hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物の被食防衛と腐食連鎖を結ぶポリフェノール化合物の生態系生態学的研究

この研究の目的は、植物の2次代謝産物であるポリフェノール物質の、森林生態系における生葉-リター-土壌ループでの挙動を明らかにすることである。樹脂カラムDAX-8を用いて、土壌水の溶存有機物から疎水性画分を抽出した。疎水性の画分に含まれるタンパク質を6N塩酸で高温(120°C)の下に加水分解し、遊離したアミノ酸を高速液体クロマトグラフィーにより定量することにより、土壌水中のポリフェノールに結合保護されているタンパク質濃度を決定した。土壌栄養状態(特にリン)が異なる2つの常緑樹林の土壌水を分析した結果、土壌栄養の貧弱な森林では土壌水に常に高濃度のポリフェノールが存在しており、その濃度と溶存タンパク質濃度には正の有意な相関関係が認められた。これにより、ポリフェノール-タンパク質複合体の存在が強く支持され、栄養状態の違いによりポリフェノール-タンパク質複合体の濃度は異なることが明らかとなった。前者は、地上の樹木が生産する葉の縮合タンニン濃度に、土壌栄養に応じて差が生じることと関係していた。培養実験では、ポリフェノール-タンパク質複合体は非常に強い難分解性を示した。さらに、分解を担う土壌微生物への波及効果も明らかにした。異なる生葉ポリフェノール濃度を持つ5樹種から各5本の反復個体を選び、それらの樹冠下から土壌粗腐植を採集し、その中の各種酵素活性を測定した。フェノール・オキシダーゼ活性と全可溶性フェノール量には、統計的に有意な正の相関が認められた。以上から、樹木が生産するポリフェノールは、土壌あるいは土壌水中でタンパク質と難分解性の複合体を形成し、森林の窒素循環に強い影響を与えることが示唆された。また、土壌可溶性フェノール量とフェノールの分解に関わる酵素活性に正の相関がみられたことから、ポリフェノールは土壌微生物にも影響を与えることが示唆された。植物はポリフェノールを主体とするタンニンやリグニンなどの二次代謝産物を生産し、これは植食者への防衛効果を持っているとされる。これらが多量に生産されると、リターに多く含まれるポリフェノールの官能基がタンパク質と結合し、難分解性の物質を形成する。このため有機物分解が遅くなり無機化が滞り、ミネラル回帰がなされなくなる。こうして、防衛への投資は貧栄養を増幅させ、理論的には生産と栄養塩無機化(分解)に正のフィードバックがかかり、長期的には生態系は低バイオマス・低生産性へと向かう。生食への防御機構としてポリフェノール物質に投資することが適応的であっても、栄養塩の回帰まで含め生態系の循環を考えるときには決して適応的ではない。この研究では、ポリフェノール物質の生葉-リター-土壌ループでの挙動を明らかにすることを目的としている。今年度は、1つの常緑樹林林内で、4つの異なる樹種からそれぞれ5固体を選び、各固体の根元からの距離に応じて表層土壌を定量的に採集し、無機態窒素、窒素無機化速度、全窒素、有機体炭素を標準的な手法を用いて分析した。また、この森林内の10カ所にライシメーターを設置し、陰圧をかけて土壌水を採集した。この土壌水中の溶存ポリフェノール濃度の定量を比色法で行った。また、ポリフェノールに結合していると思われるタンパク質の量を明らかにするため、土壌水を樹脂カラムDAX-8に通し、疎水性と親水性の画分に分画した。疎水性の画分に含まれるタンパクを塩酸で加水分解し、遊離したアミノ酸を高速液クロで定量することにより、溶存のタンパク質の量を推定した。この研究の目的は、植物の2次代謝産物であるポリフェノール物質の森林生態系における生葉-リター-土壌ループでの挙動を明らかにすることである。

今年度は、常緑樹林内に設置したライシメーターから土壌水を採集し、この土壌水中の溶存ポリフェノール濃度とポリフェノールに結合保護されているタンパク質濃度の定量方法を確立した。まず、土壌水を樹脂カラムDAX-8に通し、溶存有機物の分子量に応じてそれが大きい疎水性と分子量の小さな親水性の画分に分画した。疎水性の画分に含まれるタンパク質を6N塩酸で高温(120°C)の下に加水分解し、遊離したアミノ酸を高速液体クロマトグラフィーにより定性・定量した。この手法を確立することにより、溶存タンパク質の約80%を回収することに成功した。確立したこの手法を用いて、実際の森林の土壌水にどの程度のポリフェノール-タンパク質結合体が存在するのかを明らかにした。2つの土壌栄養状態(特にリン)が異なる常緑樹林に各10個設置したライシメーターの土壌水を分析した結果、土壌栄養の貧弱な森林では土壌水に常に高濃度のポリフェノールが存在しており、その濃度と溶存タンパク質濃度には正の有意な相関関係が認められた。これにより、ポリフェノール-タンパク質結合体の存在が強く指示され、栄養状態の違いによりポリフェノール-タンパク質結合体の濃度は異なることが明らかとなった。後者のパターンは、地上の樹木が生産する葉の縮合タンニン濃度と関係していた。ポリフェノール-タンパク質結合体の濃度は各森林で、表層から深層にかけて減少した。培養実験から、ポリフェノール-タンパク質結合体は非常に難分解性の強い有機物であることが明らかとなった。以上から、樹木が生産するポリフェノールはタンパク質と難分解性の結合体を形成し、森林の窒素循環に強い影響を与えることが示唆された。この研究の目的は、植物の二次代謝産物である生葉のポリフェノール物質がリターとして土壌系に加入した際に、どのような生物地球化学的影響を分解系にもたらすのか、さらにそれが地上植生にどのようにフィードバックするのか、を明らかにすることである。今年度は、分解を担う土壌微生物群集への波及効果を明らかにした。1つの常緑林に共存する、異なる生葉ポリフェノール濃度を持つ5樹種から各5本の反復個体を選び、それらの樹冠下から土壌粗腐植を採集した。これらの試料を実験室に持ち帰りBIOLOGプレート上で培養し、BIOLOGに含まれる95種類の炭素基質の代謝能力を測定した。測定結果を主成分分析で多変量解析した結果、樹種毎に利用できる炭素源の組み合わせが異なり、これにより土壌微生物群集が異なる可能性が示唆された。さらに、土壌粗腐植試料の湿度、pH、全可溶性フェノール量、BIOLOGに含まれる炭素基質以外の基質への酵素活性を測定した。その結果、酸性(及びアルカリ性)フォスファターゼとβ-Dグルコシダーゼの活性には統計的に有意な樹種間差が見出された。ポリフェノールを分解する酵素であるフェノール・オキシダーゼの活性には有意な樹種間差が見出されなかった。しかし、全種を込みにしてフェノール・オキシダーゼ活性と全可溶性フェノール量との関係を検定したところ、統計的に有意な正の相関が認められた。これらの結果から、各樹種の樹冠下には固有の微生物群集が形成され、リターのポリフェノール濃度に依存したポリフェノール分解酵素活性を持っている可能性が示唆された。
ナノドメイン・パターン光液晶配向膜

新規駆動モードによる液晶デバイスの実現に向け、液晶分子のプレチルト角を0°90°の全範囲、特に10°85°の範囲で安定して発現できる液晶光配向膜の作製プロセスの開発を行った。水平配向領域と垂直配向領域(直径1.5μmの円)が共存する光配向膜を形成し、両領域の面積比によってプレチルト角が制御可能であることを実験的に示し、ナノドメイン光配向膜の有効性を確証した。また、ポリイミド光配向膜にアミン処理を施すことによって、従来のプレチルト角の制御範囲を大幅に拡張することに成功した。マイクロコンタクト・プリンティング(μCP)法による水平/垂直ナノドメイン・パターン光配向膜の作製技術を確立するため、以下の実験を行った。垂直光配向剤(アゾベンゼンを骨格構造に含む側鎖付ポリアミック酸:v-Azo-PAA)溶液をPDMSスタンプにインク付けする方法としてスピンコート法を採用し、その条件出しを行った。まず、パターンのないPDMSスタンプ上にv-Azo-PAA溶液をスピンコートしインク付けを行った。PDMSは撥水性シリコンゴムであるため、無処理のPDMSにはスピンコートできなかった。そこで、酸素プラズマ処理を行った後スピンコートしたところ、スピンコートによるインク付けに成功した。酸素プラズマ処理条件は40W,10秒で十分であった。高出力、長時間の酸素プラズマ処理はPDMSスタンプにダメージを与えるので、100W,60秒以下でおこなうことが望ましい。次に、光リソグラフィー技術を用いてシリコン基板上に20125μmの市松模様のレジスト・パターンを形成し、それをマスターとしてPDMSスタンプを作製した。そのPDMSスタンプを用いて、ガラス基板上へのポリアミック酸(PAA)膜のパターン形成を試みた。ここではインク付け等の条件出しをするため、市販されているポリアミック酸(PAA)を用いた。まず、スピンコート法によりインク付けを行った。凹凸パターンのあるスタンプ(酸素プラズマ処理済)にPAA溶液をスピンコートした場合、乾燥過程でPAA溶液が凹部に移動して溜まっていき、凸部にPAA膜が残らないことが分かった。この問題を解決するために、PDMSスタンプ凸部のみにPAA溶液をインク付けすることが有効と考え、平らなガラス基板上にPAA溶液をスピンコートし、それをインク台として用いる方法を試みた。インク付けを行うためにPDMSスタンプを平らなインク台に乗せたとき、PDMSスタンプ凸部直下のPAA溶液が凹部へ移動するため、インク付けが再現性良く行えないことがわかった。スタンプ台表面の形状を工夫することが必要であると考えている。マイクロコンタクト・プリンティング(μCP)法による水平/垂直ナノドメイン・パターン光配向膜の作製技術を確立するため、PDMSスタンプ上にポリアミック酸溶液をインキングする方法の検討実験を行った。前年度、パターン形成したPDMSスタンプにポリアミック酸溶液を直接スピンコートする、或いは平滑なガラス基板上にポリアミック酸をスピンコートしてそれをスタンプ台としてPDMSスタンプにインク付けする方法では均一なインキングができないことがわかったので、本年度は表面に微細構造を形成した基板をスタンプ台として用いる方法を検討した。ランダム粗さを有する基板としてフロストガラスと500nm厚のSiO_2スパッタ膜を用いた。また、人工的な凹凸面として10μmサイズの市松模様SiO_2スパッタ膜(厚さ:10,20,40,80nm)を用いた。厚さ40nmの市松模様SiO_2スパッタ膜と500nm厚のSiO_2スパッタ膜をスタンプ台として用いたとき、パターン形成したPDMSスタンプの凸部にポリアミック酸膜をインク付けすることができた。しかし、インク付けの均一性や転写の再現性が悪く、まだ確立したプロセスとはなっていない。並行して、水平/垂直ナノドメイン・パターン光配向膜の有効性を確認する実験を行った。水平配向ポリイミド光配向膜(プレチルト角2゚)を石英基板上に形成した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより開効率が15%に成るように直径1.5μmの円を配置したパターンを形成した。その状態で開口部をオクタデシルトリクロロシランで処理した後、レジストを除去した。この膜を配向膜とする液晶セルを作製し、プレチルト角を測定した。パターン領域のプレチルト角は8゚、シラン化領域のプレチルト角は45゚であった。開口比から期待されるプレチルト角は:2゚x0.85+45゚x0.15&ap;8.5゚で実験結果とほぼ一致した。この結果は、水平/垂直ナノドメイン・パターン光配向膜のプレチルト角が各配向領域のプレチルト角の面積平均で決定されることを示唆するものである。

前年度まで、液晶分子の水平配向を誘起する材料として主鎖型Azo-PI(h-Azo-PI)、垂直配向を誘起する材料として側鎖付Azo-PI(v-Azo-PI)を用いてナノドメイン・パターンを作製することを試みてきたが、パターン形成したPDMSスタンプの凸部にポリアミック酸膜を均一にインク付けすることが困難であり、かつ基板への転写再現性が悪く、プロセスを確立するには至らなかった。今年度は垂直配向を誘起する材料として長鎖アルキルアミンを用いて実験した。はじめに、長鎖アルキルアミンをスタンプした領域が垂直配向膜として機能するかどうかを調べた。蒸気処理により長鎖アルキルアミンをフラットなPDMSスタンプ上に堆積し、それをh-Azo-PAA(h-Azo-PIの前駆体)膜にスタンプし、その膜を光配向処理、熱イミド化して光配向膜を作製した。その膜上の液晶分子(5CB)のプレチルト角を測定したところ、垂直配向は誘起できなかったが、約24°のプレチルト角(基板面からの角度)を得た。h-Azo-PI光配向膜上の液晶分子のプレチルト角が約2°であることから、長鎖アルキルアミンのスタンプ処理により、大きなプレチルト角を誘起できることがわかった。この結果は、ナノドメイン・パターンを作らなくてもプレチルト角の制御性を向上させることができることを示唆しており、新たな発見であった。次に、h-Azo-PAA膜を直接、長鎖アルキルアミンで蒸気処理して光配向膜を作製した。その膜上の液晶分子のプレチルト角は、約26°でスタンプ処理とほぼ同じであった。光配向処理条件を変えてプレチルト角の制御を試みた。その結果、光配向処理条件を変えることによって、少なくともプレチルト角を45°までは制御できることがわかった。本研究成果は、双安定ベンド-スプレイ方式の液晶表示素子やOCB駆動の液晶ディスプレイの配向技術として有効である。本研究成果に関する特許出願(特願2012-070028)を行った。
ヒトiPS細胞を用いた骨格筋ティッシュエンジニアリング技術の開発

再生医療の研究において、ヒトiPS細胞から生体内の機能的な細胞への分化誘導法の開発が行われており、骨格筋においても筋転写因子の一つであるMyoD遺伝子をiPS細胞に導入することで、筋芽細胞へ分化することが報告されている。さらに、筋疾患患者由来の細胞から筋疾患iPS細胞を作製し、筋疾患に関する遺伝子を、近年発展の著しいゲノム修飾技術によって高効率かつ高精度に修復できることも示されている。しかしながら、筋肉の最も重要な機能である「収縮力」を指標とした評価は依然なされていない。本研究では、ヒトiPS細胞から「動く」筋組織を作製して、収縮力を指標とした筋機能評価という新しい評価法を提案する。平成30年度は、健常者由来のiPS細胞(409B2株)を用いて、我々オリジナルの磁性ナノテクノロジーを基盤とした三次元組織作製法(Magnetic foce-based tissue engineering法, Mag-TE法)により三次元筋組織を構築することに成功した。レチノイン酸添加によって細胞の生存率が高まることを見出し、電気刺激培養を行うことで、電気刺激に応じて収縮運動する筋組織の構築に成功した。さらに、微細加工技術により作製したPDMSからなる微細デバイスを用いて、ヒトiPS細胞からMag-TE法によって三次元筋組織を作製し、電気刺激で収縮して力を発生するマイクロ組織の構築法を確立した。これらの成果は、骨格筋組織再生や薬剤スクリーニングへの応用に向けた人工筋組織の作製にとって有用な知見となると考えられる。難関だと考えていた「動く」三次元筋組織の構築に成功し、またいくつかの成果が論文として受理されたことから、順調に進展していると考えられる。昨年度までに、筋ジストロフィ患者由来iPS細胞の筋芽細胞への分化誘導法を確立した。本年度は、研究申請書にしたがって、以下の通り、三次元組織構築法の検討を行う。1)ヒト筋ジストロフィiPS細胞を用いた検討。前年度までに、磁性ナノ粒子を用いて細胞を磁気標識し、磁力で積層して三次元培養することにより、ヒト正常iPS細胞から三次元筋組織を作製することに成功している。今年度は、正常ヒトiPS細胞の筋組織構築法を踏襲して、さらに細胞外マトリクスの種類や濃度および細胞密度等の詳細な培養条件の検討を行うことで、高度な分化誘導効率と高い再現性を実現することで、ヒト筋ジストロフィiPS細胞を用いた骨格筋組織構築法を確立する。2)マイクロデバイスを用いた検討。前年度までに、薬剤のハイスループットスクリーニングを目的として、PDMSによるマイクロデバイスを開発した。磁気標識した細胞を二つのマイクロピラー間に播種し、磁力で集積させることでマイクロピラー間に引っかかった骨格筋組織様構造体を作製することに成功した。今年度は、iPS細胞を用いてマイクロデバイス内にマイクロ骨格筋を作製する手法を開発する。前年度までに、マイクロデバイスが多検体を同時に処理できるハイスループット性を活用して、様々な条件で正常ヒトiPS細胞を用いてマイクロ組織を作製し、「動く」正常ヒトiPS細胞由来マイクロ骨格筋組織の作製に成功した。今年度はヒト筋ジストロフィiPS細胞を用いた検討を行い、細胞数・細胞外マトリクス量などを最適化することで、ヒト筋ジストロフィiPS細胞を用いた骨格筋組織構築法を確立する。また、最終年度として、これらの研究成果をまとめることで、ヒトiPS細胞を用いた骨格筋ティッシュエンジニアリング技術の開発に関する研究を総括する。再生医療の研究において、iPS細胞から生体内の機能的な細胞への分化誘導法の開発が行われており、骨格筋においても筋転写因子の一つであるMyoD遺伝子をiPS細胞に導入することで、筋芽細胞へ分化することが報告されている。さらに、筋疾患患者由来の細胞から筋疾患iPS細胞を作製し、筋疾患に関する遺伝子を高効率かつ高精度に修復できることも示されている。しかしながら、筋肉の最も重要な機能である収縮を指標とした評価はなされていない。本研究では、iPS細胞から「動く」筋組織を作製して、収縮力を指標とした筋機能評価という新しい評価法を提案する。平成29年度は、健常者由来のiPS細胞(409B2株)を用いて、分化を指標とした細胞播種密度の検討を行い、最適な播種密度を決定した。さらに、レチノイン酸添加によって細胞の生存率が高まることを見出し、電気刺激に応じて収縮運動する筋管を誘導することに成功した。また、さらに有効な分化誘導法の検討として、電気刺激培養を行ったところ、筋管への分化が促進され、より多くの筋管が電気刺激で収縮した。さらに、我々オリジナルの磁性ナノテクノロジーを基盤とした三次元組織作製法(Mag-TE法)により、MEMS技術により作製したPDMSの微細デバイスを用いて、iPS細胞から三次元筋組織組織を作製したところ、電気刺激で収縮して力を発生する組織を構築することに成功した。この成果は、骨格筋組織再生や薬剤スクリーニングへの応用に向けた人工筋組織の作製にとって有用な知見となることが期待できる。申請当時、難関だと考えていた三次元筋組織の構築に成功し、電気刺激で動く骨格筋組織がiPS細胞から構築できたことから、非常に順調に進展していると考えられる。

さらに、筋疾患患者由来の細胞から筋疾患iPS細胞を作製し、筋疾患に関する遺伝子を、近年発展の著しいゲノム修飾技術によって高効率かつ高精度に修復できることも示されている。しかしながら、筋肉の最も重要な機能である「収縮力」を指標とした評価は依然なされていない。本研究では、ヒトiPS細胞から「動く」筋組織を作製して、収縮力を指標とした筋機能評価という新しい評価法を提案する。平成30年度は、健常者由来のiPS細胞(409B2株)を用いて、我々オリジナルの磁性ナノテクノロジーを基盤とした三次元組織作製法(Magnetic foce-based tissue engineering法, Mag-TE法)により三次元筋組織を構築することに成功した。レチノイン酸添加によって細胞の生存率が高まることを見出し、電気刺激培養を行うことで、電気刺激に応じて収縮運動する筋組織の構築に成功した。さらに、微細加工技術により作製したPDMSからなる微細デバイスを用いて、ヒトiPS細胞からMag-TE法によって三次元筋組織を作製し、電気刺激で収縮して力を発生するマイクロ組織の構築法を確立した。これらの成果は、骨格筋組織再生や薬剤スクリーニングへの応用に向けた人工筋組織の作製にとって有用な知見となると考えられる。難関だと考えていた「動く」三次元筋組織の構築に成功し、またいくつかの成果が論文として受理されたことから、順調に進展していると考えられる。平成29年度は非常に順調に研究が進展したことから、今後は研究が加速的に進展することが期待できる。平成29年度にヒトiPS細胞を筋分化し、電気刺激によって「動く」三次元筋組織の構築に成功したことを技術的な基盤として、今後は申請書の研究計画にしたがって、ヒト筋ジストロフィ患者由来iPS細胞および、その細胞をゲノム編集技術によって修復したiPS細胞を使用して、同様に筋分化および三次元筋組織構築を行い、電気刺激で「動く」三次元筋組織を作製する。研究を進めるうえで、筋ジストロフィ由来iPS細胞からの筋分化培養および三次元筋組織作製が困難である場合が予想されるが、最適な培養法を確立することで目標を達成する。また、そのための培養条件の検討に、平成29年度に開発したマイクロデバイスを用いて、多数の培養条件を一度に検討するハイスループットスクリーニングにより、最適な培養条件を見出すことで解決する。昨年度までに、筋ジストロフィ患者由来iPS細胞の筋芽細胞への分化誘導法を確立した。本年度は、研究申請書にしたがって、以下の通り、三次元組織構築法の検討を行う。1)ヒト筋ジストロフィiPS細胞を用いた検討。前年度までに、磁性ナノ粒子を用いて細胞を磁気標識し、磁力で積層して三次元培養することにより、ヒト正常iPS細胞から三次元筋組織を作製することに成功している。今年度は、正常ヒトiPS細胞の筋組織構築法を踏襲して、さらに細胞外マトリクスの種類や濃度および細胞密度等の詳細な培養条件の検討を行うことで、高度な分化誘導効率と高い再現性を実現することで、ヒト筋ジストロフィiPS細胞を用いた骨格筋組織構築法を確立する。2)マイクロデバイスを用いた検討。前年度までに、薬剤のハイスループットスクリーニングを目的として、PDMSによるマイクロデバイスを開発した。
モジュライ空間上の形式的KZ方程式と多重ゼータ値

多重ゼータ値は多重対数関数の特殊値として与えられる.これは多重対数関数のテーラー展開(局所的性質)をみれば明らかであるが,このことより多重対数関数のモノドロミーあるいは接続関係式といった大域的性質から多重ゼータ値のみたす種々の関係式を導くことが可能となる.多重ゼータ値のみたす関係式の中で「二重シャッフル関係式」と呼ばれる関係式は基本的なものであるが,それを幾何学的に説明することが今回の研究の主テーマである.それはおおよそ次のように為される.モジュライ空間M_{0,5}上の形式的KZ方程式を考えよう.これはM_{0,5}上で定義された微分方程式であり,無限遠因子に対数的特異性を持つ.また,方程式の値はM_{0,5}の基本群のリー環\mathcal{X}に取るものとする.この方程式の可積分条件はリー環の基本関係に一致する.このKZ方程式の原点において正規化された基本解は,リー環の普遍展開環\mathcal{U}(\mathcal{X})に値をとる多価解析関数であり,一意的に定まる.そして,その展開係数に現れるのがM_{0,5}型の超対数関数であり,これは1変数多重対数関数を一般化になっている.さて,モジュライ空間M_{0,5}はM_{0,4}上の局所自明なファイバー空間であり,大域的切断を持つ.これより,M_{0,5}の基本群が底空間M_{0,4}の基本群とファイバーの基本群の半直積に分解し,このことから基本解が底空間方向とファイバー方向に自然に分解されることが分かる.さて,このファイバー空間の分解は二通り存在し,その結果,KZ方程式の基本解の分解も二通り存在する.この二つの分解を等置することにより,M_{0,5}型の超対数関数の間の関係式が得られるのだが,これが多重ゼータ値の調和積を導く.このようにして,「二重シャッフル関係式」がモジュライ空間の幾何学を通じて解釈された.リーマン・ヒルベルト問題を使って,多重ゼータ値から多重対数関数を復元する方向の研究は,現在も鋭意続けており,平成24年3月26日29日の日本数学会年会において,その概要を報告した.調和積関係式をすべて含むことが証明されている.この結果は,多重ゼータ値の調和積の問題が,KZ方程式の視点から捉えられたことを意味する.以上の業績により,本研究の目的は,おおよそ達成されたと考えている.「本年度の研究実績の概要」で述べたように本研究の目標である「モジュライ空間$\mathcal{M}_{0,5}$上の形式的KZ方程式の基本解の接続問題を解く」ことと「多重対数関数の調和積を接続問題として捉える」ことが達成でき,しかもそれを二編の論文として,一つは海外の一流誌に掲載が決まっている.また,新しい研究方向も見えており,それに関連した論文も発表した.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の課題は「より高次元のモジュライ空間$\mathcal{M}_{0,n}(n \geq 6)$上のKZ方程式を考察することと,リーマン・ヒルベルト問題を使って,多重ゼータ値から多重対数関数をを復元することである.後者の問題は1変数KZ方程式(モジュライ空間で$\mathcal{M}_{0,4}$に対応する)について進展中である.$\mathcal{M}_{0,5}$のときは今後の大きな課題である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
神経細胞死におけるリソゾームシステインプロテアーゼの役割

本年度の研究では以下の点に成果が得られてた。1)砂ネズミ前脳短時間虚血モデル(1)自家融解小体の形成:虚血後のCA1錐体細胞においてはシステイン系蛋白分解酵素として知られるカテプシンB,H,Lの抗体で染めだされるリソゾームの数と大きさが増す。特に、3日後になると、細胞質蛋白の分解シグナルとして知られるユビキチンを取り込んだリソゾームが多く現われる。このことは、錐体細胞において自家融解小体を盛んに形成して、細胞質の蛋白や構造を壊していること示唆している。(2)CA1錐体細胞の死:自家融解小体を形成する虚血3日後になると、錐体細胞は急激に萎縮する。そこで、核の変化をみる目的でin situ nick end labelingを行なった結果、虚血3日後になって初めて錐体細胞の核のDNAは断片化し、4日後になると断片化した核は錐体細胞の樹状突起にまで拡散することが分かった。この時期のCA1錐体細胞を電子顕微鏡的に観察すると、核のクロマチンが凝縮し、さらに、ミクログリアの周囲にはクロマチンが凝縮し、縮小した核を持ったアポトーシス小体が認められた。そこで、対照群、虚血1日、2日、3日、4日後のCA1錐体領域を含む海馬を切り出し、genomic DNAを抽出し、電気泳動したところ、4日後のサンプルにのみオリゴヌクレオゾームに断片化したDNAがみいだされた。さらに、変性した細胞の運命をみるために、グリファニア-レクチン(ミクログリアの染色)とDNAのnick end labelingの二重染色をした結果、虚血4日後に断片化したDNAを取り込んだミクログリアが多数みいだされた。これらの結果は、遅発性神経細胞死は壊死ではなくアポトーシスであることを示している(投稿中)2)アポトーシスの回避:私達は、1)の(2)の結果に注目し、アポトーシスを回避する因子を探索する目的で、in vitroの系で実験を試みた。原型癌遺伝子としてクローニングされたbcl-2は、リンパ球系細胞のアポトーシスを強力に阻止する。この遺伝子をPC12細胞に組み込んだ結果、無血清培地でもPC12細胞は細胞死に陥ることはなかった。さらに、興味あることは、無血清培地で死を回避されたPC12細胞はNGFが存在しないにもかかわらず神経突起を伸長し、神経様細胞に分化した(投稿中)。
耐水素脆性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼のSSRT特性に関する研究

これまで行ってきたJIS規格材(SUS321,SUS304N2)及び非JIS規格材(少量溶解したSUS304(V),SUS304(N),SUS304(Nb))と比較のため一般的なSUS304,SUS316,SUS316Lを用いてSSRT試験で不足していたデータを取得するとともに,これらの結果と比較するために海外の規格材であるXM-19等も試験も実施した.行った試験環境は,これまでと同様の1未曝露材を用いた室温・高圧水素ガス中,2未曝露材を用いた低温・高圧水素ガス中,3高温・高圧水素ガス曝露材を用いた室温・大気中,4高温・高圧水素ガス曝露材を用いた低温・窒素ガス中,5未曝露材を用いた室温・大気中,6未曝露材を用いた低温・窒素ガス中であり,1及び2は外部水素,3及び4は内部水素の影響を検討することができる.追加で得られた結果もこれまで得られた結果と同様に,1室温に比べ,低温の引張強度は,加工誘起マルテンサイト変態により上昇する,2室温・高圧水素ガス試験と曝露材試験において,ニッケル当量の低い材料は大気中の引張強度に達する前に破断する,3低温・高圧水素ガス試験と曝露材試験では,室温よりも水素の影響を顕著に受け,破断強度は低下する,4水素の影響を受けにくい材料の破面は,全面がディンプルで覆われているが,水素の影響を受けやすい材料の破面は,擬へき開破面であることが確認できた.また,窒素やニオブを微量添加しニッケル当量を高めたXM-19等は優れた耐水素脆化特性を有していることを明らかにすることができた.JIS規格材(SUS321,SUS304N2)及び非JIS規格材(少量溶解したSUS304(V),SUS304(N),SUS304(Nb))と比較のため一般的なSUS304,SUS316,SUS316Lを用いてSSRT試験を実施した.試験環境は1未曝露材を用いた室温・高圧水素ガス中,2未曝露材を用いた低温・高圧水素ガス中,3高温・高圧水素ガス曝露材を用いた室温・大気中,4高温・高圧水素ガス曝露材を用いた低温・窒素ガス中,5未曝露材を用いた室温・大気中,6未曝露材を用いた低温・窒素ガス中である.1及び2は外部水素,3及び4は内部水素の影響を検討することができる.試験の結果,室温に比べ,低温の引張強度は,加工誘起マルテンサイト変態により上昇する.室温・高圧水素ガス試験と曝露材試験において,ニッケル当量の低い材料は大気中の引張強度に達する前に破断した.一方,低温・高圧水素ガス試験と曝露材試験では,室温よりも水素の影響を顕著に受け,破断強度は低下した.水素の影響を受けにくい材料の破面は,全面がディンプルで覆われているが,水素の影響を受けやすい材料の破面は,擬へき開破面であった.ニッケル当量の上昇により水素の影響は低下することから,窒素やニオブ等を微量添加しニッケル当量を高めることで耐水素脆性を向上させることが明らかになった.これまで行ってきたJIS規格材(SUS321,SUS304N2)及び非JIS規格材(少量溶解したSUS304(V),SUS304(N),SUS304(Nb))と比較のため一般的なSUS304,SUS316,SUS316Lを用いてSSRT試験で不足していたデータを取得するとともに,これらの結果と比較するために海外の規格材であるXM-19等も試験も実施した.行った試験環境は,これまでと同様の1未曝露材を用いた室温・高圧水素ガス中,2未曝露材を用いた低温・高圧水素ガス中,3高温・高圧水素ガス曝露材を用いた室温・大気中,4高温・高圧水素ガス曝露材を用いた低温・窒素ガス中,5未曝露材を用いた室温・大気中,6未曝露材を用いた低温・窒素ガス中であり,1及び2は外部水素,3及び4は内部水素の影響を検討することができる.追加で得られた結果もこれまで得られた結果と同様に,1室温に比べ,低温の引張強度は,加工誘起マルテンサイト変態により上昇する,2室温・高圧水素ガス試験と曝露材試験において,ニッケル当量の低い材料は大気中の引張強度に達する前に破断する,3低温・高圧水素ガス試験と曝露材試験では,室温よりも水素の影響を顕著に受け,破断強度は低下する,4水素の影響を受けにくい材料の破面は,全面がディンプルで覆われているが,水素の影響を受けやすい材料の破面は,擬へき開破面であることが確認できた.また,窒素やニオブを微量添加しニッケル当量を高めたXM-19等は優れた耐水素脆化特性を有していることを明らかにすることができた.数種類のニッケル当量が異なるオーステナイト系ステンレス鋼を用いたSSRT試験が実施できた.内部水素(水素曝露材の試験)と外部水素(高圧水素ガス中の試験)におけるそれぞれのSSRT特性の把握ができ,破面観察も終了し,基本的なデータの蓄積ができた.水素曝露材の試験と高圧水素ガス中の試験の条件をさらに詳細に検討し,水素脆化メカニズム解明のための試験を実施する.試験結果をもとにニッケル当量と水素脆化の関係を明確にし,さらに耐水素脆化の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の探索を行う.基礎的なデータを得るために,既存の材料を用いた試験を実施したため,新規材料の購入及び試験片作成が予定より少なかった.これまで得られたデータをもとに新規材料の購入及び少量溶解材の作成等を実施する.
核遺伝子によるミトコンドリアDNAの量的変動制御機構の解明

ナタネの細胞質雄性不稔はミトコンドリア遺伝子orf125が原因遺伝子であることが知られているが、Brassica rapaを交配した後代で稔性が回復することが観察された。この稔性回復が核の1遺伝子(Fr)により、orf125のコピー数が減少することで引き起こされること、Frの遺伝子型により稔性回復の程度が決まることを見出した。さらに、核コードの稔性回復遺伝子orf687が存在することで、Fr遺伝子によるコピー数の減少が起こらないことが観察された。コセナCMSナタネにB.rapaを交配し、その後ナタネで戻し交配を行ったところ、後代で稔性を回復した個体(Fr)が観察された.Fr個体は,稔性回復遺伝子orf687をもたず,Fr個体を父親としてCMSに交配した後代では,稔性回復個体と不稔個体が分離した.また,同一個体で不稔と可稔の花が見られる部分不稔の個体も観察された.orf125をプローブとしたサザンハイブリダイゼーションを行ったところ,Fr個体においてorf125のコピー数の著しい減少が観察された.そのFr個体を父親としてCMSに交配したF_1個体でも,orf125のコピー数の減少が観察された.このorf125のコピー数の減少は稔性とは関連せず,雄性不稔を示す個体においてもorf125のコピー数の減少が観察された.次に,CMSナタネではミトコンドリアにorf125が座乗しているミトコンドリアDNAのサークル(orf125サークル)とマスターサークルが存在しており,orf125サークルのコピー数のみが核遺伝子Frの働きにより減少しているとの仮説をたて,ナタネの全ミトコンドリアゲノムをプローブとして,サザンハイブリダイゼーションを行ったところ,orf125のコピー数が著しく減少している,あるいは半分程度に減少しているが個体とCMSナタネの間で,検出された主要な68本のDNA断片は同一であった.すなわち,orf125のコピー数の変動にかかわらず,ミトコンドリアDNAのハイブリダイゼーションパターンに違いがなかった.このことから,orf125サークルがCMSナタネのマスターサークルとは独立に存在しており,orf125サークルはorf125を除いてマスターサークルのDNA配列と同一であるか,あるいは少なくともマスターサークルのDNA配列の一部とorf125から構成されていると考えられる.ミトコンドリアゲノムにコードされているcms遺伝子orf125のコピー数は、核遺伝子Frにより制御されていることは前年までの研究で明らかになった。今年度はFr遺伝子の遺伝様式を調べorf125のコピー数の変動は核支配の一因子優性遺伝子であることを証明することができた。また、orf125量が減少したヘテロ接合体(Frfr)に品種Westar(frfr)を交配して得られたF_1個体(frfr)とその自殖後代(F_2)のorf125量を比較したところ、その量はCMS個体のおよそ50%でFr遺伝子が存在しないにもかかわらず一度減少したorf125量は2世代にわたりCMS個体のレベルに復帰しなかった。すなわち劣性ホモ個体においては、orf125のコピー数をCMS個体のレベルまで増加させる働きが弱いか、あるいはないと思われる。また、ヘテロ接合体ではorf125量は半減しているが3世代にわたりほぼ同量を維持し、消失しないことが分かった。これに比べ優性ホモ個体では一世代でorf125が完全に消失する。すなわちFrの1遺伝子量ではorf125は不完全な消失にとどまり完全に消失させるためには2遺伝子量が必要であることが明らかになった。orf125遺伝子のミトコンドリアゲノム中における存在様式を明らかにするために、CMSナタネのorf125を含む7200bpの領域の塩基配列を決定した結果、orf125の終止コドン上流32bpから下流はミトコンドリア遺伝子ccmFN1領域のゲノム配列と完全に一致し、一方、上流側はコセナのorf125領域とほぼ一致しており、組換点近傍にある87bpの反復配列を介した組換えにより生じたことが明らかとなった。さらに、詳細な塩基配列比較から、CMSナタネのorf125領域で見られた組換えは、コセナのミトコンドリア中では同様な反復配列があるにもかかわらず抑制されており、サイブリッド化によって始めてその抑制が解除されて生じたことが明らかとなった。

前年度までに,ミトコンドリアゲノムにコードされているcms遺伝子orf125のコピー数は、一因子の核遺伝子Frにより減少すること,その減少量は,Fr遺伝子の遺伝子型によることを明らかとした.今年度は,(1)通常のPCRでは検出できないまでにorf125が減少した系統(FrFr)とCMS系統のミトコンドリアゲノムをミトコンドリア遺伝子をプローブとしたサザンハイブリダイゼーションを行うことで比較したところ,cox1遺伝子をプローブとした場合のみ多型が観察された.CMS系統では2本のバンドが観察されたが,FrFr系統ではそのうちの1本のバンドが消失していた.他のミトコンドリア遺伝子をプローブとした場合,多型は観察されなかった.現在orf125とcox1がマスターゲノムとは独立した分子上に存在しており,その分子のみが,Fr遺伝子の影響でコピー数を変動させていると仮定して,orf125とcox1が座乗している分子の配列を調査中.(2)orf125の翻訳を阻害してORF125タンパク質の蓄積を減少させることで,稔性を回復することが知られている稔性回復遺伝子Rfを交配により導入したCMS個体では,Fr遺伝子が存在するにもかかわらず,orf125のコピー数の減少が見られなかった.このことは,Fr遺伝子によるorf125のコピー数の減少は,orf125遺伝子の発現,すなわち,ORF125タンパク質の蓄積が必要である可能性がある.現在,Rf遺伝子が存在することでorf125が減少しないことをF2世代を作成して確認中である.
遷移金属酸化物ドメイン境界での酸化物イオンダイナミクスと機能

本課題では、遷移金属酸化物中の酸化物イオンダイナミクス(酸化物イオンの動き)に関連する諸物性に着目し、ダイナミクスの理解および機能開発を行った。得られた主な研究成果は次の2つである。(1)ヘテロ界面における構造ミスマッチを利用することで、酸化物中の酸素(欠損)規則配列を変調さらには制御できることを明らかにした。(2)酸化物における酸化還元反応は局所的に進行することを明らかにし、さらに反応に伴う酸化物イオン吸収および放出が優先的に起こる局所領域の特性に成功した。また電界で酸化還元反応を誘起することで、伝導性を変調可能であることも明らかにした。本年度は、ヘテロ構造化した遷移金属酸化物中に形成される特異な酸素配位環境に着目して、それが示す機能特性およびその起源を探求した。いかに主な成果を列挙する。(1)規則配列した酸素欠損を有するブラウンミレライト構造酸化物SrFeO2.5 (SFO)とペロブスカイト酸化物DyScO3 (DSO)から構成されるヘテロ界面に着目した。パルスレーザー堆積法でDSO基板上にSFO薄膜をエピタキシャル成長させ、SFO/DSOヘテロ界面を作製した。走査型透過電子顕微鏡における断面観察から、SFO薄膜領域で見られた周期構造が、薄膜/基板界面領域では消失していることを見出した。これは、SFOとDSOとの間の構造ミスマッチを解消するために、界面領域におけるSFOの酸素欠損の規則配列が消失したためと考えられる。ここで見出した結果は、ヘテロ界面における輸送特性が薄膜層と異なる結果を示すものである。そこでヘテロ界面の輸送特性評価を室温から500Kの温度範囲で実施した。試料には、フォトリソグラフィーとイオンミリングで、ヘテロ界面に直接電極をコンタクトさせた配置の素子構造を採用した。作製した素子構造のシート抵抗の温度依存性を測定したところ、シート抵抗は非常に高いままであり、そのシート抵抗は温度の増加とともに低下し、絶縁体的(または半導体的な)振舞いを示すことが分かった。この振舞いはSFO薄膜のそれと同じものであり、酸素量が2.5のままでは、酸素配位環境の変化がSFOの輸送特性に与える影響は小さいことが分かった。(2)4d遷移金属酸化物中の酸素配位環境(酸素八面体の歪み)が機能特性に与える影響の評価を行った。XAS-MCD測定から、酸素八面体歪みと軌道磁気モーメントとの相関を明らかにした。本年度の取り組みを通して、酸化物ヘテロ界面などの局所領域に形成される特異な酸素配位環境の観察やそれに関連する物性評価技術を確立した。これらの技術を用いて得られた実験結果からは、ヘテロ界面における構造ミスマッチをうまく利用することで、これまで難しいとされてきた酸素欠損の配列の変調または制御が可能であるという重要な知見を得た。これは新しい物質開発手法としてのヘテロ界面の可能性を提示するものであり、目標である「局所領域における特異な酸素配位環境(もしくは酸素欠損の配列)を利用した物質機能開発」につながる成果と言える。本年度は、酸素欠損の規則配列を有するブラウンミレライト構造を有する鉄酸化物SrFeO2.5のエピタキシャル薄膜に着目し、薄膜の酸化還元反応に伴う酸素配位環境(酸素量)変化によって有される構造および伝導特性の評価を行った。特に、酸化還元反応に伴う変化は局所的に起こると考えられるので、走査プローブ顕微鏡を用いた特性評価に注力した。試料は、パルスレーザー堆積法でSrFeO2.5をエピタキシャル成長させることで作製した。また作製した薄膜を様々な環境でポストアニールすることで、薄膜中の酸素配位環境を変調した。X線構造評価からは、薄膜の酸化反応にともなって、薄膜の構造がブラウンミレライト構造からペロブスカイト構造へと変化することを確認した。その一方で走査プローブ顕微鏡観察からは薄膜中に流れる電流は空間依存性を示すことを見出した。この結果は、酸化反応に伴う構造変化が局所的に発生していることを意味するものである。また、プローブ顕微鏡を用いた電流マッピングの詳細な解析から、試料表面におけるテラスのステップエッジに近い局所領域においてのみ、構造変化に伴う局所電流が増大することを見出した。このことから、酸化反応において酸化物イオンは表面の局所領域から優先的に薄膜中に取り込まれ、そして薄膜中へと拡散するということが明らかになった。これは酸化物中の酸化物イオンダイナミクスを理解する上で重要な知見であると考えている。本研究成果に関しては、現在論文投稿準備中である。ヘテロ界面やドメイン境界などの局所領域における特異な酸素配位環境に着目しながら、物質機能開発を継続する。局所領域における酸素量を維持して酸素原子配置を変化させるだけではなく、ポストアニール処理などを利用して局所領域における酸素量自体も変調することで、機能特性の探求を推進する。特異な酸素配位環境が形成されるような

ヘテロ界面を設計・作製を継続するとともに、SPMを基礎とした局所電流評価システムの立ち上げもさらに進めつつ、局所領域における物性評価を実施する。固体化学、材料科学想定した計画よりも、輸送特性評価に関連した測定機器の調整に時間が必要であった。そのため試料作製回数が減少した。このことに伴って試料作製に必要と予定した物品の購入が必要でなくなった。次年度も、様々な条件下でのヘテロ構造作製およびその物性評価の実施を計画している。繰越分は、試料作製およびそれに関連した実験に必要となる物品に充てる予定である。
アンビエント学習支援システム構築を指向した基盤要素抽出のための多元的基礎研究

本研究では「知識獲得による学習成果と学習に対する満足度」を統合的に捉える枠組みをAmenity of Learning(AOL)と定義し,学習者にAOLを与え得る(アンビエント)学習支援システムを構築するための基盤研究を行った.主たる成果は以下の通りである.(1)生体情報用いてコンピュータに学習者の心的状態を認識させる手法の開発.(2)教師と学習者のインタラクション・トリガを抽出しAOLを与えるための時間構造の整理.(3)成果の一部の「学習時の生体情報と心的状態の関係オントロジー」として体系化.一般化・システム化に向けては更なる研究の継続が必要であるが,本研究の目的は概ね実現することができた.本研究では「知識獲得による学習成果と学習に対する満足度」を統合的に捉える枠組みをAmenity of Learning(AOL)と定義し,学習者にAOLを与え得る学習支援システム(アンビエント学習支援システム)を構築するための基盤要素とその計量手法との関係構造をオントロジーによって体系化を行うことを目的としている.平成25年度は「実験フェーズ」として位置づけ,実学習環境の記録から,質的アプローチによる手法でAOLのための教師と学習者のインタラクション・パターンの抽出・整理を行った.具体的には以下の通りである.(1)(熟達した)教師による授業(学習者1名,60分)を2回実施し,教師と学習者の教授学習に関するインタラクションの記録(映像,音声)を記録した.(2)学習者には,生体情報(脳血流,脳波,心拍,発汗)の計測機器を装着し,学習時の生体情報を取得した.(3)(熟達した)教師に「学習者の満足度を向上させる」ための教授戦術(発話や振る舞い),および,教授戦略(発話や振る舞いを行うための根拠(学習者の状態や発話など)とタイミング)をインタビュー調査によって収集した.(4)併せて,学習者から「教師のどのような発話や振る舞いから満足感を感じたか,あるいは満足度が向上したか」,また「その時の心的状態について」の情報をインタビュー調査,質問紙調査によって収集した.(5)内省報告支援のためのアプリケーションの開発を行った.なお,当初予定では被験者(学習者)は10名程度を予定していたが,平成25年度はその規模での実験を達成することができなかった.しかしながら,平成25年度に行った実験および分析の手続きを踏襲することにより,平成26年度の初期段階に被験者の規模を拡大して追加実験を実施する予定である.本研究では「知識獲得による学習成果と学習に対する満足度」を統合的に捉える枠組みをAmenity of Learning(AOL)と定義し,学習者にAOLを与え得る学習支援システム(アンビエント学習支援システム)を構築するための基盤要素とその計量手法との関係構造をオントロジーによって体系化を行うことを目的としている.本研究では研究期間全体を「実験フェーズ」(25年度),「モデル化フェーズ」(26年度),「体系化フェーズ」(27年度)に分けて段階的に推進している.平成26年年度は,平成25年度に実施した実験に結果に基づき,教師の振る舞いをコンピュータで疑似的に実現する手法,およびコンピュータで学習者の心的状態を推定するための手法の開発を行った.具体的には主に以下の2点において成果を得た.(1)コンピュータに学習者の心的状態を認識させる手法の開発を行った.視線計測装置,NIRS脳計測装置,発汗測定装置,座圧測定装置から得られる情報と,学習者による満足度等の心的状態に関する内省・内観報告とのマッチングによって心的状態の検出パターンを抽出した.(2)教師と学習者のインタラクション・トリガを抽出し,AOLを与えるための時間構造の整理を試みた.具体的には,上記の学習に関する多面的なデータをカテゴリーデータとして統合し,相関ルール抽出の手法を用いて,学習者の心的状態と教師の発話行為(行動と内容)との関係を導いた.特に,学習時の満足感が高まっている状態と,逆に不安感(shame)を抱いているよう状態に関しては不偏性の高い関係を導くことができた.なお,この結果の一般性の主張に関しては平成25年度・平成26年度に引き続き,同様の実験の継続が必要である.本研究では「知識獲得による学習成果と学習に対する満足度」を統合的に捉える枠組みをAmenity of Learning(AOL)と定義し,学習者にAOLを与え得る学習支援システム(アンビエント学習支援システム)を構築するための基盤要素とその計量手法との関係構造をオントロジーによって体系化を行うことを目的としている.本研究では研究期間全体を「実験フェーズ」(25年度),「モデル化フェーズ」(26年度),「体系化フェーズ」(27年度)に分けて段階的に推進している.平成27年度は平成26年度の研究を継続して実施するとともに,その成果の「学習時の生体情報と心的状態の関係オントロジー」としての記述(体系化)を試みた.3年間の研究を通して具体的には主に以下の3点において成果を得た.(1)コンピュータに学習者の心的状態を認識させる手法の開発を行った.視線計測装置,NIRS脳計測装置,発汗測定装置,座圧測定装置から得られる情報と,学習者による満足度等の心的状態に関する内省・内観報告とのマッチングによって心的状態の検出パターンを抽出した【平成25年度の成果】.(2)教師と学習者のインタラクション・トリガを抽出し,AOLを与えるための時間構造の整理を試みた.

具体的には,上記の学習に関する多面的なデータをカテゴリーデータとして統合し,相関ルール抽出の手法を用いて,学習者の心的状態と教師の発話行為(行動と内容)との関係を導いた.特に,学習時の満足感が高まっている状態と,逆に不安感(shame)を抱いているよう状態に関しては不偏性の高い関係を導くことができた【平成26年の成果】.(3)(2)の成果の一部を「学習時の生体情報と心的状態の関係オントロジー」として体系化を試みた【平成27年度の成果】一般化・システム化に向けてはさらなる研究の継続が必要であるが,本研究の目的は概ね実現することができた.本研究では「知識獲得による学習成果と学習に対する満足度」を統合的に捉える枠組みをAmenity of Learning(AOL)と定義し,学習者にAOLを与え得る(アンビエント)学習支援システムを構築するための基盤研究を行った.主たる成果は以下の通りである.(1)生体情報用いてコンピュータに学習者の心的状態を認識させる手法の開発.(2)教師と学習者のインタラクション・トリガを抽出しAOLを与えるための時間構造の整理.(3)成果の一部の「学習時の生体情報と心的状態の関係オントロジー」として体系化.一般化・システム化に向けては更なる研究の継続が必要であるが,本研究の目的は概ね実現することができた.平成26年度の主たる成果として,学習者の心的状態と教師の発話行為(行動と内容)との関係を導いた.ただし,今回は特殊な計測装置を用いての結果の整理に留まっており,本研究における開発コンセプトである「コンピュータの標準的なデバイスから得られる」情報との近似を行うことは今後の課題としての残された.また,平成26年度の「モデル化フェーズ」で計画していた,「実験フェーズで得られた情報から,教師の振る舞いをコンピュータで疑似的に実現する手法(詳細は下記)」に関しては,十分な成果を得ることができなかった.教師の発話や振る舞いをコンピュータで疑似的に実現する手法(音声,テキスト,画像等の提示)の開発.なお,学習の対象領域における学習者の知識状態,理解状態を推定し,適応的に問題等の提示を行うことも(従来のITS研究の成果により)可能であるが,本研究においては,従来のITSとの連携(上記のIMS参照)までは行わない.上記のように「やや遅れている」状態の評価に至った理由は,学習者の心的状態と教師の発話行為(行動と内容)との関係を導くためのデータ処理に予定以上の時間を必要としたことである.知能情報学,感性情報学,特に人間の深い知識(暗黙知,感性)への情報学的アプローチ,学習・教育への応用平成27年度(最終年度)は「体系化フェーズ」である.「体系化フェーズ」ではAOLを実現するための基盤要素(教師の振る舞いや発話,学習者の心的状態,心的状態推定のための計測情報,インタラクションの内容,インタラクション・トリガの時間構造)の関係構造をオントロジーによって体系化を行う予定である.オントロジーによる体系化に関して申請者らは「色彩感情に関するオントロジー」,「多肢選択問題解答時における心的状態と視線情報の関係構造に関するオントロジー」,つまり工学分野ではないソフトな分野に関するオントロジー構築の実績を有しており,本研究においてこの実績を十分に生かすことが可能であると考えている.本研究の最終ゴールとしてオントロジーの妥当性評価を実施し「アンビエント学習支援システム」の設計基盤として提供することを目指す.
ビスフォスフォネートによる矯正学的歯の移動を妨げない歯根吸収抑制効果の検討

矯正治療時の歯根吸収には、いまだ予防法がない。ビスフォスフォネートは、破骨細胞をアポトーシスへ誘導することにより骨吸収抑制の作用を発現することが知られている。また、これまでの研究でビスフォスフォネートは矯正学的歯の移動と歯根吸収それぞれを抑制するということがわかっている。本研究では、ビスフォスフォネートの投与量等を検討することにより歯の移動を妨げることなく歯根吸収を抑制できるのではないかと考え、実験を行った。マウスの第一臼歯と前歯部を超弾性のNiTiクローズドコイルスプリングでつなぎ、歯の移動開始時から、左側第一大臼歯頬側粘膜下にそれぞれのグループで、さまざまな濃度のビスフォスフォネートを2日おきに注射で投与した。コントロールであるPBS投与の右側第一臼歯を対照群とした。12日間矯正力をかけ歯を移動させた後に歯の移動距離を測定、その後、第1臼歯を取り出し、軟組織を次亜塩素酸ナトリウムで除去後、走査型電子顕微鏡で歯根吸収の評価を行った。ビスフォスフォネート2μg投与群において、歯の移動距離はPBSのみ投与群と比較して有意に減少し、また歯根吸収もPBSのみ投与群と比較して有意に減少した。ビスフォスフォネート20ng、200ng投与群では歯の移動、歯根吸収においてPBSのみ投与群と比較して有意な差は認められなかった。他のいずれの濃度投与群においても、PBSのみ投与群と比較して歯の移動も歯根吸収も有意差を認めない、もしくは、歯の移動も歯根吸収も有意に抑制するという結果が得られた。本研究で、ビスフォスフォネートは投与量によって歯の移動および歯根吸収に同様な影響を与えることがわかった。またビスフォスフォネートは投与量により歯の動きを抑制ヘコントロールし歯根吸収を予防する可能性が示唆された。