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学際アプローチによる高齢者のセクシュアリティと心身の健康・社会経済状態の実証研究

わが国で初めて高齢者の性について全国規模で調査を実施し600人以上から回答を得た。性のみならず人間的なつながり、関係性の満足度(性の概念の捉え方、性交の有無、配偶者間の愛情度など)を質問した。同時にエド・ディーナーの人生満足度の尺度を用いて測定した。「性生活は重要である」では、年齢が上がるにつれて人生満足度が高くなるのに対し「重要でない」では、75歳以上で人生満足度が低くなっていた。「性生活についての望ましい関係」については、「性的な関係そのものを望まない」では人生満足度は低く、「精神的な愛情やいたわりのみ」で人生満足度が高かった。超高齢社会の「性」を軸とした人間関係で重要な示唆を得た。背景として「高齢者の捉え方」の意識改革が強く要請されている現状がある。わが国は急速に高齢化が進展し、上述の様に高齢者の生活実態の捉え方についての意識改革をはじめ、高齢者の人間関係、働き方や社会参加の在り方等を根本的に転換させる必要性が生じてきている。たとえば、「高齢者は無性(asexul:他者に対して恒常的に恋愛感情や性的欲求を抱かないこと)である」と誤った先入観があり、また「人生65年時代」ではなく「人生90年時代」を前提とした仕組みに転換することが期待されている。本研究の目的は、わが国の旧来のジェロントロジーで捉えられなかった分野を対象に「学際的なアプローチによって高齢者のセクシュアリティと心身の健康状態および社会経済状態との関係を定量的に明らかにし、新しい視点から多様で個性的な高齢者の生態像を正確に分析し、超高齢社会における望ましいウェルビーイングの在り方を検討すること」である。本研究では、セクシュアリティとは、異性との性的関係のみならず人間的なつながりや愛情、友情、融和感、思いやり、包容力など、およそ人間関係における社会的・心理的側面や、その背景にある生活環境などもすべて含まれる、と定義した。上述した実証研究を行うために、(I)様々な分野の専門家の参加を得て仮説や質問項目を検討、(II)全国を対象に大規模な質問票調査および面接調査を実施、(III)一般人および専門職に向けた高齢者のセクシュアリティの望ましい在り方の提言、といった3つのプロセスを経て研究展開する計画である。平成26年度は疫学・社会調査、臨床心理学、老年学法学・社会保障論、医学(ヘルスサービス)、生物統計学から成る研究分担者のデスカッションにより(I)の質問票の開発を図り、試験的な調査を実施した。わが国は急速に高齢化が進展し、高齢者の生活実態の捉え方についての意識改革をはじめ、高齢者の人間関係、働き方や社会参加のあり方等を根本的に転換させる必要性が生じてきている。例えば「高齢者は無性(asexual:他者に対して恒常的に恋愛感情や性的欲求を抱かないこと)と誤った先入観があった。本研究の目的は、わが国の旧来のジェロントロジーで捉えられなかった分野を対象に『学際的なアプローチによって高齢者のセクシュアリティと心身の健康状態および社会経済状態との関係を定量的に明らかにし、新しい視点から多様で個性的な高齢者の生態像を正確に分析し、超高齢社会における望ましいウェルビーイングの在り方を検討すること』である。本年度は質問票による調査のパイロットスタディを実施した。主に3つの項目、すなわち「(1)心身の健康状態に関する質問」、「(2)社会経済状態に関する質問」、「(3)高齢者のセクシュアリティに関する質問」の質問票を開発した。この質問票を使用して試験的に実施し、その結果に基づいて質問票を修正する作業を行った。(1)に関してはエド・ディーナーの「人生満足尺度」と一般健康状態を調査するEuroQol-5Dを組み入れた。(2)に関しては「高齢者の社会活動状況」、(3)に関しては荒木らが開発した質問紙を基本内容にしたものを新規に作成した。パイロット的に実施した結果、相当量の問題点が明らかになり検討する作業に多くの時間が割かれた。学際的なアプローチによって高齢者のセクシュアリティと心身の健康状態および社会経済状態との関係を定量的に明らかにし、新しい視点から多様で個性的な高齢者の生態像を正確に分析する実証研究であるため、以下の(I)様々な分野の専門家の参加を得て仮説や質問項目を検討、(II)全国規模の質問票および面接調査を実施、(III)望ましい在り方の提言、といった3つの柱から成り立っている。平成27年度は前年に続き、質問票の精度を高める作業を行った。全国規模の調査を実施する前にパイロット・スタディとして50人程度を対象に実施した。人生の満足感に関する質問では、質問内容を理解していない解答が若干みられたが、回答の傾向に関しては男女差は大きくなかった。社会経済状態に関する質問では、老人クラブの言葉が現代では古いという指摘があった。社会活動では、女性が積極的な活動をしていた。高齢者の性生活に関しては、全般に女性の回答率が低かった。性生活の重要性、性別では概ね同じくらいの回答率であったが、性交に関する質問では女性に無回答が多かった。かなり多くの質問項目で回答率および回答内容で男性と女性で大きな差があったので、質問文の表現の仕方が適切であるか否かについて検討をする必要性が生じた。その結果、いくつかの質問で変更が行われた。本年度はパイロット・スタディの結果の解析に時間を割いたために、全国調査を実施しなかった。

しかしながら、質問票の内容に十分な検討を加えて修正加筆ができ、1,000人以上を対象にした大規模な全国調査に向けた準備が整えられた。また本年度は実施する県との調整にも時間と労力を使い、全国調査に向けた交渉を行った。質問票の完成度を高め、全国の調査フィールドとの交渉を済ませた、などの観点から概ね順調な進捗と判断した。【目的】日本は世界で最速で高齢化が進展している国であり、高齢者の間の関係性が問題となっている。そこで、65歳以上の高齢者を対象に彼らのセクシュアリティの実態を明らかにすることを目的とした。【方法】全国規模で調査票による調査を実施した。全国の11県の保健師に調査票および返信用封筒を渡し、高齢者への配布を依頼した。対象の高齢者による回答は匿名とし、自ら投函する方法にした。国立保健医療科学院の研究倫理委員会で審査を受けて承認された。【結果】調査票の配布数は1979、回答数は571(回収率28.9%)であった。そのうち有効回答数は568(男性256人、女性312人)だった。1性意識および性欲:性についての考えは、男性の方が女性より肯定的で、性規範も許容的であった。また、男性の方が女性より性生活を重視し、性交を望み、性欲が強かった。2夫婦の性生活:性交以外の身体的触れ合いで最も多いのは「マッサージ等」であった。「ほとんどない」が41%であった。夫婦は32%が別室であった。夫婦間の性交頻度は、月1回以上が15%、1年間に数回程度が19%、1年間全くないが66%であった。結婚している人で配偶者以外の異性と性的関係は3%程度だった。3単身者の異性との交際、結婚願望:単身者で交際相手がいる人は3%、結婚願望がある人は18%、この1年間に性交があったのは7%だった。【考察】わが国で初めて全国規模による調査が実施された。その結果、高齢期における性欲の性差は大きく、男女間の葛藤を生む可能性が示唆された。夫婦関係は大半が良好であったが、身体的触れ合いも性交も少ないことが示された。今後は高齢者のセクシュアリティと心身の健康・社会経済状態との関連に関する分析が期待される。全国調査を予定し地方を幅広く行脚したが、計画していたよりも協力してくれる自治体の保健師が少なかった。対象者を増やすために調査の期間を延長した。そのため、進捗状況としてはやや遅れることとなった。しかし、当初の研究計画書に記載していた通りに調査票による全国調査を実施した。予定していた対象人数よりも少ないが、計画通りに全国を網羅した調査を完了した。データ解析も終えて、2017年5月28日31日の「性の健康世界学会」(プラハ)で学会報告をする。世界から専門家が集まり意見交換し、それを研究成果に生かす見込みである。わが国は世界のどの国も経験したことのない超高齢社会を迎え、そこにおける人と人の関係は、従来の固定した考え方で捉えることを困難にしている。とりわけ、高齢の夫婦間および異性間の「セクシュアリティ」の在り方は、旧来の規範や観念と現実との間で大きく揺れ動き、高齢者のみならずそれ以外の世代をも困惑させる状況に至っている。そこで、本研究の目的は新しい視点から多様で個性的な高齢者のセクシュアリティの生態像を定量的に分析し、超高齢社会における望ましいウェルビーイングの在り方を検討することとした。全国規模で質問
哺乳動物内在性RNA依存的ＤＮＡ塩基修飾の分子機構と制御破綻による疾患発症の解明

哺乳動物細胞が内在的に持つRNAとゲノムDNA相互作用による核酸配列編集機構は未発見である。申請者はアデノシンの脱アミノ化によるイノシンへの塩基修飾を行う二本鎖RNA特異的な酵素ADARが、RNAとDNA間のハイブリッド鎖をも基質とすることが可能であり、この配列編集機構が哺乳動物細胞に内在するとの仮説に至った。このRNAとゲノムDNAとのハイブリッド鎖形成の制御が正常な遺伝子配列維持と生命現象に必須であると考え、本研究ではこのRNAとDNAハイブリッド鎖形成による核酸配列の編集とその破綻による疾患発症の解明を進める。また、この機構を応用した新規ゲノム編集法を開発し、疾患対策開発に貢献する。
限定合理性の情報構造:証明論およびセラ・オートマタによる特徴づけ

研究計画は大体計画どおりに遂行することができた。すなわち、Rubinsteinが提案した限定合理性のモデルの3種類の情報構造に関して、それらを特徴づける知識作用素の意味論的な性質と形式的性質の関係を明らかにした。さらにこれらに対応する論理体系の自由モデルを構成し、3種類の情報構造のモデルによる特性と証明論的な特性を関連付けることができた。限定合理性の一つの性質(知っていることについては知っていることを認識する)に関して、いわゆる3人の賢者のパズルについて、「体系からの脱出」と「体系内での不毛のサーチ」という二つの側面から考察し、有限対話における知的活動の分析を行った。さらに従来の命題論理における知識作用素のみでなく、「...の値を知っている」という、述語としての知識作用素を導入し、その計算論的な意味を考察した。これは無限対話による情報構造の研究を可能にし、将来の研究につながるものである。セラ・オートマタによる実験は、研究協力者たちによって行われた。その論理的解析には至らなかったが、今後無限対話との関連で研究を進めてゆく予定である。研究成果は数理科学協会、ソフトウエア科学会などの年会で発表した。1月26日-30日に京都産業大学において「実験経済学と知識の構造」ワークショップを小田・八杉主催で開催し、関連研究者と研究連絡を行った。この研究費による海外出張はしなかったが、別途小田が数ヶ月Western Sydney大学に滞在することになり、研究交流を行うことができた。人の知的活動において限定合理性のかかわる状況としていくつかのテーマをとりあげ、それらについて証明論とセラ・オートマタの応用による考察を行った。第一に二人のプレーヤによる帽子の色あてパズルを様相論理KD4で形式化し、プレーヤがパズルを解く過程の分析を行った。第二のプレーヤが正解に到達するために十分な体系がKD4である。そこでは証明の正規化(カット除去)が可能である。第1のプレーヤの「手持ちの情報では色当てができない」、すなわち「白であることが分からない」、という主張を、プレーヤが体系を外から観察して「白であること」の証明不可能性を認識する、と解釈する。これが「体系からの脱出」と呼ぶものである。実際に「1の帽子が白である」が体系KD4で証明不可能であることは、正規化の応用として示すことができる。第2のプレーヤはこの主張を聞いて新しい知識として取りこむ。新知識が手持ちの知識と矛盾しないことも同様に体系からの脱出により認識することができる。体系からの脱出、という表現は超限的に見えるが、このような状況では証明可能性・不可能性は決定可能であり、したがってパズル解きの全体の枠組みが決定可能である、という重要な事実も示すことができた。そのためのプログラムを組むことは容易である。第二にチープ・トーク・ゲームを定式化し、その計算機実験を行った。同じ学習アルゴリズムに基づくチープ・トークが、ゲームでの協力を容易にする場合と困難にする場合のあることを確認し、それと被験者実験の結果を比較している。ゲームについてのチープ・トークとゲームのなかでのチープ・トークの区別の難易と協力の難易が対応していると思われるので、今後その理論的解析を進める予定である。
血栓予知に関する臨床病理学的研究

血栓予知法は数多く知られているが、それらは血小板系あるいは凝固線溶系のみを個々に表現するものであり、生体内の動的変化を忠実に反映するとはかぎらない。そこでわれわれは、61年度で先ず、従来の比〓法による血小板凝集能とインピーダンス法による全血血小板凝集能の比較を行った。その結果、前者に比し後者では血小板の凝集能のほか粘着能、凝固線溶能も反映することを、さらに粘着性凝固蛋白および赤、白血球の関与することも明らかにした。62年度は上記二法による抗血小板療法モニタリングの有用性に関して、糖尿病例を対象に検討を加えたが、結果的には経口糖尿病剤gliclazideの抗血小板作用においてin vitro、in vivoともにインピーダンス法の方がすぐれていた。また、二法によるエピネフリン凝集能とプロスタグランディンI_2感受性試験との相関性も、インピーダンス法で高かった。この成績は抗血小板療法のモニタリングにおいて、インピーダンス法の優位性を示すものである。63年度は比〓法が液相における血小板・血漿成分の反応を表わすのに対し、インピーダンス法は固相(血管壁)における血小板・凝固・線溶系を総合的に反映することから、血栓症における血管機能検査への応用を試みた。われわれはvenous occlusion(VO、上腕圧迫条件は中間血圧で5分間)負荷前後における(1)血管内皮由来物質ー組織プラスミノゲンアクチベータ(tーPA)、プラスミノゲンアクチベータインヒビター(PAI)、von willebrand因子抗原、ristocetin cofactor活性、(2)FDP、(3)血小板凝集能を指標として、脳血管障害例を対象に検討した。その結果、正常対照に比し患者群ではVO後で指標の(1)、(2)は有意に上昇し、比〓法とは逆にインピーダンス法で(3)は低下した。これらはtーPA優位によるためと考えられる。インピーダンス法で過凝固・低線溶を示した症例は術後、血栓再発作をみた。以上より本法が血栓予知のスクリーニング法として有用かも知れない。血小板凝集能を全血インピーダンス法(本法)で測る場合、より自然条件下ではあるが反面、他血球の混在,血漿成分(ことに凝血系)の影響が予想され、成績判定に慎重を要する。【I】.血球成分の影響:(1)赤血球では貧血域でインピーダンス(Ω)は高値、夛血症域では低値、この傾向は洗浄あるいは固定赤血球でも同様で、血小板の粘着・凝集に対し過剰の赤血球は阻止的に作用する。(2)白血球でもnative,洗浄あるいは固定白血球の増加でΩは低下したが、赤血球に比し粘着・凝集への関与は複雑で、好中球由来の中性プロテアーゼの干渉も考慮の要がある。(3)血小板数との関係では他血球正常でも、Ωは血小板数と必ずしも単純に平行しなかった。本法と比濁法の相関も、血小板数正常群では高いが、減少群では低い。【II】.凝集による電極付着の凝血塊は組織像でみるとリストセチン>コラゲン

>ADPの順でフィブリン・血小板網の形成,他血球のまき込みが強かった。Ωの大きさもこの順であった。このことはΩが単に血小板機能(一次止血能)のみでなく、凝血塊の強さ(二次止血能)も反映する可能性を示唆する。【III】.凝血能との関係:低凝固状態あるいは凝固異常症では各血球が正常域にあってもΩは低くなり、ことにADP凝集では著明であった。洗浄血小板を試料として粘着性凝固蛋白(フィブリノゲン,Fbg,フィブロネクチン,FN,von Willebrand factor,VWF)と凝集能の関係をみた結果、VWFのほか本法ではFNが、比濁法ではFbgが、より関与していることを明らかにした。本法が固相反応を、比濁法が液相反応をみているためと考えられる。以上のように、本法は血小板の量的・質的異常のみでなく、血液成分と異物面との反応を総合的に表現しうると考えられる。成績判定に際しては、血算値と止血一次試験の結果とも合わせて慎重に行う必要がある。本法が血栓予知に有用か否か、今後の検討課題である。インピーダンス法による全血血小板凝集能測定法(全血法)の意義解明の検討を比〓法と対比させながら行っており,本法が血小板以外,赤血球および白血球の影響をうけること,凝血能によっても大きく左右されること,また粘着性凝固蛋白(フィブリノゲン,フィブロネクチン, von Willebrand因子)にも左右されることを明らかにし,比〓法に比しin vivoでの止血栓形成能異常(低下ならびに亢進)をより反映する可能性を示唆した.今年度はさらに抗血小板療法におけるモニター法としての有用性を,比〓法と対比させながら検討した.対象は正常者50名と易血栓性疾患(脳梗塞,糖尿病)40例で,方法は2法の凝集能測定の他, PGI_2感受性試験(ADP凝集の50%阻止濃度IC50で求める)によった.その結果,各種抗血小板剤のin vitro効果では, ticlopidineは比〓法で, indomethacinは全血法で, gliclazideは全血法で,より強い抑制作用が観察された.薬物服用後のin vivo効果では, ticlopidine単独および他剤併用では,両法で2週後には安定した効果がみられたが, 48週後には全血法で前値に復する傾向がみられた.Indomethacinでも48週後には同様,全血法でインピーダンス値の旧値への変化が軽度ながら認められた.Hyperqaggregable stateの指標として, PGI_2感受性試験とエピネフリン凝集能の間には,コントロール不良の糖尿病者および脳梗塞患者では, IC50と凝集能はともに上昇し,両者の相関性は全血法でγ=0.80,比〓法ではγ=0.59と前者が優った.以上より,比〓法は液相における血小板凝集のみを反映するため,見かけ上,全血法より鋭敏に表現される.しかし,血栓形成に関与する凝固系・血管系の因子は比〓法では捉えられず,この点,本法の方が生体の総合的止血血栓形成能をよく表わすと考えられる.但し,本法による測定値の判読には,薬剤の種類・服用期間・臨床経過・他の凝血学的ならびに血算の値も考慮する必要がある.インピーダンス(IP)法と比濁法での凝集能測定値の差が凝固線溶系の変動を反映することから、2法による血小板凝集能測定がvenous occlusion(VO)負荷による血管機能評価に役立つ可能性を検討した。VO検討では正常者28名、脳外科症例21例を対象とし、中間血圧で上腕加圧5分前後でのクエン酸加血を試料とし、t-PA、PAI、VWF抗原、ristocetin cofactor活性、FDPおよび2法での凝集能を測定した。また、能外科手術齢(15例)では、手術前後で2法を比較した。
三酸化タングステン半導体超微粒子の放射線化学特性

1.三酸化タングステン半導体超微粒子の光化学特性1)タングステン酸ナトリウムを蒸留水に溶解して、これに濃塩酸を加えてタングステン酸の沈殿を得た。これを濃いシュウ酸水溶液に溶解して三酸化タングステンとした後、凝集を防ぐために1wt%のモンモリロナイト粘土を加えて調整した(WO3/clay)。加える粘土量が1wt%よりも少ないと、吸収スペクトルの210nmの吸光度に比べて330nmの吸光度が増大し、その吸収スペクトルがWO3コロイドに近づくことがわかった。2)蒸留水に分散させたWO3/clayの吸収端からバンドギャップエネルギーを、直接遷移の式に当てはめて求めると3.3eVが得られた。バルクのバンドギャップエネルギー2.7eVに比べて0.6eV増大していることがわかった。また、Hyperbolicband modelに基づく粒径とバンドギャップエネルギーの関係式から粒径が約0.8nmと推定された。3)WO3/clayの水懸濁液に電子アクセプターとしてRu(NH3)6^<3+>、犠牲剤としてシュウ酸を加え、対極と作用極を白金板、参照極をSCEとして1室セルで磁気攪拌しながら500W超高圧水銀ランプ光を照射すると、光酸化電流が観測された。しかし、測定後にRu(NH3)6^<3+>が粘土層問に取り込まれて担体である粘土の凝集がおこった。2.三酸化タングステン半導体超微粒子の光・放射線照射によるタングステンブロンズ化1)WO3/clayの水懸濁液及び白金板塗布試料にに500W超高圧水銀ランプ光を照射すると、青色に着色した。前者では窒素下の方が変化が早かった。電子アクセプターであるRu(NH3)6^<3+>水溶液を加えると両者とも消色した。また、光照射前後でのタングステンイオンの価数変化を調べるため、ESRスペクトルを測定したが青色の試料においてもシグナルは観測されなかった。2)WO3/clayの水懸濁液に^<60>Cogamma線8.7Gy直接照射したが、色変化はみられなかった。今後の研究の展開1.光照射により生じる酸素ラジカルをDMPOで捕捉して溶液のpHと生じるラジカル量の関係からWO3/clayの伝導帯位置を決める。2.gamma線照射によって担体に生じる2次電子のWO3による捕捉をESRにて検討する。
走化性バクテリアによって生じる生物対流中の輸送特性の制御に関する数値解析

本研究では,走化性バクテリアにより生じる生物対流中の輸送特性の制御に関する数値解析を行った.懸濁液が入った容器の下壁面を振動させたとき,非定常生物対流が発生し,プルームが周期的に変動する.プルームの周波数応答性を調査することにより,プルームの波長が短くなると,プルームの干渉が強まり,輸送特性が向上することが明らかとなった.これらの結果は既存の実験では得られていない初めての研究成果である.本研究では,走化性バクテリアにより生じる生物対流中の輸送特性の制御に関する数値解析を行った.懸濁液が入った容器の下壁面を振動させたとき,非定常生物対流が発生し,プルームが周期的に変動する.プルームの周波数応答性を調査することにより,プルームの波長が短くなると,プルームの干渉が強まり,輸送特性が向上することが明らかとなった.これらの結果は既存の実験では得られていない初めての研究成果である.本研究は,走化性バクテリアにより生じる生物対流中の輸送特性を制御する方法を数値解析により調査することを目的としている.実際の生物対流現象では,容器内に複数のプルームが形成され,そのプルームまわりに生物対流が発生している.このとき,プルーム同士の干渉が生じ,バクテリアと酸素の輸送特性はこの干渉に影響されると考えられる.今年度は,バクテリア濃度の初期乱れによる生物対流パターンの出現頻度やプルームの波長を調査し,さらに,プルーム同士の干渉が酸素とバクテリアの輸送特性に及ぼす影響を詳細に調査している.対象とする容器は浅く,水面から酸素が一様に供給され,懸濁液中には走化性バクテリアが存在している状況を考える.500種類の初期乱れをバクテリア濃度に与えると,プルームの波長と出現頻度が異なる10種類の生物対流パターンが形成される.10種類の対流パターンの中でも,プルームの波長が容器深さの2倍となる対流パターンの出現頻度が最も高い.各対流パターンにおいて,複数のプルームが周期的に形成され,プルームまわりに生物対流が発生する.プルームの波長が短くなるに従い,プルームの中心における下降流の速度は遅くなり,酸素とバクテリアの濃度は低下する.一方,プルーム間ではプルーム同士の干渉が強くなるため,上昇流の速度は速くなり,酸素とバクテリアの濃度は増加する.生物対流が発生しているため,水面近傍を除いて,対流による酸素とバクテリアの輸送が輸送形態の中で支配的である.プルームの波長が短くなるに従い,プルーム同士の干渉が強まるため,容器内全体における酸素とバクテリアの輸送特性は向上し,プルームの波長が輸送特性を決定する一つの要因となる.本研究は,走化性バクテリアにより生じる生物対流中の輸送特性を制御する方法を数値解析により調査することを目的としている.実際の生物対流現象では,容器内に複数のプルームが形成され,そのプルームまわりに生物対流が発生している.このとき,プルーム同士の干渉が生じ,バクテリアと酸素の輸送特性はこの干渉に影響されると考えられる.今年度は,バクテリア制御の工学的応用の可能性を調査するため,生物対流が発生していない静止状態の懸濁液に対して,容器の下壁面を振動させて生物対流を生成できるかを調査し,そのときのプルームの周波数応答性を調査している.対象とする容器は浅く,水面から酸素が一様に供給され,懸濁液中には走化性バクテリアが存在している状況を考える.解析の結果,生物対流が発生していない定常場において,下壁面を振動させると,生物対流を発生させることができ,周波数によって対流現象や輸送特性が変化する.下壁面が低周波数で振動するとき,プルームは左右に周期的に振動する.このとき,プルーム内のバクテリア濃度が過濃となり,プルーム中心における下降流の速度は速くなるため,生物対流による輸送特性は向上する.周波数が高くなるに従って,プルームが下壁面の振動に追従できなくなり,プルームの振幅と規模が小さくなるため,輸送特性は低下していく.さらに高周波数になると,プルームが生成されず,生物対流は発生しなくなる.以上のことから,下壁面を低周波数で振動させると,生物対流を発生させ,輸送特性を向上させることができるといえる.本研究は,走化性バクテリアにより生じる生物対流中の輸送特性を制御する方法を数値解析により調査することを目的としている.実際の生物対流現象では,容器内に複数のプルームが形成され,そのプルームまわりに生物対流が発生している.このとき,プルーム同士の干渉が生じ,バクテリアと酸素の輸送特性はこの干渉に影響されると考えられる.今年度は,バクテリア制御の工学的応用の可能性を調査するため,容器の下壁面を振動させたときの生物対流中の輸送特性やプルームの周波数応答性に関して調査した.対象とする容器は浅く,水面から酸素が一様に供給され,懸濁液中には走化性バクテリアが存在している状況を考える.下壁面を振動させると,プルームは周期的に変動する.

下壁面の振動周波数の低下や振幅の増大とともに,プルームが振動する振幅は大きくなる.このとき,一つのプルームまわりの生物対流の規模が大きくなる.周波数が低くなるに従って,プルーム内のバクテリア濃度が過濃となるため,プルームの中心における下降流の速度が速くなる.一方,プルーム間では,周波数の低下とともにプルームの波長は長くなり,プルーム同士の干渉が弱くなるため,上昇流の速度が遅くなる.周波数の低下や振幅の増加とともに,バクテリアと酸素の時間平均的な輸送特性が向上した.次に,今後の研究の方向性を探るため,下壁面を固定した場合の三次元解析を行った.その結果,三次元的な生物対流パターンが得られ,複雑な三次元生物対流の輸送特性を制御する方法を探ることができた.
強風化花こう岩地帯における豪雨時斜面崩壊機構と崩壊の予知に関する研究

強風化花こう岩地帯における豪雨時の斜面崩壊予知・崩壊機構の解明のために,不飽和浸透解析による鉛直かん養特性と,新たに改良した三軸圧縮透水試験装置を用いた,浸透場での乱さないまさ土のせん断特性ならびに透水特性について検討した.まず鉛直かん養特性については,不飽和浸透理論に基づく有限要素解析がパラメータの設定に多くの困難がみられ,計算時間を要することから,新たに修正タンクモデルを提案し,その構造を推定する固定手法を明らかにした.流出率が貯留水深の関数となる2段のタンクモデルを鉛直カン養機構に適用し,修正タンクモデルの各パラメーターを同定した結果,解析結果とよい一致を示しており,各パラメーターの同定結果の残差二乗和は, 7×10^<-14>とかなりの精度で同定可能となっている.一方,豪雨浸透によるせん断特性に関する実験では,浸透力を変えることによる影響は少なく,供試体の体積変化は高側圧側では減少傾向にあるが,側圧が小さくなるにつれて膨張する.本試験の場合,供試体に作用する浸透力は静水圧分布で働くため,中央部に作用する応力が供試体に平均的に働いているとみして,有効応力に基づく評価を行った.浸透力によるせん断強さの低下率は,拘束圧が低い場合,浸透力による影響が著しく大きな低下を示し,ダイレイタンシーによる体積増加とともに流れる水の影響を受けやすいことが明らかになった.さらに,せん断中の透水性の変化は供試体のダイレイタンシー特性と密接に関係しており,ピークせん断強度を越えて透水係数の増大を示すが,ピークまでは透水係数が漸減し貯留作用のみられることがわかった.これらの結果を用いて,現場の斜面の崩壊例との適合性から今後検討を行う予定である.強風化花こう岩地帯における豪雨時の斜面崩壊予知・崩壊機構の解明のために,不飽和浸透解析による鉛直かん養特性と,新たに改良した三軸圧縮透水試験装置を用いた,浸透場での乱さないまさ土のせん断特性ならびに透水特性について検討した.まず鉛直かん養特性については,不飽和浸透理論に基づく有限要素解析がパラメータの設定に多くの困難がみられ,計算時間を要することから,新たに修正タンクモデルを提案し,その構造を推定する固定手法を明らかにした.流出率が貯留水深の関数となる2段のタンクモデルを鉛直カン養機構に適用し,修正タンクモデルの各パラメーターを同定した結果,解析結果とよい一致を示しており,各パラメーターの同定結果の残差二乗和は, 7×10^<-14>とかなりの精度で同定可能となっている.一方,豪雨浸透によるせん断特性に関する実験では,浸透力を変えることによる影響は少なく,供試体の体積変化は高側圧側では減少傾向にあるが,側圧が小さくなるにつれて膨張する.本試験の場合,供試体に作用する浸透力は静水圧分布で働くため,中央部に作用する応力が供試体に平均的に働いているとみして,有効応力に基づく評価を行った.浸透力によるせん断強さの低下率は,拘束圧が低い場合,浸透力による影響が著しく大きな低下を示し,ダイレイタンシーによる体積増加とともに流れる水の影響を受けやすいことが明らかになった.さらに,せん断中の透水性の変化は供試体のダイレイタンシー特性と密接に関係しており,ピークせん断強度を越えて透水係数の増大を示すが,ピークまでは透水係数が漸減し貯留作用のみられることがわかった.これらの結果を用いて,現場の斜面の崩壊例との適合性から今後検討を行う予定である.
ポルフィリン誘導体の光照射による選択的制がん作用の機序

ヘマトポルフィリンのアセチル誘導体は担がん動物やがん患者に投与されるとがん組織に蓄積し、レーザー光照射によりがん組織の著明な壊死が起こることが観察されるので、これを利用した治療法が注目されている。これまでに乳がんマウスにヘマトポルフィリンアセチル体を注射し24時間後、がん組織にポルフィリンの選択的蓄積を認めた。また、培養KB細胞に種々のポルフィリン誘導体を加えると特定のポルフィリンのみがKB細胞に取り込まれた。高速液体クロマトグラフィーで検討した結果、ある種の高分子のポルフィリンが癌組織に親和性があることが判明した。つぎに、光照射下でのポルフィリンとDNAとの反応を解析した。二重鎖のDNAは何ら変化は認められなかったが、一重鎖のDNAでは反応が認められた。Maxam-Gilbert法の併用により、グアニンが特異的に酸化されることがわかった。更に電子スピン共鳴法で、光照射でポルフィリンは一重項酸素を発生し、これにより一重鎖のDNAのグアニンと特異的な反応が起こることを明らかにした。また、ミトコンドリアにポルフィリン誘導体を加えて光照射するとアンカップラー作用が起こることが認められた。その際に光励起ポルフィリンからの一重項酸素がミトコンドリア膜の構成リピドであるアラキドン酸やリノール酸を分解することが明らかになった。また、ある種の蛋白質が特異的に分解されることがSDS-PAGE電気泳動から明らかになった。その蛋白質がATPaseであるかどうか、またリピドの酸化と蛋白質の特異的分解のいずれがアンカップラー作用の主な原因であるかを検討している。DNA障害も無視できないが、ミトコンドリアにポルフィリン誘導体が蓄積しやすいことから、アンカップラー作用が光励起ポルフィリン誘導体のがん細胞の壊死を起こす本態である可能性が考えられる。
線形偏微分方程式に対する初期値問題の適切性の為の条件について

Kowalevskienな方程式にあって、斉次初期値問題の適切性と非斉次初期値問題の適切性の同値性を主張するPetrowskiの定理を一般に示すことを目標とした当該研究目的の達成の為に、代表者自身が出張した他、分担者にも研究連絡と資料収集に行って貰ったりして、基礎資料を収集して、学生諸君のアルバイトによりこれらの資料を整理し、準備を整えた後に、Newton Polygonと初期値問題と云う題目で研究集会を持ち、関東、中部、関西在住の研究者に一堂に集まって貰って、3日間に渡って討論し得た。これはこの定理の周辺の事情の解析に大いに役立った。また大阪大学の西谷達雄教授等によりその専門知識の供与を得たことは情勢の理解整理に有益であった。その後も、代表者自身研究連絡の機会を持ち、他の分担者にも、更なる資料の収集をお願いし得たことも大層に有益であった。斯くして、非常に活発な研究連絡と資料収集が出来たことにより、当該目標の直接の達成は出来なかったものの、その周辺に対する知見を多く得ることが出来た。就中kowarevskienな方程式の新たなる特徴付けを見つけだすことが出来たほか、斉次初期値問題の一様適切性と非斉次初期値問題の適切性の同値性についても新たなる問題を含む知見を得ることが出来た。特に前者は、先の研究集会において発表した他、この四月にも招かれる仏伊の両国でも発表することになっている。現在は前者と後者との関係で更なる発展段階にあり、次年度これをさらに発展させ当該目標に一歩でも近づける礎となった。
半導体再構成構造における表面局所電場の評価

シリコン表面の安定な再構成構造であるSi(111)-7x7について、レーザーによるキャリアー励起に伴う表面局所電場の変化を表面第二高調波発生(SHG)法により測定した。レーザ励起によりプローブ光(赤外光、1200nm)の表面SHG信号に変化が観測されるのであるが、光吸収に伴う温度変化のシミュレーションを行ったところ、ポンプ光吸収に伴う表面の温度変化に対応するSHG変化を無視できないことも分かった。温度が平衡状態に達するのは数ピコ秒程度なので、現有レーザーのパルス幅(10ns)ではキャリアー励起に関する情報と温度変化に対応するSHG変化の両者を見ることになるので、それらを考慮したモデルで解析した。また、時間依存性を直接確認する目的でモードロックレーザー(パルス幅2ps)による実験も行った。このレーザーでは、これまでのところ十分な信号強度が得られなく、収差を取り除いた集光系の制作とレーザー出力向上のための増幅系の整備、等改良に取りかかっている。また、表面局所電場を直接SHGで観測する試みでは、微小構造を持つ表面形状によるSHG強度増加として評価することとし、以下の実験を手がけた。なお、そのような系では局所磁場の評価も重要になるとの観点から、局所スビンの計測も行った。まず、プラズマCVDで作成したシリコン微粒子からなる薄いフィルムで測定した。推定10nmの最小粒径まで、粒径が小さくなる程急激にSHG強度が増大した。これは、微小球の局所電場を考慮することで定性的に説明ができた。また、他の微小構造表面としては、室温にてシリコン表面(Si(111)-7x7)に銀を蒸着した表面を調べた。蒸着とともにSHGはゼロになるまで減少するのであるが、さらに蒸着を続けると今度は元の数倍にまで増大した。これは表面に堆積した銀微粒子の局所電場(表面プラズモン共鳴)で説明できた。粒径依存性を見るために蒸発条件を変化させてさらに実験を進めている。シリコン単結晶の再構成構造表面の表面近傍に生じる電場を、特にSi(111)-7×7を対象にして、表面の対称性に敏感な表面第二高調波発生法(表面SHG法)とレーザーによるキャリアー励起を組み合わせて坪価する手法を確立することを目的として研究を行った。平成11年度は主に、レーザー系、試料系、光学系の整備を行った。つまり、YAGレーザーの導入、試料である各種ドープ量のシリコンウェーハーの購入、清浄表面を生成および評価する超高真空装置および表面分析装置の整備、SHGを観測するための光学フィルター、誘電体多層膜ミラーの導入などである。まだ整備段階であるが、実験可能な範囲で予備的実験を行ったところ、波長500nmのポンプレーザーによるキャリアー励起により波長1200nmのプローブレーザーのSHGに変化が見られることが確認できた。つまり、ポンプ光を入れるとポンプ光強度に依存してSHG光強度が増大した。これは、本研究で提案した表面電場の評価の達成に向けて極めて明るい材料である。また、本予備実験を行うことにより、解決しなければならないいくつかの問題点も明らかになった。有意な信号を得るためにはかなり強いポンプ光が必要になるので、ポンプ光によるキャリアー励起ばかりでなくポンプ光による表面温度の増大およびそれによるSHG光強度の変化も考慮する必要が生じた。第一次近似的には温度変化の影響が無視できると推定されるが、詳細な議論には当然のことながら詳しい解析が求められる。

現段階は予備的実験の範囲をでないが、SHG光強度の変化による表面電場の評価に向けて、極めて有望なデータを得ることができ細部の詰めを急いでいる。また、来年度の試料冷却系の導入に向けての準備を開始した。シリコン単結晶の再構成構造表面の表面近傍に生じる静電場を、特にSi(111)-7×7を対象にして、表面の対称性および静電場に敏感なレーザー表面第二高調波発生法(表面SHG法)とキャリヤーのレーザー光励起による電場変調を組み合わせて、評価する手法を確立することを目的として研究を行った。特に今年度は、前年度の予備実験結果である青色レーザー光(ポンプ光)によるシリコンのキャリヤー励起に伴うプローブ光(赤外光、1200nm)の表面SHG信号の増加、をより定量的に評価するために、時間遅延やポンプ光およびプローブ光の波長を独立に変えうる実検系を構成した。その結果、変調電場をより定量的に評価することが可能となった。YAGレーザー3倍波、4倍波発生用結晶を用いた光学系を整備し、遅延制御システムにより2台のレーザーを同期させて、紫外光によるポンプおよびSHG法によるプローブ実験を行った結果、いずれのポンプ波長についてもポンプ光強度に依存するSHG変化が観測された。シリコンのバンド間遷移の光子エネルギーが3.4eVなので、この変化は純粋にキャリアーのレーザー励起による表面電場の信号ばかりではなく、温度変化なども含んでいる。これらを明らかにするために、異なるドープのサンプルについての測定も進めている。また、YAGレーザーの基本波(1064nm)のポンプ光に対して、微弱ながら赤色のルミネッセンスが観測された。これは、これまでに報告例が無く2光子吸収に伴う発光を観測しているものと考えられる。半導体再構成表面の基礎特性との関連が興味深いので、平行して詳細な測定を進めている。簡単なモデルについて、変調電場の解析を試みた。前年度までに明らかにしたように、青色レーザー光でシリコン表面を励起するとプローブ光(赤外光、1200nm)の表面SHG信号に変化が観測される。今回、ポンプ光吸収に伴う温度変化のシミュレーションを行ったところ、ポンプ光吸収に伴う表面の温度変化に対応するSHG変化を無視できないことが結論された。温度が平衡状態に達するのは数ピコ秒程度なので、現有レーザーのパルス幅(10ns)ではキャリアー励起に関する情報と温度変化に対応するSHG変化の両者を見ることになるので、それらを考慮したモデルで解析する必要がある。このため、そのようなモデルの検討を行うとともに、時間依存性を実験的に確認するモードロックレーザー(パルス幅2ps)による実験も行った。このレーザーでは、これまでのところ十分な信号強度が得られなく、収差を取り除いた集光系の制作とレーザー出力向上のための増幅系の整備、等改良に取りかかっている。また、10nsのレーザーによる局所電場の観測では、微小構造を持つ表面形状によるSHG強度増加として評価することとし、以下の実験を手がけた。なお、そのような系では局所磁場の評価も重要になるとの観点から、局所スピンの計測も行った。表面の一つは、プラズマCVDで作成したシリコン微粒子からなる薄いフィルムである。推定10nmの最小粒径まで、粒怪が小さくなる程急激にSHG強度が増大した。これは、微小球の局所電場を考慮することで定性的に説明ができた。
パルス磁場による免疫細胞機能調節効果における機構解明に関する研究

パルス磁場の免疫細胞への作用効果は、磁場の安全性の観点のみならず、免疫療法における免疫細胞の機能調節の観点よりも解明すべきことと考え、研究を行った。本研究開始前に、INF-γによるマクロファージ(Mφ)活性化において、変動磁場が印加されることにより活性化が増強されること、その機構がCaイオンの細胞内取り込みの促進、増強によることを明らかとしていた。本研究においては、その機構解明を一つの目的とし、INF-受容体結合過程におよぼす変動磁場効果を調べたところ、磁場印加によりINF結合量の増加現象を見出した。また、リンパ球のマイトジェン刺激時の磁場効果について調べたところ、磁場効果は印加時間に依存し、短時間印加においては活性化を増強し、長時間印加においては活性化が減少することを見出し、その抑制効果はIL2受容体減少に因ることを明らかとした。すなわち、変動磁場は細胞膜成分に大きな影響を与えることを見出した。そのため細胞膜への変動磁場の影響を、物質透過性の観点からも検証することを目的とし、各種抗ガン剤の細胞内取り込み過程に及ぼす影響を調べたところ、検討した抗ガン剤のうち細胞透過性が低いと考えられるdaunorubihinにおいて、顕著な透過性向上が生じることを明らかとなり、変動磁場は細胞膜へ顕著な影響を与えることが明らかとなったパルス磁場の免疫細胞への作用効果は、磁場の安全性の観点のみならず、免疫療法における免疫細胞の機能調節の観点よりも解明すべきことと考え、研究を行った。そのため細胞膜への変動磁場の影響を、物質透過性の観点からも検証することを目的とし、各種抗ガン剤の細胞内取り込み過程に及ぼす影響を調べたところ、検討した抗ガン剤のうち細胞透過性が低いと考えられるdaunorubihinにおいて、顕著な透過性向上が生じることを明らかとなり、変動磁場は細胞膜へ顕著な影響を与えることが明らかとなったINF-_γによるマクロファージ(Mφ)活性化において、変動磁場が印加されることにより、Caイオンの流入が促進・増強されるが、その機構を解明することが本研究の目的である。Caイオン取り込み過程は、1)INF-受容体結合過程、2)情報伝達過程、3)Caチャンネル開放過程に分けられるが、平成13年度においては、1)の過程に及ぼす変動磁場効果を調べた。チオグリコール酸刺激により得られたマウス腹腔Mφに、INF-_γを添加し、2時間培養し、INF-_γ結合量に及ぼす磁場効果に関し、フローサイトメトリーを用いて評価した。一次抗体として、抗マウスINF-_γラット抗体、二次抗体としてFITC標識抗ラットIgG抗体を用いた。変動磁場は、ヘルムホルツコイルを用い、最大磁場強度2.2mT、周波数50Hz、duty50%の矩形波であった。INF-_γとの相互作用過程に磁場を印加し、その変動磁場印加時間を20min.、1h、2hと変化させた。その結果、磁場非印加の場合と比較したところ、磁場によってINF-_γの結合量が増加すること、さらに印可時間の増加に伴にその結合量が顕著に増加することが明らかとなった。実験系にアジ化ナトリウムを添加し、同様な実験を行った場合、INF-_γの結合量に変化はみられず、INF-_γ結合量の増加は、INF-_γ受容体の増加に因るものであることが明らかとなった。また、細胞膜透過性に及ぼす磁場効果を調べることを目的とし、A549、HCT116、ACHN細胞におけるダウノルビシン透過量を蛍光分光光度計によって評価したところ、A549はダウノルビシン透過性が低いが、磁場印可によって顕著に透過性が増加することが明らかとなり、変動磁場は細胞膜を単純拡散する物質の透過性に関しても影響を与えることが明らかとなった。この様に変動磁場は、INF-_γ受容体を増加させること、膜透過性を変化させることが明らかとなった。リンパ球活性化過程に及ぼす変動磁場効果に関し、その活性化抑制効果について研究を行った。変動磁場はヘルムホルツコイルにより発生させ、最大磁場強度2.2mT、周波数50Hz、duty50%の矩形波を培養リンパ球に印加した。リンパ球はddyマウス脾臓細胞より定法により調製した。活性化試薬としてConAを用い72時間培養し、活性化の指標としてその増殖能を5-Bromo-2-deoxy-uridine labeling法により評価した。ConA添加と同時に磁場を印加し、その印加時間を20分、40分、60分、及び120分としたところ、40分以下では増殖能が増加し、磁場非印可のコントロールに比べ最大2.7倍となったのに対し、60分及び120分の長時間磁場印可においては、増殖能の増加はみられず、むしろ抑制傾向が見られた。

その抑制率は120分においてより顕著であり、長時間磁場印加によりリンパ球の活性化が抑制されることが明らかとなった。磁場によって生じたその抑制効果の機構を明らかとするため、IL-1およびIL-2産生量をELISA法によって測定した。さらに、FITC標識マウス抗CD25抗体を用いたフローサイトメトリによって、IL-2レセプター発現率の評価を行った。IL-1およびIL-2産生量は、磁場印加時間に関わらず一定であり、5-Bromo-2-deoxy-uridine取込量が減少した長時間印加においても全く変化は見られなかった.一方、IL-2レセプターは顕著に変化し、増殖活性増強効果が生じた40分磁場印加において増加し、抑制効果が見られた120分印可条件においてレセプター発現率が低下することを明らかとした。平成13年度において、変動磁場はマクロファージのINF-γ受容体の発現率に影響を与えることを報告したが、この様にリンパ球のIL-2受容体にも影響することが明らかとなり、変動磁場による細胞への作用効果は、細胞膜上の受容体発現に影響を与えるために生じることが明らかと准った。前年度までの研究において、変動磁場が印加されることにより、細胞受容体の発現に影響を与えることが明らかとなった。すなわち、INF-γ刺激マクロファージにおいては、INF-γ受容体が増加し、ConA刺激リンパ球においては、短時間印加において増加し、長時間印加によってはむしろ減少した。変動磁場によって細胞膜に何らかの影響を与えていることより、本年度は電子顕微鏡による形態観測を行うとともに、細胞膜物質透過性に及ぼす効果を検証した。用いた変動磁場は、ヘルムホルツコイルにより発生させ、最大磁場強度2.2mT、周波数50-150Hz、duty50%の矩形波であった。定法により調製した脾臓マウスリンパ球に変動磁場を20分間印加したところ、リンパ球表面が平滑化し、6時間印加によっては、起伏の大きな凸凹状態となり、磁場非印加の場合と比較し、顕著な相違が観測され、変動磁場が細胞膜に影響を与えることが明らかとなった。変動磁場の物質透過性に及ぼす影響として、4種類の抗ガン剤(5FU、cisplatin、carboplatin、daunorubishin)を用いて実験を行った。対象細胞として、抗ガン剤のスクリーニング標準細胞である、A549、HCT116、ACHNを用いた。それぞれの組み合わせにおいて50Hzおよび150Hzの変動磁場を印加し、SRB法にて生存細胞数を測定し、生存率50%における薬剤濃度(Dm値)を算出した。5FU、cisplatin、carboplatinにおいては全く磁場効果はみられず、そのDm値に変化は無かった。一方、daunorubishin-A549系においては、有意な磁場効果がみられ、磁場印加によりDm値が減少し、薬剤効果が増強した。細胞内daunorubishin量を蛍光分光器によって測定したところ、daunorubishin取込み量が増加しており、その磁場効果は薬剤取込み増加作用に因ることが明らかとなった。daunorubishinは他の3種類の薬剤と較べ分子量が大きく、細胞膜透過性が低いものと考えられる。その549の膜透過性をより低下させることを目的とし、その培養において、confluent状態とした。
マウス体性感覚野における脳微小循環調節機構と光脳機能イメージングとの関連性の解析

小動物の脳を対象としてミクロレベルの血流ダイナミクスや血管構造を顕微鏡で捉えることで、脳組織中の血流調整メカニズムがヒト光脳機能イメージング法に及ぼす影響について考察した。脳血流調整メカニズムは筋肉を有する動脈の拡張のみでは説明できず、現行の顕微鏡の能力では評価が困難な毛細血管や静脈の受動的な拡張や局所の血液量の増減をコントロールするための血流分配機構の存在がヒト光脳機能イメージングに影響していることが示唆された。本研究では小動物のマクロスコピックな血行動態変化の計測に用いられる内因性光イメージングで得られる信号と共焦点レーザー顕微鏡と多光子励起蛍光顕微鏡で計測した毛細血管レベルの空間分解能で捉えた脳微小循環ネットワーク構造や脳活動に伴う赤血球の流れや個数の変化,血管の膨張収縮との関連を実測データに基づいたシミュレーションを行うことで明らかにすることを目的としている.シミュレーションモデルを構築する上で必要となるのは血管ネットワークの幾何学的構造,生体組織における光学特性値,脳機能賦活時の血流変化の度合いである.本年度は主に脳機能賦活時の血流変化の度合いの定量化手法の開発および計測を行った。毛細血管レベルの血流の定量化をするために時空間の2次元画像から赤血球の速度を自動的に定量化する手法を開発し、多光子励起顕微鏡を用いたin vivo実験においてその有効性を示した。また、脳の表面における血流については血管枝ごとに血管径や血流速に関連するパラメータを推定することができる手法を応用して、ニトロプルシドナトリウム投与下および前肢電気刺激下における血行動態変化を観察した。正常時の血管径を基準に動静脈をそれぞれ3種に分類して解析すると、SNP投与下においては太さが25から50μmの動脈、脳賦活時の血流調整は25μm以下の動脈における血行動態変化が顕著であり刺激に対する血管応答の血管径依存性が示唆された本研究では小動物のマクロスコピックな血行動態変化の計測に用いられる内因性光イメージング(OISI)で得られる信号と共焦点レーザー顕微鏡と多光子励起蛍光顕微鏡で計測した毛細血管レベルの空間分解能で捉えた脳微小循環ネットワーク構造や脳活動に伴う赤血球の流れや個数の変化、血管の膨張収縮との関連を実測データに基づいたシミュレーションを行うことで明らかにすることを目的としている。シミュレーションモデルを構築する上で必要となるのは血管ネットワークの幾何学的構造、生体組織における光学特性値、脳機能賦活時の血流変化の度合いである。本年度は、多光子励起顕微鏡を用いて脳微小循環ネットワークの3次元形態画像を計測し、それを基にOISIのシミュレーションのためのモデル構築を行う手法を確立し、さらに、構築したモデルにおける光伝播解析を行う環境を整えることを目的とした。多光子励起顕微鏡を用いて脳微小循環ネットワークの3次元形態画像では血しょうに蛍光試料を流すことで血管内腔からの信号を捕らえるが、内径が赤血球の大きさよりも小さな毛細血管では血管が途切れてしまうことや特定の試料は血管から脳実質に漏れてしまうことといった問題点があった。この問題は計測パラメータの最適化や適切な蛍光色素を選択することで解決された。また、多光子励起顕微鏡で捉える3次元画像では深部を計測する際に、脳組織による光散乱の影響でSN比が低下する。この問題にはエッジ保存フィルタのひとつであるNon-local means(NLM)フィルタを適用することを試みた。NLMフィルタは計算コストが膨大であるためGPGPU技術による並列演算で高速化した。GPGPU技術は光伝播シミュレーションモデルの高速化のためにも必須であり、次年度に向けた準備もできたといえる。本研究では小動物のマクロスコピックな血行動態変化の計測に用いられる内因性光イメージング(OISI)で得られる信号と共焦点レーザー顕微鏡と多光子励起蛍光顕微鏡で計測した毛細血管レベルの空間分解能で捉えた脳微小循環ネットワーク構造や脳活動に伴う赤血球の流れや個数の変化、血管の膨張収縮との関連を実測データに基づいたシミュレーションを行うことで明らかにすることを目的としている。本年度は、これまでの研究で開発してきた技術を発展させるとともに、多光子励起顕微鏡で得られるデータをもとにOISIのシミュレーションを行い、実測結果とシミュレーション結果を比較することによりOISIへの微小循環パラメータの寄与を考察することを目的とした多光子励起顕微鏡で得られる3次元血管構造をもとにOISIのシミュレーションを行ったところ、OISIで用いられることが多い500-600nmの波長帯において、血管の部分実効光路長は全光路長の10%程度であることがわかった。一方、血管構造を動脈、毛細管、静脈、に分類するとそれぞれ5.5%, 7.8%, 86.7%であった。

実測においてはOISIの信号変化は3%前後であり、ひげ刺激時の動脈の拡張率は脳表で15%,脳内で10%程度であったことから、動脈の拡張のみではOISIの信号変化よりずっと小さな信号変化しか得られず、顕微鏡の空間分解能では評価が困難な毛細血管や静脈の受動的な拡張や局所のヘマトクリットの増減をコントロールするための血流分配機構の存在が示唆された。当初予定していた3次元脳微小血管ネットワークの撮像法の最適化やGPGPUによるプログラミング技術の習熟などのシミュレーションの準備が計画通り進展した。24年度が最終年度であるため、記入しない。多光子励起顕微鏡で計測したデータをもとにOISIのシミュレーションを行い、実測結果とシミュレーション結果を比較することによりOISIへの微小循環パラメータの寄与を考察する。シミュレーションの光伝播はモンテカルロ法を用いて光輸送方程式を解析することによって求めることを予定しているが、モンテカルロ法は求解に統計的安定性を必要とするため,膨大な計算コストを要する。これはGP:GPUによる並列演算によって対処する。
人工知能を用いたクリティカルパスの自動作成

クリティカルパス(以下パス)とは、特定の疾患に対する診療行為において、医療者が施行する医療行為を系統的かつ時系列に記述するマネジメントツールである。パスの導入によって医療の標準化や効率的な治療が実践可能となったが、現在でもなお各医療機関(あるいは各医師)単位での作成・運用にとどまるのが現状である。本研究はパスの作成に対し診断群分類包括評価(DPC)などのビッグデータを活用して、リアルワールドにおける診療行為を人工知能解析することで、最適なアウトカムが達成できるようなパスの自動作成を検証し、かつ医師等の医療スタッフのパス作成における業務負担軽減を図るものである。