hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
牛初期胚におけるRNA干渉作用機構の解明及び機能的遺伝子制御技術の開発

そこで、本研究の目的として、家畜初期胚におけるストレス応答遺伝子を中心とした初期発生に関わる機能的および時期特異的に発現する遺伝子についてRNAiによる特異的発現制御を行うことにより、それらの阻害手法の確立と、その制御による機能的遺伝子の果たす役割について解明する。本年度は、牛体細胞及び初期胚におけるRNA干渉の有効性についての検証を実施した。【方法】:1)牛体細胞である卵丘細胞及び卵管上皮細胞において、導入二本鎖RNAを特異的に切断してRNA干渉機構の第一段階に重要な役割を果たすRNase III作用を有するDicerについて牛配列特異的に設計し化学的に合成した21塩基長の二本鎖RNA(siRNA)をカチオン性遺伝子導入試薬によって導入後、48時間後にDicer mRNAの発現阻害作用を有することを確認した。2)体外受精後、2,4,6及び8日後の胚におけるDicer遺伝子発現をRT-PCRで検出した。3)体外受精後の牛1細胞期胚にDicer siRNAを250pMの濃度で5pl以下の容量で顕微導入し、継続培養を行い、導入48時間後のDicer mRNAの発現並びに胚発生に及ぼす影響を解析した。対照として、導入後の不活性効果が確認されている配列のsiRNA鎖を導入した。【結果及び考察】:1)Dicer siRNAを導入した卵丘細胞及び卵管上皮細胞ともに48時間後のDicer mRNAの発現量は減少し、牛体細胞におけるRNA干渉は有効に働くことが明らかとなった。2)発生の各段階における胚Dicer遺伝子発現は発生の各時期を通して発現が見られた。以上のことから、家畜生殖細胞および初期胚におけるDicer遺伝子のノックダウン系が確立された。本実験で抑制効果の見られたDicer siRNA導入による牛胚の初期胚発生への顕著な影響は見られなかったことから、初期胚発生に果たすDicerの役割は高くないことが示唆された。【目的】:高品質の胚発生に関わる関係因子の発現機構への影響を明らかにすることで、効率的な発育制御条件の解析が期待されている。そこで、本研究の目的として、家畜初期胚における遺伝子発現を中心とした卵子成熟、初期発生に関わる機能的および時期特異的に発現する遺伝子についてRNA干渉(RNAi)による特異的発現制御を行うための効果的な阻害手法の確立と、その制御による機能的遺伝子の果たす役割について解明する。本年度は、従来、初期胚でRNAiに活用されていた1細胞期での顕微注入法に加えて、発生に伴い細胞数が増加した際には顕微注入法は困難であるため、それに対するRNAi手法確立のために体細胞で利用されているリポフェクション法の胚での有効性について検討した。【方法】体外受精後、卵丘細胞を除去した1細胞期牛胚に哺乳動物遺伝子への発現阻害作用が見られないsiRNA配列に蛍光を標識し、その導入効率を解析するために従来法である顕微注入およびリポフェクション法による化学導入を行った。さらに、初期胚でのRNAiで問題となる、発生が進み細胞数の増加した胚への二本鎖RNA導入による目的遺伝子発現抑制手法についても蛍光標識siRNAをもちいて導入と胚への毒性についての解析を行った。併せて、卵子成熟に関わる卵丘細胞で発現されるCyclooxygenase-2(Cox2)に対する短鎖RNA (siRNA)を設計・作成し培養卵丘細胞に導入し、遺伝子発現抑制効果についてリアルタイムPCRおよびCox-2酵素の産物であるPGF2αの産生についても測定を行った。
古代湖(バイカル湖)堆積物を用いた陸上古環境の解析

これまで過去の気候変動は数百年から数千年という長い時間をかけて起こるものと考えられてきた。しかし最近の研究により数年から数十年で引き起こされることが明らかになりつつあることから,本研究の第一の目的を分析の時間精度をあげることにした。有機物分析の時間分解のを上げるうえで重要な点は,試料の量を少なくできることと分析時間を少なくすることであるが,これまで知られている有機物分析法でもっとも適当な方法は,熱分解GC-MS法である。しかしながら,熱分解GC-MS法は生成物の同定,あるいは生成物の分解の程度が高いことから起源物質の特定が容易でないなどの欠点がある。そこでテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)を試料に添加することによって,熱分解と同時に生成物のメチル化を行う方法(熱分解TMAH法)の基礎的な検討を,バイカル湖および琵琶湖堆積物用いて行った。その結果,生成物の主なものはリグニンフェノール類(p-ヒドロキシ類,バニリン類,シリンジル類,シンナミル類他),脂肪酸類(C5-C30)などの他に,本分析法としては今回新たにアルカン類(C8-C30),アルケン類(C8-C30),ジカルボン酸類(C16-C26),ω-ヒドロキシ酸類(C16-C28),アルコール類(C16-C30),クチン酸類(Di-OH C16 acid,mono-OH C16 diacid,Tri-OH C18 acid)などが検出されることがわかった。ゆえに熱分解TMAH法は従来のアルカリ酸化分解法とほぼ同様かあるいはそれを上回る生成物を解析できることがわかった(山本・石渡,1996)。バイカル湖堆積物の場合,試料の量が約4mgから20mg程度で十分分析できることから,今後飛躍的に多くの堆積物試料の有機物分析ができることがわかった。現在バイカル湖堆積物の試料を本方法で分析中である。
Pr内包カゴ状金属間化合物における新規物性の発現

近年,カゴ状結晶構造をもつ化合物において,特異な超伝導状態や多彩な多極子物性,カゴ中の原子のラットリング振動などの,磁性とフォノン物性が融合した現象が注目されている。本研究では,4f電子を2個もつPrイオンを含む立方晶化合物PrT_2Zn_<20>(T:遷移金属)の単結晶試料を作製し,超伝導や構造相転移,重い電子状態について明らかにしてきた。本年度は,PrT_2Zn_<20>の4f電子に起因する磁性の解明や新規単結晶の育成などの研究を行った。PrRu_2Zn_<20>は138Kで構造相転移を起こすが,PrIr_2Zn_<20>は構造相転移を起こさない。そのため,PrIr_2Zn_<20>は2K以下の低温まで立方対称を維持しており,縮重度の高い結晶場基底状態が期待される。そこで,単結晶を用いたマクロ物性測定を行った。比熱でみられるショットキー異常や磁化の異方性から,PrIr_2Zn_<20>の結晶場基底状態は非磁性のΓ_3二重項であることを確定した。さらに,0.11KでΓ_3二重項に起因する相転移を見出した。温度-磁場相図が異方的であり,また転移温度が磁場とともに上昇することから,この相転移は4f電子の電気四極子が交替的に空間整列する反強四極子秩序であることが分かった。PrIr_2Zn_<20>は0.05K以下で超伝導を示すので,四極子秩序と超伝導が共存するはじめての系である。四極子自由度と超伝導の相関が示唆され,四極子揺らぎを媒介とした超伝導対形成の可能性がある,現在,物性測定グループに試料を提供しており,微視的手法による物性解明が進められている。また,新たにPrRh_2Zn_<20>の単結晶を育成し,Γ_3二重項が結晶場基底状態であることを確認した。これまであまり明らかにされていない非磁性自由度に起因する多彩な物性を研究するのに,PrT_2Zn_<20>が最適な系であることを確立した。近年,特殊なカゴ状結晶構造をもつ化合物において,特異な超伝導状態や多彩な多極子物性,カゴ中の原子のラットリング振動などの,磁性とフォノン物性が融合した現象が注目されている。今回は,4f電子を2個もつPrイオンを含むPrT_2Zn_<20>(T:遷移金属)の単結晶試料の作製,ならびにそのマクロ物性について調べた。温度プロファイルと原料の仕込み比を最適化することで,10mm程度の,PrRu_2Zn_<20>, PrIr_2Zn_<20>単結晶試料の育成に成功した。PrRu_2Zn_<20>は138Kで構造相転移を示す。非磁性のLaRu_2Zn_<20>でも同様の相転移が150Kで見出されていることから,この相転移が4f電子の磁性起因ではなく,特徴的な結晶構造に由来する電子構造によるものであることが分かった。また,PrIr_2Zn_<20>では0.05K付近で超伝導転移が観測された。RT_2X_<20>(X=Zn,Al)として初めての超伝導体であり,Prイオンを含む化合物としても充填スクッテルダイトに次ぐ例として興味深い。今後,ミクロ手法を用いた超伝導状態に関する研究が重要となる。比熱・磁化の測定から,4f電子の結晶場基底状態は,PrRu_2Zn_<20>が非磁性一重項,PrIr_2Zn_<20>が非磁性二重項であることが分かった。PrIr_2Zn_<20>の0.4Kでの比熱を温度で割ったC/Tは5J/K^2molにも達し,この二重項の有するエントロピーがどういった機構で解放されるのか,0.4K以下での低温比熱・磁化の測定が待たれる。このように,このPrT_2Zn_<20>が多彩な強相関現象の発現する系であることを確立した。今後,単結晶を得られていない化合物についても,引き続き試料条件の見直しを行い,試料育成を行っていく。

比熱でみられるショットキー異常や磁化の異方性から,PrIr_2Zn_<20>の結晶場基底状態は非磁性のΓ_3二重項であることを確定した。さらに,0.11KでΓ_3二重項に起因する相転移を見出した。温度-磁場相図が異方的であり,また転移温度が磁場とともに上昇することから,この相転移は4f電子の電気四極子が交替的に空間整列する反強四極子秩序であることが分かった。PrIr_2Zn_<20>は0.05K以下で超伝導を示すので,四極子秩序と超伝導が共存するはじめての系である。四極子自由度と超伝導の相関が示唆され,四極子揺らぎを媒介とした超伝導対形成の可能性がある,現在,物性測定グループに試料を提供しており,微視的手法による物性解明が進められている。また,新たにPrRh_2Zn_<20>の単結晶を育成し,Γ_3二重項が結晶場基底状態であることを確認した。これまであまり明らかにされていない非磁性自由度に起因する多彩な物性を研究するのに,PrT_2Zn_<20>が最適な系であることを確立した。
超拡大内視鏡観察、走査電顕によるナノレベル観察を用いたヒト腸管上皮機能解明

走査電子顕微鏡を用いて炎症性腸疾患における細菌、腸管上皮、免疫細胞の局在の異常、さらに通常超拡大内視鏡を用いて、絨毛、腺管構造の異常、最終的に通常内視鏡で観察できる粘膜欠損などの形態異常をシームレスに観察すること、上皮粘液層内に存在する菌の上皮免疫学的な作用、炎症性腸疾患患者特有の電子顕微鏡所見において上皮に認められるmicro vesicle(MV)を解析することによって炎症性腸疾患の病態解明を行う。
PAI-1の冠動脈微小血管保護作用の解明と心筋梗塞の新規治療への応用

PAI-1は心筋梗塞領域の血管壁を保護し、血管内皮細胞と基底膜の接着を安定化させ、心筋梗塞後の心筋間質への出血や炎症細胞浸潤を抑制することで心破裂を抑制し、梗塞後の心筋リモデリングを抑制することが明らかとなった。心筋梗塞後の血管破綻、心破裂抑制の機序としてuPA亢進によるプラスミノゲン-プラスミン系の活性化の結果MMPs(MMP-9,MMP-2)の活性亢進が細胞外マトリクスを分解することにより、冠動脈微小血管壁を分解し心破裂を起こし易くしている機序が研究成果から示唆された。1)PAI-1は心筋梗塞領域の血管壁を保護し、血管内皮細胞と基底膜の接着を安定化させ、心筋梗塞後の心筋間質への出血や炎症細胞浸潤を抑制することで心破裂を抑制し、梗塞後の心筋リモデリングを抑制していることが以下の研究成果で証明された。●PAI-1TGマウスと正常マウスに心筋梗塞モデルを作成すると、梗塞後の心破裂率はPAI-1TGマウスで有意に低下した。心エコー検査の測定結果からPAI-1TGマウスでは左室リモデリングが抑制され、心筋梗塞28日後の心機能は正常マウスと比較し温存されていた。また、心筋梗塞領域の組織像では正常マウスと比較しPAI-1TGマウスでは組織内の出血の程度は軽度であった。2)心筋梗塞後の血管破綻、心破裂抑制のメカニズムとしてuPA活性亢進によるplasminogen-plasmin systemの活性化の結果生じるMMPs(MMP-9,MMP-2)の活性亢進が細胞外マトリクスを分解することにより、冠動脈微小血管壁の基底膜を分解し心破裂を起こし易くしていることが以下の研究成果から示唆された。●PAI-1TGマウスと正常マウスに心筋梗塞を作成し、時系列で心筋細胞(蛋白)を採取し心筋梗塞領域でのMMP活性をzymographyで測定した。PAI-1TGマウスでは正常マウスと比較し心筋梗塞後のMMP活性が有意に抑制されていた。MMPs(MMP-9,MMP-2)活性の抑制が心破裂の抑制や心筋梗塞後急性期の修復過程での心筋リモデリングの抑制に関与している可能性が考えられた。1)PAI-1は心筋梗塞領域の血管壁を保護し、血管内皮細胞と基底膜の接着を安定化させ、心筋梗塞後の心筋間質への出血や炎症細胞浸潤を抑制することで心破裂を抑制し、梗塞後の心筋リモデリングを抑制することが以下の研究成果で明らかとなる。心エコー検査の結果からPAI-1TGマウスでは左室リモデリングが抑制され、梗塞28日後の心機能は正常マウスと比較し温存されていることが分った。心筋梗塞領域の組織像は正常マウスと比較しPAI-1TGマウスでは組織内の出血は軽度であり、炎症細胞浸潤はどの時相も軽度であった。一方、PAI-1KOマウスでは正常マウスと比較し梗塞後の心破裂率は著しく高率となり、心筋梗塞領域に著しい出血像と顕著な炎症細胞浸潤を伴っていた。2)心筋梗塞後の血管破綻、心破裂抑制のメカニズムとしてuPA活性亢進によるplasminogen-plasminsystemの活性化の結果生じるMMP(MMP-9,MMP-2)の活性亢進が細胞外マトリクスを分解することにより、冠動脈微小血管壁の基底膜を分解し心破裂を起こし易くしていることが以下の研究成果から示唆された。●PAI-1TGマウスと正常マウス及びPAI-1KOマウスに心筋梗塞を作成し、時系列で心筋細胞(蛋白)を採取し心筋梗塞領域でのMMP活性をzymographyで測定した。一方PAI-1KOマウスでは心筋梗塞後のMMP活性が有意に増加していた。以上よりMMPs(MMP-9,MMP-2)活性の抑制が心破裂の抑制や心筋梗塞後急性期の修復過程での心筋リモデリングの抑制に関与している可能性が強く示唆された。●これらの研究結果の一部は日本循環器学会に抄録を掲載し学会報告した。1)PAI-1は心筋梗塞領域の血管壁を保護し、血管内皮細胞と基底膜の接着を安定化させ、心筋梗塞後の心筋間質への出血や炎症細胞浸潤を抑制することで心破裂を抑制し、梗塞後の心筋リモデリングを抑制することが以下の研究成果で明らかとなった。

心エコー検査の結果からPAI-1TGマウスでは左室リモデリングが抑制され、梗塞28日後の心機能は正常マウスと比較し温存されていることが分った。心筋梗塞領域の組織像は正常マウスと比較しPAI-1TGマウスでは出血は軽度であり、炎症細胞浸潤は抑制されていた。一方、PAI-1KOマウスでは正常マウスと比較し梗塞後の心破裂率は著しく高率となり、心筋梗塞領域に著しい出血像と顕著な炎症細胞浸潤を伴っていた。2)心筋梗塞後の血管破綻、心破裂抑制の機序としてuPA亢進によるplasminogen-plasmin systemの活性化の結果MMPs (MMP-9,MMP-2)の活性亢進が細胞外マトリクスを分解することにより、冠動脈微小血管壁の基底膜を分解し心破裂を起こし易くしていることが以下の研究成果から示唆された。●PAI-1TGマウスと正常マウス及びPAI-1KOマウスに心筋梗塞を作成し、時系列で心筋細胞を採取し心筋梗塞領域でのMMP活性をzymographyで測定した。PAI-1TGマウスでは正常マウスと比較し心筋梗塞後のMMP活性が有意に抑制されていた。一方PAI-1KOマウスでは心筋梗塞後のMMP活性が有意に増加していた。以上よりMMPs (MMP-9,MMP-2)活性の抑制が血管内皮の保護に関与し、心破裂の抑制や心筋梗塞後急性期の心筋リモデリングの抑制に強く関与していることが示唆された。これらの研究成果をAHA、日循に学会報告した。初年度(平成22年度)科学研究費助成許可が同年度後半の追加許可となったため、本研究に関わるマウス輸入に初年度研究開始より10カ月以上の遅れが生じたため、本来の繁殖数を維持系統するのに時間を要し研究が遅延した。約半年の遅延を考慮していただくと概ね順調に進展していると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。心筋梗塞後の心破裂に対してPAI-1発現は抑制的に作用していると考えられるが、このメカニズム解明のため以下の研究を行う予定である。PAI-1TGマウスの心筋梗塞モデルと正常マウス、PAI-1KOマウスを比較し、凝固線溶系との関係を考察するため、各時相でのPAI-1,uPA,Plasminogen-plasminの蛋白定量を行い、MMP活性との関係を明らかにする。更に血管基底膜に存在する細胞外マトリクス(1aminin,fibronectim等)の分解程度を組織学的に比較検討する。また、心筋梗塞後の好中球やマクロファージ等の炎症細胞浸潤との関係を明らかにするため、TNF-α,IL-1等のサイトカインとの関係も明らかにしていく予定である。
新たに発見された発がん要因に対する予防法の開発

がんゲノムプロジェクトの成果として、細胞内の酵素APOBEC3Bが様々な癌で認められる遺伝子変異の直接原因であることが明らかになってきた。本研究では、この遺伝子変異の原因であるAPOBEC3Bを減少させることで、がん予防に寄与しうる天然化合物をスクリーニングした。その結果、APOBEC3BをmRNAレベルで減少させることができる天然化合物を2つ発見したが、それらの天然化合物はタンパク質レベルではAPOBEC3Bを減少させることはできなかった。癌は、喫煙や紫外線、発癌性物質などの環境要因や活性酸素などが原因となり、正常細胞に遺伝子変異が蓄積することで引き起こされる。ところが、最近の癌ゲノムプロジェクトの成果として、細胞内に存在するAPOBEC3Bという酵素が、様々な癌種で認められる遺伝子変異の直接原因として発表され、大きな注目を集めている。本研究では、この新たに発見された遺伝子変異の原因であるAPOBEC3Bを標的とした、新規癌予防法の開発に取り組む。発癌過程で上昇してくるAPOBEC3Bの発現を低下させることができる天然由来成分を発見することで、APOBEC3B依存的な「内因性発癌」に対する新しい癌の予防法の開発を目標としている。始めに、APOBEC3Bの発現を低下させる天然由来化合物のスクリーニング系の構築を行った。当初は、APOBEC3Bの高発現が原因でp53遺伝子などに変異が蓄積している乳癌細胞株HCC1569を用いていたが、非常に増殖が遅い細胞株でありスクリーニングには向いていなかった。そこで、培養が容易な癌細胞株の中で、APOBEC3Bの発現を定量RT-PCR法で検出できる癌細胞株を探索した結果、大腸癌細胞株HT-29が見つかった。そして、HT-29細胞株を用いたAPOBEC3Bの発現低下を定量RT-PCR法で検出できるスクリーニング系を構築した。このスクリーニング系に市販の天然由来化合物ライブラリーを供して、スクリーニングを実施した。その結果、APOBEC3BのmRNA量を減少させる天然由来化合物が2つ見出された。また、APOBEC3BのmRNA量を逆に増加させる天然由来化合物も2つ見出された。このAPOBEC3Bを増加させうる天然由来化合物は、癌予防の観点から、暴露を避けるべき化合物であるかもしれない。当初予定していた乳癌細胞株HCC1569でのスクリーニングは実施できなかったが、代わりに大腸癌細胞株HT-29を用いたスクリーニングを実施し、APOBEC3BのmRNA量を減少させることができる天然由来化合物2つを見出した。また、癌予防の観点から暴露を避けるべき可能性のある化合物も2つ見出した。昨年度は、大腸癌細胞株HT-29において定常的に発現しているAPOBEC3BのmRNAを定量RT-PCRで検出し、この系を用いてスクリーニングを実施した。その結果、市販の天然由来化合物ライブラリーからAPOBEC3BのmRNA量を減少させる天然化合物が2つ見出された。本年度は、この2つの天然化合物について詳細に検証した。化合物A及びBの濃度を振ってHT-29細胞に添加し、APOBEC3B mRNA量の減少率を測定した。添加24時間で、化合物AもBもAPOBEC3B mRNA量を半減できることが判明した。そこで、これらの化合物を24時間添加した後、ウエスタンブロッティング法により細胞内のAPOBEC3Bタンパク質量への影響を解析した。その結果、添加24時間ではAPOBEC3Bタンパク質量を減少させることができないことが明らかになったため、さらに48時間でも評価したがAPOBEC3Bタンパク質量は減少しなかった。結果、APOBEC3Bのタンパク質量を減少させうる目的の天然物質は見出されなかった。平成28年度で見出したAPOBEC3BのmRNA量を減少させうる天然由来化合物について、その効果の濃度依存性を評価する。また、ウエスタンブロッティング法を用いて、癌細胞内のAPOBEC3Bタンパク質量を減少させるか否かを検証する。さらに、APOBEC3Bタンパク質の減少効果が確認された天然由来化合物について、癌細胞内のAPOBEC3B活性を測定することで、本研究の目的とする天然由来化合物であるか否かを評価する。がん予防
出産・育児が女性の労働供給に与える影響およびその異質性のメカニズム

日本では政府統計ミクロデータの利用に制限があり、女性雇用における政策立案に必要なエビデンスが極めて少ない。本研究では、国勢調査の個票データを用いて、自然実験に基づく操作変数を用い、1出産・育児が女性の労働供給に与える因果効果を明らかにし、2出産・育児の異質性のメカニズムを解明した上で、3女性の活躍推進のための政策的インプリケーションを示すことを目的としている。同時に出生率と女性の労働力率の増加可能性について検討し、少子化社会におけるより効果的な出産・育児支援策を提言する。
多機能性金属含有イリド種の創製と反応

前年度の研究において、触媒量のカチオン性白金錯体を用いることにより、鎖状γ,δ-イノンとビニルエーテルから8-オキサビシクロ[3.2.1]オクタン誘導体を得ることに成功している。本年度の研究ではまず初めに、本反応の不斉触媒反応への展開を目指し検討を行った。様々な光学活性ホスフィン配位子を検討したところ、Walphos配位子を用いると高エナンチオ選択的に反応が進行し8-オキサビシクロ[3.2.1]オクタン誘導体が良好な収率で得られることを見出した。次に、プロパルギルエーテルのアルキン部位への求核付加、続くエーテル部位の脱離に基づくα,β-不飽和カルベン錯体の生成とその反応について検討を行った。その結果、プロパルギルメチルエーテル部位を有するアニリン誘導体とビニルエーテルの混合物に対し塩化白金錯体を作用させると、三環性インドール誘導体が収率良く得られることを見出した。本反応はプロパルギルエーテルへの求核付加反応とエーテル部位の脱離反応を利用した新しいα,β-不飽和カルベン錯体生成法であると同時に、生じたα,β-不飽和カルベン錯体が電子豊富アルケンと[3+2]付加環化反応を起こす点でも特徴的であり、三環性インドール誘導体のユニークな合成法である。さらに我々は、塩化白金錯体存在下、配位子としてトリスオルトトリルホスフィンを用いることで、アレニルシリルエーテルとさまざまなビニルエーテルとの分子間[3+2]付加環化反応が進行し各種シクロペンテン誘導体が得られることを見出した。本反応は、白金触媒によって求電子的に活性化されたアレンに対しビニルエーテルが付加することで五員環骨格を有する不安定型カルベン錯体を生成し、1,2水素移動により白金触媒の再生とともにシクロペンテン誘導体を生じる。本反応はアレンを三炭素ユニットとして用い、遷移金属触媒により分子間で3+2付加環化反応を行った初めての例である。既に、鎖状γ, Δ-イノンに対しビニルエーテルの存在下で触媒量の塩化白金(II)を作用させると、良好な収率で8-オキサビシクロ[3. 2. 1]オクタン誘導体が得られることを報告している。本反応ではまず、塩化白金(II)により求電子的に活性化されたアルキンへのカルボニル酸素からの6-endo型求核攻撃により、白金含有カルボニルイリドが生成する。続いてこれがビニルエーテルと[3+2]型付加環化反応を起こして不安定型カルベン錯体中間体となり、さらに2度の骨格転位反応、1, 2-水素移動を経て生成物を与えると考えられる。今回、本反応に対してより高い活性を示す触媒の探索を行ったところ、cis-PtCl_2[P(m-tolyl)_3]_2とAgSbF_6とを混合して生じると考えられるカチオン性白金錯体を触媒として作用させると、[3+2]付加環化により生じるカルベン錯体中間体から1, 2-水素移動が進行したが、一方cis-PtCl_2[P(2-furyl)_3]_2とAgSbF_6の組み合わせを用いると骨格転位反応を経由して生成する化合物がそれぞれ選択的に、かつ良好な収率で得られることを見出した。さらに、本触媒系はこれまで用いていた塩化白金(II)よりも活性が高く、より短時間で反応が完結することがわかった。また、o-アルキニルアニリン誘導体を用いて各種求電子的な遷移金属錯体との反応を検討した結果、金属含有アンモニウムイリドの生成、引き続く環拡大型のStevens転位反応が進行し、各種三環性インドール誘導体が得られることを見出した。本反応では、ピロリジン誘導体を基質とする場合にはタングステンカルボニル錯体が、また、ピペリジン誘導体を基質とする場合にはレニウムカルボニル錯体が高活性を示し、それぞれ6員環、7員環が縮環した三環性インドールが収率よく得られた。

本反応は、白金触媒によって求電子的に活性化されたアレンに対しビニルエーテルが付加することで五員環骨格を有する不安定型カルベン錯体を生成し、1,2水素移動により白金触媒の再生とともにシクロペンテン誘導体を生じる。本反応はアレンを三炭素ユニットとして用い、遷移金属触媒により分子間で3+2付加環化反応を行った初めての例である。
クロマチンループ構造変換による組織特異的Ｓｈｈ発現制御システム

Shh遺伝子座をモデルとして組織特異的エンハンサーによる発現制御機構の解析を行った。次世代シーケンサーによる解析では、染色体相互作用の土台となりうる分子の結合分布パターンを明らかにすることができ、さらに、Shh遺伝子と近傍の遺伝子で異なる相互作用パターンを示すことが明らかになった。また、Shhの喉頭エンハンサーの脊椎動物種間の比較では、系統的な配列保存性の境界を見いだし、硬骨魚類の一群が、陸生動物とは異なる新たな内胚葉エンハンサーを進化させたことがわかった。CTCFのChIP-Seqの結果により、マウス肢芽のCTCF結合パターンを明らかにしている。これをもとに、肢芽エンハンサーとShh翻訳領域周辺に存在する4つのCTCF結合サイトをCRISPR/Cas9系を用いて破壊した。現在この4系統の表現型・発現解析が進行中である。また、国際ノックアウトコンソーシアムより、Cohesinの複合体形成に必須のESCO2が条件的にノックアウトされたES細胞を入手し、KOマウスを作製した。この系統は、肢芽特異的Creマウスとの交配を進めており、表現型解析を行う予定である。また、Cohesinの輸送に関わるMau2に関して、条件的KOアリルを有するES細胞を樹立した。これらの解析は、CTCF・Cohesinが染色体高次構造を介した遺伝子発現制御をどのように行うのか理解するうえで非常に重要である。喉頭・肺で機能するMACS1の形態進化への寄与を明らかにするため、魚類での進化的保存性を追跡した。シーラカンス・ガンギエイ・ガーパイクからMACS1オーソログを同定し、マウス胚を用いたレポータートランスジェニック法で発現解析を行った。これらの比較から肺呼吸の必要な陸生動物間にはMACS1の高度な保存性が認められるが、肺の代わりに鰾を有する硬骨魚類は、MACS1の保存配列を失い、新たな内胚葉エンハンサーを進化させたことがわかった。Shh遺伝子座の上流100 kbの領域に新規消化管エンハンサーであるSLGEを同定し、国際誌に報告した。SLGEとMACS1は発現制御領域の多くを共有しており、遺伝子発現調節の機能的重層化を考える良いモデルとなる。現在、SLGEのKOマウスを作製し、MACS1とSLGEの機能比較を行っている。また、歯芽での機能的重複が確認されているMRCS1とMFCS4に関してダブルKOマウスを作製し、マイクロCTを用いた歯の表現型解析を行った。1.Cre-loxpシステムを用いた条件的KOマウスによるCTCFの機能解析のために、肢芽の間充織特異的なpPrx1-Creと上皮に特異的なpMsx2-Cre、ユビキタスプロモーターのCAGGSに誘導型CreERT2をもつマウスラインをそれぞれ作製した。これらのマウスとCTCF条件的KOマウスの交配による形態の表現型解析が進行中である。Shh遺伝子座周辺の7ヶ所をベイトとして設定し、マウス肢芽に対する4C-Seq解析を行い、相互作用する未知領域を網羅的に同定した。さらに、肢芽と頭部から試料を調製し、CTCF、Mau2、Smc1aに対する抗体を用いて、ChIP-Seq解析を行った。これらの次世代シーケンサーを用いた大規模な配列決定には、「ゲノム支援」のサポートを受けた。現在、配列情報の解析処理を行っている。2.ゲノム情報学的に、喉頭形成に必須なMACS1の祖先型が、軟骨魚類出現以前に存在していたことを明らかにした。さらに条鰭類、肉鰭類への分岐後、肺呼吸をしない条鰭類の一部では、祖先型MACS1は、痕跡の一部を残し崩壊していることがわかった。この崩壊により喉頭をもたない魚胚ではMACS1の機能は失われているが、その近傍に咽頭、食道部位に発現を誘導する魚型エンハンサーを獲得していることがわかってきた。さらに、レポーター遺伝子の発現解析から予測されるMFCS4とMRCS1間の機能の重層化を検証する目的で、欠失マウスを作成した。一つは、TAMERE法で作出したMFCS4とMRCS1間の127kb欠失マウスである。加えてMRCS1KOマウスから樹立したES細胞を用い、MRCS1とMFCS4のダブルKOマウスを新たに作成した。今後これらと個々のKOマウスの表現型を比較することにより、歯プラコードを中心とした口腔の表現型解析を総括的にすすめる。1.Shh遺伝子座の染色体高次構造に寄与する領域を明らかにするため、この遺伝子座に長距離欠失を持つマウスを作製した。CRISPR/Cas9系を利用して、肢芽エンハンサーの上流と下流にそれぞれ約60 Kbの欠失を持つ2系統のマウスの作出に成功している。肢芽エンハンサー上流の60 Kbの欠失では、近傍の遺伝子の発現パターンがShh遺伝子様に変化しており、組織特異的エンハンサーの活性を組織化するゲノム領域の存在が示唆された。

Cas9 mRNAとloxpオリゴDNAを受精卵に導入して、Cohesinローディング因子であるMau2遺伝子の条件的ノックアウト(cKO)マウスを作製した。Cohesinの複合体形成に必須のESCO2遺伝子のcKOマウスとともに、肢芽特異的なCreマウスもしくは試薬誘導型のCreERT2マウスとの交配を行い、表現型解析と遺伝子発現解析が進行中である。特に肢芽特異的にESCO2を欠失させた場合には、四肢の欠損が観察された。2.既知のShhの肺・消化管エンハンサーは、SLGEとMACS1の二つのみである。エンハンサーの機能重層化の実態を明らかにするため、両者のダブルKOマウスを作製した。マイクロCTによる形態解析の結果、ダブルKOマウスで肺形成不全がみられた。しかし、Shh翻訳領域のKOマウスは、肺や上部消化管により重篤な欠損を示すことから、機能重複的な新規エンハンサーの存在が示唆された。エンハンサーの機能重層化を包括的に理解する目的で、SLGEとMACS1の間に存在する650 Kbの長距離欠失マウスの作製が完了した。また、MACS1と呼吸器官の形態進化との相関性を明らかにするため、主に条鰭類ゲノムを用い、サザンブロット解析によってMACS1の保存性を検証した。その結果、呼吸器官の機能、形態進化がすすむ真骨魚類内にMACS1保存性の境界を見いだした。26年度が最終年度であるため、記入しない。哺乳類遺伝学26年度が最終年度であるため、記入しない。CRISPR/Cas9系による遺伝子領域のターゲティング技術を確立させることができ、マウス受精卵を用いて複数のKOマウスラインを樹立した。特にCTCF結合領域に関しては、対象とする4か所についてすでにKOアリルの作製に成功している。MFCS1肢芽エンハンサーを挟むCTCF結合領域を破壊したマウス系統は、すでにホモ個体を得ており、骨格パターンの解析を行っている。Shh遺伝子周辺の2か所のCTCF結合領域についてもそれぞれヘテロ個体が作製済みで、ホモ化を進めている。CTCF・ESCO2の条件的KOマウスの組織特異的な機能の解析を行うため、肢芽特異的Creマウスに加えて、軟骨特異的なCol2-Creマウスと肺・消化管特異的なSLGE-Creマウスを作製した。これらのCreラインとCTCF・ESCO2の条件的KOマウスとの交配を進めており、発生過程における形態の表現型解析を行う予定である。Mau2をKOしたES細胞は、すでにスクリーニングを経て、アグリゲーションによるキメラマウス作製が進行中であり、順調である。MRCS1シングルKOマウス、MRCS1・MFCS4ダブルKOマウス並びにMRCS1とMFCS4の各エンハンサーとShh遺伝子KOのコンパウンドヘテロマウスに関して、歯のマイクロCT解析が終了している。特にコンパウンドヘテロマウスでは、高頻度の過剰歯形成を確認している。複数の軟骨・硬骨魚類試料から、ゲノムDNAを調製した。シーラカンスなど全ゲノムデータが公開されているものに関しては、PCRによりマウスMACS1のオーソログをクローニングすることができた。
DNA多型の法医学的応用に関する基礎的研究

1、DNAタイピングに及ぼすメチレ-ションの影響種々の組織から得たDNAフィンガ-プリントは、その組織特異的なDNAのメチレ-ションの影響を受ける可能性が考えられる。そこで、末梢血、精液からDNAをとり、メチレ-ション感受性の制限酵素を用いてDNAタイピングを行った。プロ-ブDNAはcーHaーras(遣伝子下流の28bp)の直列型反復配列を、制限酵素はSau3A I,Mbol Iを用いた。Sau3A IとMbol IはともにGATCという塩基配列を認識するが、C残基が5ーメチルシトシンである場合、Sau3A Iでは切断できないが、Mbol Iでは切断できる。実際にSau3A Iを用いて末梢血と精液のDNAフィンガ-プリントを比較したところ、一致しないいくつかのバンドが認められた。Mbol Iでは末梢血と精液で差異はなかった。2、ヒト特異的DNA領域の検出「ヒトはなぜヒトなのか」という問題から出発し、ヒト特異的DNA領域を単離することにより、これをプロ-ブして人獣鑑別を行い、さらにヒト特異的領域は、ヒト遺伝的特性をめらかにする上で、有力な手段に思われた。ヒトのDNAからチンパンジ-のDNAを差し引く(ゲノム・サブトラクション)ことにより、ヒト特異的DNA領域「HS5」を検出した。HS5(2282塩基対)は、チンパンジ-ゲノム中の完全に欠出していた。これをプロ-ブとして用いる3大人種のサンプルと同一のシングルバンドが得られ(Ecol I消化時3.7kb)、ヒト以外の霊長類では全くシグナルは検出されない。DNA多型を法医学の実際に応用するために留意すべき問題点や、個人識別、親子鑑定の精度を上げるための基礎的実験を行い、次のような成果を得た。1.高度の多型を示すDNAフィンガ-プリントを得るためのプロ-ブの開発:ヒト膀胱癌オンコヂ-ンHa-ras遺伝子下流の28塩基対を単位とする直列型反復配列をプロ-ブとして得られたDNAパタ-ンは、新たなDNAフィンガ-プリントとして用いられることにより、次々に新しいプロ-ブが得られる可能性を示唆した。(Hum.Genet.83:223-226、1989)2.DNAフィンガ-プリントにおけるメチレ-ションの影響:メチル化の影響を受ける制限酵素Sau3Alを用いると、同一個体の末梢血と精液のDNAフィンガ-プリントで一致しないバンドが得られた。メチル化の影響を受けない制限酵素Mbolを用いた場合には不一致は認められない。したがって、異なる組織よりDNAフィンガ-プリントを得て個人識別に応用する際には、用いる制限酵素を選ばなければならない。(第73次日本法医学会総会、1989年5月、J.Forens.Sci.in press,Nov.1990、予定)3.ミトコンドリアDNA多型を日本人家系試料19例67名について検査し、mtDNAタイプの母子間あるいは同胞間での一致が見られた。母子鑑定や2家族間での子供の取り違えに関する鑑定に極めて有用であることを明らかにした。(日法医誌43:257-261、1989)4.Polymerase Chain Reaction(PCR)法の応用について:屍体試料(骨、歯牙)から抽出したDNAを用いた性別判定;Y特異的プロ-ブを用いSouthern hybridazationを行うと、3.4kbおいて男性に特異的バンドが得られた。PCRを行うことにより、性別判定の精度を上げ得ることがわかった。(第58次日本法医学会関東地方会、1989年10月、日法医誌、投稿中)1、核DNAの集団遺伝学への応用アセトアルデヒド脱水素酵素ALDH2の核DNAを用いての解析を行い、ALDH

2座位の対立遺伝子を判定する方法を検討した。ALDH2遺伝子を特定のプライマ-にて増幅した生成物を、対立遺伝子特有のプロ-ブでハイブリダイズすることによって判定する。その結果、正常型はALDH2*1/ALDH2*1のホモ接合体のみであり、不活性(欠損)型は2ー1のヘテロおよび2ー2型のホモ接合体であることがわかった。この方法で各遺伝子頻度を種々のヒト集団において推定することができるようになると地理的、人種的分布の相違がわかるばかりでなく、重要な疫学的デ-タを提供できるようになる。2、硬組織から抽出したDNAによる性別判定一般的に行われている形態学的検査では判定困難な例、骨片や歯牙のみを試料とする場合にも、Southernハイブリダイゼ-ションやPCRの併用により、より確実に性別が判定できることが明らかになった。骨、歯牙を液体窒素を用いて粉末化した後DNAを抽出し、Y特異的プロ-ブ(PHY10:3.4kb)によるSouthern hybridizationと性染色体特異的アルフォイド・サテライト領域のPCRを用いた。いずれからもDNAは抽出されたが、死後変化とともに減少する。性別判定は歯牙を用いた方が誤判定は少ない。骨の場合、死後3ケ月以上で判定困難な例が多くなるが、死後15年以上でも判定可能な例もある。PCRによるalphoid repeatの増幅ではXとY染色体の増幅感度に差が大きく、男性の判定に困難な例もあるが、Kogan Segmentの併用で判定はより正確になる。試料の保存状態によるDNA解析限度を調べると、歯牙では保存による影響はあまりみられない。
アリール型ホウ素化合物の直接合成法と新規触媒反応の開発

1.イリジウム触媒を用いた芳香族C-Hホウ素化反応量論量のアレーンおよびヘテロアレーンのビス(ピナコラート)ジボロンおよびピナコールボランによる芳香族C-Hホウ素化反応が、[Ir(OMe)(COD)]_2および4,4'-ジ-tert-ブチル-2,2'-ビピリジンとから調製した触媒の存在下ヘキサン溶媒中室温で進行し、対応するアリール型ホウ素化合物を収率良く与えることを見いだした。反応の触媒活性種はトリス(ボリル)イリジウム(III)錯体であり、この錯体への芳香族炭素-水素結合の酸化的付加およびアリール型ホウ素化合物の還元的脱離を経由してホウ素化が進行する。得られたアリール型ホウ素化合物は単離・精製することなく、パラジウム触媒を用いたハロゲン化アリールとの鈴木・宮浦カップリングに利用可能であり、ワンポットで簡便に非対称ビアリールが得られる。2.パラジウム触媒を用いたアリール型ホウ素化合物のエノンへの1,4-付加反応アリール型ホウ素化合物の環状あるいは非環状共役エノンへの1,4-付加反応が、[Pd(dppe)(PhCN)_2](SbF_6)_2等のカチオン性二価パラジウム触媒の存在下で進行することを見いだした。反応は、アリール型ホウ素化合物とカチオン性二価パラジウム間のトランスメタル化、エノンへのアリールパラジウムの挿入、および生成したパラジウムエノラートの加水分解を経由して進行する。本1,4-付加は、不斉二座ホスフィン配位子を用いることによりエナンチオ選択的な反応に展開できる。例えば、(S,S)-dipampを用いた2-シクロヘキセノンおよび2-シクロヘプテノンの反応では96% ee以上で、また(S,S)-chiraphosを用いた2-シクロペンテノンおよび非環状エノンの反応では82-97% eeで対応するβ-アリールケトンが得られる。本研究は、芳香族炭化水素類の安定な炭素-水素結合の直接的かつ触媒的なホウ素化反応による簡便でクリーンかつ経済的なアリール型ホウ素化合物の合成法を確立するとともに、得られたアリール型ホウ素化合物の鈴木・宮浦カップリングあるいはα,β-不飽和カルボニル化合物への1,4-付加などへの利用による効率的な炭素-炭素結合形成法ならびに新規な触媒的アリール化反応の開発を目的としている。1.反応条件(石山担当):効率的なホウ素化反応を実現するための反応条件(触媒前駆体、配位子、溶媒、添加物、温度など)を精査した。触媒前駆体としてはIr(OMe)(cod)錯体、配位子として4および'4'位にt-Bu基を有するビピリジンが優れ、ヘキサンを溶媒とすると室温で、量論量の芳香族炭化水素のホウ素化が達成できた。2.ホウ素化剤(石山担当):反応を精査した結果、ジボロンにおいては、二つのホウ素基が利用可能であった。また、ヒドロボランとしてピナコールボランが同様の反応条件下利用可能であることもわかった。3.基質の適用範囲と選択性(山本担当):基質として様々な置換基を有する芳香族化合物のホウ素化について検討を行った。低原子価の金属錯体に対して高い活性を示す芳香族ヨウ化物を基質に用いてもホウ素化は芳香族炭素-水素結合でのみ進行した。また、複素環芳香族化合物においても位置選択的なホウ素化に成功した。

その他、カチオン性パラジウム錯体を用いるアリール型ホウ素化合物のエノンへの1,4-付加反応の開発を行った。反応機構の調査により有機ボロン酸のトランスメタル化により進行することが明らかとなり、カチオン性アリールパラジウム中間体のX線構造解析にも成功した。1.イリジウム触媒を用いた芳香族炭素-水素結合の直接的なホウ素化反応の開発(1)反応機構前年度に開発した標記反応の機構について検討を行った。[IrCl(COE)_2]_2、4,4'-ジ-tert-ブチル-2,2'-ビピリジンおよびビス(ピナコラート)ジボロンの混合物をメシチレン中50°Cで攪拌した後に再結晶を行ったところ、トリス(ボリル)イリジウム(III)錯体が得られた。この錯体を過剰のベンゼンと反応させたところ、室温数分で完結しフェニルボランが得られた。以上の結果より、本反応の触媒活性種はトリス(ボリル)イリジウム(III)錯体であり、この錯体への芳香族炭素-水素結合の酸化的付加およびアリールボランの還元的脱離を経由してホウ素化が進行する。(2)有機合成への有効利用前年度に開発した標記反応で得られたアリール型ホウ素化合物を単離・精製することなく、パラジウム触媒を用いたハロゲン化アリールとの鈴木・宮浦カップリングを行うことによるワンポットでの簡便な非対称ビアリールの合成を行った。ホウ素化段階およびカップリング段階がともに穏和な条件下で行えることから、様々な官能基を有する非対称ビアリールが収率良く得られる。また、ヘテロアリール-ヘテロアリール型のカップリングも問題なく進行する。2.パラジウム触媒を用いたアリール型ホウ素化合物のα,β-不飽和ケトンへの1,4-付加反応前年度に開発した標記反応を不斉反応へと展開した。基質として2-シクロペンテノンおよび鎖状のα,β-不飽和ケトンを用いた反応では[Pd(S,S-chiraphos)(PhCN)_2](SbF_6)_2が、2-シクロヘキセノンおよび2-シクロヘプテノンを用いた反応では[Pd(S,S-dipamp)(PhCN)_2(SbF_6)_2がそれぞれ高いエナンチオ選択性を示した。
統合的視覚モデルの研究

ヒトの視覚情報処理過程を説明する数理モデルは、視覚の柔軟性や汎化性を考慮すると、画像工学的にも有効である必要がある。そこで、物体検出を行なっているV4野細胞の動作原理として、動的輪郭法を採用し、物体検出を行なう視覚モデルを提案した。また、動的輪郭法が抱える問題を、認知心理学研究で得られた視覚特性(凸性)を導入することで解決した。神経生理学的実験により、視覚的注意の影響はV4細胞の活動度に影響を及ぼすことがわかっている。そこで、提案した物体検出モデルに視覚的注意の効果を導入した、統合的な視覚モデルの提案を行なった。統合的視覚モデルの妥当性を評価するために、図地反転現象に関する視覚心理実験を行なった。この心理実験結果と、モデルの動作特性が一致することを数値シミュレーションにより見出した。さらに、提案モデルの理論的な動作解析から、注意の範囲が知覚に影響を及ぼすことを予測した。この予測の妥当性を評価するために現在、新しい心理実験を行なっている。提案モデルは基本的に、反応拡散方程式に基づいて動作するが、結果を得るまでに長い時間を要するという問題点があった。そこでこの問題を解決するために、多解像度理論であるスケールスペース理論を用いて、スケールで一般化された微分演算子を統合的視覚モデルに導入した。数値シミュレーションにより上記問題点が解決され、さらに、V4野における長距離水平結合の計算論的解釈が可能となった。より高次の視覚情報処理であるパターン認識に関しても研究を進め、大きな位置ずれや変形に対しても頑健に動作する視覚モデルを提案した。また、ICA(独立成分解析)とPCA(主成分分析)を複数回組み合わせたパターン学習方法を提案し、同時に、汎用性の高いパターン認識のための神経回路網モデルの提案を行なった。初期視覚モデルや注意視モデルはこれまでにも多数提案されているが,網膜・皮質の空間不均一性,および初期視覚特性の両方を考慮したモデルはない.本年度の研究では上記の特性を考慮したモデルを構築した.具体的な成果は以下の通りである.《初期視覚特性》1.初期視覚特性であるコントラスト感度曲線は、複数の空間周波数チャネルで記述されるという多重チャネル性に着目.2.各チャネルの空間周波数特性は,前シナプスの空間分布がLoG関数(Laplacian of Gaussian:正規分布の2階微分)でモデル化される初期視覚細胞の空間周波数特性と一致することを示唆.3.2.より初期視覚の空間周波数特性は,スケール軸を離散化したスケールスペースで記述できることを示した.《網膜・皮質の不均一性》4.中心窩では最も解像度が高く,周辺野では逆に解像度が低いという網膜・皮質0)空間不均一性に着目.5.4.の特性は空間軸を離散化したスケールスペースで記述できることを示した.《本研究で得られた新しい初期視覚モデル》上記4.と5.により,初期視覚特性はスケール軸と空間軸が共に離散化されたスケールスペースで記述できることを示し,これを計算原理として初期視覚モデルを構築した.構築した新しいモデルは神経生理学・認知心理学・信号解析学の知見を取り入れることで超パラメータが無いモデルとなり,特性の解析や動作の意味付け,また計算機への実装が容易という特徴を持つ.《本研究で得られた新しい注意視モデル》これまでの注意視移動モデルは注視範囲について言及していないが,視覚情報処理モデルを構築するには注視範囲も適切に計算する必要がある.そこで上記の初期視覚モデルを基礎とした注意視モデルを構築し,計算機シミュレーションを行なった.注視位置が物体の中心位置へ動き,注視範用が物体の大きさに一致するという所望の結果が得られた.視覚の最大の目的である物体認識を行うためには,その前処理として,画像中から物体領域を特定する計算が必要となる.これまでの物体領域計算に関する研究としては,(a)工学的観点による有効な画像処理方法の提案,(b)神経生理学的知見を導入した視覚モデルの構築,(c)認知心理学的実験による図地分離および図地反転現象のモデル化が挙げられる.本研究では,(a)から得られた画像処理方法の有効性は,実験者の視知覚によって判断されることが多いという事実から,既存の有効な画像処理手法によって,神経細胞特性や,視覚特性を説明できるのではないかと考え,研究を進めた.具体的には,工学的観点から提案された,動的輪郭法を基礎とする物体検出方法に着目した.まず,動的輪郭法の初期値と局所解に関する問題点を解決するために,動的輪郭法の定常解を解析し、認知心理学的知見を導入することでこれらの問題を解決し,新しい画像処理方法を提案した.次に,提案方法を実現する神経回路網モデルを理輪的に導出し,数値実験により,実際に物体検出が可能であることを示した.また,V4野の神経細胞が,物体検出に大きく関わっているという神経生理学的知見に着目し,理論的に導出した神経回路網モデルと,V4野に関する神経生理学的知見の対応を検証した.その結果,拡散方程式に従うV4野からのフィードバック結合により,V1およびV2野における反応の時間遅れを説明することができた.,さらに,提案モデルにより,知覚現象の1つである図地反転現象をエネルギーの観点から説明できることを示した.加えて,視単的注意の変化により知覚が変化する現象を再現することができた.提案モデルは,動的輪郭法を基本としているために理論解析が可能である.これは実画像への適応の際には非常に重要な特徴である.ヒトの視覚情報処理過程を説明する数理モデルは、視覚の柔軟性や汎化性を考慮すると、画像工学的にも有効である必要がある。

そこで、物体検出を行なっているV4野細胞の動作原理として、動的輪郭法を採用し、物体検出を行なう視覚モデルを提案した。また、動的輪郭法が抱える問題を、認知心理学研究で得られた視覚特性(凸性)を導入することで解決した。神経生理学的実験により、視覚的注意の影響はV4細胞の活動度に影響を及ぼすことがわかっている。そこで、提案した物体検出モデルに視覚的注意の効果を導入した、統合的な視覚モデルの提案を行なった。統合的視覚モデルの妥当性を評価するために、図地反転現象に関する視覚心理実験を行なった。この心理実験結果と、モデルの動作特性が一致することを数値シミュレーションにより見出した。さらに、提案モデルの理論的な動作解析から、注意の範囲が知覚に影響を及ぼすことを予測した。この予測の妥当性を評価するために現在、新しい心理実験を行なっている。提案モデルは基本的に、反応拡散方程式に基づいて動作するが、結果を得るまでに長い時間を要するという問題点があった。そこでこの問題を解決するために、多解像度理論であるスケールスペース理論を用いて、スケールで一般化された微分演算子を統合的視覚モデルに導入した。数値シミュレーションにより上記問題点が解決され、さらに、V4野における長距離水平結合の計算論的解釈が可能となった。より高次の視覚情報処理であるパターン認識に関しても研究を進め、大きな位置ずれや変形に対しても頑健に動作する視覚モデルを提案した。また、ICA(独立成分解析)とPCA(主成分分析)を複数回組み合わせたパターン学習方法を提案し、同時に、汎用性の高いパターン認識のための神経回路網モデルの提案を行なった。