hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋細菌のキチン分解機構に関する網羅的解析

私は、海洋細菌O-7株のキチン分解機構に関する分子生物学的研究を行っている。最近、次世代シーケンサーを用いてゲノム解析を行った結果、新たに2種類のキチナーゼ(ChiE、ChiF)およびN-アセチルグルコサミニダーゼ(GlcNAcase D)遺伝子が存在することを認めた。これら遺伝子の転写量について検討したところ、GlcNAc存在下でChiE遺伝子発現量は2倍に、GlcNAcase D遺伝子発現量は30倍に増大した。さらに、それらタンパク質の高発現系を構築し、生化学的諸性質について検討した。また、キチン分解機構に関する遺伝子の調節タンパク質NagRを特定する目的で、ホモログの高発現系を構築した。グラム陰性海洋細菌Pseudoalteromonas piscicidaO-7株は、キチン存在下において、4種類のキチナーゼ、3種類のN-アセチルグルコサミニダーゼおよび2種類のプロテアーゼを産生し、キチンをN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)にまで分解することを明らかにしている。最近、Illumina社のGenome Analyzerを用いて、O-7株のゲノム解析を行った結果、新たに2種類のキチナーゼ(ChiE、ChiF)およびN-アセチルグルコサミニダーゼ(GlcNAcase D)遺伝子が存在することを認めた。ChiEは、ChiAと相同性の高いファミリー18に属する触媒ドメイン、およびそのC末端側に2つのPKD領域と2つのキチン結合領域(ChtBD)を有する分子量95.6 kDaの前駆体タンパク質としてコードされていた。また、chiE遺伝子の19塩基上流域に、2つのChtBDを有するキチン結合タンパク質(Cbp2)をコードするORFが認められた。ChiFは、ファミリー19に属する触媒ドメイン、およびそのC末端側に機能未知領域とChtBD領域を有する分子量53.1 kDaの前駆体タンパク質としてコードされていた。GlcNAcase Dは、シグナルペプチドを有し、ファミリー20に属する触媒領域からなる分子量88.7 kDaの前駆体タンパク質としてコードされていた。次に、これら遺伝子の転写量について検討したところ、GlcNAc存在下でChiEおよびCbp2遺伝子発現量は2倍に、GlcNAcase D遺伝子発現量は30倍に増大した。さらに、ChiE、ChiF、Cbp2およびGlcNAcase Dのキチン分解系における役割を明らかにする目的で、それらタンパク質の高発現系を構築した。現在、それらタンパク質の生化学的および酵素学的諸性質について検討している。次に、ChiE、ChiF、Cbp2およびGlcNAcase Dのキチン分解系における役割を明らかにする目的で、それらタンパク質の高発現系を構築した。今後、それらタンパク質の生化学的および酵素学的諸性質について検討する。

最近、Illumina社のGenetic Analyzerを用いて、O-7株のゲノム解析を行った結果、新たに2種類のキチナーゼ(ChiE、ChiF)およびN-アセチルグルコサミニダーゼ(GlcNAcase D)遺伝子が存在することを認めた。ChiEは、ChiAと相同性の高いファミリー18に属する触媒ドメイン、およびそのC末端側に2つのPKD領域と2つのキチン結合領域(ChtBD)を有する分子量95.6 kDaの前駆体タンパク質としてコードされていた。また、chiE遺伝子の19塩基上流域に、2つのChtBDを有するキチン結合タンパク質(Cbp2)をコードするORFが認められた。ChiFは、ファミリー19に属する触媒ドメイン、およびそのC末端側に機能未知領域とChtBD領域を有する分子量53.1 kDaの前駆体タンパク質としてコードされていた。GlcNAcase Dは、シグナルペプチドを有し、ファミリー20に属する触媒領域からなる分子量88.7 kDaの前駆体タンパク質としてコードされていた。次に、これら遺伝子の転写量について検討したところ、GlcNAc存在下でChiEおよびCbp2遺伝子発現量は2倍に、GlcNAcase D遺伝子発現量は30倍に増大した。さらに、ChiE、ChiF、Cbp2およびGlcNAcase Dのキチン分解系における役割を明らかにする目的で、それらタンパク質の高発現系を構築した。現在、それらタンパク質の生化学的および酵素学的諸性質について検討している。バイオマス有効利用大腸菌BL21株に、Hisタグ融合タンパク質として発現する高発現系ベクターpProEX HTaにキチナーゼ(ChiE、ChiF)遺伝子を導入し、大腸菌BL21株を形質転換した。これらタンパク質は封入体として発現したため、6 M塩酸グアニジン存在下において、Hisタグ融合タンパク質をNi Sepharoseカラムクロマトグラフィーにより精製し、50 mM Tris-HCl緩衝液(pH8.0)に対して透析することにより、可溶化タンパク質として回収した。基質として1%コロイダルキチンを用い、pH412、470°Cの条件で60分間反応させた後、10,000 rpmで5分間遠心分離し、上清を回収して発色試薬(0.05%フェリシアン化カリウム含有0.5 M炭酸ナトリウム溶液)と混合し、波長420 nmにおける吸光度を測定することにより、ChiEおよびChiFの酵素活性を測定した。その結果、ChiEおよびChiFの至適pHはそれぞれ9.0および8.0であり、至適温度はいずれも40°Cであった。また、コロイダルキチン、エチレングリコールキチンおよび粉末キチンを基質とした場合、ChiFは粉末キチンにおいて、ChiEと比較してより強い活性を示したことから、ChiFは不溶性基質を効率よく分解する可能性が示唆された。GlcNAcase Dについても同様に高発現系を構築し、誘導後、20°C、16時間撹拌培養したところ、可溶化タンパクとして発現したため、Ni Sepharoseカラムクロマトグラフィーにより精製し、Hisタグを切断した。次に、酵素学的諸性質について検討した結果、GlcNAcase Dの至適温度は50°C、至適pHは6.0であった。今後、これらタンパク質のキチン分解機構における役割について、詳細に検討する予定である。
国際的組織再編税制の今後の方向性

平成30年度では、EU合併租税指令(Merger Tax Directive.以下、MTD)を分析対象として、わが国の国際的組織再編税制における株主段階課税のあり方を含む総合的な検討を行い、以下の研究成果を示した。まず、株主段階課税のあり方について、拙稿「国際的組織再編税制における株主段階課税-EU合併租税指令8条による検討-」(現代社会と会計・2019年)において、MTD8条を中心に研究を行った。株主段階課税の今後の方向性として得られた結論は、現行の組織再編税制における取扱いに加えて、MTD8条から得られた2つの示唆を追加することである。具体的には、第一の示唆とは、居住者等株主か非居住者等株主を問わず、課税繰延の適用条件に課税所得要件を加え、かつ、課税漏れ部分をタックストリーティオーバーライドのリスクを回避すべく、課税繰延の対象となる税額の範囲を制限的に決定することである。なお、課税所得要件とは、MTD4条2項(b)の後半に規定された要件であり、そもそもは法人段階において課税繰延を認める要件である。また、第二の示唆とは、相手国において非居住者等株主の取得価額がステップアップされた場合、当該非居住者等株主に対して即時課税する規定を導入することである。次に、わが国の国際的組織再編税制における人的適用対象である「法人」概念の不明確さに伴う法的安定性の問題について、「国際的組織再編税制における法人概念」というタイトルで研究報告を行った(総合法政策研究会第6回、2018年7月22日)。本報告の成果は、上記の法的安定性の問題をMTD及びMTDに対する修正案から、OECDモデル租税条約3条1項(b)のcompany概念を使用し、かつ、MTD3条(c)項の課税対象要件(Subject-To-Tax Requirement)を課すことによって、対応し得る可能性を示したことにある。EUにおける国際的組織税制の進展は、1990年に出された合併租税指令とその後の複数の修正によって、国際的組織再編成に関する多くの租税障壁を除去してきたことに拠る。また、合併租税指令に加え、2001年の欧州会社(SE)規則と欧州協同組合(SCE)規則、さらに2005年の第10会社法指令等が、EUにおける国際的組織税制の進展に貢献している点も見逃せない。ただ、合併租税指令の上記修正にもかかわらず、依然として国際的組織再編成に対して、十分に機能しているとは言い難いとする識者の評価が多い。具体的には、合併等の時点における課税問題という短期的な視点からの対応は良好な評価を得ているが、税法上の損失や透明な事業体(hybrid entity)の取扱いをはじめとする長期的な視点からの対応については、厳しい評価を受けている。以上から、EUにおける国際的組織再編税制の望ましい方向として、合併租税指令自体の整備が第一に必要であるだけでなく、会社法との関係や他の指令の補完を検討すべきであるという指摘がなされている〔Frederik Boulogne, “Shortcomings in the EU Merger Directive", Wolter Kluwer(2016), at 1-3〕。なお、EUにおける国際的組織再編税制の進展において、欧州司法裁判所(ECJ)判決の影響も見逃せない。以上より、望ましい国際的組織税制のフレームワークとしては、合併租税指令を基礎としつつも、上記の通り、その他複数の要素の組み合わせを総合的に捉える必要があると考えている。本課題は、交付申請書の記載のとおり、平成28年度から平成30年度までの3年間をその研究期間としている。初年度である平成28年度は、EUにおける国際的組織税制の進展の理由に関して、合併租税指令の変遷等を辿りながら明らかにすることを目的としていた。平成28年度の研究によって、望ましい国際的組織税制のフレームワークには、合併租税指令を基礎としつつも、会社法その他複数の要素の組み合わせを総合的に捉える必要があることを認識することができた。それらの詳細は、次年度以降に研究を行う予定である。以上から、平成28年度の研究はおおむね予定していた研究を行うことができ、平成29年度の研究テーマへとつなげることができたと考える。まず、拙稿「国際的組織再編税制における対象取引の定義」(現代社会と会計・2018年)では、主としてMTD2条に規定する対象取引の定義について研究を行い、わが国の国際的組織再編税制における組織再編成の概念は、会社法との関係からみると、Overinclusiveness問題(会社法上効力を持たない再編成取引に租税救済が付与される問題)でなく、Underinclusiveness問題(会社法上効力を持つ再編成取引に租税救済が提供されない問題)を内在していることが確認できた。このため、組織再編成の概念を国際的組織再編税制の観点から構築する場合、MTDと同様、対象取引の範囲を徐々に拡張していくことが現実的な対応の方向性であると論じた。次に、拙稿「スピンオフ税制の今後の方向性」(総合法政策研究会誌・2018年)では、スピンオフ取引を題材に国際的組織再編税制のあり方について研究を行った。その結果、確認できたことは、スピンオフの本質的要素による定義付けとMTD4条2項(b)(PE帰属要件)の組み合わせというMTDの方法は、わが国にとってアメリカ法以外の新たな選択肢となり得るとの結論を得た。なお、PE帰属要件とは、国際的組織再編成に係る資産負債がEU加盟国の恒久的施設(PE)に留まる場合のみ、法人段階における課税繰延を容認する要件をいう。

以上の通り、平成29年度は、主として国際的組織再編税制における法人段階課税のあり方について、MTDから多くの示唆を得ることができた。なお、同税制における株主段階課税のあり方を含めた総合的な検討は、次年度の研究課題である。本課題は、交付申請書の記載のとおり、平成28年度から平成30年度までの3年間をその研究期間としているが、その2年目である平成29年度は、「取引範囲」、「(合併租税指令の適用を受けることができる)適格会社」、「恒久的施設(PE)を含む再編」、「透明な事業体を含む再編」の4つの個別論点の研究である。なお、平成29年度は、上記4点を個々に論じるのではなく、MTDにおける法人段階課税のあり方という観点から、総合的かつ体系的に取り扱う形で研究を押し進めた。その結果、あくまでも法人段階課税のあり方についてであるが、MTDによる方法はアメリカ法以外の新たな選択肢となり得るとの結論につなげることができた。以上から、平成29年度の研究はおおむね予定していた研究を行うことができ、最終年度である平成30年度の研究テーマへつなげることができたと考えている。平成30年度では、EU合併租税指令(Merger Tax Directive.以下、MTD)を分析対象として、わが国の国際的組織再編税制における株主段階課税のあり方を含む総合的な検討を行い、以下の研究成果を示した。まず、株主段階課税のあり方について、拙稿「国際的組織再編税制における株主段階課税-EU合併租税指令8条による検討-」(現代社会と会計・2019年)において、MTD8条を中心に研究を行った。株主段階課税の今後の方向性として得られた結論は、現行の組織再編税制における取扱いに加えて、MTD8条から得られた2つの示唆を追加することである。具体的には、第一の示唆とは、居住者等株主か非居住者等株主を問わず、課税繰延の適用条件に課税所得要件を加え、かつ、課税漏れ部分をタックストリーティオーバーライドのリスクを回避すべく、課税繰延の対象となる税額の範囲を制限的に決定することである。なお、課税所得要件とは、MTD4条2項(b)の後半に規定された要件であり、そもそもは法人段階において課税繰延を認める要件である。また、第二の示唆とは、相手国において非居住者等株主の取得価額がステップアップされた場合、当該非居住者等株主に対して即時課税する規定を導入することである。次に、わが国の国際的組織再編税制における人的適用対象である「法人」概念の不明確さに伴う法的安定性の問題について、「国際的組織再編税制における法人概念」というタイトルで研究報告を行った(総合法政策研究会第6回、2018年7月22日)。本報告の成果は、上記の法的安定性の問題をMTD及びMTDに対する修正案から、OECDモデル租税条約3条1項(b)のcompany概念を使用し、かつ、MTD3条(c)項の課税対象要件(Subject-To-Tax Requirement)を課すことによって、対応し得る可能性を示したことにある。今後の研究の推進方策としては、まず、今年度にあたる平成29年度は、以下の4つの個別論点を研究する予定である。それは、(合併租税指令の対象となる)「取引範囲」、「(合併租税指令の適用を受けることができる)適格会社」、恒久的施設(PE)を含む再編、「透明な事業体を含む再編」である。
転移性脊椎腫瘍患者に望ましいケアプログラムの開発のための縦断的研究

転移性脊椎腫瘍患者に望ましいケアプログラムを開発するために、患者を対象として調査を行った。第一段階では、インタビュー調査を行い、患者の体験を記述した。その調査をもとに質問紙を作成した。第二段階では、EORTC-Core 30、現在の症状や患者が望むケアに関する質問紙調査を行った。これらの調査から、患者は突然の生活状況の変化に戸惑い、治療中に様々な不安を感じていることが明らかとなった。また、治療後どこまで活動性を高めてよいのか迷うこと、家族もどのように対処したらよいのか判断が難しいことが明らかにされた。転移性脊椎腫瘍患者の生活の再構築のためには、多職種による支援が必要であることが示唆された。がんは人口の高齢化とともに増加傾向にある。また治療の過程で、倦怠感、筋力低下、拘縮、痺れや神経因性疼痛、四肢長管骨や脊椎の病的骨折、四肢の浮腫などの様々な機能障害が生じるが、患者は残された機能を活かして自分らしい生活を維持していくこと、いわゆる「がんと共存」していくことが課題となってきている。特に転移性脊椎腫瘍患者にはADL障害が著明に出現する。看護師がこのような患者に最適なケアを提供するためには、脊椎への骨転移が明らかになった時点から患者が何を望み、どんなケアを必要としているのかを把握することが必要である。また現在多くの転移性脊椎腫瘍患者のケアにあたっている看護師のケアの内容を明らかにすることによって、転移性脊椎腫瘍患者に行う必要のあるケアの技術や、看護師が知っておくべき知識がどんなものであるのかを明らかにすることが可能となる。平成22年度は、少人数の転移性脊椎腫瘍患者を対象としてインタビュー調査を行った。これらを詳細に分析することにより、患者が看護師に望むケアの内容の明らかにした。今後は転移性脊椎腫瘍患者を多く診療している病院の看護師に対してインタビュー調査を行い、逐次分析を進め、現在提供しているケアの内容や看護師のもっている知識・技術を明らかにする予定である。がんの治療法の進歩に伴い、患者は長期間の生存が可能となった。同時に初期治療が終了し、何年もの経過を経てから、骨転移が生じるケースもみられるようになった。骨転移の中でも、特に転移性脊椎腫瘍患者には、ADL障害が高度に出現する。このような患者には、疼痛管理を十分に行い、日常生活動作の再獲得によって、その患者らしい生活が送れるように支援することが必要である。看護師が患者に最適なケアを提供するためには、脊椎への骨転移が明らかになった時点で速やかに患者が何を望み、どんなケアを必要としているのかを把握することが必要である。本研究課題の目的は、転移性脊椎腫瘍患者が望むケアの内容を詳細かつ経時的に把握すること、また転移性脊椎腫瘍を専門とする病院看護師の提供しているケアの実態を把握することによって、転移性脊椎腫瘍患者に望ましいケアプログラムの構築への示唆を得ることである。平成24年度には、K病院の転移性脊椎腫瘍患者を対象とした質問紙調査によりベースラインとなるデータを取得し、さらに2年間の縦断研究が可能なコホートを確保する。また転移性脊椎腫瘍患者を多く診療している病院の看護師に対してインタビュー調査を行った結果をふまえ、現在提供しているケアの内容や看護師のもっている知識・技術を明らかにする。またがん拠点病院と都内総合病院の看護師を対象に、転移性脊椎腫瘍のケアに対する質問紙調査を行う予定である。がんの治療法の進歩に伴い、がん患者は長期間の生存が可能となった。同時に初期治療が終了し、何年も経過してから、骨転移が生じるケースもみられるようになった。がんの骨転移は患者のADLを低下させ、患者が望む場所での療養を困難にする。特に転移性脊椎腫瘍患者の場合、疼痛だけではなく脊髄圧迫症状が出現し、結果としてADL障害をきたすケースも少なくない。病的骨折や転倒をきっかけとして脊髄損傷を起こすリスクも高くなるため、速やかな対応が求められる。これまでの調査から、転移性脊椎腫瘍患者は、日常生活動作を繰り返す中で疼痛や麻痺を自覚し、重症ではないと思いながら病院に受診したところ、そのまま入院・安静に至るケースも少なくなく、突然の入院・安静・加療に戸惑うこと、骨転移を起こす可能性があることを知らなかったことなどが明らかとなっている。転移性脊椎腫瘍の存在が明らかになると、手術療法か放射線療法によって骨の支持性が得られるまで入院治療が必要となるが、乳がん、甲状腺がん、腎がんなどの原発がんの治療が終了し、その人らしい生活を取り戻した矢先に転移性脊椎腫瘍であることがわかる場合も少なくなく、患者は突然の生活状況の変化に戸惑い、治療中に心理的な負担を感じているケースも多かった。

また、脊椎の脆弱性に戸惑いながら、どこまで活動性を高めてよいのか迷うこと、家族もどのように対処したらよいのか判断が難しいことがわかり、生活の再構築のためには多職種による支援が必要であることが明らかとなった。また、QOLを測定したところ、ADL障害とともにQOLも低下している状態であることがわかった。今後は、転移性脊椎腫瘍を扱っている施設で、それぞれの専門職種がどのようなケアを提供しているのかを把握し、転移性脊椎腫瘍患者に望ましいケアプログラムの構築を目指す。がんの治療法の進歩に伴い、患者は長期間の生存が可能となった。同時に初期治療が終了し、何年もの経過を経てから、骨転移が生じるケースもみられるようになった。骨転移の中でも、特に転移性脊椎腫瘍患者には、ADL障害が高度に出現する。このような患者には、疼痛管理を十分に行い、日常生活動作の再獲得によって、その患者らしい生活が送れるように支援することが必要である。看護師が患者に最適なケアを提供するためには、脊椎への骨転移が明らかになった時点で速やかに患者が何を望み、どんなケアを必要としているのかを把握することが必要である。本研究課題の目的は、転移性脊椎腫瘍患者が望むケアの内容を詳細かつ経時的に把握すること、また転移性脊椎腫瘍を専門とする病院看護師の提供しているケアの実態を把握することによって、転移性脊椎腫瘍患者に望ましいケアプログラムの構築への示唆を得ることである。平成24年度には、K病院の転移性脊椎腫瘍患者を対象とした質問紙調査によりベースラインとなるデータを取得した。これに加え、転移性脊椎腫瘍患者を多く診療している病院の看護師に対してインタビュー調査を行い、現在提供されているケアの実態を把握する。これらの調査結果をふまえ、転移性脊椎腫瘍患者に望ましいケアプログラムの構築を目指す。H23年3月25日より研究者本人が肺動脈塞栓症にて入院加療およびその後の療養生活を余儀なくされたため、研究実施が1年ほど遅れた。現在も療養中であるが、臨床との協議し、研究の実施体制を整えつつある状態である。25年度が最終年度であるため、記入しない。フィールドとの調整に時間がかかったこと、及び研究者本人の急病により、計画よりやや遅れている。研究者本人に健康問題が発生したため、当初計画していた予定より実施が遅れがちであるが、今年度から臨床との連携体制を整えなおし、計画の完遂を目指している。現在フィールドとの調整が終了し、対象者の選定と調査を継続している。このまま調査を続行し、必要な対象者を確保する予定である。
遺伝子導入neural stem cellを用いたパーキンソン病モデルの移植治療

平成9年からの継続実験である。●6-hydroxydopamineによるラットParkinson病モデルの作製6-hydroxydopamineをSprague-Dawleyラットのmedialforebrain bundleにstereotaxicに投与した。10日後にapomorphineを投与しrotationが7/分以上のものを選別した。また一部のラットについては組織学的に黒質線条体系の変性を確認する。選択されたcloneのneural stem cellを1×t10^5/μlの密度にしてstereotaxicに黒質に移植した。●組織学的検討Vectorに組み込んだlacZに由来するβ-galactosidase活性をたよりに移植細胞の観察を経時的に行った。その結果、transfectされた細胞は神経線維を伸長させ、線条体に達していることを確認した。●機能的検討tyrosine hydroxylase(TH)遺伝子exon 12,13をflankするprimer(5'-TTGACCCCAGACACAGCA-3',5'-GGTAGAATACAGCATGAA-3')でPCRを行い、PCR産物をrandom prime法でlabelingした。このprobeを用いて当研究室におけるラット脳cDNA libraryからTH cDNAを持つplaqueをplaque hydridizationにて選択した。●retrovirus vectorへのTH cDNAの組み込み●ラット胎児脳からのneural stem cellの回収平成9年からの継続実験である。●機能的検討
膜貫通型蛋白質マイクロゾーマルプロスタグランジンE2合成酵素1のX線結晶構造解析

ヒト由来膜タンパク質であるマイクロゾーマルプロスタグランジンE2合成酵素1(mPGES1)を、X線結晶構造解析に供しうる質と量を満足するレベルで、分裂酵母Schizosaccharomyces pombeを使い組換え体として、生産精製することが可能になった。組換えヒト由来mPGES1は、二種類の結晶化条件で結晶を与えた。1初期的な結晶学的解析ができるマイクロゾーマルプロスタグランジンE_2合成酵素(mPGES1)の結晶を再現性良く作れるようになった。研究開始時点では、CBB染色のSDS電気泳動で単一バンドの精製度で、活性を保ったmPGES1を得る発現精製条件と、針状微結晶を得る結晶化条件が判っていた。本年度は、結晶の質を指標にして、発現精製条件、結晶化条件の精密化を行った。その結果、大型放射光施設SPring-8のビームラインBL26B1、BL26B2で、最高分解能4.5Å、平均で6Å分解能程度の回折点が見られる結晶を再現性良く作ることができるようになった。回折強度データの自己回転関数解析の結果は、電子線回折解析の結果と矛盾しなかった。等方的に3.5Å分解能より良い分解能の回折点を与える結晶を作る事が、X線結晶構造解析に必要である。この方向で順調に分解能が向上した。2高品位結晶を作るために必須な酵素活性測定法をRIなしで構築した。発現精製条件の最適化、さらに結晶化条件の最適化では、様々な段階で蛋白質の活性を調べることが肝要である。mPGES1より安定で大量に調達できるロイコトリエンC_4合成酵素を材料として、酵素活性試験の方法の検討を行い酵素活性測定法を確立した。この方法をmPGES1に最適化し、RIを使わない高速液体クロマトグラフィーによって、mPGES1の酵素活性測定を行う試験系を構築した。3mPGES1認識モノクローナル抗体産生細胞を作った。親水領域が小さいmPGES1のような膜蛋白質の場合、モノクローナル抗体を用いた親水性領域の拡大が良質な結晶を作るときに有効であると考えられている。精製したヒトmPGES1を使い、mPGES1認識モノクローナル抗体産生細胞株を作り、立体構造認識能などの観点で評価を行った。X線回折能に異方性がみられ、また双晶が成長する頻度が高いマイクロゾーマルプロスタグランジンE_2合成酵素1(mPGES1)の初期結晶を改良する目的で、精製条件と結晶化条件の最適化、遺伝子工学的手法による蛋白質改変を行った。その結果、双晶の成長頻度を低下させる事ができるようになった。1.精製条件を検討し、均質な精製蛋白質試料を安定して生産できるようになった。従来の精製条件では、活性を保持しCBB染色のSDS電気泳動で単一バンドとなるmPGES1を精製する事が可能であったが、一般的な蛋白質の紫外吸収プロファイルに関係する発色団だけでは説明できない紫外吸収プロファイルを示す場合があった。精製過程にコール酸骨格を持つ界面活性剤を用いる事、また溶液の塩濃度を最適化し、この点を改良した。2.X線回折能の異方性を改良するため、結晶中での分子間相互作用の増強を期し、遺伝子工学的手法によって変異を導入したmPGES1を作成した。mPGES1と同じ蛋白質ファミリーに属する膜蛋白質ロイコトリエンC_4合成酵素(LTC_4S)では、両親媒性のαヘリックスと疎水的な膜貫通ヘリックスが関与する分子間相互作用が、全く異なる結晶化条件で成長した結晶間で保存されている。mPGES1には、LTC_4Sでみられた両親媒性αヘリックスに相当する部分はアミノ酸配列の比較の上で存在しないので、LTC_4Sの両親媒性αヘリックスに相当するペプチド鎖を遺伝子工学的手法で導入した。この蛋白質を用いた結晶化では、従来と全く異なる条件で結晶成長が観察された。可溶化した膜蛋白質が十分安定である事は,膜蛋白質の結晶構造解析に必須である.2007年以降,それまでは,構造解析が非常に難しいと考えられていたG蛋白質共役受容体の構造解析が報告されるようになった.この進歩の背景には,まだ普遍的とは言い難いものの,G蛋白質共役受容体の安定化戦術に一定の道筋が示された事がある.例えば,T4リゾチームとのキメラ化,特異抗体のFab断片や低分子化合物との複合体化などである.またこれらの安定化戦術に加え,メソフェーズ法やバイセル法といった,細胞膜の脂質二重膜構造を模した環境での結晶化も,共通して用いられた方法である.マイクロゾーマルプロスタグランジンE_2合成酵素1(mPGES1)は,49°Cで5分間インキュベートすると,酵素活性が半分に低下した.一方,mPGES1と同じ蛋白質ファミリーに属す膜蛋白質で,我々がX線結晶構造を報告したロイコトリエンC_4合成酵素では,5分間の加熱で酵素活性が半分に低下する温度は58°Cであった.

この結果を受け,熱安定性の向上が期待できる変異体を12種類作成した.また,結晶化でバイセル法を用いた.ドデシルマルトシドで安定化したmPGES1は,ポリエチレングリコールを沈殿剤とする条件のみで結晶が成長したが,バイセル法では,リン酸アンモニウムを沈殿剤とする結晶化条件で,X線回折能を持つ結晶を得た.高分解能構造解析された膜蛋白質に比べ,熱安定性に欠けるmPGES1の熱安定性を向上させ,バイセル法で結晶化するための基盤を確立した.
手続き記憶課題利用による認知リハビリテーションへの応用

本研究では,年齢や性に関係なく,また身体が不自由な人や痴呆を伴う人も取り組み可能であり,また,どのような場所でも実施可能な手続き記憶を用いた知覚運動学習課題を2種作成した.そのうち,ノート型パソコンを使用した視覚運動追跡課題は手続き記憶を用いた課題としての妥当性を認めた.この課題は,当初マウス操作によりゲーム感覚で取り組めるような設定にしていたが,ユニバーサル仕様にするため,ジョイスティクによる入力センサーを開発した.また,基本ソフトは,MS-DOS 5.OAの対応からWindows上で動作するよう変更し,被検者が実施した内容を記録でき,その際の動作解析を再現できるようなプログラムを作成した.本年度は,中高年以上の健常者とアルツハイマー型痴呆患者,及びパーキンソン病患者に実施し,これら対象者の手続き記憶獲得の評価を行った.手続き記憶が成り立つメカニズムについて,ノート型パソコンに記録したデーター解析から検討し,手続き記憶を利用した認知リハビリテーションプログラムを作成した.中高年以上の健常者は,手続き記憶は保持されているが高齢になるにつれて緩やかに低下する勾配が見られた.パーキンソン病患者の場合は,手続き記憶獲得に障害が見られ,特に発病からの経過が長い者や高齢の場合は著明であった.臨床応用として,手続き記憶が保持されているといわれているアルツハイマー型痴呆患者に対して,作成した視覚運動追跡課題と認知リハビリテーショントレーニングシステムを組み合わせ,認知リハビリテーションプログラムを実施した.アルツハイマー型痴呆患者の中でも,リハビリテーション効果が見られた者と,ない者が存在した.この相違について分析し障害構造を確認していくこと,より適切で対象者の状態に応じた認知リハビリテーションプログラム開発していくことが今後の課題である.本研究では,手続き記憶課題として,ノート型パソコンを使用した視覚運動追跡課題と折り紙を利用した視覚認知運動課題を作成した.これらの課題は年齢層や性に関係なく,身体機能の低下や痴呆を伴う人も取り組めるような内容にした.視覚運動追跡課題は,マウス操作によりゲーム感覚で取り組めるように設定しているが,より容易に取り組めるようジョイスティクによる入力センサーを開発した.また,基本ソフトは,MS-DOS 5.OAの対応からWindows上で動作可能なプログラムも作成した.先行研究としては,健常者にこの課題を施行し,その取り組み状況から学習過程を分析し,手続き記憶が成り立つメカニズムについて考察した.ヘルペス脳炎後健忘症となった若年者と高齢者の患者夫々と,健常者にこの課題を実施した結果,ともに学習効果が見られ,視覚運動追跡課題は手続き記憶の評価に利用できる可能性が示唆された.次の展開としては,より多くの被験者と,アルツハイマー型痴呆,パーキンソン病患者等を対象に実施しデーター収集を行っている段階である.これらの結果の解析から,視覚運動追跡課題については,この課題を取り入れ,手続き記憶を利用した健忘症患者やアルツハイマー病患者を対象とした認知リハビリテーションの臨床応用プログラムを考慮中である.一方,視覚認知運動学習の要素を持つと考えられる折り紙課題は,被検者が課題を幼少時に体験した可能性の有無により,取り組み状況が異なることが予想された.今後,この検査課題の内容や被験者に実施した結果の分析から,課題内容や視覚認知運動学習として獲得されるメカニズムについて考察する必要がある.本研究では,年齢や性に関係なく,また身体が不自由な人や痴呆を伴う人も取り組み可能であり,また,どのような場所でも実施可能な手続き記憶を用いた知覚運動学習課題を2種作成した.そのうち,ノート型パソコンを使用した視覚運動追跡課題は手続き記憶を用いた課題としての妥当性を認めた.この課題は,当初マウス操作によりゲーム感覚で取り組めるような設定にしていたが,ユニバーサル仕様にするため,ジョイスティクによる入力センサーを開発した.また,基本ソフトは,MS-DOS 5.OAの対応からWindows上で動作するよう変更し,被検者が実施した内容を記録でき,その際の動作解析を再現できるようなプログラムを作成した.本年度は,中高年以上の健常者とアルツハイマー型痴呆患者,及びパーキンソン病患者に実施し,これら対象者の手続き記憶獲得の評価を行った.手続き記憶が成り立つメカニズムについて,ノート型パソコンに記録したデーター解析から検討し,手続き記憶を利用した認知リハビリテーションプログラムを作成した.中高年以上の健常者は,手続き記憶は保持されているが高齢になるにつれて緩やかに低下する勾配が見られた.パーキンソン病患者の場合は,手続き記憶獲得に障害が見られ,特に発病からの経過が長い者や高齢の場合は著明であった.臨床応用として,手続き記憶が保持されているといわれているアルツハイマー型痴呆患者に対して,作成した視覚運動追跡課題と認知リハビリテーショントレーニングシステムを組み合わせ,認知リハビリテーションプログラムを実施した.アルツハイマー型痴呆患者の中でも,リハビリテーション効果が見られた者と,ない者が存在した.この相違について分析し障害構造を確認していくこと,より適切で対象者の状態に応じた認知リハビリテーションプログラム開発していくことが今後の課題である.
立体保護を活用した新規含ホウ素二重結合化合物の創製とその反応

ホウ素を含む二重結合化合物は非常に高反応性であるため安定な合成例はほとんどない。本研究では、高周期13族元素を含む多重結合化合物の化学への展開の足掛かりとして、有用な立体保護基である2,4,6-トリス[ビス(トリメチルシリル)メチル]フェニル(Tbt)基の導入による速度論的安定化の手法を用いて、安定なチオキソボラン1[TbtB=S]およびジボレン2[TbtB=BTbt]の合成、単離およびその基本的な構造・性質の解明を行うことを目的とした。まず、Tbt基を活用することで初めての安定なジメルカプトボラン3[TbtB(SH)_2]の合成に成功するとともに、3と各種4、14、15族金属ジハライドの反応により対応する1,3,2,4-ジチアメタラボレタン誘導体4を合成し、その分子構造について系統的に比較検討を行った。得られた4のうちTbtBS_2SnPh_2(4a)の熱反応において、レトロ[2+2]反応が進行し、目的のチオキソボラン1が生成することを見出した。この1は1,3-ジエンとの反応により対応する[2+4]付加環化体5として捕捉可能であるが、付加体5もまた熱反応条件下レトロ[2+4]反応を行って1を再生することが判った。また同様の手法により、セレノキソボラン[TbtB=Se]の合成にも成功した。一方、4aとジメチルスルホキシド(DMSO)との反応では、初めての安定なオキソボランのルイス塩基錯体であるオキソボラン-DMSO錯体6が生成することを見出した。また、6の加熱によりオキソボラン[TbtB=O]が発生することも明らかにした。本研究のもう一つの目的化合物であったジボレン2についてはいまだその合成に成功していないが、本研究で得たホウ素-16族元素二重結合化合物に関する知見を基に検討を行うことで、近い将来必ずや合成できるものと考えている。ホウ素を含む二重結合化合物すなわち2配位のホウ素を有する化合物については、非常に高反応性の化学種であるため安定な合成例はほとんど報告されておらず、その構造や性質について未だ十分な研究ははなされていない。本研究では、今後発展が期待される高周期13族元素を含む多重結合化合物への展開の足掛かりとして、まず安定なチオキソボラン【Tbt-B=S(1)】を合成単離し、その基本的な性質を解明することを目的とした。本研究では、これまでの申請者らの研究において種々の高反応性化学種の速度論的安定化に非常に有効であった2,4,6-トリス[ビス(トリメチルシリル)メチル]フェルニ基(Tbt基と略す)を立体保護基に用い、これまで合成前駆体として利用できなかったホウ素化合物を安定化し、それをもとに各種官能基変換を検討し目的の含ホウ素二重結合を安定に合成・単離することを目的とした。先ずTbtLiとB(OMe)_3との反応によりTbtB(OMe)_2を収率よく安定に合成した。またTbtB(OMe)_2をLiALH_4により還元の後単体硫黄との反応を行い対応するジメリカプトラボラン【TbtB(SH)_2】を安定な白色結晶として単離した。

1)1,3,2,4-ジチアメタラボレタン誘導体の合成と構造解析ジメルカプトボランのジリチオ体に対し、ケイ素、ゲルマニウム、スズなどの各種14族金属ジハライドを作用させることで、対応する1,3,2,4-ジチアメタラボレタン誘導体を合成し、X線結晶解析を用いてこれらの分子構造を明らかにした。これらジチアメタラボレタンは含ホウ素複素環化合物としても未知の環構造を有しており非常に興味深い化合物である。2)1,3,2,4-ジチアスタンナボレタン誘導体の熱分解によるチオキソボラン(1)の合成と反応次いで、得られた各種四員環化合物について種々条件を検討した結果、スズを含む系すなわち1,3,2,4-ジチアスタンナボレタン誘導体を溶液中で加熱した場合に、容易にレトロ[2+2]反応が進行し目的のチオキソボラン1が生成することを見出した。この際、環開裂によって生じるスタンナンチオンに関しては、スズ上の置換基が比較的かさ高くないフェニル基を用いたため対応する三量体(Ph_2SnS)_3として得られることも判った。また、1の生成機構について詳細な検討を行うと共に、各種ジエン類を用いた補捉反応を行いこの新規なホウ素-硫黄二重結合化合物の反応性を明らかにした。ホウ素を含む二重結合化合物は非常に高反応性であるため安定な合成例はほとんどない。本研究では、高周期13族元素を含む多重結合化合物の化学への展開の足掛かりとして、申請者らがこれまで種々の高反応性化学種の安定化に応用してきた有用な立体保護基である2,4,6-トリス[ビス(トリメチルシリル)メチル]フェニル(Tbt)基の導入による速度論的安定化の手法を用いてまず安定なチオキソボラン1[TbtB=S]の合成、単離およびその基本的な構造・性質の解明を目的とした。申請者らは昨年度、Tbt基をホウ素上に導入することで、l,3,2,4-ジチアメタラボレタン誘導体2の合成に成功した。そこで、この新規な含ホウ素複素環化合物である2のX線結晶構造解析を行い、その興味深い分子構造について系統的に比較検討を行った。次に、l,3,2,4-ジチアスタンナボレタン2a[TbtBS2SnPh2]の熱反応を行ったところ、レトロ[2+2]反応が進行し、(Ph_2SnS)_3の生成とともに目的のチオキソボラン1が生成することを見いだした。1はl,3-ジエンとの反応により対応する[2+4]付加環化体3を与え、3は熱反応によりレトロ[2+4]反応を行って1を再生した。2aとジメチルスルホキシド(DMSO)との反応を行ったところ、初めてのオキソボランの安定なルイス塩基錯体であるオキソボラン_DMSO錯体4が^<11>B NMRによって観測された。4とニトリルオキシドとの反応により、オキソボラン[TbtB=O]が[3+2]付加環化反応したと考えられる生成物が得られ、このことから、この反応ではホウ素-酸素二重結合化合物であるオキソボランが発生していると考えられる。また、2aのセレン類縁体である1,3,2,4-ジセレナスタンナボレタン誘導体を合成し、その熱反応によりセレノキソボラン[TbtB=Se]が生成することを見いだした。
電波天文のための超伝導大規模集積回路の基礎技術開発研究

継続してマルチビーム用超伝導大規模集積回路の性能向上に取り組んだ。まず設計精度の向上のため、冷却プローブステーションを用いたSIS接合の容量測定を進め、広いバイアス電圧領域かつ広周波数帯域で測定することにより、量子サセプタンスの影響を定量的に測定できるようにした。これにより、構造由来による接合容量を高精度に抽出でき、集積回路のさらなる設計精度の向上が可能となった。次に超伝導集積回路型バランスドミキサの動作実証では、受信機雑音温度40 K以下、局部発信器電力入力ポート由来の雑音抑圧比15dB以上を達成し、昨年度は実現できなかったRFハイブリッドカプラの動作確認が完了できた。これにより、従来導波管回路で製作してきた要素部品が超伝導集積回路上で実装できることが実証され、当初目標であったシステムオンチップ化に成功したことになる。さらに、バランスドミキサは局部発信器電力を10分の1以下に抑えることができたため、マルチビーム化への実現に向けた技術検証もできた。そして、マルチビーム化への技術検証では、超伝導集積回路の冷却試験を実施し、機械的特性に問題ないことが確認できたが、高周波特性についてはSIS接合の歩留まりが課題となり、完全な動作実証には至らなかった。しかし、超伝導集積回路の作製プロセスの洗練化を進めたことで課題解決の見通しは得られており、早期の動作実証を検討している。最後に、これらの研究結果をまとめ、世界に先駆けて広視野・高分解能・高画質観測を可能とする電波干渉計の基本設計を検討し、その提案を国際研究会2018SPIEにて発表した。以上の成果について、積極的に主要な国際会議での成果発表、国内学会でも発表を行った。そして、広視野電波干渉計の設計、超伝導集積回路作製とその動作実証などについての査読論文を複数件出版した。本年度は、高品質(高Rsg/Rn)かつ高臨界電流密度(高Jc)のSIS接合の作製と高周波特性評価、シングルビーム用超伝導集積回路の設計を行った。ヘテロダイン受信機の集積回路化においては、超伝導体で構成される要素回路を歩留まりよく製作し、その回路パラメータを高精度に抑えておく必要がある。特にSIS接合は様々な臨界電流密度Jcにおいて、リーク電流の低い高品質な接合が必要となる。そして、本年度は、AlNを絶縁層に用いたNb接合を作製し、Jc <45 kA/cm2という従来よりも5倍に高いJcでも、Rsg/Rn > 15という高品質な接合の作製に成功することができた。また、透過型電子顕微鏡を用いてSIS接合の断面解析を実行し、この接合がウエハ上で均質に作製されていることを確認した。以上より、今後、超伝導集積回路化する場合においても、自由度の高い設計が可能になることが期待され、さらに高い歩留まりで作製できる見通しを得ることができた。また、Nb/AlNx/Nb接合では、従来用いてきたAlOx絶縁層に対して、キャパシタンス等のRF特性が異なる懸念があった。そして、当接合は、知られる限りキャパシタンス値が直接的に測定された例がなく、現状では高精度な回路設計が困難であった。そこで、冷却プローブステーションを用いて、その測定を開始し、Jc = 45 kA/cm2における単位面積当たりのキャパシタンス値(Cs)を測定することに成功した。シングルビーム用超伝導集積回路の設計については、超伝導体を電極材料として用いた平面回路型直交偏波分離器やサイドバンド分離型バランスドSISミクサ回路を設計し、数mm角の基板上に回路を集積でき、従来の導波管回路と比べて非常にコンパクトにシステムを配置構成できる設計解を得た。H28年度は、H29年度以降のマルチビーム用超伝導集積回路を用いたマルチビーム受信機開発の実現を見据え、(1)超伝導要素回路の作製・高精度評価、(2)シングルビーム用超伝導集積回路の設計、を計画として進めてきた。(1)超伝導要素回路の作製・精度評価については、様々な範囲の臨界電流密度に対して高品質のSIS接合が作製可能となり、マルチビーム化の際の作製歩留まりの確保に見通しを得るなど、着実な進展があった。また、冷却プローブステーションを用いた超伝導回路パラメータの直接評価を順次進めることができた。(2)シングルビーム用超伝導集積回路では、基本設計が完了しており、デバイス作製も開始することができた。超伝導要素回路および超伝導集積回路の両面から、デバイス作製および高精度評価手法などの検討を進めており、概ね当初の計画を進めることができた。また、これまでの成果をまとめ、関連する学会誌への論文投稿、関連する主要国際会議での成果発表、国内では応用物理学会やワークショップに参加し、成果発表をするなど、精力的に成果報告および研究交流を実施することができた。H29以降も超伝導回路の作製と評価を継続することで実験データを蓄積し、超伝導回路設計にフィードバックしていく。そして、様々な超伝導要素回路を作製評価し、集積回路設計手法の確立を目指す。以上、H28年度は、当初計画どおり、順調に本研究課題を進展することができた。昨年度に設計したシングルビーム用超伝導集積回路を作製し、そのマスク、実装筐体を製作した。そして、それを用いた受信機性能を140GHz帯において評価し、超伝導集積回路としての動作確認に成功した。この設計した超伝導集積回路には、偏波分離器をはじめ、ハイブリッドカップラやSISミキサ整合回路が13×11 mm^2の同一平面回路基板上に集積されている。

従来は偏波分離器やカプラ回路は、2-3cm^3程度の金属ブロックを加工した導波管回路で3次元的に構成されてきた。しかし、回路を2次元平面内に集積することにより、RF回路部は格段にコンパクト化することができる。一方、設計した偏波分離器と導波管プローブはメンブレン構造上に作製する必要がある。そこで、深堀反応性エッチング装置(DRIE)を用い、Silicon on Insulator基板の偏波分離器と導波管プローブ部分のみを背面からハンドル層(シリコン)と熱酸化膜層(SiO^2)を完全にエッチングすることによって、5μm厚程度のメンブレン構造を作製した。物理温度4Kにおける冷却試験を実施し、作製したメンブレンが冷却過程で破損せず、機械的強度を保っていることを確認した。さらにニオブ(Nb)を配線材料として、偏波分離器やSISミキサ、周辺回路を組み合わせて同一基板上に回路も作製した。作製したシングルビーム用超伝導集積回路を筐体に実装し、そして140GHz帯における受信機特性を評価し、その測定した偏波分離度は-20dB以下を達し、設計と矛盾のない結果が得られたことを確認できた。また、測定された受信機雑音温度は70K程度と、低雑音に動作していることも確認できた。以上より、シングルビーム用超伝導集積回路の作製プロセスを確立すると共に、作製した集積回路が受信機の高周波デバイスとして低損失で適切に動作していることを確認した。H29年度は、申請時の研究計画に従って、(1)シングルビーム用超伝導集積回路の作製方法の確立、(2)超伝導集積回路に基づくシングルビーム受信機の評価、を進めてきた。(1)のシングルビーム用超伝導集積回路の作製方法の確立では、当研究における課題の一つであったメンブレン構造を有する偏波分離回路および導波管プローブの作製に成功し、当研究課題で目指す大規模超伝導集積回路の作製に目途をつけることができた。(2)の超伝導集積回路に基づくシングルビーム受信機の評価についても、超伝導集積回路を用いたシングルビーム用受信機を評価し、雑音温度および偏波分離度の測定結果から、いずれも設計と矛盾のない結果が得られることを確認できた。SISミキサと偏波分離器を同一基板上に構成した超伝導集積回路の動作実証は世界的にも例がなく、当結果は本研究課題の大きなマイルストーンとなった。さらに、これらの結果に基づき、マルチビーム用の実装筐体の設計・製作も進めることができた。また、これらの成果をまとめ、複数の論文投稿を進めている。主要な国際会議での成果発表、国内学会でも積極的に発表を行ってきた。H30年度もシングルビーム用超伝導集積回路の作製と評価を継続することで性能向上を目指すとともに、マルチビーム型受信機の動作実証に取り組んでいく。以上から、H29年度は、当初計画どおり、順調に本研究課題を進展することができたと考える。継続してマルチビーム用超伝導大規模集積回路の性能向上に取り組んだ。まず設計精度の向上のため、冷却プローブステーションを用いたSIS接合の容量測定を進め、広いバイアス電圧領域かつ広周波数帯域で測定することにより、量子サセプタンスの影響を定量的に測定できるようにした。これにより、構造由来による接合容量を高精度に抽出でき、集積回路のさらなる設計精度の向上が可能となった。
アリ由来新規神経毒様ペプチドSLTXのイオンチャネルに対する作用の解明

天然型SLTXペプチドの生理活性を明かにする目的で、組換えペプチドの取得を目指した。低温下で組換えペプチドの発現誘導が起こるコールド・ショック系と大腸菌のシャペロニンタンパク質を共用することによって、SLTXを可溶性ペプチドとして発現させることができた。このペプチドを用いて、ショウジョウバエ・カリウムチャネルShaker, Shal, Shaw, Shab, Eagに対する阻害活性を電気生理学的な手法によって測定した。しかしながら、これらのチャネルに対してSLTXは阻害活性を示さなかった。上記の組換えペプチド精製法を用いて変異型SLTXペプチドを大腸菌により発現させた。SLTXと相同性のあるクモ毒との比較から、SLTX1の25番目のチロシン、28番目のプロリンが特異性及び活性に大きく影響を与えることが予想された。そこでSLTX1の等電点4.5を改善する目的もあり、25番目、28番目のどちらかをアルギニンに置換した変異体を作製した。25番目のチロシンをアルギニンに置換した変異型SLTX1は、天然型と同様に菌体内で可溶化し、精製できた。ところが、28番目のプロリンをアルギニンに置換した変異型は、菌体内で不溶化した。この傾向は、SLTX2及びSLTX3の同じ部位の変異体でも観察され、全てのSLTXで保存された28番目のプロリンがSLTXペプチドの立体構造形成上、重要なことが示唆された。25番目のチロシンをアルギニンに置換した変異型SLTX1,2,3のショウジョウバエ・カリウムチャネルEagに対する阻害活性を電気生理学的な手法によって測定したが、天然型と同様に、このチャネルには阻害活性を示さなかった。現在、ナトリウムチャネルのアッセイ系を構築中であり、今後、天然型及び変異型SLTXのナトリウムチャネルに対する阻害活性を検討したいと考えている。
バーチャルリアリティ技術を応用した体感型教材の開発―空間図形の場合―

本年度は正多面体の切頂推移を学習する教材を開発した。ここで切頂推移とは,ある規則に従って正多面体の頂点を切断し,正六面体→正四面体→正八面体→正二十面体→正十二面体→正六面体の順へと変形する一連の流れのことである。現在,正多面体の切頂推移を体験的に学習できる市販の教材はない。教材プログラムを起動して,初めに呈示される立体は正六面体である。学習者は利き腕で力覚デバイスのスタイラスペンを持ち,スタイラスペンを前後左右に移動させることにより仮想空間内に表示される球形ポインタを操作する。ポインタが立体に接触するとその内部への侵入は許されず,学習者は立体の存在を力覚的に体験できる。またポインタが立体に触れた状態でスタイラスペンのボタンを押し続けることで,立体図形を掴むことができ,立体を移動させ,回転させることができる。正六面体が呈示されている状態でキーボードの右矢印キーを押すと,切断により頂点を含む四つのパーツが切り離され,残りの部分が正四面体となる。切断されたパーツにも接触し,掴んで移動させることができる。もう一度右矢印キーを押すと,切断されたパーツが消えて正四面体のみが残る。さらに右矢印キーを押すと,再び切断により頂点を含むパーツが切り離され,中から正八面体が表れる。このように右矢印キーを押すことにより,切断によるパーツの切り離しと新しい正多面体の発生,そして切断されたパーツの消滅と進んでいく。左矢印キーを押すと逆方向へ進んでいく。ディスプレイ画面には前方向,横方向,上方向から見た映像を常に表示しており,学習者は切頂推移を3視点から同時に観察できる。本研究では,3次元力覚呈示装置(力覚デバイス)を利用することにより,ディスプレイ内に呈示された空間図形に対して力覚を伴う接触を可能とした体感型マルチメディア教材を開発する。本年度は,教材開発の準備期間として,以下の課題について検討を行った。1.様々な空間図形の作成と仮想空間への呈示3Dオブジェクト作成ツールを利用した正多面体の作成を行い,その空間図形を力覚デバイスで接触可能な仮想空間に呈示する方法について検討を行った。結果として,空間図形の呈示とそれに対するインタラクティブな接触を実現した。2.空間図形の切断方法の検討仮想空間に呈示された空間図形に対して,力覚デバイスを用いて触感を伴った切断を行い,その断面形状を学習することが開発教材の主要な目的の一つである。切断により一つのオブジェクトが2つのオブジェクトになるが,どのようなプログラミング処理が必要になるのか検討を行った。現時点では,最初に呈示するオブジェクトは一つとし,力覚デバイスの接触により切断方向が確定した瞬間に切断後に生成される二つのオブジェクトに置き換える方法を有力候補としている。空間図形(正多面体)を作成し,力覚デバイスで接触可能な仮想空間に呈示することに成功した。また,空間図形の切断方法についての検討を行い,その対処方法の目途がついた。これらにより,次年度以降の具体的な教材開発の準備が整ったといえる。本年度は,前年度の成果を生かして,以下の課題について取り組みを行った。1.空間図形に対するインタラクティブな操作と多視点観察前年度は3Dオブジェクト作成ツールによる正多面体の作成を行い,それを力覚デバイスで接触可能な仮想空間に呈示する方法について検討を行った。本年度は複数の空間図形(球,円錐,正四面体,四角錐,三角柱,立方体,正八面体)をキーボード操作で切り替えながら呈示し,呈示された空間図形を力覚デバイスにより自由に移動,回転できるようにした。また,正面から見た映像に加えて,上方と側方(右側)から見た映像を同時にディスプレイ画面に表示することにより,リアルタイムの多視点観察を可能とした。2.空間図形の切断方法の検討昨年度は仮想空間に呈示された空間図形を切断する前後のオブジェクト(空間図形を構成するデータ)の取り扱いについて検討した。本年度は切断を行うときに,どのように切断面を決定し,オブジェクトの節点を移動させていくのかについて検討した結果,以下の手順で切断を進めていくことになった。次年度はこの手順のプログラミング化が課題となる。(1)立体図形の各辺の方程式を算出する→(2)切断面の方程式を決定する→(3)切断面と各辺との交点を算出する→(4)交点が辺上に存在するか確認する→(5)辺上にある交点を結び切断面を作る複数の空間図形(球,円錐,正四面体,四角錐,三角柱,立方体,正八面体)を作成した。それらを仮想空間に一つずつ切り替えながら呈示し,力覚デバイスを用いて空間図形の移動と回転を行うことに成功した。さらにそれらの操作を多視点(3視点)から同時に観察できるようになった。また,空間図形の切断の具体的な手順についての検討を行いプログラミング化への準備が整った。