hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新たに発見した「制御性抗体」による過剰免疫応答調節の分子機構と難病制御

本研究では、研究代表者が発見した核のヒストンH1を標的とする「制御性抗体」による過剰免疫応答抑制の分子基盤を明らかにすると共に、当該知見を難治性炎症疾患の治療へと応用することを目的とした。まず、抗ヒストンH1抗体のT細胞活性化抑制作用を規定する標的抗原候補をマウス初代T細胞および同抗体との反応性が亢進したマウスT細胞亜株をソースとしたプロテオーム解析により探索・同定した。更に、抗ヒストンH1抗体が肥満細胞を作用点として抗アレルギー作用を示すのみならず、敗血症性肺障害モデルマウスに対して抑制効果を示すことも発見し、本抗体が多彩な起炎症性の難病に対して治療効果を発揮しうることを実証した。研究代表者はこれまでに免疫応答を負に調節する「制御性抗体」の生理機能解明に向けたツールとして著明な免疫抑制活性を有する抗ピストンH1抗体(anti-H1抗体)を作製するとともに、これがT細胞に直接作用してT細胞抗原受容体(TCR)架橋刺激に伴う増殖活性化反応を鎮めることを見いだしている。しかしながら、anti-H1抗体による免疫抑制活性発現の起点となる標的抗原は不明であり、これを突き止めることが本抗体による過剰免疫応答調節の分子機構解明に向けた最初の課題である。そこで本年度は、T細胞をまずモデルとして当該責任抗原の単離・同定を試みた。マウス初代T細胞をソースとしてanti-H1抗体により認識される交差反応抗原をプロテオーム解析により検索したところ、複数の抗原分子種が同定された。これらの候補抗原の発現をT細胞においてRNAiによりノックダウンしたところ、一部の抗原においてanti-H1抗体の免疫抑制活性が減退している所見が観察された。また、本探索試験と平行してanti-H1抗体と高反応性を示し、かつ同抗体に対する免疫抑制感受性も亢進したマウスT細胞亜株を複数回のcell sortingにより樹立し、本亜株と元の親T細胞株から得た表面抗原プロテオミクスのdifferential解析による標的抗原同定も進めた。その結果、興味深いことに上記初代T細胞にて得られたものと同一の抗原分子種が本系においても同定された。申請者は免疫抑制剤の投与なしに移植臓器を自然生着させる現象を担う分子実体として、核のリンカーヒストンに特異性を有する新規の免疫抑制抗体、「制御性抗体」(anti-H1抗体)を見いだしている。本研究では、この我々の生体に備わった過剰炎症を回避しうる新たな免疫のしくみに学び、anti-H1抗体による起炎症性免疫応答抑制ならびに免疫寛容誘導の分子基盤を明らかにすると共に、これを免疫難病制圧へと応用することを目的としている。本年度ではまず、anti-H1抗体が多彩な起炎症性免疫疾患を制御しうるか否かを検証する足がかりとして、本抗体のアレルギー性免疫応答に対する抑制効果の有無を検証した。最初にanti-H1抗体が肥満細胞からのアレルゲン-IgE抗体依存的な脱顆粒反応を顕著に抑制することを発見した。更にanti-H1抗体が卵白アルブミン(OVA)/水酸化アルミゲル(alum)の腹腔内免疫と同抗原の経鼻感作を基調とするアレルギー鼻炎モデルマウスの病態進展を著明に抑制することも明らかにした。本系においてanti-H1抗体はOVA特異的な免疫応答には影響を及ぼしておらず、本抗体がin vivoにおいても肥満細胞を標的としてI型アレルギー反応を直接的に抑制している可能性が推察された。また本年度は昨年度から引き続き、anti-H1抗体によるT細胞活性化抑制を担う標的責任分子の同定作業も並行して進めた。その結果、ある種の交差反応抗原につき、そのT細胞株における過剰発現がanti-H1抗体による免疫抑制感受性を高めうることを確認した。研究代表者は免疫抑制剤なしに移植臓器を自然に生着させる生体の拒絶反応回避の仕組みを解明し、これを担う分子実体が核のリンカーヒストン(ヒストンH1)に対する新規の免疫抑制抗体、「制御性抗体」(anti-H1抗体)であることを明らかにしている。本研究では、この我々に備わった過剰な炎症反応を鎮める新たな免疫の仕組みに学び、anti-H1抗体による起炎症性免疫応答抑制と免疫寛容誘導の分子基盤を明らかにすると共に、当該知見を免疫難病制御に応用展開することを目的としている。本年度では、前年度にて発見したanti-H1抗体による抗アレルギー作用の分子機序を更に追求すると共に、本抗体の敗血症に対する効果を検証することを目的とした。まず本抗体が抗アレルギー作用を示したアレルゲン誘発性鼻炎モデルにおいて血中ヒストンH1レベルが著明に上昇していること、また、肥満細胞からのIgE依存性I型アレルギー反応誘導と共に培養上清中のヒストンH1レベルが上昇することを見いだした。更にヒストンH1が同モデルの鼻炎症状ならびに肥満細胞のI型アレルギー反応をいずれも正に調節しうることが判明した。

これらの結果から、anti-H1抗体による抗アレルギー作用機序の一端として、本抗体が肥満細胞の活性化と共に同細胞から放出された細胞外ヒストンH1に反応し、その起アレルギー作用を阻害している可能性が示唆された。続いてanti-H1抗体の敗血症に対する効果をリポ多糖誘発性急性肺障害モデルに投与して検証したところ、生存日数の著明な延長と共に起炎症性サイトカイン産生の減退、肺組織障害の緩和、および血中ヒストンH1レベルの上昇抑制が観察された。以上の結果から、本抗体が多彩な起炎症疾患に対して薬理作用を発揮しうることが強く示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。免疫学・動物細胞工学26年度が最終年度であるため、記入しない。制御性抗体が認識する標的抗原の同定作業が当初想定していた範囲の進捗状況にて順調に進んだため。制御性抗体の起炎症性疾患(アレルギー)に対する抑制効果を前倒しで明らかにすることができたこと、また、本抗体の標的分子の特定作業も更に進んだことから、本年度はおおむね順調に進展しているものと判断できる。制御性抗体の活性化T細胞に対する免疫寛容誘導機構の全容を解明すべく、同抗体による標的抗原を介した副刺激を起点として、当該シグナルを伝える細胞内の分子イベントにつき、更なる追求を続ける。T細胞および肥満細胞の活性化に対するanti-H1抗体の抑制機序を明らかにすべく、標的責任分子の同定を引き続き進めると共に、当該標的分子を起点とした両白血球サブセットに対するanti-H1抗体の免疫抑制シグナル伝達経路の解明を試みる。また、anti-H1抗体の抗アレルギー作用につき、個体レベルでの薬理学的作用点を継続追跡する。更に、anti-H1抗体の自然免疫性炎症疾患制御への可能性を探るべく、エンドトキシンショック等の病態モデルに対する抑制効果を検証する予定である。本年度研究費では順調に研究が進展したことに伴い物品費(消耗品費)に残額が生じたほか、出張(情報収集)の取りやめに伴い旅費に残額が生じた。これら両経費はそれぞれ、次年度の物品費(消耗品費)ならびに旅費(情報収集および成果発表)として翌年度の研究費と合わせて使用する計画である。制御性抗体の炎症性免疫疾患に対する抑制作用が前倒しで明らかとなり、当該検証に係る消耗品費を当初の想定ほど必要としなかったため。制御性抗体の難治性免疫疾患(特にアレルギーや敗血症)に対する抑制効果と免疫薬理学的作用点の解明、および本抗体のT細胞/肥満細胞等における免疫抑制シグナル伝達経路の解明に係る消耗品費として使用する計画である。
多重惑星系における軌道進化の観測的・理論的解明とその物質輸送過程への示唆

これまでの研究では、主に中心星の近くを公転する惑星(近接惑星)の性質に注目し、惑星の遠方からの軌道移動の性質を探ってきた。しかし、このような近接惑星の性質を完全に理解するためには、より遠方に存在する惑星まで含めた惑星系全体の構造を考慮することが肝要である。そこで今年度は、ケプラー宇宙望遠鏡によって得られた測光データを用い、中心星から遠方にある惑星について以下の研究を行った。[長周期トランジット惑星候補の検出]ケプラー宇宙望遠鏡のデータからトランジットを検出する通常の手法では、公転周期が長く、観測期間中に1度しかトランジットしないような惑星は見落とされてしまう。そこで我々は、7557個のトランジット惑星候補天体の光度曲線から目視によるトランジットの探査を行い、公転周期が数年-20年ほどの海王星-木星サイズ惑星の候補を新たに7つ発見した。またこれらの結果から、ケプラーが発見したコンパクトな複数トランジット惑星系のうち少なくとも約2割が周期3年程度以上の巨大ガス惑星を持つことを示した。さらにこのような長周期の惑星に対し、太陽系の土星の持つようなリング構造の探索を行い、その候補をはじめて発見した。[遠方の非トランジット惑星の発見]トランジット法によって発見された惑星系の場合、たとえ複数の惑星が存在しても、軌道面が数度ずれているだけでその存在は見落とされてしまう。しかしこのような惑星であっても、内側にトランジットを生じる惑星が存在すれば、外側の惑星の重力が内側の惑星の軌道、ひいてはトランジット時刻に及ぼす影響を通じて、その存在を検出することができる。私はこの手法を用いた探索により、2つのトランジット惑星系においてトランジットしていない長周期の外惑星を発見し、その質量と軌道を決定した。また、この外惑星からの重力により、内側の惑星の軌道が長期的に変化した可能性が高いことを示した。28年度が最終年度であるため、記入しない。太陽系における惑星の公転軸は、太陽の自転軸と約7度の範囲ですべて揃っていることが知られる。一方、太陽系外のホットジュピター(わずか数日という非常に短い公転周期をもつ木星型惑星)におけるスピン軌道角(主星自転軸と惑星公転軸のなす角)は、太陽系とは対照的に広範な分布をもつことが明らかとなっている。このような特徴は、未解明な点の多いホットジュピターの形成過程を反映するものと考えられている。本年度は、トランジット惑星系におけるスピン軌道角を測光データを用いて測定する手法として、(i)星震学を用いるもの(ii)重力減光と呼ばれる現象を用いるものの2つを主に研究した。その詳細は以下の通りである。(i)星震学(星の振動による光度変化を解析し、星の内部構造を探る手法)を用いると、スピン軌道角の視線方向への射影成分が推定できる。これを従来の分光観測によるスピン軌道角の天球面成分と組みあわせることで、トランジット惑星系のスピン軌道角を精度よく制限する方法論の確立を行い、得られた手法を実際の惑星系に適用することでその有効性を実証した。(ii)星の表面輝度はその有効表面重力に比例するため、高速自転星の場合、遠心力の影響で赤道付近は極付近と比べて暗くなる(重力減光)。このような星の前を惑星が横切る(トランジットする)と、主星の極と惑星軌道の位置関係に応じて主星の減光曲線が変形するため、そこからスピン軌道角を推定することができる。ところが、この手法は従来の分光観測の結果と整合しないことが知られていた。そこで我々はこの手法の系統誤差の要因を精査し、誤差が主星表面の輝度分布の不定性の取り扱いに起因することを明らかにした。以上の成果は、今後ホットジュピター以外の惑星に対してもスピン軌道角の制限を進め、ホットジュピターの真の特異性を明らかにし、その形成過程に迫る足がかりとなるものである。従来の方法とは相補的な、星震学および重力減光による微弱な光度曲線の変化を用いたスピン軌道角推定法について、具体的な系に応用して興味ある結果を得るとともに、前者の結果を論文にまとめることができた。また上記以外にも、進化した星まわりの惑星系の特徴づけについて、測光データの解析という立場から貢献することができた。太陽とは別の恒星の周囲の惑星系(系外惑星系)においては、太陽系とは異なり、惑星の公転と中心星の自転の方向が必ずしも揃っていないことが知られている。この事実は、これらの特徴を示す系外惑星系が太陽系とは異なる形成・進化の過程を辿ったことを示唆するものであり、したがってその要因の解明は一般の惑星系を理解するうえで重要である。その一方で、中心星の自転と惑星の公転の向きの関係の測定は、技術的な理由からこれまで一部のタイプの惑星(太陽系の惑星と比較して中心星に非常に近く、木星ほどのサイズを持つホットジュピターと呼ばれるタイプの惑星)に限られていた。そのため、自転と公転のずれがこれらホットジュピターの特殊性に起因するものなのか、あるいはあらゆる種類の惑星に普遍的な性質なのかは明らかでなかった。そこで今年度は、ケプラー宇宙望遠鏡(惑星が中心星の前を横切る際の減光によって系外惑星を検出することを目的とし、2009年にNASAが打ち上げた衛星)の公開データを用いて、ホットジュピターよりも公転周期の長い(すなわちより太陽系のものと性質が近い)惑星について自転と公転のずれを測定する手法の研究を行った。

この手法は、中心星の自転による星表面の明るさの分布の変化(重力減光)を利用するもので、2011年に初めて系外惑星に適用されたものであったが、最近になって他の独立な測定手法と結果が矛盾することが知られていた。我々はこの矛盾が、星表面の明るさの分布を記述するパラメータの不定性を正しく取り入れることで解消されることを示すとともに、その結論の正しさを将来の観測によって確認する方法を示した。この成果は、今後同様の手法を用いて、より多様な惑星系において自転と公転のずれを測定するうえで有用となるものであり、現在同様の手法をホットジュピターよりも公転周期の長い惑星に適用することで、その有用性の実証に取り組んでいる。重力減光を用いた中心星の自転と惑星の公転の向きの関係の測定法を確立したうえで、さらに新たな惑星系に適用してその結果を論文にまとめることができた。また、それに加えて3重連星系の軌道面の決定手法の開拓など、関連する他の課題についても成果を挙げることができた。これまでの研究では、主に中心星の近くを公転する惑星(近接惑星)の性質に注目し、惑星の遠方からの軌道移動の性質を探ってきた。しかし、このような近接惑星の性質を完全に理解するためには、より遠方に存在する惑星まで含めた惑星系全体の構造を考慮することが肝要である。そこで今年度は、ケプラー宇宙望遠鏡によって得られた測光データを用い、中心星から遠方にある惑星について以下の研究を行った。[長周期トランジット惑星候補の検出]ケプラー宇宙望遠鏡のデータからトランジットを検出する通常の手法では、公転周期が長く、観測期間中に1度しかトランジットしないような惑星は見落とされてしまう。そこで我々は、7557個のトランジット惑星候補天体の光度曲線から目視によるトランジットの探査を行い、公転周期が数年-20年ほどの海王星-木星サイズ惑星の候補を新たに7つ発見した。またこれらの結果から、ケプラーが発見したコンパクトな複数トランジット惑星系のうち少なくとも約2割が周期3年程度以上の巨大ガス惑星を持つことを示した。さらにこのような長周期の惑星に対し、太陽系の土星の持つようなリング構造の探索を行い、その候補をはじめて発見した。[遠方の非トランジット惑星の発見]トランジット法によって発見された惑星系の場合、たとえ複数の惑星が存在しても、軌道面が数度ずれているだけでその存在は見落とされてしまう。しかしこのような惑星であっても、内側にトランジットを生じる惑星が存在すれば、外側の惑星の重力が内側の惑星の軌道、ひいてはトランジット時刻に及ぼす影響を通じて、その存在を検出することができる。私はこの手法を用いた探索により、2つのトランジット惑星系においてトランジットしていない長周期の外惑星を発見し、その質量と軌道を決定した。また、この外惑星からの重力により、内側の惑星の軌道が長期的に変化した可能性が高いことを示した。重力減光を用いた手法についての結果をまとめるとともに、確立した手法を高速自転星まわりの惑星系に適用し、系統的な解析を行う。このような解析により、ホットジュピターとより長周期の木星型惑星のスピン軌道角の比較を行うことで、ホットジュピターで観測される自転軸・公転軸の大きなずれが、ホットジュピターが内側の軌道に移動したことに起因するものであるか否かを明らかにすることができる。
レーザーによる選択的内耳破壊術

形態学的研究(セロイジン、透過電顕、走査電顕)により、以下の手技で安定して耳石斑のみ変性・消失せしめることが可能であることがわかった。膜迷路はdark cell areaを照射しない限り、損傷を明けない。手技は、アブミ骨を摘出し、卵円窓経由で耳石斑に向って1.0w1.5w×0.5秒のアルゴンレーザー(0.4880μm,0.5145μm)を照射する。その後、卵円窓を閉鎖し、伝音連鎖を形成することにより、約24週間で聴力と温度眼振反応の回復がみられた。アルゴンレーザー照射を受けた耳石、感覚上皮は内リンパ腔に散らばり、35日で局所に遊走してきた細胞により細胞内に消化されることが電顕により判明した。遊走細胞は内リンパのうにも見られるが、内リンパのう内の浮遊細胞には細胞内に明らかな耳石を認めるものはなかった。この浮遊細細も1週以降では内リンパ腔内に見られなくなった。一方、耳石斑は照射後2週を経過すると、辺縁まで感覚細胞の変性が進み、3か月後には一層の扁平な上皮となり、耳石斑に分布している神経は変性消失が認められた。これらの経過は前庭破壊術とくらべると、耳石器のみの消失で膜迷路に破綻がなく、聴力、温度眼振反応が保たれていることがわかり、また前庭代償がおこる期間も短いことが確かめられた。しかし、感覚上皮層でなぜ選択的にアルゴンレーザーが吸収されるか、吸収される波長をもつ色素が存在するのかについては、明らかなことはわからなかった。
海棲ほ乳類の環境ホルモン汚染と免疫系への毒性影響評価

ヒトおよびイルカ・アザラシの血液中リンパ球を単離し、ブチルスズ化合物(TBT:tributyl tin.DBT:dibutyl tin,MBT:monobutyl tin)とコプラナPCBs(IUPAC 77,126,169)添加後の細胞増殖活性を調べた。約300nMのTBT・DBT添加時に有意な増殖阻害が観察され、いずれの生物種も類似の傾向を示した。一方、3600nMのMBT、約30nMのコプラナPCBs添加では細胞への有意な影響は見られなかった。有機スズとコプラナPCBsを同時添加したところ、[DBT+77]と[DBT+169]の組み合わせで増殖阻害が見られたが、[DBT+126]混合時は増殖が亢進する傾向が観察された。以上のことから、TBT,DBTは相対的に強い免疫細胞毒性を有することが示唆され、化学種の相互暴露作用により免疫バランスが攪乱される可能性が窺えた。リンパ球を採集した野生イルカの肝臓中TBTおよびDBT濃度は、280-1,600nM,860-4,700nMと増殖阻害が観察された300nMに比べて明らかに高かった。一方、脂肪中コプラナPCB濃度は、0.3-4.4nMとリンパ球に添加した最大濃度の30nMと比較して低値であった。これらの結果は、比較的高濃度の化学汚染を受けている海棲ほ乳類にブチルスズによる免疫攪乱が起こっている可能性を暗示している。また、ヒト肝臓および血液から数10ppbレベルの有機スズ検出の報告もあることから、今後人体へのスズ暴露量評価やその影響について疫学調査・研究を進める必要があるだろう。近年、工業国沿岸を中心にイルカ・アザラシの大量死が頻発生し、内分泌かく乱物質(環境ホルモン)による海洋汚染との関係が疑われている。とくに、ウイルス感染により死亡する例が多く化学物質による免疫系への影響が指摘されている。そこで本研究は、日本近海産の鯨類を対象に、1)環境ホルモンによる汚染の実態把握、2)免疫異常の高感度評価系の開発と環境試料への応用、を目的に調査研究を行いこれまでに以下の結果が得られた。●汚染の現状把握長崎大学水産学部の協力を得て、有明海産イルカの臓器組織を入手した。化学分析は汚染物質が比較的蓄積しやすい脂皮と肝臓を対象に行い、PCB_sおよび有機塩素系農薬(DDT_s,HCH_s,HCB,クロルデン化合物;CHL_s)をガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)により定性・定量した。分析の結果、PCB_sが最も高濃度で検出され、(21μg/g湿量あたり以下同様)、次いでDDT_s(7.8μg/g),CHL_s(7.0μg/g),HCH_s(0.54μg/g),HCB(410μg/g)の順であった。また、ダイオキシン様の毒性影響が懸念されるコプラナPCB_sも有意な濃度で検出された。日本の場合、PCB_sの新規製造および使用は、1970年代初頭に禁止されている。今なお環境試料から高濃度に検出されている理由として、PCB_sは脂溶性が高く分解されにくいこと、また保管・管理等の問題で現在も環境中へ流出していることが窺えた。●免疫異常の高感度評価系の開発化学汚染による免疫異常の評価系を開発するため、リンパ球の増殖活性に注目した。鯨類の血液からリンパ球を分離し、マイトゲンを添加した際の最適増殖条件の検討を行ったところ、Con A濃度が10μg/ml,培養日数が4日のときリンパ球の増殖速度が極大を示した。得られた結果は、野生鯨種を対象に化学汚染とその影響評価を行う際の基礎データとして応用する。

また、ヒト肝臓および血液から数10ppbレベルの有機スズ検出の報告もあることから、今後人体へのスズ暴露量評価やその影響について疫学調査・研究を進める必要があるだろう。
記憶の形成と想起に関わる神経機構の解析

記憶の形成と想起で重要な働きをする海馬における錐体細胞とスパインの基礎的な生理特性を明らかにするために、理論の構築と数値解析を行った。まず神経細胞のイオン濃度と電位の時空間変化を表す理論を新たに構築した。その理論を用いて細胞内のイオン濃度と電位分布を数値的に解析した。その結果と生理実験結果が整合することから理論の妥当性が確認された。本理論は種々の特性を持つイオンチャネルに拡張可能であらゆる細胞に適用可能であるため、基盤的でありかつ極めて有益な成果である。次に細胞内外の浸透圧差による短期的な細胞形状変化が発火特性とくに潜時に与える影響を解析した。まず、細胞形状の影響を効果的に議論するための手法として、マイクロ・コンパートメント・モデルを提案した。樹状突起に興奮性後シナプス電位が印加されたときに、発火のモードと発火に至るまでの潜時に着目して発火特性を数値的に解析した。その結果、膨張した細胞の発火タイミングが遅れ、逆に収縮した細胞の発火タイミングが早まる可能性があることを示唆した。またその原因は細胞膜容量の大きさに依存していることも明らかになった。この結果は、浸透圧差による短期的な細胞形状の変化が発火タイミング調節つまりは情報コーディングの一部を担っていることを示すものである。最後にスパインの形状を観測結果にあわせて3種類に分類し、それぞれ刺激に対するスパイン内のカルシウム濃度と、長期増強を起こす化学物質であるCaMK II-CaMCa_4の濃度について時空間的な解析を行った。その結果、安定型スパインではCaMK II-CaMCa_4の濃度が他の形状のものに比べて非常に高くなること及びその減衰が数倍程度遅いことが明らかになった。この結果は、従来の生理実験結果とも整合がとれており、神経回路の適応的再編成機構の一端を明らかにするものである。
問い合わせ画像中に存在する形状からの類似検索を実現するための自動形状特徴抽出法

本研究は,形状検索の実現を目的とした完全自動抽出可能な形状特徴量の開発と,その性能評価を行うことを目的とする.平成10年度は,画像特徴量の基本設計を完了し,一画像当たり被写体一つという制約の下で性能評価を行った.くさび形数え上げ法に基づき開発されたこの形状特徴抽出法は,スケールごとに分解されたくさびの数をエッジ画像から直接数え上げ,その数を画像特徴量として用いる.この特徴量は図形中に存在する角や円弧の特徴を反映することができる.角の開き角や円弧の曲率が異なれば,対応するくさび形の開き角や大きさも変化し,それらの違いが特徴量に反映されることになる.実際の数え上げ処理は,エッジ抽出,最大値フィルター,平均値フィルター等の画像処理を組み合わせることにより実現される.この特徴抽出法では,画像中に写っている被写体の抽出を行わずに済ますことができ,結果として形状認識一切無しで形状検索が可能になる.一つの被写体だけが写真全面に写っているという仮定の下で,くさび形数え上げ法に基づく画像特徴量の検索性能の評価を行った.CD-ROMの形で市販されている画像素材集の中の画像約1万枚を用いて検索実験を行い,検索性能の見積りを行った.最初に,全画像に対して画像特徴量の計算を行い,次いで,画像集の中から選んだ問い合わせ画像に対して類似検索を行った.類似度は特徴空間のユークリッド距離に基づき計算した.実験の結果,良好な検索性能が得られることが確認された.本研究は,形状検索の実現を目的とした完全自動抽出可能な形状特徴量の開発と,その性能評価を行うことを目的とする.平成10年度は,画像特徴量の基本設計を完了し,一画像当たり被写体一つという制約の下で性能評価を行った.くさび形数え上げ法に基づき開発されたこの形状特徴抽出法は,スケールごとに分解されたくさびの数をエッジ画像から直接数え上げ,その数を画像特徴量として用いる.この特徴量は図形中に存在する角や円弧の特徴を反映することができる.角の開き角や円弧の曲率が異なれば,対応するくさび形の開き角や大きさも変化し,それらの違いが特徴量に反映されることになる.実際の数え上げ処理は,エッジ抽出,最大値フィルター,平均値フィルター等の画像処理を組み合わせることにより実現される.この特徴抽出法では,画像中に写っている被写体の抽出を行わずに済ますことができ,結果として形状認識一切無しで形状検索が可能になる.一つの被写体だけが写真全面に写っているという仮定の下で,くさび形数え上げ法に基づく画像特徴量の検索性能の評価を行った.CD-ROMの形で市販されている画像素材集の中の画像約1万枚を用いて検索実験を行い,検索性能の見積りを行った.最初に,全画像に対して画像特徴量の計算を行い,次いで,画像集の中から選んだ問い合わせ画像に対して類似検索を行った.類似度は特徴空間のユークリッド距離に基づき計算した.実験の結果,良好な検索性能が得られることが確認された.
活性点集合化錯体触媒反応の開発に関する研究

本研究では、触媒反応系全体を分子集合体として捉えた錯体触媒反応を開発することを目指している。すなわち、触媒中心金属、配位子、反応基質、反応生成物などからなる分子集合体の種々の相互作用(配位結合生成能、疎水親水相互作用、ホスト-ゲスト相互作用など)を活かした均一系触媒反応を創出することを目的とする。これにより従来にない三次元的ネットワーク構造を有する、大きく立体的に制御されたナノサイズの触媒環境を創り出すことが可能となり、この特異的な触媒環境を活用した画期的な高活性、高選択的な触媒反応の実現が期待できる。前年度までに、超分子機能を有する多配位型リン配位子及び極めて嵩高い置換基を有する半球状リン配位子の設計、合成を種々検討してきた。本年度はさらに新規ナノサイズリン配位子の設計合成を行い、それらの触媒反応への適応を検討した。その結果、合成したナノサイズの半球状リン配位子を用いた遷移金属触媒ヒドロシリル化において、著しい反応加速効果を見出した。中心金属としてロジウムを用い、種々のケトンと3置換シランとの反応を検討したところ、適したナノサイズホスフィンを用いた場合、他の一般的なホスフィン(PPh_3,PEt_3,P(o-tol)_3,P(t-Bu)_3,PCy_3など)に比べ、いずれも極めて速く進行した。例えば、シクロヘキサノンとジメチルフェニルシランとの反応では、他のホスフィンに比べその反応速度は約30倍以上であった。最も基本的なトリアリールホスフィンであるPPh_3と比べると150倍以上の加速効果が見られた。このような加速効果の出現は、ナノサイズの半球状リン配位子の特異な構造により、高活性錯体を効率的に発生さているためであると考えられる。現在さらに、新規ホスフィン配位子の合成と半球状リン配位子を用いた触媒系の他の反応への適応を検討している。
MET exon14遺伝子変異肺癌に対する治療戦略の新展開

MET exon14遺伝子変異は、非小細胞肺癌の3-4%程度に認められるドライバー遺伝子変異であり、EGFR遺伝子変異やALK、ROS1融合遺伝子に続く新規治療ターゲットとして注目されている。METチロシンキナーゼ阻害剤を用いた複数の臨床試験が進行中であるが、すでにこれら薬剤に対する耐性変異の出現が報告されており、他のチロシンキナーゼ阻害剤治療と同様に耐性機序の同定・克服が今後の課題になると予測される。本研究では、MET exon14遺伝変異を有する人工腫瘍細胞モデルを用いてMETチロシンキナーゼ阻害剤の耐性機序の網羅的な解析とその克服方法を明らかにすることでMET exon14遺伝変異陽性肺癌の治療戦略を確立することを目的とする。
地磁気永年変化を利用した火山噴出物の対比

火山の噴火史を明らかにする上で、溶岩や火山砕屑物・火山灰などの層序関係を知ることは極めて重要である。本研究は、まだあまり用いられていない、古地磁気方位一致/不一致を対比のツールとして用いようとするものである。有用性をテストするフィールドには阿蘇中央火口丘北西部に分布する玄武岩質溶岩地域を用いた。古地磁気測定結果は一般に極めて良好で、測定した岩石から4.3-3.3kaの古地磁気永年変化曲線を描くことができた。これは、地磁気永年変化研究に大きく資することになる成果である。得られた永年変化曲線から溶岩の年代を推定すると、現在の火山地質図の分類を大きく見直す必要があることが見出された。本研究は火山活動史研究に古地磁気変動を利用できることを示すのが目的である。第一段階として阿蘇火山中央火口丘群の溶岩流の古地磁気学的研究を進めている。本年度は、特に、鬼界アカホヤテフラ(7300年前)以降に流出した、阿蘇中央火口丘北西部の玄武岩溶岩の古地磁気測定を行った。この地域には、3Ka前後に噴火した、杵島岳、往生岳、上米塚、米塚の溶岩と上米塚スコリア丘が区別されており、地質図も出版されている。まず、露頭のサーベイを行い、杵島岳溶岩7サイト、往生岳溶岩10サイト、米塚溶岩6サイト、上米塚スコリア丘1サイトの、計24サイトの試料を採集した。磁化は一般に安定で、交流消磁で容易に特徴磁化の同定が可能であった。方位のサイト内での集中は非常に良く、α95はほとんどのサイトで4度以下で、2度を切るサイトもあった。並行して、玄武岩火山体自身の磁化による、現在の磁場の歪みの試料のオリエンテーションに及ぼす影響を見積もる実験を行った。各試料のオリエンテーションに磁北でなく太陽方位などを用いることはなされてきたが、磁北を用いるのに比較して精度が悪い。それらの実験から、個々の試料は磁北を基準としてオリエンテーションを行い、露頭のできるだけ近くで太陽観測などから現在の偏角を決定して、補正する方法が最適であるとわかった。この偏角測定の手法を幾つか比較し、簡易トランシットで太陽方位を測定するのが最も簡便であったので、各サイトで行い、結果の補正を行った。補正後の古地磁気方位を比較すると、同一とされてきた溶岩で、100年程度以上の時間隔てた複数枚の溶岩流を認識できること、分類境界が先行研究と異なることなどが、分かってきた。また、永年変化の方位変動は、時代は違うが、AD400900の考古地磁気による永年変化との類似が見られ、本研究の溶岩も、500年間程度の期間に噴出したものと考えられそうである。本研究は火山活動し研究に古地磁気変動を利用できることを示すのが目的である。第一段階として、阿蘇火山中央火口丘群の溶岩流の古地磁気研究をまず進めた。第一年度に見出した、K-Ah以降の、3Ka前後に噴火した、中央火口丘北西部の玄武岩質火山の対比について、古地磁気方位を精査した。当大学の長谷中利昭教授の協力で、化学分析も行った。結果は、古地磁気方位分類と整合的なサイトや、古地磁気方位では区別可能であるが化学組成では見分けのつかないものもあった。全体的な整理が必要である。近距離のテフラの測定も行った。本研究に必要な精度の高い定方位試料採集技法は確立できたが、一連のテフラの古地磁気方位の変動が想定したより小さくなっている。これは、テフラの対比の問題か、磁化の安定度の問題か検討している。当研究室では、並行的に考古地磁気測定を行って来たが、古地磁気永年変化を火山噴出物の対比/年代推定に重要な貢献ができる状況に至ったので、加速することとした。5世紀から9世紀の考古地磁気試料の測定で、この期間の古地磁気永年変化を今までにない精度で決定することができた。一方、より古い年代の火山岩については、巨大噴火と直前の溶岩流との関連の研究を試した。これは、以前に我々が測定した、Aso-2溶結凝灰岩と飽田溶岩の古地磁気方位の研究から発想したものである。これらの溶岩はほぼ一致した古地磁気方位を有しており、大規模火砕流の前駆現象の有無と時間間隙を見る上で興味深いものであった。本年度はAso-4の直前に噴火したと見られる大峰火山のスコリアと高遊原溶岩の古地磁気測定を行った。結果はサイト間での対比が難しいなど問題はあったものの、Aso-4溶結凝灰岩の古地磁気方位とは明確に異なり、100年以上の時間間隙があったことが分かった。データの集積と手法の確立等は順調に進展している。また、考古地磁気などのデータとの関連も見出されて、興味深い発展が見えている。得られた知見は多岐にわたるが、いずれも、古地磁気学の火山学への貢献の可能性を明白に示しており、この方向が極めて有望である。研究成果の報告は、地球惑星化学連合大会、地球電磁気・地球惑星圏学会、American Geophysical Unionなどで、報告した。論文については、投稿後難航しており十分ではないが、材料は揃っているので、来年度中には出版できると考えている。

第一段階として、阿蘇火山中央火口丘群の溶岩流の古地磁気研究をまず進めた。初年度に見出した、K-Ah以降の3Ka前後に噴火した、中央火口丘北西部の玄武岩質火山の対比については、第2年度に測定を追加し、本年度はそれらのデータを精査するとともに、サイトの現在の地球磁場方位を再確認するなど行った。その結果、極めてスムーズな地磁気永年変化曲線を描くことができた。この永年変化曲線の年代は必ずしも定かではないが、これまでの知見から4000BPから3000BP頃のものと思われ、変化速度も考古地磁気学によって知られている過去1600年間の永年変化と調和的であった。その結果、各サイトで採集された溶岩の順序と凡その年代を見積もることができた。これまでの地質学的な研究では、本地域では、杵島岳・往生岳・米塚の順に噴火し、溶岩流もそれぞれに対比して分類されていた。しかし、今回の結果は、杵島岳・往生岳溶岩の分類と古地磁気方位の対応が合わないサイトもあって、分類の再考を促すものとなっている。また、対応関係が不明であった上米塚が米塚と比較的近い年代に生成されたことが、古地磁気方位から明らかになった。これらの試料についての古地磁気強度測定も進め、極めて質の良いデータを得ることができた。これは、古地磁気方位の重なる火山岩を弁別する手法として古地磁気強度が利用可能であることを示すものである。当研究室では、並行的に考古地磁気測定を行って来た。昨年度は5世紀から9世紀の考古地磁気試料の測定で永年変化曲線を描いたが、岡山理科大学の畠山博士が収集した519世紀のデータを用いて、同じ手法で永年変化曲線を描くことに成功した。これは、今後の他の地域の歴史溶岩の年代決定に大きく寄与できると考えている。データの精査と現在の地磁気方位の測定で当初最も重視していた火山群についての方位の対比が明白になったのことは、計画通りに進んだ。また、古地磁気強度測定もほぼ終わり、3次元ベクトルデータとして与えることができたのは、他の火山での研究のモデルケースとなろう。また、過去1600年間の考古地磁気永年変化曲線を描くことができたのも、達成できたことであった。ただ、熊本地震の影響で実験が滞ったり、阿蘇火山地域へのアクセスが難しかったりで、もう少しの詰めが必要な状況であるのは残念である。サブテーマとして掲げたいてテフラとの対比については、本年度は伊豆大島・支笏火山などでサンプリングを行った。古地磁気記録の安定性を確認して、昨年度測定した阿蘇地域の結果と合わせて有望であることは確認したが、溶岩との対比が明確になるには至っていない。研究成果の報告は、地球惑星科学連合大会、地球電磁気・地球惑星圏学会、American Geophysical Unionなどで、報告した。本研究は火山活動史研究に古地磁気変動を利用できることを示すのが目的である。阿蘇火山中央火口丘群の溶岩流の古地磁気研究を進めた。初年度に見出した、K-Ah以降の5-3Ka前後に噴火した、中央火口丘北西部の玄武岩質火山の対比について、第2年度に測定を追加し、昨年度以来、それらのデータを精査するとともに、サイトの現在の地球磁場方位を再確認するなど行っている。一方、滑らかな地磁気永年変化曲線を得るアルゴリズムについては、昨年度得られた最小自乗法による曲線の滑らかさの選択についての研究を進めた。
スクアレン修飾酵素のスクリーニング法の開発と機能改良への応用

トリテルペノイドはC30の分子骨格を持つイソプレノイドの総称であり,カロテノイド,ステロイド,という巨大な代謝物類のファミリーに加え,最近では,微細藻類などが合成するボトリオコッセンが加わり,その多様性の創出メカニズムに注目が集まっている。それぞれの生合成酵素の活性をスクリーニングする方法を開発し,それを用いて,それぞれの酵素の反応特異性を改良することが,本研究の最初の目的である。申請者は,ステロイド類の前駆体であるスクアレンを可視化する手法を開発した。本研究では,このスクリーニング法を用いて,様々なテルペノイド合成酵素の機能を改良することを目指した。昨年度までは,スクアレン合成酵素の近縁であるボトリオコッセン合成酵素(SSL1,SSL3)の細胞内活性の向上およびサイズ特異性改変を行い,C35,C40,C45非天然ボトリオコッセンの生合成を世界で初めて成功させることができた。さらに,反応ポケットに30個のアミノ酸置換を導入し,進化の過程でSSL3が失った前段の反応(2FPP→PSPP)を回復する変異体を得ることに成功した。また,スクアレン環化酵素(SHC )のスクリーニング系の構築に成功した。今年度は,スクアレン環化酵素(SHC )のスクリーニング系を用いて,中等度好熱好酸菌Alicyclobacillus acidocaldarius由来のスクアレン環化酵素(SHC)の37°Cにおける大腸菌内活性が向上したSHC変異体を取得した。また,C35, C40, C50非天然スクアレン骨格を大腸菌内で選択的に生合成することができ,それそれの骨格合成経路にSHCを追加発現させることにより,C35, C40骨格の環化産物を大腸菌内生合成することができた。また,C35スクアレンの細胞内蓄積を可視化する経路を構築できた。29年度が最終年度であるため、記入しない。それぞれの生合成酵素の活性をスクリーニングする方法の開発および酵素機能を改良することが,本研究の最初の目的である。申請者は,カロテノイド以外にも,ステロイド類の前駆体スクアレンを可視化する手法を開発した。本年度は,スクアレン蓄積量の可視化スクリーニング系を用いて,スクアレン合成酵素と近縁のトリテルペン合成酵素,ボトリオコッセン合成酵素のスクアレン酵素化に成功した(現在投稿準備中)。また同じくトリテルペン合成酵素であるCrtMの変異体を用いた,世界最大の骨格をもつ非天然カロテノイドの生合成にも成功した(投稿準備中)。スクアレン合成酵素のサイズ特異性変換にも成功し,更に,スクアレン環化酵素の追加発現によって,新規化合物を多数生合成することに成功した。交付申請書に記載した計画通りに研究が進展した。申請者は,ステロイド類の前駆体スクアレンを可視化する手法を開発した。昨年度は,ボトリオコッセン合成酵素SSL1/3のうち,後段(PSPP →BO)を担うSSL3の生産物活性をSq活性の特異改変させ,さらにSSL3の細胞内活性を優位に向上させる変異を発見した。これに加え本年度は,SSL1/3の基質サイズ特異性を担うアミノ酸部位を特定し,C35やC40非天然ボトリオコッセンの生合成を世界で初めて成功させることができた。本研究のもう一つの目標は,スクアレンを消費し,環状あるいは非環状の種々のトリテルペン類の生合成活性をスクリーニング取得することである。昨年度,スクアレン・ホペサイクラーゼ(SHC)を非天然Sqに追加発現させ、様々な非天然トリテルペン様化合物の生成を確認したが、SHCの大腸菌内における活性が低いため,原料であるSQのほとんどは未反応のまま細胞に蓄積した。そこで本年度は,野生型SHCのランダムライブラリを作成し,スクアレン消費スクリーニング系を用いてライブラリをスクリーニングすると、鋳型となる酵素より30°C・37°Cにおける活性が向上した変異体を取得した。スクアレン合成酵素やボトリオコッセン酵素の機能改良を続いて行い、非天然ボトリオを生産する変異体を取得できた。また、CrtNを用いたスクアレン消費スクリーニング系を用いて評価を行なったところ、スクアレン環化酵素(SHC)の既報の低温適応変異体(37°Cにおける活性が野生型より高いもの)および野生型を細胞内に発現させた場合、スクアレンの蓄積量とコロニー色の関係が一致していた。

そこで、SHCにランダム変異を導入した変異ライブラリを作製し、スクアレン消費スクリーニング系を用いてライブラリをスクリーニングすると、鋳型となる酵素より30°C・37°Cにおける活性が向上した変異体を取得した。変異体の遺伝型解析からは、アミノ酸変異が酵素の基質ポケット内に位置していること、スクアレンの環化メカニズムに大きく影響する残基として報告してあるアミノ酸であることがわかった。まとめると、上流酵素SQSや近縁酵素のボトリオコッセン酵素の改良、またスクアレン消費スクリーニングを用いてスクアレン修飾酵素であるSHCの進化工学から改良型酵素変異体を取得できたので、おおむね順調に進展していると言える。トリテルペノイドはC30の分子骨格を持つイソプレノイドの総称であり,カロテノイド,ステロイド,という巨大な代謝物類のファミリーに加え,最近では,微細藻類などが合成するボトリオコッセンが加わり,その多様性の創出メカニズムに注目が集まっている。それぞれの生合成酵素の活性をスクリーニングする方法を開発し,それを用いて,それぞれの酵素の反応特異性を改良することが,本研究の最初の目的である。申請者は,ステロイド類の前駆体であるスクアレンを可視化する手法を開発した。本研究では,このスクリーニング法を用いて,様々なテルペノイド合成酵素の機能を改良することを目指した。昨年度までは,スクアレン合成酵素の近縁であるボトリオコッセン合成酵素(SSL1,SSL3)の細胞内活性の向上およびサイズ特異性改変を行い,C35,C40,C45非天然ボトリオコッセンの生合成を世界で初めて成功させることができた。さらに,反応ポケットに30個のアミノ酸置換を導入し,進化の過程でSSL3が失った前段の反応(2FPP→PSPP)を回復する変異体を得ることに成功した。また,スクアレン環化酵素(SHC )のスクリーニング系の構築に成功した。今年度は,スクアレン環化酵素(SHC )のスクリーニング系を用いて,中等度好熱好酸菌Alicyclobacillus acidocaldarius由来のスクアレン環化酵素(SHC)の37°Cにおける大腸菌内活性が向上したSHC変異体を取得した。また,C35, C40, C50非天然スクアレン骨格を大腸菌内で選択的に生合成することができ,それそれの骨格合成経路にSHCを追加発現させることにより,C35, C40骨格の環化産物を大腸菌内生合成することができた。また,C35スクアレンの細胞内蓄積を可視化する経路を構築できた。1年目は,DC1申請研究を推進しながら,スクアレン合成酵素やボトリオコッセン酵素の機能改変に成功し,さらには非天然カロテノイドの拡張にも成功できた。いよいよ2年目は,スクアレン修飾酵素(SHC)やカロテノイド環化酵素の機能改変/改良による新たなテルペノイド類の生合成を目指す。また,ボトリオコッセン合成酵素をスクアレン酵素へ特異性改変させることに成功し,合計12カ所の特異性を支配するアミノ酸残基を特定することに成功した。H28年度は,スクアレン合成酵素をボトリオコッセン酵素に変換するアミノ酸部位の特定も試みる予定である。27年度に引き続き、FPPから直接BOを作るSSL3変異体の活性向上によって,トリテルペン酵素の機能の可塑性を実証する。
非平衡超伝導：長時間ダイナミックスのための動的平均場理論開発と光誘起超伝導

強い電子格子相互作用が非平衡ダイナミックスに与える影響を調べるために必要な手法開発とその応用を目的として研究を進めてきた。本研究は主に電子格子系の基本的なモデルであるHolsteinモデルに注目した。2年目の本年度は、1年目に開発した非平衡動的平均場理論に立脚した非平衡Migdal近似を用いて強結合超伝導のHiggsモードの性質を明らかにした。超伝導体中のHiggsモードは近年実験的にも報告され注目を集めているが、理論的には弱結合領域で正当化される静的な平均場を用いた研究が主であり、強結合領域においてこのモードがどのような振る舞いをするかは明らかではなかった。結果として、(1)弱結合領域で予言されていたHiggsモードのエネルギーと超伝導ギャップの関係は強結合領域においても成立すること、(2)弱結合理論と異なりHiggsモードの減衰が強い温度依存性を示すこと、(3)Higgsモード以外にフォノンのダイナミックスに由来する二つ目の振幅モードが強結合領域で出現すること、(4)これら二つの振幅モードが混ざり合う事でHiggsモードのエネルギーがより低エネルギー側にシフトしより長寿命になること、などを明らかにした。これらの研究成果は、今後様々な物質において実験がなされるであろうHiggsモードの性質への予言となっているとともに、その一部は既に実際の実験結果と合致するものとなっている。また、我々の開発した非平衡動的平均場理論に立脚した非平衡Migdal近似は、量子効果とフォノンから電子自由度へのフィードバックを取り込むことが出来る点が他の方法論と比べた時の強みである。その応用は今回のHiggsモードの性質のみに限った物ではなく今後様々な設定への応用が期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。強結合電子格子系における光誘起超伝導の理解とそれを行うための長時間シュミレーションを可能にする手法開発を目的として研究を進めてきた。特に最も基礎的なモデルであるHolsteinモデルに注目した。まず、非平衡を研究する上で重要な事は(非平衡状態への)出発点、即ち平衡状態の性質の理解である。特に、秩序相のコントロールを目的とした本研究においては異なる秩序相の競合の理解が大切である。しかし、この観点からの系統的な理解は方法論の欠如により十分ではなかった。このため我々は平衡の動的平均場と量子モンテカルロ法を組み合わせでHolsteinモデルの相図の系統的な決定を行った。これにより中間結合領域に限り、超固体相と呼ばれる超伝導性と固体性両方を兼ね備えた興味深い状態が出現する事を見いだし、発現機構を従来の強結合理論を発展させる事により明らかにした。次に非平衡現象を研究するために、電子格子系における従来の非平衡動的平均場理論の構築と整備を行い、コード開発を行った。また、それに伴い動的平均場に付随する不純物問題の近似解法の精度を平衡の動的平均場と量子モンテカルロ法を用いて評価した。まず、超伝導状態のダイナミックを知る前に非秩序相(正常相)の性質の理解は有用と考え、開発したコードを適用した。これにより弱結合側と強結合側で非平衡緩和過程は定性的に異なる二つの領域に分けられる事を明らかにし、種々の物理量にどのように反映されるかを明らかにした。次に、超伝導状態の非平衡現象に先のコードを適応した。これにより、強結合フォノン由来超伝導体においてクエンチ後の緩和過程では非熱的臨界点が存在し、平衡系とは異なる比較的安定した非平衡超伝導状態が実現される事が分かった。現在はこの現象の発現機構の理解とより安定した非平衡超伝導状態の実現方法の探索を目標に研究している。この一年間で達成した事は主に(1)(出発点である)

平衡状態の理解、(2)有効不純物問題の近似解法の精度の理解、そして(3)従来の非平衡動的平均場で記述される非平衡現象の理解である。(1)に関しては計画範囲外であるが、得られた知見は必ず今後の研究に役立つと考える。(2)に関しては、当初の1年目の目標の一つであり、これは達成出来たことになる。(3)に関しては、従来の非平衡動的平均場自体は新手法と比較されるべきものであり、一年目の目標に掲げていた"新手法の定式化と実装"の過程の一部と見なせる。新手法自体の開発は想定したようには捗ってはいないものの、従来の非平衡動的平均場の枠組みで既に興味深い物理現象をとらえられた。即ち、クエンチ的な励起において非熱的臨界点の存在と比較的安定な非平衡超伝導状態が存在する事を明らかにした。この現象をクエンチ以外の方法による系のコントロールと上手く組み合わせる事でより安定した非平衡超伝導状態を実現することが可能ではないかと考えている。このように、今後の研究の重要な鍵になると期待される現象の存在を示した事は新手法の開発の遅れを埋め合わせるものであると考えられる。以上を理由におおむね順調に進展しているとした。27年度が最終年度であるため、記入しない。2年目の研究では、1年目の研究成果を踏まえ、非熱的臨界点と比較的安定な非平衡超伝導状態の発現機構を明らかにし、それを生かした様々なコントロールの方法(外場の種類)との組み合わせを考え、より安定した非平衡超伝導状態の実現を目指す。1年目の経験から、従来の非平衡動的平均場理論のコードで現実的にアクセス可能な時間スケールが具体的に明らかになり、本年度で様々なコントロール方法の効果を調べるにあたり、我々が計画書で提案した長時間の、そして光誘起のシュミレートを可能にする方法が必要である事が再確認できた。そのため、1年目で完成しなかったこの新手法の完成が、先に述べた目標を達成するための重要課題の一つと考える。以上を第一の目標とするが、当初の実施計画において2年目の目標としていた"競合秩序相の融解による光誘起超伝導"の研究も第1目標の達成度を伺いながら実施する事にする。
高次認知機能とその神経基盤、それらに関連する遺伝的基盤、生得的要因、身体要因

高次認知機能の個人差の関連の研究、それに影響を与えている遺伝的多型や生体ミネラルについての研究、高次認知機能の訓練の引き起こす可塑性の神経基盤について研究を行った。縦断研究によりワーキングメモリ、マルチタスキングといった認知機能の訓練の引き起こす種々の神経系の変化を明らかにすることができた。また、横断研究で創造性や関連するさまざまな認知指標の神経基盤、遺伝的基盤、生体ミネラルの影響を明らかにすることができた。本研究の目的は(1)横断的研究による高次認知機能の個人差の神経基盤,(2)縦断的研究によるシャドーイングの訓練などの起こす高次認知機能と神経系の可塑性,(3)横断的研究による高次認知機能と神経系に影響を与える遺伝的基盤、(4)横断的疫学的研究による高次認知機能や神経系に関係する、環境因子、生活習慣、体内ミネラル量などの身体データの解明である。上記の研究目的を達成するために、研究期間内には、学生を対象としたシャドーイングやイメージトレーニングなどの認知訓練による縦断的研究などを行い、これまで蓄積したデータと合わせ、横断的解析を進めたりした。なお実験に際しては、東北大学医学研究科の倫理委員会で承認済みで、被験者からの同意を得てある。その結果多数の成果が得られたが、そのうちの(1)のテーマにかかわるものとしてはすでに分野を代表する査読付きの国際ジャーナルに出版済みか、出版が決まっている成果として、自閉症と関連していることが知られている共感性やシステム化傾向といった認知特性が脳の種々の領域の灰白質形態と関連していることを示した研究成果、(4)のテーマに関わるものとして、毛髪の鉄のレベルと創造性と関わる心理特性との関連を示した研究成果をが得られた。高次認知機能はいうまでもなく人間の知的活動、社会活動、文化活動の中心にあり、また統合失調症をはじめ多くの精神疾患で損なわれているものもある。高次認知機能の神経基盤、高次認知機能の可塑性を示すこと、その可塑性の神経基盤・遺伝的基盤について明らかにすることは、科学的にだけでなくその社会的・臨床的インパクトは大変大きいものであると考える。本研究の目的は、(1)横断的研究による高次認知機能の個人差の神経基盤、(2)縦断的研究によるシャドーイングの訓練などの起こす高次認知機能と神経系の可塑性、(3)横断的研究による高次認知機能と神経系に影響を与える遺伝的基盤、(4)横断的疫学的研究による高次認知機能や神経系に関係する、環境因子、生活習慣、体内ミネラル量などの身体データの解明である。上記の研究目的を達成するために、研究期間内には、学生を対象としたシャドーイングやイメージトレーニングなどの認知訓練による縦断的研究などを行い、これまで蓄積したデータと合わせ、横断的・縦断的解析を進めたりした。なお、実験に関しては、東北大学医学研究化の倫理委員会で承認済みで、被験者からの同意を得てある。その結果多数の成果が得られたが、そのうちの(1)のテーマに関わるものとしては、すでに分野を代表する査読付きの国際ジャーナルに出版済みか、出版が決まっている成果として、(1)自閉症と関連していることが知られている共感性やシステム化傾向といった認知特性が、安静時脳機能結合と関連していることを示した成果、学部の理系文系と関連している脳形態、性的寛容性と関連している脳形態、創造性や、それと関連した微小脳形態特性、(2)と関連しているテーマとして、注意多動欠陥と関連していることが知られているドーパミン受容体D4の多型と関連する注意関連脳活動や独創性などの知見、(3)ワーキングメモリ訓練が脳のドーパミン系の微小脳形態に及ぼす影響の知見、などの知見が得られた。こうした知見は自閉症や注意欠陥障害などと関連した特性の神経基盤も含み、人間の高次認知機能の基盤やその可塑性を示したもので、科学的・社会的・臨床的インパクトは大きい。26年度が最終年度であるため、記入しない。情報学26年度が最終年度であるため、記入しない。イメージトレーニングに関する縦断研究を60名程度に対して行い、シャドーイングの認知訓練に関する縦断研究を120名程度に対して行った。これらの被験者に予定されたMRI撮像、認知機能検査、質問紙による種々の評価、生体データの取得を行った。研究計画としては右利きの健常な大学生を被験者として募り、(a)縦断的な介入研究(全60名程度)を行い、その前後で(b)MRI撮像と(c)認知機能の評価を行う。そして、その介入前に(d)遺伝子多型の評価、(e)生活習慣、環境因子に関する質問表、(f)身体データの収集を行う。(g)体内ミネラル量の測定を行う。また、介入を行わず(b)(c)(d)(e)(f)(g)だけのデータを収集する(h)横断的研究(全150名程度)も行うということだったので、研究計画と同規模の実験を行うことができた。研究成果を論文にし、査読付き国際ジャーナルに順次投稿している。ただ、公刊が決まったものは上記のようにまだまだ多くない。