hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
瞬目反射条件付けの分子神経機構の解明

小脳半球では虫部に比べて弱い応答が記録された。[川原,渡辺]3.瞬目反射条件付けの弁別課題を用いて,長期記憶の獲得中および発現時における海馬,内側前頭前野,聴覚野などの脳波を解析したところ,海馬においてシータ波成分が高まっている場合に音に対して正しく条件応答を出すことが明らかとなった[川原]。4.従来報告によると,in vivo脳ではμMレベルのNOが産生されている可能性がある。これまで脳神経系でのNO産生濃度は一般にnMレベルであったため,この報告を受けてμMレベルのNO濃度まで対応できるよう実験系を変更した。[北村]5.食餌誘発の2型糖尿病モデルマウスにおいて,海馬依存性が高い瞬目反射条件付けトレース課題の学習が有意に傷害されることを明らかにした。また,このモデルマウスの海馬において,カンナビノイド受容体の発現量増加を確認した。[窪田]6.野生型マウスC57BL/6Jの聴性脳幹反応(ABR)の経時的変化を調べたところ,低周波数(1kHz)の音刺激を用いた場合,950週令ではほとんど閾値に差はなく,60週令以上では閾値が上昇していた。高周波数(10kHz)の場合でも,加齢に伴い徐々に閾値が上昇していた。[桐野,北村]1. MAPキナーゼキナーゼの一種であるMEK1のドミナントネガティブ体(dnMEK1)を、小脳プルキンエ細胞に発現させたマウスに瞬目反射条件づけを行ったところ、学習が阻害された。この結果はプルキンエ細胞内MEK-ERKカスケードが運動学習に必須であることを示し、小脳学習でのMEKの生理機能が初めて明らかになった。2. GABA合成酵素の一種であるGAD67の発現が抑制されたマウスに瞬目反射条件づけを行ったところ、学習が阻害された。この結果は小脳における正常な抑制性シナプスの発達が運動学習に重要であることを示し、記憶の分子基盤においてシナプス機能とその発達を結び付ける結果として興味深い。3.瞬目反射条件づけにおいて小脳依存性が高いDBA/2マウスと野生型C57BL/6マウスを頭部固定下で学習させた。DBA/2は遅延課題は学習したが、上位中枢依存性が高いトレース課題では顕著な学習障害を示した。一方、C57BL/6は両課題とも学習した。以上より、頭部固定条件下で行う光学測定では、小脳解析にはDBA/2を、海馬を含む上位中枢解析にはC57BL/6を用いると良いことが示唆された。4.文脈依存的瞬目反射弁別課題における海馬シータ波成分は、弁別の手がかりとなる光刺激の開始とともに増加することが多いが、シータ波成分が高い場合には音刺激のみで条件応答を出す(記憶の発現)ことがわかった。また、聴覚野で光刺激に応答して自発発火頻度が変化するニューロンが見つかった。これらの結果は、上記課題において記憶の発現に海馬と聴覚野が関与することを示唆する。5.老化促進マウスSAMP8(10週令)は瞬目反射条件づけに障害が見られるが、聴性脳幹反応はC57BL/6(9週令)と差はなかった。この結果から、SAMP8は瞬目反射条件づけに関わる小脳や海馬機能の解明に有効であることが改めて示された。
空力損失と音響パワー検定による球面状反射板を含む先進的消音器の総合性能評価

この研究は研究代表者1名が非常勤博士研究員1名、博士後期課程学生1名、博士前期課程学生5名および学部学生4名とともに実施した。1.推力測定風洞の完成噴流を垂直に噴出する装置を製作した。集合胴下部に加重検出センサーを設けることにより、容易に正確な測定ができるようになった。特に、ノズル装着フランジを改善し圧力損失を取り除く等の改良により、推力測定風洞を完成した.2.推力計測球面状反射板がない場合とある場合の推力を計測した。球面状反射板を付けると、流れが安定し衝撃波構造が下流まで延長し、ジェットスクリーチは消滅したが推力はやや減少した。また、各種多孔管の推力を測定し、高圧域において推力上昇を確認した.3.音響パワー測定残響室において、球面状反射板がない場合および種々の曲率半径球面状反射板について、圧力比を2から6の範囲で音響パワーを計測した。両者の比較により、球面状反射板の消音効果を定量的に求めた。ノズル装着フランジの不整合を改善し、正確な音響パワーの計測を行った.4.多孔管、スロット管を用いた消音器特性調査、機械式消音器の総合評価多孔管を取り付けた場合の推力と音響パワーを残響室にて計測し、総合評価を行い、空隙率の果たす役割を明らかにした.この研究は研究代表者1名が非常勤博士研究員1名、博士後期課程学生1名、博士前期課程学生5名および学部学生4名とともに実施した。ノズル装着フランジの不整合を改善し、正確な音響パワーの計測を行った.4.多孔管、スロット管を用いた消音器特性調査、機械式消音器の総合評価多孔管を取り付けた場合の推力と音響パワーを残響室にて計測し、総合評価を行い、空隙率の果たす役割を明らかにした.この研究は研究代表者1名が博士後期課程学生1名、博士前期課程学生2名および学部学生2名とともに実施した。1.推力測定風洞の製作噴流を垂直に噴出する装置を製作した。ただ、ノズル装着フランジに圧力損失を取り除くための改善が必要であることがわかった。2.推力計測球面状反射板がない場合とある場合の推力を計測した。3.音響パワー測定残響室において、球面状反射板がない場合および種々の曲率半径球面状反射板について、圧力比を2から6の範囲で音響パワーを計測した。ノズル装着フランジの不整合によると思われる特異音の発生があり、改善を要する。4.多孔管、スロット管を用いた消音器特性調査、機械式消音器の総合評価多孔管を取り付けた場合の推力と音響パワーを残響室にて計測した。5.これまでの成果を国内で開催される国際会議7th ISAIF(2005年、東京)およびポルトガルで開催された第12回ICSVで発表した。この研究は研究代表者1名が非常勤博士研究員1名、博士前期課程学生3名および学部学生2名とともに実施した.1.推力測定風洞の完成噴流を垂直に噴出する装置を製作した.集合胴下部に加重検出センサーを設けることにより、容易に正確な測定ができるようになった.ただ、ノズル装着フランジを改善し圧力損失を取り除いた.2.推力計測球面状反射板がない場合とある場合の推力を計測した.球面状反射板を付けると、流れが安定し衝撃波構造が下流まで延長し、ジェットスクリーチは消滅したが推力はやや減少した.また、各種多孔管の推力を測定し、高圧域において推力上昇を確認した.3.音響パワー測定残響室において、球面状反射板がない場合および種々の曲率半径球面状反射板について、圧力比を2から6の範囲で音響パワーを計測した.両者の比較により、球面状反射板の消音効果を定量的に求めた.ノズル装着フランジの不整合を改善し、正確な音響パワーの計測を行った.4.多孔管、スロット管を用いた消音器特性調査、機械式消音器の総合評価多孔管を取り付けた場合の推力と音響パワーを残響室にて計測し、総合評価を行い、空隙率の果たす役割を明らかにした.
完備化に基づくプログラム自動変換の研究

関数型言語MLによるプログラムを対象として、完備化に基づくプログラム融合変換の実験を計算機上で行ない、その動作確認を行うとともに、その変換能力の拡張を試みた。また、融合変換を書き換えシステムの等価変換手続きとしてモデル化し、その動作原理の理論的な解明を進めた。(1)完備化による変換例の収集完備化による融合変換能力を調査するための基礎データとして、計算機上の実験による融合変換の成功例・失敗例の収集を進めた。実験方法は次の通りである。(i)MLプログラムPからP'への融合変換例を文献等から収集(iii)Rに対して完備化手続きを適用して完備な項書き換えシステムR'に自動変換(iv)得られたR'とP'を比較して完備化による融合変換が成功か否かを判定さらに、変換が失敗した場合には、どのような補題を追加すれば変換が成功するかの実験も合わせて行った。なお、実験対象としたプログラムは、自然数上の関数、リスト処理関数、ブール関数などである。以上の実験を通して当初予定していた基礎データを収集することができた。(2)融合変換の成功条件の解析関数型プログラムの融合変換手続きが必ず成功するための条件に関しては、Wadler(1988)、Chin(1994)、Seidl(1994)、Seidl-Sorensen(1998)らの研究が知られている。しかし、評価メカニズムの違いから、これらの成功条件をそのまま項書き換えシステムに適用することは困難である。そこで、項書き換えシステムに基づいた融合変換手続きの形式的モデルを作成し、融合変換手続きの停止条件に焦点を絞った解析を進めた。その結果、変換途中で生成される項の正規形の個数が高々有限となるための条件と、融合変換手続きの停止条件は密接に関係していることが明らかになった。
消化管内視鏡画像解析による客観的指標の構築と汎用診断支援システムの開発

平成30年度は、これまでに開発している大腸NBI拡大内視鏡画像のためのリアルタイム診断支援ハードウェアをベースシステムとして、非拡大画像と高精細画像をリアルタイム処理が可能なアーキテクチャを開発することを目指した。具体的には、以下のコア技術を開発し、検証により改善を行った。まず、局所・大域特徴量を融合した特徴抽出手法の開発を行った。非拡大画像や高精細画像では、識別領域が広範囲に及ぶため、これまでに開発しているDSIFTによる局所特徴のみでは、識別がうまく行かない場合がある。そこで,広範囲の病変部位等の構造に着目した大域特徴を抽出することが可能なCNNによる特徴抽出する方式を開発した。提案手法では、一般物体検出のためのImageNet画像データベースで学習済みのCNNとしてAlexNetを特徴抽出器として使用し、内視鏡画像に適用することで多次元の特徴ベクトルの抽出を可能とした。そして得られた特徴量を使用して、SVMによる病理タイプ分類を行う手法を開発した。開発したCNN特徴とSVM分類を適用した診断支援システムをカスタマイザブルなDSPコアであるTensilica Vision P6 DSPコアに実装し、ソフトウェアとハードウェアの観点から評価・検証を行った。特に本研究では、内視鏡の動画像処理に向けたシステムの処理性能の改善のために、システム全体の処理サイクル数のプロファイリングを行い、改善の影響が大きい処理の特定し、その改良を行った。その結果改良前と比較して処理サイクル数を70%削減することができ、200 MHzでシステムを動作させた場合に約41 fpsのフレームレートを実現することが可能となり、入出力処理のシステムオーバヘッドを加味してもリアルタイム処理が実現可能であることを示すことができた。平成30年度においては、我々は大腸NBI拡大内視鏡にて同一条件で大腸腫瘍性病変・非腫瘍性病変の撮影およびFull HD画像の静止画像と動画像の集積を行い、この静止画像・動画像を元に内視鏡専門医が病理組織診断を反映する最も悪性度の高い領域の抽出、及び、コンピュータ診断に適した診断基準に基づくデータベース化を行ってきている。特に、動画像は静止画像と異なり、画像中に色ずれやボケが存在するだけでなく、内視鏡スコープや被写体が動くため、撮影される画像の倍率が一定でないという問題点がある。更に、内視鏡の開発は現在も進んでおり新たな機種が開発されている。機種間で内視鏡画像が異なることは周知の事実であるが、そのため機種ごとにデータベースを作成することは画像認識システムの一般化において問題となる。そこで、機種間の相違をなくすため新機種による少数の適切な学習用画像によるデータベースを作成し、深層学習と機械学習を組み合わせた手法の学習方法を改良することにより、これまで作成した大量のデータベースを再利用することにより、最新の内視鏡システムにおいても使用可能な画像認識システムの基盤技術の開発を行った。そして開発した新しい手法を用いて、最新機種においても病理組織診断を反映して、国内で統一された分類であるJNET分類に対応したType 1, Type 2A, Type 3と高値になるような定量的な数値を医師に提示する画像認識システムの設計に関する基盤技術を実施することができた。これらの研究実績は、当初予定していた計画より進んでおり、また、当初予想されなかった実際の内視鏡の動画像の複雑な画像に対する新しい知見と課題を発見することができ、その課題に取り組むことが可能となり、現在、この課題を解決する方法を開発中である。平成31年度は、30年度に引き続き、以下の5項目について評価・検証を行い、より信頼性の高い診断支援システムのためのアルゴリズムとアーキテクチャの改良を実施する.(A)NBI拡大・非拡大内視鏡画像データ集積と臨床試験によるシステムの高精度化、(B)腫瘍NBI拡大内視鏡画像データベースの再利用を行う転移学習アルゴリズムの開発、(C)NBI非拡大内視鏡画像の定量化を行う画像診断システムの設計、(D)高精細な拡大・非拡大内視鏡画像をリアルタイム処理する診断支援アーキテクチャの開発、(E)FPGAプロトタイプシステム試作とNBI内視鏡動画像に対する臨床試験。特に、以下の4つのコア技術を開発し、検証により改善を行う。1局所・大域特徴量を融合した特徴抽出アルゴリズムとアーキテクチャの開発を行う。非拡大画像や高精細画像では、識別領域が広範囲に及ぶため、開発しているCNN特徴抽出による広範囲の病変部位等の構造に着目した大域特徴を抽出する手法を改良し、より信頼性の高い手法を開発する。2これまでに集積している内視鏡の動画像に対して、自動的に病変部をアノテーションする方法を検討し、得られた画像データを用いて学習することにより、動画像に対する識別精度の向上を目指す。3病変以外を除去し、病変部では識別率が高値となるようにするために、深層学習と機械学習を用いたタイプ識別部に対して、これまでに提案しているピラミッド型識別の新しいバリエーションを考案し、ハードウェア実装に向いた方式を開発する4動画像の高速処理のために、新たに診察時のリアルタイム診断支援に適したインターレーススキャン方式による画像解析手法を考案し、病変部以外を処理の早い段階(階層)で検出・除外することで、処理データの削減とリアルタイム処理を実現する手法を開発する。平成29年度は以下の3つを重点的に行った。(A)NBI拡大・非拡大内視鏡画像データ集積と臨床試験によるシステムの高精度化,(B)腫瘍NBI拡大内視鏡画像データベースの再利用を行う転移学習アルゴリズムの開発,(C)NBI非拡大内視鏡画像の定量化を行う画像診断システムの設計。

まず(A)では,これまでに開発を行った病理組織診断を反映して非腫瘍性病変(Type A),腺腫(Type B),粘膜内癌・浸潤癌(Type C3)と高値になるような定量的な数値を医師に提示する画像認識システムの臨床試験による検証を行った。そして得られた内視鏡画像と画像認識結果のうち特に誤診と見なされる内視鏡画像を集積し、適切な診断基準のもとにラベル付けを行い学習用画像として使用することによりさらに高品質なデータベースの作成を行った。また,(B)では,機種間の相違をなくすため新機種による少数の適切な学習用画像によるデータベースを作成し、転移学習を行いこれまで作成した大量のデータベースを再利用することにより、光学的には異なる画像である最新の内視鏡システムにおいても使用可能な画像認識アルゴリズムを構築した。そして,(C)では,大腸NBI非拡大内視鏡にて腫瘍性病変および非腫瘍性病変の撮影および画像の保存を行った。そして、病理組織診断を反映するコンピュータ診断に適した画像診断基準に関して、検討を実施した。これには局所特徴量と大域特徴量の2つを取り入れた特徴抽出と特徴量変換アルゴリズムを新規に開発し、これを用いて病変部以外の領域を除外し、病変部では病理組織診断を反映して腫瘍部分が高値になるような定量的な認識アルゴリズムを開発した。これまで我々は大腸NBI拡大内視鏡にて同一条件で大腸腫瘍性病変・非腫瘍性病変の撮影およびHi-vision画像(1440×1080画素)の保存を行い、この画像を元に内視鏡専門医が病理組織診断を反映する最も悪性度の高い領域の抽出、及び、コンピュータ診断に適した診断基準に基づくラベル付けを行い、データベース化を行ってきた。一方、内視鏡の開発は現在も進んでおり新たな機種が開発されてきている。機種間で内視鏡画像情報が異なることは工学的には周知の事実であるが、そのため機種ごとにデータベースを作成することは画像認識システムの一般化において問題となる。そこで、本年度の研究では機種間の相違をなくすため新機種による少数の適切な学習用画像によるデータベースを作成し、転移学習を行いこれまで作成した大量のデータベースを再利用することにより、光学的には異なる画像である最新のFull HD(1920×1080)で保存された内視鏡システムにおいても使用可能な画像認識システムの基盤技術の開発を行った。更に、最新の内視鏡による適切な転移学習用の内視鏡画像の撮影を行い、転移学習に適した診断基準に基づくラベル付けとデータベース化を行った。構築された画像データベースをもとに、開発する転移学習システムを用いて、最新機種においても病理組織診断を反映してType A, B, C3と高値になるような定量的な数値を医師に提示する画像認識システムの設計に関する基盤技術を実施することができた。これらの研究実績は、当初予定していた計画より進んでおり、また、当初予想されなかった実際の内視鏡の動画像の複雑な画像に対する新しい知見と課題を発見することができ、その課題に取り組むことが可能となり、現在、この課題を解決する方法を開発中である。
複数衛星系を用いた高精度測位のための誤差電波検知による衛星選択手法の構築

現在、衛星測位はGPS、GLONASS、QZSS、Galileoといった複数のシステムの登場により、周囲に遮蔽物が存在する環境でも測位に必要な衛星数を確保しつつある。これにより、回折や反射によるマルチパスの影響を受ける衛星を排除しても高精度な測位結果が得られる可能性がある。本研究では、受信機から得られる各衛星の信号強度と搬送波位相からマルチパスの影響を受ける衛星を検知する手法を提案し、測位に使用する衛星を選択する手法の構築を行った。その結果、信号強度および信号の異なる2種類の搬送波位相変化量の差を指標とすることで、静止時、移動時の測位における厳密解(Fix解)の取得率の改善が確認された。衛星測位システムはGPSのほか、GLONASS、QZSS、Galileoといった新たな衛星系の運用により上空視界の悪い都市部等でも測位可能な環境が整いつつある。一方、高精度衛星測位では、電離層遅延のほか、反射波と回折波によるマルチパスの影響を受ける衛星電波の受信により測位精度の劣化が想定される。そこで、各衛星の観測値に含まれる信号強度と搬送波位相を用いてマルチパスの影響を受ける衛星を検知する手法を構築するものとし、衛星系の組合せを考慮して測位計算に使用する衛星の選択を行うものとする。本年度は下記の内容を実施した。1マルチパスに関する調査衛星測位におけるマルチパス検知手法について、不可視衛星からの回折波を検知する手法としては、上空写真および3次元点群データによる地物情報と衛星の位置情報を組合せた方法が報告されている。また、GPSの新民生波であるL5、QZSS、Galileoの電波については、GPS、GLONASSのL1C/A、L2P電波と同様に信号強度を用いた回折波の検知が可能であるか確認を行った。2マルチパス検知手法の検討信号強度および周波数の異なる2種類の搬送波位相の変化量を用いたマルチパス検知手法について、周囲に遮蔽物のない観測点と周囲に遮蔽物が存在する観測点で同時に各衛星の観測値を取得したデータを使用し検討を行った。まず、受信機間の信号強度の差を指標としたマルチパス検知手法について検討を行った結果、衛星が不可視となり回折波が受信される場合、可視時と比較し指標値が小さくなる傾向が見られた。また、受信機間の搬送波位相の変化量の差を指標とした手法について検討を行った結果、衛星が可視時では指標値がゼロに近くなり、不可視時では差が大きくなる傾向が見られた。これらの指標を用いることで、マルチパスの影響を受ける衛星電波の検知が可能になるものと考えられる。GPS、GLONASS、QZSS、Galileoの各衛星の観測値を取得したデータを使用して、信号強度の差と搬送波位相の変化量の差によるマルチパス検知手法を検討した結果、衛星電波の種類に関わらず、不可視衛星からの回折波によるマルチパスの影響を受ける衛星を検知し、測位計算に使用する衛星を選択する際に考慮すべき指標となることを確認した。今年度の課題としては、マルチパス検知手法をもとに測位計算に使用する衛星を選択する際に、マルチパスの有無を判別する基準値の設定が挙げられる。具体的には、搬送波位相の変化量の差による手法において指標算を算出した際、組合せた衛星電波の種類および衛星の仰角によって、マルチパスの影響を受けた際の指標値の傾向が異なるため、各々の条件に応じた基準値の設定が必要になるといえる。衛星測位はGPS、GLONASS、QZSS、Galileoの複数のシステムの運用により、上空視界の悪い都市部等においても観測可能な衛星数が増加傾向にある。このため、回折波や反射波によるマルチパスの影響を受ける衛星の除去を行っても、衛星測位の実施が可能になりつつあり、今後、該当する衛星を除去する手法の有効性はより高まるものと考えられる。昨年度は、受信機間の信号強度の差および周波数の異なる2種類の搬送波位相の変化量の差を指標としたマルチパス検知手法について検討を行い、不可視衛星からの回折波の影響を受ける衛星の判別が可能であることを確認した。今年度は、検討したマルチパス検知手法を使用し下記の内容を実施した。1搬送波位相の変化量の差による指標の基準値の設定昨年度の検討結果より、搬送波位相の変化量の差による指標ついて、組合せた衛星電波の種類および衛星仰角によって指標値の傾向が異なる結果が得られた。よって、周囲に遮蔽物のない2つの観測点に受信機を設置して観測値を取得し、マルチパスの影響を受けない場合の指標値の傾向を衛星電波の組合せ別に算出し、マルチパスの有無を判別する基準値を算出した。2マルチパスの影響を受ける衛星の除去効果に関する検証受信機間の信号強度の差と搬送波位相の変化量の差による指標ついて、マルチパスの影響を受ける衛星の判別手法として使用した場合の効果を検証するため、静止時と移動時において、周囲に遮蔽物のない観測点と周囲に遮蔽物が存在する地点で各衛星の観測値を同時取得した。取得した観測値より、衛星毎のマルチパスの影響の有無を指標別に算出し、該当する衛星を排除して測位計算を実施した結果、衛星排除前と比較し静止時と移動時ともにFix解の取得率が増加する傾向が見られた。また、静止時においては、受信機を設置した地点を中心とするFix解の分布についても小さくなる傾向が見られた。

周囲に遮蔽物が点在する地点で静止測位と移動測位を実施し、得られた観測値に対して信号強度の差と周波数の異なる2種類の搬送波位相の変化量の差によるマルチパス検知手法を適用した結果、誤差の有無を判別する基準値を設定して衛星を排除することで、衛星排除前と比較しFix解の取得率、および取得したFix解の精度が向上することを確認した。また、搬送波位相の変化量の差による手法では、可視衛星からの反射波の影響を受ける衛星の判別についても可能であることを確認した。よって、本手法は測位計算時に衛星を選択する場合、考慮すべき指標になるといえる。今年度の課題としては、搬送波位相の変化量の差によるマルチパス検知手法において、不可視直後の衛星の検知率の向上が挙げられる。搬送波位相の変化量の差による手法において、組合せた双方の搬送波位相のマルチパスの影響が同じ場合、変化量が同一となり、マルチパスの影響を受けない場合と同じ指標値が算出される。そのため、一定時間取得した指標値の傾向について確認が必要となり、エポック数が不足または過剰な場合、移動測位時において瞬時に不可視となった衛星に対しては検知が不完全となる場合がある。なお、信号強度の差による手法では、搬送波位相の変化量の差による手法と比較し、不可視衛星の検知率が高くなる傾向が見られたが、伝搬経路上の周囲に遮蔽物が複数存在する場合、可視衛星であるにも関わらず指標値が不可視衛星と判断する基準に達してしまい、マルチパスの影響を受けない衛星を排除対象とする場合が見られた。よって、不可視衛星の検知率を向上させるため、搬送波位相の変化量の差により得られる指標において、組合せた衛星電波の種類に応じて適切なエポック数を用いて衛星を判別する手法が必要であるといえる。現在、衛星測位はGPS、GLONASS、QZSS、Galileoの運用により、上空視界の悪い環境下でも、測位に必要な衛星数を確保しつつある。そのため、回折や反射によるマルチパスの影響を受ける衛星を排除しても測位計算が可能となることが予想される。昨年度は、受信機間の信号強度の差および信号の異なる2種類の搬送波位相の変化量の差の較差を指標としたマルチパス検知手法の効果について検証し、測位計算に適用することでFix解の取得率の向上が確認された。この結果より、誤差要因となるマルチパスの影響を受ける衛星を検知し、高精度な測位において使用する衛星を選択する手法の構築が行えたが、一方で回折の影響を受ける衛星について一部検知できない課題も確認された。そこで、今年度は前述の課題に対応するため、マルチパス検知に使用する指標値の算出方法について新たに検討した。衛星がマルチパスの影響を受ける場合、受信された搬送波位相の変化量の差は信号毎に異なる結果を示すようになる。この点に着目し、得られた変化量の差の推移を受信機毎に移動平均を用いて確認することで、測位に使用する衛星の選択を可能としていた。一方で、本手法で得られる指標は、搬送波位相の変化量の差を求めた際の値の符号までは考慮しておらず、受信機間で変化量の大きい搬送波が異なっても同じ影響として処理されていた。そこで、今年度は各搬送波の変化量の大きさも考慮してマルチパスの影響を示す指標を新たに検討し、得られた指標値の推移については受信機毎に標準偏差を用いて確認を行った。その結果、従来手法では検知が困難であった回折の影響を受ける衛星についても検知が可能となり、Fix解の取得率の向上も確認された。
三次性上皮小体機能亢進症における遺伝子欠失の検討

三次性上皮小体機能亢進症患者の手術検体からDNAを抽出してDNA多型プローブ(pH3H2,pEFD145,pINT800,p9A7,p9D11,p30-1-60,pEFD64.1,pYNZ86.1等)の選択を行い、さらに、得られた上皮小体組織および正常組織のDNAを制限酵素(TaqI, MspI, HindiIII, RsaI, PvuII等)で消化してアガロースゲル電気泳動、サザントランスファー、プローブのアイソトープによるラベリングを経てサザンブロットハイブリダイゼーションを完成させた。プローブの標識はランダムプライマー法を用いた。以上のようなrestriction fragment length polymorphism analysis(RFLP解析)により検討した。方法としては手術検体を用いて先程のRFLP解析を行い、染色体2p、3p、17p上のloss of heterozygosity(LOH)およびreplication error(RER)の有無を調べた。結果は1例のみ染色体2p、3p上のLOH陽性を示したが、RERは検出されず染色体17p上においてはLOH・RERともに検出されなかった。LOH陽性の判定は片方の対立遺伝子の消失を観察した。残りの3例ではどの染色体領域においてもLOH・RERとも検出されなかった。この結果に加え、5/6腎摘出したラットにより腎不全ラットモデルを作製して、慢性的な尿毒症状態を持続させて腹膜潅流を用いてカルシウムの値を操作することにより二次性さらに三次性上皮小体機能亢進症のラットモデルを作製した。このラットモデルより採取した上皮小体についても同様にRFLP解析を行い、続発性上皮小体機能亢進症における尿毒症の状態が染色体異常に及ぼす影響について、すなわち続発性上皮小体機能亢進症において慢性的に尿毒症の状態が続き上皮小体がもはや血中カルシウム値と関わりなく自律性をもってPTHを分泌するに至る過程で、いくつかの染色体領域においてLOH陽性などの異常がみつかっており、有意義な結果が得られている。平成13年度は三次性上皮小体機能亢進症患者の手術検体からDNAを抽出し、DNA多型プローブの選択を行った。さらに、得られた上皮小体組織および正常組織のDNAを制限酵素で消化し、アガロースゲル電気泳動、サザントランスファー、プローブのアイソトープによるラベリングを経てサザンプロットハイプリダイゼーションを完成させた。平成14年度の腎不全ラットモデル作製の準備もこれから始める予定である。
ネパール産生薬Embelia ribesの抗鞭虫作用成分に関する研究

ネパール産生薬Bayubidangaは,ヤブコウジ科に属するEmbelia ribesの果実で古来条虫駆除薬として知られているが,最近鞭虫や鉤虫にも有効であると報告されているので,その有効成分を明らかにする目的で本研究を行った.さらに,embelinの沸騰水及びメタノール(有機溶媒)中での分解の様相を明らかとし,熱水との接触によってdimer(二量体)に,メタノール処理ではO-methylembelinに変化することを証明した.次いで,embelin及びその誘導体のin vivoの活性をネズミ鞭虫(T.muris)を感染させたマウスを用いて試験した.Hydrocortisone acetate前処理によって感染を成立させたBALB/cマウスに対しては,試験したE.ribes煎剤,embelin,その誘導体のうちpotassium embelateのみが,既知の抗鞭虫薬mebendazoleに匹敵するかなりな効果(治癒率70-100%)を示したが,他は無効であった.一方,predonisolone butylacetate前処理によって感染を成立させたマウス(BALB/c,ICR共)に対しては,potassium embelateもmabendazoleも無効であり,感染の方法が後投与の薬物の効果に大きく影響を与えることが示唆された.これに反して,ivermectinは全てのマウスに有効であった.ネパール産生薬Bayubidangaは,ヤブコウジ科に属するEmbelia ribesの果実で古来条虫駆除薬として知られているが,最近鞭虫や鉤虫にも有効であると報告されているので,その有効成分を明らかにする目的で本研究を行った.さらに,embelinの沸騰水及びメタノール(有機溶媒)中での分解の様相を明らかとし,熱水との接触によってdimer(二量体)に,メタノール処理ではO-methylembelinに変化することを証明した.次いで,embelin及びその誘導体のin vivoの活性をネズミ鞭虫(T.muris)を感染させたマウスを用いて試験した.Hydrocortisone acetate前処理によって感染を成立させたBALB/cマウスに対しては,試験したE.ribes煎剤,embelin,その誘導体のうちpotassium embelateのみが,既知の抗鞭虫薬mebendazoleに匹敵するかなりな効果(治癒率70-100%)を示したが,他は無効であった.一方,predonisolone butylacetate前処理によって感染を成立させたマウス(BALB/c,ICR共)に対しては,potassium embelateもmabendazoleも無効であり,感染の方法が後投与の薬物の効果に大きく影響を与えることが示唆された.これに反して,ivermectinは全てのマウスに有効であった.土壌伝播寄生虫感染症の多くは安価で駆虫効果の高い広域駆虫薬の出現によってコントロールが容易になってきた。鞭虫症についてもmebendazoleが開発され,臨床的に用いられている。しかし,完全駆虫が困難であることと薬価が高いことから,より安価でかつ駆虫効果の高い抗鞭虫薬の開発が望まれている。ネパールの生薬Emberia ribesは従来から条虫駆除薬として用いられてきたが,最近,鞭虫に対しても効果があると報告され注目を集めている。我々は,この生薬中に含まれる有効成分を解析するために,まず,イヌ鞭虫(Trichuris vulpis)あるいはネズミ鞭虫(T.muris)を用いたin vitroの実験系を開発した。この系を用いて解析し,E.ribesのエーテル抽出部よりembelin(4%)とともに,リノール酸およびパルミチン酸のグリセッドを分離した。熱水抽出部にも殺鞭虫効果がみられるが,本文画にはembelinは含まれておらず,glycerol,fructose,gallic acidが單離された。このうち,強い殺鞭虫作用がembelin(MLC=0.01mg/ml)とgallic acid(MLC=0.5mg/ml)に認められ,E.ribesの殺鞭虫活性成分は複数存在することが明らかとなった。また,T.muris感染マウスを用いてin vitroでの駆虫効果を検討し,embelinが2mg/kg,3回投与で70-90%の駆虫率を示すが,その駆虫様式はmebendazoleとは異なり遅効型であることを明らかとした。また,E.ribesを水と煮沸するとembelinは変化をうけるが,この変化物質を精製し,それが2量体型構造を有することを明らかとした。本物質を含め,embelin以外のものの駆虫効果の検討は,次年度の課題の一つである。ネパール産生薬Bayubidangaは,ヤブコウジ科に属するEmbelia ribesの果実で古来条虫駆除薬として知られているが,最近鞭虫や鉤虫にも有効であると報告されているので,その有効成分を明らかにする目的で本研究を行った.さらに,embelinの沸騰水及びメタノール(有機溶媒)中での分解の様相を明らかとし,熱水との接触によってdimerに,メタノール処理ではO-methylembelinに変化することを証明した.次いで,embelin及びその誘導体のin vivoの活性をネズミ鞭虫(T.muris)を感染させたマウスを用いて試験した.

Hydrocortisone acetate前処理によって感染を成立させたBALB/cマウスに対しては,試験したE.ribes煎剤,embelin,その誘導体のうちpotassium embelateのみが,既知の抗鞭虫薬mebendazoleに匹敵するかなりな効果(治癒率70-100%)を示したが,他は無効であった.一方,predonisolone butylacetate前処理によって感染を成立させたマウス(BALB/c,ICR共)に対しては,potassium embelateもmebendazoleも無効であり,感染の方法が後投与の薬物の効果に大きく影響を与えることが示唆された.これに反して,ivermectinは全てのマウスに有効であった.
磁気トンネル効果の高周波インピーダンス特性に関する研究

次世代の超高感度再生用磁気ヘッドとして,スピントンネル磁気抵抗効果を用いた磁気ヘッドの研究が進められている.しかし,スピントンネル素子には絶縁層が存在し,大きな電流を流すことができないため,従来の磁気センシング方法では,大きな出力が得られないという問題が生じている.そこで,昨年度,スピントンネル素子をハートレー発振回路内に挿入し,磁場変化を発振の有無で検出する新しい高感度磁気センシング方法を提案し,従来の数十倍の高出力で信号を検出することを報告した.しかしながら,エラーレート,立ち上がり時間,立ち下がり時間に関する応答特性は調べられていない.そこで,本研究では,上記の応答特性を調べることを目的とした.初めに,スピントンネル素子の等価回路を用いて,応答特性を調べた.その結果,10^<-7>以下のエラーレートを維持するには,10Ω以上の抵抗変化分が必要であることがわかった.立ち上がり時間の平均値は,数μsとなり,発振周期程度であることがわかった.これは,高速立ち上がりが可能であることを示す.しかしながら,立ち下がり時間の平均値は,数百μsとなり,発振周波数の数10倍以上であることがわかった.これは,高速立ち下がり時間の実現が困難であることを示す.そこで,その問題を解決するため,帰還部にスイッチング回路を設置することを考案した.その結果,立ち下がり時間の平均値は,数十μsとなり,発振周波数の数倍程度であることがわかった。これは,高速立ち下がり時間が可能であることを示唆する.次に,スピントンネル素子を用いて,応答特性を調べた.その結果,上記とほぼ同様の結果を得た.以上の結果から,本研究で提案した新しい磁気センシング方法は,次世代の高極度再生用磁気ヘッドとして大きな可能性があると考えられる.磁気記録の高密度化による信号磁場の低下のため,感度の高い素子が必要とされている.超高感度磁気ヘッドとして,大きな磁気抵抗比を有するスピントンネル接合が注目されているが,高周波磁気インピーダンス特性は,明らかになっていない.そこで,本研究では,スピントンネル接合における高周波磁気インピーダンス特性を調べた.イオンビームスパッタ装置により,Co/AI-oxide/Coスピントンネル接合を作製した.AI-oxide層は,スパッタAI膜を純酸素雰囲気中,室温で12-24時間酸化させることにより作製した.AI-oxide層の膜厚測定には,X線光電子分光法(XPS)及び透過型電子顕微鏡(TEM)を用い,AI-oxide層のバリアは電流-電圧特性をSimmonsの式にフィッティングして求めた.高周波インピーダンス特性の測定には,4端子法を用いた.その結果,スピントンネル接合において,外部磁場によりインピーダンスの実部だけでなく,虚部も変化することが初めて明らかになった.トンネル磁気インピーダンス比は,バリアが高くになるに従い,大きくなる.さらに,外部磁場により実効的なキャパシタンスも変化することがわかった.また,スピントンネル接合のRC並列等価回路とdc TMR効果からトンネル磁気インピーダンス効果の周波数依存性を計算した結果,トンネル磁気インピーダンス比の実部は,低周波領域においてdc TMR比を示し,高周波領域において,dc TMR比の負の値を示す.また,トンネル磁気インピーダンス比の虚部は,低周波領域においてdc TMR比の2倍を示し,高周波領域において,ゼロに漸近することを明らかにした.トンネル磁気インピーダンス効果の虚部検出を磁気ヘッドに応用する際,接合の面積抵抗を低減し,Roll-off周波数を高くする必要があることがわかった.次世代の超高感度再生用磁気ヘッドとして,スピントンネル磁気抵抗効果を用いた磁気ヘッドの研究が進められている.しかし,スピントンネル素子には絶縁層が存在し,大きな電流を流すことができないため,従来の磁気センシング方法では,大きな出力が得られないという問題が生じている.そこで,本研究では,スピントンネル素子をハートレー発振回路内に挿入し,磁場変化を発振の有無で検出する新しい高感度磁気センシング方法を提案し,従来の数十倍の高出力で信号を検出することを目的とした.初めに,スピントンネル素子の等価回路であるRC並列回路を磁気抵抗素子とコンデンサで構成し,磁気センシング回路の動作確認を行った.その結果,磁場変化を発振の有無に対応させることに成功し,1.1V_<pp>の高出力発振電圧を得た.これは従来の数十倍の高出力結果を示す.発振周波数は223kHzであり,ハートレー発振周波数の理論値と一致した.また,エラーレートを測定した結果,10^<-5>以下のエラーレートを維持するには,抵抗変化分が30Ω以上必要であることがわかった。次に,Co/Al-oxide/Coスピントンネル素子を用いた磁気センシング回路において,発振電圧とスピントンネル素子に流れる電流密度を調べた.その結果,スピントンネル素子に流れる電流密度が4.8×10^3A/m^2の小電流密度でも,45mVの高出力発振電圧を得ることがでた.これは従来の数十倍の高出力結果を示す.最後に,回路シミュレーションにより,スピントンネル素子の高感度再生用磁気ヘッドへの応用可能性について調べた.その結果,6.2-8.2V_<pp>の高出力発振電圧,7.2-17.2GHzの発振周波数,0.07-0.36nsの立ち上がり及び立ち下がり時間が可能であることがわかった.以上の結果から,本研究で提案した新しい磁気センシング方法は,次世代の高感度再生用磁気ベッドとして大きな可能性があると考えられる.次世代の超高感度再生用磁気ヘッドとして,スピントンネル磁気抵抗効果を用いた磁気ヘッドの研究が進められている.

しかし,スピントンネル素子には絶縁層が存在し,大きな電流を流すことができないため,従来の磁気センシング方法では,大きな出力が得られないという問題が生じている.そこで,昨年度,スピントンネル素子をハートレー発振回路内に挿入し,磁場変化を発振の有無で検出する新しい高感度磁気センシング方法を提案し,従来の数十倍の高出力で信号を検出することを報告した.しかしながら,エラーレート,立ち上がり時間,立ち下がり時間に関する応答特性は調べられていない.そこで,本研究では,上記の応答特性を調べることを目的とした.初めに,スピントンネル素子の等価回路を用いて,応答特性を調べた.その結果,10^<-7>以下のエラーレートを維持するには,10Ω以上の抵抗変化分が必要であることがわかった.立ち上がり時間の平均値は,数μsとなり,発振周期程度であることがわかった.これは,高速立ち上がりが可能であることを示す.しかしながら,立ち下がり時間の平均値は,数百μsとなり,発振周波数の数10倍以上であることがわかった.これは,高速立ち下がり時間の実現が困難であることを示す.そこで,その問題を解決するため,帰還部にスイッチング回路を設置することを考案した.その結果,立ち下がり時間の平均値は,数十μsとなり,発振周波数の数倍程度であることがわかった。これは,高速立ち下がり時間が可能であることを示唆する.次に,スピントンネル素子を用いて,応答特性を調べた.その結果,上記とほぼ同様の結果を得た.以上の結果から,本研究で提案した新しい磁気センシング方法は,次世代の高極度再生用磁気ヘッドとして大きな可能性があると考えられる.
歯周病治療から内科疾患治療へのアプローチ

歯周病に代表される慢性炎症性疾患を治療することによって糖尿病患者のインスリン抵抗性、そして血糖コントロールが改善するか否かを、重度の歯周病を有する糖尿病患者と歯周病を有さない糖尿病患者で比較検討した。各群の被験者の歯周ポケットに4週連続で塩酸ミノサイクリン(ペリオクリン)を局所投与し、歯周治療の効果をポケット内細菌数の変動によって、血糖コントロールの改善度は治療前後のHbAlc値を測定することによって判定した。その結果、いずれの群の被験者も歯周治療に伴ってポケット内細菌数が1/100-1/10,000に減少した。HbAlc値は歯周病を有する群に限って有意に改善した。さらにこの患者群の一部の者ではインスリン抵抗性の指標の一つとされる空腹時IRI値の低下も観察された。このことは、歯周病に代表される慢性炎症の存在が糖尿病患者のコントロールを増悪させる因子として働き、慢性炎症を治療することによって糖尿病患者のインスリン抵抗性が改善し、血糖コントロールの改善が期待できる可能性を意味する。現在、インスリン抵抗性の主要因子は脂肪細胞から分泌されるTNF-αであると考えられている。そこで各被験者における歯周治療前後の血清TNF-α値を測定した。しかしながら、いずれの被験者においても血清TNF-α値は治療の有無にかかわらず検出限界値以下(25pg/ml)であった。このことは、検出限界値以下の範囲内でTNF-α値が変動した可能性、TNF-α以外の既知のあるいは未知の生理活性物質がインスリン抵抗性に影響を与えた可能性を示唆するものと考えられる。今後、さらにこの問題を明らかにする必要がある。
慢性閉塞性肺疾患患者の終末期における訪問看護師の支援モデルの構築

本研究は、北陸地方の機能強化型訪問看護事業所に勤務する訪問看護師を対象に半構造化面接を実施する。グラウンデッド・セオリー・アプローチ(Strauss & Corbin, 1990/1999)を用いて、COPDと診断されて訪問看護を利用していた人の終末期における看護の経験の語りから、COPD患者の終末期における訪問看護師の支援モデルを構築する。終末期に生じる苦痛の緩和をはかりながら、暮らし慣れた環境で療養すること、QOLの維持に向けた具体的な看護支援を提供できるようにするとともに、全ての在宅療養者とその家族が一定の水準の支援を受けられる訪問看護師の実践に向けた理論的枠組みを提示する。
非平衡電離プラズマでのスペクトル線形成

1)周辺プラズマでの炭素、ヘリウム等の原子、イオンからのスペクトル線及び密度効果ダイバータ及び周辺プラズマでの中性原子からのスペクトル線はプラズマ壁からの不純物のinfluxを推定するのに重要である。低温度領域の電子密度、電子温度のプラズマ診断には低電離イオンからの分光スペクトル線の強度比が有用である。主にCI,CII,CIII,CIV,OV,HeIについてスペクトル線強度、電離速度係数、再結合速度係数、放射損失の密度依存性を衝突輻射モデルを用いて調べた。又CIIからCIの励起状態への二電子性再結合速度係数を計算し密度依存実効的再結合速度係数を求めた。2)He様イオンからの時間依存X線スペクトルの解析トカマク及び太陽フレア-から測定された時間依存高分解X線スペクトルを解析するための合成スペクトル計算機コードを作成し解析を行った。スペクトル線幅からはイオン温度、二電子性再結合によるサテライト線と共鳴線との強度比からは電子温度、内殻励起によるサテライト線と共鳴線との強度比からはイオン比が得られる。これらのスペクトル線幅、電子温度及びイオン比の時間変化からプラズマの動的な振るまいを調べた。太陽フレア-からの結果ではフレア-の初期では電子温度に較べると何倍も大きいイオン温度が観測されフレア-の初期に乱流が発生していることが明らかとなった。又イオン比(電離度)も電離平衡値からはずれ、しかもフレア-の上昇期と下降期で異なった値を取ることが解った。これは上昇期は電離プラズマ、下降期は再結合プラズマを示唆している。電離度の平衡値からのずれよりフレア-に流れがある事が推定される。3)原子データの収集と評価He原子と電子との衝突による励起断面積のデータ収集を行いデータの関数フィットをIAEAとの協力で行った。また電子・イオン衝突励起断面積の評価の国際プロジェクトの一環としてN原子及びN様イオンに対する電子衝突断面積のデータのレビュウ及び評価を行った。炭素原子に対する励起断面積の比較を現在行っている。太陽フレア-からのX線を観測する人工衛星Yohkohが宇宙科学研究所より1991年8月に打ち上げられ既に多くのデータが得られている。高分解X線分光器により測定されるX線スペクトルの解析のためのデータ評価を行った。即ちS,Ca及びFeのHe様イオンに対する電子衝突励起、電離、再結合データの評価を行った。実験室プラズマでは、輸送、対流等の効果によりプラズマ中でのイオン比は電離平衡値とはずれた値を示す場合が多い。又、太陽フレアーのように急激にプラズマが加熱される場合も電離平衡になっていない。このような非平衡電離プラズマから発生するスペクトル線は電離平衡プラズマからのスペクトルとは異っている。非平衡電離プラズマは電離過程が主要な電離プラズマと再結合過程が主要な再結合プラズマとに分類される。電離プラズマではイオンの電離度に比べて電子温度が高いために、内殼電離、内殼励起が重要となる。

二電子性再結合によるサティライト線と共鳴線との強度比から電子温度を推定することができる。又、電離プラズマでは非熱的電子がイオン化とスペクトル線に影響を及ぼす場合がある。再結合プラズマではイオンの電離度に比べて電子温度が低く、輻射再結合又は電荷移行再結合による再結合線が重要となる。スペクトル線解析には、このように様々な原子過程が必要であり、定量的に調べるには原子データの評価をする必要がある。本年度はTFTRトカマクプラズマから測定されたスペクトル線より非熱的電子の割合を調べた。又人工衛星より観測された太陽フレアーからのX線スペクトルより電離非平衡にあることを見いだした。又プラズマ周辺の診断の為に炭素原子からのスペクトル線強度の研究を行った。スペクトル診断に必要な原子データの評価を行った。実験室プラズマでは、輸送、対流等の効果によりプラズマ中でのイオン比は電離平衡値とはずれた値を示す場合が多い。また、太陽フレアーのように急激にプラズマが加熱される場合も電離平衡になっていない。平成5年度は中程度の太陽フレアーからのスペクトル線解析から、硫黄イオン及び鉄イオン比が電離平衡値に比べてずれていることが解り、太陽フレアーの中に粒子の流れのあることが示唆された。このようにスペクトルの時間変化を見ることにより、プラズマの温度、イオン比の時間変化が得られ、イオン比の時間発展によりプラズマの状態を調べる事ができた。その結果、プラズマ中のイオン比がほとんどの場合非平衡電離であることがわかった。又フレアー初期のカルシウムイオンのスペクトル線の幅の変化によりプラズマ中に高速の(約200km/s)の粒子の動きがあることがわかった。この粒子の動きの活発な時期は電波で測定した偏光度が高く2つの現象に関係のあることが解った。スペクトル線解析に必要な原子データの評価を行い、解析結果をより信頼あるものとした。15EA03:実験室のダイバープラズマで重要となる炭素原子からの放射率、スペクトル線強度、実効的な電離係数を計算した。又、太陽フレア-のように急激にプラズマが加熱される場合も電離平衡になっていない。平成6年度は中程度の太陽フレア-からのスペクトル線強度と連続スペクトル強度との比からHe様鉄、カルシュウム及び硫黄イオン密度と水素イオン密度の比の時間変化を求めた。又この密度比を用いてemission measureの時間変化をイオン比の仮定なく求めた。スペクトル線解析から、硫黄イオン及び鉄イオン比が電離平衡値に比べてずれていることが解り、太陽フレア-の中に粒子の流れのあることが示唆された。スペクトル線解析には信頼できる原子データが必要である。代表的な理論データとしてJ.Dubau等によるAUTOLSJ法とU.Safronova等によるMZ法とがあり、これらの原子データをもとにした理論スペクトルを比較した。実験室のダイバータ-プラズマで重要となる炭素原子からの放射率、スペクトル線強度、実効的な電離係数を計算した。密度が10^<12>cm^<-3>以上になると電離、再結合、放射速度係数に密度依存性が現れ衝突輻射モデルを用いて密度依存性を調べた。
遺伝子改変マウスを用いたあえぎ呼吸の中枢制御機構に関する研究

虚血や無呼吸により脳への酸素供給の低下が続くと、人や動物はあえぎ呼吸(gasping)と呼ばれる急激な立ち上がりと大きな換気量、遅い呼吸回数を特徴とする呼吸パターンを示して自発的に生命維持を図る。しかしgaspingの中枢制御機構には不明の点が多く、分子基盤も明らかでない。本研究において、ATP感受性カリウム(K_<ATP>)チャネルのKir6.2サブユニットを欠失させた(KO)マウスが断頭時にほとんどgaspingを示さないなど、野生型マウスに比しgasping回数が少なく、持続時間も短く、潜時が長いことが判明した。麻酔下での低酸素負荷実験でも、KOマウスは正常呼吸からgaspingに至る潜時が野生型に比し有意に長く、持続時間が短かく、更に横隔神経活動記録から、KOマウスは低酸素負荷に対して呼吸停止直前の2-3回の呼吸を除くとgaspingを特徴づける横隔神経活動を示さず、多くの場合正常呼吸型神経活動で対応することも明らかとなった。そこで無麻酔下で低酸素を負荷し、胸郭等の動きをピエゾ素子で計測しつつ呼気中の炭酸ガス分圧の変化を記録したところ、麻酔下同様KOマウスは正常呼吸型からgaspingへの切り替えに障害を認めた。あえぎ呼吸(gasping)は血圧や組織中の酸素分圧が急速に低下した際に現れる特有の呼吸パターンで、大脳機能が停止しても一定時間継続し、またgasping中に生体環境が改善すれば高い確率で蘇生する為、生命維持に重要と考えられるが、その中枢制御の分子メカニズムは全く不明である。本研究で、細胞内ATPの低下により開口するATP感受性カリウム(K_<ATP>)チャネルのサブユニットKir6.2を欠失させた(KO)マウスが、gasping制御に障害を示すことが明らかとなった。脳幹部での断頭に際し野生型マウスは平均10数回gaspingするがKOマウスはほとんどgaspingせず、両者のgasping回数に有意な相違を認めた。また麻酔下で短時間5.4-5.8%酸素を負荷すると、野生型が数秒で正常呼吸型からgasping型呼吸へ移行するのに対し、KOマウスは平均約40秒で徐々に呼吸インターバルが増加し、gasping呼吸への移行に要する時間が有意に長かった。更に横隔神経活動記録から、より強い低酸素負荷や呼吸停止の直前にはKOマウスもgaspingすることが判明した。従って、K_<ATP>チャネルはgaspingリズムの生成自体には関与しないがK_<ATP>チャネルなしでは低酸素の検知ないしgaspingリズム生成機構への情報伝達が障害される可能性がある。申請者らは、Kir6.2を脳内で最も高濃度に発現する黒質網様部(SNr)が、エネルギー基質低下の検知に重要な役割を果たす事を明らかにしている(Yamada et al., Science,2001;Yuan, Yamada et al., Neurosci Lett,2004)。そこでSNrで低酸素が検知され、それがgasping生成機構へ伝達される可能性も含め、現在gasping制御メカニズムとKir6.2の関連を軸に更に検討を加えている。虚血や無呼吸により脳への酸素供給の低下が続くと反射が消失して昏睡を来し、生命は危機的状況に陥る。人や動物においては、この時あえぎ呼吸(gasping)と呼ばれる急激な立ち上がりと大きな換気量、遅い呼吸回数を特徴とする呼吸パターンが出現して自発的に生命維持を図る。実際gaspingの出現は蘇生の成否に決定的影響を及ぼすことが知られているが、その中枢制御機構には不明の点が多く、分子基盤も明らかでない。本研究において、ATP感受性カリウム(K_<ATP>)チャネルのKir6.2サブユニットを欠失させた(KO)マウスが断頭時に平均2.9回のgaspingしか示さず、野生型マウスに比しgasping回数が有意に少なく、持続時間も短く、gaspingに至る潜時が長いことが判明した。麻酔下での低酸素負荷によっても、KOマウスは正常呼吸からgasping様呼吸に至る潜時が野生型に比し有意に長く、gasping持続時間が短かかった。横隔神経活動記録から、KOマウスは低酸素負荷に対して呼吸停止直前の2-3回の呼吸を除くとgasping呼吸を特徴づける横隔神

経活動を示さず、多くの場合正常呼吸型神経活動で対応することが判明した。そこで無麻酔軽度拘束下で低酸素を負荷し、胸郭および腹部の動きをピエゾ素子で測定しながら呼気中の炭酸ガス分圧の変化を記録したところ、KOマウスでは正常呼吸型からgasping呼吸への切り替えが障害されることが示唆された。