についての継続調査結果を,Sasaki et al.,(2015)発表した。作成した三陸産サクラマスの稚魚を民間養魚場で飼育した結果、雄の8割以上が海面養殖用種苗としては使用できないパー型での成熟をしたことから、まず全雌集団化を先行させる必要があることが明らかになり、計画変更を行う事とした。稚魚の性分化時期に雄性ホルモン処理を行った群の飼育を継続し、成熟した個体の遺伝的性を再チェックして、成熟した偽雄を選別する。この偽雄の精子を用いて交配し、全雌集団を作成する。予定通り、宮城県内水面試験場で保持している三陸産サクラマス個体群を用いて約10万粒の受精卵を得ることができ、飼育試験を開始した。また、本個体群に適応可能な、親子判別や雌雄判定のためのDNAマーカーも得ることができた。生産した種苗を用いて海面養殖試験を実施する予定であったが、このサクラマス集団では雄のスモルト化率が非常に低いことが判り、まず全雌集団にする事を優先することに計画変更したため。一部の稚魚から、全雌種苗生産に必要な偽雄(遺伝的雌を雄に性転換させたもの)を作製する。稚魚の性分化時期に雄性ホルモン処理を行い、すべての個体を雄化する。この時点では遺伝的な雄と雌が両方含まれているため、OtY2マーカーを用いて遺伝的雌(XX)を選別し偽雄とする。残りの稚魚の飼育を継続し、0才における相分化の季節変化などを追跡し、0才秋季にスモルト(降海型に変態)個体の選別を行う。サクラマスの全雌種苗生産のための、偽雄判定用Y染色体特異マーカーによる成熟雄の遺伝的雌個体の選別に必要な試薬および消耗品費と、親魚の養成経費として使用予定。サクラマス幼魚の海水適応能を解析するために、ヘマトクリット菅用遠心分離機の購入を予定していたが、現有の遠心機にアダプタを装着して0.5mlマイクロチューブを用いることにより目的を達成することが可能であることがわかったため本機器の購入を中止した。サクラマスの全雌種苗生産のための偽雄(遺伝的雌を雄に性転換させたもの)作製過程において、Y染色体特異マーカーによる稚魚の遺伝的雌個体の選別に必要な試薬および消耗品費として使用予定。
多様な「個性」を創発する脳システムの統合的理解

1.集会:2018年7月2324日に京都大学芝蘭会館にて第3回領域会議を行い、公募研究代表者関係者も含めて110名が参加した。計画研究・公募研究それぞれの研究代表者が口頭発表を、若手を中心とした研究者がポスター発表を行った。領域のアドバイザーにもご出席頂き、今後の活動についてのご助言を頂いた。4月28日には新学術領域「共創言語進化」とも連携して「第1回USV研究会」を開催した。その他、各種学会等において領域の研究内容を伝えるシンポジウムや講演を多数行った。2.広報・アウトリーチ:領域のウェブサイトを高頻度で更新し、領域の活動について情報発信に務めるとともにSNSも用いて広報活動を行った。ニュースレター第4号および第5号をそれぞれ2018年10月および2019年3月に発行し学術分野関係者その他約1000名に配布した。3.技術支援班:2018年11月1617日に、東京大学において第3回技術講習会を行った。計画班および公募班から若手研究者約50名が参加した。技術講習会では、7件の口頭発表において、ゲノム編集マウス、細胞や行動指標の計測、統計データ解析に関する技術支援の状況が報告されるとともに、データシェアリングプラットフォームの整備状況についても発表があった。4.若手活動支援班:2018年11月1617日に、東京大学において第3回若手の会を行った。3名の若手研究者および3名の大学院生による口頭発表があった。約50名が参加し議論を深めた。5. ELSI(Ethical, Legal, and Social Issues)班: 2019年3月10日に第2回市民公開講演会を東京大学福武ホールにて開催し、鈴木大介氏(文筆家)、本領域公募研究代表の鈴木匡子先生(東北大学)の講演ならびに大隅との対談に関して、文字通訳による情報保障付きで行い、70名余の参加者から好評を博した。1.集会:2019年8月1日3日に開催予定の第3回の領域会議(香川県琴平町)の準備を進めている。2019年6月に開催予定の日本毒性学会学術年会にて、2019年12月開催予定の次世代脳冬のシンポジウムにて合同シンポジウムを企画している。2.広報・アウトリーチ:領域のウェブサイトに随時、プレスリリースや各種紹介記事を公開している。ニュースレター第6号を2019年9月に、第7号を2020年3月に発行する予定で星野が準備を進めている。3.技術支援班:技術講習会を開催し、領域内での利用を促進するとともに、領域会議等を通じて、それぞれの研究者が備える特異な技術を領域内に浸透させる。初年度に導入したChromiumシステムを用いた支援についてA02班を中心に支援を行った。また、CRISPR/Cas9ゲノム編集による遺伝子改変マウス作成支援も積極的に支援を行った。4.若手活動支援班:2019年に第4回若手の回・技術講習会を企画している。5.ELSI班:星野がプログラム委員を務める日本神経化学大会@神戸において、「個性」の研究にまつわるELSIについて原による講演を企画している。また、第2回市民公開講演会を2019年春に行う予定で準備している。1.集会:領域会議や若手の会・技術講習会において、計画研究および公募研究関係各位が一堂に会して研究計画や成果について披露し、議論を深める過程で、領域内の連携協力をいっそう推進し、「個性創発学」を目指した研究を展開する。また、随時、Slack等のITツールを活用して、情報交換を盛んにすることを目指す。2020年度に行う第2回国際シンポジウムの開催へ向けて、国際連携の推進を図る。引き続き、各種学会や次世代脳ネットワーク等の機会を利用し、関連する他新学術領域やAMEDおよびJST等の他のプロジェクトとの連携を進めることにより、領域の活動をさらに推進する。2.広報・アウトリーチ:領域のウェブサイトやSNSを用いて、研究者ならびに市民に向けた広報活動を推進する。また、ニュースレターを各種関連学会や市民公開講演会等でも配布することにより、領域の活動を広く周知していく。3.技術支援班:購入した10X Genomics社Chromiumシステムを領域内で活用し、細胞レベルの「個性」の研究に役立てる。脳神経回路膜電位イメージングの技術支援、脳システムの数理モデル開発と統計データ解析支援、画像センサによる行動計測・解析に関する技術支援について、より積極的に支援体制を整える。2018年12月に公開したデータシェアリングプラットフォームについて、技術支援や情報交換を領域内に浸透させる。4.若手活動支援班:若手合宿等を計画し、若手研究者の交流を促進し、次世代の研究者の育成と学際的な研究推進の原動力としていく。さらに、独立したての若手の活動を領域ウェブサイト等で取り上げてエンカレッジする。5. ELSI班:2018年3月の第1回市民公開講演会および2019年3月の第2回市民公開講演会の講演・対談内容をもとにした書籍の出版を計画中である。2020年に第3回市民公開講演会を開催を企画している。1集会:2016年12月16-18日に宮城県松島において第1回領域会議を行い、約60名が参加した。領域代表より研究全体についての説明を行った後、計画研究についてそれぞれの研究代表者が口頭発表を行い、意見を交換するとともに、若手を中心としてポスター発表を行った。全体討論として、「個性」の定義などについて議論した。

外部アドバイザーおよび学術調査官にもご出席頂き、領域の運営についてアドバイスを頂いた。中島集会幹事により、次年度以降の行事予定を計画した。2017年3月10日-11日に宮城県秋保にて開催された第10回神経発生討論会の後援を行った。2広報・アウトリーチ:2016年8月より、星野の連携研究者である菅野のエフォートにより、領域のウェブサイト(http://www.koseisouhatsu.jp/index.html)を公開し、TwitterおよびFacebookを用いた広報活動を行った。領域のニュースレター第1号を2017年3月に発行し、本領域内および他の新学術領域関係者、脳科学・心理学関係者、その他学術分野関係者約1000名に配布した。技術支援班:郷による綿密な予備調査の上、イルミナ社次世代塩基配列決定(NGS)用の前処理装置10X Genomics社Chromiumシステムを購入し、自然科学研究機構(愛知県岡崎市)に設置した。3若手活動支援班:学際的な「個性」創発のメカニズムの研究を将来的にも発展させて行くための若手支援活動を行うことについて、H28年度は今吉から会議において紹介した。4ELSI(Ethical, Legal, and Social Issues)班:個性の科学研究とその研究成果にどのような倫理・法・社会的課題が伏在するかを社会レベルと個人レベルに区分して整理し、その概要を領域会議において原から紹介した。また、ニュースレター第1号にも紹介記事を掲載した。1集会:中島が第2回領域会議を2017年7月7日-9日に御殿場において開催する準備を進めている。また、第3回領域会議は国際シンポジウムも合わせて開催するため、講演者へのコンタクト等を開始しつつある。2017年6月24-25日に開催される日本言語学会第154回大会において保前が企画するシンポジウムに星野および大隅が協力する予定となっている。2017年9月7日-9日に仙台にて開催される第60回神経化学大会および2017年12月6日-9日に開催されるConBio2017において大隅が海外からの招聘者を含むシンポジウムを企画している。2広報・アウトリーチ:領域のウェブサイトに公募課題の研究内容等を掲載するとともに、プレスリリースや各種紹介記事をアップデートする体制が整っている。領域のニュースレター第2号を2017年9月に、第3号を2018年2月に発行する予定で星野が準備を進めている。また、2018年3月に市民向け公開シンポジウムを行う予定で準備している。技術支援班:初年度に導入した10X Genomics社Chromiumシステムの技術講習会を開催し、領域内での利用を促進するとともに、領域会議等を通じて、それぞれの研究者が備える特異な技術を領域内に浸透させる。3若手活動支援班:領域会議に伴って開催する若手合宿について今吉が企画している。4ELSI班:市民公開シンポジウムにおいて「個性」の研究にまつわるELSIについて原による講演を企画する。
共形場理論による非自明な背景上の超弦理論の解析とその素粒子模型への応用

本研究の主要な目的は,様々な幾何学的あるいは非幾何学的な非自明な背景における超弦理論に対し,世界面上の共形場理論のアプローチに基づいて包括的な研究を行うことであった.特に本研究において,非コンパクトな超共形場理論に焦点を当て,物理的及び数理的な視点から,これらの模型に特徴的な「正則アノマリー」という興味深い性質を明らかにした.また,様々な非幾何学的な超弦真空について研究を行い,「非対称オービフォルド」に基づく超対称性が破れた新しいタイプのシンプルな超弦真空の構成に成功した.この成果は,我々の宇宙における「宇宙定数問題」の解決に寄与し得るものであり,非常に意義深いものと考える.本研究課題における主要なテーマは,非コンパクトあるいは特異性を持った非自明な背景上の超弦理論の物理的・数理的性質を解明すること,及び,この問題に深く関係し多くの未解決問題を有する非有理共形場理論の詳細な研究を行うことである。24年度は,そうした非コンパクトなターゲット空間の代表例であるnon-extremal NS5ブレーン背景上の超弦理論のトーラス分配関数を詳細に解析した。特にブラックホールのホーキング温度の値に関わらず「有効的なハゲドーン的不安定性」という興味深い現象が見られることを明らかにした。更に,昨年に引き続き,非コンパクトな超共形場理論において超共形代数の指標の「modular completion」に関する研究を行い,以下のような新たな興味深い知見を得た:1 modular completionの特定の組み合わせが、N=2ミニマル模型の指標と類似した性質を持つことを明らかにし、「非幾何学的オービフォルド」としての解釈を議論した。1の成果については既に学会等で報告しており,25年度のできるだけ早い時期に論文発表を行う予定である。2については現在進行中の研究の一部であるが,本研究課題においてbreak throughともなり得る研究成果であると自負しており,25年度により発展させたいと考えている。特に,これまで未解決であった,modular completionに基づく非コンパクトな背景を記述するゲプナー模型の代数構造を明らかにしたいと考えている。2次元の共形場理論ではコンパクトなターゲット空間を持つ非線形シグマ模型は既に詳しく研究されているが,非コンパクトでかつ非自明なターゲット空間を持つ理論については未解決問題も多く,超弦理論の背景場としても重要である。本研究課題における主要なテーマは,こうした非コンパクトあるいは特異性を持った非自明な背景上の超弦理論の物理的・数理的性質を解明すること,更に深く関連する非有理共形場理論の詳細な研究を行うことである。平成25年度は,非コンパクトな超共形場理論において超共形代数の指標の「modular completion」に関する研究を行い,有理共形場理論のある種の解析接続との関係を詳細に調べ,論文発表を行った。更に上記のmodular completionがEisenstein級数の非正則な拡張と解釈できるなどの新たな知見を得た。この研究成果は,複雑な関数形でのみ知られていたmodular completionの表式を,よりシンプルでかつmodular変換性やspectral flowの性質が明らかな形に表わすという数学的な有用性を持つと同時に,それが物理的には経路積分より自然に得られるという事実を示した点で大変意義深いと自負している。26年度のできるだけ早い時期に論文発表を行いたいと考えている。更にこの成果を,ゲプナー構成などを通して非コンパクトカラビ・ヤウ空間上の超弦理論に応用する研究についても一定の成果を得た。一方で,今年度新たに筑波大の佐藤氏との共同研究を行い,T-双対変換によるtwistingに基づいて構成される代表的な非幾何学的背景である「T-フォールド」上の弦理論について,「非対称オービフォルド」や「interface CFT」に基づく研究を行い,一定の成果を得た。この研究は現在進行中のものである。本研究課題における最も主要なテーマは,非コンパクトあるいは特異性を持った非自明な背景上の超弦理論の物理的・数理的性質を解明すること,及び,この問題に深く関係し,多くの未解決問題を有する非有理共形場理論の詳細な研究を行うことである。当該年度は,主として「擬モジュラー型式」(mock modular form)と密接に関連する非正則モジュラー型式に着目し,非有理共形場理論の研究を行った。非コンパクトな超共形場理論の代表例である「SL(2)/U(1)風間・鈴木超コセット模型」において,モジュラー不変分配関数や楕円種数と呼ばれる位相不変量について詳細な解析を行い,以下の知見を得た:1、分配関数の「離散スペクトル部分」の構造を精密に決定し,そのセクターのモジュラー不変分配関数を超共形代数の指標の「modular completion」をもとにして構成した。2、楕円種数の非正則性というコンパクトな超共形場理論には見られない著しい性質を発見した。引き続き,モデルの拡張として,SL(2)/U(1)超コセット模型の任意の整数Mに対するZ_Mオービフォルドを対象として同様の解析を行い,やはり指標のmodular completionが重要な役割を果たすことを示した。更に超弦理論における具体的な応用として,極限近傍ブラックNS5-ブレーン背景場における厳密なトーラス分配関数を評価し,「有効的なハゲドーン的ふるまい」という興味深い知見を得た。

本研究課題における主要なテーマは,こうした非コンパクトあるいは特異性を持った非自明な背景上の超弦理論の物理的・数理的性質を解明することであり,更には深く関連する非有理共形場理論の詳細な研究を目指している。平成26年度は,非コンパクトな超共形場理論における指標の「modular completion」に関する一連の研究において,modular completionを表すポアンカレ級数と類似した簡明な公式を得た。この公式によって,modular completionのスペクトラル・フローのふるまい,及びmodular変換性が最も明白な形で表現されており,主要な結果を論文として発表した。更に,トーラス分配関数及び楕円種数の経路積分による評価に基づき,ここで得られた「非コンパクト・ポアンカレ級数」の物理的な起源を明らかにした。一方,interface CFTに基づき,非幾何学的背景を記述する共形場理論の新たなモデルを提案し,そのユニタリー性に関して詳細な研究を行った。我々が得た「unitarized model」は,明白にmodular不変であるが,通常の意味でのオービフォルドCFTの枠組みでは表すことができず,新しいタイプの非幾何学的背景を記述する共形場理論とみなすことができる。本研究結果については,年度末に論文発表を行い,現在査読誌に投稿中である。2次元の共形場理論ではコンパクトで幾何学的なターゲット空間を持つ非線形シグマ模型は既に詳細に研究されているが,非コンパクトでかつ非自明なターゲット空間,更には非線形シグマ模型としての解釈を持たない「非幾何学的」な背景の理論においては未解決な点が多く,超弦理論のコンパクト化においても重要性を持つ.本研究課題における主要テーマは,こうした非自明な背景上の超弦理論の物理的・数理的性質を解明することである.本研究課題では,研究期間全体を通じた一連の非コンパクトな超共形場理論の研究において,楕円種数やトーラス分配関数に出現する「正則アノマリー」と,深く関連するmodular completionについて経路積分に基づく物理的見地から数々の研究成果を上げて来た.最終年度である2015年度は,N=4超共形場理論ににおけるmoonshine現象についての研究を行った.特に「umbral moonshine」として知られる興味深い数理的な現象に対し,N=4リュービル理論の「双対性」に基づく物理的解釈について詳細に論じるとともに,N=4超共形指標のmodular completionの物理的起源を明らかにした.一方,interface CFTに基づき,非幾何学的背景を記述する新しいタイプのモジュラー不変かつユニタリーな理論を提案し,模型の詳細の解析について論文発表を行った.更に,非対称オービフォルドによって構成される非幾何学的背景上の超弦理論を用い,超対称性を完全に破りながら1-ループの宇宙定数が消えている新しい超弦真空の構築に成功した.この研究は,理論物理学上の難問とされている「宇宙定数問題」の解明に向けてひとつの可能性を提示するものであり,その意味で重要な研究成果と位置づけられるであろう.
24-ハイドロキシコレステロール結合蛋白質のアルツハイマー病における意義の解明

本研究の目的は、アルツハイマー病との関連性が示唆されている脳特異的コレステロール代謝産物24-ハイドロキシコレステロール(24-HC;オキシステロールの一種)の作用機構に関して、申請者が独自に見出した24-HC結合蛋白質をターゲットとして、その生理的あるいは病理的機能を明らかにすることである。本年度は、24-HC結合蛋白質ならびに24-HC結合蛋白質と高い相同性を有するOSBPに関して、発現抑制系(動物細胞)ならびに欠損変異体(線虫)を確立し、以下の点を明らかにした。・オキシステロール結合蛋白質がある特定のSNARE蛋白質(v-SNARE)の機能に必須であり、ゴルジ体膜上において膜融合に関与すること、また、ゴルジ体膜上に存在する相互作用分子を同定し、膜融合の制御機構を明らかにした。さらに、オキシステロールがこの機構において抑制的に作用することを見出した。・線虫をモデルとしたゲノムワイドな発現抑制(feeding RNAi)を行い、オキシステロール結合蛋白質の欠損変異体の表現型を増強させるエンハンサー遺伝子の同定を試みた。現在までに全ゲノムの約1/4の遺伝子についてスクリーニングを終了し、エンハンサー遺伝子を複数同定した。さらに、同定したエンハンサー遺伝子の関連分子に焦点を絞り、スクリーニングを行った結果、ある現象に関わる一連の分子群がオキシステロール結合蛋白質と遺伝学的相互作用を示すことが分かった。・オキシステロール結合蛋白質の特異的抗体を作製し、組織染色を行った。この結果、オキシステロール結合蛋白質は、アルツハイマー患者の脳において大型錐体神経細胞や反応性アストロサイトに特に強く発現していることが明らかになった。
広空間布置の刺激呈示環境を用いた色及び輝度システムの相互作用に関する研究

本研究は、一般の視覚研究に用いられる環境とは異なり、広い空間的布置で刺激が呈示できる環境を構成すること、またその実験環境を用いて色検出系と輝度検出系の相互作用に関する3つの実験を行うことを目的とした。我々は視覚系全体の時空間的な情報処理過程には、輝度検出機構だけでなく色検出機構の特性が重要な影響を及ぼすことを見いだしてきた。しかしこれらの実験に用いた刺激呈示システムには、色検出系の機能を検討する際に明確な限界があった。つまり広い(大きい)空間布置の刺激を呈示できないことである。色は大局的次元・低周波数域でより機能するようであり、この実験下での検討は人間の色覚モデルを考える上で重要である。この環境はまた他の心理学の実験環境にも援用可能である。実験1では、色検出系の空間特性のダイナミックな変化を検討するため、空間的コントラスト感度曲線が等輝度正弦格子刺激の平均色度(飽和度)に依存してどのように変化するかを検討した。この刺激呈示システムの特性から広い布置の低空間周波数の格子刺激を中心にして測定を行うことができ、色飽和度の上昇と伴に感度曲線がローパスからバンドパスに変化し、かつピーク感度が高周波数側にシフトすることが明確に確認できた。実験2では、様々な色及び輝度順応下での輝度システムと色システムの相互作用を検討するために、色と輝度の複合格子を用いて検出閾を測定した。促進効果は、輝度システムと色システムの順応レベルによって変化し、各システムの順応レベルが低いとき、他システムへの影響が大きい。また相互作用は順応刺激とテスト刺激の方位と空間周波数が同様の場合のみに起こる。実験3では色システムの空間周波数チャンネルの全体像を考察するために、特定の方位及び空間周波数を持つ刺激に選択的に順応した後のコントラスト感度を測定した。この実験では選択的色及び輝度順応の手法を用いて上記の仮説を検討し、輝度システムに比べてかなり低い空間周波数帯域で、かつ従来知られていた色の周波数チャンネルよりも低い帯域で、順応刺激の空間周波数や方向、色度に選択的な複数の色周波数チャンネルの存在を示唆するデータが得られた。本研究は、一般の視覚研究に用いられる環境とは異なり、広い空間的布置で刺激が呈示できる環境を構成すること、またその実験環境を用いて色検出系と輝度検出系の相互作用に関する3つの実験を行うことを目的としており、3年度にわたる研究の初年度にあたる。ここではPCとオンボードの画像処理生成装置との組み合わせで処理生成された刺激を、CRTディスプレイの代わりに液晶プロジェクター(MP)によりスクリーンに投影して、大きな空間的布置の実験環境を構成する。MPは最近、光源等の技術革新がめざましく、コントラストや色飽和度の解像度が増し、比較的簡単に空間的、時間的に複雑な刺激を大きなスケールで呈示する実験に利用可能である。