hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
統計科学的方法による脳の連結性に対する総合的研究

統計的因果モデルを構築するための鍵となる条件付き独立性に関する記述を、ある種の代数的枠組み(ケーイン代数)で行えることを示した。ケーイン代数は、graphoidやseparoidなどと整合性を持つことを示した。また、ケーイン多項式を考案し、条件付き独立性の系から導かれる条件付き独立性を、ケーイン多項式を用いたアルゴリズムで導かれることを導出した。本研究の主要な目的は、脳の連結性を解明するための、パネルデータに基づく統計的因果モデルの構築である。今年度は、標準的認知実験による脳機能画像データの解析や問題点の整理を行い、またこれまでに機能的磁気共鳴画像データを解析するために用いられてきた標準的なツールであるSMP法(多変量解析法に基づく方法)についても検討を行った。これらの研究の過程で、ある種の多項式(ケーイン多項式)を用いることによって、統計的因果モデルを構築するための鍵となる条件付き独立性に関するアルゴリズムを構成できる可能性を発見した。SMP法は従来の多変量解析法に基づく方法であるが、代数的アルゴリズムに基づくケーイン多項式の理論を用いることにより、自由度の高い複雑なモデル空間から自動的に最適な因果モデルを探索することが可能となるため、今年度は、ケーイン多項式の理論とそれに基づくアルゴリズムに関する研究を行った。このアルゴリズムの特徴は、まず、統計的因果モデルをいくつかの条件付き独立性で表し、次に、これらの条件付き独立性をケーイン多項方程式に変換する。さらに、ケーイン多項式の線形表現によって、様々な因果モデルを導くことができる。これらの結果は、自動的に最適因果モデルを発見するための重要な意義を持つと思われる。その他に、(1)ポアソン分解可能モデルにおける最尤推定量の改良や、(2)多変量正規分における推定精度の改良法の開発、(3)パネルデータの比較におけるブートストラップ法の適用などの研究においても、いくつかの成果を得ることができた。1.統計的因果モデルを構築するための鍵となる条件付き独立性に関する記述を、ある種の代数的枠組み(ケーイン代数)で行えることを示した。2.統計的情報がいくつかの異なる場所において収集されるとき、これらの情報を統計的に統合し、関心のある対象に関する推測を行うことが重要である。例えば、2つのファイルに存在する確率変数に関する相関関係を調べるのがその例である。2つのファイルが統計的に照合可能かどうかの概念を定義し、照合可能なための様々な必要十分条件を導いた。3.ボアソン分解可能なグラフィカルモデルにおいて、最尤推定量を改良し、平均に関するベイズ許容推定量を提案した。4.ガウシアン・グラフィカルモデルにおいて、極小的な手法を提案し、反復proportional scalingに関する推定を向上させた。5.和が一定の2元部分表問題において、マルコフ基底に関するいくつかの結果を得た。6.多面凸錐における平均の推測において、Stein現象を指摘し、いくつかの結果を得た。また正規平均行列のベイズ推定量について考察を行い、許容性・ミニマックス性などに関する結果を得た。本年度得られた主な成果は以下の通りである。2.分割表モデルの正確検定について研究を行った。離散共変量のロジスティック回帰モデルのマルコフ基底の構造は非常に複雑であることが知られている。マルコフ基底はすべてのファイバーを連結に結ぶ推移子の集合として定義されるが,実用上は与えられた標本が属するファイバーのみ連結に結ばれれば十分であるので、マルコフ基底のすべての要素が必要とは限らない。ここでは各共変量ごとの標本数が正という実用的な仮定の下では、単純な構造の推移子のみからなる部分マルコフ基底によってすべてのファイバーが連結に結ばれることを示し、この事実を用いて正確検定アルゴリズムの導出を行った。3.分散構造が未知のときの行列型正規分布の平均行列の推定問題において,2乗損失関数に対するある一般化ベイズ推定量のミニマクス性の証明に成功した。4.楕円型分布族における,凸集合に制約されている平均ベクトルの推定問題を扱い,制約つき最尤推定量がその縮小型推定量によって改良されることを証明した。また、その改良のための条件を求めた。5.複数の正規分布に関する分散パラメータ(精度パラメータ)の同時推定問題を2乗損失関数のもとで考え,縮小型および拡大型推定量がミニマクスになるための条件を求めた。また、ベイズ推定に関する事前分布の特徴付けに関する結果が得られ,この結果からいくつかの一般化ベイズ推定量を導出した。
脂肪酸結合タンパク5 (FABP5) によるGIP分泌制御機構の解明

脂肪摂取後のK細胞におけるFABP5細胞内局在の変化を明らかにするため、野生型マウスに対し16時間の絶食後に経口脂肪負荷を行い、負荷前と負荷後一定時間(30分後、60分後、120分後)で上部小腸を摘出、一次抗体を抗FABP5抗体、二次抗体をimmunogoldとした染色を行い電子顕微鏡で観察したところ、FABP5は負荷前にはK細胞の核内・細胞質両方に存在していたが、脂肪負荷60分後には核内の局在は消失していた。さらにGIP-GFPノックインマウスに同様の脂肪負荷を行った後、小腸を摘出し、一次抗体として抗FABP5抗体および抗GFP抗体を用いた免疫組織染色を行った。共焦点顕微鏡で観察したところ、脂肪負荷後60分でFABP5核内染色性の一過性低下を認めたが、経口糖負荷後の観察では、FABP5の細胞内局在変化は認めなかった。K細胞のマイクロアレイ解析の結果、脂肪酸受容体や脂肪酸トランスポーター、SREBPs、ChREBP、PPARsなど脂肪酸摂取や代謝・栄養状態の感知、細胞応答に関連する分子にFABP5欠損マウスと野生型マウスに明らかな発現の差は認めなかった。一方GTPase-activating protein (GAP)としての作用により、Gαの活性を負に制御するタンパク群のひとつであるGタンパク質シグナル伝達調節因子4 (Regulator of G protein signaling4: RGS4)の発現が、FABP5欠損マウスのK細胞で野生型マウスのK細胞よりも有意に高く、real-time PCRによる検討でも同様の結果であった。脂肪酸受容体の下流シグナルを、FABP5がRGS4を介して制御している可能性が示唆されたが、詳細な機序に関してさらなる解析に着手している。A.単回脂肪投与によるGIP分泌におけるFABP5の機能:FABPは細胞質に存在するタンパクであることから、摂取した脂肪酸が何らかの機構により細胞内に取り込まれ、FABP5と結合することが推定された。急性脂肪投与時GIP分泌におけるFABP5の役割を解明するため、空腹時および脂肪摂取後のマウス小腸の標本を作成し電子顕微鏡で観察した。脂肪摂取後の小腸吸収上皮細胞内で脂肪滴の増加を認めたのに対し、K細胞内に明らかな脂肪滴の蓄積は確認できなかった。一方空腹時には細胞質内および核内に分布していたFABP5が、脂肪摂取後90分では核内への分布を認めず、K細胞内のFABP5が脂肪摂取により核外へ移行する可能性が示唆される結果であった。しかしながら観察し得たK細胞数が少なく、アーチファクトの可能性も含め更なる検討が必要である。B.FABP5欠損に伴うK細胞の質的変化の検討:慢性的なFABP5作用の欠失によるK細胞の質的変化を評価するため、FABP5欠損マウス、野生型マウスでK細胞のマイクロアレイ解析を行った。脂肪酸受容体など脂肪酸摂取や代謝・栄養状態の感知、細胞応答に関連する分子に関しては、FABP5欠損マウスと野生型マウスのK細胞で有意な差を認めなかった。それ以外でFABP5欠損マウス、野生型マウスで発現量の異なる候補分子を抽出し得たが、FABP5との関連については未解析であり、今後検討を進める予定である。C.薬剤を用いたFABP5の制御によるGIP分泌・肥満形成への効果:in vitroでFABP5の生理阻害活性を持つことが報告されているα-truxillic acidおよびその合成化合物であるSB-FI-26をマウスに経口投与し、脂肪摂取時GIP分泌を非投与群と比較したが、有意な差は認めなかった。長期投与における効果は未評価であり、今後検討予定である。FABP5のK細胞における機能の解析を進めるうえで、まず脂肪摂取前後のK細胞の形態的観察を行った。脂肪摂取によりFABP5の細胞内局在が変化する可能性もあるが、腸管内分泌細胞の電子顕微鏡による観察は技術的に極めて困難であり、観察しうる細胞数に限界がある。得られた結果の再現性やアーチファクトの可能性を確認するため、培養細胞等を用いた他の手法による検証が必要である。またK細胞のマイクロアレイ解析により抽出し得た候補分子は、GIP分泌における機能、特にFABP5との関連性について、想定の困難なものであり、今後の解析に関して検討中である。

一方GTPase-activating protein (GAP)としての作用により、Gαの活性を負に制御するタンパク群のひとつであるGタンパク質シグナル伝達調節因子4 (Regulator of G protein signaling4: RGS4)の発現が、FABP5欠損マウスのK細胞で野生型マウスのK細胞よりも有意に高く、real-time PCRによる検討でも同様の結果であった。脂肪酸受容体の下流シグナルを、FABP5がRGS4を介して制御している可能性が示唆されたが、詳細な機序に関してさらなる解析に着手している。FABP5のK細胞における機能の解析を進めるうえで、まず脂肪摂取前後のK細胞の形態的観察を行った。脂肪摂取によりFABP5の細胞内局在が変化する可能性があり、ブドウ糖摂取時には見られない変化であることから、脂肪摂取時GIP分泌に特異的な細胞内シグナルにFABP5が関与している可能性が示唆される結果であった。またK細胞のマイクロアレイの結果から、RGS4がFABP5によるGIP分泌シグナルに関わっている可能性があるが、詳細な機能、FABP5との関連性については、既報から推測することは困難であり、今後の解析方法に関して検討している。脂肪摂取後のK細胞におけるFABP5細胞内局在の変化を明らかにするため、野生型マウスに対し16時間の絶食後に経口脂肪負荷を行い、負荷前と負荷後一定時間(30分後、60分後、120分後)で上部小腸を摘出、一次抗体を抗FABP5抗体、二次抗体をimmunogoldとした染色を行い電子顕微鏡で観察したところ、FABP5は負荷前にはK細胞の核内・細胞質両方に存在していたが、脂肪負荷60分後には核内の局在は消失していた。さらにGIP-GFPノックインマウスに同様の脂肪負荷を行った後、小腸を摘出し、一次抗体として抗FABP5抗体および抗GFP抗体を用いた免疫組織染色を行った。共焦点顕微鏡で観察したところ、脂肪負荷後60分でFABP5核内染色性の一過性低下を認めたが、経口糖負荷後の観察では、FABP5の細胞内局在変化は認めなかった。K細胞のマイクロアレイ解析の結果、脂肪酸受容体や脂肪酸トランスポーター、SREBPs、ChREBP、PPARsなど脂肪酸摂取や代謝・栄養状態の感知、細胞応答に関連する分子にFABP5欠損マウスと野生型マウスに明らかな発現の差は認めなかった。今後はこれまでの実験結果を踏まえて、FABP5のK細胞における機能の解析を進めるとともに、実験計画に従って、もうひとつの課題である「脂質によるGIP分泌における胆汁の作用点の解明」も進める。1既知の胆汁酸シグナルによるGIP分泌への影響2ミセル形成の重要性
認知症家族介護者の健康および介護環境に対するセルフコーピングの支援ツール開発

認知症の介護現場では介護専門職の離職が続き、家族介護者のあらゆる課題に懇切丁寧に関わることが難しい状況にある。専門性の高さが要求される部分に焦点化して専門職が関わる形式が最善である。そのためには、まず介護者が自らの介護状況(客観的・主観的)を把握でき、状況に応じた対処(コーピング)について、自ら実施するもの、専門職に委ねるものと判断・行動の指針が示され、判断・行動の結果をも確認できる指標が必要である。以上により本研究の目的は、認知症の家族介護者の健康(身体的・精神的・心理的)および介護環境(内的:介護感情、外的:公的な支援および私的な支援等)に対するセルフコーピングを支援するツール開発である。本研究では、認知症の介護者の心身の健康および介護環境の測定を「well-beingの測定」と操作的に定義している。その上で、目的完遂のために3段階の研究展開(1:プレ調査集団にて構築された認知症家族介護者版well-being scaleの外的妥当性検証を拡大母集団にて実施、2:介護者のパーソナリティ特性とスケール得点パターンの相関分析、3:2の結果に基づく、認知症家族介護者版wellbeing scale活用マニュアル作成)を予定している。本年度は、第1段階の研究精度を高めるために、2点のプレ調査(1認知症家族介護者版well-being scale内的妥当性検証時の認知症家族介護者への聞き取り面談の再分析、2well-being scale外的妥当性の検証)、認知症家族介護者版well-being scale再現性テスト準備、Scaleの外的妥当性検証の対象者を拡大させるための行政機関への交渉を実施した。現在、外的妥当性の検証は終了している。また本年度の調査で得られた結果の一部は、認知症の人および家族介護者に対するケア啓発への貢献として、シンポジウムで発表した。本年度は、第1段階の研究(プレ調査集団にて構築された認知症家族介護者版well-being scaleの外的妥当性検証を拡大母集団にて実施)の精度を高めるために、2点のプレ調査(1認知症家族介護者版well-being scale内的妥当性検証時の認知症家族介護者への聞き取り面談の再分析、2well-being scale外的妥当性の検証)を実施した点は一見、廻り道に見える可能性がある。しかし、家族介護者が語っている内容やニーズから乖離していない状況も確認しながら、外的妥当性の検証を進められた点は、より介護実態に即し、かつ科学的に精度の高い認知症家族介護者版well-being scale開発につながる強みである。新しいscaleが介護者のために使えない、無用の長物になるリスクも低減できる。さらに、認知症家族介護者版well-being scale再現性テスト準備、Scaleの外的妥当性検証の対象者を拡大させるための行政機関への交渉を実施しているため、廻り道をした分、研究進捗に支障が出たという状況ではないと判断できる。今後は2018年度の続きで、外的妥当性検証が終わった認知症家族介護者版well-being scale再現性テストの実施、様々なエリアに居住されている、より多くの認知症家族介護者を対象とした外的妥当性の検証を実施する予定である。特に、検証の対象者数(以下、被験者数)が増えるほど、認知症家族介護者版well-being scaleの科学的な精度は増す。それだけに、認知症介護にかかる行政担当部局、地域包括支援センターの協力は不可欠である。研究者としてのアカウンタビリティーを忠実に果たすために、研究内容の具体的な説明、データ分析後のフィードバックなどを通じ、研究の社会貢献を視野に入れた多機関との連携作りが必須である。

本年度は、第1段階の研究(プレ調査集団にて構築された認知症家族介護者版well-being scaleの外的妥当性検証を拡大母集団にて実施)の精度を高めるために、2点のプレ調査(1認知症家族介護者版well-being scale内的妥当性検証時の認知症家族介護者への聞き取り面談の再分析、2well-being scale外的妥当性の検証)を実施した点は一見、廻り道に見える可能性がある。しかし、家族介護者が語っている内容やニーズから乖離していない状況も確認しながら、外的妥当性の検証を進められた点は、より介護実態に即し、かつ科学的に精度の高い認知症家族介護者版well-being scale開発につながる強みである。新しいscaleが介護者のために使えない、無用の長物になるリスクも低減できる。さらに、認知症家族介護者版well-being scale再現性テスト準備、Scaleの外的妥当性検証の対象者を拡大させるための行政機関への交渉を実施しているため、廻り道をした分、研究進捗に支障が出たという状況ではないと判断できる。今後は2018年度の続きで、外的妥当性検証が終わった認知症家族介護者版well-being scale再現性テストの実施、様々なエリアに居住されている、より多くの認知症家族介護者を対象とした外的妥当性の検証を実施する予定である。特に、検証の対象者数(以下、被験者数)が増えるほど、認知症家族介護者版well-being scaleの科学的な精度は増す。それだけに、認知症介護にかかる行政担当部局、地域包括支援センターの協力は不可欠である。研究者としてのアカウンタビリティーを忠実に果たすために、研究内容の具体的な説明、データ分析後のフィードバックなどを通じ、研究の社会貢献を視野に入れた多機関との連携作りが必須である。
環境センシング情報を通信制御に活用した環境適応的無線センサネットワークの構築

本研究は、自然環境が無線通信効率に与える影響を考慮した、環境モニタリング用途で利用する無線センサネットワーク方式の要件調査と方式提案を目的としている。無線通信効率変動を計測するために開発した無線センサノードを実際の自然環境に配置・運用することで長期間の変動傾向を蓄積し、また環境モニタリングにおける要件調査を実施した。それぞれの成果を踏まえて、環境モニタリング用途の無線センサネットワーク方式として、耐障害性とデータ欠損防止および環境が通信効率に与える影響として任意時点で利用可能な通信帯域に着目し、蓄積データ量を考慮した通信制御方式の可能性が示唆された。環境問題の要因・動態解析などを目的とした環境モニタリングへの利用が期待されている屋外設置型無線センサネットワークにおいて、制御不能な自然環境に起因する外乱と共生可能な環境適応的無線センサネットワークの実現を目指したもので、センサノードに持たせた環境モニタリングのためのセンサデバイスの計測データから周囲の通信環境を推測・学習し、センサノード間の通信制御に活用することによる通信効率及びネットワーク稼働時間の向上技術の開発と、東京農工大学が保有する演習林における実践的評価を目的としている。平成21年度は、実環境における通信環境モニタリングの基礎データ収集を行うシステムの開発および通信環境の状況を通信制御に活用することの有効性を示すためのシミュレーション実験を実施した。具体的には、雷などの自然環境に起因するノードのダウン率が高い環境を想定し、データをシンクノードに集約するセンサネットワークにおいてシンクノードの故障や電力不足により多くのデータが失われることに着目した。このような状況下で、データの損失防止と消費電力量の低減の両方を備えた通信制御方式を開発した。提案方式の特徴は(1)複数のセンサデバイスが搭載されたセンサノードを対象に、デバイス別に2ホップ以内に存在するセンサノードに通信環境の状況を考慮しながらデータを保存、(2)保存方式に適したクエリおよびセンシングデータの収集方式による電力消費量増加の抑制である。提案方式により、データの収集率を2脇向上し、電力消費量の増加を0.1%程度に掬えることができた。これにより、通信状況を考慮した通信制御の有効性が示唆されたと言える。今後は、平成21年度で得られた成果を踏まえ、演習林において通信環境の計測を実施し、得られた結果を開発した方式に反映させることで提案方式の有効性を示していく。平成22年度は、平成21年度に開発した実環境における通信環境モニタリングの基礎データ収集を行うシステムを利用した評価実験を実施した。具体的には、本学が所有する多摩丘陵に当該システムを設置・運用し、設置環境情報として温度、湿度、気圧を、通信品質として通信帯域を一定期間取得した。運用期間中の天候変化は著しく、本研究の前提条件である湿度変化が通信品質に与える影響を顕著に観察可能な期間である。取得した結果を解析し、通信帯域の最大値と最小値に16倍の差があること、期間中の通信湿度と通信帯域が相関係数-0.282-0.299程度の相関関係にあることを示した。この結果から、通信環鏡を考慮した無線通信制御は有意であると言える。また、得られた結果を考慮した通信制御方式の設計および基礎データ収集システムの改良を実施した。今後は、改良した基礎データ収集システムの長期運用と設計した無線センサノードの実装および実環境への適用を行い、提案方式の有効性を示していく。平成23年度は、前年度までに開発・運用を進めた通信環境計測用無線センサノードの台数を3台に増加させ、15メートル間隔の2組のノード間および30メートル間隔の1組のノード間の通信効率を計測した。計測は、本学が所有する多摩丘陵を利用し、2011年5月から2012年4月現在まで継続的に実施している。まず、基本的な成果として、15メートル間隔のノード2組は同様の電波減衰傾向を示し、かつ前年度の同様の期間に実施した電波減衰傾向との類似、30メートル間隔のノード1組が15メートルの組と異なる電波減衰傾向を示していることが分かった。

さらに、通信効率変動の不安定・安定期間の存在、電波減衰傾向は同じだが距離の長い方が高い通信効率を示す場合があること、機器転倒などの障害で地面と機器の距離が狭まると極端に電波減衰するなど、様々な事象を確認した。また、電波減衰の傾向と、受信側の受信信号強度変化傾向の類似性も確認している。これらの結果を踏まえて、RSSI値と通信帯域の関連付け方式、省電力性を考慮した周囲ノードとの通信環境を考慮した関係性把握、シンクノードへのRSSIなどの通信環境に関する情報集約・解析によるセンサノードへの情報フィードバックを特徴とする通信制御方式を設計した。また、距離を考慮した電波伝搬損失モデルへの環境要因の適用可能性を示した。
ＥＳ細胞由来神経幹細胞を用いた、脳性麻痺に対する革新的な神経再生療法の開発

小児脳性麻痺に対する新しい神経再生治療法の開発を目的とし、生後6日目のSCIDマウスの片側総頚動脈を永久閉塞後、一時間の低酸素負荷を行い、脳性麻痺モデルマウスを作成した。そして胚性幹細胞より分化誘導して作成した神経幹細胞を、障害半球の脳実質に注入した。その結果open fieldを用いた行動評価では、未治療群に比して治療群で有意な改善効果を認めた。さらに組織学的検討で障害半球における神経障害が治療群では有意に改善した。この結果は移植したES細胞由来神経幹細胞が、脳性麻痺モデル動物の神経障害を改善することを示唆しており、小児脳性麻痺に対する胚性幹細胞を用いた神経再生療法の有用性が示唆された。小児脳性麻痺は、生後4週までに何らかの原因で受けた脳の損傷によって引き起こされる運動機能障害を点す症候群である。脳性麻痺の発症率は、出生児千人に対しおよそ2人であり、小児脳障害の中で最も発症頻度が高い疾患として知られている。残念ながら脳性麻痺の根本的な治療法はなく、脳障害は生涯続くことになる。更に脳性麻痺の子供の90%以上が成人となることにより、患者の介護を含めた医療費は膨大なものとなっている。従って、脳性麻痺の治療法の開発は社会的にも重要な課題と考えられる。そこで本研究はマウスES細胞から分化誘導して作成した神経前駆細胞を脳性麻痺モデルマウスに移植し、小児脳性麻痺に対する革新的な神経再生治療法の開発を目的とする。本年度は前年度の計画どおりに生後6日目のNODーSCIDマウスを用い、片側総頚動脈を永久閉塞後、一時間の低酸素負荷(hypoxia-ischemia stress)を行い、脳性麻痺モデルマウスを作成した。そしてES細胞より分化誘導して作成した大脳特異的神経前駆細胞を、障害半球の脳実質に注入した。さらに組織学的検討で障害半球の脳実質に移植した神経前駆細胞は極わずか生着した。この結果は少量の移植した神経前駆細胞が生着したことにより、NODーSCIDマウスを用いた脳性麻痺モデルの症状を改善することを示唆している。本研究はマウスES細胞から分化誘導して作成した神経前駆細胞を脳性麻痺モデルマウスに移植し、小児脳性麻痺に対する革新的な神経再生治療法の開発を目的としている。生後6日目のNODーSCIDマウスを用い、片側総頚動脈を永久閉塞後、一時間の低酸素負荷(hypoxia-ischemia stress)を行い、脳性麻痺モデルマウスを作成した。さらに組織学的検討で障害半球の脳実質に移植した神経前駆細胞の一部が生着していることが観察された。この結果は移植した神経前駆細胞が、脳性麻痺モデルの症状を改善することを示唆しており、小児脳性麻痺に対する神経再生治療法が有用であることが示唆された。小児脳性麻痺は、生後4週までに何らかの原因で受けた脳の損傷によって引き起こされる運動機能障害をさす症候群である。更に脳性麻痺の子供の90%以上が成人となることより、患者の介護を含めた医療費は膨大なものとなっている。本年度はICRマウス生後6日目を用い、片側総頚動脈を永久閉塞後、1時間の低酸素負荷(hypoxia-ischemia stress)を行い脳性麻痺モデルマウスを作成した。その結果open fieldを用いた行動評価では、未治療群に比して治療郡で有意な改善効果を認めなかった。更に組織学的検討でも移植した神経前駆細胞は全て死滅していた。この結果はICRマウスを用いた脳性麻痺モデルでは炎症反応が強すぎて、移植した神経前駆細胞も障害されることが明らかとなった。初期の研究計画に基づき研究を継続している。前年度の実験結果では、少量の移植した神経前駆細胞が生着したことにより、NODーSCID

マウスを用いた脳性麻痺モデルの症状を改善することが可能となった。従って今年度はさらに組織学的検討を行い、生着した神経前駆細胞が移植先の脳実質に与える影響を検討する。前年度の実験結果では、ICRマウスを用いた脳性麻痺モデル動物では、明らかな治療効果を見いだせなかった。組織学的検討では、ICRマウスの場合、障害領域での炎症反応が強いため、移植した神経前駆細胞も傷害されていることが明らかとなった。従って今年度はICRマウスではなく、免疫能が抑制されていることが知られているSCIDマウスまたはNOD-SCIDマウスを用いての検討を開始する。大脳特異的神経前駆細胞の単離と未分化細胞の除去:Eiraku等の方法(Cell stem cell 3:519-32.2008)に従い、人脳に特異的なregional markerであるFoxG1遺伝子座にVenus遺伝子をレポーター遺伝子としてノックインしたES細胞株(FoxG1:venus株)をSFEB法で神経前駆細胞に分化させた後、FoxG1遺伝子を発現しVenusの蛍光(緑色)を発している細胞をFACS Sorterにて分離する。これにより大脳特異的神経前駆細胞を単離すると同時に、未分化細胞の混入による腫瘍の発生を防ぐことが可能となった。脳性麻痺モデル動物の作成と大脳特異的神経幹細胞の移植、及びその有用性の検討:生後6日目のSCIDマウス又はNODーSCIDマウスを用い、一時間の低酸素負荷(hypoxia-ischemia stress)を行い、脳性麻痺モデルマウスを作成する。そして1,2、の手法により作成した大脳特異的神経前駆細胞を、脳実質に移植する。その後脳障害の程度や神経症状を定量化し、ES細胞由来大脳特異的神経前駆細胞移植による脳障害改善効果を検討する。また移植した細胞が生着し、既存の神経細胞とシナプス形成をしているかどうかを、電子顕微鏡観察を含め、形態学的に検討する。(1)マウスES細胞から神経幹細胞への分化誘導:Wataya等の方法(PNAS USA.105:11796-801,2008)に従い、SFEB(serum-free floating culture of embryoid body-like aggregate)法にてマウスES細胞から神経前駆細胞への分化誘導を行う。(2)大脳特異的神経前駆細胞の単離と未分化細胞の除去: Eiraku等の方法(Cell Stem Cell 3:519-32, 2008)に従い、大脳に特異的なregional markerであるFoxG1遺伝子座にVenus遺伝子をレポーター遺伝子としてノックインしたES細胞株(FoxG1::venus株)をSFEB法で神経前駆細胞に分化させた後、FoxG1遺伝子を発現しVenusの蛍光(緑色)を発している細胞をFACSSorterにて分離する。(3)脳性麻痺モデル動物の作成と大脳特異的神経幹細胞の移植、及びその有用性の検討:SCIDマウス又はNOD-SCID
腸球菌(E. faecium)の新たな機構による高頻度接合伝達性プラスミドの研究

E. faecalisにはグラム陽性菌では唯一の高頻度接合伝達性プラスミドが存在し、これには細胞では唯一の受容菌の生産するペプタイド(アミノ酸8個)性の性フェロモンが関与する。E. faeciumはE. faecalisとともに臨床分離頻度の高い腸球菌であるが、E. faecalisと異なり高頻度接合伝達性プラスミドの存在は証明されていなかった。E. faeciumには高度薬剤耐性や、プラスミドが存在することからE. faeciumにも高頻度接合伝達性プラスミドが存在する可能性を考え、これまで存在しなかったE. faeciumの受容菌(実験株)を新たに作成しこれを用いて臨床分離株を選択的に検索した結果、Km Gm高度耐性(500μg/ml以上)高頻度接合伝達性プラスミド(80kb)(KmGmプラスミド)を分離することができた。これまでの解析で、分離されたKmGm plasmidはE. faecium【double arrow】E. faecium【double arrow】E. faecalis【double arrow】E. faecalisの間で(10^<-5>10^<-6>/供与菌)の伝達頻度で接合伝達されることが解った。そして、これにはそれぞれの菌の小分子物質(フェロモン)は関与していないことが解った。このことはE. faeciumのKmGm plasmidは前述した現在までに解っているプラスミドの接合伝達機構とは異なる新たな機構によることを意味する。KmGmplasmid (pKG)の制限酵素地図を作製し、EmトランスポゾンTn917を用いて接合伝達領域の遺伝学的解析を行った。DNA相補実験によりpKGはフェロモンに反応する高頻度接合伝達性プラスミドと異なる接合機構により伝達することが解った。pKGを含む菌の細菌面に対する特異的抗体を作製しpKG接合伝達に関与する蛋白を解析中である。現在までに知られている高頻度接合伝達性(液体培地中での接合伝達性)プラスミドの接合伝達機構には大きく2種類存在する。1つは腸内細菌を主としたグラム陰性桿菌におけるもので、これはプラスミドに特異的な性線毛で雌菌をとらえ接合に至る。他の1つはグラム陽性菌の腸球菌、E.faecalisのプラスミドで、これは雌菌の生産する性フェロモン(アミノ酸8個のペプチド)によりプラスミドを含む雄菌の接合可能状態(凝集物質生産)が誘導されることによるもので、グラム陽性菌では唯一の高頻度接合伝達性プラスミドである。E.faeciumはE.faecalisと共に臨床分離頻度の高い腸球菌であるが、E.faecalisと異なり高頻度接合伝達性プラスミドの存在は証明されていなかった。E.faeciumには高度薬剤耐性や、プラスミドが存在することからE.faeciumにも高頻度接合伝達性プラスミドが存在する可能性を考え、これまで存在しなかったE.faeciumの受容菌(実験株)を新たに作成しこれを用いて臨床分離株を選択的に検索した結果、Km Gm高度耐性高頻度接合伝達性プラスミドpKG(80kb)(Km Gmプラスミド)を発見することができた。pKGはE.faecium【double arrow】E.faecium【double arrow】E.faecalis【double arrow】E.faecalisの間で接合伝達される。そしてpKGの接合伝達はE.faecalisのフェロモン(培養濾液)により誘導されないことが解った。

プラスミドの分子遺伝学的研究では、制限酵素地図が必須であるが一般に50kb以上の大きいサイズのプラスミドの制限酵素地図の作製は困難である。pKG(80kb)を制限酵素(EcoRI)で部分切断し、クローニングを行い種々の連関クローンを分離し、pKGの制限酵素地図を作製した。E.faecalisのフェロモンに反応するプラスミドpAD1(58kb)とpKGとのDNA-DNAハイブリダイゼーションによりpAD1とpKGはハイブリダイゼイションしないことが解った。このことはpKGの接合伝達がフェロモンによる接合伝達機構とは異なる接合伝達機構によるものであることを示唆する。これらの結果を1994年度のアメリカ合衆国の微生物学会主催の国際レンサ球菌分子遺伝子学会で発表した。E. faecalisにはグラム陽性菌では唯一の高頻度接合伝達性プラスミドが存在し、これには細菌では唯一の受容菌の生産するペプタイド(アミノ酸8個)性の性フェロモンが関与する。E. faeciumはE. faecalisとともに臨床分離頻度の高い腸球菌であるが、E. faecalisと異なり高頻度接合伝達性プラスミドの存在は証明されていなかった。E. faeciumには高度薬剤耐性や、プラスミドが存在することからE. faeciumにも高頻度接合伝達性プラスミドが存在する可能性を考え、これまで存在しなかったE. faeciumの受容菌(実験株)を新たに作成しこれを用いて臨床分離株を選択的に検索した結果、Km Gm高度耐性(500μg/ml以上)高頻度接合伝達性プラスミド(80kb) (Km Gmプラスミド)を分離することができた。これまでの解析で、分離されたKm Gm plasmidはE. faecium【double arrow】E. faecium【double arrow】E. faecalis【double arrow】E. faecalisの間で(10^<-5>10^<-6>/供与菌)の伝達頻度で接合伝達されることが解った。そして、これにはそれぞれの菌の小分子物質(フェロモン)は関与していないことが解った。このことはE. faeciumのKm Gm plasmidは前述した現在までに解っているプラスミドの接合伝達機構とは異なる新たな機構によることを意味する。Km Gm plasmid (pKG)の制限酵素地図を作製し、EmトランスポゾンTn917を用いて接合伝達領域の遺伝学的解析を行った。DNA相補実験によりpKGはフェロモンに反応する高頻度接合伝達性プラスミドと異なる接合機構により伝達することが解った。pKGを含む菌の細菌面に対する特異的抗体を作製しpKG接合伝達に関与する蛋白を解析中である。
世界の海事英語音声データベースとこれを利用した海事英語語彙習ソフトの開発

世界の海を航海する船舶職員が触れる英語は、英語母語話者の英語よりもむしろ、様々な母語の干渉を受けた外国人訛りの英語が主体である。そこで本研究では、様々な言語を母語とする非英語母語話者の海事英語の発音を録音したデータベースを作成して、ネットで公開(www2. kaiyodai. ac. jp/takagi/pweb/wme. htm)。さらに録音した音声ファイルを利用して海事英語の語彙を習得するプログラムを作成し、ネットで公開した(www. e. kaiyodai. ac. jp/MT/mei-hp/mevdev. html)。21年度には、スエーデンの国際海事大学、フィリピンのアジア・太平洋海事大学、中国の大連海事大学に赴き、さまざまな誰りの海事英語の録音に従事した。スエーデンでは、14カ国16名を録音、フィリピンでは学生23名、船舶職員14名、中国では、学生30名を録音できた。フィリピンのアジア・太平洋海事大学では、船で使われる典型的なフレーズを読むばかりでなく、元船舶職員の教員に、船上での体験談を自由に録音してもらうこともできた。教員としての立場から、将来船上で働くことを目指す学生達がなんらかの教訓を学べるような話を依頼した結果、実に興味深い録音が得られた。このプロジェクトは今後も続ける予定である。これらの録音を、海事英語の授業に活用し、さらにインターネット上で公開すれば、日本のみならず、世界中の船舶職員養成機関で学ぶ学生が、訛りのある英語をよりよく理解する助けとなるはずである。また、海事英語の語彙学習を促進するため、海事英語データベースの中から重要な語義と例文を選び、モデル発音としてイギリス英語とアメリカ英語話者による録音を完成させ、この録音を生かした海事英語語彙学習ソフトの原型を完成させた。世界の海事英語教員の学会である、国際海事英語協議会(International Maritime English Conference)のポーランドにおける国際大会では、この学習ソフトのプロトタイプを発表し、日本語の部分を使用者の言語に合わせて変更する方法を紹介すると同時に世界中から集まった学会参加者からも訛りのある英語を録音した。この録音も、インターネット上で公開する予定である。外航船に乗り組み英語を使って船を動かす海技士となるためには、単に英語母語話者が発音するスタンダードな英語ばかりでなく、非英語母語話者が使う様々な訛りに対応できなければならない。本研究の最大の目的は、このように多様な第一言語を背景に持つ話者が発音した海事英語の音声データベースを作成して、これを世界に公開するとともに、イギリス英語・アメリカ英語という代表的なアクセントばかりでなく、非英語母語話者によるスピーチの録音サンプルを聞きながら、海事英語の単語を学習することができるソフトウェアを開発することである。日本人船員が最も多く触れるフィリピン訛りと中国語訛りについては、これに詳しい音声学的分析を加え、同時に英語母語話者による意見も求めた。これは日本語話者による訛りの判断と、英語母語話者による訛りの判断に違いがあることを考慮したもので、日本語話者にとって非常に目立つフィリピン人の/f/を/p/と発音する習慣が、英語母語話者にとってはそれほど目立たなかったり、日本語話者にとって比較的気にならないアクセントの違いが、単語の認識に影響を与えることも判明した。船対船、船対陸での通信で使われる言語は、船員の訓練及び資格証明並びに当直の基準に関する国際条約(STCW95)によって、英語と定められている。現在世界の商船を動かしているのは、フィリピン、インドネシア、インド、マレーシア、中国、韓国といった英語を母語としない人々で、彼らの訛った英語を理解することは、船舶の安全運航に欠かせない。イギリス英語やアメリカ英語の音声教材は数多いが、残念なことに訛った英語の音声に慣れるための教材は皆無といってよい。そこで本研究では、申請者が作成した「海事英語データベース」から重要な語句とそれを含む例文を選定し、これを様々な第一言語を話す話者に録音してもらい、海事英語音声データベースを作成、さらにこの音声データベースを利用し、イギリス英語やアメリカ英語ばかりでなく、様々な言語を母語とする話者のいわば訛った音声を聞きながら、海事英語の単語やフレーズを学習できるインターネット対応の学習ソフトを作成することを目標とした。21年度、22年度までに、音声データベースの作成を終了させ、23年度は学習ソフトを完成させ、ネットワーク上に公開した。(http://www.e.kaiyodai.ac-jp/MT/mei-hp/mevdev.html)次年度からは、これを海事英語教育に取り入れることにより、東京海洋大学における海事英語教育の改善が期待できる。同時に23年度には、特に日本を訪れることが多いフィリピン人と中国人の英語の訛りについて詳しい分析を行って、日本航海学会誌及び国際海事英語会議において発表、日本の海域において航路管制を行う海上保安庁の管制官や、ポートラジオのオペレータなどに対する英語研修にも寄与することができた。
光ニューラルネットワークによる色彩認識システム

光双安定素子や液晶を用いて構成される光ニューラルネットワークを用いた色彩認識システムについて以下の2つの構成法を提案した。一つはCIEのRGB表色系・XYZ表色系の概念に基づき、色彩をRGB三刺激値でもって認識しようとする三刺激値型色彩認識システムである。このシステムにおいて白色光レーザを光源として用いた場合の学習動作についてシミュレーションを行った。その結果、1ユニットへの入力数を増やすことにより学習が容易になることを確認した。また、学習が完了したシステムの認識能力をシミュレーションしたところ、学習パターンが少ないと色彩を正確に区別することはできないが、学習パターンを増やすとパターン数の3乗の数の色相が認識できることを明らかにした。カラー液晶テレビを光シナプス結合素子として用いた場合の動作や、光双安定素子のニューロン素子としての動作を実験により確認した。もう一つは、生物の視覚系を模倣した構成を有する色細胞型色彩認識システムである。このシステムにおいては、入力層として人間の錐体に類似した分光感度特性を持つカラーフィルタを用い、出力層は大脳皮質のV4野にある挟帯域の波長選択特性を持つ色細胞を設定してシミュレーションを行った。その結果、入力層で大きさの異なる三種類の信号に分割された色彩情報がニューラルネットワークによって処理され、出力層のユニットで特定の色彩に対し反応することが確認された。また、中間層のユニットの出力特性はサルの神経節細胞の挙動と類似しており、その動作特性のパターンには類型があることを明らかにした。以上のことから、本システムの開発によって、生物学的な視覚系のメカニズムを解明する研究の支援や、人間の心理的作用も含んだ色彩知覚により近い色彩認識システムの実現などが可能になるものと期待される。本年度は光ニュ-ラルネットとして重要な構成要素となる光シグモイド関数部を、半導体レ-ザとフォトダイオ-ドを組み合わせた光双安定素子を用いて構成し、学習アルゴリズムを正確に機能するかどうか実験とシミュレ-ションを重点的に行い、収束の精度や学習回数の違いについて色々な知見を得た。色彩認識のためのハ-ドの構成においては、当初計画したグレ-ティングで光ビ-ムを分光する方式に加えて、液晶をカラ-フィルタとして作用させることによる色彩認識についても基礎実験とシミュレ-ションを行って検討を加えた。得られた結果を要約すると、色彩認識においても、一般に画像処理系などで採り入れられているパタ-ン認識のような手法が可能で、この場合システムのハ-ドウエアの構成が光ビ-ムを直接処理できるので、かなり簡略化できる。一方、グレ-ティングを用いて予め光を分光し、時系列的な逐時認識を行わせるモデルももちろん可能であり、この場合ハ-ドウエアの構成がいくぶん複雑になる反面、認識できる色相のダイナミックレンジや精度は向上することがわかった。平成4年度以降は、この2方式の認識モデルについて、本格的な実験を行い、比較検討を進める予定である。なお、本年度に得られた成果の詳細は、平成3年度の電子情報通信学会・応用物理学会、及び米国SPIEの国際会議において発表した。本年度は光ニューラルネットワークを用いた色彩認識システムの実証として、2種類の光ニューラルネットワークを用いたシステムを実現した。一つは人間の色覚に対するRGBの3刺激による表色系の概念に基づいたシステムである。He-Cd白色光レーザをこの3刺激の光源として用い、平成3年度の成果として得られた半導体レーザと光ダイオードを組み合わせて構成する光双安定素子の出力を光シグモイド関数として用いることにより、シミュレーションと実験の両面から比較的少ない学習パターンで多くの色彩を認識することが可能な実用的な色彩認識システムを構成できることがわかった。もう一つは生物の視覚系を模倣したシステムである。

最近比較的安価に市販されるようになった高精彩度TFTカラー液晶を色フィルタとして用い、光源には色相の変調が容易なカラー液晶プロジェクタを用いて、中間層に上述の光シグモイド関数の働きをする双安定素子を使用した。この結果、7つの疑似色細胞ユニットを構成することにより、これら7個のユニットそれぞれが、従来サル等の動物の生体について報告されている視覚系の色細胞と同様の挙動を呈し、このシステム全体として神経節細胞とよく似た働きを示すことを確認した。本システムをさらに発展させて研究することにより、生物の視覚メカニズム解明の支援や、人間の色覚により近い色彩認識をコンピュータに行わせることなどが可能と思われる。本年度の研究成果は、1992年度電子情報通信学会光・量子エレクトロニクス研究会で報告し、また同学会論文誌に投稿中である。光双安定素子や液晶を用いて構成される光ニューラルネットワークを用いた色彩認識システムについて以下の2つの構成法を提案した。一つはCIEのRGB表色系・XYZ表色系の概念に基づき、色彩をRGB三刺激値でもって認識しようとする三刺激値型色彩認識システムである。このシステムにおいて白色光レーザを光源として用いた場合の学習動作についてシミュレーションを行った。その結果、1ユニットへの入力数を増やすことにより学習が容易になることを確認した。また、学習が完了したシステムの認識能力をシミュレーションしたところ、学習パターンが少ないと色彩を正確に区別することはできないが、学習パターンを増やすとパターン数の3乗の数の色相が認識できることを明らかにした。次に、カラー液晶テレビを光シナプス結合素子として用いた場合の動作や、光双安定素子のニューロン素子としての動作特性を実験により確認した。もう一つは、生物の視覚系を模倣した構成を有する色細胞型色彩認識システムである。このシステムにおいては、入力層として人間の錐体に類似した分光感度特性を持つカラーフィルタを用い、出力層は大脳皮質のV4野にある挟帯域の波長選択特性を持つ色細胞を設定してシミュレーションを行った。その結果、入力層で大きさの異なる三種類の信号に分割された色彩情報がニューラルネットワークによって処理され、出力層のユニットで特定の色彩に対し反応することが確認された。また、中間層のユニットの出力特性はサルの神経節細胞の挙動と類似しており、その動作特性のパターンには類型があることを明らかにした。現在のところこのシステムでは、単波長光の認識しかできないが、その動作特性が生物の視覚系に対して極めてよく類型化できるので、生物学的な視覚系メカニズムを解明する研究の支援や、人間の心理的作用も含んだ色彩知覚により近い色彩認識システムの開発などが可能になるものと期待される。
ヒト腸管由来の乳酸菌が作る環状抗菌ペプチドの生合成機構

ヒトの腸管に住んでいる安全性の高い乳酸菌は、抗菌物質を生産し、整腸作用や食品保存に貢献している。本研究では、乳酸菌によって作られるタンパク質性の抗菌物質(バクテリオシン)に着目し、熱や酸に安定性を与えるタンパク質(通常は一本の鎖状で存在している)のリング(環状)構造形成に関わる因子(遺伝子)を特定することに成功した。本成果は、世界で初めての事例であり、現在、論文を作成中である。ガセリシンAオペロのLb.gasseri基準株における発現と活性確認ガセリシンA全遺伝子群(計7遺伝子)を、乳酸球菌由来の発現ベクター(プラスミドpIL253-P32)に組み込み、エレクトロポレーションにより、Lb. gasseri JCM1131基準株に形質導入したが、plL253-P32で陽性クローンは得られなかった。そこで、他の発現ベクターを用いて構築実験を行い、ガセリシンA全遺伝子群の組み込みに成功した。構築株を精製用の合成(改良MRS)培地にて培養し、その培養上清中のガセリシンA活性を寒天拡散法により測定し、ネイティブのガセリシンAとの比較・検討を行ったところ、同等の活性が得られた。B:ガセリシンAオペロン各遺伝子欠損株の構築と活性検出「計画A」で構築した全遺伝子群を組み込んだプラスミドより、PCRを用いて各遺伝子を一つ欠損させた発現ベクターを構築し(計7個)、それぞれLb. gasseri JCM1131基準株に形質導入を行った。次いで、これら作成株を精製用合成培地にて培養し、培養上清のバクテリオシン活性を測定・比較し、活性発現に関与する可能性の高い遺伝子を特定した。C:「計画B」でバクテリオシン活性が得られた各遺伝子欠損株に関する諸検討現在、「計画B」で作成した各遺伝子欠損株について、精製用合成培地培養上清より定法を用いてガセリシンAを精製し、MSにより(非活性型や非環状型を含む)ガセリシンA分子の検出を行っている途中である。C :「計画A」および「計画B」でバクテリオシン活性が得られた各遺伝子欠損株に関する諸検討昨年度は、乳酸球菌由来発現ベクターにガセリシンA全遺伝子群(計7遺伝子: gaaBCADIAE、「計画A」)および各1遺伝子欠損群(「計画B」)を導入し、Lb. gasseri JCM1131基準株に形質導入を行った。次いで、各導入株を精製用の合成(改良MRS)培地にて培養し、それぞれの培養上清中のガセリシンA活性を寒天拡散法により測定し、ネイティブのガセリシンAとの比較・検討を行った。今年度は、上記「計画A」および「計画B」で作成した構築株について、精製用合成培地培養上清より定法を用いてガセリシンAを精製し、活性値の測定、N末端アミノ酸配列分析、および質量分析(FAB-およびTOF-MS)により(非活性型や非環状型を含む)ガセリシンA分子の検出と特定を行った。その結果、計7遺伝子: gaaBCADIAEにより、ネイティブと同一のガセリシンA(環状型)が生産されていることを確認した。また、各1遺伝子欠損株中、gaaC欠損株のみにガセリシンAの活性が培養上清中に回収された。D :環状化に関与する遺伝子とその機構解析gaaC欠損株について、現在、非環状型の可否について、詳細な解析を行っている途中である。E :バクテリオシンの菌体外への分泌に関する遺伝子とその機構解析については、遂行出来なかった。F : D-アラニンの所在位置決定とD-アラニン組み込み・生成機構の解明本項目について、精製ガセリシンAを用いて詳細に調べた結果、本抗菌ペプチド中には、D-アラニンは全く含まれていないことが判明した。現在、先の論文(AEM, 2004)結果に対する訂正論文を作成中である。
原発性線毛機能不全症の病理学的研究1.WICーHyd系ラットを用いた比較病理学的検討

原発性線毛機能不全症は先天的原因による線毛運動の障害に起因する疾患群で、呼吸器では繰り返す感染のために気管支拡張症等の重篤な病気を合併する比較的稀な疾患である。Kartagener症候群に代表されるim motile cilia症候群はdynein armの欠落による線毛運動の消失が特徴的であり、内臓逆位を合併することが多く遺伝性が指摘されている。日本人症例も50例程の報告がある。WICーHyd系ラットはWistarーImamichi系ラットより分離された自然発症水頭症ラットで、〓は重症で成熟前に全例死亡するが、その半数に内臓逆位を合併している。〓の軽症例は成熟し、健常〓との間に繁殖が可能である。出生動物の性比は1:1で、その約1/3に水頭症が発症する。以上の事実は遺伝子レベルの解明はなされていないが、人の症例よりもより強く遺伝性疾患であることを示している。重症〓例の呼吸器線毛は動いておらず、電子顕微鏡観察では、内外両方のdynein armが欠損しており、人の症例と極めてよく似ている。タンニン酸加固定を施し鶴察すると外側armの部位に小さな突出物を認め、この所見も人の症例と同じである。外側armには、更に細かな5ヶの構造が知られており、従来armの欠損として一括されている異常も、更に細かな異常に分類されるものと思われる。Dynein分子のarm内での局在の解明やarmを構成する蛋白質の同定、局在などこの動物系を用いることにより、更に詳しい線毛の微細構造と機能との関係が明らかにできるものと思われる。更にdynein遺伝子の異常の確認や遺伝形式の解明などにも利用できると思われ、WICーHyd系ラットの原発性線毛機能不全症モデル動物としては有用性は確かめられたと考える。