hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチモーダル・コミュニケーションにおける会話調整機能のモデル化

本研究の目的は、人間の対面コミュニケーションにおける会話調整過程を、言語情報のみならず、姿勢・身振り・表情などの非言語情報も考慮して、総合的に分析しモデル化することである。本年度は、これまでに収録したマルチモーダル会話データにもとづき聞き手の行動の分析を行った。1.3人会話における聞き手のちょっとした振る舞いの分析:3人会話を対象として、視線・うなずき・笑いなどの聞き手のちょっとした振る舞いが聞き手役割(次話者になるか否か)によってどのように異なるかを分析した。その結果、以下の特徴が見出された。a)次話者にならない聞き手(非次話者)は、次話者に比べて、話し手への視線が少なく、他の聞き手(次話者)への視線が多い。b)次話者は、非次話者に比べて、手の動きやうなずきが多い。c)話し手に見られると、非次話者は笑いが多くなる。このように、会話の聞き手は話し手の発話をだまって聞いているのではなく、自らの役割に応じた行動を示していることが分かった。2.聞き手のちょっとした振る舞いの相互作用の分析:上記分析に引き続いて、視線・うなずき・笑いなどの聞き手のちょっとした振る舞いが話し手の発話のどの位置で生じるかを分析した。その結果、以下の特徴的な振る舞いが観察された。ア)発話序盤・中盤での次話者の話し手への視線、イ)発話序盤・中盤での非次話者の話し手への視線、ウ)発話序盤での非次話者の他の聞き手(次話者)への視線、エ)発話終盤での非次話者の笑い、オ)発話終盤での次話者のうなずき、カ)発話終盤での非次話者の他の聞き手(次話者)への視線。このうち、ア・イ・カは偶然以上によく共起して生じる。このように、会話の聞き手は自らの役割に応じた行動を、自らの役割に応じた適切な位置で示していることが分かった。本研究の目的は、人間の対面コミュニケーションにおける会話調整過程を、言語情報のみならず、姿勢・身振り・表情などの非言語情報も考慮して、総合的に分析し、モデル化することである。本年度は、言語・非言語情報を統合的に記述するための枠組みを開発し、試験的にデータの収集と符号化を行なった。具体的には、以下のことを行なった1.マルチモーダル会話コーパスの設計:人間同士のマルチモーダル・コミュニケーション過程の詳細な分析のためには、音声・動画像・転記テキストに加えて、言語学的・行動学的に意味付けされたさまざまな種類のタグが必要である。とくに、姿勢・身振り・表情などの非言語情報を音韻・形態素・韻律などの言語情報と統合的に記述するためには、非言語情報を「言語学的」に分析することが必要である。我々は、行為の分節化・範疇化・構造化という観点から言語・非言語情報を統一的に記述する枠組みを与え、うなずきなどの動作がこの枠組みの中でどのように記述できるかを示した。2.言語学的対象のオントロジー:言語・非言語情報の「言語学的」記述のためには、まず記述の道具としての「言語学的」対象を体系化しなければならない。この点に関して、現状ではまったく検討がなされていないのみならず、記述道具の体系をコーパス中に明示的に表現するという視点すら共有されていない。これは、実世界で生じる個々のイベント(行為のトークン)とそれを分節化・範疇化・構造化する際に利用する斉一性(行為のタイプ)との区別がなされていないためである。我々は、言語学的対象の統一的な記述に有力な注釈グラフの枠組みを拡張することによって、このようなタイプ的記述を体系化する方法を与えた。本年度は、マルチモーダル会話の収録と収録したデータにもとづく分析を行った。1.マルチモーダル会話の収録a)頭部・上体運動を記録した対話データ:頭部・上体動作の詳細な分析のために、モーションキャプチャ装置を備えた実験室で収録を行った。全12会話(約1時間40分)からなり、それぞれ被験者の正面・右側面映像、会話相手の正面映像、全景映像、転記テキスト、および当該区間の6つの磁気センサーのxyz座標値と方向角のデータを含む。b)多人数会話データ:より日常に近い環境での収録のため、騒音の少ないラウンジに、収録機器を持ち込んで3人会話の収録を行った。コーパスは全36会話(約5時間40分)からなり、それぞれ各被験者の正面映像、全景映像、3チャンネル音声、および転記テキストを含む。2.3人会話における視線構造の分析:3人会話における参与者たちの視線行動と参与役割との関連を分析した。各参与者がどこを見ているかを1フレームごとに記述し、発話終了付近での分布を調べたところ、話し手との視線交差が次話者になるための重要な要因であることがわかった。同時に、次話者にならない聞き手は自ら視線交差を避けることで、次話者になるのを辞退していることが示唆された。3.頭部動作の言語学的分析:会話中の頭部動作に着目し、運動学的な特徴にもとづいて、基本要素を分類するという試みを行った。モーションキャプチャによって記録された運動データから頭部動作の特徴パラメータを抽出し、クラスター分析によって分類した。

得られたクラスターの一部は直観的に感じる範疇とよく対応していたが、全般的にはあまり良好でなく、測定方法やデータ処理に問題があることが示唆された。本研究の目的は、人間の対面コミュニケーションにおける会話調整過程を、言語情報のみならず、姿勢・身振り・表情などの非言語情報も考慮して、総合的に分析しモデル化することである。本年度は、これまでに収録したマルチモーダル会話データにもとづき聞き手の行動の分析を行った。1.3人会話における聞き手のちょっとした振る舞いの分析:3人会話を対象として、視線・うなずき・笑いなどの聞き手のちょっとした振る舞いが聞き手役割(次話者になるか否か)によってどのように異なるかを分析した。その結果、以下の特徴が見出された。a)次話者にならない聞き手(非次話者)は、次話者に比べて、話し手への視線が少なく、他の聞き手(次話者)への視線が多い。b)次話者は、非次話者に比べて、手の動きやうなずきが多い。c)話し手に見られると、非次話者は笑いが多くなる。このように、会話の聞き手は話し手の発話をだまって聞いているのではなく、自らの役割に応じた行動を示していることが分かった。2.聞き手のちょっとした振る舞いの相互作用の分析:上記分析に引き続いて、視線・うなずき・笑いなどの聞き手のちょっとした振る舞いが話し手の発話のどの位置で生じるかを分析した。その結果、以下の特徴的な振る舞いが観察された。ア)発話序盤・中盤での次話者の話し手への視線、イ)発話序盤・中盤での非次話者の話し手への視線、ウ)発話序盤での非次話者の他の聞き手(次話者)への視線、エ)発話終盤での非次話者の笑い、オ)発話終盤での次話者のうなずき、カ)発話終盤での非次話者の他の聞き手(次話者)への視線。このうち、ア・イ・カは偶然以上によく共起して生じる。このように、会話の聞き手は自らの役割に応じた行動を、自らの役割に応じた適切な位置で示していることが分かった。
録音資料による日本語アクセント研究

近畿から四国の方言を対象として、これまでに本報告者及び他の人々によって蓄積されてきた、アクセント調査録音資料・会話録音資料のデジタル化を行い、DVD-ROM6枚・CD-ROM1枚を作成して公開した。研究者が録音資料を共有することによって、アクセント研究の一層の進展をめざすものである。また、これらの録音資料に聞かれる、アクセント型の聞き取りを行い、当該方言アクセントの詳細を記述するとともに、式音調の音響的特徴の一端を明らかにした。これまでに蓄積されてきた録音資料に基づき、日本語諸方言アクセントの解明を行う。また、録音資料のデジタル化・公開を行い、研究者が資料を共有することによって、研究の一層の進展をめざす。日本語諸方言のアクセント研究は、昭和初年以来、数多くの優れた研究成果をあげてきた。アクセント調査時の録音も多量に蓄積されてきたものの、個人所蔵かつ未公開のものが多い。公開されている音源もないわけではないが、まだまだ対象方言・分量・内容が限定されている。一方、方言アクセントの衰退・変質が進行しつつあるため、新たな臨地調査はこれからも重要ではあるものの、古い時代の録音資料が重みを増してきている。しかし、古録音資料に基づくアクセント研究はまだそれほど多くはなく、今後が期待される分野である。デジタル化・公開された音源をもとに、新たに聞き取り・音響分析を行うことによって、記述をより客観的・精密的なものにするとともに、現在調査不能な上の世代から現在に至るアクセントの変遷を明らかにすることが可能である。本研究で対象の中心とするのは、近畿から四国北部にかけて分布する諸方言である。19651966年の、和田實・妹尾修子両氏による、香川県伊吹島方言のアクセント調査録音(オープンリールテープ)をパソコンに取り込み、wavファイル化した。このwavファイルと、これに関する、中井の解説・研究のファイルを収納したDVD-ROM(片面1層1枚)を作成し、配布した:『和田實・妹尾修子録音による伊吹島アクセント資料』(『方言アクセント録音資料1』ISSN1883-6704)。和田氏の研究は、伊吹島方言アクセントが日本語諸方言の中で重要な位置を占めることを明らかにしたもので、研究史上重要である。本DVD-ROMは、この重要な研究の基盤となった録音資料を保存するのみならず、録音資料を研究者が共有することによって、一層の研究の進展を期すものとして有意義である。伝統方言の衰退が著しい現在、今では調査不能な、上の世代の話者(1898生)の録音が含まれている点も貴重である。さらに臨地調査によって中井自身の録音資料も収集し、これもDVD-ROMに収録した。そして、これらの録音を資料として、伊吹島方言の5拍体言の音調型の聞き取りを行い、従来報告されていなかった当該方言のアクセントの世代差の一端を明らかにした。和田・妹尾両氏の録音はDVD-ROM2枚にまたがる予定であったが、編集の結果1枚に収まったので、すでに編集作業が終わっていた、京都アクセントの録音の一部を収録した、DVD-ROM(片面2層1枚)をも作成し、配布した:『録音・京都アクセント辞典』(『方言アクセント録音資料2』)。これは、1910年生の1名の話者による、単語・短文読み上げを収録したものであり、中井(2002)『京阪系アクセント辞典』の一部に対応するものである。この世代の話者による、多くの語を対象とした、当該方言のアクセント調査録音はこれまで公開されておらず、資料としての意味が大きいと考える。書籍上の音調記号が、実際どのような音声として実現するのかを明らかにするものとしても重要である。前年度公開した和田・妹尾両氏の伊吹島方言録音資料と中井の臨地調査による録音に基づき、式音調の音響分析を行い、伊吹島アクセントの世代差を解明した。従来の、耳で聞く調査において、昭和初年以降生の話者では、高起下降式無核の下降が大きくなることが指摘されていたが、それを音響音声学的に実証した。さらに、高起平進(非下降)式無核の音調にも世代差があり、上の世代では下降がほとんどないのに対して、下の世代ではわずかな下降があることも明らかにした。伊吹島方言は日本語諸方言で唯一3式の対立を有するが、式音調の詳細な実態解明は、重要な意義を持つ。新たに、同方言について、三好兼光氏録音の会話(カセットテープ)をwavファイル化した。この録音は明治20年代生の話者を含むが、これは伊吹島方言に関して、現存する最も生年の早い話者のものであって、伊吹島方言の変遷解明の資料として貴重である。中井は同氏の教示を得ながら会話の文字化を行い、さらに、アクセント分析の前提となる、分節音・語彙・文法・イントネーション等に関する若干の分析を行った。そして、wavファイルと、文字化テキスト・分析結果を含めたCD-ROM『三好兼光録音香川県伊吹島方言会話資料-方言アクセント

録音資料(3)-』(2010年3月)を作成した。また、京都方言に関して、昨年度に引き続き、1910年生の話者の発音(wavファイル)と、アクセント記号付き文字化テキストを収録した、DVD-ROM『録音・京都アクセント辞典(2)-方言アクセント録音資料(4)-』(2010年3月)を作成した。前年度は中井(2002)『京阪系アクセント辞典』(勉誠出版)「語彙編」の、14拍体言を対象としたが、今年度は510拍体言、姓名・数詞、動詞・形容詞部分を扱った。これらは、今後の研究の基盤資料となるものである。さらに、既公刊の会話資料のアクセントに関する考察を行った。私自身が行った瀬戸内海島嶼の方言のアクセント調査録音資料について、編集整理・デジタル化の作業を進めた。しかし、資料公開については、話者氏名不明の場合や、話者がすでに物故され、かつ御子息が同所に住んでおられない場合が非常に多く、承諾を得る作業が難航した。結果として公開可能資料が十分な量に至らず、今年度は公開を断念した。一方、すでに整理もある程度終わっており、承諾も得られている京都市関係の録音についてDVD-ROMを作成して公開した。(a)『録音京都アクセント辞典(3)-方言アクセント録音資料(5)-』、(b)『録音京都アクセント辞典(4)-方言アクセント録音資料(6)-』がそれである。前者(a)は『京阪系アクセント辞典』語彙編の付属語・活用形及び概説編の語例、『国語学大辞典』の類別語彙表、京都の地名・固有名詞、小倉百人一首を含む。後者(b)は『京阪系アクセント辞典』語彙編13拍名詞を含む。13拍体言は平成20年度の辞典(1)に含まれるが、今回はそれに例文・語例を大幅に増補した。(a)(b)とも録音に加えて、アクセントの聞き取り結果のpdfファイルを収録している。録音資料の分析として、香川県伊吹島アクセント(平成20年度分)と本年度の京都アクセントの録音資料を用いて、両方言の式音調を対照した。そして伊吹島の、現在の「下降式」音調が大正昭和初年生まれ頃に新たに生じたこと、より上の世代では、伊吹島の「下降式」と京都の「平進式」の音調実質は、大きな違いがないのではないかということを示唆した(雑誌掲載論文)。瀬戸内海島嶼方言を含む他方言の式音調についても考察を行った。本年度は以下3点の研究を行った。第1に、1910年生の1名の京都市方言話者(前年度までにDVD-ROMを作成したのと同一話者)の録音について、その未整理部分を編集し、DVD-ROMの形で公開した。『録音京都アクセント辞典(5)』がそれである。このDVD-ROMは、『京都府方言辞典』の見出し項目のうち京都旧市内で使用する語彙のほぼすべてをおおうものである。この資料の完成によって、上記1910年生の1名話者のアクセントについては、基本的な語彙をほぼ網羅した資料が完成した。共通語・東京語をのぞき、意外にも、全国各地の方言について、特定話者の多数項目の録音資料は、この程度の規模のものでさえ、これまで作成されたことはほとんどなかった。方言アクセントの基礎的資料として十分な意味を持つものと考える。
アンジオポエチン様因子2が皮膚の加齢性変化および加齢性皮膚がんに与える影響の検討

皮膚老化とアンジオポエチン様因子2 (Angptl2)の関連について検討した。その結果、Angptl2皮膚過剰発現マウスでは野生型と比較してコラーゲンの発現低下、p16INK4aなどの皮膚老化を示唆する因子の発現亢進を認め、Angptl2ノックアウマウスではpコラーゲンの発現増加、16INK4aなどの因子は発現の減弱を認めた。また、IL-6やIL-8、MMP-3などのSASP(senescence-associated secretory phenotype)と呼ばれる老化関連因子についてもAngptl2皮膚過剰発現マウスの皮膚での発現亢進を認めた。マウスの皮膚老化について検討した。アンジオポエチン様因子2皮膚過剰発現マウスとその同腹子の野生型マウスを用いた。病理組織所見を確認し、I型コラーゲンの発現の差を検討し、アンジオポエチン様因子2皮膚過剰発現マウスにおける皮膚老化の進行を確認した。さらに老化もマーカーとして注目されているp16INK4aの発現についても比較し、アンジオポエチン様因子2皮膚過剰発現マウスでよりその発現が亢進していることも確認した。以上より、アンジオポエチン様因子2がマウスの皮膚老化に深くかかわっている可能を見出した。マウス飼育のスケジュールがマウスに生じた疾病により遅れてしまったことがマウスの検体を収集することに後れを生じさせた。昨年度はマウスの皮膚老化の研究に関してアンジオポエチン様因子2皮膚過剰発現マウスと同腹子の野生型マウスの比較を中心に行い、コラーゲンやp16INK4aの発現量を検討し、アンジオポエチン様因子2皮膚過剰発現マウスの皮膚老化が野生型と比較して亢進している可能性を見出した。さらに今年度はp16INK4a以外のSASP(senescence-associated secretory phenotype)であるIL-6、IL-8、MMP-3についても検討しアンジオポエチン様因子2皮膚過剰発現マウスは野生型マウスに比較して老化が亢進しているこをさらに確認した。また、野生型マウスの皮膚において週齢を重ねるつれてアンジオポエチン様因子2が徐々に発現が亢進することはすでに明らかにしているが、週齢およびアンジオポエチン様因子2の発現亢進に比例するように前述のp16INK4aなどのSASPも徐々に発現が亢進することも確認した。一方ヒト皮膚では若年者と老齢者について検討し、アンジオポエチン様因子2の発現が年齢とともに発現が亢進すること確認し、あわせてヒトでもマウスと同様のp16INK4aなどのSASPの発現を確認している。解析の過程ではあるが、十分ヒトの皮膚老化においてもアンジオポエチン様因子2が大きな役割を果たしている可能性を見出しつつある。以上より、アンジオポエチン様因子2は皮膚老化およびSASPの発現に深く関連する可能性があると考えた。マウスの検体の収集の遅れを取り戻すために、皮膚老化を研究の中心にして絞り込む。それにより皮膚老化についてのデータ収集および検討に力をいれる。さらに研究代表者が所属するグループにおけるヒトの皮膚老化についての検討も同時にすすめる。皮膚老化、皮膚がん
分子シャペロン-カルメジンの機能解析

カルメジンは、分子シャペロンカルネキシンと高い相同性を持ち、精細胞の分化段階特異的に発現する分子シャペロンとして同定された。そして、そのノックアウトマウスの解析から精子の受精能に関わる蛋白質のシャペロンとして機能していることが類推されている。さらに、ノックアウトマウスの精子受精能の検討から、その標的蛋白質は卵子結合能に関わるものと卵子への遊走能に関わるものとが含まれることが示唆された。このため、卵子結合能に関わる分子の検索として、精巣においてカルメジンの発現時期に一致して発現する遺伝子産物の解析を進めている。現在までに、いくつかの候補蛋白質の同定を試みており、カルネキシンとカルメジンの基質特異性についての検討を進めている。一方、遊走能に関わる分子の検索のため、嗅覚系と精子との共通性に着目して解析を進めた。この結果、嗅覚系でも嗅覚ニューロン特異的にカルメジンが発現していることを見出され、嗅覚受容体系の遺伝子が精巣及び嗅覚系でその標的遺伝子の候補となることが示唆された。嗅覚ニューロンでは、その蛋白質の分布からニューロンの投射あるいは、上位ニューロンとのシグナル伝達に関する蛋白質との関連性が予想される。一方、ノックアウトマウスの精子では嗅覚受容体の発現が認められず、精巣では精子への嗅覚受容体の発現自体に関わっていることが示唆された。現在、カルネキシンとカルメジンについて、嗅覚受容体との相互作用について検討している。
カビ新規RiPPsライブラリ構築と非天然環状ペプチド創製

本研究課題では、新規カビRiPPs生合成経路クラスであるust-RiPS経路について、ゲノム情報ドライ解析による経路探索と異種発現株における経路高発現から、本経路クラスの生合成遺伝子ー化合物ライブラリ作製を行うことを目的とする。ドライ解析について、本経路前駆体ペプチド(ust-RiPS因子)の特徴である、小胞体への移行シグナルペプチドおよびゴルジ体局在Kex2プロテアーゼ認識配列により切断される繰り返し配列を元に、公共データベース上に登録されたFungi界に属する857株のゲノム情報に対して探索を行った。その結果、ust-RiPS因子はキノコ(Basidiomycota)・カビ(Ascomycota)を問わず84%の株に保存されており、一株平均2.8個、合計2423個が検出された。さらに、ust-RiPS因子を繰り返し配列の相同性から分類したところ、1600種類以上存在していることが分かった。以上より、本経路から生合成される化合物の種類は多岐に亘り、カビ・キノコを問わず広く保存されていることから、Fungi界の生命活動に本質的な役割を果たしていると考えられる。異種発現による化合物取得について、Aspergillus属から見出された44種類の経路のうち、種間で保存性の高い10種類を選抜し、対象経路の遺伝子破壊と麹菌異種発現ホスト株に対する遺伝子導入を行った。結果、既知の2つに加えて新たに1種類の新規化合物をAspergillusflavus培養物において見出した。ただし、親株、異種発現株ともに化合物生産性が非常に低く、化合物構造同定に十分な量を得るには至っていない。この点を改善するために輸送体遺伝子を追加導入するとともに、親株からの化合物精製を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では、カビが産生する天然化合物の一つであるリボソームペプチドについて、インフォマティクス解析から見出した新規生合成経路のクラスを分類し、非天然型環状ペプチドの創製に向けて化合物ー経路のライブラリ構築と特徴解析を行うことを目的とする。対象とするリボソームペプチド生合成経路(ust-RiPS経路)はカビで初めて見出されたもので、化合物の骨格となるペプチド鎖の配列が、高度な繰り返し配列となって前駆体ペプチド遺伝子に直接書き込まれている。また、経路内に新規環状化因子を有しており、芳香環に直接エーテル結合によって環を巻く化合物構造を生合成する。初年度である平成29年度は、前駆体ペプチドの配列特徴解析および本経路に特徴的な環状化因子の相同性検索から、糸状菌Aspergillus属における本経路を抽出・分類し、その結果に基づいて、遺伝子破壊実験とLC-MS測定から糸状菌A. flavus上に新規ust-RiPS経路と化合物のペアを1つ同定した。さらに、生産量が非常に低い本化合物の正確な構造決定を行うために、多重マーカーを有する麹菌株を親株として、各生合成遺伝子のプロモーター領域をマルトース誘導型に挿げ替えて導入した異種発現株を作製した。本株を導入遺伝子誘導培地の元で培養したが、対象化合物の産生が確認できなかったため、遺伝子発現の確認を行うとともに、ゲノム上の特定の位置に遺伝子導入する異種発現系の構築を行った。並行して、公共データベースより取得可能なゲノム情報に対して本経路のドライ探索を行い、本経路がカビ・キノコを含むFungi界全体に保存されており、前駆体ペプチドの配列も1000種類以上の多岐にわたることを見出した。本研究課題では、新規カビRiPPs生合成経路クラスであるust-RiPS経路について、ゲノム情報ドライ解析による経路探索と異種発現株における経路高発現から、本経路クラスの生合成遺伝子ー化合物ライブラリ作製を行う。

これまで、20種類のAspergillus属ゲノム探索から見出された101経路を、前駆体コアペプチドの配列に基づき44種類に分類した。種間で保存性の高い10種類を選抜し、対象経路の遺伝子破壊と高発現によって、新たに1種類の新規化合物をA. flavus培養物において見出しており、9つの生合成遺伝子の異種発現による高生産系の構築まで終えている。ドライ解析では、本経路のリソースを広く確保するため、解析対象をFungi界全体に広げてコアペプチド配列の分類までを行い新規経路候補を多数見出しており、当初の計画に対し概ね順調に進展している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ドライ解析について、Fungi界全体に対する本ust-RiPS経路のコアペプチド配列に基づく分類と、周辺構造の解析を行う。これにより、化合物構造となるコアペプチドの種類毎に、環状ペプチドの生産に必要な修飾遺伝子を絞り込む一助とする。遺伝子破壊と異種発現による新規ust-RiPS化合物の同定を継続するとともに、すでに見出している新規当該環状ペプチドについて、異種発現株の生産性が低いため、輸送体を始めとする遺伝子の追加導入を検討する。またもし低生産性が改善されない場合、親株の大量培養による化合物取得を視野に入れる。これらにより、新規環状ペプチドの精製と構造決定を行い、本経路の生合成経路とセットになった化合物情報をライブラリとして蓄積する。
転移性骨腫瘍に対する新しい温熱治療法の開発

兎脛骨に長さ10cm、径2.4mmのK-wire (ステンレス製)を髄内釘として挿入し交流磁場発生装置内に置き発熱させ、骨髄内髄内釘近傍の温度および脛骨内側皮質骨の表面温度を1cm間隔で光学的温度計で計測しこのシステムでの温度分布を調べた。次に、脛骨平原より6cmの部位の骨髄内に1.5mm大のブロック状VX2腫瘍を数個移植し、実験的転移性骨腫瘍を作製した。移植後10日で腫瘍は肉眼的に長さ約4-6cmに成長し髄腔を占拠しており、レ線上、溶骨像が認められたが、骨外に浸潤することはかなった。この時点で前述の方法でハイパーサーミアを施行した。加温時間は50分とした。ハイパーサーミア施行後3週間で兎を屠殺し抗腫瘍効果を肉眼的、レ線学的、組織学的に検討した。髄内釘近傍の温度分布は遠位方向へ偏った放物線を描き、脛骨平原より7-8cmの部位で約50°Cに達した。脛骨内側皮質骨表面の温度分布は脛骨平原より8cmの部位でピークをなし、約45°Cに達した。肉眼的には4-10cmの部位では腫瘤の形成が著明に抑制されており、レ線上も軽度の骨萎縮を認める程度であった。しかし、温度分布の不良な脛骨近部位では骨破壊が認められ、一部骨外への浸潤も認められた。組織学的には周囲軟部組織の損傷はなかった。脛骨内側皮質骨表面の温度ピーク(脛骨平原より8cmの部位)を約48°C以上に上昇させると、熱傷によると思われる下腿内側の皮膚壊死、動脈閉塞によると思われる足背部の皮膚壊死及び、静脈血栓症によると思われる強い下腿から足部にかけての浮腫など様々な合併症を生じた。十分な温度分布の得られた部位では明らかな抗腫瘍効果が認められた(統計学的な有意差あり)。しかし加温の不十分なな脛骨筋近位部は腫瘍による骨破壊が認められ、ホットスポットをつくらぬよう温度分布の改善が必要と思われた。一つの解決方法としてFe-Pt合金のような低キューリ-点をもつ金属を発熱体として用いれば髄内温度の均一化を計ることが出来るであろうと思われた。A)髄内釘による脛骨加温実験1)3.0mmK-wireによる加温実験と同様に、兎脛骨に長さ10cm、2.4mmK-wire(髄内釘)を挿入し交流磁場発生装置内に置いた場合の脛骨骨髄内の温度分布を調べた。コイル開口部側より7cmの部位で55-60°Cに達することがわかった。この際、脛骨内側骨皮質表面はコイル開口部側より5-8cmの部位で42・44°Cに達した。ただし、交流磁場発生装置の出力を20-25%上昇させる必要があった。コイル開口部側より7cmの部位で脛骨内側骨皮質の表面温度を43°Cに保てば、5-8cmの部位で脛骨内に存在するものは43°C以上に加温出来ることがわかった。この温度分布は3.0mmK-wireによる場合よりも良好であることがわかった。

2)コイル開口部側より7cmの部位で脛骨内側骨皮質の表面温度を43°Cに保った場合、同部位での脛骨周囲軟部組織の温度分布を調べた。内側皮膚温は39-40°と安全な温度であった(室温は23-35°C)。外側に前脛骨筋に脛骨に対し垂直方向に温度計プローブを刺入し測温した結果脛骨表面で40°、筋内では10mmあたり5-10°の減衰があり、軟部組織の過加温はないと考えられた。B)VX2による実験的骨腫瘍の作製脛骨骨髄内の脛骨平原より6cmの部位で脛骨骨髄内に2mmx1.5mmのブロツク状VX2腫瘍を移植し、自然経過を観察した。移植方法は、脛骨近位部より髄内をリ-ミングし3.0mmステンレスパイプを挿入し、ブロック状の腫瘍を押し込む方法をとった。移植後一週間で腫瘍は長さ約2cmに成長し髄腔を占拠していたが、レ線上は溶骨像は認められなかった。移植後十日で腫瘍は長さ約4-6cmに成長し髄腔を占拠しており、レ線上、溶骨像が認められた。また、骨外に浸潤することはなかった。移植後二週で腫瘍は完全に髄腔を占拠しており、一部は骨皮質外に浸潤する場合があった。レ線上、溶骨像と共に軽度の骨形成像が認められた。移植後三週で腫瘍は完全に髄腔を占拠しており、骨皮質外に浸潤していた。レ線上、著名な溶骨像と共に骨形成像が認められた。移植後四週で腫瘍は骨皮質外に腫瘤を形成、一部は筋肉内に浸潤していた。これらの腫瘤がVX2腫瘍であることを組織学的に確認した。兎脛骨に長さ10cm、径2.4mmのK-wire(髄内釘)を挿入し交流磁場発生装置内に置き、髄内釘近傍の温度および脛骨内側皮質骨の表面温度を1cm間隔で光学的温度計で計測した。次に、脛骨平原より6cmの部位の骨髄内に1.5mmx1.5mmのブロック状VX2腫瘍を移植し、実験的転移性骨腫瘍を作製した。移植後10日で腫瘍は長さ約4-6cmに成長し髄腔を占拠しており、レ線上、溶骨像が認められたが、骨外に浸潤することはなかった。この時点で2.4mmK-wireを脛骨に挿入し交流磁場発生装置内に置きハイパーサーミアを行った。加温時間は50分とした。ハイパーサーミア施行後3週間で兎を屠殺し抗腫瘍効果を肉眼的、レ線学的、組織学的に検討した。髄内釘近傍の温度分布は遠位方向へ偏った放物線を描き、脛骨平原より7-8cmの部位で約50°Cに達した。脛骨内側皮質骨表面の温度分布は脛骨平原より8cmの部位でピークをなし、約45°Cに達した。肉眼的には4-10cmの部位では腫瘤の形成が著明に抑制されており、レ線上も軽度の骨萎縮を認める程度であった。しかし、温度分布の不良な脛骨近部位では骨破壊が認められ、一部骨外への浸潤も認められた。組織学的には周囲軟部組織の損傷はなかった。脛骨内側皮質骨表面の温度ピーク(脛骨平原より8cmの部位)を約48°C以上に上昇させると、熱傷によると思われる下腿内側の皮膚壊死、動脈閉塞によると思われる足背部の皮膚壊死及び、静脈血栓症によると思われる強い下腿から足部にかけての浮腫など様々な合併症を生じた。十分な温度分布の得られた部位では明らかな坑腫瘍効果が認められた。しかし加温の不十分なな脛骨近部位では骨破壊が認められ、ホットスポットをつくらぬよう温度分布の改善が必要と思われた。兎脛骨に長さ10cm、径2.4mmのK-wlre(ステンレス製)を髄内釘として挿入し交流磁場発生装置内に置き発熱させ、骨髄内髄内釘近傍の温度および脛骨内側皮質骨の表面温度を1cm間隔で光学的温度計で計測しこのシステムでの温度分布を調べた。次に、脛骨平原より6cmの部位の骨髄内に1.5mm大のブロック状VX2腫瘍を数個移植し、実験的転移性骨腫瘍を作製した。
研究費配分政策・研究者キャリア設計の科学生産への影響の実証分析とシミュレーション

大学を中心とする公共部門における「科学生産」はイノベーション・システムの根幹を形成している。本研究では、科学生産のアウトプットとして知識資本と社会関係資本の2点に着目し、インプットとしての研究資金および研究者人材の配分が及ぼす影響を検討することを目的とした。具体的には平成2324年度前半にかけて以下に述べる3研究テーマを遂行した(後続の計画は24年度より若手研究Bに移行)。(1)研究資金の配分政策:科学技術投資に関する先行研究においては、研究資金データの未整備のために特に個人レベルでの詳細な分析が限定されていた。そこで本研究では国立情報学研究所の提供する科研費データベースを基に独自の研究費データベースを構築した(具体的な分析は後続の研究課題において実施予定)。(2)研究者人材のキャリア設計:日本人研究者を対象とした質問票調査及び経歴情報を用いてキャリアデータベースを構築し、以下の分析を実施した。(a)まず研究者人材の配置の制度的特徴を見出すために日本と欧州数ヶ国との間で研究者の移動特性を分析した(欧州の共同研究者との共同研究による)。(b)続いて、特にセクターを横断する研究者移動に着目し、大学研究セクターからの退出に関わる環境因子を特定すると共に、退出と科学生産との関連を分析した。(c)さらに世代間の研究者人材の移動に着目し、研究室レベルでの世代交代方式が及ぼす科学生産への影響を分析した。(3)社会関係資本形成:数理モデル及びシミュレーションを用いて社会関係資本の生産モデルを構築し、近年の科学技術政策に関する制度・環境変化の影響を予測し、これを質問票調査に基づき検証した。以上(1)(3)の論点は相互に関連することから、後続の計画では総合的なモデルを構築する予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
生体吸収性高分子とペプチド・細胞のハイブリッド化による組織再生制御

本研究では、機能性のポリ(α-オキシ酸)とペプチドの複合体に種々の細胞や生体組織をハイブリッド化することによって得られる高分子と生体のハイブリッドの性質を明らかにすると共に、ベースポリマーの分解と吸収に伴う細胞、組織の変化・再生過程を検討した。以下に検討項目とその成果を示す。(1)リンゴ酸とグリコール酸の複合単位からなる新しいジエステルモノマーとラクチドの共重合により側鎖に反応性基を含むポリ(α-オキシ酸)誘導体を合成し、それに細胞接着のリガンドとなるRGDをコンジュゲートすることに成功した。(2)得られたコンジュゲートをフィルム化し、それをマトリックスとして各種の細胞(上皮細胞など)を培養し、吸収性材料-ペプチド-細胞の三元ハイブリッドの調製を行い、その特性を検討するとともに、吸収性材料の分解挙動ならびにマトリックスの分解に伴う細胞の変化を検討した。(3)ポリ-L-乳酸(PLLA)フィルムの表面加水分解により生成したカルボキシル末端に細胞接着のリガンドとなるRGDをコンジュゲートし、その細胞接着性を検討した。(4) PLLAとポリエーテルのブロック共重合体が高い抗血栓性を有し、かつ細胞非接着性を示すことを見いだし、この共重合体の癒着防止能ならびに血液適合性を評価した。(5)アゾ基を含むポリウレタンの分子設計を行い、大腸菌の作用で分解する材料を創製した。そして、その分解機序を明らかにすると共に、薬剤の大腸内へのターゲッチングをめさしたDDSの開拓を行った。これら、機能性の生体吸収性高分子に関する研究成果は各方面から注目されている。本研究では、機能性のポリ(α-オキシ酸)とペプチドの複合体に種々の細胞や生体組織をハイブリッド化することによって得られる高分子と生体のハイブリッドの性質を明らかにすると共に、ベースポリマーの分解と吸収に伴う細胞、組織の変化・再生過程を研究することを目的とする。具体的には、乳酸-グリコール酸ーリンゴ酸共重合体(PMLA)及び乳酸-グリコール酸-ドデシルマラート共重合体(PGLL)の側鎖カルボキシル基に細胞接着因子であるRGD(Agr-Gly-Asp)トリペプチドやフィブロネクチン等のペプチドを固定化し、細胞接着性の制御ならびに細胞との複合化による生体組織、器官の再構成(Guided Tissue Regeneration)について詳細に検討している。本年度は、(1)リンゴ酸とグリコール酸の複合単位からなる新しいジエステルモノマーとラクチドの共重合により側鎖に反応性基を含むポリ(α-オキシ酸)誘導体を合成し、それに細胞接着のリガンドとなるRGDをコンジュゲートすることに成功した。この吸収性高分子-ペプチド複合体に対して各種細胞を接着させることにより生体とのハイブリッド化ができることを確認した。また、(2)上記で得たコンジュゲートをフィルム化し、それをマトリックスとして各種の細胞(上皮細胞など)を培養し、吸収性材料-ペプチド-細胞の三元ハイブリッドの調製を行い、その特性を検討した。そして吸収性材料の分解挙動ならびにマトリックスの分解に伴う細胞の変化を検討した。そして、(3)ポリ-L-乳酸とポリエーテルのブロック共重合体が高い抗血栓性を有し、かつ細胞非接着性を示すことを見いだした。この成果に基づいて、この共重合体を癒着防止膜ならびに血液適合性材料として応用していくと共に、これらの成果について公表する予定である。

具体的には、ポリ-L-乳酸(PLLA)や乳酸-グリコール酸ーリンゴ酸共重合体(PMLA)及び乳酸-グリコール酸-ドデシルマラート共重合体(PGLL)の側鎖カルボキシル基に細胞接着因子であるRGD(Agr-Gly-Asp)トリペプチドを固定化し、細胞接着性の制御ならびに細胞との複合化による生体組織、器官の再構成(Guided Tissue Regeneration)に応用可能かついて検討した。そして、(1)PLLAフィルムの表面加水分解により生成したカルボキシル末端基に細胞接着のリガンドとなるRGDをコンジュゲートし、その細胞接着性を検討した。この吸収性高分子-ペプチド複合体に対して各種細胞を接着させることにより生体とのハイブリッド化ができることを確認した。(2)PMLAおよびPGLLフィルムに対してもRGDとのコンジュゲートを行い、その細胞接着性、加水分解性を検討し、吸収性材料の分解挙動ならびにマトリックスの分解に伴う細胞の変化を検討した。さらに、吸収性材料-ペプチド-細胞の三元ハイブリッドの調製を行い、そのキャラクタリゼーションを行った。(3)ポリ-L-乳酸とポリエーテルのブロック共重合体が高い抗血栓性を有し、かつ細胞非接着性を示すことを見いだし、この共重合体の癒着防止能ならびに血液適合性を評価した。(4)アゾ基を含むポリウレタンの分子設計を行い、大腸菌の作用で分解する材料を創製した。そして、その分解機序を明らかにすると共に、薬剤の大腸内へのターゲッチングをめざしたDDSの開拓を行った。これら、機能性の生体吸収性高分子に関する研究成果は各方面から注目されている。
双極性障害における小胞体ストレス応答とAMPA型グルタミン酸受容体輸送の関連

双極性障害の病態に関与している可能性のある小胞体ストレス応答の異常が神経細胞においてAMPA型グルタミン酸受容体の輸送異常を引き起こすかどうかについての検討を行った。まずAMPA型グルタミン酸受容体と共沈することが知られている小胞体ストレス関連遺伝子であるGRP78、及び同じく小胞体シャペロンであるGRP94について双極性障害との関連研究を行い、GRP78については機能的ハプロタイプが疾患と関連している可能性、GRP94遺伝子については日本人において強く疾患と関連していることを見出した。また予備的な検討から示された小胞体ストレス反応経路の中心的転写因子XBP1とWFS1の関係をさらに調べ、WFS1遺伝子プロモーター領域にXBP1による制御を受けるERSE様のモチーフを見出し、WFS1が小胞体ストレス関連遺伝子であることを示す結果を得た。WFS1は高率に気分障害を合併する遺伝性疾患Wolfram病の原因遺伝子で、双極性障害解明の手がかりとなる可能性が高い。そこで、マウス脳組織切片を用いてAMPA型グルタミン酸受容体の免疫組織学的検討を脳組織切片を用いて行ったところ、野生型マウスで観察される海馬の一部の細胞における強陽性像が、WFS1ノックアウトマウスでは観察されないことが判明した。本所見が輸送異常によるものであるかどうかは現在のところ不明である。なお本所見と行動変化の対応について行動解析を行い検討したところ、水迷路試験、恐怖条件付け試験など数項目で差がみられた。さらに初代培養神経細胞についてAMPA型グルタミン酸受容体のmRNAを定量したところ、XBP1ノックアウト細胞において有意な発現の変動がみられた。小胞体ストレス応答経路は、AMPA型グルタミン酸受容体の動態に、輸送を通じてか否かははっきりしないが、何らかの関与をしている可能性があると考えられた。双極性障害の病態に関与している可能性のある小胞体ストレス応答の異常が神経細胞においてAMPA型グルタミン酸受容体の輸送異常を引き起こすかどうかについての検討を行っている。まずAMPA型グルタミン酸受容体と共沈することが知られている小胞体ストレス関連遺伝子であるGRP78についてケースコントロールスタディーを行うことにより小胞体ストレス応答と双極性障害についての検討を行った。その結果、日本人サンプル及びNIMHトリオサンプルにおいて機能的ハプロタイプが疾患と関連している可能性を見出した。また予備的な検討から示されたXBP1とWFS1の関係を調べたところ、WFS1遺伝子プロモーター領域にXBP1による制御を受けるEndoplasmic reticulum stress response element様のモチーフ(CGAGGCGCACCGTGATTGG)が存在することを見出し、WFS1が小胞体ストレス関連遺伝子であることをさらに示す結果を得た。WFS1は高率に気分障害などの精神疾患を合併する遺伝性疾患であるWolfram病の原因遺伝子として知られており、精神疾患解明の手がかりとなる可能性が期待されているものである。現在AMPA型グルタミン酸受容体輸送変化と行動変化の対応について検討するため、XBP1及びWFS1ノックアウトマウスの行動解析を行っている。また、WFS1ノックアウトにおけるAMPA型グルタミン酸受容体の免疫組織学的検討を脳組織切片及び初代培養神経細胞を用いて試みている。
ヒト羊膜上皮の恒常性維持機構の解明

ヒト羊膜上皮の恒常性は様々な側面から維持されている。今後の研究進展の基盤となる以下の結果を得た。1母児免疫に関わるHLA-G mRNAに羊膜部位別の発現レベルの相違を認めた、2羊膜ではHLA-Gよりも著明にHLA-CのmRNA発現レベルが高い、3羊膜ではER-α、βともに有意なmRNA発現が見られない。PGRは発現していないが、PGRMC1はmRNAレベルで高発現している、4単離羊膜上皮細胞で発現していたAQP3、AQP1、SPARCとTHBS1は、MK添加により発現調節されない、5RNA-seq解析では羊膜の特徴(低増殖性、無血管、ECM構造維持)に合致した遺伝子発現パターンが判明した。今年度は主に妊娠維持に関わる重要な因子やマトリックス細胞蛋白の発現プロフィール、今後活用する羊膜上皮細胞培養に関する基礎的検討を行い、今後の研究の礎となる結果を得た。妊娠維持に関連した既知の遺伝子で免疫寛容に関与すると考えられる胎児側因子のHLA-Gについては、辺縁羊膜ではHLA-G mRNAの発現が胎盤被覆羊膜に比べ9倍高発現していた。胎盤被覆羊膜におけるHLA-G mRNA発現レベルは低く母体組織である脱落膜と同等であった。免疫組織染色では羊膜ではどの部位でもHLA-G蛋白発現は認められなかったが、絨毛膜無毛部の栄養膜細胞では強く発現していた。一方、胎盤ではHLA-G蛋白発現は合胞体および細胞性栄養膜細胞では認められず絨毛外栄養膜細胞と考えられる細胞群でのみ強発現していた。妊娠維持・分娩発来に関与するステロイドホルモンの関連では、卵膜を含む妊娠組織は非常に高いエストロゲン環境に晒されているが、特異的受容体のERαは卵膜において発現していない。一方、ERβは発現がみられる脱落膜に比べ、羊膜ではERβmRNAはほとんど発現していないことが明らかとなった。またプロゲステロン受容体(PGR)は免疫組織染色では脱落膜以外の羊膜、絨毛膜、胎盤絨毛のいずれにも発現が認められなかった。羊膜全体のマトリクス細胞蛋白の発現については、高レベルのmRNA発現がSPARCとTSP1で認められ、妊娠の進行につれてSPARC発現低下傾向、TSP1は増加傾向を認めた。TSP2の発現レベルは低く妊娠中明らかな変化を認めなかった。また培養羊膜上皮細胞で細胞継代などの実験操作が表現型にどのような影響を与えるかについて、HLA-Gを指標に検討したところ、継代によりHLA-G mRNAレベルは劇的に減少することが明らかとなった。当初の目的を達するために羊膜上皮細胞を用いた種々の検討を行う際には、継代細胞が適切でなく初代培養細胞を用いなければならない可能性があるなど、実験上の制約が明らかとなり、それに併せて実験計画を立て直す必要に迫られたため。ヒト羊膜上皮の恒常性は様々な側面から維持されているものと考えられる。そこで胎児をとりまく羊水量の恒常性の維持に関与すると推定されるアクアポリン(aquaporin, AQP)ファミリーの発現について検討した。羊膜ではアクアポリンのうちAQP1 ,3 ,8 ,9, 11が発現することが知られているが、我々の単離羊膜上皮細胞を用いた解析では、mRNAレベルとしてはAQP3が最も高発現しており、次いでAQP1が発現していた。しかしAQP8,11の発現レベルは低く、AQP 9は発現していなかった。また羊水中に多く存在する成長分化因子midkineの羊膜上皮細胞におけるAQP発現に対する影響をin vitroで検討したが、有意な変化は認められなかった。単離羊膜上皮細胞の網羅的RNA発現解析(RNA-seq)においては、サイトカインや成長因子など液性因子の中ではインスリン様成長因子2 (IGF2)が最も高いmRNAレベルを呈していた。特異的受容体であるIGFR1やIGF2Rは低いレベルで発現していたが、IGF1の発現は認められなかった。羊膜上皮細胞の増殖因子としてはEGFが知られ、in vitro実験でも多く用いられているが、単離羊膜上皮細胞においてEGF受容体は強く発現しているものの、EGFはほとんど発現していなかった。羊膜間質細胞でも同様の結果であった。また主要な増殖因子であるFGFファミリーについても、FGF11が低いレベルで発現している以外は、単離羊膜上皮細胞での発現は捉えられなかった。上記の結果は、羊膜上皮細胞の増殖がautocrineやjuxtacrineではコントロールされていないことを示唆する一つの所見と考えられた。本年度の実験で、様々な実験条件の予備的検討ができたので、次年度はこれを足がかりに研究を推進する。

周産期医学当該年度では、培養羊膜上皮細胞の培養にあたり、継代細胞がつかえないことなど、実験上の制約が明らかになり、実験計画の細かな修正が必要になった。このことにより研究に必要な試薬購入などが結果的に安価で済むこととなった。当該年度の検討結果を踏まえ、研究の進展に併せて今後様々なアッセイを予定しており、相応の資金が必要である。また成果発表に要する費用も発生する。今後とも実験結果をみながら、計画の細かな修正を行い、また効率的で無駄のない支出を行う。
生体内の不均一な場における反応拡散波の伝播機構の解明

生体内で観察される個々の現象に潜む普遍的な原理の抽出を目指し,数学者と実験生物学者との協働により,ショウジョウバエの視覚中枢や脳の発生過程において観察される「分化の波」という現象に対する数理モデルの構築を試みた。反応拡散現象と側方抑制を組み合わせ、さらに擾乱に強いロバストな数理モデルを構築し、その数値シミュレーションとショウジョウバエを用いた実験結果と比較して非常によく一致する結果を得た。生体内の不均一な場における化学物質の伝播や情報の伝達を反応拡散系の進行波という観点でとらえることで,実際の生物の生体内で観察される個々の現象に潜む普遍的な原理の抽出を目指し,ショウジョウバエの視覚中枢の発生過程において観察される「分化の波(Proneural Wave)」と呼ばれる現象に対する数理モデルの導出を試みた。これは,組織中の細胞の分化が次々に起こり,あたかも波のように隣接する細胞に伝わっていく現象であり,より高度な脊椎動物の視覚系の形成過程においても普遍的な役割を果たしていると考えられている。数値計算およびショウジョウバエの実験を専門とする研究分担者・研究協力者との連携により,この分化の波について反応拡散と側方抑制を組み合わせた反応拡散方程式系による数理モデルを構築し,その数値計算シミュレーションと実際のショウジョウバエを用いた実験結果とを比較して非常に良く一致する結果を得た。また,導出した数理モデルは未知の変数が4つあり数学的な解析が困難であることから,生物学的に自然な仮定に基づいて方程式の縮約を行い,3変数の数理モデルを導出した。この3変数モデルについても,進行波が存在することを数値シミュレーションにより確認し,さらに不均一な場が進行波の伝播にどのような影響を与えるかを詳細に調べた。その結果,実際のショウジョウバエの細胞内で観察される分化の波の加速現象や消失現象の再現に成功し,定性的モデルとしての妥当性を示すことができた。まだプロトタイプの段階だが,ショウジョウバエの視覚系形成過程における分化の波に対する数理モデル,およびその縮約による簡略化モデルを導出し,実際のショウジョウバエを用いた実験において一部の細胞内のシグナル伝達を阻害することで観察される分化の波の加速・消失現象を再現できており,定性的数理モデルとしてのある程度の妥当性が確認されたと考える。生体内の不均一な場における化学物質の伝播や情報の伝達を反応拡散系の進行波ととらえることで,生体内で観察されるさまざまな現象に潜む普遍原理の抽出を目標として,ショウジョウバエの視覚中枢や脳の発生過程において観察される「分化の波」に対する研究を行った。具体的には,モデリングを専門とする研究分担者およびショウジョウバエの実験を専門とする研究分担者との連携により,以下のような成果を得ることができた。(1)脳の形成過程において見られる「分化の波」の進行に関しては,EGFシグナルによって正に制御され,またNotchシグナルによって負に制御されている。一般的にNotchシグナルは側方抑制によって分化した細胞と未分化細胞がたがい違いに配置されたいわゆるゴマシオパターンを産み出すことが知られているが,そのようなパターンはショウジョウバエの視覚中枢の発生における分化の波においては観察されなかった。その原因を特定するために数理モデルの数値シミュレーションと実験による遺伝学的解析を組み合わせることにより,EGFが存在する環境下ではNotchによる側方抑制がゴマシオパターン形成ではなく波の進行を制御するという新たな役割を果たすていることを明らかにした。(2)通常の反応拡散系は連続的な空間変数を用いて記述されるが,生体内の細胞構造を考えると離散的な空間変数による記述が望ましいことがしばしばある。このような状況を鑑みて,離散的な構造をもつ空間における反応拡散系の進行波について考察し,三重対角的な非線形項を持つ場合には進行波の単調性や安定性が比較定理を巧妙に用いることで証明できることを明らかにした。(3)関連する問題として,粒子運動の相互作用を記述する数理モデルや反応拡散系に現れるパルス進行波にみられる集団運動の数理解析を行った。数理解析班・実験班・モデリング班が密接に連絡をとり,お互いの成果を検証することで,ショウジョウバエの脳の形成過程で見られる分化の波におけるEGFシグナルとNotchシグナルの新たな役割を明らかにすることができ,その成果を論文として発表することができた。また,生体内の細胞構造を考慮した数理モデルとして離散的な構造を持つ空間における反応拡散系を考察し,その進行波の単調性および安定性について,比較定理を利用することで新たな知見を得ることができた。ショウジョウバエの視覚中枢や脳の発生過程において観察される「分化の波」に対する数理モデルの導出とそれに基づく実験との連携により,生体内の不均質な場における物質伝播・情報伝達の普遍原理抽出を目指し,研究分担者と協働して以下の研究を行った.(1)ショウジョウバエの脳の発生過程において,Notchシグナルは2つの空間ピークを持つパターンを呈しつつ神経上皮細胞上を伝播し,Deltaリガンドは隣の細胞のNotchを活性化し同じ細胞内のNotchは抑制するという特徴を持つ.これまでの数理モデルではNotchシグナルの1つ目の空間ピークにのみ着目し,それが波の伝播速度を抑制していることを示していた.今回新たに同細胞内のNotch抑制に強い非線形性を仮定することでNotchシグナルの2つの空間ピークが再現できることを明らかにした.さらに,ショウジョウバエの生体内にDeltaを過剰発現する細胞群を誘導し,その細胞群および周囲の細胞におけるNotchの活性化を観察したところ,実際にDeltaリガンドによる同細胞内のNotch抑制には強い非線型性が含まれることを示唆する実験結果を得た.

(2)これまでの数理モデルは空間局所的な擾乱を与えるとそこから新たな分化が生じ,それが空間的に伝播してしまうという欠点があったが,これまで考慮していなかった機構に着目し,それを数理モデルに取り入れることで擾乱に強いロバストなモデルを構築することに成功した.(3)生体内の細胞構造を考慮した離散的な構造を持つ空間における反応拡散系の進行波の漸近安定性を順序保存力学系の一般論の観点から論じた.生体内で観察される個々の現象に潜む普遍的な原理の抽出を目指し,数学者と実験生物学者との協働により,ショウジョウバエの視覚中枢や脳の発生過程において観察される「分化の波」という現象に対する数理モデルの構築を試みた。反応拡散現象と側方抑制を組み合わせ、さらに擾乱に強いロバストな数理モデルを構築し、その数値シミュレーションとショウジョウバエを用いた実験結果と比較して非常によく一致する結果を得た。引き続き,数理解析・実験・モデリングを担当するグループ間の機動的連携により,以下のような方針で研究を遂行する。(数理解析)空間非一様な反応拡散系の界面運動の解析を漸近解析的手法や数値計算も用いながら進め,得られた数学的・数値的知見を実験班・モデリング班に提供し,検証実験や数理モデルの改良に役立てる。(実験)モザイク解析によりショウジョウバエの生体内に人為的に不均一な場を生成して,分化の波の伝播に与える影響を調べ,数理解析結果や数理モデルの検証を行う。(モデリング)数理解析班・実験班の検証結果をもとに,定量的再現性のある数理モデルを構築する。前年度までに得られた研究成果を受けて,数理解析,生物実験,数理モデリング・数値シミュレーションを担当するグループ間の連携により,以下のような方針で研究を遂行する。(数理解析)現在提案している4変数の反応拡散系は厳密な解析が困難であるので,縮約により3変数あるいは2変数の反応拡散系による近似モデルを導出し,進行波解の存在および安定性に関する知見を得るとともに,それを実験班・モデリング班に提供することで数理モデルのさらなる改良に役立てる。(実験班)ショウジョウバエの生体内のさまざまな機能をノックアウトすることで人為的に不均一な場を生成して,分化の波に与える影響を調べることで数理モデルの検証を行う。(モデリング)数理解析班・実験班からもたらされる検証結果に基づき,数値シミュレーションを併用して,定量的再現性のある数理モデルの構築を目指す。応用解析学研究代表者が本務の都合で国外の研究集会への参加を取りやめたこと,および,数理モデルの数値計算を遂行する上で,数値計算ワークステーションのCPU性能を多少落としてもメモリの増設を優先すべきと判断したことによる。研究代表者が当初予定していた国内出張をスケジュール調整がうまくいかず取りやめたため。次年度は計画の遂行のために,年度の早いうちに研究グループの打ち合わせを行うとともに,当初予定にはなかった国外研究集会での研究発表を計画しており,そのための費用として計上する。