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電磁振動力と溶湯異周速圧延の複合効果による微細化マグネシウム合金板材の高速製造法

微細化した組織を有するマグネシウム合金板材製造することを目的として,超音波や電磁振動させた溶湯を用いる双ロール鋳造実験装置を用いて実験を行なった.鋳造温度,ロール周速,上下ロールギャップ設定値,と板材の板厚さとの関係を明らかにすることができた.本実験においては上下ロールギャップの設定値は重要な要素であるが,一次元凝固モデルを用いて板厚さの予測が可能である.また,温間圧延パスと深絞り試験の結果から,板材を製造するのに適した条件があり,温間圧延の圧下率を大きく取ることが望ましい.また,板材の結晶組織と温間圧延パスの材料学的な調査においては,双ロール鋳造実験装置を用いて製造された板材の鋳造組織を明らかにした.どのような製造条件であれば,柱状組織が支配的なのか,あるいは等軸晶が支配的になるのかを調査した.温間圧延の過程では,加工組織に変化する際の,圧延ロールの温度,焼鈍温度,圧延パスの影響を明らかにした.あわせて結晶組織の観察もおこなった.本加工プロセスによる結晶粒径は,小さいもので1μmのものから5μm程度のものが得られることを明らかにした.凝固解析におけるIT親和性加工モデルの構築では,溶湯の凝固解析における境界条件の設定方法を決定し,凝固解析IT親和性加工モデルを提案する.昨年度検討した溶湯-ロール間の推定熱伝達係数を使用して,本数値モデルの解析が妥当な解を得ることができるかを検証した.さらに,材料の凝固,変形モデルの構築し,溶湯-ロール間の推定熱伝達係数を用いて,コントロールボリューム法によるFEM解析を行った.双ロール鋳造の熱収支,凝固・変形の解析を行い,実験で得られた適切な製造条件が解析においても反映されるかを調査した.また,本方式で行なったロールを加熱式温間圧延プロセスと板材の成形加工性の調査においては,圧延温度,圧下率,圧延パス,焼鈍温度を変化させで,温間圧延条件と結晶組織,得られた板材の機械的性質,塑性加工性の詳細な関係を明らかにすることができた.また高強度マグネシウム合金である,AM50,AZ61,AZ91においても本プロセスによって加工性のよい展伸材が得られること明らかにした.得られたLDRは,AZ91で2.4,AZ61ではで2.6の成形が可能なマグネシウム合金が得られ,本法の有効性が確認できた.微細化した組織を有するマグネシウム合金板材製造することを目的として,超音波や電磁振動させた溶湯を用いる双ロール鋳造実験装置を用いて実験を行なった.鋳造温度,ロール周速,上下ロールギャップ設定値,と板材の板厚さとの関係を明らかにすることができた.本実験においては上下ロールギャップの設定値は重要な要素であるが,一次元凝固モデルを用いて板厚さの予測が可能である.また,温間圧延パスと深絞り試験の結果から,板材を製造するのに適した条件があり,温間圧延の圧下率を大きく取ることが望ましい.また,板材の結晶組織と温間圧延パスの材料学的な調査においては,双ロール鋳造実験装置を用いて製造された板材の鋳造組織を明らかにした.どのような製造条件であれば,柱状組織が支配的なのか,あるいは等軸晶が支配的になるのかを調査した.温間圧延の過程では,加工組織に変化する際の,圧延ロールの温度,焼鈍温度,圧延パスの影響を明らかにした.あわせて結晶組織の観察もおこなった.本加工プロセスによる結晶粒径は,小さいもので1μmのものから5μm程度のものが得られることを明らかにした.凝固解析におけるIT親和性加工モデルの構築では,溶湯の凝固解析における境界条件の設定方法を決定し,凝固解析IT親和性加工モデルを提案する.昨年度検討した溶湯-ロール間の推定熱伝達係数を使用して,本数値モデルの解析が妥当な解を得ることができるかを検証した.さらに,材料の凝固,変形モデルの構築し,溶湯-ロール間の推定熱伝達係数を用いて,コントロールボリューム法によるFEM解析を行った.双ロール鋳造の熱収支,凝固・変形の解析を行い,実験で得られた適切な製造条件が解析においても反映されるかを調査した.また,本方式で行なったロールを加熱式温間圧延プロセスと板材の成形加工性の調査においては,圧延温度,圧下率,圧延パス,焼鈍温度を変化させで,温間圧延条件と結晶組織,得られた板材の機械的性質,塑性加工性の詳細な関係を明らかにすることができた.また高強度マグネシウム合金である,AM50,AZ61,AZ91においても本プロセスによって加工性のよい展伸材が得られること明らかにした.得られたLDRは,AZ91で2.4,AZ61ではで2.6の成形が可能なマグネシウム合金が得られ,本法の有効性が確認できた.1.最適鋳造条件の解明溶湯直接圧延によって結晶粒の微細なマグネシウム合金板材を得るための,鋳造条件を求めた.ロール傾斜角度が0°の場合,20ミクロンメートル以下の平均結晶粒を有する板材を製造できる条件は,ロール週速度で5-15m/min,注湯温度で625630°C,であることを確認した(板材の幅80ミリの場合).板材は急冷凝固によって,組織は微細化,球状化しており板材中央部の組織はほぼ等軸晶となっていることを確認した.結晶粒微細化へおよぼす上下ロールの周速比を明らかにした.2.実験装置の設計および製作

AZ31B材のような二元系合金が凝固する際に初晶に振動力を与えることによって微細なマグネシウムストリップキャスト材を得るための装置の設計および製作を行った.この装置では,温度,圧延部分に制御系を有しており,溶湯の液面レベル,ロール圧延温度などを一定にすることができる.この装置を使用して,ロールストリップキャスティングの際のロールと溶湯との熱伝達係数を実験と計算の両面から推定することができた.3.最適圧延条件の調査マグネシウム合金AZ31Bのストリップキャスト材を,温間で圧延し,結晶組織観察,温間での深絞り成形試験を行った.温間で圧延の温度を200°Cから,450°Cまで変化させて実験したところ,圧延温度が250°C以下では,リダクションが小さくても耳割れが発生した.また,温間圧延中に中間焼鈍を行うことで結晶組織が均一化し,結晶粒の大きさのばらつきが減少することが判明した.圧延温度は,300°C,または,350°Cが適しており圧延パスは,圧延の初期にリダクションを大きくとるパスが成形性のよい展伸材を得るには効果があることを明らかにした.4.凝固,流動,変形解析の有限要素モデルの開発凝固珪酸にはUMISTが開発したコントロールボリューム法を使用して,対流項を考慮した鋳造解析を行った.この結果,ロールと溶湯の熱伝達条件を変化させ,凝固の際の温度分布を知ることができた.この温度分布の結果を用いて,変形の解析を行い,これを各時間ステップごとに繰り返すことで近似的に凝固と変形の連立解析を行う手法の有効性を確認した.この計算モデルでロールストリップキャスティングの解析が可能であることを明らかにした.1.実験装置の構築および最適鋳造条件の解明双ロールキャスティング装置に超音波,電磁振動によって凝固中の微細化する機能をとりつけた装置を作製した.さらに溶湯直接圧延によって結晶粒の微細なマグネシウム合金板材を得るための,ロールの鋳造条件を求めた.ロール材質がS45Cの場合には,20-30ミクロンメートル以下の平均結晶粒を有する板材を製造できる条件は,ロール周速度で4-10m/min,注湯温度で650675°C,であることを確認した(板材の幅50ミリの場合),ロール材質が純銅の場合には,5-40m/min,注湯温度で630650°Cであった.ロールギャップとロール速度を変えたとき,製造できる製品の厚さを求め,凝固定数との関係をグラフにした.2.結晶組織の材料学的調査AZ31B材のような二元系合金が凝固する際に初晶に振動力を与えることによって微細なマグネシウムストリップキャスト材を得られることがわかった.得られた板材の組織は,初晶の凝固開始時に振動力を与えることで微細化できる.板材の組織は,S45Cロールを用いたとき,板厚さの両側表面より20パーセントの部分が,柱状組織であり,あとの内部の部分が結晶の粒径が20-30ミクロンの等軸であった,初晶に振動力を与えることによって粒径は1/31/4までさらに微細になる.3.最適な成形条件の調査マグネシウム合金AZ31Bのストリップキャスト材を,圧延ロール,板材ともに加熱する方式で圧延し,温間での深絞り成形試験を行った.温間で圧延の温度を200°Cから,450°Cまで変化させて実験したところ,圧延温度が300°Cのとき,限界絞り比で2.6以上が得られ,市販のスラブ材と同程度の温間絞りが可能であることがわかった.圧延パスは,圧延の初期にリダクションを大きくとり,おおきな加工ひずみを与えたほうが伸びのある展伸材を得られることを明らかにした.4.凝固,流動,変形解析の有限要素モデルの開発凝固計算には,キャパシタンス法を用いてMARCで計算を行った.
反強磁性体スピンデバイスを目指したスピントルク磁化操作の確立

反強磁性体は、その性質から磁化方向を制御・検出することが一般的に困難であると考えられてきた。しかしながら、申請者が主導するものを含む最近の研究結果からスピン流と反強磁性体の磁化との相互作用(スピントルク効果)や反強磁性磁気抵抗効果などが実験的に解明されてきている。本研究は、これらの成果をさらに展開し、スピントルク効果による反強磁性体の磁化方向の制御、および磁気抵抗効果による磁化方向の電気的検出を主目的としている。前年度の成果として、反強磁性磁化においてもスピントルク効果が有効であることが間接的に既に示されている。本年度(平成30年度)は、実際に反強磁性体に効率よくスピン注入し、スピントルク効果により回転する反強磁性磁化方向を電気的に検出するデバイス構造を作製し、スピントルク書き込み反強磁性メモリの動作原理(書き込み・読み出し)の実証を行った。具体的には、Pt/NiOやPt/CoGd多層膜において反強磁性メモリの実証を行い、10^7[A/cm^2]程度の電流にて反強磁性磁化方向の制御ができることを確認し、また抵抗変化による磁化方向の読み出しが可能であることを証明した。これらの成果は、数件の査読論文(Physical Review Letters、Scientific Reports、等)に掲載された。これは、反強磁性体がスピントロニクス応用において主材料となり得ることを示した重要な成果である。本年度後半では、さらに、スピントルク効果による反強磁性体磁化回転のTHzダイナミクスに迫るべく、31年度に取り組む予定であったTHz分光装置の設置を行い、予備実験を行った。当初平成31年度に予定していたテラヘルツ分光実験について、すでに予備実験を実施できる段階にまで達しており、研究計画が半年以上前倒しで実施されている。平成31年度は、テラヘルツ分光技術を利用して反強磁性体の共鳴周波数・テラヘルツ領域で作用するスピントルク効果について調べる。まずは、反強磁性体にスピン注入しながらテラヘルツ波の測定が可能な測定系を構築する。反強磁性体の単純なテラヘルツ共鳴実験は既に確立された技術であり、NiO反強磁性体などにおいて数多く報告がなされている。これらの技術を応用し、テラヘルツ分光装置に試料を設置し、スピン流を注入しながら吸収・反射スペクトルの変化を観測することで、スピン流による磁化ダイナミクスの変調を測定する。本年度(平成29年度)は、大きなスピントルク効果を発現する材料系および薄膜構造の探索を行った。大きなスピンホール効果を有するPtやTa、Wなどの利用を検討し、反強磁性材料にはコリニア反強磁性を有するFeRh、NiO、Cr2O3や、ノンコリニアなFeMnやIrMnなどをスピントルク強磁性共鳴法により評価した。その結果、FeNi/FeMn/Pt三層膜において、反強磁性体FeMnのネールベクトルの方向に依存して変化する系のダンピング定数から、反強磁性磁化にスピントルク効果が働いていること、さらに同効果に角度依存性があることを実験的に明らかにした。本成果は、Physical ReviewLettersに掲載された。これらの結果は、スピントルク効果による反強磁性体の磁化方向の制御を目指すうえで重要な知見である。さらに、スピントルク効果による反強磁性磁化の回転および磁気抵抗測定を行うため、デバイス構造を工夫し、マルチプレクサーを利用した制御・測定系をセットアップし、実験を行った。予備結果として、すでにスピントルク効果による磁化回転で抵抗が変化することを確認した。当初平成30年度に予定していたスピントルク効果および磁気抵抗効果を利用した連続的な磁化操作・検出の実験について、すでに実施しており、上記に述べた予備的結果を得ており、研究計画が半年以上前倒しで実施されている。

これらの成果は、数件の査読論文(Physical Review Letters、Scientific Reports、等)に掲載された。これは、反強磁性体がスピントロニクス応用において主材料となり得ることを示した重要な成果である。本年度後半では、さらに、スピントルク効果による反強磁性体磁化回転のTHzダイナミクスに迫るべく、31年度に取り組む予定であったTHz分光装置の設置を行い、予備実験を行った。当初平成31年度に予定していたテラヘルツ分光実験について、すでに予備実験を実施できる段階にまで達しており、研究計画が半年以上前倒しで実施されている。平成30年度は、今年度得られたFeNi/FeMn/Pt三層膜における結果などの知見を元に、スピントルク効果および磁気抵抗効果を利用した連続的な磁化操作・検出の実験を進める。強磁性体の場合と同様に、反強磁性体においてもスピントルク効果による磁化回転の過程で複数の磁区を形成することが予想される。スピントルク効果による磁化回転過程における動力学を明らかにし、反強磁性体デバイス設計の指針を得る。平成31年度は、テラヘルツ分光技術を利用して反強磁性体の共鳴周波数・テラヘルツ領域で作用するスピントルク効果について調べる。まずは、反強磁性体にスピン注入しながらテラヘルツ波の測定が可能な測定系を構築する。反強磁性体の単純なテラヘルツ共鳴実験は既に確立された技術であり、NiO反強磁性体などにおいて数多く報告がなされている。これらの技術を応用し、テラヘルツ分光装置に試料を設置し、スピン流を注入しながら吸収・反射スペクトルの変化を観測することで、スピン流による磁化ダイナミクスの変調を測定する。
幼小中接続を考慮した演繹的論理を中心とした論理教育における教材開発と評価の研究

小学校ではプログラミング教育が必修化されるが、プログラミング教育の教育的効果として論理的思考力の向上がある。各調査などの結果より,日本の子どもは「論理的思考力」が弱いと指摘されている。その打開策として数学教育学の視点から従前の論理教材の見直し、およびプログラミング的思考を活かした各発達段階に適した論理教育の教材開発と評価方法を提案することを目的とする。研究方法は,「論理的思考力」の発達を幼児期から学童期,青年期について認識調査をもとに体系的に明らかにする。幼小中接続を考慮し評価の観点を明確にした体系的な論理教育の教育内容・指導法を開発し教育実験を通してその教育効果を検証する。
江戸の神秘思想―聖徳太子をめぐる秘伝―

江戸時代の精神世界について、従来のように儒学や国学で説明するのは、研究の進展によって不十分と考えられるようになった。仏教や神仏習合神道など、注目されることの少なかった、しかし実は庶民を中心に受容されていた非合理的な世界が、改めて着目されている。本研究はそれについて、『大成経』などの聖徳太子信仰を調査することで、仏教の理念を生かした近世思想展開という、従来とは異なる別の可能性を探る。
マクロファージの低酸素腫瘍移行性を利用した放射線増感剤・p53再活性化剤の開発

癌の放射線治療において障害となっている低酸素癌細胞に選択的に集積して放射線治療の効果を高める新規薬剤の創製を目的として,グルコースやN-アセチルガラクトサミンなどの単糖類と2-ニトロイミダゾール型放射線増感剤TX-1877とを結合させた糖ハイブリッド薬剤を分子設計し,放射線増感活性・腫瘍集積性・マクロファージ活性化能を有するTX-2068・TX-2141・TX-2244の創製に成功した.癌の放射線治療において障害となっている低酸素癌細胞に選択的に集積して放射線治療の効果を高める新規薬剤の創製を目的として,グルコースやN-アセチルガラクトサミンなどの単糖類と2-ニトロイミダゾール型放射線増感剤TX-1877とを結合させた糖ハイブリッド薬剤を分子設計し,放射線増感活性・腫瘍集積性・マクロファージ活性化能を有するTX-2068・TX-2141・TX-2244の創製に成功した.平成18年度の計画は「マクロファージ結合性低酸素細胞放射線増感剤の分子設計・合成」である.そこでまず,低酸素細胞放射線増感剤TX-1877とマクロファージ結合性糖鎖N-アセチルガラクトサミンを1位でグリコシド結合させたTX-2068を分子設計した.分子軌道計算ソフトGaussian03を用いた解析の結果,2-ニトロイミダゾール基にLUMOが,N-アセチルガラクトサミンの2位のN-アセチル基にHOMOが局在しており,また,-LUMO値(=EA,電子親和性)もTX-1877と同等の値であったことから,TX-2068はTX-1877と同程度の低酸素細胞放射線増感活性を有していることが示唆された.また,マクロファージ結合性糖構造を比較するために,グルコサミン・ガラクトサミン・マンノサミンとTX-1877を結合させたTX-2141,2218,2217も分子設計し,分子軌道計算より2-ニトロイミダゾール基にLUMOが局在していることを確認した.次に,これら分子の合成について,ペンタアセチル化糖を用いてニトロメタン中,三フッ化ジエチルエーテル錯体によるTX-1877のグリコシル化し,次いでアルカリ処理にて脱アセチル化して最終目的物をグラムスケールで得た.各化合物の総収率は10%程度であった.グリコシル化の際の立体選択性については,マンノースのみがα選択的で残り3種はすべてβ選択的であった.TX-2068の疎水性パラメータlogPを水-オクタノール分配係数より求めたところ,P=0.001とTX-1877(P=0.056)と比較してかなり高い水溶性を示すことが分かった.残りの3化合物もClogPの値から高い水溶性を有することが示唆された.以上より,平成18年度の目的である「マクロファージ結合性低酸素細胞放射線増感剤の分子設計・合成」が達成された.本申請研究は、放射線及び温熱治療の効果増強を目指したマクロファージ結合型低酸素細胞放射線増感剤・p53再活性化剤の分子設計及び薬理活性の評価を目的とする.平成19年度の研究実施計画は、平成18年度に分子設計・合成した糖ハイブリッド低酸素細胞放射線増感剤のin vitro生物活性評価である.培養したマウス乳腺癌由来EMT6/KU細胞を密封した試験管に移し糖ハイブリッド低酸素細胞放射線増感剤を投与後、0%酸素ガスで1時間処理したものにガンマ線を照射し、コロニー形成法による生存率にて各薬剤の増感活性を評価した.その結果、テトラアセチルグルコース構造を有するTX-2244 (増感比2.30)やテトラアセチルマンノース構造を有するTX-2246 (増感比1.88)が高い放射線増感活性を示す一方、ヒドロキシル基がフリーの糖構造を有する薬剤のすべてがほとんど増感効果を示さなかった(増感比1.331.43).この結果から、分子設計した糖ハイブリッド低酸素細胞放射線増感剤はin vitroにおいてEMT6/KU細胞に対して糖選択的に取り込まれていないことが示唆された.しかしながら、TX-2244は比較的水溶性が高い(水-オクタノール分配係数0.105)にも関わらずエタニダゾールやTX-1877よりも増感活性を示したことは大変興味深く今後作用機序の解明に取組む予定である.マクロファージ活性化能については、マウス腹腔から単離したマクロファージの羊赤血球細胞貪食活性試験の結果から、N-アセチルガラクトサミン構造を有するTX-2068のみ1mMと高濃度ながらもポジティブコントロール化合物であるLPSと同等の活性化能を示した.来年度は、これらの候補化合物の発育鶏卵を用いたin vivo生物活性評価及びリード化合物の創製を目的とする予定である.本申請研究は,放射線及び温熱治療の効果増強を目指したマクロファージ結合型低酸素細胞放射線増感剤・p53再活性化剤の分子設計及び薬理活性の評価を目的とする.平成20年度の研究実施計画は,平成18-19年度に分子設計・合成しin vitro生物活性を評価した糖ハイブリッド低酸素細胞放射線増感剤の発育鶏卵を用いたin vivo生物活性評価である.候補薬剤Tx-2244の腫瘍移植鶏卵を用いた薬物動態解析の結果より,静脈注射30分後に最大の腫瘍内濃度を示し,その後時間とともに濃度が低下し,代謝物(分解物)も確認された.

一方,候補薬剤TX-2141は静脈注射3時間後まで同程度の腫瘍内濃度を維持し,腫瘍への取り込み率もTX-2244より高い値を示した.また, TX-2244と異なり代謝物(分解物)は確認されなかった.この結果より, in vitro実験ではより高い放射線増感活性を示したTX-2244と比べ, TX-2141の方がin vivoでは高い活性を示す可能性が示唆された.さらに,腫瘍移植鶏卵を用いたin vivo放射線増感活性評価系の構築については, 2-4Gyの放射線照射単独群に比べてEtanidazole併用群に相加的もしくは相乗的な腫瘍成長阻害効果が観察されたことから,本評価系の代替動物実験としての有用性が示された.今後,本評価系を用いて候補薬剤の評価を行いin vivo活性を基盤とした構造活性相関を行うことにより,臨床応用を目指した放射線増感剤の創製が達成できると思われる.
体肢筋量の推定法と体肢筋量と筋力の関係に関する研究

若年男性を対象にした生体電気インピーダンス(BI)法筋体積推定式を高齢者や女性に適用した場合,筋体積は過大評価される。このことから、私はその要因として今まで先行研究において、その体積抵抗率が非常に高値であることから電気的に無視できるとされてきた骨組織の個人差、すなわち年齢や性別の影響を受けやすい骨密度の個人差が影響しているという仮説を立てた。そこで本年度の研究では、この仮説を検証し,骨密度と体積抵抗率の関係を明らかにし、BI法筋体積推定に及ぼす骨密度の個人差の影響を明らかにすることを目的とした.被験者は成人男女15名であった。対象部位は、その骨量が筋量に比較して多いために、BI法を適用した場合に骨が主な電気伝導体となる、つまり、BI測定値に骨の電気情報が反映されると予想できる手関節部(遠位20%前腕長部位)を用いた。手関節におけるBI法によるBI値、DEXA法およびpQCT法による骨密度、MRI法による各組織(筋、脂肪、骨、血管、腱)の体積を取得した。BI値と骨と筋の面積および手関節長(BI値の測定区間長)から体積抵抗率を計算した。体積抵抗率と骨密度の関係を明らかにするために両者の回帰分析を行った。その結果、両者の間には正の相関関係が見られ(r=0.774,p<0.05)、骨密度の高い個人ほど手関節付近の体積抵抗率が高くなる傾向にあった。このことは、従来のBI法による四肢筋体積推定法のようにBI値測定部位に骨組織がその主な構成組織である関節部を含んでいる場合、推定筋体積は骨の個人差の影響による誤差を含んでいることを示唆している。このことから,BI法で四肢筋体積を推定する場合、筋量比率が低くなる位置を避けてBI値を計測することが,より精度の高い筋体積推定のためには重要であることが示唆された。本年度は,多人数の被験者集団にも適用できる可能性を持つ生体電気インピーダンス(BI)法に着目し,それらによる四肢筋体積推定の妥当性を検討することを目的とした.成人男性21名を対象に,上腕部,前腕部,大腿部および下腿部からそれそれBI値を取得し,BI法による筋体積推定式を得るために,MR法筋体積を従属変数,BI値と四肢長から計算した筋体積指標(BI index:四肢長2/BI)を説明変数とする単回帰分析を行った.その結果,各セグメントについて,決定係数がR2=0.828.0.947,SEEが6.6%.8.9%という推定式が得られた.さらに,本研究では,電気的並列等価回路モデルを肘関節の伸展筋群および屈曲筋群に当てはめ,肘関節角度を変化させた際のBI値から,両筋群の体積比(伸筋屈筋体積比)を算出し,伸展筋群および屈曲筋群の各体積の推定を試みた.その結果,肘関節角度0°と90°時の上腕部BI値の比により伸筋屈筋体積比をSEE=9.3%の精度で推定が可能であった.さらに算出された伸筋屈筋体積比と上腕部全体の推定筋体積を用いて,屈曲筋群および伸展筋群の各体積を推定したところ,その精度は前者がSEE=12.2%,後者がSEE=10.9%であり,BI法によっても屈曲筋群および伸展筋群の各体積をそれそれ個別に求めることができる可能性が示された.また,BI法を用いた筋体積の推定精度をより高めるために,BI値の計測に関連した誤差要因について,検討した結果,脂肪および骨の体積比率,骨密度,および筋形態の個人差が誤差要因となることが確認された.このことから,BI法では,筋量比率が低くなる位置を避けて電圧計測電極を配置しBI値を計測すること,また,筋形態における位置差を考慮に入れ,測定部位を細分化した形でBI値を取得することで,より精度の高い筋体積推定が可能であることが認められた.若年男性を対象にした生体電気インピーダンス(BI)法筋体積推定式を高齢者や女性に適用した場合,筋体積は過大評価される。

このことは、従来のBI法による四肢筋体積推定法のようにBI値測定部位に骨組織がその主な構成組織である関節部を含んでいる場合、推定筋体積は骨の個人差の影響による誤差を含んでいることを示唆している。このことから,BI法で四肢筋体積を推定する場合、筋量比率が低くなる位置を避けてBI値を計測することが,より精度の高い筋体積推定のためには重要であることが示唆された。
超高感度次世代シーケンサーを用いた婦人科癌リキッドバイオプシーの網羅的遺伝子解析

近年の癌医療において患者個々の癌遺伝子発現に合わせた治療選択を行うPrecision medicineが注目されている.手術や生検などの侵襲的な処置が必要な腫瘍組織の解析に代わり,低侵襲的に採取し得る末梢血中腫瘍循環DNA(ctDNA)のLiquid Biopsyによる遺伝子解析が注目されており,肺癌などで研究が進められている.進行婦人科癌の予後は不良であり,新規治療戦略が求められているにも関わらず,利用可能な分子標的薬が少なく,LiquidBiopsy研究もほとんどない.大腸癌の卵巣転移のLiquid biopsyから大腸癌パターンの遺伝子変異を検出し,腫瘍組織の解析結果と一致していた(Iwahashi et al, Oncol Lett, 2018).また進行卵巣癌における術前化学療法反応不良例において,術前化学療法後のLiquid biopsyで腫瘍組織と一致する新たなTP53の遺伝子変異が複数出現し,腫瘍特性のモニタリングが可能であった.今後さらに解析症例を増やし,婦人科癌における特性診断,薬剤選択,モニタリングにおけるLiquid biopsyの有用性の検討を続ける予定である.婦人科癌患者の血漿は順調に集積できており,解析も随時すすめているため,順調に進行していると判断する。今後症例を増やし,婦人科癌全体・子宮頸癌・子宮体癌・卵巣癌におけるLiquid biopsyの臨床的有用性を検討したい.近年の癌医療において患者個々の癌遺伝子発現に合わせた治療選択を行うPrecision medicineが注目されている.手術や生検などの侵襲的な処置が必要な腫瘍組織の解析に代わり,低侵襲的に採取し得る末梢血中腫瘍循環DNA(ctDNA)のLiquid Biopsyによる遺伝子解析が注目されており,肺癌などで研究が進められている.進行婦人科癌の予後は不良であり,新規治療戦略が求められているにも関わらず,利用可能な分子標的薬が少なく,LiquidBiopsy研究もほとんどない.大腸癌の卵巣転移のLiquid biopsyから大腸癌パターンの遺伝子変異を検出し,腫瘍組織の解析結果と一致していた(Iwahashi et al, Oncol Lett, 2018).また進行卵巣癌における術前化学療法反応不良例において,術前化学療法後のLiquid biopsyで腫瘍組織と一致する新たなTP53の遺伝子変異が複数出現し,腫瘍特性のモニタリングが可能であった.今後さらに解析症例を増やし,婦人科癌における特性診断,薬剤選択,モニタリングにおけるLiquid biopsyの有用性の検討を続ける予定である.婦人科癌患者の血漿は順調に集積できており,解析も随時すすめているため,順調に進行していると判断する。今後症例を増やし,婦人科癌全体・子宮頸癌・子宮体癌・卵巣癌におけるLiquid biopsyの臨床的有用性を検討したい.生化学解析試薬に使用する。
氾濫流下におけるヘッドマウントディスプレイ型高精度車避難疑似体験システムの開発

本研究では,実験および数値計算による物理量を考慮した実測データを組み込み,津波や高潮,大雨による洪水など氾濫流下におけるHMD型高精度車避難疑似体験システムを開発する.ヘッドマウントディスプレイ(HMD)を用いることにより,省スペース・低コストで効果的な没入疑似体験を可能にする.本研究は,1.水理模型実験による氾濫流下での車の挙動特性および衝撃・持続波圧の解明,2.既往最大および最強台風による高潮氾濫流の再現計算を基にした氾濫諸量データベースの構築,3.実測データを基にした氾濫流下での高精度HMD型車避難疑似体験システムの開発,4.ハザードマップ,大型スクリーン投影などの従来手法との教育・啓発効果の比較検証の4項目から構成される.項目1は3Dプリンターによって高精度に造られた車模型による氾濫流下での実験を行った.項目2は数値シミュレーションによる高潮氾濫計算から得られる氾濫諸量の時・空間データベースの構築を図った.項目3は精度保証された氾濫諸量を基にした車避難疑似体験システムを開発した.項目4は従来手法との教育・啓発効果を比較検証し,本システムの有用性を実証した.最終年度である2018年度は,項目3と項目4を重点的に行った.ハザードマップや被災地の映像などを利用した従来手法と本研究において開発されたVR津波体験ドライビングシミュレーターを用いた手法を定量的に評価した.その結果,本研究の有用性が示された.しかし,VRの場合は体験を希望する地区ごとに3D-CG地形・市街地モデルを作成する必要があり,全国各地を再現するには膨大な費用がかかることが明らかになった.そのため発想を転換し,現実風景に津波氾濫流をCGで重ねて表現するAR(拡張現実)システムの試作と教育実践も行ったところ,予想以上に好評を得て,効果的であることが示唆された.本研究では,実験および数値計算による物理量を考慮した実測データを組み込み,津波や高潮,大雨による洪水など氾濫流下におけるヘッドマウントディスプレイ(HMD)型高精度車避難疑似体験システムを開発する.HMDを用いることにより,省スペース・低コストで効果的な没入疑似体験を可能にする.本研究は,愛知工科大学(板宮)と岩手大学(小笠原),防災科学技術研究所(村上)が連携して行っている.HMD型車避難疑似体験システムで用いる車の挙動特性は,3Dプリンターで造られる相似則を満たした模型による実験を行い,そこから得られた実測データを反映させた.実験は小笠原が担当した.実験に用いた開水路は,長さ10m,幅1m,高さ0.8mの計測区間を有し,循環流および段波を発生させることが可能である.容量式波高計およびプロペラ流速計などの計測機器を用いて,定常流および非定常流の2種類の氾濫流下における浸水深および流速を計測し,時刻歴データベースの構築を行った.また,村上は,IPCCの温暖化シナリオの基,今世紀末までの海洋環境場において熱力学的平衡に達する最強台風が東京・伊勢・大阪の3大湾に来襲したとき,台風渦位ボーガスおよび大気ー海洋ー波浪ー氾濫流結合モデルで高潮氾濫流を予測し,浸水深や流速等の面的情報をデータベース化した.これらのデータを用いて,板宮は,HMD型車避難疑似体験システムを試作した.自治体主催の総合防災訓練などの防災イベントや展示会に持ち出し,自治体の防災担当者のほか一般市民も体験し,好評を得た.当初の計画では,平成28年度は,実験による氾濫流の浸水深・流速のデータ収集(小笠原)と結合モデル数値計算による高潮氾濫流の浸水深・流速のデータベース化(村上)が主であった.しかし,小笠原と村上の成果に加えて,実測値を反映したヘッドマウントディスプレイ(HMD)型簡易疑似体験システムの開発(板宮)を先行して開始することができた.防災イベントで展示を行ったところ,自治体の防災担当者のほか一般市民から好評を得た.新聞やテレビにおいても複数回紹介された.東日本大震災から6年が経過し,車避難の問題点と対策の重要性が議論されるようになって来たため,本研究は社会的ニーズにマッチしていることを実感した.本年度は,実測データを基にした氾濫流下での高精度HMD型車避難疑似体験システムの開発を行った.1ー1)氾濫流下における車挙動特性を把握できた(小笠原).フルードの相似則を満足した精巧な車の模型を3Dプリンターで作成し,2台の高速度デジタルビデオカメラを用いて,定常流および非定常流の氾濫流下における車の3次元挙動を撮影した.さらに,異なる角度から撮影した2枚以上の同期画像を基に,DLT法より車の3次元空間座標を算出し,漂流する車の軌跡および速度を求めた.1ー2)車に作用する衝撃・持続波圧による流体力のモデル化(小笠原).車模型の各面に圧力センサーを埋め込み,2種類の氾濫流を発生させて衝撃波圧および持続波圧を計測し,車に作用する流体力のモデル式を構築して,疑似体験システムへの導入を図った.2ー1)実測値を反映したHMD型津波体験ドライビングシミュレータシステムを開発した(板宮).HMD簡易ドライビングシミュレータに,実験と数値計算による浸水深や氾濫流速データの入力インターフェースを追加した.バーチャル空間内に3次元的に映し出される水面と車の動きは,実測データに基づく挙動が反映されるような機能を追加した.氾濫流と車が接触した際の物理挙動を精密化する際に計算負荷が大きくなることが考えられたため,HMDにおける全天周コンピュータグラフィックス映像の描画更新速度に影響が出ないようにメッシュの最適化処理を行った.

2ー2)全天周映像に振動体感機能を加味した高精度システムに改良した.(板宮).没入感を増すために,HMDによる全天周映像表示に加えて,氾濫流に押し流されるときに車の衝撃力や振動を体感できる機構を追加した.2ー3)スマートフォンと紙製HMDを用いた津波疑似体験アプリも開発し,防災訓練等で多人数同時に疑似体験を行うことが可能になった.本年度は,実測データを基にした氾濫流下での高精度HMD型車避難疑似体験システムの開発を行った.当初計画の1ー1)から2ー2)に加え,2ー3)も実現できた.システム開発が予定より早く進捗しているため,本来は次年度の計画であったシステムの評価検証2ー4)を開始できた.名古屋モーターショー併催イベント等に展示し,約100名の評価データを収集できた.1ー1)氾濫流下における車挙動特性を把握できた(小笠原).1ー2)車に作用する衝撃・持続波圧による流体力のモデル化を行えた(小笠原).2ー1)実測値を反映したHMD型津波体験ドライビングシミュレータシステムを開発した(板宮).HMD簡易ドライビングシミュレータに,実験と数値計算による浸水深や氾濫流速データの入力インターフェースを追加した.バーチャル空間内に3次元的に映し出される水面と車の動きは,実測データに基づく挙動が反映されるような機能を追加した.氾濫流と車が接触した際の物理挙動を精密化する際に計算負荷が大きくなることが考えられたため,HMDにおける全天周コンピュータグラフィックス映像の描画更新速度に影響が出ないようにメッシュの最適化処理を行った.2ー2)全天周映像に振動体感機能を加味した高精度システムに改良した.(板宮)没入感を増すために,HMDによる全天周映像表示に加えて,氾濫流に押し流されるときに車の衝撃力や振動を体感できる機構を追加した.2ー3)スマートフォンと紙製HMDを用いた津波疑似体験アプリも開発し,防災訓練等で多人数同時に疑似体験を行うことが可能になった.2ー4)本HMD型車避難疑似体験システムを名古屋モーターショー併催ITSワールドなどに展示し,一般来場者が体験した.その場でアンケート調査を実施し,100名から評価を得た.本研究では,実験および数値計算による物理量を考慮した実測データを組み込み,津波や高潮,大雨による洪水など氾濫流下におけるHMD型高精度車避難疑似体験システムを開発する.ヘッドマウントディスプレイ(HMD)を用いることにより,省スペース・低コストで効果的な没入疑似体験を可能にする.本研究は,1.水理模型実験による氾濫流下での車の挙動特性および衝撃・持続波圧の解明,2.既往最大および最強台風による高潮氾濫流の再現計算を基にした氾濫諸量データベースの構築,3.実測データを基にした氾濫流下での高精度HMD型車避難疑似体験システムの開発,4.ハザードマップ,大型スクリーン投影などの従来手法との教育・啓発効果の比較検証の4項目から構成される.項目1は3Dプリンターによって高精度に造られた車模型による氾濫流下での実験を行った.
海馬と大脳皮質における宣言的記憶の形成モデル

脳の機能において記憶はとりわけ重要であり,我々人間の知的な活動は記憶を抜きにしては語れない.記憶の中でも意識的に思い出すことのできる宣言的記憶は,思考や推論といった高次な情報処理に利用されているため,人間のように知的で柔軟な情報処理システムを構築するには,如何にして宣言的記憶の形成過程を模倣するかが重要である.近年の脳科学研究により,宣言的記憶の形成には脳の海馬と嗅周囲皮質(大脳皮質の一部)が重要な役割を果たしていることが明らかになっている.本研究では,将来の脳型情報処理の実現を念頭に,脳科学研究で得られている知見を採り入れた,工学的に有用な宣言的記憶の形成モデルの構築を目指す.脳の機能において記憶はとりわけ重要であり,我々人間の知的な活動は記憶を抜きにしては語れない.記憶の中でも意識的に思い出すことのできる宣言的記憶は,思考や推論といった高次な情報処理に利用されているため,人間のように知的で柔軟な情報処理システムを構築するには,如何にして宣言的記憶の形成過程を模倣するかが重要である.近年の脳科学研究により,宣言的記憶の形成には脳の海馬と嗅周囲皮質(大脳皮質の一部)が重要な役割を果たしていることが明らかになっている.本研究では,将来の脳型情報処理の実現を念頭に,脳科学研究で得られている知見を採り入れた,工学的に有用な宣言的記憶の形成モデルの構築を目指す.
両親媒性含遷移金属ロタキサンを用いる分散系の制御－温度可逆ゾルゲル相転移

両親媒性分子を軸状分子成分、αーシクロデキストリンを環状分子成分とするロタキサン、擬ロタキサンを新たに設計して合成し、その機能を明らかにした。フェロセンを片末端に有するアルキルピリジニウム塩をαーシクロデキストリンと水中で混合することによって、両者が1対1で会合した擬ロタキサンが生成した。その水溶液では2段階の臨界温度が観測され、低濃度では球状ミセルとして、高濃度では筒状ミセルとして会合していることがわかった。さらに高濃度では、会合体の橋かけによってゲルが生成することがわかった。この擬ロタキサンは末端フェロセニル基を含むことから、その酸化還元挙動を検討したところ、塩化ニトロシルとの反応では酸化によるフェロセニウム生成がおこり、ミセル構造が崩壊することがわかった。これはフェロセニウムの正電荷の分子間反発によって秩序的な配向構造が不安定化したためと理解できる。かさだかいアリール基とビピリジニウム基とを末端に有する両親媒性分子をパラジウム(II)錯体、αーシクロデキストリンの存在下で混合したところ、αーシクロデキストリンが包接した擬ロタキサンのビピリジニウム部分がパラジウムに結合し、全体で五成分分子からなるロタキサンが生成した。平面四角形を有するパラジウムのシス位にビピリジニウムが配位し、全体はL字型の剛直な分子構造をとることがわかる。このような分子形状をもつにも関わらず、この錯体は水中では会合してミセル及びゲルを形成することがわかった。これは配位子を覆うシクロデキストリンが分子間で相互作用をもつことが原因と考えられる。25年度が最終年度であるため、記入しない。環状有機分子、軸分子からなるサブナノナノサイズのロタキサン分子種や分子集積体を合成し、これらを配向制御した集合体のゲル化の解明を目的としている。本年度は新しい大環状有機分子を合成し、その構造によって二次元、三次元へと異なる要因によって配列制御することを明らかにした。さらに、πアリルパラジウム及びフェロセニル基などの有機金属部分構造を有するロタキサンを合成し、前者はその特異な反応性、後者は酸化還元に対する応答を明らかにした。これらの結果は学会発表、論文発表によってすでに発信した。πアリルパラジウム部分構造を有する新しい両親媒性分子及びフェロセニル部分構造を有する新しい両親媒性分子を合成し、そのミセルとしての集合状態を比較した。後者はゲスト化合物の添加、化学酸化によるフェロセニル基の疎水性減少を示すことがわかった。これらは、本研究の目的達成のために重要な知見である。本年度までの期間で多種類の界面活性能をもつロタキサン、大環状有機分子を合成し、そのミセルやゲルとしての集合状態を明らかにしてきた。次年度は最終年度であることもあって、これらの成果を系統的にまとめられるように、必要な実験に焦点をあてての実験研究を行う。
グリム童話受容にみる教育的価値意識の分析-「狼と七匹の小やぎ」の受け取りにおける異文化間比較-

本研究の目的は、グリム童話の「狼と七匹の子やぎ」を題材とし、異文化間での受け取りの特徴を把握し、そこに現れた教育的価値意識を分析することにあった。調査対象国として、日本、中国、韓国、アメリカ、ドイツの5カ国を設定した。まず、日本語版調査用紙を作成し、その後、中国版、韓国版、英語版、ドイツ語版の各調査用紙を作成した。調査対象者は、各国ともに小学5、6年生の子どもと彼らの母親である。現在までに回収した日本と韓国のデータを用いて分析した結果、次のことが指摘できる。1.韓国のこどもや母親は、日本の子どもや母親より題材を面白く思い、しかもこの題材が好きである。また、母親は日本や韓国の別なく子どもよりもこの題材を残酷であると思い、恐いと回答している。2.日本の子どもも韓国の子どもも共通に、面白い個所として「狼が大きな鼾をかいて寝ているところ」と「狼が石の重みで井戸に落ちて死んでしまうところ」をあげている。また母親に比べ、恐い個所がないと回答した子どもが極めて多いのが特徴である。3.韓国の子どもと母親は、感想として「悪いことをしたら最後は必ず罰を受ける」と回答した者が最も多い。これに対し、日本の子どもは、「たとえ悪者でも殺してしまうのは問題だ」と答えた者が多く、母親は「お母さんはいつも子どもを大事に思っている」をあげた者が多い。調査の結果、韓国では、誠実・努力・勇気という価値が尊重され、日本では対人関係に配慮した思いやりが尊重されていた。こうした価値志向の違いが読み取りにも影響を与えているものと考えられる。本調査により、読み取りに与える影響として年齢と社会文化的要因を想定することができる。特に結果の4は、S.フイッシュの解釈共同体の存在を実証するものである。
生理・生態情報および時空間解析に基づくマイマイガ大発生メカニズムの解明

突発的な昆虫の大量発生は、農業をはじめ人々の生活に大きく影響を及ぼし、かつ非常に興味深い現象でもある。旧北区に広く生息するマイマイガは、森林生態系に甚大な被害を引き起こす重要害虫であり、約10年周期で大発生を繰り返す。大発生は病気の蔓延によって終息するが、大発生の引き金は明らかではない。本研究では、個体群密度上昇の引き金となる生物的・非生物的要因を明らかにすること、密度上昇に伴うマイマイガの生理的・生態的形質の変化を検出することにより、マイマイガの広域分散に関わる要因を明らかにし、マイマイガ大発生メカニズムを明らかにする。
ラット用脳温度可変装置の開発ならびに応用-脳温度と脳循環代謝についての実験的研究-

前年度までは、ラット用選択的脳温度可変装置を応用し、脳温度と脳循環代謝(局所脳血流量、脳組織代謝)の関係を検討した。その結果、高血圧自然発症ラット(SHR)の脳虚血モデルでは、虚血60分後の大脳皮質血流量は前値の10%以下に低下し、30°C群では36°C群に比し乳酸値の増加、ATPの減少が抑制されており、低脳温の脳代謝保護作用が認められた。そこで最終年度は、脳温度と脳内神経伝達物質の変動をみる目的で、19-23ヶ月齢の雌性老齢SHRを用いて20分間の脳虚血モデルを作製後、海馬の体温を36°C、33°Cまたは30°Cに設定し、in vivo brain dialysis法により脳局所における各種神経伝達物質(Glu、Asp、Gln、Tau、GABAなどのアミノ酸)を測定した。36°C群では、脳虚血負荷により、Glu(グルタミン酸)、Asp(アスパラギン酸)、Gln(グリシン)はそれぞれ虚血前の6、5、2倍に増加したが、低脳温群ではほとんど上昇しなかった。またTau(タウリン)、GABAの増加も、脳温度を下げることで有意にその増加が抑制された。さらに7日後に、上記ラットの海馬CA1領域神経細胞の病理学的変化を観察したところ、30°C群では他2群に比し、明らかに神経細胞の脱落(壊死)が少なかった。以上の結果は、低脳温が脳虚血後の神経伝達物質の過剰放出と神経細胞障害を抑制し、やはり神経細胞保護作用を有することが明らかとなった。これらの基礎的研究は、将来の急性期脳血管障害の治療の一助となる可能性を秘めている。従来、体温と脳循環代謝に関しては、低体温は脳保護作用を、高体温は脳代謝に悪影響を及ぼすとされてきた。近年、脳温度自体の脳循環代謝に及ぼす生理学的意義が注目されている。そこで我々は、体温ならびにその他の生理学的各諸量を一定にした条件で、脳温度を任意に設定しうるラット用選択的脳温度可変装置を試作した。平成4年度はこの試作装置に、1)アルミ製金属片温度の安定性の向上、2)金属片とラット(頭蓋骨)間の熱伝導効率の改善、3)二重電極の微小化(直径0.3μm)、などの改良を加え完成させた。以上より脳温度を任意に設定する際の操作性、再現性が向上した。ラットの局所脳温度は本装置により脳皮質で28.038.0°C、視床で33.037.0°Cにおいて任意かつ速やかな設定が可能となり、かかる設定脳温度は±0.1°Cの微調節が可能であった。本装置による脳温度操作におけるラットの生理学的各諸量の有意な変動も認められなかった。以上より、この装置は本研究に極めて有用であると考えられた。次に、脳温度勾配(脳皮質および深部間の温度較差)に関する生理学的検討として、脳温度を30.037.0°Cに変化させた際の脳局所(大脳皮質、視床)の温度勾配および血流量を測定した。脳皮質温度を37.0、36.0、33.0、30.0°Cにそれぞれ調節した際、脳温度勾配はそれぞれ0.2、0.6、2.5、4.2°Cと増大した。脳皮質の血流量は脳皮質の温度を33.0、30.0°Cに設定した場合、脳皮質温が36.0°Cでの脳血流量と比較してそれぞれ、約80、60%に有意に減少した。視床の血流量は脳皮質温を36.0°Cから30.0°Cに低下させた場合、脳温度で3.4°C、血流量で約20%の低下が観測された。二重電極刺入部以外の脳組織の損傷は認められなかった。

以上から、脳温度は局所脳血流量を規定する因子の一つであることが示唆された。平成5年度はかかる実績をもとに脳虚血時における脳温度と脳循環代謝に関して検討していく予定である。我々は、体温ならびにその他の生理学的各諸量を一定にした条件下で、脳温度を任意に設定しうるラット用選拓的脳温度可変装置を開発した。本装置を用いれば、小動物の大脳皮質の温度を任意かつ速やかに、しかも0.1°C単位の精度で設定することができる。この脳温度可変装置をラットに応用し、"脳温度と脳循環代謝の関係"(脳表ならびに脳深部の温度と脳血流量の変化:平成4年度、脳温度が脳虚決血前後の血流・代謝に及ぼす影響:平成5年度、脳温度と脳虚血前後の海馬における神経伝達物質の変動ならびに神経細胞障害:平成6年度)につき検討中である。初年度は脳温度可変装置の試作ならびに応用を行い、脳の表面と深部とで脳温度勾配が存在し、脳局所血流量がその影響を受けることを明らかにした。続く2年次は脳虚血における脳温度と脳血流代謝に注目した。高血圧自然発症ラット(SHR)の両側総頸動脈結紮モデルを用い、60分間の脳虚血を作製し、経時的に脳血流量を測定したのち、in situの状態で脳を凍結、組織中の乳酸、ピルビン酸、アデノシン3燐酸(ATP)およびブドウ糖の各濃度を酵素法で測定した。脳虚血前の大脳皮質温度は36°Cに保ち、虚血作製後の脳温度をそれぞれ36°C、30°Cに一定調節する2群に分け、脳虚血後の脳血流代謝に及ぼす脳温度の影響を比較検討した。脳虚血60分後の大脳皮質血流量はいずれも前値の10%以下に低下し、30°C群では36°C群に比し乳酸値の増加、ATPの減少が抑制されており、低脳温の脳代謝保護作用が認められた。最終年度は脳虚血前後における脳温度と脳内神経伝達物質の変動をみる目的で、SHRの脳虚血モデルを作製後、海馬の温度を36°Cまたは、30°Cに設定し、invivo brain dialysis法により脳局所における各種アミノ酸あるいはモノアミン等の神経伝達物質を測定する。同時に海馬を中心とした脳組織の病理学的変化を比較し、低脳温の脳保護作用の有無について検討する。本研究では、体温ならびにその他の生理学的各諸量を一定にした条件下で、脳温度を任意に設定しうるラット用選択的脳温度可変装置を開発し、小動物の大脳皮質の温度を任意かつ速やかに、しかも0.1°C単位の制度で設定することを可能にした。この脳温度可変装置をラットに応用し、"脳温度と脳循環代謝の関係"(脳表ならびに脳深部の温度と脳血流量の変化:平成4年度、脳温度が脳虚血前後の血流・代謝に及ぼす影響:平成5年度、脳温度と脳虚血前後の海馬における神経伝達物質の変動ならびに神経細胞壊死:平成6年度)につき検討した。
アノールトカゲにおける温度適応機構の遺伝的基盤の解明

外温性動物において、環境の温度は生存や繁殖成功を左右する重要な要因である。トカゲ類において、温度環境に適応するには、外気温を感知するための温度感知形質、日光浴や姿勢変化などによって体温を行動的に調節する温度調節形質、そして獲得した体温下での生理的応答を行う温度依存形質の三つが考えられる。本研究では野外において異なる体温を維持するアノールトカゲ三種(Anolis allogus, A. homolechis, A. sagrei)に注目し、これら三形質を包括的に研究することで、温度適応機構の解明を目的とした。本年度では、温度依存形質について前年度までの研究成果をまとめ、国際誌へ論文を投稿することを目的とした。温度感知形質と温度調節形質については前年度まで進めてきた解析を完了させ、論文投稿までを目的とした。アノールトカゲ三種の温度感受能の分化を検証するため、高温刺激に対する忌避行動と、高温感受性TRPであるTRPA1の活性化温度の種間比較を前年度に引き続き行なった。その結果、低温環境に生息する種(A. allogus)において、中温または高温環境に生息する種(A. homolechis, A. sagrei)に対し、比較的低い温度刺激で忌避行動が誘発された。さらに、A. allogusのTRPA1においても他二種に対し低い温度で活性化した。この結果は、高温に対する行動と分子の温度感受性が相関しているだけでなく、選好する温度環境とも相関しており、種間で温度感受性が分化していることを示唆している。温度感受性TRPの近縁種間における機能分化を明らかにし、野外におけるトカゲのニッチ選択との関連を示した今回の結果は世界に先駆けた研究である。前年度までに進めてきた温度依存形質に着目した研究については、Molecular Ecologyに受理された。今年度は、目的としていた追加解析も完了し、前年度までの成果も論文として発表することができ、計画に沿って研究を遂行することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の対象種であるキューバに生息するアノールトカゲ3種(Anolis sagrei, A. homolechis, A. allogus)は、森林内の樹幹から地面という共通の活動範囲を利用しているが、それぞれ森林の開けた場所、森林縁部、そして森林の深部(順同)に生息しており、微環境間に生じている気温差にそれぞれが適応している。異なる温度環境への適応機構を解明するため、平成25年度は当該3種の生理的応答、代謝に関与する形質について研究を行った。爬虫類の代謝に関わる遺伝子は先行研究からいくつか注目されているが、どの遺伝子が異なる温度環境への適応に関与しているのかは解明されていない。本研究では、当該3種を実験室内で一定の温度環境下(26°Cと33°C)で飼育した後、次世代シークエンサーを用いたトランスクリプトーム解析を行い、温度変化に応答する遺伝子の同定を行った。解析の結果、先行研究で報告されているようなエネルギー生産に関わる遺伝子のみならず、ストレス応答や細胞自体の統合性に寄与する遺伝子群が検出された。つまり、変温動物であるアノールトカゲが異なる温度環境へ適応する際には、各々が生息する温度環境下おいてエネルギー生産を効率的に行こと、さらにはそれぞれが経験する温度ストレスに適切に対処できる機構が必要であったと考えられる。今後、変温動物が温暖化によって変動する温度環境に適応できるかは、変温動物特有の代謝調節に加え、温度ストレスによる細胞への負荷を的確に緩和できるかどうかも重要な要因である可能性が示された。外温性動物であるトカゲ類は、自ら至適体温を恒常的に維持させる能力が乏しいものの、日光浴など行動的に体温を調節することで、ヘテロな温度環境下において種特異的な体温を維持することができる。このように、トカゲ類において、温度環境に適応するには、外気温を感知するための温度感知形質、日光浴や姿勢変化などによって体温を行動的に調節する温度調節形質、そして獲得した体温下での生理的応答を行う温度依存形質の三つが考えられる。異なる選好体温を示すアノールトカゲ三種(Anolis allogus, A. homolechis, A. sagrei)を用いて、これら三形質を包括的に研究することで、アノールトカゲにおける温度適応機構を理解できると考えている。生物の温度刺激受容は、温度感受性TRPイオンチャネル受容体(TRP)という膜貫通タンパク質を介して行われる。先行研究から、TRPの活性化温度は、その生物の生態学的に重要な温度と一致する例が報告されている。本研究の対象種であるアノールトカゲ三種は、日光浴頻度を変えることで体温を調節し、野外において異なる選好体温を示すため、温度感受能が種間で分化している可能性がある。そこで本年度は、アノールトカゲ三種の温度感受能の分化を検証するため、高温感受性TRPであるTRPA1の機能解析、即ち活性化温度の種間比較を行なった。その結果、各種のTRPA1活性化温度は約35度付近となり、統計的に活性化温度には差がないということを示した。三種に対する近縁種(A. carolinensis)のTRPA1活性化温度がすでに先行研究において報告されており、実験のコントロールとして本研究でも近縁種のTRPA1活性化温度を計測した。その結果、近縁種の活性化温度の平均値は先行研究と一致した結果となり、実験は問題なく進めることができていると考えられ、アノールトカゲにおいて近縁種間でTRPA