hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
科学能力とコミュニケーシヨン能力育成のための教育および教育支援の研究

数学では、研究対象校に応じて「視覚と体験を通した理解」などの目標を設定し、授業開発を進めた。また、理科では、アメリカ物理学会が推進する認知科学に基づいた教授法を参考に、日本の教授法との比較研究を行うシンポジウム「科学をどう教えるか」(2012年7月)、「科学をどう教えるか2」(2013年1月)を開催した。理科ではこのシンポの内容を教員研修に反映させている。2.教員研究に関する内容および研究成果の公開:英語と数学と横断的授業を開発し、数学の教具(平行多面体やペンタドロンの模型)と豊富な画像を取り入れたスライド・ショウを使って、視覚的に訴え、また理解を体感してもらいながら、「黄金比」の特徴と美しさを英語で理解する実践を紹介した。3.地域に根差した教育啓発活動と社会貢献活動の実施:東海大学高輪キャンパスにおいて第1回「生きたことば・活きた学び」シンポジウムを開催し、講演会及び東海大学付属校教員による実践報告等を行い、動画配信も行った。また、フィリピンやタイでも高校生、大学生を対象の数学啓発活動を行った。教材・教具・実験や授業計画などが豊富に開発され,各種研修会を通して付属高校・中学校の教員に提案したり,SSH,SPPなどの講座内容に反映できた。理科実験については,地域イベントを通じて広く社会にも還元されてきた。教員支援システムの構築に関しては,「理論-教材・教具-研修/授業の試行的実践」という流れの中で、学習者の主体性と学びの喜びを引き出す授業設計の研究や成果の教員間での共有ができるようになった。24年度が最終年度であるため、記入しない。教材・教具や授業計画の実践的な研究を継続しつつ,その成果や開発のノウハウを現場に還元し,実用化するための教育支援システムについて,さらに研究を進める。そのために,新たに付属第三高等学校(長野県)を支援対象校とする。
連続写真撮影による大気現象の解析

本研究の目的は、以下の3つである。1、雲や大気現象の連続写真撮影及び気象観測を行い、画像データ及び気象観測データを蓄積すること。2、蓄積した画像データや観測データを、勤務校の授業で教材として活用するとともに、市民向けの講座などで啓発活動を行うこと。3、得られた独自の気象観測データと、気象庁などから発表・提供された諸データを用いて解析し、今後の防災・減災につながる解析を行うこと。研究方法は、以下の通りである。1、自宅マンションベランダに中型三脚を固定し、広角レンズを装着したデジタルカメラを据え置き、室内からAC電源を供給して、日没前から日没後までインターバル撮影する。得られた画像データは、タイムラプス動画とし、空や雲の動きが見やすいものとする。2、同地に気象観測測器を設置し、気温、湿度、気圧の24時間連続した観測データを収集する。前線通過や台風接近など顕著現象発現時の気象観測データを、近隣のアメダスデータやウィンドプロファイラ及び高層気象観測データと比較し、解析する。本研究の成果は、以下の通りである。1、連続撮影し得られた毎日の画像をタイムラプス動画とし、過去に撮影した顕著現象の動画と合わせ、webページ「空と雲の記録」http://jitsumsk.com/に事例ごとにまとめ、常時閲覧可能なサイトとして公開した。2、寒冷前線通過時の空や雲の変化を連続写真画像として記録し、雲の移動方向や移動速度の急変を捉え、画像から寒冷前線が通過したことを解析した。3、寒冷前線通過に関する個々の事例解析の結果、気圧極小や風向風速の急変、降水のタイミングなどには、多様性が見られ、寒冷前線をパターン分類できる可能性を見出した。
環境問題と宗教に関する調査研究

理論的研究としては、平成6年度より収集してきた環境問題関係の文献、とくにエコロジー論と宗教的シンポジウムとに関連する内外の研究を参考にした環境と宗教との関わり方を考察するなかで、神社や神道がなぜ、いかにして自然環境と生活社会との親和的な関係を維持せしめてきかを比較論と構造論の両面から検討を行ってきた。これまでの環境問題に関する議論では見落とされがちだった文化の側面の重要性がこうした研究から明らかになった。日本経済の高度成長期における国土の乱開発が公害の頻発と自然環境の荒廃をもたらし、社会全般の利便性追求と物質的繁栄の代償として<家郷社会>の解体にともなう人心の荒廃をも招くにいたった。地球規模の環境保全が国際的な緊急課題となった今、あらためて日本古来の森林文化として、<風土祭紀>ないし<家郷祭紀>の宗教的伝統が内外の注目を集めるようになった。たとえば、全国に8万社を超える神社がその本来の宗教性ゆえに幾多の歴史的困難をしのいで保全してきた「鎮守の森」すなわち神苑や神体山の宗教的シンポジウムが、あらためて民族古来のアニミズム的生命観の自覚と共に再評価されつつあることがなによりの新たな可能性を示唆している。この研究は、実際の調査をもとに理論的検証を行うことを中心としてきた。対馬、伊勢、東京、広島、新潟など多くの調査地を詳細に検討することによって、環境問題と宗教との深い関わりを明らかにすることが可能となった。この領域におけるまとまった調査報告は、今後の環境問題研究や宗教研究に大きな貢献をなしたものということができる。本調査研究は、現代に深刻な環境問題をめぐって日本の伝統的な宗教文化、特に神社神道が古来、日本列島の自然環境にどうかかわり、また近代から現代にかけての急激な社会経済の変化にどう対応してきたか、について個別事例の実証的調査を積み重ねようとするものである。初年度に当たる本年度は、まず基礎資料として昭和30年代から40年代にかけて文化庁宗務課が全国の社寺教会について実施した境内地調査の原票(東大・宗教研究室所蔵)から神社関係に抽出して、コンピューターにデータ入力するとともに、それに関連して各研究分担者が選択した諸地域での神社について、それぞれ実施調査を実施し、研究目的に沿う新たな知見を得た。薗田と茂木は、広島県内の広域調査を実施し、まず広島市内の原爆被災神社5社の復興において「鎮守の森」に当たる境内林の再生がその中心事業であることを確認する一方、近郊の大森八幡神社の県指定天然記念物であった広大な杉の境内林が最近の台風による甚大な被害で消滅したのも確認した。しかし他に、宮島の厳島神社、西城町の熊野神社、府中市の甘南備神社をはじめ福山市、新市町、庄原市などの諸社を踏査し、それぞれ古代以来の風土祭祀あるいは家郷祭祀と環境保全との関連を確認することができた。また両者は、鹿児島県の屋久島における20社のほどの神社の予備調査を行い、その山岳信仰と各社との立体的な風土・家郷祭祀が変化に晒されつつ伝承されていることの知見を得ている。桜井治男は、和歌山県・三重県の熊野那智大社や尾鷲神社など数社を踏査し、また京都府宇治田原町の三社、兵庫県姫路市の射楯兵主神社などの祭祀調査においてそれぞれ地元の自然風土と神社祭祀との関連を調査した。石井研二は、基礎資料のデータ入力に当たる一方、東京都内の諸社を実地踏査して、大都市内の神社林保全ないし育成の歴史や現状につき実証的な知見を獲得した。平成7年度は、境内林に関するデータベースの作成と地域調査の継続を行った。・境内林調査全国8万余の神社の境内地に関するデータベースを作成を継続した。初年度に収集した資料をデータベース化を行った。全体的に資料を踏まえた上で、前年度に続いて、個別の神社の実態調査を行う。データベース作成の指揮は石井が行った。

神社本庁の許可により、全国神社の境内地の財産処分記録を閲覧し、境内地の利用状況に関するデータベースを作成した。・地域調査初年度に続いて、東京都23区の神社の調査を行うとともに、対馬・三重(伊勢)・東京での調査研究を行った。今年度はとくに貴重な自然的環境と文化が存する対馬のインテンシブな調査を行った。数度にわたり現地を訪れ、面談調査、文献の収集など調査研究を行った。東京に関しては、対馬とは逆の環境状態を想定し、自然が失われていく中で、自然との関わりを強く保有してきた神道の変容の問題を具体的に調査研究した。これらの調査研究の成果を踏まえて、平成7年11月に開催された神道宗教学会の学術大会において、代表者以下すべての分担者が、環境問題と宗教に関わるテーマについて発表を行った。理論的研究として、平成六年度より収集した環境問題関係の文献とくにエコロジー論と宗教的シンポリズムとに関連する内外の研究を参考にした環境と宗教との関わり方を考察する中で、神社や神道がなぜ、いかにして自然と生活社会との親和的な関係を維持せしめてきかを比較論と構造論の両面から検討を行った。また、報告書を作成するために、あるいは調査結果を補完するために、改めていくつかの地点の実態調査を行った。薗田稔は奈良県と埼玉県の神社を環境の問題を調査し、櫻井治男は新潟県の神社の形成過程と環境の問題を調査研究した。茂木栄は広島県と愛知県の神社の祭祀の現状と変容を探った。石井研士は東京都の神社の実態に関する補完調査を行った。
酵母を用いた新規機能修飾物質のスクリーニング系の開発

Rho低分子量G蛋白質はアクチン細胞骨格系を制御することが知られており、Rho-アクチン系の異常は、がん細胞の浸潤、転移をはじめ種々の病態に関与していると考えられている。したがって、Rho-アクチン系に関与する蛋白質の機能修飾物質が、これらの病態の診断薬や治療薬に用いられる可能性が高い。また、出芽酵母では、Rhoは細胞壁合成に関わるグルカン合成酵素の活性も制御している。したがって、Rho-アクチン系の研究は抗真菌剤の開発にも役立つと期待される。本研究では、Rhoの標的蛋白質であるBNI1の作用機構について解析し、BNI1がアクチン系、また微小管系も制御するオーガナイザーであることを明らかにしてきた。すなわち、BNI1の変異株では細胞質微小管の方向が異常となって核の分配の方向が乱れることを明らかにした。また、Rhoからアクチン細胞骨格へのシグナル伝達経路が明らかにされるにつれ、アクチン依存モーターであるタイプI型ミオシンがアクチン系の制御に重要な役割を果たしている可能性が出てきた。そこで、タイプI型ミオシンに結合する新規の蛋白質としてMTI1(Myosin tail domain interacting protein)を単離した。MTI1は、SH3ドメインとproline-richなドメインを有する新規アダプター蛋白質である。一方、Wiskott aldrich-syndromeの原因遺伝子がコードするWASPに結合する蛋白質WIP(出芽酵母ではVRP1)が、タイプI型ミオシンを正に制御することが明らかにされている。本研究で、MTI1がVRP1とantagonisticに作用することにより、アクチンのポリメリゼーションを負に制御している可能性が高いことを明らかにした。(投稿準備中)このように、酵母アクチン系の制御の新しい側面を明らかすることに成功し、新規機能修飾物質のスクリーニング系の開発の基礎部分を終了することができた。以上のように、本研究は着実に進展させることができた。がん細胞の浸潤や転移において、Rho低分子量GTP結合タンパク質やアクチン細胞骨格を介するシグナル伝達経路の異常が重要な役割を果たしている可能性が出てきている。一方、薬剤のスクリーニング系の開発には、培養が比較的簡単である微生物が有用である。本研究では、出芽酵母のRhoやアクチン関連蛋白質の遺伝子変異株を用いて、あるいは、出芽酵母において動物細胞のRhoやアクチン関連蛋白質の遺伝子の発現系を構築し、Rhoとその関連蛋白質の機能修飾物質のスクリーニンング系の開発を試みた。これらの目的を達成するためには、Rhoの活性制御機構と作用機構を明らかにすることが重要であり、私共は本研究において以下の成果を得た。(1) Rhoの作用機構の解析:私どもはRhoの標的蛋白質としてフォルミンファミリーに属するBNI1とBNR1を単離している。BNI1と遺伝的に相互作用する遺伝子を単離し、ダイニン微小管モーターを制御するダイナクチンのコンポーネントの遺伝子変異を同定した。この成果は、BNI1が微小管系の機能も制御することを示している。また、BNR1がSMY1キネシンモーター様タンパク質と相互作用し、細胞の極性形成を制御することを明らかにした。(2)酵母における、Rho関連の動物遺伝子発現系の構築:Rho関連の動物遺伝子であるRhoA、Rho GDI、等々を酵母細胞に発現させ、Rho系の機能修飾物質のスクリーニング系を構築した。

Rho低分子量G蛋白質はアクチン細胞骨格系を制御することが知られており、Rho-アクチン系の異常は、がん細胞の浸潤、転移をはじめ種々の病態に関与していると考えられている。したがって、Rho-アクチン系に関与する蛋白質の機能修飾物質が、これらの病態の診断薬や治療薬に用いられる可能性が高い。また、出芽酵母では、Rhoは細胞壁合成に関わるグルカン合成酵素の活性も制御している。したがって、Rho-アクチン系の研究は抗真菌剤の開発にも役立つと期待される。本研究の過程において、Rhoからアクチン細胞骨格へのシグナル伝達経路が明らかにされるにつれ、アクチン依存モーターであるタイプI型ミオシンがアクチン系の制御に重要な役割を果たしている可能性が出てきた。そこで、本研究では、タイプI型ミオシンに焦点を当てて解析を行い、タイプI型ミオシンに結合する新規の蛋白質としてMTI1(Myosin tail domain interacting protein)を単離した。MTI1は、SH3ドメインとproline-richなドメインを有する新規アダプター蛋白質である。一方、Wiskott aldrich-syndromeの原因遺伝子がコードするWASPに結合する蛋白質WIP(出芽酵母ではVRP1)が、タイプI型ミオシンを正に制御することが明らかにされている。本研究で、MTI1がVRP1とantagonisticに作用することにより、アクチンのポリメリゼーションを負に制御している可能性が高いことを明らかにした。(投稿準備中)さらに、タイプI型ミオシンの変異を抑圧する新規遺伝子として2種類の遺伝子を単離し、現在解析中である。このように、酵母アクチン系の制御の新しい側面を明らかすることに成功し、新規機能修飾物質のスクリーニング系の開発の基礎部分を終了することができた。。以上のように、本研究は着実に進展させることができた。
ゲムシタビンによるDNAダメージ修復経路を抑制するRRM1阻害の機能解析

悪性度が高く予後不良な膵臓癌の治療戦略として、抗がん剤による化学療法で腫瘍を縮小させるだけでなく、微小病変を制御し有効的な根治的外科的切除へと導く集学的治療が有用であると考えられ、新規抗がん剤の開発が重要である。現在の膵癌治療のキードラッグであるゲムシタビンが細胞死を誘導する詳細な分子生物学的メカニズムに関してはいまだ明らかとなっておらず、ゲムシタビンのDNAダメージを増強させるメカニズムの解明と新規治療薬への応用を目標としている。膵臓癌におけるゲムシタビンの腫瘍感受性を増強させ、ゲムシタビンを基軸とした多剤抗がん剤による有効的な治療戦略を樹立する。本研究ではリボヌクレオチドレダクターゼに関連したRRM1遺伝子に着目し、RRM1機能抑制の膵臓癌における新規治療薬としての有用性の立証を目標とした。膵臓癌におけるRRM1遺伝子の生物学的意義の解明や、基礎解析によるRRM1遺伝子を細胞増殖能やアポトーシスなど細胞死などの詳細な解析に加え、さらには細胞死に至る詳細なメカニズムの解明する。最終的にはRRM1遺伝子を機能的に抑制するリボヌクレオチドリダクターゼ阻害剤を用いたin vivo、in vitro解析を行い臨床応用への検証を行う。ゲムシタビン+リボヌクレオチドリダクターゼ阻害剤併用による治療はゲムシタビン感受性を増強し治療効果が向上するだけではなく、副作用を軽減する可能性がある。最終的にはゲムシタビン+リボヌクレオチドリダクターゼ阻害剤の新規膵臓癌抗がん剤レジメンとしての臨床的な有用性の立証が本研究の目標である。膵臓癌手術症例約120症例におけるRRM1遺伝子を免疫組織染色によりRRM1遺伝子発現解析はすでに施行し、RRM1発現陽性膵癌では生存予後が有意に低下することを見出した。基礎解析では膵臓癌細胞株を用いてRRM1遺伝子抑制により細胞増殖が抑制され、さらには細胞死が誘導されることをすでに明らかにしており、そのメカニズムとして細胞内のATPが減少し、細胞周期としてS周期における細胞周期停止をきたすことを明らかにした。またRRM1遺伝子抑制によるヒストンアセチル化低下が認められている。さらにはゲムシタビン投与下の膵臓癌細胞ではゲムシタビンに対し感受性を示さず耐性示す膵臓癌の細胞質のみRRM1の発現が上昇することを明らかにした。RRM1安定発現株を樹立し、RRM1発現上昇により細胞増殖能が上昇、また遊走能が亢進することを明らかにした。実験は順調に進展しており、各種実験を遂行する。具体的には、RRM1遺伝子が発現上昇した安定発現株を用いてマウス実験を行い、細胞増殖能への影響をin vivo解析にて評価する。リボヌクレオチドレダクターゼを抑制するハイドロキシウレア(HU)を用いて膵臓癌への細胞増殖能やアポトーシスなど細胞死などへの影響を解析し、細胞死に至る詳細なメカニズムを明らかにする。

具体的には、RRM1遺伝子が発現上昇した安定発現株を用いてマウス実験を行い、細胞増殖能への影響をin vivo解析にて評価する。リボヌクレオチドレダクターゼを抑制するハイドロキシウレア(HU)を用いて膵臓癌への細胞増殖能やアポトーシスなど細胞死などへの影響を解析し、細胞死に至る詳細なメカニズムを明らかにする。実験にかかる各種実験試薬代として使用する。
発話韻律の生成メカニズムに関する実験的及び発達的研究

実験的および発達的アプロ-チのそれぞれにおいて、次のような成果を得た。1.発話文生成に関わる時間的要因について:発話機能、発話者と対象の地位関係、親密度、発話内容の緊急度の4要因を用い、人工場面における発話生課題を与え、発話開始までの反応時間を測定する実験をおこなった。その結果、発話の語用論的機能、地位関係、親密度、発話の間接性と発話開始反応時間の間の関連を確認できた。そして、これらの要因の間に優位性の序列関係を考えなければならないことが確認できた。また、この実験で反応として得た発話文の適切性を別の被験者群に評定させたところ、適切さの判断には、特に社会的地位関係が効果を与えていることが見いだされた。発話の生成過程におけるプランニングの様相を示す知見といえる。2.発話生成メカニズムの計算モデル:これまでに得られている実験的知見をふまえて、発話韻律に相当する記号列を生成する記号計算モデルをLisp言語で作成した。協調的問題解決機構を用いて、語用論的環境と認知的環境から発話文へ与えられる制約を知識源と見なしながら統合する。発話の文法形式から決定される標準音声形がボトムアップに修正を受けながら、最終的な韻律形を提供する。音声形については語彙間の依存関係による修正と、語用論的環境からの制約による修正を実現している。3.発話韻律獲得の諸相:乳児の対人関係の発達に関する波型仮説を検証するために、新たなケ-ス研究をおこなった。このケ-スでも、質的な異なりをもつ段階が確認できている。
最小跡の構造と大域リーマン幾何

リーマン多様体の最小跡の構造に関して、最近、コンパクト曲面においては最小跡の長さが有限であることが分かり、Ambroseの問題が曲面の場合に肯定的に解決した。そこで、本研究では、最小跡の構造の研究を進めることを第1の目的とし、その結果を用いて大域のリーマン幾何に応用する事を第2の目的とした。最重要課題の最小跡までの距離関数のLipschitz性が、田中(分担者)との共同研究において、初度中に証明でき、現在印刷中である。この結果より、最小跡内に距離が定義でき、最小跡の幾何学の誕生を意味するものと思われる。そこで、最小跡に自然に定義される幾何構造は何かという問題が生じる。曲率を上から(または、下から)制限したAlexandrov空間ではないことが分かり、何らかの意味で全曲率が有限のような距離構造を定義し、考察することが期待される。C^∞級リーマン多様体の最小跡に、何らかのstratificationを示そうとする研究においては、作業仮説として、各最小点でのHausdorff次元未満のHausdorff測度零集合を除けば、最小跡がその次元の部分多様体となることを示すことに、極めて複雑な証明方法を用いては成功し(田中との共同研究)、簡略化することを検討中である。最小跡の構造と関係の深い距離関数の臨界値の集合に対して、3次元の場合にはルベーグ測度ゼロ(Sard型の定理)という結果まで昨年度中に得られ、1/2次元Hausdorff測度がゼロとなるまで拡張された(田中との共同研究)。この方法を用いると4次元の場合にルベーグ測度ゼロまで期待される。第2の目的では、Ambroseの問題の一般次元の解決には至らなかったが、Hadamard多様体のポロノイ領域の面の個数評価や、4次元凸多面体の最小跡のうち距離関数の臨界点を含む部分(essential cur locus)の構造は、比較的簡明であること等が分かった。また、非コンパクトの場合にいくつかの例に対して無限遠の理想境界を決定はされたが、無限遠点の最小跡を考察するまでには至らなかった。リーマン多様体の最小跡の構造に関して、いろいろな結果が知られているが、最近、コンパクト曲面においては最小跡の長さが有限であることが分かり、Ambroseの問題が曲面の場合に肯定的に解決した。そこで、本研究では、最小跡の構造の研究を進めることを第1の目的とし、更に、その結果を用いて大域のリーマン幾何に応用する事を第2の目的とした。本年度の最重要課題であった問題、「一般次元のリーマン多様体の最小跡がrectifiableになるか?」に関しては、田中(分担者)との共同研究においてC^3級リーマン計量のときに肯定的に解決された。しかも、最小跡までの距離関数のLipschitz性まで示すことができ、予想以上の結果が得られた。証明方針としては、既に示した第1共役跡までの距離関数のLipschitz性を用いて、第1共役跡とならない最小跡までの距離関数について、ほとんど至る所でその微分係数の評価が可能となったものである。現在、概ね論文をまとめ上げ、投稿準備中である。この結果により、最小跡内に距離を定義することができ、最小跡の幾何学の誕生を意味する。更に、何らかの曲率を持った距離構造の導入が期待され、今後の研究の継続と発展が望まれる。

「最小跡の面積(n-1次元Hausdorff測度)が無限大になるのは、いつか?」という問題に対しては、上の結果から、C^3級リーマン計量では面積有限となり、C^2級計量では面積無限大となる例を構成できることが分かった。例の構成は極めて複雑であり、現在、詳細を検討中である。また、無限遠点の最小跡の定義とその構造の研究にも上述のLipschitz性が有用と思われ、今後の研究が待たれる。第2の目的に関しては、一般次元のAmbroseの問題の解決が期待されるが、現在の所、Lipschitz性を用いての部分的解決を模索している。また、一般には、反例が存在するのではと思われ、その構成を検討している所である。また、上述の結果より、新たに「距離関数の臨界値の集合が測度ゼロとなるか?(Sard型の定理)」という問題が考えられ、肯定的な解決が期待される。これに対しては、証明方針が得られ、現在、詳細な部分の検討中である。リーマン多様体の最小跡の構造に関して、最近、コンパクト曲面においては最小跡の長さが有限であることが分かり、Ambroseの問題が曲面の場合に肯定的に解決した。そこで、本研究では、最小跡の構造の研究を進めることを第1の目的とし、更に、その結果を用いて大域のリーマン幾何に応用する事を第2の目的としている。最重要課題である最小跡までの距離関数のLipschitz性は、田中(分担者)との共同研究において、昨年度中に証明することができ、本年度は論文にまとめ上げ、現在投稿中である。この結果により、最小跡内に距離を定義することができ、最小跡の幾何学の誕生を意味するものと思われる。そこで、最小跡に最も期待される幾何構造として、曲率を上から(または、下から)制限したAlexandrov空間が考えられるが、残念ながら、そうではないことが分かった。何らかの意味で全曲率が有限のようなものを距離構造のみからを定義し、考察することが期待される。C^∞級リーマン多様体の最小跡に、何らかのstratificationを示そうとする研究においては、まず、3次元球面の場合に試みた。概ね、最小跡のstrataの境界がフラクタルにはならないことを示せば良いが、まだ完全とは言えない。また、次の作業仮説として、各最小点でのHausdorff次元未満のHausdorff測度零集合を除けば、最小跡がその次元の部分多様体となることを示すことを考えている。最小跡の構造と密接な関係にある距離関数の臨界値の集合が3次元の場合に測度ゼロとなる(Sard型の定理)が示された(田中との共同研究)。更に、一般次元での解決を目指している。第2の目的に関しては、一般次元のAmbroseの問題の解決が期待されるが、一般の場合の反例の構成を検討している。また新たに、Hadamard多様体のボロノイ領域の面の個数評価がえられた。この場合のボロノイ領域の境界は、n点の最小跡と一致することを用いて、ユークリッド空間と負定曲率空間のボロノイ領域の面の個数評価より、Hadamard多様体のボロノイ領域の面の個数評価を行ったものである。そこで、本研究では、最小跡の構造の研究を進めることを第1の目的とし、その結果を用いて大域のリーマン幾何に応用する事を第2の目的とした。
パーキンソン病に対するカプセル化神経幹細胞移植：ｐｏｓｔ－ＤＢＳ時代を見据えて

カプセルから効率よく栄養因子を分泌させるには、カプセルに封入する細胞の生存効率を上げる必要があると考え、GDNF pre-treatmentが神経幹細胞の生存効率を上げるか検討した。in vitroでは、虚血環境下において、GDNF pre-treatmentはアポトーシス細胞数の有意な減少をもたらした。また、パーキンソン病モデルラットを作成しGDNFpre-treatmentを行った神経幹細胞を移植したところ、有意に良好な移植細胞の生存が確認できた。以上よりGDNFpre-treatmentはアポトーシスを抑制し神経幹細胞の生存効率の向上をもたらすと考えられた。脳深部刺激療法(Deep Brain Stimulation;DBS)は、現時点で、我々脳神経外科医がパーキンソン病患者さんのADL向上に貢献できる外科的介入手段である。しかし、その適応にあてはまらず、長い闘病期間と共に症状が進行し、日常生活がままならない患者さんが多数存在するのも事実である。また、DBS導入後の長期経過が判明するにつれて、DBSの限界というものも見えてきた。本研究ではパーキンソン病に対するpost-DBS時代を見据えた新時代のカプセル化幹細胞移植とはどうあるべきか検討することを目的としている。平成23年度は、カプセルから効率よく目的の栄養因子を分泌させるためには、カプセルに封入する細胞の生存効率を上げる必要があると考え、神経幹細胞をGDNFでpre-treatmentを行って移植した場合に生存効率が上がるかどうかをin vitro,in vivoにて検討を行った。in vitroではGDNFでpre-treatmentを行った後、OGD負荷をかけたところ、アポトーシス細胞数の有意な減少を認めた。また、medial for ebrain bundleに6-OHDAを投与してパーキンソン病モデルラットを作成しGDNFpre-treatmentを行ったNSCを移植したところ、移植された細胞の生存は、有意に良好であった。このin vivoの結論をin vitroのデータと併せて考察すると、GDNFによるpre-treatmentはアポトーシスを抑制することでNSCの生存効率の向上をもたらすものと考えられた。そしてその結果を英文誌上にて発表した。昨年に続き、平成25年度も、京都大学からマイクロカプセル化されたhuman由来のiPS細胞の提供を受け、パーキンソン病モデルラットへ移植した。このiPS細胞は、長時間のドパミン放出が可能となるように、HumanのiPS細胞に対してドパミンニューロンへの分化誘導をかけたのち、マイクロカプセル化されている。ただし、HumanのiPS細胞を用いるのであれば、将来の臨床応用を考えたとき、カプセル化技術を用いる必然性は乏しく、シナプス形成の点でもsingle cellの状態でそのまま移植する方が好ましいといえる。また一方で、我々がもつカプセル化技術でこのマイクロカプセルを封入して移植すれば、万が一のadverse effectが生じた際もすみやかな摘出が可能になる。以上の理由から、昨年に引き続き、マイクロカプセル化されたものを分解したaggregateの状態のもの、さらにsingle cell化されたものを、パーキンソン病モデルラットに移植し、細胞の生着を確認することとした。しかし、いずれの方法においても、従来我々が行ってきた動物モデルへの幹細胞移植と比較して、満足がいくほどの細胞生着が確認できなかった。細胞移植の目的はcell-replacement therapyであることを考えると、パーキンソン病にて障害されたドパミン神経を良好なドパミン分泌が確認されている細胞塊で置換することが好ましいといえるが、一方で、良好な細胞生着の観点からは、分化誘導がなされていない未分化な状態のものを用いることが好ましい、もしくは移植時のストレスにドパミン分化されたiPS細胞が弱い可能性が考えられ、この点は臨床応用において克服すべき問題点と考えられた。平成24年度は京都大学よりiPS細胞の提供を受け、PDモデルラットに移植した。今年度は、カプセル化幹細胞の状態で移植するものと、カプセル化されてない状態で移植するものを比較検討する予定であったが、臨床応用を考えると、人から人であるため、まずはカプセル化されていない状態で移植することとした。将来的にカプセル化されたものとの比較できるように、1カプセル2000個の細胞を50カプセルカプセルから分解してagrigateの状態で線条体に移植し組織を確認してみたが、期待するほどの細胞の生着を脳内で確認することができなかった。以前の幹細胞移植ではSingle cell状態で行っていたが、今回は全く新しい細胞ソースであり、かつagrigateの状態での移植ということが影響して、細胞のhandlingに関して最適な方法を見つけるべく実験を繰り返した。GDNFによるpre-treatmentが神経幹細胞の生存に有用であることを証明することができたため。さらにこの事実はカプセル化神経幹細胞の実験にも応用できると考えられるため。25年度が最終年度であるため、記入しない。共同実験でかつ我々にとってiPSは新しい細胞ソースということもあり、細胞のhandlingにあたり試行錯誤を繰り返したが、実験を繰り返す過程で脳内で確認できる細胞数が増えてきているため。

平成24年度は京都大学との共同研究でhuman iPS細胞からドーパミン神経を作成して、これをマイクロカプセル化し、パーキンソン病モデルラットへの移植を予定している。従来我々が行ってきたように、行動学的評価、組織学的評価に加えて、長期にわたりカプセル化されたドーパミン神経からドーパミンが効果的に分泌されているか確認の予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度も引き続き京都大学からiPS細胞の提供をうけ、パーキンソン病モデルラットへの移植を予定している。最適な移植時期についての検討:これまでの報告では、パーキンソン病モデルに対して、急性期に移植を行い治療効果を得たというものが多い。しかし、慢性期の移植で治療効果があるかどうかについては一定の見解を得るだけの報告がない。移植後、行動学的評価、組織学的評価を行い、急性期移植との比較を行う。移植後の治療効果持続期間についての検討:一定期間のみカプセル化神経幹細胞を移植し、その後抜去してその後の治療効果が維持されるか、もしくはどのように影響されるかについて検討する。統計学的データ解析を行い、学会発表・論文化を図る。
C型インフルエンザウイルスNS遺伝子産物の性状と機能

A型ウイルスでは、2つのNS遺伝子産物(NS1,NS2)のうち、NS2がウイルス粒子内に微量存在することが示されているが、NS1は終始細胞内にとどまる非構造蛋白とされている。昨年度我々は、C型ウイルスでは、NS2蛋白がウイルス粒子内に存在することを示す下記の成績を得た。1.発育鶏卵で増殖させ、酒石酸カリウム密度勾配遠心法により精製したC/山形/1/88株について、NS2に対するウサギ免疫血清をプローブとするウェスタンブロット法により解析したところ、NS2が精製ウイルス標品中に検出された。2.発育鶏卵で増殖させた他の分離株(Ann Arbor/1/50,山形/64,青森/74,奈良/1/86)でも同じ結果が得られただけでなく、MDCKやHMV-II細胞で増殖させたC/山形/1/88株中にもNS2が検出された。3.ラット赤血球への吸着能や抗HE単クローン抗体を結合させたprotein A-sepharoseへの結合能を利用して精製したウイルス粒子もNS2を含んでいた。4.密度勾配遠心法により精製したC/山形/1/88株粒子中に存在するNS2はTPCK-trypsin処理(200μg/ml,30分)に抵抗性を示し、エンベロープ内に存在すると推測された。本年度は、感染細胞の免疫沈降法でNS2とM1が共沈すること並びに精製ウイルス粒子のウェスタンブロット法の成績から、NS2が内部蛋白であるM1と結合していることを示唆する成績を得た。今回我々は、C型ウイルスでは、NS2のみならずNS1もウイルス粒子内に存在することを示す下記の成績を得た。1.発育鶏卵で増殖させ、酒石酸カリウム密度勾配遠心法により精製したC/山形/1/88株について、NS1とNS2に対するウサギ免疫血清をプローブとするウェスタンブロット法により解析したところ、NS2だけでなくNS1も精製ウイルス標品中に存在することが明らかになった。2.発育鶏卵で増殖させた他の分離株(Ann Arbor/1/50,山形/64,青森/74,奈良/1/86)でも同じ結果が得られただけでなく、MDCKやHMV-II細胞で増殖させたC/山形/1/88株中にもNS1とNS2の双方を検出できた。3.ラット赤血球への吸着能や抗HE単クローン抗体を結合させたproteinA-sepharoseへの結合能を利用して精製したウイルス粒子もNS1とNS2を含んでいた。4.密度勾配遠心法により精製したC/山形/1/88株粒子中に存在するNS1とNS2は双方ともTPCK-trypsin処理(200μg/ml,30分)に抵抗性を示し、両蛋白ともエンベロープ内に存在すると推測された。

3.ラット赤血球への吸着能や抗HE単クローン抗体を結合させたprotein A-sepharoseへの結合能を利用して精製したウイルス粒子もNS2を含んでいた。4.密度勾配遠心法により精製したC/山形/1/88株粒子中に存在するNS2はTPCK-trypsin処理(200μg/ml,30分)に抵抗性を示し、エンベロープ内に存在すると推測された。本年度は、感染細胞の免疫沈降法でNS2とM1が共沈すること並びに精製ウイルス粒子のウェスタンブロット法の成績から、NS2が内部蛋白であるM1と結合していることを示唆する成績を得た。
女性科学者育成のためのメンターマインドを養成するワークショップ・プログラムの開発

平成20年度、21年度に実施した「気づきのワークショップ」の結果を受けて、プログラム修正のためのアンケート調査を実施した。メンター制度を導入している機関とメンターの経験をもつ教員等を対象に各々調査した。メンター制度を設置している機関の数自体が少数のため、機関としてのまとまった経験を一般化するには無理があるが、概して、メンターになるための心得ともいうべき事柄を研修していることが分かった。メンター経験者からのアンケートでは、具体的な「相談」のやりとりに若干の不安が感じられていることが分かった。これらの結果を受けて、ワークショップでは、人間の関係性に気づくためのロールプレイを複数取り入れる改善を行った。また、ワークショップの内容に入る前に、リラックスするためのゲームを取り入れることとした。一般には、科学者育成の場にいる人々は「講演型」のプログラムには親密であるが、「参加型」のプログラムには慣れていないため、リラックス・プログラムが必要と考えられる。また、メンターとメンティの関係性を深めつつ、しかし、癒着しないためには、人間の関係性についての理解及びメンター制度を設置する機関の管理体制が独立的であることも必要であるとした。科学者を目指す女子大学院生、若手女性科学者の育成、指導に資するメンターマインドとは何かを明らかにするため、二つの調査研究を実施した。一つ目は、すでにメンター相談を実施している、または実施予定の大学・機関を対象としたヒアリング調査である。二つ目は、メンターマインドを明らかにする量的調査を設計するための質問項目抽出を目的としたワークショップである。メンター相談の実施機関調査では、コーディネーター機能の重要性、メンター相談の必要性を周知すること自体が1課題であること、メンター相談の円滑な実施に関わって当該機関の規模が影響を及ぼすこと等が明らかになった。ワークショップは、(1)科学者を目指す女子大学院生、若手女性科学者(メンティ)を対象とした、メンターに求める内容を抽出するワークショップ、(2)メンター相談の経験をもっているメンターを対象とした、メンターに必要な資質を抽出するためのワークショップ、(3)上記二つのワークショップのすり合わせを行うワークショップ、の計3回、実施した。(1)のワークショップでは、メンターがもつべき資質ないしはメンター相談に望む要素として、カウンセリングマインド、ジェンダー視点、豊富な学問的、生活的な経験、具体例の提示、メンティが気付かない視点の提示などが挙げられた。(2)のワークショップでは、カウンセリングマインド、高い学識と生活経験、問題解決のための糸口や方法の提示、専門家のカウンセラーとの提携・協力が挙げられた。(3)のワークショップでは、メンティの要望とメンターの思いをすり合わせて整理し、量的調査の項目を抽出した。以上で抽出された項目を基に、アンケート調査(量的調査)票を作成し、予備調査を実施し、調査設計を行った。女性科学者育成のためのメンターマインドの形成について、昨年度実施したワークショップ等での調査結果を踏まえ、他領域で実施されているメンター相談の実情と比較し、「女性科学者」に固有な観点を導くための比較研究を行った。具体的には、公務労働の職場を比較の対象とし、女性が管理職に「就けない」「なりたがらない」理由についてインタビュー調査を重ね、当事者に対するアドバイスまたは支援についての有効策を探った。インタビューは男女別、年代別の6グループに対して実施し、インタビュー結果をまとめた冊子にし、さらにインタビュイーに冊子を基にして振り返りを行う座談会を開き、意見交換してもらった。その結果、子育てや家事等々の外的事情がもたらす困難だけが問題ではなく、むしろ、女性自身が持っているジェンダー意識が管理職指向を妨げていること、また、私的な事項については男女により受け止め方が相当に異なっていることの2点が明らかになった。したがって、これらの点を相対化するためのアドバイス等が必要であると考察した。以上の結果を前年度に調査した女性科学者を対象としたメンター・ワークショップと比較考察し、以下について指摘した。女性の上方指向の薄さは、女性科学者の固有性というより、女性の特徴と言った方がよく、この特徴が専門職指向につながっている。子育てや家事などの外的条件の問題解決について、現状では個別対応策の域を出ていない。共同的な解決または展望をもつことが重要である。女性同士のネットワーク形成の必要がある。
非線型波動場における時間大域的性質の解析

初期値問題の解に対する時間大域的性質の解析は偏微分方程式における基本的問題の一つである。本研究課題では、非線型分散型方程式および非線型双曲型波動方程式について、解の時間大域性について考察を行った。非線型分散型方程式については、初期値を具体的な関数に限定し、そのときの解の時間大域的性質を調べた。非線型双曲型方程式については、ある条件下において小さな初期値に対する時間大域性を示すための証明を、従来の研究結果から改善した(共同研究)。本年度は非線型双曲型波動方程式(系)に的を絞り、解の時間大域性についての考察を行った。具体的には、以下の通りである。前年度は、従来から知られていた空間次元が3の非斉次波動方程式の解の重み付き各点評価について、重みの一部から時間に関する部分を取り除けたことが成果の一つであった。これにより、空間次元が3で非線型項の次数が2の非線型波動方程式(系)の非共鳴項のうちで性質の良くないものの処理が従来より容易になり、小さな初期値に対する時間大域解の存在性の簡潔な別証明を与えることができた(共同研究)。これを踏まえて本年度は、上記の評価が得られた過程を再検討し、非斉次項に関して必要となる情報量(微分の階数)を減らす形で改善した。また、その証明において前年度から引き続いていた考察の不十分であった部分も補った(いずれも共同研究)。この結果は、外部領域上における非線型波動方程式(系)の初期値・境界値問題の小さな初期値に対する時間大域解の存在性の証明にも応用が見込まれるため、関連する文献の調査も行った。一方、上記の考察は3次元空間でのものであったが、この考察を2次元空間の場合にも行う準備を始めた。具体的には、2次元空間における非線型波動方程式(系)の解の時間大域性に関する文献の調査を開始した。次年度はこの件についての考察に努めたい。研究課題では非線型波動に的を絞り、解の時間大域性についての考察を行った。その一つとして、時間に依存する消散項を付した非線型分散型方程式について考察した。ここでは、初期値を平面波の重ね合わせと限定することにより(一般性は多少犠牲になるが)、特殊解の挙動を解析し、方程式の持つ性質を検討した。具体的には、非線型項が解を有限時刻で爆発させるような効果を持つ場合にも、非線型性に応じて消散項がある程度の大きさを持てば小さな初期値に対しては時間大域解が存在することが明らかになった。一方で、非線型性に応じて消散項がある程度小さいうちは、如何に初期値を小さくしようとも解は有限時刻で爆発するという結果も得られた。特に、ここで考えている方程式は非線型光学に基礎方程式として現れる非線型シュレディンガー方程式(ここでの消散項は損失項と呼ばれる)を含んでいることに応用面からの一つの意義がある。もう一つの成果として、空間3次元における斉次の波動方程式の解に対する重み付きの各点評価を得た(共同研究)。この評価は、非線型波動方程式(系)について、小さな初期値に対する時間大域解の存在を示すことに役立つ。本研究で得られた各点評価は、従来得られていたそれとは非斉次項に課す重みが異なる。それによって、非線型波動方程式(系)の小さな初期値に対する時間大域解の存在をより簡潔に示すことができるようになった。本年度は非線型双曲型波動方程式及び時間発展型のギンツブルグ・ランダウ方程式に対する解の時間大域性について考察を行った。まず、前年度は共同研究によって初年度に得られた空間3次元における斉次波動方程式の解の微分に対する重み付きの各点評価を改良したが、本年度はその改良の過程を見直し、空間2次元における斉次の波動方程式に対しても類似の結果が成り立つかを考察した。この考察において、いくつかの補助的な不等式を得ることができた。しかし、現時点ではこれを適用して問題を解明するところには至らなかった。これについては今後の研究課題としたい。さらに、上記の問題が肯定的に解決された場合、各次元での外部領域上における非線型波動方程式(系)の初期値・境界値問題の小さな初期値に対する時間大域解の存在性について考察することも、今後の課題としたい。また、初年度には初期値を平面波の重ね合わせとした場合の消散項を付した非線型分散型方程式の解が持つ性質を検討したが、本年度は非線型シュレディンガー方程式を念頭に置いた上で、初期値を上記同様に平面波の重ね合わせとして分散項の係数を複素数とした方程式(ギンツブルグ・ランダウ方程式)の解の挙動を考察した。

これについては、極めて限られた場合においてしか具体的な挙動を得られなかった。しかし、この方程式について最近の文献を見つけることができたため、これを手がかりに今後の研究を進めていきたい。偏微分方程式論非線型分散型方程式についての考察も行いたいが、非線型双曲型波動方程式に関する考察や文献調査にかかる期間が当初見込みより必要となったため。数理物理に現れる非線型波動のモデル方程式について、一般性を多少犠牲にしてでも解の(時間大域的)性質を探ることができているという点に加え、非線型双曲型波動方程式(系)についての共同研究も進んでいる点を考慮したため。前年度に引き続き2次元空間における非線型双曲型方程式(系)についての文献調査を行い、本年度までに得られた結果を用いたアプローチが適用できるかどうかを検討する。また、書籍等の購入や研究集会等への参加を通じて情報収集や議論を行う。今後は、本年度の共同研究により得られた斉次の波動方程式の解に対する各点評価を用いて、非線型問題へのさらなる応用を検討する。具体的には、外部領域上での非線型波動方程式(系)についての小さな初期値に対する解の存在時間の考察を行いたい。購入予定の書籍の在庫不備や出版時期の変更のため。また、学内業務等による出張旅程等の変更のため。引き続き当研究における情報収集のために、関連する書籍等を購入する(費用の面から電子版になる可能性もある)。ノート型コンピュータやコンピュータ周辺機器、コンピュータソフトウェア、文具等を購入する可能性がある。本研究で得られる成果を論文にて発表する場合には、別刷り費用も当研究費から支出する。また、学会や研究会に出席するための旅費や遠方の研究者と議論を交わすための旅費に充てる。当研究における情報収集のために、関連する書籍等を購入する(費用の面から電子版になる可能性もある)。また、コンピュータ周辺機器やコンピュータソフトウェア等の購入あるいは更新も予定している。本研究で得られる成果を論文にて発表する際、別刷りに料金が発生する場合も当研究費から支出する。
実時間多層有限要素解析と術中生体情報の融合による次世代低侵襲手術支援システム

当該研究は,腹腔鏡下手術を対象とし,申請者が有する実時間有限要素解析システム(neuroFEM)と,マルチモーダル内視鏡画像から得られる術中組織情報を融合することで,患者組織固有の形状・運動的機能・見えを精緻に再現可能な人体組織モデリング法の開発を目的とする.自動的に検出するシステムを開発している.このシステムは,画像内にある全ての対象物の識別・位置検出・セグメンテーションを行うMask R-CNNに基づく.Mask R-CNNは,一般物体データベースであるCOCOで事前学習を行っているネットワークを用いる.また,九州大学病院において行われた,5人の患者に対する内視鏡手術の動画から計1,361枚を選び,術具,ハサミ,持針器,その他の4クラスに分類した.各画像から術具領域を手動で抽出し,それを基にマスク画像を作成した.内視鏡手術と,それから得られるマスク画像の組をトレーニングデータとし,Mask-RCNNを学習させた.学習に用いていないデータをテストデータとして用いた実験で,持針器を除く術具,ハサミ,その他の3クラスは平均識別率が85.2--88.2%であった.一方,持針器は50%程度であった.これは,持針器を含むトレーニングデータが,他の3クラスに比べ極端に少なかったことが原因である.そのため.持針器を含むトレーニングデータ数を増やし,識別精度を上げることが今後の課題である.当該研究は,腹腔鏡下手術を対象とし,申請者が有する実時間有限要素解析システム(neuroFEM)と,マルチモーダル内視鏡画像から得られる術中組織情報を融合することで,患者組織固有の形状・運動的機能・見えを精緻に再現可能な人体組織モデリング法の開発を目的とする.平成28年度では,節点の挙動解析をボトムアップ的に統合し組織全体の変形を推定する,実時間多層有限要素解析システムm-neuroFEMを構築することを目的とし研究を実施した.有限要素解析では,対象体のボリュームモデルの各節点に,「隣接節点からの応力により,その節点が応力を周囲に発し移動する」物理現象を示す特性方程式をたてる.そして,全節点の特性方程式をまとめた行列式を解くことで,対象物の物理的挙動を解析する.この解析に着目し,人体組織を,節点ー領域(=節点の集合)ー組織全体(=領域の集合)の階層構造で表し,各層は,構成要素ごとにその挙動を推定するNN (Node Behavior Estimator: NBE)を有し,階層間を結合した大規模NNとして,m-neuroFEMを構築した.提案手法の有効性を検証するために,102個の節点からなる被殻のモデルを使ったシミュレーションを行った.具体的には,各節点ごとにNBEを構築し,102個のNBEを並列的に接続することで,ある外力が任意の節点に与えられた時,その外力による被殻全体の変形を推定するm-neuroFEMを構築した.そして,テストデータにおける被殻の変形と,m-neuroFEMの推定した変形の一致度(Dice Similarity Coefficient:DSC)を調べた.7例の変形の平均DSCは0.96であり,診断に利用可能な精度である0.8より高い結果が得られた.また,変位と応力を推定する処理時間は平均0.07[s]であり,実時間処理を実現できた.当該年度の目標であるm-neuroFEMの構築が達成できており,研究は順調に進展している.当該研究は,腹腔鏡下手術を対象とし,申請者が有する実時間有限要素解析システム(neuroFEM)と,マルチモーダル内視鏡画像から術中組織情報を融合することで,患者組織固有の形状・運動的機能・見えを精緻に再現可能な人体組織モデリング法の開発を目的とする.平成29年度では,前年度で構築した,実時間多層有限要素解析システムm-neuroFEMの更なる精度向上を図った.具体的には,m-neuroFEMの入力情報である,注目節点その隣接節点の変位と応力を一つのベクトルとして扱っていたものを,変位と応力それぞれ個別に特徴ベクトルを抽出し,得られた2ベクトルをまとめるような,m-neuroFEMの構造を開発した.脳内部構造の一つである,被殻の2次元メッシュモデル(大きさ:幅29[mm],高さ59[mm])の変形を推定する実験を行った.この実験では,非線形有限要素法で推定した変形データを真値とし,平成28年度および当該年度で開発したm-neruoFEM(以後,従来法および提案法)の推定精度を比較した.その結果,提案法による変位および応力の推定誤差は,3.2 ±1.4 [mm×1E-2]および1.5 ±1.2 [N/mm^2]であった.従来法は4.4 ±2.8 [mm×1E-2]および1.9 ±1.9 [N/mm^2]であったことから,提案法によりm-neuroFEMの精度向上ができたことを確認した.また,手術中の内視鏡画像から,術具をDeep Neural Network (DNN)によって自動的に検出するシステムを開発している.現在は2症例の動画を使ってDNNを学習し,学習したDNNを使って別の1症例の動画から術具を検出した結果,検出率は平均68%程度であった.

今後は,更なる検出精度向上が必要である.m-neuroFEMの推定精度が向上していることと,術中内視鏡画像からの術具検出システムは7割程度の検出精度であり今後もその精度を向上させる必要があるが,おおむね順調に進展している.当該研究は,腹腔鏡下手術を対象とし,申請者が有する実時間有限要素解析システム(neuroFEM)と,マルチモーダル内視鏡画像から得られる術中組織情報を融合することで,患者組織固有の形状・運動的機能・見えを精緻に再現可能な人体組織モデリング法の開発を目的とする.自動的に検出するシステムを開発している.このシステムは,画像内にある全ての対象物の識別・位置検出・セグメンテーションを行うMask R-CNNに基づく.Mask R-CNNは,一般物体データベースであるCOCOで事前学習を行っているネットワークを用いる.また,九州大学病院において行われた,5人の患者に対する内視鏡手術の動画から計1,361枚を選び,術具,ハサミ,持針器,その他の4クラスに分類した.各画像から術具領域を手動で抽出し,それを基にマスク画像を作成した.内視鏡手術と,それから得られるマスク画像の組をトレーニングデータとし,Mask-RCNNを学習させた.学習に用いていないデータをテストデータとして用いた実験で,持針器を除く術具,ハサミ,その他の3クラスは平均識別率が85.2--88.2%であった.一方,持針器は50%程度であった.これは,持針器を含むトレーニングデータが,他の3クラスに比べ極端に少なかったことが原因である.そのため.持針器を含むトレーニングデータ数を増やし,識別精度を上げることが今後の課題である.平成29年度以降では,開発したm-neuroFEMと,術中画像情報を組み合わせた,患者固有の運動的機能と見えのモデル化法の構築を目的として研究を進める予定である.また,立体内視鏡画像から復元した術中形状と,m-neuroFEMから推定される組織モデルの実時間非剛体位置合わせ法,およびその位置合わせ結果に基づき拘束条件を更新する手法を開発する.平成29年度に開発している術具検出法については,それに適したDNNの構造を求め,また術中立体内視鏡動画を多く集め,より多くの学習データを使ってDNNを構築する.また,立体内視鏡動画から臓器全体の形状推定とテクスチャマッピングを同時に行う方法を開発する予定である.当初高速内視鏡カメラを開発する予定であったが,研究を実施する上で重要な計算機が故障し,その修理に割り当てた.カメラ開発費と比べ修理費が少なかったため,次年度で高速内視鏡カメラを開発すべく繰り越した.(理由)当初高速内視鏡カメラを購入する予定であったが,実時間有限要素法を精度向上が急務であったため,それに必要な計算機やその周辺機器への購入に当てた.(計画)次年度では,高速内視鏡カメラを開発するための費用として使用する予定である.上述のように,次年度では高速内視鏡カメラを開発するための費用として使用する予定である.
DNA損傷に関わる年齢依存性発現分子の機能解析―法医学から老化医学への展開

本研究は、従前の成果を老化医学や臨床医学に波及させ、老年性疾患の治療や老化予防などの老化医学に貢献することを目的として実施する。申請者がこれまでに見出した新規遺伝子の機能解析により、この遺伝子の産物「M-LP」は、活性酸素が引き起こす核DNAおよびミトコンドリアDNAの損傷を軽減することが明らかとなった。老化の分子メカニズムは未だ解明されていないが、DNA損傷が老化や疾患の原因の一つであることは広く認められている。M-LPが持つDNA損傷抑制能は、老化の分子機構と密接に関連していると考えられ、老化の分子機構の解明、ミトコンドリア病、神経変性疾患などの治療法の開発へと発展する可能性がある。