hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
送粉者の訪花選択性が高山植物群集の開花フェノロジーに及ぼす影響

高山帯で優占度の高かったマルハナバチ類は、植物群集の開花量変化に応じて亜高山帯や山地樹林帯との間を移動していると考えられた。マルハナバチ類の訪花頻度が低下する高山植物群集では、マルハナバチ媒花植物でもコハナバチ科やヒメハナバチ科など小型ハナバチ類による送粉が欠かせないことが示唆された。高山帯よりも標高の低い樹林帯では外来植物が送粉系を攪乱しており、高山生態系に及ぼす間接的な影響が危惧された。本研究は送粉者の出現季節や行動特性と植物群集の開花フェノロジー構造の関係を解明するものである。本年度は低地から高山帯までの広域的なスケールで調査サイトを設定した。植物とハナバチ類のネットワーク関係を明らかにするため、開花植物全種について開花フェノロジーをモニタリングするとともに、訪花したハナバチ類の同定と訪花頻度の調査を行った。その結果、ハナバチ相は低地ではヒメハナバチ類やコハナバチ類など小型のハナバチ類が種数、個体数ともに多く、低地から高山帯にかけて標高が上がるにつれてマルハナバチ類の占める割合が高くなることが明らかになった。低地で優占する小型ハナバチ類は多くの種が複数種の植物に訪花したが、特定の植物種に対して比較的強い訪花選好性を示すスペシャリスト的な行動特性を示すハナバチ種が存在することを明らかにした。このことはハナバチ類全体と開花植物群集のネットワーク関係を解明するための手がかりとして非常に重要である。次に、低地では多種の外来植物が開花したが、そのうち数種の外来植物が非常に高い開花密度を示すことを明らかにした。また、いくつかの外来植物種は開花期間が数ヶ月に及ぶなど、在来植物とは異なる開花フェノロジーの特徴を示した。これらの外来植物には多種の小型ハナバチ類が高頻度に訪花しており、在来植物に対する訪花頻度に影響を及ぼしている可能性が示唆された。例えば、ブタナが開花しない地域では在来植物に多種類の小型ハナバチが訪花したが、ブタナが開花する地域ではそれらのハナバチ類がブタナに誘引される傾向があった。このように外来植物の開花は植物とハナバチ類の送粉系相互作用を撹乱する要因となることを示唆した。手取川水系に沿って標高200mほどの地点から白山山頂付近の標高約2,600mの範囲に、樹林帯3ヶ所、亜高山帯3ヶ所、高山帯6ヶ所の合計12プロットを設定した。植物とハナバチ類のネットワーク関係を明らかにするため、各プロットで開花植物全種について開花フェノロジーをモニタリングするとともに、訪花したハナバチ類の同定と訪花頻度を調べた。その結果、マルハナバチ類は標高800mの樹林帯より高標高の地点にかけて広く分布していた。標高800mの樹林帯と標高2,100m以上の高山帯ではシーズンの比較的初期からマルハナバチの活動が観察されたが、標高1,300mから2,000mの間のブナ帯、亜高山帯はシーズン中期からマルハナバチの個体数が増加した。シーズン後期には高山帯でのマルハナバチの活動が見られなくなり、亜高山帯が採餌活動の中心エリアとなることが推測されたが、マルハナバチの同一個体群が生態系をまたいで季節的に垂直移動したのか、それとも各生態系で異なる個体群が活動していたのかについてはまだ明らかにできていない。しかし、このことは亜高山帯のマルハナバチ媒花植物の繁殖成功が高山帯のマルハナバチ媒花植物の開花パターンとそれに伴うマルハナバチの広域的な活動エリアの変化に影響を受ける可能性があることを示唆するものである。ヒメハナバチ類やコハナバチ類は標高が低いほど種数、個体数ともに多かった。またヒメハナバチ類がシーズン初期、コハナバチ類がシーズン後期に多く、春と秋にハナバチ類の個体数が多くなるという季節性も標高が低いほど明瞭になる傾向があった。高山帯では雪解け傾度に沿って常にマルハナバチ媒花以外の花資源が存在するため、ハナバチ類の季節的な個体数変動は少なかった。本研究は送粉者の出現季節や訪花植物に対する選択性と植物群集の開花フェノロジーの関係を解明するものである。送粉者として機能する昆虫類は幅広い分類群に渡るが、ハナバチ類は特に重要な送粉者と考えられる。本年度は石川県加賀地方の標高の異なる5地点に調査サイトを設定し、ハナバチ類の種組成と開花植物相の標高傾度に沿った変化について調査した。高山帯では低温や強風などの厳しい環境に適応したマルハナバチ類が重要な送粉者と予測されるが、高山帯のみを生息場所とするマルハナバチはおらず、最優占種であったヒメマルハナバチでさえ高山帯から標高800m付近の樹林帯にかけて広く分布していた。

しかし、ヒメマルハナバチは高山帯から地理的に離れた標高1,000m前後の山地帯には分布しなかったことから、高山帯で活動していたマルハナバチ類は花資源の季節的な状況変化に応じて高山帯から亜高山、さらに標高の低い樹林帯まで広く移動しながら採餌活動している可能性が示された。上記のようなマルハナバチ類の広域的な季節移動は、単位面積×時間当たりのエネルギー獲得量がある一定値を下まわるとマルハナバチ個体群がそのエリアから立ち去ることに起因すると考えられ、高山植物群集における開花シーズンを通した送粉ネットワークの維持にはマルハナバチ以外のハナバチ類、さらにはハナアブ等による送粉が必要であることが示された。本年度の調査によって、コハナバチ科やヒメハナバチ科、コシブトハナバチ科といった比較的小型のハナバチ類には高山帯を中心に分布する種が数種存在し、高山植物の中にはこれらのハナバチ類による送粉が欠かせないものが含まれる可能性が示唆された。高山帯から低地までカバーした広いエリアについて、ハナバチ類だけでなく双翅目昆虫などを含めた幅広い分類群の昆虫類の訪花頻度の季節変化と開花フェノロジーの関係を解明することが今後の課題である。高山帯のハナバチ類の行動と開花植物の関係が当初の研究課題であった。しかし、標高の低い地点の樹林帯や亜高山帯も調査地に加えることによって、ハナバチ類の広域的な分布や移動のパターンが明らかになりつつあり、ハナバチ類と植物の関係がより明確になりつつある。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度も過去2年間と同様の調査を継続し、高山帯の雪解け傾度に沿った植物の開花パターンとハナバチ類の訪花特性、さらには標高経度に沿った植物とハナバチ類の関係について3年間のデータを蓄積する。高山帯だけでなく、亜高山帯やブナ帯も含めた各生態系の植物群集とハナバチ類のネットワーク構造について、生態系間におけるハナバチ類の季節的な移動性を考慮に入れて解析を進める。
結晶カイラリティの定量化とそれに基づくカイラル物性の理解

本年度は、カイラル化合物群A(BO)Cu4(PO4)4(AB系と略記)を対象とした研究を行い、下記の成果を得た。AB = BaTi系の旋光度とカイラリティ強度の温度変化は、約800度で生じる旋回構造相転移の近傍では良く一致するが、温度低下とともに定性的な不一致を示す。この不一致の起源を明らかにするため、可視光領域における吸収スペクトルの温度依存性を測定した。その結果、昇温による吸収ピークの拡がりに加えて、吸収端波長の大幅なシフトを観測した。旋光分散と吸収スペクトルには相関があることから、旋光度とカイラリティ強度の温度依存性の不一致の要因は吸収スペクトルの温度変化であると考えられる。PbTi系とSrTi系の電気磁気特性を多角的に調べた。PbTi系においては、磁場誘起強誘電相の性質と微視的起源を実験と理論の両面から解明し、その成果をPhys. Rev. Mater.誌に発表した(Editors' Choiceに選出)。さらに、この磁場誘起強誘電相において、近赤外領域で約10%にも達する非相反光学効果を観測した。SrTi系においては、磁場誘起の反強誘電相を新たに発見し、その性質および微視的起源に関する研究成果をPRB誌に発表した。最後に研究期間全体を通じて得られた成果をまとめる。同型の結晶構造を有するカイラル化合物群においてはカイラリティ強度とカイラルドメインの形成様相には相関があり、それが結晶合成方法によらない可能性を示した。また、カイラリティ強度を秩序変数とする旋回構造相転移に近傍では、旋光度とカイラリティ強度の温度変化が良く一致することを示した。さらに、本研究で開発した新物質群AB系が、電気磁気特性の観点から極めて興味深い系であることを明らかにし、当初は予期していなかった様々な成果を得た。新たに採択された基盤Bにおいて、これをさらに発展させる研究を実施する計画である。本年度は、AおよびBサイトの元素置換でカイラリティ強度を制御可能な物質群A(BO)Cu4(PO4)4(以下AB系と略す)を対象とした研究を推進した。新物質Pb(TiO)Cu4(PO4)4の合成に成功し、その単結晶がAB = BaTiとSrTiの合成法とは異なる方法で合成可能であることを明らかにした。単結晶X線構造解析の結果、PbTi系は他のAB系物質と同様のカイラル結晶構造を有しており、そのカイラリティ強度はSrTi系のそれに匹敵するほど大きいことが分かった。カイラルドメイン分布に関するこれまでの研究から、カイラリティ強度の大きいSrTi系ではモノドメイン状態を、カイラリティ強度の小さいBaTi系ではマルチドメイン状態を示す傾向が見出されている。そこで、PbTi単結晶中のカイラリティドメイン分布を調べたところ、ほぼ全ての試料がモノドメイン状態を示すことが分かった。このことから、AB系におけるカイラリティ強度とドメイン形成様相の相関が、結晶合成方法によらない普遍的なものであることが分かった。カイラリティ強度の小さいBaTi系において、約700度で2次のカイラル-非カイラル構造相転移が生じることを共同研究により明らかにした。さらに、この相転移の前後で旋光性が消失することを本年度に購入した高温ステージによる偏光顕微鏡観察により確認した。これは旋回相転移と呼ばれる大変珍しい相転移であり、酸化物としては初の例である。これにより、適切な外場によりBaTi系のカイラリティが制御できる可能性が大きく拓けた。BaTi系の電気磁気特性を国内外の研究グループとの共同研究により多角的に調べ、磁気四極子秩序に起因した電気磁気結合の観測、および実験を再現する有効スピンモデルの構築に成功した。これらの成果はそれぞれNat. Commun.誌とPhys. Rev. Lett.誌に掲載された。カイラル化合物群A(BO)Cu4(PO4)4に属する新物質の単結晶合成に成功するなど、物質探索は順調に進展し、これによりカイラリティ強度とカイラルドメイン形成様相の理解を深めることに成功している。さらに、電気磁気特性の探査の過程において、AB = BaTi系における磁気四極子秩序の形成に起因した電気磁気結合の観測に成功するという、特筆すべき成果を挙げることに成功した。一方で、旋光度といった代表的なカイラリティ由来物性とカイラリティ強度の相関を実験的に調べるには至っていない。以上から、研究は概ね順調に進展していると判断した。本年度は、前年度に引き続き、AサイトおよびBサイトの元素置換でカイラリティ強度を制御可能な物質群A(BO)Cu4(PO4)4(以下、AB系と略す)を対象とした研究を推進した。得られた成果を以下に記す。これまでに実施した高温単結晶X線回折から、AB = BaTiの系は、約800度でカイラル-非カイラル構造相転移を生じ、その前後においてカイラリティ強度が2次相転移的な温度依存性を示すことが分かっている。そこで、カイラリティに由来する代表的な現象である旋光度とカイラリティ強度の相関を明らかにするため、AB=BaTiの単結晶を用いて、旋光度の温度依存性を定量的に測定した。その結果、相転移温度近傍においては、旋光度の温度依存性は定量的カイラリティの挙動と良く一致することが明らかとなった。一方で、相転移温度から離れると、両者は定性的に異なる温度依存性を示す。次に、AB = SrTi, PbTiについても同様の測定を行い、BaTiの結果と比較した。

その結果、室温においてカイラリティ強度はBaTi < PbTi < SrTiの順に大きくなるのに対して、旋光度はPbTi < BaTi < SrTiの順となっており、両者に正の相関は見られなかった。BaTi系、SrTi系、PbTi系の電気磁気特性を国内外の研究グループとの共同研究により多角的に調べた。その結果、PbTi系においてフェロイックな四極子型磁気秩序が実現し、これに起因してマクロな電気磁気効果が生じることを発見した。この成果は、Physical Review Bに掲載され、さらに、Editors' Choiceに選出された。この他にもPbTi系においては、多極子成分の変化を伴う磁場誘起強誘電転移や、純粋な磁気四極子型秩序系としては初めての非相反光学効果の観測にも成功した。現在、論文を執筆中である。PbTi系におけるフェロイックな四極子型磁気秩序の実現と、これに伴うマクロな電気磁気効果の発見は、当初の研究計画では想定していなかった特筆すべき成果であり、これをきっかけとした研究が大きく進展している。一方で、当初計画であるカイラリティ強度と物性の相関の解明に関しては、現状では、得られた実験結果を十分に説明できるシナリオが構築できていない。以上から、研究はおおむね順調に進展していると判断した。本年度は、カイラル化合物群A(BO)Cu4(PO4)4(AB系と略記)を対象とした研究を行い、下記の成果を得た。AB = BaTi系の旋光度とカイラリティ強度の温度変化は、約800度で生じる旋回構造相転移の近傍では良く一致するが、温度低下とともに定性的な不一致を示す。この不一致の起源を明らかにするため、可視光領域における吸収スペクトルの温度依存性を測定した。その結果、昇温による吸収ピークの拡がりに加えて、吸収端波長の大幅なシフトを観測した。旋光分散と吸収スペクトルには相関があることから、旋光度とカイラリティ強度の温度依存性の不一致の要因は吸収スペクトルの温度変化であると考えられる。PbTi系とSrTi系の電気磁気特性を多角的に調べた。PbTi系においては、磁場誘起強誘電相の性質と微視的起源を実験と理論の両面から解明し、その成果をPhys. Rev. Mater.誌に発表した(Editors' Choiceに選出)。さらに、この磁場誘起強誘電相において、近赤外領域で約10%にも達する非相反光学効果を観測した。SrTi系においては、磁場誘起の反強誘電相を新たに発見し、その性質および微視的起源に関する研究成果をPRB誌に発表した。最後に研究期間全体を通じて得られた成果をまとめる。同型の結晶構造を有するカイラル化合物群においてはカイラリティ強度とカイラルドメインの形成様相には相関があり、それが結晶合成方法によらない可能性を示した。また、カイラリティ強度を秩序変数とする旋回構造相転移に近傍では、旋光度とカイラリティ強度の温度変化が良く一致することを示した。さらに、本研究で開発した新物質群AB系が、電気磁気特性の観点から極めて興味深い系であることを明らかにし、当初は予期していなかった様々な成果を得た。新たに採択された基盤Bにおいて、これをさらに発展させる研究を実施する計画である。
融合ナノプローブ薬剤送達システムを用いた脳虚血巣選択的オートファジー制御への挑戦

虚血耐性/ニューロン頑強性の基礎的機構の一つがオートファジーであるという仮説を立て,オートファジーのマーカーであるmicrotubule-associated protein1 light chain 3 (LC3)の発現をヒト剖検脳と申請者らの確立した慢性脳低灌流モデルマウスを用いて観察したところ,1.慢性低灌流を背景とする血管性認知症であるビンスワンガー病の剖検脳では,大脳皮質第5層のニューロン細胞体のLC3の発現が一貫して上昇しており,コントロール脳やアルツハイマー病でほとんど発現が見られないことと対照的であった.2.慢性低灌流モデルマウスの大脳皮質ニューロン細胞体ではLC3の発現が顕著に増加していた.したがって,慢性虚血脳の大脳皮質ニューロンでは,慢性虚血という一種の飢餓状態への耐性機構としてオートファジーが作動し,その機構が破綻することで神経細胞死が誘導されるのではないかという作業仮説を立てた.しかし,LC3やオートファジー小胞に発現するLC3-IIは,後期虚血耐性が誘導されるとされる虚血プレコンディショニング後24時間以降ではむしろ発現が低下しており,この時間的連関からは,虚血耐性機構にオートファジーが関連しない可能性が示唆された.一方,オートファジー関連タンパク質は,虚血プレコンディショニング後3-12時間の本来虚血耐性が誘導されない時間帯に発現が増強していた.虚血プレコンディショニング直後にオートファジー阻害薬3-MAを脳室内投与しておくと,中大脳動脈閉塞による梗塞巣の拡大が観察されたことから,オートファジーは虚血耐性には直接関わっておらず,虚血早期に起こる別の保護機構に働いていることになる.現在,その保護機構を突き止め,更なる検討を進めている虚血耐性/ニューロン頑強性の基礎的機構の一つがオートファジーであるという仮説を立て,オートファジーのマーカーであるmicrotubule-associated protein1 light chain 3 (LC3)の発現をヒト剖検脳と申請者らの確立した慢性脳低灌流モデルマウスを用いて観察したところ,1.慢性低灌流を背景とする血管性認知症であるビンスワンガー病の剖検脳では,大脳皮質第5層のニューロン細胞体のLC3の発現が一貫して上昇しており,コントロール脳やアルツハイマー病でほとんど発現が見られないことと対照的であった.2.慢性低灌流モデルマウスの大脳皮質ニューロン細胞体ではLC3の発現が顕著に増加していた.したがって,慢性虚血脳の大脳皮質ニューロンでは,慢性虚血という一種の飢餓状態への耐性機構としてオートファジーが作動し,その機構が破綻することで神経細胞死が誘導されるのではないかという作業仮説を立てた.しかし,LC3やオートファジー小胞に発現するLC3-IIは,後期虚血耐性が誘導されるとされる虚血プレコンディショニング後24時間以降ではむしろ発現が低下しており,この時間的連関からは,虚血耐性機構にオートファジーが関連しない可能性が示唆された.一方,オートファジー関連タンパク質は,虚血プレコンディショニング後3-12時間の本来虚血耐性が誘導されない時間帯に発現が増強していた.虚血プレコンディショニング直後にオートファジー阻害薬3-MAを脳室内投与しておくと,中大脳動脈閉塞による梗塞巣の拡大が観察されたことから,オートファジーは虚血耐性には直接関わっておらず,虚血早期に起こる別の保護機構に働いていることになる.現在,その保護機構を突き止め,更なる検討を進めている
標的遺伝子組換えによる頭頚部先天性疾患のモデル動物の確立と遺伝子診断法の開発

本研究においてわれわれは、ジーンターゲティングによるET-1遺伝子欠損マウスの樹立と解析を通して、ET-1の新しい発生学的役割を明らかにし、ヒト頭頚部先天性疾患との関連について究明してきた。特に、ET-1欠損のマウスの解析において、研究計画当初に見いだされた頭頚部奇形のみならず、これと関連した心血管奇形(大血管形成不全+心室中隔欠損)が新たに見いだされ、類似するヒト先天性疾患においても頭頚部と心血管系に同様の合併奇形が極めて多いことから(CATCH22やvelo-cardio-facial症候群など)、疾患モデルとしての妥当性、有用性はさらに確立してきた。また、鰓弓や心血管系の形成に主要な役割を示す神経堤細胞の発生分化機構において、ET-1が形態形成に重要な上皮-間葉相互作用の介在因子として働いているという仮説を提示し、さらにET-1遺伝子欠損マウス胎仔のin situ hybridizationによりET-1の下流にある遺伝子の存在が明らかにされ、鰓弓や心血管発生における遺伝子間の相互作用の研究が今後の発展的課題となった。ヒト先天性疾患におけるET-1遺伝子の関与や新しい診断法の開発に関しては、ヒトET-1遺伝子構造解析において、ET-1遺伝子エクソン内に存在する遺伝子多型を見いだした。ヒト疾患とET-1遺伝子の関連を検索する上で、遺伝子多型の存在は極めて有用であり、現在Pierre-Robin・Treacher-Collins症候群、先天性心疾患などでET-1遺伝子異常の有無につき検索を進めている。さらに我々は、ET-1遺伝子プロモーター領域を用いたET-1過剰発現マウスの樹立に最近成功し、現在その病態解析を進めている。ET-1遺伝子欠損マウスとET-1過剰発現マウスを併せた総合的解析により、ET-1の病態生理的意義をさらに明らかにできることが期待される。我々はマウス胚幹細胞における相同組み換えによりET-1遺伝子に変異を導入し、ET-1遺伝子欠損マウスを樹立した。遺伝子完全欠損型(ホモ接合体)は全例呼吸ができずに死亡し、下顎・耳介・舌など頭頚部に明らかな形成異常を認めたため、頭頚部先天性疾患(Treacher-Collins症候群・Pierre-Robin症候群など)のモデルとしての有用性を含め、さらに表現型の解析を進めた。器官形成初期の解析や骨格系の解析などからこれらの異常が鰓弓形成の異常に基づくことが明らかになった。さらに、ET-1は下顎弓の器官培養において舌上皮の発達亢進作用を示し、かつ胎生中期においてET-1mRNAの発現は鰓弓の上皮細胞に最も著明に認められた。胎生期の発現をさらに詳しく見ると、ET-1は大血管や心流出路の内皮細胞にも発現している。そこでホモ接合体の心血管系を解析すると、特にET受容体拮抗薬や抗ET-1抗体の母体への投与により大動脈弓の異常や心室中隔欠損などの心血管系の形成異常が起こることも明らかになった。ET-1は鰓弓に由来する頭頚部の組織・器官や心血管系の発達において、おそらくはその主要な構成細胞である神経堤由来の上皮性間葉細胞を標的としてその増殖または遊走・分化を促進していると考えられる。これまでET-1は血管作動性物質としてとらえられてきたが、本研究により形態形成因子としての新しい側面が明らかになり、ET-1欠損マウスは頭頚部先天性疾患の動物モデルとして、その発症機序や高い合併頻度を有する心奇形との関連の解析に有用と考えられた。こうした知見に基づき、ヒト遺伝子のET-

1遺伝子の異常についての検索システムを確立し、現在約20例の頭頚部先天性疾患症例の遺伝子解析を行っている。平成7年度の研究において、研究代表者らが既に樹立したET-1欠損マウスのホモ接合体が研究計画当初に見いだされた頭頚部の奇形のみならず、これと関連した心血管奇形(大血管形成不全+心室中隔欠損)をもきたすことを見いだし、類似するヒト先天性疾患においても頭頚部と心血管系に同様の合併奇形が多いことから、(CATCH22やvelo-cardio-facial症候群など)、疾患モデルとしての妥当性、有用性をさらに示すことができた。基礎的研究のレベルでは、鰓弓や心血管系の形成に主要な役割を示す神経提細胞の発生分化機構においてET-1が形態形成に重要な上皮-間葉相互作用の介在因子として働いているという仮説を提示し、さらにET-1遺伝子欠損マウス胎仔のin situ hybridizationによりET-1の下流にある遺伝子の存在が明らかにされ、鰓弓や心血管発生における遺伝子間の相互作用の研究へと大きな展望が開けたことが大きな進展であり、各遺伝子の機能関連に関する研究が今後の発展的課題となった。本研究のもう一つの課題であるヒト先天性疾患におけるET-1遺伝子の関与や新しい診断法の開発に関しての重要な進展は、ヒトET-1遺伝子の構造について解析を進める中で、ET-1遺伝子エクソン内に存在する遺伝子多型を見いだしたことである。ヒト疾患とET-1遺伝子の関連を検索する上で、遺伝子多型の存在は極めて有用であり、現在Pierre-Robin症候群やTreacher-Collins症候群、先天性心疾患などでET-1遺伝子異常の有無につき検索を進めている。さらに我々は、ET-1遺伝子プロモーター領域を用いたET-1過剰発現マウスの樹立に最近成功し、現在その病態解析を進めている。ET-1遺伝子欠損マウスとET-1過剰発現マウスを併せた総合的解析により、ET-1の病態生理的意義をさらに明らかにできることが期待される。
車載応用に向けた耐タンパセキュアセンシングシステムの研究

IoT機器に使われているコンピュータは,「機器の種類や用途が多様」「PCやスマートフォンと比較すると,計算リソースが格段に少なく,セキュリティ対策が困難」かつ「自動車や社会インフラへのハッキングは,生命の危機や社会全体に与える影響が甚大」であるため,サイバー攻撃の危険性が高まっている.これらのセキュリティ対策として,IoT機器に使用される基本ソフトウェアのセキュアアップデートや通信ソフトプログラムのセキュアコーディング,通信の暗号化などが具体的な対策として実施されつつある.本研究計画で提案するセキュリティは,前述のセキュリティ対策とは異なっており,IoT機器がセンサによるデータ取得・収集をする段階のセキュリティ対策を研究ターゲットとしている.具体的には,以下3つのサブテーマを研究し,センシング段階の攻撃を防止するセキュリティ対策技術となりうることを明らかにする.(1)タイムオブフライト(ToF)方式測距センサにおける耐タンパ測距手法:センサ自身が発生した超音波と,攻撃用超音波スピーカーが発信した超音波を区別することができる手法を提案し,その効果を検証する.(2)センシング値の時系列変化を用いた攻撃検知:センサを用いて,連続センシングしている際の測距値や速度をディープラーニングで学習することで異常値が測定された場合に攻撃を検知する手法を検討し,その効果を検証する.(3)異種のセンサを用いたセンサーフュージョン:赤外線カメラと可視光カメラという2つの画像や,超音波センサとLIDARといった異種のセンサをディープラーニング技術を用いて,高精度にセンシングする技術を構築し,同時に悪意ある攻撃に対する耐性を検証する.(1)タイムオフフライト(ToF)方式測距センサにおける耐タンパ測距手法センサ送信部において発生する超音波に対して,攻撃者が送信間隔を予測できない2種類のランダムパルスを送信する手法の研究をおこなった.センサ自身が発生した信号と受信波との相関を求め,相関の高くない受信波を得た時には攻撃波であると判断する手法を用いて,耐タンパ測距手法を実現した.成果を2019年3月の国際会議で"Study of Ultrasonic-Range-Sensor System with Resistance to Spoofing Attack"というタイトルで発表した.(2)センシンク値の時系列変化を用いた攻撃検知(3)異種のセンサを用いたセンサーフュージョン可視光カラーイメージセンサと遠赤外線画像センサを用いた画像を同期して撮影するシステムを構築した.このシステムを自動車のルーフに搭載して撮影を行い,2種類の画像を用いたディープラーニングによるセンサフュージョンで夜間でも人物の認識精度が向上することを確認した.成果を2018年5月の国内会議で「深層学習技術を用いたRGB-FIRカメラセンサフュージョンによる車載向け物体認識」というタイトルで発表した.(1)タイムオフフライト(ToF)方式測距センサにおける耐タンパ測距手法本研究サブテーマに関しては,順調に推移し,査読付き国際会議で発表したことで当初の目標を達成したと考えている.(2)センシンク値の時系列変化を用いた攻撃検知本研究サブテーマに関しては,測距センサに関してはディープラーニングの適用が未完となっている.一方,車載ネットワーク(CAN)に流れている,計測データである車速データに対して,ディープラーニングを用いて攻撃検知をする手法を並行して研究している.ディープラーニングのモデルとしては時系列データの解析に適したRNNを用いており,異常ななりすまし車速データがCANパケットに流されても,スピードメータになりすまされたスピードが表示されない様にすることが可能である.2018年5月の国内会議で原理と効果を発表し,2019年1月の国内会議では,Raspberry Pi上にRNNを実装することで,スピードメータへのなりすまし攻撃をリアルタイムに検知・排除することができることを発表した.今後はこの開発したシステムにディープラーニングの一種であるAutoEncoderを用いて,攻撃検知をより高精度に行う手法を継続検討する.(3)異種のセンサを用いたセンサーフュージョン本研究サブテーマに関しては,可視光画像と遠赤外線画像をリアルタイムに同期して撮影するシステムの構築がおわり,両方の画像をセンサーフュージョンすることで夜間でも人物の認識精度が向上することを確認できたが,今後国際学会での発表にむけたサンプル画像の拡充ならびにシステムの改善をおこなう.さらに悪意ある攻撃に対する耐性を検証するために,可視光をもちいたAdversarial Exampleの作成を開始している.IoT機器に使われているコンピュータは,「機器の種類や用途が多様」「PCやスマートフォンと比較すると,計算リソースが格段に少なく,セキュリティ対策が困難」かつ「自動車や社会インフラへのハッキングは,生命の危機や社会全体に与える影響が甚大」であるため,サイバー攻撃の危険性が高まっている.これらのセキュリティ対策として,IoT機器に使用される基本ソフトウェアのセキュアアップデートや通信ソフトプログラムのセキュアコーディング,通信の暗号化などが具体的な対策として実施されつつある.本研究計画で提案するセキュリティは,前述のセキュリティ対策とは異なっており,IoT機器がセンサによるデータ取得・収集をする段階のセキュリティ対策を研究ターゲットとしている.具体的には,以下3つのサブテーマを研究し,センシング段階の攻撃を防止するセキュリティ対策技術となりうることを明らかにする.(1)タイムオブフライト(ToF)方式測距センサにおける耐タンパ測距手法:センサ自身が発生した超音波と,攻撃用超音波スピーカーが発信した超音波を区別することができる手法を提案し,その効果を検証する.(2)センシング値の時系列変化を用いた攻撃検知:センサを用いて,連続センシングしている際の測距値や速度をディープラーニングで学習することで異常値が測定された場合に攻撃を検知する手法を検討し,その効果を検証する.(3)異種のセンサを用いた

センサーフュージョン:赤外線カメラと可視光カメラという2つの画像や,超音波センサとLIDARといった異種のセンサをディープラーニング技術を用いて,高精度にセンシングする技術を構築し,同時に悪意ある攻撃に対する耐性を検証する.(1)タイムオフフライト(ToF)方式測距センサにおける耐タンパ測距手法センサ送信部において発生する超音波に対して,攻撃者が送信間隔を予測できない2種類のランダムパルスを送信する手法の研究をおこなった.センサ自身が発生した信号と受信波との相関を求め,相関の高くない受信波を得た時には攻撃波であると判断する手法を用いて,耐タンパ測距手法を実現した.成果を2019年3月の国際会議で"Study of Ultrasonic-Range-Sensor System with Resistance to Spoofing Attack"というタイトルで発表した.(2)センシンク値の時系列変化を用いた攻撃検知(3)異種のセンサを用いたセンサーフュージョン可視光カラーイメージセンサと遠赤外線画像センサを用いた画像を同期して撮影するシステムを構築した.このシステムを自動車のルーフに搭載して撮影を行い,2種類の画像を用いたディープラーニングによるセンサフュージョンで夜間でも人物の認識精度が向上することを確認した.成果を2018年5月の国内会議で「深層学習技術を用いたRGB-FIRカメラセンサフュージョンによる車載向け物体認識」というタイトルで発表した.(1)タイムオフフライト(ToF)方式測距センサにおける耐タンパ測距手法本研究サブテーマに関しては,順調に推移し,査読付き国際会議で発表したことで当初の目標を達成したと考えている.(2)センシンク値の時系列変化を用いた攻撃検知本研究サブテーマに関しては,測距センサに関してはディープラーニングの適用が未完となっている.一方,車載ネットワーク(CAN)に流れている,計測データである車速データに対して,ディープラーニングを用いて攻撃検知をする手法を並行して研究している.ディープラーニングのモデルとしては時系列データの解析に適したRNNを用いており,異常ななりすまし車速データがCANパケットに流されても,スピードメータになりすまされたスピードが表示されない様にすることが可能である.2018年5月の国内会議で原理と効果を発表し,2019年1月の国内会議では,Raspberry Pi上にRNNを実装することで,スピードメータへのなりすまし攻撃をリアルタイムに検知・排除することができることを発表した.今後はこの開発したシステムにディープラーニングの一種であるAutoEncoderを用いて,攻撃検知をより高精度に行う手法を継続検討する.
3次元テンソル場の特異点特徴を用いた位相優先六面体メッシュ生成

本研究では,有限要素法解析において需要な処理である,対象物を小さい四辺形・六面体の集合に分割し,離散的な表現である四辺形・六面体メッシュに変換する新しいアルゴリズムを構築する.本研究のアイデアは,対象物内に適切なテンソル場を生成し,その特異点特徴を利用してメッシュ位相の全体的な配置を制御することで,質の高い四辺形・六面体メッシュを生成する手法を構築することにある.本研究の目的は,対象物内に適切なテンソル場を定義し,その特異点特徴を利用して小四辺形,六面体集合の全体的な配置を制御することで,有限要素法解析に必要な前処理である,対象物内に質の高い四辺形,六面体メッシュを生成する手法を構築することにある.具体的には,A)対象物体の境界条件からの物体内テンソル場補間,B)生成したテンソル場内に存在する特異点特徴抽出,C)特異点特徴を利用したテンソル場からの六面体メッシュ変換の3つの手法を構築する必要がある.平成24年度は,前年度得られた四辺形メッシュの生成手法について,設計システム等も含め実装を行い,国際学会での発表までの作業を行った.さらに四辺形メッシュ構築において,前年度の実装したものに加えて,テンソル場を表現するいくつかの基本パタンを用意し,その線形結合を生成することで,より制御性の高いテンソル場の設計および四辺形メッシュの生成が実現できるようになった.この手法は,四辺形メッシュ生成に加えて,例えば自然画像をテンソル場にそった抽象表現に変換するための,基礎手法としても応用ができることを示した.これは,自然に3次元ボリューム内におけるテンソル場に拡張可能な手法となっている.しかしながら,2次元の特異点の扱いを3次元に拡張する際には,いくつか考慮すべき点があり,現状では系統的に扱える範囲の特異点に関してのこの処理を実装することで対応を行なっており,この段階でである程度のメッシュの質も保てることは確認した.今後は,3次元テンソル場を扱うための道具立てももう少し整備し,より質の高いメッシュ生成やメッシュトポロジーの制御について対応を行いたい.本研究では,有限要素法解析において需要な処理である,対象物を小さい四辺形・六面体の集合に分割し,離散的な表現である四辺形・六面体メッシュに変換する新しいアルゴリズムを構築する.本研究のアイデアは,対象物内に適切なテンソル場を生成し,その特異点特徴を利用してメッシュ位相の全体的な配置を制御することで,質の高い四辺形・六面体メッシュを生成する手法を構築することにある.本研究の目的は,対象物内に適切なテンソル場を定義し,その特異点特徴を利用して小六面体集合の全体的な配置を制御することで,有限要素法解析に必要な前処理である,対象物内に質の高い六面体メッシュを生成する手法を構築することにある.具体的には,A)対象物体の境界条件からの物体内テンソル場補間,B)生成したテンソル場内に存在する特異点特徴抽出,C)特異点特徴を利用したテンソル場からの六面体メッシュ変換の3つの手法を構築する必要がある.平成23年度は,上記の3つの手法の構築を,先に2次元の場合(2次元ベクトル場から四辺形メッシュへの変換)の定式化を検証・評価まで含めてある程度終了させるとともに,3次元の場合の下準備まで行うことに成功した.最初は,境界条件からA)2次元テンソル場補間を発生させる.この段階では,ポアソン方程式の計算アルゴリズムを拡張してテンソルのサイズと向きを,対象物内に滑らかに生成することに成功した.その後,2次元テンソル場におけるB)特異点特徴抽出を行う.ここでは,似た大きさや向きを持つテンソルサンプルをクラスタに分割し,特異点位置の同定を図る.さらに最後のC)四辺形メッシュ変換は,テンソル場で生成される異防錆特徴を流れ場として抽出し,その双対を求めることで,最終的に四辺形メッシュへの変換を実現した.さらに生成した四辺形メッシュの,個々の要素である四辺形の形を評価することで,本手法で生成される四辺形メッシュと従来手法のそれを定量的比較することに成功した.結果として,本手法はある一定の質を保った四辺形メッシュを,ユーザの制御の元で生成できることが分かった.また,付随する研究成果として,3次元メッシュの扱いに関する幾つかの手法の開発にも成功した.本年度は,最終的な目的として掲げる六面体メッシュ生成の一次元低次の問題として,四辺形メッシュ生成を2次元テンソル場を介して設計する手法の構築を目指していた.その点においては,最終的に四辺形メッシュの生成までシステムの実装を行うことができ,その生成されたメッシュの質のある一定の評価を行うことができた点で,おおむね順調に研究計画は進展していると考える.また,3次元の六面体メッシュ生成の下準備もある程度済んでおり,その点でも本年度の進捗は評価できるものと考えている.今後は3次元テンソル場から,六面体メッシュを生成する研究を進めていくが,3次元テンソル場の補間手法についてはほぼ実装が終了しており,また境界部分から内部のテンソル場を生成する枠組みは2次元の際に用いたポワソン方程式に基づく手法が比較的単純に拡張できると考えられる.

そのため,集中して取り組んでいくのは,3次元テンソル場から六面体メッシュの双対に当たるシートと呼ばれる内部曲面の生成と,その位相的構造の抽出である.従来の六面体手法は,全体の内部曲面の位相的構造のひずみが,局所部分に集中するために六面体格子が生成できない部分が生じる.本手法では,そのようなひずみを空間全体にじょうずに分散させることで,全体として六面体メッシュの位相的構造が生成できるようにする点が最重要課題となる.その後,生成したメッシュの定量的な評価も行なっていく.次年度は,研究成果を発表するための準備や旅費に研究費を割り当てていくこととなる.また,メッシュ生成のための並列計算の実装を視野にいれて,マルチコアやGPUなどのハードウェアの準備も,研究費使用計画に一部含めていく予定である.
悪性黒色腫に対する新規治療法における制御性免疫細胞の関与の解明

私は京都大学血液内科と共同で同種悪性黒色腫死細胞株を貪食した樹状細胞ワクチンとシクロホスファミドを併用した第IV期メラノーマに対する免疫療法を実施した。この研究は京都大学の倫理委員会の承認のもと行われた。本研究によりこの臨床試験における制御性T細胞の役割の一部を明らかにできた。ヒト進行期悪性黒色腫に対する新規樹状細胞療法における制御性T細胞の解析を行った。申請者は京都大学血液内科と共同で同種悪性黒色腫死細胞株を貪食した樹状細胞ワクチンとシクロホスファミドを併用した第IV期メラノーマに対する免疫療法を実施した。平成23年度から倫理委員会の承認のもと臨床試験を実施し、無事に10名のエントリーを終了した。悪性黒色腫は皮膚悪性腫瘍のなかで最も悪性度の高い腫瘍の一つであり遠隔転移を来すと生命予後不良である。その理由は、現時点で有効性が確立された治療法が開発されていないことにある。また、悪性黒色腫は自然治癒することが知られている腫瘍であり、抗腫瘍免疫機構を解析する上で重要なモデルになると考えられてきた。ヒトにおいて様々な悪性黒色腫関連抗原が同定されており、それらを認識する抗原提示細胞の存在も証明されている。そのため、臨床研究段階ではあるが、抗腫瘍免疫を担う樹状細胞に着目し、その腫瘍抗原提示能力を増強することによる免疫療法が世界中で試みられてきた。しかし、その治療効果は乏しく未だかつて有効な免疫療法は確立されていない。一方で、抗腫瘍免疫を制御する機構が存在することが証明され、その制御機構を担う免疫細胞が制御性T細胞であることが明らかになってきた。申請者は、抗腫瘍免疫を抑制している制御性T細胞の役割に着目し、抗腫瘍免疫そのものを増強させるのではなく、抗腫瘍免疫を制御する機構に着目した悪性黒色腫に対する治療法が開発可能であると着想し、ヒト悪性黒色腫患者の末梢血および腫瘍における制御性T細胞について解析してきた。今回我々は、新規の樹状細胞療法の前にシクロフォスファミドを使用し、制御性T細胞を減少させることで、樹状細胞の臨床効果が増強すると発想し、ヒトに対する臨床試験を実施した。この試験における制御性T細胞の役割を解析し、臨床効果と相関するかどうか検証した。京都大学医の倫理委員会の承認を経て、当院血液内科と連携して樹状細胞を用いた進行期悪性黒色腫に対する免疫療法の臨床試験を開始している。プロトコールを遵守し、粛々と臨床試験を行っている。臨床試験を開始した患者数は予定しているエントリー患者数の半数を超えて順調に推移している。これに付随して、悪性黒色腫患者の免疫応答プロファイルを検討し、計画している方法によって患者の免疫細胞が悪性黒色腫細胞株を認識していることを確認している。さらに診療中の悪性黒色腫患者の免疫応答について臨床研究を進め、制御性T細胞の末梢血での数や機能が正常人と異なっていること、腫瘍局所では末梢血よりもリンパ球における制御性T細胞の割合が増加していることを示した。さらに、制御性T細胞の末梢血中の割合は腫瘍切除の前後で減少することをあきらかにし、皮膚悪性腫瘍切除術がヒトにおいても免疫バランスを正常に戻しうることを発見した。これらの成果は、国際学術誌に既に報告し掲載されている(Fujii H, et al. Br J Dermatol 2011)。また、マウスに移植したヒト悪性黒色腫を用いて、患者由来の免疫細胞を用いて免疫応答が誘導されているかどうか確認し、マウスモデルにおいてオーダーメイド治療の評価を行うことが可能かどうか検討を行っている。当初計画していた臨床試験は、京都大学の医の倫理委員会の承認を受け既に開始されている。探索医療センターや臨床試験開発部とも協議を重ね、臨床試験コーディネーターも配置して実際に臨床試験を行っていく準備も整っている。すでに予定している半数以上の患者がエントリーしている。実際の樹状細胞の誘導や患者への投与も当初予定していた通りに進行している。患者検体を用いた免疫応答の解析も順調に進んでおり、患者由来の細胞を用いて解析を進め、制御性T細胞の機能や割合が悪性黒色腫患者では正常人と比べて変化していることを明らかにし、既に国際英文雑誌に掲載されている。悪性黒色腫は稀な疾患であるため、患者エントリーは困難が予想されたが順調に推移している。来年度も患者のリクルートを関連病院等に引き続き呼びかけて予定している患者数を達成することを目標としている。臨床試験を承認されたプロトコールどおりに行うだけではなく、その免疫学的評価を昨年度と継続して進める予定である。さらに、患者由来の腫瘍細胞を免疫不全マウスに移植した系が確立されている。これらのマウスを用いて免疫療法や新規治療法の有効性をオーダーメードで評価していく予定である。患者由来の免疫細胞を解析するフローサイトメトリーに用いる抗体や試薬、ならびに細胞培養に用いる血清や試薬、免疫不全マウスの購入費および維持費、成果発表のための別刷り費用、学会発表のための旅費などが主な次年度研究費の使用計画である。
体細胞胚のABAによる乾燥耐性獲得機構の解析及びストレス耐性植物の作出

本研究は、ABA処理によりナタネ(Brassica napus)小胞子由来胚に誘発される乾燥耐性の機構を明らかにし、ストレス耐性植物を作出することを最終目的とするものであり、本年度は、乾燥耐性能を有するBrassica属植物の小胞子由来胚において発現するLea遺伝子の機能を決定するため、形質転換植物を用いて実験を遂行した。また、これと並行して、Lea遺伝子の発現制御活性の解析を行うため、Lea遺伝子プロモーター-GUS遺伝子を形質転換した植物を用いた、当該プロモーター活性の解析に関する実験を行った。ナタネ花粉由来胚より単離したLea遺伝子、ME-leaN4(以下、leaN4)を35S及びMAT037プロモーターに、センス及びアンチセンス方向に連結した、pMAT::leaN4、pMAT::Anti-leaN4、p35S::leaN4遺伝子を導入した形質転換体タバコ(T1個体)を用い、0.61.5%NaCl、200400mMソルビトール及び、58%PEGを含む培地における生育を調査した。その結果、ソルビトール処理区においてわずかながらME-leaN4発現個体における優位な生育が認められた。さらにpMAT::leaN4ならびに、p35S::leaN4遺伝子を導入した形質転換種子を01.5%NaCl条件下に置床した結果、1.2%以上のNaCl条件下において、非形質転換種子と比較し、高い発芽率を示した。また、Leaプロモーター::GUS遺伝子のコンストラクトを導入したタバコ形質転換個体の、ABAおよび種々のストレス条件下におけるGUS発現の有無を調査した結果、10、100mM ABA及び5%NaCl処理により著しいGUS発現が、また400mMソルビトール及び乾燥処理においてもわずかながらGUS発現がみられた。その一方、低温(4°C)によるGUS発現は認められなかった。さらに、pLeaのdeletionクローンを作製し、トランジェントアッセイを試みた結果、各deletionプロモーターの下流に連結したGUS遺伝子における発現誘導に差異がみられた。ナタネ花粉由来胚より単離したLea遺伝子、ME-leaN4(以下、leaN4)を35S及びMAT037プロモーターに、センス及びアンチセンス方向に連結した、pMAT::leaN4、pMAT::Anti-leaN4、p35S::leaN4遺伝子を導入した形質転換体タバコ(T1個体)を用い、0.61.5%NaCI、200400mMソルビトール及び、58%PEGを含む培地における生育を調査した。現在、T2個体を用い、より明確な耐性の評価を試みている。また、Leaプロモーター::GUS遺伝子のコンストラクトを導入したタバコ形質転換個体の、ABAおよび種々のストレス条件下におけるGUS発現の有無を調査した結果、10、100μMABA及び5%NaCl処理により著しいGUS発現が、また400mMソルビトール及び乾燥処理においてもわずかながらGUS発現がみられた。現在、pLeaのdeletionクローン及びABA responsive element等の領域に塩基置換変異を導入したクローンを用いて、転写活性領域の解析を進めている。

また、Leaプロモーター::GUS遺伝子のコンストラクトを導入したタバコ形質転換個体の、ABAおよび種々のストレス条件下におけるGUS発現の有無を調査した結果、10、100mM ABA及び5%NaCl処理により著しいGUS発現が、また400mMソルビトール及び乾燥処理においてもわずかながらGUS発現がみられた。その一方、低温(4°C)によるGUS発現は認められなかった。さらに、pLeaのdeletionクローンを作製し、トランジェントアッセイを試みた結果、各deletionプロモーターの下流に連結したGUS遺伝子における発現誘導に差異がみられた。
甲殻類の成長脱皮毎に付加される感覚視細胞を利用した神経情報処理機構の解析

節足動物は成長を続けるに伴い外骨格を新たに形成し脱皮する。特に甲殻類では成虫脱皮後も成長を続けることが観察されている。甲殻類の成長に伴い各器官はそのサイズを増大させることが知られているが、果たして感覚器もサイズの変化を伴うのであろうか?サイズの変化や神経の数の増大などが生じていれば生物のもつ外界の認識様式に変化が生じてしまい、外界情報の受容システムを変化させなければ生存することができなくなる。成長に伴い感覚器が形態学的にも生理学的にも劇的な変化をする甲殻類を用い、その視覚神経系の遺伝的に決定されている可塑的変化を脳の情報処理系と関連付け、情報量の変化に対する情報処理系の対応を明らかにしようとすることが本研究の目的である。材料としては、海岸域に生息する甲殻類等脚目フナムシを用いた。結果から、体長の増大に従って複眼を構成する個眼数が線形に増大することが分かった。つまり、体長が0.6から4.0cmに増大すると個眼数は800から1500個になる。外界情報の一つである「視覚情報を入力する角度(ヒトで例えるとレンズと黄斑の角度)、実際には個眼のレンズ系の直径と長さの比率」は一定であった。つまり、フナムシでは成長に伴い視細胞などのサイズが変化するにも関わらず、個眼が入力し脳に送る「外界の景色(空間情報)」の基本的なデータは、成長に関わらず一定であった。電子顕微鏡を用いて、個眼数が増加する場所が複眼内の何処に位置するかを観察した。複眼中央部全体を通して新生細胞などの顕著な形態学的な特徴をもつ視細胞は確認できなかった。周辺部には比較的小さなレンズ(中央部に比べて直系でおよそ半分)をもつ個眼が二重に広がっていた。前方腹側部には、周辺部と同様の比較的小さなレンズ系があり、その下の細胞を観察するとラブドームを持たない細胞、ラブドームを新生しているかのような細胞内にラブドーム構造をもつ細胞などが観察された。視細胞に含まれる視物質ロドプシンの量を発色団を指標として定量すると成長脱皮に伴って、視物質発色団量が線形に増加することが分かった。体長の大きいものが増加に関してばらつきが多いことが分かり、詳細に検討した結果、増加の割合が年周期変化をしていることが示され、脱皮成長に関連していることが示唆された。甲殻類は,昆虫などでは見られない「成虫脱皮後も成長を続け感覚器も脱皮に伴い増加する」という特徴をもつ。また,視覚器において顕著な日周期変化を昼夜で行い,形態学的にも生理学的にも劇的な変化をする。これらの情報受容システムが劇的に変わるという特徴を用いて,情報量の変化を基本的に同一の脳(情報処理システム)が外界をいかに認識しているかを明らかにしようとすることが本研究の目的である。第一段階として,新生される複眼視細胞の形態を電子顕微鏡レベルで詳細に記述し、その特徴を解析した。実験材料としては,海岸域に生息する甲殻類フナムシを用いた。

フナムシは左右の体側に複眼を持ち,多数の個眼から形成されている。体長が0.6cmから4.0cmの個体を用いて測定したところ,個眼の数800個から1500個に増加し、個眼の口径は35μmから100μmに増加していた。眼の長さは1.2から3.2mmへ,幅は0.9mmから2.5mmへと増加していることが分かった。これらの増加には,雌雄差は見られなかった。このように個体の体長に従って,複眼のそれぞれの光受容部位も線形に増加しているように見えたが,外界を弁別するために最も必要である視覚情報を入力する角度(角膜と円錐晶体からレンズの直径と長さの比率)は一定であることが分かった。このことから,フナムシは成長に伴い視細胞などのサイズが変化するにも関わらず,個眼が入力し脳に送る基本的なデータは,成長に伴わず一定であることが強く示唆された。これらの劇的な形態学的変化が行われるためには,個眼の付加が行われなければならない。果たして複眼のどの場所から個眼の付加が行われているのだろうか。新規の視細胞が不可されるとすれば,成長脱皮の各ステージのどこかで新生細胞が観察されるはずである。成長段階の各ステージのフナムシの複眼を観察したところ,新生細胞は複眼の中央部では観察されず,前方・腹部側の複眼の端に集中していることが分かった。節足動物は成長を続けるに伴い外骨格を新たに形成し脱皮する。特に甲殻類では成虫脱皮後も成長を続けることが観察されている。甲殻類の成長に伴い各器官はそのサイズを増大させることが知られているが、果たして感覚器もサイズの変化を伴うのであろうか?サイズの変化や神経の数の増大などが生じていれば生物のもつ外界の認識様式に変化が生じてしまい、外界情報の受容システムを変化させなければ生存することができなくなる。成長に伴い感覚器が形態学的にも生理学的にも劇的な変化をする甲殻類を用い、その視覚神経系の遺伝的に決定されている可塑的変化を脳の情報処理系と関連付け、情報量の変化に対する情報処理系の対応を明らかにしようとすることが本研究の目的である。材料としては、海岸域に生息する甲殻類等脚目フナムシを用いた。結果から、体長の増大に従って複眼を構成する個眼数が線形に増大することが分かった。つまり、体長が0.6から4.0cmに増大すると個眼数は800から1500個になる。外界情報の一つである「視覚情報を入力する角度(ヒトで例えるとレンズと黄斑の角度)、実際には個眼のレンズ系の直径と長さの比率」は一定であった。つまり、フナムシでは成長に伴い視細胞などのサイズが変化するにも関わらず、個眼が入力し脳に送る「外界の景色(空間情報)」の基本的なデータは、成長に関わらず一定であった。電子顕微鏡を用いて、個眼数が増加する場所が複眼内の何処に位置するかを観察した。複眼中央部全体を通して新生細胞などの顕著な形態学的な特徴をもつ視細胞は確認できなかった。周辺部には比較的小さなレンズ(中央部に比べて直系でおよそ半分)をもつ個眼が二重に広がっていた。前方腹側部には、周辺部と同様の比較的小さなレンズ系があり、その下の細胞を観察するとラブドームを持たない細胞、ラブドームを新生しているかのような細胞内にラブドーム構造をもつ細胞などが観察された。甲殻類の成長に伴い各器官はそのサイズを増大させることが知られているが、果たして感覚器もサイズの変化を伴うのであろうか?