hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ボトムアップ的手法による細胞集積型バイオマイクロデバイスの構築

本研究では、細胞を基本構成材料とした3次元的な「バイオマイクロデバイス」構築のために、組織構造の制御方法確立やそのメカニズム解明を目標とした。組織構造の制御方法について、肝細胞とハイドロゲルビーズを用いて、微小流路構造をもつ細胞凝集体を構築できた。次に膵α、膵β細胞からなる疑似膵島を作製し、そのαとβの比率によってグルコース応答性のインスリン分泌活性が変化することを明らかとした。また、膵α細胞と膵β細胞による自己組織化的なマントルーコア構造形成に糖鎖が関与することも分かった。本研究を通して、「細胞配列制御による膵島の高機能化」という、社会的に重要なテーマへと展開できた意義は大きい。細胞を基本構成材料とした3次元的な「バイオマイクロデバイス」の実現は、in vitroにおける組織・臓器機能の再現や再生医療への応用のために不可欠である。本研究では、バイオマイクロデバイスの構築のために、組織構造の制御方法の確立やそのメカニズム解明を目標とした。制御方法について、肝細胞株(Hep G2)とハイドロゲルビーズとを用いて凝集体を作製することで、分岐した微小流路構造を凝集体内部に構築できることを見出した。このような流路をもつ凝集体は、物質交換能に優れ、肝機能が亢進することも明らかとなった。次に膵α細胞株(α-TC1.6)と膵β細胞株(MIN6m9)を用いて細胞凝集体を作製し、高機能な「疑似膵島」の作製に取り組んだ。凝集体サイズやα細胞とβ細胞の比率を変化させることで、グルコース応答性のインスリン分泌活性が変化することが分かった。また、内部にハイドロゲルビーズを埋め込んで流路構造を付与すると、インスリン分泌活性をさらに高めることができた。メカニズム解明について、膵α細胞株と膵β細胞株によるヘテロ凝集体は、α細胞が外側、β細胞が内側という、マントルーコア構造を自己組織化的に構築した。このような細胞の自己、自他認識を伴った細胞移動現象は、特定のレクチンによって阻害されることが判明した。すなわち、レクチンが認識する糖鎖、あるいは糖鎖が結合した糖タンパク質が、細胞認識と移動メカニズムの一端を担っている可能性が示唆された。本研究を通して、バイオマイクロデバイス作製技術を、高機能な膵島、すなわち「ハイパー膵島」の開発という、社会的に重要なテーマへと展開できた意義は大きい。細胞凝集体において、隣接する細胞の認識と再配列のメカニズムに糖鎖が関与するという分子レベルでの知見を得られたことは、学術的な成果として評価できる。平成24年度は、研究計画に示した計画1、および計画2のそれぞれについて研究を進めた。計画1は「メチルセルロースによる細胞・粒子迅速凝集法を用いてマルチコアーシェル構造を初期状態とした異種細胞凝集体を作製し、自己組織化の制御を試みる」となっている。種々の異種細胞の組み合わせを試した結果、特に膵α細胞株(α-TC1.6)と膵β細胞株(MIN6m9)に関しては、マウスの膵島の構造、すなわちβ細胞をコアとして、α細胞が断続的な一層のシェルをつくる構造に自発的に変化することを見出した。この自己組織化パターンに興味を覚えたため、グルコース応答性のインスリン分泌能を測定したところ、α細胞の存在によってインスリン分泌能が高まることが判明した。高いインスリン分泌能を有する膵島をつくることができれば、糖尿病治療における膵島ドナー不足を解決できる可能性がある。したがって、計画1については膵島再構築の制御に集中して研究を進めた。さらにインスリン分泌能を向上させるために、アルギン酸ハイドロゲルビーズを埋め込むことにより、多数のビーズを抱え込むマルチコアーシェル構造の構築を試みた。その結果、組織構造の変化と物質交換の改善によって、グルコース応答性インスリン分泌能が向上した。種々の改善を組み合わせると、細胞あたりのインスリン分泌能は20倍程度にまで活性化されており、バイオマイクロデバイスとして疑似膵島構築法を示せたと考えている。成果の一部は第12回日本再生医療学会総会で報告を行った。計画2は「自己組織化簡易評価システムを利用して、自己組織化に関与する分子を同定し、この分子を操作することで自己組織化の制御を試みる」となっている。RhoやRacの野生型、構成的活性型あるいは優性阻害型の遺伝子の準備と、細胞への導入条件等を立ち上げることができたため、現在これらの分子の影響の調査を実施している。計画1については、異種細胞の自己組織化、マルチコアーシェル構造を持つ組織等の作製については達成できており、各種条件の変化によって構造の制御も可能になっているといえる。また、具体的な応用方法として、膵島の再構築という展開がみえており、構造だけでなくインスリン分泌能という機能の変化が生じることも明らかとした。論文はまだ投稿できていないが、データはほぼ揃っており準備を進めている。

膵島再構築という、社会的にも注目度が高い研究へと進展している部分は高く評価できるが、当初目標では平成24年度中に投稿する予定であった論文がまだ準備中である。以上をあわせて判断し、計画は概ね順調に進展していると判断した。計画2について、本格的な展開は計画1の後、つまり平成25年度と考えていたが、細胞への遺伝子導入方法の確立など、準備に時間がかかるものは、平成24年度に取り掛かる計画であった。この点についてはしっかりと事前検討ができ、また実際に遺伝子導入を行った実験に関して、プレリミナリな結果も得られている。したがって、当初の計画通りに進行している。以上、計画1と計画2を総合して、「(2)おおむね順調に進展している」、と評価した。計画1について論文を投稿する。また、国際学会で発表を行う。国際学会についてはすでに1件の申し込みが完了している。計画2について、遺伝子導入実験を行い、予想する遺伝子の自己組織化への関与を調べる。現在、RhoとRac遺伝子について、各種変異体を用意して検討を行っている。また、申請書には記述していないが、RhoやRac遺伝子の関与がないと思われる場合は、インテグリン中和抗体などを用いる方法も計画している。平成24年度に購入を予定していたインクジェットノズル制御装置について、信頼性などの評価のためにデモ使用などを行っていたが、平成25年度に購入することとする。平成25年度は所属が変わることになったため、その他の購入予定も多少変化させざるをえない状況となり、現段階でも備品等より緊急で必要なものが生じる可能性があるが、状況を判断しながら購入を検討する。国際学会旅費は平成24年度は結果的に使用しなかったが、平成25年度に2件を予定している。
卵活性化因子ＰＣＬζの機能解析と精巣内遺伝子導入による男子不妊症治療法の開発

融合タンパク発現ベクター溶液をマウス精巣内に注入し、エレクトロポレーション法により遺伝子導入を試みたところ、精巣上体精子において蛍光タンパク発現精子を確認することができた。マウス精巣のcDNAライブラリーから既知のプライマーを用いて、PCR法によりPLCζ遺伝子(2.2Kb)の全長にわたり増幅させた。得られたPCR産物をゲル電気泳動により単離したのち精製したものを、TOPOベクターにサブクローニングした後にシーケンスを解析して全塩基配列がPLCζ遺伝子として正しいことを確認した。このPLCζ遺伝子を制限酵素で切り出して、GFPまたはYFP遺伝子を含むベクターに融合蛋白を発現するようにサブクローニングした。PLCζ遺伝子+GFPまたはPLCζ遺伝子+YFPを制限酵素で切り出して、サイトメガロウィルスのエンハンサーとchickenのβ-actinプロモーターを含むpCAGベクターに組み込んで、融合蛋白の発現ベクターを作成した。また、コントロールとしてGFPまたはYFP遺伝子のみを発現するベクターも作成しておいた。HEK293細胞に燐酸カルシウムを用いて前述の融合蛋白発現ベクターを遺伝子導入した。融合蛋白を正しく発現することを確かめるために、48時間の培養の後にHEK293細胞から淡白を抽出した、ウェスタンブロット法により合成された蛋白が、予想される分子量と一致することを確認した。In vivoで融合蛋白発現ベクターの遺伝子導入を行うには、大量のベクターが必要であるため、上記で作成したベクターを、TOP10細胞をcompetent cellとして十分な量が得られるまで増幅しておいた。正しく融合蛋白を発現するベクターの作成に時間がかかったため。また、大量のベクターを作成する必要があり、ベクターの増幅にも時間がかかった。マウス精巣のcDNAライブラリーから既知のプライマーを用いてクローニングしたPLCζ遺伝子とGFPもしくはYFP遺伝子との融合蛋白の発現ベクターを作成した。In vivoで遺伝子導入を行うには、大量のベクターが必要なため、上記のベクターを、TOP10細胞をcompetent cellとして増幅しておいた。ICR系の雄マウス(4-6週)を用い、麻酔下に精巣網から逆行性に精細管内へ融合蛋白発現ベクター溶液を注入し、エレクトロポレーション法に基づいて精巣に電気刺激を加えた。この際の電気刺激の条件によって遺伝子の導入効率が大きく異なるため、我々の過去のデータに基づいて最適と思われる条件を採用したが、導入効率が不十分な場合に備え、何通りかの異なる条件を試してた。電気刺激後、2週ないし3週後に上記マウスを屠殺し、精巣及び精巣上体を摘出した。精巣は直ちに液体窒素で凍結保存し、後に凍結切片を作成した。蛍光顕微鏡下で融合蛋白の発現・局在を観察するとセルトリ細胞への導入が主体であったが、一部の精細胞にも導入されていることが確認できた。精巣の一部は遺伝子導入による精巣へのダメージを検討するためグルタールアルデヒドで固定し、切片を作成した後にTUNEL染色を行ってアポトーシスの検出を行うほか、H-E染色を行い組織学的に造精機能障害について検討したところ、予想された範囲内であったが相応の精巣の障害が認められた。精巣上体尾部からは精子を回収し、蛍光顕微鏡下で融合蛋白の発現及び局在について観察を行い、一部の精子で融合蛋白と思われるGFPの蛍光が認められた。ベクターを大量に増幅する過程で非常に時間がかかったが、得られたベクターをin vivoでマウス精巣内に遺伝子導入を開始した。精細胞への導入効率が予想以上に低く、なかなかtransgenic spermが得られない状況が続いたため、条件設定を見直して検討する時間が必要であった。マウス精巣内への遺伝子導入により、PLCζ+GFPの融合蛋白の発現が一部の精巣上体精子で認められた。これらの精子を回収するべく、セルソータで分離を試みたが十分な精子数を回収するには至らなかった。精巣内遺伝子導入法の条件を変更することで、融合蛋白を発現する精子が増えるのではないかと考え、マウス精巣への遺伝子導入を繰り返し施行した。屠殺する時期を調節することで、比較的多数の融合蛋白を発現する精子を得られることが確認できたので、IVFに供するための精子の確保に努めた。同系統の雌マウスにhCGおよびhMGを投与することで過剰排卵を誘起し、採卵して十分な数を確保しておいた。この卵細胞と融合蛋白を発現する精子とで、IVFを試みたが精子の運動性が十分ではなく自然な状態での受精は確認することができなかった。卵細胞質内精子注入法(ICSI)も施行して、受精を試みたが一部の卵細胞で分裂が見られたのみで胚盤胞の形成は確認できなかった。蛍光顕微鏡下で先体反応に始まる受精・胚発生のプロセスにおける融合蛋白の動態を観察する予定であったが、受精の成立に至る確率が非常に低く、実際に融合蛋白の動態を確認することはできなかった。卵活性化のトリガーである細胞質内カルシウム濃度の上昇を、共焦点顕微鏡、CCDカメラを用いて観察を試みたところ、一部でカルシウム濃度の変化を認めたものの正常な受精の際に見られるようなCa oscillationとは一致しなかったため、われわれの想定した結果ではないと解釈している。若干の遅れはあるが、概ね想定の範囲内で進行している。

in vivoでの遺伝子導入では、効率よくtransgenic spermを作成するための条件設定を更に絞り込む必要性を感じている。得られたtransgenic spermを用いてIVFを行い、Ca oscillationの発現や受精・胚発生のプロセスにおけるPLC zetaの動態を観察する予定である。泌尿器科学
金属とセラミックスとの接合機構及びそれに及ぼす諸因子の影響

本研究は、金属とセラミックスとの接合に関して17の分担研究よりなり、それらは、便宜上、接合反応プロセス、接合界面構造、接合体の力学の3つの範疇に分けられる。用いた材料は、セラミックスとしてAl_2O_3,AlN,MgO,PSZ,Si,Sialon,SiC,Si_3N_4,TiB_2,ZrB_2,ダイヤモンド等、金属としてAl,Cu,Mo,Nb,Ni,V,Wまたはこれらの合金、さらに、ろう材として純金属や活性金属を含むAl,CuまたはAg-Cu合金を用い、これらの組合せにより実験を行った。得られた結果を要約すると次のとおりである。(1)接合反応プロセス研究では、蒸気メタライズにおける反応層の生成・成長過程の機構の解明、接合面の表面形状と表面処理による接合残留応力の緩和効果、セラミックス焼結助剤としての特定元素の接合強度への効果、セラミックスと反応層との結晶整合性、ろう材中の添加元素による反応層の厚さの制御、電界によるろう材中の活性金属偏析の制御、ろう材中の活性金属量の調整による濡れ性の制御、セラミックス表面状態のろう材濡れ性への影響、等について新しい知見を得た。(2)接合界面構造研究では、主として、高分解能透過電子顕微鏡観察により、界面の結晶整合性、界面の原子的構造、接合残留応力緩和の原子的機構、界面近傍での格子欠陥の挙動、等について知見を得るとともに、界面における原子配列と電子構造について理論的な考察を行った。(3)接合体の力学の研究では、傾斜機能材料挿入、メタライズ法、反応層厚さ制御、2段接合法、等による残留応力の低減法の実験結果の例証を挙げるとともに、分子動力学やモデルによる界面応力の解析を行い、超音波顕微鏡による残留応力の評価法を提案した。本研究中の分担研究は,大別して,接合プロセス,界面構造,界面の力学の3つの項目に分類される。それら各項目についての研究実績は次のとおりである。(1)接合プロセス:Si_3N_4の接合では,Crメタライズ法を用いたときの加熱条件と反応層の形態および強度との関係(山本),V箔を用いたときのSi_3N_4中の助剤Yの効果(伊藤),Alろう材による接合において溶射Alメタライズの低接合温度化効果およびろう材中の微量Tiの効果(岡本)等について,またSiCの接合では,AlやTiを含むろう材での反応生成物の性質と挙動(井関),NiーTiろう材法でのNi/Ti比の効果(奈賀)等について,さらにAl_2O_3やAlNとCuとの接合ではろう材中の添加元素の効果(有賀),ZrB_2の接合ではろう材中の元素の電界による偏析現象について研究した。(2)界面構造:Al_2O_3/Nb界面について原子間相互作用をコンピュ-タ計算により模擬して検討(香山),反応相を生成しない2,3の金属ーセラミックス接合系での応力緩和の組織学的検討(石田),βサイアロンーMo接合系におけるNi中間材とサイアロンとの界面構造の観察(弘津),ZrO_2やTiO_2とPtとの接合界面組織の観察(越後谷)等を行った。(3)界面の力学:MgOと金属の接合体での応力緩和のための複合材料や傾斜機能材料の応用とその破壊現象(新谷),TiB_2とNiの接合体における残留応力分布の界面形状による変化(福沢),各レベルの界面強度に対して分子動力学的手法を用いての界面亀裂の解析による破壊力学的因子の重要度評価(須賀),Si_3N_4とMoとの接合系のろう材接合における破壊強度に及ぼす反応層厚さの効果(中尾),金属ーセラミックス接合体の残留応力の超音波顕微鏡による測定(成田)等について研究を行った。

各研究分担者は各自の課題について研究を進めるとともに,接合プロセス,界面構造,接合体の力学の各作業部会においてそれぞれ会合をもち,当該研究分野での現状分析と今後の課題について取りまとめの準備を開始した。研究成果の概要は次のとおりである。(1)接合プロセス関連研究では,溶融AlとSiC繊維との反応層厚さがAl中の活性金属の存在及び繊維表面の炭素富化層の状態により変化する(有賀),溶融SnなどのMgOとの濡れ性が結晶表面の方位に依存する(野城),含Ti銀ろうによるSiCの接合ではSiC中の添加剤BeOの存在が接合強度を低下させる(井関),よい高温強度をもつSiC/Nb/W接合体がNiー50Tiろう接合により得られる(奈賀),活性金属ろう接合では外部電界及びセラミックス構成イオンの移動が影響する(峯岸),Si_3N_4とCr被覆Niとの接合ではCr層の厚さが反応生成層の形態と強度に影響する(山本),V箔によるSi_3N_4及びSiCの接合強度が焼結助剤により影響をうける(伊藤),などが分った。(2)界面構造関連研究では,理論と実験からNbとAl_2O_3との界面ではNbとAlおよびOとの相互作用,NiとAl_2O_3ではNiとAlのみの相互作用が期待できる(香山),Si_3N_4/Ni接合系などでの界面組織,転位構造などの知見(石田),Si結晶上へのCuの蒸着時の結晶方位がSiのそれに依存する(越後谷),NiろうによるSi_3N_4とMoの接合界面組織の知見(弘津),AlNの表面を酸化させるとCuでの接合が良好だが,Al被覆すると不良である(岡本),などが分った。(3)接合体の力学関連研究では,界面破壊過程の諸因子を分子動力学的手法により解明(須賀),界面応力緩和性AlN/N傾斜組成体とAlNとの接合でのAlの影響に関する知見(新谷),TiB_2とNiとの接合強度は接合面の形状に依存する(福沢),AlNとCuのろう材接合でのAlN中での割れの発生とその防止策(中尾),Si_3N_4/Ni/Si_3N_4接合体の熱サイクルに伴なう界面での諸現象の超音波顕微鏡下観察(成田),などに関し結果を得た。接合反応プロセス,界面構造,接合体の力学の各部会では,それぞれの分野における現状分析と今後の課題について取りまとめを行った。一方,各分担研究において,(1)接合反応プロセス関連では、蒸気メタライズによる反応層の形成機構(山本)、イオン注入等の応用による高温接合強度の改良(福沢),化学反応性界面に対する反応温度,反応生成物,焼結助剤などの効果(伊藤),Si_3N_4と溶融Alとの界面での反応相の不在(井関),ろう材中へのMoやW粉の混合による接合材での残留応力の緩和(有賀)、ろう材中でのTiの挙動への接合時間及び電界の効果(峯岸)、Sic接合界面でのTiC及びCuけい化物生成に及ぼすCu-Tiろう材中のTi濃度の影響(奈賀),MgOやダイヤモンド表面の濡れ性に関し,原子間力顕微鏡観察による表面構造の変化(野城),について知見を得た。次に,(2)界面構造関連では、Ti/Si接合界面での非晶質相の形成(越後谷),Si_3N_41Ni界面の高温での構造欠陥とひずみの挙動(石田),金属の相変態による体積膨張によるセラミックスとの接合における残留応力の緩和とそれによる接合強度の改良(弘津),アルミナ結晶の{11<-/2>O}面とニオブとの理論的な結合機構(香山),AlN上のAlメタライズによる銅との接合強度の改良(岡本),について知見を得た。
Kif24による一次繊毛サイクル制御機構の解析

一次繊毛は、細胞外のシグナルを受容するアンテナとして機能し、その構造・機能異常が多くの疾患を惹起する。細胞が細胞周期を脱してG0期に移行すると一次繊毛は形成され、細胞周期に戻ると消失するが、一次繊毛の形成・消失を制御する分子メカニズムについては不明な点が多く残されている。本研究において、我々は一次繊毛形成に重要な役割を担う中心小体タンパク質群であるCP110、Kif24が結合する新規タンパク質Talpid3を同定した。我々は、Talpid3と繊毛性疾患原因タンパク質Cep290が、繊毛小胞形成を制御することにより、一次繊毛形成の初期段階に寄与することを示した。申請者は、Kif24と複合体を形成するTalpid3とCep290の一次繊毛形成における役割を解析し、以下の知見を得た。先年までに、Kif24と複合体を形成する中心小体タンパク質Talpid3とCep290が、低分子量GTP結合タンパク質Rab8を介して、一次繊毛形成過程の初期に起こる繊毛小胞形成に必須であることを示した。そこで、繊毛小胞形成に介在する可能性があるタンパク質を探索したところ、Rab8と同じRabファミリーに属する新規低分子量GTP結合タンパク質Rabl3(Rab-like 3)が同定された。さらに、Rabl3が一次繊毛形成に必須であること、中心小体近傍に局在することが分かり、Rabl3が繊毛小胞形成に関与する可能性が見出された。奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科分子情報薬理学研究室ホームページ細胞生物学Kif24と複合体を形成するTalpid3とCep290の一次繊毛形成過程における役割を明らかにすることが出来たため。一次繊毛サイクル(細胞周期中、一次繊毛形成・消失過程)におけるKif24の機能的役割と活性制御システムを明らかにするために、以下の実験を計画している。1) Kif24による一次繊毛消失制御機構の有無の検証2) Kif24と結合することが分かったPlk1によるKif24のリン酸化、及びKif24の微小管分解活性制御機構の有無の検証3)網羅的Kif24結合タンパク質の探索により同定されたKif24結合分子群の細胞周期中、一次繊毛形成・消失過程における機能的役割の解析
放射線誘発アポトーシスとアテローム性動脈硬化症の発症・進展との関連に関する研究

放射線の血管系影響としてアテローム性動脈硬化症との関連が指摘されている。アテローム性動脈硬化症の修飾因子としては酸化ストレスなどアポトーシス(細胞死)誘導能を持つものが多いため、動脈硬化症の発症と進展における血管平滑筋細胞のアポトーシスの関与について放射線影響との関わりについて解析を行い酸化型LDL(低密度リポタンパク質)前処理で放射線誘導性アポトーシスが増強され、そこにプロテインキナーゼC(リン酸化酵素の1種)、酸化脂質が介在することを明らかにした。放射線による影響として放射線治療に伴いアテローム性動脈硬化症の進展が生じることが示唆され、一方でアテローム性動脈硬化症とアポトーシスは密接に関連していることが明らかにされつつある。放射線治療に伴う被ばくによるDNA損傷、アポトーシス誘起は副次的障害を考えるうえで重要な指標である。私は放射線誘導性アポトーシスがアテローム性動脈硬化症の発症との関連を調べるため血管平滑筋細胞の初代培養系を用いて解析を行なうことを進めた。血管平滑筋細胞はマウスの動脈から採取し、培養皿上ほぼ100%を占めた段階でさらに低血清培地で培養を行ない細胞の増殖を止めた段階で実験に用いた。放射線誘導性アポトーシスが誘起される系を探索するためアテローム性動脈硬化症との関連や血管平滑筋細胞をアポトーシスさせるストレスとして報告のあったものを組み合わせて実験をおこなった。酸化ストレスは動脈硬化症との関連が報告されている過酸化水素と放射線(10Gy)の組み合わせを用いてアポトーシス誘導をみたところH2O2と放射線(10Gy)の組み合わせでは相加的に上昇がみられた。アテローム性動脈硬化の進展部位は低酸素状態になっており低酸素ストレスはアポトーシスの刺激因子になるため低酸素状態(1%)と放射線を組み合わせでも検討したが相加的に上昇するのみであった。アテローム性動脈硬化症の危険因子として知られるLDL(低密度リポタンパク質)の酸化型の酸化型LDLはアポトーシスの刺激因子となるため放射線との組み合わせで検討したところ組み合わせた場合に相加的以上の上昇が見られた。酸化型LDLと放射線との組み合わせがどのように血管平滑筋細胞のアポトーシスを誘導させるのかが今後の課題であり、特にプロテインキナーゼCなどのキナーゼ系の情報伝達系を検討していく予定である。放射線治療に伴う被ばくによるDNA損傷、アポトーシス誘起は副次的障害を考えるうえで重要な指標であることから、放射線誘導性アポトーシスとアテローム性動脈硬化症の発症との関連を調べるため血管平滑筋細胞の初代培養系を用いて解析を行なった。これまでにマウスから採取した血管平滑筋細胞の初代培養系を確立し、放射線や各種ストレスを用いて試験したところ酸化型LDL(低密度リポタンパク質)と放射線照射の組み合わせでアポトーシスによる細胞死が顕著に誘導されることを見出しその機構解析に着手した。本培養系を用いてH2O2(過酸化水素)による酸化ストレスや低酸素ストレスによる変化も解析したが放射線との組み合わせによる変化は生じなかったため、酸化型LDL特異的シグナリング系が関与しているものと推察された。特に照射前の酸化型LDL導入では放射線との複合効果としてのアポトーシスは起こるが、放射線照射後で導入した場合にはそのような複合効果は生じないことを明らかにしたことから、酸化型LDLが誘起するシグナリング系の放射線への修飾効果が重要であることが考えられた。また非酸化型LDLでは酸化型LDLのような複合効果はみられなかった。このことは単にLDL量の増加のみでなく酸化的状態の亢進などの生体内での状態変化がアポトーシスの複合的誘起には重要であることを示している。加えてプロテインキナーゼC(PKC)の阻害剤で複合効果が阻害されることを示し、放射線が修飾する本シグナリング系ではPKCが重要な関与をすることを明らかにした。放射線誘導性アポトーシスとアテローム性動脈硬化症の発症との関連を調べるため血管平滑筋細胞の初代培養系を用いて解析を行なってきた。これまでにプロテインキナーゼ(PKC)が介在する細胞情報伝達系により酸化型IDL(低密度リポタンパク質)による効果と放射線被ばくによる効果の併用効果が生じる可能性を明らかにした。今年度はその細胞情報伝達系をさらに詳細に明らかにするためにPKCによりリン酸化されるタンパク質のリン酸化部位を特異的に認識する抗体を用いて、細胞内タンパク質のPKCのリン酸化による変化を解析した。酸化型IDLにより血管平滑筋細胞においてリン酸化が誘導される分子バンドを検出した。そのバンドは放射線照射のみではリン酸化のシグナルは対照レベル以下に消失するが、酸化型LDLと放射線の併用時には酸化型LDL処理時のレベルに戻っていた。さらに動脈硬化発症モデルマウスであり放射線照射で動脈硬化の進展が加速化されるApoE(-/-)マウス由来の血管平滑筋細胞を用いた実験でもほぼ同様の傾向がみられた。

このことはPKCの細胞情報伝達系が放射線誘導性アポトーシスの誘起に関与し、それが動脈硬化の進展と関連しているとすれば、ApoE(-/-)マウスの結果は細胞自体の性質ではなく代謝系変化による細胞外環境変化によるものだということを示唆するものである。実際にApoE(-/-)マウスの動脈硬化症は血液内成分の変化など様々な変化が関与していることが示されつつある。また一方で酸化型LDLの主要な酸化脂質成分であるHNE(4-hydroxy Nonenal)による放射線誘導性アポトーシスへの修飾効果を調べてみると酸化型LDLと同様に修飾しうることを示唆する結果を得た。これらから放射線によるアポトーシス誘導における酸化脂質の修飾効果が重要であり、高脂肪食マウスやApoE(-/-)マウスで報告された放射線による動脈硬化様障害の進展は、酸化脂質が放射線によるアポトーシス誘導を増強させ、その過程にPKCの細胞情報伝達系が介在すると考えられる。
トリカブト種とその由来推定に関する分子生物学的および成分分析情報からのアプローチ

国内に自生するトリカブトの分子生物学的分析を行った。2倍体種(染色体数16)は北海道、東北、北関東および関東以南の地理的4群に大別された。一方、多数の種に分類されている4倍体種(同32)に種を特定できる変異はなかった。核DNAのITSには地域特異的配列が存在したので、DNA分析によるトリカブトの大まかな自生地推定に有用と思われる。トリカブト塊根に含まれるアルカロイド主要4成分の構成およびその濃度について、トリカブトの種あるいは調べた自生地土壌成分との間に相関はなかった。しかし有毒成分の構成あるいは無毒性については移植前後でその特徴が変わらなかったので、遺伝的な支配を受けていると推測された。北海道、東北地方および四国地方のトリカブト類を採取し(60草本以上)、対象としている7ローカス(ITS, rbcL, matK, trnL-F, trnS-G, psbA-trnH, rpl20-rps12)の塩基配列を決定し、これまでに調べてきたデータと比較した。その結果、トリカブト亜属については2倍体種と4倍体種がrbcLを除く各ローカス配列において明らかに異なっており、その由来が異なるであろうことが推測された。2倍体種の北海道、東北および関東以南に自生する種はそれぞれ種レベルで異なることが明らかになったのに対して、4倍体種についてはITS配列で地域に特徴的な塩基置換があったものの、他のローカスで明確にいずれかの種を識別できるような配列はみつからなかった。このことは、4倍体種が形態学的に多くの種に分類されているものの、遺伝的な変異性は極めて少ないことを意味し、DNAレベルにおける新しい分類を考慮する必要があると考えられた。毒性分析については、おもに主要4成分(アコニチン、メサコニチン、ジェサコニチン、ヒパコニチン)の比率ならびに総濃度を調べている。東北地方の4倍体草本には毒性が最も強いとされるジェサコニチンが占める割合が多いが、南下するに従ってその比率は減少傾向にあった。また、この4種以外のアルカロイド成分も新たに検出され、現在その詳細について検討中である。一方、従来から毒性が低いとされる2倍体種および別亜属のレイジンソウ類では塊根に含まれる4成分はいずれもかなり低いか検出されないレベルであることが確認された。各地のトリカブトを採取し、その遺伝情報を調べることに関しては全く問題なく遂行している。また、新たに判明したDNA塩基配列情報については遺伝子バンクに登録する準備を進めている。毒性分析についても数が多く、分析操作が煩雑なこともあり、すべてのデータが得られていないが、その分析自体は順調に進んでいる。トリカブト類植物を多くの地域から採取し、あるいは提供を受け、対象としている6ローカス(ITS, matK, trnL-F, trnS-G, psbA-trnH, rpl20-rps12)の塩基配列を決定し、これまでに調べてきたデータと比較した。2倍体種において、ほぼすべての日本産種(北海道3種、東北2種、関東以南2種)の塩基配列を比較することができた。北海道3種が互いに類似しているとともに、東北2種と関連性を示すような共通塩基の存在が明らかとなった。東北2種にはそれぞれ2種類の葉緑体DNAハプロタイプが共通して存在したことから、2種を識別する毛の形態における突然変異の結果、あるいは雑種形成時の葉緑体捕獲の可能性が考えられ、現在も検討中である。一方、関東から四国まで広く分布しているサンヨウブシには高度の遺伝的類似性が存在した。尾瀬地域のジョウシュウトリカブトは他の2倍体種と異なる遺伝的背景が明らかとなった。4倍体種において、新たに複数の種を加えた比較でも、ITS配列において地域特徴的な塩基が存在することをさらに支持する結果が得られた毒性分析については、おもに主要4成分(アコニチン、メサコニチン、ジェサコニチン、ヒパコニチン)の比率ならびに総濃度を調べている。自生地で採取した草本と、異なる土壌に移植・栽培した場合の毒性成分濃度および成分比率の比較を検討中である。各地で採取した中には無毒草本の存在や、予想以上に毒性成分濃度のばらつきが大きいことが明らかになった。さらに自生地周囲の土壌の一般的な分析を行い、毒性成分濃度や比率との関係について検討中である。トリカブトを採取し、その遺伝情報を調べることに関しては全く問題なく遂行している。新たに判明したDNA塩基配列情報については遺伝子バンクに登録してきた。毒性分析についてもその分析自体は順調に進んでいる。2倍体種(染色体数16)は、北海道、東北、北関東(ジョウシュウトリカブト、独立種と推定)および関東以南(サンヨウブシ)の地理的分布に従う4群に分類された。多数の種に分類されている4倍体種(同32)は、調べた7ローカスにおいて特定の種を同定できる変異が検出されなかっただけでなく、別種相互間で極めて高い近縁性を示していた。このことから形態的変異性に基づく現行のトリカブトの種分類は再検討を必要とするかもしれない。一方、核DNAのITSには地域(北海道、東北地方、中部・近畿地方、南日本等)特異的な塩基配列が複数存在し、DNA分析によるトリカブトの大まかな自生地推定に有用と思われた。

トリカブト塊根に含まれるアルカロイド主要4成分(ジテルペン系アルカロイド:アコニチン、メサコニチン、ヒパコニチンおよびジェサコニチン)の構成およびその濃度について分析した。最も毒性の強いジェサコニチンは北海道から関東北部の範囲で採取されたトリカブトで検出されたが、同地域内にこの成分を含まない個体も存在した。また、13DM(13-デオキシメサコニチン)のみが検出された個体、および2倍体種同様に無毒の4倍体種も少なからず存在した。塊根内の成分濃度やその比率から特定の種を推定することはできなかった。また、成分濃度は自生地土壌の調べた分析項目(腐食率、pH、各種イオン濃度)といずれも相関が見られなかった。塊根を異なる環境下の土壌に移植するとほぼ全例で発芽が観察され、半数以上が開花まで成長したが、その成長程度の差異は大きかった。移植前後の塊根について分析結果を比較したところ、成分構成あるいは無毒性はほぼ変わらなかったのでこれらの特徴は遺伝的な支配を受けていると推定された。一方、その成分濃度の違いは大きく、土壌を含めた全環境条件によって変化すると推定された。国内に自生するトリカブトの分子生物学的分析を行った。2倍体種(染色体数16)は北海道、東北、北関東および関東以南の地理的4群に大別された。一方、多数の種に分類されている4倍体種(同32)に種を特定できる変異はなかった。核DNAのITSには地域特異的配列が存在したので、DNA分析によるトリカブトの大まかな自生地推定に有用と思われる。トリカブト塊根に含まれるアルカロイド主要4成分の構成およびその濃度について、トリカブトの種あるいは調べた自生地土壌成分との間に相関はなかった。しかし有毒成分の構成あるいは無毒性については移植前後でその特徴が変わらなかったので、遺伝的な支配を受けていると推測された。今年度も多くの地域に自生している草本を採取してその遺伝情報を調べ、毒性分析を行う予定である。さらに自生地域の土壌を分析して、その生育状況および毒性特徴との比較を行う新たな試みにも着手する予定である。今年度も多くの地域に自生している草本を採取してその遺伝情報を調べて比較する予定である。また、一部のトリカブトについてはその植物地理学的および系統分類学的アプローチも加える予定である。自生草本および栽培草本についての毒性分析は従来通り継続する予定である。法医学年度末の研究において必須の試薬等を購入する必要があった翌年度に購入する予定のあった試薬等なので、特に問題はない
エネルギー代謝経路による分子時計周期長制御機構の解明

胚発生は分子時計と呼ばれる遺伝子の発現振動が作る周期の長さを指標として、発生現象に要する時間を正確に調節する。このような分子時計の振動周期の長さを規定する分子基盤は胚発生の時間制御機構を理解する上で最も重要な課題であるが不明な点が多い。本研究はエネルギー代謝経路が、分子時計の周期長を制御する主要因子であると考え、周期長が異なるゼブラフッシュ胚(30分)とターコイズキリフィッシュ胚(2時間)に注目しエネルギー代謝経路の代謝物と分子時計の両者を可視化・定量できるシステムを構築することでエネルギー代謝経路の分子時計に関する役割を明らかにする。
地域緊急輸送道路の主要機能とその評価法の提案

研究成果で注目すべきことは、「実際版(石川県にて運用)道路管理総合システム」パイロット版が提案でき、平成23年度から地域と区間限定にて試行できたことにある。特に、自然災害に対する主要道路の各種ハザードの統合化と、それに基づくリスクマネジメントからの最適道路維持管理への展開は、豪雨時、融雪時における道路機能や健全度の情報を地域住民や行政に提供でき、道路機能を含む地域の防災計画や今後の防災課題などの今後果たすべき地域の社会資本整備のある方に強く貢献できた。わが国では地震や台風などさまざまな災害が発生している.近年では,兵庫県南部地震,新潟県中越地震,福井豪雨など重大災害が発生しているが、とりわけ注目すべきは能登半島地震の発生であった。能登半島地震が発生した際、指定された緊急輸送道路は被災者の救助・救援・復旧などを迅速に行なう機能を持つべきであったが、この地震により緊急輸送道路自身が多大な被害を受け、その重要な機能が果たせなかった現実がある。そこで、本研究では、1.道路機能評価と道路健全度評価を合わせた「道路施設・構造物のライフサイクルコスト(LCC)やシステム」の基本スキームを提言し、特に、石川県の緊急輸送道路ネットワーク機能の有効性評価やその構築を行った。2.具体的は、地域特性や災害要因(地震、地すべり、崖崩れ、土石流などの地盤災害および浸水、雪害等)をとりあげ、地域高度情報データベースの構築とその分析に当たった。このことは地域緊急輸送道路や幹線道の重要度評価のための外部要因となる災害復旧要因などが特に抽出でき、地域情報や災害情報を収集した高度地域情報データベース(GIS)の構築に繋がった。つまり、「実際版道路管理総合システム」の構築(試作)である。なお、この「道路管理総合システム」は、今後、石川県全域に拡げ実際運用を目指すとともに、それ以外の地域や高速道路NEXCO(旧道路公団)などの道路事業者(管理者)にも十分適用できるスキームとなるよう発展・改良に努めたい。1)道路防災マネジメントの観点から、「実際版(石川県にて運用予定)道路管理総合システム」のパイロットシステム(試作)が構築でき、災害時での迅速な道路復旧対応策や、常時での維持管理の優先度など地域道路網の「最大活用、長寿命化、管理の高度化・効率化」が実現可能となった。2)特に、石川県地域緊急輸送道路盛土や隣接の河川堤防、自然斜面などの危険度が明らかとなり、自然災害に対する「ハザード」の定量的評価と、その対策方法や優先度決定などの「リスク」評価を可能とした。3)個別成果としては、「3D斜面防災簡易システムの提案とその有用性」が挙げられる。本システムにより、土砂災害の危険度の高い流域特徴が明確となり、今後の道路を中心とする地域保全計画や安心・安全な基盤整備に強く寄与できる。4)一方、道路施工に関して、「新たな高盛土の情報化施工システム」が提案できた。施工現場にて非接触3次元LP(Lasar Profiler)から施工中の盛土挙動を観測し、その結果を迅速に「施工の安全性」や「設計変更」にルーチン化できる情報化施工アルゴニズムの提案である。工期を通じて最適な盛立てや圧密期間、適切な盛土材料の変更やゾーニングなどがコントロールでき、安全性、コスト、工期など総合的見地から高盛土の最適設計・施工が可能となる。なお、上記研究成果の一部は、既に、石川県「地域防災計画」や「水防計画」に取り込まれ、今後の石川県道路行政「石川県土木部地域道路維持管理施策」への適用も決まり、実務への貢献が期待できる。平成23年度では、道路機能評価と道路健全度評価を合わせた「道路管理総合システム」を提案し、特に、緊急輸送道路ネットワーク機能の有効性評価とその構築を目的に、地域特性からの災害形態(豪雨時の地すべり、崖崩れ、土石流などの地盤災害および浸水、雪害等)とそのハザードを取上げ、地域緊急輸送や幹線道路の重要度評価を行った。各種自然災害ハザードの統合化と道路リスクマネジメントによって、道路の対策優先度箇所や最適対策工決定へと展開した。このため、本研究は地域における自然災害に対する道路機能やその重要度を、地域住民を含めて行政に対して有効な情報として提供でき、説明責任の果たせる公正、公平な社会資本として、今後の道路建設やその維持管理業務の在り方について強く発信できた。具体的には、以下の成果を挙げることができる。(1)道路施設や道路構造物などの劣化や自然災害に対する防災性能などを評価して、地域環境や地域特性などの地域情報を取り込んだ主要道路機能やそのネットワーク機能を総合的に構築した。また、その一部は実際に試行できた。(2)、最近、注目される自然災害、特に地震時に対する道路沿い斜面や道路盛土の危険度に留意した主要道路機能とその健全度の分析から、地域特性を活かした主要道路の最適維持管理法が提案できた。したがって、(3)構築した「道路管理総合システム」が、地域の安心、安全に不可欠となる主要道路の性能基準のあり方や、費用対効果を含めた整備計画が提案できることになった。

(4)これらの成果は、現行の「地域防災計画」や「水防計画」に反映され、地域住民や行政に対して社会資本整備の在り方、とりわけ、自然災害に対する適正な社会資本整備計画に強く貢献できた。
地球・地域環境変化と生物進化:ミジンコ休眠卵を用いた分子古生物学的解析

調査を行った山形県畑谷大沼では、複数のミジンコ種が雑種を形成し長期間個体群を維持していること、さらに、1970年代のオオクチバス侵入と同時に別種のDaphnia pulexも定着するようになったことを、古生物学的及び分子生物学的手法により明らかにした。一方、八幡平高山湖沼では大気降下物由来と考えられる富栄養化が過去30年の間に生じていること、それに伴って新種を含む動物プランクトンも個体数を増大させていることを明らかにした。本研究では,地域的環境変化(富栄養化・魚の放流)と広域的環境変化(富栄養化・大気降下物)の履歴の異なる山岳湖沼を対象に,各環境変化に対する生物応答の違いを,堆積物コアを用いた長期的な解析から生物の進化的応答を含めて明らかにすることを目的としている.今年度は,広域的環境変化のの影響を受けていると考えられる,八幡平山頂に位置する八幡沼と森林に囲まれた蓬莱沼を対象に,堆積物コアを採取し,放射性同位体Pb,Csによる年代測定,環境条件の指標として,T-P(総リン量),炭素・窒素・硫黄の安定同位体比の測定,生物指標として,動植物プランクトン(枝角類・珪藻)の遺骸,動物プランクトンDaphnia休眠卵数,各藻類由来のカロチノイド色素量の測定を行った。分析の結果,蓬莱沼では,深度5cmの1950年頃,T-Pが急速に3倍程に増加し,植物プランクトン(各カロチノイド色素の含有量)も一致して2-3倍増加していることが判明した.一方,動物プランクトンのAlona,Daphnia遺骸の現存量は長期的な変化はほとんど見られなかった.八幡沼に関しては,T-Pの大きな変化は見られなかったが,植物プランクトンは1980年頃,一時的に大きく増加した.これに対し,動物プランクトンのDaphniaは100年以上前から徐々に増加しているが,Daphnia休眠卵量は100年頃前に大きく減少していることが明らかになってきた.興味深いことに,休眠卵が減少する頃は,各植プラ由来のカロチノイド色素(Fucoxanthin,Diatoxanthin,Lutein,Zeaxanthin,Echinenon)の種構成も変化することが判明した.次年度は,これら近過去に生じた動植物プランクトンの変遷について,DNA解析や競争・繁殖特性を明らかにするための培養実験を通じてより詳細な解析を行う。高山湖沼は集水域に恒常的な人間活動は無く、平地湖沼のような集水域レベルの人為的な影響は極めて少ない。従って、広域的な環境変化に対する生物群集の応答を明らかにするためには、高山湖沼が適していると考えられる。しかも、高山湖沼は環境変化の影響を受けやすい脆弱な生態系として、その生態系変化が懸念されている。しかし、我が国の高山湖沼の生態系が大気降下物など広域的な環境変化によってどのような影響を受けているのかは全く判っていない。そこで、本研究は高山湖沼の生物群集への広域的な環境変化に対する影響を明らかにすることを目的として、八幡平国立公園内にある森林に囲まれた蓬莱沼と山頂に位置する八幡沼を対象に,堆積物に保存されている植物プランクトン由来のカロチノイド色素と動物プランクトン遺骸を調べ、過去300年にわたる動植物プランクトン群集の長期的な変動を復元した。分析の結果、八幡平高山湖沼の蓬莱沼では1950年以降、環境条件を指標する全窒素・全リンの増加に伴い、植物プランクトンも増加、この餌資源の増加、ボトムアップ的効果によりDaphniaも大幅に増加していることが判明した。蓬莱沼では、集水域レベルでの人為的影響がないことから、全窒素・全リンの増加は、大気降下物に由来するものと推測された。一方、八幡沼では1950年以降、全窒素は増加するが、全リンは増加していないことが判明した。植物プランクトンは全窒素の増加に伴い、僅かに増加するが、リンは増加せず、Daphniaも増加しないことが明らかとなった。これは、八幡沼は蓬莱沼と比べpHが低いことから、八幡沼では集水域の土壌が酸性的で大気降下リンを吸着させ、藻類やDaphniaの生産を制限している可能性が推測された。つまり、局所的な人為的影響(集水域の人間活動)がない高山湖沼でも、1950年以後、栄養状態や動植物プランクトン群集に変化が認められ、広域的な環境変化である大気降下物によって富栄養化が促進したと推測された。但し影響の大きさは近接する湖沼(蓬莱沼・八幡沼)で異なっていることから、広域的な環境要因の影響は集水域の植生や土壌特性に依存していることが示唆された。

そこで、本研究は八幡平国立公園内にある高山湖沼を対象に、堆積物に保存されている動植物プランクトン遺骸を調べるとともに、安定同位体等を用いて大気降下物とその影響シグナルの検出を試みた。また、本年度は古陸水学的手法と分子生物学的手法の利点を用いて地域的な人間活動の影響を詳細に把握することが可能かを調べるため、直接的な人為的影響が大きいと考えられる山地のため池を比較対象にした調査も行った。前年度までの調査・分析結果から、八幡平高山湖沼では1950年以降、全窒素・全リンの増加に伴い、動植物プランクトンが増加するなど、富栄養化していることが判明している。そこで、堆積物に含まれる微量金属や鉛安定同位体比分析を行ったところ、1950年以後に大陸起源の大気降下物が増加していることが明らかとなった。これら一連の結果は、高山湖沼での富栄養化は大陸を起源とする栄誉物質の増加によることを示唆している。山形県の山地にあるため池の調査では、過去100年の間に動物プランクトンとして重要なミジンコ類3種が生息していたことが、休眠卵を用いた分子生物学的手法により明らかにすることが出来た。特にそれら3種は近似種であるため、休眠卵の形態では種レベルの同定はできないことから、分子生物学的手法は過去の生物群集の復元に強力なツールとなることが示された。なお、動植物プランクトン遺骸や地域住民の聞き取り調査と合わせて解析を行ったところ、これら3種の変遷は1930年代のワカサギの放流、1970年代後半のブラックバスの侵入などと関連して生じていることもわかった。
カメラからの映像情報を入力とした完全自動３次元スポーツ解析技術

解析データに基づく高度なゲーム戦略の実現や、新たな情報を付加したTVスポーツ中継システムなどを対象として、複数の高精細ビデオカメラから撮影した実試合の映像情報を入力とした完全自動3次元スポーツシーン解析技術の実現を目指した取り組みを行っている。30年度(最終年度)は、引き続き複数の高精細ビデオカメラから撮影した実試合の映像情報を入力とした、完全自動3次元スポーツシーン解析技術の実現、改良を行なった。機能面では、前年度までに確立した3次元ボール・選手追跡、イベント追跡などの出力結果を用いて、戦略解析の鍵となるアタックの効率などの戦略情報の自動抽出を検討した。このため、ボールの動きと選手の動きから得られる相関的な動きの急峻さを用いることにより、人手を介さずに、選手の役割(セッター、ブロッカーやアタッカーなど)といった意味情報を得る手法を考案した結果、セッターの位置、有効なアタッカーの数、アタックの時間とブロッカーの数の検出率は100%、100%、97.8%と100%の高い精度が得られること確認した。また、実システムへの応用を目的とした実時間化に関しては、ボール追跡で得られた知見を最大限生かす形で、12人の選手追跡を60fpsで実行可能な技術の実現を行なった。選手の体領域に制約を加えた予測モデルや色に重みを与えた画素選択手法などを考案し、97%の追跡精度を保ったまま16.01msで12名の選手を追跡できることを確認した。以上の関連成果を5件の原著学術論文、および8件の国際会議にて発信した。また、東京オリンピックやスポーツ解析の新たな産業創出への貢献を視野に入れ、関連企業との技術交流を積極的に行い、今後、これらの技術を産業につなげていく上で重要となる方向性に関して多くの知見を得た。特に28年度は、バレーボール、テニス、卓球等の球技スポーツを対象に、ボールや複数選手の三次元追跡技術、選手の動作検出技術の検討を行った。ボールや選手の追跡技術に関しては、パーティクルフィルターのフレームワークに基づくロバストな三次元追跡システムを構築し、ボールや選手の特徴や動きに適した独自の尤度モデルや予測モデルを考案する事により、複雑な背景下に置いて、大きさやスピードの異なる多様なスポーツに対するボール追跡や、複雑な選手の動きに追従可能な追跡技術を確立した。高校総体決勝など多くの観客がいる実試合映像を用いて評価した結果、99%を超える高い追跡精度が得られる事を確認しており、今後の実用化に向けた見通しを得た。また、選手の動作検出技術に関しては、身体の動作軌跡のクラスタ化に基づく特徴量を用いた手法を提案し、従来技術を超える検出が行えることを確認した。以上の成果を、1件の解説論文、2件の原著学術論文、および3件の国際会議にて発信した。28年度は、複数の高精細ビデオカメラから撮影した実試合の映像情報を入力とした、完全自動3次元スポーツシーン解析技術の実現のため、正確性(高いボール・選手追跡精度、動作・試合状況認識精度)、多様性(多様な球技に適用可)、実用性(柔軟なカメラ位置から撮影可)、多機能性(位置や、試合状況などの情報を取得可)を可能とする基盤技術の確立を目指して取り組んだ。バレーボール、テニス、卓球等の多様な球技スポーツを対象にボールや選手の追跡技術を実現し、99%を超える追跡精度が得られることを確認しており、正確性や多様性に関しては、十分な達成度が得られている。選手の動作検出技術に関しては、身体の動作軌跡のクラスタ化に基づく特徴量を用いた手法を提案し、従来技術を超える検出が行えることを確認したが、検出精度は十分でなく、今後、ボールや選手の位置情報と組み合わせた統合的な手法の検討が必要である。実用面で重要となるのが、実時間処理であるが、GPUを用いた検討に着手しており、見通しが得られつつある状況である。以上の成果を2件の原著学術論文、および3件の国際会議にて発信すると共に、スポーツ情報解析技術の普及のため、情報処理(学会誌解説記事)、日経テクノロジーOnlineでの情報発信や、電子情報通信学会SIS研究会チュートリアル講演などの活動を積極的に行った。以上の取り組みを通じて、研究成果面や情報発信面で順調な進捗が果たせていると考えている。特に29年度は、バレーボールを対象として、前年度までに確立したボールの3次元追跡結果を用いたイベント検出、ゲーム開始点の検出、選手の選手のパーツ追跡や動作検出などの課題を検討した。さらには、ボールや選手追跡の実時間化の検討にも着手した。イベント検出に関しては、軌跡の急峻さの度合いと、選手の肌色領域の面積を組み合わせた観測モデルなどを提案する事により、92.4%の精度で、スパイクやブロックといったイベントを検出できることを確認した。選手のパーツ追跡に関しては、ブロックシーンを対象に下半身と上半身の動きをそれぞれ97%、87%の精度で追跡できることを確認した。

選手の動作検出に関しては、ボールや選手追跡で得られる3次元グローバル情報と2次元の局所的な動きフロー情報を組み合わせる事により、スパイク、ブロック、トス、レシーブといった動作をそれぞれ98.4%、95.5%、96.9%、97.0%の精度で識別できることを確認した。さらに、実時間化に関しては、視線方向を優先したスレッド割り当てや、バイナリ探索に基づく並列化手法をなどを提案し、GPUを用い、99%の精度を保ったまま、バレーボールのボール追跡を3.4msで実行できる見通しを得た。以上の成果を2件の原著学術論文、および8件の国際会議にて発信した。また、東京オリンピックやスポーツ解析の新たな産業創出への貢献を視野に入れ、関連企業との技術交流を積極的に行い、今後、これらの技術を産業につなげていく上で重要となる方向性に関して多くの知見を得た。2年間に渡り、複数の高精細ビデオカメラから撮影した実試合の映像情報を入力とした、完全自動3次元スポーツシーン解析技術の実現のため、正確性(高いボール・選手追跡精度)、多様性(多様な球技に適用可)、実用性(実時間処理)、多機能性(試合状況などの情報を取得可)を可能とする基盤技術の確立を目指して取り組んできた。現在までの達成度としては、バレー、テニス、卓球等の多様な球技スポーツを対象にボールや選手の追跡技術を実現し、それぞれ99%を超える精度が得られることを確認しており、正確性や多様性に関しては、十分な達成度が得られている。一方、実用性で重要となるのが、実時間処理であるが、ボール追跡に関しては、低演算化、並列化により、GPU上で3.4msの処理時間を達成しており、見通しが得られつつある状況である。多機能性に関しては、ゲームの開始点の検出やイベントやさらには、ゲーム戦略に直接関わるアタック等の質に関する情報取得の取り組みを進めており、最終年度で、データバレーなど実際のバレー戦略システムに繋げられるような技術の実現が行えると考えている。これらの成果を4件の学術論文、11件の国際会議、学会誌解説記事やなどを通じて積極的に発信した。また、関連企業との技術交流により、東京オリンピック等の実応用につながる見通しを得ている。以上の様に、研究成果面や情報発信面で順調な進捗が果たせていると考えている。解析データに基づく高度なゲーム戦略の実現や、新たな情報を付加したTVスポーツ中継システムなどを対象として、複数の高精細ビデオカメラから撮影した実試合の映像情報を入力とした完全自動3次元スポーツシーン解析技術の実現を目指した取り組みを行っている。30年度(最終年度)は、引き続き複数の高精細ビデオカメラから撮影した実試合の映像情報を入力とした、完全自動3次元スポーツシーン解析技術の実現、改良を行なった。機能面では、前年度までに確立した3次元ボール・選手追跡、イベント追跡などの出力結果を用いて、戦略解析の鍵となるアタックの効率などの戦略情報の自動抽出を検討した。