hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨髄移植による膵β細胞再生の分子機序の解明

我々は、streptozotocin(STZ)の投与による急性膵β細胞傷害をきたしたマウスに骨髄移植を行うと、膵β細胞の再生が促され、血糖値はほぼ正常値に復することを報告した(文献2)。骨髄移植により骨髄由来細胞が膵に集積し、膵導管に位置する膵幹細胞や残存する膵β細胞を刺激し、膵β細胞再生を促進するという新しい機序が想定でき、自己の細胞をもとにして、体内での膵β細胞を再生させる方法を目指し研究を進めた。この膵β細胞の再生機序に関わる骨髄細胞のlineageの同定と発現遺伝子を同定でき、近く論文に投稿する予定である。我々は、以前に、streptozotocin(STZ)を投与し、急性膵β細胞傷害後をきたした高血糖マウスに骨髄移植を行うと、膵β細胞の再生が促され、血糖値はほぼ正常値に復することを報告した。その際に、膵島が肥大し、再生が促されることを見出した。さらに、この再生膵島は、donor骨髄細胞由来ではなく、recipient由来の細胞により起きていることがわかった。肥大している膵島やその周囲膵導管に、多くの骨髄由来細胞の集積を認めることから、骨髄移植により骨髄由来細胞が膵に集積し、膵導管に位置する膵幹細胞や残存する膵β細胞を刺激し、膵β細胞再生を促進するという新しい機序が想定された。そこで、自己の細胞をもとにして、体内での膵β細胞を再生させる方法を目指し研究を進めている。具体的には、骨髄移植後に膵島やその周囲に浸潤してくる骨髄由来細胞を取り出し、その細胞が発する遺伝子発現を解析している。GFPトランスジェニックマウスをdonorとして骨髄を移植することで、移植骨髄をGFPでマークすることができる。骨髄移植の後、膵を回収し、血管内にある血球細胞を十分にwash outした後、collagenaseを用いて、膵組織から各細胞を分離させ、GFPを指標としCell Sorterを用いてGFP陽性細胞を回収し、この細胞の同定と発現している遺伝子の解析を進めている。この細胞の詳細な機能解析を行うことにより、体内における膵β細胞を惹起する現象の分子機序の解明につながり、全く新しい糖尿病根治療法にもつながる重要な意義を持つ研究となると考える。我々は、以前に、streptozotocin(STZ)を投与し、急性膵β細胞傷害後をきたした高血糖マウスに骨髄移植を行うと、膵β細胞の再生が促され、血糖値はほぼ正常値に復することを報告し、その際に、膵島が肥大し、再生が促されることを見出した。さらに、この再生膵島は、donor骨髄細胞由来ではなく、recipiemt由来の細胞により起きていることが判明し、肥大している膵島やその周囲膵導管に、多くの骨髄由来細胞の集積を認めることから、骨髄移植により骨髄由来細胞が膵に集積し、膵導管に位置する膵幹細胞や残存する膵β細胞を刺激し、膵β細胞再生を促進するという新しい機序が想定された。そこで、自己の細胞をもとにして、体内での膵β細胞を再生させる方法を目指し研究を進めた。具体的には、骨髄移植後に膵島やその周囲に浸潤してくる骨髄由来細胞を取り出し、その細胞が発する遺伝子発現の解析を進めた。骨髄移植後のマウス膵を回収し、血管内にある血球細胞を十分にwash outした後、collagenaseを用いて、膵組織から各細胞を分離させ、GFPを指標としCell Sorterを用いてGFP陽性細胞を回収し、この細胞の同定と発現している遺伝子の解析を進めた。同時に、骨髄移植後マウスの膵組織からレーザーダイセクッション法にてGFP陽性細胞を摘出し、この細胞の同定と発現している遺伝子解析を進めた。骨髄移植後に膵β細胞の再生に関わる細胞のlineageの同定と発現遺伝子を同定でき、近く論文に投稿する予定である。
長期的な森林バイオマス利用可能量算定モデルの構築とエネルギー収支分析

本研究では、栃木県、高知県、長野県において未利用木材の収穫作業を調査し、利用率、生産性・コストを分析した。また、皆伐作業地においては再造林作業についても調査を行い、生産性・コストを分析した。そして、木質バイオマス発電のための未利用材供給ポテンシャルと利用可能量を推計し,既存の発電施設への長期的な燃料供給の可能性について検証するとともに,新規発電施設の適地を検討した。さらに、経済性のみならず、エネルギー収支や温室効果ガス排出量など環境影響を評価した。本年度は下記の項目について研究を実施した。1)栃木県において、木質バイオマス発電所に、未利用木材を燃料として供給する素材生産業者と森林組合による利用間伐、皆伐作業を調査し、木材利用率と生産性・コストを分析した。また、コンテナ苗を用いた皆伐再造林一貫作業を行っている森林組合では、地拵え、植付林作業についても調査を行い、生産性・コストを分析した。2)高知県において、木質バイオマス発電所が2箇所で新規に稼動し、人工林に加えて未利用広葉樹林の利用も検討対象となっている。広葉樹も含めた未利用木材を燃料として供給する素材生産業者と森林組合による利用間伐、皆伐作業を調査し、木材利用率と生産性・コストを分析した。3)長野県において、平成28年度に着工予定の木質バイオマス発電所と合わせて年間30万m3を使う中央加工施設とバイオマス発電所に、これまで未利用であったアカマツや広葉樹を供給する素材生産業者と森林組合による利用間伐、皆伐作業を調査し、木材利用率と生産性・コストを分析した。また、スギ皆伐再造林一貫作業を行っている素材生産業者や森林組合では、地拵え、植付作業についても調査を行い、生産性・コストを分析した。4)栃木県北地域を対象として森林資源のエネルギー用途の利用が確立した場合にそれが森林所有者にとっての最適施業体系に及ぼす影響を検討した。5)長野県において、各林地に適した収穫システムの収穫費用を、想定した買取価格と比較し、経済性が成り立つ林地から搬出される森林バイオマス量を利用可能量として推定した。信州大学・農学部・助手(特定雇用)の白澤紘明博士が連携研究者として本科研に参画し、平成28年度以降に実施予定であった長野県における長期的な森林バイオマス利用可能量推計を実施した。平成27年度に引き続き、平成28年度は下記の項目について研究を実施した。1)栃木県においては、木質バイオマス発電所に未利用木材を燃料として供給している森林組合による利用間伐、皆伐作業を調査し、木材利用率と生産性・コストを分析した。また、皆伐作業地においては地拵え、植付作業に加えて、下刈り作業についても調査を行い、生産性・コストを分析した。さらに栃木県北地域において、上記で分析した木材利用率と生産性・コストを用いて、森林資源のエネルギー用途の利用が確立した場合にそれが森林所有者にとっての最適施業体系に及ぼす影響を分析した。2)高知県においては、素材生産業者、森林組合、個人林家等の大中小規模の森林バイオマス収穫システムについて、経費に加えて、LCAソフトを用いて得られるCO2あるいはエネルギー消費、また地域雇用への貢献度といった評価指標も考慮して、規模別優位性を比較検討した。3)森林資源の生産量増加を計画し、多様な林業機械を保有している長野県を対象として、将来計画している生産量を満たすための林業機械の稼働台数、稼働率、生産性について分析した。4)栃木県、高知県、長野県を対象として、ある集材機を設置可能な道路上に、その集材機を設置した場合、集材可能である森林資源量を利用可能量として定量化した。5)一般的な現況のスギ壮齢人工林を例に、システム収穫表と林分密度管理図を用いて考えられる過去の森林状態を整理し、木質バイオマス資源利用可能量の推計との関係を検討した。信州大学・農学部・助手(特定雇用)の白澤紘明博士が研究分担者として本科研に参画し、平成29年度に実施予定であった栃木県、高知県、長野県における森林バイオマス利用可能量推計が実施できたため。平成2728年度の成果を取りまとめ、平成29年度は下記の項目について研究を実施した。1)栃木県スギ・ヒノキ林分において,木質バイオマス発電のための未利用材供給ポテンシャルと利用可能量を推計し,既存の発電施設への長期的な燃料供給の可能性について検証するとともに,新規発電施設の適地を検討した。2)伐出現場から木質バイオマス発電プラント等の最終利用場所へ林地残材を収集運搬する方法を類型化および定式化し、類型別に経費と負荷を算出する一般式を示した。そして、山土場からのトラック運搬の類型について、フォアグラウンドデータは既報の値を用い、バックグラウンドデータはLCA計算支援ソフトMiLCA付属のインベントリデータベースを用いて、単位量当たり経費・CO2排出量・使用エネルギーを試算した。3)薪の小売および生産については研究の蓄積が乏しく、ある地域内での小売・生産者を面的に調査したデータは少ない。そこで薪ストーブの普及率が高く薪生産量が最も多い長野県を調査地として選定し、小売と生産の実態を調査した。4)栃木県を想定対象とし、行政上の森林情報に基づき、林班などの範囲を計画対象範囲とした場合の主伐量上限が主伐実施に対してもたらしうる制約の程度について検証した。5)長野県を対象として地利条件の差異を加味し、A.補助金は厳密に私的利益を発生させないよう投入される、B.全ての補助対象林分では補助費用

最小化のために最適伐期齢を選択する、という仮定をおき、所与の年木材生産量を満たす法正状態のうち補助費用が最小なものを選ぶことで木材生産林を選定した。本研究では、栃木県、高知県、長野県において未利用木材の収穫作業を調査し、利用率、生産性・コストを分析した。また、皆伐作業地においては再造林作業についても調査を行い、生産性・コストを分析した。そして、木質バイオマス発電のための未利用材供給ポテンシャルと利用可能量を推計し,既存の発電施設への長期的な燃料供給の可能性について検証するとともに,新規発電施設の適地を検討した。さらに、経済性のみならず、エネルギー収支や温室効果ガス排出量など環境影響を評価した。引き続き下記の研究計画とおり実施する。本研究では実際の未利用木材の収穫作業を調査し、木材利用率、生産性・コストを分析し、収穫費用算出式に丸太材積を新たに変数として組み込むことにより、現場に即した、より正確な利用可能量算定モデルを構築する。また、皆伐作業地においては、再造林作業についても調査を行い、生産性・コストを分析し、森林の更新も考慮した長期的な利用可能量算定モデルを構築する。さらに、経済性のみならず、林業機械や発電所等の設備の更新状況に関して調査し、長期的なエネルギー収支も評価する。引き続き下記の研究計画通り実施する。29年度が最終年度であるため、記入しない。森林工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
脳の老人性変化の生化学的性状と形成機序に関する研究

1.アルツハイマー型老年痴呆患者の脳内に異常に増生する神経原線維変化(NFC)の発生機序を知る目的で、ライソゾーム内酵素のひとつであるcathepsin Dについて検討した。(1)NFCの構成要素の1つとしてneurofilament(nf)蛋白質が考えられているが、その構成蛋白質である200K,160K,68K,いずれもcathepsin Dによって分解された。陰性染色による電顕観察によっても再構成されたnf線維がcathepsin Dによって分解されるのが観察された。(2)各構成蛋白質の分解産物中に分子量(m.w.)50000の位置に相当する蛋白質サブユニットが含まれていた。NFCの構成蛋白質の1つがnf粗分画中のm.w.50000の蛋白質の抗体と反応することがわれわれのこれまでの成績から知られており、今回の成績から、NFCの形成にcathepsin Dなどのライソゾーム内酵素が関与している可能性が示唆された。2.痴呆の発症と脳血流の関連性をみる目的で、砂ネズミを用いて脳虚血モデルを作製し、その脳内の蛋白質の変化を検討した。(1)両側総頚動脈をクリップで閉塞することによって脳虚血を作製し、再開通後、脳蛋白質の変化をポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)により検討した。脳水溶性画分中のm.w.25500(band1),24000(band2),18000(band3)の各蛋白質が減少を示した。水不溶性画分に異常は認められなかった。(2)immunoblotting法によって、band1蛋白質はmicrotubule associated protein2(MAP2)、band2はカルスペクチン、band3はクラスリンであることが同定された。(3)MAP2は血流再開通直後より著明に減少し、変化を示した3つの蛋白質の中でも、最も脳虚血状態に影響を受けやすい蛋白質であった。(4)蛋白質減少の機序を検討する目的で、脳水溶性分画にCa【Cl_2】を添加しincubateした後PAGEで分析した結果、MAP2は【Ca^(++)】濃度に依存して減少し、leupeptinによってその減少が抑制された。このことから、虚血脳におけるMAP2の変化には【Ca^(++)】依存性蛋白質分解酵素が関与している可能性が示唆された。
サイクリックCIP概念に基づく高信頼性セラミックス製造システムの開発

1.研究遂行に必要な主要設備として、日本電子製走査型電子顕微鏡(JSM-5300)を購入し、これに低真空観察装置(主要設備)を取り付け、繰り返し荷重下での粉体のち密化挙動をin situに観察するシステムを構築し、基礎的実験に成功した。これを用いて、種々のサイクリックCIP条件で成形した成形体の破面観察を行った。その結果、通常のCIP成形に比べ、サイクリックCIPにおいては効果的に顆粒が圧壊し、均質な成形体が得られることを明らかにした。2.現有のサイクリックCIP装置の高性能化を図るため、ディジタル制御による高応答化、高圧容器の小型化・高性能化による作業時間の短縮を行い、初期の目標を達成した。サイクリックCIP成形法の実用化に向けて、セラミック成形体性状の最適化を計るために、粉体の粒径、粒径分布、凝集度、成形助剤などの効果を検討した。その結果、凝集粒子の結合力がある値より低い必要があること、成形助剤としてはステアリン酸系の助剤が極めて効果的であることを見いだした。また、焼結体の強度信頼性は成形体の強度特性と密接に関連することを明らかにした。3.粉体圧密挙動の直接観察結果をもとに、サイクリックCIPによる粉体圧密の構成方程式を導入し、新たに提案した式が性質の異なる種々の粉体(2種類のアルミナ粉、3種類の炭素粉、炭化ケイ素粉など)のサイクリックCIP成形挙動を的確に説明できることを明らかにした。以上より、サイクリックCIP成形により高信頼性セラミックス製造システムを構築することが可能となった。設備の購入:研究遂行に必要な主要設備として、日本電子製走査型電子顕微鏡(JSM-5300)を購入・整備し、その性能を確認した。治具の製作:サイクリックCIP成形用各種治具を設計・自作した。また、走査型電子顕微鏡用粉体圧密ステ-ジの設計を行った。研究成果:(1)高純度アルミナ粉(A1-150SG,160SG)についてサイクリックCIP成形を行い、成形パラメ-タの一つである圧力繰り返し周波数の影響について調べたところ、その効果が0.02Hz3Hzの間ではまったくないことがわかった。これは、この粉体の力学的応答時定数がかなり高いことを意味している。一方、石炭ピッチ系炭素粉について試験的に周波数効果を調べたところ、特異な挙動を示し、明らかに粘弾性効果が表れていた。(2)アルミナ顆粒を用いてサイクリックCIP成形体の強度試験を行ったところ、通常のCIP成形体に比べ同一の密度でも強度値が高いことがわかった。また、主要設備である走査型電子顕微鏡により破面観察を行った結果、サイクリックCIPにより顆粒が効果的に圧壊し、均質な成形体が得られていることが明らかとなった。(3)アルミナ焼結体の強度信頼性の測度であるワイブルパラメ-タはサイクリックCIPの圧力繰り返し数が増すとともに顕著に増大して通常法の2倍にまで達っし、本方法がセラミックスの信頼性向上に有効であることを確認した。申請者らは、セラミックス粉体の新しい成形法(サイクリックCIP成形)を世界に先駆けて開発し、本法が成形体密度や焼結体の強度信頼性の向上に著しい効果があることを見いだした。本年度は、これまでの知見に基づいて、より高性能・高効率のサイクリックCIP粉体成形/焼成システムの開発を行った。はじめに、現有のサイクリックCIP装置の高性能化を図るため、ディジタル制御による高応答化、および高圧容器の小型化・高性能化による作業時間の短縮を行い、初期の目的を達成した。次に、前年度購入した走査型電子顕微鏡(既購入:主要設備)に低真空観察装置(新規:主要設備)を取り付け、繰り返し圧力下での粉体のち密化挙動をビデオデッキおよびテレビモニター(新規設備)を介してin situに観察するシステムを構築し、基礎的実験に成功した。

サイクリックCIP法の実用化に向けて、セラミック粉体性状の最適化を計るために、その粒径、粒径分布、凝集度、成形助剤添加などの効果を実験により検討した。その結果、凝集粒子の結合力がある値より低い必要があること、成形助剤としては、潤滑剤としてのステアリン酸ナトリウムの添加が極めて効果的であることが分かった。焼結体の強度信頼性は、成形体の強度分布と密接に関係することが明らかになった。申請者らはセラミック粉体の新しい成形法-サイクリックCIP成形法-を世界に先駆けて開発し、本方法が成形体の密度と均質性の向上に著しい効果があること、焼結体の強度信頼性(強度のばらつきが小さいこと)向上に大きな効果があることを実証してきた。本年度はこれまでの成果を背景に、以下の諸点について検討し、研究の総括を行った。(1)セラミック単味粉、複合粉について成形助剤の効果を検討した結果、ステアリン酸塩を適量添加することにより、低圧力で高密度の成形体が得られることを明らかにした。また、サイクリックCIP法を用いることにより、顆粒を効果的に崩壊させ、成形体の均質性が向上することを明らかにした。(2)粉体圧密挙動の直接観察結果をもとに、サイクリックCIPによる粉体圧密の構成式(一般式)を導出し、新たに提案した式が性質の異なる種々の粉体(2種類のアルミナ粉、3種類の炭素粉、炭化ケイ素粉など)のサイクリックCIP成形挙動を説明できることを明らかにした。(3)サイクリックCIP成形した試料を常圧焼結し、その破壊挙動を調べ、最適CIP条件(最高圧力、繰り返し数、周波数、バイアス圧力)について検討した。その結果、アルミナのみでなく炭化ケイ素などにおいてもサイクリックCIPにより成形した試料はそれを行わなかった試料に比べ、強度信頼性を表すワイブル係数が著しく向上することを見いだし、本方法が高信頼性セラミックスの製造法の一手法となり得ることを明らかにした。(4)3年間の研究成果を総括し、公表・出版する。
感性が運動決定に与える影響に関する研究

本研究では,バイオリン演奏を具体例として,人間の運動決定過程と感性との関係を明らかにすることを目的としている.本研究ではこれまでに,バイオリン演奏における感性情報である音色表現語と,運動パラメータであるバイオリンの演奏パラメータとの関係を明らかにし,その結果を用いて音色表現語を演奏パラメータに変換するアルゴリズムを構築した.しかし,そのアルゴリズムで対象としていた音はA線開放弦の一音であり,表現の幅は十分とはいえなかった.そこで本年度は,音の時間変化も考慮するため,メロディーの一区切りであるフレーズに着目した.そして,音色表現語と,弓速・弓圧などの演奏パラメータやテンポなどの対応の基本構造を,心理実験により明らかにすることとした.フレーズとしては,楽譜自体の持つ音色への影響度がもっとも小さいと予想される音階に着目し,イ長調単旋律「ドレミファソ」を対象として選定した.心理実験に用いる音データは,パソコン上に録音された,様々な演奏パラメータの音をパソコン上で合成することにより,合計138類を用意した.以上のサンプルに対して,SD法(7段階評価)により,18名の被験者を対象として心理実験を行った.なお,音色表現語としては,10対20種の音色表現語を選び,提示した.心理実験によって得られたデータを,因子分析および多次元尺度構成法により分析した.その結果,ある音色表現語の印象で弾きたいときにはどのようなパラメータで,どのようなテンポで弾けばよいのかを明確に示すことができた.本研究は,バイオリン演奏を例にとって,感性を考慮した運動決定のモデルを構築することを目的としている.本年度は,演奏法と感性情報である音色の情報との関係を明らかにすることを目的とした.まず,弓圧,弓速およびサウンディングポイントのボ-イング3要素を調節することが可能な簡易演奏装置を製作した.これは,ACモータおよびリニアガイドによって弓を前後運動させることにより弓速制御が可能であり,弓圧とサウンディングポイントについては,バイオリン本体を固定する台の位置と高さを調節することによって,それぞれのパラメータの値を任意に設定することが可能である.製作した簡易演奏装置によって,ボ-イング3要素をそれぞれ3段階に調節し,合計27個の音を出力し,録音した.録音された音に対してアンケートを行うことによって音の心理的側面の評価を行い,同時に,FFT解析により倍音構造を分析することによって音の物理的側面の評価を行った.アンケートでは,「明るい」「暗い」などのように6対12個の音色表現語を用意し,11人の被験者にSD法によって評価してもらった.アンケートの結果,12個の音色表現語のうち,8個の音色表現語が評価に寄与し,ボ-イング3要素と音色表現語との関係が明らかとなった.FFT解析により音の倍音構成を調べ,音色表現語との関係を調べた.その結果,「明るい」「力強い」「潤いのある」,「豊かな」と評価された音が有する倍音構成は,第1,4,9次の倍音にピークを持っていることがわかった.また,「やせた」,「軽やかな」,「か細い」,「かわいた」と評価された音が有する倍音構成は第1倍音が非常に弱いことがわかった.以上のように,音色表現語,倍音構成およびボ-イング3要素の関係における特徴をいくつか抽出することができ,プラニングを行うための基礎データが得られた.本研究は,バイオリン演奏を例にとって,感性を考慮した運動決定のモデルを構築することを目的としている.本年度は,感性情報である音色表現語から,運動のパラメータであるボ-イング3要素(弓圧,弓速,サウンディングポイント)を自動的に決定するアルゴリズムを構築し,そのアルゴリズムを用いて,本研究で開発したボ-イング装置によるバイオリン演奏を目指した.まず,バイオリンA線開放弦の一音に対するアンケートを行った.バイオリン音は,本研究で開発したボ-イング装置を用いて取得した.ボ-イング装置により,ボ-イング3要素を3段階ずつに設定し,合計27個の音を取得し,これらの音についてアンケートを実施した.アンケートでは「明るい」「暗い」などのような,25対50個の音色表現語を用意し,25人の被験者に,全ての音について,それぞれの音色対について7段階で評価してもらった.アンケート結果に対して因子分析を行った結果,「質的」「迫力」「触感」「空間」「美的」の5個の因子が有効であることがわかった.次に,以上の結果を用いて,音色表現語からボ-イング3要素を決定するアルゴリズムを構築した.まず,上述の5個の因子を軸とする5次元の因子空間を考えた.そして,アンケートで用いた50個の音色表現語を,5個の因子に対する因子負荷量を基に,その因子空間におけるベクトル(音色表現語ベクトル)として表現した.また,取得した27個の音サンプルも,各因子に対する因子得点を有しており,同じ因子空間上にベクトル(ボ-イングベクトル)で示すことが可能である.この,2つのベクトルを用いて,アルゴリズムを構成した.まず,複数の音色表現語が指定された場合,その音色表現語ベクトルを合成する.そして,そのベクトルが示す点の近傍に位置するボ-イングベクトルを選択することとした.これにより,音色表現語を演奏パラメータに変換することができる.本アルゴリズムは,複数の音色表現語が指定された場合でも,それぞれの音色表現語ベクトルを新規に音色表現語や音を追加する場合でも,その音色表現語や音の各因子に対する因子負荷量を測定すればよく,新規に音色表現語や演奏パラメータのデータを追加することが容易である.さらに,本アルゴリズムを用いて,実際にボ-イング装置による演奏を行った.

本研究では,バイオリン演奏を具体例として,人間の運動決定過程と感性との関係を明らかにすることを目的としている.本研究ではこれまでに,バイオリン演奏における感性情報である音色表現語と,運動パラメータであるバイオリンの演奏パラメータとの関係を明らかにし,その結果を用いて音色表現語を演奏パラメータに変換するアルゴリズムを構築した.しかし,そのアルゴリズムで対象としていた音はA線開放弦の一音であり,表現の幅は十分とはいえなかった.そこで本年度は,音の時間変化も考慮するため,メロディーの一区切りであるフレーズに着目した.そして,音色表現語と,弓速・弓圧などの演奏パラメータやテンポなどの対応の基本構造を,心理実験により明らかにすることとした.フレーズとしては,楽譜自体の持つ音色への影響度がもっとも小さいと予想される音階に着目し,イ長調単旋律「ドレミファソ」を対象として選定した.心理実験に用いる音データは,パソコン上に録音された,様々な演奏パラメータの音をパソコン上で合成することにより,合計138類を用意した.以上のサンプルに対して,SD法(7段階評価)により,18名の被験者を対象として心理実験を行った.なお,音色表現語としては,10対20種の音色表現語を選び,提示した.心理実験によって得られたデータを,因子分析および多次元尺度構成法により分析した.その結果,ある音色表現語の印象で弾きたいときにはどのようなパラメータで,どのようなテンポで弾けばよいのかを明確に示すことができた.
チタンおよびチタン酸化合物とアパタイト複合体の水熱合成とその浄化特性評価

環境汚染を改善する目的で用いられる浄化剤として、これまで種々の材料が提案されている。水酸アパタイトは、骨の無機成分として知られる高い骨親和性を持つ材料であり、陽陰イオン交換特性およびタンパク質吸着特性を示すことから浄化材としても期待される材料である。これらの特性は水酸アパタイトの構造や結晶形態によって制御できると考えられる。本研究では、汚染物質(有機物)の吸着特性に選択性を有する光触媒材料の開発を目的とし、水熱法により酸化チタンとの複合化および形態制御を試みた。尿素分解を用いた水熱合成法により、酸化チタンナノ粒子が表面に担持したスポンジ状および針状水酸アパタイトの複合体の合成に成功した。生成する水酸アパタイトの結晶形態は、尿素濃度によって変化する溶液pHにより制御できることを明らかにした。得られた複合体の光触媒活性をメチレンブルーを用いた退色試験により調べた結果、水酸アパタイトの結晶形態に関わらず複合体は紫外光照射下で退色反応を示すことが分かった。ただし、スポンジ状の試料と比較すると、針状結晶からなる水酸アパタイトの複合体の方がわずかに退色速度が早くなる傾向を示した。さらにメチレンブルー以外にも、ローダミンB、オレンジG、酸性フクシンといった塩基性および酸性色素を用いた退色試験も行った。この結果は、有機分子の吸着および分解作用において水酸アパタイトの結晶構造が影響している可能性を示しており、本研究により今後の光触媒特性に選択性を持つ浄化材料の開発研究を進める上で、合成条件および特性に関する有用な知見を得ることができた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
非平衡空間がもたらす生体内二次元界面の構造と機能

細胞膜へ作用する物質には抗菌性分子(生体由来、人工物)やウイルスなど多様なものが存在し、それぞれが固有の機構にて作用している。これらの作用機構に対し非平衡度がどの様な影響を及ぼすのかを明確化することを目的に、薬剤分子として、これまでに知られている抗菌性ペプチドのほか、抗菌性金属ナノ粒子、金属酸化物クラスターなど、サイズ・形状・電荷分布などの異なる薬剤に関して非平衡度依存性の差異を体系的に分類する実験を行った。これにより、生体内の非平衡度が分子間相互作用へ及ぼす影響を明確にすることに成功した。例えば、アミロイドβペプチドと細胞膜との相互作用を脳脊髄液流動を模倣した非平衡空間内で評価した結果、平衡空間場とは異なる分子間相互作用ならびに自己集合プロセスが発現することが明らかとなった。本結果は、生命システムにおける非平衡度の維持が各種分子機構の制御に顕著な影響を及ぼしていることを示唆するものである。また、パターン形成に関しては、ゼラチン・糖混合溶液系のゲル化過程による構造形成における非平衡度依存性の検証を行った。その結果、反応空間のサイズ・形状等により発現する構造がラビリンス型、周期構造型、ランダム型の間で遷移する現象を見出し、本研究の目的としていた自然界のパターン形成の「選択律」を解き明かすための実験的指標を得ることに成功した。得られた現象は、ゼラチン・糖混合溶液の相分離とゲル化の相互作用によるものであることが提案された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度の業績は大きく分けて二つある。一つ目は、ゲル薄膜を使用したLiesegang型空間構造形成に関する新規な化学モデル・数理モデルの構築である。従来のLisegang型空間構造形成では、塩形成反応や化学反応による固体析出が利用されていた。この場合、固体析出の前段階である核形成は明確な濃度閾値を有するステップ関数的相転移挙動を示すことが知られている。これに対し、新規モデルでは、相転移における濃度閾値をステップ関数敵からシグモイダル関数的へとシフトさせることに成功し、より広範な現象に適用可能な汎用化モデルを構築することに成功した。二つ目の成果は、モデル細胞膜とクラスターイオンとの相互作用に関するものである。表面圧および表面電位測定の結果より、モデル細胞膜とクラスターイオン間の相互作用は、Hofmeister系列により定性的に議論可能な疎水性相互作用と静電的相互作用のバランスより制御可能であることを実験的に示すことに成功した。具体的には、構造が同一で電荷のみ異なる3種類のKeggin型ポリオキソメタレート化合物と、電荷が異なる3種の脂質単分子膜の全ての組合せ(3×3=9組み合わせ)にて相互作用を検証した結果、それぞれの電荷および膜密度に依存して、支配的な相互作用が疎水性相互作用と静電的相互作用の間で条件依存的に変化することを見出した。初年度において二つの研究課題に対してそれぞれに目標通りの成果が得られ、学術専門雑誌に論文として掲載されているため、おおむね順調に進展しているものと区分した。成果の詳細は「研究実績の概要」欄にて記載済みである。ゲル薄膜系においては、反応中間体である結晶核自由エネルギーとパターン形成に関する実験およびシミュレーションを中心に研究を行った。その結果、結晶核を安定化させるリガンド存在下においては発現するリーゼガングパターンの波長が低下することが明らかとな多。本結果の解釈を行うことを目的に反応拡散方程式の数理科学的シミュレーションを行ったところ、各系に対する濃度閾値(C*)を低下させることで観測結果を定性的に説明できることが明らかとなった。以上の実験およびシミュレーション結果を踏まえると、リガンド存在下では核形成時に核表面へ配位し安定化させることで核形成エネルギーが低下し、より低濃度から核形成さらには粒成長が進行することを示唆している。そして、リーゼガンパターンの形成がより低濃度にて進行することがパターンの波長を低下させていることが示唆された。分子超薄膜系においては、アミロイドβペプチドのモデル細胞膜上での蓄積が非平衡環境下において促進されることが明らかとなった。具体的な実験としては、マイクロ流路にて一定流束でアミロイドβペプチド含有水溶液をモデル細胞膜上へ流入させ、その際の膜上のペプチド線維化量の流動速度依存性を検証した。その結果、流動の無い平衡環境下においてはペプチドの吸着と脱離が周期的に繰り返され、膜上への顕著な蓄積は観測されなかった。一方、一定の流動条件下においては時間とともに膜上への蓄積量が単調増加し、流動がアミロイドβペプチドの蓄積を促進していることを実験的に捉えることに成功した。研究計画に記載の内容をおおむね達成しており、本研究内容に関する論文も既に出版済みとなっていることから、おおむね順調に進展していると判断した。

本結果は、生命システムにおける非平衡度の維持が各種分子機構の制御に顕著な影響を及ぼしていることを示唆するものである。また、パターン形成に関しては、ゼラチン・糖混合溶液系のゲル化過程による構造形成における非平衡度依存性の検証を行った。その結果、反応空間のサイズ・形状等により発現する構造がラビリンス型、周期構造型、ランダム型の間で遷移する現象を見出し、本研究の目的としていた自然界のパターン形成の「選択律」を解き明かすための実験的指標を得ることに成功した。得られた現象は、ゼラチン・糖混合溶液の相分離とゲル化の相互作用によるものであることが提案された。研究計画の変更の必要はない。当初の予定通り、ゲル薄膜系およびモデル細胞膜系での研究を遂行する。ゲル薄膜系では、核形成および粒成長の制御が空間構造形成に及ぼす影響を実験・数理解析の両面から検証する。一方、モデル細胞膜系では、ペプチドと膜との相互作用へと発展させる。特に、微小流動条件がペプチドの核形成および細胞膜への沈着へ及ぼす影響を実験的に明確化することを目指す。ゲル薄膜系においては、空間的周期性を有するパターン形成における反応拡散機構の明確化を行う。特に、既存のモデルで提唱されているpre-nucleationモデルとpost-nucleationモデルの類似性に着目し、各反応素過程における統計的ゆらぎならびに反応種の空間的濃度勾配を考慮した統一的記述を目指す。これにより、パターン形成と非平衡度との相関性を定量的に関連付けるための熱力学的パラメータの提案を目指すとともに、生命反応のロバストネス・フレキシビリティーを保証するために最適な非平衡度と外部乱れの関係性を提案し、実際の自然界が採用しているシステムとの相互比較を行う。また、分子超薄膜系においては、これまで研究対象としていた12nm程度のナノクラスターの生化学的活性に加え、1nm未満、すなわち、反応相手である脂質分子サイズよりも小さなサブナノクラスターの生理活性の評価を行うため、レーザー全反射型倒立顕微鏡と高感度CCDカメラを用い、蛍光標識された各種薬剤分子の作用に関して非平衡度の異なる条件下での膜上動態を単分子レベルで観察する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
流体水銀の臨界点近傍における荷電クラスター形成

液体水銀は、融点直上の密度13.6g/cm^3では金属であるが、液体-気体臨界点(温度1478°C、圧力1670bar、密度5.8g/cm^3近傍では非金属的である。1972年にDuckersとRossが、臨界点近傍で液体水銀の熱電能が大きな負の値からゼロに急激に変化することを報告し、その後、いくつかのグループにより熱電能測定が試みられたが、結果は測定ごとに異なっていた。我々は、この原因が測定セルの構造にあると考え、新しいセルを考案して熱電能の測定を行った。その結果、臨界圧力に近い1680barにおいて、1480°C近傍の温度で-200μV/Kから-3000μV/Kに近い大きな値へと急激な変化を示した。また、温度・圧力を変化させて臨界点から遠ざかるとき、このよな異常な振舞は速やかに消失した。即ち、この熱電能異常が臨界点の存在と密接に関わっていることが判明した。一方、熱電能異常が見られる密度域で、誘電率がClausius-Mosotti則から大きくずれることが実験的に知られ、理論的には励起子凝縮相の出現が示唆されている。光吸収スペクトル等の結果も踏まえて、我々は、臨界点近傍の流体水銀には平均十数個の原子からなる誘電クラスターが存在し、熱的に励起された電子がこの誘電クラスターと相互作用して、異常な熱を運ぶことが熱電能異常の原因ではないかと考えている。このように臨界近傍の流体水銀では、電子運動と密度ゆらぎの相互作用が新しい現象を生み出している。単純液体の液体-気体臨界点近傍では、クラスターの集団移動が熱伝導度の増大を導くことが、これまでの研究から知られているが、伝導性流体の動的臨界現象は、理論的には全く未開の分野であり、新しい発展が期待される。
量子ヘテロスピン分子集合系の分子磁性と純有機フェリ磁性体の分子設計

有機フェリ磁性体を構築するための新奇な分子設計アプローチを提案した.それに基づいてモデル分子を合成し,固体集合系の磁気的性質を詳細に調べた.さらに,モデルスピンハミルトニアンを用いた数値計算を行ない,有機分子系におけるフェリ磁性スピン整列が強磁性スピン整列と等価であることを明らかにした.1.基底3重項(S=1)のπビラジカルとπモノラジカル(S=1/2)をσ結合で連結した弱結合系トリラジカルを合成した.X線結晶構造解析によって,交互1次元分子鎖の存在を明らかにした.さらにmKオーダーの極低温領域まで磁化率を測定した結果,σ結合連結系の純有機物としては初めて,フェリ磁性特有の磁化の発散現象を観測した.2.ハイゼンベルグスピンハミルトニアンを用いて,1次元フェリ磁性スピン系の磁気比熱(熱容量)・磁気エントロピーおよびスピン分極構造を計算した.S=1のビラジカルとS=1/2のモノラジカルの反強磁性交互1次元鎖について,比熱とエントロピーの温度変化を調べた結果,単位胞あたり実効的にS=1/2スピン1つ分の磁気的自由度が生じることを明らかにした.また,この実効的なS=1/2スピンの間には,強磁性的な相互作用が働くことがわかった.S=1のビラジカルとS=1/2のモノラジカルのフェリ磁性スピン整列は,実効的なS=1/2スピンの強磁性整列と等価であることを明らかにした.有機フェリ磁性体を構築するための新奇な分子設計アプローチを提案した.それに基づいてモデル分子を合成し,固体集合系の磁気的性質を詳細に調べた.さらに,モデルスピンハミルトニアンを用いた数値計算を行ない,従来の原子ベースの磁性の常識を変える可能性のある新たなスピン整列様式を明らかにした.1.ハイゼンベルグモデルに基づいた数値計算(厳密対角化法と量子モンテカルロ法)の結果,基底一重項(S=0)のビラジカルがモノラジカル(S=1/2)と相互作用した場合,古典的な予想とは異なり,フェリ磁性が発現する可能性があることを明らかにした.これは,従来の磁性研究分野にはなかった,新しいスピン整列の概念(「スピン0有機フェリ磁性」)である.2.基底3重項(S=1)のπビラジカルとπモノラジカル(S=1/2)の弱結合系トリラジカルを合成した.X線結晶構造解析によって,1次元フェリ磁性鎖の存在を明らかにした.さらにmKオーダーの極低温領域まで磁化率を測定した結果,純有機物としては初めて,フェリ磁性特有の磁化の発散現象を観測した.3.スピン多重度の異なる2種類の分子にイオン電荷を持たせ,クーロン力により共結晶化する「有機塩フェリ磁性体」アプローチを提案した.このアプローチのモデル系として,メタフェニレン置換ビラジカルのフェノール誘導体と,そのアニオン(アルカリ金属塩)を合成した.磁化率とESRスペクトルを測定した結果,アニオン化により,基底スピン多重度が3重項(S=1)から1重項(S=0)に反転することを見出した.電荷が付与された有機スピン系では,メタフェニレンリンカーが高スピン状態を生成するという単純なトポロジー則が成立しないことを明らかにした.この基底1重項(S=0)アニオン分子は,次年度に,上記の「スピン0有機フェリ磁性」を実験的に検証するためのモデル系として調べる予定である.有機フェリ磁性体を構築するための新奇な分子設計アプローチを提案した.それに基づいてモデル分子を合成し,固体集合系の磁気的性質を詳細に調べた.さらに,モデルスピンハミルトニアンを用いた数値計算を行ない,有機分子系におけるフェリ磁性スピン整列が強磁性スピン整列と等価であることを明らかにした.1.基底3重項(S=1)のπビラジカルとπモノラジカル(S=1/2)をσ結合で連結した弱結合系トリラジカルを合成した.X線結晶構造解析によって,交互1次元分子鎖の存在を明らかにした.さらにmKオーダーの極低温領域まで磁化率を測定した結果,σ結合連結系の純有機物としては初めて,フェリ磁性特有の磁化の発散現象を観測した.2.ハイゼンベルグスピンハミルトニアンを用いて,1次元フェリ磁性スピン系の磁気比熱(熱容量)・磁気エントロピーおよびスピン分極構造を計算した.S=1のビラジカルとS=1/2のモノラジカルの反強磁性交互1次元鎖について,比熱とエントロピーの温度変化を調べた結果,単位胞あたり実効的にS=1/2スピン1つ分の磁気的自由度が生じることを明らかにした.また,この実効的なS=1/2スピンの間には,強磁性的な相互作用が働くことがわかった.S=1のビラジカルとS=1/2のモノラジカルのフェリ磁性スピン整列は,実効的なS=1/2スピンの強磁性整列と等価であることを明らかにした.
新しい磁気共鳴画像法を用いた損傷腱修復度の定量的評価

新しい核磁気共鳴画像法である二量子フィルターNMR(DQF-NMR)画像法を用いてアキレス腱修復過程を定量的に評価することを目的として研究した。まず、家兎アキレス腱断裂モデルを作成し、3、9、13、18週経過後に各週5匹の家兎を安楽死させた。損傷アキレス腱を周囲組織とともに切離し、これを試料とした。MRIにてアキレス腱の損傷部を確認後、DQF-NMR画像法を用いて撮像した。より詳細なデータを得るために、試料より損傷アキレス腱を摘出、DQF-NMR信号を測定した。測定後、一部の損傷腱をホルマリン固定し、HE染色を施し、組織学的に検索した。1)DQF-NMR画像:3週では画像上修復アキレス腱からの信号を認めなかったが、9、13、18週と成熟するにつれて、損傷アキレス腱からの信号強度が増大した。従来のMRI画像では9週時の画像で修復腱の信号は検出できず、正常腱組織と区別できなかった。DQF-NMR画像法では、展開時間(τ)を最適に設定することで正常腱組織と損傷腱組織を明瞭に区別できた。2)DQF-NMR信号:3週ではDQF-NMR信号をほとんど検出できなかった。しかし9、13、18週と損傷アキレス腱が成熟するにつれて、コラーゲン線維の量と配向性に関係する損傷アキレス腱からの信号強度は高くなり、結合水の結合強度に関係するτ_<max>が短くなった。3)組織学的検索:損傷腱組織が修復するにしたがって損傷腱組織内のコラーゲン線維の配向性が増大した。以上によりDQF-NMR画像法を用いて、非侵襲的に損傷腱組織内のコラーゲン線維配向を定量化でき、また亜慢性期の損傷アキレス腱組織を明瞭に周囲の正常腱組織と区別できた。新しい核磁気共鳴画像法である二量子フィルターNMR画像法を用いてアキレス腱修復過程の定量的評価を行うことを目的として研究を行った。平成11年度はまず、家兎アキレス腱断裂モデルを作成した。モデルは静脈麻酔下に家兎右後肢のアキレス腱を鋭的に切離し、皮膚を縫合する。外固定を行わずにケージ内に戻した。これをアキレス腱断裂モデルとした。3,9,13,18経過後に各5匹家兎を安楽死させた後、損傷アキレス腱を周囲組織とともに切離し、試料にした。MRIにて損傷部を確認後、二量子フィルターNMR画像法を用いて撮像した。より詳細なデータを得るために、試料より損傷アキレス腱を摘出、二量子フィルターNMR信号を測定した。3週では二量子NMR信号はほとんど検出できなかった。しかし、9,13,18週と成熟するにつれて、コラーゲン線維の量と配向性に関係する信号強度は高くなり、結合水の結合強度に関係するτ_<max>が短くなった。二量子フィルターNMR画像法を用いた画像では、3週では画像上修復腱からの信号を認めなかったが、9,13,18週と成熟するにつれて、画像上信号強度が増大した。二量子フィルターNMR画像法では、展開時間を設定することで正常腱組織と損傷腱組織を明瞭に区別できた。今年度は実験の進行が早かったため、基礎データをほぼ得ることができた。来年度は今年度得られたデータを解析し、損傷腱修復過程における結合水の変化をモデル化することを行う予定である。

新しい核磁気共鳴画像法である二量子フィルターNMR(DQF-NMR)画像法を用いてアキレス腱修復過程を定量的に評価することを目的として研究した。まず、家兎アキレス腱断裂モデルを作成し、3、9、13、18週経過後に各週5匹の家兎を安楽死させた。損傷アキレス腱を周囲組織とともに切離し、これを試料とした。MRIにてアキレス腱の損傷部を確認後、DQF-NMR画像法を用いて撮像した。より詳細なデータを得るために、試料より損傷アキレス腱を摘出、DQF-NMR信号を測定した。測定後、一部の損傷腱をホルマリン固定し、HE染色を施し、組織学的に検索した。1)DQF-NMR画像:3週では画像上修復アキレス腱からの信号を認めなかったが、9、13、18週と成熟するにつれて、損傷アキレス腱からの信号強度が増大した。従来のMRI画像では9週時の画像で修復腱の信号は検出できず、正常腱組織と区別できなかった。DQF-NMR画像法では、展開時間(τ)を最適に設定することで正常腱組織と損傷腱組織を明瞭に区別できた。2)DQF-NMR信号:3週ではDQF-NMR信号をほとんど検出できなかった。しかし9、13、18週と損傷アキレス腱が成熟するにつれて、コラーゲン線維の量と配向性に関係する損傷アキレス腱からの信号強度は高くなり、結合水の結合強度に関係するτ_<max>が短くなった。3)組織学的検索:損傷腱組織が修復するにしたがって損傷腱組織内のコラーゲン線維の配向性が増大した。以上によりDQF-NMR画像法を用いて、非侵襲的に損傷腱組織内のコラーゲン線維配向を定量化でき、また亜慢性期の損傷アキレス腱組織を明瞭に周囲の正常腱組織と区別できた。
住血吸虫ミラシジウムトリトンモデルを用いた蠕虫繊毛運動の制御機構

本研究は住血吸虫ミラシジウムの体表繊毛の運動制御機構を明かにすることを目的とする。実験材料としてマンソン住血吸虫の孵化ミラシジウムと卵殻内ミラシジウムを用いた。走査型電顕による観察でミラシジウム体表は無数の繊毛で被れていること、3種の繊毛が存在すること、主たる繊毛の長さは8.5μm×巾0.25μmで、頭部を除く体表全体に分布することが明かとなった。NaCl,KCl,Sucrose溶液中でのミラシジウムの遊泳速度を測定した。溶質の濃度が上昇するにつれ、遊泳するミラシジウムの数が減少し、遊泳速度も減少した。この結果はミラシジウム繊毛運動は浸透圧依存性であることを示唆している。ミラシジウムのトリトンモデルを用いて繊毛運動制御機構を解析した。ウニ精子トリトンモデルに用いられた膜抽出液と再活性化液(Gibbons&Gibbons,1982)を用いてミラシジウムのトリトンモデルを作成した。ミラシジウムの繊毛はNaCl濃度依存性であるという興味ある所見が得られた。繊毛運動はATP,pH,Mg^<++>依存性で、至適ATP濃度は4mM、至適pHは8.1、至適Mg^<++>濃度は0.5mMである。繊毛運動はADPでわずかに活性化されるがITP,UTP,CTPでは活性化されない。Ca^<++>はわずかに繊毛運動を活性化するが、繊毛逆転はおこさない。他の2価イオンは繊毛を活性化しない。繊毛運動はVO_3で抑制される。今後薬理学的解析法を用いてミラシジウム繊毛運動の機序を明かにする計画である。本研究の目的はトリトンモデルを用いて住血吸虫ミラシジウムの繊毛運動制御の機序を明らかにすることである。本年度の研究計画は1.トリトンモデルのミラシジウム遊泳運動観察モデルとしての有用性の検討、2.このモデルを用いてのミラシジウム繊毛運動の解析、3.水中を遊泳するミラシジウムの繊毛運動に及ぼす薬物の影響を観察することである。これまでに下記する新しい知見が得られた。1.トリトンモデルの有用性の検討:Gibbons and Gibbons(1972)によりウニ精子に用いられた処法で住血吸虫ミラシジウムを処理すると、ATPによりミラシジウムの繊毛運動を100%再活性化することが可能である。2.トリトンモデルを用いての繊毛運動の解析:(1)繊毛運動はATPの種によって異なる。MgATP(0.16μM)でミラシジウムの遊泳速度は0.086±0.03mm/秒(n=12)でNaATP(0.16μM)では0.03±0.02/秒(n=12)である。(2)トリトンモデルの繊毛運動は温度依存性で、かつATP濃度依存性である。MgATPを基質として用いると、0.32μM以上では繊毛運動の抑制がみられる。(3)トリトンモデルではverapamilとWー7の抑制はみられない。(4)現在までの研究では繊毛逆転反応を起こすことに成功していない。ミラシジウムの繊毛運動制御機構と原虫の繊毛運動制御機構はかなり異なることが推測される。3.水中を遊泳するミラシジウムの繊毛運動に及ぼす薬物の影響:ミラシジウムの水中の遊泳速度は1.887±0.369mm/秒(n=12)である。ミラシジウムの遊泳速度はNaClの濃度依存性に減じ、0.9%で完全停止する。100μM

verapamil、100μM Wー7でミラシジウムは遊泳を停止する。本年度の計画は主として1)繊毛反応と遊泳反応の解析、2)繊毛打方向と位相の解析、3)繊毛運動の制御因子としてのCa^<++>結合蛋白質の同定を行うことであった。1)2)に関しては下記に示す結果を得たが、3)に関しては繊毛の単離精製を満足に行う方法を確立できず成果は上がってない。1.繊毛反応と遊泳反応の解析A)繊毛運動機序の解析を有機溶媒による繊毛反応の観察から行った。整理食塩水中では繊毛運動は停止する。メタノ-ル、クロロホルム等の添加により繊毛運動がはじまる。ホルムアミド、ジメチルホルムアミド等による繊毛波形変化はみられず、ミラシジウム繊毛とゾウリムシ繊毛とはその制御機構は異なることが暗示される。B)高速ビデオに記録されたミラシジウムの運動から遊泳反応の中の方向転換、衝突回避機構を解析した。ミラシジウムが容器壁に到達した時の方向転換はランダムで、繊毛逆転はおこらない。方向転換は虫体体幹筋の収縮による。ミラシジウムはお互いに近づくと瞬時停止し決して衝突しない。何らかの衝突回避機構が存在する。C)水中での虫卵孵化を高速ビデオで記録し繊毛反応と孵化の関係を観察した。孵化が起きる数分前に繊毛が激しく動き始めること、孵化直前には卵殼の横径が2.05±0.37μm(n=10)膨化することを明らかにした。この事実は卵殼内への水の移動が繊毛運動の活発化の因子であることを示している。2.繊毛打方向と位相の解析走査電顕で観察した。繊毛の大きさは長さ8.5±0.6μm(n=16)、直径0.25μmである。トリトン処理では繊毛はS状を呈し、その向きは一定しない。ATPを加え繊毛運動を開始させた虫体では多くの虫体(約80%)の繊毛は一定の方向(前方、後方、その中間位など)を向く。虫体の各部で位相のずれはない様である。本巣度の計画は1.ミラシジウムの光走性および孵化運動と繊毛運動の関係を明らかにすること、および2.平成3年度までに計画された実験の中で満足な成果が得られてない項目の実験を行うことであった。1.(1)ミラシジウムの光走性と繊毛運動の関係:水中遊泳中のミラシジウムを高速ビデオに記録し、光刺激にともなう繊毛運動の変化を遊泳速度の変化、単位時間当りの虫体方向転換を指標に解析した。ハロゲン30w100wの光刺激では両指標の変化はみられなかった。トリトンモデルを用いても同様光によるモデルの遊泳速度に変化はみられなかった。(2)ミラシジウムの孵化運動と施毛運動の関係:虫卵を水に浸け孵化までのミラシジウムの運動を高速ビデオに記録し、卵殻内のミラシジウムの遊泳速度を測定した。虫卵が水にさらされ35分後にミラシジウムはゆっくり遊泳はじめ530分後には865±125μm/secの速度で卵殻内を回転し、一般に2040分後に孵化する。卵殻内のミラシジウムの遊泳速度は孵化後の水中の遊泳速度の約1/2である。虫卵をトリトン処理した場合、繊毛の再活性化を惹起させることは可能であるが、孵化を惹起させることは出来ない。2.これまでの実験の補足実験結果:(1)トリトンモデルを用いて住血吸虫ミラシジウム繊毛の制御因子をより明らかにした(pH8.1;Mg^<++>0.25-0.5mM;ATP 1mM)。またMn^<++>はMg^<++>の25%、ADPはATPの20%の再活性化効果を有することも明らかにした。(2)繊毛内のカルモジュリン存在の確認:種々の方法を試みたが繊毛の体表よりの単離に成功しなかった。
生体リズムに同期した環境刺激による生理的効能の探求－入眠・起床時における効能

本研究の目的は、生体情報に同期した環境刺激によって人間の生理状態に介入し、人体の生理機能を誘導するための、新しい環境刺激の方法論を開拓することにある。人間の体は振動子の集合体であり、心臓・脳・呼吸・ホルモン分泌、それぞれが自己回復力を備えた固有振動子として振る舞い、全体として極めて安定的なシステム(「恒常性」)を実現している。恒常性は、生体を環境の外乱から守るための重要な機能である。しかしながら、例えば香によるリラックス効果が数十分しか持続しないように、恒常性は、しばしばヒトにとってポジティブな環境による影響も抑制してしまう。したがって、この頑健なシステムに介入し得る新しい方法論が必要である。鍵となるアナロジーはブランコの引き込み制御である。本研究の実施内容は「引き込み制御」の有効性と限界について、心拍動・呼吸などの周期の短い生理機能の誘導、およびホルモンなどの周期の長い生理機能の誘導について検証することにある。これらの課題については既に過去において各種環境刺激のフィードバック系を作成し、それらによる基礎となる研究成果がある、しかしながら、いずれのフィードバック系においても改善の余地が多く残されている。とりわけ、ハードウェアおよび自作ソフトウェアで発生する僅かな時間遅れは、各種フィードバック系に認知できる程のタイムラグを発生させている。これに対し、本研究計画においては過去に作成したフィードバック系を抜本的に見直し、一から装置系を刷新する。本研究のフィードバック系は、1)生体情報を取得する為の各種アナログセンサ群(センサ部)、2)取得された情報をデジタル情報へと変換してPCに取り込み、各種の生体情報に基づき環境刺激を適応的かつリアルタイムに調整する為の制御システム(制御部)、および、3)生体情報に基づき実際に環境情報(香り・音楽・映像・照明・物理刺激など)を変化させる環境刺激呈示システム(刺激部)からなる。本年度は、フィードバック系におけるタイムラグの問題を最小限に抑えることを目標に、各種アナログセンサ群、および、ハードウェア・インタフェースの仕様から見直し、システムを再構築した。次年度以降は、本年度新たに構成した生体情報をフィードバックするヴァーチャル・リアリティ・システムを用いて、その生理的効果・影響について評価実験を行う。具体的には、既に作成した心拍動をフィードバックしたコンテンツにおいて、これまで実施してこなかった脳機能(脳波)の評価を含め、伝統的な被験者内計画デザインにより統計的評価に耐えうる実験規模で検証試験を実施する。またこれとは別に、姿勢ー呼吸フィードバック・システムについてシステムを一新する。これまでは、空気枕方式によって仰臥位の被験者の姿勢を制御してきたが、これをサーボモーターにより直接的にベッドの床面を変鉛直方向に動作させる方式に置き換える。