hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞の機能解析やウイルスの研究を行うにあたり株化細胞の存在は重要である。1980年代中頃からエビ類においても長期培養可能な細胞株の樹立が試みられてきたが、未だ実現していない。本研究は、これまで試みが行われなかったエビ類の細胞の長期培養に最適なサプリメントの作製から、ヒトの株化細胞作製過程で使用されている技術を取り入れてクルマエビの細胞を株化させるまでを体系立てて行い、長期間培養可能なエビ類の株化細胞を樹立することを目的としている。30年度は、クルマエビのリンパ様器官を用いた初代培養に成功したが、1週間以上の細胞増殖が観察できていない。そこで、クルマエビのリンパ様器官由来の細胞が、初代培養を始めてから何日後から増殖率が低下するのかについて検討した。まず、生細胞に特異的に発現しているエステラーゼを蛍光染色するキットを用いて、生細胞と死細胞を区別し、その割合を蛍光顕微鏡をもちいて計測および算出した。さらに、生細胞と死細胞の割合が大きく変化する培養開始3日目から6日目の細胞を回収し、トランスクリプトーム解析用のサンプルとしてRNAを精製した。クルマエビは個体差が大きいため、その誤差を考慮して20匹以上のエビを初代培養に供して上記のサンプリングを行った。さらに、細胞増殖を誘導すると期待されるクルマエビの血管内皮細胞増殖因子(VEGF)の組換えタンパク質を用いた細胞増殖への影響に関する実験は、令和元年度へ継続して実施する。前年度の報告書に示した実験計画にしたがって、次の実験を実施した。その結果、クルマエビのリンパ様器官由来の細胞は、培養開始3日目から4日目にかけて大きく生存率が低下した。そこで、生細胞と死細胞の割合が大きく変化する培養開始3日目から6日目の細胞を回収し、トランスクリプトーム解析用のサンプルとしてRNAを精製した。さらに、細胞増殖を誘導すると期待されるクルマエビVEGF組換えタンパク質を用いた細胞増殖への影響に関する実験は、令和元年度へ継続して実施する。次年度の研究計画として、クルマエビのリンパ様器官由来の細胞が、一週間程度しか培養できない理由を解明するために、初代培養中に生細胞と死細胞の割合が大きく変化するタイミングに何か特別な遺伝子の発現パターンの変化があると考えた。そこで、クルマエビのリンパ様器官由来の細胞の初代培養において、生細胞と死細胞の割合が大きく変化する期間として、培養開始3日目から6日目の細胞に着目し、これらの細胞について次世代シーケンサーを用いたトランスクリプトーム解析を最初に行う。その結果を解析し、大きく発現動態が変化した遺伝子の探索を行う。また、細胞増殖を誘導すると期待されるクルマエビのVEGF組換えタンパク質を用いた細胞増殖への影響に関する実験は前年度から継続して実施する。細胞の機能解析やウイルスの研究を行うにあたり株化細胞の存在は必須である。本研究は、これまで試みが行われなかったエビ類の細胞の長期培養に最適なサプリメントの作製から、ヒトの株化細胞(ES細胞やiPS細胞)作製過程で使用されている最新技術(フィーダー細胞や遺伝子導入)を取り入れてクルマエビの細胞を株化させるまでを体系立てて行い、長期間培養可能または無限増殖能を持つエビ類の株化細胞を樹立することを目的としている。本研究は、応募者らが得意とする海産動物の細胞培養技術および最先端の遺伝子操作技術を駆使するエビ類初の挑戦的な内容となっており、エビ類の株化細胞樹立に成功すれば、エビ類の免疫・神経・内分泌系に関する基礎・応用研究が飛躍的に進むと思われる。初年度は、以上のことを遂行する上で重要となる遺伝子基盤(細胞増殖遺伝子群や細胞周期関連遺伝子群の探索)の構築を行い、さらに基礎的な培養条件を確立するためにクルマエビの各器官の初代培養を試みた。また、器官そのままを培養した器官培養についても試み、その際の器官内の細胞が発現する遺伝子発現パターンの継時的変化を網羅的に明らかするために、次世代シーケンサーによるRNA-seqを実施した。さらに、細胞増殖を誘導すると期待されるクルマエビの血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を用いて、組換えタンパク質の構築を行った。今後これを用いて、初代培養に培養液に添加することでそれらの細胞増殖への影響を観察する。まず、5尾のクルマエビから無菌的にリンパ様器官、中腸線、卵巣を摘出し、組織をバラバラにほぐした後にコラゲナーゼ処理を行い、初代培養を試みたところ、最も安定して、初代培養が成功したのはリンパ様器官であった。これと平行して、組織をバラバラにせず、半分に切断した面を下にして細胞培養プレートの底面に細胞をはい付けた後に、細胞培養を行ったところ、接着細胞の数が上述した方法よりも多く観察できた。しかし、何れの方法も培養3日間程度の後に、死細胞が増えて、全体の細胞数が減少した。
このことを踏まえて、細胞増殖は、培養開始3日目ぐらいから何らかの変化が起こると考えた。また、リンパ様器官をそのままを培養する器官培養を試み、器官内の細胞が発現する遺伝子発現パターンの継時的変化を網羅的に明らかするために、次世代シーケンサーによるRNA-seqを実施した。クルマエビから無菌的に採取した78個(39尾分)のリンパ様器官を用いて24穴プレートで器官培養を行い、培養開始後0、6、12、24時間、3、6、12日において組織片を取り出し、RNA-seqを行った。他方で、細胞増殖を誘導すると期待されるクルマエビのVEGF遺伝子を用いて、組換えタンパク質の構築を行った。クルマエビVEGF遺伝子をバキュロウイルス発現系のベクターに組み込み、昆虫細胞sf9に発現させた。その結果、ターゲットサイズの約22kDa付近に2本の薄いバンドが確認された。細胞の機能解析やウイルスの研究を行うにあたり株化細胞の存在は重要である。1980年代中頃からエビ類においても長期培養可能な細胞株の樹立が試みられてきたが、未だ実現していない。本研究は、これまで試みが行われなかったエビ類の細胞の長期培養に最適なサプリメントの作製から、ヒトの株化細胞作製過程で使用されている技術を取り入れてクルマエビの細胞を株化させるまでを体系立てて行い、長期間培養可能なエビ類の株化細胞を樹立することを目的としている。30年度は、クルマエビのリンパ様器官を用いた初代培養に成功したが、1週間以上の細胞増殖が観察できていない。そこで、クルマエビのリンパ様器官由来の細胞が、初代培養を始めてから何日後から増殖率が低下するのかについて検討した。まず、生細胞に特異的に発現しているエステラーゼを蛍光染色するキットを用いて、生細胞と死細胞を区別し、その割合を蛍光顕微鏡をもちいて計測および算出した。さらに、生細胞と死細胞の割合が大きく変化する培養開始3日目から6日目の細胞を回収し、トランスクリプトーム解析用のサンプルとしてRNAを精製した。クルマエビは個体差が大きいため、その誤差を考慮して20匹以上のエビを初代培養に供して上記のサンプリングを行った。さらに、細胞増殖を誘導すると期待されるクルマエビの血管内皮細胞増殖因子(VEGF)の組換えタンパク質を用いた細胞増殖への影響に関する実験は、令和元年度へ継続して実施する。前年度の報告書に示した実験計画にしたがって、次の実験を実施した。その結果、クルマエビのリンパ様器官由来の細胞は、培養開始3日目から4日目にかけて大きく生存率が低下した。そこで、生細胞と死細胞の割合が大きく変化する培養開始3日目から6日目の細胞を回収し、トランスクリプトーム解析用のサンプルとしてRNAを精製した。
語彙習得と言語使用：ドイツ語基本語彙の認知的習得モデルの実証的な基盤研究

本研究は、ドイツ語基本語彙をそれがMental Lexiconの構造に反映されているように学習者のために示そうとする。このために巨大なコーパスをデータ駆動型の方法により分析、得られたデータを、共起する語、類似した響き、同じテーマ、感情表現の類似のネットワークにまとめた。これらネットワークはMental Lexiconの中心的な構造なので、我々は相互に関連する構造を持つハイパーテキストとして基本語彙学習ポータル(http://japanisch.basic-german.com/)を構築し、CCライセンス(CC BY-SA 4.0)を得た最初のドイツ語基本語彙として既にネット上で公開している。本研究では、ドイツ語学習者のためにドイツ語基本語彙の認知的習得モデルを構築する事を目的とする。手法としては、大きなドイツ語コーパスを基にし、データ駆動型の方法によりドイツ語の基本語彙の中に存在する種々のネットワークの値を算出し、認知的習得モデルの確実な経験的基盤をつくる。それをもとにしてハイパーテキストの手法を用いたドイツ語基本語彙学習ポータルを構築し、ドイツ語学習者および教育者の利用に供しようとする。脳内辞書の中に存在する語彙の構造は種々のネットワークの形を取っている。これらのネットワークを、すでに構築した大きなコーパスからデータ駆動型の方法を使い抽出する必要がある。27年度にはこれらの重要なネットワークの中からとりわけ「意味のネットワーク」の値を算出する事に力を入れた。すなわち語親族のネットワークに関してMorphistoを使い合成語、派生語の分析を行った。さらに語のテーマ別のネットワーク(topic models)を使ってテーマの近似性を算出することによりテーマのネットワークの計算値を得た。基本語彙に属する語の意味の関連はすでにネット上に存在するGermaNetから取り出した。響きのネットワークに関しては、全ての可能な語のペアの国際音声記号(IPA)表記間でのLevenshtein-distanceを計算することにより響きが似通った語を同定した。それと並んで最終的な目標である基本語彙学習ポータルの構築を見据え、その土台となる基本語彙ポータルの構築を基本語彙2000語まで完成させた。このポータルでは、基本語彙のリスト、文法記述、コーパスから選んだ例文、その日本語訳のみならず、語彙学習用のフラッシュカードも利用できる。この基本語彙ポータルは次のURLですでに広く使用に供している。http://japanisch.basic-german.com/。語彙の構造が持つネットワークの分析に関しては、研究計画に従い「意味のネットワーク」の値を算出する事に力を入れ、これまでさほど大きな困難に直面することもなく「意味のネットワーク」の種々の値(語親族のネットワーク、語のテーマ別のネットワーク(topic models)、基本語彙に属する語の意味の関連、響きのネットワーク等)を算出することに成功している。また我々が目標とするドイツ語基本語彙学習ポータルの構築のためには、まずその土台となる基本語彙ポータルの構築が必要になるが、それを基本語彙2000語まで完成させた。このポータルは、2000語の基本語彙のリスト、基本語彙の日本語訳、それらの文法記述、コーパスから選び出した例文、その日本語訳を含み、それに加えて語彙学習用のフラッシュカードを内容とする。これらの内容を正確に記述することは大変に時間がかかり、さらに定義の統一など困難を伴う仕事であったが、2000語まで完成したことによって、ドイツ語基本語彙学習ポータルの構築に進む条件が整ったことになる。本研究は、ドイツ語基本語彙の認知的習得モデルを構築する事を目的とする。手法としては、データ駆動型の方法によりドイツ語の基本語彙の中に存在する種々のネットワークの値を算出し、認知的習得モデルの確実な経験的基盤を探る。それをもとにしてハイパーテキストを利用したドイツ語基本語彙学習ポータルを構築し、ドイツ語学習者および教育者の利用に供しようとする。脳内辞書の中に存在する語彙の構造は種々の認知的なネットワークの形を取っている。これらのネットワークを、すでに構築した大きなコーパスからデータ駆動型の方法により抽出する。28年度にはこれらのネットワークの分析をさらに深化させた。語のテーマ別のネットワークに関してはtopic modeling toolを使い、新聞Die Zeitの1995年から2011年までのデータ(約2100万トークン)を分析し最終的に51のTopics(テーマ)を算出し、ぞれぞれに関連する基本語彙を確定し、これらのTopics(テーマ)を互いに連関するネットワークとしてグラフ化した。語親族のネットワークに関してはMorphistoを使い合成語、派生語の分析を深め、ワードファミリーのネットとしてグラフ化した。響きのネットワークに関しても響きが似通った語の分析を深め、その結果を響きのネットとしてグラフ化することができた。最終的な目標である基本語彙学習ポータルの構築に関しては、既にできている基本語彙2000語までの「基礎語彙コンパクト」、「フラッシュカード」、「基礎語彙辞書」に加え、「テーマのネット」、「ワードファミリーのネット」、「響きのネット」のグラフを付け加え、それぞれの間でのリファー関係をいろいろと試している段階である。現段階の基本語彙ポータルは次のURLですでに広く使用に供している。本研究の主たる研究領域は、語彙の構造が持つネットワークの分析、そしてその成果を取り入れた基本語彙学習ポータルの構築の二つである。語彙の構造が持つネットワークの分析に関しては、平成28年度にはこれらのネットワークの分析をさらに深化させた。語のテーマ別のネットワークに関しては、分析の結果を詳細に検討し、最終的に51のTopics(テーマ)を設定し、グラフ化を行った。

しかしテーマの名付け作業ではデータ駆動型の方法を貫徹する事ができず、これを最終的にどう扱うかは29年度の問題として残っている。語親族のネットワークに関しては合成語、派生語の分析を進め、ワードファミリーのネットとしてグラフ化した。またコロケーションに関しても頻出する典型的な例をネットから集めGebrauchsmuster(使用の典型例)として「基礎語彙辞書」における各語の記述の中に多くの例をまとめている。響きのネットワークに関しても、響きが似通った語を「響きのネット」としてグラフ化しポータルに組み入れることができた。またドイツ語基本語彙学習ポータルの構築に関しては、既にできあがった基本語彙2000語ポータルに、それぞれのネットワークの成果を組み込み、関連づけている。例えばテーマのネットで特定のテーマをクリックするとそのテーマに関連する一連の語(最も多くて200語まで)がフラッシュカードの形で一覧でき、学習者がそのテーマに関する語彙を覚えるための手助けを与える事が可能になっている。以上のように研究の進捗状況は概ね順調である。ネットワークの分析をさらに深化させること、とりわけ感情表現のネットワークの算出を済ませ、ポータルに組み込むこと。それぞれのネットワークと各語の関連を再確認すること、そしてより直感的に分かりやすく、使いやすい語彙学習ポータルを作り上げることが課題として残っている。本研究は、ドイツ語基本語彙の認知的習得モデルを構築する事を目的とする。手法としては、データ駆動型の方法によりドイツ語の基本語彙の中に存在する種々のネットワークの値を算出し、認知的習得モデルの確実な経験的基盤を探る。それをもとにしてハイパーテキストを利用したドイツ語基本語彙学習ポータルを構築し、ドイツ語学習者および教育者の利用に供しようとする。脳内辞書の中に存在する語彙の構造は種々の認知的なネットワークの形を取っていると考えられる。29年度には、すでに構築した大きなコーパスからデータ駆動型の方法によりそのネットワークを抽出するというこれまで行ってきた作業をさらに進め、より精緻なものにした。語のテーマ別のネットワーク、語の結合、語親族のネットワーク、そして響きのネットワークに関して分析を深め、その結果をグラフ化し、ポータルに反映することができた。感情表現に関してはライプチヒ大学が開発したSentiWSを利用し、同義語間における感情表現を対比する方法をとり、それをポータルに反映させる努力をしている。これらにより目的とした認知的ネットワークのおおむねを研究全体の枠に取り込んだ。最終的な目標である基本語彙学習ポータルの構築に関しては、既にできている
合成化学と遺伝子工学を融合した抗体様タンパク質の機能改変

有機合成化学と遺伝子工学的アプローチの2通りから本年度の研究について報告する。有機合成化学:非天然アミノ酸の合成法は、以前に銅触媒を大量に用いることで達成していた。しかし、アミノ酸からの金属除去プロセスが今後問題になると考えられたため、本年は、金属触媒非存在下での非天然アミノ酸合成プロセスの確認を行った。αブロモカルボニル化合物を炭酸セシウム存在下、及び銅触媒非存在下にアミンとの反応を試みたところ、アセトニトリル中室温にて対応するアミノ化生成物を確認することができた。アニリンやアルキルアミン類が反応に用いることが可能であるが、アンモニアを直接的に使用するには至っていない。現在のところ反応機構は分かっていないが、単純なSN1や2反応で進行しておらず何らかの電子移動プロセスが反応に関わっていると考えられる。また、アミンの代わりにアルコール、特に、通常では反応性が低いtBuOHを用いたところ、対応するエーテル化体が得られた。どの反応も室温で進行する。反応機構を明らかにし、合成した非天然アミノ酸のtRNAへの組み込みを目指す。遺伝子工学:非天然アミノ酸を導入するモデルタンパク質の抗体様タンパク質Nanobodyから,緑色蛍光タンパク質GFPに結合する遺伝子配列を選び,酵母で遺伝子全合成し,発現させた。この遺伝子に種々変異を導入した時のGFPとの結合能の変化を観察した。その結果,結合に重要なアミノ酸残基を特定することができた。有機合成化学的には、アミノ酸を金属触媒なしで合成できるプロセスの開発を見出すことができた。銅触媒がアミノ酸中に残ると、続くtRNAへの合成したアミノ酸の導入過程に問題を引き起こすと考えられるためである。一方で、遺伝子工学的研究は次の知見を得た。GFP結合性Nanobodyを可視化するために赤色蛍光タンパク質RFPと融合させた。この融合タンパク質は細胞質に均一に存在したことから,GFPをを局在化させることで,NanobodyとGFPの結合を観察できるようにした。各アミノ酸残基をアラニンに変えたところ,I31, T57, G97, P104で結合が見られなくなったことから,これらが結合に重要なアミノ酸残基と推定され,非天然アミノ酸に変換するターゲット位置となる。どちらも需要な成果であるが、ターゲットとなるアミノ酸を効率的にtRNAに導入する過程が当初考えた以上に困難であることが分かった。そのため、上記のように判断した。有機合成化学:金属触媒非存在下でアミノ酸を合成可能な反応を開発すること、そして、tRNAへの組み込み検討を行うことを今後、検討予定である。そのために、2018年度に発見した、電子反応系プロセスを反応機構を含めて確認することで、新たな知見獲得を目指す。合成を目指す抗体タンパクへの金属残渣を防ぐためにも、本問題の解決は喫緊である。遺伝子工学:非天然アミノ酸を導入するための無細胞タンパク質合成系でのNanobodyの合成を行う。別のタンパク質を対象として無細胞系でのタンパク質合成を試みたが,十分な収量が得られなかった。合成系の最適化を図り,無細胞系でのNanobody合成を行う。tRNAに非天然アミノ酸を導入できても、無細胞系でタンパクを構築できなければならないため、本検討を通して、確実なプロセスの確認を試みる。

そのため、上記のように判断した。有機合成化学:金属触媒非存在下でアミノ酸を合成可能な反応を開発すること、そして、tRNAへの組み込み検討を行うことを今後、検討予定である。そのために、2018年度に発見した、電子反応系プロセスを反応機構を含めて確認することで、新たな知見獲得を目指す。合成を目指す抗体タンパクへの金属残渣を防ぐためにも、本問題の解決は喫緊である。遺伝子工学:非天然アミノ酸を導入するための無細胞タンパク質合成系でのNanobodyの合成を行う。別のタンパク質を対象として無細胞系でのタンパク質合成を試みたが,十分な収量が得られなかった。合成系の最適化を図り,無細胞系でのNanobody合成を行う。tRNAに非天然アミノ酸を導入できても、無細胞系でタンパクを構築できなければならないため、本検討を通して、確実なプロセスの確認を試みる。アミノ酸合成に関して当初研究計画にはない成果が得られた。そのため、次年度に繰り越して研究を行うこととした。有機合成用試薬や学会発表旅費として使用予定。
波長依存同位体効果による古大気組成の解読

地層に記録された同位体情報から古大気組成を復元する目的のため、大気化学反応を模擬した光解離実験を行った。本年の実験は、まず分光器を備えた光化学反応セルを作成および改良し、波長150300nm領域を0.1nm分解能で紫外スペクトルを取りつつ反応を行えるシステムが完成した。また生成物の回収ラインとガスクロマトグラフ質量分析計を導入し、生成物の同定および定量分析が可能になった。このシステムを用いて模擬古大気中でのSO2光解離反応を行ったところ、CO/CO2比の高い雰囲気下では乖離したSO2がCOSに変換されることが実験的に確かめられた。これは還元大気中で硫黄の化学種はCOSの状態で存在したとする予測を支持する結果である。また、SO2分子の吸収スペクトルについて、これまでの同位体種に加えて36SO2のスペクトル測定を行うことに初めて成功し、データ解析を行っている。これにより36S/33S比が古大気組成の制約にとって最も強力な指標となることが期待される。また、インド・ダルワール地塊での地質調査および試料採取を行った。その結果、大気・気候変動期にあたる30-23億年前の層序を一部復元した。今後採取試料の年代決定・同位体分析に移行する。一方、1次元大気化学モデルは従来数値モデルの改良では不適当と判断し、反応の数を減らすことで根本から組み直す選択をし、コード開発を進めている。
糖尿病性皮膚創傷治癒に関連する炎症性低分子RNAの機能解析

先に申請者は炎症および臓器線維化に関連するmiRNAとしてmiR-223を同定し、さらにそれが好中球機能発現調節に関わっている知見を得た。本研究では、まずC57/BL/6(黒毛)マウスを用い、miR-223ノックアヴトマウス(KO)を作成した。次にワイルドタイプとKoマウスの背部に皮膚全層欠損創を作成し、皮膚潰瘍モデルを作成し潰瘍作成後の創面積を計測、創傷治癒速度を比較した。さらに、創傷治癒遅延モデルとして、ストレプトソトシン(STZ)誘導型のI型糖尿病マウス、遺伝性肥満(db)発症のII型糖尿病マウスを用い、それぞれのmiR-223ノックアウトマウス(KO)を作成し創傷治癒速度を比較した。結果は、miR-223KOマウスは潰瘍面積測定と組織学的評価から、有意に創傷治癒遅延が認められた。さらに糖尿病病態においては、I型、II型糖尿病マウスの両方でより顕著な創傷治癒遅延を認めた。つまり、miR-223Koでは好中球主体の炎症期の制御ができず、創傷治癒遅延をきたすと考えられるが、慢性炎症病態である糖尿病病態においてはmiR-223による炎症期の適切な制御がさらに重要であることが示唆された。糖尿病患者における創傷治癒遅延は血流障害、神経障害、易感染性のため難治性で長期の治療期間を要する。糖尿病患者数の増加とともに1兆2,000億円越える糖尿病の年間医療費の一因にもなっている(平成25年国民医療費の概況(厚生労働省))。炎症関連miR-223の機能解析は、易感染性、慢性炎症病態をもつ糖尿病性創傷治癒遅延の原因解明、また新しい治療薬の開発につながるものと考えられる。
神経障害性疼痛における後根神経節での非神経細胞の役割と治療開発

加齢に伴い脊柱、関節変性が進行し、長期の神経圧迫は「神経障害性疼痛」となり治療に難渋する。疼痛の中継点である後根神経節(DRG)の過剰な反応は慢性疼痛の原因となる。今回、疼痛を調節するDRG内の非神経細胞(サテライトグリア、血管内皮細胞)の役割が重要と考えている。遺伝子改変マウスを使用し、慢性疼痛動物モデルの作成、分子生物学的手法を用いることで同細胞の機能を明らかにし、疼痛伝達を制御することで新規治療法を開発していく。
音響センサによる音環境計測を利用した環境変化検知・予測技術に関する研究開発

音環境理解のための手法を提案した。1)どこで、どのような音がいつ発生したかが把握できる可視化システム、2)環境音データを分類する技術、3)環境音をその音源推定位置に色で表現する可視化技術(音模様)。どのような音を把握する技術を用いて、一日に発生した音を分類し、その発生割合を調べることにより、計測環境の音環境が大体把握できることが分かった。このことをイベント開催時の音環境に適用すると音でイベント内容の客観的評価ができそうであることが分かった。また、音模様に関して、現在の音模様から過去の音模様を参照することにより、未来の音模様の予測ができる可能性があることが分かった。音環境における環境音を計測するための環境を構築した。音環境には二子玉川にあるショッピングセンターを取り上げ、このショッピングセンター内の屋外コンコースの音環境を計測し、その環境音計測データの解析が可能になる計測環境を構築した。また、得られた環境音計測データを解析することによって、「どこで」、「どのような」音が「いつ」、発生したかが把握できる可視化システムを構築した。「どこで」に関しては、環境音計測データに非負値行列因子分解(NMF : Nonnegative Matrix Factorization)を適用することにより、無駄な周波数成分を使わずに音源の位置が推定できるアルゴリズムを提案することに成功した。「どのような」に関しては、NMFにより得られる基底ベクトルを用いて作成する類似度行列を利用するAffinity Propagation(AP)法を提案し、提案したAP法を用いて環境音計測データの分類が可能となるアルゴリズムの提案に成功した。提案したアルゴリズムを使うことによって、「どのような」音がどのくらいの頻度で発生しているのかが把握できる。ここで、「どのような」という意味は音の認識を意味するのでなく、音の代表的な周波数成分を把握し、どのくらいの周波数成分を持った音が発生したかが把握できることを意味している。これら2つのアルゴリズムから得られる結果と音が発生した時間を加味することにより、いつ、どこで、どのような音がどのくらいの頻度で発生しているのかが把握できる可視化ツールの作成に成功した。作成した可視化ツールでは、分類された音に対して、時間的、空間的な繋がりも把握できるようになり、音環境の新しい音マップ作成ツールとしても利活用が可能になるであろう。実証人権場所(二子玉川にあるショッピングセンター、二子玉川ライズ)から得られる環境音を用いて、その特徴量から一日に発生した環境音を分類し、その分類したクラスタ内の環境音で二子玉川ライズの音環境をモデル化する手法の提案に成功した。分類では、Affinity Propagation(AP法)を改良した昨年度とは異なる改良型AP法を提案した。改良型AP法に関しては、分類過程で生じるクラスタ内の外れ値を検知し、その外れ値が新たなクラスタの中心点となるようにAP法の初期値を変更し、再度分類を行う、これを繰り返すことによって環境音の分類を行う手法となっている。つまり、改良型AP法は、従来の分類法の性質である、どこかのクラスタにデータが属さないといけないということからクラスタ内に外れ値が存在してしまうことがある欠点をできるだけ解消できるクラスタリング手法、すなわち、クラスタ内にできるだけ外れ値を残さないようにするクラスタリング手法である。この関連内容は、国際会議に投稿中である。提案した分類法がクラスタ内にできるだけ外れ値を残さないという性質をもっていることから、クラスタ内の環境音で構築した環境音モデルの精度が従来のクラスタリング手法で構築したモデルよりも良いことを示すことに成功した。この結果は国内学会で発表した。また、この一連の音環境モデル構築技術を知財として特許出願した。さらに、音環境モデルの応用例として、二子玉川ライズで行っているイベントの音による評価に利活用できるのではないかということも分かった。つまり、改良AP法を用いたクラスタリング結果として得られるクラスタの代表音を指標に用いて、それぞれの指標に類似した環境音を累積することによって、このイベントはこのような音で賑わっている、このような割合の音環境でイベントが行われたなどが把握できることが分かった。本年度は、実証実験場所(二子玉川にあるショッピングセンター、二子玉川ライズ)における音環境計測により得られる環境音データに対して、1)音の高低、2)音の大小、3)音の継続を表す特徴量を抽出し、3つの特徴量を三原色のRGB値に当てはめることによって、色で音環境を表現する手法の提案に成功した。このとき、本手法で可視化できた音環境を音模様と呼ぶ。また、音の高低に関する特徴量を抽出する際に、昨年度提案したクラスタリング手法(改良型Affinity Propagation(AP)法)を用いている。この音模様は、音源位置推定場所に対して、色で発生環境音を可視化するもので、二子玉川ライズでの実証実験では、音環境の状態や変化、例えば、日常的に走行している電車の音、二子玉川ライズを整備している突発的な音、二子玉川ライズの共有スペースガレリアに集まる子供や学生にハシャギ声など、日常での音環境やこのような日常の音環境に対して風の発生が目立ったときの音環境の変化、さらに、ガレリアでのミニコンサート開催時の音環境変化など、様々な音環境の状態やその変化の把握に利用できることが分かった。本音模様を作成する手法は、昨年度出願した改良型AP方法に関する特許を基に国内優先権主張出願で知財として特許出願を行った。今後の展開として、この音模様を建物のモニタリングに適用することが決まっている。

モニタリングとは、対象としている環境から得られるデータの分析・解析を通じて、対象環境の現状や変化を把握する技術のことで、建物のモニタリングでは、ヘルスモニタリングと呼ばれ、老朽化や損傷の診断を行っている。この診断に音を使って試みるプロジェクトがあり、建物の老朽化や損傷に係る音の解明が音模様で可能になることが期待されている。音環境理解のための手法を提案した。1)どこで、どのような音がいつ発生したかが把握できる可視化システム、2)環境音データを分類する技術、3)環境音をその音源推定位置に色で表現する可視化技術(音模様)。どのような音を把握する技術を用いて、一日に発生した音を分類し、その発生割合を調べることにより、計測環境の音環境が大体把握できることが分かった。このことをイベント開催時の音環境に適用すると音でイベント内容の客観的評価ができそうであることが分かった。また、音模様に関して、現在の音模様から過去の音模様を参照することにより、未来の音模様の予測ができる可能性があることが分かった。平成25年度に構築した一日における発生音のモデルの構築法を改良して、オリジナルの手法を使って音環境モデルの構築ができることを示し、さらに、構築した音環境モデルの利活用法も分かってきており、平成27年度の主な目標である環境変化検知・予測が音環境モデルで可能ではないかということが把握できたので、おおむね順調に研究は進んでいると考えている。サービス工学平成26年度に構築した音環境モデルを利用して、現在発生している環境音を推定し、オンライン処理で現在の音環境変化が把握できる可視化システムを構築する。また、環境音計測を継続し、音環境パターンのデータベース化を進める。これにより、どのようなことが予測できるのか検討し、最終的に音による環境変化検知・予測システムを構築する。また、イベントの音による客観的評価法もイベント主催者の主観的評価を基に、どのような指標をつくれば、評価できるのかを検討し、確立することを目指す。平成25年度の主な課題は与えられた環境音計測データを1日単位で取扱い、一日における発生音のモデルを構築することと一日単位での発生音のお音源位置マップを構築することであるので、平成25年度作成した可視化ツールによって、上記の課題は解決されたと考えている。また作成した可視化ツールでは時間的、発生音源に関する空間的な繋がりも把握することが可能となるので、それぞれの発生音源の頻度に関する情報も与えられた環境音計測データから把握が可能となり、いつもと違う状態を検知することの応用にも利用可能であると考えられる。従って、平成25年度の研究実施計画に書かれている目標は概ね達成されたと考えている。予定していた国際会議の参加が論文不採録により、不参加となり、その分の旅費を国内学会参加にまわしたが使いきることができなかったため。H25年度に構築した可視化システムから得られるデータを利用可能にするデータベースを構築する。現時点での音環境計測データの時間的、空間的な発生頻度の割合
地球温暖化防止を目的とする湿地におけるメタン発生量削減のための生態工学的研究

本研究においては、目的である湿地より発生するまたは酸化除去されるメタンを定量的に把握する方法を確立すること、およびこのような湿地における発生メタン量を削減するための具体的な方法を検討することを目的として、以下の研究を行った。(1)湿地から発生するメタンの測定方法とメタン発生速度の定量的評価方法の確率。(2)湿地植生の違いによるメタン放出量の変化とその要因解析に関する研究。(3)代表的湿地に生息する土着のメタン酸化細菌を分離し大量に培養する方法の確立に関する研究。本研究によって得られた研究実績は以下の通りである。(a)湿地における植生区分ごとのメタンの放出量を実測する方法として幅および奥行きが150cm、高さ240cmのビニールチャンバーを組み立て、これによって発生ガスを補集するとともに、チャンバー内のメタンの濃度変化よりメタン放出量を推定することを試みた。その結果、マコモ田におけるメタンの放出が確認されたが、葦群生陸域におけるメタンの放出は確認できなかった。(b)マコモ・葦群生湿地・蓮群生湿地および植生のない湿地の各湿地の底泥におけるメタン保持量を測定したところ、これらの植生の違いによって底泥中に抑留されたガスの量メタンガス濃度は大きく異なることが知られた。また、これらガス量とメタンガス濃度は季節的に大きく変動することおよびマコモ・葦群生湿地底泥は非常に多くのメタンを発生するが、同様に有機物含量の高い連群生地の底泥ではガスの抑留量はは比較的多いもののメタンの発生は多くないとみなされた。(c)伊豆沼底泥サンプルおよび同湖沼のマコモ群生土壌を土着細菌の分離源として、バイアルビンによる集積培養および嫌気ジャー中での平板培養によって3株のメタン酸化細菌を分離することができた。これらのメタン生成細菌は25°Cでメタンを唯一の炭素源として比較的速い増殖を示した。
細菌添加培養処理による感染性ウイルス選択的遺伝子定量法の開発

PCR法ではウイルスの感染性の有無について判定できない。本研究では、PCR法の前処理として、感染性のあるウイルスを選択的に残す手法の開発を行った。様々な菌株を用い、RNAの分解を試みたが、短時間で99%以上のRNA分解(RT-PCRによる定量ベース)を達成することが困難であることが分かった。そこで、細菌処理に代わり、がん治療等で遺伝子に働く治療薬としても用いられているプラチナに着目し、研究を行った。cis-DDPを用いた方法はウイルスの不活化を評価するために効果的な方法であることが分かった。PCR法ではウイルスの感染性の有無について判定できないとされてきている。環境水中に含まれるウイルスには、さまざまな要因によりダメージを受けたウイルス粒子が存在し、感染性のあるウイルス数を定量するのが困難な状況となっている。本研究では、PCR法の前処理として、感染性のあるウイルスを選択的に残す手法の開発を行う。すなわち、細菌を用いた前処理により、ウイルスゲノムであるRNA・DNAを効率的に分解し、なおかつその間に感染性のあるウイルスが感染性を失わない条件を見出す。この手法は、細菌添加培養処理による感染性ウイルス選択的遺伝子定量法であり、ウイルスの感染リスクに関して実際のリスクを反映した評価手法として、レクリエーション水利用や上水道などの分野において、検査法として受け入れられる可能性がある。活性汚泥や二次処理水中に多く見られる細菌の単離株および30°C以上で増殖する菌を中心に、RNA分解能のスクリーニングを行う。また、モデルウイルスとして複数の腸管系ウイルスおよび大腸菌ファージを用いて、感染力価が低下しない条件を確認する。RNAの分解と感染力価の維持が同時に達成できれば、細菌添加培養処理による感染性ウイルス選択的遺伝子定量法が開発されたことになる。高温加熱処理により本手法の有効性を確認し、さらに、塩素消毒やオゾン処理などにおいて損傷を受けたウイルスを対象に、開発された手法の有効性を確認する。また、EMAやPMA,あるいはRNaseなど、他にも前処理法として提案されている手法があるので、それらの前処理法と比較し、感染性のあるウイルスの選択的検出法としての有用性を比較する。浄水後の水におけるウイルス測定においては、不活化したウイルスの測定について偽陽性の課題がある。近年、EMAやPMAなどの前処理と組み合わせてPCRを行うことで、損傷したウイルスと完全なウイルスの識別をする方法が使用されているが、培養法との結果を表せていない。本研究では、プラチナ化合物を利用し、完全なウイルスの選択的な検出を試みた。ポリオウイルスを用い、遊離塩素1mg/Lで4分接触し、3Log(99.9%)程度の不活化を行った。定量PCRにおいては不活化は0.3Log以下に過小評価され、EMA-PCRにおいても0.5Log程度の不活化と過小評価されたが、cis-DDPを用いた方法では2.3Logの不活化が観察され、より培養法に近い結果を得ることができた。このことから、cis-DDPを用いた方法はウイルスの不活化を評価するために効果的な方法であることが分かった。活性汚泥や土壌等から単離されている細菌のライブラリを対象として、研究を進めた結果、ウイルスゲノムを分解する能力のある細菌を単離することができた。今後は、環境試料を対象に、単離されていない細菌を含め、さらに高性能なウイルスゲノム分解能を有する菌を模索することと、工学的に必要な作業を並行して進めることが可能になった。環境工学ウイルスゲノムを分解する能力のある細菌を単離することができた。今後は、さらに高性能なウイルスゲノム分解能を有する菌を模索することと並行して、Intactなウイルスのゲノムは分解せず、Nakedウイルスゲノムの分解能が高い細菌という観点から、最適条件ならびに有力な菌を探索することを続ける。今年度は、有用な細菌の評価法を確立することを優先し、環境試料からの探索ではなく、ライブラリーとして手元にある単離済みの細菌を対象として研究を進めた。その結果、次年度以降の探索並びに評価のため、必要な資金を確保する必要が生じたため。
オプチニューリン変異マウスによる筋萎縮性側索硬化症の病態解明・治療法の開発

オプチニューリンノックアウトマウスは24ヶ月齢の時点においても生存曲線・体重・運動能力について正常コントロールとの差を認めなかった。病理学的検討では腰髄前角での運動ニューロンは軽度減少していた。また残存神経細胞内には封入体様構造物を認め、ゴルジ装置の断片化の増加を認めた。坐骨神経では軸索変性の所見を認めた。変異型ヒトSOD1トランスジェニックマウスとOPTNノックアウトマウスのダブル変異では運動障害の進行が緩和され、寿命が延長した。筋萎縮性側索硬化症の原因遺伝子として同定したオプチニューリンはNF-κBの活性の抑制やオートファジーとの関連が指摘されているため、これらが発症にどのように関与しているかについてモデルマウスを用いて検討を行っている。各種作成ずみの変異マウスについてはgenotypingにより変異が導入されていることを確認した。オプチニューリンノックアウトマウスは最長で2年経過した個体が少数存在する。体重・ロターロッド試験・フットプリント・握力・症候学的スコア・生存曲線で評価したが、現在のところ臨床症状を確認できる個体はない。少数個体では運動ニューロン・アストロサイト・マイクログリア・オリゴデンドロサイトなどについて病理学的検討を行ったが運動ニューロンの減少やアストロサイトの増加といった明らかな変化は認められない。このタイプのノックアウトマウスおよび別の種類のノックアウトマウスについてもさらに多数で飼育を継続中であり、変化を統計学的に比較検討できる程度の個体数を確保する予定である。オプチニューリン変異導入マウス3種類に関しては飼育を継続し、純化・繁殖を進め評価を継続している。SOD1 (Superoxide dismutase 1) (G93A)変異とオプチニューリンノックアウトをかけあわせたマウスおよびGFP-LC3とオプチニューリンノックアウトをかけあわせたマウスについても飼育を継続し、純化・繁殖を進め、臨床症状の評価を継続している。筋萎縮性側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis: ALS)の原因遺伝子として同定したオプチニューリン(optineurin; OPTN)はNF-κB活性の抑制やオートファジーとの関連が指摘されている。またOPTNは孤発性ALS患者や変異型SOD1 (superoxide dismutase 1)による家族性ALS患者の下位運動ニューロン内でそれぞれ見られるTDP-43、SOD1陽性の封入体に局在する。さらにヒト変異型SOD1トランスジェニックマウス(hSOD1)において末期に脊髄内ミクログリアでOPTNのmRNAの発現量が増加していることが報告されている。これらが発症にどのように関与しているかについてモデルマウスを用いて検討している。各種作成済みの変異マウスについてはgenotypingにより変異の導入が確認されているものの飼育を継続している。OPTNノックアウト(OPTN-KO)マウスは現在のところ臨床症状を確認できる個体はない。また病理学的に検討を行ったところ興味ある結果を得られつつある。多数例での検討により統計学的に比較検討できるように飼育を継続している。OPTN変異導入マウス3種類に関しては飼育を継続し、純化・繁殖をすすめ評価を継続中である。SOD1のG93A変異とOPTN-KOをかけあわせたマウスおよびGFP-LC3とOPTN-KOをかけあわせたマウスについても飼育を継続し、純化・繁殖をすすめ、臨床症状の評価が継続できている。オプチニューリンを欠損したhSOD1マウスはhSOD1マウスと比較して体重の減少が一時的に軽減し、運動機能障害の進行が緩和され、生存期間の延長が認められた。末期のhSOD1/OPTN-KOマウスの腰髄ではこれまでALS発症との関連が示唆されているタンパクのmRNA量がhSOD1に比べて増加していた。オプチニューリン変異導入マウスで未だ臨床症状をきたす個体が得られていない。しかしながら病理学的検討では興味ある結果が得られつつある。ノックアウトマウスの状況からは、これらのマウスすべてが評価可能となるのは1年程度さらに飼育期間が必要であると思われる。OPTNノックアウトマウスについては、腰髄組織を用いたWestern blottingにより、N末側・中間部分・C末側の3種類の抗体において約70kDa付近のバンドの消失を確認した。また免疫組織学的にも腰髄の神経細胞内のOPTNの消失を確認した。この系統のマウスの飼育・繁殖を継続した。このノックアウトマウスでは病理学的には腰髄前角での運動ニューロンの軽度の減少を認めた。また残存神経細胞内には封入体様構造物を認めた。ヒトALS患者の病理所見と同様に、ノックアウトマウスにおいても運動ニューロンにおけるゴルジ装置の断片化を認めた。坐骨神経では軸索変性様の所見を認めた。しかしながら24ヶ月齢の時点においても、生存曲線及び体重や運動能力について正常型と差を認めなかった。変異型ヒトSOD1(G93A)トランスジェニックマウスとOPTNノックアウトマウスを掛け合わせた個体においてはSOD1のみの変異マウスと比較して、運動障害の進行が緩和され、寿命が延長した。

1種類のオプチニューリンノックアウトマウスでは最長で2年が経過した個体が少数存在するが、未だ臨床症状をきたす個体が認められない。また病理学的変化について統計学的に比較検討できるほどの個体数が確保できていないため、飼育を継続している。他の種類のノックアウトマウスは飼育を継続している。また変異導入マウス3種類も飼育を継続している。さらにSOD1変異やGFP-LC3とオプチニューリンノックアウトを掛け合わせたマウスも飼育を継続している。ノックアウトマウスの状況からは、これらのマウスが評価可能となるには2年程度飼育期間が必要になるものと思われる。hSOD1/OPTN-KOマウス、およびOPTN-KOとGFP-LC3をかけあわせたマウスの飼育を継続し、臨床症状の発現、病理学的検討および病期ごとに腰髄でのmRNA発現量の解析を行う。ALS症状の評価の方法としては体重・ロターロッド・フットプリント・握力・症候学的スコア・生存曲線で行う。Neurofilament、GFAP、IbaI、Oligo2を用いて神経細胞・アストロサイト・マイクログリア・オリゴデンドロサイトについて評価する。また病態と関連を想定しているUbiqitin、リン酸化TDP43、LCs、NF-κB、p62、TGN-46を用いて評価する。これらの指標を用いて運動ニューロンの減少や封入体形成の有無などについて同年齢のコントロールと比較して検討する。さらに末期症状のマウスでは腰髄を採取してリアルタイムPCRによりALS発症に関連するタンパクのmRNA発現量を解析する。このような比較を統計学的に検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。神経内科オプチニューリンノックアウトとSOD1 (G93A)変異をかけあわせたマウス、およびオプチニューリンノックアウトとGFP-LC3をかけあわせたマウスの飼育を継続し、臨床症状の発現について検討する。ALS症状の評価の方法としては体重・ロターロッド・フットプリント・握力・症候学的スコア(5:尾を持って垂れ下げた時に後肢を伸ばし2秒間維持、4:尾を持って垂れ下げた時に後肢が震えるか伸びが弱くなる、3:30cm歩行中に少なくとも2回指先が丸くなるか肢をひきずる、2:麻痺や微かな関節運動、1:30秒間姿勢を維持できない)・生存曲線で行う。その他の系統のマウスにおいても臨床症状や病理学的に検討する。Neurofilament, GFAP, IbaI, Oligo2を用いて神経細胞・アストロサイト・マイクログリア・オリゴデンドロサイトについて評価する。また病態と関連を想定しているものとしてUbiquitin,リン酸化TDP43, LC3, NF-κB, p62, TGN-46を用いて評価する。
水中バブル放電プラズマを用いた官能基修飾磁気微粒子による放射性セシウム回収技術

本研究では、プラズマ表面処理技術を駆使したセシウムイオン吸着用磁気ナノ微粒子の開発を目的とし実験を行った。主な研究成果として、(1)セシウムイオンの吸着メカニズムについて、水酸基によるセシウム吸着効果と吸着材のカチオン交換特性が重要であることを明らかにした。(2)複数のイオンが混在する溶液中でのセシウム吸着選択性の確認実験を行い、カチオン交換特性およびイオンサイズに大きく依存することを明らかにした。(3)プルシアンンブルー単体と同等のセシウムイオン吸着特性を有するプルシアンブルーを固定化した新規磁気ナノ微粒子の作製に成功した。本研究では、比表面積の大きい特長を生かした磁気ナノ微粒子を用いて、放射性セシウムイオンの選択的除去技術の原理検証を行うことを目的として研究を実施した。平成25年度では、アーク放電法により作製したグラフェン外包磁気ナノ微粒子のプラズマ表面修飾を行い、多孔質セラミックを用いたバブル自己生成機能を有する平行平板型電極を用いて、セシウムイオンの溶融した液中での磁気微粒子によるセシウムイオンの回収率を調べる研究を行う。以下に平成25年度に実施する具体的な実験項目を列記する。(1)グラフェン外包磁気ナノ微粒子のプラズマ表面修飾と官能基数の定量的評価:Ar/NH3プラズマによるアミノ基修飾のほか、Ar/O2プラズマおよびAr/H2Oプラズマを用いてカルボキシ基およびハイドロキシ基の導入の可能性についても調べた。また、それぞれの場合の官能基数の絶対評価は誘導体化法を用いて行った。(2)グラフェン外包磁気ナノ微粒子を用いたセシウムイオン回収実験:上記で得られた各種官能基修飾を施した磁気微粒子を用い、水溶液中に溶融させたセシウムイオンの回収率を比較する実験を行った。(3)複数の正イオンが混在する溶液中でのセシウム吸着選択性の確認:種々のアルカリ一価イオンを用いて、セシウムイオンの吸着特性を調べるとともに、一価正イオンが混在したときに、セシウムが優先的に結合することを実験的に検証した。得られた成果を、国際的に評価の高い学術論文に4編、国際会議で3件、国内学会で15件の発表を行った。平成25年度において、プラズマ表面修飾を用いたカルボキシル基を修飾した磁気ナノ微粒子のセシウムイオン吸着に関する原理検証実験に成功し、概ね当初の研究計画に即した成果を収めた。平成26年度では、磁性ナノ材料によるセシウム吸着率およびイオン選択性を改善するため、磁性を付加したカーボンナノチューブおよびベントナイト(粘土鉱物)、あるいはグラファイト被覆鉄ナノ微粒子を用いて、プラズマ表面処理による官能基添加、キトサンやプルシアンブルーなどの吸着剤を固定化し、セシウム吸着特性を調べた。以下に、平成26年度に得られた本研究の主な結果を列記する。(1)磁性ナノ構造材料によるセシウムイオンの除去メカニズムについて、磁性ナノ材料表面へのキトサン固定化の有無によるセシウム吸着率の比較実験から、水酸基によるセシウム吸着効果の確認と、吸着材のカチオン交換特性が重要であることを明らかにした。(2)セシウムの選択性を調べるため、複数のイオンが混在する溶液中での種々のナノ材料のセシウム吸着選択性の比較実験を行った。実験の結果、カチオン交換特性およびイオンサイズに大きく依存し、セシウム除去率はMg2+ Li+ > Na+ >K+の順に低下していくことを明らかにした。(3)磁性ナノ材料表面にキトサンやプルシアンブルーを固定化した場合のセシウムの吸着特性を調べた。カーボンナノチューブでは、キトサン添加により除去率の向上が確認できたが、ベントナイトでは逆に低下がみられ、カチオン交換特性の劣化によるものと考えられる。またプラズマ表面修飾技術を用いたプルシアンブルーの磁気ナノ微粒子表面への固定化に成功しており、良好なセシウム吸着特性を有することを明らかにした。(4)得られた成果を、国際的に評価の高い学術論文に3編、国際会議で4件、国内学会で6件の発表を行った。プラズマエレクトロニクス磁気微粒子のプラズマ表面修飾により、アミノ基修飾およびカルボキシ基修飾に成功した。特にカルボキシル基修飾磁気微粒子を用いたセシウムイオン吸着の原理検証に成功した。これらの成果は2編の学術論文に発表し、また、ベントナイトおよびカーボンナノチューブを吸着材として用いたセシウムイオン吸着特性に関する研究について、学術論文に2編掲載済みであり、概ね当初の研究計画に即した成果を収めたと判断した。平成25年度に実施した研究項目の進展状況を踏まえ、平成26年度では主に微粒子のセシウム回収率、選択性を改善するため、官能基修飾した微粒子にキトサンなどの多糖類等を固定化した場合について、セシウムの選択的かつ高効率回収の可能性を調べる。以下に、平成26年度に実施する実験項目を列記する。

(1)複数のイオンが混在する溶液中でのセシウム吸着選択性の確認:昨年度に引き続き、複数のイオンが混在する溶液中でのセシウム吸着選択性の確認実験を継続し、期間内での目標の達成に努力する。(2)官能基修飾した微粒子に多糖類等を固定化した場合の選択的かつ高効率セシウム収:磁気ナノ微粒子表面にポリエチレングリコール(PEG)誘導体や種々の糖鎖分子などを固定化させ、セシウムイオンの吸着特性を調べ、新規吸着材料の可能性を探る。(3)福島地域での土壌を用いたセシウム回収実験:上記の研究項目が良好であれば、実際の放射性セシウムを含んだ土壌を用いたセシウム回収実験にもチャレンジする計画である。得られた研究成果が実用化に展開できる場合には、セシウム吸着した磁気ナノ微粒子からのセシウム分離や高濃度セシウムの遮蔽モールド技術などについて検討を行う予定である。(4)研究成果の発表およびその後の展開:2年間の研究期間に得られた成果を、国際的に評価の高い学術論文あるいは主要な国内学会や国際会議で発表を行う。また、特許性のある内容については、積極的に特許出願等を行っていく予定である。
個別インタラクティブ教育のための知識コンテンツ作成支援システム

1大教室での講師を追従するためのカメラ視野の決定方法とシーン分割方法臨場感のある映像eラーニングシステムを実現するためには,パン・チルト・ズームができるカメラの動作速度が問題となっており、講師に高速に追従するアルゴリズムを開発した。また大学の普通教室で行っている授業映像を自動的にシーン分割する方法について、(a)黒板の状態変化(文字の消去、昇降動作)を基に実施する新しいアルゴリズムと、(b)非発話情報から講師の動作認識(文字・図形の筆記、文字・図形の消去、昇降動作、音声の切れ目)を行う新しいアルゴリズムを開発し、実際の授業映像を対象とした評価実験を行った。2板書したキーワードを対象とする事前知識を利用した文字列認識と高解像度画像の合成板書した文字列を対象に講義キーワードを単語認識するアルゴリズムを開発した。文字列を認識するためには、黒板の明度を安定して観測する必要があり、新しい局所領域の2値化方法(中央値差分分析法)を開発した。また高精度な文字認識をするには、高解像度画像が必要となるので、カメラをスキャンさせて撮影した複数枚の板書画像を対象とし、輝度調整を自動的に行い、高解像度の板書画像を合成する方式を開発した。3紙形式文書の電子テキスト化とその利用方法に関する個別学習支援システムの開発高等教育用の授業内容を電子化した電子テキストは量が少なく、各種資料などの紙情報を電子テキストに自動変換する必要がある。そこで、教科書、電子カルテなどの紙形式文書を対象にレイアウト情報、フォント情報を基に、優先度付き検索用タグ(XML)を自動的に付加する方法を開発した。またこの知識データベースを利用して疑問に思ったキーワードに関連する説明文をクリックだけで表示できる個別学習支援システムを試作した。本年度の研究実績を以下に示す。1カメラとペン位置検出装置を併用したカメラ視野の高速移動方法(動的映像観測システム)臨場感のあるeラーニングシステムを実現するためには,パン・チルト・ズームができるカメラの動作速度が問題となっている。すなわち,現在のカメラ視野決定システムは,研究室で作成したソフトウェアで動作しており,動作速度が遅く,講師が少し早く移動した場合,講師の動きに追従できていない。そこで,今年度このシステムのソフトウェアの高速化の研究を行い,時間遅れが1秒以内となるようにカメラ視野の高速移動アルゴリズムを新たに考案し,実際の大教室(定員90名)で評価実験を行った。しかしまだ目標値に達成しておらず,改良すべき点が多数あることが明確となった。2教科書の電子化(テキスト形式知識メディア)現在,全文が電子化され,公開されている高等教育用教科書が少なく,本研究を実施するための教科書データベースの不足に問題となっている。そこで,イメージスキャナを活用してパーソナルコンピュータでOCRソフトウェアにより電子化を行った。3板書した文字列を対象とする高精度文字列認識(高精度手書き文字認識)講師がホワイトボードに筆記する文字列は,筆者らが従来から研究対象としていた紙面上の文字と異なり,ホワイトボードではペンのすべりが大きく,従来の文字認識ソフトウェアで文字認識を行うと,実用レベルの文字認識精度を得ることはできなかった。そこで,この問題を解決するために,教科書からキーワード84単語を事前登録し,登録したキーワードを単語辞書として板書画像から自動認識する方法について検討し,5人の筆記者に対するキーワード認識率が32.1%から88.1%に向上した。1大教室での講師を追従するためのカメラ視野の高速移動方法(動的映像観測システム)実際に授業をしている教室で講師の自動追従システムを使用して講義映像を撮影したところ、カメラの動作速度が遅く、追従速度が遅かったので、プログラムの高速化(処理方式の変更)と探索領域の限定を行い、カメラの動作を約10倍速くした。2教科書の電子化(テキスト形式知識メディア)