hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海岸砂丘発達史復元のための統合調査解析手法の確立

日本の海岸砂丘は過去の気候変動や人間活動に関連して発達してきた.その堆積物は逆に,これらの事象の重要な記録だが,近年は手法の限界から研究が進展してこなかった.鳥取砂丘に地中レーダと砂の年代測定による新しい調査手法を適用し,過去500年間の発達史を詳細に明らかにした.ここで確立した手法を他地域の砂丘に使い,完新世の気候変動の理解や,気候変動と人間活動が海岸地形環境に及ぼす影響を深く探ることが可能になった.日本の海岸砂丘は過去の気候変動や人間活動に関連して発達してきた.その堆積物は逆に,これらの事象の重要な記録だが,近年は手法の限界から研究が進展してこなかった.鳥取砂丘に地中レーダと砂の年代測定による新しい調査手法を適用し,過去500年間の発達史を詳細に明らかにした.ここで確立した手法を他地域の砂丘に使い,完新世の気候変動の理解や,気候変動と人間活動が海岸地形環境に及ぼす影響を深く探ることが可能になった.本年度は,研究対象である鳥取砂丘の調査地での調査体制の確立,ハンドオーガーによる分析試料の採取,露頭での地層観察,外注によるOSL年代測定を行った.科学研究費採択通知後,鳥取大学地域学部の小玉芳敬准教授に協力を要請し, 5月に現地での下見調査と打ち合わせを行った. 7月には現地において7泊8日の地中レーダー探査を行い,海岸線に直交方向の2測線,平行方向の1測線,の合計3測線で,延べ3.5km長,最大深さ25mの地質断面を得た.これらの記録では冬季の北西風による砂丘の発達過程や相対的な堆積の順番,更新世の古砂丘と完新世の新・旧砂丘との区別を行うことができ,ハンドオーガーによる年代試料採取の際の重要な参考となる.地中レーダー探査を行った砂丘地は自然公園の特別保護地区のため,ハンドオーガーによる土砂採取には環境省・文化庁双方の許可が必要で,これらについては1月に追加調査を行うなどして申請し, 3月に許可を得て,次年度の調査に備えた. 10月の調査では自然公園外の露頭において5点のOSL試料を採取し,これは英国シェフィールド大学のMark Bateman博士に分析を依頼し,古砂丘からは35万年前の年代値を得,新砂丘からは300年前の年代値を得た.古砂丘のOSL年代は国内では初の報告例で,氷期における海岸砂丘の活動度を評価する上で重要な結果といえる.以上,初年度の取り組みで得られた結果は, 3月に行われた日本堆積学会においてポスター発表を行った.本年度は,前年度に引き続き,地中レーダ探査,ハンドオーガーによる分析試料の採取と地層観察,OSL年代測定,調査成果のとりまとめを行う.4月の5泊6日の現地調査では,予め環境省と文化庁双方の土砂採取許可を得ていた20地点で,ハンドオーガーにより215m深のボーリングを行い,OSL年代測定に用いる光遮蔽砂試料と粒度分析試料を採取した.また,鳥取砂丘の自然公園内における1測線で地中レーダ探査を行った.5月の現地調査では,砂丘西部の鳥取大学乾燥地研究センター内の4測線で地中レーダ探査を行い,その測線上14地点で38m深のボーリングから試料を採取した.調査前には,共同研究者と打ち合わせを行い,共蓍で鳥取砂丘の地中レーダ断面に関する学会発表を行った.6・7月は,現地で採取した粒度分析試料合計約300点について,沈降管法による粒度分析,色度測定を行った.さらに,採取したOSL年代試料50点を暗室において小型の光遮蔽容器に詰め替えた.83月は,JSPS海外特別研究員の海岸派遣により英国シェフィールド大学で在外研究を行い,そこで鳥取砂丘で採取した試料のOSL年代測定を行った.9月にはイタリアでの国際学会で地中レーダ断面についての発表を行った.2年にわたる研究の結果,鳥取砂丘の砂のうち古砂丘以外の大部分は,400年内以降に再移動・再堆積していることが判明した.砂丘堆積物の堆積年代は100200年前と300350年前ごろに集中しており,これらの時期に飛砂活動が高まったことが明らかになった.特に,300350年前は,マウンダー極小期と呼ばれる小氷期の中でも特に寒さの厳しかった時期で,そういった全球的な気候変動により,例えば冬季の季節風が強まるなど,鳥取の局所的な気候も影響を受け,砂丘における飛砂活動が変動したといえる.
有機溶媒を考慮した反応メカニズム:速度論的実験と新規QM/MM法の開発

本研究計画では、QM/MM法やFragment MO(FMO)法などの新しい理論計算法を用いて有機反応を解析し、ストップトフロー法による速度論実験の成果をあわせ、理論計算法の有効性を示すと同時に有機反応論の新規な概念を創出することを目的とした。QM/MM法による反応解析としては、S_N1反応やS_N2反応として良く知られている一連の脂肪族ハロゲン化アルキルの水中での求核置換反応を取り上げ、反応経路や遷移状態に及ぼす溶媒の効果についてQM/MM法を用いて詳しく検討した。その成果は、国内外のシンポジウム等で発表した。現在、QM/MM法に加えてFMO法による溶液中の有機反応の解析を行っている。また、ニトロアルカン異常性の原因を解明するため、気相、分子クラスターならびに水溶液中でのニトロメタン、ニトロエタン、およびアリールニトロメタン類の酸-塩基平衡の活性化エネルギーと平衡エネルギーを、理論計算により求めた。その結果、ニトロメタンとニトロエタン間の異常性は溶媒を考慮することによってはじめて再現できた。しかしならが、アリールニトロメタン類の示す異常性は水溶液中の理論計算によっても再現できなかった。この問題については、さらにQM/MM法あるいはFMO法を用いて検討する予定である。速度論による研究対象としては、RLiやRMgXのカルボニル官能基への求核付加反応、ケト-エノール互変異性の化学、転位反応や異性化反応など基本的で重要な有機反応を取り上げた。RLiおよびRMgXの反応については、ベンゾフェノンやベンズアルデヒドとの反応の速度をストップトフロー法で測定することによって、これらの試剤の会合状態、遷移状態構造を求め、その反応機構を解明した。これらの他、ニトロアルカン異常性を検証するための速度論的実験も行った。R^1R^2CHC(=O)Xで表される種々のカルボン酸誘導体の内、単離可能なエノール体のpK_<Enol>値を理論計算で予想し、合成する。本年度は、カルボン酸エステルの安定エノールの合成例として最近報告された化合物が真にエノールであるか否かを非経験的理論計算と実験により検証し、その論文が誤りであることを立証、報告した。また、理論計算により、テトラシアノヘキサジエニルカルボン酸の誘導体(エステルや酸ハロゲン化物)が単離可能なエノール体を与える希有な例であることを明らかにした。現在その合成実験が進行中である。ニトロアルカン異常性の原因を解明するため、気相、分子クラスターならびに水溶液中でのニトロメタン、ニトロエタン、およびアリールニトロメタン類の酸-塩基平衡の活性化エネルギーと平衡エネルギーを、理論計算により求めた。その結果、ニトロメタンとニトロエタン間の異常性は溶媒を考慮することによって再現できた。この問題については、さらに検討する予定である。置換基等の電子的摂動よる遷移状態構造の変化の様子を理解するために、アリールエチル系の反応速度や遷移状態構造に対する置換基の効果を理論計算により求め、実験結果と比較検討した。その結果、気相では、置換基による反応性の変化によって遷移状態構造が変化し、その変化はHammett則やBronsted則などの直線自由エネルギー相関(LFER)の曲がりとして観測されることがわかった。一方、溶液中ではそのようなLFERの曲がりは微少であり、ここに溶媒和の効果が働いていることが明らかとなった。遷移状態構造や反応機構の変化に及ぼす溶媒の効果は有機反応論の重要な研究課題であり、さらにQM/MM法の開発と共に、次年度も研究を進めていく予定である。

本研究計画では、QM/MM法やFragment MO(FMO)法などの新しい理論計算法を用いて有機反応を解析し、ストップトフロー法による速度論実験の成果をあわせ、理論計算法の有効性を示すと同時に有機反応論の新規な概念を創出することを目的とした。QM/MM法による反応解析としては、S_N1反応やS_N2反応として良く知られている一連の脂肪族ハロゲン化アルキルの水中での求核置換反応を取り上げ、反応経路や遷移状態に及ぼす溶媒の効果についてQM/MM法を用いて詳しく検討した。その成果は、国内外のシンポジウム等で発表した。現在、QM/MM法に加えてFMO法による溶液中の有機反応の解析を行っている。また、ニトロアルカン異常性の原因を解明するため、気相、分子クラスターならびに水溶液中でのニトロメタン、ニトロエタン、およびアリールニトロメタン類の酸-塩基平衡の活性化エネルギーと平衡エネルギーを、理論計算により求めた。その結果、ニトロメタンとニトロエタン間の異常性は溶媒を考慮することによってはじめて再現できた。しかしながら、アリールニトロメタン類の示す異常性は水溶液中の理論計算によっても再現できなかった。この問題については、さらにQM/MM法あるいはFMO法を用いて検討する予定である。速度論による研究対象としては、RLiやRMgXのカルボニル官能基への求核付加反応、ケト-エノール互変異性の化学、転位反応や異性化反応など基本的で重要な有機反応を取り上げた。RLiおよびRMgXの反応については、ベンゾフェノンやベンズアルデヒドとの反応の速度をストップトフロー法で測定することによって、これらの試剤の会合状態、遷移状態構造を求め、その反応機構を解明した。これらの他、ニトロアルカン異常性を検証するための速度論的実験も行った。
アトピー性眼合併症の病因解明とその発症予想因子の解明

アトピー性皮膚炎の眼合併症のメカニズムを明らかにするために、本研究ではまず、好酸球由来の組織障害性タンパクであるmajor basic protein(MBP)とアトピー性眼合併症との関連について調べた。加齢性白内障を陰性対照とすると、アトピー性白内障およびアトピー性網膜剥離眼の房水中MBPは、それぞれ、12眼中4眼(33%、1170ng/ml)および6眼中2眼(33%、13および374ng/ml)に陽性であった。また、アトピー性白内障の水晶体前嚢組織においては、免疫組織学的に5例中5例(100%)でMBPは陽性であった。次に、アトピー性皮膚炎患者の前房中のフレア値と皮膚炎に関連する全身の諸因子あるいは白内障との関連について検討した。その結果、白内障非合併例と矯正視力0.5以下の白内障合併例との比較において、総IgE値、LHD値、顔面皮疹スコア、顔面皮疹の罹患期間が白内障合併症例で有意に高かった.また、白内障眼では、非白内障眼に比べ、有意に前房フレア値が高かった。さらに、重症の顔面皮疹を伴うアトピー性皮膚炎では、軽症のものと比べて有意に前房フレア値が高かった。以上より、アトピー性の眼内合併症は、アトピー性皮疹、中でも、顔面皮疹が強くなってくると好酸球性炎症が眼内に波及することにより生じてくる可能性が示唆された。さらに、アトピー性皮膚炎患者の眼表面上皮の異常に関する検討では、まず、アトピー性皮膚炎患者には、サブクリニカルなレベルの角膜および結膜上皮のバリアー機能障害が存在し、アトピー性皮膚炎の皮疹面積が増加すると角膜上皮のバリアー機能は変化しないが、結膜上皮のバリアー機能は低下することが分かった。このことは、皮疹スコアが増加した場合も同様であった。さらに、血清LDHと角膜、結膜のバリアー機能、あるいは、血清総IgE値と結膜バリアー機能との間にも有意な負の相関関係が認められた。以上から、アトピー性皮膚炎患者においては、全身のアトピー性皮膚炎あるいはアレルギー炎症が強くなると、まず、結膜上皮のバリアー機能にその影響が現れることが示された。好酸球由来の細胞障害性蛋白であるmajor basic protein(MBP)は、アレルギー疾患における組織障害と関連していることが示されている。そこで、MBPとアトピー性眼合併症との関連について検討した。アトピー性皮膚炎患者の内眼手術時に前房水(100200μl)を採取し(15例18眼)、radioimmunoassay(Wassomらの二抗体競合法)にてMBP濃度を測定した。また、5例5眼からは、白内障手術時に得た水晶体前嚢片を試料として抗ヒトMBPモノクローナル抗体(BMK-13)を用いた免疫組織染色により前嚢水晶体上皮におけるMBPの沈着の有無について検討した。対象としては、老人性白内障の手術時に採取した前房水(15例15眼)および前嚢(3例3眼)を用い、同様の検討を行った。

その結果、房水中のMBPは、白内障手術眼では、12眼中4眼(33%)において検出(1170ng/ml)されたが、老人性白内障では検出されずその頻度に有意差を認めた(p=0.028)。また、アトピー性白内障では、水晶体前嚢の上皮細胞にMBPの沈着を5例(100%)で認めたが、老人性白内障ではMBPの沈着は見られずその頻度に有意差を認めた(p=0.0179)。また、網膜剥離手術眼でも、6眼中2眼(33%)の前房水にMBPが検出(13,374ng/ml)された。以上の結果から、前房水中のMBPがアトピー性眼合併症(白内障および網膜剥離)の発症に関与している可能性が示唆された。さらにアトピー性皮膚炎患者において眼合併症の発症を予測しうる因子を明らかにすることを目的として、皮膚科外来で経過観察されているアトピー性皮膚炎患者を対象として、前房水中のタンパク濃度を非侵襲的にモニターするレーザーセルフレア-メトリーおよび、非接触のスペキュラーマイクロスコープを用いた内皮細胞の解析を行ってきた。これらの指標は、眼内へのMBPの漏出による慢性的な組織障害をモニターするための指標となりうる可能性があるが、現在までの対象では、白内障を合併した皮膚炎症例が比較的少ないために有意な結果が得られるまでには至っていないため、引き続きデータを蓄積している。アトピー性白内障の病因については、諸説があるが、我々は、これまでの研究の結果から、好酸球由来組織障害性蛋白であるmajor basic proteinが血液房水柵から眼内に侵入、白内障を引き起こしている可能性を考えてきた。一方、アトピー性白内障眼では、血液房水柵の障害を反映すると考えられるフレア値が上昇していることが報告され、我々が考えてきたように、アトピー性皮膚炎では、皮膚と同様、毛様体にも障害が生じ、血液房水柵が障害されて白内障の発症に関与していることが推測される。そこで我々は、アトピー性皮膚炎患者の前房フレア値およびアトピー皮膚炎に関連する全身の諸因子と白内障との関連について検討した。これまでに検討した対象は、アトピー性皮膚炎患者44例76眼であり、手術例は除外した。前房フレア値、、アトピー性皮膚炎の指標としては、抹消血好酸球数、血清LDH値、総IgE値、顔面皮疹および体幹皮疹罹患期間を設定し、白内障非合併例と中等度以上の白内障合併例とで比較した。その結果、白内障非合併例は、32例59眼で、視力0.4以下の中等度以上の白内障合併例は、8例12眼であった。前房フレア値は非白内障眼では、4.4±0.7(pc/msec、平均値±標準偏差)、白内障眼では、5.6±1.7で、白内障眼で有意に高かった(p<0.01).また、その他の指標を白内障非合併例と合併例で比較すると、総IgE値、LDH値、顔面皮疹罹患期間が合併例で有意に高かった(それぞれ、p<0.05、p<0.0001.p<0.001).以上の結果から、アトピー性皮膚炎患者では、顔面の皮膚の障害とともに毛様体のバリアー機能も低下してくると考えられた。また、顔面皮疹の罹患期間が長い患者では、白内障の発症に注意する必要があると考えられた。現在、以上の検討をさらに進め、眼内の慢性的な組織障害をモニターするための指標としての角膜内皮細胞の解析を行うため、さらに症例を積み重ねながら引き続きデータを蓄積している。我々はすでに、アトピー性皮膚炎患者の眼表面上皮のバリアー機能が、季節性あるいは通年性のアレルギー性結膜炎と異なり、障害されていることを見いだしている(Yokoi K,et al.Br J Ophthalmol,1998)が、本年度は、主に、アトピー性皮膚炎患者の眼表面のバリアー機能の障害と、皮膚炎との関連について検討した。
問題解決力育成を目指す統計教育の授業運営と評価の枠組み

高度情報化社会の発展により、さまざまなデータを入手しやすくなった現在、データを適切に収集し、分析し、社会で役立てられる人材を育成することが求められている。初等中等教育においてもデータを科学的に扱う知識や技能を習得するようになった。しかしながらこれまでの指導内容と異なる点もあり、また社会での活用力を意識した習得を目指すことで、授業内容として導入することに対して容易とは言い難い。そこで本研究では、データの科学に関する教育の現状把握を行ったり、新しい授業方法を開発したりした。これらの結果を踏まえ、社会で求められている統計科学の基礎教育や主体的な学びにもつながる統計教育の教授法等を開発できた。本年度はこれまでの研究結果を踏まえ,今後の初等・中等教育における統計教育の展開を検討した.特に平成24年度には高等学校数学Iという必履修科目での統計に関する内容が導入されたことから,これまでのヒヤリング調査の結果から現場教員の悩みや問題に対してどのような実態となったかを調査票調査を実施し調べ,今後の教材開発や授業法の構築を計画として考えていた.そこで,全国の公立高校のうち普通科をもつ学校を主に約2,000校に調査票を送付し,実施状況の調査を行った.ただしこの調査は3月を締切として実施したため,3月末の時点ではまだ回答も続いており,データの入力に至っていない.しかしながらいくつかの返送されてきた調査票を確認したところ,質問に対して真摯な回答が多く,また今回の統計教育の導入に関して,好意的な意見はもちろんだが,否定的な意見もあり,今回の調査から課題や問題点をあげ,国際競争力を意識した改善策の提案を次年度以降に提案することの参考にでき,実施自体は大変有用だったと考えている.また今回の学習指導要領の改訂を踏まえ,統計グラフ教育や問題解決力の育成を踏まえた授業展開も意識し,複数の学会で関連の研究成果を発表した.これらは研究の途中段階での報告ではあったが,会場からは有益なコメントをいただいた.これらも今後参考にする.関連研究者,教育者間での情報交換としても3月に関連のワークショップを企画し,200人以上の参加者が訪れ,おおむねこの目的としても大いに有用だったと考えている.加えて,高等学校等の教員を対象とした講演会にも参加することができ,関連の情報提供を行い,また質疑応答等により,現場の状況,教員の危惧等にも触れることができ,本研究としても順調に進んでいると感じた.当該年度は前年度に実施した調査データの入力、処理、報告を行った。調査の結果は、約2,000校に送付したところ664校からの返信があり、回収率は約34%であった。主な調査項目としては学校の基本属性や新指導要領の内容の認知、統計教育に対する必要性や達成度の意識、等である。調査の主な結果は、半数以上の学校で統計に関する授業の導入が充分とは言えず、認知度についても十分とは言い難く、内容の導入について課題が残されている状況であった。一方で分量については6割ほどの学校でこの程度でよいと回答があったことは、導入に関して、高い課題ではないことも分かった。時間数については関連学会等で話題に上がっていた10時間を満たす学校は少なく、かなり短い時間にまとめていることが分かった。なお結果は関連の学会で報告した。また当該年度では、新しい授業形態も実験的に実施した。近年、自宅で学習し、大学などでは議論をするというこれまでの受講スタイルが逆になる「反転授業」が提唱されているが、半分の時間だけそのような内容にする「半反転授業」を展開した。実施後、その効果を実態調査によって測定を行った。調査結果としては、負担が増えることを理由にこの授業スタイルに否定的な意見を持つ受講者(被験者)もいたが、概ね今後社会に出るためには社会のニーズにあった授業法であるという意見だった。上記以外に統計教育の実践とその事例報告の場として、スポーツデータ分析コンペティションの共催および事務局として運営を担当した。本年度から本研究に関連して、中等教育へのスポーツデータ分析を通じた問題解決力の育成を企画し、中学校・高等学校合計3校に参加していただき、スポーツデータを貸与し、分析を通じて、最終的に発表を行う授業を企画した。この結果は同じくセッションをオーガナイズした統計教育に関するワークショップ内で発表を行った。本年度は研究目的を踏まえ,研究調査の準備,教材開発,カリキュラムの検証,および関連のワークショップを開催した.本年度予定していた調査の主目的は新しく始まる学習指導要領における統計教育に対する状況を把握するためであったが,事前に行った教員および統計教育識者へのヒヤリングで,まだ検討準備段階であること,実施時期に近づかないと授業計画が不十分である可能性があることがわかり,より効果的かつ有意義な結果を得るために調査の時期を次年度に変更することとした.ヒヤリング等は個人的な意見交換に加え,関連学会への参加や中学・高等学校等の先生を対象とした研究会等で行ない,この考えに至った.これらのことから本年度は調査の準備として,調査項目等の検討など調査の設計のみ行った.またICTを用いた教材開発および授業案の提案を踏まえ,携帯端末を用いた簡易データ分析ツールの開発を進めた.開発した簡易データ分析ツールは,PC,携帯電話,タブレットPCなどさまざまな媒体で,同様のインターフェースを持ち,今回の指導要領で重要視されているデータの分布の可視化および関連する統計量の計算などを平易な操作で行うことができ,統計量を求めることをに主眼を置いていた従来の統計教育とは異なり,得られた情報をどう読み取るかの考える統計教育の実現に向けたツールと考えている.

これらの研究結果は情報教育に関する学会で公表した.加えて,データの可視化の点で注目すべき誤読・誤用の統計グラフに関する教育カリキュラムの検討を行い,基礎調査を実施し,統計グラフ教育の有用さを検証した.これらの結果は数学教育に関する学会等で公表した.なお,関連学会における特別セッションをオーガナイザーとして企画し関連の情報発信を行い,また200人ほどの参加したワークショップも行ない,関連者間の情報交流も促せた.今年度は研究の最終年度として、全体のまとめを当初計画していたが、高等学校を対象とした実態調査の結果を受け、大学での統計教育の開発に時間がかかったことから、次年度まで研究を延長することを踏まえて研究を行った。特に文系学部における大学での統計教育の導入を中心として研究を行った。学習指導要領の改訂を受け、平成27年度大学入学生から高等学校までで統計教育に関する内容を履修することとなった。しかしながら前年度までに実施した高等学校を対象とした実態調査の結果を踏まえ、その実施状況は十分な時間等をかけたものとは言い難く、統計教育の目標とする統計的思考力の育成にはまだ議論の余地がある。特に単に統計量を「求める」だけの従来の授業展開が多く、世界的に求められているデータに基づいて「考える」力の育成というには十分な時間が割かれていなかった。これを受け本研究では、大学のような高等教育機関での基礎教育における「考える」統計教育の導入を考え、「ICTを活用した統計教育の導入」と「半反転授業」の授業開発を行った。具体的には大学学部1年生にタブレット端末を配布し、タブレットを活用した統計教育の導入を行った。この授業では、手元にタブレットがあることから、実習を半分以上とする授業展開を行い、従来型の知識の伝達型の授業も行うが、学習管理システム(Learning Management System)を利用して、資料の配布、スライドの動画配布等を行い、自宅学習を促した。これらはいわゆる「反転授業」を半分だけ実施したことかから「半反転授業」と定義し、その効果を測定した。これらの結果は実践女子大学人間社会学部紀要や関連学会等で発表した。また学生の統計への興味や学習の動機づけとして、ゲーム的要素を含めた協働学修を考え、ゲーミフィケーションの導入も検討した。この結果は私立大学情報教育協会で報告した。本年度は研究期間を一年延長して、最終年度として、1.情報端末を用いた統計教育の授業法の開発、2.統計的問題解決力を育成するアクティブ・ラーニングの展開、3.社会が求める統計教育の実態調査、などを行い、これまでの研究のまとめを行った。1つめの情報端末を用いた統計教育では、タブレット端末やLMS(Learning Management System)を用いた新しい統計教育を改善し、「半反転授業」の構築について研究した。またクリッカーと呼ばれるその場での回答・集計システムを活用した統計教育の計画・実施・検証を行った。クリッカーを用いた統計教育はまだ導入段階での利用者の意識調査だが、比較的好意的な回答が多かった。これらの結果は、2015年8月の2015 PC Conferenceや11月の日本計算機統計学会第29回シンポジウムで発表を行った。
母体血中ＲＮＡを用いたＨＬＡ遺伝子の動態解析～胎児バイオマーカー開発への展開

これまでの研究では、HLA-Gが免疫寛容を担い、理論的には癒着胎盤の発生に寄与し得ると示唆されていた。しかし、癒着胎盤とHLA-Gとの関連を明らかにした研究はほとんどない。そこで、今回の研究でその関係を明らかにするための検討を行った。対象は、2006年と2018年の間に当院で分娩した臨床的に明らかな癒着胎盤の症例(癒着胎盤群)と、2016年から2018年の間に出産した胎盤関連の合併症のない症例(対照群)とした。対象症例の胎児付属物(胎盤・臍帯・卵膜)は、分娩直後に最低でも5か所(臍帯付着部の胎盤、臍帯、羊膜、その他取扱者の任意の胎盤2か所以上)から、パラフィン包埋の検体を作成して保存してあった。これらの検体について抗HLA-G抗体を用いた免疫組織化学染色を行い、検討した。2人の検者により、全ての検体を評価し、最もHLA-G陽性割合の高い部分を決定し、評価した。評価は、2人の検者によって別々に行った。HLA-G陽性領域は、HLA-G proportion score 1(0-20%)、2(21-40%)、3(41-60%)、4(61-80%)、および5(81-100%)としてスコアリングした。2人で各々評価したスコアの平均値を分析に使用した。今回の検討の結果は、HLA-Gタンパク質の発現が癒着胎盤と関連があることを示唆している。しかし、HLA-Gと癒着胎盤の発生に寄与するメカニズムを直接調査したものではなく、今後さらなる研究が必要である。今年度は母体血中の胎児由来のRNAをもとにした胎児ストレスの診断のために、本年度は母体血中胎児性分からのHLAの遺伝子発現解析の技術的確立を目指し、同意を得られた妊婦または非妊娠女性から血液を採取した。母体血中からtotalRNAを抽出、逆転写してcDNAを作成、TaqManアッセイプローブを用いてリアルタイムPCRを行った。絨毛膜羊膜炎や妊娠高血圧症候群、常位胎盤早期剥離などの胎盤関連疾患は重要な胎盤関連疾患と考えている。頻度として1%5%の疾患の症例から可能な限り検体を収集している。当初RNA抽出とその定量の精度が低く、RNA抽出手技につき試行錯誤を重ね、安定したRNA抽出法を検討し、母体血に加えて胎盤を用いてHLAの遺伝子発現の定量を行っている。結果については評価段階である。感染がおこり、免疫応答反応がおこると、感染微生物に由来するタンパク質は腫瘍組織適合抗原(MHC)とともに抗原提示される。そして、MHCクラスI (HLA-A, HLA-B, HLA-C分子等含む)とクラスII (HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP分子を含む)いずれもが、免疫系による抗原の認識、ひいては感染性微生物を排除し、生体を防御する上で必須の役割をはたしている。しかし胎盤のトロホブラスト上にはHLAの古典的クラスI抗原もクラスII抗原も発現しておらず、そのかわりにHLA抗原としてHLA-G等が発現している。母体免疫細胞と直接接するトロホブラスト上に、多型性の乏しいHLA-Gが発現することで、母体の免疫細胞から「異物=他」と認識されないように働いているとも考えられている。一方で、母体血漿には自身由来のRNA断片のほかに胎児胎盤由来のcell free RNA断片が出現する事が知られている。本研究では、母体血中RNA断片を利用して胎盤関連疾患などの様々な病態との関連を検討することを目的とする。本年度は昨年に引き続き、胎児由来のRNAをもとにした胎児ストレスの診断のために、母体血中からTotal RNAを抽出、逆転写してcDNAを作成、Taqmanアッセイプローブを用いてリアルタイムPCRを行った。しかし母体血漿でのRNA抽出や目的の遺伝子発現量定量の技術確立に苦慮し、評価が困難であった。そこで、まずRNAを用いた検討の参考にするために、胎盤を用いて病態に応じたHLA蛋白発現の差を観察して検討し、研究を進めている。RNAは不安定な物質であり採血から遠心分離、RNA抽出まで迅速な施行が求められる。その取扱いにより結果が大きく左右され、一定の結果を得るのが難しい。また疾病頻度が低く検体収取にも苦慮している。免疫応答反応が起こると、感染微生物に由来するタンパク質は主要組織適合抗原(MHC)とともに抗原提示される。そして、MHCクラスI (HLA-A、HLA-B, HLA-C分子等含む)とクラスII(HLA-DR, HLA-DQ,HLA-DP分子を含む)いずれもが、免疫系による抗原の認識、ひいては感染性微生物を排除し、生体を防御するうえで必須の役割を果たしている。しかし胎盤のトロホブラスト上にはHLAの古典的クラスI抗原もクラスII抗原も発現しておらず、そのかわりにHLA抗原としてHLA-E、HLA-F、HLA-G等が発現している。一方で胎盤以外の母体組織にはHLA-E、HLA-F、HLA-Gの発現は少ない。従って、胎盤の感染や免疫関連疾患により、胎盤のHLA-E、HLA-F、HLA-Gが何らかの反応を示し、これを反映して母体血中のHLA-E、HLA-F、HLA-Gに関連するcfRNAが変化している可能性が考えられる。

本研究では胎盤の感染や免疫に関連すると考えられる疾患において、胎盤のHLA-E、HLA-F、HLA-G蛋白や、母体血中cfRNAの変化を利用し、臨床での評価に応用することを目的としている。本年度は、前置胎盤、癒着胎盤、妊娠高血圧症候群の胎盤、臍帯、羊膜を収集し、HLAーE、HLAーF、HLA-G蛋白を免疫染色した。その結果、HLA-EとHLA-Fについては各病態で免疫染色の染色状況に差がなく、病態との関連性は低いと考えられた。HLA-Gについても臍帯や羊膜における染色状況は病態により変化が無かったが、胎盤に関しては病態によっては染色パターンが異なり、病態とHLA-Gとが関連する可能性も示唆された。しかし、用いた対象症例数が少なく(N=13)、個体差である可能性も考えられた。今後症例数を増加させ、再評価を行った上で論文にて発表する予定である。当初母体血中cfRNAの回収を試みたが、RNAが不安定な物質であり、RNAの安定的な抽出に至らなかった。そこで、胎盤の蛋白発現に立ち返って評価をし、病態とHLA蛋白発現の程度や部位からcfRNAの存在の推定を行うことを優先したため。胎盤は他の多くの臓器と違い、主要組織適合抗原(HLA)クラスIaの発現は認められず、代わりにクラスIbが発現していることが知られている。一方で、母体由来の臓器にはHLAクラスIbを多く発現している部位はないと考えられる。HLAクラスIbにはHLA-G,E,Fが存在し、母体の中に在る半異物である胎児や胎児付属物などが非自己として認識されることを防ぐ、すなわち免疫寛容のために働いていると言われている。本研究では胎盤の状態とこれらのHLAクラスIbとの関連を調べ、母体血中に存在するHLAクラスIb由来の物質から胎盤の状態を推定する方法を模索すべく検索を行った。前年度までは母体血中に存在するHLAクラスIb由来のRNA断片を調べるために調査を行ったが、RNAの安定性が低く、十分な結果が得られなかった。そこで、様々な胎盤が関がわる妊娠合併症の分娩後の胎盤について、HLAクラスIbの染色を行った。その結果、HLA-EとHLA-Fについて染色した結果は各病態で差が無かったが、HLA-Gについては胎盤の病態により差が認められた。HLA-G陽性の細胞は、胎盤の基底面に認められるほか、子宮全摘まで行った症例では同様の形態の細胞が子宮筋層にも認められ、病態との関連について更なる調査を要する結果であった。これまでのHLA-Gに関する文献を調査したところ、可溶性HLA-Gと腫瘍との関連を示唆している報告もあり、一方でに胎盤と腫瘍の類似性について免疫寛容の面から調査報告されているものも存在した。文献的考察によれば、腫瘍性疾患でHLA-G血中濃度の上昇を認めるものがあり、母体血清中のHLA-G濃度の検討も必要であると考えられた。HLA-Gと疾患の関連について検討するには更なる症例数の追加が必要である。当初計画では母体血中RNAを用いて胎盤特異的な蛋白に関連する疾患を特定するバイオマーカーの開発を目指していたが、母体血中RNAの保存が困難で、日常臨床で取り扱える範囲での母体血中RNA保存が困難だということが判明し、研究方針を見直す必要が生じた。そこで、まず胎盤に発現する蛋白を定量的に評価することを検討し、さらには、血中蛋白をバイオマーカーとして利用できるか検討する方向に方針転換を行ったため。これまでの研究では、HLA-Gが免疫寛容を担い、理論的には癒着胎盤の発生に寄与し得ると示唆されていた。しかし、癒着胎盤とHLA-Gとの関連を明らかにした研究はほとんどない。
ナノカーボン充填コンパウンドを用いたマイクロアクチュエータの開発

カーボンナノチューブ(CNT)とポリマー材料を用いたマイクロアクチュエータの開発を目指して、昨年度は他材料との接着性が良好であるカップスタック型カーボンナノチューブ(CSCNT)を強化材としたエポキシ系コンパウンドの製造方法と各種物性の評価とを行った。その結果自転公転式真空脱泡撹拌機とシリコンゴム反転型を用いたCSCNTの混練分散および混合樹脂注入手法と、ナノコンポジットの成形工程中に電界を作用させる手法とを組み合わせることにより、高い性能を持つ任意形状の微小複雑形状部品を製造する技術を確立した。しかしながらCSCNTでは充填可能混合率が1.0wt%以下であったため、本年度はより嵩密度が低く、繊維アスペクト比が高い気相成長型CNTを強化材として用いることにより、さらに高い複合効果が得られる材料系を選択した。これによりCNTの混合率は7wt%まで高めることができ、前年度得たナノコンパウンドよりもはるかに高い力学的特性、熱的特性および電気的特性を実現することが可能となった。次にナノコンパウンドをマイクロアクチュエータ素子として利用するための基礎研究を行うため、エポキシ樹脂を含むさまざまなマトリックス樹脂を対象として、これまでに確立した手法によりCNTとの複合化を行うことを試みた。その結果、柔軟性を付与したエポキシ樹脂およびシリコンゴムをマトリックスとして用いることにより、CNTを充填したナノコンパウンドが熱および電圧の印加に対して伸縮動作を示すことが確認された。しかしマトリックスが高粘度であるため製造工程でのCNTの構造制御が困難であり、伸縮動作の良好な再現性を得ることはできなかった。今後の課題として、コンパウンドの成形中あるいは成形前にCNTの十分な絡み合いと繊維配向を得る技術を確立することが必要ではないかと考えられる。ナノカーボンの代表的な材料であるカーボンナノチューブとポリマーで構成される複合材コンパウンドを作製するにあたり、他材料との接着性が良好であるカップスタック型カーボンナノチューブ(CSCNT)を強化材として選択し、母材として常温で液状でありナノチューブとの混練が比較的容易であると考えられる熱硬化性エポキシ樹脂を選択した。構造的純度の高いコンパウンドを作製するために、CSCNTを混合したエポキシ樹脂を自転公転式真空脱泡攪拌機により混練脱泡し、各種形状の試験片に加熱成形した。その結果、CSCNTが均質に分散し、気泡のない構造が得られたが、本研究で対象とした材料系ではCSCNTの混合率は1.0wt%以下が限界であり、これを超えると樹脂粘度が高くなり良好なコンパウンドが得られないことがわかった。次にコンパウンドの力学的特性、熱的特性および電気的特性を評価し、CSCNTの混合率との関係を調査した。その結果、CSCNTの混合率が1.0wt%以下程度では顕著な物性の向上は得られないことがわかった。そこでコンパウンドの加熱成形時に磁界または電界を作用させ、CSCNTの繊維配向を制御してコンパウンドの物性を向上させることを試みた。その結果、磁界および電界を作用させることにより、ともに物性の顕著な向上が得られた。これにより、CSCNTの混合率が低くても繊維配向を制御することによりコンパウンドの物性を効果的に高められることが確認できた。また、同材料を用いてアクチュエータ要素を製造するために、シリコンゴムの反転型を用いて複雑形状部品を成形する技術を確立した。これとCSCNTを配向させる手法を融合させて、今後高機能なアクチュエータ要素を作製することを目指す。
死に方をめぐる社会的行為の研究-韓国ホスピスの動態的分析-

本研究は、韓国ホスピスの実態を分析することによって、現代韓国社会において病いで死ぬという事実がどのように構築されているのか、それにかかわる主体はどのような関係性を形成しているのか、韓国人の死に方にはどのような特性があり、それを成立させている要因は何かを解明することを目的とした。方法としては、韓国国内のホスピス機関やホスピスを管轄する行政機関を対象にインタビュー調査を実施し、その結果からホスピスの現状や制度化へのプロセス、それらの特性や問題点などを整理、分析した。▼第1段階:分析における研究仮説の設定、先行研究の検討日本語・韓国語・英語文献の収集を行い、先行研究の検討と実施した。日本語文献の収集・検討は情報検索サービス等をもちいて文献検索を行うとどうじに、最新の研究書を購入した。韓国語文献の収集は、韓国出張中に韓国国立国会図書館および国立中央図書館のデータベースを利用して文献検索を行った。とくに韓国ホスピス・緩和医療学会の学会誌や、保健福祉部などの行政機関による委託調査事業の報告書、ホスピス実施機関発行の書籍などを中心に収集につとめた。英語文献では社会学領域における文献検索と収集を集中的に行なった。イギリスでは死に関する学際的な研究が進んでおり、哲学、宗教、社会、文化、医療、ホスピスや緩和医療などとの関連を研究するシリーズものの書籍が発刊されており、その深度を窺うことができる。学会では、6月に福祉社会学会、8月に仏教看護・ビハーラ学会、10月に社会福祉学会に参加し、研究の最新動向の把握に努めた。▼第2段階:ヒアリング予備調査ホスピス関係者に対するインタビュー調査を実施した。現地のコーディネーターをとおして5ヵ所(忠清道(2)、光州、ソウル、釜山所在)の機関・病院を訪問し、施設見学および担当職員、看護師を対象にホスピス運営の現状と制度化に関する意見聴取を行なった。地域や基盤宗教などの違うホスピスでの調査によって、その内容の多様性を把握することができた。次の段階の調査でこの結果を生かして生きたい。▼第3段階:ヒアリング調査の準備,文献補足調査1.ヒアリング調査の準備作業:第1段階,第2段階(分析における研究仮説の設定、先行研究の検討)の成果を踏まえて,韓国のホスピス関係者に対するヒアリング調査の準備を行った.・質問項目の整理:主な質問項目は,ホスピスの実施状況,機関の実態,利用者や家族の状況,スタッフの体制,ホスピスの制度化に対する考え方,死別の実際と望ましいあり方,組織的な活動,機関と行政の問題点,今後の方向性などである.行政機関である保健福祉部にたいしては医療保障,介護保障,老人福祉などとホスピス事業との関連性,モデル事業の成果と今後の行政の方向性などを追加で質問する予定で,現地での準備作業を行った.・準備資料と作業の確認:韓国僧伽大学校教授で曹渓宗教団においてホスピス活動も実践している金慧棹教授(社会福祉学)と元韓国老人人力研究院院長ビョン・ジェグヮン教授に面談を依頼し,ヒアリング準備に必要な予備的資料の収集と実際の作業の進行について検討,確認を行った.確認の結果,仏教教団曹渓宗に仏教ホスピスの組織が設立されたこと,政策との関連では福祉部等のがん対策との関連が強いことが分かり,それらの資料を収集することが先決であると判断された.・福祉部でのヒアリング調査:保健福祉部のがん政策課を訪問し担当事務官に面談を行なった.近年のがん対策事業の流れと特徴についてヒアリングし,ホスピス関連事業の現状と今後の動向について聴取した.また,関連の資料を入手した.2.文献補足調査:韓国保健社会研究院,(韓国)国立国会図書館にて関連資料を収集した.1.調査結果の一部をまとめ、「仏教看護・ビハーラ学会」で報告した。テーマは「韓国におけるホスピス制度化の現状-医療・宗教・行政-」で、目的は、近年のホスピス制度化の動向を医療的側面、宗教的側面、行政的側面の3つの視角から整理し、韓国でのホスピス制度化の特徴とその背景、要因について分析することである。研究方法は、資料として、制度化に関する一次資料(公聴会資料、保健福祉部内部資料など)、二次資料(学術論文、雑誌記事など)、韓国内ホスピス機関でのインタビュー調査の結果(2007年2008年)を用いて、ホスピス制度化の展開、医療・宗教・行政領域での対応と見解を分析するという方法をとった。2.独立機関として設置を準備している韓国曹渓宗仏教ホスピス協会の後援する浄土マウルホスピス(在蔚山)を見学。院長の能行氏にこれまでの経過と今後の計画、付設学校の運営や人材育成などの状況についてインタビューした。3.韓国国立国会図書館、韓国国立中央図書館にて、論文作成に必要となる文献の補足調査を行った。4. 3年間の調査研究結果、本年度の学会報告での成果を用いて、研究内容を論文にまとめる作業を現在進行中である。

調査結果の整理、現代韓国社会において病で死ぬという事実がどのように構築されているのか、それにかかわる主体はどのような関係性を形成しているのか、韓国人の死に方にはどのような特性があり、それを成立させている要因は何なのか、ホスピスを構成する医療、福祉、宗教、市民活動などはどのような関連を持つか、などを分析内容とする。また、ヒアリング調査で発見された具体的事実に対しても考察を加え、論文を執筆する予定である。
行動の進化を探る:種特異的発声行動の分子基盤の抽出と検証

本研究では、「行動の進化」を中心課題に据え、種特異的行動発現に関わる分子基盤の抽出とその神経分子機能としての行動表現型への影響を実験的に検証することを目的とした。そのために、鳴禽類ソングバードの囀り行動とその発声パターンを生成する脳内神経回路に焦点を据えた研究を行い、(1)アジア圏に生息するソングバード10種の分子系統樹作成及び、その発声パターンの種特異的表現型抽出、(2)新規発声パターン解析法の確立、(3)ソングバードDNAアレイによるソングシステムにおける種特異的脳内発現を示す遺伝子群の抽出、(4)ウイルス発現系による外来遺伝子の発現方法の確立を施行した。各々の動物種がもつ種特異的行動が進化の過程でどのような分子基盤を背景に形成されてきたのだろうか?動物行動は、個体が表出する動的な生体情報として生命現象を理解する上で欠かせない重要な対象である。また行動形成は形態形成と並び、自然界における生物多様性をつくる大きな要因でもある。本研究では、「行動の進化」を中心課題に据え、種特異的行動発現に関わる分子基盤の抽出と実験によるゲノムレベルと行動レベルの両面からの検証を行うことを目的としている。そのために、鳴禽類ソングバードの囀(さえず)り行動とその発声パターンを生成する脳内神経回路に焦点を据えた研究を進めている。当該年度において、当初の研究実施計画で予定した次の3点について実験を施行した。1ソングバード種間の分子系統樹の作成。アジア・オセアニア圏に生息し、かつ日本で入手が可能な7種のソングバードを対象とした。分子系統樹の作成には、ミトコンドリアDNAのチトクロームbやHackett et al.(Science 320,1763-7 2008)で採用された遺伝子群を用いた。2各個体からの発声パターンの収集解析による囀りの種特異的表現型の抽出。音素(Syllable)表現型群と時系列配列(Sequence)表現型群の2つのパラメータグループを設定し、種特異的な発声行動表現型を現在抽出している。3ソングバード脳内遺伝子発現の網羅的ハイスループット解析のためのDNAアレイの利用。上記7種のソングバードの脳内神経核よりmRNAを抽出し、その1万4千個以上の発現レベルを得るために網羅的な発現解析をスタートした。前年度に得られ以下の3つの情報[(i)ソングバード種間の分子系統樹,(ii)囀りの種特異的表現型抽出,(iii)ソングバード脳内遺伝子発現の網羅的ハイスループット解析のためのDNAアレイの構築]に基づき、当該年度において、種特異的表現型と遺伝子発現レベルを用いて、これらの相関関係を基にした候補遺伝子群の抽出及び、脳内における実際の発現レベルの再検証を行った。これにより多岐にわたる神経伝達物質受容体群が脳内神経核特異的かつ動物種特異的な発現レベルの調節制御が行われていることが明らかになってきた。今後、これらの遺伝子群の神経核の発現レベルと発声パターンの時系列構造の複雑さとの相関関係の有無を検証し、抽出された候補遺伝子の遺伝子発現改変に伴う発声行動への影響を明らかにしていく予定である。各々の動物種がもつ種特異的行動が進化の過程でいかなる分子基盤を背景に形成されてきたのだろうか?動物行動は、個体が表出する動的な生体情報として生命現象を理解する上で欠かせない重要な対象である。本研究では、「行動の進化」を中心課題に据え、種特異的行動発現に関わる分子基盤の抽出と実験によるゲノムレベルと行動レベルの両面からの検証を行うことを目的とした。そのために、鳴禽類ソングバードの囀り行動とその発声パターンを生成する脳内神経回路に焦点を据えた研究を行ってきた。ソングバードの囀り行動は、その学習・生成に特化した神経回路により可能となる。

この神経回路はソングバードの全ての種で保存されているが、そこから生成される囀り行動は、種特異的な発声パターン(時系列構造、発声持続時間、音素数など)をもっている。同じようにワイアーリングしているように見える神経回路から種特異的な発声行動として異なるアウトプットされる。ゲノム上の遺伝情報による脳内における遺伝子発現機序が種特異的な神経回路の性質を決めていると考えられてきた。これまでの3年間で以下の点に関して、新たな知見を得ることができた。(i)アジア圏に生息するソングバード近縁種間(10種)の分子系統樹及び、その発声パターンの種特異的表現型抽出。(ii)新規発声パターン解析法の確立。(iii)ソングバード脳内遺伝子発現の網羅的ハイスループット解析のためのDNAアレイ構築及び、その実験応用。(iv)脳内神経伝達物質受容体群の種特異的脳内発現パターンの発見。さらに現在、上記遺伝子群の神経核の発現レベルと発声パターンの時系列構造の複雑さとの相関解析から抽出された候補遺伝子のウイルス発現系による遺伝子発現改変に伴う発声行動への影響を検証している。
房室伝導の比較心電図学的研究

【目的ならびに方法】大動物の房室伝導時間が小動物のそれより相対的に短い点などから、房室結節は自動能で心室調律を支配し、興奮伝導には関与しないのではないかとのMeijlerらの仮説を検証する為、体重210-540Kgのウマ心臓から房室結節及びPurkinje繊維束を摘出、Tyrode液で表面灌流しつつガラス微小電極を用いて細胞膜電位を記録した。【成績】房室結節細胞の最大拡張期電位、活動電位振幅、最大脱分極速度の4例平均値は夫々-82.9+12.44mV,82.1+8.35mV,73.8+13.32V/secで、ウサギに比し明らかに大であった。Tetrodotoxin10muMを加えると、最大脱分極速度は41.5+6.8%低下し、房室結節における急速なNa電流の関与が示唆された。刺激周期を2,000から300msまで変化させても、これらの計測値は殆ど変化せず、1Hzの刺激頻度における50%,90%再分極点での活動電位持続時間は61.7+15.52ms及び156.9+19.82msであった。Purkinje繊維の最大拡張期電位、活動電位振幅、最大脱分極速度は、5例の平均で-114.4+10.55mV,120.0+5.74mV,453.6+75.84V/secであり、刺激周期を2,000msから漸次短縮した場合、最大拡張期電位と活動電位振幅は500msまでは明らかな変化を示さないが、400及び300msでは軽度に減少した。50%,90%再分極点での活動電位持続時間は著明な周期依存性を示し、2,000msにおける456.4+36.97ms,555.4+34.39msが400msでは夫々217.4+22.03ms,317.7+7.45msに短縮した。【結論】ウマの房室結節がウサギの房室結節よりも高い伝導速度を有することが、前者の房室伝導時間の相対的短縮の一因と考えられ、房室結節機能の解明における比較電気生理学的研究の重要性が示された。なお、マウスの房室結節及びPurkinje繊維束の活動電位特性の検討は進行中であり、近く成績を発表できることが期待されている。
超多点BMI環境におけるニューロフィードバックによる神経系の可塑的変化の研究

BMI接続による神経系の変化が注目されている。本研究は申請者が開発中の超多点BMIシステム等の技術を統合させた実験システムを構築して、神経系の可塑的変化の特性や限界を解明し、その制御・誘導を図ることを目的として行った。なお本研究における動物実験は、大阪大学生命科学研究科の承認のもと、大阪大学にて実施された。まず、(1)実験用統合システムの構築と評価として高密度柔軟電極を試作し、BMIデコーディングなどの用途における高密度電極の設計指針を得た。次に(2)多点柔軟神経電極を利用した可塑特性解明実験を動物モデルにより行い、BMI接続によりハイガンマ帯域の信号などに変化がみられることが観察された。近年のブレインマシンインタフェース(BMI)関連研究によって、生体の神経系と外部機器を接続したり、電気刺激等によってフィードバックを行うと、脳の様々なレベルで可塑的な変化が生じることが示されつつある。本研究はこれについて、申請者が開発中の(A)超多点BMIシステム及び(B)多機能神経電極などの技術を統合させた実験システムを構築して、神経系の可塑的変化の特性や限界を解明し、さらにこうした可塑的変化の制御・誘導を図ることを目的として行った。提案手法はBMIやリハビリといった医療分野における意義に留まらず、脳科学のツールとしても大きな意義を有すると考えられる。上述の目的を達成するため、下記の研究課題を実施した。(1)実験用統合システムの構築と評価:パリレンC(ポリクロロパラキシリレン)を基板とした高密度柔軟電極を試作し、体性感覚誘発電位による評価を開始した。マッピング用の高時間解像度での応答パターンの解析、BMIデコーディングなどの用途に応じた解析を実施した。(2)多点柔軟神経電極を利用した可塑特性解明実験トレーニングを行ったラットをBMI環境に置いて外部デバイス(皮質脳波ハイガンマ信号によって制御される給水装置)を制御させ、各種条件下において神経系の可塑的変化特性を調べるための実験系の構築や改良(アーチファクト除去など)を行った。多点柔軟神経電極を利用した可塑特性解明実験系へのアーチファクト混入の改良などに多少の時間を要したが、課題全体としてはおおむね順調に進展した。本研究はこれについて申請者が開発中の(A)超多点BMIシステム及び(B)多機能神経電極などの技術を統合させた実験システムを構築して、神経系の可塑的変化の特性や限界を解明し、さらにこうした可塑的変化の制御・誘導を図ることを目的として行った。上述の目的を達成するため、研究課題を実施し、下記の成果を得た。(1)実験用統合システムの構築と評価:パリレンC(ポリクロロパラキシリレン)を基板とした高密度柔軟電極を試作し、体性感覚誘発電位による評価を行った結果、マッピング用およびBMIデコーディングなどの用途による多点高密度電極の設計指針を得た。(2)多点柔軟神経電極を利用した可塑特性解明実験トレーニングを行ったラットをBMI環境に置いて外部デバイス(皮質脳波ハイガンマ信号によって制御される給水装置)を制御させ、各種条件下において神経系の可塑的変化特性を調べた結果、BMI接続によりハイガンマ帯域の信号などに変化がみられることが観察された。本研究はこれについて申請者が開発中の1超多点BMIシステム(動物の脳から計測した4000点以上の神経信号により,外部機器を制御したり,電気刺激などを行うシステム)、及び2多機能神経電極(薬液入出力機能などを備えた柔軟神経電極)という2つの技術を統合させた実験システムを構築して、神経系の可塑的変化の特性や限界を解明し、さらにこうした可塑的変化の制御・誘導を図ることを目指している。平成27年度は、実験用統合システムを構築した上で、システムを利用して動物での可塑特性解明実験を開始する計画であった。統合システム構築後に動物での実験を開始したところ、動物の動き等により計測神経信号に混入する雑音が想定以上に実験結果に影響することがわかった。

研究遂行上この影響を排除する必要があり、実験で評価しつつ実験系や実験環境の改良に取り組んだ。問題の解決を行った上で、改めて動物による可塑特性解明実験を実施した。これまでにBMI環境に接続された生体の神経系の可塑的変化に関して、特に皮質脳波のハイガンマバンドのパワーの変化等について、予備的な結果が得られつつある。平成27年度は、実験用統合システムを構築した上で、システムを利用して動物での可塑特性解明実験を開始する計画であった。統合システム構築後に動物での実験を開始したところ、動物の動き等により計測神経信号に混入する雑音が想定以上に実験結果に影響することがわかった。これまでにBMI環境に接続された生体の脳の皮質脳波の可塑的変化に関して、予備的な結果が得られつつある。平成28年度に多点柔軟神経電極を利用した可塑特性解明実験系へのアーチファクト混入について改良を施し、平成29年度に繰越して引き続き、課題を推進した。29年度が最終年度であるため、記入しない。神経工学上述のように、統合システム構築後に動物での実験を開始したところ、動物の動き等により計測神経信号に混入する雑音が想定以上に実験結果に影響することがわかった。実験系や実験環境の改良に取り組み、問題の解決を行った上で、改めて動物による可塑特性解明実験を実施しているが、今後も、この点については注意深く推進する必要がある。