hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
知的障害特別支援学校高等部における行動問題への包括的・階層的介入モデルの開発

1知的障害特別支援学校高等部におけるASD、ADHD、mID等のある生徒が示す行動問題に関する研究レビューについては、当初の系統性の高いレビュー(たとえば、障害種と行動問題種類のクロス集計)を目指していたが、該当する学術論文が少ないこともあり、それには至らなかったが、行動問題の実態、及び生徒指導の課題としての不登校と性的問題に焦点を当てたレビュー論文としてまとめることができた(井澤ら, 2019)。2知的障害特別支援学校高等部における生徒指導に関する聞き取りによる実態調査は、当初の予定通り、協力を得られた2校において実施することができた。3国内における先進的な学校等への視察調査については、視察先との日程調整が不調に終わり、実施に至らなかった。4海外の特別支援学校等における学校全体における階層性モデル(SWPBS)の情報収集が他の助成を受けることができたこともあり、今年度の予定ではなかったが、計画よりも先行して実施することができた。以上のことより、おおむね順調に進展していると評価した。引き続き、研究1研究4までを同時的に進めていく。まず、昨年度実施できなかった国内における先進的な取組を行っている知的障害特別支援学校高等部への視察(研究3)を行い、聞き取り調査及び資料の分析を行うことで、グッドプラクティスのデータを蓄積していく。併せて、昨年度実施した知的障害特別支援学校への聞き取り調査(研究2)について、昨年度に引き続き実施を行い、知的障害特別支援学校高等部における行動問題への支援の現状と課題の分析を行う。それは、関連する先行研究レビュー(研究1)と連動させ、特に「異性とのつきあい等の性的な行動動問題」に焦点を絞り、予防的支援と問題解決的支援の双方からの性教育プログラムの在り方を検討する。4海外視察については、昨年度に先行して実施したが、今年度もその実施を検討する。さらに、知的障害特別支援学校高等部における行動問題への包括的・階層的介入に関するグッドプラクティスを収集するための、及び研究1研究4に関する情報発信のためのwebを立ち上げることを計画している。(A)国内における知的障害特別支援学校高等部における先進的な取組への視察(聞き取り調査)に係わる旅費、(B)国内における知的障害高等部への聞き取り調査費、(C)聞き取り調査のデータ分析へのアルバイト謝金、(D)研究成果の発表のための国内・国際学会等への参加旅費、(E)テーマに係わる情報収集・情報発信のためのWeb作成費用、(F)レビュー研究を進めていくために関係する図書等の資料・教材購入費、などに使用する計画である。
マルチサイトカインに注目した涙液概日リズムの解析

産業のIT化に伴うVDT作業人口の増加、住宅構造の変化、ディーゼル粒子・花粉飛散量の増加など、我々を取り巻く環境の変化に伴って、アレルギーやドライアイ、いわゆるIT眼症など、現代病ともいうべき眼科疾患が増加している。その病態や発症メカニズムの一端を明らかにすることを目的として研究を行った。cytometric bead arrayという新たに開発された手法を用い、眼表面の炎症の傾向を調べた。これは従来のELISA法と異なり、6種類のサイトカインを同時に定量できるため、サイトカイン相互の動きを知ることができる。この手法を用いて涙液中のサイトカイン濃度を測定した。その結果、以下の4点の新しい知見を得ることができた。1.涙液というごく微量のサンプルから、6種類ものサイトカイン濃度を同時にかつ正確に測定できることを確かめた。2.3時間閉瞼させた眼と3時間自然開瞼させた眼の比較では、閉瞼させた眼では涙液中の抗炎症性サイトカインであるIL-10の濃度が低下することがわかった。3.基礎分泌の涙液と、反射性に分泌された涙液を比較すると、反射性に分泌された涙液では、炎症性サイトカインであるIL-8の濃度が低いことがわかった。4.涙液中の各サイトカインの濃度は、それぞれ異なるパターンの概日リズムをもっていることを証明することができた。これらの結果は、いずれも眼表面の炎症が深く関与する現代病というべき眼疾患の病態の一端を明らかにし、新たな治療薬の開発、効果的な投薬方法の確立につながると考える。産業のIT化に伴うVDT作業人口の増加、住宅構造の変化、ディーゼル粒子・花粉飛散量の増加など、我々を取り巻く環境の変化に伴って、花粉症やアトピーなどのアレルギー疾患やドライアイといった眼科疾患が増加している。その病態や発症メカニズムの一端を明らかにし、新たな迅速診断法あるいは効果的かつ的確な治療法を確立することを目的として研究を行った。まず眼表面の炎症の実態を把握するための手段としてcytometric bead arrayという新たに開発された手法を用いた。1)涙液というごく微量のサンプルから、6種類ものサイトカイン濃度を同時にかつ正確に測定できることを確かめた。2)3時間閉瞼させた眼と3時間自然開瞼させた眼の比較では、閉瞼させた眼では涙液中の抗炎症性サイトカインであるIL-10の濃度が低下することがわかった。3)基礎分泌の涙液と、反射性に分泌された涙液を比較すると、反射性に分泌された涙液では、炎症性サイトカインであるIL-8の濃度が低いことがわかった。4)涙液中の各サイトカインの濃度は、それぞれ異なるパターンの概日リズムをもっていることを証明することができた。来年度は、以上のような点の臨床における意義を思索しながら研究を進めていくこととした。
3次元超音波画像による胆道〓腫瘍の空間的進展範囲及びリンパ節転移の評価。

本研究の成果は1)体外マーカーによる超音波内視鏡画像の3次元位置決め、2)ファントムによる腔内超音波を用いた3次元画像の作成、3)臨床例での3次元画像の作成および他の画像診断との比較からなる。1)体外マーカーによる超音波内視鏡画像の3次元位置決め体外に設置した超音波トランスジューサーから超音波スキャナーに同期した超音波をマーカーとして発射し、体内に挿入している超音波画像プローブでそれを受信し、マーク位置から体内の超音波画像プローブの位置・方向・姿勢を計測した。超音波の周波数は10MHzと高く、受信できる距離は4cmとなった。2)胆管ファントムによる3次元画像の作成表面に管腔様裂溝のあるハム片を胆管ファントとし、体腔内超音波トランスジューサーを管腔様裂溝にできるだけ近接させ、プルバックデバイスを用いて管腔の長軸方向に0.1mm刻みで牽引し連続的な短軸断面超音波像を作成した。この連続的な2次元超音波像を基に任意方向の再構成画像およびSurface Rendering法を用いて3次元超音波像を作成した。本法により、任意の断面における超音波像と胆管ファントムの表面の3次元超音波像を得た。3)臨床例での超音波内視鏡再構成画像の作成と他の画像診断との比較胆管ファントムで用いた方法で長軸方向の再構成画像とSurface Rendering法を用いた3次元超音波像を作成した。これらと他の断層画像(CT,MRI)との比較を行ったが、現時点では胆道系腫瘍およびリンパ節の描出能はCT,MRIより劣っていた。Surface Rendering法を用いた3次元超音波像では乳頭状腫瘤の描出が可能であった。問題点としては、超音波画像の低軟部組織分解能、総胆管内におけるプローブのねじれ、極小プローブによる腔内超音波のpenetrationの低さなどが挙げられた。現行の体腔内超音波システムは、プローベの移動により連続的な断面像を得ているが、それぞれの断層像は正確な位置情報を持っていない。そこで絶対的な位置情報を獲得する目的で、プローベをパルスモーターを使って機械的に移動させる方法を試みたが、管腔内での物理的抵抗発生時の安全システムに問題があることが分かり、プローベの移動を用手的な方法に切り替えた。用手的なプローベの移動によってもほぼ正確な長軸方向の位置情報の獲得が可能であり、かつ物理的抵抗発生時にはプローベの移動を停止することができ安全であることが判明した。以上の方法を用い得られた断層画像を3次元画像再構成ソフトウエアーを用い立体化した。問題点として、PTCDチューブ内では長軸方向の位置情報はほぼ正確であるが、チューブの屈曲のために管腔の短軸方位の位置情報が失われ、画像に歪みが生じた。この歪みをソフトウエアー上で補正する方法を現在検討中である。また3次元画像再構成の際の閾値の設定も重要な問題であるが、現状の設定閾値では当初の目的であった層構造レベルでの3次元化は困難であり、さらに症例を蓄積することにより最適な閾値を求めていく予定である。胆管壁に沿って拡がる胆管腫瘍の診断において、本法は他の画像診断(CT,MRI,US,PTCDチューブ造影など)に比べ、胆管内から腫瘍を描出し3次元化する点が特有であり、さらに臨床例を重ねることにより有用性を検討していきたい。本研究は、a)体外マーカーによる超音波内視鏡画像の3次元位置決め、b)ファントムによる腔内超音波を用いた3次元画像の作成、c)臨床例での3次元画像の作成、および他の画像診断との比較からなる。

a)体外マーカーによる超音波内視鏡画像の3次元位置決め体外に設置した超音波トランスジューサ-から超音波スキャナーに同期した超音波をマーカーとして発射し、体内に挿入している超音波画像プローブでそれを受信し、マーク位置から体内の超音波画像プローブの位置・方向・姿勢を計測した。自動計測のアルゴリズムで計測した体内プローブと体外トランスジューサ-との間の方向と距離は原画像における視察結果をほぼ忠実に反映していた。また使用した超音波の周波数は10MHzと高いので、受信できる距離は4cm程度と短いものとなった。体内外両トランスジューサ-の指向性の一致は、外部超音波が強い場合、操作面に沿った方向の指向性に関しては見かけ上十分広く広い範囲で受信可能であり、問題は少なかった。電子走査指揮超音波スキャナーの場合、ライン同期信号に対するPLL同期方式により発信すれば、周期性を利用してマーカーを任意の位置にもってくることができ、より長い距離を計測できた。しかし回転モーター式超音波スキャナーの場合、モーター回転の安定性の問題で、PLLで同期することができず、周期性も利用することができなかったため、計測距離は10cm以下になった。また、逆に体内にマーカー・トランスジューサ-を置き、体外に画像用プローブを設置する方式は、検査・ナビゲート対象付近の画像は多くの場合得られず、画像スキャナーは内視鏡などの先端位置の計測のみを行うことになる。b)ファントムによる腔内超音波を用いた3次元画像の作成についてはファントムの作成に予想を上回る困難が生じ、胆管にできる限り忠実なファントムを作成するべく現在検討中である。c)臨床例での3次元画像の作成、および他の画像診断との比較については胆道系腫瘍は比較的症例数が少なく臨床例の蓄積が未だ不充分であり、信頼のおける結果を出すに至っていない。臨床例を蓄積の上報告する予定である。
ヒトと実験動物モデルの難聴におけるCDH23遺伝子の関与

500家系の遺伝性難聴症例の中で、遺伝子CDH23の解析で、難聴発症の原因となる遺伝子変異ならびに有意な多型は同定されなかった。新たな遺伝子変異としては、若年者は中音領域の難聴、加齢により低音域の難聴が進行する常染色体優性遺伝家系で新規のWFS1変異を同定し、対象者の蝸電図検査では、内リンパ水腫の成績が得られ、WFS1変異との関連が推測された。高度難聴を示すマウスから、Vlgr1(very large G-protein coupled receptor)が、コルチ器感覚細胞の感覚毛の発生の際に、感覚毛の基部に発現し、変異があると感覚毛の正常な発生が障害される点を同定した。351家系の遺伝性難聴症例を対象にして、CDH23遺伝子異変と多型を解析した。現時点では、CDH23遺伝子変異を有する症例は同定されていない。難聴を合併する優性遺伝性小脳変性症家系から、ポジショナルクローニングにより新しい原因遺伝子puratrophin-1を同定した。オージオグラムでは中音領域の難聴を呈する優位性遺伝難聴家系を対象にして、既知の難聴遺伝子のスクリーングにより、WFS1遺伝子変異を同定した。Vlgr1(very large G-protein coupled receptor)ノックアウトマウスが、感覚毛の配列障害による難聴を呈し、Vlgr1は感覚毛間のankle linkの構成に関与している可能性を示した。Cdh23遺伝子は、コルチ器感覚細胞の感覚毛のtip linkの構成成分をコードしていると想定されており、両者の感覚毛における異なる局在が示された。さらに、実験動物モデルを用いた研究では、非症候群優性難聴のDFNA36のモデルであるBeethovenマウスの聴覚機能検査、組織学的研究を施行し、Tmcl修飾遺伝子座を4つ同定した。351家系の遺伝性難聴症例を対象にして、CDH23遺伝子変異と多型を解析し、CDH23遺伝子変異を有する症例は同定されなかった。内耳性難聴以外の臨床症状は軽微のBracnhio-Oto症候群の家系から、転写因子のSLX1遺伝子変異を同定した(Laryngoscope)。対象家系は前庭水管拡大の内耳奇形を伴っており、多数の難聴遺伝子変異で前庭水管拡大が生じると判明し、前庭水管内に位置する内リンパ嚢が内耳の発生ならびに機能維持に重要であると確認した。研究代表者が所属する施設で経験した500家系の遺伝性難聴症例の中で、遺伝子CDH23の両端のイントロンが、最低でも150bpのシーケンスが判明可能となるように、プライマーを設計し、4症例を対象にしてSNPを検索した。2症例ではCDH23の67エキソン全てを解析した。現時点では、難聴発症の原因となる遺伝子変異ならびに有意な多型は同定されなかった。難聴遺伝子解析にて、若年者は中音領域の難聴、加齢により低音域の難聴が進行する常染色体優性遺伝家系で以下の新規のWFS1変異を同定した。WFS1エキソン8の836コドンの2507A>Cヘテロ変異で、リシンからトレオニン(K836T)のミスセンス変異が同定された。家系の難聴者は全てK836Tを有し、212例の健常者ではこの変異は同定されず、難聴の原因変異と推測された。対象者の蝸電図検査では、内リンパ水腫の成績が得られ、WFS1変異との関連が推測される。ヒトの難聴を解析する際に、内耳組織内での遺伝子発現の解析は必須となる。解析可能性について検証するために、剖検時に採取したヒト側頭骨を対象に、3耳は凍結し、残り3耳はホルマリン固定し、膜迷路を摘出してRNAを抽出した。TaqManPCRにて内耳に高発現するCOCHのmRNAの定量解析を施行すると、凍結側頭骨からは良質なmRNAが抽出可能となり、組織・細胞内の定量的遺伝子発現解析が可能であると示した。研究代表者が所属する施設で経験した500家系の遺伝性難聴症例の中で、遺伝子CDH23の両端のイントロンが、最低でも150bpのシークエンスが判明可能となるように、プライマーを設計し、SNPを検索した。難聴発症の原因となる遺伝子変異ならびに有意な多型は同定されなかった。

難聴遺伝子解析では、解析に時間を要するPCR-RFLP法あるいは直接シークエンス法でなく、蛍光ビーズアレイ法PCR-Luminex法を用いて、ミトコンドリア遺伝子変異の代表的なhot spotである28変異の網羅的解析を施行した。その結果、対象373名中3243A>Gを10例、1555A>Gを11例認めた。3243A>Gは、糖尿病等の疾患がなく非症候群性難聴と診断される症例であった。また、母系遺伝と診断してない家系で1555A>Gが同定された。さらに、8348A>G、11778G>A、15498G>A等の新規変異が同定され、PCR-Luminex法を用いたミトコンドリア遺伝子変異網羅的解析法の有用性が認められた。両側の急性発症の高度難聴を呈した症例の側頭骨内耳病理を解析し、食道癌の内耳膜迷路への広範な浸潤を同定し、難聴発症原因のひとつである悪性腫瘍細胞の内耳進展経路を示した。高度難聴を示すマウスで、Vlgr1 (very large G-protein coupled receptor)が、コルチ器感覚細胞の感覚毛の発生の際に、感覚毛の基部に発現し、変異があると感覚毛の正常な発生が障害される点を同定した。さらに、Vlgr1がマウスの加齢性難聴の原因遺伝子であるCDH23と同様に加齢性変化による難聴発症への関与が示唆された。
グラム陽性球菌による敗血症性ショック時機序の解明

13年度:ATIIIのメディエータ産生抑制の機序が、抗凝固作角による間接的なものか、細胞に対する直接作用かを検討するために、ラットの腹腔内マクロファージを用いて各種刺激によるメディエータ産生に対するATIIIめ効果を検討した。(方法)エーテル麻酔下のラットから、型通りマクロファージを採取した。細胞を刺激するものとして、エンドトキシン(LPS)及びheat-killed group Bstreptococcus (GBS)を用い、その各々にATIIIを添加し、12時間培養した後、その上清を採取して後の検討に用いた。今回はIL-2とIL-6の測定を行なった。(結果)LPS及びGBSの刺激によってコントロール群に比較して、IL-2及びIL-6は有意に賦活された。その賦活はATIIIの存在によって有意に減少した。(結論)ATIIIがラットの敗血症性ショックの生存率改善に対し、炎症性アラキドン酸代謝産物及びサイトカイン産生の直接的な抑制が関与している可能性が示唆された。14年度:グラム陽性菌の産生するスーパー抗原のショックを引き起こす作用について検討するために、東レ(株)とスーパー抗原吸着カラムを開発し、グラム陽性菌によって発症した敗血症性ショック時のスーパー抗原の果たす役割について検討した。(方法)日本白色家兎(n=16)を用い、ネンブタールの投与によって麻酔下に、開腹し、盲腸を回盲弁の直下で結紮した後、1cmの穴を開けた後閉腹し、TSST-1産生標準黄色ブドウ球菌FRI1169を6 x 10^8 cfu/kg腹腔内に投与し実験に供用した。その後の血行動態の変化や、TSST-1などのスーパー抗原の産生量を検討した。さらに体外循環下にスーパー抗原吸着カラムを使用しその種々のパラメータに対する影響を検討した。(結果)16頭全ての動物でTSST-1は100pg/ml以上に上昇した。全動物の平均生存時間が7.6_±1.7時間であった。スーパー抗原吸着カラムによって、ショックになるまでの時間が有意に延長し、TSST-1の産生が減少した。AntithrombinIII(ATIII敗血症性ショックに対し有効である機序については未だ知られていない。これまでに我々はラットのCLPモデルを用いてAT3III症の生存率に対する効果を検討すると共に、そのモデルでの血清中のアラキドン酸代謝産物及びサイトカインを経時的に測定した。その結果、ATIIILPによるラットの敗血症性ショックの生存率改善に対し有効であり、同時に血中の炎症性アラキドン酸代謝産物及びサイトカイン産生の抑制が生じることを報告した。今回は、そのATIIIメディエータ産生抑制の機序が、抗凝固作用による間接的なものか、細胞に対する直接作用かを検討するために、ラットの腹腔内マクロファージを用いて各種刺激によるメディエータ産生に対するATIII果を検討した。(方法)動物はWister雄性ラット(200-280g)を用いる。エーテル麻酔下に開腹し、型通りマクロファージを採取した。細胞を刺激するものとして、エンドトキシン(LPS)1,10,50(μg/ml)及びheat-killed group B

streptococcus(GBS)1,10,50(μg/ml)を用い、その各々にATIII,10,50(U/ml)の濃度になるように調製して添加し12時間培養した後、その上清を採取して後の検討に用いた。今回はIL-2とIL-6の測定を行なった。(結果)LPS及びGBSの刺激によってコントロール群に比較して、IL-6は有意に賦活された。その賦活はATIII在によって有意に減少した。一方、IL-2も同様に刺激によって賦活され、ATIIIによって減少傾向を示した。(結論)ATIIIが盲腸結紮モデルによって作成されたラットの敗血症生ショックの生存率改善に対し有効であり、その機序に血中の炎症性アラキドン酸代謝産物及びサイトカイン産生の直接的な抑制が関与している可能性が示唆された。13年度:ATIIIのメディエータ産生抑制の機序が、抗凝固作用による間接的なものか、細胞に対する直接作用かを検討するために、ラットの腹腔内マクロファージを用いて各種刺激によるメディェータ産生に対するATIIIの効果を検討した。(方法)エーテル麻酔下のラットから、型通りマクロファージを採取した。細胞を刺激するものとして、エンドトキシン(LPS)及びheat-killed groupB streptococcus(GBS)を用い、その各々にATIIIを添加し、12時間培養した後、その上清を採取して後の検討に用いた。今回はIL-2とIL-6の測定を行った。(結果)LPS及びGBSの刺激によってコントロール群に比較して、IL-2及びIL-6は有意に賦活された。その賦活はATIIIの存在によって有意に減少した。(結論)ATIIIがラットの敗血症性ショックの生存率改善に対し、炎症性アラキドン酸代謝産物及びサイトカイン産生の直接的な抑制が関与している可能性が示唆された。14年度:グラム陽性菌の産生するスーパー抗原のショックを引き起こす作用について検討するために、東レ(株)とスーパー抗原吸着カラムを開発し、グラム陽性菌によって発症した敗血症性ショック時のスーパー抗原の果たす役割について検討した。(方法)日本白色家兎(n=16)を用い、ネンブタールの投与によって麻酔下に、開腹し、盲腸を回盲弁の直下で結紮した後、1cmの穴を開けた後閉腹し、TSST-1産生標準黄色ブドウ球菌FRIII69を6x10^8cfu/kg腹腔内に投与し実験に供用した。その後の血行動態の変化や、TSST-1などのスーパー抗原の産生量を検討した。さらに体外循環下にスーパー抗原吸着カラムを使用しその種々のパラメータに対する影響を検討した。(結果)16頭全ての動物でTSST-1は100pg/ml以上に上昇した。全動物の平均生存時間が7.6±1.7時間であった。スーパー抗原吸着カラムによって、ショックになるまでの時間が有意に延長し、TSST-1の産生が減少した。
イオン液体に基づく新しい2相系抽出分離

本年度はイオン液体/無機塩系水性二相(ATPS)による生体高分子であるタンパク質の抽出を検討した.これまでウシ血清アルブミンの抽出率100%を達成した報告もされているが,従来用いられているイオン液体は精製が非常に難しいことがから高コストである.そこで,本研究ではプロトン性イオン液体(PIL)に注目した.プロトン性イオン液体は酸と塩基の等モルの中和反応により合成される常温で液体状態のオニウム塩で,従来型のイオン液体に比べ極めて安価に製造できる.本研究では種々のプロトン性イオン液体を合成し,これらが従来型のイオン液体の代替として水性二相系が成立するかどうかを検討し、さらにこの新しい水性2相系で種々のタンパク質の抽出実験を行った。まずギ酸もしくはプロピオン酸とピロリジンから合成されたPILとリン酸水素2カリウムもしくはリン酸3カリウムを混合することでPIL/salt系水性二相が得られた.しかしリン酸3カリウムタンパク質の抽出においては沈殿が見られ抽出率も低く不適である.塩としてリン酸水素2カリウムを用いると,ギ酸とピロリジンから成るPILを用いた抽出実験を行った4種類のタンパク質において塩濃度の上昇が塩析効果を強くし,抽出率の増加を導く結果が得られ、塩濃度35%においてはすべてのタンパク質が70%を超える抽出率を得られ,特にヘモグロビンとアルブミンにおいては86.3、82.2%と高い抽出率を得ることができた.pH依存性実験から塩析効果だけでなくタンパク質とPILの静電相互作用も抽出率に影響を与えることが示唆された.以上本年度の主な成果は新規にプロトン性イオン液体を用いたタンパク質の抽出に成功したことである.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。イオン液体は,従来の溶媒にはない性質を持つ新たな媒体であるが,イオン液体そのもののコストが高く,経済的には回収再利用する必要があるが,それらの蒸気圧が非常に高いことから,その回収に問題があった.そこで本研究では安価でかつ合成が容易で,回収可能なプロトン性イオン液体およびイオン液体類似体である融点降下溶媒(DES)を用いて新しい2相分離系を構築しようとするものである.本年度はその目的達成のために以下の検討を行った.1)プロトン性イオン液体から形成される水性2相系を用いたジオールの分離:バイオポリマーの原料である1,3-プロパンジオールの分離をプロトン性イオン液体と塩から形成される水性2相系を用いて行った.ピロリジンープロピオン酸からなるプロトン性イオン液体が効果的であることが分かった.2)DESから形成される水性2相系を用いた蛋白質の分離:当初分離剤としてより環境負荷の小さな糖を用いてきたが,水性2相は形成されず代わりに塩を用いることで,DESからなる水性2相系においてアルブミンの抽出に成功した.3)プロトン性イオン液体を抽出溶媒にした木材チップからの多糖抽出:これまで木材チップからセルロースなどの抽出は主に水熱法が用いられてきたが,セルロースよりも等への分解が容易なヘミセルロースを選択的に抽出する計について検討を行った.ピロリジンー酢酸からなるプロトン性イオン液体が効果的であることが分かった.4)DESを含む高分子膜によるアミノ酸の分離:これまでイオン液体を含む膜による物質分離が行われてきたが,DES膜については初めての試みである.テトラブチルアンモニウムブロミドとデカン酸からなるDESからなる膜により,トリプトファンの能動輸送が達成できた.これまでのところ,予定していた回収可能なイオン液体(プロトン性イオン液体や融点降下溶媒)を用いた分離に関する検討が順調に進んでいる.しかしプロトン性イオン液体物性に関する測定が測定装置の不備で十分に行えなかった.またタンパク抽出における検討においても当初は分離剤として糖を予定していたが,糖は分離剤として働かなかったため塩系で抽出実験を行った.一方でプロトン性イオン液体を用いた木材チップからのヘミセルロース抽出,DES膜によるトリプトファンの分離などこれまで報告されていない分離系を見出すことができた.水性2相系における液-液抽出は上相および下相の含水率が高く、環境に低負荷の物質で構成されるとともに、穏和な条件下で抽出できる利点を持ち、タンパク質のような生体物質の分離やバイオ医薬品の回収など幅広い分野で利用されている。従来の水性2相系の一般的な構成成分はポリマー/塩またはポリマー/ポリマー系である。しかしこれらの系では目的物を抽出した後に、ポリマーからそれらを分離する必要がある。そこで本研究では、イオン液体を溶媒として利用する水性2相系に着目した。さらに最近、新たなイオン液体類似体として、融点降下溶媒(DES)が注目されている。DESは四級アンモニウム塩である水素結合受容体と水素結合供与体からなる共晶混合物であり、DESは、非常に容易な合成プロセス、低毒性そして低コストという、従来のイオン液体の欠点を補完する特徴を持つことから、今後の溶媒としての利用が期待される。本研究では、まず従来のイオン液体であるイミダゾリウム系イオン液体と新規溶媒であるDESを用いた水性2相系によるタンパク質の抽出について検討した。塩濃度が増加すると、抽出率および上相の含水率が減少する結果となった。このことからタンパク質の抽出には、タンパク質が水和水と共に上相に分配されるという共抽出作用の存在が確認できた。最大の抽出率は83.5 %となった。

バイノーダル曲線や相挙動から、イミダゾリウム型イオン液体はDESと比較して2相形成能力が高いが、抽出能力は若干小さかった。以上イオン液体系水性2相がタンパク質抽出に利用できることがわかった。さらに再生利用可能なプロトン性イオン液体を用いた有機酸の水性2相抽出も検討し、相図や有機酸の分配挙動に及ぼす諸条件の影響を検討した。その結果乳酸抽出には、ピロリジン/プロピオン酸からなるプロトン性イオン液体が最適であることを見出した。イオン液体を利用した水性2相系は多く報告されているが、高価である欠点があった。ここでは簡単に安価な原料から合成できるプロトン性イオン液体やDESがタンパク質や有機酸などの分離に有効であることを見出している。プロトン性イオン液体の沸点測定が予想外に難しく、多くのプロトン性イオン液体で測定できなかった。今後は装置を改良し、より多くの回収可能なイオン液体の沸点を測定する予定である。本年度はイオン液体/無機塩系水性二相(ATPS)による生体高分子であるタンパク質の抽出を検討した.これまでウシ血清アルブミンの抽出率100%を達成した報告もされているが,従来用いられているイオン液体は精製が非常に難しいことがから高コストである.そこで,本研究ではプロトン性イオン液体(PIL)に注目した.プロトン性イオン液体は酸と塩基の等モルの中和反応により合成される常温で液体状態のオニウム塩で,従来型のイオン液体に比べ極めて安価に製造できる.本研究では種々のプロトン性イオン液体を合成し,これらが従来型のイオン液体の代替として水性二相系が成立するかどうかを検討し、さらにこの新しい水性2相系で種々のタンパク質の抽出実験を行った。まずギ酸もしくはプロピオン酸とピロリジンから合成されたPILとリン酸水素2カリウムもしくはリン酸3カリウムを混合することでPIL/salt系水性二相が得られた.しかしリン酸3カリウムタンパク質の抽出においては沈殿が見られ抽出率も低く不適である.塩としてリン酸水素2カリウムを用いると,ギ酸とピロリジンから成るPILを用いた抽出実験を行った4種類のタンパク質において塩濃度の上昇が塩析効果を強くし,抽出率の増加を導く結果が得られ、塩濃度35%においてはすべてのタンパク質が70%を超える抽出率を得られ,特にヘモグロビンとアルブミンにおいては86.3、82.2%と高い抽出率を得ることができた.pH依存性実験から塩析効果だけでなくタンパク質とPILの静電相互作用も抽出率に影響を与えることが示唆された.以上本年度の主な成果は新規にプロトン性イオン液体を用いたタンパク質の抽出に成功したことである.今後は,「現在までの進捗状況」で述べたように十分行えなかったプロトン性イオン液体の沸点などの物性の測定を,装置を一新して試みる予定である.そのほか研究計画書に記載した事項は若干の系の変更はあるものの計画通りに遂行できるものと考えられる.さらにプロトン性イオン液体のヘミセルロース抽出やDES膜分離などは新規な分離系であり並行して,その分離系の特徴を明らかにしていく予定である.今後はこれまでの新規の再生可能なイオン液体を用いた水性2相抽出系を実際の発酵生産された乳酸の分離に応用する。
概日時計システムの頑強性と時差の分子神経機構の体系的理解と時差病態治療への応用

21世紀は経済のグローバリゼーションの世紀であり、利益や利便性を求めた24時間社会の進行につれて、シフトワーカー(交代制勤務者)の需要も増大してきた。しかし、看護師等を対象とした疫学研究により、シフトワークは生活習慣病やガンのリスク要因となることが示された。また、シフトワーカーの動物モデルとして、行動リズムと環境の明暗リズムを常に乖離させる慢性時差環境下での研究があるが、興味深いことに、老齢マウスを慢性時差環境下におくと死亡率が増加する、という報告がなされた。この原因として、内因性リズムと環境の明暗リズムの恒常的な乖離が示唆されたが、これまでこの仮説を検証する適切な動物モデルがなく、研究は進められていなかった。ホルモンや体温のリズムなど、概日リズムを統括する中枢は、脳の視交叉上核(SCN)である。私たちはこれまでに、SCNで高発現するバソプレッシンに着目し、バソプレッシンV1aとV1b受容体を共に欠損したダブルノックアウト(V1aV1bDKO)マウスが時差症状を全く示さないことを報告した。続いて私たちは、この時差のないV1aV1bDKOマウスが、老齢期の慢性時差による死亡を改善するかどうかを検証した。慢性時差環境下にて老齢の野生型(WT)マウスを飼育すると、マウスは本来夜行性であるにも関わらず日中での行動も観察され、次々と死亡した。一方で、V1aV1bDKOマウスは慢性時差環境下でも明暗前進の都度行動リズムを前進させ、行動と明暗リズムの脱同期は観察されず、その生存率はWTマウスと比べて有意に上昇した。さらに私たちは、老齢のWTマウスにおいても、SCNにV1aとV1b受容体のアンタゴニストを継続的に投与することで、慢性時差環境下での生存率を上昇させることに成功した。本研究は、これまで実質的な対処法がなかったシフトワーカーの病態に対する創薬を加速させるものと期待できる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々に内在する概日時計システムは、進化上高度に保存された形質である。組織破壊や移植実験から、時計の中枢は脳の視交叉上核(SCN)であることがわかった。しかしながら、個々のSCN神経細胞やSCN切片では、個体で観察されるような安定した固有周期を示さないことから、個体全身に張り巡らされた時刻制御ネットワークにより、概日時計の恒常性が形成されると考えられている。しかしながら、この分子・神経回路の実態はほとんど不明である。そこで、私は時差実験を利用して、このシグナル伝達網の解明を試みている。時差により明暗位相を急激に変動させると、SCNはそれまでの安定振動を一旦破棄し、その後に新明暗位相に応じた概日振動を再構築する。この再構築に関与する分子神経機構を解明することで、恒常性を担う時刻制御網を同定する。私はSCNをターゲットとした時差責任分子のスクリーニングを行い、時差後の新しい明暗環境に再同調するのに野生型マウスでは10日程度を要するところ、バソプレッシン(AVP)の受容体であるV1aとV1bを共に欠損したダブルノックアウトマウス(V1aV1bDKOマウス)では瞬時に再同調することを見出した。また、野生型マウスのSCNにV1aとV1bのアンタゴニストを投与することで、時差期間を半減させることに成功した。このことより、概日時計の恒常性はSCNのみならず、他の器官・組織によっても制御されると示唆される。そこで、V1aおよびV1b受容体のそれぞれが、体のどの部位で、どのようなシグナル伝達を介して時差を制御するのかの解明を試みている。また、実際の時差環境下での動物のSCNにおける時計遺伝子を測定するには、自由行動下の動物のSCNにおける時計遺伝子のリアルタイムモニタリングが必要であるが、私は今回、自由行動下のラットSCNからの時計遺伝子Per1とPer2のモニタリングに成功した。本年度の計画の一つとして、自由行動下動物のSCNにおける時計遺伝子のin vivoリアルタイムモニタリング概日振動解析をあげていたが、私は、Per1あるいはPer2のプロモーターでルシフェラーゼ(luc)を発現する2種類のトランスジェニックラット(Per1-lucラットおよびPer2-lucラット)を用いて、この課題に取り組んだ。自由行動下のこれらのラットSCNに光ファイバーを挿入し、ルシフェラーゼの基質であるルシフェリンを浸透圧ポンプによりSCNに持続投与した。また、ラットが自由に行動できるように、光ファイバーをシーベルで連結し、生体発光の計測は、恒暗条件下で行った。すると、Per1-lucラットおよびPer2-lucラットのどちらを用いた場合でも、長期間にわたって明瞭な概日リズムを示す生体発光を計測することに成功した。これらの発光リズムを解析したところ、振動の大きさは共におよそ2倍であり、周期長はどちらも24時間であった。しかし、振動のピーク時刻は異なっており、Per1-lucの発光ピークは主観的明期の中頃に、Per2-lucの発光ピークはそれより3時間程度遅れていた。これらのピーク時間の違いは、レーザーマイクロダイセクション法を用いて、SCNのみを単離したサンプルを用いたリアルタイムPCR法による定量によっても示された。

したがって、今後は、時差のようなSCNへの外乱環境下で、Per1やPer2がどのように変動するかをモニターし、これらの再同調過程や行動リズムとの関連の解明へと研究を展開することができることとなった。グローバル経済を担う24時間体制の工場や物流・輸送サービスあるいは不夜城と化した警察や消防、病院といった社会施設は、今日の私たちにとって必須の生活基盤である。近年、時差勤務に基づく乱れた生活リズムのため、シフトワーカーが睡眠障害やうつ病あるいは生活習慣病を高頻度で発症することがわかってきた。しかし、時差の実態に迫る研究は皆無で、そのメカニズムはほとんど不明であった。そこで、私たちは、概日リズムの中枢である視交叉上核(SCN)をターゲットとし、時差を制御するSCNの分子神経機構の解明を試みている。これまでに私たちは、バソプレッシン(AVP)の受容体であるV1aとV1bを時差制御分子として同定した。SCNの約半数の神経細胞はAVPを発現しているが、このAVP神経細胞は、V1aおよびV1b受容体も発現し、お互いの細胞間でSCN内の局所神経回路を形成する。私たちは、V1aとV1b受容体を、共に全身で欠損したダブルノックアウトマウス(V1aV1bDKOマウス)を作製し、マウスを飼育する明暗環境を8時間前進あるいは後退させるという時差実験を行った。野生型(WT)マウスでは、時差の後、新しい明暗環境に再同調するのに10日程度を要したが、V1aV1bDKOマウスでは、瞬時に再同調した。しかしながら、なぜ、WTマウスでは再同調が遅く、V1aV1bDKOマウスは時差症状を示さないのかは不明であった。そこで、私たちは今回、SCNの組織形態学に基づいた数理モデルを作成し、時差環境下における各SCNコンパートメントの振動体のふるまいをシミュレーションしたところ、時差変動を複数回に分割すると再同調は早くなると予測された。次に、これをマウスを用いて検討したところ、その妥当性が示された。本研究の成果は、SCNの概日リズム頑健性の神経機構の解明のみならず、シフトワーカー病態の軽減にも寄与するものである。時差環境下のマウスSCNにおける時計遺伝子の発現振動は、V1aV1bDKOのSCNではその振動位相と振幅は瞬時に再同調するものの、WTのSCNでは時差直後は一旦振動を停止し、その後少しずつ振動の振幅が回復し、時差後8日ほどで振幅と位相が時差前のように回復する。しかしながら、なぜそのようなふるまいを示すのかは不明であった。そこで私たちは、SCNの組織形態学に基づいた数理モデルを作成した。具体的には、明暗シグナルを受容するVIP細胞とVIP細胞から投射するAVP細胞(SCNではAVP細胞同士で神経回路を形成するが、この結合を評価するためAVP細胞を2つの集団に分けた)の3つの振動体によりSCNを構成する数理モデルということになる。この数理モデルでは、上記の時差環境下におけるWTマウスのSCNでの概日振動の変遷パターンを忠実に再現した。特に、数理モデルでは、時差直後に2つのAVP細胞が特異な振動位相を形成し、お互いのその後の位相変動を停止ないし著しく減弱するという結果になった。このアイデアは、現時点では動物実験では得ることが非常に困難であり、数理モデルの有用性を示す一例と考えられる。
集団遺伝学の確率モデルに関連した確率解析

確率的要因を含む様々な集団遺伝学モデルに対して、以下の研究を行った。ランダムな環境変動(確率的自然淘汰)を第2の確率的要因とする2つの確率モデル(ライト=フィッシャー・モデルとモラン・モデル)の解析とこれらのモデル間の関係を明らかにした。また、互助的相互作用を伴う多次元確率モデルを間接的な互助的相互作用の効果や遺伝子重複を含む場合に拡張し、境界点への初期到達時間に関する諸性質を明らかにした。さらに、モラン・モデルの強自然淘汰・弱突然変異極限の諸性質を解明した。「自然淘汰の相互作用を伴う多次元確率モデルの研究」の一環として、互助的相互作用による分子進化の機構を記述する集団遺伝学における複雑な確率モデル(間接的な相互作用を伴う互助的中立突然変異モデル)に関して以下の解析を行った。このモデルは本来、15次元の複雑なマルコフ連鎖、もしくは、拡散過程として記述されるが、変数の個数が多いためにその解析が困難である。そのため、2013年9月にミュンヘン大学を訪問した際のWolfgang Stephan教授との研究討論を踏まえて、この複雑な15次元確率過程をより解析が容易な7次元マルコフ連鎖、もしくは、拡散過程で近似することを立案した。この方針にしたがって、まず、間接的な相互作用を伴う互助的中立突然変異モデルを7次元マルコフ連鎖として定式化した。次いで、このマルコフ連鎖のある境界点への初期達時間の性質を、確率解析とコンピュータ・シミュレーションを併用して考察した。その結果、この確率過程を定義するパラメータの組に関して、多くの場合、間接的な相互作用の存在が初期到達時間の平均を、間接的な相互作用が存在しない場合に比して短くすることが判明した。この結果は、Wolfgang Stephan教授のグループによる分子進化に関するデータ解析結果と整合性を持つことを示している。「集団遺伝学におけるランダムな媒体中の確率過程の研究」に関しては、ランダムな環境下でのモラン・モデルを定式化し、極限定理を証明するための準備的研究を行った。また、このモデルに関連して、モラン・モデルが適切な時間スケーリングと弱突然変異の下で、連続時間飛躍型マルコフ過程に有限次元分布の意味では収束するが、この収束は確率過程を定義する関数空間の測度の弱収束には拡張できないことを証明し、その結果を学術論文として公表した。「自然淘汰の相互作用を伴う多次元確率モデルの研究」の一環として、互助的相互作用による分子進化の機構を記述する集団遺伝学における複雑な確率モデルに関して以下の解析を行った。このモデルは本来、15次元の複雑なマルコフ連鎖として記述されるが、この複雑な15次元確率過程をより解析が容易な7次元マルコフ連鎖で近似した(間接的な相互作用を伴う互助的中立突然変異モデル)。このマルコフ連鎖は究極的にある境界点へ到達するが、大別して3つの経路が存在する。まず、各々の見本路をこれらの3経路のいずれに属するかの判定基準をあるマルコフ時間を用いて分類した。さらに、このマルコフ時間が1次元拡散過程のある初期到達時間で近似できるための条件を求めた。次いで、上記の境界点への初期到達時間の平均を7次元マルコフ連鎖のコンピュータ・シミュレーションを用いて定量的に解析した。その結果、3つの経路の相対的使用頻度と、各々の経路に制限した初期到達時間の条件付き平均の性質が明らかになった。また、この確率モデルの汎用性を高めるために、中間状態の有害度の一般化と各状態への突然変異率の非対称性の効果を導入し、これらの一般化がモデルの性質にどのような影響を与えるかを解析した。「集団遺伝学におけるランダムな媒体中の確率過程の研究」に関しては、ランダムな環境下でのモラン・モデルX(t)の1次と2次のモーメントの収束を証明し、このモデルの極限として現れる1次元拡散過程の候補を同定した。また、このモデルに関連して、モラン・モデルの適切な時間スケーリングの下での強自然淘汰・弱突然変異として得られる連続時間飛躍型マルコフ過程は1次元双一般化拡散過程であるが、この極限過程が強マルコフ性を有することを証明し、その結果を学術論文として公表した。このモデル(15次元マルコフ連鎖として記述される)をより解析が容易な7次元マルコフ連鎖(間接的な相互作用を伴う互助的中立突然変異モデル)で近似し、究極的に到達するある境界点への平均待ち時間について以下の解析を行った。前年度まではこの境界から最も離れた点を初期値とする初期条件から出発した場合の解析を行ってきたが、今年度は中間の点にも初期分布をもつ場合を考察した。次いで、平均初期到達時間が個体数と他のパラメータ(たとえば、突然変異率や組換え率)の積に依存するか否かを考察した。前年度までは個体数を250に固定して、上記の境界点への初期到達時間の平均を7次元マルコフ連鎖のコンピュータ・シミュレーションを用いて定量的に解析してきた。今年度は個体数が2500の場合のコンピュータ・シミュレーションを行った。その結果、平均初期到達時間が、個体数と他のパラメータの積に依存しないことを明らかにした。さらに、前年度までは、遺伝子間の相対的位置を記述する組換え率に関しては、ある特定の値について解析を行ってきた。今年度はこれとは異なるいくつかの値に関する解析を行い、モデルの性質と汎用性を考察した。これらの結果を論文にまとめて学術雑誌に発表した。

「集団遺伝学におけるランダムな媒体中の確率過程の研究」に関しては、これまでにランダムな環境下でのモラン・モデルの極限過程である1次元拡散過程が、ランダムな環境下でのライト=フィッシャー・モデの極限過程である1次元拡散過程と同一である可能性を考察してきた。今年度はこれらの2つのモデルに遺伝的浮動という確率的効果を導入すると、それらの拡散近似は同一ではないことを示唆する結果を得ることができた。上記の研究実績の概要は、当該年度の研究計画として記載した内容がおおむね順調に進展していることを示している。「自然淘汰の相互作用を伴う多次元確率モデルの研究」については、間接的な相互作用を伴う互助的中立突然変異モデルに関して、7次元マルコフ連鎖とそれを近似する7次元拡散モデルを用いて、ある境界点への初期到達時間に関する追加的解析を行った。すなわち、中間の点にも初期分布をもつ場合の解析、平均初期到達時間が個体数と他のパラメータの積に依存するか否かの考察、遺伝子間の相対的位置を記述するパラメータである組換え率の値の一般化を行った。前年度までの結果とこれらの結果を統合して学術論文を作成し公表した。「集団遺伝学におけるランダムな媒体中の確率過程の研究」については、環境変動(確率的自然淘汰)を確率的要因とするモラン・モデルとライト=フィッシャー・モデルは同一の拡散過程を極限過程とすることが示唆されているが、これらのモデルに更なる確率的要因として遺伝的浮動を導入すると極限過程としての拡散過程は異なっていることを示唆する結果を得ることができた。「自然淘汰の相互作用を伴う多次元確率モデルの研究」の一環として、昨年度までに、間接的な作用を含む互助的相互作用による分子進化の確率モデルの解析を終了し、その成果を学術論文として公表した。本年度は、このモデルと共通点をもつ遺伝子重複を伴う互助的相互作用による分子進化の確率モデルの定式化と基本性質の解明を行った。そのためには、自然淘汰様式を適切に変更し遺伝子変更と呼ばれる重複遺伝子と対応する元々の遺伝子間での状態の変更を起こす要因を新たに導入する必要がある。このようにして定式化されたモデルは多次元マルコフ連鎖、もしくは、拡散過程として記述される。拡散モデルを用いてある境界に到達する平均待ち時間を偏微分方程式として表現した。この結果により、遺伝子変更の効果は一見すると復帰突然変異の効果と類似しているが、より深く考察すると複雑な挙動を誘発することが示唆される。しかしながら、偏微分方程式の解析は容易ではないので、マルコフ連鎖モデルのコンピュータ・シミュレーションを用いて遺伝子変更が平均待ち時間に与える影響を定量的に解析した。「集団遺伝学におけるランダムな媒体中の確率過程の研究」に関しては、これまでにランダムな環境下でのモラン・モデルとライト=フィッシャー・モデルの極限過程である2つの拡散過程が同一でない可能性を考察してきた。今年度はランダムな環境を2値マルコフ連鎖で記述することにより、2つのモデルの2次モーメント(分散)の極限が異なることを明らかにした。
分散不均一なデータにおけるモデル選択

まず分散不均一な場合のモデル選択を考えるにあたって、分散を推定させるように正規乱数からデータを発生させた。いくつかの違う分散をもつグループを何パターンかにわけて乱数を発生させ、直接分散を推定して、以前考えた真の母数がわかっている場合のモデルの選択式に代入してみた。その結果はとくにクラスの数が比較的多くて、しかも分散の不均一性の度合が非対称の場合、OLSの方が良いと間違える場合が増加する傾向にあることがわかった。このこと自体は以前からの研究でも予想できるものであったが、分散を推定させる場合はかなりはっきりと傾向がでていた。そこでむしろ分散の不均一性の度合をある一定水準からの距離の差の大小で、それ以上ならば推定された分散を使い、それ以下のものは以たような距離のものは一まとめにしておくことにした。そうやって推定するべきパラメータの数を予備的に減少させ、さらに非対称か対称かあいまいなものは積極的に対称だとすると少しばかりモデル選択を間違う度合が減少する結果となった。ただしこの結果はデータの数に依有してしまうので、特に非対称か対称かを決める問題ではデータの数が少ないほど意味を持つ。またこの問題を固有値、固有ベクトルの問題におきかえてシミュレーションをやってみたが普通に分散を推定させた時と較べても結果は変わらなかった。またデータの数が多数のときは普通に2段階最小2乗法を行うと結果はあまり変わらなかった。
リアルワールド応用低消費電力リコンフィギャラブルVLSIプロセッサの開発

安全性・セキュリティの確保などを重視した「人にやさしい情報杜会」を実現するためには,動的に変化するリアルワールド環境を自律的に認識し,人間を支援する知能システムを実現するためには,膨大なリアルワールド情報を瞬時に処理する高性能な専用VLSIプロセッサの構成が望まれる.従来の専用プロセッサの開発方法は,(1)フルカスタム方式,(2)FPGA(書き換え可能ゲートアレイ)を用いた方法に大別される.フルカスタム方式,すなわちASICで実現するアプローチでは,開発コストが高く、よほど大量のチップが市場に出荷されることでなければ、現実性に乏しい.一方,従来のFPGAを用いた方法では,ユーザープログラムにより機能を変更できるため低コスト化が可能である.しかしながら,演算器間の相互結合網が複雑であるため演算器間の通信時間がボトルネックとなる,メモリを用いて等価的に演算器を実現しているため性能が大幅に低下するなどの問題がある.このような問題を解決するために,本研究では,応用に応じて最適な並列構造を再構成できるリコンフィギャラブルVLSIプロセッサの開発を行う.本年度は,高性能化を指向したリコンフィギャラブルVLSIプロセッサのアーキテクチャとして,演算器稼働率を高めるためのビットシリアルメモリベースセルを提案した.メモリベーストセルを用いない場合に比べ2倍程度の高性能化を達成できることを明らかにした.安全性、セキュリティの確保などを重視した「人にやさしい情報社会」を実現するためには,動的に変化するリアルワールド環境を自律的に認識し,人間を支援する知能システムを実現するためには,膨大なリアルワールド情報を瞬時に処理する高性能な専用VLSIプロセッサの構成が望まれる.従来の専用プロセッサの開発方法は,(1)フルカスタム方式,(2)FPGA(書き換え可能ゲートアレイ)を用いた方法に大別される.フルカスタム方式,すなわちASICで実現するアプローチでは,開発コストが高く、よほど大量のチップが市場に出荷されることでなければ、現実性に乏しい.一方,従来のFPGAを用いた方法では,ユーザープログラムにより機能を変更できるため低コスト化が可能である.しかしながら,演算器間の相互結合網が複雑であるため演算器間の通信時間がボトルネックとなる,メモリを用いて等価的に演算器を実現しているため性能が大幅に低下するなどの問題がある.また,プロセッサの設計においては、熟練した設計者の経験に頼った職人的手法が用いられており,VLSIの大規模化に伴い,開発期間の増大,品質の低下が問題となっている.そのため,消費電力,チップ面積等の制約条件下で,処理時間を最小化するような並列構造プロセッサの最適構成理論が望まれている.本研究では、応用に応じて最適な並列構造を再構成できるリコンフィギャラブルVLSIプロセッサの開発と,その最適設計理論の構築を目的とする.本年度は,高性能化を指向したリコンフィギャラブルVLSIプロセッサのアーキテクチャとして,(1)専用の演算回路に基づく高速な処理要素(PE),(2)隣接間通信を徹底化した高速な相互結合網といった特長を有するアーキテクチャを確立した.その結果,従来のFPGAに比べ同一面積で,20倍以上の高性能化を達成できることを明らかにした.安全性・セキュリティの確保などを重視した「人にやさしい情報杜会」を実現するためには,動的に変化するリアルワールド環境を自律的に認識し,人間を支援する知能システムを実現するためには,膨大なリアルワールド情報を瞬時に処理する高性能な専用VLSIプロセッサの構成が望まれる.従来の専用プロセッサの開発方法は,(1)フルカスタム方式,(2)FPGA(書き換え可能ゲートアレイ)を用いた方法に大別される.フルカスタム方式,すなわちASICで実現するアプローチでは,開発コストが高く、よほど大量のチップが市場に出荷されることでなければ、現実性に乏しい.一方,従来のFPGAを用いた方法では,ユーザープログラムにより機能を変更できるため低コスト化が可能である.しかしながら,演算器間の相互結合網が複雑であるため演算器間の通信時間がボトルネックとなる,メモリを用いて等価的に演算器を実現しているため性能が大幅に低下するなどの問題がある.このような問題を解決するために,本研究では,応用に応じて最適な並列構造を再構成できるリコンフィギャラブルVLSIプロセッサの開発を行う.本年度は,高性能化を指向したリコンフィギャラブルVLSIプロセッサのアーキテクチャとして,演算器稼働率を高めるためのビットシリアルメモリベースセルを提案した.メモリベーストセルを用いない場合に比べ2倍程度の高性能化を達成できることを明らかにした.
グルタミン酸アンパ受容体I型、II型の発現制御の解析

グルタミン酸受容体サブユニツト1、2(AMPAtype)の5'上流ゲノム部分がラツト中枢神経系初代培養にて機能することがわかつた。すなわち、ラツトcDNAで、マウス(DBA/2)ジェノミツクライブラリイからグルタミン酸受容体サブユニツト1、2の5'上流ゲノム部分、各々3Kb、5Kbを単離し、レポータ遺伝子に連結して中枢神経系の初代培養等にトランスフェクタム(transfectum、PROMEGA)をつかつて遺伝子導入した。このとき、高感度に検出するためにレポータ遺伝子としてルシフェラーゼ遺伝子をつかつた。その結果心臓の初代培養ではグルタミン酸受容体サブユニツト1(GluR1)が1.2%、グルタミン酸受容体サブユニツト2(GluR2)が0.5%であるのに対し、海馬初代培養では、GluR1が44.3%、GluR2が66.4%であることがわかつた。大脳皮質、小脳ではGluR1は9.2%、1.9%、GluR2は24.7、8.1%であつた。以上よりグルタミン酸受容体サブユニツト1、2の5'上流ゲノム部分、各々3Kb、5Kbは、正常な制御領域を含んでいる可能性がある。次の段階として、実際にどの細胞で機能しているかを明らかにした。すなわち、レポータ遺伝子をルシフェラーゼ遺伝子からベータガラクトシダーゼ遺伝子に交換し、カバーガラス上にはやした初代培養細胞に遺伝子導入した。以上より、グルタミン酸受容体サブユニツト1、2の5'上流ゲノム部分、各々3Kb、5Kbは、神経細胞に特異的に機能する部分を含んでいることがわかつた。より生理的な状態でこれらの活性を調べるためにグルタミン酸受容体サブユニツト1、2の5'上流ゲノム部分、各々3Kb、5Kbに、ベータガラクトシダーゼ遺伝子を連結し、トランスジェニツクマウスを作製した。その結果、グルタミン酸受容体サブユニツト1のコンストラクトによつて大脳皮質感覚領の神経細胞が染まるものが1系統得られた。また、グルタミン酸受容体サブユニツト2のコンストラクトによつて偏桃核と下丘の神経細胞が染まるものが1系統得られた。よつて、グルタミン酸受容体サブユニツト1、2の5'上流ゲノム部分、各々3Kb、5Kbは、生理的にも、内在性のグルタミン酸受容体サブユニツト1、2同様、中枢神経系の神経細胞で機能することが明らかとなつた。