hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不整地盤上作業機械のための転倒安全確保システムの構築

不整地盤上作業機械を対象に,画像音響システム及び6自由度モーション機構を備えた実機運転室シミュレータと作業機械スケールモデルシミュレータよりなるリアルシミュレータに有限要素法等によるバーチャルシミュレータを統合するハイブリッド安全シミュレータの基盤を設計開発し,それを活用した動的解析により各種不整地盤上での基本的な荷役作業時における機械の転倒メカニズム及び機械転倒過程での機械運転者の運転・生理反応特性を解析考察するとともに転倒安全確保システムの基本原理を提案した.不整地盤上作業機械を対象に,画像音響システム及び6自由度モーション機構を備えた実機運転室シミュレータと作業機械スケールモデルシミュレータよりなるリアルシミュレータに有限要素法等によるバーチャルシミュレータを統合するハイブリッド安全シミュレータの基盤を設計開発し,それを活用した動的解析により各種不整地盤上での基本的な荷役作業時における機械の転倒メカニズム及び機械転倒過程での機械運転者の運転・生理反応特性を解析考察するとともに転倒安全確保システムの基本原理を提案した.多様な不整地盤上作業機械が一般的な土木,建築工事から,近年件数が増加している防災工事,災害時の救援及び復旧工事に至るまで幅広い分野において活用されている.本研究の目的は「不整地盤上作業機械の転倒に対する安全確保システム」の基盤を,ハイブリッド安全シミュレータの開発,それによる転倒メカニズムの解明,さらには人間と機械の相互作用を踏まえた次世代転倒安全確保システムの基本原理の提案によって構築することである。本年度は、転倒時の周辺環境への被害規模が大きいこと,つり荷の三次元的振れを伴う挙動が複雑であるため安全システムの構築が容易ではないことよりクローラクレーンを解析対象として以下を実施した.(1)ハイブリッド安全シミュレータシステム全体の詳細設計次に示す(1)(3)より構成されるハイブリット安全シミュレータシステムにおいて,(1)及び(2)を中心に詳細設計した.(1)運転室(機械運転者が搭乗する実機運転室及び6自由度モーション装置)(2)クレーンスケールモデル(作業機械モデル及び不整地盤モデル)(3)コンピュータによるシミュレータすなわちバーチャルシミュレータこれらを統合してハイブリッド安全シミュレータとして機能するよう発展させる.(2)リアルシミュレータの製作及び試用(1)に述べ詳細設計したシステムの内,(1)及び(2)より構成されるリアルシミュレータを製作した.本年度申請経費より購入した油圧駆動制御機器は(2)クレーンモデルに装備した.クレーンモデルは各部動特性を高精度に計測できるよう適宜改良を加えた.本リアルシミュレータを用いて,旋回作業時を対象に転倒前後におけるクレーンモデルの動特性を実験解析した,代表的な不整地盤条件として軟弱な火山灰質粘性土地盤を選び,つり荷負荷率,つり荷作業半径及び旋回特性を変化させて実験した.比較のためコンクリートよりなる堅固地盤上にても同条件下で実験した。実験結果を解析考察し,軟弱地盤及び堅固地盤のいずれにおいても転倒現象を支配すると考えられる因子の絞込みを行うことができた.また,バーチャルシミュレータの構成要素となるクレーンの有限要素法モデル及びマルチボディダイナミクスモデルも構築した.本研究の目的は「不整地盤上作業機械の転倒に対する安全確保システム」の基盤を、ハイブリット安全シミュレータの開発、それによる転倒メカニズムの解明、さらには人間と機械の動的相互作用を踏まえた次世代転倒安全確保システムの基本原理の提案によって構築することである。本年度は、転倒時の周辺環境への被害が大きく、つり荷の三次元的振れを伴う挙動が複雑で、安全システムの構築が容易でないクローラクレーンを対象に以下を実施した。1.リアルシミュレータに搭載する画像システムの開発及び操縦システムの改良(1)運転室(機械運転者が搭乗する実機運転室及び6自由度モーション装置)、(2)スケールモデル(作業機械及び不整地盤モデル)及び(3)コンピュータによるシミュレータすなわちバーチャルシミュレータより構成される本研究中核システムの内、(1)及び(2)よりなるリアルシミュレータに搭載する画像システムを中心に本年度経費で開発した。本システムはスケールモデル搭載小型カメラと運転室画像投影装置等より構成され、前方及び上方視界画像を運転者に提供できる。操縦システムにおいては、操縦レバーの操作感覚を実機のそれに近づけるため、操作力を調整しノッチを付加した。2.リアルシミュレータによるジブ起伏作業時の転倒安定性解析リアルシミュレータを用いて、堅固なコンクリート上と軟弱な火山灰質粘性土上におけるクレーラクレーンの転倒安定性を転倒前後特性が明瞭に現れるジブ起伏作業に注目して実験解析し、転倒前後におけるクレーン各部の特性と転倒余裕度の関係を定量的に明らかにした。リアルシミュレータの問題点を抽出し適宜改良も施した。3.バーチャルシミュレータの基盤構築不整地盤の有限要素法モデルを重点的に構築した。本モデルは不整地盤上での作業機械のシミュレーション解析の精度向上に資する。作業機械の質量特性を含む精密な三次元形状モデルも構築した。本研究の目的は「不整地盤上作業機械の転倒に対する安全確保システム」の基盤を、ハイブリット安全シミュレータの開発、それによる転倒メカニズムの解明、さらには人間と機械の動的相互作用を踏まえた次世代転倒安全確保システムの基本原理の提案によって構築することである。解析対象を、転倒時の周辺環境への被害が大きく、つり荷の三次元的振れを伴う挙動が複雑で安全システムの構築が容易でないクローラクレーンとし以下を実施した。1.バーチャルシミュレータの高度化クレーン荷重を支持するクローラ部分の3次元MBD(マルチボディダイナミクス)モデルを構築した。本モデルは不整地盤上作業機械の転倒に関する荷重支持特性の高精度解析に資する。2.各シミュレータ統合によるハイブリッド安全シミュレータの構築クレーンの各部動特性以外に運転者の運転レバー操作特性、生体反応特性および危険感知特性を計測解析できるハイブリッド安全シミュレータを構築した。

3.ハイブリッド安全シミュレータによる転倒安全解析ハイブリッド安全シミュレータを用いて、堅固、軟弱および表面補強した軟弱地盤上にてクレーン転倒前後のクレーン各部動特性ならびに運転者の運転および心拍数特性を計測解析した。転倒限界状態を超過するまで運転者はクレーン転倒危険を感知しにくく、危険感知後に心拍数が増加し急激な運転操作に至ることを確認した。転倒限界状態超過前に運転者に違和感を与えることなく転倒を回避するシステムの必要性を示した。4.次世代転倒安全確保システムの基本原理提案以下に示すサブシステムを単独もしくは複合して用いる運転者に快適な転倒安全確保システムの基本原理を提案した。(1)走行装置部の荷重計測による転倒予兆早期検知システム、(2)平衡錘の位置により反転倒モーメントを制御する能動的転倒回避システム、(3)ジャイロ装置による受動的転倒回避システム。以上1.4.より多様な不整地盤上で作業する機械の転倒安全を確保するシステムの基盤を築いた。
光刺激応答機能性高分子材料の水処理システムへの応用

環境からくる光・電気・磁気・熱・化学的刺激等に応答して相転移し、体積変化、あるいは、光学特性変化する機能性高分子材料が注目を集めている。本研究では、光刺激応答機能性高分子材料を水処理システムへ応用することを試みた。フォトクロミック(PC)フィルムあるいは高刺激応答性ゲルを用いて実験を行った。(1)PCフィルムの光学特性と植物性プランクトン過剰増殖の抑制効果:現時点では、紫外光に反応し、可視光透過率を変化させるフォトクロミック分子としてスピロナフトオキサジン(SNO)が最良であった。SNOを導入したPCフィルムは太陽光に対しても良好なフォトクロミズムを示した。600nm付近で最大の分光吸収率が得られ、75%90%の光遮蔽が可能であった。PC分子濃度が分光吸収率に及ぼす影響はほとんど認められなかった。ポリマー(PMMA)質量に対してSNOを1%程度添加すれば、最大のフォトクロミズム能が十分に発揮された。そのPCフィルムの植物性プランクトンの過剰増殖の抑制効果も確認された。(2)光刺激応答性ゲルの物性と硝化促進:クロロフィリン(CH)を導入たイソプロピルアクリルアミド(NiPAAm)を光刺激応答性ゲルとして検討した。光刺激に応じたCHによる局所熱生成により、NiPAAm-CHゲルのの膨潤・収縮現象が観察された。5CHのCH濃度条件下で、また、体積相転移温度に近い34°Cの温度条件下で非常に大きな体積変化がおきることが確認され、この条件下において、連続光刺激により3倍程度の膨潤率が繰り返し期待できた。硝化活性の促進も確認されたものの、しかしながら、その活性化の理由としては、体積相転移による効果よりも、CH導入にともなう化学的影響や熱力学的影響によるものであると推察された。光刺激応答性ゲル、あるいは、フォトクロミック(PC)フィルムを用いて実験を行い、以下のような結果を得た。(1) PCフィルムの光学特性と植物性プランクトン過剰増殖の抑制効果:現時点では、紫外光に反応し、可視光透過率を変化させるフォトクロミック分子としてスピロナフトオキサジン(SNO)が最良であった。(2)光刺激応答性ゲルによる硝化活性の促進:クロロフィリン(CH)を導入たイソプロピルアクリルアミド(NiPAAm)を光刺激応答性ゲルとして検討した。光刺激に応じたクロロフィリンによる局所熱生成により、NiPAAmの膨潤・収縮現象が確認された。

フォトクロミック(PC)フィルムあるいは光刺激応答性ゲルを用いて実験を行った。(1)PCフィルムの光学特性と植物性プランクトン過剰増殖の抑制効果:現時点では、紫外光に反応し、可視光透過率を変化させるフォトクロミック分子としてスピロナフトオキサジン(SNO)が最良であった。SNOを導入したPCフィルムは太陽光に対しても良好なフォトクロミズムを示した。600nm付近で最大の分光吸収率が得られ、75%90%の光遮蔽が可能であった。PC分子濃度が分光吸収率に及ぼす影響はほとんど認められなかった。ポリマー(PMMA)質量に対してSNOを1%程度添加すれば、最大のフォトクロミズム能が十分に発揮された。そのPCフィルムの植物性プランクトンの過剰増殖の抑制効果も確認された。(2)光刺激応答性ゲルの物性と硝化促進:クロロフィリン(CH)を導入たイソプロピルアクリルアミド(NiPAAm)を光刺激応答性ゲルとして検討した。光刺激に応じたCHによる局所熱生成により、NiPAAm-CHゲルの膨潤・収縮現象が観察された。5CHのCH濃度条件下で、また、体積相転移温度に近い34°Cの温度条件下で非常に大きな体積変化がおきることが確認され、この条件下において、連続光刺激により3倍程度の膨潤率が繰り返し期待できた。硝化活性の促進も確認されたものの、しかしながら、その活性化の理由としては、体積相転移による効果よりも、CH導入にともなう化学的影響や熱力学的影響によるものであると推察された。
ギンズブルグ・ランダウ連続場模型に関する確率過程論の諸問題の研究

申請した研究課題に対して以下のような成果を得た。0.Osada-Spohnの論文においては、ギンズブルグ・ランダウ連続場模型におけるギブス測度の存在および一意性が議論された。この論文では、道空間上のギブス測度を非常に一般的な範畴でのセルフポテンシャルと凸性のみを仮定した衝突ポテンシャルをもつような場合に考察した。特にその一意性のための十分条件は、離散的な場合でのPapangelouによる条件と同様な条件であり最も一般的であり、また、相転移のおこる例を示している。この結果は最近針谷氏により、反射壁のような特異な場合にも拡張されたことを付記しておく。1.Hariya-Osadaでは上記0で構成されたギブス測度に付随した確率過程における確率過程の一つであるマリアヴァンの確率解析的な時間発展を扱った。ここで、ディリクレ形式の理論を用いることによりポテンシャル関数について極めて緩やかな仮定の下で構成に成功している。2.杉浦は上記0で構成されたギブス測度の混合性について調べた、Dobrushin-Shlosman型の混合条件を証明した。特に、道空間を状態空間とする連続場模型であるため、離れた場所に関するだけでなく、近くの2点に関する性質も明らかになった。また、統計力学的に柱状ブラウン運動で摂動することによって時間発展をさせた確率過程の対数ソボレフ不等式の研究においても部分的ではあるが証明が完了した。これについて、証明可能と思われる共分散の評価にまで問題を還亢した。このことについては、現在投稿準備中である。また、共分散の評価を実際行うことは今後の研究課題である。Osada-Spohnの論文は、ギンズブルグ・ランダウ連続場模型におけるギブス測度の研究を行ったものである。この論文において著者は滑らかさを仮定せずにかなり一般的な範疇でのセルフポテンシャルと凸性のみを仮定した衝突項の場合に道空間の上のギブス測度の存在、その一意性のための十分条件および相転移のおこる例を示している。これに関して、研究代表者はこのギブス測度の混合性について調べた、Dobrushin-Shlosman型の混合条件を証明した。これについて、道空間を状態空間とする連続場模型であるため、離れた場所に関するだけでなく、近くの2点に関する性質も必要となる点が今年度新しく得られた結果である。これらについては、現在論文を準備中である。一方、研究分担者である長田は針谷氏と共著でそのギブス測度に付随した確率過程の存在をディリクレ形式の議論を用いて考察し、その論文を投稿中である。これは時間発展をマリアヴァンの確率解析と同様に定義した確率過程で、R上の道空間で試みた点で新しい試みとなっている。最後にKodakaはUHF-環Aに対しpApとAとが同型となる射影元pをすべて決定し、いくつかの安定UHF-環の自己同型写像より定まるAのK_0-群の自己同型群を計算した。また、2次元トーラスFurstenberg変換より定まるC^*接合積のK_0-群の正錘を計算した。針谷と長田は、ギンズブルグ・ランダウ連続場模型における確率過程の一つであるマリアヴァンの確率解析的な時間発展を扱った。ここで、ディリクレ形式理論を用いることによりポテンシャル関数について極めて緩やかな仮定の下で構成に成功した。杉浦は、統計力学的に柱状ブラウン運動で摂動することによって時間発展をさせた確率過程について研究した。特に、スペクトルギャップ及び対数ソボレフ不等式を扱った。結果は部分的にではあるが昨年より改良されており、証明可能と思われる共分散の評価にまで問題を還元した。

また、共分散の評価を実際行うことは今後の研究課題である。長田は上記以外にも様々な確率過程をディリクレ形式理論を用いることにより構成し、その遷移確率の評価や不変原理を証明した。山里はstorage processの研究を行った。これは、subordinatorを含む確率微分方程式を用いて定義される確率過程であり、Pinskyによって1971年の論文で定義された。特に、山里は推移確率から定まる半群が強連続になるバナッハ空間及びその生成作用素の芯の決定の問題に一つの解決を与えた。また、再帰的-非再帰的の新しい幾つかの条件、モーメントの存在-非存在のための条件を与え、推移確率の滑らかな密度関数の存在とその末尾での挙動を調べた。小高は、2次元トーラスFurstenberg変換より定まるC^*接合積のK_0-群の正錘を計算した。また、大坂氏と共同で、性質FSとC^*-環のtensor積について研究した。その結果、性質FSをもつ2つの可分な単位元をもつC^*-環のminimaltensor productが性質FSをもたないような例が、nuclearなC^*-環でもnon-nuclearなC^*-環でも存在することがわかった。
北海道におけるテレ・ラジオロジー導入の医療経済的効果

テレラジオロジーの導入効果を予測するための基礎資料として、北海道の医療機関を対象とした画像発生量調査を行った。方法は、北海道全域の医療施設に対して、画像発生量に関するアンケート調査を行い、医療機関の形態・規模毎に医用画像の発生現状を把握するととも画像発生の傾向を考察した。調査対象は北海道全域の診療放射線技師のいる医療施設(送付総数661部、回収総数は381部、回収率は57.6%)とした。施設毎の医師数・技師数、画像情報量を医療圏別・施設規模別に集計し、施設規模別の画像情報量、医師・技師一人が発生させる画像情報量、及び医師数と画像情報量の関係、を中心に検討した。その結果、(1)医師一人あたり一日に発生する画像情報量は、202MBであり、病床数が減少するにつれて増加する傾向にあった。(2)技師一人あたり一日に発生する画像データ量は422.5MBであった。(3)20床以上の病院1病床数あたりの画像データ量は10.2MBであった。精神病院・療養型病院ではこれらの1/51/10であった。(4)回帰分析と重回帰分析の結果、病床数・医師数・MRI数・放射線技師数・病床数などから各施設の1日に発生する画像データ量の推定が可能であった。今年度は、(1)放射線技師に対するテレ・ラジオロジーに関する意識調査、(2)ローレンツ曲線・ギニ係数による放射線診療の地域分布、(3)地図情報システム(GIS)を利用した北海道の医療解析、の3点を中心に行った。また、それに付随した関連の研究として、病院情報システムに求められる臨床研究支援機能、ホームページを利用したHIV/AIDS診療・療養情報の提供に関する研究、を行った。(1)放射線技師に対するテレ・ラジオロジーに関する意識調査:テレ・ラジオロジー導入効果を予測するため、北海道全域の放射線技師1700名に対して意識調査を行った。その結果、技師の意識と地域医療には密接な関係があることを明らかにするとともに、導入コスト・運用体制などの問題点が明らかになった。(2)ローレンツ曲線・ギニ係数による放射線診療の地域分布:ローレンツ曲線・ギニ係数など、社会学・経済学的で用いられている手法を応用して北海道における放射線診療の地域分析を行った。その結果、市町村毎の人口を基準にした分析では、CTなど画像診断機器、医師、診療放射線技師の分布はほぼ一定であったが、放射線治療機器、放射線科医の分布は不均一であった。(3)地図情報システム(GIS)を利用した北海道の医療解析:地図情報システム(GIS)を利用して、高齢者医療を中心とした北海道の地域医療解析を行った。解析の結果、日本海側で高齢化が高く医療水準が低い地域が多いことが明らかになった。また、交通機関と医療機関の関連についてもGISを利用し解析を試みた。
イタリアンライグラスにおける硝酸態窒素蓄積の遺伝学的解明とDNAマーカーの開発

硝酸態窒素濃度が非常に低い系統「LNG5」では、根における硝酸態窒素の吸収能は変わらなかったが、地上部への硝酸態窒素輸送量が低下していた。また「LNG5」で親系統よりも特異的に発現量が変化している遺伝子を2個単離した。「LNG5」と「ワセホープIII(最も硝酸態窒素濃度が高い品種)」で多型の生じるSSRマーカーを同定した。1.硝酸態窒素の蓄積に対するQTL解析イタリアンライグラス市販品種で最も硝酸態窒素濃度が高い「ワセホープIII」と「低硝酸選抜第5系統(市販品種と比較しても最も硝酸態窒素濃度が低い)」から解析集団を作製した。また、両親系統間でPCRによる増幅産物の長さが異なるSSRマーカーを発見した。2.低硝酸態窒素選抜系統における硝酸態窒素の体内移行および代謝に対する影響の解析選抜第1系統と第5系統を人工気象機内で2週間、水耕栽培し、硝酸態窒素の動態について解析を行った。両系統において硝酸態窒素の吸収能は変わらなかったが、地上部への硝酸態窒素の輸送能(導管液中の硝酸態窒素濃度)が低下していた。また導管液中のアミノ酸態窒素濃度が同程度増加しており、地上部に輸送される全窒素量には変化が見られなかった。さらに地上部における硝酸還元酵素活性も変わらなかった。この結果は、「地上部の硝酸態窒素濃度の低下」=「根における硝酸態窒素の吸収能の低下」もしくは「地上部における硝酸還元能の増加」という従来の考えとは異なり、硝酸態窒素の特席に関与する新たな因子を発見する大きな手がかりとなる。3.低硝酸態窒素選抜系統において発現量が大きく変化している遺伝子の探索選抜第1系統と第5系統で発現量に大きく差が生じている遺伝子が10個単離された。そのうち第5系統で発現量が増加している遺伝子が9個、減少している遺伝子が1個であった。これらの遺伝子には硝酸態窒素の吸収や還元能に直接関与する遺伝子は含まれておらず、新たな遺伝子と思われた。この結果は(2)の結果を遺伝子レベルで裏付けるものとなった。1.硝酸態窒素の蓄積に対するQTL解析イタリアンライグラス市販品種で最も硝酸態窒素濃度が高い「ワセホープIII」と「低硝酸選抜第5世代系統(ワセホープIIIの約半分の濃度)」の単交配後代2系統を1系統あたり110個体育苗し、圃場に移植した。また、両親系統間でPCRによる増幅産物の電気泳動パターンが異なるSSRマーカーを2系統それぞれ88個と113個発見した。移植した個体からそれぞれゲノムDNAを抽出し、SSRマーカーを用いて連鎖解析に着手した。2.低硝酸態窒素選抜系統における硝酸態窒素の体内移行および代謝に対する影響の解析選抜第1世代系統と第5世代系統を用いて硝酸態窒素の動態にっいてさらなる解析を行った。その結果、第5世代系統では、(1)根からの硝酸態窒素吸収量は変わらない。(2)茎葉への窒素輸送量は同等であるが、硝酸態窒素輸送量が低下し、アミノ酸態窒素輸送量が増加している。(3)切断茎葉に同一濃度の硝酸態窒素溶液を直接吸収させた場合、第5世代系統は第1世代系統と比較して硝酸還元酵素活性は変わらないが、新鮮物あたり硝酸態窒素濃度は低下している。これは、第5世代における硝酸態窒素濃度の低下は根部における硝酸同化能力の増加および茎葉部における硝酸態窒素蓄積能力の低下を示唆しており、高等植物における硝酸態窒素濃度蓄積メカニズムの解明に対して大きな手がかりとなる。3.低硝酸態窒素選抜系統において発現量が大きく変化している遺伝子の探索昨年度単離された、選抜第1世代系統と第5世代系統で発現量に大きく差が生じている遺伝子の発現を茎葉部と根部それぞれにおいてRT-PCRで確認した。10個の候補遺伝子のうち、2個の遺伝子の発現量差が同様の傾向を示したことから、これらの遺伝子が第5世代における硝酸態窒素濃度の低下に関与していると考えられた。
音楽による不快感情調整の神経科学的メカニズムの研究

音楽療法の基本原理に、患者の気分やテンポに合った音楽を聴かせることで、精神的に良い方向へ向かわせることができる「同質の原理」と呼ばれるものがある。しかしながら、その原理的メカニズムはよくわかっていない。本研究では、情動画像を用いて、被験者の初期的気分状態(快、中性、不快)を意図的に制御し、音楽(興奮音楽、癒し音楽)を聴取させた時の被験者のリアルタイム感情値、心拍およびfMRI信号(脳活動)を計測した。その結果、初期的気分状態によって、被験者のリアルタイム感情値および脳活動領野(扁桃体、尾状核、海馬)に統計的有意差が見出され、「同質の原理」の一端を神経科学的観点から支持しているものと考えられた。本研究は、音楽聴衆が不快感情を癒やすメカニズムを神経科学的観点から明らかにすることを目的とする。音楽療法の分野で経験的に知られる「同質の原理」(落ち込んだときには暗い曲、興奮しているときには明るい曲・・・など)について科学的観点からそのメカニズムを明らかにし、精神疾患への音楽療法の基礎的な理論構築を目指すものである。本研究の目的を達成するために、1)実験システムの構築、2)情動画像刺激コンテンツと情動音楽刺激コンテンツの作成、3)実験デザインの開発を行った。実験システムの構築として、1-1)MRIの騒音対策を施した音楽聴収システムを確立し、1-2)情動画像と情動音楽を出力し、fMRI信号と生理反応を同時に計測する実験システムを確立した。情動画像刺激コンテンツとして、IAPS画像より、快感情を誘発する画像と不快感情を誘発する画像を選定した。また、情動音楽コンテンツとして、2-1)興奮している時に聞きたいが落ち込んでいる時には聞きたくないと考えられる音楽、2-2)落ち込んでいる時に聞きたいが興奮している時には聞きたくないと考えられる音楽を選定し、60秒の長さからなるMP3ファイルを作成した。実験デザインの開発として、被験者にIAPS画像を提示することによって被験者の快感情および不快感情を誘発させ、その条件下で被験者に音楽コンテンツを聴収させるシステムを構築中である。また、被験者に、実験中に感じている感情状態に合わせて、レバーを右(快感情)あるいは左(不快感情)に倒してもらうことで、被験者の感情状態を数値的に記録できるシステムを検討している。このレバーを用いることで、課題に影響を与えることなく、被験者の感情をリアルタイムに記録することが可能となる。研究実績の概要に示されているように、平成27年度の研究実施計画にしたがって、おおむね順調に研究が進展しているため。健常ボランティア30名に対して、気分誘導画像(快、中性、不快)を10秒間呈示し、音楽(興奮音楽、癒し音楽)を30秒間聴取させた時の被験者のリアルタイム感情値(気分誘導画像を呈示してから音楽の聴取が終わるまでの連続感情データ)、音楽感情値および心拍数(RーR間隔)を同時計測した。解析は、リアルタイム感情値の被験者30名の平均値のタイムコースを作成し、音楽感情値を気分誘導画像、音楽、被験者および気分誘導画像と音楽種類の交互作用を要因とする3要因分散分析を行った。さらに、音楽感情値に対して、気分誘導画像の快、中性、不快のそれぞれの要因間および各音楽の要因間の統計的有意差をTurkeyの多重検定法を用いて、統計的検定を行った。その結果、気分誘導画像を用いて、被験者の感情状態が、快、中性、不快状態に制御され、興奮音楽では、被験者の初期感情状態によらず、リアルタイム感情値が増加しつづけ、快状態へ移行した。一方、癒し音楽では、初期感情状態が不快状態の場合はリアルタイム感情値が増加し、快状態の場合はリアルタイム感情値が減少し、それらの感情値は、中性状態へ移行した。3要因分散分析を行った結果、各因子の主効果および交互作用に有意差が見出された(p<0.0001)。Turkeyの多重比較検定において、初期気分状態の違いによる音楽感情への有意差が見出された(p<0.05)。本実験に使用された10種類の音楽は、3つのサブグループに分類され、それらのサブグループ間で、有意差が見出された(p<0.05)。これらのグループは、興奮音楽および癒し音楽に対応するものであると考えられた。我々の結果は、心理学的観点から、被験者の初期気分状態と音楽感情の関係を明らかにしたものであり、音楽療法の基礎原理である同質の原理をサポートしており、音楽療法の科学的基礎を築くための重要な結果であると考える。研究実績の概要に示されているように、平成28年度の研究計画にしたがって、研究内容が進捗しているため。ストレスの多い現代社会において、音楽療法の有用性が注目されており、その基本原理に、患者の気分やテンポに合った音楽を聞かせることで(落ち込んだ時は暗い曲、興奮している時は明るい曲など・・・・)、精神的に良い方向へ向かわせることができるという「同質の原理」がある。しかしながら、そのメカニズムはよくわかっていない。本研究は、音楽療法による精神疾患への医療的介入を科学的に可能にする基礎を築くため、「被験者の不快感情生成時に、音楽を聴取させることによって、不快感情を緩和させるメカニズムを神経科学的観点から明らかにすること」を目的とした。4名の被験者に対して、3種類の情動画像(快、中性、不快)を用いて初期的気分状態を制御した後、音楽を聴取させ、ジョイスティックによる主観的感情評価とfMRI撮像を行った。

本研究の解析結果から、音楽聴取中において、初期的気分状態が中性の場合と比較して快の場合は右の扁桃体、左の海馬、右の尾状核での賦活がみられ、不快の場合は右の扁桃体と右の海馬の賦活が見られた。さらに、初期的気分状態が快の場合は、癒し音楽聴取時と比較して、興奮音楽聴取時の方が右側の扁桃体で、不快の場合は、右側の尾状核で有意に賦活があった。側坐核では、初期的気分状態にかかわらず、癒し音楽聴取時と比較した興奮音楽聴取時において、左側に賦活があり、音楽聴取の後半でfMRI信号が増加した。これらの結果は、神経科学的観点から、被験者の初期的気分状態と脳活動の関係を明らかにしたものであり、初期的気分状態の違いによって、音楽聴取時の脳機能賦活状態に相違が見出されたことは、音楽療法の基本原理である「同質の原理」の機構の一端をサポートしており、音楽療法の科学的基礎を築くための重要な結果であると考える。音楽療法の基本原理に、患者の気分やテンポに合った音楽を聴かせることで、精神的に良い方向へ向かわせることができる「同質の原理」と呼ばれるものがある。しかしながら、その原理的メカニズムはよくわかっていない。本研究では、情動画像を用いて、被験者の初期的気分状態(快、中性、不快)を意図的に制御し、音楽(興奮音楽、癒し音楽)を聴取させた時の被験者のリアルタイム感情値、心拍およびfMRI信号(脳活動)を計測した。その結果、初期的気分状態によって、被験者のリアルタイム感情値および脳活動領野(扁桃体、尾状核、海馬)に統計的有意差が見出され、「同質の原理」の一端を神経科学的観点から支持しているものと考えられた。当初は、実験デザイン構築後すぐにfMRIを用いた実験を遂行する予定であったが、心理実験と生理実験を行い、実験デザインの最適化を図るフェーズを設ける計画に変更する。実験デザインの最適化を行った後、fMRI信号と生理反応を同時計測し、得られた科学的データから音楽療法の分野で経験的に知られる「同質の原理」のメカニズムを明らかにする。今後の研究の推進方策としては、fMRIを用いた同様の実験デザインによって、脳機能データを取得し、神経科学的観点から、被験者の初期気分状態と音楽感情の関係を明らかにする。認知神経科学,脳機能計測学,脳機能画像解析学fMRI実験刺激呈示用ソフトウェア等の必要物品を購入していなかったため。謝金額に変更が生じたため。fMR実験刺激呈示用ソフトウェア等を購入する。次年度の綿密な打ち合わせのために、残額を共同研究先への旅費に追加する。
非線形偏微分方程式の粘性解と微分ゲーム理論による手法

(1)画像処理の数理モデルに現れる冪乗型曲率流方程式の解の漸近挙動について研究を続けていた.初期値が凸である場合には,指数無限大における解の極限が1-Laplace方程式の障害物問題を満たすことが本研究で明らかになった.また,空間1次元冪乗型熱方程式に対しても類似な漸近挙動を示し,不安定砂杭の数理解析への応用も実現できた.これらの結果に関する論文は国際ジャーナルTran. Amer. Math. Soc.とAdv. Stud. Pure Math.に掲載されることが決まった.さらに,初期値が凸でない場合には,前年度の研究で得られた結果を改良し,空間1次元においてより一般的な冪乗型方程式解の収束定理の証明に成功した.以上の研究結果について国内外の研究集会で多数の研究発表を行った.(2)前年度から始めた動的境界値問題のゲーム論的解釈に関する研究でも新たな進展が得られた.一般的な完全非線形放物型方程式の動的境界値問題に対して離散ゲームを構築し、ゲームの値函数により方程式の解の表現公式を与えた。さらに,発展スピードが非常に速い極限ケースにも,値函数の収束定理を得られ,対応する動的境界値条件付き楕円型方程式のゲーム論的手法を確立できた.これらの研究結果は北海道大学の浜向直氏との共同研究によるものであり,作成した論文は現在投稿中である.(3)Caputo分数階時間微分をもつ発展方程式に関する研究は最近盛んに行われている.東京大学の儀我美一氏と三竹大寿氏との共同研究では,時間分数階偏微分方程式の最適制御やゲーム理論による解釈を考察している.研究の初期成果として,完全非線形方程式の粘性解に収束する離散スキームを導出することに成功した.今後,その離散近似法に基づき,最適制御による解の表現定理の確立およびその応用を目指している.平成28年度の研究実績は以下の通りである.(1)Heisenberg group上の半線形放物型方程式について粘性解の凸性保存定理を考察した.ユークリッド空間の場合と同様な保存定理が期待できないことを明らかにした.さらに,Heisenberg groupにおける新たなリプシッツ連続性と凸関数の概念を導入し,時間発展とともにそれらの性質が保存されことを示した.この結果に関する論文は国際ジャーナルCalculus of Variation and Partial Differential Equationsに掲載された.(2)Heisenberg groupにおける放物型方程式系の可解性についてウースター工科大学数学科のX. Zhou氏と共同研究を行った.システムの場合でも粘性解の一意存在定理の証明に成功し.粘性解理論のsub-Riemann多様体への応用を広げた.(3)Hamilton-Jacobi方程式の幾何学的性質のさらなる拡張として,一般の距離空間上の解の凸性の保存が東京大学の中安淳氏との共同研究で解明できた.この性質を示すために,距離空間自身の凸性が必要であることが判明した.測地線に基づく凸性を持つ初期値に対して,方程式の解は任意の時刻に同じ凸性を満たすことを明らかにした.(4)平均曲率の冪乗による幾何学的運動の漸近挙動を考察した.指数が0に近くとき,その極限は不連続性を持つ完全非線形方程式であり,従来の粘性解理論が適用できない問題である.それに対して,新たな解の概念を考案し,比較定理の証明に成功した.さらに,得られた比較定理を用い,冪乗型曲率流方程式の解の収束定理も示せた.当初に予定していた研究問題に対してそれぞれ部分的な結果が得られ,研究目標も部分的に実現できた.現在の結果と方法に改良する余地があるが,全体としては順調に進んでいる.また,冪乗による曲率流方程式についての研究は予想以上に進展している.(1)ハイゼンベルク群における完全非線形放物型方程式系の粘性解の存在と一意性理論およびゲーム理論による手法を確立した。ハイゼンベルク群は加法群でないため、通常のユークリッドの場合より解析が困難である。我々は粘性解理論を用い、ハイゼンベルク群における放物型方程式系の比較定理を証明できた。さらに、離散ゲームの手法をサブリーマン多様体まで拡張し、粘性解の構築に成功した。この研究に関する論文は国際ジャーナルに掲載される予定である。(2)画像処理の数理モデルをより深く理解するため、曲率の冪乗による界面運動方程式を考察した。指数が0に近づく場合、レベルセット方程式の解の漸近挙動を明らかにし、前年度の研究よりさらなる進展を遂げた。特に、従来の曲率方程式の特異性に不連続性を加えた一般の非線形放物型方程式に対し、新たに定義された粘性解の一意存在定理の証明に成功した。一方、指数が無限大に近づく際に解の挙動も調べ、初期値が凸である場合と凸でない場合をそれぞれ考察し、解の収束定理および極限の特徴づけを得られた。これらの研究結果に関しては国内外で多数の研究発表を行った。(3)微分ゲームの手法により動的境界条件付き非線形放物型方程式を考察した。特に、曲率流方程式の動的境界値問題に対して離散ゲームを構築し、その値関数が方程式の粘性解に収束することを示し、解の表現公式を与えた。これらの結果は北海道大学の浜向直氏との進行中の共同研究に基づくものである。予定していた研究課題について結果が得られ、主な研究目標が実現できた。特に、冪型曲率流方程式の漸近挙動に関する研究は予想通り進展し、得られた結果と手法が様々な数理モデルへの応用が期待できる。

また、動的境界値問題に対してもゲーム理論による手法を確立でき、今後の研究を行うための道具を準備できた。(1)画像処理の数理モデルに現れる冪乗型曲率流方程式の解の漸近挙動について研究を続けていた.初期値が凸である場合には,指数無限大における解の極限が1-Laplace方程式の障害物問題を満たすことが本研究で明らかになった.また,空間1次元冪乗型熱方程式に対しても類似な漸近挙動を示し,不安定砂杭の数理解析への応用も実現できた.これらの結果に関する論文は国際ジャーナルTran. Amer. Math. Soc.とAdv. Stud. Pure Math.に掲載されることが決まった.さらに,初期値が凸でない場合には,前年度の研究で得られた結果を改良し,空間1次元においてより一般的な冪乗型方程式解の収束定理の証明に成功した.以上の研究結果について国内外の研究集会で多数の研究発表を行った.(2)前年度から始めた動的境界値問題のゲーム論的解釈に関する研究でも新たな進展が得られた.一般的な完全非線形放物型方程式の動的境界値問題に対して離散ゲームを構築し、ゲームの値函数により方程式の解の表現公式を与えた。さらに,発展スピードが非常に速い極限ケースにも,値函数の収束定理を得られ,対応する動的境界値条件付き楕円型方程式のゲーム論的手法を確立できた.これらの研究結果は北海道大学の浜向直氏との共同研究によるものであり,作成した論文は現在投稿中である.(3)Caputo分数階時間微分をもつ発展方程式に関する研究は最近盛んに行われている.東京大学の儀我美一氏と三竹大寿氏との共同研究では,時間分数階偏微分方程式の最適制御やゲーム理論による解釈を考察している.研究の初期成果として,完全非線形方程式の粘性解に収束する離散スキームを導出することに成功した.今後,その離散近似法に基づき,最適制御による解の表現定理の確立およびその応用を目指している.計画通り完全非線形放物型方程式系のゲーム論的アプローチとその応用について研究を行う予定である.比較的に強い仮定の下でHeisenberg groupにおいて値関数の収束が証明できたが,ユークリッド空間の場合についても考察する必要がある.さらに,システムの場合のみならず,単独方程式の場合に対しても,値関数の挙動を調べることにより,解の正則性など様々な性質を考察する.また,より一般的な境界値問題についてゲーム論的解釈も取り組むべき課題である.現在,完全非線形放物型方程式の動的境界値問題に関して北海道大学の浜向直氏と共同研究を行なっている.ゲーム理論による方程式への近似問題については部分的な結果が得られた,今後,ゲーム論的観点から様々な境界値問題との関連性を明らかにし,方程式の解に与える影響について理解を深める方針である.それぞれの研究問題に対して成果が得られたが、結果と手法にはまだ改良の余地があるため、新たな方法を考案する。指数無限大における冪型曲率流方程式の解の挙動については、初期値が凸でない場合を考察する。運動界面が空間一次元のグラフである場合は極限方程式の性質を明らかにできたが、画像処理などの分野に応用するため、その手法を一般次元そしてレベルセット方程式の場合に拡張する必要がある。
無冷媒式冷凍機を用いた1Kクラス簡易型圧力低温比熱測定装置の開発

本研究は1Kクラス冷凍機の開発とそれによる圧力中比熱測定装置の作成が目的である。我々はまずこの研究遂行に当たり1Kクラス冷凍機の開発を最重要課題とした。近年液体ヘリウムを使用せず極低温を作り出す技術としてGM式冷凍機が飛躍的に進歩し、4Kレベルであれば比較的安価に装置を購入できかつ手軽に様々な物性測定が可能となってきた。しかしながら固体物理の研究においてはより低温での測定は重要である。特に低温比熱測定ではこの温度領域における0.1Kは室温付近での100K以上に値するものである。このようなニーズからより低温で液体ヘリウムを使用しない冷凍機を開発する必要があった。我々は、試行錯誤の末ヘリウム3循環型GM-JT式1Kクラス冷凍機の開発に成功し最終的には最低到達温度0.67Kを記録する装置の開発に成功した。また最低到達温度までの冷却時間は水素ヒートスイッチを取り付けることにより12時間で達することが出来るようになった。これは本研究用としてだけでなく他の物性研究のためにも大変有意義な装置となり現在岩谷瓦斯株式会社より製品として販売するところまでになった。これは大変な成果であると考えられる。またこの装置の完成と伴にこれとは独立して作成していたNi-Cr-Al製小型圧力セルを取り付け最低温度0.7K-3GPaの環境で電気抵抗、交流磁化率などが測定できるようになった。これは強相関電子系物質の研究に大変大きな貢献が出来ると考えられる。さらにこの装置の開発によってPr系酸化物の測定を行い新しい超伝導体を発見することが出来具体的な成果も出てきている。一方加圧下での低温比熱測定は新たに緩和法による測定を試み、その予備的実験でまだ多くの問題があるものの従来の断熱法より高い圧力で測定可能であるとの結果が得られた。このような研究を通じて「高圧力物性研究会」を島根大学にて我々が主催し全国の若手研究者を集めて活発な討論を行うことが出来た。本年度はまったく新しい1Kクラス冷凍機の設計および製作を試みた。当初は^4Heガスの液化能力のあるGM式4K冷凍機に液化の為の熱交換器とチャコールを用いたソープションポンプを組込んで、液体ヘリウムを減圧し冷却できるシステムを考えていたが、これでは長時間低温を維持することができないことから^3Heガスを循環し4K冷凍機と組み合わせこれをジュールトムソン膨張により冷却させる新しい冷凍機の開発を行った。本装置のコンセプトは小型で簡便であることから従来の方法とは異なりコンプレッサーによる加圧は用いず、真空ポンプによる減圧によってのみで温度を下げることを考案した。まったくの新しい試みであることから熱交換及び流量などを詳細に計算し、4Kで0.5Wの出力を持つ冷凍機を使用すれば1.5Kで0.2W得られる設計を行った。現在これに基づいて装置の組み立てを行っており、来年度はこの装置の基礎データ収集を行う。また装置の小型化、簡便化も試みる。一方加圧下での低温比熱測定は冷凍機よりの振動、及び圧力セルを用いることから緩和法で行うことし、その予備的実験を行った。今年度は1040Kの間で圧力セル中で標準試料のCuに付いて測定を行った。その結果誤差10%以下の精度で測定可能であることがわかった。しかしながらこれでは圧力効果を正確に見積もることはできずより一層の工夫が必要である。

特に圧力比熱用小型セルの開発が必要である。本研究は1Kクラス冷凍機の開発とそれによる圧力中比熱測定装置の作成が目的である。本年度は昨年度考案したヘリウム3循環型GM-JT式1Kクラス冷凍機の具体的な製作を行い、その特性の評価を行った。本装置のコンセプトは小型で簡便であり、かつ1Kクラスの温度を液体ヘリウムを用いることなしに長時間維持することにある。このことから従来の方法とは異なりコンプレッサーによる加圧は用いず、真空ポンプによる減圧によってのみで温度を下げることを考案した。また熱交換及び流量などを詳細に計算し、4Kで0.5Wの出力を持つ冷凍機を使用すれば1.5KでO.2W得られる設計を行った。これに基づいて装置の組み立てを行いその性能を評価した。その結果、多くの問題点が明らかになったが、最終的には最低到達温度O.67Kを記録する装置の開発に成功した。また最低到達温度までの冷却時間は水素ヒートスイッチを取り付けることにより12時間で達することが出来るようになった。来年度はさらにこの装置の改良及び基礎データ収集を行う。また装置の小型化、簡便化さらにいろんな分野への応用も試みる。一方加圧下での低温比熱測定はこの新しい冷凍機の振動がどの程度か調べ基礎データを集めた。その結果従来の断熱法では測定が難しいことから緩和法で行うことし、その予備的実験を行った。またより高い圧力下での測定を行うためにシリンダーが従来のCu-Be製より強度のあるNi-Cr-Al製の物に変え作成しその特性を評価した。その結果従来のセルより小型でありながら3GPaを超える圧力を発生することに成功した。来年度はこのセルを用いて上記の冷凍機による物性測定を試みる。本年度は昨年度考案し作成したヘリウム3循環型GM-JT式1Kクラス冷凍機の特性評価及び改良とこの冷凍機に小型圧力セルを装着した際の特性の評価を行った。さらに具体的にPr系酸化物の測定を行い新しい超伝導体を発見した。また圧力セル中での緩和法測定技術の確立についても見当を行った。今回我々が作成したヘリウム3循環型GM-JT式1Kクラス冷凍機は、1K以下の温度を液体ヘリウムなしに長時間維持することができるようになった。特にこの装置の特筆すべき所は従来の方法とは異なりコンプレッサーによる加圧は用いず、真空ポンプによる減圧によってのみで温度を下げることにより、操作性を簡便にしたことである。幾多の改良を加え最終的には最低到達温度0.67Kを記録する装置の開発に成功した。さらに本年度Ni-Cr-Al製小型圧力セルを取り付け最低温度0.7K-3GPaの環境で電気抵抗、交流磁化率などが測定できるようになった。本装置は他の冷凍機と比較して十分利用価値が高いと考え岩谷瓦斯株式会社より製品として販売し、数台の受注を受けるようになった。一方加圧下での低温比熱測定は新たに緩和法による測定を試み、その予備的実験でまだ多くの問題があるものの従来の断熱法より高い圧力で測定可能であるとの結果が得られた。
脈絡膜新生血管におけるミクログリア亜種とアミロイドβの関係に関する研究

本研究はアミロイドβに対するミクログリア亜種の特異的な役割を検討し、脈絡膜新生血管の発症過程におけるミクログリア亜種特異的な役割を明確にすることである。平成30年度はミクログリア亜種における遊走能の検討を行った。まず最初に、細胞遊走アッセイを使用して、1型ミクログリアおよび2型ミクログリア亜種の遊走能の検討を行なった。Sprague Dawley胎児ラットより単離培養したミクログリア亜種の牛胎児血清への遊走能を検討したところ、両亜種共に牛胎児血清の有無で遊走細胞数に有意差は認めなかった。さらに、リポポリサッカライド(LPS)およびインターロイキン-4(IL-4)に対するミクログリア亜種の遊走能を検討したところ、1型ミクログリアはLPSおよびIL-4にて遊走能が低下傾向であったが2型ミクログリアではLPSでは上昇傾向、IL-4では低下傾向を認めた。また、網膜神経節細胞の細胞障害時におけるミクログリア亜種の遊走能の違いについて検討するために、Sprague Dawley胎児ラットより単離培養した網膜神経節細胞に対しN-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA,500μMおよび5mM)を投与し、その上澄を使用した。1型ミクログリアはNMDA濃度依存性に遊走能が上昇する傾向を認め、2型ミクログリアはNMDA投与で軽度遊走能が上昇するものの、500μMおよび5mMNMDA投与では差を認めなかった。以上の事はミクログリア亜種の各種刺激に対する遊走能の違いを示すもので、本年度で得られた知見を基にして次年度はアミロイドβを使用したミクログリア亜種の遊走能の検討を行う予定であり、本研究の最終目的である脈絡膜新生血管の発生におけるミクログリア亜種のアミロイドβとの関係に対するミクログリア亜種特異的な役割を見出すことへ繋がる成果と言える。ミクログリア亜種の単離培養には実験毎にSprague Dawley胎児ラット脳および網膜視神経を使用して培養する必要があり、特に網膜視神経由来のミクログリア亜種の実験に必要な細胞数を確保するのが難しく、本研究の進捗状況はやや遅れている状態となっている。今後は本研究の課題であるアミロイドβに対するミクログリア亜種の特異的な役割を検討する予定である。シート状に単離した網膜色素上皮細胞をアミロイドβで刺激し、細胞遊走アッセイを使用してミクログリア亜種の遊走能の違いを検討する。また、網膜色素上皮細胞のアミロイドβ刺激によって活性化された網膜色素上皮細胞由来のサイトカインについてマルチプレックスを用いて遊走因子や増殖因因子を同定する予定である。さらに、アミロイドβ刺激によって活性化されたミクログリア亜種が産生するサイトカインについて血管新生関連因子を中心に同定し、tube formation assayを用いてミクログリア亜種の新生血管への影響を評価する予定である。

また、網膜色素上皮細胞のアミロイドβ刺激によって活性化された網膜色素上皮細胞由来のサイトカインについてマルチプレックスを用いて遊走因子や増殖因因子を同定する予定である。さらに、アミロイドβ刺激によって活性化されたミクログリア亜種が産生するサイトカインについて血管新生関連因子を中心に同定し、tube formation assayを用いてミクログリア亜種の新生血管への影響を評価する予定である。
ＮＬＲＰ３インフラマゾーム活性制御機構におけるミトコンドリア動態の意義

本研究は、ミトコンドリアダイナミクスに焦点を当てた解析を出発点に、「ミトコンドリアを介したNLRP3インフラマゾーム活性制御機構」の解明を目指して進めてきた。昨年度までに、NLRP3インフラマゾーム活性制御に対するミトコンドリアの寄与度が刺激の種類によって異なる可能性を見出していた。当該年度は、ミトコンドリア分裂因子Drp1やミトコンドリア由来活性酸素種(mtROS)といったミトコンドリア関連因子の役割を刺激ごとにさらに明確にすべく、詳細な解析を実施した。その結果、細胞外ATP刺激がmtROSの産生を誘導し、mtROS並びにミトコンドリア膜電位に依存してインフラマゾームを活性化する一方、ニゲリシン刺激やRNAウイルス感染はmtROSやミトコンドリア膜電位に依存することなくインフラマゾームを活性化することが立証された。また、一部の先行研究では損傷ミトコンドリアの蓄積がNLRP3の活性化に重要と示唆されているが、本研究における解析では、細胞外ATP及びニゲリシン刺激後の損傷ミトコンドリアの蓄積はむしろ活性化したNLRP3により惹起されていた。さらに、ミトコンドリアの分裂は、細胞外ATP刺激後のインフラマゾーム形成をmtROSの抑制を介して負に制御する一方、詳細な分子機構は未解明なものの、ニゲリシン刺激後のインフラマゾーム形成を正に制御することが示唆された。ミトコンドリアダイナミクスに着目して開始した本研究は、「NLRP3インフラマゾーム活性制御機構におけるミトコンドリアの役割が刺激の性質により異なる」ことを明確に示し、ミトコンドリアの重要性が既成事実化されつつある当該分野に一石を投じるとともに、その発展に貢献するものと考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。NLRP3インフラマゾームは多様な危険分子によって活性化され、IL-1βやIL-18などの炎症性サイトカインの成熟と分泌を制御する。本研究は、NLRP3インフラマゾーム活性制御におけるミトコンドリア動態(形態変化・局在変化・分解)の意義を理解し、NLRP3インフラマゾーム活性制御機構の分子基盤を解明することを目的としている。ミトコンドリアは細胞内で分裂と融合を繰り返しており、その形態は動的に変化する。本年度は、ミトコンドリアの形態とNLRP3インフラマゾームの活性との関連性を検証するため、ミトコンドリア分裂の阻害がNLRP3インフラマゾームの活性に与える影響を解析した。ミトコンドリア分裂因子Drp1の特異的阻害剤を処理したマクロファージにおいて、様々な刺激物質により誘導されるNLRP3インフラマゾームの活性を評価したところ、インフルエンザウイルス感染など幾つかの刺激では活性低下を、また別の種類の刺激では活性亢進をそれぞれ認めた。この結果は、ミトコンドリアの形態がNLRP3インフラマゾームの活性に影響を及ぼすことを示しており、また同時に、NLRP3インフラマゾームの活性化機構あるいは活性制御機構が刺激物質の種類によってそれぞれ異なる可能性を示唆している。一方、Drp1発現抑制マクロファージを用いた解析にも着手し、Drp1の発現を一過的に抑制するとインフルエンザウイルス感染に応答して誘導されるNLRP3インフラマゾームの活性が低下することを見出している。この結果は、Drp1阻害剤を用いた解析結果とも一致する。現在、その他の刺激物質についてもDrp1発現抑制マクロファージを用いた解析を進めている。本研究は、ミトコンドリアダイナミクスに着目し、ミトコンドリアを介したNLRP3インフラマゾーム活性制御機構の詳細解明を目指している。これまでに、ミトコンドリア分裂因子Drp1を阻害すると、ATP刺激に応答したNLRP3インフラマゾームの活性化は亢進し、ニゲリシン刺激やインフルエンザウイルス感染に応答したそれは抑制されることを見出していた。当該年度は、各刺激について、ミトコンドリアの膜電位や活性酸素種(mtROS)の状態あるいはDrp1阻害がそれらに与える影響などを解析し、以下の知見を得た。(1)ATP刺激は、mtROS産生を誘導し、mtROS依存的にNLRP3インフラマゾームを活性化する。このとき、Drp1を阻害するとmtROS産生が増大し、NLRP3インフラマゾーム活性は亢進する。(2)ニゲリシン刺激は、mtROS産生を誘導せず、mtROS非依存的にNLRP3インフラマゾームを活性化する。また、ニゲリシン刺激はミトコンドリア内膜の融合とクリステ構造の維持に関与するOPA1のプロセシングを促進する。(3)インフルエンザウイルス感染は、mtROS非依存的にNLRP3インフラマゾームを活性化する。また、インフルエンザウイルス感染は、ミトコンドリア膜電位の低下を惹起するが、Drp1阻害はこれを促進する。なお、膜電位の低下したミトコンドリアは、NLRP3インフラマゾーム活性化を支持することができない。このように、ミトコンドリア関連因子の寄与の有無など、各刺激についてNLRP3インフラマゾーム活性化経路の特徴・差異を見出している。また、ミトコンドリア形態変化の役割についても徐々に解明しつつある。刺激によりLRP3インフラマゾームの活性制御機構が異なる可能性を示唆していたが、実際に、NLRP3インフラマゾーム活性化経路にmtROS依存的および非依存的経路が存在することを示すことができた。