hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低酸素で機能するエンハンサーを利用した動物細胞の超高密度培養法の開発

単に酸素圧に依存した代謝活性の変化に起因する転写活性の変動と真に酸素圧の変化に起因するエンハンサー活性の変動とを明確に識別するために、ノーザンハイブリダイゼーション法や定量的RT-PCR法によるEPOmRNAの定量法の開発を行った。酸素は生物にとって必須であるので、生物は酸素不足に対応して生存しようとする。多くの場合、酸素不足に対する対応は特異遺伝子の発現による。低酸素による遺伝子発現の活性は、低酸素に応答するエンハンサーが活性化され、遺伝子の転写が促進されることによる。動物細胞による組み換え型蛋白質生産過程における重要な問題点のひとつは、酸素供給であり、細胞の生存や物質生産を維持するための激しい酸素供給は細胞に傷害を与える。そこで、本研究は、低酸素で活性化されるエンハンサーを利用して、通常の酸素状態でもまた低酸素状態でも組み換え型蛋白質を効率よく生産するシステムを開発するための実験を行った。まず、低酸素に応答する典型的な遺伝子としてエリスロポエチン(EPO)遺伝子のエンハンサーを利用し、β-ガラクトシダーゼをレポーターとして使用し、β-ガラクトシダーゼ生合成の酸素依存生を詳細に解析した。その結果、このエンハンサーは低酸素で転写を著しく活性化することを見出し、物質生産に有効であることを明らかにした。ついで、強いプロモーターで物質生産に使用されているcytomegalovirous(CMV)プロモーターやelongation factor-1αプロモーターにエンハンサーを接続し、EPOをレポーター遺伝子とするプラスミドを構築した。このプラスミドを使用し、組み換え型蛋白質の生産細胞として使用されるChinese hamstar ovary(CHO)細胞によるEPOの生産を解析した。エンハンサーは、低酸素によるEPO生産低下を防止し、通常の酸素状態に匹敵するEPO生産能力を示した。多くの場合、酸素不足に対する対応は特異的遺伝子の発現による。動物細胞による組換え型蛋白質生産過程における重要な問題点のひとつは、酸素供給であり、細胞の生存や物質生産を維持するための激しい酸素供給は細胞に傷害を与える。そこで、本研究は、低酸素で活性化されるエンハンサーを利用して、通常の酸素状態でもまた低酸素状態でも組換え型蛋白質を効率よく生産するシステムを開発するための実験を行った。解糖系のいくつかの酵素の遺伝子発現は低酸素により誘導される。乳酸脱水素酵素A(LDHA)(筋肉型酵素)の遺伝子発現は低酸素より誘導されるが、通常の酸素圧下における発現はそれ程強くない。その理由は、LDHA遺伝子発現の制御エレメントは三つよりなっており、5フランキング領域に、負の制御領域・低酸素エンハンサー・プロモーターの順に並んでいる。この負の制御領域を除去すると、このプロモーターは大変強いプロモーターになり、組換え型蛋白質生産用に使用されているプロモーターに匹敵する活性を持つ。
JNKカスケードを介した脳神経系の細胞死に関する研究

本研究では、ストレスやアポトーシスのシグナル伝達に関与するJNKの中で、特に脳神経系に強く発現が認められるマウスJNK3に相互作用するJSAP1及びJNKBP1の解析を行った。1.JSAP1の解析:(1)JSAP1は脳神経系で強い発現が認められ、さらにERK2, p38MAPK, JNK1-3の各MAPキナーゼ野中でJNK特にJNK3に強く結合する。(2)JSAP1はJNKキナーゼであるSEK1/MKK4あるいはJNKキナーゼキナーゼであるMEKK1とJNK結合領域とは違う領域で結合する。(3)JSAP1は坑JSAP1抗体の解析より細胞質に局在する。(4)JSAP1は活性化JNK3によって、リン酸化される。(5)JSAP1のSEK1/MKK4とMEKK1の結合領域を欠失させたタンパク質は、構成活性型MEKK1によるJNKカスケードを介したアポトーシスを阻害する。(6)JSAP1をMEKK1とともに神経系に分化したP19細胞に過剰発現させると、JNKカスケードのシグナル伝達の促進が認められる。(7)JSAP1に対するポリクローナル抗体を作製し、マウス成体脳において免疫組織化学的解析を行ったところ、海馬CA1、CA3の錐体細胞、大脳皮質ニューロン、小脳のプリキンエ細胞にその存在が認められる。(8)細胞増殖や分化のシグナル伝達に関与するMAPKカスケードの1つ、ERKカスケードのメンバーcRaf1(MAPKKK)とMEK1(MAPKK)と相互作用することにより、ERKカスケードの活性化を負に制御する。すなわち、JSAP1は、JNKカスケードのスキャホールドタンパク質としてだけでなく、ERKカスケードを制御する多機能なMAPKカスケード制御タンパク質であると考えられる。このことはMAPKカスケード間のクロストーク、さらに神経細胞の分化、維持あるいはアポトーシスの制御機構を考える上で興味深い2.JNKBP1の解析:(1)JNKBP1は、JNK3と同様に脳と精巣で多く発現が認められる。(2)MAPKKKであるMEKK1あるいはTAK1を培養細胞にJNKBP1とともに遺伝子導入すると、JNKカスケードの活性化の増大が認められる。JNKBP1は、JSAP1と構造上異なっているものの同様のスキャホールド的な機能を保持している可能性がある。2. JSAP1はJNKキナーゼであるSEK1/MKK4あるいはJNKキナーゼキナーゼであるMEKK1とJNK結合領域とは違う領域で結合する。3. JSAP1は抗JSAP1抗体の解析より細胞質に局在する。4. JSAP1は活性化JNK3によって、リン酸化される。6. JSAP1をMEKK1とともに神経系に分化したP19細胞に過剰発現させると、JNKカスケードのシグナル伝達の促進が認められる。

以上の結果より、JSAP1は、脳神経系においてJNKカスケードの3種のキナーゼを空間的に接近させ、瞬時にシグナルを伝達させる場を提供するスキャホールドタンパク質である可能性が強く示唆された。平成11年度には、神経系細胞のアポトーシスやストレスの際に流れるシグナル伝達においてJSAP1の機能を詳細に調べるとともに、MAPKカスケード間のクロストークの阻害あるいは促進の可能性も検討する予定である。本研究では、ストレスやアポトーシスのシグナル伝達に関与するJNKの中で、特に脳神経系に強く発現が認められるマウスJNK3に相互作用するJSAP1およびJNKBP1の解析を行った。平成10年度の研究によって、JSAP1は、脳神経系においてJNKカスケードの3種のキナーゼを空間的に接近させ、シグナルを効率よく伝達させる場を提供するスキャホールドタンパク質である可能性が強く示唆された(Ito,M.et al.Mol.Cell Biol,1999)。平成11年度は、この結果をふまえ、JSAP1の解析をさらに進めるとともに、JNKBP1の構造解析および機能解析を行い(Koyano,S.et al.FEBS lett.,1999)、以下の結果が得られた。1.JSAP1の解析:(1)JSAP1は、細胞増殖や分化のシグナル伝達に関与するMAPKカスケードの1つ、ERKカスケードのメンバーcRaf1(MAPKKK)とMEK1(MAPKK)と相互作用することにより、ERKカスケードの活性化を負に制御する。すなわち、JSAP1は、JNKカスケードのスキャホールドタンパク質としてだけでなく、ERKカスケードを抑制する多機能なMAPKカスケード制御タンパク質であると考えられる。このことは、MAPKカスケード間のクロストーク、さらに神経細胞の分化、維持あるいはアポトーシスの統御機構を考える上で興味深い。(2)JSAP1に対するポリクローナル抗体を作製し、マウス成体脳において免疫組織化学的解析を行ったところ、海馬CA1、CA3の錐体細胞、大脳皮質ニューロン、小脳のプリキンエ細胞にその存在が認められ、ストレス等による神経細胞死と密接な連関がある可能性が示唆される。2.JNKBP1の解析:(1)JNKBP1は、JNK3と同様に脳と精巣で多く発現が認められる。(2)MAPKKKであるMEKK1あるいはTAK1を培養細胞にJNKBP1とともに遺伝子導入すると、JNKカスケードの活性化の増大が認められる。このことから、JNKBP1は、JSAP1と1次構造上全く異なっているものの同様のスキャホールド的な機能を保持している可能性がある。現在、MAPKKKやMAPKKとの結合性を検討中である。
蛋白質工学的手法による卵白リゾチームの抗菌性改変

蛋白質工学的手法によりリゾチームのC-末端に種々の長さの疎水ペプチドを挿入し、グラム陰性菌に対する抗菌性を有するリゾチームを作成することを目的とし研究を行った。このために、挿入する疎水性ペプチドとしてPhe-Val-Pro(H3),Phe-Phe-Val-Ala-Pro(H5),Phe-Phe-Val-Ala-Ile-Ile-Pro(H7)の三種の異なる長さのペプチドをコードする合成DNAをリゾチームcDNAのC-末端に挿入し、融合リゾチームのcDNAは酵母発現ベクターPYG100に組み込み、酵母培地中にリゾチームを発現、分泌させた。しかしながらこの疎水ペプチド融合リゾチームの分泌量は極めて少なく、したがって、分泌量を増加させるために、49位のGlyをAsnに置換し(G49N)、この部位に糖鎖を結合させ、高分泌させるようにした。この置換により、疎水ペプチド融合リゾチームは多量に発現、分泌した。分泌した融合リゾチームはいずれも70-80%の触媒活性を示し、またモノクローナル抗体による構造解析の結果からも立体構造が保持されていることが示された。融合した疎水基の長さが大きくなるにつれて、グラム陰性菌(大腸菌)に対する抗菌性が強くなり、H3では20%の菌体しか死滅しないが、H5、H7では80%以上が死滅することが明らかになった。こうして、より強力な抗菌性を発現する疎水ペプチド結合リゾチームをデザインし、抗菌スペクトラムの拡大した新規なリゾチームの設計、作成に成功した。さらに、疎水ペプチド融合リゾチームのグラム陰性菌に対する抗菌スペクトラム改変の機構について検討した結果、疎水ペプチドが菌体の外膜リポポリサッカライドと強く結合し、ペリプラスムのペプチドグリカンを開裂し、引続き内膜に疎水基が結合することにより、抗菌性を示すことが明らかになった。遺伝子工学的手法によりリゾチームのC-末端に疎水ペプチドを挿入し、グラム陰性菌に対する抗菌性を有するリゾチームを作成することを目的とした.前年度は疎水ペプチドPhe-Phe-Val-Ala-ProをコードするDNAをリゾチームcDNAのC-末端に挿入し、酵母発現ベクターに組み込み、酵母でこの融合リゾチーム(HLz5)を分泌させることに成功した.得られたHLz5は溶菌活性を残存させ、wildタイプに比べグラム陰性菌(大腸菌)に対して著しく強い抗菌性を示すことが明らかにされた。この強力な抗菌性のメカニズムを調べたところ、HLz5はwildタイプリゾチームと同様に菌体の外膜を破壊するスフェロプラスト効果に加えて、内膜を攻撃することが明らかにされた[J.Biol.Chem.269,5059-5063(1994)].さらに、疎水ペプチドの鎖長3,5,7残基のものを融合させたリゾチームを作成した.疎水基の長いものは分泌量が少なく、細胞内にとどまるなどの問題があるが、これらの融合リゾチームを作成することにも成功している.現在、これらのグラム陰性菌に対する抗菌性を検討中である.予備的な観察では、5残基の疎水基を融合させたものが最も強い抗菌性を示しており、この観察結果をさらに確認し、そのメカニズムについて検討してゆく予定である.蛋白質工学的手法によりリゾチームのC-末端に種々の長さの疎水ペプチドを挿入し、グラム陰性菌に対する抗菌性を有するリゾチームを作成することを目的とし研究を行った。

このために、挿入する疎水性ペプチドとしてPhe-Val-Pro(H3),Phe-Phe-Val-Ala-Pro(H5),Phe-Phe-Val-Ala-Ile-Ile-Pro(H7)の三種の異なる長さのペプチドをコードする合成DNAをリゾチームcDNAのC-末端に挿入し、融合リゾチームのcDNAは酵母発現ベクターPYG100に組み込み、酵母倍地中にリゾチームを発現、分泌させた。しかしながらこの疎水ペプチド融合リゾチームの分泌量は極めて少なく、したがって、分泌量を増加させるために、49位のGlyをAanに置換し(G49N)、この部位に糖鎖を結合させ、高分泌させるようにした。この置換により、疎水ペチプド融合リゾチームは多量に発現、分泌した。分泌した融合リゾチームはいずれも70-80%の触媒活性を示し、またモノクローナル抗体による構造解析の結果からも立体構造が保持されていることが示された。融合した疎水基の長さが大きくなるにつれて、グラム陰性菌(大腸菌)に対する抗菌性が強くなり、H3では20%の菌体しか死滅しないが、H5、H7では80%以上が死滅することが明らかになった。こうして、より強力な抗菌性を発現する疎水ペチプド結合リゾチームをデザインし、抗菌スペクトラムの拡大した新規なリゾチームの設計、作成に成功した。さらに、疎水ペプチド融合リゾチームのグラム陰性菌に対する抗菌スペクトラム改変の機構について検討した結果、疎水ペプチドが菌体の外膜リポポリサッカライドと強く結合し、ペリプラスムのペプチドグリカンを開裂し、引続き内膜に疎水基が結合することにより、抗菌性を示すことが明らかになった。
Tecチロシンキナーゼファミリーによる造血システム制御機構の解明

Tecチロシンキナーゼのキナーゼドメインをbaitとした酵母のtwo-hybridスクリーニング法によって単離されたSakセリン・スレオニンキナーゼはPlk/Poloファミリーに属する蛋白質である。Sakは970アミノ酸からなる蛋白質でそのN末端側にキナーゼドメインをもつ。Sak蛋白質は細胞増殖や、細胞分裂機構に関与する可能性が示唆されていたが、これまでSakキナーゼの活性制御機構は明らかにされてはいなかった。我々はまずSakとTec蛋白質の相互作用を明らかにする目的でSakがTecの基質となりうるか検討した。その結果293細胞内でSakはTecにより効率よくチロシンリン酸化されるのみならず、セリン残基やスレオニン残基が優先的にリン酸化されていることが明らかになった。このことはTecによりチロシンリン酸化されたSak蛋白質が活性化している可能性を示唆した。我々は実際にin vitroの実験でTecとの共発現によりSakのキナーゼ活性が著しく上昇することを確認した。我々はTecとの共発現によりSak遺伝子発現量は一定であるにもかかわらず細胞内Sak蛋白質量が著しく増加することを確認した。Sak蛋白質にはアミノ酸構造上2ヶ所のPEST配列が存在し、この配列を有する蛋白質は細胞内で早期に蛋白分解を受けることが明らかになっている。つまりTecによりチロシンリン酸化されたSak蛋白質はPEST依存性の蛋白分解機構から逃れ、その結果キナーゼ活性を維持することが出来るのではないかと考えられた。一方Tec以外の他のTecファミリーキナーゼはSakによって活性化されなかった。以上よりSakはTec特異的なセカンドメッセンジャーとして造血システム維持に関与する可能性が明らかになった。

Sakは970アミノ酸からなる蛋白質でそのN末端側にキナーゼドメインをもつ。Sak蛋白質は細胞増殖や、細胞分裂機構に関与する可能性が示唆されていたが、これまでSakキナーゼの活性制御機構は明らかにされてはいなかった。我々はまずSakとTec蛋白質の相互作用を明らかにする目的でSakがTecの基質となりうるか検討した。その結果293細胞内でSakはTecにより効率よくチロシンリン酸化されるのみならず、セリン残基やスレオニン残基が優先的にリン酸化されていることが明らかになった。このことはTecによりチロシンリン酸化されたSak蛋白質が活性化している可能性を示唆した。我々は実際にin vitroの実験でTecとの共発現によりSakのキナーゼ活性が著しく上昇することを確認した。我々はTecとの共発現によりSak遺伝子発現量は一定であるにもかかわらず細胞内Sak蛋白質量が著しく増加することを確認した。Sak蛋白質にはアミノ酸構造上2ヶ所のPEST配列が存在し、この配列を有する蛋白質は細胞内で早期に蛋白分解を受けることが明らかになっている。つまりTecによりチロシンリン酸化されたSak蛋白質はPEST依存性の蛋白分解機構から逃れ、その結果キナーゼ活性を維持することが出来るのではないかと考えられた。一方Tec以外の他のTecファミリーキナーゼはSakによって活性化されなかった。以上よりSakはTec特異的なセカンドメッセンジャーとして造血システム維持に関与する可能性が明らかになった。
抗がん性環状ペプチドの構造活性相関

抗腫瘍活性天然薬物開発の一環として、現在茜草根より得た環状オリゴペプチドRAについて種々の検討を行っている。まず、RA系化合物を含む茜草根に類縁の植物について検索を行い。数種の新規化合物を得た。また、現在臨床の第一相試験に供されているRA-700の原料補給および構造活性相関を論じる目的で全合成に着手した。RA系化合物は、分子内に14員環と18員環を有する2環性のヘキサペプチドである。14員環にはジフェニルエーテルとシス型の酸アミド結合があり、エーテル結合が切れると活性が消失することが知られている。RA系化合物の合成に当たっては、まず14員環を構築し、次いでテトラペプチドを縮合させて、18員環を形成するという経路をとっている。すなわち、2分子のチロシン誘導体がペプチド結合したジペプチドについて、TTNによる酸化を行いジフェニルエーテルとして14員環を形成する。この際、ジペプチドのジクロル、ジブロモ誘導体が最もよく天然型のジフェニルエーテル結合を生成することが判明した。さらに、この14員環化合物をDCCの存在下、テトラペプチドと縮合させて18員環を形成し、RA系化合物の全合成を達成することができた。また一方、RA系化合物に続く活性物質を得るべく、種々の天然物質並びに合成品について活性スクリーニングを行っている。スクリーニング系には、P388細胞(in vivo)及びKB細胞(in vitro)を用い350検体についてテストした。すでに、マイコトキシン由来のchae-tochromin BおよびRA系化合物については、好結果をもたらし、その他、ショウガ科植物Hedychium sp.およびガガイモ科植物Periploca sp.より得られる新規化合物についても検定を行っている。いずれこれらの中からさらに有能な新活性物質が得られるものと考えている。
Bottom-up Construction of Semi-Conductive/Ferroelectric Polymer Hybrid Nanofilms for Flexible Devices

本研究では、ラングミュアーブロジェット(LB)法を利用して分子レベルで強誘電性高分子ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の機能性単分子膜の作製に成功した。特に、PVDF/半導体高分子のハイブリッドナノシートを様々な混合比で数ナノスケール精度で構築した。PVDF相の結晶相はほぼ100%の強誘電相であることを示した。PVDF相に由来する残留分極を利用して半導体相の電荷移動を制御し、抵抗スイッチングに基づく有機不揮発性メモリを実現した。一方、PVDFナノシートは、有機トンネル障壁層としてスピンバルブデバイスにも適用された。室温付近(300K)で磁気抵抗比が2.5%を超える結果を世界で初めて報告した。高分子・繊維材料
シークエンスキャプチャー法による生理活性ペプチド遺伝子の効率的なクローニング

本研究では、両生類の皮膚から抗菌性のペプチドの単離を行なうとともに、その効率的な遺伝子クローニング法の開発を行なった。その結果、日本産の数種類のカエルから有用な抗菌ペプチド及びその配列を多数見つけ出すとともに、抗菌ペプチド遺伝子の発現には甲状腺ホルモンが重要であることを示した。また、ヒストンH2Bという本来は細胞の核にあるタンパク質がカエルの皮膚から得られていることに基づき、その抗菌メカニズムを明らかにした。本年度の主な研究実績は、(1)チョウセンヤマアカガエル皮膚抽出物からの抗菌ペプチド及び細胞溶解性ペプチドの単離とカエル種間におけるその系統的解析、(2)タゴガエル及びナガレタゴガエルからのハチ毒メリチン様抗菌ペプチド遺伝子の単離と発生段階並びに器官依存的な発現の解析、(3)ニホンアマガエル皮膚抽出物からの細胞溶解性ヒストンH4の単離とその遺伝子クローニングに基づく3'非翻訳領域の特異的な塩基配列の発見、及び(4)遺伝子クローニングに基づくニホンアカガエル皮膚からの新規抗菌ペプチド・Brevinin-1Jaの発見とその抗菌性並びに細胞毒性の検証、(5)シュレーゲルアオガエル皮膚より抗菌物質として得たヒストンH2Bの作用機序の解析、(6)ニホンアカガエル特異的な抗菌ペプチドであるJaponicin-1及びJaponicin-2の遺伝子クローニング、in situ hybridization法による局在解析、分子内ジスルフィド結合の有無による抗菌活性への影響の解析、(7)ヤマアカガエル皮膚から得られた数種の抗菌ペプチドに対する遺伝子のクローニング、であり、関連項目を各種学会で発表したほか、(1)(4)について4編の学術論文として公表した。さらに(5)(7)についても複数の学術論文を投稿中である。本研究の目的とする効率的な遺伝子クローニングは着々と成果を挙げており、新規のペプチドをコードする遺伝子なども見つけている。現在、両生類においては皮膚以外の器官から、また両生類以外の動物からはこれまでに研究対象とされていない外分泌腺を中心に、抗菌ペプチドの探索を試みている状況である。抗菌ペプチドは、抗菌活性以外にも抗ウィルス性や免疫系の活性化などに深く関与することが報告されるようになって来ており、医療薬学方面での重要性が加速的に増していることからも、本研究のもつ社会的意義は大きい。当該年度の最大の成果は、核内タンパク質として知られるヒストンH2Bについて、その抗菌活性発現のメカニズムを明らかにした点にある。本研究ではヌクレオソーム構造の保持と遺伝子の転写制御に関わるヒストンH2Bが、シュレーゲルアオガエルにおいては、両生類の一般的な抗菌ペプチド同様、皮膚腺細胞質に存在し、体外に分泌されることを示すとともに、組換え体ヒストンH2Bタンパク質を用いてその抗大腸菌作用を再現した。またヒストンH2Bの抗菌作用は、他の抗菌ペプチドと異なり、細菌の細胞膜を破壊するのではなく、細胞膜を通過して細胞内部に至り細菌のDNAと結合することによる増殖抑制作用であることを示した。さらにその際、大腸菌が外膜に有するプロテアーゼでヒストンをフラグメント化しており、その断片が細胞内部に透過して来ることも明らかにした。このように、本来、核タンパク質であるヒストンが特定の生物においては外分泌され、さらに細菌との相互作用の結果抗菌活性を発現する、というこれまでにない発見と報告を行ったことは、生物学的に重要な意義を持つ上、今後、皮膚感染症対策等にも貢献し得る可能性を示唆する重要な成果である。一方、研究の本題であるシークエンスキャプチャー法の研究においても、種々のカエルの皮膚や、これまで着目されていなかったハーダー腺という分泌器官からも抗菌ペプチド遺伝子のクローニングを行なっており、加えて、その応用としてニワトリファブリキウス嚢とそれに由来する培養細胞からも抗菌ペプチド遺伝子の効率的なクローニングを行なうことができ、本法が抗菌ペプチド遺伝子のクローニングにおいて非常に効果的であることが示された点に重要な意義がある。これらの一部については論文執筆中でもあり、また遺伝子発現の調節機構を解明するための実験を行なっているところである。
地域協働情報プラットフォームの構築と評価、資源余剰の最適割付けと社会合理的分配

本研究では、日本の地域社会を対象として、民間と行政の事業活動の測定・評価・改善を推進する「地域協働情報プラットフォーム」の構築と効果検証を目的として、地域の生産主体と、サービス/生活主体の2つの側面から議論・検証している。具体的には、第一に、生産主体に対しては、企業等の経営資源の稼働に関わる情報を地域単位で集約する仕組みの構築を目指している。また、第二に、地域のサービス/生活主体に対しては、地域社会課題を収集し迅速対応を可能にする支援手法を目指している。2018年度成果として、第一に、信頼性と汎用性の高いセンサーデータの自動収集機構の構築、および、複数種リソースの同時割付け最適化解法を研究した。データの自動収集機構では、あらゆる企業に対応する汎用性を求め、デジタル・アナログ複装で高速データ収録できるIoT標準装置を実現した。また、従来手法では現実できていなかった複数種リソースの同時割付け最適化問題について、高い最適性と高速計算を両立する解法を構築し、実際の多品種受注・見込み混合生産を行う複雑・大規模な量産モデル(国内大企業)に対して検証した。生産主体の多様性を鑑み、受注生産単体や見込み生産単体にも利用できる汎用性を有する。また、第二に、市民窓口手続きに関わる問合せへの適切な応答を可能にするチャットボット・システムを開発し、2つの実証実験を通して、1市役所業務における効果と、2市民の自己解決の効果・効率化の程度を定量的に検証した。1では、人事異動が多く常に新人が混在しがちな業務環境において、対応の属人性を低下し得る効果が確認され、また、2では、市民の手続き準備における自立性・正確性が有意に向上する効果が認められ、問合せ自体を低減し得る可能性も示唆された。ここで、非日本国籍の住民における効果はより高く、今後の日本社会の人材の多様化やグローバル化に適合する手段として有望と考える。・2018年度予定した内容は、全て実施した。1)信頼性と汎用性の高いセンサーデータの自動収集機構の構築、および、複数種リソースの同時割付け最適化解法を研究した。2)従来手法では現実できていなかった複数種リソースの同時割付け最適化問題について、高い最適性と高速計算を両立する解法を構築し、実際の多品種受注・見込み混合生産を行う複雑・大規模な量産モデル(国内大企業)に対して検証した。以上に関する研究成果は、査読付き国際会議論文として発表済みである(2018年度中)。3)市民窓口手続きに関わる問合せへの適切な応答を可能にするチャットボット・システムを開発し、2つの実証実験を通して、1市役所業務における効果と、2市民の自己解決の効果・効率化の程度を定量的に検証した。まず、予定した研究内容は、確実に実施していく。加えて、12両面で発展的な研究開発に努める方針とする。1当初計画で、サービス/生活主体の側面では、多様な社会課題やサービスニーズを広範かつ大規模に収集する予定であったが、日常的にデータ入力いただくための動機付けや、無意味なデータが大量に蓄積されうる点に課題がある。そのため、本研究の残り期間では、対象とする社会課題やサービスニーズを絞り、適切な対象に適時にデータ入力頂くよう動機づけ、また、データ収集のための実験場を設営し、確実かつ正確なデータ収集を実現していく。これについて、筑波大学発ベンチャーや地域の事業体の協力含め、具体的な相談を始めている。その中で、地域の遊休地等の活用で、マイナスの付加価値をプラスに転化する社会課題解決型のビジネスモデルの実線事例に触れ、人的資源にフォーカスした本研究に対し、研究対象「資源」の範囲の拡大余地があることがわかってきた。本研究でも、付加価値の転化に着目した有効事例をとりこみ、より広い視座で挑戦的に議論するべく研究を加える。2当初計画では、生産主体として、茨城県の工業団地数十社に対する情報集約の実証を主眼に、ローカル環境でのシステム提供・効果検証を想定していた。しかし、その後の調査で、実に多くの企業で工数稼働の可視化と最適化の課題が共通することから、可視化・最適化の仕組みの実装形態をWebサービス化し、クラウド環境で中小企業が簡単に使えるよう工夫を加える必要が生じている。予算の範囲内に制約されるが、工夫し、より多様な生産主体の利用と、集約データの充実に向かう。1での対象の絞り込みと対象資源の拡大を経て、2でも、余剰工数に加えて余暇も含む時間利用の課題設定へと広がる。検討の項目と多様性が増すが、専門家の助言も受け、公共性と公益性の高い成果を追求していく。

また、従来手法では現実できていなかった複数種リソースの同時割付け最適化問題について、高い最適性と高速計算を両立する解法を構築し、実際の多品種受注・見込み混合生産を行う複雑・大規模な量産モデル(国内大企業)に対して検証した。生産主体の多様性を鑑み、受注生産単体や見込み生産単体にも利用できる汎用性を有する。また、第二に、市民窓口手続きに関わる問合せへの適切な応答を可能にするチャットボット・システムを開発し、2つの実証実験を通して、1市役所業務における効果と、2市民の自己解決の効果・効率化の程度を定量的に検証した。1では、人事異動が多く常に新人が混在しがちな業務環境において、対応の属人性を低下し得る効果が確認され、また、2では、市民の手続き準備における自立性・正確性が有意に向上する効果が認められ、問合せ自体を低減し得る可能性も示唆された。ここで、非日本国籍の住民における効果はより高く、今後の日本社会の人材の多様化やグローバル化に適合する手段として有望と考える。・2018年度予定した内容は、全て実施した。1)信頼性と汎用性の高いセンサーデータの自動収集機構の構築、および、複数種リソースの同時割付け最適化解法を研究した。データの自動収集機構では、あらゆる企業に対応する汎用性を求め、デジタル・アナログ複装で高速データ収録できるIoT標準装置を実現した。2)従来手法では現実できていなかった複数種リソースの同時割付け最適化問題について、高い最適性と高速計算を両立する解法を構築し、実際の多品種受注・見込み混合生産を行う複雑・大規模な量産モデル(国内大企業)に対して検証した。以上に関する研究成果は、査読付き国際会議論文として発表済みである(2018年度中)。3)市民窓口手続きに関わる問合せへの適切な応答を可能にするチャットボット・システムを開発し、2つの実証実験を通して、1市役所業務における効果と、2市民の自己解決の効果・効率化の程度を定量的に検証した。まず、予定した研究内容は、確実に実施していく。加えて、12両面で発展的な研究開発に努める方針とする。1当初計画で、サービス/生活主体の側面では、多様な社会課題やサービスニーズを広範かつ大規模に収集する予定であったが、日常的にデータ入力いただくための動機付けや、無意味なデータが大量に蓄積されうる点に課題がある。そのため、本研究の残り期間では、対象とする社会課題やサービスニーズを絞り、適切な対象に適時にデータ入力頂くよう動機づけ、また、データ収集のための実験場を設営し、確実かつ正確なデータ収集を実現していく。これについて、筑波大学発ベンチャーや地域の事業体の協力含め、具体的な相談を始めている。その中で、地域の遊休地等の活用で、マイナスの付加価値をプラスに転化する社会課題解決型のビジネスモデルの実線事例に触れ、人的資源にフォーカスした本研究に対し、研究対象「資源」の範囲の拡大余地があることがわかってきた。本研究でも、付加価値の転化に着目した有効事例をとりこみ、より広い視座で挑戦的に議論するべく研究を加える。2当初計画では、生産主体として、茨城県の工業団地数十社に対する情報集約の実証を主眼に、ローカル環境でのシステム提供・効果検証を想定していた。
光同調のメカニズム:視交叉上核内機序と松果体リズムへの表現

本研究では、光刺激に極めて鋭敏に反応すると共に、視交叉上核(SCN)にある生物時計のリズム位相を直接的に反映する松果体メラトニンを指標に、ラットを用い、光同調機序を明らかにすることを目的として以下の4つの実験を行い、下記のごとく結論を得た。1.松果体への光の二重効果の伝達経路:光による松果体メラトニン合成抑制とリズム調節の2つの反応を伝達する経路が同一かどうかを、同一照度の2種の単色光を用い検討した。その結果、今回使用した赤色光では、メラトニン合成は抑制られたがリズム変位は生じなかったため、メラトニン合成抑制のほうがより閾値が低いこと、両者への光伝達経路である網膜視床下部路は機能的に異なる線維を含むことが明らかとなった。2.メラトニン光抑制の波長と位相依存性:0時と4時に同一光子量の赤と緑の単色光を照射したところ、0時には赤色光による抑制は殆どみられなかったが、4時には両単色光とも速やかにメラトニン合成を抑制した。メラトニン合成抑制は光の波長とリズム位相に依存し、緑色光は赤色光より、暗期後半は前半より、強く抑制することが明かとなった。3.松果体in vivoマイクロダイアリシスによる光の二重効果の検討:松果体マイクロダイアリシス法により連続4日間の透析を行い、30分毎メラトニンを測定し、光の二重効果を検討した。その結果、同一ラットで上述の光抑制の時刻差が確かめられ、さらに光によるメラトニンリズム位相の変位が照射の翌日には完了していることが明かとなった。4.網膜視床下部路の伝達物質の検討:in vivoへの投与で唯一光類似作用を生じるとされるコリン作動薬カルバコールをSCN内に投与し、松果体マイクロダイアリシス法にてメラトニンリズムへの影響を検討したが、メラトニン合成抑制もリズム位相変位もみられなかった。アセチルコリンが網膜視床下部路の伝達物質である可能性は低いと考えられる。本研究は、光に鋭敏に反応すると共に、サ-カディアン振動体である視交叉上核(SCN)のリズムを直接的に反映する松果体メラトニンを指標に、ラットを用い、光同調の伝達物質と同調機序、松果体への出力系の解明を目的として行われた。本年度は、以下の3つの研究を行った。a.光の松果体メラトニン抑制とSCN概日振動体への経路の相違:松果体メラトニンの光抑制とSCNからのリズム入力は同一の経路をとると考えられてきた。しかし、520(緑)と660(赤)nmの2種の単色光照射を行ったところ、両光共同程度にメラトニン抑制を行ったが、660nmの光照射で行動リズムの位相変位は起こらなかった。この結果は、光が振動体に作用することなく松果体に作用した可能性を示しており、光の振動体へと、松果体への経路は異なることを示唆している。b.メラトニン分泌の光抑制におけるリズム位相と光波長の影響:メラトニンが高値を示す0時と4時に、同一光子量の上記2種の単色光を3分間照射したところ、4時には両単色光とも速やかにメラトニン分泌を抑制したにもかかわらず、0時には660nmの光照射ではメラトニン抑制が一過性にしか起こらなかった。光の松果体メラトニン抑制は、リズム位相と、光波長により感受性が異なることが明かとなった。

c.In Vivoマイクロダイアリシス法による松果体メラトニンリズムの変動:連続4日間の松果体マイクロダイアリシスを行い、透析液中のメラトニン量を測定し、安定した高振幅のメラトニンリズムとパルス状分泌を観察した。光照射で、メラトニンは速やかに抑制され、照射後のメラトニンリズムは変位したが、上昇と下降の位相変位には差がみられた。このメラトニンの位相反応は、同一動物で測定された最も速い光による位相反応である。さらに本実験法を、SCNへの神経伝達物質の作動薬や拮抗薬の微量注入と組合せ、光の概日振動体への伝達機序を調べる。本研究は松果体メラトニンを指標に、ラットを用い、光同調機序を明らかにすることを目的として行われた。本年度は、特にin vivoマイクロダイアリシス法を松果体に適応し、光の直接反応(メラトニン合成抑制)と生物時計の表現(リズム位相の変位)を同一個体で、経時的に測定することにより、光同調機序と光刺激の伝達物質について検討した。実験方法:ウィスター系ラットの松果体に直管式プローブを挿入し、無麻酔無拘束で連続4日間の透析を行い、松果体細胞外液中のメラトニン量を30分毎測定した。第1日目は明暗同調条件下で、2日目からは連続暗のフリーラン条件下とした。2日目の暗期開始5時間と10時間目に光パルスあるいは薬物のSCN内投与を行い、2日目のメラトニン変化と、3、4日目のリズム位相変位を測定した。結果:1.同一ラットでのメラトニン光抑制とリズム位相反応の検討松果体細胞外液中メラトニンは暗期開始3-4時間に上昇開始、暗期終了1時間前に下降開始する明瞭なサーカディアンリズムを示し、分泌亢進時には細かな変動みられた。リズムパターンは、個体内では一定であったが、個体間には差のあることが明かとなった。白色光3照射分で速やかなメラトニン減少がみられ、照射位相に依存して翌日のメラトニンリズムに約1時間の位相前進あるいは後退がみられた。リズム位相変位の大きさは翌々日も変わりなく、光によるメラトニンリズム変位がパルスの翌日には完了していることが明かとなった。2.網膜視床下部路の伝達物質の検討:in vivoへの投与で唯一光類似作用を生じるとされるコリン作動薬カルバコールをSCN内に投与し、松果体マイクロダイアリシス法にてメラトニンリズムへ影響を検討したが、メラトニン合成抑制もリズム位相変位もみられなかった。アセチルコリンが網膜視床下部路の伝達物質である可能性は低いと考えられる。
新規同位体計測手法による沿岸海洋生態系における窒素負荷伝播と生態遷移過程の解明

沿岸海洋生態系、特にサンゴ礁生態系における人為起源窒素負荷の影響を評価するためにアミノ酸の化合物別窒素同位体比分析を適用した。窒素負荷環境勾配を評価する手法として従来のバルク窒素同位体比を利用する方法と比較検討した。飼育実験によりサンゴ宿主・共生藻間の窒素交換様式を解析した。また室内培養実験により腐食食物連鎖の基点となるバクテリアのアミノ酸同位体比パターンの特徴を抽出した。併せて,従来のサンゴ礁研究において見落とされていた大気降下物由来の人為起源窒素負荷量の評価を行った。硝酸イオンの窒素・酸素安定同位体比同時分析,水の酸素・水素安定同位体比同時分析を用いて大気降下物中の窒素の起源・輸送経路解析を行った。本年度は亜熱帯浅海域生態系(石垣島沿岸・石西礁湖)において造礁サンゴを中心とする主要一次生産者を対象とした現地調査を6月、89月、1月の3回にわたり実施し、造礁サンゴとその共生褐虫藻のバルクならびに分子種別窒素安定同位体比と環境負荷との関係について精力的な調査を行った。アミノ酸の分子種別窒素同位体比にも人為的栄養塩負荷の影響が明瞭に反映されることを確認した。得られたデータに関してはなお詳細に解析中である。並行して、陸域からの物質負荷の影響に関して、沿岸生態系の水質や懸濁物組成のモニタリングを実施した。特に懸濁物のモニタリング結果からは、懸濁物の安定同位体比を利用して礁外からの異地性有機物流入と礁内における現地性有機物生産とを区別する特徴が見いだされた。今後、流動場モデル等と組み合わせることにより異地性・現地性有機物の動態についてより定量的に解明していくことを計画している。また降水由来の栄養塩負荷を評価するために降水の定期的なサンプリングを実施した。降水の調査は本研究開始直前から継続して行っているもので、本年度の調査を通して特に冬季春季にかけて大陸由来と想定される顕著な栄養塩負荷が発生していることが確認された。また今年度は、微量な生物・環境試料における分子種別安定同位体比分析を可能にするためにガスクロマトグラフ用PTVインジェクタを本研究費により導入した。メーカー側の都合により納期が遅れたことと研究所の移転(3月)に重なったことのため、本装置のセットアップと動作検証を22年度前半に持ち越して実施した。ただし残念なことに、本装置は23年3月11日の東日本大震災の際に浸水事故の被害を受けて故障し、メーカーにより保証解除の措置が執られたため、十分な利用の機会がないままに廃棄せざるを得なくなった。平成22年56月、89月および23年1月の3回にわたり亜熱帯浅海域生態系(石垣島・西表島沿岸)のサンゴ礁の現地調査を行い、海洋化学的観測と生物試料採取を実施した。生物試料採取は沖縄県漁業調整規則ならびに自然公園法に基づく規制に準拠し、必要な許可を得て実施した。本年度は特に(1)造礁サンゴ共生系におけるサンゴと共生藻の窒素交換関係、およびそれが環境条件、特に富栄養化により受ける影響、(2)海水中に最も多量に含まれる窒素化合物である溶存態有機窒素の動態とその微生物生態学的意義の解明について重点的な調査研究を行った。(1)に関しては、本研究課題の主要テーマであるアミノ酸の化合物別安定同位体比分析を組織的に適用し、アミノ酸プールを介した共生藻とサンゴとの栄養代謝関係に関して新しい知見を得た。また環境の富栄養化に伴い、サンゴ・共生藻とも従属栄養的窒素源への依存度が高まることが明らかになった。(2)に関しては技術的な制約から現在のところ化合物別ではなく溶存態有機窒素全体としての安定同位体比測定の方法開発に取り組んでいる。担当する予定の研究員の着任が遅れたため平成23年度に予算の一部を繰り越して研究を延長して行い、平成23年12月までに分析方法をほぼ確立した。今後、溶存有機物を含む非生物性有機物の化合物別同位体比分析の技術開発に取り組む予定である。またこれらの主テーマと並行して大気降下物由来窒素:負荷の影響に関する観測調査を実施し、硝酸イオンおよび水分子の各種安定同位体比と気象モデルを組み合わせて季節ごとの大気降下物窒素の負荷量評価と起源解析を行った。なお、交付申請書提出段階では、降雨による窒素負荷のモニタリングのため本年度に可搬型イオンアナライザーを導入する計画であったが、別予算により同様の装置が調達できることになったため本経費による調達は取りやめ、かわりに調査回数を3回として調査経費に使用した。

1.23年度は前年度に引き続いて亜熱帯浅海域生態系(石垣島・石西礁湖)における造礁サンゴを中心とした主要一次生産者の分子種別アミノ酸窒素同位体比分析を進める予定であったが、23年3月11日の東日本大震災により分析装置が被災し、作業を中断せざるを得なくなった。代替の分析装置を業者から借り受けて分析を進めようとしたものの、装置の状態がもともと悪かったため、精度の高い分析結果が得ることができず、装置の調整作業のために多くの時日を消費する結果になった。このためやむを得ず予算の一部を次年度に繰り越し、24年度に納品された新しい分析装置を使用して実施することとした。ただしこの新しい装置についても、納入業者側の不手際により運用開始が24年11月までずれ込んだため、24年度に予定していた分析作業のうちの必要最小限の部分を実施するにとどめざるを得なかった。2.22年度までの調査研究活動により、1デトリタス連鎖系の出発点に当たるバクテリアによる分解・二次生産のプロセスにおけるアミノ酸化合物別窒素同位体比の決定機構を明らかにするとともに、2サンゴとその共生藻(褐虫藻)の間の窒素資源共有機構についてアミノ酸の窒素同位体比から新しい知見を得ることができた。これらの成果を学会等で発表するとともに、国際誌に投稿する論文の作成を行った(現在投稿中または投稿準備中)。3.サンゴ礁生態系におけるこれまで見落とされてきた窒素負荷プロセスとして、大気降下物(湿性沈着)由来の窒素負荷の寄与を評価するための観測を継続して行った。特に窒素の降下量とその時空間変動を規定している気象学的要因について明らかにした。この成果についてもすでに学会で概要を発表し、投稿論文の初稿を脱稿した段階である。4.サンゴ礁の一次生産・石灰化に基づく健全性評価のために溶存無機炭素の安定同位体比のモニタリングを適用する手法を試験的に試みた。24年度が最終年度であるため、記入しない。
近紫外線に対する光合成生物の分子生物学的応答

ラン藻Synechococcus PCC7942に近紫外線照射することで数種のUV-ショックタンパクと名づけたタンパク質が合成される。近紫外線が及ぼす効果を回避させるために新しい代謝系が発現したと考えられる。UX-ショックタンパクのうちで、最も顕著に発現するものは、シャペロニンと総称されるタンパク質のリフォルディングに関与するGroELであることをN-末端アミノ酸分析により明らかにした。GroELタンパク質の発現については特異抗体を用いた実験、GroELの転写レベルはノーザン分析することで解析した。mRNA発現量はすでにクローニングしてあったSynechococcusPCC7942の全長geneをプローブとして、デンシトメトリーによって定量した。GroEL翻訳に対する最適近紫外線エネルギー量は200マイクロワットであり、45分の照射で最大に達した。mRNAは極めて短時間の近紫外線照射によって発現した。すなわち、200マイクロワットで、5分間の照射で最大に達した。GroELの転写、翻訳ともに過酸化水素処理した場合と非常によく似た結果を与えた。またこのラン藻には近紫外域に吸収極大を示し、近紫外線照射下で活性酸素を生成する化合物が存在する。本年度設備備品費で購入したマルチソルベント送液システムを装備したHPLCでこの化合物を単一標品にまで精製しその性質を検証した。活性酸素生成物質は325nmに吸収極大を示し、分子量は164と決定された。ジアセチルヘム置換したペルオキシダーゼを用いた分光分析の結果、この化合物への近紫外線照射によって、O_2^-とH_2O_2が1:4の比率で生成することを確認した。これらの結果近紫外線照射によって内在性の増感化合物が励起されて、活性酸素が生成し、この結果生じた酸化ストレスを回避するために、GroELが生成すると結論された。
異質共生型自律分散システムの研究

インテリジェントデバイスからなるマイクロシステムが接続され、数兆のノードからなるTera Netによる超分散システムの構築にあっては、それぞれのシステムがそれぞれの目的を持って構築、運用されるという前提に立たなければならない。そして、環境の変化に伴い、それらの自律性を保ちつつ、次第に統合され成長できる技術-異質共生型自律分散システム技術-が必要になる。このため本研究では、(1)異種システム共生のためのニーズ調査(2)異種共生型自律分散システムコンセプトと,その下でのシステムモデルの提案、(3)異種共生型自律分散システム技術として開放型/抑制型連携技術と、それらのアシュアランス性による評価、(4)制御・情報システムの共生技術と評価、(5)広域異種情報サピスシステムの情報提供/利用技術と評価、(6)これら技術の実機による検証、(7)以上をもとにした実用化への見通し検証、(8)上記成果を国内外会議、論文にて発表、を行なった。メインフレームから、パソコンの、さらには、インターネットなどネットワークコンピュータ指向の分散システム化が情報分野を中心に、欧米先導で進められてきた。我が国が先行してきた産業分野での制御、デバイスをベースにした超分散システムのために研究開発される本技術は、日本の先行性を示すのみならず、世界でのパートナシップに基づく研究開発を促すことが、自律分散システム国際会議(IEEE,計測自動制御学会、情報処理学会、電子情報通信学会主催)などで評価された。何よりも、デバイスの制御から、人間のコミュニケーションまでが技術的に共存するわけで、新たなサービスの創造と、環境保護を推し進める新しい産業分野を生み出す可能性が明らかになった。ニーズおよび技術動向調査とそれに基づく技術提案を以下の通り行った。(1)計算機、通信、制御のニーズ調査により情報サービス、設備管理、環境保全監視管理、統合交通管制システムなどの広野で、インターネット、イントラネット、デバイスネットなどからなる数百万ノードからなるテラネットを介した異種共生システムのニーズを抽出した。(2)異質なニーズを持つシステムを共生させるための異質共生型自律分散システムコンセプトを提案した。システム間の協調を図り異種ニーズを共存しうる評価基準としてアシュアランス性を定義した。本アシュアランス性実現のためのアトミックアクション保証技術、連携処理技術を提案した。(3)制御、情報の共存システムをモデルとしてUNIXマシン、PC、Ethernet環境下で(2)の技術を実験し、アシュアランス性の実現を検証した。異種システム共生のためのシステムアーキテクチャとして、異種自律分散システムアーキテクチャーを提案した。本アーキテクチャーは各システム内の複数サブシステムが情報を共通するデータフィールドで接続され、それらシステム間をゲートウェイで接続する構造である。各データフィールドは異質の特性を持つ処理系とデータにより特徴づけられている。このようなシステムを共存させるために、2つの基本技術を提案した。第一は開放型連携技術である。これは、自律したシステムが非同期で駆動し、その結果のデータをゲートウェイを介して他システムへ送出したとしてもそれらを受けたシステム側で連携のための同期、整合化を図るものである。第二は抑制型連携技術である。これはシステムがゲートウェイを介し他システムの状況を把握し、相手システムへのデータ送出やそれに関わる処理の抑制を図るものである。シミュレーションによりこれらの技術の有効性を示した。この結果は国際会議IWDCCA,IWADSで発表、ISADSでも発表予定である。異種システム共生のためのシステムアーキテクチャ、異種自律分散システムアーキテクチャーとその下での2つの基本技術を実現するプロトタイプを実現した。

この技術を接続通信プロトコルであるCANをベースとしたDevice Netとコントローラを用いて実現した。これは、衛星搭載用高信頼コントローラとしてその有効性を示すことができた。この技術をインターネットを介して接続されたPCのOS-Windowsのミドルウェアとして実現した。これは、E-Commerceなどの情報サービスに有効であることを示した。この結果は学会誌、国際会議で発表した。
超長寿命触媒微粒子によるセンチメートル長垂直配向単層カーボンナノチューブ合成

我々の触媒は30時間以上活性を保ち、単層カーボンナノチューブが成長し続けるが、単層カーボンナノチューブが長くなるほどカーボンラジカルの拡散距離が長くなるために、成長速度は時間とともに減少する。そこで、隙間をあけて拡散距離を短くするためにパターン成長を行った。円柱状にパターン成長した場合は、パターンなしに比べて、同じ10時間成長にも関わらず600um長く伸びた。これは、単層カーボンナノチューブの根元にある触媒微粒子に、パターン成長の側壁から多量の前駆体が進入可能になったからである。ハニカム構造のパターン成長を用い30時間成長を行った結果、5.2mmの垂直配向単層カーボンナノチューブが得られた。これは、現時点で垂直配向単層カーボンナノチューブにおいて世界で最も高い値である。しかし、この成長においても時間とともに成長速度が減少した。これはハニカム中の600umの隙間においてもラジカルの拡散が抑制されてしまうことを示している。より大きな隙間ならば単層カーボンナノチューブの成長速度が減少しないと考え、ライン状のパターン(4mm x 0.3mm)を用いたところ、20時間の成長でも成長速度は時間に比例し、線形な成長が得られた。また、さらなる高速成長の達成のためにCVD条件の最適化を行った。その結果、成長速度に大きな影響を与えるパラメータは温度であることが分かった。これまで用いていた600°Cでの成長に比べ、690°Cでは約3倍の850um/hという高い成長速度が得られた。これは、高い温度によってラジカルの拡散係数が上昇したことと、触媒の活性が高まったことによると考えられる。この温度において20時間の成長において5.3mmまでカーボンナノチューブを伸長することに成功した。今後、この最適CVD条件とパターン成長を組み合わせることによりさらに長尺な単層カーボンナノチューブの合成が期待できる。
非骨傷性頚髄損傷の病態解析と診断基準および治療指針の解明

非骨傷性頚髄損傷に対する診断基準は未だに曖昧で、世間一般的には頚椎症性脊髄症急性増悪病態(rp-CSM)も広義の非骨傷性頚髄損傷に含まれているのではないかと考える。しかし、外傷性と変性に伴う頚髄損傷とは全く病態の異なる疾患である。本研究では、非骨傷性頚髄損傷とrp-CSM症例の画像、臨床像等を比較検討し、非骨傷性頚髄損傷の病態の解析と、その適切な診断基準および治療指針を解明し、早期の個々の症例の予後予測によるゴール設定と早期社会復帰のための準備対応を目的としている。
コンピュータと合成音声を利用した場合の教育的効果に関する研究

今回の研究では、視覚障害者が障害補償機器として合成音声装置を利用した場合の教育的効果について調査・検討・総合し、試作試行を行った。1.盲学校や弱視学級で合成音声がどのように利用されているか調査を行ったところ、弱視に対しては、拡大した文字に教育の重点が置かれており、合成音声などは全く利用されず、全盲だけが合成音声を利用していた。2.盲学校での利用状況は、ワープロなどの文書作成を実施しているのが殆どで、一般の教科で利用されている例は12例であった。3.コンピュータの合成音声の利用方法について、現在主流のGUI(グラフィック・ユーザ・インタフェイス)の一部を音声化し、試行したところ、全盲ではマウスの操作が極めて困難であり、弱視でも相当困難な状況であった。4.高等学校物理の「ドップラー効果」について、合成音声とステレオ音声を利用して、CAI教材を開発し、試行を行ったところ、実体験によく馴染むのか音声だけでも十分に理解できることが判った。5.合成音声に関する先行研究を調査したところ、アメリカなどでは幾つかの研究報告が行われているが、日本では数例しかなかった。以上のことを総合すると、視覚障害補償としての合成音声装置の研究は、ハードウェア面では企業の研究開発を中心に進んではいるが、利用するソフトウェア面、特に教育的効果に関しては、日本では殆ど研究が行われていないのが実態であった。昨今、CAIやマルチメディアがよく話題になるが、この場合は文字情報と画像データの統合であったが、音声についてもステレオ音源や合成音声を利用することにより教育的効果が得られるであろう、という知見が得られた。