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人間が実演して見せる作業を観察し理解し自動プログラムする知能ロボットの研究

人間の実演による作業教示のアルゴリズム的側面について、作業の分節化を実時間で行なうための手法を研究した。動作の分節化のための基本的な事象の集合を定め、これらを視覚によって直接取得するための高速で効率的な方法および環境モデルの上で幾何学的関係を計算することによりこれを補助する方法の開発を行なった。また、作業プログラムの最適化について、教示された基本動作列をそのままの順序で記憶するだけではなく、上位の目標との関連づけ等によって構造化を行なう手法を開発した。追跡や監視などの下位プロセスを担当する視覚データ処理装置については、相関演算機能を有する視覚ユニットの並列化を試み、移動物体の発見、両眼立体視による距離情報の取得等の実験を行なった。総合実験として、人間の組立作業を観察して作業プログラムを生成し実際にコンピュレータで教示された作業を実行することを行なった。手指や物体の動きを実時間で観察、理解し最適な作業プログラムを自動生成するシステムと、視覚による環境の初期状態認識システムとを組み合わせることにより、自動生成した作業プログラムを、教示時の物体配置とは異なる環境のもとでも実行できるような、高度の知能を有するロボットシステムとしてまとめあげた。なお、新たに得られた知見として、局所相関演算を基礎におく実時間視覚処理装置の並列処理化による高速化が物体の発見・追跡等に非常に強力であることが判明したことが挙げられる。今後は、局所相関演算による特徴点抽出機能を、これまで研究してきた注視点制御アルゴリズムを改良して新しいハードウェア上で利用できるようにシステムを更新することを検討している。(1)視覚デ-タ処理システムの性能改善:人間が普通の速度で実演してみせる作業を実時間で認識することを可能とするために、ロボット視覚システムの特徴追跡能力を大幅に高速化することを試みた。画像の入力・処理・出力を同時に実行できるような画像メモリ制御法、高速CPUの使用、特徴追跡のための相関演算チップの組み込み、等によって、ロボット視覚処理装置の演算能力を飛躍的に向上させることができ、人間の普通の速度の動作を追跡することが原理的には可能になった。(2)注視点の効果的制御による作業の観察:三次元の作業観察を実現するために、右目及び左目の注視点を同時に追跡制御し立体視演算により追跡特徴の三次元デ-タストリ-ムを得るシステムを作成した。継続的時間差分による手の発見、運動する対象の初期位置と大きさを与えたとき指定された特徴点を継続的に追跡する機能、互いに運動を制約し合う複数の追跡子による変形物体の追跡機能、安定化処理を含む両眼追跡、等の基本機能を作成し作業の観察を可能とした。(3)組立操作列の認識:連続して行われる作業を認識するために、時間的に切り分けて動作の種類を決定し、環境状態の定性的変化に基づいて操作を識別する。操作認識の結果は環境モデルの状態に反映される。把持物体を表すノ-ドと手を表すノ-ド間の把持関係リンク、操作対象物ノ-ドとの支持関係リンクを管理することにより組立操作列の認識を行う。本年度は,人間の実演による作業教示のアルゴリズム的側面について,作業の分節化を実時間で行なうための手法を研究した。動作の分節化のための基本的な事象の集合を定め,これらを視覚によって直接取得するための高速で効率的な方法および環境モデルの上で幾何学的関係を計算することによりこれを補助する方法の開発を行なった。また,作業プログラムの最適化について,教示された基本動作列をそのままの順序で記憶するだけではなく,上位の目標との関連づけ等によって構造化を行なう手法を開発した。追跡や監視などの下位プロセスを担当する視覚データ処理装置については,相関演算機能を有する視覚ユニットの並列化を試み,移動物体の発見,両眼立体視による距離情報の取得等の実験を行なった。総合実験として,人間の組立作業を観察して作業プログラムを生成し,実際にマニピュレータで教示された作業を実行することを行なった。

手指や物体の動きを実時間で観察,理解し最適な作業プログラムを自動生成するシステムと,視覚による環境の初期状態認識システムとを組み合わせることにより,自動生成した作業プログラムを,教示時の物体配置とは異なる環境のもとでも実行できるような,高度の知能を有するロボットシステムとしてまとめあげた。なお,今年度の研究で新たに得られた知見として,局所相関演算を基礎におく実時間視覚処理装置の並列処理化による高速化が物体の発見・追跡等に非常に強力であることが判明したことが挙げられる。今後は,局所相関演算による特徴点抽出機能を,これまで研究してきた注視点制御アルゴリズムを改良して新しいハードウェア上で利用できるようにシステムを更新することを検討している。
ハイブリッド海洋環境シミュレーション法の開発研究

我が国の内湾域では,陸域からの過剰な有機物の流入により,富栄養化あるいは過栄養化状態となり,赤潮が多発している。これによる水質の悪化は,海の生態系に影響するとともに水産業への打撃ともなっている。本研究では,このような問題に対処するために,海洋環境改善装置など数メート数十メートル程度の小スケールの人工構造物による流れと物質拡散を数百キロ程度の空間スケール中で一貫して解析しうる数値モデルを開発することを目的とした。フル3次元解析を行う小スケールでのモデルと広い領域における静水圧近似モデルとの結合による「ハイブリッド海洋モデル」は,世界中どこにも無いユニークなものである。この理由は,フル3次元モデルで用いる計算メッシュの大きさは1m程度であること,および通常の海洋環境シミュレーションで用いている計算メッシュは500m以上であり,メッシュ幅の隔たりがあまりに大きすぎていくつかの数値解法上の問題が予想されるためである。本研究は,「ハイブリッド海洋モデル」の開発を目的とし,平成13年度と14年度の2ヵ年にわたって6研究機関9研究者の協力によって行われた。具体的には,沿岸域や内湾域での流れや物質拡散を差分法によって数値計算するときに必要となる以下のツールについて,おもな分担を決めて開発を行った。(1)計算メッシュの発生法(2)広領域における静水圧近似モデル(3)狭領域でのフル3次元モデル(4)広領域と狭領域の双方向ネスティング(5)計算結果の可視化これらのツールを全て駆使した応用例として,五ヶ所湾における密度流拡散装置の水質浄化効果の数値シミュレーションがあり,「MECモデル」の特徴をいかんなく発揮することができた。また,海底固定型の湧昇流発生装置については現在計算中である。さらに,有明海の環境変化の問題については,単に数値計算に留まらず,数値計算の検証のために自ら観測も行い,一部の結果については学会において公表した。今年度の研究計画では,以下の3テーマ・静水圧近似のマルチレベルモデルによる内湾全体における大きなスケールの海水流動およぴ水温・塩分の数値シミュレーション(経塚,濱田,多部田,岡本,今井)・フル3次元モデルによる海洋環境改善装置まわりの小スケールの流動シミュレーション(佐藤,木下,馬場,戸田)・ネスティング手法による大小スケールの連続的な数値解析法の開発(経塚,濱田,佐藤,多部田,木下)について各グループで開発を行い,いくつかのモデルとサブモデルの構築を行った。これらの研究の中間発表として,2001年12月7日に大阪府立大学総合情報センター視聴覚室において第2回MECモデルワークショップを開催し,一般の参加者にも公開して研究発表を行った。また,研究成果は,ワークショップのテキスト(全78ページ)として印刷出版した。具体的な研究成果としては・MECモデルを適用する海域の地形データ作成のためのプリ処理プログラム・計算結果の可視化処理であるポスト処理プログラム・五ヶ所湾,大村湾および諫早湾・有明海における流れの解析例などである。特に成果の公開および一般ユーザーに対する実際的なオペレーションの講習に力点をおいた。また,実海域での計算例については計算精度の検証のために,模型実験(五ヶ所湾)や人工衛星による衛星写真(諫早湾,有明海)とも比較した。ただし,ネスティング手法によるハイブリッドモデルについては,当初の見通しとは異なって,グリッド幅の小さな領域で不自然な上下の対流が生じることが判明するなど問題点も明らかになった。これについては,次年度で詳細な検討を行う予定である。

今年度の研究計画では,以下の3テーマ・静水圧近似のマルチレベルモデルによる内湾全体における大きなスケールの海水流動および水温・塩分の数値シミュレーション(経塚,濱田,多部田,戸田,岡本)・フル3次元モデルによる海洋環境改善装置まわりの小スケールの流動シミュレーション(佐藤,木下,馬場)・ネスティング手法による大小スケールの連続的な数値解析法の開発(経塚,濱田,佐藤,多部田,木下)について各グループで開発を行い、それらのサブモデルを結合して数値シミュレーションを行った。これらの研究成果については,2002年11月6日に東京大学弥生講堂一条ホールにおいて第3回MECモデルワークショップを開催し,一般の参加者にも公開して研究発表を行った。また,研究成果は,ワークショップのテキスト(全178ページ)として印刷出版した。それらの具体的な成果としては・MECモデル用地形データ作成のためのプリ処理プログラム・計算結果の可視化を行うポスト処理プログラム・干潟上の移動境界を考慮した流動解析プログラム・諌早湾・有明海における流れと密度場のシミュレーション結果・ネスティングバージョンの安定化アルゴリズム・大村湾・針尾瀬戸・佐世保湾におけるBFCバージョンの潮流計算と精度の検証などがあり,ワークショップにおいて発表された。また,本研究で開発された一部のプログラムについては,インターネットを通じて一般公開している。アドレスは(http://mee.k.u-tokyo.ac.jp/mec/model/)である。
癌転移に関する基礎的研究

本研究の目的は癌細胞の転移能を規定している、主として細胞側の諸要因を明らかにすることにより、転移の予防あるいは治療法向上のための基礎的資料を提供することにある。本年度得られた成果は以下の如く要約される。(1)MC誘発マウス肉腫細胞株にH-ras,K-ras,myc及びN-rasの一部をもつDNA断片などを導入することにより転移能が有意に上昇した。また、原移植巣と転移巣を構成する細胞クローンは異なることが明らかとなった。ヒト乳癌で転移を伴う症例ではc-erbB-2遺伝子の増幅と過剰発現が高頻度に観察されることを見出した。この知見に基づいて、c-erbB-2 cDNAをMMTV LTRの下流に接続後NIH3T3細胞に導入し、c-erbB-2蛋白を過剰発現している細胞株NE3を分離した。この株はヌードマウスに腫瘤形成はするが肺転移能は認められていない。(2)細胞接着分子としてcadherin分子群を分離し、そのsubclass及び臓器特異性を明らかにした。E型cadherinのcDNAクローニングに成功したので、これを利用して腫瘍細胞の抗cadherin抗体、あるいは遺伝子のtransfectionによる転移能の修飾が観察可能となった。また、正常肝細胞,テラトカルシノーマ細胞及びヒト乳癌細胞におけるcadherinの分布を調べた結果、cadherinはactinと結合していることを強く示唆する所見を得た。(3)ヒト胃癌,肺癌細胞に特有で、lectinと反応する糖蛋白質に対する単クローン抗体15を分離し、これらを用いて転移能に関与する糖蛋白質の固定を試みている。(4)マウス大腸癌から低転移系及び高転移系を分離し、転移を支配するとされている血小板凝集転移促進因子について検討した結果、夫々細胞系の血小板凝集能が正の関係で相関することを両系のhybridomaを用いた解析によって確認した。(5)double diffusion chamber法によって腫瘍特異的活性化マクロファージの誘導とその殺転移細胞能を証明したが、現在、マクロファージの活性化及び腫瘍細胞認識機構を検討中である。
格子量子色力学の数値シミュレーションによるハドロン行列要素の研究

現在本機構で進められているBファクトリー計画で得られる実験結果から小林・益川行列を決めるには、弱い相互作用を記述するオペレーターのハドロン行列要素の理論的計算が必要であるが、格子量子色力学による計算には格子間隔が有限である事からくる大きな系統誤差がある。この誤差は用いる格子フェルミオン作用によるので、物理量に応じ適切な作用を採用し格子間隔依存性を調べ連続極限をとらなければならない。Kメソンのバッグ定数B_KをKSフェルミオン作用を用いて計算し、連続理論での外挿値B_K=0.628(42)を得た。またウィルソンフェルミオン作用を用いた計算も行い、連続理論でのB_Kの値がKSフェルミオン作用によるものと統計誤差の範囲内で一致する事を示した。bクォークを含む行列要素の計算にはbクォーク質量m_bに依存した有限格子間隔誤差がある。この誤差を系統的に評価しBメソンの崩壊定数f_Bの値を得るため、クローバーフフェルミオン作用を用いた計算を行ない、連続理論での値f_B=173(4)MeV,f_<Bs>5=199(3)MeVを得た。Bメソンの中ではbクォークは非相対論的な振舞をする事を考慮し、格子上でbクォークを直接非相対論的に扱うNRQCDフェルミオン作用による研究も行った。フレーバー数が2および3の場合の有限温度カイラル相転移の研究を、動的クォークの効果を取り入れた数値シミュレーションによりKSフェルミオン作用を採用し行なった。クォーク質量、ハドロン質量、静的クォーク間ポテンシャルおよびKメソンが2体のπメソンに崩壊する過程でアイソスピンが3/2変化する場合の確率振幅の計算をした。また大統一理論で予言される陽子崩壊の崩壊確率を定量的に評価するため、バリオン数非保存な3クォークオペレーターのハドロン行列要素を計算した。格子量子色力学では数値計算を可能にするため4次元時空を格子間隔がaの4次元格子に離散化するのであるが、現在の計算機の能力では格子間隔aをa^<-1>=24GeVより大きくする事は出来ない。bクォークの質量m_bは約4.5GeVと格子間隔a^<-1>より大きいので、Bメソンの崩壊定数f_Bの計算には大きなO(m_ba)誤差があると考えられる。ウィルソンおよびクローバーフェルミオンを採用した格子作用を用いて、格子間隔a,クォーク質量m_bを系統的に変えた計算を行ない、O(m_ba)効果を組織的に研究し、連続極限での崩壊定数f_Bの値の評価を行った。Kメソンのバッグ定数B_Kの計算には大きな格子間隔依存性があることが分かっている。連続極限でのB_Kの値を得るにはこの効果を精度良く評価する必要がある。カイラル対称性を持つKSフェルミオンを採用した格子作用を用いて、格子間隔aがa^<-1>=24GeVの大規模計算を行い連続極限でのB_Kの値を評価した。また、格子上でカイラル対称性が破れているウィルソンフェルミオンによる研究も行なった。カイラル対称性が破れているために起こる演算子混合の問題を解決するため、カイラルWard恒等式を用いた新しい非摂動論的方法を提案し、統計誤差は大きいがKSフェルミオンと矛盾しない答が得られる事を示した。Kメソンが2体のπメソンに崩壊する過程でアイソスピンが3/2変化する場合の確率振幅の計算、軽いハドロンに関する質量スペクトルや崩壊定数の計算を行った。

現在本機構で進められているBファクトリー計画で得られる実験結果から小林・益川行列を決めるには、弱い相互作用を記述するオペレーターのハドロン行列要素の理論的計算が必要であるが、格子量子色力学による計算には格子間隔が有限である事からくる大きな系統誤差がある。この誤差は用いる格子フェルミオン作用によるので、物理量に応じ適切な作用を採用し、格子間隔依存性を系統的に研究し連続極限をとらなければならない。Kメソンのバック定数B_KをKSフェルミオン作用を用いて計算し、格子間隔依存性を理論的に予想されるものと一致する事を示し、連続理論での外挿値B_K=0.628(42)を得た。またウィルソンフェルミオン作用を用いた計算も行い、連続理論でのB_Kの値がKSフェルミオン作用によるものと統計誤差の範囲内で一致する事を示した。bクォークを含む行列要素の計算にはbクォーク質量m_bに比例した有限格子間隔誤差がある。この誤差を系統的に評価しBメソンの崩壊定数fbの値を得るため、ウィルソンフェルミオン作用および取り扱いはより複雑であるが小さな格子間隔効果が期待されているクローバーフェルミオン作用を用いた計算を行った。Bメソンの中ではbクォークは非相対論的な振舞をする事を考慮した解析を行い、クローバーフェルミオン作用の採用により格子間隔効果が実際に小さくなる事を示し、連続理論での崩壊定数の値の評価をした。またB→πlν等のセミレプトニック崩壊の形状因子の計算を行った。クォーク質量、ハドロン質量、静的クォーク間ポテンシャルおよびKメソンが2体のπメソンに崩壊する過程でアイソスピンが3/2変化する場合の確率振幅の計算をし、またフレーバー数が2つの場合の有限温度カイラル相転移の研究をKSフェルミオン作用を用い種々のスケーリング解析により行なった。Bファクトリー計画で得られる実験結果から小林・益川行列を求めるにはbクオークを含むハドロン行列要素の理論的計算が不可欠であるが、格子量子色力学を用いて通常の相対論的計算をするとbクォークが重いことに起因する大きな系統誤差が生じる。この困難を避けるため、bクォークを格子上で直接非相対論的に扱うNRQCDフェルミオン作用を用いた研究を行い、Bメソンの崩壊定数f_Bを計算した。クォーク質量は標準モデルの基本的パラメーターであるが実験的に測定することは出来ず、理論的に求める必要がある。格子量子色力学を用いて連続理論でのクォーク質量を求めるには、格子上の裸のクォーク質量と連続理論でのくりこまれたクォーク質量を関係づけるくりこみ定数を計算しなければならない。通常は最低次の摂動論を用いた計算が行われるが、高次補正の効果を正確に評価することが出来ない。くりこみ定数を非摂動論的に求める研究をKSフェルミオンを用いて行い、クォーク質量を精度良く求めた。大統一理論で予言される陽子崩壊の崩壊確率を定量的に評価するには、バリオン数非保存な3クォークオペレーターのハドロン行列要素を求める必要がある。π中間子への崩壊に対応した行列要素を精度良く求めるために今までより軽いクォーク質量での計算をし、またK中間子を含む行列要素を求めるために重さの違う2種類のクォークを用いた計算をした。動的クォークの効果を取り入れた有限温度相転移の研究を、ハイブリッド法による数値シミュレーションによりKSフェルミオン用いて行なった。物理的に重要なフレーバー数が3の場合の研究をし、相転移の性質のクォーク質量依存性を詳しく調べた。
内在性膜タンパク質と脂質膜相互作用の単一分子力学

内在性膜タンパク質はタンパク質の膜貫通部分と脂質相互の疎水性相互作用により脂質2重膜に固定されている。生命活動にとって基本的であり、また今後の医薬開発の焦点となるこの相互作用を新しい方法で定量的に解析する方法として原子間力顕微鏡による力学的引き抜き実験を行った。培養繊維芽細胞を原子間力顕微鏡の試料台に置き、これに対して共有結合架橋剤を結合した原子間力顕微鏡の探針を接触させる。接触時間内に探針と細胞膜タンパク質のアミノ基の間に共有結合が生じるので、この後細胞と探針間距離を離す際に膜タンパク質の一部が原子間力顕微鏡探針に結合したまま膜から引き抜かれてくる。この引き抜きの様子は、探針の下方変位を記録したフォースカーブを解析することにより確認した。また、使用後の探針に対してタンパク質延伸実験を行うと探針上に数100ナノメートルの長さに延伸される物質が結合していた。この物質はタンパク質分解酵素により消失することから、細胞膜から引き抜かれたタンパク質であることが確認できた。フォースカーブの解析から、膜タンパク質は平均0・45ナノニュートンの力で引き抜かれてくることがわかった。さらに、引き抜かれたタンパク質の種類を蛍光抗体法で同定した。以上の結果は生細胞を試料としているので脂質と膜タンパク質の相互作用以外の相互作用も含まれているので、新たに脂質リポソームを調製してこれに典型的な膜タンパク質である赤血球グリコフォリンを埋めこむ実験を行った。まず純粋なリポソームをレシチンを材料として調製し、基板への吸着の強さとリポソーム自身の力学的性質の測定を行い膜タンパク質引き抜き実験を行う基礎を確立した。今後、グリコフォリンを埋め込んだリポソームを試料として脂質膜からのグリコフォリン引き抜き実験を行う。
婦人科癌における末梢血中腫瘍細胞からの遺伝子変異及びトランスクリプトームの解析

1、テロメラーゼ特異的増殖型GFP発現型アデノウイルスベクターを用いた末梢血中腫瘍細胞(CTC)の検出本法では感染させるウイルス濃度を上げるとがん細胞の感度は上昇するが白血球への非特異的ウイルス感染によるGFP発現の増加が避けられないという問題点があったが、白血球共通抗原CD45の標識を加えることで、GFP陽性かつCD45陰性細胞をCTCとして明確に区別できるようになった。この改良により特異度が高まると共にウイルス濃度を上げることが可能になり、検出感度も高くなり、システムの有効性がかなり向上した。また観察者の経験に左右されずに客観的にCTCを判定できるようになった。これらの検出方法を応用して、本学倫理委員会の承認ならびに被験者のインフォームドコンセントのもとに婦人科癌患者の血液を用いたCTC検出実験を行った。対象は子宮頚癌、子宮体癌、卵巣癌患者であり、3050%程度の検体でCTCが検出された。CTCの消長は治療の効果と優位に相関しており、治療効果マーカーとなりうることが明らかになった。2、CTC単離方法の確立ナノリットル単位でのマニュピレーションが可能なPicoPipet^[○!R]にて蛍光顕微鏡下でのGFP陽性細胞の単離に成功した。子宮頸がん患者において回収されたCTCからHPV遺伝子の増幅に成功した。これは原発巣と同型のHPVであり確実に末梢血から腫瘍細胞を回収できていることを示す重要なデータであり、本法の有用性を示すものと考えられた。
網羅的スクリーニングによる肺炎クラミジア抗原の分子探索とワクチン開発の展開

本研究では、新たな診断用抗原、ワクチンの開発を目指し、肺炎クラミジア患者血清中に存在する抗体が認識する分子の網羅的スクリーニングを行った。455個の肺炎クラミジア分子を解析した結果、58個の分子を見出すことに成功した。また、感染ステージ特異的に発現する分子を見出すことにも成功した。これらの分子を組み合わせることで、新たな血清診断法やワクチンの開発につながる可能性を示すことができた。本邦で肺炎クラミジア感染の診断方法として、最も普及している方法はELISA法である。現在、市販されているELISAキットでは、肺炎クラミジア抗原として、基本小体由来の外膜タンパク質やリポ多糖が利用されている。しかし、抗原の違いにより、キット間で診断結果に矛盾を生じることがしばしばある。H24年度は、H23年度の結果を踏まえ、新たな小児肺炎クラミジア患者血清を用いて、肺炎クラミジア患者抗体が認識する肺炎クラミジアタンパク質の探索を行った。これにより、患者血清数を増やすことで、より正確なデータを集積することができた。また、理化学研究所ゲノム医科学研究センター(連携研究者:玉利、広田)より提供された慢性閉塞性肺疾患(COPD)を含む成人患者血清約300名の解析を行った。その結果、成人の慢性感染および小児の初感染での肺炎クラミジアタンパク質の認識の違いを明らかにすることができた。さらに、肺炎クラミジア患者由来の抗体が高頻度に認識する3種類の肺炎クラミジアタンパク質に対するポリクローナル抗体の作成を完了することができた。そこで、この抗体が肺炎クラミジアに対して感染抑制効果を示すか、ヒト培養細胞株を用いて検討を行っている。さらに、これらの3種類の肺炎クラミジア組換えタンパク質の大量精製を行っている。この精製タンパク質を用いて新規診断用ELISA法を開発すべく、タンパク質の固層への固定方法の検討を行っている。現在、市販されているELISAキットでは、肺炎クラミジア抗原として基本小体由来の外膜蛋白質やLPSが利用されているが、抗原の違いにより擬陽性やキット間で診断結果に矛盾を生じることがある。また、主要外膜蛋白質等に対する中和抗体の作製を試みるも、十分な予防効果を得られず、確かな予防法の確立がなされていない。そこで、本研究において、新たな診断用抗原、中和抗体の候補となる肺炎クラミジア分子の探索を行い、患者血清によって認識される合計58個の肺炎クラミジア抗原を見出していた。これまでに、肺炎クラミジア感染の診断や中和抗体の候補として使用・検討されてきた分子は、肺炎クラミジア菌体表面に大量に存在する分子であった。しかし、本研究により、患者血清中に存在する抗体の中には、肺炎クラミジアが宿主細胞へ注入するエフェクター分子に対する抗体も含まれていることが明らかになった。そこで、いくつかの分子に標的を絞り、これらの分子がどのような機能を有し、また感染のどの時期に発現している分子であるかの検討を進めた。その中で、肺炎クラミジア蛋白Fke034は、感染後、わずか1時間以内に宿主細胞へと移行し、その後約24時間宿主細胞内で作用した後、宿主細胞からは消失する。この分子は、感染初期に積極的に産生され、感染を成立させるために必要な分子であることが推測される。また、Fke063は感染後12時間ころに宿主細胞へ注入されるエフェクター分子であるが、肺炎クラミジア菌体表面にも存在していることが判った。そこで、このFke063に対する抗体を作製し、菌体と混合後にヒト細胞へ感染させたところ、感染効率が約半分に低下することを見出した。これらの分子をさらに解析し、また、現在解析を行っていない分子についても解析進めることとで、感染時期特異的な診断方法の開発、新規予防法の開発へつなげることができると期待される。本邦で最も普及している肺炎クラミジア感染の診断方法はELISA法(ヒタザイムC.ニューモニエTM)である。現在、市販されているELISAキットでは、肺炎クラミジア抗原として、基本小体由来の外膜蛋白質やLPSが利用されている。しかし、抗原の違いにより、擬陽性やキット間で診断結果に矛盾を生じることがある。本研究では肺炎クラミジアに対する新規特異抗原の特定を目的として、肺炎クラミジアJ138株全1029遺伝子のうち455遺伝子を標的に網羅的スクリーニングを行った。Saccharomyces cerevisiaeにGFP標識した組換え体肺炎クラミジア蛋白質を発現させ、抽出蛋白質を抗原として用いた。一次抗体として肺炎クラミジア初感染患者血清(8名)、二次抗体としてHRP標識抗ヒト免疫グロブリン(anti-IgA, IgG, IgM, IgA+G+M)抗体を用いてウェスタンブロット解析を行った。その結果、肺炎クラミジア抗原として患者血清によって認識される合計58クローンを見出した。さらにこの58クローンについて、各患者血清を用いて詳細にウェスタンブロット解析を行った結果、各免疫グロブリン・アイソタイプで特異的、かつ高頻度に認識されるクローンが数種類あることを明らかにした。これらの抗原は肺炎クラミジア感染のための新規血清学的診断法の開発のみならず、今後のワクチン開発のためにも有益な情報になるものと期待できる。

H24年度は、新たな小児肺炎クラミジア患者血清を用いた抗原探索を行った。その結果、H23年度に成果発表した肺炎クラミジア患者血清中の抗体が認識する、肺炎クラミジア由来のタンパク質の情報をより正確なものにすることができた。また、成人患者血清約300名についての抗原探索解析を終了させることができ、成人・小児間での相違点を見出すことができた。また、これらの結果を踏まえ、患者抗体が高頻度に認識する3種類の肺炎クラミジアタンパク質に対するポリクローナル抗体をウサギにて作成した。現在、ヒト細胞に肺炎クラミジアを感染させ、作成した抗体を用いて感染抑制効果の有無について検討を行っている。また、新規診断法の確立を目指し、肺炎クラミジア抗原タンパク質の大量精製を行っており、ELISA法の検討をすすめている。よって、当初の計画通りおおむね研究が順調に進んでいる。平成23年度の当初の計画では、肺炎クラミジア機能未知蛋白質約500個に対して、肺炎クラミジア小児初感染患者およびCOPDを含む成人患者血清が認識する肺炎クラミジア分子の網羅的探索を行うことを予定していた。実際に、これらの網羅的解析を終え、58個の分子を同定することができた。よってほぼ計画通りに進んでいる。H25年度は次の二項目について検討を行う。1.感染抑制効果を有する抗体の探索現在までに、肺炎クラミジア患者血清中の抗体が高頻度に認識する肺炎クラミジア由来タンパク質に対する抗体を3種類作成している。ヒト培養細胞に肺炎クラミジアを感染させる際に、これらの抗体によって、感染抑制効果を認めるか否か検討する。いずれも感染抑制効果を認めない場合は、新たな抗体作成を検討する。また感染抑制効果を認めたものについては、マウスを用い、同様にクラミジア感染抑制効果を発揮することが可能か検討を進めていく。2.血清学的診断法の開発昨年度までに成人・小児患者血清を用いたスクリーニングにより、患者血清中の抗体がどの程度の頻度で、肺炎クラミジア由来のタンパク質を認識するかについて、検討をすることができた。そこで、それらのタンパク質のうち、高頻度に認識されるタンパク質の組換え体を用いた大量精製を行っている。本年度は次の2項目について研究をすすめていく。1.抗体の作製平成23年度に見出した、肺炎クラミジア患者血清によって認識される58個の肺炎クラミジア蛋白質のうち、特に強い抗原性を認めた3分子について、特異的抗体の作製を試みる。これら3つの分子に対する抗体は、肺炎クラミジアの感染を抑制することができる可能性がある。抗体作製に成功した後、肺炎クラミジアを株化ヒト上皮系細胞に感染させる際に、この抗体による感染抑制効果の有無を判定する。2.血清学的診断法開発への応用初年度に見出した患者血清と特異的に反応する肺炎クラミジア分子58個のうち、特に多くの患者で認識された蛋白質の大量精製を試みる。
専門学校の機能変化に関する教育社会学的研究

本研究は、専門学校に求められる役割を明確にすることにより、専門学校の将来像をシュミレーションすることを目的とした。研究にあたっては、特に次の2点に焦点を当てた。ひとつめは、安定期を迎えたといわれる専門学校の現状と今後の動向を分析するという視点である。専門学校は経営的なレベルでどのような方向を目指しているのか。それを実証的に明らかにすることで、専門学校自身が描く構造転換を理解しようとするものである。ふたつめは専門学校の学生の実態を把握するという点である。専門学校生を高校卒業後、すぐに進学してくる学生群(ダイレクト・エントリーと定義)と大学や社会経験などを経た後に進学する学生群(ディレイド・エントリーと定義)をコーホートとして捉え、これら2つの学生群の特徴を把握することで、現在の専門学校の現状、および専門学校の特質などを明らかにするという点である。以上の2点について、2年間にわたり調査研究を行った。分析にあたっては、(1)専門学校の社会的役割の変化(2)ダイレクト・エントリーとディレイト・エントリー群のコーホート分析(3)在学生の「学歴社会」VS「資格社会」の実態認識とその変化(4)ディレイド・エントリー学生の入学経路分析(5)生涯学習社会への対応の5つの視点から行った。この中で、特にダイレクト・エントリーとディレイド・エントリーでは、在学生の学習意識や将来展望にかなり差があることが明らかとなった。すなわち、これからの専門学校は、ディレイド・エントリーによる新たな「顧客」層を集めながら、これまではと異なる短期の職業能力の育成という社会的役割を果たすことも同時に求められているのである。これらの分析結果を踏まえて、まさに「生き残り」をかけた、専門学校の将来像が明らかとなった。なお、これらすべてをまとめたものを、研究成果報告書として刊行した。平成13年度は、全国各地の工業関係、農業関係、医療関係、衛生関係、教育・福祉関係、商業実務関係、服飾・家政関係、文化・教養関係の全8分野にわたる専門学校の経営者、および専門学校生に対して質問紙調査を実施するための準備と、予備調査をおこなった。研究の流れとしては、(1)先行研究の分析、(2)専門学校経営者の意見と基礎的データの収集、(3)専門学校研究をおこなっている学会、研究会などへの参加である。それらを通して得られた意見などを参考にし、アンケートにおける質問項目の内容を検討し、質問紙を作成した。まず、先行研究の分析としては、「専門学校在学者の実態と意識に関する基礎的、総合的な調査」関口義(京都文教大学)などの調査をもとに、そこでの知見と調査票の内容を分析した。次に、調査依頼が可能な各分野の専門学校の経営者に、専門学校の経営理念の変化と具体的な対応、18歳人口の激減期にある現状に対する意識、現在の生徒の実態などについて意見を聞き、専門学校の現状把握に努めるとともに、質問紙の内容に反映できるようにした。また、高等教育機関としての専門学校のあり方、生涯学習機会としての専門学校、専門学校の将来像などを把握するために、学会(日本教育社会学会第53回大会V-5部会)などに参加し、参加者と意見を交わした。その他、専門学校の機能変化という部分に注目した場合、特に米国のコミュニティカレッジや英国における旧ポリテクニク大学の現状と評価の分析が非常に重要となる。そこで、英国旧ポリテクニク大学の現状を分析し、論文にするとともに、今後の日本における専門学校の機能変化についての仮説構築の基礎とした。前年度に実施した調査結果を受けて、主として平成14年度は、大きく次の2点からの調査研究をおこなった。まず、1点目は、専門学校の現状分析に関する調査研究である。

これは、アンケートによる在学生の意識調査を行い、その結果から得られた知見をもとに、面接調査をおこなうという2段階の方法を用いた。アンケートには、とくに大学や短大との競合関係の厳しい分野(教育・福祉関係分野)と、専門学校にのみ大きく依存している分野(衛生関係分野)を比較するという視点をとった。そののち、それぞれの分野に在籍する学生の意識と実態の真相に迫るべきインタビュー調査をし、データのさらなる検証を深めた。また、2点目は、専門学校の将来展望に関する関するシミュレーションである。前年度の経営者側の意向とは別の次元で、在学生を中心にした面接による聞き取りから、専門学校の社会的役割が確実に変化していることを分析するものである。それは、学生が資格を志向するのか学歴社会を所与のものとしているのか、といった先行研究の分析とどのように今日的現実が乖離してきたのかを示すことを目的とした。いずれの場合も、高校卒業後すぐに専門学校に進学する学生群(ダイレクト・エントリーと定義)と、大学や社会経験などを経た後に専門学校へ進学する学生群(ディレイド・エントリーと定義)では、かなり在学生に学習意識や将来展望に差がみられることが明らかとなった。調査研究の結果は、以下のような観点から分析した。(1)専門学校の社会的役割の変化(2)ダイレクト・エントリーとディレイド・エントリー群のコーホート分析(3)在学生の「学歴社会」vs「資格社会」の実態認識とその変化(4)ディレイド・エントリー学生の入学経路分析(5)生涯学習社会への対応、などである。なお、研究成果は、日本教育社会学会第54回大会「高等教育部会」での意見交換、『比較教育社会学入門』の刊行などによっても行ってきており、それらをすべてまとめたものを、研究成果報告書として刊行する予定である。
トランスジェニックネマトーダを用いた生物検定法の確立

線虫のゲノムプロジェクト情報を詳細に検索したところ、グルタミン酸トランスポーター遺伝子には、報告者が既にクローニングしたもの(Ceglut-I)以外に3つのサブタイプが存在することが示唆された。そこで、これらの遺伝子について、RACE法を用いてcDNAレベルでの塩基配列の確認を行った。3つのサブタイプ(それぞれCeglut-II、-III、-IVと命名)はそれぞれ502、532、575アミノ酸残基よりなり、Ceglut-Iとは43.8%、55.8%、50.8%の相同性を示した。また、ゲノム遺伝子の構造を比較したところ、Ceglut-Iが9個のエキソンからなるのに対し、Ceglut-II、-III、-IVはそれぞれ11、7、8個のエキソンからなり、イントロンの長さもまちまちであった。さらに、アフリカツメガエル卵母細胞を用いた発現系では、Ceglut-IIおよび-IVはCeglut-Iとほぼ同等のグルタミン酸トランスポート活性を示したが、Ceglut-IIIはグルタミン酸トランスポート活性を殆ど示さなかった。このことから、Ceglu-IIIはグルタミン酸トランスポータースーパーファミリーに属する中性アミノ酸のトランスポーターである可能性が示された。そこで、Ceglut-I-II、-IVに対応する2本鎖RNAを合成し線虫に導入すること(RNAi)により転写阻害を試みたところ、際立った表現型は認められなかった。これは、神経系特異的に発現する遺伝子を標的にした場合、RNAiによる転写阻害が不完全であることによると考えられる。現在、変異剤およびUV照射を併用した遺伝子破壊株の作製を試みている。グルタミン酸トランスポーターは神経伝達物質であるグルタミン酸の能動輸送を担う膜タンパク質であり、グルタミン酸による興奮伝達の終焉、グルタミン酸による神経細胞死の回避などの重要な役割を果たしている。本研究は、線虫Caenorhabditis elegansのグルタミン酸トランスポーター遺伝子を破壊し,他生物種のグルタミン酸トランスポーター遺伝子を導入したトランスジェニックネマト-ダを作製することにより、有用物質探索のための生物検定法を確率することを目的とする。そこで、本年度は、C.elegansに導入する遺伝子を得るべく、昆虫類であるキイロショウジョウバエのグルタミン酸トランスポーター遺伝子のクローニングと解析を行った。報告者が既にクローニングしたC.elegansのグルタミン酸トランスポーターと哺乳動物のものとの相同領域に着目し、RT-PCRによりショウジョウバエグルタミン酸トランスポーターの部分cDNAを得た。次いで、得られた塩基配列情報を基に、cDNAライブラリーのスクリーニングを行い,ほぼ全長のcDNAを得た。ショウジョウバエのグルタミン酸トランスポーター(Dglut-1)は473アミノ酸残基よりなり、既存のグルタミン酸トランスポーターと40-50%の相同性を示した。また、アフリカツメガエル卵母細胞の発現系を用いて、トランスポート活性を測定したところ、C.elegansのものと同等の活性を示した。また、ノーザン分析により卵から成虫にいたる全てのステージで発現していることが判明した。また、ゲノミックサザン分析の結果、Dglut-1遺伝子は1コピーであることが明らかにとなった。
確率解析とその微分作用素の解析への応用

ブラウン運動とその最大値過程を考えるとき,その差が反射壁ブラウン運動と同じ確率分布を持つこと,最大値過程の2倍ともとのブラウン運動の差が3次元ベッセル過程と同じ確率分布を持つことは,それぞれレヴィ,ピットマンの定理として知られている.研究代表者の松本は,今年度まず,その他一般の線型結合を考えた場合には拡散過程は得られないことを小倉幸雄との共同研究によって示した.また,以前これらの定理の拡張が幾何ブラウン運動の時間積分によって与えられるウィナー汎関数と古典的なラプラス法を用いて示したが,その際に鍵となった事実から,一般化逆ガウス分布の特徴付けがガンマ分布に従う確率変数を用いてLetac-Wesolowskiによって与えられた.海外共同研究者のYorとの共同研究によって,この事実がブラウン運動を用いて説明可能であることを以前の研究結果に基づいて説明することに成功し結果を発表した.共同研究者は松本の研究において助言を与えるとともに,各自の専門において次のような研究を行った.井原は,大偏差原理を応用して情報理論の研究を行い,離散時間定常ガウス過程に対して,2つの軌道がある歪みを許して一致する確率の詳しい漸近挙動を求め,符号理論への応用を与えた.植村は多次元ブラウン運動の局所時間の研究を進め,田中の公式の拡張を与えた.上木はランダムな磁場とポテンシャルをもつシュレディンガー作用素のスペクトルの研究を進め,状態密度の立ち上がりの増加度に関して新しい結果を出して発表した.ブラウン運動とその最大値過程を考えるとき,その差が反射壁ブラウン運動と同じ確率分布を持つこと,最大値過程の2倍ともとのブラウン運動の差が3次元ベッセル過程と同じ確率分布を持つことは,それぞれレヴィ,ピットマンの定理として知られている.研究代表者の松本は,今年度まず,その他一般の線型結合を考えた場合には拡散過程は得られないことを小倉幸雄との共同研究によって示した.また,以前これらの定理の拡張が幾何ブラウン運動の時間積分によって与えられるウィナー汎関数と古典的なラプラス法を用いて示したが,その際に鍵となった事実から,一般化逆ガウス分布の特徴付けがガンマ分布に従う確率変数を用いてLetac-Wesolowskiによって与えられた.海外共同研究者のYorとの共同研究によって,この事実がブラウン運動を用いて説明可能であることを以前の研究結果に基づいて説明することに成功し結果を発表した.共同研究者は松本の研究において助言を与えるとともに,各自の専門において次のような研究を行った.井原は,大偏差原理を応用して情報理論の研究を行い,離散時間定常ガウス過程に対して,2つの軌道がある歪みを許して一致する確率の詳しい漸近挙動を求め,符号理論への応用を与えた.植村は多次元ブラウン運動の局所時間の研究を進め,田中の公式の拡張を与えた.上木はランダムな磁場とポテンシャルをもつシュレディンガー作用素のスペクトルの研究を進め,状態密度の立ち上がりの増加度に関して新しい結果を出して発表した.幾何ブラウン運動の時間積分を用いて定義されるウィナー汎関数からラプラス法を用いてブラウン運動の最大値過程を得られることを注意し,最大値過程を用いた反射壁ブラウン運動,ベッセル過程の表現定理であるレヴィ,ピットマンの定理の類似がラプラス法を用いて極限を取る前の段階で得られていること,この類似から元のレヴィ,ピットマンの定理が得られることを,一般化ベッセル過程との関連を詳しく述べる形で発表した.この結果は逆ガウス分布とも深い関係を持つことについてさらに研究を進め,これについても海外共同研究者のYor氏との共著論文の形で発表する予定である.シンプレクティック群のユニタリ表現であるメタプレクティック表現を用いて,対応するハミルトニアンが2次の多項式である微分作用素のスペクトルを上木氏との共同研究で完全に決定し発表した.これは2次元の場合ではあるが,以前研究した正値のハミルトニアンの場合の結果の拡張であり,これで基本的な2次の場合に対応する古典力学からスペクトルが決定されることが示されたことになる.昨年までのポアンカレ上半平面上のラプラシアンの研究に引き続き,階数1の対称空間上のラプラシアンに関して研究をした.非コンパクトな場合は実数,複素数,四元数に対応した3種類の双曲空間と例外型と呼ばれる空間の4種しかないことが知られている.今年度,双曲空間の熱核の表現が確率論的な方法で得られること,その過程で得られる結果からグリーン関数が超幾何関数または球関数を用いて具体的に表示されることを示した.調和解析との関連,セルバーグ跡公式などについても現在研究を進めている.幾何ブラウン運動の時間に関する積分によって定義されるウィナー汎関数は数理ファイナンス,双曲空間上の解析において重要な役割を果たす.そのブラウン運動との結合分布はYORの公式として知られているが,さらに進んで応用する場合には,類似の指数型汎関数をもう1つ考えて3次元の同時分布の形が必要になる.その具体形がラプラス変換の形で求まることを示し,以前の研究ではできなかったマースのラプラシアンの熱核の具体形の計算,数理ファイナンスのあるモデルへの応用などとともに発表した.さらに上の結果を応用して,実双曲空間だけでなく,複素数,四元数に対応する双曲空間上の熱核およびグリーン関数の具体形を示すことに成功し発表した.熱核は実双曲空間上の熱核の積分によって,またグリーン関数は特殊関数を用いて具体的に書けることが分かった.表現論への応用,調和解析との深い関連があると思われるが,結果の深い意味については不明な点もあり,現在も研究を続けている.この結果のみならず,研究の過程において現れる等式はセルバーグ跡公式の証明に応用できると思われる.

これについても研究を続けている.上に述べたウィナー汎関数からラプラス法を用いてブラウン運動の最大値過程が得られ,最大値過程に関するレヴィ,ピットマンの定理の類似,拡張を示すことができる.そこでは逆ガウス分布が重要な役割を果たす.今年度は,この役割が見やすい形で結果を定式化して証明し発表した.また,ピットマンの定理と同様我々の拡張においても,考える確率過程の張るフィルトレーションはもとのブラウン運動のものより小さいことが分かる.その原因に関して詳しく述べ,ウィナー空間上の非線形変換に関する測度の変換公式であるラメール・楠岡の公式の具体例を使った結果の別証明とともに発表した.ブラウン運動とその最大値過程を考えるとき,その差が反射壁ブラウン運動と同じ確率分布を持つこと,最大値過程の2倍ともとのブラウン運動の差が3次元ベッセル過程と同じ確率分布を持つことは,それぞれレヴィ,ピットマンの定理として知られている.研究代表者の松本は,今年度まず,その他一般の線型結合を考えた場合には拡散過程は得られないことを小倉幸雄との共同研究によって示した.また,以前これらの定理の拡張が幾何ブラウン運動の時間積分によって与えられるウィナー汎関数と古典的なラプラス法を用いて示したが,その際に鍵となった事実から,一般化逆ガウス分布の特徴付けがガンマ分布に従う確率変数を用いてLetac-Wesolowskiによって与えられた.海外共同研究者のYorとの共同研究によって,この事実がブラウン運動を用いて説明可能であることを以前の研究結果に基づいて説明することに成功し結果を発表した.共同研究者は松本の研究において助言を与えるとともに,各自の専門において次のような研究を行った.井原は,大偏差原理を応用して情報理論の研究を行い,離散時間定常ガウス過程に対して,2つの軌道がある歪みを許して一致する確率の詳しい漸近挙動を求め,符号理論への応用を与えた.植村は多次元ブラウン運動の局所時間の研究を進め,田中の公式の拡張を与えた.上木はランダムな磁場とポテンシャルをもつシュレディンガー作用素のスペクトルの研究を進め,状態密度の立ち上がりの増加度に関して新しい結果を出して発表した.
地域の高校教員との連携による高校・大学初年次の物理教育の新しいカリキュラム開発

地域の高校・大学教員の密接な高大連携による教育研究体制を構築し,近年の欧米諸国の物理教育改革の成果の日本の高校および大学初年次における応用の可能性について検討した.特に,(1)生徒の物理概念に対する誤認識を把握し, IT機器を効果的に活用して正しい概念に導く実験方法や(2)コンテクストを基盤とした探究学習の指導方法について,地域の高校生を対象とした公開講座を開催して実地に検討した結果,いずれも日本における効果が確認され,これからの物理カリキュラム開発におけるひとつの方向性を示唆する成果を得た。本研究では、これまで行ってきた大学と高校の教員による継続的な研究会活動の成果を基礎として、コンテクストを基盤とした物理カリキュラム全体やIT機器活用の実験法を学んで教員の研修に活かすとともに、その内容を基に、高校や大学の初年次教育で実践できる新しいカリキュラムを開発することを目的としている。そのカリキュラムを開発するにあたり、本年度は、近年アメリカを中心に展開されている、Physics Education Researchの代表的な教材(カリキュラム)「Active Learning」の実践的検討を中心に展開されている、Physics Education Researchの代表的な教材(カリキュラム)「Active Leaming」の実践的検討を中心に研究活動を行った。この教材は、生徒の持つ誤概念を明らかにしつつ、IT機器の利点を積極的に用いた生徒と教員との双方向性の授業を通して、それらを改善していくという特徴がある。研究において具体的には、授業方法・展開とその効果について上記の研究会で実践的に検討し、昨年8月に2日間にわたって、高校生・大学生を対象とした動力学分野の公開講座を開催して追試し、日本での同様の授業方法の利用可能性を検討した。特に、公開講座を通して、生徒・学生がどのように誤概念を克服し力学の概念を理解したかを具体的に分析し、日本の力学教育の現状と比較しながら日本での同様の方法の導入の可能性について検討を行った。その結果、授業展開の要所で設定されている徹底した「予想(グラフを描くこと)と討論」により生徒の持つ誤概念が生徒・教員両者に明確になり、それを用いたその後の実験やさらなる討論を通してその誤概念を変えることができることが、この教材(カリキュラム)の最も特徴的なことであることが明らかになった。その意味でこのカリキュラムは、物理既習者の概念定着を図る上では大いに役立つと言える。換言すると、物理の未履修者に対して最初から力学を教えるカリキュラムとしてこのまま導入するのは難しく、内容を十分理解した上でのスタイルの改変を行う必要があることも明らかになった。本研究は,生徒の物理概念に対する誤認識を把握し,IT機器を効果的に活用して正しい概念に導く実験方法やコンテクストを基盤とした探究学習の指導方法について,地域の高校教員と大学教員が共同で研究会を通じて実践的に検討し,その成果を高校や大学の初年次教育での実践を通して新しい授業プランを開発することを目的としている。本年度は,実験中における生徒の到達度を把握しながら,探究活動を成立させる指導方法について,英国アドバンシング物理の「センサープロジェクト」を参考に検討し,日本の物理授業で活用可能な指導プランを詳細かつ具体的に作成することを目指した。はじめに,実験器材の準備,取り扱い上の注意から指導のポイントおよびタイミング,さらにはそれぞれの理由に至るまで,これまでの各教員の経験をもとに詳細に検討し,可能な限り具体的かつ詳細な指導プランを作成した。続いて,開発したプランを用いて,昨年8月に京都府の高校生18名を対象とした2日間の公開講座を開催した。その際,外部から物理教育関係者を見学者として招き,指導プランの外部評価を実施した。授業は,生徒を各班3名ずつ6班に分け,指導教員は教員研修的意義もふまえ,各1名ずつ計6名の体制で臨んだ。事前と事後に活動に関するアンケート調査および知識テストを行った結果,"(科学)実験"に対する認知度(例えば「実験が成功するかどうかよりも,実験方法の意味を理解することを重視する」など他4項目)が改善され,知識的理解度も増加していることが確認された。一方で,指導方法に教員間の差が大きいことが指摘された。その原因として,事前の打ち合わせ不足による指導方針の共通理解ができていなかったことや生徒の班構成の違いなどが挙げられる。今後,時間的な制約も考慮し,内容・展開のさらなる精選を行っていく必要がある。
プラナリアを用いた内分泌攪乱物質のアッセイ

扁形動物のプラナリアは線虫よりさらに原始的な生物と考えられているが、環境の変化に非常に敏感であり、また、分裂によって増殖する無性生殖と精子と卵を用いて増殖する有性生殖を使いわけるというユニークな生物である。自然界では、季節によって生殖方法が変化すると考えられているが有性生殖を行うプラナリアを食べさせることによって実験的に有性生殖を行う有性化個体へと性誘導させることもできる(Fig.1)。現在のところ、この性誘導の機構は全くわかっていないが、私はプラナリアの性形成にステロイド系物質が関与しているのではないかと考え、プラナリアに内分泌撹乱物質を作用させ、影響を調査している。また、線虫にも存在したステロイドホルモン受容体(SHR)遺伝子の探索を行い、分子生物学的な側面からもアプローチを試みている。リュウキュウナミウズムシというプラナリアの無性個体、有性化個体を様々な濃度のビスフェノールA水溶液中で飼育し、外部形態・内部組織の観察を行った。今回の結果からビスフェノールAが0.25ppm以上の濃度の水中では生存できないことがわかった。他の生物種では、この濃度で異常が引き起こされたという報告はなく、この事からもプラナリアがモデル生物に適していると考えられる。プラナリアは非常に容易かつ安価で飼育することができ、汚染された水を数ml用意するだけで簡単に分析を行うことができる。今回の研究がプラナリア内分泌学の発展、生殖方法転換機構の解明につながると期待している。
極端に深い高分解能光コヒーレンストモグラフィの開発と末梢血管断面のインビボ観察

本研究ではインフォーカス・コヒーレンスゲート(IFCG)検出法を利用して、光波長1.53μm帯で空間分解能<10μm、光到達深度5mmのOCTを実現する。本年度は、装置の小型・安定化を行い、この装置を用いてヒト指の動脈の断層イメージを取得、本手法の具体的な診断応用を提案・検討した。(1)波長1.53μmファイバASE(自然放出光)、および波長1.31μmの高輝度発光ダイオード(SLD)を光源とする全光ファイバ高速OCT装置を試作した。干渉計の参照光アームと信号光アームに同一のPZT光ファイバ位相変調器を組み込み、プッシュプル動作させる構成であり、2×2mmの断面イメージを0.2秒4秒で取得した。(2)ファイバ干渉計を用いて、小型・安定なIFCG検出光学系を構成し、参照光ミラーと集光レンズの高速連動走査を実現した。(3)表皮下23mmの深部にある細動脈のイメージング手法を提案した。まず、サンプル集光レンズの焦点位置を表面に合わせてOCTを取得し、細動脈までの距離を生体屈折率の値を用いて算出する。この距離だけ集光レンズをシフトして細動脈近傍に焦点を合わせて断層イメージングを取得する手法である。(4)本手法を用いて、ヒト指細動脈の断層イメージを取得した。血管内部は暗部としてイメージングされ、血流のドップラーシフトの影響を受けずに信号を検出できた。さらに、動脈においては血管壁が明るくイメージングされ、盛りあがって確認された。超音波エコーと対比して、OCTによる血管断面の構造解析を行った。今年度はインフォーカス・コヒーレンスゲート(IFCG)検出法を利用して、光波長1.53μmで空間分解能<10μm、光到達深度3mmのOCTを実現した。この装置を用いてヒト指の動脈の断層イメージを取得、外膜・中膜・内膜の識別および内壁の視察などを行い、本手法の血管イメージングへの有用性を確認した。(1)波長1.53μmファイバASE(自然放出光)を光源とする全光ファイバOCT装置を試作した。とくに、透過波長域の広い光ファイバカップラを用いて所望の空間分解能12μmを達成した。(2)波長1.3μm帯のOCTと波長1.5μm帯OCTイメージを評価した。散乱係数は波長1.5μm帯の方が小さくなるため、OCTイメージの到達深度が3mmまで向上した。(3)OCT光学系の光遅延系に光ファイバPZT位相変調器を用いて高速OCTシステムを試作した。PZT変調周波数100Hz、イメージサイズ1×1mm^2、400×400ピクセルでのOCTデータ取り込み時間4秒を達成した。(4)PZT引加電圧を2倍に上げて、上記の高速OCTの光遅延距離を2.5mmまで向上した。これを用いて真皮内にある血管のOCTイメージを取得した。(5)高速OCT装置において、集光レンズ移動機構を取付けて、擬似的なインフォーカス・コヒーレンスゲート(IFCG)検出系を構築した。(6)ヒト指の断層イメージを取得し、上記のIFCG検出系のOCTイメージング特性を評価した。本手法と超音波ドップラーとの対比を検討中である。