hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
構造未知ファミリーに属する糖質分解・転移酵素のX線結晶構造解析

最終的に3種の新規な立体構造を決定することに成功し、それらの結晶化および結晶構造に関する国際誌への投稿論文を4報発表した(J.Biol.Chem.,Strcture, Acta Cryst)。また、研究成果を日本農芸化学会大会、応用糖質科学会などの国内学会で発表した。さらに、国際学会でも発表予定である。GH-54α-L-アラビノフラノシダーゼは、分解能約1.8ÅでMIR法により構造決定した。本構造は同ファミリーでは世界初の立体構造であり、触媒ドメインと糖質結合ドメインに分かれることが分かった。触媒ドメインは、既知の酵素とは大きく異なるフォールドを取っていたが、反応産物との複合体構造と変異体解析により、活性中心を特定できた。一方、糖質結合ドメインは基質の側鎖のみを認識することが明らかになり、このドメインの新規な構造・機能および存在普遍性から、新たな糖質結合ドメイン(CBM42)と認定された。現在、CBM-42の機能解析に関する投稿論文を準備中である。GT-36キトビオースホスホリラーゼの結晶構造は、1.6Å分解能でMAD法により決定した。本構造も、同ファミリーでは世界初の立体構造であった。また、基質との複合体構造から、反転型加リン酸分解酵素の反応機構が解明された。本酵素の立体構造と反応機構は、数種の糖加水分解酵素と有意な相同性を示すことが明らかになったために、GT-36は糖転移酵素群から糖加水分解酵素群の新たなファミリーであるGH-94に再分類されることが決定した。さらに、同ファミリーに属するもう一つの酵素(セロビオースホスホリラーゼ)も、分解能2.1ÅでMR法により立体構造を決定し、活性中心の詳細を明らかにした。現在、これらの酵素の基質特異性の変換を目指した変異体を作成中である。研究初年度である本年度終了時点の現在で、すでに3種の新規な立体構造を決定した。そのうち1種に関しは、国際誌への投稿論文が印刷中となっており、あと1種に関しても論文を投稿中である。GH-54自麹菌由来α-L-アラビノフラノシダーゼは、Pichia酵母で発現させたタンパク質を用いてさまざまな結晶化条件を検索した結果、分解能約1.8Åまで反射が出る良好な結晶を得ることに成功し、重原子多重同型置換法で構造決定に成功した。本構造はGH-54ファミリーでは世界初の立体構造であり、触媒ドメインと糖質結合ドメインに分かれることが分かった。触媒ドメインは、既知の糖質加水分解酵素とは大きく異なるフォールドを取っていたが、反応産物であるアラビノースとの複合体構造と各種変異体の解析により、活性中心を特定できた。一方、糖質結合ドメインは基質の側鎖のみを認識することが明らかになった。本酵素の結晶化に関する成果は、Acta Crystallographica誌に投稿中である。GT-36Vibrioproteolyticusキトビオースホスホリラーゼの結晶構造も、セレノメチオニン置換体による多波長異常分散法で解明することに成功した。本構造も、GH-36ファミリーでは世界初の立体構造であった。また、基質との複合体構造から、これまで明らかになっていなかった反転型加リン酸分解酵素の反応機構を解明できた。本酵素の立体構造と反応機構は、数種の糖加水分解酵素と有意な相同性を示すことが明らかになったために、糖質関連酵素の分類を行っているB.Henrissat博士と討論した結果、GT-36は糖転移酵素群から糖加水分解酵素群の新たなファミリーであるGH-94に分類し直されることが決定した。本研究成果をまとめた投稿論文は"Structure"誌にアクセプトされ、現在印刷中である。さらに、もう一つのGT-36ファミリーの酵素である、Cellvibrio gilvusセロビオースホスホリラーゼの結晶化にも成功し、分解能2.1Åの反射データを収集し、分子置換法により立体構造を決定した。現在、構造の精密化を行っている。今後も、新規ファミリーに属する糖質関連酵素の構造解析を進める予定である。

本酵素の立体構造と反応機構は、数種の糖加水分解酵素と有意な相同性を示すことが明らかになったために、GT-36は糖転移酵素群から糖加水分解酵素群の新たなファミリーであるGH-94に再分類されることが決定した。さらに、同ファミリーに属するもう一つの酵素(セロビオースホスホリラーゼ)も、分解能2.1ÅでMR法により立体構造を決定し、活性中心の詳細を明らかにした。現在、これらの酵素の基質特異性の変換を目指した変異体を作成中である。
ES細胞を用いた歯の再生法の開発および歯の幹細胞の単離

私たちは、ES細胞から歯を作る方法の開発および歯の幹細胞の単離を試みた。Msx1およびMsx2発現細胞をEGFPおよびDsRedで識別できるようにしたES細胞を用いて細胞をヌードマウスの皮下に移植し奇形腫を形成させた。蛍光顕微鏡下で奇形腫内で上皮にMsx2、その周囲の間葉組織にMsx1の発現が認められる部分を捜す。この様なMsx1およびMsx2の発現パターンを示す組織は歯胚組織である可能性が高いので、この部分を取り出して腎被膜下に移植し、さらに発生を進めたが、歯を形成させることはできなかった。そのため、別の方法を考えた。すなわち、歯は神経堤細胞由来であるので、ES細胞を神経堤細胞に分化させ、この神経堤細胞を発生中の歯上皮組織と3次元共培養することで歯に分化誘導させるというものである。神経堤細胞に分化したES細胞の識別のために、神経堤細胞のマーカー遺伝子であるconnexin43のpromoterにEGFP遺伝子をつないだトランスジェニックマウスを作成し、このマウス胚からES細胞を樹立した。このES細胞を分化誘導すると緑色蛍光を発する神経堤細胞を得ることができた。現在、ES細胞から分化させることに成功した神経堤細胞と歯上皮組織との3次元共培養を行い、歯胚組織の分化誘導を試みている。歯の幹細胞の単離については、Hoechst33342染色によるSP細胞の存在を胎生11日頃から胎生18日頃までの時期の下顎の歯胚組織で調べたが、見出せなかった。1.発生時の歯胚組織を利用してES細胞を歯胚組織に誘導する方法の検討LacZレポーター遺伝子を導入したES細胞を樹立した。このES細胞をLIFを含まない培地で培養し、胚様体を形成させた。胚様体細胞を胎生期のマウス下顎歯胚領域の組織と共培養して、ES細胞が歯胚のどの組織にどの程度分化誘導されるか調べているところである。今後、ES細胞が歯胚組織に分化したと考えられる組織をマウス腎被膜下に移植し、さらに発生を進め、歯がどの程度形成されるか組織学的に調べる予定である。2.奇形腫を利用してES細胞から歯胚組織を作る方法の検討Msx1プロモーターに蛍光蛋白であるEGFP(enhanced green fluorescent protein)の遺伝子をつないだプラスミドとMsx2プロモーターに同じく蛍光蛋白であるDsRedの遺伝子をつないだプラスミドを導入したES細胞を樹立した。このES細胞をヌードマウスの皮下に移植し、奇形腫を形成させ、蛍光顕微鏡下で奇形腫内でMsxl、Msx2の発現が認められる組織を調べた。数ヶ所にMsx1、Msx2の発現が認められたが、どれが歯胚組織であるのか、組織を生かした状態で判別できる方法を確立しないと、その後の腎被膜下移植実験が進められないことが明らかになった。現在、この問題を解決しようと試みているところである。
知的障害者のサルコペニア予防に向けた筋機能の個人差の解明と介入プログラムの開発

知的障害者は、運動器・運動能力の脆弱化が一般人よりも早く現れ、要介護状態に陥る。ゆえに、知的障害者は筋機能低下への対策を若・中齢期から行う必要がある。だが、その方策を立てる根拠が乏しい。例えば、知的障害者の筋機能の個人差とその要因については明らかでない。また、知的障害者を対象にした先行研究ではマシンを使ったトレーニングが主であるが、福祉現場での応用が難しい。本研究では筋機能に影響を及ぼす筋量、神経系のはたらき、筋内の非収縮組織の割合に着目し、成人知的障害者の筋機能の個人差の要因を明らかにする。また、その結果に基づいて、成人知的障害者向けに、福祉現場でも応用可能な介入プログラムを開発する。
兵庫県の異体系アクセント接触地域におけるアクセントの動態に関する社会言語学的研究

平成14年度は、東京式アクセントと垂井式アクセントが接する地域を含む、JR山陰本線鳥取-和田山間(鳥取県鳥取市、岩美郡福部村・岩美町、兵庫県美方郡浜坂町、同城崎郡香住町・竹野町・城崎町・日高町、同豊岡市、同養父郡養父町、同朝来郡和田山町で調査を実施した。調査の概要は下記の通りである。調査語彙:2拍名詞22語、3拍名詞3語調査地点:23(JR山陰本線鳥取-和田山間の全駅:23地点のうち兵庫県は18地点)調査時期:平成14年9月話者:各地点とも男性(高年層・中年層・低年層)・女性(高年層・中年層・低年層)合計138人調査者:都染直也および甲南大学学生調査の結果は現在分析中であるが、グロットグラム(地理年代分布図)の形式でまとめ、地域差のみならず、年齢層によるアクセントの動態についても明らかにしたい。なお、録音資料は研究代表者(都染)が一人で聴取している。しかしながら、上記調査が語彙・音声項目をも含んでいるため、録音資料の中からアクセント項目のみを抜き出した資料(最終的にはデジタルファイル化する)を作成中である。語彙項目等においては明確に地域差や年層による変化が見られ、アクセント項目との対照にもとづく分析を行なう。平成13年度の調査結果についてはr兵庫県飾磨郡宍粟郡姫路市接境地域言語地図』として刊行したが、平成14年度はその言語地図資料をもとに「兵庫県における垂井式アクセント・低進式アクセントについて」(『甲南大学紀要文学編125』)として報告した。平成14年度は、京阪式アクセントと垂井式アクセントが接する兵庫県飾磨郡夢前町・同宍粟郡安富町・姫路市林田町で予備的調査を実施した。調査の概要は下記の通り。調査語彙:2拍名詞22語、3拍名詞3語調査地点:104(夢前町71地点、安富町17地点、林田町16地点)話者:各地点高年層男性1名調査者:都染直也および甲南大学学生調査の結果明らかになったことは次の点である。(1)夢前町には「京阪式アクセント」「垂井式アクセント」が分布する。その分布の概略は、町役場のある前之庄地区、東南部、及び南西部が「京阪式アクセント」、北部及び北西部が「垂井式アクセント」である。なお、旧菅野村地域では、北部が「垂井式」、南部が「京阪式」で、この境界は当時からの小学校校区(北:上菅小学校、南:菅野小学校)と一致することが分かった。(2)安富町・林田町は全域が「垂井式アクセント」である。(3)調査語彙の中で2拍名詞5類の語が少なかったために、3町内での「垂井式アクセント」の相違(いわゆるA型B型C型)については明白にすることができなかったが、「無い」のアクセント型については「夢前町[●●]VS安富町・林田町[●○]」という対立を確認した。調査結果の一部については、言語地図を作成し、他の語彙項目とともに刊行した。
和同開珎の生産と流通をめぐる総合的研究

本年度も奈良文化財研究所が公開する古代地方官衙関係遺跡データベースと、古代寺院遺跡データベースを利用して、旧国単位に作成した国郡図に官衙関連遺跡と古代寺院跡の分布図を作成し、和同開珎出土遺跡と官衙関連遺跡の分布を比較対照する検討作業を継続した。北陸道の和同開珎出土遺跡の分析をもとに、北陸道の和同開珎出土遺跡の分布図と官衙・寺院分布図を重ね合わせたところ、両者はほぼ重なり、和同開珎が北陸道に沿う官衙関連遺跡を中心に分布する傾向が明らかになった。さらに両者は、在地の有位者の存在を示す銅製帯金具の分布とも重なり、畿外の銭貨出土が、官道沿いの官衙関連遺跡や地方官人の居宅に集中する傾向を把握することができた。これにより、地方における和同開珎の流通が、郡司層級豪族の手を媒介に進行した可能性と、文献史料から知られるように、調庸運脚夫や役民の帰郷対策として、銭貨(軽貨)を交換手段とする交易が駅路沿いに展開した可能性が明確になった。次に、『日本古代貨幣関係史料集稿ー出土木簡編』の刊行に向けて、奈良文化財研究所の木簡データベース「木簡庫」から銭貨関係の木簡を検索し、資料の原稿化と編集作業を進めた。また、2016年に奈良文化財研究所HP上で公開した「和同開珎出土遺跡データベース」に、研究代表者が執筆した和同開珎に関する主要論文4篇を追加掲載した。平成31年3月8・9日には、研究集会「和同開珎の生産と流通をめぐる諸問題」を開催し、和同開珎の在地における流通、近江国の銭貨流通、鋳銭司の発掘調査成果について、15名の研究者に研究報告を依頼し、参加者全員で討議と意見交換を行った。前年度申請により、本年度から研究計画の再構築が認められたため、地方官衙関連遺跡に関する膨大な資料の整理と分布図の作成を計画的に推進することが可能になった。あわせて『日本古代貨幣関係史料集稿ー出土木簡編』刊行に向けた編集作業も順調に進み、次年度刊行の目途が立った。また、懸案の研究集会をようやく開催することができ、古代貨幣史研究者による最新の研究成果の発表と討議を通して、研究の到達点が明確になった。今後は、銭貨を交換手段とする交易が駅路沿いに展開したとする仮説を補強するために、銅製帯金具の出土分布図と官衙関連遺跡・寺院分布図の作成を全国規模で進める予定である。また作成した分布図を可能な限り早期に公表したいと考えている。次年度には『日本古代貨幣関係史料集稿ー出土木簡編』を刊行するとともに、研究集会の記録集の刊行に向けた編集作業に着手する予定である。

次年度には『日本古代貨幣関係史料集稿ー出土木簡編』を刊行するとともに、研究集会の記録集の刊行に向けた編集作業に着手する予定である。研究発表著者名:松村恵司論文標題:「北陸道出土の和同開珎ー畿外の銭貨流通を考古学から探るー」雑誌名:『和同開珎の生産と流通をめぐる諸問題』研究報告資料集発行年:2019年
生体外異物代謝におけるグルクロン酸抱合の進化と細胞内デリバリーに対する機能解明

当該研究では、比較生物学・系統解析により、脊椎動物におけるグルクロン酸抱合酵素(UGT)の種差を明らかにする事で、その生体内での役割と分子メカニズムについて解明することを試みた。その結果、UGT1A6活性が低いと報告されていたネコ以外にも、鰭脚類で極めてその活性が低い事が明らかになった。更に、ネコやアザラシではUGT1Aに加えUGT2B活性が低く、偽遺伝子化している事が示唆された。この結果から、グルクロン酸抱合は哺乳動物にとって極めて重要な解毒反応であると共に、欠損している動物では化学物質にとってのハイリスクアニマルであることが示唆された。当該研究では化学物質がグルクロン酸抱合後、細胞内で特定の輸送因子と結合し、デリバリーされると仮説を立てている。内因性・外因性を問わず、数千の化学物質がグルクロン酸抱合を受け細胞外に排泄されている事を考慮すると、その輸送因子の同定は重要である。当該研究では、分子間相互作用解析とプロテオーム解析により、その因子の同定を行う。また、当該研究では、比較生物学・系統解析で種間比較を行い、異物代謝における一般化を図る。2015年度は、主に比較生物学・系統解析によりグルクロン酸抱合酵素(UGT)の種差を明らかにした。哺乳動物では、異物代謝第II相反応におけるグルクロン酸抱合の寄与は大きい。しかし、異物代謝において何故グルクロン酸が用いられるようになったのか、未だ比較生物学的・進化学的解析は行われていない。そこで当該研究では、UGT活性が低いと報告されている食肉目を中心に新鮮肝を採取し、肝ミクロソーム画分を用いた代謝活性試験を行った。その結果、従来までUGT1A6活性が低いと報告されてきたネコ以外にも、キタオットセイやカスピカイアザラシなどの鰭脚類で極めてその活性が低いことが明らかになった。また、遺伝子構造解析であるシンテニー解析を行った結果、これらの動物では、UGT1A6に加え、UGT1A7や9等、異物代謝に関与するUGTに欠損が生じていることが明らかになった。更に、ステロイド代謝や種々の薬剤の代謝に関与するUGT2 familyでも同様に代謝活性を測定したところ、ネコでUGT2B活性が非常に低活性であるなど、大きな種差が観察された。今年度得られたこれらの知見は、脊椎動物において、何故グルクロン酸が異物代謝系として選択・進化してきたのかを理解するうえで重要な知見となった。当該年度は、計画通りグルクロン酸抱合の起源と機能を進化学的・比較生物学的アプローチにより解明を試みた。困難が予想された種々の生物からの新鮮肝(動物の死後数時間以内に液体窒素により瞬間凍結した肝臓片)の入手が計画通り進行し、これまで不明であった食肉目のUGTの生体内での機能が推定できた。一方、グルクロン酸抱合体の細胞内輸送システム(デリバリーシステム)の解明は、準備中であり、2016年度に実施する。H28年度は、特に比較生物学・系統解析によりグルクロン酸抱合酵素(UGT)の種差を明らかにした。UGTはスーパーファミリーを形成しており1ファミリーと2ファミリーに大別され、更に1A,2A,2Bサブファミリーに分けられる。その中でも肝での異物代謝に1Aと2Bサブファミリーが主に関与していると考えられている。先行研究で、ネコ科動物ではUGT1A6の偽遺伝子化により、アセトアミノフェン等の薬物代謝能が低く、アザラシ等の鰭脚類でも同様の傾向が確認されている。一方、2Bサブファミリーは非ステロイド抗炎症薬やオピオイド系化合物等の薬物や性ステロイドの代謝に重要であり、更にはPCBなどの環境化学物質の代謝にも関与することが示唆されている。しかしながら、UGT2Bに関する動物種差の研究報告は乏しく、特にネコ科動物や野生動物のデータはほぼ存在しない。そこで本年度はUGT2Bサブファミリーに注目し、その動物種差を解明した。その結果、イヌでは複数のUGT2B分子種が存在し肝臓において高い活性を持つことが示唆された。一方でネコではUGT2B活性が低く、分子種は数が少ないもしくは偽遺伝子化している可能性が示唆された。さらには鰭脚類でもUGT2分子種数が少なく、特にアザラシ科に属するゼニガタアザラシやカスピカイアザラシでは顕著な低活性が確認された。この結果はUGT1A6の偽遺伝子化と合わせ、ネコ及び一部の鰭脚類のUGT活性が全般的に低いことを示している。このことは、アセトアミノフェン同様にネコ科動物や鰭脚類で薬物高感受性による危険性を示唆するとともに、慢性的な環境汚染物質の暴露を受けているこれら動物種の高感受性を示唆する重要な結果である。1、各抱合体の細胞分画別の蓄積性の解明と分子イメージングによる細胞内動態の観察

肝細胞(H4IIE又はHepG2)にPyreneを暴露し、遠心法で細胞分画後、LC/MSおよびLC/FDにより分析し、各抱合体の細胞内局剤を明らかにする。肝細胞に蛍光物質である多環芳香族を取り込ませた後、その代謝物の細胞内動態を蛍光顕微鏡又は共焦点顕微鏡でタイムラプス観察する。2、新口動物におけるグルクロン酸抱合体の細胞内デリバリーシステムのスクリーニング昆虫や甲殻類等の旧口動物はグルクロン酸抱合を生成せず、グルクロン酸抱合体は新口動物のみで進化してきた。今後、何故新口動物、とりわけ脊椎動物でグルクロン酸抱合体が用いられるようになったのか、UGTの機能的進化を明らかにすると共に、「グルクロン酸抱合体がシグナルとなる細胞内デリバリーシステム」を明らかにする。環境毒性学消耗品の単価が予定入荷額よりも安かったので、直接経費の次年度繰越が生じた。消耗品の購入に補填する。
心血管系における誘導型シクロオキシゲナーゼの役割

誘導型シクロオキシゲナーゼ(COX-2)は、プロスタグランジン(PG)産生の律速酵素であり、種々の刺激により誘導されることから、その生体内の意義について広く関心が持たれている。また実際、COX-2選択的阻害剤はもう一つのアイソザイムであるCOX-1活性阻害に起因する副作用の少ない非ステロイド性抗炎症薬として注目を集めている。循環器系においては、プロスタサイクリン(PGI_2)とそれに拮抗する作用を持つトロンボキサン(TXA_2)産生のバランスがホメオスタシスに重要であり、そのバランスの破綻が動脈硬化症をはじめとする様々な病態と関連しているが、いずれの場合もCOX-2の発現が重要な役割を演じている。そこで、研究代表者はPGI_2を産生する血管内皮細胞とTXA_2、PGE_2を産生するマクロファージ系U937細胞でのCOX-2発現の相違に注目して、研究を進めている。一方、循環器系疾患との関わりで注目されている核内受容体型転写因子PPARγは特殊なPGを内因性リガンドとすることがわかってきた。そこで、本研究は心血管系におけるCOX-2の意義をPPARγとの相互作用の観点から明らかにすることを目的とした。その結果、特にマクロファージにおけるCOX-2発現は自分自身で合成されたPGD_2代謝産物がPPARγのリガンドとして作用することによって負のフィードバック制御を受けることが強く示唆された。なお、血管内皮細胞でのCOX-2の発現はこのような調節を受けていないことを見出したが、癌細胞や線維芽細胞などその他の細胞とも異なっており、血管内皮細胞固有な特徴を有していた。今回見出した、特にマクロファージ系細胞におけるPPARγを介するCOX-2発現の調節は今までに報告されていない新しい調節機構であり、心血管系におけるCOX-2の役割を考える上で、重要な知見となると考えられた。1)PPARγ内因性リガンド(15d-PGJ_2)によるCOX-2転写の調節(マクロファージ系細胞と血管内皮細胞における相違)15d-PGJ_2によるCOX-2の発現をノーザン法、ウエスタン法で検討した結果、マクロファージ系U937細胞では抑制され、血管内皮細胞では抑制されなかった。一方PPARγmRNAの発現はU937細胞では認められたが、血管内皮細胞では認められなかった。そこで、内皮細胞にPPARγ発現ベクターを導入したところ、15d-PGJ_2によるCOX-2プロモーターの抑制効果が認められるようになった。また、15d-PGJ_2に変換されるPGD_2はU937細胞ではCOX-2の発現に依存して生産されていた。これらの結果からマクロファージ系細胞ではCOX-2の発現がPPARγによってフィードバック制御されることが示唆され、特にマクロファージ系細胞で観察されるCOX-2遺伝子発現のダイナミックに変化する機構が明らかとなった。(投稿し、レフリーのコメントに沿って修正中)2)酸化LDL及びPPARγ合成リガンドによるCOX-2転写の調節酸化LDL自身はCOX-2の転写にそれほど大きな影響を及ぼさなかった。しかしながら、培養液の条件をさらに検討する必要がある。3)平滑筋細胞の合成型・収縮型相互変換におけるCOX-2関与の検討通常の培養血管平滑筋細胞は合成型であるが、温度感受性のSV40T抗原を発現させることによって、培養温度を変えることで合成型と収縮型の相互に変換できる細胞(SVS30)が開発された。

この細胞を用いて、変換過程におけるCOX-2の発現をノーザン法で検討したところ、収縮型の細胞において増強していること、いくつかの刺激剤によってヒト由来平滑筋細胞とは異なった挙動を示すことがわかった。現在、プロモーター活性を測定し、さらに検討中。循環器系においては、プロスタサイクリン(PGI_2)とそれに拮抗する作用を持つトロンボキサン(TXA_2)産生のバランスがホメオスタシスに重要であり、そのバランスの破綻が動脈硬化症をはじめとする様々な病態と関連している。その視点から、PGI_2を産生する血管内皮細胞とTXA_2、PGE_2を産生するマクロファージ系U937細胞でのCOX-2発現の相違に注目して研究を進めている。PPARγ内因性リガンド候補15d-PGJ_2によってCOX-2の発現がU937細胞では抑制されるが、血管内皮細胞では抑制されないこと、内皮細胞ではPPARγの発現がほとんど認められず、PPARγ発現ベクターを導入すると、15d-PGJ_2によるCOX-2の発現抑制が認められることを明らかにした。一方、U937細胞ではPPARγmRNAの顕著な発現が観察されるが、エンドトキシンであるリポポリサッカライド(LPS)刺激で下行制御された。このPPARγの発現パターンは、LPS刺激によって上行制御されるグルココルチコイド受容体(GR)の発現パターンと対照的であった。さらにU937細胞では15d-PGJ_2の前駆体となるPGD_2がCOX-2に依存して産生されることを見出した。これらの実験結果から、LPS刺激によりCOX-2の転写が活性化され、多量のPGが産生される場合、COX-2の発現はグルココルチコイドに対しての感受性が上がるのに対し、PPARγはそのような活性化状態のCOX-2制御ではなく、むしろ非活性化状態での制御に関与していること、つまりCOX-2発現は自分自身で合成されたPGD_2代謝産物がPPARγのリガンドとして作用することによって負のフィードバック制御されることが示唆された。このような制御機構は今までに報告されておらず、心血管系におけるCOX-2の役割を考える上で、重要な知見となると考えられた。
ゲノムアレイを利用した癌の悪性度自動診断システムの開発

がんは遺伝子異常の積み重ねによって生じるという見解には現在では異論はない。がんの本質を理解し、がん治療の成績をあげるのは、がんをゲノムレベルで網羅的に解析する必要がある。しかも、各々の患者においてがんには個性があるといわれているように、がん症例各々の生物学的性状(悪性度)は大きく異なっている。残念ながら、各々の症例ごとにゲノム異常を測定し、客観的にがんの性質を評価する術はないのが現状である。このような背景のもとに、ひとがんの特性を解析するためのシステム開発を目的として、本研究では、人がんにおけるゲノム異常をゲノムアレイを用いて検出するための基礎的研究を行った。(1)57種類のがん遺伝子ゲノムをスポットしたゲノムDNAマイクロアレイを用いて、ひと食道扁平上皮がんと肝細胞がんにおけるがん遺伝子のコピー数異常解析した。これらは、論文として既に発表済みであり、一部は現在投稿中である。(2)ゲノムアレイ解析を利用するためのデータ処理ソフト開発のための検討。順次進化するために、今後も継続して検討を続ける。(3)comparative genomic hybridization(CGH)解析データから、ゲノムアレイコンテンツ開発のための情報抽出と関連遺伝子同定を行いつつある。すでに、BAC contigの作成を終えたものもあり、現在BACゲノムアレイを作成中である。1.DNAマイクロアレイ作製のためのDNA調整(1)染色体バンド特異DNAヒト染色体バンドに一致させてDNAを調整:ヒト染色体バンドのうちテロメアを除いたバンドに一致して、約230種のDNAを増幅させて、バンド特異DNAの調整した。染色体バンドをmicrodissectionにより、切り出し、二段階のPCRによってマイクロアレイを作製するに十分量のDNAを得た。(2)BACライブラリーからがんの予後に関係していると考えられる領域のcontig作製2個所のがんの予後に関係していると考えられる(comparative genomic hybridization-CGHと患者予後追跡から得られた信頼性の高い我々自身の情報)染色体部位に対応する領域にBACライブラリーからクローニングしてcontigを作製した。クローン数は両者で1000を越えている。現在、これらのDNAを用いてマイクロアレイを安定して作製する方法を検討中である。2.DNAマイクロアレイを利用したがん遺伝子増幅の解析小規模のDNAマイクロアレイにおいてヒト肝細胞がん20例、ヒト食道扁平上皮がん20例の解析を行った。肝細胞がんでは、検索した57種類のがん遺伝子のどれも密接には関係するとは考えられなかった。一方、食道がんでは、CCND1,FGF3/FGF4,EMS1,SAS,ERBB2,PDGFRA,MYC,BCL2といった遺伝子の増幅が認められた。これらは、CGH解析の結果と一致するが、マイクロアレイの感度がそれより高いことが実証させれた。これらの結果は、既に論文として欧文学術誌に投稿中である。
銅および銅合金溶接・接合部における微生物腐食と材質劣化

熱交換機に使用される銅材料とその溶接部に対して冷却水として用いられる地下水による微生物腐食の研究(MIC)を実施した。平成7年度で得られた結果を以下にまとめる。1.地下水中に微量の栄養分(0.0025%Nutrient Broth)を含ませた溶液で浸漬試験を行った結果、いづれの銅材料においてもピットが発生した。この溶液を滅菌して、同様の試験を行った場合はこのようなピットは発生しなかった。したがってこの地下水により発生した腐食の原因は水中に存在する微生物によるものと判断した。2.栄養分を含ませない入手まつの地下水では上記のようなピットはみられなかったことから、地下水中に生存する微生物の活性度が腐食に大きく影響することがわかった。3.地下水中の微生物を培養し、分離した結果を、光学顕微鏡によってその形態別に分類した。7種類のバクテリアが存在することがわかった。これらを特定した結果ではグラム陽性菌(スタヒロコッカス)1種、クラム陰性菌4種(スピンゴモナス、コマモナス、メチロバクテリウムおよび不明種)であることが判明した。4.このように、単離したバクテリアを用いた腐食実験の結果、スタヒロコッカスが銅表面にバイオフィルムを形成しやすくその下部でピットが発生することがわかった。5.銅溶接部を用いた場合で表面を1500♯で研磨したもの、しないものを用いたが、いづれもピットが発生した。したがって本実験の場合は表面状態は大きく影響しないものと考えられた。6.試験期間中自然電位の貴化がみとめられた。これは菌によるタンパク質の発酵作用と考えられた。
知的障害児の小集団指導におけるチームティーチング：指導者の位置取りの観点から

知的障害児の小集団指導におけるチームティーチングについて、補助指導者の役割と位置取りの観点から検討した。運動課題において、補助指導者が前方に位置取り動作モデルを示すことで、対象児の運動課題の遂行が高まることを明らかにした。また、小集団指導における子ども同士のやりとり行動を促すための手続きを検討した。一斉指示のやりとり機会で子どもの応答行動が低下すること、その改善のための予告指示、動作モデルの提示、iPadの使用、集団随伴性の適用が有効であることを示唆した。2年目の25年度では、前年度の臨床的研究の成果を踏まえて、知的障害児5名を対象とした小集団指導の臨床研究を継続して実施した。小集団指導において対象児同士のやりとり機会を設定し、指導者と対象児とのやりとりから対象児同士のやりとりに移行する際に生じる課題や配慮点を検討した。対象は小学校特別支援学級13学年で、ダウン症、精神発達遅滞、広汎性発達障害等の5名であった。大学研究センタープレールームにおいて、約8か月、週1回、約30分の指導を27回実施した。指導内容は特別支援学校「朝の会」の一斉授業を想定したはじまりの会で、はじめの挨拶、日付確認、天気確認、呼名、健康観察、予定確認、発表タイム、おわりの挨拶の課題内容で構成した。主指導者(MT)と補助指導者(ST)の2名で指導した。ベースライン(BL)及びプローブでは、MT(話し手)と対象児とのやりとりを形成した。指導I・IIでは、対象児に係・役割活動を設定し、対象児同士のやりとり機会を設定した。指導IIIでは、対象児同士のやりとりを促進するために話し手の対象児への予告指示、モデル提示、タッチパネル式端末による指示を指導した。その結果、対象児同士のやりとりになると、聞き手の応答行動のプロンプトレベルは低下し潜時は長くなること、その傾向は一斉指示機会で顕著であった。一斉指示機会では、聞き手全員に働きかけるため、話し手にとっては、誰に働きかけているのかの手がかりを提示しにくいこと、話し手の対象児は聞き手である他児の注目を喚起しないで指示することが関係していると考えられる。話し手の「せーの」の予告指示は、聞き手の応答行動を生起するタイミングをわかりやすくさせ、動作モデルの提示は聞き手の応答行動のモデルとして機能した。話し手のiPadの使用は、話し手の不明瞭な発音を補い、聞き手への指示の伝達を高めることが示された。本研究の目的は、知的障害児や自閉症児の小集団指導において、対象児個々の課題遂行を促進する効果的なチームティーチング(以下、TT)の手続きの検討である。3カ年に渡り、小集団指導のTTにおいて、主指導者と補助指導者の役割分担に関連する「指導者の位置取り」や「指導者間のコミュニケーション」に着目し、それらの相違が指導者の支援行動や対象児個々の課題遂行や逸脱行動に及ぼす効果を検討する。1年目の24年度では、特別支援学校(知的障害)を対象にTTに関わる生態学的調査を実施する予定であったが、大学研究センターにおいて、特別支援学校小学部「体育科」の授業をシミュレートした小集団指導を実施し、補助指導者(以下、ST)の位置取りや役割を実験的に操作し、対象児の課題遂行や逸脱行動に及ぼす影響を検討した。研究計画を一部変更したのは、研究目的の達成には臨床的研究が有効であること、対象児や家族の同意や協力が得られ指導体制が整備できたからであった。対象児は、小学校特別支援学級1、2学年の知的障害児や自閉症児5名。プレールームにおいて、X年5月から11月までの約7か月間、週1回、約40分間の運動課題を実施した。1回の指導を1セッションとし、計19セッションを行った。主指導者1名とST2名の指導体制によって「体操」「リズム運動」「サーキット運動」の3つの運動課題を実施し、STの位置取りや役割を実験的に操作して対象児の運動課題の遂行(正反応率や遂行率)に及ぼす影響を調べた。その結果、体操課題ではSTが対象児の前方に位置取ることで、遂行レベルの低い対象児の正反応率や遂行率が増加した。リズム運動とサーキット運動では、遂行レベルの低い対象児への個別支援が正反応率や遂行率を高めた。これらの結果は、小集団指導において、STの動作モデルや個別支援の役割が有効であることを示唆している。本研究の目的は、知的障害・自閉症児の小集団指導において、対象児個々の課題遂行や仲間同士のやりとりを高めるための手続きを検討することであった。3年目の26年度では、知的障害・自閉症児を対象に、2つの小集団指導(A)と(B)を実施した。小集団指導(A)は、前年度の臨床研究の成果を発展させ、小集団指導における仲間同士のやりとりを高める手続きを検討した。先行研究では、小集団指導での仲間同士のやりとりを促す手続きとして、集団随伴性(group- contingency)が示されている(小島,2000)。

そこで、特別支援学校・支援学級に在籍する13学年の知的障害・自閉症児6名を対象に、小集団指導において個人随伴性と集団随伴性を適用し、仲間同士の援助行動に及ぼす効果を検討した。大学研究センタープレールームで、411月の約8か月、週1回のペースで、約60分の小集団指導を29回実施した。指導の結果、集団随伴性の課題なしの時間において、他児への観察や他児へのプロンプト等の仲間への肯定的な援助行動が高まることが示された。小集団指導(B)は、知的障害・自閉症年長幼児4名を対象に、「始めの会」の小集団指導を実施した。対象児個々の課題遂行が生起するにつれて、補助指導者STの人数や位置取りを変更し、効果的なチームティーチングについて検討した。大学研究センタープレールームで、5月1月の約8ヶ月、週1回、計25セッションを実施した。STの支援行動は、ST2名の条件で、ST4名よりも低くなった。STが個別支援を行うST4名の条件では、STの対象児の課題遂行に直接関係しない働きかけが多く含まれていた。STが2名に減ったST2名の条件では、STの位置取りが対象児の後方の離れたことで、対象児の課題遂行に直接関係しない働きかけが減り、対象児の課題遂行の自発レベルは高まったことが示された。教育学1、2年目の大学研究センターを活用した臨床研究の成果によって、小集団指導における指導者の位置取りや役割、支援方法についての資料が得られた。26年度も継続して実施するが、25年度とは指導場面や課題内容を変更し、机上学習やゲーム・遊びの指導場面を設定する予定である。1、2年目の指導場面や課題内容の違いと、小集団指導における効果的なTTとの関連が分析可能である。26年度では、1、2年目の臨床研究の成果を踏まえて、特別支援学校(知的障害)の授業場面を対象とした生態学的調査と、特別支援学校教師を対象とした質問紙調査を行う。これまでの臨床研究と調査研究を組み合わせて実施することで、指導者の効果的な位置取りや役割、支援方法についての踏み込んだ資料が得られると予測している。以上のことから、(2)おおむね順調に進展していると自己点検による評価を行った。1年目の24年度では、研究計画を一部変更し、2年目に計画していた大学での実験研究を実施した。研究計画を一部変更したのは、研究目的の達成にあたって臨床的、実験的研究が有効であること、対象児や家族の同意や協力が得られ指導体制も整備できたからであった。大学での実験研究は25年度も継続する。25年度とは指導場面や課題内容を変更して実験を実施する。指導場面や課題内容の違いと、小集団指導における効果的なTTとの関連が分析可能と考えられる。また、25年度に実施予定の特別支援学校(知的障害)を対象に行う生態学的調査・分析では、24年度の大学での実験研究の成果を調査項目に反映する。そのことで、効果的なTTに関わる貴重な基礎資料が得られると予測した。3年目の26年度では、2年目に引き続き、大学研究センターにおいて、特別支援学校の授業をシミュレートした小集団指導を実施し、対象児同士のやりとり行動を高めるためのMT・STの位置取りや支援方法について検討する。併せて、特別支援学校(知的障害)を対象に、生態学的調査と質問紙調査を行う予定である。
日本における公的資金の政治的配分プロセス:租税支出の体系的資料作成と分析

当該研究は1970年代から1987年迄の税制改正の変遷を探ることで、日本の国家的リソースの配分の在り方・政治的背景を明らかにすることを目的とした。税の種類/税の減免の対象ごとにデータを収集・分類・集計した。同時期の傾向としては、以前目立った大企業むけの項目が減少し、特に1970年代後半から中小事業者と個人むけの所得税減税が割合として増加する。特に自民党への税制改正要望団体数が急増した1977年以降に関しては新規の項目が大幅に減少した。既存の税減免項目の延長・廃止をめぐる攻防に中心がシフトしていったことがわかる。税の減免措置の見直しの流れの中で、住宅、医療福祉関連、中小事業者むけの項目が残存あるいは新規に追加された点は財政投融資の傾向とも類似するが、具体的な対象団体は異なっている。補助金との関連では、佐藤/松崎説(1986)が示唆するような財政危機にともなう補助金から税の減免への諸団体の関心のシフトは裏付けが得られない。むしろ、既得権化した減免措置の整理合理化への抵抗の構図が浮かび上がる。また、延長措置を受ける項目の多さは、K.Calderいうとろの政治的危機が去った後の1980年代半ば以降にはcompensationとしての分配的政策が低下したのでは必ずしもないことを示唆している。
致死性不整脈の成立機序

致死的心室性不整脈の機序は心室筋組織における興奮リエントリ-による。虚血を中心とした心筋の病態では細胞膜の各種のイオンチャネルが種々に修飾されて異常な電気活動が発生する。致死的不整脈のなかでも最も悪性な心室細動に注目すると、この発生にはその引き金となる心筋細胞の異常興奮と興奮のリエントリ-の直接的な原図となる心筋組織における興奮伝導の不均一性が問題となる。本研究では虚血を中心とする病態下ににおいて心筋の興奮性を主に規立する心筋の再分極過程が細胞と心筋組織レベルで如何に修飾され、そしてその病態を薬物により如何に是正し得るかについて検討した。急性虚血下の心室筋組織では、心電図ST上昇と共にATP感受性Kチャネルの開放に加えてNa-Kポンプの抑制により細胞間隙にKイオンが蓄積し、静止膜電位が上昇し、それによるNaチャネルの不活性化が興奮伝導の遅延をもたらして興奮のリエントリ-の発生を促すことが判明した。虚血時のこれらの病態に対して、MgイオンやKチャネル開口薬が有効であり、また交感神経遮断も有効であることが判明した。陳旧期においては虚血により繊維化した組織による興奮の不均一な伝導がリエントリ-性不整脈の首座を占める。この不均一な興奮伝導はQRS高周波成分の増加により推定が可能であり、また治療としては不均一伝導における局所の遅い伝導路の焼灼あるいはKチャネル抑制薬による心室再分極過程の修飾が有効である可能性が示唆された。致死性不整脈を代表する心室細動発生の機構について検討した。心室細動が発生する背景としては、a)心室筋興奮伝導の異方向性、b)心室興奮伝導の遅延、c)心室再分極過程の不均一性が重要であることが3次元心電図シミュレーションモデルで判明した(岡崎、友池、井上通敏、真島)。心室筋興奮伝導の異方向性については、心筋細胞間結合を司るギャップ結合の分布と機能が重要であり、とくにその機能が神経伝達物質、細胞代謝により修飾を受けることが判明した(外山、清末)。虚血などの病態により心筋に対するエネルギー(ATP)供給が不全になるとNa-Kポンプの低下、細胞内Ca制御が不全となり心筋の興奮伝導が低下し、さらに心筋の再分極が病態に応じて不均一化しランダムエントリ-が誘発され易くなる。加えてその病態に反応した自律神経系の緊張が変化し細動誘発に寄与することが考えられた(小川、井上博)。心室細動の抑止をするためには上記の病態の改善を図ることが必要であるが、近年開発されたKチャネル(I_K)ブロッカーの使用が問題となっている。MS-551あるいはsematilideを投与して病態により不均一化した心室再分極過程を均一化する試みは、急性実験では有効であるものの、臨床的投与では同薬物によるTorsades de Pointesの誘発を防ぐ投与法を開発する必要がある(笠貫、沢登、外山)。心室細動の背景には、その原因となる基礎心疾患が存在するので、その病態が進行性であれば、細動のみを抑止することを目的とした薬物(抗不整脈薬)のみでは充分な効果は得られぬ。従って次善の手段として心室細動が発生した際にこれを電気ショックにより治療する植込み型除細動器の開発がなされている。その基礎的研究として電気ショックパルス波形と除細動効果を検討したところ、2相性パルスが単相性よりも低いエネルギーで除細動が可能であることが判明した(外山)。致死的不整脈のなかで最も悪性な心室細動に注目すると、この発生にはその引き金となる心筋細胞の異常興奮と興奮のリエントリ-の直接的な原図となる心筋組織における興奮伝導の不均一性が問題となる。

本研究では虚血を中心とする病態下において心筋の興奮性を主に規立する心筋の再分極過程が細胞と心筋組織レベルで如何に修飾され、そしてその病態を薬物により如何に是正し得るかについて検討した。急性虚血下の心室筋組織では、心電図ST上昇と共にATP感受性Kチャネルの開放に加えてNa-Kポンプの抑制により細胞間隙にKイオンが蓄積し、静止膜電位が上昇し、それによるNaチャネルの不活性化が興奮伝導の遅延をもたらして興奮のリエントリ-の発生を促すことが判明した。虚血時のこれらの病態に対して、MgイオンやKチャネル開口薬が有効であり、また交感神経遮断も有効であることが判明した。陳旧期においては虚血により繊維化した組織による興奮の不均一な伝導がリエントリ-性不整脈の首座を占める。この不均一な興奮伝導はQRS高周波成分の増加により推定が可能であり、また治療としては不均一伝導における局所の遅い伝導路の焼灼あるいはKチャネル抑制薬による心室再分極過程の修飾が有効である可能性が示唆された。
BSアンテナ電波望遠鏡による月面の性質の研究と天文部における電波観測方法の確立

本研究では,大型BSアンテナによる電波望遠鏡を組み立てて,主に月面からの放射電波をとらえるとともに,高校天文部で実施可能な電波観測のノウハウをまとめることを目的として活動を行った.筆者がこれまで使用していたアンテナの口径は50cmであった.これだと月の放射電波をとらえるのは十分に可能であるが, S/Nが悪く精密なデータが得られにくかった,そこで今回の研究で直径75cmのBSアンテナを入手し,これを用いて電波望遠鏡を組み上げることにした.勤務校で筆者が指導している地学部員とともに75cmのアンテナを架台にすえつけて観測することを試みたが,アンテナの重量が当初の想定よりもかなり重かったことから,架台への安定した設置と対象天体の正確な追尾をするところまでには達しなかった.アンテナが対象天体に向けばこれまでよりかなりよいデータが得られるのだが,架台への安定した設置と正確な追尾観測については,継続して取り組む予定である.月以外には,太陽にアンテナを向けてフレアを電波で観測することができ,フレアによる放射エネルギーの増加量を見積もることができた.もうひとつのテーマであった電波観測の方法をまとめて発表していくことについては, GHOU 2013 conference (8月,ギリシャ・ボロス),天文教育研究会(8月,山口市)および千葉県高等学校教育研究会理科部会(11月,松戸市)で筆者が口頭で講演するともに,指導している地学部員も.科学教育振興展覧会(10月,さいたま市),益川塾シンポジウム・高校生セッション(12月,千代田区),理科教育研究発表会(2月,さいたま市),日本天文学会春季年会・ジュニアセッション(3月,三鷹市)で発表してきた.多くの機会を有効に活用し, BSアンテナによる電波観測を紹介することができた.引き続き,一連の研究内容や観測方法をウェブで公開できるようにするなど,成果をまとめていく予定である.本研究では,大型BSアンテナによる電波望遠鏡を組み立てて,主に月面からの放射電波をとらえるとともに,高校天文部で実施可能な電波観測のノウハウをまとめることを目的として活動を行った.筆者がこれまで使用していたアンテナの口径は50cmであった.これだと月の放射電波をとらえるのは十分に可能であるが, S/Nが悪く精密なデータが得られにくかった,そこで今回の研究で直径75cmのBSアンテナを入手し,これを用いて電波望遠鏡を組み上げることにした.勤務校で筆者が指導している地学部員とともに75cmのアンテナを架台にすえつけて観測することを試みたが,アンテナの重量が当初の想定よりもかなり重かったことから,架台への安定した設置と対象天体の正確な追尾をするところまでには達しなかった.アンテナが対象天体に向けばこれまでよりかなりよいデータが得られるのだが,架台への安定した設置と正確な追尾観測については,継続して取り組む予定である.月以外には,太陽にアンテナを向けてフレアを電波で観測することができ,フレアによる放射エネルギーの増加量を見積もることができた.もうひとつのテーマであった電波観測の方法をまとめて発表していくことについては, GHOU 2013 conference (8月,ギリシャ・ボロス),天文教育研究会(8月,山口市)および千葉県高等学校教育研究会理科部会(11月,松戸市)で筆者が口頭で講演するともに,指導している地学部員も.科学教育振興展覧会(10月,さいたま市),益川塾シンポジウム・高校生セッション(12月,千代田区),理科教育研究発表会(2月,さいたま市),日本天文学会春季年会・ジュニアセッション(3月,三鷹市)で発表してきた.多くの機会を有効に活用し, BSアンテナによる電波観測を紹介することができた.引き続き,一連の研究内容や観測方法をウェブで公開できるようにするなど,成果をまとめていく予定である.
外傷性脳障害における興奮性アミノ酸トランスポーターの法医病理生態学的意義の解明

頭部外傷症例(TBI)25例についてグルタミン酸トランスポーター2(EAAT2)およびアストロサイトを特異的に認識するGFAPの染色様態を検討した。その結果、即死例および短時間死亡例(計6例)におけるEAAT2の発現様態はその半数がコントロール群と同様であった。生存時間1時間から1日以内の症例では12例中11例で連続性および高密度のEAAT2の発現が認められた。生存時間2日以上の症例では7例中6例で散在性の発現が認められた。また、生存時間1時間以上で脳挫傷を伴う全症例では、挫傷部周囲の灰白質にアストロサイトが存在するにもかかわらずEAAT2の発現は認められなかった。TBIでは細胞外グルタミン酸濃度は受傷後早期に著明に上昇し、その後正常濃度に戻ることが知られている。生存時間1時間から1日症例で認められたEAAT2の発現様態は、TBI後の細胞外グルタミン酸濃度の上昇による興奮毒性から神経細胞を防御するためにEAAT2がアップレギュレートしたことを反映したものと考える。また、生存時間2日以上の症例における発現様態は細胞外グルタミン酸濃度が正常濃度に減少することによりEAAT2がダウンレギュレートされたのかもしれない。また、生存時間1時間以上の脳挫傷を伴う症例の挫傷部周囲では、アストロサイトが存在するにもかかわらずEAAT2の発現は認められなかった。この挫傷部周囲のEAAT2発現様態はアストロサイトが情報伝達より傷害修復にその機能をシフトした可能性が示唆される。さらに脳挫傷周囲ではEAAT2が消失することにより、細胞外グルタミン酸濃度の上昇が持続し、同部位における神経細胞の変性・壊死に強く関与しているものと考えられる。頭部外傷症例(TBI)25例においてグルタミン酸トランスポーター2(EAAT2)およびアストロサイトを特異的に認識するGFAPの染色様態を検討した。生存時間1時間から1日症例で認められたEAAT2の発現様態は、TBI後の細胞外グルタミン酸濃度の上昇よる興奮毒性から神経細胞を防御するためにEAAT2がアップレギュレートしたことを反映したものと考える。
対人競技の巧みさの評価方法の開発：制御理論と力学系理論を相補的に用いて

本研究は、スポーツ等で相手に勝つ過程に見られる機能的な認知・運動が「対人競技の巧みさ」であると捉え、これを評価することを目的とした。前年度までの研究では、柔軟な移動運動が可能な切替自律分散型モデルを提案したが、少自由度での実装にとどまっており、これを実際のスポーツなどの全身多自由度系に応用する際に、想定する次元が膨大になってしまうという問題点が生じた。そのため今年度は、まずは実際の多自由度系の運動データから、各要素のダイナミクスに基づく次元削減手法を開発することを考えた。データから時空間パターンを抽出することによって動的システムを理解することは、工学や科学のさまざまな分野で重要である。明示的な事前知識を必要とせずに、データから非線形動的システムの大域的なモード記述を得る方法として、動的モード分解と呼ばれる手法に着目した。1つ目の研究では、動的モード分解にラベル情報を組み込む定式化を、複数タスク学習の枠組みで行う(Sparse-group Lassoと呼ばれる正則化を行った最適化問題を解く)ことで、ラベル情報を反映した動的モードを抽出する手法を開発した。本手法は合成データと身体運動データを用いて検証され、投稿原稿は国際学術雑誌において発表された。2つ目の研究では、冗長かつ支配方程式が不明なヒトの多関節運動に関して、非線形動的システムの観点から理解するために、作用素のスペクトル解析的な観点からデータ駆動的に合成作用素の固有値や固有関数を推定する方法を用いて検証する研究を行った。この研究も現在、国際学術雑誌において査読中である。本研究は、スポーツ等で相手に勝つ過程に見られる機能的な認知・運動が「対人競技の巧みさ」であると捉え、これを評価することを目的とし、当該年度は以下の研究について成果をまとめ、国内・国際学会で発表した。従来の運動制御モデルにおける適応性は、様々な計算手法によって再現されてきたが、予測不可能な方向転換のような二足歩行の適応性においては、動的に不安定なマルチリンクシステムであるがゆえに未解明であった。そこで本研究では自律型アクチュエータが中央制御なしに相互作用し、推進、バランス、および脚振りの役割を切り替える、スイッチング適応モデルを提案した。提案モデルは3つのアクチュエータのみを使用していつでも方向転換することを示した。本研究は、より普遍的な運動制御を理解するための前提条件として重要であると考えられる。これまでの成果が学会にて発表され、学術論文にも投稿中のため。対人競技において相手に勝つ際に見られる巧みさは、生理・物理学的な法則に従って動く身体が、時々刻々と変化する解決策を導き・実行する様相を示すために学術的に理解することが難しい。当該年度は以下の研究について成果をまとめた論文が国際学術雑誌に受理された。しかし、上記の研究では柔軟な移動運動が可能な切替自律分散型モデルを提案したが、性能を主張する都合上、少自由度での実装にとどまっており、これを実際のスポーツなどの全身多自由度系に応用する際に、想定する次元が膨大になってしまうという問題点が生じた。そのため今年度は、まずは実際の多自由度系の運動データから、各要素のダイナミクスに基づく次元削減手法を開発する予定である。これまでの成果が学術雑誌に受理されたため。

今後はより汎用的な運動システムの設計を考える一方、スポーツ選手が実際に発揮する運動計測も行い、実際に利活用できる枠組みを構築していく。今後は、実際の多自由度系の運動データから、各要素のダイナミクスに基づく次元削減手法を開発する予定である。予定していた計測を行わず、制御モデル構築・学会発表・論文執筆に注力したため。前年度に出版された我々の論文では、柔軟な移動運動が可能な切替自律分散型モデルを提案したが、性能を主張する都合上、少自由度での実装にとどまっており、これを実際のスポーツなどの全身多自由度系に応用する際に、想定する次元が膨大になってしまうという問題点が生じた。前年度では上記の研究に関する学会発表・論文執筆に注力していたのが次年度(本年度)使用額が生じた理由になる。そのため今年度に、まずは実際の多自由度系の運動データから、各要素のダイナミクスに基づく次元削減手法を開発する予定であり、少額のため学会発表・会議のための交通費などに使用する。次年度の予算は新たに計測のためのセンサ購入などに当てる。当該年度同様、学会発表・会議のための交通費等にも使用する。