hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水中微生物の光回復を抑制した紫外線照射水処理手法の開発

ベトナムの首都ハノイ市の水供給において、水源として地下水が用いられているが、高濃度のアンモニアを含むことが問題視されていた。また、このような地下水汚染のメカニズムが不明であった。本研究では、モノメチルアミンとジメチルアミンを指標としてアンモニアの由来を調べた。2000年8月、2000年9月および2001年9月に水試料116検体を採取し、2001年9月に土壌のコアサンプル61検体を採取した。これらの試料を分析した結果、地下水中へのメチルアミン類の溶出は有機物の分解が関与していることが明らかとなった。地表水におけるものメチルアミンとジメチルアミンの比は、地下水に比べて高い値を示しており、地下水に高濃度で含まれるアンモニアは地表の水利用による汚染ではなく地質からの溶出によるものであることを明らかにした。以上の結果から、モノメチルアミンとジメチルアミンが地下水の汚染の指標として有効であることが示された。平成12年度は、雨期の8月及び乾期の12月の2回にわたってハノイ市を訪れ、同市の水道局が水源としている地下水井戸、及び家庭用の浅井戸、表流水から採水し、アンモニア、鉄、マンガン、砒素、有機物濃度などを測定した。その結果、鉄、アンモニア、砒素、重炭酸塩濃度の間に高い相関関係が見られることがわかった。一般にアンモニア濃度の高い地域の地下水は、高濃度の鉄、有機物や砒素を含んでいた。これらの地下水は、溶存酸素濃度が低く、また酸化還元電位も-100mV-150mVと低い値にあることから、嫌気的な状態で鉄、有機物、アンモニア、砒素などの放出が起こっていることが確かめられた。嫌気的な条件においては、鉄は微生物の働きによりIII価からII価に還元される。この過程で、Fe(III)に吸着または共沈していた砒素が放出されるものと考えられる。このように砒素の放出については、Fe(III)からAs(V)の放出後、As(III)に還元されるとするものと、Fe(III)に吸着しているAs(V)が直接還元されるとするものがあり、現時点ではどちらの機構が支配的であるかは不明である。Fe(II)を検出した地下水からは高濃度の有機物が検出されたことから、このような鉄の還元反応には、有機物が電子供与体として働いているものと推定される。有機物の供給源としては、地表からの地下水浸透によるとする考えと、地下水中に存在する泥炭層が考えられている。地下浸透水の主たる供給源となりうる地表の養魚池や排水路を調べた結果、アンモニア濃度は地下水よりも低く、また、アミン類の分布が地下水とは異なることから、地層中の泥炭物質が有機物源である可能性が高い。有機物が嫌気的な分解を受けると、その一部が炭酸となって水中に放出される。また、アミノ基はアンモニアとなって水中に放出されることにより、鉄、アンモニア、有機物の濃度に相関が見られたものと考えられる。地域的に見ると、ハノイ市の北西部では地下水水質が良く、また、紅河にそった水源井戸地帯でもアンモニア濃度は低い。これに対して、同市の南部では、アンモニア等の濃度が高くなっており、これは同市の地下を北部から南部に流れる地下水の流れによるものと考えられる。昨年度の研究から、砒素の放出については、Arsenopyrite(FeAsS)の還元によるものと、Fe(III)に吸着しているAs(V)がFe(III)の還元により放出されるという2つの可能性が示された。このような鉄の還元反応には、有機物が電子供与体として働いているものと推定されるが、有機物の供給源としては、地表からの地下水浸透によるとする考えと、地下水中に存在する泥炭層が考えられている。そこで、地下浸透水の主たる供給源となりうる地表の養魚池や排水路のアンモニア及び地下水中のアンモニア濃度を調べた。その結果、これら地表水中のアンモニア濃度は地下水よりも低く、また、地表水ではmono-methylamine濃度が高く、地下水ではdi-methylamine濃度が高かった。地下水中を流れる水の中にあるammonia、mono-methylamine、di-methylamineのなかで、di-methylamineは土壌への吸着性が最も高く、最後に溶出することが確かめられた。このため、地下水中で高濃度のdi-methylamineを検出したということは、地層中にその発生源があることを示している。これらのことから、アンモニア及び有機物の供給源は地層中の泥炭物質が有機物源であることがわかった。

また、ハノイ市内の水源井戸4カ所で土壌のコアサンプルを採取し、砒素、鉄、炭素、窒素などの濃度分布を測定した。その結果、砒素濃度の高い地層は炭素及び窒素濃度の高い地層と一致しており、泥炭層が主たる砒素の供給源であることが示された。平成14年度は、昨年度ハノイ市内の4箇所の水源井戸から持ち帰った土壌コアサンプルについて、成分分析、SEM-EDX分析、砒素溶出実験を行った。土壌コアサンプルの成分分析においては、炭素、窒素、鉄、アンモニア、砒素および微量元素の含有量を分析した他、砒素及びアンモニアについては、存在形態別の分析を行った。一般に鉄の含有量はラテライト層の影響で35%の範囲にあったが、炭素及び窒素の含有量は土壌中の有機物含有量の変動により大きく変動した。このうち、炭素含有量3%以上で、黒色、植物残留物などが観察される土壌をピート層とした。一般に、土壌中の砒素含有量は平均56ppmと言われているが、ハノイ市内で採取した土壌では、1ppm未満から20ppm以上と幅があった。現在、砒素の存在形態は酸化鉄に結合しているとする説が主流であるが、我々の調査では、土壌中の鉄含有量と砒素含有量との相関は認められなかった。一方、高濃度の砒素を含む土壌のほとんどはピート層から得られており、ピート層の形成過程と砒素濃縮との関係が疑われた。一方、地下水中の砒素濃度が低い地域から採取したピート層を分析したところ、砒素含有量は6ppm程度と、平均的な値であった。高濃度の砒素を含むピート層土壌をについて、砒素の存在形態を分析したところ、有機物に結合して存在する砒素は30%以下であり、鉄と結合または付着して存在する成分は50%70%と高かった。これらのピート層の花粉成分分析により、高濃度の砒素を含むピート層はマングローブを含む汽水域から形成されたことが示された。文献によると、マングローブは植物生体内に砒素を濃縮する他、根圏は好気的になり酸化鉄を集積する結果、砒素を濃縮すると報告されている。本研究では、このようなマングローブの生態系が砒素の濃縮に寄与したことが示された。
精子ゲノムのジェネティック・エピジェネティックな評価

生殖補助医療において、特に顕微授精の場合は精子を人為的に選択するため、良好な精子を判別する手法が必要である。そのため精子の運動性や形態といった外見的な指標が用いられてきたが、このような指標と精子ゲノムのエピジェネティックな状態やDNA損傷の程度との関連は必ずしも明確ではない。本研究では我々がこれまで開発を行ってきたメチルシトシン、ヒドロキシメチルシトシンを同時解析できる手法の微量化を行い、L1配列のようなコピー数の多い配列に関しては単一精子から数十コピー由来の分子の網羅的シトシン修飾解析を可能とした。これにより、精子の形態学的評価とシトシン修飾の関連を明らかにすることが可能になった。生殖補助医療において、特に顕微授精(ICSI)の場合は精子を人為的に選択するため、良好な精子を判別する手法が必要であると考えられてきた。精子の運動性や形態といった外見的な指標が用いられてきた。近年では強拡大顕微鏡下での観察により、大きな空胞を持たない精子を選択してICSIを行うIMSIも提案され、実際に治療でも用いられている。しかしながら、このような指標と精子の染色体異常やDNA損傷の程度との関連は必ずしも明確ではない。一方、受精率や運動性の低いいわゆる「質の低い」精子では、ゲノムのメチル化の程度が高いという報告がある。また、年齢の上昇とともに精子のゲノムのメチル化およびヒドロキシメチル化の程度が高くなるという報告もある。精子ゲノムのエピジェネティックな修飾が年齢をはじめとした様々な要因で変化しうるとすれば、次世代に伝わるエピジェネティックな情報が変化する可能性が考えられる。そこで、本研究ではこれら精子のgenetic、epigeneticな情報の質の評価を個々の精子のレベルで統合的に検討することで、精子が次世代に伝える遺伝情報の総体を明らかにするとともに、生殖補助医療の技術向上のための基礎的知見を得ることを目的としている。初年度である本年度は、モデル系としてマウスの精子ゲノムを用いてメチルシトシン、ヒドロキシメチルシトシンの解析を行い、精子ゲノム中でヒドロキシメチルシトシンが集積している部位の検索を試みた。そのため、我々が新たに開発した1塩基解像度でヒドロキシメチルシトシンとメチルシトシンを同時に解析する新技術を用いて精子ゲノムの解析を試みるとともに、微量サンプルでの解析を可能とするため、実験手法の改良を行っている。また、精子ゲノムでのDNA切断点解析のためにγH2AXに対する抗体を用いたChIP-seqを行うために、少数細胞からのChIP-seqの条件検討を行った。生殖補助医療において、特に顕微授精の場合は精子を人為的に選択するため、良好な精子を判別する手法が必要であると考えられてきた。近年では強拡大顕微鏡下での観察により、形態的に良好と考えられる選択してICSIを行うIMSIも提案され、実際に治療でも用いられている。しかしながら、このような形態的な指標と精子の染色体異常やDNA損傷の程度といった本質的な精子の質との関連は必ずしも明確ではない。一方、受精率や運動性の低下や、年齢の上昇とともに精子のゲノムのメチルシトシン(mC)およびヒドロキシメチルシトシン(hmC)の割合が高くなるという報告もある。そこで、本研究ではこれら精子のgenetic、epigeneticな情報の質の評価を個々の精子のレベルで統合的に検討することで、生殖補助医療の技術向上のための基礎的知見を得ることを目的とした。初年度に引き続きモデル系としてマウスの精子ゲノムを用いてメチルシトシン、ヒドロキシメチルシトシンの解析を行い、精子ゲノム中でヒドロキシメチルシトシンが集積している部位の検索を行うための技術的な改善を試みた。そのため、我々が開発した1塩基解像度でmCとhmCを同時に解析する新技術の微量化を行い数10 ngのゲノムを用いて解析を行うことを可能にした。また、これまでのところゲノム中に多数コピーが存在する反復配列については、すでにかなり少数の細胞での解析が可能であると考えられたため、マウスの細胞5個程度からL1配列についてrandom barcode法を併用したEnIGMA法による解析を試みた。その結果200分子以上のL1配列の解析が可能であることが明らかとなった。また、同様に少数細胞からのChIP-seqの条件検討を行った。精子ゲノムのヒドロキシメチルシトシンの解析、ゲノムの切断の解析を行うためのChIPなどの技術的な検討を行っているが、最終的には個々の精子での解析を行うため、単一細胞での解析を目指している。メチルシトシン、ヒドロキシメチルシトシンの解析には、我々が独自に開発した新しい技術を用いて解析を行うことを計画しており、既に多数の精子からゲノムDNAを取得しての解析を行っている。現状では数10 ngのゲノムDNAがあれば95%以上という高い精度での解析に成功している。

また、次世代シークエンサーを用いたゲノムワイドでの解析についても技術的に可能であることを確認できている。しかしながら、現在のところ単一遺伝子座での解析においても十分な精度での解析は1000細胞程度の細胞が必要と見積もられるため、実際にヒトの精子を用いた解析を進めるためにはさらなる技術改良が必要である。そのためには現在の10倍程度の効率の向上が必要であると考えており、初年度のうちにこれを達成することができなかった。ChIP-seqに関してもmicro-ChIPと言われる既存の手法の検討を行っているが、解析に必要な細胞数は同様に1000細胞程度にとどまっており、このため研究の進捗がやや遅れている。分子生物学前述のように、精子ゲノムのヒドロキシメチルシトシンの解析およびゲノムの切断の解析を行うためのChIP-seqの解析のために現在より1/10程度少ない材料からの解析を可能とするよう、条件検討を進める必要がある。ヒドロキシメチルシトシン解析の手法についてはさらなる微量化を行うための手法を考案しており、その実証を進めている。また、どちらの解析にあたっても、サンプルをPCRによって増幅し、次世代シークエンサーを用いて解析を行う。このため、解析のための出発材料を十分少なくすることができなかったとしても、得られた解析結果が実際何個の細胞に由来するものであるのか(何分子のDNAから増幅されたDNAを解析した結果であるのか)を正確に見積もることが重要である。そこで、現在ランダムなシークエンスタグを用いて解析の材料のDNAを標識し、これを用いて次世代シークエンサー用のライブラリを作成することで、解析結果が何分子のDNAから得られたものであるのかを明らかにしつつ、ゲノムのgenetic、epigeneticな評価を行うことで、得られるデータの信頼性を評価することを計画している。また、次世代シークエンサーを用いた解析を行うためサンプルをPCRによって増幅する際に、分子間での増幅の偏りが生じないよう、droplet PCRを用いることで均一な増幅い、一段の精度向上を図っている。これらを組み合わせることで、十分な精度でのゲノムの評価を行うことが可能であるとの見通しが立った時点で、精子の形態学的・生化学的な評価とゲノムのgenetic、epigeneticな評価をヒト精子を用いて行い、新たな評価システムの確立を目指している。比較的少数の細胞からのゲノム、エピゲノム解析の技術開発が遅れているため、ヒトの精子由来サンプルの解析に関わる支出が少なくなった。少数の細胞からのゲノム、エピゲノム解析の技術開発を2年度目の前半に完了し、初年度にヒトの精子由来サンプルの解析に用いることを予定して繰越になった部分も含め、2年度目に完了するよう研究を推進する。
陽子線がん治療における生成反応断面積の測定及び体内線量評価システムの開発

陽子線治療において腫瘍へ的確に陽子線が照射されなかった場合、治癒率の低下や重要臓器への障害が生じる可能性があり実際に陽子線が照射された範囲とその線量分布を確認することが重要である。人体に陽子線を照射すると人体を構成する原子核と入射陽子が原子核破砕反応を引き起こし陽電子放出核が生成される。この陽電子放出核からの消滅γ線をPETで測定することで照射範囲を観測し更に消滅γ線の強度分布を線量分布へ変換することで実際に照射された線量分布を確認することが可能となる。消滅γ線強度分布を線量分布へ変換するには陽電子放出核の生成断面積が必要となるが現在必要なデータが整備されていない状況である。本研究では陽子線がん治療における原子核破砕反応による陽電子放出核の生成断面積の測定及びそれを利用したモンテカルロシミュレーションによる生体内線量評価ソフトウェアの開発を目的とする。2018年度は放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて、人体構成元素の中で最も重要な原子核である酸素核に対する陽電子放出核の生成断面積測定実験を実施した。本実験で考慮される生成陽電子放出核は15O、13N、11Cとなりこれらの生成断面積を導出した。導出した断面積はNNDCに報告されている過去のデータとも全体的によく一致していた。またこれまでに報告数が少ない11Cの生成断面積値を導出することができた。13Nの生成断面積は陽子線の低エネルギー領域で大きなピークを持つことがわかり陽子線治療におけるBragg Peak観測の可能性が示された。今回測定した断面積はpreliminaryな段階であるため、今後より断面積の精度向上を目指す。本年度は放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて、人体構成元素の中で最も重要な原子核である酸素核に対する陽電子放出核の生成断面積測定実験を実施した。水(H2O:ゼラチン質にした物)をターゲットとし、70 MeVの陽子線を照射した際に酸素核と陽子線との破砕反応から生成される主な陽電子放出核として15O、13N、11C(半減期は順に122.2秒、597.9秒、1222秒)の3種類が挙げられる。これらの生成された陽電子放出核を測定するために、ターゲットへ陽子線照射後プラナータイプのPET検出器を用いて消滅γ線の測定を行った。測定された陽子線進行方向に対する消滅γ線の強度分布及びターゲット深部位置での消滅γ線減衰曲線から各チャンネルの生成断面積を導出した。導出した断面積はNNDCに報告されている過去のデータとも全体的によく一致していたが、低エネルギー領域での断面積は陽子線のエネルギーストラグリング、散乱線の影響により誤差が大きくなったと考えられる。13Nの生成断面積は陽子線の低エネルギー領域で大きなピークを持つことがわかった。この結果より陽子線治療においてBragg Peak位置を観測できる可能性があると考えられる。次年度は本年度の結果を踏まえ、低エネルギー領域での散乱線の影響を低減し断面積の測定精度を向上させるためにプラナータイプPET検出器間の距離を離した測定を放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて行う。また、酸素核の他にカルシウム核をターゲットとした断面積測定実験を実施する予定である。カルシウム核は単体で用意することが困難であるため酸化カルシウム(CaO)をターゲットとし、酸素核の測定結果を利用してカルシウム核の陽電子放出核生成断面積を求める。並行してモンテカルロシミュレーションシステム構築を進める。得られた断面積データについては学会発表及び論文投稿を進める。

本年度は放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて、人体構成元素の中で最も重要な原子核である酸素核に対する陽電子放出核の生成断面積測定実験を実施した。水(H2O:ゼラチン質にした物)をターゲットとし、70 MeVの陽子線を照射した際に酸素核と陽子線との破砕反応から生成される主な陽電子放出核として15O、13N、11C(半減期は順に122.2秒、597.9秒、1222秒)の3種類が挙げられる。これらの生成された陽電子放出核を測定するために、ターゲットへ陽子線照射後プラナータイプのPET検出器を用いて消滅γ線の測定を行った。測定された陽子線進行方向に対する消滅γ線の強度分布及びターゲット深部位置での消滅γ線減衰曲線から各チャンネルの生成断面積を導出した。導出した断面積はNNDCに報告されている過去のデータとも全体的によく一致していたが、低エネルギー領域での断面積は陽子線のエネルギーストラグリング、散乱線の影響により誤差が大きくなったと考えられる。またこれまでに報告数が少ない11Cの生成断面積値を導出することができた。13Nの生成断面積は陽子線の低エネルギー領域で大きなピークを持つことがわかった。この結果より陽子線治療においてBragg Peak位置を観測できる可能性があると考えられる。今回測定した断面積はpreliminaryな段階であるため、今後より断面積の精度向上を目指す。次年度は本年度の結果を踏まえ、低エネルギー領域での散乱線の影響を低減し断面積の測定精度を向上させるためにプラナータイプPET検出器間の距離を離した測定を放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて行う。また、酸素核の他にカルシウム核をターゲットとした断面積測定実験を実施する予定である。カルシウム核は単体で用意することが困難であるため酸化カルシウム(CaO)をターゲットとし、酸素核の測定結果を利用してカルシウム核の陽電子放出核生成断面積を求める。並行してモンテカルロシミュレーションシステム構築を進める。得られた断面積データについては学会発表及び論文投稿を進める。次年度も引き続き放射線医学総合研究所にて実験を行うため、実験のための出張費、研究成果を学会発表するための出張費、実験データバックアップ用ストレージ、ログノート等の文房具、実験器具購入費に使用する。
EOSIN蛍光3D血管造影からの透過型電子顕微鏡組織観察法の検討

【研究目的】血管内腔蛍光3Dでの微細形態取得により血管変性部位を特定し、透過型電子顕微鏡レベルでの微細形態変化を捉える方法を確立することで血管障害疾病の治療の基礎研究に貢献する。【研究方法】610週齢のマウスを使用し、血管の状況を観察する。具体的な流れは、還流固定→EOSIN1%+蛍光ビーズ0.5μm10%溶液を流し込み血管内の鋳型生成→1mm厚切片の組織作成→マイクロスライサーでの50μm厚切片作成→核染色→封入→レーザー顕微鏡→電子顕微鏡試料作製・撮影となる。検討項目は、還流固定を行う部位の限定、溶液の配合具合、緩衝液の濃度・温度、浸透時間、スライサーの厚み等多岐に渡る。【研究結果・考察】海馬を中心に確認。血管膜が強く染まることにより、EOSINと蛍光ビーズで微小血管の識別が可能となり、電子顕微鏡での微細構造を捉えることにほぼ成功した。成功に寄与した点は以下の通り。1還流固定は、マウス頭部を上下から使い捨てカイロ(45°C)で挟むことで、ゼラチンの流れが促され、1/2Karnovsky固定液をペリスタポンプで26ml/minにて還流させることができた。2EOSIN+蛍光ビーズを溶かす液は、試料を損傷させることがほとんどなく、血管細部まで行き渡り、50μm厚切片までの薄切が可能であることが求められる。これに関しては、ゼラチン・アガーで検討した結果、表皮性ゼラチン1315%+AgaroseS 0.2%in緩衝液が優れていることが分かった。3磨いた24G注射針を左心室から気管横の総頸動脈まで差し込み外頚動脈を縫合糸で縛ることでマウスの脳以外への溶液の流失を防ぎ、還流固定を行う部位を特定した。これにより、低温でのゼラチン流入が容易になった。尚, EOSIN蛍光色素(EX270518nm・EMピーク536nm)は、23日経過すると血管周辺に漏洩してしまうが、緑色蛍光成分は血管内にとどまっていた。緑色・赤色蛍光を重ね、血管内・血管上皮と識別可能な状態にすれば固定液で1カ月以上放置した試料でも血管内EOSINが認識可能となった。今後の課題としては,電顕確認時のゼラチン収縮による組織亀裂があげられる。
人工歯根における歯根膜の構築

1.培養細胞について1)培養歯根膜由来線維芽細胞は、末梢血由来リンパ球と混培養した際、歯肉由来線維芽細胞や骨芽細胞とは異なり、破骨細胞様多該巨細胞の出現を抑制していた。2)限界希釈法を用いて培養歯根膜由来線維芽細胞のクローン化に成功し、個々の細胞の機能に関する知見を得た。3)outgrowth法と無血清培養法を応用することによって、サイトケラチン抗体陽性のヒト歯根膜由来上皮細胞の分離培養が可能になり、これらの増殖および分化機能に関する知見を得た。2.歯根膜形成過程について1)歯根膜組織発生過程において、アルカリフォスファターゼ活性、細胞・線維・ヘルトヴィッヒ上皮鞘の形態に相関がみられた。2)オステオカルシンは、骨芽細胞、象牙細胞、セメント質形成期にあるセメント芽細胞に陽性反応を示した。3)グリコサミノグリカン(GAGs)は、石灰化度の低い有細胞セメント質に陽性であり、その分布は加齢とともに変化した。3.各種細胞の機能について1)咬合機能開始後に歯根膜線維芽細胞にACPase活性およびF4/80抗体の発現が上昇し、MOMA-2抗体の発現は減少した。咬頭削合により咬合圧を変化させた場合、ACPase活性およびMOMA-2の発現は咬頭削合初期に有意に上昇し、F4/80の発現はその後の線維再生期に上昇した。2)マラッセの上皮遺残の形態および分布、セメント質形成量、セメント芽細胞の分布局在について免疫組織科学染色により検討したところ、上皮細胞がセメント質形成に関与していることが示唆された。これら上皮細胞にBrdUの取り込みはみられなかったが、アポトーシス抑制蛋白bcl-2の発現がみられた。3)セメント細胞は有細胞セメント質の二次的石灰化および歯根膜控の恒常性に関与していることが示唆された。1.チタンの表面におけるヒト歯根膜由来細胞の増殖、分化機能について検討した結果、平滑面およびガラスビーズサンドブラスト処理面において細胞の密着性は優れていた。2.in vitroにおいてヒト歯根膜由来線維芽細胞をoutgrowth法にて培養し、クローン化して検討したところ、増殖能や分化機能(アルカリフォスファターゼ)において各種の特性を有する数種の異なった細胞集団が得られた。また、ヒト歯根膜中の上皮細胞(マラッセの上皮遺残由来細胞)をoutogrowth法により分離培養したところ、継代培養(26代)できることが明らかにされた。これらの細胞において上皮細胞の特徴(増殖および分化能)が解明され、上皮細胞と線維芽細胞の相互作用に関する知見も得られつつある。3.アテロコラーゲンスポンジを支持体として培養を試みているが、細胞のコラーゲンスポンジ内への移動および三次元立体的な細胞構築は困難であった。4.発生過程において、歯根膜の線維形成には、まず増殖能の高い細胞集団、つづいてアルカリフォスファターゼ活性の高い細胞集団がみられた。さらに、形成が終了し、リモデリングをうけている歯根膜組織中には、様々なアルカリフォスファターゼ活性を有する細胞が混在していた。コラーゲン線維については、I型とIII型が混在していた。5.in vivoにおける歯根膜中の上皮細胞(マラッセの上皮遺残由来細胞)の形態および基底膜との関係、さらに、セメント芽細胞とセメント質との位置的関係について、細胞外マトリックス(ラミニン等)を免疫組織学的に染色する方法を用いて、新たな知見が得られつつある。

1.チタンの表面におけるヒト歯根膜由来細胞の増殖、分化機能について検討した結果、平滑面およびガラスビーズサンドブラスト処理面において細胞の密着性は優れていた。2.in vitroにおいてヒト歯根膜由来線維芽細胞をoutgrowth法にて培養し、クローン化して検討したところ、増殖能や分化機能(アルカリフォスファターゼ)において各種の特性を有する数種の異なった細胞集団が得られた。また、outgrow法と無血清培養法を応用することによって、ヒト歯根膜由来上皮細胞の分離培養(5代まで)が可能になった。これらの細胞はサイトケラチン抗体によって免疫組織化学的に上皮細胞であることを確認した。さらに、これらの細胞の増殖および分化機能に関する知見も得られた。3.歯根膜細胞の立体培養については、これまで支持体として用いてきたアテロコラーゲンスポンジでは三次元的な細胞構築が困難であった。そこで、マイクロキャリアーを用いて、ヒト歯根膜から分離した細胞の大量培養技術を確立し、さらにこの培養法によって培養された細胞が、従来の平板培養による細胞と同様の生化学的機能を有しているか、現在検討中である。4.歯根膜発生過程では、主線維形成直前にある間葉系細胞群に高いアルカリフォスファターゼ活性ならびにICAM-1が発現していた。咬合力を変化させた際の再生過程における未分化間葉細胞について、現在検討中である。5.in vivoにおける歯根膜中の上皮細胞(マラッセの上皮遺残)に関する形態および、分布の局在が、西郷外マトリックス(ラミニン,IV型コラーゲン等)および、細胞内骨格(サイトケラチン)を免疫組織化学的に染色する方法を用いて解明された。さらには、これらの上皮細胞と、セメント芽細胞と思われるオステオカルシン陽性細胞の分布部位がほぼ一致し、また生体染色を用いて解明されたセメント質形成量の部位的差異との関連からも、これら上皮細胞とセメント質形成との関連性が示唆された。1.チタンの表面におけるヒト歯根膜由来細胞の増殖、分化機能について検討した結果、平滑面およびガラスビーズサントブラスト処理面において細胞の密着性は優れていた。2.ヒト歯根膜由来繊維芽細胞をoutgrowth法にて培養し、クローン化して検討したところ、増殖能や分化機能(アルカリフォスファターゼ)において各種の特性を有する数種の異なった細胞集団が得られた。3.outgrowth法と無血清培養法を応用することによって、サイトケラチン抗体陽性のヒト歯根膜由来上皮細胞の分離培養(5代まで)が可能になり、これらの細胞の増殖および分化機能に関する知見を得た。4.マイクロキャリアーを用いて、ヒト歯根膜から分離した細胞の大量培養技術を確立し、さらにこの培養法によって得られた細胞の生化学的機能について現在検討中である。5.歯根膜発生過程において、主線維形成直前にある間葉系細胞群に高いアルカリフォスファターゼ活性ならびにICAM-1が発現していた。また、咬合機能開始後に歯根膜線維芽細胞に酸性フォスファターゼ(ACPase)活性および成熟マクロファージ抗体F4/80の発現が上昇し、抗マクロファージ抗体MOMA-2の発現は減少した。6.咬頭削合により咬合圧を変化させた場合、ACPase活性およびMOMA-2の発現は咬頭削合初期に有意に上昇し、F4/80の発現はその後の線維再生期に上昇した。このことから、歯根膜組織変化と抗マクロファージ抗体陽性反応との関連性が示唆された。
オートファジーによるオルガネラ分解の分子基盤と生理的意義の解明

オートファジーは細胞が備える大規模な分解機構である。本研究では、オートファジーによる核の分解「ヌクレオファジー」、小胞体分解「ERファジー」、ペルオキシソーム分解「ペキソファジー」におけるオルガネラ動態とそのメカニズム、これら分解経路の制御機構および生理的意義の解明を目的としている。以下に平成29年度に得られた成果を列挙する。(1)ヌクレオファジー、ERファジーにおけるオルガネラ動態の分子機構の解明:Atg40にはER上で膜曲率を生み出す機能があること、Atg40は伸張中のオートファゴソーム上のAtg8との相互作用を介してER膜上で濃縮されることを明らかにした。一方、多胞体形成に関わるESCRT-IIIがヌクレオファジーに重要であることを見いだした。(2)ヌクレオファジー、ERファジーの制御機構の解明:ATG39、ATG40の発現は窒素源飢餓に応じて転写レベルで上昇する。それぞれの遺伝子の転写制御に関わるシス配列を決定した。また、Rpd3-Sin3ヒストン脱アセチル化酵素複合体がATG40の転写抑制に関わることを明らかにした。(3)ヌクレオファジーの生理的意義の解明:ヌクレオファジーは窒素源の欠乏に応じて誘導される。ATG39破壊株は窒素欠乏下で核の形態異常と生存率の低下という顕著な表現型を示すが、このとき、ミクロヌクレオファジーが誘導されていることを見いだした。(4)ペキソファジーの制御機構の解明:ペキソファジー受容体Atg36のHrr25によるリン酸化がペルオキシソームの生合成に必須の膜タンパク質Pex3とAtg36との相互作用により促進されることを示した。(5)ユビキチンープロテアソーム系によるペキソファジー制御の分子機構と生理的意義の解明:プロテアソームによる分解に耐性となったAtg36リジン残基置換変異体を取得した。上記のように、申請時に計画した各項目について着実に進展が見られていることに加え、マクロヌクレオファジーとミクロヌクレオファジーとの関係など、新たな展開が期待される成果も得られているため、本研究課題はおおむね順調に進展していると考えている。(1)ヌクレオファジー、ERファジーにおけるオルガネラ動態の分子機構の解明:Atg40のER膜上での濃縮がERの一部をオートファゴソームに取り込むための形態変化をERに引き起こす可能性がある。別のタンパク質由来の多量体化ドメインをAtg40に付加し、オートファゴソーム形成と無関係にER上でAtg40を会合させ、小胞体の折りたたみや断片化が引き起こされるか検証する。ヌクレオファジーのメカニズムについては、核膜上で集合したAtg39とESCRT-IIIの共局在を精査する。(2)ヌクレオファジー、ERファジーの制御機構の解明:昨年度、ATG39、ATG40の転写制御に関わるシス配列を決定した。これらの配列に結合する転写制御因子を遺伝子破壊株ライブラリーを用いたスクリーニングおよびChIP-qPCRなどにより特定する。(3)ヌクレオファジーの生理的意義の解明:核およびミトコンドリアの組成や機能の変化、またミクロヌクレオファジーとの関係に焦点を当て、ATG39破壊株が示す異常の原因を究明する。(4)ペキソファジーの制御機構の解明:Atg36、Hrr25、Pex3のタンパク質間相互作用に着目して、Pex3によってAtg36のリン酸化が促進されるメカニズムを明らかにする。(5)ユビキチンープロテアソーム系によるペキソファジー制御の分子機構と生理的意義の解明:各種遺伝子破壊株などを用いてプロテアソームによるAtg36の分解に関与するE2酵素、E3酵素を同定する。(5)ユビキチンープロテアソーム系によるペキソファジー制御の分子機構と生理的意義の解明:

プロテアソームによる分解に耐性となったAtg36リジン残基置換変異体を取得した。上記のように、申請時に計画した各項目について着実に進展が見られていることに加え、マクロヌクレオファジーとミクロヌクレオファジーとの関係など、新たな展開が期待される成果も得られているため、本研究課題はおおむね順調に進展していると考えている。(1)ヌクレオファジー、ERファジーにおけるオルガネラ動態の分子機構の解明:Atg40のER膜上での濃縮がERの一部をオートファゴソームに取り込むための形態変化をERに引き起こす可能性がある。別のタンパク質由来の多量体化ドメインをAtg40に付加し、オートファゴソーム形成と無関係にER上でAtg40を会合させ、小胞体の折りたたみや断片化が引き起こされるか検証する。ヌクレオファジーのメカニズムについては、核膜上で集合したAtg39とESCRT-IIIの共局在を精査する。(2)ヌクレオファジー、ERファジーの制御機構の解明:昨年度、ATG39、ATG40の転写制御に関わるシス配列を決定した。これらの配列に結合する転写制御因子を遺伝子破壊株ライブラリーを用いたスクリーニングおよびChIP-qPCRなどにより特定する。(3)ヌクレオファジーの生理的意義の解明:核およびミトコンドリアの組成や機能の変化、またミクロヌクレオファジーとの関係に焦点を当て、ATG39破壊株が示す異常の原因を究明する。(4)ペキソファジーの制御機構の解明:Atg36、Hrr25、Pex3のタンパク質間相互作用に着目して、Pex3によってAtg36のリン酸化が促進されるメカニズムを明らかにする。(5)ユビキチンープロテアソーム系によるペキソファジー制御の分子機構と生理的意義の解明:各種遺伝子破壊株などを用いてプロテアソームによるAtg36の分解に関与するE2酵素、E3酵素を同定する。
ハードウェアトランザクショナルメモリと従来の排他制御を組合せたデータ構造の設計

近年、マルチコアCPUやGPUといったメニーコアプロセッサにより計算の高速化を目指す研究が活発である。しかし、共有メモリ型プロセッサにおいて、多くのアプリケーションではデータ構造を共有するため、その排他制御が重大な問題となっている。この問題の解決のため、最近利用可能となったハードウェアトランザクショナルメモリを利用して、並行データ構造を構成する方法について、LRUやB-treeを事例に研究を行った。さらに排他制御が利用できないGPUを利用した高並列処理を目指して、新たに提案した辞書プリミティブと既知のデータ並列プリミティブとを組み合わせて、一般的なテキスト処理が大幅に高速化できることを示した。メニーコアプロセッサ上の処理での大きなボトルネックの一つである共有データ構造の排他制御を、最近容易に利用可能となったハードウェアトランザクショナルメモリ(HTM)に加え、ロックフリーアルゴリズム、従来のロックの三種類の排他制御法を組合せて適材適所に使用し、排他制御のオーバヘッド問題を解決するための方法論の確立を目的とする。従来、これらの排他制御法の何れか一つのみを利用していたが、データの書込みならびに読出しの比率や、競合頻度、局所性などを考慮することで、これらを組み合わせて適切な並行データ構造を設計できることを目指す。今年度は、インテルCore i7プロセッサを利用して、単一方向リストとハッシュの二つのデータ構造に関して、それぞれ読出しと書込みの比率を変化させて、これらのデータ構造と三種類の排他制御法の関係を詳細に調査した。単一方向リストについては、いずれの条件の場合でも多くの場合でHTMが有効であることが判明した。しかし、各スレッドのデータに競合が非常に多い場合はロックフリーアルゴリズムが最も良いことが分かった。HTMを利用したリストを拡張し、ロックフリーアルゴリズムで使用されるマーキング法を導入したところ、逆に性能を落とすことも判明した。これは、要素が変更中かどうかを判定する条件分岐がオーバヘッドになっている可能性が高く、引き続き検証していく予定である。一方で、ハッシュについてもクローズドハッシュのみについて同様の実験を行なった。その結果、書込みが多くバケット数が少ない場合はHTMの利用が最も良かったが、バケット数が多い場合は、逆にHTMが最も悪くなることが分かった。以上から、読出しと書込み比率、競合頻度などの諸要素が、各排他制御法にどのような条件の下で影響を及ぼしているのかを、二つのデータ構造のみであるが定量的に比較できたことに大きな意義がある。今年度は、IBMのPower8プロセッサを利用して、最大で96同時実行スレッド数での実験を通して、HTMと従来の排他制御法の組み合わせについて、ハッシュ表と単一方向リストを利用したLRUアルゴリズムの実装を題材に、それぞれの特性について明らかにした。ハッシュ表ならびに単一方向リストはそれぞれ3通りの排他制御法で実装可能なため、組み合わせ総数は9通りである。さらに比較対象として、LRUのデータ構造全体をロックする粗粒度法も用意した。実験の結果、同時実行スレッド数が少なくスレッド間で競合が多発する場合は、ハッシュ表とリストの両方をロックフリーアルゴリズムの場合が良いが、スレッド間で競合が少ない場合は、粗粒度ロックが適する結果となった。一方で、同時スレッド数が多い場合は常に全てにロックフリーアルゴリズムを適用した場合が良いが、スレッド間の競合が多い場合は、ハッシュ表にHTM、リストにロックフリーアルゴリズムを適用する場合でも良い性能を示した。まとめると、特定の箇所にread/writeの競合が発生するようなリストの場合は、キャッシュミスを引き起こしやすくHTMに向かないが、逆に、スレッド実行にウェイトを入れて競合確率を下げれば、性能が改善されることを明らかにした。今年度は、最大96同時スレッドを処理可能なPower8プロセッサを利用することで、複数の排他制御を組み合わせた複合データ構造の動的特性について、LRUアルゴリズムを題材として網羅的に調査することができた。ロックフリーアルゴリズムは従来から指摘されているように、競合が多い場合に非常に高い性能であるが、既知の実装可能なデータ構造は限られている。このことを考えると、今年度の成果から、HTMを使用時にはバックオフのようなウェイトを入れて、恣意的にスレッド間の競合を下げることが必要であることが示された。一方で、HTMを利用した際の動作の正しさの検証を試みており、HTMをモデル化し、SPINを利用して検証できることも判明している。しかしながら、HTMのモデル化でも複雑であったため、他の排他制御との組み合わせた場合については、さらにモデルが複雑となりうる。今後モデルの抽象化等の検討が必要である。以上のように、これまでに得られた成果から、排他制御法の組み合わせ時の特性とその性能の問題に関する解決法の糸口が判明しており、また検証方法については困難に遭遇しているものの、全体としての達成度としてはおおよそ計画通りであると判断できる。

メニーコアプロセッサ上の処理での大きなボトルネックの一つである共有データ構造の排他制御を、最近利用可能となったハードウェアトランザクショナルメモリ(HTM)に加え、ロックフリーアルゴリズム、従来のロックの三種類の排他制御法を組合せて適材適所に使用し、排他制御のオーバヘッド問題を解決するための方法論の確立を目的とする。従来、これらの排他制御法の何れか一つのみを利用していたが、データの書込みならびに読出しの比率や、競合頻度、局所性などを考慮することで、これらを組み合わせて適切な並行データ構造を設計できることを目指す。今年度は、大規模データ管理で一般的に使用されるB-treeについて、そのスループット性能向上のために、HTMと既存の排他制御法との組み合わせ手法を中心に研究を行った。また、メニーコアプロセッサ上での排他制御無しでの文字列演算アルゴリズムについても検討を行った。効率の良いB-treeの排他制御法の枠組みとしてBlink-treeが知られている。Blink-treeの共有メモリ型マルチプロセッサ向けの実装法としてOLFITがある。OLFITは、データ参照時はロックフリーであるが、データ挿入時についてはロックを用いる。本研究では、OLFITを基本とし、HTMを導入することでデータ挿入時のロックのオーバヘッドを軽減する方法について検討した。B-treeはルートを含む上部は更新頻度が少なく、葉部がもっとも更新が頻繁に行われるため、木の上部にHTM、葉部にはロックを利用するHTM-innerと、木の上部はロック、葉部にはHTMを利用するHTM-leaf方式を提案した。前者は更新がほとんどない用途に対して有効と考えられるが、後者は更新が多い場合に有効となる方式である。評価実験の結果、既存のB-treeの排他制御法よりも、HTM-leafが更新の頻度や集中度が低い場合でも、多くの場合スループットが高いことを明らかにした。近年、マルチコアCPUやGPUといったメニーコアプロセッサにより計算の高速化を目指す研究が活発である。しかし、共有メモリ型プロセッサにおいて、多くのアプリケーションではデータ構造を共有するため、その排他制御が重大な問題となっている。この問題の解決のため、最近利用可能となったハードウェアトランザクショナルメモリを利用して、並行データ構造を構成する方法について、LRUやB-treeを事例に研究を行った。さらに排他制御が利用できないGPUを利用した高並列処理を目指して、新たに提案した辞書プリミティブと既知のデータ並列プリミティブとを組み合わせて、一般的なテキスト処理が大幅に高速化できることを示した。単純なリスト構造等は、競合が多く発生する際にロックフリーアルゴリズムが最も低オーバヘッドとの報告がなされてきたが、実際には共有するデータがそれほど大きくなく、キャッシュミスが少ないと考えられる状況下では、HTMが有効であることを定量的に明らかにした。
フリーク波形成メカニズムが船体縦曲げ応答に及ぼす影響の解明

本研究は、線形集中/準共鳴相互作用というフリーク波の形成メカニズムの違いが、コンテナ船弾性応答(特に最大サギングモーメント)にどのような影響を及ぼすのかを、フリーク波の形状に着目して明らかにすることを目的としている。当該年度は、以下を実施した:コンテナ船弾性模型を用いた変調不安定波中の縦曲げ応答を計測した実験結果をもとに、波形状が船体に作用する最大サギングモーメントに及ぼす影響について詳しく調べた。その結果、最大サギングモーメントが、波の後方波高(波頂とその後方の谷で定義)および前方波高(波頂とその前方の谷で定義)と後方波高の比の関数として表されることを明らかにした。波形状は1周期程度の短時間に前傾→後傾と大きく変化するため、コンテナ船とフリーク波が遭遇するタイミングにより、縦曲げ応答が大きく変わることがわかった。この前傾→後傾という波形状の変化は、変調不安定にとどまらず、線形集中波やガウス関数型波群中の巨大波等、様々な巨大波に共通した特徴のようである。また、線形集中、準共鳴相互作用というフリーク波の形成メカニズムが、コンテナ船弾性応答に及ぼす影響を明らかにすることを目的としていることから、実験水槽における線形の造波方法の可能性についても検討した。海上技術安全研究所の実海域再現水槽では、その全周に分割式造波機を備えているため、波向きがほぼ180度異なる2つのピークを有する方向スペクトルであらわされるようなopposing seaを造波できることを明らかにした。当初、過去に製作したコンテナ船一体型弾性模型を修理して、新たに実験を実施する予定であったが、交付額が査定されたことにより、模型船を修理することができなかった。また、平成30年度終了時に所属が異動となり、異動後の水槽施設で修理した弾性模型を曳航することは、模型船サイズの関係で不可能となった。そのため、当初の計画を変更し、サイズの小さい弾性模型を新たに製作すべく検討を行った。このような計画変更に伴い、水槽実験を実施するまでに至らなかった。東京大学への異動に伴い、新たな水槽実験を東京大学の船型試験水槽(83m×3.5m×2.5m)にて実施することとする。そのために、新たに長さ2m程度のコンテナ船弾性模型を製作する。また、波形状とコンテナ船に作用する最大サギングモーメントの関係が明らかになったことから、線形集中/準共鳴相互作用というフリーク波形成メカニズムの船体弾性応答(最大サギングモーメント)への影響については、不規則波のモンテカルロシミュレーションを行い、それぞれのメカニズムによる波形の違いについて考察していく。波のシミュレーションには、波の非線形発達を考慮できる高次スペクトル方を用いる。交付額が査定されたことにより、当初予定していた既存のコンテナ船弾性模型の修理を実施することができなくなった。

また、平成30年度終了後に所属が異動することとなり、異動先にある実験水槽で使用可能なサイズの弾性模型(既存の模型船より小さい)を異動後に新たに製作するよう計画を変更した。そのために、次年度使用額が生じた。そして、次年度新規交付額と合わせ、上記の通り、コンテナ船弾性模型(長さ2m)の製作に使用する予定である。
Hモードプラズマの周辺輸送障壁部に生成した磁気島の周辺MHD安定性への影響の研究

本研究課題は、大型ヘリカル装置(LHD)の周辺輸送障壁部を有するL-H遷移(遷移的にプラズマ閉じ込めが改善する現象)プラズマ及び、高ベータ(磁気圧に対するプラズマ圧力の比が高い)プラズマにおける周辺MHD不安定性の特性と周辺輸送障壁部への外部共鳴磁場摂動印加時の周辺MHD安定性への影響に関する研究を推進してきた。本研究において、外部共鳴磁場摂動(m/n=1/1;m/n:ポロイダル/トロイダルモード数)をLHDのL-H遷移プラズマ周辺部に印加し、大きなm/n=1/1静止磁気島(磁気島幅はプラズマ小半径の約20%)をプラズマ周辺部に生成した。このとき、m/n=1/1静止磁気島の径方向外側近傍に共鳴面を持つ周辺MHD不安定性の構造が、静止磁気島O点に沿って拡がること(X点近傍に沿って不安定性は減少)をトロイダル方向に異なるポロイダル断面に設置された複数の軟X線検出器アレイ及び磁気プローブアレイを使い、ヘリカルプラズマで初めて明らかにした。これは、通常観測されるインターチェンジモード構造(共鳴面近傍で一様に不安定となる圧力駆動型MHD不安定性)と異なり、トーラス方向に局在化した構造を持っており、バルーニングモードと類似している可能性が示唆される。また、周辺MHD不安定性による磁場揺動振幅の規格化圧力勾配に対する依存性において、大きな外部共鳴磁場摂動を印加しない場合に比べ、印加した場合の規格化圧力勾配が減少するにも関わらず、大きな磁場揺動振幅が観測されることが分かった。このようなトロイダル方向に変形を受け、且つ大きな磁場揺動振幅を持つ周辺MHD不安定性が観測される原因として、プラズマ周辺部に大きな静止磁気島が形成されたことによる周辺磁場構造の変形(局所磁気シアの低下や本来LHDに備わっているトロイダル周期数の低下)が大きく関わっていることが予測される。本研究課題は、大型ヘリカル装置(LHD)の周辺輸送障壁を有するL-H遷移(遷移的に閉じ込めが改善する現象)プラズマ及び、高ベータ(磁気圧に対するプラズマ圧力の比が高い)プラズマにおける周辺MHD不安定性の特性とプラズマ閉じ込めへの影響に関する研究を推進し、以下の成果が得られた。1.LHDプラズマ周辺部での静止磁気島の能動的生成による周辺MHD不安定性への影響外部摂動磁場コイルに大きな電流を流すことによってプラズマ周辺部に共鳴ヘリカル摂動磁場を印加し、大きな静止磁気島をプラズマ周辺部に生成した時、静止磁気島近傍に共鳴面を持つ周辺MHD不安定性が強く励起されることを明らかにした。また、複数個の軟X線及び超軟X線検出器アレイをプラズマ横長及び縦長断面部の磁気井戸及び磁気丘領域の観測ができるように設置することで、大きな静止磁気島形成時にトーラスの対称軸に対して外側に強く局在化した周辺MHD不安定性を初めて観測した。この不安定性の内部構造は、バルーニング的な構造を示唆しており、ヘリカルプラズマでは初めて観測されたバルーニング不安定性の可能性がある。2.周辺MHD不安定性によって駆動される周辺局在化モード(ELM)的振動の特性ELMは、プラズマ対向壁及びダイバータ板への深刻な熱負荷を引き起こすことが懸念されており、その特性を調べることは制御/抑制するためにも重要課題である。LHDプラズマにおいて、ELM的振動の発生は抵抗性圧力駆動型インターチェンジモードによることが実験データから示唆され、ピーリング/バルーニング不安定性によって引き起こされるトカマクプラズマのELMとは明らかに異なることを示した。一方、中性粒子加熱入力(NBI)吸収電力の増大と伴にELMの発生する繰り返し周波数が増大し、そのELMパルスごとにプラズマ外へ放出される粒子・エネルギー損失束が減少する特性を示した。
運動・スポーツが注意機能及び二重課題時の立位バランス能力・歩行能力に及ぼす影響

本研究の目的は、運動・スポーツが注意機能と二重課題時の立位バランス能力及び歩行能力に影響を及ぼすかどうかを明らかにすることである。本研究の対象者は、高齢者の運動実施者30名(運動群)と運動習慣のない高齢者25名(対照群)であった。6ヶ月の運動介入前後における注意・認知機能の評価を行った。また、二重課題時の立位バランス能力と歩行能力の測定を行った。その結果、運動介入後において運動群が対照群に比べ、TMT-B及び計算時のTUG時間の短縮、歩行速度及び歩幅の増加、ならびに計算時の歩行時の足関節・膝関節中心変動が小さくなることが明らかとなった。これらのことは、継続的な運動・スポーツの実施は高齢者の注意機能や二重課題時の立位バランス・歩行能力を向上させる可能性があることを示唆している。3ヵ年にわたって実施される本研究は、高齢者の注意機能と二重課題時の立位バランス能力及び歩行能力との関係について明らかにするとともに、定期的な運動・スポーツが高齢者の注意機能や二重課題時の立位バランス能力と歩行能力に及ぼす影響について検証することを目的とする。1年目にあたる本年度は、高齢者を対象に、注意・認知機能の評価を行うとともに、二重課題時の立位バランス能力と歩行能力を測定・分析し、注意・認知機能と立位バランス能力及び歩行能力の相互関係について明らかにした。すなわち、対象者は疾患や神経-筋系の既往症がない、兵庫県及び京都府在住の65歳以上の活動的な高齢者138名であった。注意・認知機能として、Trail Making Test-A・B (TMT-A及びTMT-B:注意機能の評価項目)、Mini-Mental State Examination (MMSE:認知機能の評価項目)の調査を行った。また、計算や名称の想起時(二重課題時)のFunctional Reach Test(FRT:立位バランス能力の評価項目)、開眼・閉眼片足立ち(立位バランス能力の評価項目)、Timed Up and Go Test(TUG:歩行・バランス能力の評価項目)を測定した。さらに、歩く(第一課題)動作を行いながら、計算や名称の想起(第二課題)を行い、その歩行の様子を三台のカメラで計測し、歩行スピード・つま先の上がり具合・体の傾きなどについて3次元動作分析システムを用いて分析を行った。これらの測定及び分析データをもとに、注意・認知機能と二重課題時の立位バランス能力、歩行能力との相互関係について解析を行った。これまでに得られた結果として、次のことが明らかになった。1)TMT-Aと二重課題時の立位バランス能力との間には相関関係がみられなかったが、TMT-B及びMMSEと二重課題時の立位バランス能力との間には相関関係が認められた。2)MMSEと二重課題時のTUGとの間に相関関係が認められた。3)現在、歩行動作については分析中であり、TMT-A、TMT-B及びTUGと歩行動作との相互関係については言及できない。2年目にあたる平成22年度は、運動群30名(運動施設を拠点とした運動・スポーツ実施)と対照群25名を対象に、運動実施前後に注意機能、二重課題時の立位バランス能力と歩行能力を測定を行なう。すなわち、Trail Making Test-A・B及びMini-Mental State Examination調査、計算時(二重課題時)の開眼・閉眼片足立ち及びTimed Up and Go Test、及び計算(第二課題)時の歩行(第一課題)動作の3次元動作分析を行う計画であったが、運動群の10名の測定が平成23年度となり、分析もすべてが終了できなかった。しかし、分析途中であるものの、運動群にTrail Making Test-A・B時間及び計算時のTimed Up and Go Test時間の短縮、ならびに計算時の歩行速度及び歩幅の増加が認められた。3ヵ年にわたって実施される本研究は、高齢者の注意機能と二重課題時の立位バランス能力及び歩行能力との関係について明らかにするとともに、定期的な運動・スポーツが高齢者の注意機能や二重課題時の立位バランス能力と歩行能力・動作に及ぼす影響について検証することを目的とする。最終年にあたる本年度は、高齢者運動群30名と高齢者対照群25名を対象に、運動実施前後の注意・認知機能の評価を行うとともに、二重課題時の立位バランス能力と歩行能力・動作を測定・分析し、両群の測定・分析値を比較した。

すなわち、注意・認知機能して、Trail Making Test-A・B (TMT-A、TMT-B)、Mini-Mental State Examination(MMSE)の調査を行った。また計算時(引き算時:二重課題)のFunctional Reach Test(FRT)、開眼・閉眼片足立ち、Timed Up and Go Test(TUG)を測定した。さらに、計算時の歩行動作を三台のカメラで計測し、歩行速度、歩幅、身体関節中心変動などについて3次元動作分析システムを用いて分析を行った。運動実施前後の測定及び分析値をもとに、運動群と対照群の注意機能、二重課題時の立位バランス能力と歩行能力を比較検討することによって、定期的な運動・スポーツの実施が高齢者の注意機能や二重課題時の立位バランス・歩行能力に及ぼす影響について詳細に分析・検討を行った。その結果、運動群が対照群に比べ、TMT-A及びTMT-B及び計算時のTUGの時間の短縮、歩行速度、歩幅の減少、ならびに計算時の歩行時の足関節・膝関節中心動揺が小さくなることが明らかとなった。これらのことは、定期的な運動・スポーツの実施によって高齢者の注意機能や二重課題時の立位バランス・歩行能力が向上する可能性を示唆している。平成22年度中に運動群30名(運動施設を拠点とした運動・スポーツ実施)と対照群25名を対象に、運動実施前後に注意機能、二重課題時の立位バランス能力と歩行能力の測定、ならびに歩行動作の分析を行なう計画であったが、運動群10名の測定が平成23年度となり分析もすべてが終了できなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度には平成23年度中に終了予定であった運動群の二重課題時の歩行動作分析を終え、運動実施前後の運動群と対照群の注意機能、二重課題時の立位バランス能力と歩行能力を比較検討することによって、定期的な運動・スポーツの実施が高齢者の注意機能や二重課題時の立位バランス・歩行能力に及ぼす影響について詳細に分析・検討を行う。