hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
河道内遊水池を利用した治水適応策に関する研究

従来のダム群による治水の考え方は,直列に配置されている場合であっても個々のダムで計画高水流量を定め,それぞれのダムが非常用洪水吐きから越流しないように洪水処理を行うものである(以後,従来型と呼ぶ).本研究では,直列配置された複数のダムにおいて,上流側のダムの非常用洪水吐きからの越流を許容するカスケード型洪水制御方式の実河川における洪水制御効果を検討した.具体的には流域の上流部に北山ダム,中流部に嘉瀬川ダムを有する嘉瀬川を対象に,カスケード型の洪水制御効果を従来型との比較を通して検討した.従来型の洪水制御に基づいて,基本高水流量Qpと2つのダムが非常用洪水吐きから越流しない限界の計画高水流量Qa(各ダムの無害放流量)を以下のように求めた.下流側に位置する嘉瀬川ダムのQa2は実際の計画高水流量と同じ430m3/sとしている.嘉瀬川ダムのQa2を固定し,上流端に流入する洪水のハイドログラフの形を一定とする条件の下で,上流端のピーク流量Qpおよび北山ダムの計画高水流量Qa1を独立に変えることで,北山ダムと嘉瀬川ダムからの放流量が最大(計画高水流量)となる時に各ダムが満水となる条件を求めた.その結果,Qp=1020m3/s,Qa1=550m3/sが得られ,下流端の基準点の官人橋における最大流量はQKmax=430m3/sとなっていた.次にカスケード型として,2基のダムで同一のQaを下流側の嘉瀬川ダムで越流しない限界まで小さくした結果,Qa1=Qa2=338m3/sが得られた.その際のQKmaxは338m3/sで,従来型の430m3/sと比較して,本条件では基準点のピーク流量が21%低減出来ることが分かった.本研究により,複数のダムが直列に配置された場合,カスケード方式を採用することでダム群全体としての洪水制御能力が顕著に強化されることが,実河川の嘉瀬川において示された.本年度は,当初から計画していた通り,任意かつ容易に条件設定が可能な数値シミュレーションを利用して,佐賀県内を流れる1級河川の嘉瀬川を対象にしたカスケード方式のケース・スタディを実施した.本研究では,上流側に設置された利水ダムである北山ダムと中流部の多目的の嘉瀬川ダム区間でダムが直列配置されている嘉瀬川において,ダムが直列配置された場合の従来型の洪水制御手法と比較した場合のカスケード方式による洪水制御効果を数値計算により明らかにした.また,北山ダムと嘉瀬川ダムが仮想的に流水型ダムであった場合のカスケード方式の洪水制御効果についても,同様な数値シミュレーションにより明らかにしている.したがって,本研究は概ね順調に進捗しているものと考えられる.嘉瀬川流域には利水用の北山ダムと多目的の嘉瀬川ダムがあることから,現在と同じ嘉瀬川ダムのみで治水する場合と2つのダムを連携運用した場合の将来の治水能力を評価するとともに,下流側の主要地点のハイドログラフがどのように異なるのかを比較することで,カスケード方式を含めたダム群による治水適応策の効果を数値シミュレーションにより明らかにする.従来のダム群による治水の考え方は,直列に配置されている場合であっても個々のダムで計画高水流量を定め,それぞれのダムが非常用洪水吐きから越流しないように洪水処理を行うものである(以後,従来型と呼ぶ).本研究では,直列配置された複数のダムにおいて,上流側のダムの非常用洪水吐きからの越流を許容するカスケード型洪水制御方式の実河川における洪水制御効果を検討した.ここでは,筑後川本川に位置する松原ダムとその上流支川の津江川に位置する下筌ダム付近において,カスケード型の洪水制御効果を従来型との比較を通して検討した.まず,従来型の洪水制御に基づいて,2つのダムが越流しない限界の計画高水流量Qa(各ダムの下流河道の許容流量)と基本高水流量Qpを以下のように求めた.下流側に位置する松原ダムのQa2は実際の計画高水流量と同じ1100m3/sとしている.松原ダムのQa2を固定し,上流端に流入する洪水のハイドログラフの形(洪水の継続時間に相当)を一定とする条件の下で,Qpおよび下筌ダムの計画高水流量Qa1を独立に変えることで,下筌ダムと松原ダムからの放流量が最大(計画高水流量)となる時に各ダムが満水となる条件を求めた.その結果,Qp=6339m3/s,Qa1=1996m3/sが得られた.次に,カスケード型として,上流側の下筌ダムからの越流は許容した上で,松原ダムから越流しない限界までQpを大きくした.その結果,Qp=8227m3/sが得られ,従来型のQp=6339m3/sと比較して,カスケード型では29.8%大きな超過洪水まで制御可能となることが分かった.本研究により,複数のダムが直列に配置された場合,カスケード方式を採用することでダム群全体としての洪水制御能力が顕著に強化されることが,下筌ダムと松原ダムを有する実河川の筑後川上流部において示された.平成29年度は,任意かつ容易に条件設定が可能な数値シミュレーションを利用して,北部九州を流れる1級河川の筑後川を対象にしたカスケード方式のケース・スタディを実施した.

筑後川の上流部では,支川の津江川に位置する下筌ダムと本川の松原ダム区間でダムが直列配置されていることから,これらの既存ダムにカスケード方式を採用した場合の洪水制御効果を明らかにした.また,現在までの所,筑後川流域には流水型ダムがないことから,下筌ダムと松原ダムが仮想的に流水型ダムであった場合のカスケード方式の洪水制御効果についても,同様な数値シミュレーションにより明らかにしている.したがって,本研究は概ね順調に進捗しているものと考えられる.従来のダム群による治水の考え方は,直列に配置されている場合であっても個々のダムで計画高水流量を定め,それぞれのダムが非常用洪水吐きから越流しないように洪水処理を行うものである(以後,従来型と呼ぶ).本研究では,直列配置された複数のダムにおいて,上流側のダムの非常用洪水吐きからの越流を許容するカスケード型洪水制御方式の実河川における洪水制御効果を検討した.具体的には流域の上流部に北山ダム,中流部に嘉瀬川ダムを有する嘉瀬川を対象に,カスケード型の洪水制御効果を従来型との比較を通して検討した.従来型の洪水制御に基づいて,基本高水流量Qpと2つのダムが非常用洪水吐きから越流しない限界の計画高水流量Qa(各ダムの無害放流量)を以下のように求めた.下流側に位置する嘉瀬川ダムのQa2は実際の計画高水流量と同じ430m3/sとしている.嘉瀬川ダムのQa2を固定し,上流端に流入する洪水のハイドログラフの形を一定とする条件の下で,上流端のピーク流量Qpおよび北山ダムの計画高水流量Qa1を独立に変えることで,北山ダムと嘉瀬川ダムからの放流量が最大(計画高水流量)となる時に各ダムが満水となる条件を求めた.その結果,Qp=1020m3/s,Qa1=550m3/sが得られ,下流端の基準点の官人橋における最大流量はQKmax=430m3/sとなっていた.次にカスケード型として,2基のダムで同一のQaを下流側の嘉瀬川ダムで越流しない限界まで小さくした結果,Qa1=Qa2=338m3/sが得られた.その際のQKmaxは338m3/sで,従来型の430m3/sと比較して,本条件では基準点のピーク流量が21%低減出来ることが分かった.本研究により,複数のダムが直列に配置された場合,カスケード方式を採用することでダム群全体としての洪水制御能力が顕著に強化されることが,実河川の嘉瀬川において示された.本年度は,当初から計画していた通り,任意かつ容易に条件設定が可能な数値シミュレーションを利用して,佐賀県内を流れる1級河川の嘉瀬川を対象にしたカスケード方式のケース・スタディを実施した.本研究では,上流側に設置された利水ダムである北山ダムと中流部の多目的の嘉瀬川ダム区間でダムが直列配置されている嘉瀬川において,ダムが直列配置された場合の従来型の洪水制御手法と比較した場合のカスケード方式による洪水制御効果を数値計算により明らかにした.また,北山ダムと嘉瀬川ダムが仮想的に流水型ダムであった場合のカスケード方式の洪水制御効果についても,同様な数値シミュレーションにより明らかにしている.
分子生物学的手法を用いた性染色体DNA多型の法医学試料への応

一個の指紋から形態的検査のみならず、血液型,DNA多型が判定出来れば,犯罪捜査上非常に大きな技術進歩である。我々はスライドガラス上に押捺した指紋を小片のろ紙でぬぐい、DNAを抽出し,PCR-RFLP法でABO式血液型を判定する方法について,実務上の有用性を検討した。実際の犯罪捜査上ではアルミ粉末等により指紋の有無を確認するので,アルミ粉末を塗布した指紋に関しても同様に型判定を試みた。その結果、これらの型判定の結果は同一被験者から採取した白血球DNAからの型判定と全て一致した。これらの事より、この方法による判定は充分信頼できる事が確認できた。また、身元不明死体、血痕や精液などの体液からの性別判定は法医学の日常業務の中で重要な位置を占めている。11カ月から15年間にわたって保存されていたガ-ゼ付着血痕30例(男15例、女14例、性別不詳1例)と、死後8年から縄文時代までの白骨10例を試料として代表的と思われる幾つかののローカスを増幅するプライマーを用いてPCR増幅を行い、それぞれの結果判定の信頼性について比較検討した。その結果、マルチローカスマーカーDYZ-1とDXZ-1(149bp)の組み合わせで今回実験した中では最も高い判定率が得られた。シングルローカスのPAB,Amelogeninによる性別判定率は著しく低かった。これらの結果よりPCR法を用いた性別判定では、よりコピー数が多く、かつ増幅されるDNA断片が短い領域を用いることが重要と考えられた。
蘇生後症候群におけるRho-kinaseの役割解明

心筋再潅流障害であるstunned myocardiumが蘇生後心筋障害の重要な要因と言われている。よって心筋虚血再潅流障害に対する薬理学的制御について検討することが、蘇生後心筋障害の克服につながると考えられる。豚の生体モデルを用いて心筋虚血再灌流モデルを作製し、phosphodiesterase (PDE)-III阻害薬、α_2アドレナリン受容体刺激薬、カルシウム感受性増強薬の心筋保護作用を明らかにした。1.麻酔したブタを用いて、開胸して心臓を露出し、頚動脈-左冠動脈前下行枝バイパスを作製した。このバイパス回路を遮断・解除することによって左冠動脈前下行枝灌流領域を虚血再灌流させてブタの心筋虚血再灌流モデルを作成した。このモデルを用いて以前ホスホジエステラーゼIII阻害薬であるミルリノンの虚血前投与による心筋スタニングに対する保護作用にはp38 mitogen-activated potein kinase (p38MAPK)の活性化が関与することを報告した。今回このミルリノンの再灌流時投与による心筋保護作用とその機序について検討した。ミルリノンの再灌流時投与により心筋スタニングからの回復が有意に改善され、その効果はp38MAPK阻害薬SB203580の前処置により抑制された。再灌流時投与によるミルリノンの保護作用にもP38MAPKの活性化が関与することが明らかとなった。この成果を米国麻酔学会(2010年10月San Diego)で発表し、Anesthesiology 2010 ; 113 : A095掲載された。2.同モデルを用いて、選択的好中球エラスターゼ阻害薬であるシベレスタットナトリウムの再灌流時投与による心筋保護作用について検討した。シベレスタットナトリウムの再灌流時投与により心筋スタニングからの回復が有意に改善された。また炎症性サイトカインinterleukin-6の再灌流後濃度上昇を有意に抑制した。シベレスタットナトリウムの保護効果には、好中球エラスターゼ阻害作用によるinterleukin-6の産生抑制が関与することが明らかとなった。この成果は、J.Anesth 2010 ; 24 : 575-81に掲載された。心筋における薬理学的プレコンディショニングについて検討することは、周術期管理において適切な薬剤の選択を可能とし、集学的かつ効率的な心筋虚血保護に大いに寄与すると考えられる。今回、豚の生体モデルを用いて、心筋虚血再灌流障害(心筋スタニング、心筋梗塞サイズ)に対する心筋保護効果を検討した。麻酔したブタを用いて、開胸して心臓を露出し、頚動脈-左冠動脈前下行枝バイパスを作製した。このモデルを用いて水素の虚血前吸入による心筋保護作用について検討した。12分間虚血・90分間再灌流による心筋スタニングモデルにおいて、2%水素の虚卑前吸入により心筋スタニングからの回復が有意に改善された。また40分間虚血・120分間再灌流による心筋梗塞モデルにおいて、4%水素の虚血前吸入により心筋梗塞サイズの有意な縮小効果を認めた。しかし、2%水素では心筋梗塞サイズに有意差を認めなかった。ブタの心筋虚血再灌流モデルを用いてα2-adrenergic agonistであるデクスメデトミジン(DEX)の冠動脈内投与が心筋スタニングからの回復に与える影響と再灌流性不整脈に対する効果およびカテコラミン動態について検討した。DEXの虚血前投与は用量依存性に心筋スタニングからの回復を有意に改善させ、また再灌流性不整脈の抑制効果も認め、DEXの心筋虚血再灌流障害に対する直接的保護作用が明らかとなった。さらに、DEXは虚血再灌流による心筋ノルエピネフリン濃度上昇を抑え、また心筋の心内膜下血流維持作用も認め、これがDEXの心筋保護作用に関与していることが明らかとなった。この成果はShock. 2012Jul;38(1):92-7に掲載された。同様のモデルを用いて以前ホスホジエステラーゼIII阻害薬ミルリノンの虚血前投与による心筋スタニングに対する保護作用にはp38 mitogen-activated protein kinase(p38MAPK)の活性化が関与することを報告した。今回このミルリノンの再灌流時投与による心筋保護作用とその機序についてカルシウム感受性増強薬レボシメンダンと比較検討した。ミルリノン、レボシメンダンともに心筋スタニングからの回復を有意に改善させた。ミルリノンの保護効果はp38MAPK阻害薬の前処置により抑制されたが、レボシメンダンの効果は抑制されなかった。

再灌流時のレボシメンダン投与による心筋スタニングからの回復改善効果は、直接的陽性変力作用であることが示唆された。この成果はScand Cardiovasc J. 2013Feb;47(1):50-7に掲載された。実験施設の移転や臨床業務により、思うように研究日がなかったため、モデル作成の確立に時間を要した。24年度が最終年度であるため、記入しない。豚の心肺脳蘇生モデルを用いて、心肺蘇生時にエピネフリンおよびバゾプレシンそれぞれにRho-kinase阻害薬ファスジルを併用投与し、心拍再開後の血行動態および心筋収縮力、さらに蘇生中、心拍再開後の脳酸素需給バランスを評価する。これにより蘇生後症候群におけるRho-kinaseの役割を解明する。さらに、他に心筋に対して保護作用を有すると考えられる麻酔薬(吸入麻酔薬、α2作動薬)についても蘇生後心筋障害に対する改善効果を検討する。
早期病変、原因およびドライバー変異に焦点をおいた肺腺癌のゲノム解析

次世代シークエンスの発達により、癌の全エクソン解析が可能となった。ホルマリン固定パラフィン包埋材料(FFPE)での解析結果も安定してきた。本研究では、FFPEを使っての肺腺癌の早期病変、原因およびドライバー変異に焦点をあてた全エクソーム解析を行う。具体的には、(1)喫煙者、非喫煙者、非喫煙アスベスト曝露者に発生した早期腺癌、(2)ALK肺癌を含む2重癌、ALK肺癌の進展に伴うゲノム変化を解析する。これにより、種々の原因による早期腺癌のゲノム変化、および同一患者にALK肺癌と別の肺癌が発生する機序、さらにALK肺癌のプログレッションに関連したゲノム変化が明らかになる。
新生児・乳児期のガラクトース血症に関する基礎的・臨床的研究

広島県内でガラクトース血症マススクリーニングにて精密検査を必要と判定された児の全例を対象に、酵素学的診断(赤血球中のガラクトース代謝関連3酵素活性の測定および等電点電気泳動法による変異酵素の検索)および尿中ガラクチトールなどのガラクトース代謝産物測定を行った。平成7年度(平成7年4月8年2月末現在)の対象患児は42例であり、その酵素学的診断による内訳は、Uridine diphosphogalactose 4-epimerase(EP)欠損症1例、同症ヘテロ保因者8例、Galactose-1-phospate uridyltransferase(UT)欠損症ヘテロ保因者2例、UT変異酵素1例、Galactokinase欠損症ヘテロ保因者1例、酵素学的に正常29例であった。EP欠損症の1例と酵素学的に正常の2例でガラクトース高値が持続し、うち後者の2例は尿中ガラクチトールも高値が持続し、乳糖除去ミルクによる治療が必要と判定した。この2例は肝多発性血管腫、門脈肝臓静脈シャントを認め、消化管から吸収されたガラクトースが肝臓で代謝されず大循環に入ることが、高ガラクトース血症の原因と考えられた。これらの知見は当院小児科外来での通院患児の診療に直接利用し、良好な予後を得ている。また県外の医療施設からの依頼も年々増加し、酵素学的な確定診断をおこない、臨床に大きく寄与している。
三次元地層モデリングを用いた供述過程の可視化システムの構築

本研究は法学・情報学・心理学の共同により新しい裁判過程可視化システムの構築を目指した。このシステムは三次元情報提示法(Kachina)、ナラティブ分析(TEM)、虚偽自白分析(浜田式分析)、の3要素からなる。これら3要素を融合し、法の実務に有効なシステムを開発した。このシステムを用いることで、錯綜する情報を整理することができ、市民裁判員の認知的負荷を低減し、誤判のリスクを低減することができた。本研究は複雑な事件における供述の変遷を分かりやすく提示することが主要な目的である。わかりにくさの要因としては、自白変遷や複数人の供述対立、があげられる。こうしたわかりにくい供述変遷を、整理するための三次元可視化システムを作成した。ある公職選挙法違反事件に関する記述を用いて概念マップを作り、自白供述がなされた時間を層として扱うことで、三次元キューブを作成するのである。今回取り扱う事件は少なくとも6名が(結果的に)虚偽の自白を行ったのだが、いつ、dこで、どのような虚偽を行ったのかを可視化するためには、適切な概念マップが必要となる。この事件については複数の単行本が出されているため事件の大きな筋をマップ化することが容易であった。このシステムにおいては、膨大な自白供述の文字データを電子的に格納することが可能であり、その意味で結果の再現性もあると言える。だだし問題点もある。第一に、本システムによる提示が本当にわかりやすいのか、という点である。この点については、二年目に実証実験を行うべく、認知心理学の知見を活用して、実験計画を構想中である。第二に、本システムが刑事訴訟法に照らしたとき、証拠の提示といえるのか、それ以上の編集を含むものなのかがわかりにくく、従って、このまま法廷で用いることが可能かどうか分からないという点である。この点については、証拠提示に関する訴訟法的な理論検討を行っていく必要がある。次年度以降は、こうした問題点も考慮しながらさらなるシステム開発を行い、裁判実務での実装を目指していく。わかりにくさの要因としては、自白の変遷や複数人の供述対立、があげられる。こうしたわかりにくい供述変遷を、整理するための三次元可視化システムを開発したうえで、実用化する場合に生じる心理学上、刑事訴訟法上の問題を検討するのが本研究の目的である。本年度は以下の検討を行った。第一に、再審請求を行なうことを目指す事件の調書の整理を行い、三次元キューブへの格納を行った。再審請求事例での、弁護方針発見ツールとしての有用性について、展望が開けた。またキューブを弁護士に提示し、その理解しやすさについて検討を行った。第二に、民事訴訟への拡張を試みた。損害賠償訴訟などにおいて、複数人の請求者のライフストーリーを扱う事例について、個々人が被害をうけ訴訟を提起するに至るまでの径路の検討を行い、三次元キューブへの拡張を行った。第三に、本システムが刑事訴訟法に照らしたとき、どのような法的地位を得ることができるのかについて引き続き検討した。アメリカにおけるComputer Generated Animationを巡る法律論について、改めて検討をおこない、三次元キューブの提示が、展示証拠となるのか実質証拠になるのか、について、それぞれの可能性を探った。日本におけるこうした法律論が立ち後れていることも確認した。こうした検討を受けて、さらに本システムで扱う事例数を増やしているところである。これまで、裁判員裁判への適用を目指してきたが、公判廷での使用の追求は長期的に行い、再審請求事件や民事事件において、理解の促進を目指す補助ツールとして地位を確立することが望ましいという方向性が確認されつつあると確認した。ただし、三次元可視化システムの適用が可能かどうかを考慮しながら裁判実務での実装を目指していく立場には変わりはない。本年度は前年度までに引き続き以下の3点について研究を行った。第一に、既に死刑が行われた事件の再審請求を行なうための調書の整理を行い、三次元キューブへの格納を行った上で事件の整理を試みた。この事件は再審請求者が死亡したため滞っていた事件だが新たな再審請求人が現れたため、事件分析を精緻化する必要が生じ、これを行った。第二に、これまで損害として認定されにくかった容貌の変化に関する損害賠償訴訟において、複数人の請求者のライフストーリーを聞き取り、それを人生径路として表現する研究を行い、三次元キューブへの拡張を行った。また、「展示証拠」(demonstrative evidence)の利用をめぐる法的課題の最新状況についても検討した。今回開発しているキューブが法廷で利用されるかどうかについては疑問符がつく結果となったが、一方で、分析ツールとしては有効であることが分かった。

以上の3点に加え本年度はさらに、三次元キューブの汎用性を高めるために、エクセルファイルから自動的にキューブにデータ格納する方法を開発している。本研究は法学・情報学・心理学の共同により新しい裁判過程可視化システムの構築を目指し、刑事訴訟法上の検討を通じて法廷内外における社会実装の可能性を検討するものである。本年度は最終年度であり、システムの開発、個別事例の検討を行いつつも、全体的な理論的な考察を重点的に行った。1理論的考察本システム(KTH)ならではの価値は(1)時系列(タイムライン),供述の変遷過程,有利・不利の違いが一括で表示され,理解しやすい、(2)アニメーションよりも,創造的ではない(より正確である)、(3)したがって、作為が入りにくい、(4)スライド・パワーポイント・写真よりも,量的な視点が,より明確になる、といった点にあるが、こうしたシステムが法廷で利活用可能であるかどうかの検討をアメリカ刑事訴訟法におけるアニメーション使用の法理との比較によって検討した。KTHで示す内容が実質証拠であるか展示証拠であるかという問題を踏まえることが重要である。2システム開発認知的負荷を低減する視覚的工夫と供述変遷の視覚化に必要な機能をKTHに搭載することができた。その代表的なものはフラグメントウィンドウとサーチ機能である。前者は、膨大な資料を電子的に多重に格納した上で、クリック1つで元のデータを呼び出すものであり、見た目のスッキリ感の増大とデータリンクによる信頼感の増大を両立させる機能である。サーチ機能は膨大なデータから自分自身が見たいと思うデータを検索するための機能である。3個別事例の検討第一審判決で有罪となった事件について新たに分析を行った。この事件においても、被疑者は自白と否認を繰り返していたため、その変遷をいかに分かりやすく図示し、どのような圧力がそうした変遷を引き起こしたのかを考察することを目標とした。複線径路と複数の時間次元を用いた図を工夫した結果、有罪仮説の誤りを図示しやすくなった。本研究は法学・情報学・心理学の共同により新しい裁判過程可視化システムの構築を目指した。このシステムは三次元情報提示法(Kachina)、ナラティブ分析(TEM)、虚偽自白分析(浜田式分析)、の3要素からなる。これら3要素を融合し、法の実務に有効なシステムを開発した。このシステムを用いることで、錯綜する情報を整理することができ、市民裁判員の認知的負荷を低減し、誤判のリスクを低減することができた。本研究は複雑な事件における供述の変遷を分かりやすく提示することが主要な目的である。わかりにくさの要因としては、自白の変遷や複数人の供述対立、があげられる。こうしたわかりにくい供述変遷を、整理するための三次元可視化システムを開発したうえで、実用化する場合に生じる心理学上、刑事訴訟法上の問題を検討するのが本研究の目的である。
チューイングによる扁桃体を中心としたストレス減弱効果の脳内機構の解明

ストレス下におけるChewingが扁桃体に情報入力され、それが自律神経系の中枢であり、生体ストレス応答の中心でもある視床下部室傍核に投射され脳内ストレス応答を減弱させるとの仮説を立脚し検討した。ストレス下におけるチューイングが、扁桃体を介してストレス性脳内応答を抑制的に制御しているとの仮説から、まず扁桃体を電気的に破壊した実験動物を作製する予定であったが、電気的な破壊は制御が困難であることが判明した。そこで神経毒であるカイニン酸をマイクロダイアリシス法を改変して用いて作用させ、偏桃体を破壊することとした。切片を作製して確認したところ、両側扁桃体へのアプローチが困難であり、多少の試行錯誤を継続すろ必要性があると考えられた。視床下部室傍核のp-ERK1/2免疫染色による検討では、SC群はS群に比べチューイング作用により視床下部室傍核でのp-ERK1/2の発現細胞が有意に減少しコントロールレベルに達することを明らかにされている。そこで上記の実験とともに検討したところ、免疫染色自体に関しては、問題なく試行できた。しかしながら、偏桃体機能の破壊にばらつきが生じたため、現在のところ視床下部室傍核にその影響を及ぼしているか否かに関する検討を行えない。今後継続して行う予定である。両側扁桃体破壊ラットを用いた、C群・S群ならびにSC群の血中ストレスホルモンの計測は、SC群はS群に比べ血中のストレスホルモンの一つであるコルチコステロン濃度が減少することを報告してきた。そこで、扁桃体破壊によりストレス下のチューイングが全身的ストレス応答に及ぼす影響を検討する予定であったが、実験2同様に両側性の破壊実験が成功していないため検定ができなかった。ストレス下における咀嚼器官の活性化、すなわち拘束ストレスの付与と共に木の棒を口唇部に接触させチューイングを行わせることで、胃潰瘍数や血清中のストレス物質量の減少が認められるが、その脳内での機構は長年不明であった。そこで、情動機能中枢である扁桃体に着目し、ストレス刺激による扁桃体への入力機構に関して、チューイングが偏桃体を介して何らかの脳内応答を制御するとの仮説を立脚し、扁桃体からの情報が投射される視床下部室傍核(PVN)のp-ERK1/2の発現を指標に検討することした。平成26年度に電気的に偏桃体を破壊する実験を行ったが、その制御が困難であったため、平成26年後期から平成27年度を通して、神経毒であるカイニン酸をマイクロダイアリシステクニックの改良法を駆使し扁桃体の細胞に作用させ、それと同時に時系列で、PVNのp-ERK1/2の免疫染色をコントロール群(C群)、ストレス群(S群)ならびにストレス+チューイング群(SC群)で行ったところ、カイニン酸により扁桃体の神経細胞を破壊されたSC群でのPVNでのp-ERK1/2蛋白発現上昇抑制現象が阻害される傾向がある可能性がある結果が得られた。本年度は、この現象に関し詳細に検討するとともに、両側扁桃体をカイニン酸により破壊された実験動物に対して、C・S・SC群の血中ストレスホルモンの挙動を検討することでチューイングの脳内機構の解明のみならず、その全身に対するOut putに関しても検討を行う予定である。平成26・27年度は、マイクロダイアリシスを改変した実験技術の確立に大きな時間を必要とした。今後は、これまでよりはスムーズに実験系を行える予定である。ストレスと同時に木の棒を口腔領域に接触させチューイングを行わせることで、全身性のストレス反応や脳内ストレス応答領域のストレスマーカーが減弱することが明らかになっているが、その脳内機構は不明である。そこで、情動の機能中枢である扁桃体に対して神経毒であるカイニン酸を用いて局所的に機能を破壊したラットを作製し、コントロール群(C群)、ストレス単独群(S群)ならびにストレス負荷と同時に木の棒をチューイングさせた群(SC群)の3群で視床下部室傍核でのp-ERK1/2の発現を指標に平成26・27年検討を行った。その結果、扁桃体のカイニン酸を用いた破壊によりSC群でのpERK1/2発現陽性細胞数の減少効果が抑制された。すなわち、ストレス下における三叉神経からの入力の増強は、扁桃体から室傍核に対する投射を制御していることを明らかにした。しかしながら、神経毒カイニン酸を用いているため、具体的な機構に関して不明であった。そこで平成28年度は、主に抑制性の神経伝達物質であるγ-アミノ酪酸(GABA)に着目し,マイクロダイアリシス法を用いて、C、SならびにSC群の各群の扁桃体に対してタスク時のGABAの容量を継時的に計測した。その結果、扁桃体中心核(CeA)ではストレス単独とストレスと同時にChewingさせてもGABA量に変化は認められなかった。一方、扁桃体外側基底核(BLA)ではストレスに応じてGABA量は上昇したが、驚くべきことにストレス下でのChewingはさらに特異的にBLAでのGABA量をストレス単独と比較して有意に上昇させていた。すなわち、Chewingによる三叉神経からの入力の増強は、BLAでのGABA量を増加させGABAergicな機能を亢進し、CeAへの抑制性入力を増強させ、いわゆるGABAergic inhibitory systemを強化し、各ストレス応答関連脳領域でのストレス応答減弱効果を制御している可能性が考えられた。扁桃体の各亜核にマイクロインジェクション法を用いてアプローチをしているため、時間を要している。

ストレス負荷と同時にチューイングさせることで、全身性のストレス性応答を緩和できる可能性が示唆されているが、その脳内メカニズムに関しては全く不明であった。そこで、快・不快情報の中枢である扁桃体と生体のホメオスターシスに大きな役割を果たす上位中枢である視床下部室傍核のpERK1/2の発現を指標に解析し、脳内のチューイングによるストレス抑制機構を解明することとした。平成26・27年度は、カイニン酸を用いて扁桃体を破壊したところ、ストレス下でのチューイングは三叉神経からの入力増強を誘導し、扁桃体から室傍核に対する投射を制御していることを明らかにした。そこで平成28年度は、主に抑制性の神経伝達物質であるGABAに着目し,マイクロダイアリシス法を用いて、扁桃体に対してタスク時のGABAの容量を継時的に計測した。その結果、扁桃体外側基底核(BLA)ではストレスに応じてGABA量は上昇したが、驚くべきことにストレス下でのChewingはさらに特異的にBLAでのGABA量をストレス単独と比較して有意に上昇させていた。平成29年度は、扁桃体に対してGABAの選択的阻害剤であるAnti-GABA-transporter1-saporine(anti-GAT1-sap)を用いて、GABA作動性ニューロンの選択的破壊を行い室傍核でのpERK1/2の発現を検討した。その結果、カイニン酸での破壊と同様にチューイングによりストレスによるpERK1/2の減弱効果が抑制された。すなわち三叉神経からの入力の増強は、扁桃体でのGABA量を増加させGABAergicな機能を亢進し、CeAへの抑制性入力を増強させ、いわゆるGABAergic inhibitorysystemを強化し、各ストレス応答関連脳領域でのストレス応答減弱効果を制御している可能性が考えられた。ストレス下におけるChewingが扁桃体に情報入力され、それが自律神経系の中枢であり、生体ストレス応答の中心でもある視床下部室傍核に投射され脳内ストレス応答を減弱させるとの仮説を立脚し検討した。マイクロダイアリシス法による両側偏桃体へのアプローチが技術的困難である。技術的な問題であるため、今後歩留まりが上がるよう数量を増やし、継続的に実験系の確立を進めていく予定である。研究推進の方向性に関しては、特に変更する予定はない。現在、マイクロインジェクション法・マイクロダイアリシス法の手技の精度が向上してきているため、以前に比べ研究の速度は上がっているので、平成29年度中に終了する予定である。歯科矯正学分野研究推進の方向性に関しては、特に変更をする予定はない。本研究は、扁桃体にマイクロダイアリシス法を用いてカイニン酸を導入し、扁桃体細胞破壊を確実に行ったうえで実験を開始しなければならない系であるため、主技的な問題を克服するために多くの時間を費やしたため、予定している高価な試薬等を購入していないため、使用計画通り実験遂行できず、次年度使用額が生じた。一連の研究結果の一部を用いて論文作成したが、申請期間中での投稿を達成できなかったため次年度使用額が生じた。本研究は、偏桃体にマイクロダイアリシス法を用いて直接アプローチしその機能を破壊する実験系であるため主技的に非常に困難であることと、その成否を毎回組織切片を作成することでしか確認できないため、使用計画通りに遂行することができなかった。今後は、使用計画書に則り遂行していく予定である。平成29年度中に終了する。
三自由度ロボット関節アクチュエータの開発

本研究では,有限要素法による数値解析を用いて提案したアウターロータ型三自由度球面アクチュエータの動作メカニズムを明らかにし,本アクチュエータの有用性を示した。更にイメージセンサセンサを用いた可動子の位置検知法と新しいフィードバック制御法を開発した。解析により磁気回路パラメータ及び制御ゲインを最適化し,優れた性能を実現した。更に,得られた解析結果をもとに試作機を製作した。今後、本機を用いた実験検証を行っていく予定。人間型ロボットのような多関節を有するロボットの駆動系として,1つのアクチュエータで関節部の三自由度の動きを実現できる球面アクチュエータへの期待が高い。本研究では,今まで開発してきた構造・制御がシンプルでトルク/体格比の大きい球面アクチュエータの駆動原理を元に,現状の課題である広角駆動を解消できる,世界に類を見ない三自由度アクチュエータの理論的考察と基本性能を確認するとともに,試作機の作製と評価を行う。また,本アクチュエータの位置センシング法及びフィードバック制御法を確立する。更に,ロボットへの実装・実験によりその有効性を確認する。平成24年度では,平成23年度に検討した“アウターロータ型三自由度アクチュエータ"モデルをもとに最適化構造の再検討による性能改善を実施した。また,位置センシングの高精度化のためにカラーセンサを用いた位置センシングの適用可能性を検討し,その有効性を見出した。更に,MATLABモデルを用いてPIDフィードバックモデルの開発と最適ゲインの抽出,ベクトル制御の球面アクチュエータへの適用について検討しその有効性を見出した。アクチュエータ改善モデルでの試作評価については未実施となった。今後,可動部の支持方法を含めた設計・試作評価を行っていく予定。平成25度では,平成24年に最適化設計により特性改善を行ってきた提案モデルである“アウターロータ型三自由度アクチュエータ"をもとに可動部の支持方法を検討して、クランプネジとアウターロータの樹脂球殻による転がり支持法を開発した。また,カラーセンサを用いた位置センシングシステムについて現在位置の高速探索アルゴリズムの検討を行い,探索スピードを大幅(10分の1以上)に改善した。更に,効率良く複数の励磁コイルを制御するフィードバック制御方法について検討し,理論上消費電力を大幅に激減できることを確認した。また,試作による実機検証のため,多チャンネルDSPシステムの開発を行い,提案した制御アルゴリズムと他研究機関との比較を行い,提案手法の有効性を示した。更に,ロボット手首への実装設計を完了しロボット駆動系としての有効性について確認した。本研究では,今まで開発してきた構造・制御がシンプルでトルク/体格比の大きい球面アクチュエータの駆動原理を元に,現状の課題である広角駆動を解消できる,世界に類を見ない"アウターロータ型三自由度アクチュエータ"の理論的考察と基本性能を確認するとともに,試作機の作製と評価を行う。本年度の実施概要は以下の通り。1.アウターロータ型原理モデルの動作メカニズムの解明:考案した"アウターロータ型三自由度球面アクチュエータ"の理論モデルを構築し,三次元有限要素法を用いてそのトルク性能を確認した。更に,動作解析を実施して、動作メカニズムを明らかにするとともに、アクチュエータの有効性を明らかにした。また本モデルのほか、インナー型独立磁気回路型の三自由度の新モデルを考案し,シミュレーションによる基本性能を確認した。2.磁気回路の最適化シミュレーションの実施:有限要素法を用いて磁気回路の最適寸法・駆動条件の導出を行い、制御性を確保するとともに、駆動角度の広角化・高トルク化を実現した。3.アウターロータ型アクチュエータ試作機の作成:原理モデル検証のための試作機1号基本性能評価と技術課題が抽出した。更に三自由度駆動させるためのジンバル支持機構を考案してアクチュエータの試作設計を完了した。4.位置センシング方法の開発:2つのイメージセンサを用いた相対位置検知法を確立した。但し累積誤差解消のために補助磁石とホール素子を用いた原点位置検知法を開発した。

1.“アウターロータ型三自由度アクチュエータ"モデルをもとに最適化構造の再検討による性能改善を実施し,高トルク(2Nm)かつ低いトルクリプル(10%以下)で他軸への干渉が小さいアクチュエータを実現した。但し,アクチュエータ改善モデルでの試作評価については未実施となった。また複数コイル励磁の協調制御については動作解析により実現可能であることが判明した。以上により,当初の計画に対して70%達成した。2.位置センシングの高精度化のために,当初予定していたイメージセンサ+ホール素子利用の他,カラーセンサを用いた位置センシングの適用可能性について追加検討し,その有効性(検出分解能:1度程度)を見出した。以上により,当初の計画に対して100%達成した。3.MATLABモデルを用いてPIDフィードバックモデルの開発と最適ゲインを抽出,更にベクトル制御の球面アクチュエータへの適用について検討しその有効性を見出した。以上により,当初の計画に対して90%達成した。1.アウターロータ型原理モデルの動作メカニズムの解明:考案した"アウターロータ型三自由度球面アクチュエータ"の基本モデルに対して,三次元有限要素法を用いてそのトルク特性を計算し,各軸とも最大約1Nmと大きなトルクを実現するとともに,X,Y軸まわりにー45deg45deg,Z軸回転においてー180deg180deg正のトルクを確認した。更に動作解析を実施して、上記駆動範囲にて動作することを確認した。更に制御が容易な、インナー型独立磁気回路型の三自由度の新モデルを考案し,シミュレーションによりトルク特性、動作特性を確認した。以上より達成度は100%2.磁気回路の最適化シミュレーションの実施:有限要素法を用いて磁気回路の最適化により、制御性の指標である平均出力トルクに対する平均コギングトルクの割合がX軸:5.0%,Y軸:7.2%,Z軸:8.2%となった。駆動角度は上述の通り,X,Y軸まわりにー45deg45deg,Z軸回転においてー180deg180degを実現した。以上より達成度は100%3.アウターロータ型アクチュエータ試作機の作成:原理モデル検証のために試作機可能な磁石(ボンド磁石)を用いた磁気回路の再設計を実施した。そのためトルク性能は低下するとともに時間を要した。このため、三自由度駆動させるためのジンバル支持機構を含めて試作設計を完了したが、試作による性能評価の着手ができなかった。以上より達成度は70%。4.位置センシング方法の開発:2つのイメージセンサを用いた相対位置検知法を開発したが、累積誤差を生じた。このため、ホール素子を用いた原点位置検知法を開発してその効果を確認した。更に、ホール素子のみによる位置制御フィードバックの開発実験検証により最大角度誤差X軸:0.49°,Y軸:1.2°,Z軸:4.5°を実現した。更なる改良は必要である。
夜間定時制改革と地域特性

本研究は、都市、地方、へき地の三地域の夜間定時制の高校を調査対象とし、地域の特性に基づいておこなわれている定時制教育を比較するとともに、個々の生徒の指導計画をおこなう特別支援教育の視点からも考察し教育格差の解消を目指すことを目的とした。そこで、各定時制がおこなっている独自の対応や改革について、現地調査をおこない定時制の独自改革と地域特性について分析をおこなった。夜間定時制は、高度経済成長期には若年労働者の教育機会を保障する教育機関として大きな役割を果たしたが、現在では様々な理由から全日制高校にいくことができない多様な生徒が通う学校としての位置づけが定着している。生徒のなかには、低学力、不登校傾向、心の問題、問題行動といった様々なものを抱えた生徒も少なくなく教育のセーフティネットとしての機能をあきらかにした。
心不全が引き起こす洞結節機能障害のメカニズム解明と新たな治療方法の開発

心不全患者には洞不全症候群および心房細動などのリズム異常を合併することが多い。そのメカニズムとして、洞結節細胞の線維化およびリモデリングの関与が推測される。しかし、いまだそのメカニズムの詳細は解明されていない。我々はこれを解明する目的で、今年度において、まず1実臨床における心不全患者と心房細動の関係、2心房筋の線維化および心房細動の発生においてヒスタミンレセプターの関与、についてそれぞれ検討を行った。このうち、1心不全患者と心房細動の関係について2019年3月に開催された第83回日本循環器学会学術集会(横浜)で発表した。この発表演題は、高齢化の進む本邦での医療現場では慢性心不全患者に心房細動を併発するケースが多く、その治療においてカテーテルアブレーション治療が効果的である可能性を報告した。さらに、糖尿病マウスを用いて洞結節細胞の線維化に伴う洞結節機能障害にインターロイキン10が関与していることを報告した。このことは、今後心不全に伴う洞結節機能障害の進展を抑制する方法の開発につなげていくことができる。心不全が洞結節障害を誘導するメカニズムの解明において、心房筋の線維化の関与を明らかにしつつある。そして、本年度末である3月に横浜において開催された第83回日本循環器学会学術集会において演題を発表することができたことから、我々は順調に進展していると考えている。これまで解明できたことをさらに進めていく。具体的には、我々は最近糖尿病マウスにおいて洞結節障害が起こり、このことにインターロイキン10が関与していることを報告したので、このことで得られた知見を利用して、目的とする研究を進めていく。今年度予定していた実験の一部が進行状況の関係で、次年度に繰り越しました。このため、その際に必要とされる消耗品などの購入を次年度繰り越すこととなりました。今後この予算を使用して実験を予定通りに続行けていく計画です。
STAT-C/EBPβ経路を介した慢性骨髄性白血病幹細胞枯渇療法の開発

また、CMLにおいて治療薬として用いられてきインターフェロンα(IFNα)が、STAT5を介してC/EBPβの発現を誘導すること、またIFNα刺激誘導性に前述のエンハンサー候補領域にSTAT5が動員されることを明らかにした。さらに、CMLマウスモデルにおける検討からも、IFNαはC/EBPβを介してCML幹細胞の分化と枯渇を誘導することを明らかとした。転写因子C/EBPβはBCR-ABL依存性に慢性骨髄性白血病(CML)細胞において発現が亢進しており、CML幹細胞の枯渇と分化を促進することを我々は以前に報告している。本研究課題では、BCR-ABL非依存性に生存していると考えられるCML幹細胞においてC/EBPβの発現を上昇させ、分化・枯渇を誘導することが可能な新規治療戦略への応用を目指して研究を進めている。当該年度は、まずマウス造血幹細胞株EML細胞を用いて、転写因子C/EBPβの発現をBCR-ABL存在下においても増加させ得るサイトカイン刺激の探索を行った。いくつかのサイトカイン候補の中から、BCR-ABL存在下においてもC/EBPβのmRNAとタンパク両方において増加が認められるものとして、IFNαに着目して以降の研究を進めた。IFNαはSTAT分子の速やかなリン酸化を誘導することから、STATシグナル経路の活性化を介してBCR-ABL存在下にC/EBPβの発現を誘導すると考えられた。また、C/EBPβKOマウスとWTマウスの骨髄細胞にBCR-ABLをレトロウイルスによって導入し、これら白血病細胞のIFNα存在下におけるcolony形成能や分化について調べるためにcolony assayを行った。その結果から、IFNαのBCR-ABL発現白血病細胞に対する効果には、C/EBPβ依存性の作用があることが考えられた。現在、CMLマウスモデルにおいてもCML幹細胞に対するIFNαの作用をC/EBPβに着目して研究を行っているところである。平成26年度は、転写因子C/EBPβの発現を慢性骨髄性白血病(CML)細胞で上昇し得るサイトカインについて、予備検討の結果からInterferon alpha(IFNα)の1つに絞り込み、in vitroとin vivoの両方において検討を行った。In vitroの実験においては、IFNαがC/EBPβを介して白血病幹細胞(LSC)の枯渇を誘導することをcolony assayの実験系を用いて明らかにした。また、造血幹細胞様の性質を有し、多系統への分化能を保持する細胞株であるEML細胞を用いて、BCR-ABLおよびIFNαを含む様々なサイトカインによって活性化されるSTAT5がEML細胞のミエロイドへの分化を強力に誘導すること、その分化にはSTAT5によって発現誘導されるC/EBPβが関与していることをsiRNAによるC/EBPβのノックダウンによって示した。今後、STAT5によるC/EBPβの発現上昇の詳細なメカニズムを調べるため、ChIP-seqを予定している。In vivoでの実験においては、CMLモデルマウスを用いてLSCに対するIFNαの効果について検討を行った。BCR-ABL導入骨髄細胞を移植した1次レシピエントへのIFNα誘導性PolyI:C投与後、これらマウスから骨髄細胞を回収し2次レシピエントへ移植した。1次レシピエント骨髄細胞における未分化造血幹細胞・前駆細胞分画中のBCR-ABL発現細胞の占める割合、また2次レシピエントにおける白血病発症個体の頻度を指標として、PolyI:C投与の効果を評価した。これまでの予備的実験の結果から、PolyI:Cは用量依存性にLSCを枯渇させること、またこの作用はC/EBPβを介したものであることが示唆された。最終年度の平成27年度は、STAT5によるC/EBPβの発現制御機構の解明と、マウスCMLモデルにおけるC/EBPβを介したIFNαの効果を明らかにするため研究を行った。STAT5による制御機構については、京都府立医科大学ゲノム医科学教室との共同研究によって、クロマチン免疫沈降産物の次世代シーケンス解析(ChIP-seq)を行った。これまで、C/EBPβ遺伝子の上流と下流の近位領域では、STAT5が結合し転写活性化を行なう領域は同定できなかった。今回のChIP-seqによって、C/EBPβ遺伝子の下流約75kbの領域に、BCR-ABLシグナル依存性にSTAT5が結合する部位を新たに同定した。この領域は、種間で高度に保存されており、STAT5の転写活性化がより強く起こるとされる、2つのSTAT5結合モチーフがタンデムに並んでいる部位であることが分かった。現在この領域のエンハンサー活性について、より詳細に検討を行っている。これまでの検討によって、C/EBPβの発現を効果的に誘導することができるサイトカインとしてIFNαを同定していたことから、CMLマウスへのIFNαの投与実験を行った。C/EBPPβを介したIFNαの効果を明らかにするために、野生型(WT)及びC/EBPβノックアウト(KO)マウスの骨髄細胞にレトロウイルスにてBCR-ABLを導入して得られた白血病細胞を、1次レシピエントに移植することでCMLモデルを作成した。IFNαの産生を体内で誘導するPolyI:Cをこれらマウスに投与し、1次レシピエントにおける白血病幹細胞の頻度と、2次移植による白血病幹細胞活性の評価を行った。IFNαはCML白血病幹細胞を有意に減少させ、この効果の発現にはC/EBPβを介した経路が重要であることが明らかとなった。

また、CMLにおいて治療薬として用いられてきインターフェロンα(IFNα)が、STAT5を介してC/EBPβの発現を誘導すること、またIFNα刺激誘導性に前述のエンハンサー候補領域にSTAT5が動員されることを明らかにした。さらに、CMLマウスモデルにおける検討からも、IFNαはC/EBPβを介してCML幹細胞の分化と枯渇を誘導することを明らかとした。計画の時点で候補に挙がっていたC/EBPβの発現を誘導し得る複数のサイトカインのうち、IFNαの1つに絞ることができたため、必要な実験を絞り込むことができ、当初の計画よりも早く進めることができた。その分、より詳細な検討を行うことができた実験もあった。さらに、in vivoのPolyI:Cの投与量、投与期間、移植細胞数の条件検討についても、並行して進めることで最適と思われる条件を予定よりも早期に設定することが可能であったため、CMLモデルにおける実験も順調に進めることができた。ほぼ研究計画通りに進行している。腫瘍学これまでの結果から、LSCに対するC/EBPβを介したIFNαの単独の作用を示すことができたが、実際のCML治療においてはチロシンキナーゼ阻害剤との併用が最も可能性のある使用法となると考えられる。よって、我々のCMLモデルにおいて、チロシンキナーゼ阻害剤の単剤使用とIFNαとの併用使用での治療効果の比較検討についても行いたいと考えている。また、C/EBPβは細胞分化、細胞周期、サイトカイン産生、ケモカイン・サイトカイン受容体の発現を制御することが知られている転写因子であり、これらC/EBPβの標的遺伝子の機能・発現とLSCの動態、白血病の進展、薬剤反応性について、本研究成果を踏まえて詳細な検討を行いたいと考えている。当初の研究計画通り順調に研究が進められていることから、平成26年度以降に行う予定であった実験についても一部を平成25年度中に進めることができ、それらについても実験結果を得られつつある。C/EBPβの発現をBCR-ABL存在下においても効果的に誘導可能なサイトカインを明らかにすることができ、研究計画に沿って進めた実験によってデータが得られたため、平成25年度はそれらの研究結果をまとめて筆頭演者として米国血液学会にて報告することができた。アメリカ血液学会への参加・研究成果発表に関して計上していた参加費・渡航費・滞在費について、文部科学省より若手研究者を対象とした国際交流派遣の助成をいただき、この助成金より全て支出可能であったため、旅費として申請していた分が次年度使用となった。in vitroでの実験についてはそのほとんどは進行中であり、実験結果が得られているものがほとんどあるが、CMLマウスモデルでの検討については、予備実験の結果から移植細胞数などモデル作製プロトコールを従来のものから改変する必要性があると考えられたため、現在条件検討を行っている。今後は、順調に進んでいるin vitroの実験系についても行うと共に、in vivoの実験系についてもデータが得られるように重点を置いて進めていきたいと考える。平成27年度に予定しているChIP-seqに関して、免疫沈降に用いる抗体やビーズへの支出が多くなることが見込まれ、その購入に充てる予定である。
睡眠状態のセンシングによる家畜状態評価手法の開発

小型の眼瞼(まぶた)動作センサを用いたウシの睡眠状態のセンシング技術を確立し、状態評価手法としての妥当性を検証することを目的とした。小型のひずみセンサを眼瞼に貼り付けることで、レム睡眠特有の眼瞼のけいれん様動作を鋭敏に捉えることができた。一方、極初期の炎症を再現した極低用量エンドトキシン(LPS)投与によって、ノンレム睡眠様休息行動の総持続時間が増加した。1回あたりの行動持続時間ではなく、生起回数の増加が、総持続時間の増加につながっていることも示された。したがって、ノンレムM睡眠様休息を指標として、初期の感染徴候を捉えることができるのではないかと考えられた。8ヶ月齢のホルスタイン去勢雄6頭を用い、夕方の給餌開始(16:30)後2時間後から5時間の覚醒・睡眠状態を連続で記録した。脳波および眼電図による従来の覚醒・睡眠状態判別手法を用い、覚醒・まどろみ・ノンレム睡眠・レム睡眠を判別した。同時に、眼瞼に貼り付けた加速度センサによって眼瞼動作を記録し、眼瞼動作のみでの覚醒・睡眠状態判別の精度を検討した。その結果、加速度センサでは、眼瞼動作の判別は困難であることが明らかになった。8ヶ月齢のホルスタイン去勢雄3頭を用い、夕方の給餌開始(16:30)後2時間後から5時間の覚醒・睡眠状態を連続で記録した。同時に、眼瞼に貼り付けたひずみセンサによって眼瞼動作を記録し、眼瞼動作のみでの覚醒・睡眠状態判別の精度を検討した。前年度検討した加速度センサでは、眼瞼動作の判別は困難であったが、今年度検討したひずみセンサでは、レム睡眠特有の眼瞼のけいれん様動作を鋭敏に捉えることができた。3例のデータを取得済みであり、覚醒・睡眠状態判別の精度について現在検討中である。ひずみセンサによってレム睡眠特有の眼瞼の痙攣様動作をとらえることができ、睡眠状態のセンシングによるウシの状態評価手法確立に向け、順調に検討が進んでいる。ホルスタイン種雌育成牛(67ヵ月齢)4頭を、預託牧場へ預託し、導入時の睡眠の質の変化と自律神経系機能の変化について検討した。移動開始前の24時間をd-1、牧場導入直後の24時間をd0とし、以降d1, d2, d7に、自律神経指標については24時間の連続記録を行った。また、各記録日の昼間6時間(13時から19時)および夜間8時間(22時から翌6時)に、行動から分類した睡眠状態の記録を行った。期間を通してすべての自律神経指標に有意な経日変化が認められた(対応のある一元配置分散分析p < 0.05)。行動観察時間に合わせた昼6時間および夜間8時間の平均値において、心拍数はd-1に比べてd0で有意に上昇した。また、d0に比べd1, d2,およびd7では有意な低下が認められた。心拍間隔変動解析によって得られた交感神経活動の指標LF/HFは、昼間はd0に比べd2,およびd7で、夜間はd0に比べd1, d2,およびd7で有意な低下が認められた。副交感神経活動指標HFは夜間にd0に比べd2で有意な上昇が認められた。昼間および夜間の睡眠行動は、頭部を動かさず伏臥している状態(ノンレム睡眠様睡眠行動)および首が脱力し頭部を床または体に持たれかけている状態(レム睡眠様睡眠行動とも、経日変化が認められた。特に、夜間のレム睡眠様睡眠行動は有意な経日変化を示し、d-1に比べてd2で多くなる傾向が認められた。以上のように、環境の変化によって睡眠状態および自律神経系機能が大きく変化することが明らかにできた。現状ではセンサデータの無線送信などの技術開発がクリアできないと、リアルタイムな状態評価手法としての睡眠状態センサの活用は難しいが、睡眠状態によって、環境変化によるストレスの影響に強くさらされている個体をセンシングすることが可能であることを示せたと考えている。眼瞼動作を最も鋭敏に捉えうると予測していた加速度センサの結果が思わしくなかったため。ひずみセンサを用いた睡眠状態のセンシングの精度について例数を重ねて検証を進める。一方で、様々な環境変化におけるウシの睡眠状態の変化について、センシング手法の確立の前に、行動学的手法による睡眠状態の変化を指標として、センシングすべき現象に関するデータ蓄積を急ぐ。家畜行動生理学ひずみセンサを用い、同様の実験を行い、覚醒・睡眠状態判別の精度について明らかにする。調達方法の工夫などにより、当初計画より経費の節約ができたため。