hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小脳臨界期における甲状腺ホルモン系の転写制御に対する環境化学物質の毒性機序の解明

脳発達における甲状腺ホルモン(TH)系の役割の解明は十分でない上、環境化学物質の毒性発現メカニズムには未だ不明な点が多い。特に小脳は臨界期におけるTHの作用が正常な発達に必要不可欠であることが知られているが、THの作用時期によって発現の変化する標的遺伝子ならびにその機構、さらに各遺伝子の脳発達への関与は不明なままである。これまで、TH受容体(TR)を介する転写制御のうち、TH応答配列(TREs)へのTRの結合が化学物質によって阻害されることを報告している。以上から、TREsを中心とした転写制御機構への化学物質曝露の影響を明らかにし、脳発達を撹乱する標的遺伝子とTREsを同定すること本研究の目標である。本年度においては、前年度までTRを対象としたクロマチン免疫沈降(ChIP)法を進めており、新たにビオチン標識されたTRを入手各種細胞株を用いてChIP法が機能することを確認し、数種の新たなTREを同定した。しかし、小脳においてビオチン標識TRを発現する遺伝子改変マウスがいないため、Flagタグを付随したTRを発現するアデノ随伴ウイルス(AAV)によるマウス小脳でのChIPの検証を進めた。また、TREの検索を行うため、周産期甲状腺機能低下マウスに対し生後27日までTHを投与した群ならびに7日目のみにTHを投与した群を作成し、最終投与から24時間後に小脳を採取した。これらの試料をマイクロアレイにて遺伝子発現を観察しTREに伴って遺伝子の発現が変化する遺伝子群とTREによらない遺伝子群の同定を行った。さらに、TREのノックダウンのために特定のTREをターゲットとしたgRNAをもつAAVを作成し、CRISPR/Cas9法によるTREノックダウン法の検証も進めた。脳発達における甲状腺ホルモン(TH)系に対する環境化学物質の影響について、今だ毒性メカニズムの解明には至っていない。本研究ではTH受容体(TR)と標的遺伝子発現に関与するTH応答配列(TREs)のTH依存的な結合変化に着目し、特に小脳の臨界期における変化を網羅的に検索し、TH標的遺伝子発現との相関を検証する。さらに、申請者がこれまでに明らかにしたポリ塩素化ビフェニル(PCB)をはじめとする化学物質曝露により引き起こされるTR-TRE結合阻害が、どのTREsで起きるかを明らかにするとともに、曝露なしにTR-TRE結合阻害を細胞内および実験動物において再現する。本年度においては、まず、野生型マウス、プロピオチオウラシル曝露による甲状腺機能低下マウス、小脳特異的TH不応マウス(Dominant-Negative:DN)を用いて、それぞれの小脳発達の臨界期に小脳を採取し、抗TR抗体を用いたクロマチン免疫沈降(ChIP)法ならびにゲノムシークエンス法(ChIP-seq法)を用いて、標的遺伝子のプロモーター上におけるTREsの検索を行った。しかし、これまでに他の研究者によって使用されていた抗体が十分機能しなかったため、ChIP法およびChIP-seqによる解析が若干遅れている。一方、レーザーマイクロダイセクション法を用いた、小脳プルキンエ細胞の分取並びにTH標的遺伝子の解析はおおむね順調に進んでいる。当初予定していた、クロマチン免疫沈降(ChIP)法の伸展について、既に研究報告・実績のある抗体を用いて行ったが、十分な結果を得ることができなかった。特にDNマウスを用いたChIP法においては、遺伝子改変TRであるため、ChIP法がうまく機能しなかったと考えられる。そのため、ChIP法の条件検討が必要となり、若干の遅れが生じている。脳発達・発育における甲状腺ホルモン(TH)系の役割と環境化学物質による撹乱の影響について、毒性の発現メカニズムには未だ不明な点が多い。これまで、TH受容体(TR)を解する転写制御が撹乱されることを報告していることから、本研究では標的遺伝子発現に関与するTH応答配列(TREs)へのTRの結合変化を中心に、特に小脳の臨界期における結合の変化を網羅的に検索し、脳発達におけるTHの役割を解明する基礎データを提供することを目指している。さらに、申請者がこれまでに明らかにしたポリ塩素化ビフェニル(PCB)をはじめとする化学物質曝露により引き起こされる影響に関連するTREsを明らかにし、脳発達を撹乱する標的遺伝子とTREsを同定することも目標としている。本年度においては、前年度まで、野生型マウスより採取した小脳を試料に、抗TR抗体を用いたクロマチン免疫沈降(ChIP)法を行ったが十分機能しなかったため、新たにビオチン標識されたTRを入手し、各種細胞株を用いてChIP法が機能することを確認し、数種の新たなTREを同定した。しかし、小脳においてビオチン標識TRを発現する遺伝子改変マウスがいないため、CRISPR/Cas9法に精通する海外研究協力者に助言を仰ぎ、新たな遺伝子改変マウスの作成を開始した。また、TREの検索を行う予備実験として、甲状腺機能低下マウスに対しTHを投与したのち24時間後に小脳を採取し、マイクロアレイにて遺伝子発現を観察し、TREを予測することを開始した。当初予定していた、クロマチン免疫沈降(ChIP)法を改善するため、新たにビオチン標識甲状腺ホルモン受容体を入手し、ChIP法の改善を行った。細胞株では機能したものの遺伝子改変マウスが必要であるため、その作成を進めているが、若干の遅れが生じている。

特に小脳は臨界期におけるTHの作用が正常な発達に必要不可欠であることが知られているが、THの作用時期によって発現の変化する標的遺伝子ならびにその機構、さらに各遺伝子の脳発達への関与は不明なままである。これまで、TH受容体(TR)を介する転写制御のうち、TH応答配列(TREs)へのTRの結合が化学物質によって阻害されることを報告している。以上から、TREsを中心とした転写制御機構への化学物質曝露の影響を明らかにし、脳発達を撹乱する標的遺伝子とTREsを同定すること本研究の目標である。本年度においては、前年度までTRを対象としたクロマチン免疫沈降(ChIP)法を進めており、新たにビオチン標識されたTRを入手各種細胞株を用いてChIP法が機能することを確認し、数種の新たなTREを同定した。しかし、小脳においてビオチン標識TRを発現する遺伝子改変マウスがいないため、Flagタグを付随したTRを発現するアデノ随伴ウイルス(AAV)によるマウス小脳でのChIPの検証を進めた。また、TREの検索を行うため、周産期甲状腺機能低下マウスに対し生後27日までTHを投与した群ならびに7日目のみにTHを投与した群を作成し、最終投与から24時間後に小脳を採取した。これらの試料をマイクロアレイにて遺伝子発現を観察しTREに伴って遺伝子の発現が変化する遺伝子群とTREによらない遺伝子群の同定を行った。さらに、TREのノックダウンのために特定のTREをターゲットとしたgRNAをもつAAVを作成し、CRISPR/Cas9法によるTREノックダウン法の検証も進めた。本年度においては、ChIP法の遅れが出ている。そのため、平成29年度はDNマウスの遺伝子改変TRに特徴的な構造に対する抗体を用いるなどの工夫を加え、確実な研究結果を早期に示すことを目指す。また、ChIP法の遅れが平成29年度の研究計画に影響する可能性があるが、次年度の小脳プルキンエ細胞初代培養細胞におけるCRISPR-Cas9法の確立を並行して進め、遅れを取り戻す。一方、レーザーマイクロダイセクション法による、細胞における詳細な検証は順調であるため、予定通りに研究を進める。そのため、すでにタグ付き甲状腺ホルモン受容体を発現する遺伝子改変マウスの作成を進めている。また、ChIP-seq法によるTREの検索の遅れを取り戻すため、甲状腺機能低下マウスを用いた甲状腺ホルモン投与による遺伝子発現変化をマイクロアレイにて検証することを新たに開始している。以上から本年度中に当初の目標を達成できると予想している。
日本型マーケティングに関する研究-比較制度分析を中心に-

本研究の目的は日本型マーケティングの全容を明らかにすることである。日本企業の典型的なマーケティング活動は何なのかを軸にその因果関係を解明することである。そのために主に文献調査とアンケート調査方法を利用する計画である。初年度の去年は、おもに文献調査を行ったが、二年目の今年は、2件のアンケート調査を行った。1件目は、日本企業のマーケティング活動全般に関するアンケート調査であった。製品戦略と価格戦略、チャネル戦略、広告プロモーション戦略に分け、各企業がどのようなマーケティング活動を行っているのかを調査した。調査では、最近のマーケティング活動と10年前のマーケティング活動に分け、比較する形式を取った。調査対象は上場企業2000社であったが、アンケートの量が多かったのが回収率は8%に満たなくてデータも良くなかった。現在、分析中であるが、ただ営業を重視する日本企業の姿勢は特に明確になっている。この調査結果を踏まえ、もう一つのアンケート調査では営業活動を重点的に調査した。日本企業はどのような営業活動を行っているのか、なぜそのような活動を選択しているのか、その成果はどうなのかなどを調査した。この調査では、1件目の調査の低い回収率の教訓を生かし、店頭公開企業をも調査対象にするなどの工夫をした。現在、回収中であるが、回収率は20%前後になりそうである。これからデータを入力し、分析する予定である。2件のアンケート調査の分析作業は今年の冬休みを利用し、集中的に行う予定である。本研究は日本型マーケティングの全容を明らかにすることである。この研究は以下の三つの作業を通じて行う予定である。1.文献調査:日本型マーケティングに関する国内および海外の文献を調査し、整理する。2.インタビュー調査:代表的な研究者や実務家を対象にインタビュー調査を行う。3.実証調査:文献調査とインタビュー調査を通じて確認できた部分を仮説化し、アンケート調査を通じて検証する。初年度の今年は、文献研究とインタビュー作業を行った。文献研究では、日本型マーケティングと関連する論文を幅広く入手し、精読した。また、本研究は、制度分析アプローチを使うので、制度派経済学の書籍をも精読し、整理した。一方、インタビュー作業では十数人の研究者と会い、日本型マーケティングと研究モデルなどに関する意見を聞いた。また、文献研究とインタビュー作業の結果を踏まえて、全体的な研究フレームワークを作成した。それは、バブル以前の日本型マーケティングのモデルとその以降の日本型マーケティングのモデルに分かれている。この二つのモデルは、また制度的基盤がマーケティング活動を規定し、それによってマーケティング活動の成果が決まるという「制度-活動-成果」の因果関係モデルにもなっている。来年度はこれらのモデルをアンケート化し、日本企業を対象に実証研究を行う予定である。
ショウジョウバエの生殖系列で発現する遺伝子の探索

本研究では、生殖系列の形成機構を明らかにするため、極細胞中で発現する遺伝子をエンハンサートラップ法またはRNAディファレンシャルディスプレー法を用いて同定することを試みた。1)エンハンサートラップ法とは、リポーター遺伝子(β-ガラクトシダーゼ遺伝子)を含む1個のトランスポゾンをゲノム中にランダムに挿入した系統を作成し、その系統においてリポーター遺伝子の発現を組織化学的に検出することで、リポーター遺伝子の近傍に存在する特定の遺伝子の発現を検出する方法である。この方法を用いて、極細胞でβ-ガラクトシダーゼ活性が強く検出されるエンハンサートラップ系統を、10系統単離した。これらのうち5個のエンハンサーは全て極細胞が胚の生殖巣に取り込まれるステージで活性化されるが、これ以前のステージでは、極細胞中に存在するNanos蛋白質の働きによりこれらのエンハンサー活性が抑制されていることを示す結果が得られた。Nanos蛋白質は、胚の前後軸極性の形成に関わる分子の一つであるが、胚の基本的なボディプランを決める分子が極細胞中でエンハンサー活性を調節するという結果は、誰もが予想しえなかった結果であり、今後Nanosにより調節されるエンハンサーおよび遺伝子を単離しその機能を解析することにより、Nanosによる遺伝子発現調節機構の意義が明らかになると考えている。2)RNAディファレンシャルディスプレー法を用いて、極細胞(生殖巣に取り込まれるステージ)で発現するmRNAの候補を5つ単離した。このうちの1つの遺伝子[Polar granule component(Pgc)と命名]は、約0.7kbのRNAをコードしており、このRNAが極細胞の分化に必須であることがアンチセンス法を用いて明らかとなった。また、このRNAはタンパクをコードしておらず、RNAとして機能することも明らかとなった。1)エンハンサートラップ系統を用いて、極細胞で活性化するエンハンサーおよびエンハンサーにより制御される遺伝子を単離する計画は進行中である。この遺伝子の単離とは別に、極細胞で活性化されるエンハンサーの制御機構が明らかとなった。エンハンサートラップ系統として同定されているエンハンサーは全て極細胞が胚の生殖巣に取り込まれるステージで活性化されるが、これ以前のステージでは、極細胞中に存在するNanos蛋白質の働きによりこれらのエンハンサー活性が抑制されていることを示唆する結果が得られた。今後は、この結果を確認すると共に、このmRNAをコードする遺伝子の構造、機能を解析する予定である。当初の計画では、平成7年度には、エンハンサートラップ法、RNAディファレンシャルディスプレー法により極細胞で活性化される遺伝子を単離する計画であった。RNAディファレンシャルディスプレー法を用いて、いくつかの候補遺伝子が単離されたが、エンハンサートラップ系統からの遺伝子の単離は現在でも進行中である。これは、上記のように、エンハンサー活性の制御機構の解析を新たに行っていたためであり、平成8年度には、遺伝子の単離、機能解析まで行うことができると考えている。本研究では、生殖系列の形成機構を明らかにするため、極細胞中で発現する遺伝子をエンハンサートラップ法またはRNAディファレンシャルディスプレー法を用いて固定することを試みた。

1)エンハンサートラップ法とは、リポーター遺伝子(β-ガラクトシダーゼ遺伝子)を含む1個のトランスポゾンをゲノム中にランダムに挿入した系統を作成し、その系統においてリポーター遺伝子の発現を組織化学的に検出することで、リポーター遺伝子の近傍に存在する特定の遺伝子の発現を検出する方法である。この方法を用いて、極細胞でβ-ガラクトシダーゼ活性が強く検出されるエンハンサートラップ系統を、10系統単離した。これらのうち5個のエンハンサーは全て極細胞が胚の生殖巣に取り込まれるステージで活性化されるが、これ以前のステージでは、極細胞中に存在するNanos蛋白質の働きによりこれらのエンハンサー活性が抑制されていることを示す結果が得られた。Nanos蛋白質は、胚の前後軸極性の形成に関わる分子の一つであるが、胚の基本的なボディプランを決める分子が極細胞中でエンハンサー活性を調節するという結果は、誰もが予想しえなかった結果であり、今後Nanosにより調節されるエンハンサーおよび遺伝子を単離しその機能を解析することにより、Nanosによる遺伝子発現調節機構の意義が明らかになると考えている。2)RNAディファレンシャルディスプレー法用いて、極細胞(生殖巣に取り込まれるステージ)で発現するmRNAの候補を5つ単離した。このうちの1つの遺伝子[Polar granule component(Pgc)と命名]は、約0.7kbのRNAをコードしており、このRNAが極細胞の分化に必須であることがアンチセンス法を用いて明らかとなった。また、このRNAはタンパクをコードしておらず、RNAとして機能することも明らかとなった。
希土類複核錯体集積化による柔軟で多彩なキラルナノ反応場構築

二核性のSchiff塩基を用いる研究における予備的な知見を基盤に、より多くの錯体を希土類を鍵として自己組織化し、多彩な高次構造体の構築を可能とする手法の開発について検討した。将来的に単量体ユニット間の協奏的な機能発現を目指した展開を目指すためには、各ユニットの空間的な配置が機能発現において最も重要な因子となると考えられる。集積化した高次錯体によりつくられる空間(ナノ反応場)には、分子間反応を行うだけの十分な広さと各単量体が反応基質を介して相互に協奏的に機能しうる配置が必要となる。そこで、配位子の配向性の点で自由度の高く、配位数に応じて柔軟に構造、結合距を変えうる希土類金属部での集積化が望ましく集中的に検討をおこなった。特にフェノール性水酸基を持つ適切なテンプレートについて検討を行い、得られた錯体のESI-MS解析により希土類(例えばSm)の天然同位体の存在比に依存したイオンピークの分布パターンをもとに帰属を行った。その結果、触媒の調製法に応じて、3量体、6量体に加えて10量体まで組み上がったものを質量分析により同定することができた。組み上がったナノ反応場の触媒機能への影響に関する検討は、ニトロマンニッヒ型反応を指標として検討し、最高で99%eeという結果を得ることが出来た。現在、X線結晶構造解析を中心とした詳細な解析を進めており、高次構造に関する基礎的知見を蓄積することができた。以上により、今後、基盤研究(S)にて研究を進めていくための十分な萌芽的な成果を得ることができたと考えている。
Ｃ－Ｈ結合の低温選択的活性化のための新規細孔内シングルサイト触媒の設計

研究者らはこれまでにアルカリ金属及びアルカリ土類金属のなかでも大きいイオン半径を有するRbとCsをβゼオライトにイオン交換法で担持したRb/βおよびCs/β触媒が、触媒反応の中でも困難な反応とされるベンゼンのフェノールへの直接酸化反応を、N2Oを酸化剤として用いることで高選択的に高い転化率をもって進行させることを見出してきた。前年度までで反応条件の最適化やXAFS, XPS, XRD, DFT計算によるRb/βおよびCs/β触媒の構造解析および反応機構解析を行ってきた。当該年度では、論文化を進めるうえで不足していたβゼオライトに担持するアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン半径と触媒活性及び選択性の相関の解析およびTPDによる触媒活性点となる酸点の分析を行った。イオン半径と反応活性及び選択性の相関を調べるためにMg, Ca, K, Rb, Csをβゼオライトに担持したものを調製し、ベンゼンの直接酸化反応に用いた。選択性はどの触媒でも高く>99%のフェノール選択性を示した。対して転化率はイオン半径の増加に伴い増加する傾向が確認され、イオン半径と活性の相関が明らかとなった。また、CO2-TPD及びCH3CN-TPDによりCs/βおよびRb/β触媒の酸点と塩基点の分析を行ったところ、CO2-TPDの結果からは塩基点の存在が確認されず、CH3CN-TPDからは弱い酸点が確認された。このことからゼオライト細孔中のRbイオンおよびCsイオンが弱いルイス酸として働くことが分かった。以上の成果をまとめて、ACS Catalysisに投稿した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。アルカリ金属及びアルカリ土類金属/ゼオライトが、触媒反応の中でも困難な反応とされるベンゼンのフェノールへの直接酸化反応をN2O共存下で高選択的に進行させることを研究者らは発見した。当該年度において、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ゼオライトの種類のスクリーニングや反応温度、金属担持量の反応条件の最適化を行った。ゼオライトをβに固定し、アルカリ金属にK, Rb, Csをアルカリ土類金属にMg, Caを用いてイオン交換法によりゼオライトに担持し、ベンゼンの直接酸化反応に用いた結果、どの触媒も高い活性(ベンゼン転化率12.3-18.9%)と高いフェノール選択性(99.0%)を示した。特にCsとRbを用いると、N2O消費量/フェノール生成量の比がそれぞれ1.04, 0.90とフェノール合成反応が化学量論的に進行しており、N2Oの自己分解を抑制していることが分かった。また、ゼオライトとしてβの他にモルデナイト、ZSM-5, Yも用いたがβ以外のゼオライトではベンゼン転化率が<1%と著しく低く、またN2Oの自己分解も著しく、ゼオライトにはβを用いることが本反応において重要であることがわかった。次にRb/β触媒を用いて反応条件の最適化を行った。Rb担持量1-8wt%の範囲で、1 wt%以上で活性が横ばいになり、1wt%が最適量であった。反応温度200-400°Cの範囲で反応温度が300°Cに達すると反応が進行しだし、340°Cでベンゼン転化率が33.5%であったが400°Cを超えるとベンゼン転化率が43.7%に上がるがフェノール選択率が93%に減少し、また、N2Oの自己分解が著しく起こった。これらの成果を日本化学会第97春季年会において口頭発表した。当該年度の研究実施計画に立てた通り、アルカリ金属/ゼオライト触媒及びアルカリ土類金属/ゼオライトを用いたベンゼンのフェノールへの直接酸化反応における触媒のスクリーニング及び反応条件の最適化を行い、高活性なアルカリ金属/ゼオライト触媒を選定し、さらに最適な反応条件を決定した。また、翌年度の計画にあるXAFSの分析の一部を当該年度でも行い、翌年度の計画にあるアルカリ金属/ゼオライト触媒を用いたベンゼンの酸化反応における触媒活性構造を測定していくに必要な知見を得た。以上より当該年度の進捗状況をおおむね順調に進展していると判断した。これまでにアルカリ金属/ゼオライト及びアルカリ土類金属/ゼオライト触媒のなかでも大きいイオン半径を有するRbとCsをβゼオライトにイオン交換法で担持した、Rb/β及びCs/β触媒が、触媒反応の中でも困難な反応とされるベンゼンのフェノールへの直接酸化反応をN2Oを酸化剤として用いることで高選択的に高い転化率をもって進行させることを見出してきた。当該年度では、酸塩基触媒であるRb/βやCs/βにより酸化反応が進行するという特異な反応機構の解析を主目的として、X線分光測定や理論計算により反応機構の解析を行った。XPS, XAFSによりRb/βとCs/β触媒のアルカリ金属の構造を調べるとRb及びCsは1価のシングルサイトとして存在していることが分かり、その電子状態及び配位構造はCs2CO3とは大きく違っていることが確認された。そこでβ細孔中に固定されたCsイオンを活性構造と仮定して、DFT計算から反応機構解析を行った結果、ベンゼンはCsイオンとσ結合を形成して、N2OはCsイオンにサイドオンで同時吸着した、通常の酸化還元触媒では見られないような反応中間体を形成する機構が推定された。

以上から、N2Oを酸化剤に用いたベンゼンのフェノールへの直接反応において、Rb, Csのように大きいイオン半径を有する金属イオンを触媒活性サイトとして用いることで、通常の酸化反応で見られるような金属種の酸化過程を経ずに、金属シングルサイト上で特有の反応中間体を形成して協奏的に反応が進行できるような反応場を提供するといった前例のない新しい触媒作用の開発に成功した。また、Cs/βを用いたC-H結合の活性化として同じく困難な触媒反応として知られるメタンの直接酸化反応も行った。従来の酸化還元触媒に比べると活性はまだ劣るがメタンから直接、酢酸などの有用な物質を得ることに成功した。当該年度の研究実施計画で予定していたX線分光などの種々のキャラクタリゼーションを用いたCs/β特有の反応機構解析に成功した。また、Cs/βを用いたC-Hの活性化反応として、同じく困難な触媒反応のひとつのメタンの直接酸化反応もトライしており、一部成果が出てきている。以上より当該年度の進捗状況をおおむね順調に進展していると判断した。研究者らはこれまでにアルカリ金属及びアルカリ土類金属のなかでも大きいイオン半径を有するRbとCsをβゼオライトにイオン交換法で担持したRb/βおよびCs/β触媒が、触媒反応の中でも困難な反応とされるベンゼンのフェノールへの直接酸化反応を、N2Oを酸化剤として用いることで高選択的に高い転化率をもって進行させることを見出してきた。前年度までで反応条件の最適化やXAFS, XPS, XRD, DFT計算によるRb/βおよびCs/β触媒の構造解析および反応機構解析を行ってきた。当該年度では、論文化を進めるうえで不足していたβゼオライトに担持するアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン半径と触媒活性及び選択性の相関の解析およびTPDによる触媒活性点となる酸点の分析を行った。イオン半径と反応活性及び選択性の相関を調べるためにMg, Ca, K, Rb, Csをβゼオライトに担持したものを調製し、ベンゼンの直接酸化反応に用いた。選択性はどの触媒でも高く>99%のフェノール選択性を示した。対して転化率はイオン半径の増加に伴い増加する傾向が確認され、イオン半径と活性の相関が明らかとなった。また、CO2-TPD及びCH3CN-TPDによりCs/βおよびRb/β触媒の酸点と塩基点の分析を行ったところ、CO2-TPDの結果からは塩基点の存在が確認されず、CH3CN-TPDからは弱い酸点が確認された。このことからゼオライト細孔中のRbイオンおよびCsイオンが弱いルイス酸として働くことが分かった。以上の成果をまとめて、ACS Catalysisに投稿した。当該年度でアルカリ金属/ゼオライト触媒の選定と反応条件の最適化が出来たので、これらの知見を基にバイメタル化等によりさらに高い活性を持つ触媒開発を行っていく。また、これらの触媒を用いて平成29年度の研究計画にあるメタンとベンゼンからの有用炭化水素類の合成する選択酸化反応の開発も進めていく。さらにXAFS, XPS,ラマン, CO2-TPDなどの分析により酸塩基触媒であるアルカリ金属/ゼオライト触媒を用いたベンゼンの酸化反応における触媒活性点の構造解析を行い、一般的な酸化還元触媒で唱えられている触媒反応機構との異なる触媒反応メカニズムを明らかにしていく。当該年度でCs/βによる反応機構解析に成功したので、残り半年間でアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン半径などの制御因子と活性の相関を明らかにし、高活性なフェノール合成触媒の開発に必要となる知見を得る。
腸管平滑筋の収縮反応におよぼす過酸化水素の影響

老化、疾病の誘発として酸素毒が注目されており、活性酸素種である過酸化水素(H_2O_2)はその候補の一つである。モルモット腸管平滑筋のムスカリン様受容体を介する収縮反応に対するH_2O_2の影響について検討したところ、10^<-4>Mの低濃度で生理機能にdamageを与え、このdamageは還元型glutahione、dithiothreitol等のSH基化合物の前処理により防御されることを既に見い出している。今回、acetyklcholine(ACh)の収縮反応に対するH_2O_2のdamageの解明のため、H_2O_2と膜表在性蛋白質、或いは、膜内在性蛋白質との関与を検討し、以下の知見を得た。(第35回歯科基礎医学会総会発表1993年10月。第46回日本薬理学会西南部会発表1993年11月。第67回日本薬理学会発表予定1994年3月。)2.膜非透過性のSH基修飾試薬monobromotrimethylammoniobimaneや6,6′-dithiodinicotinicacidの適用によりAChの収縮反応は影響を受けなかった。3.脂肪族アルコールは長鎖脂肪族になるほどAChの収縮反応を強く減弱させた。4.caffe ineや膜非透過性の、神経伝達物質のrecepyorを介さない脱分極財K_3[Fe(CN)_6]の収縮反応もH_2O_2の適用で減弱した。※以上の結果より、“H_2O_2の収縮反応に対するdamage"はACh等の神経伝達物質の収縮機構とK_3[Fe(CN)_6]の機構に共通する、膜内在性蛋白質(GTP結合蛋白質、チャネル等)か細胞質内蛋白質(second messnger等)がdamageを受けてCa^<2+>の流入に支障をきたす可能性があることが示唆された。
三相データのクラスタリングを利用したプリファレンスマッピング法の研究開発

本研究の目的は「複数のユーザが複数の製品を複数の評価項目で判定した」というデータから消費者のニーズをより詳細に探索することである。そのため本研究では,ユーザの潜在クラスタの推定と,クラスタ・評価項目・評価対象のマッピングを同時に行うプリファレンスマッピング技術の開発を目的に,(1)クラスタリングを伴う3相主成分分析法の研究開発を行い,(2)ユーザクラスタの特徴を表現可能なプリファレンスマッピング法の研究開発を行い,(3)実データを分析することで開発した各手法の現実場面での適用可能性を検証する.というものである。2018年度は2017年度に開発したクラスタリングを伴う3相主成分分析法について,小規模なテストデータを対象に分析することで提案手法の利用可能性について吟味した。具体的には,抽象的な120個の刺激に対して12人が18項目を用いてその刺激の印象を7段階で評価しているデータを対象とし、クラスタ数を2と定めて分析を行った。その結果、傾向の異なる2つのクラスタが得られた。次に,クラスタ数の決定法について検討を行った。提案手法がベースとしているkmeans法のクラスタ法の決定には,BICやAICなどの情報量基準を用いたクラスタ数決定が用いられることが多い。また、AICはBICよりも多くのクラスタ数を選ぶという傾向もある。本研究では,消費者のニーズを探索する上で初めに全体を概観できるクラスタを得ることが重要であると考えられるため、本研究ではBIC基準を用いると定めた。さらにマッピングするために、対象に対する嗜好度を測定する項目を導入した。また、さらに、graphical lassoとgroup lassoを併用することにより、グループごとの嗜好に関連する項目の違いを表現した。平成30年度に行うこととして計画していたのは、平成29年度に開発したクラスタリングを伴う3相主成分分析法に基づいて得られたクラスタに対してそれらを、プリファレンスマッピング上に表現するアルゴリズムの開発であった。現在までの進捗として、プリファレンスマッピングに嗜好の情報を表現するために、対象に対する嗜好度を測定する項目を導入した。また、さらに、graphical lassoとgroup lassoを併用することにより、グループごとの嗜好に関連する項目の違いの表現を達成した。これらの結果から、本年度の計画はおおむね順調に進行していると考えられる。今後は計画に従い、分析手法を応用することで、各クラスタの特徴を二次元平面上に描画するプリファレンスマッピング技術を研究開発し、その実証評価を行う。本年度は、製品評価データの収集及び分析を行い、分析結果から得られる解釈と既存の知見とを照合し、手法の妥当性を判断する、まずデータを取得するためのアンケートを作成するために、事前のインタビューおよび予備アンケートを行う。このとき最終的に分析の妥当性の判断が行えるよう、対象とする製品ジャンルや使用する評価項目の探索には研究協力企業に協力していただく。次に、年代・性別など、製品に対する既存の知見と照合させうる個人属性項目を含んだアンケートを作成し、調査会社に依頼することで大規模データを取得する。最後に、得られたデータを開発したマッピング手法を用いて分析し、研究協力企業の持つユーザクラスタの既存の知見が開発する手法からも得られることを確認し、本研究の有用性と適用範囲を明らかにする。本研究の目的は「複数のユーザが複数の製品を複数の評価項目で判定した」というデータから消費者のニーズをより詳細に探索するために,本研究では,ユーザの潜在クラスタの推定と,クラスタ・評価項目・評価対象のマッピングを同時に行うプリファレンスマッピング技術の開発を目的に,(1)クラスタリングを伴う3相主成分分析法の研究開発を行い,(2)ユーザクラスタの特徴を表現可能なプリファレンスマッピング法の研究開発を行い,(3)実データを分析することで開発した各手法の現実場面での適用可能性を検証する.というものである。2017年年度まずデータに存在するクラスタ構造を探索するため,クラスタリングを伴う3相主成分分析法を開発した.3相主成分分析の理論についての情報収集を行い、3相クラスタリングを体系化し、新規モデルクラスタの存在を仮定した3相データの数理的性質を調査することでデータ発生モデルを開発し,それに準じたパラメータ推定法の開発とその検証を行った.具体的には、2相データにおけるクラスタリングと次元縮約の同時手法についての情報収集を行い、マーケティングの上での利用可能性について吟味した。また、2相データのクラスタリングにおいて、すでに有効性が報告されているSubspace K-meansアルゴリズムの3相データへの拡張を行った。誤差条件を変化させた数値シミュレーションの結果、本研究の過程で行った拡張の成果について、有用性が確認された。平成29年度に行うこととして計画していたのは,クラスタリングを伴う3相主成分分析法を開発することであり,クラスタの存在を仮定した3相データの数理的性質を調査することでデータ発生モデルを開発し,それに準じたパラメータ推定法の開発とその検証を行うことであった.現在までの進捗として,クラスタ構造を持つ3相データ構造の数理的性質を調査し,特に,reduced-kmeansなどのクラスタリングを伴う2相主成分分析の拡張可能性について判断した.また,潜在的なクラスタ構造が存在する3相データの発生モデルを開発し,i番目の個人が各製品を各評価項目で評価したデータ行列がクラスタ構造を持つデータ発生モデルから発生していると仮定したときに,個人と製品と評価項目の特徴を表す各パラメータが個人の所属するクラスタ毎に異なることを仮定し,これらに対しreduced-kmeansを拡張することで,データ発生モデルを開発することであった.

これらの研究成果はすでに日本分類学会第36回大会にて報告されている。本研究の目的は「複数のユーザが複数の製品を複数の評価項目で判定した」というデータから消費者のニーズをより詳細に探索することである。そのため本研究では,ユーザの潜在クラスタの推定と,クラスタ・評価項目・評価対象のマッピングを同時に行うプリファレンスマッピング技術の開発を目的に,(1)クラスタリングを伴う3相主成分分析法の研究開発を行い,(2)ユーザクラスタの特徴を表現可能なプリファレンスマッピング法の研究開発を行い,(3)実データを分析することで開発した各手法の現実場面での適用可能性を検証する.というものである。2018年度は2017年度に開発したクラスタリングを伴う3相主成分分析法について,小規模なテストデータを対象に分析することで提案手法の利用可能性について吟味した。具体的には,抽象的な120個の刺激に対して12人が18項目を用いてその刺激の印象を7段階で評価しているデータを対象とし、クラスタ数を2と定めて分析を行った。その結果、傾向の異なる2つのクラスタが得られた。次に,クラスタ数の決定法について検討を行った。提案手法がベースとしているkmeans法のクラスタ法の決定には,BICやAICなどの情報量基準を用いたクラスタ数決定が用いられることが多い。また、AICはBICよりも多くのクラスタ数を選ぶという傾向もある。本研究では,消費者のニーズを探索する上で初めに全体を概観できるクラスタを得ることが重要であると考えられるため、本研究ではBIC基準を用いると定めた。さらにマッピングするために、対象に対する嗜好度を測定する項目を導入した。また、さらに、graphical lassoとgroup lassoを併用することにより、グループごとの嗜好に関連する項目の違いを表現した。平成30年度に行うこととして計画していたのは、平成29年度に開発したクラスタリングを伴う3相主成分分析法に基づいて得られたクラスタに対してそれらを、プリファレンスマッピング上に表現するアルゴリズムの開発であった。現在までの進捗として、プリファレンスマッピングに嗜好の情報を表現するために、対象に対する嗜好度を測定する項目を導入した。また、さらに、graphical lassoとgroup lassoを併用することにより、グループごとの嗜好に関連する項目の違いの表現を達成した。これらの結果から、本年度の計画はおおむね順調に進行していると考えられる。今後は計画に従い、分析手法を応用することで,各クラスタの特徴を二次元平面上に描画するプリファレンスマッピング技術を研究開発し,その実証評価を行う.
３次元形状間の自動対応付けに関する研究

本研究は,3次元形状間の自動的な対応付けを目的とし,自動的な対応付けを行う手法を構築し,プログラムとして実装した.基本的なアイディアは,対象をパラメータドメインへ写像し,パラメータドメインにおける基本図形の位置を移動させることによって,自動的な対応付けを行う.自動的な対応付けは,基本図形内の点をサンプリングし,サンプリングした位置とその点に対応する形状位置との距離の差の二乗和を最小化することによって行う.このアイディアを,プログラムとして実装し,正常に動作することを確認した.しかしながら,対応に人の介入があったほうが好ましい場合などいくつかの問題があり,今後の研究の課題としたい.3次元形状の自動的な対応付けを行うことを目的として,本年度は次のことを行った.(1)人の顔形状に対する自動対応付け人の顔形状(顔の前側半分で円と同相なメッシュ)をconformal mappingによって平面パラメータ化した.これにより,人の顔形状を,各ピクセルに3次元座標のはいった画像情報としてとらえることができるようになる.このデータに対して,昨年度作成した2次元画像に対する自動対応付けアルゴリズムの修正バージョンを適用することによって,自動対応付けができることを確認した.修正した点は,画像上に置かれた三角形から対応する3次元空間における三角形を作成し,その三角形平面と三角形内のサンプリングした点との自乗和を最小化するように,画像平面上の三角形メッシュの頂点の移動と細分化を行うというものである.このアルゴリズムにより,基本的な対応付けを行うことができる見通しができた.(2)3次元メッシュの平面パラメータ化3次元メッシュに切り込みを入れ,円と同相なメッシュとし,平面パラメータ化を行った.しかしながら,平面パラメータ化によって,三角形メッシュの三角形が平面上で非常に面積の小さな三角形にパラメータ化されてしまう問題が生じている.現在,この問題に対応するためのアルゴリズムの検討がほぼできつつあり,今後実装して検証していく予定である.3次元形状の自動対応付けを目的として,昨年度までの研究に基づき本年度は次のことを行った.(1)人の顔形状に対する自動的対応付アルゴリズムの実装昨年度までのアルゴリズムをプログラムとして実装し,自動的な対応付けが可能なことを確認した.対応付けの際に,局所解に陥ってしまう場合があり,この問題に対して焼きなまし法を導入し,計算時間はかかるが局所解から抜け出せる場合があることを確認した.(2)一般の3次元メッシュの対応付け馬などの球と同相な3次元メッシュに手作業により切り込みを入れ,表面を円と同相ととし,いくつかの手法を用いて,平面パラメータ化を行った.しかしながら,平面化パラメータ化によって,平面をピクセルに分割した場合に1ピクセル内に非常に微細な三角形群が写像されてしまう場合がある問題が生じた.この問題を対処するアルゴリズムの構築は行った.現在,このアルゴリズムの実装を行っているが,非常に多くの計算時間に対してどのように対象するかなどの問題が残されている.以上により,一般のメッシュに対して自動的な対応付けのアルゴリズムの実装には至らなかったが,人の顔形状に対しての自動的な対応付が可能なことをプログラムとして実装し確認することができ,3次元メッシュの自動的な対応付けに対する基礎を作ることができた.本研究は,3次元形状間の自動的な対応付けを目的とし,自動的な対応付けを行う手法を構築し,プログラムとして実装した.基本的なアイディアは,対象をパラメータドメインへ写像し,パラメータドメインにおける基本図形の位置を移動させることによって,自動的な対応付けを行う.自動的な対応付けは,基本図形内の点をサンプリングし,サンプリングした位置とその点に対応する形状位置との距離の差の二乗和を最小化することによって行う.このアイディアを,プログラムとして実装し,正常に動作することを確認した.しかしながら,対応に人の介入があったほうが好ましい場合などいくつかの問題があり,今後の研究の課題としたい.3次元形状の自動的な対応付けを行うことを目的として,本年度は,円と同相な閉じた2次元のポリゴンおよび2次元画像(画像の色を高さ情報として捉えると,3次元形状として捉えられる)のそれぞれに対して,本質的には同じ手法で自動的な対応付けを行う手法を構築した.また,この手法をプログラムとして実装することにより,自動的な対応付けが可能なことを確認した.本年度の成果を次に示す.(1)自動対応付けのための基本的アルゴリズムの構築:閉じた2次元ポリゴンモデルおよび2次元画像(色情報を高さとして捉えると3次元形状として捉えることができる)に対して,対応点間の距離の二乗和が最小になるように,パラメータ空間を分割し,頂点位置を焼きなまし法(Simulated Annealing)によって最適化することによって,自動的な対応付けを行うアルゴリズムを考案した.(2)閉じた2次元ポリゴンモデル間の自動対応付け:閉じた2次元ポリゴンモデルは,円と同相であるため,円を3等分したパラメータ空間からスタートし,頂点位置の最適化およびパラメータ空間の分割を繰り返すことによって,自動的な対応付けを行うプログラムを作成し,対応付けが可能なことを確認した.(3)2次元画像間の自動対応付け: 2次元画像に対しては,2次元ピクセルが自然なパラメータ空間となる.このパラメータ空間を3角形に分割し,3角形の頂点位置の最適化およびパラメータ空間の分割を繰り返すことによって,自動的な対応付けが可能なことを確認した.顔形状に対する自動マッチングができたことから,3次元形状に対するマッチングへの道筋ができた.しかしながら,馬や牛などのメッシュを平面パラメータ化したところ,平面上で非常に小さい三角形にマッピングされてしまうという問題が生じている.

現在,この問題に対応させるアルゴリズムを検討中であり,この問題を対処することに挑戦している.よって,研究はおおむね順調に進展している.次年度以降,3次元ポリゴンモデルの対応付けを行っていくためには,3次元ポリゴンモデルのパラメータ化などを行う必要があるが,本年度の研究により基本的な手法の確認ができた.3次元ポリゴンモデルの対応付けを行うための基本的なアルゴリズムの構築ができたことから,おおむね順調に進展していると考える.本年度は,3角形メッシュの三角形が平面パラメータ化によって非常に小さな三角形にマッピングされる場合でも,自動的に対応付けができるようアルゴリズムを検討し実装する.アルゴリズムの効率化,さらにはどのような問題点が残されるのかを明らかしていく予定である.また,指定した頂点どうしの対応を制約としているアンカーポイントの導入も検討してく.今後は,3次元のポリゴンモデルに対しての自動対応付けを行う.3次元ポリゴンモデルに対しては,パラメータ化が問題となるが,既存の平面パラメータ化や球面パラメータ化などの手法を利用し,考案したアルゴリズムの適応を行っていく予定である.本研究を行うために必要なコンピュータや周辺機器などの物品の購入,研究発表・調査研究のための旅費,プログラム作成補助などの謝金,および会議等参加費に利用していく予定である.次年度も,研究費は,本研究を行うために必要なコンピュータや周辺機器などの物品の購入,研究発表・調査研究のための旅費,謝金,および会議等参加費などに利用していく.形状の対応付けには,非常に大規模な計算を必要とするため,できる限り最新の環境で効率的にプログラム開発を行うことが重要であることなどを考慮し,次年度に繰り越した.
胚性幹細胞の分離法および培養法の実用化に関する研究

本研究では,まず胚性幹細胞の分離法について研究し,体内受精に由来する129/SvJ系マウスの胚盤胞から,きわめて増殖性に優れた2株の細胞株を分離しA3-1およびA3-2株と命名した。このうちA3-1株の細胞については継代9代目の染色体分析でその約78%が正常な正二倍体(2n=40)の核型を有し,また体外培養での分化試験の結果,自律的に収縮をくり返す心筋核細胞をはじめ各種の細胞へ分化し得ることが確められた。さらに,未分化状態に継代維持されたA3-1細胞をC57BL16NまたはそのF1胚盤胞に注入してキメラ胚を作製し,偽妊娠雌マウスの子宮へ移植したところ,雄のキメラ個体が得られ,その個体からA3-1細胞の遺伝形質を受けつぐ子孫も得られることが確められた。以上の結果から,今回樹立された細胞株は胚性幹細胞としての条件をすべて満たしていることが明らかになった。次いで,本研究で得られた細胞株が遺伝子の標的組込みに耐え得るか否かを検討し,さらに本研究の方法が他の系統のマウスおよび他の動物種にも適用可能かどうかを検討した。その結果,遺伝子の標的組込みについては,エンドセリン-1遺伝子およびアクロシン遺伝子のいずれにおいても,相同組換えをヘテロに持つ細胞株が得られ,これらの細胞を用いたキメラ胚の移植実験によって生殖系列細胞への分化が確められた。他の系統のマウスへの適用については数種の近交系およびそれら間の雑種第一代胚を用いて種に検討を行ったが,キメラ個体の作出には成功したものの生殖系列への分化までは証明できなかった。なおこの過程で共培養法によるキメラ胚作製の条件を検討し受容胚と胚性幹細胞とに共通する培養液に工夫を加えた。また本法をウシ胚に適用した結果,内部細胞塊由来の未分化細胞集団が得られた。以上の成績を総合し,本研究によって,生殖細胞への高い分化能力を持つ胚性幹細胞の分離および培養のための基礎的条件は確立された。本年度は胚性幹細胞の分離法について重点的に研究した。すなわち,体内受精に由来する129/SvJ系マウスの胚盤胞を妊娠3.5日に子宮から採取し,あらかじめマイトマイシンで処理して細胞分裂を停止させたマウス胎子由来のフィ-ダ-細胞上に移して培養した。培地としては,ダルベッコの最小必須培地にヌクレオシドおよび非必須アミノ酸を添加しさらにユ-メルカプトエタノ-ルを最終濃度が0.1mMになるように加えたものを用いた。ウシ胎児血清はフィ-ダ-細胞では10%,胚盤胞を加えた後は20%の濃度で用いた。このような条件下で13個の胚盤胞を培養した結果,10個の胚において培養46日に内細胞塊の増殖が認められこの細胞塊をトリプシン処理により軽く分散させて新しいフィ-ダ-細胞上で培養を継続した結果,2個の胚から幹細胞様のコロニ-を分離することができた。これらの細胞はきわめて優れた増殖性を示し,均一な細胞集団を形成したので細胞株として樹立されたものと考え,A3-1およびA3-2株と命名した。

A3-1株の細胞を継代9代目で染色体分析した結果,約78%の細胞が正常な正二倍体(2n=40)の染色体数を示した。体外培養条件下での分化能を検討するために,これらの細胞をフィ-ダ-から離して浮遊培養に移したところ,細胞が凝集して内腔を有する胚様体を形成し,さらに培養を継続した結果,自律的に収縮をくり返す心筋様細胞をはじめ,内胚葉細胞,神経栫細胞,筋様細胞など各種の細胞に分化し得ることが知られた。さらに,未分化状態のA3-1細胞をC57BL/6NxBDF1の胚盤胞腔へ注入してキメラ胚を作製し,偽妊娠雌の子宮へ移植した結果,帝王切開で娩出させた3匹のうち1匹が雄のキメラ個体であり,この細胞が体内においても多分化能を有することが実証された。以上の結果から,胚性幹細胞の分離のための基本的条件はほゞ確立されたと考えられる。本年度は,初年度の研究によって分離に成功したA3-1株を用いて胚性幹細胞の培養法について重点的に検討した。とくに,胚性幹細胞の分化阻止因子として注目されている白血病抑制因子(leuremia inhibitoryfactor,LIF)の効果について検討し,フィーダー細胞に依存しない培養法の確立を目指して研究を行った。LIFは,ヒトのLIFcDNAを含む発現ベクターをCos7細胞に導入して得た細胞上清を標準培地で200倍に希釈して用いた。あらかじめ凍結保存しておいたA3-1細胞を融解後,一度フィーダー細胞層上で増殖させてから,ゼラチン処理60mmディシュ上のLIF添加DMEM培地へ4×10^6個ずつ移した。その後,2日間隔で継代をくり返し形態的に未分化状態を保持しているかどうかを観察するとともに,一部の細胞を浮遊培養して胚様体の形成により体外での分化能力を検討した。さらに継代途中の細胞を宿主胚に注入してキメラ胚を作製し,偽妊娠雌マウスの子宮へ移植することにより個体への発生能力を検討した。A3-1細胞をLIF添加培地で継代維持した結果,細胞はフィーダー上で維持されたときと同様の島状のコロニーを形成し,形態的に未分化細胞の特徴を保持していた。これらの細胞をLIF無添加培地に移したところ,5日後には増殖能が低下するとともに形態も扁平化し未分化細胞の特徴が失われた。また,LIF添加培地で継代している細胞を浮遊培養することにより5日目に胚様体を形成し体外での多分化能を保持していることが確認された。さらに継代1224代の細胞を宿主胚に注入してキメラ個体の作出を試みた結果,雄のキメラ個体が得られ,交配試験により生殖細胞への分化も証明された。以上の結果より,LIFの添加によってフィダー細胞に依存しない培養系の確立が可能であることが明らかになった。1.胚性幹細胞の分離法に関する検討初期胚の培養成績が安定し、遺伝子導入の実験にも多く用いられるC57BL/6およびそのF1マウスを用いて、胚性幹細胞の分離を試み、その結間を129/SvJの場合と比較し、普遍性の高い分離条件を検討した。その結果、非129/SvJ系から樹立された6細胞株は、いずれもコロニーの形態、浮遊培養した時の胚様体の形成能力から胚性幹細胞様の細胞コロニーと考えられたが、樹立の初期過程で若干の分化傾向を示し、それは継代培養によって幾分改善されたものの、キメラ個体を得るには至らなかった。このことは、培地に分化抑制因子(Leukemia Inhibitory Factor,LIF)を添加しても解決できなかった。そこで初期胚由来の新しい制御因子を探索する目的で、胚盤胞の内部細胞塊を分散させ培養したときに培地中に物質に注目し、この培養上清と標準培地を1:1に混合した順化培地を作製して胚性幹細胞株の樹立を試みた結果、細胞増殖能が高く、分化傾向を全く示さない細胞株が得られた。2.共培養法によるキメラ個体の作出に関する検討5%牛胎児血清と23mM乳酸ナトリウムを添加した標準培地と10%牛胎児血清を含む初期胚発生培地の2種類の培地を用いて、透明帯を除去した
位相トモグラフィーによる屈折率分布の三次元非接触計測

気体の温度分布や液体の濃度分布を測定する場合、熱電対等のセンサーを挿入すると測定対象の状態が変わってしまうため、正しい測定ができない。本研究では、光をプローブとした干渉法による位相計測とコンピュータトモグラフィーの組み合わせによる、位相トモグラフィーを用いて三次元かつ非接触な屈折率分布計測を検討した。これにより発熱体周辺の気体の温度を求め、理論値と比べ定性的に妥当な結果が得られた。本研究では、三次元的な屈折率分布の計測法の開発を目的としており、その応用例として発熱体近傍の三次元的な温度分布の計測が挙げられる。この実現には、ホログラフィー干渉法により得られる干渉縞の二次元パターンを複数の方向から計測し、コンピュータトモグラフィーをにより再構成する方法を用いる。本年度は、単一方向からの干渉パターンから温度の線積分に相当する積分位相を求め、局所的な対流による温度揺らぎの評価を行った。コンピュータトモグラフィーにより複数の方向からの干渉像をもとに三次元分布を計算するためには、干渉像の測定誤差が大きい場合には、真の分布からかけ離れた結果になってしまう。本研究の方法は、複数の方向からの干渉像を得るために光学体系を変えながら測定するため、対流による時間的な位相の揺らぎが問題となる。発熱体のない状態および発熱体(半田ゴテ)により温度分布(100°C、サイズ25mm程度)を与えた状態について複数枚の干渉画像を計測し、それらの標準偏差から揺らぎを評価した。発熱体のない状態で標準偏差が約0.4rad、有りの状態で約0.6radであり、また、発熱体の有無による位相差は約10rad程度あった。これらから、半田ゴテを熱源とした場合を用いれば、トモグラフィーのために入力データは10%以下の誤差となることが判った。また、この干渉画像から位相への変換には新たに高精度な位相アンラッピング法を開発した。位相は、本来、上限下限のない連続な関数であるが、干渉縞から得られる情報は、有界な位相の主値(本来の位相のサイクル数の小数部)であるため、不連続関数となる。これを連続位相に戻す処理を位相アンラッピングとよぶ。従来提案されているアンラッピング処理では、誤った処理を行う確率が高く、特に、干渉画像の境界近傍の誤差が大きかった。新たなアンラッピング法を提案し、この改善が見られた。本研究では、三次元的な屈折率分布の計測法の開発を目的としており、その応用例として発熱体近傍の三次元的な温度分布の計測を検討している。本年度は、複数方向からの干渉縞画像を求め、その干渉縞パターンから発熱体による積分位相を読み取れるかとどうかを評価した。積分位相を読み取るためには、発熱体がない場合のバックグランド位相が、方向の変化とともに連続的に変化する必要があるが、実験の結果、当初予定の体系では、不連続に変化してしまうことが判明した。これについては、回転ステージの追加等による実験体系の再検討を行い、再評価した結果、現在は、連続的に変化することを確認できた。また、昨年度開発した干渉画像から位相への変換のための位相アンラッピング法のさらなる高精度化に着手した。計算時間を要するものの、昨年度と比べ位相の誤差は十数%程度から1%程度に向上した。さらに、三次元屈折率分布を複数方向の積分位相から求める逆問題アルゴリズムに着手した。積分位相のデータにはシミュレーションデータ(仮定した屈折率分布データを基に求めた測定されるべき位相データ)を用いた。逆問題により得られた結果と仮定した結果は、大域的な温度分布の場合と、局所的な温度分布の場合で精度が異っており、定量的な評価はできていない。本研究で提案する気体の屈折率三次元計測法では、プローブ光を入射する方向を変えた場合の複数の干渉画像を計測し、それぞれから透過光の受けた屈折率変調量を算出し、それら全体からコンピュータトモグラフィーにより三次元屈折率分布を求める。そのために必要な技術は、(a)入射方向可変のホログラフィー干渉体系(b)デジタルホログラフィーによる物体光の複素振幅の再生(c)位相連結法による複素振幅から連続位相投影データへの変換(d)複数方向からの位相投影データ(全方向ではないので、不完全投影データ)から逆問題解法による内部分布計算から構成され、本年度は、それぞれの要素の改良し、さらにシステム全体の評価を行った。当初は、(b)の複素振幅の再生では、発熱体のある場合とない場合の干渉画像の比較により、発熱体による位相変調量を算出する予定であったが、再現性が問題がありこの方法では算出できなかった。発熱体自身による位相変調の空間変化は干渉縞の空間周波数より小さな変化であることを仮定し、発熱体がある場合の画像のみからの再生に切り替えた。発熱体としてセラミック抵抗(円筒形、10mmH,5mmφ,発熱量1W)を用い、周囲の温度を三次元的に求めた。

また、上記の(a)の体系では、一部の方向からの投影データが欠落するため、発熱体の配置による精度がことなることがよそうされるため、円筒型の抵抗の向きを変えた場合の評価も行った。その結果、発熱体から離れるに連れて温度が低下する、温度広がりは発熱体から離れるに従って広がる等の定性的に妥当な結果が得られた。定量的には、配置により測定結果の表面温度が異なり、熱電対による測定結果と比べ50%程度の過小評価になる場合があったが、(a)の制約により投影データが得られない方向からの、少しでもデータが得られれば、このデータの情報量(価値)は大きく、精度が上がることが期待できることも解った。