hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミクロレベルで組織の自動分類が可能な超音波イメージング装置の開発と解析手法の確立

本研究の目的は、非侵襲的に高解像度で皮膚組織の観察が可能な超音波イメージング装置の開発および、その超音波イメージング装置を用いて皮膚組織を観察し、組織からの反射超音波RF信号の解析による、組織特性の計測と皮膚組織の自動分類を行うシステムの構築である。ここで開発された超音波イメージング装置は観察領域の立て、横、奥行きを必要に応じて2mmx2mmx2mmから20mmx20mmx10mmの範囲で切り替えることができる。単一焦点距離トランスデューサにより中心周波数100MHzの超音波を観察に用いた.観察領域より得られた反射超音波RF信号を高速A/Dコンバータを介しPC上に保存し、距離減衰および位置のずれの補正などの操作を施し、組織の超音波B-mode像を構築する。また、各組織領域の特徴量を用い、組織を分類しそれを可視化することで組織性状図を作成する。本年度は組織性状図を作成するに当たり1、組織の特性をよく表す特徴量について、2、さまざまな特徴量をロバストに分類可能な分類器について研究を行った。組織の周波数をガウス分布で近似しそのパラメータおよびIntegrated Backscatterや組織の図中における位置情報を特徴量として用い、多数のニューラルネットワークを用いた集団学習に基づくアルゴリズムを用い組織の学習・分類を行った。こうした特長量、学習アルゴリズムを使用することで、超音波RF信号から作成した超音波B-mode像に対応する組織の特徴に基づいた組織性状図の作成が可能となった。本研究の目的は,非侵襲的に高解像度で皮膚組織の観察が可能な超音波イメージング装置の開発および,その超音波イメージング装置を用いて皮膚組織を観察し、組織からの反射超音波信号の解析による組織特性の計測と皮膚組織の自動分類を行うシステムの構築である.ここで開発された超音波イメージング装置は観察領域の縦,横,奥行きを必要に応じて2mm×2mm×2mmから20mm×20mm×10mmの範囲で切り替えることが出来る,観察領域より得られた超音波信号に対し,距離減衰および位置のずれの補正により組織の三次元組織像を構築する.本年度は,この超音波イメージング装置を用いて体表組織および人工皮膚組織の観察を行い,組織からの反射超音波信号を取得した。この反射超音波信号の解析により1、組織の超音波断面像の構築2、組織ごとの超音波周波数パラメータの評価3、組織の周波数パラメータに基づく自動分類の研究の3点について研究を行った。超音波の距離による減衰を補正し、組織ごとの超音波反射鏡度を画像化することで、組織を傷つけることなく組織の超音波断面像を得ることができた。今回100MHzの超高周波超音波を用いることで、数10マイクロメートルでの解像度での画像化が可能であった。さらに,それぞれの組織における超音波信号の周波数パラメータの解析により,組織を特徴づけることができる可能性が示された。この周波数パラメータに基づき、超音波断面像に対応する超音波パラメータによる組織性状図の作成が可能となった。
アオウミガメを例にした稀少動物に対する人為空間の構造的理解に向けての比較研究

本研究では熱帯地方における稀少動物のウミガメの開発を例にして、地球上でどのような人為環境の空間が作られているのかを分析し、その特性を論述していく。本研究の申請者は、これまでカリブ海にて草食性のウミガメが最も多く漁獲されているモスキート・コーストにて学術調査研究を実施してきたが、本研究では更に広く大西洋やインド沖へと赴き、大航海時代から始まったとされる英国人(旧英領ジャマイカ・英領ケイマン諸島・旧英領トリニダード・トバゴ島・セーシェル諸島)による開発史を追跡していく。本研究によって現生人類が、地球上で稀少となっている動物をどのように空間的に管理統制しようとしているのかを総合的に把握していきたい。
生体解性ポリ(L-乳酸)の残存結晶領域の長期InVitro加水分解挙動および機構

本研究は、ポリ(L-乳酸)、すなわちポリ(Lラクチド)(PLLA)の加水分解に伴って生じる残存結晶領域の形成およびその種々の条件における長期的な加水分解挙動と機構を明らかにすることを目的として行った。そのため、PLLAを160°Cで結晶化し、97°Cで40時間加速加水分解を行うことにより、残存結晶領域を作製し、そのpH7.4かつ37,50,70,および97°Cの条件(最長512日間)、37°CかつpH-0.9,0.2,7.4,11.7,12.8の条件、およびプロテナーゼK(pH8.6かつ37°C)の存在する条件下において、加水分解を行った。また、共重合成分が約20wt%の非晶化したポリ(L-ラクチドーグリコリド)[P(LLA-GA)]、ポリ(L-ラクチド-ε-カプロラクトン)[P(LLA-CL)]、およびポリ(L-ラクチドーD-ラクチド)[P(LLA-DLA)]を用いて、それらのpH7.4かつ37°Cの条件下における加水分解の際の残存結晶領域の生成と分解を検討した。加水分解後の試料を、示差走査熱量分析(DSC)およびゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を用いて評価した。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)残存結晶領域は、すべての条件において、分子量に依存せず、時間とともに直線的に減少すること。(2)残存結晶領域の加水分解の活性化エネルギーは、75.2kJ lmol^<-1>であり、PLLAのメルト状態における値50.9kJ mol^<-1>よりも高く、残存結晶領域の加水分解の耐性が高いこと。(3)PLLAの残存結晶領域は、酸およびアルカリにより加水分解が促進されるが、プロテナーゼKによっては促進されない。このことは、プロテナーゼKが結晶領域付近のPLLA分子鎖に対して酵素活性を持たないことを示している。(4)pH7.4および37°Cでの加水分解において、P(LLA-GA)とP(LLA-CL)では、24週間以内に残存結晶領域が生成し、急速に分解したが、PLLAおよびP(LLA-DLA)では、50週間経過しても、残存結晶領域の形成が認められないこと。市販のL-ラクチド(L-乳酸2分子が環状エステル化したもの)を再結晶プロセスにより精製し、高純度化したL-ラクチドを得た。これに、オクチル酸スズを触媒とし、L-ラクチドに含まれる痕跡量の水分を開始剤とし、バルク状態で開環重合を行うことによりPLLAを合成した。合成したPLLAの精製を行い、真空減圧下において充分に乾燥した後、塩化メチレンを溶媒とするキャスト法によりフィルム化した。フィルム形成後、真空減圧下において充分に乾燥し、融解(200°C)した後、結晶化し得るできるだけ高い温度(160°C)で結晶化することにより、厚みが20nm程度の結晶領域を含んだフィルムを得た。

得られたフィルムをリン酸緩衝液中において97°Cにおいて40時間加水分解処理を行うことにより、PLLA残存結晶領域を得た。得られたPLLA残存結晶領域のリン酸緩衝液(pH7.4)、アルカリ溶液(6Nおよび1N NaOH水溶液)、酸溶液(6Nおよび1N HCl水溶液)、およびPLLAの分解酵素であるproteinaseKを含んだ溶液中にて加水分解を行い、分解後、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC),示差走査熱量分析(DSC),重量測定により、その分解挙動を評価した。その結果、PLLAフィルムの加水分解中に結晶領域の成長が起こること、PLLA残存結晶領域の加水分解は、高pHおよび低pHにおいて、促進されるが、Proteinase Kによっては促進されないことが分かった。平成17年度は、作製したポリ(L-乳酸)(PLLA)の残存結晶領域の活性化エネルギー評価のために、50,70,および97°Cの種々の温度において加水分解を行った。加水分解試料の洗浄、乾燥、および解析を行った。種々の温度における加水分解試料のゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)により評価した分子量の経時変化より、速度定数(k)を求め、Arreheniusプロットを行い、結晶領域の加水分解に関する活性化エネルギー(ΔE)75.2kJ mol^<-1>を得た。その値は、PLLAのメルト状態における加水分解のΔEの報告値50.9kJ mol^<-1>よりも大幅に高いが、PLLAやポリ(DL-乳酸)(PDLLA)のガラス転移温度(T_g)以下における加水分解のΔEの報告値83.7および83.3kJ mol^<-1>よりも低いことが分かった。このことは、T_g以下におけるPLLAやPDLLAの非晶領域内の分子鎖の加水分解に対する耐性の高さを示唆するものである。さらに、平成17年度においては、初期高次構造と分子構造の差異が、生成する残存結晶領域とその分解挙動に与える影響を検討した。例えば、L-ラクチド(L-乳酸の2量体)とグリコリド(ラクチドのメチル基が水素に置換された化合物)との共重合体の非晶化試料のリン酸緩衝液中における加水分解挙動においては、GPC、X線回折、示差走査熱分析(DSC)による解析の結果、24週間という短期間の間に、結晶化が進行するとともに、生成した結晶領域付近の非晶領域の分解により残存結晶領域が生成し、これらがさらに分解していることを示す結果が得られている。平成18年度は、ポリ(L-乳酸)、すなわちポリ(Lラクチド)(PLLA)の共重合成分がPLLAの、37°Cのリン酸緩衝液(pH7.4)中における加水分解の際に起こる結晶化と生成した残存結晶領域の加水分解挙動に与える影響を示差走査熱分析(DSC)装置と広角X線散乱(WAXS)装置を用いて検討した。まず、非晶化したポリ(L-ラクチドーE-カプロラクトン)[P(LLA-CL)]を用いて、共重合成分であるε-カプロラクトンが、加水分解の際に起こる結晶化と分解により生成する残存結晶領域の分解挙動に与える影響に関する研究を行った。その結果、2週間以内に急速に結晶化が完了し、12週間以降で融点が160°Cから24週間の145°Cに急激に低下した。後者の結果は生成した残存結晶領域が高速で分解していうことを示唆している。また、PCLLA-CL)と同様にして、非晶化したPLLAと少量(1.2%)のD-ラクチドを含む非晶化したポリ(乳酸)、すなわちポリラクチド(PLA)を用いて、少量の共重合成分であるD-ラクチドが、37°Cリン酸緩衝旅中における結晶化と分解により生成する残存結晶領域の分解挙動に与える影響に関する研究を行った。しかし、60週間経過しても。D-ラクチドを含んだPLAや分子量の最も高いPLLAは、非晶のままであった。分子量の最も低いPLLAでは、結晶化は起こるが、残存結晶領域は得られなかった。
機能性炭素ナノ粒子充填型マルチセンシングチャンネルによる多重ウイルスの迅速検出

電気抵抗に基づいた多重チャンネルによるウイルスの検出のために、多機能性と多様性から注目を集めているグラフェンを用いた。グラフェンに金(Au)と酸化鉄のナノ粒子(NP)を修飾したAu-グラフェンを調製し、多機能プラスモングラフェン(dual-functional plasmomagnetic graphene、PMGRP)とした。このPMGRPは、磁性とプラズモン基質の両方の役割を果たし、本研究のマグネトフルオロイムノセンシング(MFIS)プラットフォームとした。プラズモンによる蛍光調節を検証するために、PMGRPと量子ドット(QD)に抗ヘマグルチニン抗体(HA Ab)を修飾した。インフルエンザウイルスの存在下では、PMGRPとQDの間のサンドイッチ構造(PMGRP-ウイルス-QD)を形成し、PMGRP上のAuとQD間距離が縮まり蛍光が増強した。蛍光強度はウイルス濃度に依存し、インフルエンザウイルスA(H1N1)は7.27 fg/mlの検出限界を示した。生物学的モデルとしてヒト血清とウイルスに混入したサンプルの場合には、磁力によって不純物から分離され、感度の低下がなかった。この検出法は、不純物を多く含んだ複雑な生体サンプル中のウイルスの検出には非常に有効であると考えられる。この原理によって、複数の抗体をPMGRPとQDに修飾することで、異なるウイルスの検出も可能であった。さらに電気伝導性が良いカーボンナノチューブ(CNT)を用いることによって、電気化学的ウイルスの検出を検証した。Au-CNT複合ナノ材料に抗体を修飾し、静電力で白金電極に貼り付け、ウイルスの検出を行なった。標的ウイルスの存在下では複合ナノ材料の導電率変化が変化し、インフルエンザウイルスおよびノロウイルスについての検出限界は、それぞれ約8.4pMおよび8.8pMであった。したがって、この複合ナノ材料をベースした検出法は、DNAやウイルスの検出に優れた検出能力を示し、高感度で選択的な検出法として広く適用することができる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今世紀に入り、高病原性ウイルスの出現が相次ぎ、また新型インフルエンザウイルスの流行が毎年のように危惧されている。新興ウイルス、高病原性ウイルスのパンデミックを阻止するためには、感染症の早期かつ正確な診断・検出技術の開発が喫緊の課題である。本研究では、多機能カーボンナノ材料を用いたウイルスの高感度検出を目指し、カーボンナノチューブ(CNT)やグラフェン(Grp)を用い、ウイルス抗体をコンジュゲートすることで、ナノ材料の電気伝導度を誘導した。ウイルス検出チャンネルとして、ナノ粒子ーカーボンナノチューブ(NP-CNT)及びグラフェン(Grp)を用いた。多層CNTやGrpを超純水下で分散しながら、(+)荷電した酸化鉄イオンを混合し、鉄イオンをCNTやGrpの表面に付着させた。没食子酸(3,4,5-trihydroxy benzoic acid)を添加し、鉄イオンを還元し金属性ナノ粒子(MNP)化する。この際、MNPは、π-π相互作用でとCNTやGrpの表面に結合する。結合後、磁性を用いたナノ粒子のみ分離し、酸化鉄NPを修飾したCNTやGrpを精製した。目標とするウイルスに特異的に結合する抗体を、cysteamineによるEDC/NHSカップリング反応を用いて機能性カーボンナノ粒子、CNTやGrpの表面にコンジュゲートした。抗体をコンジュゲートしたNP-CNTやGrpを検出用チャンネルとして電極に設置し、電気抵抗の変化を測定した結果、電気抵抗の変動を確認できた。ナノ材料複合体とウイルスとの結合を確認し、両者の結合によって電気抵抗の変化を観察した。従って、このシステムをウイルス検出に利用できることが明らかになった。電気抵抗に基づいたウイルス検出系の作製するため、下記のように研究を進めた。1)金ナノ粒子/磁気ナノ粒子ーグラフェン(Au/MNP-GRP)の合成:磁気ナノ粒子(MNP)は鉄イオンを用いた共沈降法で合成した。HAuCl4・3H2O溶液とGRPからAu3+-MNPを合成し、上記で合成したMNPを混合してAu/MNP-GRPを得た。得られたAu/MNP-GRPは、光学的性質やナノ粒子の形状を測定したところ、ナノ材料の特性を有した。2)目標とするウイルスに特異的に結合する抗体(本研究では、ノロウイルスの抗体)をcysteamineによるEDC/NHSカップリング反応で機能性Au/MNP-GRPの表面にコンジュゲートした。3)機能性Au/MNP-GRP白金電極に堆積し、電気信号をポテンシオスタットでモニタリングするシステムを構築し、ターゲットウイルスやタンパク質がこの検出用チャンネルに結合すると、電気抵抗の変化が生じた。この検出系の性能を多方面から検討し、検出系として条件の最適化を行った。4)本検出系によるウイルスの検出を検証するため、ノロウイルス様粒子の検出を行ったところ、検出感度1.16pg/mlと高感度検出に成功した。また、本検出系をインフルエンザウイルスとノロウイルスのDNA検出に応用しところ、それぞれ検出感度8.4 pMと8.8 pMであった。本研究成果を専門国際誌に2編、総説として1編発表した。当初予定した検出系の構築を終了し、ウイルスやDNAの検出を行い、本検出系の性能を検証した。例えば、光学的性質や磁性等の特性を有する金ナノ粒子/磁気ナノ粒子ーグラフェン(Au/MNP-GRP)の合成に成功しており、白金電極の表面に均一にナノ材料を配置することができた。

これが、電気抵抗の変化の安定性に貢献していると考えられる。昨年まで構築した抗体とナノ材料との結合様式もAu/MNP-GRPに適用できたことが高検出感度に繋がった。この成果は、高インパクトファクターの専門誌に2報発表済であり、計画以上に研究が進展している。電気抵抗に基づいた多重チャンネルによるウイルスの検出のために、多機能性と多様性から注目を集めているグラフェンを用いた。グラフェンに金(Au)と酸化鉄のナノ粒子(NP)を修飾したAu-グラフェンを調製し、多機能プラスモングラフェン(dual-functional plasmomagnetic graphene、PMGRP)とした。このPMGRPは、磁性とプラズモン基質の両方の役割を果たし、本研究のマグネトフルオロイムノセンシング(MFIS)プラットフォームとした。プラズモンによる蛍光調節を検証するために、PMGRPと量子ドット(QD)に抗ヘマグルチニン抗体(HA Ab)を修飾した。インフルエンザウイルスの存在下では、PMGRPとQDの間のサンドイッチ構造(PMGRP-ウイルス-QD)を形成し、PMGRP上のAuとQD間距離が縮まり蛍光が増強した。蛍光強度はウイルス濃度に依存し、インフルエンザウイルスA(H1N1)は7.27 fg/mlの検出限界を示した。生物学的モデルとしてヒト血清とウイルスに混入したサンプルの場合には、磁力によって不純物から分離され、感度の低下がなかった。この検出法は、不純物を多く含んだ複雑な生体サンプル中のウイルスの検出には非常に有効であると考えられる。この原理によって、複数の抗体をPMGRPとQDに修飾することで、異なるウイルスの検出も可能であった。さらに電気伝導性が良いカーボンナノチューブ(CNT)を用いることによって、電気化学的ウイルスの検出を検証した。Au-CNT複合ナノ材料に抗体を修飾し、静電力で白金電極に貼り付け、ウイルスの検出を行なった。標的ウイルスの存在下では複合ナノ材料の導電率変化が変化し、インフルエンザウイルスおよびノロウイルスについての検出限界は、それぞれ約8.4pMおよび8.8pMであった。したがって、この複合ナノ材料をベースした検出法は、DNAやウイルスの検出に優れた検出能力を示し、高感度で選択的な検出法として広く適用することができる。抗体をコンジュゲートしたNP-CNTやGrpを検出用チャンネルとして電極に設置する。ターゲットウイルスやタンパク質がこの検出用チャンネルに結合すると、電気抵抗の変化が生じる。この検出系の性能を多方面から確認する。1.ウイルスの選択性、検出感度及び異物質の存在による検出感度の低下、選択性の低下の有無を確認する。2.ウイルスと抗体をコンジュゲートしたNP-CNTやGrpとの結合性を定量化し、ターゲットウイルスの検出限度(Limit of detection)を算出する。3.複数のウイルスを用いて検出を試み、問題点を整理し、次年度改善を行う。
学生の振舞いに注目した知的学習支援システム

本研究では、eラーニングシステムで学習する学生の学習効果を上げるためのインタフェースや方法を検討している。そのため、学習中の学生の集中度を促すインターフェース、学生の学習中の状態を検出して分類するシステムの開発、学習間の休憩時間における行動の影響についての実験を行う。学生の集中度を促すインタフェースでは、学習する学生が画面に向かっているときに集中していると仮定して、画面を見ているかどうかの検出をKinectにより行い、画面メッセージと音で警告する。また、学習中における学習者の状態分類では、学習状態として、本を読む、ノートをとる、手を上げる、スマホを使う、寝るを検出して分類し、学習中の状況を確認できるようにする。平成29年度では、eラーニングシステムにおける学生の集中度の検出方法として、Kinectによる検出方法のパラメータを見直し、集中していないにもかかわらずそれを見逃している場面を少くする方式を検討した。学習実験を行い、アンケートによりその効果を確かめた。平成30年度では、この結果を国内会議および国際会議で発表した。また、平成29年度にKinectにより学習者の行動を分類する方法の改良を行い、平成30年度では、この結果を国際会議で発表した。学習者の状態分類実験の結果として、手を上げるやノートをとるなどは分類精度が高いが、スマホを使うは分類が困難な状況があることがわかった。平成30年度では、この実験結果を研究会等で発表し、さらに学習器を増やしてほかの学習状態の識別についても精度の向上を図った。この成果は、今後発表する予定でいる。さらに、休憩時間における行動としてコミュニケーションロボットの活用による影響を調べた。その結果、計算問題と記憶問題では休憩時間における行動に違いがその後の学習効果に影響を及ぼすことが分かった。また、文系学部への情報教育の効果について学会で発表した。平成30年度では、Kinectによるeラーニング中における学習者の集中度を判断する実験および学習中の状態(本を読む、ノートをとる、手を上げる、スマホを使う、寝る)を判断する実験を行い、実験結果を、国内研究会等および国際会議にて発表した。Kinectによる集中度の検出実験では、検出のためのパラメータを見直し、学習のための教師データを増やして学習実験を行い、アンケートによりその効果を確かめた。さらに、Kinectにより学習者の行動を分類する方法の改良を試みた。ここでは学習者の行動は変更せず、学習器を増やすなど分類手法の精度向上を試みたが、スマホに関する精度は向上できなかった。引き続き、分類手法の改良を試みる。しかしながら、Kinectによる顔画像検出と行動分析結果の統合については、行動分析に時間がかかるため難しく、引き続き検討を要する。また、研究計画において、学習の間の休憩時間中における行動が学習に及ぼす効果についてコミュニケーションロボットを使用して実験を行った。実験結果について今後国際会議で発表する予定でいる。本実験結果より計算問題と記憶学習に対して休憩中の行動の種類について得られた知見をより確認するためにさらに実験を行う。これらのことより、おおむね当初計画の通りに研究が進行しているが、一部追加実験を行うことになり、少し遅れていると判断した。2019年度でも引き続き、学習中におけるKinectによる学習者の行動を分類する方法の開発を継続して行う。ここでは、Kinectによるジェスチャーの認識に加えKinectによる顔画像検出と行動分析結果を統合した学習者の集中度について検討する。これにより辞書を引いていたり、メモをとったりしている場合は、顔が検出されなくても学習を継続中であることが判断できるようになり、検出精度が向上できると考えられる。これまでに、学習のあい間の休憩時間中の過ごし方として、ゲームをする、読書する、音楽を聴く、何もしない、の過ごし方を取り上げ、音楽を聴く、何もしない(安静にする)が効果がある、また、ゲームでは、シューティングゲームのように動きの激しいゲームが、育成ゲームのような体の動きが少ないゲームより適していないことことがわかっている。しかしながら、学習の内容が計算問題と英単語を覚えるというような記憶問題では、休憩時間における行動の及ぼす影響が異なる可能性がある。また、近年対話型のかわいい小型ロボットや育成や愛玩用の犬型ロボットが注目を浴びている。そこで、休憩時間において、このようなロボットとのインタラクティブな活動が学習に与える影響を追加して、これらの過ごし方が異なった問題に対して学習効果に与える影響について実験を行う。これらの結果については2019度中に国内会議や国際会議で発表する計画でいる。平成28年度では、eラーニングシステムにおいて褒める・叱る画像の表示機能などの機能を改善し、褒める・叱る画像に用いる画像に対して組み合わせを変えて実験を行い、効果の度合いへの影響を明らかにした。実験では、褒める場合も叱る場合も、被験者の好む画像を用いること、また、画像の種類としては動物が効果があることが示された。この結果は国際会議にて発表した。これまではwebカメラ画像からの入力画像から、顔の目、鼻、口、耳を検出し、体の動きの有無、マウスの停止時間によりeラーニング中における学習者の集中度を判断していたが、Kinectのほうが精度よく検出できることがわかったので、Kinectによる実験を行い、学生の集中度の維持および学習結果に効果があることを示した。この結果は、国際会議に投稿中である。さらに、Kinectにより学習者の行動を分類する方法を開発する。学習者の行動としては、本を読む、ノートをとる、手を上げる、スマホを使う、眠るなど学習中にとりうる数種類として、分類のための基礎実験を試みた。その結果、手を上げるやノートをとるなどは分類精度が高いが、スマホを使うは分類が困難な状況があることがわかった。

さらに、休憩時間中の過ごし方について実験を行った。eラーニング中の休憩時間において、ゲームをする、音楽を聴く、読書をする、何もしないことについて、学習効果への影響を調べた。その結果、休憩時間は静かになにもしないことが良いことがわかった。この結果は、電子情報通信学会ソサイエティ大会において発表を行った。平成28年度では、eラーニングシステムにおいて褒める・叱る画像の表示機能などの機能を改善し、褒める・叱る画像に用いる画像に対して組み合わせを変えて実験を行った。この結果は国際会議にて発表した。また、Kinectによるeラーニング中における学習者の集中度を判断する実験を行い、学生の集中度の維持および学習結果に効果があることを示した。この結果は、国際会議に投稿中である。さらに、Kinectにより学習者の行動を分類する基礎実験を行った。ここでは学習者の行動としては、本を読む、ノートをとる、手を上げる、スマホを使う、眠るなど学習中にとりうる数種類として、分類のための基礎実験を試みた。さらに、休憩時間中の過ごし方について実験を行い、その結果は、電子情報通信学会ソサイエティ大会において発表を行った。これらのことより、当初計画の通りに研究が進行しており、おおむね順調に進展していると判断した。本研究では、eラーニングシステムを使用して学習する学生が画面に向かっているときに集中していると仮定して、画面を見ているかどうかの検出をKinectにより行い、集中していないと判断した場合、画面メッセージと音で警告する。また、学習中における学習者の行動(本を読む、ノートをとる、手を上げる、スマホを使う、眠るなど)を検出して分類し、学習中の状況を確かめようとしている。平成29年度では、eラーニングシステムにおいて学生の集中度を検出する方法の実装と学習実験により効果を確かめた。また、学習中における学習者の行動を分類する実験において学習事例を変更して精度の向上を検討した。これまではwebカメラ画像からの入力画像から、顔の目、鼻、口、耳を検出し、体の動きの有無、マウスの停止時間によりeラーニング中における学習者の集中度を判断していた。平成28年度ではKinectによる実験を行い、学生の集中度の維持および学習結果に効果があることを示した。平成29年度では、この結果を国際会議にて発表した。さらにKinectによる集中度の検出方法のパラメータを見直し、集中していないにもかかわらずそれを見逃している場面を少なくする方式を検討した。学習実験を行い、アンケートによりその効果を確かめた。平成30年度中に、国際会議に投稿し、発表する予定でいる。また、平成28年度にKinectにより学習者の行動を分類する方法を開発した。
高齢者における新たな運動時呼吸負荷トレーニングの評価手段構築と効果検証

心肺持久力や呼吸機能の低下は多くの疾患の罹患率と死亡率に関連する.我々はこれまでに運動時呼吸負荷トレーニングが健常若年者の心肺持久力や呼吸機能の向上をもたらすことを見出した.本研究では,運動時呼吸負荷トレーニングを高齢者の健康増進に貢献するトレーニングとして構築するために呼吸筋耐久力評価と呼吸パターン評価方法を構築し,これらを用いて運動時呼吸負荷トレーニングの効果を検証した.高齢者が実施する運動時呼吸負荷トレーニングを確立することを目指し研究を進めている.平成26年度においては、高齢者における運動時呼吸負荷トレーニングの効果的な負荷量設定に必要であると考えられる、呼吸筋耐久力評価のための吸気抵抗および測定を可能にする装置を製作し、正確な呼吸筋耐久力の評価手段を確立することを目的として以下の内容を実施した.2.健常若年者および高齢者予備群における評価:健常若年者においてはATS/ERSのステートメントにおいて標準値が示されているがPeak pressure-time indexにおいて、全ての被験者で標準値内の測定結果だった.高齢者予備群における測定結果は若年者より低い結果であり、加齢による呼吸筋耐久力の低下が示唆された.以上のように今年度においては呼吸筋耐久力の評価手段を確立することができた.本研究計画の最終目的である、高齢者が実施する運動時呼吸負荷トレーニングにおいては、呼吸筋耐久力の向上が、運動耐容能の向上に関与することが考えられている.そのため、次年度以降のトレーニング効果の検証のために呼吸筋耐久力を含めて評価できることは、トレーニングの効果的な負荷量設定に有益であると考えられる.加齢により心肺持久力や呼吸機能が低下し、最大酸素摂取量、肺活量が減少し、これらは日常生活の活動性低下をきたすだけでなく、あらゆる疾患に対する死亡率増大に関連する.これらに対して、心肺持久力と呼吸機能を短時間で効果的に改善することができれば、高齢者の健康増進に有益である.本研究では高齢者が実施する運動時呼吸負荷トレーニングを確立することを目指し1高齢者における運動時呼吸負荷トレーニングの効果的な負荷量設定に必要な、呼吸筋耐久力評価方法と呼吸運動パターン評価方法を開発すること、2開発した評価方法を用いて高齢者の運動時呼吸負荷トレーニングの運動生理学的効果を明らかにすることを目的に研究を進めている.前年度までの研究において,呼吸筋耐久力の評価手段を確立した.平成27年度は呼吸運動パターン評価方法を開発するため,呼吸フロー・呼吸筋筋電図・胸郭運動の同期測定手段を用いて計測データを取得できたが,横隔膜の筋活動評価の困難さが明らかになった.これに加えて,前年度に確立した呼吸筋耐久力評価手段を用いて,高齢者が行う運動時呼吸負荷トレーニングの基礎情報としての位置づけを含めて,健常成人における運動時呼吸負荷トレーニングの評価を実施した結果,運動頻度・運動強度・運動時間が同程度の従来の呼吸負荷無しの身体運動トレーニング方法よりも呼吸筋耐久力の向上効果が高い傾向と呼吸パターンの変化を生じさせることが明らかになり,このことは本トレーニングによる心肺持久力の向上のメカニズムに関連している可能性がある.平成27年度は呼吸運動パターン評価のために計画した計測を実施したが,呼吸運動への貢献度が大きい横隔膜の筋活動評価の困難さがみられたため,呼吸運動パターン評価手法の確立に至っていない.しかしながら,平成28年度に行う高齢者におけるトレーニング評価に向けた前段階として健常若年者における運動時呼吸負荷トレーニングが呼吸筋耐久力を向上させる傾向を確認できた.本研究目的は,運動時呼吸負荷トレーニングを高齢者の健康増進に貢献するトレーニングとして構築するために,高齢者における運動時呼吸負荷トレーニングの効果的な負荷量設定に必要な,呼吸筋耐久力評価方法と呼吸運動パターン評価方法を開発すること,開発した評価方法を用いて高齢者の運動時呼吸負荷トレーニングの運動生理学的効果を明らかにすることだった.平成26年度は呼吸筋耐久力評価を可能にするために,計測機器と解析ソフトを含む試作装置を製作し,健常な若年者と高齢者の評価を行い,ATS/ERSのステートメントに示された標準的な値の範囲内で評価できることと,高齢者で呼吸筋耐久力指標が低下することが確認された.平成27年度はトレーニング時の呼吸運動パターン評価を可能にするために,我々が構築した呼吸フロー,呼吸筋筋電図,胸郭運動の同期測定システムを用いて,高齢者が行う運動時呼吸負荷トレーニングの予備検討の位置づけとして健常な若年者のトレーニング中とトレーニング効果の評価を行い,従来トレーニング法よりも呼吸筋耐久力向上効果が高い傾向と,呼吸パターンの変化を生じさせることが明らかになった.平成28年度は健常な61-75歳のひとを対象に既に構築された評価システムを用いて運動時呼吸負荷トレーニング中の呼吸動態の評価を実施し,従来トレーニング法よりも換気パターン,呼吸筋活動,胸郭運動の面において賦活されたパターンが確認された.さらに,トレーニング効果の評価実験を行い,既に取得されたデータと合わせて解析することで,従来トレーニング法と比較して体力指標,呼吸機能・呼吸筋機能の高い向上効果があることが示唆された.心肺持久力や呼吸機能の低下は多くの疾患の罹患率と死亡率に関連する.我々はこれまでに運動時呼吸負荷トレーニングが健常若年者の心肺持久力や呼吸機能の向上をもたらすことを見出した.本研究では,運動時呼吸負荷トレーニングを高齢者の健康増進に貢献するトレーニングとして構築するために呼吸筋耐久力評価と呼吸パターン評価方法を構築し,これらを用いて運動時呼吸負荷トレーニングの効果を検証した.平成26年度に計画した呼吸筋耐久力の評価手段を確立することについて、おおむね順調に進展していると考える.呼吸筋耐久力を評価するための装置および、解析プログラムについては製作することができた.

また、若年者および高齢者において、他の呼吸機能検査および、製作した評価システムを用いて安全に評価することが出来た.吸気圧曲線の立ち上がりの評価については今年度解析できなかったが、解析プログラムを追加することで、次年度以降に取得したデータを用いて解析できると考えている.一方、当初予定していなかった運動耐容能の評価を追加して実施したため、呼吸筋耐久力との関係について考察することが可能である.平成28年度は呼吸運動パターン評価の困難さを解決することで,運動時呼吸負荷トレーニングの評価に有用な方法を見出すこと,本研究で確立した評価方法を従来の評価項目に追加して、高齢者を対象にトレーニング効果の運動生理学的検証試験を行うことを予定している.呼吸理学療法学平成27年度は呼吸運動パターンの客観的評価手法の確立のため、胸郭運動と呼吸筋活動を検出し、段階付けすることを予定している.平成28年度は前年度までに確立した評価方法をこれまでの評価項目に追加して、高齢者を対象にトレーニング効果の運動生理学的検証試験を行うことを予定している.当該年度に実施した実験では機関内の筋電図計測装置を使用できたため,本予算にて購入せずに実施することができた.当該年度の旅費において、当初計上した交通費よりも安い費用で遂行できたため.また、当該年度に吸気曲線立ち上がり解析が実施できなかったため.研究成果公開のために論文掲載料としての使用を計画している.次年度においては、当該年度に測定した呼吸筋耐久力のデータの吸気曲線立ち上がり解析を含めるため、解析プログラムの製作のための使用額が生じる
種の多様化に伴う性染色体の構造と機能の変化

1)ポジショナルクローニング法と性決定領域の欠失突然変異を用いた解析によってメダカの雄分化に必要なY染色体上の遺伝子DMYを同定した。DMYは脊椎動物の精巣の発生過程で発現がするDMRT1に類似の配列をもつことから、DMRT1の重複によって生じたと推定された。2)DMYを含む117KBの領域を受精卵に導入することにより、高頻度にXX個体を雄に性転換させることができた。このことから、DMYはメダカの雄性決定遺伝子であることが明らかになった。3)DMYを用いた野生メダカの遺伝的性判定により、PMYはメダカの亜種間で共通の性決定遺伝子であり、約1%の割合でXY雌やXX雄が存在することが明らかになった。これらの突然変異体はメダカの性分化機構解明のために有効な解析手段になることが期待できる。4)DMYはメダカに最も近縁な種の一つであるハイナンメダカのY染色体にも存在したが、他の近縁種では見つからなかった。DMRT1との分子系統学的解析から、DMYはハイナンメダカの祖先においてDMRT1から生じ、のちにメダカに移入したと推定された。5)メダカに近縁な両椀染色体グループの3種はいずれもXX-XY型の性決定様式をもっが、DMYをもたないと考えられるルソンメダカの性染色体はメダカの常染色体である連鎖群12と相同であり、メコンメダカのそれは連鎖群2に相同であることが明らかになったことから、これらの種はメダカとは異なる性決定遺伝子をもつことが予想された。6)メダカ属魚類の中でもメダカとは比較的遠縁な単腕染色体グループに属するジャワメダカはZZ-ZW型の性決定様式をもち、性染色体はメダカの連鎖群5に相同であった。また、インドメダカではXX-XY型の性決定様式をもつことが明らかになり、これらの種からも新規の性決定遺伝子が同定される可能性がある。1.RDA法による性決定領域近傍のDNAマーカーの単離コンジェニック系統Hd-rR.Y^<HNI>ゲノムとHd-rRゲノムの塩基配列の違いを利用した「RDA法」により,性連鎖DNAクローンを12単離し,6個のクローンの染色体上の位置を既存の戻し交配個体を用いて決定した。その結果,雄特異的組換え抑制領域は,性決定遺伝子を含む約50cMの長さにおよぶことが明らかになった。2.性転換を用いた効率的な組換え体の作出性決定遺伝子の単離のためには近傍の組換え体が必須であるが,メダカの性染色体では雄特異的に組換えが抑制され,雄では性決定領域近傍の組換え体を得ることは難しい。そこで、性転換処理によりXY雌を作成し,性決定領域付近の組み換え体を探索した。その結果,性決定領域とrの間の組み換え個体が得られ,現在系統化中である。3.メダカ近縁種の性決定様式の解析(備品1,2,3,5を使用)メダカの性決定様式はXX-XYであるが,近縁種についての情報はない。

メダカに近縁なハイナンメダカ,ルソンメダカの性決定様式を,性転換個体を用いて解析したところ,ハイナンメダカは雄ヘテロ,ルソンメダカは雌ヘテロ型である可能性が示された。4.メダカ生殖腺の性分化機構および生殖細胞の起源の解析異性間キメラの性分化を追跡した結果,XY体細胞がXX個体を雄に性転換させることが明らかになった。メダカ生殖細胞の起源をvasa相同遺伝子の発現を指標に追跡したところ,特定細胞における発現は後期のう胚期に始まること,接合体における父系遺伝子の発現開始時期は胞胚後期に遡ることが明らかになった。1種間雑種を用いた性染色体の動原体地図作成メダカ雌とルソンメダカ雄の雑種は致死であるが、受精卵の高温処理によって3倍体にすると、孵化仔魚が得られる。この現象を利用することにより、簡便に動原体地図が作成できることが明らかになった。この方法で得られた地図から、雄特異的組み換え抑制領域は動原体を含む約50cMにおよぶ領域であること、性決定領域は長腕の中央部に存在することが推定された。2雄特異的組み換え抑制現象の系統差の検討メダカの性染色体には染色体の組み合わせ(XX,XY,YY)に関わらず雄特異的に組み換えが抑制される領域がある。この結果は2つの近交系Hd-rR(南日本集団由来)とHNI(北日本集団由来)のF1で報告した。この現象が特定の系統の組み合わせによるものかを検討するため、東韓集団由来の近交系SOKおよびハイブリッド集団の野生系統Tykを用いて各種の組み合わせのF1を作成して検討したところ、いずれの組み合わせでも雄に特有の組み換え抑制がみられた。この結果は、性染色体の雄特異的組み換え抑制がメダカの種内で普遍的に起こる現象であることを示している。3エストラジオールによる性転換率の系統差とその遺伝子支配近交系Hd-rRに比べてHNIのY染色体をもつコンジェニック系統Hd-rR.YHNIはエストラジオールによる性転換率が顕著に低いことが明らかになっている。この結果は、性転換率を支配する遺伝子が性染色体上に存在することを示唆している。エストラジオール感受性に関わる遺伝的制御機構を探る目的でHd-rR.YHNIに由来する各種のレコンビナントコンジェニック系統を用いて検討したところ、性転換率を支配する領域は性決定領域と非常に強く連鎖していることが明らかになった。一方、ビテロジェニンの誘導能については系統差は観察されなかった。1.雄特異的組み換え抑制の系統差に関する研究メダカの性染色体は雄特異的に組み換えが抑制されている。昨年に引き続き、Hd-rR vs HNI, HNI vs SOK, Hd-rR vsSOKの近交系間のF1に加え、Hd-rRと中国一西韓集団の野生系統、Hd-rRと南日本集団の野生系統間のF1でも雄で性決定領域周辺の組み換えが抑制されていることが明らかになった。この結果は、亜種間雑種ばかりでなく同じ集団内でも雄特異的に組み換えが抑制されており、この現象がメダカという種に普遍的に起こることが確認された。2.メダカ雄決定遺伝子の同定Y染色体上の性決定領域のゲノム解析により、雄決定遺伝子の有力な候補が明らかになった。この遺伝子は、DM domainをもつ新規の遺伝子であった。分子系統解析から、メダカの性決定遺伝子はDMRT1を起源とすることが推定された。この解析過程で、Y染色体の一部、約250kbを欠く突然変異染色体が得られた。この染色体をもつ個体は、XYであっても雌に分化することが明らかになった。3.野生集団由来の性決定・性分化関連遺伝子の探索メダカの性決定遺伝子(PG17)が得られたことにより、この遺伝子の有無を指標に性決定・性分化関連遺伝子のスクリーニングが可能になった。北日本集団の野生メダカ約500個体について各個体の性とPG17の有無を調べたところ、6集団中3集団から表現型の性と雄決定遺伝子の有無が一致しない個体が見つかった。これらの個体の遺伝解析から、Y染色体上の雄決定
宗教行事からみる近世の都市機能について

近世の江戸における寺社開帳の開催場所の地域的持徴を、とくに居開帳を中心として考察した。江戸における寺社開帳の開催場所については、隅田川をはさんだ浅草、本所、深川の地域が中心であったとされているが、居開帳と出開帳とにわけて、その開催場所を詳細にみていくと、必ずしもそうとはいえない面があるからである。江戸における居開帳開催場所の地域的特徴を、居開帳回数の多寡によって眺めると、100回以上の居開帳が実施された地域として、芝・三田・品川地域、浅草・御蔵前・今戸地域があり、江戸で実施された居開帳の約31%がこれらの地域で行われていた。次に80回60回の居開帳が実施された地域として、大塚・音羽地域、本所・亀戸地域、目黒・千駄ケ谷地域、市ケ谷・牛込地域がある。これらの地域で行われ居開帳は全体の約40%を占めている。そして、隅田川・葛西・向島地域、下谷・日本橋・神田地域、湯島・本郷・小石川地域、赤坂・青山・麻布地域、深川地域は居開帳回数50回以下の地域で、これらの地域では全体の約29%の居開帳が実施されていた。こうしたことから、江戸で実施された居開帳の開催場所は、居開帳回数の多寡によって以上のように大きく3つのグループに分類することが可能である。そして、出開帳が実施されていた地域との比較でその地域的持徴をみれば、まず第一に出開帳はそれ程盛んでもなかった芝・三田・品川地域で居開帳が最も盛んに行われていたことが挙げられる。そして、出開帳が盛んに行われていた浅草、本所、深川の地域についていえば、浅草地域では居開帳も盛んに行われていたが、本所、深川地域では居開帳はそれ程盛んではなく、とくに深川地域では居開帳が最も少なかったということができる。他の地域では全ての地域で出開帳回数より居開帳回数の方が多い。次に、居開帳実施宗派についてみれば、天台宗、真言宗、日蓮宗、浄土宗などが盛んで、これは出開帳を盛んに実施した宗派と同じ傾向である。近世の江戸における寺社開帳の開催場所についてその地域的特徴は、隅田川をはさんだ浅草、本所、深川の地域を中心として展開していたとされている。しかし、居開帳と出開帳とにわけて、その開催場所を詳細にみていくと、必ずしもそうとはいえない面もある。出開帳は他国・他地域の寺社が開帳場を江戸に求めて出張して行う開帳であるから、興行上の観点から好条件の場所を開催場所に選択することはある程度自由であるが、居開帳はその寺社の所在する場所での開帳であり、開帳場所を選択することはできない。このように、出開帳と居開帳とでは、その開催場所について条件が異なっており、そこに出開帳と居開帳との開催場所についての差がみられるのである。出開帳についてみれば、その開催場所は浅草、本所、深川の3地域でもっとも多く、この3地域で江戸出開帳の60%以上が実施されており、確かに江戸開帳のメッカといえる。しかし、居開帳については必ずしもそうではなく、その開催は比較的江戸の各地域に分散して実施されていることがわかる。

芝・三田・品川地域での居開帳がもっとも多く、次いで多い地域は浅草、大塚・音羽、本所などで、深川地域での居開帳は最も少ない。浅草、本所などの地域では出開帳、居開帳とも盛んであるといえるが、出開帳の開催場所との大きな違いは、芝・三田・品川地域や大塚・音羽地域で居開帳が盛んであることであり、また深川地域での居開帳が少ないことである。居開帳の開催場所についてのこうした地域的特徴は、それらの地域に所在する寺社の絶対数の多少にもよろうが、出開帳の開催場所の地域的特徴とどう異なるのか。またこの相違は何を意味するのか。出開帳と居開帳とに性格の違いがあるのかということなども考え併せながら、こうした地域的特徴の差を次年度継続して研究していき、都市における信仰空間の地域的特徴を明らかにしていきたい。近世の江戸における寺社開帳の開催場所の地域的特徴を、とくに居開帳を中心として考察した。江戸における寺社開帳の開催場所については、隅田川をはさんだ浅草、本所、深川の地域が中心であったとされているが、居開帳と出開帳とにわけて、その開催場所を詳細にみていくと、必ずしもそうとはいえない面があるからである。江戸における居開帳開催場所の地域的特徴を、居開帳回数の多寡によって眺めると、100回以上の居開帳が実施された地域として、芝・三田・品川地域、浅草・御蔵前・今戸地域があり、江戸で実施された居開帳の約31%がこれらの地域で行われていた。次に80回60回の居開帳が実施された地域として、大塚・音羽地域、本所・亀戸地域、目黒・千駄ヶ谷地域、市ヶ谷・牛込地域がある。これらの地域で行われ居開帳は全体の約40%を占めている。そして、隅田川・葛西・向島地域、下谷・日本橋・神田地域、湯島・本郷・小石川地域、赤坂・青山・麻布地域、深川地域は居開帳回数50回以下の地域で、これらの地域では全体の約29%の居開帳が実施されていた。こうしたことから、江戸で実施された居開帳の開催場所は、居開帳回数の多寡によって以上のように大きく3つのグループに分類することが可能である。そして、出開帳が実施されていた地域との比較でその地域的特徴をみれば、まず第一に出開帳はそれ程盛んでもなかった芝・三田・品川地域で居開帳が最も盛んに行われていたことが挙げられる。そして、出開帳が盛んに行われていた浅草、本所、深川の地域についていえば、浅草地域では居開帳も盛んに行われていたが、本所、深川地域では居開帳はそれ程盛んではなく、とくに深川地域では居開帳が最も少なかったということができる。他の地域では全ての地域で出開帳回数より居開帳回数の方が多い。次に、居開帳実施宗派についてみれば、天台宗、真言宗、日蓮宗、浄土宗などが盛んで、これは出開帳を盛んに実施した宗派と同じ傾向である。
オゾン層破壊に伴って地球上に到達する紫外光の生態系に及ぼす環境毒性の研究

オゾン層破壊に伴って地上に到達する紫外光が、生態系へ重篤な障害を与えると考えられている。その事を考慮し、以下の実験を試みた。1、クローバーを用いて光異物代謝能を検討した。クローバー葉緑体を含む分画は、3級アミンのイミプラミンの光脱メチル化反応に初期活性を示すことから、クロロフィルの酵素特性と変性による失活が示唆された。2、このことを確かめるため、市販クロロフィルaを用いて同一反応を行ったところ、クロロフィルが500nm以上の可視光存在のもとで反応に有効であることが明かになり、クロロフィルの一重項酸素生成能との関連が示唆された。この反応に対する紫外光の効果を検討したところ、クロロフィルは容易に変性することが分かった。3、その光変性に関し、溶媒あるいは固体MgO上での分子変性に関する実験を行った。非極性溶媒の中では、クロロフィルの分子変性は少ないことが分かった。また、MgOの上で、その一部は分解するが、一部はその構造を保っていることが明らかになった。また、その試料は・OHと思われる活性酵素種を生成することがスピントラップ法によって見いだされ、ヘキサン溶媒で生成する一重項酸素とは異なった結果が得られた。4、ホウレン草チラコイド膜のUV-A光照射による効果を調べた。チラコイド膜中のクロロフィル量は変化しなかった。その蛍光スペクトル変化から、なんらかの光ストレスが生じていることが分かった。同様に、チラコイド膜の一重項酸素生成能は、照射時間の経過とともに減少した。チラコイド膜の脂質過酸化物の測定をしたところ、その生成量は少なく、その生成が光障害の原因でないことが明らかになった。障害はプロテアーゼインヒビターによって阻害されることから、UV-A照射によるプロテアーゼの誘導が示唆された。オゾン層破壊に伴って地球表面に到達する波長400nm以下の紫外光は、動植物・生態系へ重篤な障害を与えるものと考えられ、その生態系へ与える効果の解明が急がれている。本申請においては、生態系の中でも特に過酷な環境に曝されている植物の葉緑体内のクロロフィル類に注目し、紫外光のそれらに与える効果を明かにすることにより、その環境毒性学の立場から検討を試みるものである。前年度に引き続き本年度において、プロジェクトの全体像を把握するため、つぎの実験を行い、いくつかの結果を得ることができた。1、クローバーの葉緑体を含む分画は、3級アミンの一つであるイミプラミンの脱メチル化反応に対して初期酵素活性を示す。しかし、その活性は反応直後に消失することが見いだされ、葉緑体に含まれるクロロフィルの酵素特性とその変性による失活が示唆された。2、このことを確かめるため、市販クロロフィルaを用いてイミプラミンおよびその脱メチル体であるデシプラミンの反応を検討したところ、反応には500nm以上の可視光照射が有効であることが明かになった。また、この反応の生成物の分布は、一重項酸素の生成に活性であることが知られているローズベンガルのそれと似ていることから、この反応は一重項酸素を含む反応であることが明らかになった。一方、この反応に対する紫外光の効果を検討したところ、クロロフィルは容易に変性を受けることも分かり、現在その分子変性の詳細を検討している。3、この変性は、溶液反応においては用いる溶媒に、また固体状態においては用いる担体に依存することが明らかになり、クロロフィルの葉緑体中に置ける存在状態および農薬等の異物による環境汚染が重要な影響を与えることが示唆された。4、現在、クロロフィル誘導体であり、クロロフィルに比して光力学作用の一層強いフェオフォルバイドの光酵素特性を併せて検討している。

オゾン層破壊に伴って地球表面に到達する波長400nm以下の紫外光が、動植物・生態系へ重篤な障害を与えると考え、その生態系へ与える効果を解明することを試みている。かって、我々はクローバーの葉緑体を含む分画の3級アミンの脱メチル化反応に対する酵素活性を測定し、葉緑体に含まれるクロロフィルの触媒特性とその変性による失活を示唆した。さらにこのことを確かめるため、市販のクロロフィルaを用いて3級アミンの脱メチル化反応を試み、反応には500nm以上の可視光照射が必要であり、この反応が一重項酸素によって進行するものと結論した。一方、この反応にたいする紫外光の効果を検討したところ、クロロフィルは容易に変性を受けることが分かった。以後、変性したクロロフィルの反応特性に興味を持ち、特にMgOに担持したクロロフィルは光に対しても安定であることが分かった。また、この試料を用いて反応を行ったところ、溶液系とは異なった反応特性がえられ、いくつかの反応への応用を試みている。また、最近N.Phillipsらは、アズキの培養細胞に紫外光を照射すると内因性エリシター活性の増加とイソフラボングルコサイド蓄積が起こることを報告している。本プロジェクトにおいても、穀物種子の紫外光ストレスに対する応答の研究を計画している。オゾン層破壊に伴って地球表面に到着する紫外光の生態系へ与える影響が注目されている。植物が太陽光の可視部領域を利用して行っている光合成は、(1)光捕捉分子による光エネルギーの吸収、(2)吸収したエネルギーの反応中心分子の酸化還元、(3)それに伴う電子伝達と水の酸化およびNADP^+の還元、(4)CO_2の固定化、等の過程からなっている。そして、これらの過程の間でのバランス崩れたとき障害としてあらわれる。本研究では、特に紫外光の360nmを中心とするUV-A光のこれらの過程に与える影響を検討しようと試みた。ホウレン草のチラコイド膜を単離し、それにUV-A光を照射しながら次の実験を行い、可視光を照射した時との結果と比較した。1、チラコイド膜に含まれるクロロフィルの変化を可視スペクトルを用いて検討したところ、その量あるいはその吸収スペクトルには大きな変化は観測されなかった。2、クロロフィルの蛍光スペクトルを測定したところスペクトルに変化が認められたが、現在、その測定法を含めた結果の検討を行っている。3、一重項酸素を含む活性酸素種によるチラコイド膜の脂質過酸化反応を、チオバルビタール法で検討したところ、可視光およびUV-A光とも、脂質過酸化物の生成を認めたが、その量は少なく光源による違いはなかった。4、チラコイド膜の一重項酸素生成能は、UV-A光の照射時間経過とともに減少し、UV-A光による障害が生じていることが分かった。しかし、この反応系にプロテアーゼインヒビターDFP(difloro-isopropyl-phosphate)を共存させることによってその障害が減少することが見いだされ、光照射による新しいプロテアーゼの誘導が示唆された。ここでは、紫外光のなかでももしろ波長の長いUV-A光を用いた実験を行ったが、今後、短波長のUV-B光を含めた実験が必要と考えている。