hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報の統合・変換に基づく情報表示の高度化とその概念の認識・理解への展開

本研究では,メディアに関する2つの基本的特性の応用事例を豊富化するとともに,その応用範囲を情報表現の領域に留めず,認識・理解の領域にまで拡張することが目標であった。メディアの基本特性の一つは,各メディアは固有の情報内容に対し人間の理解支援を促することができるという特性であり,すでに開発した機械部品組立マニュアルのアニメーション化を実現し,さらに同様の着想に基づき,機械部品交換ナビゲーション,構造物内案内システムを実現した.他の一つは,メディアによる情報表現は"内容"と"表示のための情報"を内包しているという特性である.これは後者の変更により同一内容を異なるメディアで表現できることを示唆している.地図情報システムを応用対象に選び,道案内文が示す経路を地図上に表示した.この成果は,一般的には困難である言語から画像へのメディア変換が領域を限定すれば可能になることを示した僅少の事例である.この逆操作として地図上の経路を言語で表現できることも示した.この変換もウェアラブル・コンピュータの表示装置のように小容量の機器には有用な情報変換として企業からも評価を受けている.また,文書画像について原画像を復元できる符号化を試行し,その際の記憶容量の削減率を示した.認識・理解への応用としては,テレビ映像のクローズド・キャプションようにテキスト化された情報を有する複合メディアは,テキスト情報をガイドとして,トップダウン処理により画像・音情報を高精度で認識・理解でき,その意味づけが可能であることを示した.本研究では,メディアに関する2つの基本的特性の応用事例を豊富化するとともに,その応用範囲を情報表現の領域に留めず,認識・理解の領域にまで拡張することが目標であった。メディアの基本特性の一つは,各メディアは固有の情報内容に対し人間の理解支援を促することができるという特性であり,すでに開発した機械部品組立マニュアルのアニメーション化を実現し,さらに同様の着想に基づき,機械部品交換ナビゲーション,構造物内案内システムを実現した.他の一つは,メディアによる情報表現は"内容"と"表示のための情報"を内包しているという特性である.これは後者の変更により同一内容を異なるメディアで表現できることを示唆している.地図情報システムを応用対象に選び,道案内文が示す経路を地図上に表示した.この成果は,一般的には困難である言語から画像へのメディア変換が領域を限定すれば可能になることを示した僅少の事例である.この逆操作として地図上の経路を言語で表現できることも示した.この変換もウェアラブル・コンピュータの表示装置のように小容量の機器には有用な情報変換として企業からも評価を受けている.また,文書画像について原画像を復元できる符号化を試行し,その際の記憶容量の削減率を示した.認識・理解への応用としては,テレビ映像のクローズド・キャプションようにテキスト化された情報を有する複合メディアは,テキスト情報をガイドとして,トップダウン処理により画像・音情報を高精度で認識・理解でき,その意味づけが可能であることを示した.本年度は,まず案内文で表わされた経路を地図上に提示する手法を開発した.この変換は地図情報に関する言語メディア表現から画像メディア表現への変換であり,従来は人手により行われてきた。この逆変換である地図上の経路を案内文で表わすことについても理論的考察はないが,ユーザの意図あるいは嗜好といった主観的な要素も考慮に入れ、経路の伝達に必要な情報以外を省略するものであるため工学的な実現は比較的簡単である。本年度達成した成果は,案内文という局所的・主観的表現から地図という汎用性・客観性に富んだ表現への変換であり,一般に適切な情報の補充が必要になる.その一般的手法は表現すべき対象に関する領域知識等を利用する方法である.地図情報システムでは,画像メディアが地図データに限定されるため,この枠組みを効果的に利用できる.報告者らはこれに着目し,2段階の中間的な変換を含む手法により実現した.案内文を経路セグメント記述という案内文一般に適合する形式的記述に変換し,これを道路の接続関係を重視した道路ネットワークに変換するという中間的変換を媒介した上で,実地図に投影した。第2の成果は,画像と言語メディアの統合技術の応用として、組み立て説明書の生成に関する成果がある.報告者らが開発済みのシステムの高度化を図り,まず、従来のシステムではデータとして入力していた組み立て順序情報をCADモデルを利用した対話型の仮想的な部品組み立てから抽出する機構を開発し,従来システムに付与した.さらに紙ベースの説明書をアニメーション化するための基本的な機能を実現し,その動作を確認するところまで,この課題を達成才ることができた。本年度は、標記研究課題に関して次のような研究成果を得た.まず、メディア処理の応用範囲の拡張に関する研究成果である.その一つは,既に担当者らが開発した,機械のCADモデルからその機械の組立手順を示すアニメーションと説明文の自動生成システムはメディア統合の具体例として一応の評価を得ているが,機械組立は自動化が進んでいるため,現実の社会からの要請にやや欠ける嫌いがある.これに対し,機械の修理・点検は依然として手作業の段階に留まっているという現実を考慮し,着想は同様ながら対象を機械部品交換に置き,そのナビゲーションシステムを開発した.さらに3次元構造物内のパーソナル案内システムの実現を目指し,試作システムを作成した.これらはいずれも,各メディアは固有の情報内容に対し人間の理解を促進することができるというメディアの基本特性を有効利用する取り組みである.他の一つは,メディアの変換による情報量の変化を活用する研究の成果である.電子図書館では,文書の検索可能性および蓄積容量の削減とともに原形の保存が必要になる.これらの条件を満足するため,文書画像の記号メディアへの復元可能な変換を試みた.

その結果,これまで困難とされてきた書体,字体,字種の識別を可能にする手法を開発した.書体認識に関しては特許の申請中である.次いで,認識・理解への応用に関する成果としては,テレビ映像のクローズド・キャプションようにテキスト化された情報を有する複合メディアの意味に基づくセグメンテーションがある.テキスト情報で与えられる意味標識をガイドとして,トップダウン処理により画像・音情報を高精度で認識・理解できる手法を開発し,その意味単位でセグメンテーションが可能であることを示した.
睡眠時ブラキシズムiPS細胞由来神経細胞におけるセロトニン神経伝達機構の検討

顎口腔系に破壊的な作用をもたらす睡眠時ブラキシズムは補綴歯科治療の予後を左右する重要なリスクファクターであるが、その発症メカニズムは明らかでない。本研究では、研究代表者が過去に示した遺伝子多型リスクアレルを指標に、睡眠時ブラキシズム特異的iPS細胞を樹立して神経細胞を誘導してその表現型の電気生理学的特性を明らかにすることを目的とした。セロトニン2A受容体遺伝子(HTR2A)のrs6313(T102C)の一塩基多型(SNP:single nucleotide polymorphism)の解析を行い、簡易睡眠ポリグラフ(PSG)検査を用いた睡眠時ブラキシズムの確定診断とリスクアレルであるC alleleの有無が合致する被験者(睡眠時ブラキシズム患者、コントロール)を選定して採血を行い、iPS細胞を樹立して神経細胞を分化誘導した。分化に際しShhにて背腹軸、CHIR99021にて前後軸を調整し、三叉神経関連領域である後脳腹側領域へと誘導領域を調整した。それらの誘導した神経細胞の中からセロトニン2A受容体発現神経細胞を識別するため、Venusを挿入したレポーターレンチウイルスを作成して浮遊培養開始後12日目に神経細胞に感染させた。その結果、レポーター蛍光反応を示す細胞が識別可能であることを確認した。さらに、睡眠時ブラキシズム患者由来の神経細胞と、コントロール群由来の神経細胞からそれぞれ、前述の方法にてセロトニン2A受容体を発現する神経細胞をレポーターの蛍光を指標として選択し、パッチクランプ法による電気生理学的解析を行った。その結果、生体の神経細胞と同様の静止膜電位と、電圧負荷をかけた際の活動電位の発生が確認された。顎口腔系に破壊的な作用をもたらす睡眠時ブラキシズムは、補綴歯科治療の予後を左右する重要なリスクファクターであるが、その発症のメカニズムについてはいまだ詳細に解明されておらず、診断と治療法の確立は急務である。本研究は、過去に研究代表者が明らかにした睡眠時ブラキシズムのリスクとなる遺伝子多型に基づき、その機能と睡眠時ブラキシズムとの関連を明らかにするために、睡眠時ブラキシズム特異的iPS細胞を樹立してセロトニン受容体発現神経細胞へと誘導し、その表現系の電気生理学的解析と伝達経路を明らかにすることを目的としている。平成27年度には、まず、本学ヒトゲノム遺伝子解析倫理審査委員会の追加承認を得た。その上で、臨床診断と終夜ポリグラフ検査結果に基づいて睡眠時ブラキシズム患者とコントロールを確定した。末梢静脈血を採取してゲノムDNAを抽出し、一塩基多型(SNP)解析を行ってリスクアレルであるセロトニン2A受容体遺伝子(HTR2A)のrs6313(T102C)のCアレルの有無を確認した。リスクアレルの有無と睡眠時ブラキシズム診断が合致する被験者を選定して、それぞれiPS細胞を樹立した。iPS細胞の樹立は、京都大学iPS細胞研究所で開発されたエピゾーマルプラスミドを用いて初期化因子を導入して行った。さらに、多分化能の確認を行った上で、iPS細胞を神経細胞へと分化誘導した。ヒトゲノム遺伝子解析倫理審査委員会の追加承認を得るまでにやや時間がかかったが、過去のPSG測定記録を用いることで、被験者の選定をスムーズに進めることができ、iPS細胞樹立から神経細胞の誘導までに成功しており、概ね順調である。本研究では、研究代表者が過去に示した遺伝子多型リスクアレルを指標に、睡眠時ブラキシズム特異的iPS細胞を樹立して神経細胞を誘導してその表現型の電気生理学的特性を明らかにすることを目的としている。前年度の時点で、セロトニン2A受容体遺伝子(HTR2A)のrs6313(T102C)の一塩基多型(SNP)の解析を行い、睡眠時ブラキシズム診断とリスクアレルであるC alleleの有無が合致する被験者を選定したが、平成28年度には、被験者の追加募集を行った。また、前年度にiPS細胞から分化誘導に成功した神経細胞について、細胞膜上にセロトニン2A受容体を発現する神経細胞が含まれることを確認した。カルシウムイメージング解析を行うにあたり、セロトニン2A受容体発現神経細胞を識別する必要があるため、HTR2Aのプロモーター領域にGFPを挿入したレポーターレンチウイルスを作成して神経細胞に感染させ、レポーター蛍光反応を示す細胞が識別可能であることを確認した。さらに、接着単層培養後の免疫染色の結果、成熟神経細胞に特異的なClassIIIβ-tubulinに対するモノクローナル抗体Tuj1陽性を示し、かつSetotoninマーカーとしたVenus陽性を示す、目的とするセロトニン2A受容体発現神経細胞の割合がまだ低かったため、神経細胞誘導法について検討を行った。神経細胞のカルシウムイメージングによる解析に向けて、GFPを挿入したレポーターレンチウイルスにより、目的とする神経細胞を識別することが可能であることが確認できており、概ね順調である。

2016年度までの時点で、セロトニン2A受容体遺伝子(HTR2A)のrs6313(T102C)の一塩基多型(SNP:single nucleotide polymorphism)の解析を行い、睡眠ポリグラフ(PSG)検査を用いた睡眠時ブラキシズムの診断とリスクアレルであるC alleleの有無が合致する被験者(睡眠時ブラキシズム群3名、コントロール群3名)を選定してiPS細胞から神経細胞を分化誘導した。2017年度には、それらの誘導した神経細胞の中からセロトニン2A受容体発現神経細胞を識別するため、Venusを挿入したレポーターレンチウイルスを作成して浮遊培養開始後12日目に神経細胞に感染させた。その結果、レポーター蛍光反応を示す細胞が識別可能であることを確認した。さらに、電気生理学的検討を行っていくために、睡眠時ブラキシズム患者由来の神経細胞と、コントロール群由来の神経細胞からそれぞれ、前述の方法にてセロトニン2A受容体発現神経細胞を選択し、ホールセルパッチクランプを行った。その結果、生体の神経細胞と同様の、静止膜電位と、電圧負荷をかけた際の活動電位の発生を確認した。レポーターレンチウイルスにより、目的とする神経細胞を識別可能であることが確認できたが、iPS細胞から誘導した神経細胞のうち、目的とするセロトニン2A受容体神経細胞の割合が低く、また、蛍光強さも弱かったため、そのまま電気生理学的な機能解析に移行するのが難しい状況であり、神経細胞誘導法およびレポーターレンチウイルスの調整を行う必要が生じたため、遅れが生じた。顎口腔系に破壊的な作用をもたらす睡眠時ブラキシズムは補綴歯科治療の予後を左右する重要なリスクファクターであるが、その発症メカニズムは明らかでない。本研究では、研究代表者が過去に示した遺伝子多型リスクアレルを指標に、睡眠時ブラキシズム特異的iPS細胞を樹立して神経細胞を誘導してその表現型の電気生理学的特性を明らかにすることを目的とした。セロトニン2A受容体遺伝子(HTR2A)のrs6313(T102C)の一塩基多型(SNP:single nucleotide polymorphism)の解析を行い、簡易睡眠ポリグラフ(PSG)検査を用いた睡眠時ブラキシズムの確定診断とリスクアレルであるC alleleの有無が合致する被験者(睡眠時ブラキシズム患者、コントロール)を選定して採血を行い、iPS細胞を樹立して神経細胞を分化誘導した。分化に際しShhにて背腹軸、CHIR99021にて前後軸を調整し、三叉神経関連領域である後脳腹側領域へと誘導領域を調整した。それらの誘導した神経細胞の中からセロトニン2A受容体発現神経細胞を識別するため、Venusを挿入したレポーターレンチウイルスを作成して浮遊培養開始後12日目に神経細胞に感染させた。さらに、睡眠時ブラキシズム患者由来の神経細胞と、コントロール群由来の神経細胞からそれぞれ、前述の方法にてセロトニン2A受容体を発現する神経細胞をレポーターの蛍光を指標として選択し、パッチクランプ法による電気生理学的解析を行った。その結果、生体の神経細胞と同様の静止膜電位と、電圧負荷をかけた際の活動電位の発生が確認された。
超対称（超重力）高階微分作用の構成

本年度は昨年度に続き、Dirac-Born-Infeld(DBI)型の作用に注目した。DBI型作用はスカラー場、ベクトル場、二階反対称テンソル場の(微分)高次項を含んでいる。昨年度まとめた論文では、ベクトル場、二階反対称テンソル場を含むDBI型作用及び、スカラー場を含む作用の超重力化に成功した。一方で上述の構成では、より高い超対称性を持つ系との関連が不明確であった。超対称DBI型作用はより高い超対称性を持つ系が部分的に破れ、その結果現れる有質量場の運動を無視した際の低エネルギー有効作用として実現されることが知られている。以上を踏まえ本年度は、N=2超対称性が部分的に破れる系の超重力化及びその低エネルギー有効作用としての超対称DBI型作用の導出を目指した。本研究ではまず重力結合において線形近似の場合(重力場との結合が弱いときに有効)に構成を試みた。N=2超対称性が部分的に破れた系においては、一つの超対称性が残り、破れたもう一つの超対称性は非線形に実現している。この非線形な変換に対して、ネーターの構成法に従い、相殺項の構成を行った。結果として、非線形変換を特徴付けるパラメタに比例した相殺項が必要であり、この項が超重力理論の定式化に不可欠なゲージ対称性を壊すことを明らかにした。このゲージ対称性を回復させる機構が存在するのか、また存在しない場合には残るべきN=1超対称性が陽に破れる可能性があるかについて現在調べている段階である。本研究の目的のためには対象系の作用をN=1超場で書き直すこと(N=1分解)が望ましい。この手法は高次元超対称(超重力)理論においても有用であり、特に重力多重項が存在する場合でのN=1分解は非自明である。そこで、研究課題テーマに関連するもう一つの研究として、6次元の超重力作用に存在する重力多重項の4次元N=1分解について、共同研究者らと論文にまとめた。29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は主にDirac-Born-Infeld(DBI)作用の超重力化に関する研究を行った。DBI作用はスカラー場、ベクトル場、二階テンソル場の高次微分相互作用(高次相互作用)を含んでいる。また、Dブレーンの有効作用を記述することも知られており、盛んに研究されている作用の一つである。平坦時空において、DBI作用の超場形式による構成法はすでに知られているが、部分的な構成に留まっている。具体的には、スカラー場を含むDBI作用と、ベクトル場、二階テンソル場を含むDBI作用は構成されているが、すべての場を含む完全なDBI作用は超場形式で与えられていない。そこで本研究では、これらの作用の超重力化を独立に行い、それぞれ論文として公表した。まずスカラー場のみを含むDBI作用の超重力化を行った。今後さらなる拡張を目指すことを考えると、補助場を導入するoff-shell構成法が好ましく、中でも超共形テンソル算法による構成を選択した。これは以下の理由によるものである。超重力作用の構成には二つの構成法(old minimal構成法とnew minimal構成法)があることが知られている。これらの構成法は同等であることが示されているが、高階微分が存在する場合は非自明である。そこで高階微分作用の超重力化を試みる上では、どの構成法で構成可能かを議論することには意味がある。よって、上述の二つの構成法を統一的に扱うことができる超共形テンソル算法が適していると判断した。結果として、対象としたスカラー場を含むDBI作用はnew minimal構成法でのみ構成可能という、超重力高階微分作用に特有の結果を得た。次にベクトル場と二階テンソル場を含むDBI作用の超重力化を行った。同様の手法で構成した結果、この作用はどちらの構成法でも構成可能であることを示した。さらに物質場との結合を具体的に書き下すことにも成功した。今年度はoff-shell構成法によるDBI作用の超重力化について、その性質を明らかにし、物質場との結合を含む拡張を行うことができた。高階微分を含む作用をoff-shell構成法で超対称化(超重力化)する際は、自由度の観点等から、補助場が運動項を獲得しないことが求められる。上記で構成したDBI作用はこの性質を巧みに保持しており、今後のより一般的な超対称(超重力)高階微分作用の構成に指針を与えるものと考える。

本研究ではまず重力結合において線形近似の場合(重力場との結合が弱いときに有効)に構成を試みた。N=2超対称性が部分的に破れた系においては、一つの超対称性が残り、破れたもう一つの超対称性は非線形に実現している。この非線形な変換に対して、ネーターの構成法に従い、相殺項の構成を行った。結果として、非線形変換を特徴付けるパラメタに比例した相殺項が必要であり、この項が超重力理論の定式化に不可欠なゲージ対称性を壊すことを明らかにした。このゲージ対称性を回復させる機構が存在するのか、また存在しない場合には残るべきN=1超対称性が陽に破れる可能性があるかについて現在調べている段階である。本研究の目的のためには対象系の作用をN=1超場で書き直すこと(N=1分解)が望ましい。この手法は高次元超対称(超重力)理論においても有用であり、特に重力多重項が存在する場合でのN=1分解は非自明である。そこで、研究課題テーマに関連するもう一つの研究として、6次元の超重力作用に存在する重力多重項の4次元N=1分解について、共同研究者らと論文にまとめた。今後は対象とする高階微分作用として、アインシュタインテンソルとスカラー場の結合を含む作用に注目する。この高階微分作用は、超重力化の際、構成上要求される付加的な対称性と系の安定性が両立できないため、素粒子標準模型の含むべき湯川相互作用等を導入できないといった問題点がある。そこで、新たな場を導入することで上述の問題を解決し、より現実的な模型への拡張を目指していく。29年度が最終年度であるため、記入しない。
知覚的体制化の進化に関する比較認知科学的研究

運動する視覚刺激の情報処理に関し,鳥類とヒトで比較を行うことにより,鳥類やヒトにおける視覚情報処理の性質は何かを考察すること,及び当該認知機能の系統発生的制約と生態的制約を理解し,ヒトの視覚情報処理を系統発生的な視点から捉え直すことの検討が目的であった。本年度は,昨年度まで取り組んできた,運動刺激を用いた視覚探索課題におけるハトとヒトの比較研究を,引き続き実施した。回転螺旋パタン刺激による拡大・縮小運動の知覚に関して,昨年度に実施した実験を,より詳細に検討することを行った。ハトでもヒト同様に拡大・縮小運動の探索非対称が生じることを示唆する昨年度の結果を支持する結果を得た。拡大・縮小運動に関するoptic flowの知覚が,ヒト以外の動物においても重要なものである可能性が考えられた。さらに,最終年度ということで,一連の研究に関する取りまとめをおこなった。運動刺激の特性の違いにより,「観察者に対する事物の接近・離反の認識」に関わると考えられる刺激に対してはハトとヒトの間で類似した結果が得られ,「運動による事物の認識」に関わると考えられる刺激に対しては顕著な種差が見られた。今年度内の研究成果として,鳥類の視知覚研究に関する英語論文を1つ発表した(Journal of Comparative Psychology誌)。また,英文学術著書のチャプターの1つが公刊された。さらに別の英文学術著書チャプター2つが受理され,現在印刷中となっている。学会等において5件の発表を行い,そのうちの一つが,2011年度日本基礎心理学会優秀発表賞を受賞した(発表タイトル:ハトにおける拡大・縮小運動の探索非対称性)。現在は,これまでに実施した研究を数本の論文にまとめている。運動する複数の視覚刺激情報の体制化に関し、鳥類とヒトで比較することにより、鳥類一般にみられる、ヒトとは異なる視覚情報処理の性質は何かを考察すること、及び当該認知機能の系統発生的制約と生態的制約を理解し、ヒトの視覚情報処理を系統発生的な視点から捉え直すことの検討が目的であった。本年度は、ハトとヒトを用いて、運動による「面」の形成能力に関する研究として、視覚探索課題を用いた斉一運動(coherent motion)に基づく面の知覚について、比較検討をおこなった。ヒトでは、複数の運動する物体(妨害項目)のなかから制止した物体(標的項目)を探す、視覚探索課題場面において、妨害項目の運動が同期している場合(Same運動条件)のほうが、それらの運動が同期していない場合(Different条件)に比べ、探索が容易であることが示されている(Royden et al., 2001)。これは、Same条件では、同期して運動する物体がまとまりとして知覚され「面」を形成する結果生じる現象であると考えられている。3つの実験の結果、ハトではヒトとは逆に、Different条件のほうがSame条件よりも探索が容易になることが示唆された。このことから、ハトではヒトと違って、斉一運動に基づく面の知覚が生じないことが示唆された。このことは、ハトにおける運動による知覚的体制化のメカニズムが、ヒトのそれとは異なることを示唆する。なお、本研究成果は1つの論文にまとめ、海外の雑誌に投稿する予定であり、現在はその準備を進めている。また、来年度に開催予定の日本動物学会において、本研究成果を報告する予定である。運動する視覚刺激の情報処理に関し、鳥類とヒトで比較を行うことにより、鳥類やヒトにおける視覚情報処理の性質は何かを考察すること、及び当該認知機能の系統発生的制約と生態的制約を理解し、ヒトの視覚情報処理を系統発生的な視点から捉え直すことの検討が目的であった。本年度は、ハトとヒトを用いて、運動刺激を用いた視覚探索課題におけるヒトとハトの比較研究を2つ実施した。運動による「面」の形成能力に関する比較研究では、ハトではヒトと違い、斉一運動に基づく面の知覚が生じないことが示された。知覚的体制化は、人間に特殊な知覚特性の一つであるのかもしれない。回転螺旋パタン刺激による拡大・縮小運動の知覚に関する比較研究では、ハトでもヒトで生じると予想される結果同様、縮小刺激探索よりも拡大刺激探索の方が容易であることが示唆された。拡大・縮小運動に関するoptic flowの知覚が、ヒト以外の動物においても重要なものである可能性が考えられる。今年度内の研究成果として、鳥類の視知覚研究に関する英語論文を3つ発表した(Cognition誌、Animal Cognition誌、Journal of Comparative Psychology誌)。また、Journal of Comparative Psychology誌に投稿した論文は、現在修正中で、来年度内には受理される予定である。国内8件・国外6件の学会等における発表をおこない、そのうちの一つが、2010年度日本動物心理学会優秀発表奨励賞を受賞した。さらに、錯視研究に大きな功績を残した研究者に対して贈られる、今井賞(「錯視の館」賞)を受賞した。現在は、これまでに実施した研究を数本の論文にまとめている。

拡大・縮小運動に関するoptic flowの知覚が,ヒト以外の動物においても重要なものである可能性が考えられた。さらに,最終年度ということで,一連の研究に関する取りまとめをおこなった。運動刺激の特性の違いにより,「観察者に対する事物の接近・離反の認識」に関わると考えられる刺激に対してはハトとヒトの間で類似した結果が得られ,「運動による事物の認識」に関わると考えられる刺激に対しては顕著な種差が見られた。今年度内の研究成果として,鳥類の視知覚研究に関する英語論文を1つ発表した(Journal of Comparative Psychology誌)。また,英文学術著書のチャプターの1つが公刊された。さらに別の英文学術著書チャプター2つが受理され,現在印刷中となっている。学会等において5件の発表を行い,そのうちの一つが,2011年度日本基礎心理学会優秀発表賞を受賞した(発表タイトル:ハトにおける拡大・縮小運動の探索非対称性)。現在は,これまでに実施した研究を数本の論文にまとめている。
造血前駆細胞に対するヒトヘルペスウイルス6型(HHV-6)の作用

近年、ヒトヘルペスウイルス6型(HHV-6)は造血幹細胞移植において血球の正着不全との関係が報告されている。これに対し、私達はHHV-6がin vitroで血球3系統の造血前駆細胞の増殖をいずれも直接抑制することをメチルセルロースコロニーアッセイ法を用いて示してきた(J.Med Virol,1997;J Gen Virol,2000)。そこで今回、造血前駆細胞が多く含むとされるCD34陽性細胞群に対するHHV-6の作用を検討し、以下の結果を得た。1.臍帯血単核球からDynal,MACSという2種類の異なる磁気ビーズを用いてCD34陽性細胞を分離した。その結果、Dynal分離CD34陽性細胞群:CD34+(Dynal)ではCD34抗原の発現がdimからbrightまでの細胞が混在する細胞群が得られたのに対し、MACS分離CD34陽性細胞群:CD34+(MACS)ではCD34抗原の発現がbrightの細胞のみが存在する細胞群が得られた。2.それぞれの細胞群に対するHHV-6の作用を調べたところ、HHV-6はCD34+(Dynal)から形成される造血コロニーを抑制するのに対し、CD34+(MACS)から形成される造血コロニーは抑制しなかった。3.CD34+(MACS)を造血因子添加液体培地で3あるいは7日間培養後、CD34抗原の発現を調べると、CD34+(Dynal)同様にdimからbrightまでの細胞が混在する細胞群が得られた。これらの細胞群に対し、HHV-6の作用を調べたところ、HHV-6は数日間液体培養後のCD34+(MACS)から形成される造血コロニーを抑制した。以上より、HHV-6はCD34陽性細胞の中でも幾分分化した細胞群をターゲットとして造血コロニー形成を抑制していると推察された。近年、ヒトヘルペスウイルス6型(HHV-6)は造血幹細胞移植後の血小板生着不全との関連が報告され、移植後合併症の一つとしてその解決が求められていることを背景に実験を計画し、以下の結果を得た。1.臍帯血単核球に含まれる造血前駆細胞をメチルセルロース半固形培地で培養し、トロンボポイエチン(TPO)で誘導される造血コロニーを種々の条件で培養したところ、巨核芽球コロニー(CFU-Meg)とnon-CFU-Megの2種類のコロニーが形成された。CFU-Megコロニーは"透明な細胞質と屈曲性のある細胞膜"をもつ細胞群を形態学的に同定し、それ以外のコロニーをnon-CFU-Megとした。CFU-Megコロニーを構成する細胞の大部分はCD41抗原陽性であった。2.HHV-6の2つのvariant(HHV-6A,6B)及びヒトヘルペスウイルス7型(HHV-7)をそれぞれの感染価(MOI)で感染させ、CFU-Megコロニー形成に及ぼす影響を検討した。HHV-6A,6BはTPOで誘導されるいずれのコロニーも抑制するのに対し、HHV-7は全くコロニー形成に影響を与えなかった。さらにHHV-6BはCFU-MegコロニーをMOI依存的に抑制した。この抑制作用はウイルスの熱不活化やウイルスのフィルター除去によって完全に解除されることより、ウイルス自身の作用と考えられた。3.CD34陽性細胞にHHV-6を感染させた後、3日間液体培養し、再度CD34陽性細胞分離してその細胞群からウイルスゲノムの検出を試みたところ、ウイルスゲノムがin situ hybridization法で検出できた。以上によりHHV-6が直接、巨核芽球前駆細胞に作用して血小板産生を抑制する可能性が考えられ、このことがHHV-6による移植後の生着不全の原因ではないかと推察された。
乳幼児期のダウン症児に対する口蓋プレートと動作法による早期口腔機能訓練法

乳幼児期のダウン症児に対し、Castillo-Moralesの口蓋プレートを用い、上口唇と舌に刺激を与え、口唇の閉まりと舌の口腔内への収容を図る口腔機能訓練と、動作法を用いた全身の正しい姿勢作りへの早期からの訓練の併用が、より正常な口腔機能の発達に有効であることを立証することが本研究の目的である。口蓋プレート装着直後より、安静時、摂食・飲水時のような機能時における口唇の弛緩の改善、舌の突出の頻度や程度の減少が認められたが、長期観察例では安定した改善は得られない症例が多かった。直接あるいは間接に摂食・嚥下に係わる療法を取り入れた方がよいと思われる。姿勢の改善は動作訓練により、ダウン症特有の下顎を突き出し、猫背で腹部が出て、腰が引け、膝が反張(または屈)になっている姿勢から座位訓練、腕上げ訓練、膝立ち訓練、立位訓練などで、重心に応じた姿勢や動作ができるようになってきた。しかし、下顎の突き出しは十分に改善されていない症例がみられた。次に、姿勢の改善に伴い、咬合が正常咬合に変化していくかを検索してみることにした。咬合の評価には咬合圧測定用感圧フィルムを用い、咬合接触面積、平均咬合圧、咬合圧の中心を算出した。また、姿勢の評価には重心計を用い、重心動揺移動距離、移動面積、重心動揺の中心に算出した。この2者間の相関性を統計学的に分析した。対象を乳幼児期のダウン症児にして実験してみたが、既製の咬合圧測定用感圧フィルムの最小サイズでも大き過ぎ、また、重心計の測定時でも指示に従えないことが多かった。そこで、健常成人者を対象にし、意識的に重心を前後左右に偏位させ、その時の咬合を咬合圧測定用感圧フィルムを咬ませ、重心移動方向と咬合の中心方向の一致度は5070%であったが、個体間の偏差が大きく有意には達しなかった。少数のダウン症者でも試みたが、健常者に比較して重心移動量が多く、また、咬合圧は低い傾向があった。乳幼児期のダウン症児に対し、Castillo-Moralesの口蓋プレートを用い、舌の正しい動きの習得を中心とした口腔機能訓練と動作法を用いた全身の正しい姿勢作りへの早期訓練との共同効果が、より正常な口腔機能の発達に有効であることを立証しようとするのが本研究の目的であり、現在研究計画に従って、研究を進行中である。現在までに乳幼児期のダウン症児6名について、各資料を採得し、口腔機能訓練および動作訓練を開始した。訓練開始前の資料の採得において、咬合圧分布に評価は低年齢のため協力を得られず、またピドスコープによる足の裏における重心位置の評価は開始時においては立位がとれない小児もあり一部の資料採得は断念せざるを得なかった。平成7年度は、訓練の継続中であり、開始後6ヶ月の資料採得まで行った段階であるが、訓練開始から期間が短いため本研究の成果を総合的に評価するには至らない。しかし個々の症例においては安静時、あるいは摂食、飲水時のような機能時における口唇の弛緩の改善(口唇閉鎖の獲得)、舌突出の頻度や程度の減少が認められている。

また、姿勢の改善に伴い立位の保持が安定し、重心の前方移動や、左右への重心動揺の減少が観察されている。以上のことから本訓練法の成果があがっているものと思われる。今後も引き続いて訓練および諸検査より資料をを採得し、より明確なダウン症児に対する早期口腔機能訓練の有効性の分析、評価を行っていく所存である。ダウン症児の弛緩した口唇と舌の突出は単なる形態的特徴を表現しているだけでなく、食物摂取時等の機能的障害を随伴している場合が多い。そこで、乳幼児期のダウン症児に、より早期に口唇と舌に刺激を与えるCastillo-Moralesの口蓋プレートを用いた訓練法を応用すれば、成果が上がることが期待される。また、これらの口腔機能訓練の成否はダウン症児特有の猫背で腰が引け、顎が突出する全身の姿勢の歪みを取り除くことも必要と考え、動作法を併用することとし、それによって安定した咬合と顎位との関連と口蓋プレートとの相乗効果を検定しようとした。Castillo-Moralesの口蓋プレートによる口唇閉鎖不全と舌の突出の改善の頻度や程度の減少が認められたが、個体差があった。動作訓練の成果の評価には重心計を用い、重心の揺らぎから判定した。10秒間の測定時間中安定した立位を保持できない場合が多かったが、重心の揺らぎは訓練後には縮小傾向がみられた。咬合、顎位の安定度はプレスケールを用いて咬合圧の分布から把握しようとしたが、小サイズのプレスケールでも幼児期の小児には大き過ぎた。以上のことから、ダウン症児に対する早期口腔機能訓練は有効であり、動作法との併用によりその効果は増大したことが示唆された。
細胞表層における分子オーダー・バイファンクショナル反応場の構築と応用

本研究では、細胞表層ディスプレイ用アンカータンパク質であるFlo1pの機能性を高めるとともにディスプレイ用の高機能タンパク質を創製するために、(1)Flo1pを用いたディスプレイ酵母の創製および各種反応への応用、(2)ディスプレイ酵素に適した有機溶媒耐性酵素の創製、(3)細胞表層構造とディスプレイタンパク質との関連、(4)イムノリポソームを用いるアフィニティスクリーニングに関する基礎研究を行った。主な、研究成果を以下に示す。1.Flo1pアンカータンパク質を用いた表層提示酵母の機能性や反応特性などを検討するために、複数の酵素を提示させた酵母によるデンプン質やセルロース系原料からのエタノール生産、リパーゼ酵素を提示した酵母によるバイオディーゼル燃料生産および光学異性体を生産するための光学分割などの種々の反応を試みた。エタノールについては、両原料においていずれも一段反応にて高収率生産が得られた。メタノリシス反応によるバイオディーゼル燃料および光学分割反応においても従来報告されている結果を著しく改善できることを示した。2.非水系、あるいは無溶媒系でも安定して機能する酵素提示細胞の構築に必要となる有機溶媒耐性酵素を得ることを目的とし、有機溶媒耐生酵素や提示用新規酵素の遺伝子のクローニング、それらの遺伝子の解析、新規有機溶媒耐性酵素創製のための酵素の有機溶媒耐性の原因解明、および有機溶媒耐性酵素の反応動力学解析等を行った。3.細胞表層構造とディスプレイタンパク質との関連を検討し、β-1,6-グルカン合成に係わる遺伝子やGPIアンカー合成に係わる遺伝子の細胞構造に与える影響を明らかにした。(1)Flolpによる共発現ディスプレイ酵母の創製およびリパーゼ酵素の発現凝集性遺伝子Flolpを用いたRhizopusoryzae由来のリパーゼ酵素の表層発現の検討を行った。リパーゼの活性部位がC末端側に存在するため、Flolp遺伝子のC末端側に導入・発現させた結果、酵素の活性は従来のα-アグルチニン蛋白質を用いた場合より数十倍もの活性を示した。また、この表層発現酵母を用いた場合、メタノリシス反応および光学活性体の分割反応に対しても著しく高い生産性および収率が得られた。また、グルコアミラーゼおよびα-アミラーゼの両酵素を同時に表層に共発現させた場合にも高い活性を示し有効性が確認できた。(2)他の共発現系とキシラナーゼ酵素の発現による物質変換(α-アグルチニン蛋白質利用)デンプン質(グルコアミラーゼ表層;α-アミラーゼ分泌)とセルロース質原料(エンドグルカナーゼ、β-グルコシダーゼ:表層)からの一段階エタノール醗酵生産において、共発現酵母は高い生産性が得られた。また、ヘミセルロースの主成分であるキシラン分解酵素キシラナーゼIIの表層発現を行った結果においても高い酵素活性を示した。R. oryzae由来リパーゼの分泌を抑制し酵素を蓄積した酵母の創製を検討した。Pro領域を含む遺伝子を導入・発現させた結果、350IU/Lを超える高い菌体を得、"whole cell biocatalyst"として利用できることを示した。また、リパーゼ酵素を細胞内に蓄積するR. oryzaeを"whole cell biocatalyst"として利用するため、多孔質担体に固定化しグルタルアルデヒドによる架橋処理を行った結果、酵素活性はほとんど低下せず繰り返し利用できることが明らかとなった。(1)Flolpのアンカー鎖長による酵素と基質との反応性凝集性遺伝子Flolpを用いて、細胞表層に提示するためのアンカー鎖長と高分子基質との関連を検討を行った。酵母Flolpのc末端領域において種々アミノ酸の長さを42から1,326まで変化させ、Rhizopus oryzae由来のグルコアミラーゼを発現させその特性を検討した結果、鎖長が長いほど、抗体との結合力およびデンプン分解力の高いことが明らかとなった。このことにより、目的とする基質に対応したアンカー鎖長の制御が可能となった。また、細胞壁に存在するβ-1,6グルカン合成欠損株により細胞表層構造の解析も行った。

(2)Flolpを用いたIgG結合ドメインZZの表層発現IgGの一部であるFc部分を酵母細胞表層に提示させるため、Flolpを用いてStaphlococcus aureus由来のZZドメインを表層に提示させた。ZZおよびEGFPの共発現系と両者の融合系の2つのケースについて、表層発現させた結果、いずれの場合も効率よく発現でき、また活性も維持できることが示された。また、ZZ表層提示の技術を応用して、熱応答性磁性ナノ粒子のアフィニティによる選択方法も開発した。(3)リポソームを用いるファージライブラリーなど細胞膜主成分であるリン脂質からなる数十数百nmの小胞体であるリポソーム表面に対象物質を提示し、これとファージライブラリーとの相互作用にてスクリーニングする方法を検討した。この方法により、多数のライブラリーから目的とする特異的相互作用をする組合わせを高い確率で見出せることが明らかとなった。さらに、膜表面提示リセプターとの相互作用の検討にも適しており、様々なタンパク質の機能解析に利用できることがわかった。その他、有機溶媒存在下で安定なPST-01プロテアーゼのペプチド合成反応の反応機構を明らかにした。(1)Flo1およびα-アグルチニンを用いた表層提示酵母によるエタノール生産生デンプンからの直接醗酵において、Rhizopus oryzae由来のグルコアミラーゼおよびStreptococcus bovis由来のα-アミラーゼをそれぞれα-アグルチニンおよびFlo1タンパクをアンカーとして両者を表層提示させた。エタノール濃度は72時間後に61.8g/L、収率は理論収率の86.5%の高い数値が得られ、デンプン結合部位の重要性が証明できた。また、ヘミセルロースの主成分であるキシランからエタノールを生産するため、キシラン分解酵素を表層発現させた結果、キシロースに分解できることを示した。その後、キシロース・リダクターゼ、キシリトール・デハイドロゲナーゼおよびキシルロキナーゼ遺伝子を酵母に導入した結果、キシランのチップから消費糖当たり0.3g/g-糖の収率で直接エタノールが生産できることを示した。その他、細胞表層に存在するβ-1,6-グルカンが、表層タンパク質の固定に重要な役割を果たすことも明らかにした。(2)リボソームによるバイオパニング法の検討抗ペプチド抗体結合リボソームを用いて、ランダムオクタペプチド提示ファージライブラリからの抗体結合ペプチドのスクリーニングを行い、ポリスチレンチューブを用いる従来法と、回収率およびその特異性を比較した。結果、この抗体の抗原ペプチドと2箇所以上同じアミノ酸配列を持つオクタペプチド提示ファージを、4ラウンド終了時、本法を用いた場合では100%の確率で回収できたが、従来法では15%であった。これは、リボソームへのファージの非特異的吸着が少なく、かつ固定化されている対象物の変性が少ないためと考えられる。
ライフログに基づくe-コーチングのための技能ログ分析

ものづくりやスポーツの効果的な指導法の実現には技能評価方法の開発が重要である.そのためには,技能ログに自動的に注釈をつけ,分類し,要約する手法が望まれる.そこで,技能者の一人称映像,視線,視座,対象の位置・属性情報などを組み合わせたマルチモーダルデータをもちいた技能記録データの分節化と,映像要約技術を開発した.主に水彩画描画作業,サッカーコーチによる指導,サッカーの多視点視聴履歴を対象としてパターン認識および分析の技術開発を実施し効果を検証した.また,スポーツリハビリ,障害予防の観点から,体幹の安定性と身体動作との関連性を分析し,試作した布センサによるフィードバックの有効性を確認した.1.技能ログのパターン認識研究(1)ものづくり技能:ヤスリがけ技能訓練中(4日間)のコーチの発話状況を,一人称視点カメラを装着して収集し,18人の訓練生に対する発話を分析した.技能レベルと指導量の関係性分析行ったところ,最終試験結果(能力)と発話回数(指導)に負の相関(-0.56, p<0.05)が見られた.また,訓練生をコーチによる指導経験の有無で2群に分割し分析したところ,コーチは訓練生の能力に関する事前知識に応じて,指導量を調整していることが示唆された.(2)スポーツリハビリ技能:体幹固定のメカニズムは,四肢の動作に先駆けて体幹固定が起こることが明らかになっている.体幹固定は腹圧と胸腔内圧の調節を介しているメカニズムが存在するが,布センサを腹圧および胸腔内圧の安定性を反映するという仮説のもとに,まず2名のパイロットスタディでは自覚的に正確性が劣る場合には基線の不整が増加する現象が認められた.したがって布センサのバイオフィードバックへの応用が可能であると推測できた.更に大学ラグビー部男子8名,ソフトボール部女子12名に対して,ドローイン,アブドミナルブレーシング訓練を対照群を設定し予備調査した.視認による基線の安定性で明らかに効果があった者は少なく,旧来のトレーニング法の限界が示唆された.2.技能ログの収集環境と要約技術の研究上記実験のためのデバイスを導入し実験環境を整えた.コーチや選手の振り返り支援を目的とした,コンテキストを手がかりとした映像データの要約方法を開発した.サッカーの多視点映像から視聴者の嗜好にあった最適なカメラ系列を自動編集方法する方法を開発した.シーンコンテキストごとにパラメータの最適化を図ると,視聴者の嗜好との一致度が従来手法より数%向上することがわかった(IEEE ISM2014最優秀論文賞受賞).また、サッカーコーチの視線配布特徴把握を実現した。1.技能ログのパターン認識研究(1)ものづくり技能:ヤスリ技能訓練中のコーチの視線と発話の関係を分析するために、ウェアラブル型のアイカメラを現場で継続的に利用した。視線情報の優位性は確認できたが、映像酔いが酷いため映像ゆれ防止の必要が顕在化し、手法を検討中である。視線からのコーチング技能については、視線データ駆動型の熟練者-初級者比較アルゴリズムを完成し、サッカーの試合ビデオに対するコーチの視線分析を行い、試合の場面によって視線配布が異なる状況からコーチの技能を評価する手法を提案し、論文発表などの成果を得た。(2)スポーツリハビリ技能:体幹固定の程度を、布センサを用いて評価し、トレーニングツールとして用いることを目標として研究を進めている。(i)お辞儀動作は股関節の屈曲と腰椎の屈曲の組み合わせでおこなわれる。腰椎の棘突起間の動きを、布センサを用いて体幹固定を評価する研究をすすめた。2015年10月に倫理委員会の許可が降りて実行したが、装着方法に問題があり、装着デバイスの改良を現在行っている。(ii)体幹固定のための腹圧の安定性は容積の安定性を検出することで間接的にモニターできる。容積の変化は腹囲や胸囲の変化として検出されるので、布センサを腹囲と胸囲の変化を検出するように装着させる。この時に課題動作を行わせて安定性を観察する実験をおこなう。この前段階の動作解析(Vicon)に用いる体表マーカーの装着位置の決定と、研究者自身によるパイロット実験を行った。2.技能ログの収集環境と要約技術の研究上記実験のための実験環境を整えた。布センサを使った胸囲、腹囲計測装置と、背曲げ量計測装置を整備し、計測量のグラフによるリアルタイムフィードバックを可能にした。また、試合の状況(サッカーの試合におけるボールの位置)を用いた多視点映像の編集アルゴリズムを発展させジャーナルに発表した。全体を通して、主要な英文ジャーナル等への論文掲載が2件、国際会議発表4件、招待講演2件など成果があった。また、表彰もAH2016でのposter発表がBestPoster Awardを受賞したり、代表者の本分野での国際学会・国際研究コミュニティ活動への貢献に対して功績賞が与えられた。これらを通してコーチングの際の視線、興味や視聴視点のモデル化についての研究が進んだ。課題研究(i)において、布センサの体幹への装着方法に問題があることが明らかになった。これは動作により布センサの体幹への固定部が、衣服などで上下方向に移動してしまう事による。これについては装着デバイスを考案し製作中である。課題研究(ii)において、基本的に体幹固定の概念の理解の経験値が上昇しており、矢状面と回旋方向の安定性を分けることが必要であることが明らかになった。したがって三次元動作分析のマーカーの装着部位を変更することなった。1.技能ログのパターン認識手法:(1)ものづくり技能:

ヤスリ技能訓練中のコーチの視線分析における映像酔い防止と全体把握支援のため,まず一人称視点画像からのパノラマ化を試みた.その後,視野安定化と要点抽出に課題を変更し,アイカメラによる視点情報を手がかりにして,Hyperlapse方式を参考にした,釘付け視聴方式を検討し発表した.最終的な対象は機械組み立て作業訓練の場面となったが,視野における注目箇所が安定化するなど効果があり,シンポジウムでの発表賞を獲得した.さらに,水彩画描画時の視線移動の分析を進めており,作業状況における興味の抽出・可視化方法について検討が進んだ.(2)スポーツリハビリ技能:湿度と温度をコントロールした実験を遂行した。この結果、腰痛者は正常者に比較してお辞儀動作初期に意識をしても腹直筋を抑制できないことが、布センサのグラフで認識できることが明らかとなり、布センサの臨床応用の可能性を示すことができた。またバードドッグ動作で、下肢挙上時における骨盤の前傾の程度と、布センサによる腹囲の安定性の関係性があることを示すことができた。2.技能ログの収集環境と要約技術の研究上記1(2)の布センサを使ったお辞儀動作計測の実験装置を安定的に利用できるよう収集環境の整備を継続した.また,要約技術に関しては,スポーツビデオ映像の自動編集技術のための基盤技術と視聴支援技術,および技能作業時の一人称視点映像処理技術について実験的研究を行った.自動編集のための基盤技術としては,動画像における人物動作の識別をおこなうHough変換手法を完成させ,編集のカット点検出手法に一定の成果があった.同時刻多視点中の候補から最適映像素材を選ぶ手法として,興味対象(ボールなど)の軌跡パターンを特徴とする方法を提案し,効果を検証した.コーチングの手がかりとなる,技や状況の可視化手法やその情報処理技術についてはいくつかの項目について研究開発が進み成果があった.また,実際のスポーツリハビリ場面においても,提案している布型センサの有用性が確認できた.業績としても,一人称視点の映像処理については,発表賞を獲得するなど優れた成果があり,論文,国際会議なども順調に発表成果があった.コーチング理論構築にむけた基盤研究についての踏み込みを模索しており,さらなる研究継続が必要である.1.技能ログのパターン認識手法:昨年度に引き続き,技能訓練中の一人称視点画像処理技術の研究を進め,国際会議での発表にまとめた.具体的には,水彩画の描画作業時の一人称視点画像分析を行った.提案手法では,まず,一般物体検出のアルゴリズムにより検出した一人称映像中の物体と視線情報から作業者の注視対象を特定する.一方,視線遷移方向と大きさに応じて,視線遷移状態を表す文字記号を決定する.この注視対象と文字記号の組み合わせを特徴空間とし,各特徴空間の出現回数をカウントしたヒストグラムを特徴ベクトルとして抽出する.このようにして抽出した特徴ベクトル集合に対し教師無しクラスタリング手法を適用し,映像シーンを分類した.また,この分類より得られるクラスタラベルの系列から抽出した系列特徴による映像シーンのクラスタリングを行う手法を提案した.
HPLC用、高速・高理論段数モノリス型シリカキャピラリーカラムの開発

高速型、および、高理論段数型、モノリスシリカキャピラリーカラムの開発、高性能化を行った。シリカキャピラリー管内でテトラメトキシシランとメチルトリメトキシシランを原料とするシリカモノリスの調製において、シリカ量、ならびに、1-2μmのマクロ細孔と約10nmのメソ細孔の大きさを制御することにより、溶媒のカラム通過時間10sで10000理論段、5000sで1000000理論段の発現を可能とし、超高性能分離を実現した。高速液体キャピラリークロマトグラフィー(HPLC)モノリス型シリカカラムの調製反応液の組成、すなわちPEG濃度と,テトラメトキシシラン(TMOS)-メチルトリメトキシシラン(MTMS)の濃度比を変化させて、高速、高性能分離に適した組成、濃度を検討した。(1) TMOS:MTMS=3:1において調製した3-5m長のカラムは高い透過率(5μm粒子の約5倍)と約7μmの理論段高を示し、2-3本連結して7-12m長とし使用した場合、通過時間(t_0)=1.5時間で80-100万段以上の理論段数を発生して、スチレン5量体8種のジアステレオマーの完全分離や、1個の重水素置換によるベンゼン同位体化合物の分離を可能とした。また、3mと30cmのカラムをBSA消化ペプチドの分離に使用した場合、同一グラジエント勾配において長いカラムが3-5倍のピークキャシティを与えた。しかし試料の希釈により低いプロテインスコアやペプチドカバレージが得られた。(2) TMOS:MTMS=75:25、85:15、90:10においてシリカ量を従来より約40%増加させて調製したシリカは優れた高速性能を示し、5μm粒子充填カラムの同程度の透過率と、2.5μm粒子相当の理論段高(5.5μm)を示した。これらのシリカは従来の組成で調製されたシリカより高い構造均一性を示した。さらに均一な構造により、高速性能あるいは高理論段数をさらに向上させることが可能であると考えられる。また低濃度試料のために大量注入法の検討が必要である。Tetramethoxysilane(TMOS)とmethyltrimethoxysilane(MTMS)との混合物を原料とするハイブリッド型シリカモノリスの調製において、フィードにおける(TMOS/MTMS)比と濃度、相分離の開始時期を調整するpolyethylene glycol(PEG)濃度の最適化により、(1)HPLC用高速型モノリス型シリカカラム、および、(2)高理論段数型カラムの性能向上を試み、さらに高理論段数型キャピラリーカラムのプロテオーム解析への適用を試みた。(1)において、(TMOS/MTMS)比=9/13/1の範囲でPEG濃度を最適化した結果、シリカ量を従来より約22%増加して得られたキャピラリーカラムは、Octadecylsilyl基による化学修飾を経て、第二世代のTMOS型モノリスシリカと同等のカラム性能、すなわち2-2.5μm粒子相当の理論段高H=4.6-6.0μmと、(TMOS/MTMS)比=3/1から得られたハイブリッド型に近い保持能力を示した。これにより、保持の大きな高速型モノリスシリカカラムの調製が可能となった。(2)においても、(TMOS/MTMS)比=9/13/1の範囲でPEG濃度を最適化した結果、(TMOS/MTMS)比=9/2において得られたキャピラリーカラムが、従来の高理論段数型と同等の性能H=7.5-8μmと従来のハイブリッド型カラムより高い透過率を与え、5mのキャピラリーを3本接続した15mカラムシステムは80%アセトニトリル中、50MPaの圧力で200万理論段の発生を可能とした。3.5mカラムを用いる大腸菌プロテオームの解析において、40時間のグラジエント溶出を3回繰り返すことにより、ほぼ全プロテオームの解析が可能であった。以上のように、調製の容易なハイブリッド型調製条件の最適化により高速型および高理論段数型シリカモノリスの性能向上が達成された。HPLC用(1)キャピラリー型、および、(2)ロッド型モノリスシリカカラムの高速・高性能化について、実験的検討を行った。1.キャピラリー型:Tetramethoxysilane(TMOS)とmethyltrimethoxysilane(MTMS)との混合物を原料とするハイブリッド型シリカモノリスの調製において、フィードにおける(TMOS/MTMS)比=9/13/1の範囲で検討を行い、高理論段数型カラムの透過率および理論段数の向上を試み、さらに高理論段数型キャピラリーカラムのプロテオーム解析への適用を行った。

(TMOS/MTMS)比=9/2において得られたキャピラリーカラムはOctadecylsilyl基による化学修飾を経て、理論段高H=7-8μmと透過率K=1.5-2×10^<-13>m^2を与え、内径100μm,4-5m長のキャピラリーカラムにより約50万理論段、15m長の接続カラムにより約50MPaの圧力で200万理論段の発現を可能とした。大腸菌プロテオームの解析において、3.5m長カラムを用いて約40時間のアセトニトリルグラジエント溶出を3回繰り返すことにより、ほぼ全プロテオームの解析が可能となった。長いモノリス型シリカキャピラリーカラムの適用により90%以上の膜タンパク質の同定と、大量注入条件下、低濃度タンパク質の同定により70倍程度のダイナミックレンジ拡大が可能となった。2. TMOSから調製したロッド型カラムについて化学修飾後、5cm長カラムにより8000-9000理論段、25cmカラムにより40000-45000段が得られ、2本あるいは3本を接続することにより、カラム圧10-15MPa,t_0=4-7分において、8-8.5万段および12-12.5万段が得られた。これにより2μm以下の超微粒子あるいはコアシェル粒子充填型カラムと比較して、より低圧で高理論段数の発現が可能となった。以上のようにカラム調製法の最適化により高速・高理論段数型シリカモノリスの性能向上が達成された。