hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
川崎病類似冠動脈炎マウスモデルの遺伝子発現に基づいた新たな川崎病治療戦略の検討

冠動脈炎モデルマウスにおいてマイクロアレイ解析からサイトカイン、ケモカイン関連遺伝子が高発現していることがわかり、抗IL-6受容体抗体と抗CCL2抗体を投与した。結果としてこの物質だけでは炎症を抑制できないことがわかり、いろいろな物質の関与があることが示唆された。また、モデルマウスにおいて心機能は炎症によって低下する傾向がみられたがエコー輝度と冠動脈炎の程度との相関を見出すことはできなかった。検討数を増やすとともに手法も含め更なる検討が必要と考えられた。24年度に引き続き、NOD1リガンドを内服させたマウスの心エコーを行い、左室駆出率からえられる心収縮能、冠動脈径、冠動脈、左室乳頭筋のエコー輝度を測定した。day0から経時的に測定した(2-3週間連日NOD1リガンド投与を行った)が、どの項目に関しても有意な変化は得られなかった。個体によっては冠動脈が大きくなる傾向にあるものもあったが全体としての傾向は得られなかった。駆出率、冠動脈径、各部位のエコー輝度はどれも検者間のばらつきもあり再現性をたもつのは容易ではないと考えられた。なお、NOD1リガンドを内服させたマウスには充分に血管炎が起きており、切片にした状態での冠動脈の計測でも蒸留水を内服させたコントロール群と径に関して有意な差は得られなかった。つぎに、あるサイトカインを抑制することによるNOD1リガンドによる血管炎が抑制できるかについて検討した。NOD1リガンドを3週間連日投与し、2週目にMR16-1(抗IL-6R抗体)とC1142(抗CCL2抗体)を投与(IV)し3週目に屠殺して病理学的評価を行った。病理学的には細胞浸潤がまだ残存しており、IL-6およびCCL2の作用抑制による血管炎の抑制について明らかな結果は得られなかった。以上から様々なサイトカインやケモカインが関わっていることが示唆され、治療としてどれか単独のサイトカインやケモカインを抑制するのではなく、様々なサイトカインやケモカインを同時に抑制することが必要と考えられた。川崎病類似冠動脈炎マウスモデルのエコー輝度と病理像の評価、川崎病患者との類似性についての検討を主に行った。C57BL/6の5週齢の雌2匹にNod1リガンドを連日内服させて、day0, 4,8,11,14,16にそれぞれエコーにて心機能評価と各部位での輝度評価を行い、最終的に病理学的評価を行った。エコーは小動物専用のVevo 2000を用いた。エコー上、左室収縮率は投与初日から低下がみられた。エコー輝度については心筋は左室乳頭筋レベルの短軸像で4つのセクションに区別し、それぞれで変化をみた。場所によっては時系列で輝度が亢進しているが、全体としてばらついた結果であった。冠動脈は左冠動脈の前壁と後壁とを大動脈弁レベルの短軸像で評価した。結果はday0だけが高い傾向にあり、それを除くと時系列で高くなっている結果であった。大動脈についてはこれも前壁と後壁で評価したが、この部位もday0だけ高い結果であり、day0を除くと時系列で高くなっている傾向にあった。全体として高くなっていく傾向があり今後もさらに評価を継続していく。エコー輝度での有意な結果が得られておらず、研究計画書に示した「現存する治療法と抗サイトカイン療法の本モデルにおける治療効果についての検討」の評価を行うのに確立した方法に到達していないことが原因と考えられる。エコー輝度によるモデルマウスの組織評価をより確立したものに近づけるために、個体数を増やし、再度輝度と病理学的評価を続けていく。また、モデルマウスに対する既存の抗サイトカイン療法の研究を行っていく。エコーによる織学的変化を行うことが難しいようであれば、個体数を増やすのと同時に時系列病理学的評価を行っていくこととする。マウスの購入、飼育に加え、抗サイトカイン療法を行い、病理所見を確認していく上で、免疫、生化学試薬、分子生物学実験試薬を使用する。
有畜循環農業における放射性セシウムの農地、作物、畜産物、堆肥等への移行動態解析

福島第一原発事故以降、放射性セシウムで汚染された堆肥の農地への還元を差し控える傾向にある。しかし、窒素やリンの物質循環の観点からも、また農業現場の廃棄物を減らすためにも堆肥を利用することは好ましい。そこで、汚染された堆肥を施用した場合にそこで栽培した作物へどの程度の放射性セシウムが移行するのか調べた。茨城県笠間市にある東京大学大学院農学生命科学研究科の附属牧場、及び福島県飯舘村の圃場の2フィールドで実施した。牧場(土壌のセシウム137濃度は約50Bq/kg)では、汚染堆肥(原料:牛糞、牧草)を6年間施用し(13年目の堆肥約1000Bq/kg、46年目の堆肥約500Bq/kg)、ソバを栽培した。飯舘村(約8000Bq/kg)では汚染堆肥(原料:落葉、10kBq/kg)を施用した後、2年間無堆肥でソバを栽培した。その結果、牧場では堆肥連用により土壌中のせシウム137濃度は上昇した(約80Bq/kg)ものの、ソバ子実のセシウム137濃度は堆肥を施用していない圃場と比べて変化しなかった。一方で飯舘村でも、土壌中のセシウム137濃度は上昇したが、ソバ子実のセシウム137濃度は無堆肥圃場と比べて同程度であった。一方で、両試験地とも、堆肥を施用した圃場ではしなかった圃場に比べて、そこで栽培された子実のカリウム濃度は上昇していた。この結果は、汚染堆肥を施用した場合にはセシウムとともに同族のカリウムも土壌に供給されるため、そのカリウムの効果により、土壌中のセシウム137濃度が上昇してもソバ子実のセシウム137濃度は上昇しなかったものと考えられる。茨城県笠間市にある東京大学大学院農学生命科学研究科附属牧場(以下、牧場)、および福島県飯舘村(以下、飯舘村)の2箇所のフィールドを設定し、有畜循環農業の環を意識した実験系をスタートさせた。飯舘村では、畜産を伴わないながらも、高濃度に放射性セシウムで汚染された土壌を利用した作物への移行解析やその作物残渣の農地還元について現地調査圃場を選定し、農地利用をスタートさせた。牧場では、原発事故後に天地返しを行った圃場において、汚染された堆肥の施用量を3段階(0t/10a、1t/10a(標準)、5t/10a)とし3反復の試験圃場(1試験区1a)を設け、ソバとオオムギの栽培を行った。測定対象は、堆肥、土壌、作物、家畜、残渣、糞尿といった農業の過程での産物とし、測定項目としては放射性セシウム濃度を第一に実施したが、今後窒素など把握できるようなサンプリングをした。家畜は、汚染された地域にいた豚の後代について、ホルモンなどストレス応答に関連する指標について血液検査を行った。今年度の試験において、土壌中の放射性セシウム濃度を測定したところ、投入した堆肥の量に応じた放射性セシウム濃度の上昇が見られた。一方で、その圃場で生育させたソバにおいては、放射性セシウム濃度の上昇は見られなかった。このことより、投入した堆肥中のカリウムが、放射性セシウムの作物移行を低減させていることが示唆された。今後もこのサイクルを繰り返し経年的なデータを蓄積することで、汚染堆肥が作物への放射性セシウム混入に与える影響について解析していく。今後調査すべき圃場の設定などが順調に進んだ。また土壌や作物、堆肥のサンプリングおよび放射性セシウム濃度の測定も計画通り実施することができた。茨城県笠間市にある東京大学大学院農学生命科学研究科附属牧場(以下、牧場)、及び福島県飯舘村(以下、飯舘村)の2箇所のフィールドで実施している。飯舘村では、畜産を伴わないながらも、高濃度に汚染された土壌や堆肥を利用した作物への移行解析といった、放射性セシウムの降下物が多かった地域で実施すべき課題を飯舘村で実施している。牧場では、事故直後に作られた約1,000Bq/kgの堆肥を農地へ施用(3段階(0t/10a、1t/10a(標準)、5t/10a)を3反復)し、ソバおよびオオムギを継続的に栽培した。土壌においては、堆肥施用による放射性物質蓄積の影響を把握した。家畜は、特に豚について、ホルモンなどストレス応答に関連する指標について血液検査を行った。これらの取り組みは本研究期間の4年間継続するが、本年度は2年目であった。土壌では、汚染堆肥施用とともに放射性セシウム濃度は上昇していることが確認できたが、一方で、可食部部分の放射性セシウム濃度は土壌とは比例せず、汚染堆肥施用をしても変化がなかった。これは、堆肥に含まれるカリウムによるセシウム移行抑制効果が働いているものと推察している。飯舘村でも同様の試験を実施しており、汚染堆肥が与える影響について2年目の試験を実施した。堆肥の施用はあと2年間は実施する予定であり、今後、土壌の放射性セシウム濃度と可食部の放射性セシウム濃度の関係について、特にカリウムや窒素の動態と合わせて解析する予定である。

当初の計画通り、汚染された堆肥を畑に施用し、放射性セシウム濃度が高くなりがちなソバを用いた試験の2年目を実施することができた。引き続きこの取り組みを継続できる見通しもたっている。有機循環を念頭においた農業では窒素の農地への供給を主目的に堆肥を作成し農地へ還元する。福島第一原発事故以降、放射性セシウムで汚染された堆肥の農地還元を差し控える傾向にある。しかし、窒素やリンの循環の観点からも、また農業現場の廃棄物を減らすためにも堆肥を利用することが好ましい。そこで、どの程度の汚染堆肥だとどういった量の放射性セシウムが作物に移行するのか調べた。茨城県笠間市にある東京大学大学院農学生命科学研究科附属牧場(以下、牧場)、及び福島県飯舘村(以下、飯舘村)の2箇所のフィールドで実施し、本研究スタートから3年目となった。牧場では、汚染堆肥(原料:牛糞、牧草)を毎年1t/10a、5t/10a施用し、ソバを栽培した。飯舘村では汚染堆肥(原料:落葉)を1t/10a施用しソバを栽培した。収穫時にソバ子実と土壌をサンプリングし、それぞれの137Cs濃度を測定したところ、牧場では、堆肥施用により土壌中の137Cs濃度はわずかに上昇したが、ソバ子実の137Cs濃度は変化しなかった。一方で飯舘村では、堆肥施用により土壌中の137Cs濃度は上昇し、ソバ子実の137Cs濃度も無処理区に比べて1.4倍程度上昇した。低い汚染レベルの堆肥の場合、堆肥から供給されるカリウムによるソバのセシウム吸収抑制効果が働いているものと考えている。当初の予定通り、汚染した堆肥を農地に還元した場合の放射性セシウム動態やその農地環境についての調査が進んでいる。福島第一原発事故以降、放射性セシウムで汚染された堆肥の農地への還元を差し控える傾向にある。しかし、窒素やリンの物質循環の観点からも、また農業現場の廃棄物を減らすためにも堆肥を利用することは好ましい。そこで、汚染された堆肥を施用した場合にそこで栽培した作物へどの程度の放射性セシウムが移行するのか調べた。茨城県笠間市にある東京大学大学院農学生命科学研究科の附属牧場、及び福島県飯舘村の圃場の2フィールドで実施した。牧場(土壌のセシウム137濃度は約50Bq/kg)では、汚染堆肥(原料:牛糞、牧草)を6年間施用し(13年目の堆肥約1000Bq/kg、46年目の堆肥約500Bq/kg)、ソバを栽培した。飯舘村(約8000Bq/kg)では汚染堆肥(原料:落葉、10kBq/kg)を施用した後、2年間無堆肥でソバを栽培した。その結果、牧場では堆肥連用により土壌中のせシウム137濃度は上昇した(約80Bq/kg)ものの、ソバ子実のセシウム137濃度は堆肥を施用していない圃場と比べて変化しなかった。一方で飯舘村でも、土壌中のセシウム137濃度は上昇したが、ソバ子実のセシウム137濃度は無堆肥圃場と比べて同程度であった。一方で、両試験地とも、堆肥を施用した圃場ではしなかった圃場に比べて、そこで栽培された子実のカリウム濃度は上昇していた。この結果は、汚染堆肥を施用した場合にはセシウムとともに同族のカリウムも土壌に供給されるため、そのカリウムの効果により、土壌中のセシウム137濃度が上昇してもソバ子実のセシウム137濃度は上昇しなかったものと考えられる。今後も循環農業を継続する圃場が選定できたので、来年度以降も農業を実施し調査活動を継続する。さらに、窒素動態や土壌物理性についても調査を行う方針である。土壌中の窒素の同位体比を用いるなどして、土壌そのものの改善効果についても解析したいと思っている。次期が最終年度であり、合計4年間のデータを俯瞰的に解析する予定である。技術補佐員として適任がいなかったため、人件費が未使用となった。また、その影響で一部の測定はサンプル処理まで終わっているものの、測定を外注に出す段階まで進めておらず、分析外注費を使用しなかった。その関連の消耗品の使用がすくなかった。
地上実験によるaxion探索

宇宙暗黒物質の有力候補であるaxionを,既存の地上実験(宇宙物理や宇宙論の仮説に依拠しない実験)よりも,axionの崩壊定数にして一桁よい感度で探すのがこの研究の目的である.^<119m>Sn線源をCsl(T1)検出器で囲み4πの立体角でカスケ-ド遷移のγ線を捕える計画であったが,Csl(T1)結晶の表面に数μm程度の不感層が存在することがわかった.そのため^<119m>Snのγ線の様に遷移エネルギ-が低いものにたいしては検出効率が100%でなくなるので不適当であることが明らかになった。替わりの線源としてγ線のエネルギ-が166keVと比較的大きな^<139>Ceを用いることにした.この場合,軌道電子捕獲の際のX線が放出されてなおかつγ線の出ない事象を探すことになる.東京大学原子核研究所のSFサイクロトロンによる照射で^<139>Ce線源を試験的に作り化学分離でキャリァフリ-とすることに成功した.γ線のエネルギ-が高くなったことに対応し,Csl(T1)検出器の寸法も40×40×40mm^3に大きくし,かつその周囲にもCsl(T1)検出器のvetoカウンタ-を置くことにし,製造が完了した.また,厚さ30mmの無酸素銅,厚さ200mm鉛よりなる遮蔽装置も完成し,検出システムとしてのバックグラウンドを測定中である.今後,サイクロトロンのマシンタイムがとれ次第,本番用線源を作製し,化学分離精製し,Csl(T1)検出器に埋め込み,本測定を約10日行ない上記の目的を達成する予定である.宇宙暗黒物質の有力候補であるaxionを,既存の地上実験(宇宙物理や宇宙論の仮説に依拠しない実験)よりも,axionの崩壊定数にして一桁よい感度で探すのがこの研究の目的である.^<119m>Sn線源をCsl(T1)検出器で囲み4πの立体角でカスケ-ド遷移のγ線を捕える計画であったが,Csl(T1)結晶の表面に数μm程度の不感層が存在することがわかった.そのため^<119m>Snのγ線の様に遷移エネルギ-が低いものにたいしては検出効率が100%でなくなるので不適当であることが明らかになった。替わりの線源としてγ線のエネルギ-が166keVと比較的大きな^<139>Ceを用いることにした.この場合,軌道電子捕獲の際のX線が放出されてなおかつγ線の出ない事象を探すことになる.東京大学原子核研究所のSFサイクロトロンによる照射で^<139>Ce線源を試験的に作り化学分離でキャリァフリ-とすることに成功した.γ線のエネルギ-が高くなったことに対応し,Csl(T1)検出器の寸法も40×40×40mm^3に大きくし,かつその周囲にもCsl(T1)検出器のvetoカウンタ-を置くことにし,製造が完了した.また,厚さ30mmの無酸素銅,厚さ200mm鉛よりなる遮蔽装置も完成し,検出システムとしてのバックグラウンドを測定中である.今後,サイクロトロンのマシンタイムがとれ次第,本番用線源を作製し,化学分離精製し,Csl(T1)検出器に埋め込み,本測定を約10日行ない上記の目的を達成する予定である.
集積と空間経済：理論・実証分析枠組の再構築

都市集積の形成の人口規模・空間パターン・産業構造における秩序形成に関する理論分析枠組・手法の開発及び応用、数値解析・実証分析について、以下の成果を得た。理論分析:(1)集積の経済を持つ産業が1種類の場合について、2次元立地空間における都市形成分析を行ない、輸送費用の変化による分岐パターンが、1次元空間の場合と本質的に同じであることを示した。(2)通勤を伴う都心形成理論モデルに対し、ポテンシャルゲーム理論を用いた解析手法を構築し、交通費用の低下が安定均衡における都心数を減少させることを示した。(3)米国の貿易データから推定した1万財以上の需要の価格弾力性値を多地域・多産業を含む経済集積理論モデルに適用し、大型計算機を使用して安定均衡のランダム標本生成を行ない、予定の標本数の蓄積を完了した。実証分析:(i)(3)の理論モデルに基づく構造的重力モデルを用いた地域経済圏の同定手法を開発し、日本の物流センサスを用いてその精度を実証した。特に、地域間の産業構造の違いを考慮しない一般的な重力モデルによる都市間貿易の推定量が、(3)の理論モデルと整合的な系統的バイアスを生むことを示した。(ii)日本・米国・欧州・中国・インドについて1kmメッシュデータから都市集積を検出し、(3)の理論分析に対応する実証分析用データを整備した。更に、日本については、産業立地・国勢調査等のデータを加え、都市規模と産業構造に関する秩序形成について基礎事実を明らかにした。(iii)大都市に極端に集積する研究開発活動について、特許公表データを用いて、その生産性の決定メカニズムの実証分析を行なった。新鮮な知識の多様性の維持が重要であり、研究者間の協力関係の頻繁な組換えの可能性が生産性に寄与することを示し、地域経済における最大都市への極端な経済集積の背景メカニズムの一部を明らかにした。当初の計画では、昨年度までに蓄積した多地域・多産業経済集積モデルを用いた安定均衡のランダム標本を用いて、都市規模分布・空間パターン・産業構造に関する秩序形成の理論モデルによる再現性の検証を開始する予定であったが、計画分の標本の蓄積を優先させた。他方で、都市形成の基礎理論の構築及び、実証分析において、当初の計画より一般的な設定で分析を進め、新たな結果を得た。また、国を始めとする地域経済における最大都市へ極端な経済集積の背景メカニズムとして、知識創造活動に関するミクロ実証分析を行った。以上、計画当初の分析順序を若干修正した点、及び、計算機資源確保のための予算の減額に対して、計画当初より一般的な理論結果を得る試みにより多くの時間を配分した点以外は、順調に研究は進んでいる。実経済においては、階層的な地域経済圏が形成され、都市の規模分布・形成パターンは、空間的フラクタル構造を持つことが、本研究のこれまでの分析から明らかになっている。特に、異なる地域経済圏で、都市規模分布は共通のべき乗則に従い、産業が立地する都市の数と平均規模も相似の対数線形関係を持つ。来年度以降は、森・高山が、理論・実証分析ともに、これらの秩序形成に関わる成果を中心にまとめる。一方で、赤松・大澤は、都市内・都市間空間の理論的な接続について理論分析を進める。特に、秩序形成に関する実証研究では、都市規模分布・空間パターンについて、昨年度までに準備した日本・米国・欧州・中国・インドのデータを用いて実証する。但し、これらについては、貿易データ等を用いた構造的に特定された地域経済圏ではなく、近接性に基づく簡易な地域パーティションを用いる。日本については、昨年度に開発した手法を用いて構造的に同定した地域経済圏の下で、産業構造に関わる秩序形成も含めた分析を行う。理論研究では、多地域・多産業経済集積モデルを用いて昨年度までに準備した安定均衡のブートストラップ標本を用いて、上の実証分析において示された秩序形成を始めとする実証事実が、安定均衡の一般的な性質であることを示す。1)本研究における理論基礎として、経済集積規模・空間配置と輸送費の関係に関する既存の経済集積理論モデルを網羅し一般化した多地域モデルの挙動を理論的に整理し、ディスカッション・ペーパーとして公表した。この研究では、既存の2地域経済モデルの下で輸送費の低下が、経済立地の分散→集積(一極集中)→再分散(地方の再生)の変化を起こすと論じてきたのに対し,多地域経済では,輸送費の低下過程の最初に起こるのは,集積が小規模化・多数化し広範囲に散らばる「大域的分散」,最後に起こるのは,地方の再生ではなく,既存集積の空間規模が拡大する「局所的分散」であり,それらが本質的に異なることを,既存の理論モデル群に共通の一般的性質として解析的に示した。2)多地域・他産業経済における経済集積パターンの秩序形成について、経済集積モデルの内,解析可能性の高いPflueger (2004)モデルを多地域・多産業に拡張し,大型計算機で用いる並列プログラムを最適化し,一年を通して基本パラメタ設定下で安定均衡のブートストラップ標本を蓄積した。具体的には、均衡における都市の規模・空間配置を特徴づける経済の産業構造は, Broda and Weinstein (2006)が米国データから推定した,製造約14000品目の代替弾力性の分布を用いて、この分布から無作為に抽出した品目群を産業群として捉え仮想経済の産業構造を決め,その下で,無作為に与えた人口の地域・産業間分布から自己組織的に均衡を得る試行を繰り返した。現在も均衡標本を蓄積中であるが、平成30年度に基本的な解析を行うだけのデータの蓄積は終えた。

3)(1)で扱った個々の理論モデルについて詳細に分析した結果を9編の論文にまとめ公表し、内4編を査読付国際専門誌から出版した。また研究成果の一部を9件の学会等)(内3件は国際会議)にて報告した。当初の申請予算から大幅に削減があったため、それに応じて計算処理能力を下げた分、当初の予定より若干時間が余分にかかっている。しかし分析をやや理論・実証よりにすることで、概ね順調に研究は進んでおり、成果も上がっている。都市集積の形成の人口規模・空間パターン・産業構造における秩序形成に関する理論分析枠組・手法の開発及び応用、数値解析・実証分析について、以下の成果を得た。理論分析:(1)集積の経済を持つ産業が1種類の場合について、2次元立地空間における都市形成分析を行ない、輸送費用の変化による分岐パターンが、1次元空間の場合と本質的に同じであることを示した。(2)通勤を伴う都心形成理論モデルに対し、ポテンシャルゲーム理論を用いた解析手法を構築し、交通費用の低下が安定均衡における都心数を減少させることを示した。(3)米国の貿易データから推定した1万財以上の需要の価格弾力性値を多地域・多産業を含む経済集積理論モデルに適用し、大型計算機を使用して安定均衡のランダム標本生成を行ない、予定の標本数の蓄積を完了した。実証分析:(i)(3)の理論モデルに基づく構造的重力モデルを用いた地域経済圏の同定手法を開発し、日本の物流センサスを用いてその精度を実証した。特に、地域間の産業構造の違いを考慮しない一般的な重力モデルによる都市間貿易の推定量が、(3)の理論モデルと整合的な系統的バイアスを生むことを示した。(ii)日本・米国・欧州・中国・インドについて1kmメッシュデータから都市集積を検出し、(3)の理論分析に対応する実証分析用データを整備した。更に、日本については、産業立地・国勢調査等のデータを加え、都市規模と産業構造に関する秩序形成について基礎事実を明らかにした。(iii)大都市に極端に集積する研究開発活動について、特許公表データを用いて、その生産性の決定メカニズムの実証分析を行なった。新鮮な知識の多様性の維持が重要であり、研究者間の協力関係の頻繁な組換えの可能性が生産性に寄与することを示し、地域経済における最大都市への極端な経済集積の背景メカニズムの一部を明らかにした。当初の計画では、昨年度までに蓄積した多地域・多産業経済集積モデルを用いた安定均衡のランダム標本を用いて、都市規模分布・空間パターン・産業構造に関する秩序形成の理論モデルによる再現性の検証を開始する予定であったが、計画分の標本の蓄積を優先させた。他方で、都市形成の基礎理論の構築及び、実証分析において、当初の計画より一般的な設定で分析を進め、新たな結果を得た。また、国を始めとする地域経済における最大都市へ極端な経済集積の背景メカニズムとして、知識創造活動に関するミクロ実証分析を行った。以上、計画当初の分析順序を若干修正した点、及び、計算機資源確保のための予算の減額に対して、計画当初より一般的な理論結果を得る試みにより多くの時間を配分した点以外は、順調に研究は進んでいる。1)研究実績概要
地域空間の形成と変動に関する実証的および理論的研究

本研究では、山村・旧産炭地域・離島などの過疎地域を「縁辺地域」として位置づけなおし、実態調査を通じて地域の基本性格を抽出しつつ、地域空間の形成と変動に関する一般理論・空間理論の追究を行い、実証分析と理論追究の二面からわが国の縁辺地域の形成・変動を分析しながら、他の先進国における事例との比較研究へとつなげていくことを企図した。本研究期間中には複数箇所での調査・資料収集を行い、伝統的環境利用や人口移動・地域機能の衰退などについて調査し、これら調査地域自治体・コミュティのほかに図書館・大学などにおいて資料収集を行った。初年度の平成10年度には、従前からの縁辺地域実態調査の分析を継続し、西日本をフィールドとして山村・旧産炭地域・離島などの調査を行った。また、翌年度に予定されていたスウェーデンの研究者たちと共同で行う農山村などのsustainabilityに関する研究に備えた。二年度目の平成11年度には、補足・追加調査を行うとともに、国際集会(1999年5月11日13日に鳥取大学で開催された国際シンポジウム"Local Knowledge and Innovation:Enhancing the Substance of Non-Metropolitan Regions"における口頭発表・座長・オーガナイザー)をはじめとする複数の場で研究成果の発表を行い、また、本報告書の作成作業を行った。おおかたの過疎地域において人口流出そのものは鈍化してきたものの、高齢化や産業衰退など、地域の経済活力の衰退に直接的につながる困難な状況があり、過疎法や山村・離島・半島などに対する種々の振興法がまもなく効力の失効する期限を迎える中、また経済の低成長・地方分権化の雰囲気の高まりの中で、地域機能の衰退を含む様々な問題が山積し解決に向けての努力が一層必要となっている状況であることが明白となった。本研究の目的は、過疎地域を「縁辺地域」として位置づけなおし、地域実態調査を通してその基本性格を整理し、縁辺地域空間の形成・変動の理論的追究を行うことである.今年度の研究では以下の調査・分析・学界活動を行った.1.調査:福岡県旧産炭地域(筑豊・大牟田)、島根県山村地域(石見地方)をはじめとする縁辺地域調査を行った.また、北部九州や他の西日本地域の過疎化などに関する資料収集のために九州大学他へ資料収集旅行をした.2.分析:本研究に関連して購入したパーソナル=コンピュータ類や文具を用いて過疎地域に関するデータ分析を開始した.具体的には、炭鉱閉山に伴う人口移動者のデータベース構築などを行い、多変量解析の準備を整えた.また、購入した文献を分析や調査の参考とした.以上の諸活動を通じて、グローバル/ナショナル/リージョナル/ローカルな諸スケール/レベルでの経済活勤、政策、社会・文化現象、そして人間〈エージェント〉などの錆綜する構造における縁辺地域空間の形成と変動の図式をまとめる作業に入った.また、産炭地域や山村などの現実の過疎地域の実態調査を通じて、現状の地域問題の解決のみならず、将来的な地域振興のあり方の指針を追究するような枠組みの構築に取りかかっている.これらの業績を逼じて、最終年度〈平成11年度〉に成果をまとめることとする.本研究では、山村・旧産炭地域・離島などの過疎地域を「縁辺地域」として位置づけなおし、実態調査を通じて地域の基本性格を抽出しつつ、地域空間の形成と変動に関する一般理論・空間理論の追究を行い、実証分析と理論追究の二面からわが国の縁辺地域の形成・変動を分析しながら、他の先進国における事例との比較研究へとつなげていくことを企図した。本研究期間中には複数箇所での調査・資料収集を行い、伝統的環境利用や人口移動・地域機能の衰退などについて調査し、これら調査地域自治体・コミュニティのほかに図書館・大学などにおいて資料収集を行った。

また、翌年度に予定されていたスウェーデンの研究者たちと共同で行う農山村などのsustainabilityに関する研究に備えた。二年度目の平成11年度には、補足・追加調査を行うとともに、国際集会(1999年5月11日13日に鳥取大学で開催された国際シンポジウム"Local Knowledgr and Innovation:Enhancing the Substance of Non-Metropolitan Regions"における口頭発表・座長・オーガナイザー)をはじめとする複数の場で研究成果の発表を行い、また、本報告書の作成作業を行った。おおかたの過疎地域において人口流出そのものは鈍化してきたものの、高齢化や産業衰退など、地域の経済活力の衰退に直接的につながる困難な状況があり、過疎法や山村・離島・半島などに対する種々の振興法がまもなく効力の失効する期限を迎える中、また経済の低成長・地方分権化の雰囲気の高まりの中で、地域機能の衰退を含む様々な問題が山積し解決に向けての努力が一層必要となっている状況であることが明白となった。
光磁性スイッチング錯体における超高速スピンダイナミクスの観測

今年度は,近年開発された光スイッチング物質であるラムダ型五酸化三チタン(Ti3O5)ナノ粒子の相転移ダイナミクスを理解することを目的として研究を行った.この物質は,光照射によって室温で半導体⇔金属相転移を示すという非常に特徴的かつ有用な光スイッチング特性を持つ.この系については未だダイナミクスの研究がほとんどなされていなかたったため,様々な時間分解測定を用いてその過程を詳細に調べた.具体的には,光誘起半導体-金属相転移ダイナミクスを明らかにするために,時間分解拡散反射分光を行った.本実験では,ポンプ-プローブ分光法(測定範囲:100 fs 1 ns)とストリークカメラ法(1 ns 1 ms)という2種類の測定を組み合わせた実験系を構築することで,10桁にわたる広時間領域のダイナミクスを測定することを可能にし,光励起直後から初期状態に緩和するまでの全緩和ダイナミクスについて調べた.本研究では,特に半導体→金属相転移について詳細に調べた.実験の結果,光励起によって半導体→金属相転移が数100 fs以内に生じることや,金属相ドメインの消滅・成長過程を含んだ超高速な相転移ダイナミクス描像が初めて明らかになった.また,逆過程の相転移(金属相→半導体相)においても,同様の時間スケールの相転移プロセスがあることが明らかになった.以上の研究より,Ti3O5ナノ粒子という新奇な光スイッチング機能性物質の応答特性がおよそ理解できたが,これは同時に本物質の記録材料としての潜在能力の高さも同時に示した.以上の成果は今年度内に,Physical Review B誌に発表された.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,光スイッチング物質であるRbMnFeシアノ錯体の相転移初期ダイナミクスを理解することを目的として研究を行った.この物質は光照射によって特徴的な可逆的相転移を示すことで知られているが,その相転移は電荷・格子・スピン系が相互作用しながら生じる複雑な現象であるため,その機構を理解するためにはそれぞれの超高速過程を独立に調べる必要があった.本研究では,これまで明らかでなかったスピン系ダイナミクスに関する情報を選択的に取得するために時間分解ファラデー回転測定を遂行した.測定の結果,スピンは光励起による電荷移動に追随して,ほぼ瞬間的に外部磁場方向に整列することが示唆された.さらに可視光プローブ過渡吸収測定を遂行した結果,電子・スピン系の瞬時応答に対して90ps程度遅れて格子変形が起こることが示唆された.以上の結果を総合的に勘案することで, RbMnFeシアノ錯体の相転移初期ダイナミクスの描像について一定の理解を得ることができた.研究の後半では,光スイッチング物質として,最近開発されたラムダ型五酸化三チタンナノ粒子における半導体-金属相転移に新たに注目した.この系については未だダイナミクスの研究はほとんどなされていなかったが,時間分解の拡散反射分光やテラヘルツ分光を駆使して研究を進めることで,ナノ粒子特有のキャリア局在性や,フェムト秒からマイクロ秒に至る時間スケールの相転移ダイナミクスなどについて初めて知見が得られた.今年度は,近年開発された光スイッチング物質であるラムダ型五酸化三チタン(Ti3O5)ナノ粒子の相転移ダイナミクスを理解することを目的として研究を行った.この物質は,光照射によって室温で半導体⇔金属相転移を示すという非常に特徴的かつ有用な光スイッチング特性を持つ.この系については未だダイナミクスの研究がほとんどなされていなかたったため,様々な時間分解測定を用いてその過程を詳細に調べた.具体的には,光誘起半導体-金属相転移ダイナミクスを明らかにするために,時間分解拡散反射分光を行った.本実験では,ポンプ-プローブ分光法(測定範囲:100 fs 1 ns)とストリークカメラ法(1 ns 1 ms)という2種類の測定を組み合わせた実験系を構築することで,10桁にわたる広時間領域のダイナミクスを測定することを可能にし,光励起直後から初期状態に緩和するまでの全緩和ダイナミクスについて調べた.本研究では,特に半導体→金属相転移について詳細に調べた.実験の結果,光励起によって半導体→金属相転移が数100 fs以内に生じることや,金属相ドメインの消滅・成長過程を含んだ超高速な相転移ダイナミクス描像が初めて明らかになった.また,逆過程の相転移(金属相→半導体相)においても,同様の時間スケールの相転移プロセスがあることが明らかになった.以上の研究より,Ti3O5ナノ粒子という新奇な光スイッチング機能性物質の応答特性がおよそ理解できたが,これは同時に本物質の記録材料としての潜在能力の高さも同時に示した.以上の成果は今年度内に,Physical Review B誌に発表された.26年度が最終年度であるため、記入しない。時間分解ファラデー回転測定を遂行し, RbMnFeシアノ錯体の光誘起相転移におけるスピン系ダイナミクスについて,当初の予定通り一定の理解を得た.また,光スイッチング物質としてラムダ型五酸化三チタンナノ粒子における半導体-金属相転移に新たに注目し,ナノ粒子特有のキャリア局在性や,フェムト秒からマイクロ秒に至る時間スケールの相転移過程などについて知見を得た.RbMnFeシアノ錯体のスピン系を含めた相転移初期ダイナミクスについては,当初の予定通り一定の理解が得られた.そのため今後は,同じく光スイッチング物質である

ラムダ型五酸化三チタンナノ粒子における半導体-金属相転移のダイナミクスを解明するための研究を進めることを予定している.具体的には,時間分解拡散反射分光やテラヘルツ分光を遂行し,双方向の相転移過程におけるキャリアダイナミクスや相転移の時間スケールについてより詳細に調べていく.
多主体間主義による安全保障制度の考察 -国連の新たな安全保障機能を中心として-

平成16年度に行った研究は、主に以下の二つの作業による。第一は、前年度に行った1990年代以降の国連の集団安全保障制度の実行およびその評価をまとめる作業を踏まえて、同制度において生じている変化を、軍事的機能の強化と非軍事的機能の多様化という二つの流れによって分類し、議論を整理する作業である。前者には、国連憲章第7章にもとづいて採択された安保理決議によって授権を受けた多国籍軍の活動および国連平和維持活動が含まれる。後者には、カンボジア、東スラヴォニア、コソボ、東チモールなどで行われてきた暫定行政を中心に、治安維持活動から幅広い文民行政活動まで担うようになったそれらの実行と評価を整理した。第二は、冷戦後の国連による安全保障活動では実施段階のみでなく意思決定段階においても、加盟国、国連機関、他の国際機構、さらに国際および国内のNGOなどの多様な主体が関与している事実とその評価を整理し、この「多主体間主義(multilateralism)」にもとづいた活動が、第一の作業で考察した安全保障機能の変化を促進する重要な要因になっている可能性について考察する作業である。また、このように多様な主体が関与しつつ政策を立案、決定、実施、評価をする国連の安全保障機能を、昨年度行った近年の米国による「単独行動主義(unilateralism)」的な安全保障政策と比較する作業も並行して行った。以上の研究を踏まえて、11月に博士論文の執筆を開始し、平成17年度中の完成および学位取得を目指している。論文の完成後には、本奨励金の研究成果として発表する予定である。尚、研究に従事している大学院の規定により、平成16年度分の研究内容については「研究報告書」を作成し、2月末に担当部署に提出済みである。平成16年1月以降現在まで行っている研究は、主に以下の二つの作業である。第一は、国連の集団安全保障制度についての文献・論文を収集・分析し、1990年代から今日に至るまでの同制度の実行およびそれらをめぐる評価をまとめる作業である。具体的には、従来型、および多機能化している平和維持活動、安全保障理事会により授権された多国籍軍による活動が分析の対象となる。この作業の目的は、「多主体間主義(multilateralism)」を構成原理とする国連の安全保障制度の変遷と今後の可能性を明らかにすることである。第二は、国連による「多主体間主義」としばしば対比される最近の米国による「単独行動主義(unilateralism)」的な安全保障政策の問題点を明らかにするため、2003年に行われ現在も混乱が続いているイラク戦争とその戦後占領政策の実行と問題点に関する資料・論文を収集し、分析する作業である。対象となる論文は、国際法上の論点を扱うもののみでなく、戦争および占領政策の正当性を扱った政治学的な論文も含め、法的・政治的な論点双方に目配りする分析を行っている。この作業の目的は、単独行動主義的な安全保障政策の問題点を克服する制度としての国連の集団安全保障制度の可能性と課題を検証することである。これらの作業で集められた情報・分析を土台として、平成16年度においては博士論文の執筆を開始し、完成を目指す予定である。(補助金の支給が実際に開始されたのが平成16年1月からであったため、平成15年度分の補助金によって遂行される研究実績は平成16年度中に、当該年度の補助金による研究とあわせて発表する予定である。尚、研究に従事している大学院の規定により、平成15年度分の研究内容については「研究報告書」を作成し、2月末に担当部署に提出済みである。)平成16年度に行った研究は、主に以下の二つの作業による。
固体表面の原子構造デザインに基づくグラフェンの物性制御

本研究の目的は、完全な二次元物質であるグラフェンにおいて、その原子ネットワーク構造に欠陥を導入することなくナノスケールでデザインされた物性を付与することである。23年度は、グラフェンの電子物性に及ぼす基板とグラフェン界面の水の効果を明らかにした。24年度には、ポーラスアルミナを基板とすることにより周期歪が導入されていることを実証した。これは炭素原子骨格を維持しつつバンドギャップを付与できる可能性を示す。原子一層という完全な二次元物質であるグラフェンにおいて、その原子ネットワーク構造に全く欠陥を導入することなく表面にナノスケールでデザインされた物性を付与し、グラフェンにデバイス機能を高集積化する新しい技術体系を構築することを目的とする。本研究では、グラフェンを貼りあわせる基板の物理的・化学的性質によって、グラフェンの強固な原子骨格を完全に保存しつつ、様々な性質を局所的に付与する機能集積化への新しいアプローチを実証するものである。グラフェンの電子デバイス応用において最も本質的な課題は、スイッチングデバイス実現に不可欠なバンドギャップ形成である。単層グラフェンにおけるこれまでの提案は、ナノリボンやナノメッシュ形成など、グラフェンのカッティングを伴うものであった。本研究では、ポーラスアルミナを基板とし、グラフェンの貼り合わせだけで周期歪を導入し、バンドギャップを付与する方法が実現可能かどうかを検証した。ポーラスアルミナは従来用いられてきた陽極酸化によって形成し、貼り合わせたグラフェン形状を原子間力顕微鏡により観察した結果、ポーラスアルミナの規則的ナノ細孔に依存した変形が確認できた。また、ラマン分光においてグラフェン特有の信号に歪由来のピーク波数シフトが観測され、確かに歪が導入されていることが実証された。これらの成果は、グラフェンの炭素原子骨格を維持しつつバンドギャップを付与できる可能性を示す。化学的性質の制御においては、基板に貼り合わせたグラフェン表面の性質に及ぼす界面の水層の効果を明らかにし、また、基板表面の親水/疎水性という化学的性質が水層を通して基板表面に透過することを実証した。これらは、グラフェン表面の分子吸着特性を制御する有力な方法となる。本研究の目的は、原子一層という完全な二次元物質であるグラフェンにおいて、その原子ネットワーク構造に全く欠陥を導入することなく表面にナノスケールでデザインされた物性を付与し、パターン化し、グラフェン機能を高機能化する新しい技術体系を構築することである。グラフェンの物性制御は、官能基による表面の修飾や、バンドギャップを開くためのナノリボン形成など、グラフェン骨格に何らかの損傷を与えるものであった。本研究では、グラフェンを貼り合わせる基板の物理的・化学的性質によって、グラフェンの強固な原子骨格を完全に保存しつつ、様々な性質を局所的に付与する機能集積化への新しいアプローチを実証するものである。本年度は、グラフェンの電子物性に及ぼす基板とグラフェン界面の水の効果を明らかにし、グラフェンの物性が界面物質によって制御可能なことを示した。実験では、様々な湿度のもとでグラフェンをサファイア基板に転写し、ラマンスペクトルを測定した。界面の水層は、走査プローブ顕微鏡により可視化でき、その厚さは層構造を示す。また、界面の水はグラフェンにホールドーピングし、ラマンスペクトルのグラフェン由来の信号のピーク位置を変化させる。さらに、異なる面方位のサファイア、クォーツ、Si酸化膜の表面にグラフェンを貼り合わせ、ラマンスペクトルを測定した。その結果、基板表面の親水性とラマンスペクトルの相関が得られ、界面水のホールドーピング効果がここでも実証された。以上のように、本年度、界面の水の存在とグラフェン物性に及ぼす効果を体系的に明らかにし、界面によるグラフェンの物性制御の可能性を明瞭に示した。23年度はグラフェンと基板の界面に閉じ込められた水層がグラフェンの物性に及ぼす効果を明らかにし、裏面の性質によるグラフェンの物性制御が可能なことを明瞭に示すことができた。まず、グラフェンと基板の界面に閉じ込められた水層を、原子間力顕微鏡を用いて明瞭に観察することができた。この水の挙動の観察により、界面の水の被覆率を算出することができた。さらに、ラマン分光により、水によるドーピング効果を調べ、界面水の厚さとラマン信号シフトの関係を明確にし、グラフェン裏面によるホールドーピングの実証を行った。さらに、各種の面方位のサファイア、クォーツ、Si上の非晶質熱酸化膜などの基板にグラフェンを貼りあわせ、ラマン分光により系統的に裏面水層の影響を明らかにした。また、別の実験として、直接酸化物表面に貼りあわせた単層グラフェン表面上と数層グラフェン表面上における金ナノ粒子の挙動を観察し、微粒子の成長過程に明確に違いがあることも発見した。以上のように、23年度にグラフェンの炭素ネットワークを破壊することなく物性を制御できることを示すことができた。この制御には、ラマン分光スペクトルに現れる電子的性質や、金ナノ粒子の成長に現れる表面での原子の拡散過程など、様々な現象がかかわる。したがって、「炭素骨格を破壊することなく物性制御を図る」という当初目的に向け。計画以上の進展と認められる。

23年度の実験により、グラフェンと基板の界面の性質がグラフェン裏面の性質により制御できることが明らかとなった。しかし、23年度の制御は基板の性質により決定される水層の厚さを通したものであり、デバイス応用には適さない。24年度は、水層より安定な固体基板によってグラフェンの骨格を維持しつつ物性制御をおこなう方法を開拓する。すでに、酸化物固体表面のステップ配列などの構造制御を開拓してきており、さらに本研究の代表者の研究室で発見した化学ドメインの制御についても研究の蓄積を行ってきている。これらの表面構造制御技術を駆使して、安定なグラフェン表面の物性制御を図る。特に重要なのは電気的機能の発現である。表面の物理的構造と化学的性質のパターンニングなどにより、グラフェン骨格を維持したままpn接合の実現を図る。また、基板のストライプパターンによってグラフェンをカッティングすることなく異方性を付与し、安定したエッジを持つグラフェンナノワイヤの形成可能性を探る。実験設備は既存のものを使うので、研究費はグラフェン、基板、ガス、薬品、理化学用品などの消耗品が主体となる。また、最終年度であるので、成果の発信のための学会参加費と旅費に使用する。同時に、学会誌への投稿も必要であり、投稿費にも使用する。
アプイニシオ分子軌道計算を用いたホルナーエモンズ反応の反応経路の解明

ホルナーエモンズ反応の反応機構をアプイニシオ分子軌道計算を用いて調べた。反応基質してジフェニルホスホノ酢酸メチルのLi塩とアセトアルデヒドを用い、リチウムへの配位溶媒としてジメチルエーテル1分子を用いた。計算はハートリーホック法により基底関数として3-21G*を用いたところ、実験化学的に得られるシス選択性を説明できることがわかった。反応はリチウムエノラートのアルデヒドへの付加(TS1)、続くオキサホスフェタン形成(TS2)、リンでのシュードローテーション、P-C結合の開裂によるエノラートの形成、そしてβ脱離によるオレフィン形成によって進行することがわかった。ただし、P-C結合の開裂により生成するエノラートのβ脱離はほとんど自発的に起こり、従ってエノラートは中間体とは考えないほうが良いようである。TS1ではシス体の方が有利であるが、TS2ではトランス体の方が有利であった。25°C、ガス相でのギブス自由エネルギーを比較するとTS1とTS2のエネルギーはほぼ同程度で反応の選択性はないと言う結論となる。これに連続誘電体モデル(SCIPCM)によるバルクの溶媒効果を加えたところ、TS2の方がTS1より溶媒による安定化を受けやすいことが分かり、律速段階はTS1となるため、シスーオレフィンが主生成物になることが分かった。また、-78°Cにおいても同様の計算を行ったところ、溶媒効果を加えなくても温度を下げただけで律速段階はTS1となった。以上より、本研究ので行った計算は、温度効果および溶媒効果も含め実験で得られる反応の選択性を説明できることが分かった。反応基質としてジメチルホスホノ酢酸メチルのLi塩とアセトアルデヒドを用い、ハートリーホック法により基底関数として6-31+G^★を用いて計算したところ、実験化学的に得られるトランス選択性を説明できることがわかった。反応はリチウムエノレートのアルデヒドへの付加(TS1)、続くオキサホスフェタン形成(TS2)、リンでのシュードローテーション、P-C結合の開裂によるエノレートの形成、そしてβ脱離によるオレフィン形成によって進行することがわかった。ただし、P-C結合の開裂により生成するエノレートのβ脱離はほとんど自発的に起こり、従ってエノレートは中間体とは考えないほうが良いようである。TS1ではシス体の方が有利であるが、TS2ではトランス体の方が有利で、律速段階はオキサホスフェタン形成のTS2であるため、トランスーオレフィンが主生成物になることが分かった。また、ガス相での計算だけでなく、溶媒としてジメチルエテールを1ないし2分子リチウムに配位させた計算を行い、さらに連続誘電体モデルにバルクの溶媒効果を調べたところ、TS2の方がTS1より溶媒による安定化を受けやすいことも分かった。また、十分な溶媒による安定化を受けた場合には主にエントロピー項がトランス体生成に寄与していることから、反応温度を下げることにより(エントロピー項を減少させることにより)、シス体の比率を上げることができることが示唆された。実験、いくつかの脂肪族アルデヒドとのホルナーエモンズ反応をTHF中-78度で行い、0度の場合よりシス体の比率が劇的に上昇することが分かった。反応基質してジフェニルホスホノ酢酸メチルのLi塩とアセトアルデヒドを用い、リチウムヘの配位溶媒としてジメチルエーテル1分子を用いた。

ただし、P-C結合の開裂により生成するエノラートのβ脱離はほとんど自発的に起こり、従ってエノラートは中間体とは考えないほうが良いようである。TS1ではシス体の方が有利であるが、TS2ではトランス体の方が有利であった。25°C、ガス相でのギブス自由エネルギーを比較するとTS1とTS2のエネルギーはほぼ同程度で反応の選択性はないと言う結論となる。これに連続誘電体モデル(SCIPCM)によるバルクの溶媒効果を加えたところ、TS2の方がTS1より溶媒による安定化を受けやすいことが分かり、律速段階はTS1となるため、シスーオレフィンが主生成物になることが分かった。また、-78°Cにおいても同様の計算を行ったところ、溶媒効果を加えなくても温度を下げただけで律速段階はTS1となった。以上より、本研究ので行った計算は、温度効果および溶媒効果も含め実験で得られる反応の選択性を説明できることが分かった。
生理機能の総合モデルに基づく病態の定量化とその制御

脳低温療法の患者を対象に、複数生理機能(温熱、呼吸、循環、代謝、薬理)の統合モデルを構築し、生理機能と臨床処置との間の定量関係を解析した。それを基に、種々の制御則を用い、複数生理機能のシステム制御を試み、集中治療のための医療装置の統合を可能にした。また、脳糖ホメオスターシスに着目し、グルコース・インスリン・グルカゴン相互作用モデルを構築し、重症患者における高血糖症の病態メカニズムや糖尿病における高次脳機能の役割の解明に有益な知見を得ることができた。患者生理モデルを用いた理論解析は治療行為の評価、患者の予後予測、治療方策の設定、ひいては診断法や治療法そのものの発展に重要であり、その臨床的、理論的意義が極めて大きいと考えられる。本研究は患者の呼吸系、循環系、代謝系、酸塩基系、神経系の生理機能の相互作用を総合的にモデリングし、基本生理状態と臨床処置との定量関係を中心にした患者の病態生理機能モデルを構築すると同時に、臨床への応用のためのロバスト性を備えた生理機能の適応制御システムを確立する。脳低温療法に特化した複数の病的生理機能の集中管理法の発見は、脳低温療法の臨床に有益だけではなく、集中治療室における他の重症患者の全身管理およびそのための医療チーム編成にも有意義であり、理論的にも「システム医療」の実現につながると期待される。本年度は、脳低温療法の頭蓋内圧降下効果、患者の頭蓋内圧と脳温の集中管理、ならびに脳低温療法のための呼吸管理に焦点を絞って研究を行ってきた。具体的には、生体の解剖学の構造と生理学の機能を基に、生体を集中コンパートメント構造で近似し、温熱系、呼吸系、循環系と薬理系からなる患者の基本生理機能を統合的にモデリングした。次に、脳低温療法の臨床実際を考慮し、低温冷却による頭蓋内圧効果を構築した統合モデルを用いて始めて定量化した。また、体表冷却と利尿剤投与による脳温と頭蓋内圧の集中管理をシミュレートし、臨床処置と生理状態との間の定量関係を表す伝達関数行列を同定でき、脳温と頭蓋内圧の非干渉制御システムを設計した。統合モデルを脳低温療法の臨床の患者の代わりとして、モデルの脳温と頭蓋内圧の非干渉制御の有効性を検討した。さらに、構築した生理機能統合モデルを用い、健常と病態との間の距離を患者の病態の重症度として定量化し、そのシステム制御を行う予定である。本研究は集中治療室における重症患者の呼吸系、循環系、代謝系、酸塩基系、神経系の生理機能の同時集中管理を念頭に、各基本生理状態と臨床管理処置との定量関係を中心に、患者の病態生理機能の統合モデルを構築すると同時に、臨床応用のための生理機能制御システムの確立を目的としている。特に、脳低温療法の患者を研究対象に、複数の病的生理機能の新しい集中管理法の発見を試みる。したがって、本研究は脳低温療法の臨床に有益だけではなく、集中治療室における他の重症患者の全身管理およびそのための医療チーム編成にも有意義である。また理論的にも「システム医療」の実現につながると期待される。本年度では、これまでに構築した温熱系、循環系と薬理系の患者生理機能統合モデルを用いて、脳低温療法による頭蓋内圧亢進症管理のための麻酔薬投与法を制御シミュレーションにより検討した。また、統合モデルにおける内臓セグメントを肝臓、膵臓、腎臓と胃腸に分けて、血中グルコース、インスリンとグルカゴンのダイナミクスを同時に表現できるように、統合モデルを拡張した。それにより、集中管理下の重症患者の臨床に見られる高血糖症の病態メカニズムや糖尿病における高次脳機能の役割の解明に役に立つと考えられる。来年度は、外部医療機関との協力により、構築した生理機能統合モデルを内部モデルとし、複数の生理機能を同時に管理できる新しい制御則をまず確立する。次に、集中治療室における種々の医療装置の統合を試みる。さらにエアポンプ、シリンジポンプと体温管理装置を統合させ、呼吸、循環、代謝、薬理(麻酔)の集中管理を可能にする実験装置を構築する。本研究は集中治療室における重症患者の呼吸系、循環系、代謝系、酸塩基系、神経系の複数生理機能の同時集中管理を念頭に、各基本生理状態と臨床管理処置との間の定量関係を中心に、患者の病態生理機能の統合モデルを構築すると同時に、臨床応用のための生理機能制御システムの確立を目的としている。特に、脳低温療法の患者を研究対象とし、複数の病的生理機能の新しい集中管理法の発見を試みる。それにより、本研究は脳低温療法の臨床に有益だけではなく、集中治療室における他の重症患者の全身管理及びそのための医療チーム編成にも有意義である。

また理論的にも「システム医療」の実現につながると期待される。.2008年度では、これまでに構築した呼吸系、温熱系と循環系の統合モデルを用いて、脳低温療法に相応しい呼吸管理法を提案し、種々理論検討を可能にした。特に、これまでの臨床で独立的に調整されている水冷ブランケットと人工呼吸器の統合に有益な知見を得ることができた。また、構築した生理機能の統合モデルを拡張し、グルコース・インスリン・グルカゴンのダイナミクスを表現可能にした。それにより、本研究者により新たに提案した脳糖ホメオスターシスの概念を確立でき、特に糖尿病におけるストレスと脳の役割を定量的に検討可能となった。また、2008年度では、構築した生理機能統合モデルの正当性を脳低温療法の臨床患者データを用いて検証可能にした。さらに、脳低温療法の臨床実際を支援するために、エアポンプ、シリンジポンプと水冷ブランケットなどの生理機能管理装置を統合させ、呼吸、循環、代謝、薬理の集中管理を可能にする実験装置の構築にも着手した。