hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
長寿関連ミトコンドリア遺伝子情報を用いた行動変容プログラムの開発

長寿関連ミトコンドリアDNA 5178 C/A多型は、飲酒習慣が高LDLコレステロール血症リスクへ及ぼす影響、喫煙習慣が脂質異常症リスクへ及ぼす影響、飲酒習慣および喫煙習慣が血清non-HDLコレステロール濃度へ及ぼす影響、緑茶飲用が高血圧症リスクへ及ぼす影響、飲酒習慣および緑茶飲用が推算糸球体濾過量へ及ぼす影響、飲酒習慣およびコーヒー飲用が心血管疾患の危険因子の重積へ及ぼす影響を修飾する.これらの知見は生活習慣病予防のためのオーダーメイドの行動変容プログラムの開発に役立つと思われる.男性394名(53.9 ±7.9歳)を解析の対象として、Mt5178C/A多型における喫煙習慣と脂質異常症リスクとの関係について検討した。喫煙習慣については、吸わないまたは以前吸っていた、1日120本、1日21本以上の3群に分けた。交絡要因を調整したところ、Mt5178C型においては喫煙本数が多いほど血清HDLコレステロール濃度は低下し、低HDLコレステロール血症リスクの上昇が認められた。Mt5178A型においては喫煙本数が多いほど血清トリグリセリド濃度および高トリグリセリド血症リスクの上昇が認められ、高LDLコレステロール血症リスクの上昇も認められた。次にMt5178C/A多型における緑茶飲用と高血圧症との関係について検討した。緑茶飲用について1日1杯以下、2-5杯、6杯以上の3群に分けた。交絡要因を調整したところ、Mt5178C型において緑茶飲用の杯数が多いほど高血圧症リスクの低下が認められた。対象を50歳以上として解析したところ、Mt5178C型において緑茶飲用が1日6杯以上の人は1杯以下の人に比較して高血圧症リスクの有意な低下を認めた。Mt5178A型においては緑茶飲用と高血圧症リスクとの関連は認められなかった。さらにMt5178 C/A多型と飲酒習慣との推算糸球体濾過量(eGFR)への影響について検討した。飲酒習慣については、全く飲まない、ときどき飲む、毎日飲むの3群に分けた。eGFR < 90ml/min/1.73m2を腎機能低下とした。Mt5178A型においては飲酒頻度が増えるほどeGFRは上昇し、腎機能低下のリスクは低下した。毎日飲酒するMt5178A型は全く飲まないMt5178A型に比較して腎機能低下のリスクの低下を認めた。Mt5178C型においては飲酒習慣と腎機能低下リスクとの関連は認められなかった。我々は平成23、24年度において、長寿関連ミトコンドリアDNA 5178 C/A(Mt5178 C/A)多型は、飲酒習慣が高LDLコレステロール血症リスクへ及ぼす影響、喫煙習慣が脂質異常症リスクへ及ぼす影響、緑茶飲用が高血圧症リスクへ及ぼす影響、飲酒習慣が推算糸球体濾過量へ及ぼす影響、を修飾することを報告した。平成25年度においては、1Mt5178C型の男性において緑茶飲用が増えるほど腎機能低下(eGFR < 90ml/min/1.73m2)のリスクは上昇すること、2Mt5178A型の男性においては喫煙本数が増えるほどnon-HDLコレステロール濃度は上昇し、血清non-HDLコレステロール160mg/dl以上または190mg/dl以上をnon-HDLコレステロール高値と定義すると、喫煙本数が増えるほどそのリスクは上昇すること、また、Mt5178C型の男性においては飲酒頻度が増えるほどnon-HDLコレステロール濃度が減少し、血清non-HDLコレステロール160mg/dl以上をnon-HDLコレステロール高値と定義すると、喫煙本数が増えるほどそのリスクは減少すること、3Mt5178C型の男性においてはコーヒー飲用の杯数が多いほど心血管疾患の危険因子(高血圧、耐糖能異常、高LDLコレステロール血症、低HDLコレステロール血症、高トリグリセリド血症、高尿酸血症の6つ)が2つ以上重積するリスクの低下し、Mt5178A型においてはコーヒー飲用の杯数が多いほど心血管疾患の危険因子が2つ以上重積するリスクが上昇する傾向があること、また、Mt5178C型の男性においては毎日飲酒する人はときどき飲酒する人に比べて、心血管疾患の危険因子を2つ以上重積するリスクの有意な上昇、および3つ以上重積するリスクの有意な上昇を認めること、を報告した。長寿関連ミトコンドリアDNA 5178 C/A多型は、飲酒習慣が高LDLコレステロール血症リスクへ及ぼす影響、喫煙習慣が脂質異常症リスクへ及ぼす影響、飲酒習慣および喫煙習慣が血清non-HDLコレステロール濃度へ及ぼす影響、緑茶飲用が高血圧症リスクへ及ぼす影響、飲酒習慣および緑茶飲用が推算糸球体濾過量へ及ぼす影響、飲酒習慣およびコーヒー飲用が心血管疾患の危険因子の重積へ及ぼす影響を修飾する.これらの知見は生活習慣病予防のためのオーダーメイドの行動変容プログラムの開発に役立つと思われる.これまでに構築した既存データに対するマイニングによって、Mt5178 C/A多型と生活習慣との健康状態への新たな交互作用を探索した。具体的には、Mt5178C/A多型における飲酒習慣と高LDLコレステロール血症との関係について検討した。女性、糖尿病の既往、データに欠損がある人を除く男性394名(53.9 ±7.9歳)を解析の対象とした。本研究では高LDLコレステロール血症は血清LDLコレステロール値140mg/dl以上とした。

飲酒習慣については、毎日飲む、ときどき飲むが毎日は飲まない、飲まないの3群に分けて検討した。ロジスティック回帰分析を行ったところ、Mt5178C型において飲酒頻度が増えるに従って高LDLコレステロール血症のリスクが低下する傾向を認めた(P for trend = 0.015)。年齢、BMI、喫煙習慣、コーヒー飲用、降圧薬服用の有無で調整したところ、Mt5178C型においてお酒を毎日飲む人はお酒を飲まない人に比較して高LDLコレステロール血症のリスクの有意な低下を認めた(adjusted OR = 0.360, 95% CI: 0.153-0.847, P = 0.019)。さらにMt5178C型においては飲酒頻度が増えるに従って血清LDLコレステロール濃度が低下する傾向を認めた(P for trend = 0.007)。なお、長寿型であるMt5178A型の男性においては飲酒頻度と高LDLコレステロール血症および血清LDLコレステロール濃度との関連は認められなかった。以上の結果をオンラインジャーナルLipids in Health and Diseaseに発表した。なお、行動変容を企図する遺伝的リスク値を疾患別、生活習慣別に明らかにするためのシミュレーションケースを用いた質問票調査は実施できていない。研究の実績にも記載したように、データマイニングによるMt5178C/A多型と生活習慣との種々の交互作用については、順調に研究は進捗している。しかし、行動変容を企図する遺伝的リスク値に関する研究については、未だにアンケートを実施しておらず、研究全体における現在までの達成度はやや遅れていると言わざるを得ない。質問票調査は実施できていないが、既存データに対するマイニングによるMt5178 C/A多型と生活習慣との健康状態への新たな交互作用の探索については、Mt5178 C/A多型と飲酒習慣との高LDLコレステロール血症リスクへの交互作用については論文にて報告した。また、Mt5178 C/A多型と緑茶飲用との高血圧症リスクへの交互作用、Mt5178 C/A多型と喫煙習慣との脂質異常症リスクへの交互作用、、Mt5178 C/A多型と飲酒習慣との腎機能への交互作用、Mt5178 C/A多型と喫煙および飲酒習慣との血清non-HDLコレステロール濃度への交互作用について論文を作成し、現在3編は投稿中、1編は英文校正中である。また、Mt5178 C/A多型と喫煙習慣との脂質異常症リスクへの交互作用については学会発表も行った。データマイニングによるMt5178C/A多型と生活習慣との種々の交互作用については、最終年度も研究を継続する。現時点では、1Mt5178C/A多型と喫煙習慣・飲酒習慣とのnon-HDLコレステロール濃度への影響、2Mt5178C/A多型と緑茶飲用との推算糸球体濾過量への影響、について論文を投稿中であり、3Mt5178C/A多型と飲酒習慣・コーヒー飲用との心血管リスクの重積への影響、について論文を作成中である。また、行動変容を企図する遺伝的リスク値に関するアンケートについては、最終年度中に実施する予定である。
「探索」から「思考」へ－強化学習によるカオスニューラルネットダイナミクスの発達

カオスニューラルネットの内部ダイナミクスによって決定論的探索を行う新しい強化学習において,従来の強化学習と同様に,強化学習に基づいて生成する教師信号によってニューラルネット(NN)を学習させる方法を提案したが,従来型の強化学習と同等の性能を得られなかった。これに対し,従来型の強化学習と異なる以下の2点の影響を,簡単で実績のある階層型NNを用いた物体到達タスクの強化学習をプラットフォームとし,カオスによる決定論的探索を乱数による確率的探索に置き換えた上で調べ,以下のことがわかった。(1)教師信号の生成法新しい強化学習では探索成分を含む動作そのものとTD誤差との積を教師信号に用いる。これを従来の探索成分とTD誤差の積を教師信号に用いた場合と比較すると,動作(Actor)出力が学習によって大きくなるにつれ,学習できていたものが一旦悪化する現象が見られた。しかし,その後は再び学習した。(2)探索が行われる場所新しい強化学習では,探索成分はNN内部で生成される。これを動作出力決定後に探索を行う従来法と比較した。その結果,中間層ニューロンの出力の飽和特性により,出力が大きくなると探索が十分にできない場合があることがわかった。また,これと並行し,リカレントニューラルネット(RNN)の各ニューロンが入力の微小変化に対する出力の変化の割合が大きい方が良いという評価関数に基づいて学習をすることで,ネットワークが自律的に適度なカオス性を生成,維持する方法を提案した。そして,実際に,全ての結合重み値を0としたRNNが,初期の段階で間欠的に微小なノイズを各ニューロンに載せるだけで,学習に基づいて,RNNがカオスダイナミクスを生成するようになった。ただし,各ニューロンの重み値の大きさが学習とともに大きくなり,出力もほとんど飽和領域の値しか取らなくなるという問題点があることがわかった。現在まで,カオスニューラルネットを用いた新しい強化学習を実現するための学習方法として,「因果トレースを用いる方法」と「教師信号を生成して誤差逆伝播を用いる方法」の2つの方法を提案してきた。しかし,前者はリカレント部の学習がうまくできない,後者は十分な学習性能が得られていない,といずれも問題点があって学習方法の確立に至っていない。この研究は,長年使われ,現在大きく注目を集めている強化学習の学習方法を根本的に転換させるものであり,壁にぶつかることは十分想定されたものである。しかし,研究実績の概要で述べたように,次第に問題点が明らかになってきているものの,それらの問題点を根本的に解決する手法については現時点でも明確な目処が立っておらず,まとまった成果を論文としてまとめられていないのが実情である。したがって,当初の予定からすると遅れていると言わざるを得ない。しかしその一方で,本研究を通してわかった,学習時の適度なカオス性の生成,維持の重要性の観点から,それを実現する新たな学習方法を提案し,全く結合が0の状態のリカレントネットから学習によってカオスダイナミクスを発生させ,かつあまりカオス性が大きくならない状態を維持することができる可能性のある枠組みを提示できたことは大きな進歩である。この学習は,各ニューロンがローカルな情報のみで学習でき,かつ,入力信号の変化を出力に伝えやすくするという非常に汎用的な学習方法で実現しており,カオスの生成・維持のみならず,ディープなニューラルネットの学習における信号の伝搬と誤差信号の逆伝搬をともに確保するという方向への拡張も期待できる。以上を総合的に考え,当初の予定の達成に目処が立っていないことを重視し,「やや遅れている」と判断した。本研究の最後の1年においては,カオスニューラルネット(ChNN)を用いた新しい強化学習の学習方法の確立に向けた研究を引き続き行う一方で,強化学習の学習方法が確立できていない現状において,本学習が「思考創発」に有効であることを教師あり学習の観点から示すとともに,新たに提案したカオス生成・維持学習を強化学習の中で実際に使っていくことと,深層学習での勾配消失問題の解決への可能性を探っていきたい。(1)学習方法の解決の糸口をつかむ学習させるタスクを変えて従来型と比較した結果を観察し,問題点が生じる根本的な原因の解明に努め,解決の糸口を見つける努力をしていきたい。(2)カオスニューラルネット(ChNN)の教師あり学習ChNNをBPTT(Error Back Propagation Through Time)で教師あり学習させ,問題点(誤差信号の発散などが想定される)の洗い出しを行うとともに,ChNNを使うことで,カウンタータスクによって内部状態の遷移の学習が容易になることを示す。さらに,カオス的遍歴のようなダイナミクスが学習によって形成されることを示し,ChNNを学習することで「思考」のダイナミクスが形成できる可能性を示したい。誤差信号の発散問題が起こった場合については,誤差信号の伝搬に,出力計算時と同様に非線形関数を通して信号の発散を防ぐ方法の有効性を調べる。(3)カオスの生成・維持学習と強化学習の同時学習カオスの生成・維持学習と強化学習を並列に行い,ChNNでないリカレントネットでも,学習によってカオスダイナミクスを生成し,それによってエージェントが探索して簡単なタスクの学習ができることを示す。(4)カオス生成・維持学習の拡張カオス生成・維持学習をディープなニューラルネットの学習に適用し,勾配消失問題の解決につながることを示したい。本研究は,外部からの乱数付加なしでカオスニューラルネット(NN)の内部ダイナミクスによる探索を利用する全く新しいタイプの強化学習を「原始思考」実現の柱としている。

昨年度は,本学習が単純な目標物到達タスク以外のタスクでも学習できるかの確認と,学習当初のランダムに近い探索行動から,「原始思考」の前段階と位置付け,学習を反映したより効率の良い「高次探索」が実現できるかの確認を目指し,ロボットが障害物を避けて目標物に到達するタスクの学習に適用した。連続動作可能なActor-Critic型の強化学習で,ActorをカオスNNで構成し,目標物,障害物それぞれの相対的な距離情報1つと向きの情報2つの計6個の信号を入力し,ロボット,障害物の位置を毎試行ランダムに設定してシミュレーションを行った。その結果,当初カオスダイナミクスに基づく探索的な行動をしていたロボットが,徐々に障害物を避けて目標物に向かうようになり,それとともに,リヤプノフ指数も下がってくることを確認した。ただし,さらに学習を進めると,リヤプノフ指数がさらに下がり,障害物にトラップされて目標物への到達が遅くなる傾向が見られた。また,ロボットが障害物の手前で,その障害物の右側を通って目標物に向かう領域と,左側を通って向かう領域の境界付近に置かれた場合,ロボットの位置の少しの変化によって障害物の右側を通るか左側を通るかが様々に変化し,あたかもランダムな選択をしているように見える一方,完全に障害物にトラップされて動けなくなることがないことを確認し,「高次探索」と呼べるものと考えている。また,ランダムに決めているカオスNNの相互結合の重み値の大きさを変化させると,小さ過ぎるとカオス性が減少して学習ができなくなり,逆に,大き過ぎてもニューロンの出力が飽和して値域の上限や下限にはりついて学習のパフォーマンスが下がることが観察された。提案している,全く新しい形の「符号付き因果トレース」を利用した,カオスニューラルネットのカオスダイナミクスに基づく探索を利用した強化学習が,「障害物回避タスク」という別のやや難しいタスクでも有効であることを確認することができ,本手法が汎用的に利用できる可能性が高まったことが一つの理由である。また,上記の「実績の概要」でも述べたように,われわれが分かれ道で右に行くか左に行くかの選択をするように,障害物の手前で,単にモータのレベルで乱数に近い動きをして探索するのではなく,学習を通して,「障害物にぶつかって動けなくなっては意味がないが,右を抜けるか,左を抜けるかの選択の余地が残っている」ことを把握し,ちょっとした場所の変化で右から抜けたり,左から抜けたりする領域があることが確認できた。本研究では,カオスダイナミクスによる「探索」から学習によって獲得された合目的性や因果関係を反映した結果が「思考」であると考え,昨年度の成果は,その途中の段階として位置づけた「高次探索」が確認できたと考えており,本研究の最終目的である「原始思考」創発の可能性を大きく高めることができたことは予想以上の成果である。しかしながら,行ったタスクが,以前行ったタスクとセンサ入力が異なっていて,かつ,障害物が入って少し難しいものになっているものの,「記憶が不要な目標物到達」という意味で似たタスクであり,もう少し違った種類のタスクでの確認が必要である。
表面吸着および結晶状態のフォトクロミック分子の構造と形態変化のレーザー分光計測

1,2-bis-(2,5-dimethhyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene閉環体結晶中において閉環体結晶のS...S距離は、閉環体結晶中の歪んでいない閉環体に比べて0.24A長く、分子構造が歪んでいる。歪んだ分子が安定に存在する原因を解明するためにラマン分光法を適用した。ラマン分光により、開環体、歪んでいない閉環体の振動バンドを区別できただけでなく、歪んだ閉環体のバンドを分離して観測することに成功した。歪んだ閉環体と歪んでいない閉環体の生成比は定常状態において約4:1と決定された。歪んだ閉環体がなぜ安定であるかについて、閉環体の周囲に開環体が取り囲んだクラスターモデルを考え、結合エネルギーを量子化学計算(MP2/6-31G**)によって求めた。その結果、歪んだ閉環体を含むクラスターの方が歪んでいない閉環体を含むクラスターよりも安定であることが示された。また、、歪んだ閉環体では、チオフェン環のC=C、C-S結合の分極が生じ、開環体チオフェン環の間の静電相互作用が増加することが示唆された。次に、ジアリールエテン類の結晶中のフォトクロミック反応と分子間相互作用について調査するために、1,2-bis(3-methyl-2-thienyl)perfluorocyclopenteneの開環体微結晶の電子スペクトルの測定を行った。可視光で閉環体を励起した場合に、430nmと550nmに二つのピークをもつ二重蛍光が観測された。二つの蛍光励起スペクトルは、開環体-閉環体および開環体-開環体の2量体ユニットによることが示唆された。このように結晶の中で二つのダイマーユニットの電子スペクトルが明確に分離されることは稀であり、結晶中の特異な分子聞相互作用の存在を示唆しているが、結晶表面で開環体のアグリゲートが生成する可能性も除外できない。1,2-bis(2,5-dimethyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene (DMTF)微結晶のフォトクロミック反応を電子スペクトルと振動分光を用いて調査した。DMTF開環体の微結晶と閉環体の微結晶のFTラマン分光を行い、それぞれの分子に特有のラマンバンドを15006500cm^<-1>領域に観測した。開環体微結晶に365nmの紫外光を照射して、開環体分子に囲まれた微量の閉環体分子を生成させた。閉環体分子、および開環体中に生成した閉環体分子の拡散反射スペクトルを測定したところ、開環体中の閉環体分子の吸収ピークは閉環体分子の吸収ピークから約2000cm^<-1>レッドシフトしていることが分かった。同様な結晶を作成し、ラマン分光を行ったところ、開環体中の閉環体の1551cm^<-1>と1593cm^<-1>の2本のラマンバンドが閉環体微結晶の対応するラマンバンドからそれぞれ7cm^<-1>、8cm^<-1>ブルーシフトすることが示された。これらの振動はチオフェン環の骨格振動と帰属され、振動数の変化は、X線結晶解析から示された開環体結晶中の閉環体のS...S間の距離が0.24A伸びる構造変化と対応している。この結果は、今後、時間分解分光ラマン分光によって、結晶中の閉環反応における分子の構造変化をピコ秒オーダーで追跡できることを示しており、基礎データとして重要である。密度凡関数法を用いて孤立状態の閉環体分子及び開環体結晶中の閉環体分子のS_0状態とS_1状態のエネルギーの計算を行った。開環体中の閉環体分子のエネルギーは、S_0状態、S_1状態共に閉環体中の閉環体分子より著しく不安定であるが、S_0状態の方がS_1状態よりも更に不安定であるために、開環体中の閉環体分子の遷移エネルギーは約3000cm^<-1>レッドシフトする。この結果は、拡散反射スペクトルから得られた遷移エネルギーの変化と一致する。

次に、ジアリールエテン類の結晶中のフォトクロミック反応と分子間相互作用について調査するために、1,2-bis(3-methyl-2-thienyl)perfluorocyclopenteneの開環体微結晶の電子スペクトルの測定を行った。可視光で閉環体を励起した場合に、430nmと550nmに二つのピークをもつ二重蛍光が観測された。二つの蛍光励起スペクトルは、開環体-閉環体および開環体-開環体の2量体ユニットによることが示唆された。このように結晶の中で二つのダイマーユニットの電子スペクトルが明確に分離されることは稀であり、結晶中の特異な分子聞相互作用の存在を示唆しているが、結晶表面で開環体のアグリゲートが生成する可能性も除外できない。
蛋白質の分子間相互作用の解析

プロテオーム解析は、細胞機能を解明する上でもっとも重要なヒントを提供するかもしれないが、細胞構成要素のなかで大量および迅速検出が最も難しいのが蛋白質であり、そのために必要な技術は未だ開発途上である。そこで、質量分析計と表面プラズモン共鳴センサーを組み合わせ、蛋白質の相互作用解析の基盤技術を確立する。この技術を応用し、蛋白質の翻訳後修飾、特にリン酸化などを指標にシグナル伝達経路の解明とそのデータベース化を計画している。その結果、ゲノム単独よりもはるかに深く生体の蛋白質機能について理解できるものと考える。本年度は、昨年度から引き続き枯草菌GTP結合蛋白質、ラットNO合成酵素をモデルに、さらに数種類のリン酸化キナーゼに対し、それぞれの結合分子の分析を行った。具体的には、先のリガンド蛋白質に対し、それぞれ枯草菌、ラットの細胞抽出液および部分精製細胞内核抽出液を直接反応させることにより、網羅的な結合分子のスクリーニングを試みた。先のふたつのモデル蛋白質については、既知の分子間相互作用の他に、新規の相互作用蛋白質の同定結果が得られた。表面プラズモン共鳴装置と質量分析計を組み合わせたシステムは有意に機能していると考えられた。このシステムは上記ふたつのモデル蛋白質以外にも簡便に適用可能であるので、モデル蛋白質以外への適用も考慮した。そこで核内に局在するリン酸化キナーゼに対し適用した結果、数種類の生体内基質と考えられる蛋白質を同定し、さらにそのリン酸化部位の同定結果を得た。この相互作用は細胞周期特異的であり、結合によりリン酸化キナーゼの活性を抑制しているという結果を得た。
人と共感できる社会脳ロボットを目指して - 情動機能を考慮した脳型システムの応用

と共感を可能にする工学原理抽出を図った.高次視覚認知に不可欠な主観的輪郭生成のLSI技術,人とリアルタイムで相互作用可能な脳型ロボット実験システム構築,生存脳-情動脳-社会脳の階層性を検証する過酷状況・環境下での情動反応,社会性行動検証が進められ,脳・身体に内在する他者と共感し協力するロボットの基礎設計原理・実装技術が得られた.と共感を可能にする工学原理抽出を図った.高次視覚認知に不可欠な主観的輪郭生成のLSI技術,人とリアルタイムで相互作用可能な脳型ロボット実験システム構築,生存脳-情動脳-社会脳の階層性を検証する過酷状況・環境下での情動反応,社会性行動検証が進められ,脳・身体に内在する他者と共感し協力するロボットの基礎設計原理・実装技術が得られた.本研究では,脳科学研究に基づく生理実験・デバイス技術・統合ロボット実装実験技術を用いて,従来工学技術の延長では限界があるとされる非定常な環境での人と協力して活動するロボット研究開発(脳型ロボット開発)を行うことを目的とする.研究課題遂行初年度として,第一に異分野間連携強化を図り,分担者,連携研究者を含めた研究会を密に行い,次年度以降の実質的な研究成果輩出の枠組みを確立した.分担者個別の研究成果としては,分担者(森江)は脳型視覚デバイスの主観的情報処理の設計と制御の高度化の成果を得た.代表者は同デバイス実装の準備として無線カメラを搭載したロボット開発を行い,実時間伝送を可能にしつつノイズ耐性のあるリアルタイム画像取得の実験系を構築した.分担者(粟生)は,「他者と共感する」機能の工学化に向けて,行動決定が他個体の存在にどのような影響を受けるかの情動反応の生理基礎実験をラットを用いて進展を得た.代表者との連携では,生存脳-情動脳-社会脳ネットワーク構想を理論モデル化するために議論を重ね,その基本構想はマスメディアの取材を受けるなど注目を受けた.代表者の研究成果としては,計画通り,ロボット実装に向けた脳型理論モデルの整備と統合的な実験環境を確立した.特に,小型ヒト型ロボット実装が成功したことが大きく,非定常環境における課題達成の計画立案(プランニング)とその遂行のモデル実装し,行動選択や状況変化におけるプラン変更の自発性の実験の準備が整った本研究では,脳科学研究に基づく生理実験・デバイス技術・統合ロボット実装実験技術を用いて,従来工学技術の延長では限界があるとされる非定常な環境での人と協力して活動するロボット研究開発(脳型ロボット開発)を行うことを目的とする.研究課題遂行二年目として,昨年度構築した小型ヒト型ロボット実験系を,画像処理,行動制御機能を組み込み,脳数理モデルのオンライン実時間シミュレーターと連動した統合環境として完成させている.固定物体追従から動き検出を含めたモデル化を進め,状況に合わせて適応的に行動変化する基礎を構築した.分担者個別の研究成果としては,分担者(森江)は脳型視覚デバイスについて,領域ベースのMRFモデルや,動き検出のMotion Detection ModelをFPGAデバイス実装など進めており,分担者(粟生)は「他者と共感する」機能の工学化に向けて行動決定が他個体の存在にどのような影響を受けるかの情動反応の生理基礎実験をラットを用いて進展を得ている.代表者との連携としては,生存脳-情動脳-社会脳ネットワーク構想を三階層の振動子ネットワーク理論モデル化する基本原理を実装しつつあり,最終年度にむけて,人-ロボット間の協調実験を行う準備が整いつつある.人-ロボット親和性についての振動子ダイナミクスを用いた原理としては,ファン・デル・ポール振動子を用いた車両軌道制御の提案で成果を得ており,振動子ネットワーク理論モデルに活用が期待される.家庭や病院のような場は,支援が必要とされつつも非定常な環境であるために従来技術では人と協力するロボット開発が困難である.本課題では,脳の情動機能に注目し,人と共感し,喜びや痛みを共有して意志決定が出来るシステムの設計原理解明を目指し,脳型技術を結集し,環境に適応し人と共感する脳型ロボットを実現させることで工学原理抽出を図った.研究体制は,融合LSI技術,情動発現と機序の生理実験,リアルタイム実装統合技術などを専門とする研究者らによって構成,分野横断的研究推進で人と共感・協力するロボット設計原理・実装技術確立を進めた.初年度には,異分野間連携強化を図り,分担者,連携研究者を含めた研究会を密に行い,分担者は脳型視覚デバイスの主観的情報処理の設計と制御の高度化の成果,行動決定が他個体の存在にどのような影響を受けるかの情動反応の生理基礎実験成果を得て,統合実装技術として脳型シミュレータをロボット身体外部PCにリアルタイムシミュレータを構成し,外部センサ情報・動作選択を無線伝送で実時間通信するリアルタイム実験系を構築できた.次年度は,極限環境,低重力下におけるラットの不安増減や行動変化,複数個体での挙動についても実験を進め,『生存脳-情動脳-社会脳ネットワーク』仮説の妥当性を得た.最終年度は,脳型理論モデルの整備と統合的な実験環境を基盤に,小型ヒト型ロボット実装においては,非定常環境における課題達成の計画立案とその遂行を実現し,行動選択や状況変化における行動決定のタイミング制御において研究成果を得た.また,脳型システムには,振動子ネットワーク並列分散計算・制御が有効であるとの指針を得て,同ネットワークのLSI実現を達成し,人の認知ー運動連動課題等を中心に脳神経系の数理,身体の動力学特性の解明,当該技術の社会における要請についての基礎・応用研究を並行に進めることができた.

脳型視覚LSIとヒト型ロボットの統合化については,当初の計画よりもやや遅れている.デバイス開発自体は,領域ベースのMRFモデルや,動き検出のMotion Detection ModelをFPGAデバイス実装など予定より進んでおり,また,人型ロボット技術は初年度のカメラ実装完了後に外部PCからの制御によって,固定物追跡課題から動きのある物体追跡課題に適応できるよう理論拡張が進んでいるが,現状では脳数理モデルのシミュレーションに用いているPCが十分な処理速度を持っているため,ハードウェアによる統合化よりも,課題達成や外界変化の可変性に力を入れている.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の大きな目的は「他者と共感する」機能の工学化であり,脳の情報処理特性から抽出することを目指している.分担者は,同機能を行動決定が他個体の存在にどのような影響を受けるかの情動反応や神経伝達・修飾物質の作用を含め,広範に基盤研究を進めている.そのために低重力下におけるラットの不安増減や行動変化,複数個体での挙動についても実験を進め,当初計画における『生存脳-情動脳-社会脳ネットワーク』仮説を基礎として情動機能を中心とする社会性獲得過程の検証を,今後更に極限環境での実験成果と合わせて評価し検討を進める.また,代表者は同ネットワーク仮説をヒト型ロボットにおいて実装するために,振動子ネットワーク並列分散計算・制御で効率化を図るとともに,ロボット間相互作用課題を設定し実証実験するために,人の身体制御における認知-運動連動課題について脳神経系の基礎・応用研究を並行に進めながら研究発展させる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
Angiogeninを介する血管内皮前駆細胞の分化誘導と腫瘍血管新生機構の解明

血管新生蛋白angiogeninは、細胞密度にかかわらず血管内皮前駆細胞(endothelial progenitor cell : EPC)の核に移行し、リボソームの生合成を誘導し細胞増殖を促進した。また、angiogeninは口腔扁平上皮癌細胞クラスターへのEPCの遊走・浸潤作用を増強した。さらに、bFGFやVEGFなどの血管新生因子はEPC内で内因性angiogeninの核への集積を促進した。以上から、腫瘍血管新生へ血管内皮前駆細胞が関与する過程で、angiogeninが重要な役割を担っていることが示唆された。1.ヒト血管内皮前駆細胞(EPC)の分離健康ヒト末梢血から単核球をFicoll-PaqueRによる比重遠心法で分離後、磁気細胞分離法により単核球中のCD34およびCD133陽性細胞を分離しEPCとした。しかし、EPCの分離精度が低いため、実験にはApproCell社から販売されているEPCを使用した。1)EPCにおける外因性angiogeninの核への移行:無血清培地に10ng/mlのangiogeninを加え37°C、1時間EPCを培養し、抗angiogeninマウスモノクローナル抗体26-2FとAlexa488でラベルした抗マウスニ次抗体で染色し、angiogeninの核への移行・集積を蛍光顕微鏡で調べた。AngiogeninはEPCの濃度に関係なく、核へ移行した。3.EPCの増殖と浸潤・遊走に及ぼす外因性angiogeninの影響EPCにangiogeninを加え、細胞数とリボゾームの生合成率(Hucleolar organizer regions(NOR)の銀染色をおこない、そのNORのドット数にて評価)を調べたが、増加は軽度であった。また、EPCの浸潤・遊走に及ぼす外因性angiogeninの影響を引っ掻き試験と遊走試験により検討したが、明らかなangiogeninによる増強作用は認められなかった。1.ヒト血管内皮前駆細胞(EPC)の分離(分担:岸本、佐々木)ヒト末梢血から単核球をFicoll-PaqueR(密度1,077)による比重遠心法で分離後、CD34とCD133マイクロビーズキット(ミルテニー社)を用い磁気細胞分離法により単核球中のCD34およびCD133陽性細胞を分離しEPCとする。本法を当初から継続して試みているが、EPCの分離精度が上がらず、以下の実験にはApproCell社から販売されているEPCを使用した。なお、本EPCはCD34およびCD133陽性であることを、蛍光抗体染色法で確認した。2.癌細胞クラスターに対するEPCの浸潤作用における外因性angiogeninの影響の検討(分担:岸本)目的:癌細胞から分泌されるangiogeninによりEPCが腫瘍血管内皮を修飾するとともに、またEPC自身が腫瘍血管内皮細胞へ分化誘導を受け腫瘍血管新生に関与することを証明する。方法:コラーゲン・ゲルに口腔扁平上皮癌HSC-2細胞を包埋クラスター状とし、EPCおよび血管内皮細胞HUVECとともにMatrigel上で培養する。そして、HSC-2細胞クラスター内にはいるEPCとHUVECを観察するとともに、angiogeninを加え、外因性angiogeninの影響を検討した。結果:HSC-2細胞クラスター周囲へのEPCとHUVECのmigrationが観察され、angiogeninを添加することにより、その作用は増強した。現在、EPCとHUVBCを生きた状態で別々に蛍光色素でマーキングし、EPCとHUVECがHSC-2細胞クラスター内にどのように浸潤しているかの細胞動態を解析中である。【背景】血管内皮細胞の前段階である血管内皮前駆細胞(endothelial progenitor cell:EPC)の増殖や腫瘍血管内皮細胞への分化誘導機構に及ぼす血管新生蛋白angiogeninの影響や生物学的活性は未だ不明であり、癌組織という特異的な微小環境下における腫瘍血管新生へのangiogeninを介するEPCの役割は未だ明らかにされていない。【研究目的】EPCの増殖・分化誘導に及ぼすangiogeninの影響を検討し、angiogeninを介する腫瘍血管新生機構の解明を行った。【方法】HSC-2口腔扁平上皮癌細胞クラスターに対するEPCの遊走・浸潤作用におけるangiogeninの影響を検討した。また、angiogeninを抑制するsiRNAを用いてEPCの内因性angiogeninの発現を抑制し、bFGFで刺激後、細胞増殖率(細胞数のカウント)とリボソームの生合成率(nucleolar organizer regions (NOR)の銀染色を行い、そのNORのドット数にて評価)、浸潤・遊走・チューブ形成能の変化を検討した。【結果】HSC-2細胞クラスター周囲へEPCの遊走が観察され、angiogeninを添加することによりその遊走作用は増強した。そして、angiogeninの発現を抑制すると、bFGFで刺激しても細胞増殖率、リボソームの生合成率、浸潤・遊走・チューブ形成能は低下した。

以上の結果から、腫瘍血管新生へEPCが関与する過程で、angiogeninは内皮細胞のみならずEPCにも作用し重要な役割を担っていることが示唆された。
MN・EPシステムを付与した経皮パッチによるバイオ治療薬デリバリーシステム

マイクロニードル(MN)およびエレクトロポレーション(EP)を付与した経皮パッチは、MNやEPの単独使用と比較して著しく高分子化合物の皮膚透過性を改善することができた.さらに、MN・EPシステムは、高分子化合物の皮膚透過性だけでなく、粒子径50nmおよび500nmのポリスチレン粒子の皮内浸透性を高めることが可能であった.この結果は、MN・EPシステムを付与した経皮パッチは、バイオ治療薬デリバリーに有効であると考えられた.マイクロニードル(MN)およびエレクトロポレーション(EP)を付与した経皮パッチは、MNやEPの単独使用と比較して著しく高分子化合物の皮膚透過性を改善することができた.さらに、MN・EPシステムは、高分子化合物の皮膚透過性だけでなく、粒子径50nmおよび500nmのポリスチレン粒子の皮内浸透性を高めることが可能であった.この結果は、MN・EPシステムを付与した経皮パッチは、バイオ治療薬デリバリーに有効であると考えられた.マイクロニードルアレイ(MN)を電極とした経皮パッチデバイスを作成し、MN処理後にエレクトロポレーション(IN-SKIN EP)を行い薬物の皮膚透過性を評価した。IN-SKIN EPは単独MN処理やエレクトロポレーション(EP)と比較して著しく分子量4,400のFITC-dextranの皮膚透過性を高めることが分かった。また、電子顕微鏡観察により、IN-SKIN EPはMN単独やEP単独と比較して角層に形成する小孔のサイズが大きいことが分かった。高分子薬物の皮膚透過性を著しく改善させるため、EP単独では300Vもの高電圧を負荷する報告があるが、IN-SKIN EPでは、比較的低い電圧(50V)でも薬物の皮膚透過性を改善できることが分かった。IN-SKIN EP後に粒子径500nmのポリスチレンスフェアを適用したところ、角層に形成された小孔部ヘデリバリーされていることが分かった。IN-SKIN EP後の皮膚刺激性をMTT assayや適用部位の皮膚血流の変化を調べて評価した結果、皮膚刺激性や炎症による皮膚局所の血流の増大は認められなかった。今後は血液中の炎症マーカーの変化についても検討予定である。この結果から、MNを電極とした経皮パッチデバイスは高分子医薬品やリボソームや生分解性の高分子をキャリアーとした微粒子製剤の経皮送達を可能とする有用な方法であることが本年度の検討で明らかとなった。今後は、MN電極の正極及び負極の配列が異なるデバイスを作成し、薬物の皮膚透過性に及ぼす電場の影響について検討していく予定である。正極及び負極の配列が異なるマイクロニードルアレイ(MN)を電極とした経皮パッチデバイスを作成し、薬物の皮膚透過性に及ぼす電場の影響について検討した。エレクトロポレーション(EP)による薬物透過促進効果は電場が大きく関わっている。そこで、配列の異なる正極1つと負極8つ、もしくは正極8つと負極1つからなるIN-SKIN EPデバイスを用いて分子量4,400のFITC-dextranの皮膚透過性を評価した。正極8つ陰極1つからなるIN-SKIN EPは、EP単独デバイスおよび正極1つと負極8つからなるIN-SKIN EPと比較して著しい皮膚透過促進性を示した。高分子薬物の皮膚透過性を著しく改善させるためにEP単独では300Vもの高電圧を負荷する報告があるが、IN-SKIN EPでは、比較的低い電圧(50V)でも薬物の皮膚透過性を改善できることが分かった。また、IN-SKIN EP処理により皮膚表面には小孔の形成が確認でき、小孔のサイズは、EP単独もしくはMN単独処理と比較して著しく大きいことがわかった。この皮膚表面に形成された小孔が高分子薬物の皮膚透過促進効果と強く関係していることがわかった。IN-SKIN EP後の皮膚刺激性をMTT assayや適用部位の皮膚血流の変化から評価した結果、皮膚刺激性や炎症による皮膚局所の血流の増大は認められなかった。このことから、MNを電極とした経皮パッチデバイスは電極配列により高分子医薬品の経皮送達性を調整可能であると考えられた。マイクロニードルアレイ(MN)を電極とする経皮パッチデバイスを用いたエレクトロポレーション(IN-SKIN EP)は、高分子モデル蛍光物質の皮膚透過性を増大させること、皮膚浅層部へ粒子径500nmのポリスチレンスフェアを送達可能であることを報告している。薬物濃度は薬効と強く関係するため、ナノスフェアなどの薬物を含有したキャリアが皮膚の生きた表皮や真皮まで送達可能であれば、高い効果を期待できる薬物デリバリーに有用となる。本年度は、微粒子の粒子径と皮内送達部位に及ぼすIN-SKIN EP処理の影響について検討し、バイオ治療薬を含有した微粒子製剤もしくは脂質ベシクルの生きた表皮・真皮への送達の可能性について調べた。皮膚表面に適用した粒子径が50nmや500nmの微粒子は、MN単独処理により形成された新規透過ルートを介して皮膚表面から約20μmの深さまで送達可能であることが分かった。また、粒子径が6μmもの大きさになると粒子は皮内に移行しないことが分かった。MN処理を施さず、エレクトロポレーションのみ(ON-SKIN EP)を100V、10ms、10plusesの電気条件下で行うと微粒子を皮内に送達可能であったが、粒子の送達部位はMN単独処理と同様に皮膚の浅層部に留まった。

一方、100V、10ms、10plusesの電気条件下でIN-SKIN EPを施すと、いずれのサイズの粒子も皮内に送達され、その到達部位は粒子径に依存し、50nmの粒子は新たに形成された小孔の最深部まで(約100μm)送達されていることが分かった。これらの結果より、IN-SKIN EPは、生きた表皮や真皮への微粒子や脂質ベシクルを送達可能である有用な方法であることが示唆された。
熱帯起源球根作物の休眠生理に関する研究

アマリリス:球根の低温処理による促成栽培法が確立しているが、もともと熱帯性である本種にとっての低温の意義は明らかではない.球根内での花芽の発達を25°C恒温条件下で1年にわたって経時的に調査した結果、アマリリスにはいわゆる休眠がなく、葉の展開および開花が不規則であることが明らかになった.また、低温は球根内の花芽を健全のまま維持しているのに対し、高温は花芽のアボ-トをおこしやすいこと、および、それにはアブシジン酸が関連しているらしいことを明らかにした.また、リン片繁殖における2リン片押しでは底盤部の重要性が明らかになった.グロリオサ:温室内で生育させた植物体に形成された塊茎を経時的に掘り上げ、一定温度条件下における萌芽の消長を調査した.球根を2又状のまま植え付けると時間を経ずして萌芽がおこるが、基盤部を除いて分割した球根ではこれまでの報告と同様、萌芽遅延が認められ、このことがグロリオサの休眠と解されていることが明らかになった.球根の部位別植物ホルモンの分析を行った結果、オーキシンおよびアブシジン酸の分布の違いがこのような現象を支配していることが示唆された.15EA03:チューベローズ:球根冷蔵処理の影響について実験を行った結果、本種の花芽の発達に低温はほとんど関与せず、ただ高温貯蔵の際におこる球根の消耗を抑えているにすぎないことが示唆された.内生ジベレリンの消長を調査した結果、低温処理により同物質が増加することが明らかになり、これまでにいわれているような、球根内のジベレリン増加と植え付け後の急速な伸長生長との関連について考えなおさなければならない可能性があることを明らかにした.アマリリス:球根の低温処理による促成栽培法が確立しているが、もともと熱帯性である本種にとっての低温の意義は明らかではない.球根内での花芽の発達を25°C恒温条件下で1年にわたって経時的に調査した結果、アマリリスにはいわゆる休眠がなく、葉の展開および開花が不規則であることが明らかになった.また、低温は球根内の花芽を健全のまま維持しているのに対し、高温は花芽のアボ-トをおこしやすいこと、および、それにはアブシジン酸が関連しているらしいことを明らかにした.また、リン片繁殖における2リン片押しでは底盤部の重要性が明らかになった.グロリオサ:温室内で生育させた植物体に形成された塊茎を経時的に掘り上げ、一定温度条件下における萌芽の消長を調査した.球根を2又状のまま植え付けると時間を経ずして萌芽がおこるが、基盤部を除いて分割した球根ではこれまでの報告と同様、萌芽遅延が認められ、このことがグロリオサの休眠と解されていることが明らかになった.球根の部位別植物ホルモンの分析を行った結果、オーキシンおよびアブシジン酸の分布の違いがこのような現象を支配していることが示唆された.15EA03:チューベローズ:球根冷蔵処理の影響について実験を行った結果、本種の花芽の発達に低温はほとんど関与せず、ただ高温貯蔵の際におこる球根の消耗を抑えているにすぎないことが示唆された.内生ジベレリンの消長を調査した結果、低温処理により同物質が増加することが明らかになり、これまでにいわれているような、球根内のジベレリン増加と植え付け後の急速な伸長生長との関連について考えなおさなければならない可能性があることを明らかにした.本年度はアマリリス、グロリオサおよびチューベローザを供試し、主として制御環境下および温室内での生育反応を調査した。アマリリスー球根の低温処理による促成栽培が確立しているが、もともと熱帯性である本種にとっての低温の意義は明かでない。本年度は球根内での花芽の発達を経時的に調査した結果、低温が球根内の第一花芽を健全のまま維持しているのに対し、高温は第一花芽をアボートし、花茎を抽出するのは第二花芽であることが明かとなった。一方、鱗片挿しにおける植物ホルモンの働きについても実験を行い、子球の形成にはサイトカイニンが促進的に、またオーキシンは抑制的に作用していることが確かめられた。グロリオサー温室内で生育させた植物体に形成された塊茎を経時的に掘り上げ、一定温度条件下における萌芽の消長を調査した。本種塊茎にはいわゆる休眠は存在せず、塊茎の発達過程においてのみ、萌芽遅延が認められた。塊茎の未熟時期と休眠との関連については次年度から行う植物ホルモンの分析を通じて明らかにしていく予定である。制御環境下における生育反応から30°Cの高温では塊茎の発達が抑えられ、逆に20°Cでは促進されることも明らかになった。チューベローズー台湾などでは、需要の関係から本種の抑制栽培が行われている。そのための球根冷蔵処理が実行されているが、この方法は経験的なもので、学問的な裏付けはいまだになされていない。アマリリスで行った方法と同様に低温処理の影響について実験を行った結果、本種の花芽の発達に低温は全くといってよいほど関与しておらず、ただ、高温貯蔵の際におこる球根の消耗を抑えているにすぎないことが示唆された。次年度はさらに詳しい検討とともに、内生植物ホルモンの調査を行って、本種の休眠についても明らかにしていく予定である。

本年度はアマリリス、グロリオサおよびチューベローズを供試し、制御環境下および温室内での生育反応を調査するとともに、チューベローズ球根貯蔵中の内生植物ホルモンの分析を行った。アマリリス-前年度の試験の反復を行った。本年度も球根内での花芽の発達を経時的に調査した。その結果、低温が球根内の第一花芽を健全のまま維持しているのに対し、高温は第一花芽をアボートし、花茎を抽出するのは第二花芽であることが明かとなった。一方、鱗片挿しにおける植物ホルモンの働きについても実験を行い、子球の形成にはサイトカイニンが促進的に、またオーキシンは抑制的に作用していることが確かめられた。グロリオサー温室内で生育させた植物体に形成された塊茎を経時的に掘り上げ、一定温度条件下における萌芽の消長を調査した。本種は二又の塊茎を形成するが、1個のみで生育させた場合と2個を1組として生育させた場合の生育反応が著しく異なることを見いだした。制御環境下における生育反応から30°Cの高温では塊茎の発達が抑えられ、逆に20°Cでは促進されることも明らかになった。また、30°C短日条件下では花芽分化が抑えられるらしいことが明らかになり、次年度に再試を行う予定である。チューベローズ-本種の花芽の発達には低温は全く関与しておらず、ただ、高温貯蔵の際におこる球根の消耗を抑えているにすぎないことが確認された。低温貯蔵中の内生アブシジン酸含量は高温貯蔵中の球根よりも多く、低温貯蔵による生育遅延との関連が示唆されたが、内生ジベレリン含量は逆に低温処理により増加した。今後はこれら球根作物の内生植物ホルモンの調査を行い、熱帯起源球根作物の眠について明らかにしていく予定である。昨年度に引続き、アマリリス、グロリオサおよびチューベローズを供試し、制御環境下および温室内での生育反応を調査するとともに、内生植物ホルモンの分析をおこなった。アマリリス-球根の低温処理による促成栽培が確立しているが、もともと熱帯性である本種にとっての低温の意義は明かでない。本年度は球根内での花芽の発達を経時的に調査した結果、低温が球根内の第一花芽を健全のまま維持しているのに対し、高温は花芽のアボ-トをおこしやすいこと、ならびに、それにはアブシジン酸が関連しているらしいことを明らかにした。さらに、鱗片繁殖における2鱗片挿しにおける底盤部の重要性が明らかになった。グロリオサ-温室内で生育させた植物体に形成された塊茎を経時的に掘り上げ、一定温度条件下における萌芽の消長を調査した。球根を2又状のまま植え付けると時間を経ずして萌芽がおこるが、基盤部を除いて、分割した球根ではこれまでの報告と同様萌芽遅延が認められた。球根内の部位別に植物ホルモンの分析を行った結果、オーキシンおよびアブサイシン酸の分布の違いがこのような現象を支配していることが明らかになった。チューベローズ-昨年、球根冷蔵処理の影響について実験を行った結果、本種の花芽の発達に低温は全くといってよいほど関与しておらず、ただ、高温貯蔵の際におこる球根の消耗を抑えているにすぎないことが示唆された。本年度、内生ジベレリンの消長を調査した結果、低温処理により同物質が増加することが明らかになり、これまでにいわれているような、球根内のジベレリン増加と植え付け後の急速な伸長生長との関連に疑問を呈する結果となった。
魚類の成長を制御する生殖線機能の解明と養殖への利用

本研究は魚の成熟と成長の関係を内分泌学的に明らかにするとともに、得られた基礎理論を魚類養殖の効率化に活用する技術の開発を目指して行われた。解析の結果、数種の魚では、成長の制御に生殖腺が、下垂体と同様重要な役割を果すことが確実となった。数種の魚種では、生殖腺による成長の制御機構は、生殖腺で発現する成長ホルモンおよび雌性ホルモンが重要な役割を果すことが明らかとなった。また、成熟に起因する養殖魚の変形の内分泌メカニズムが明らかとなるとともに、魚の飼育環境条件(流速)や栄養条件と成熟および成長の関係が明らかとなり、成熟制御による魚類養殖効率化のための基礎的知見が明らかとなった。本研究で使用する魚種であるウナギ、ティラピア、ブリ、クロマグロなどから成長制御に関わると考えられる成長ホルモン(GH)、インシュリン様成長因子(IGF)-I,II,III、IGF-結合タンパク1から6、摂食制御にも作用すると考えられるグレリン、レプチン、コレシストキニン(CCK)、ペプチドY(PY)およびオレキシンのcDNAの部分配列を明らかにした。本研究で使用する実験魚の準備を本格的に行った。具体的には、本研究で主として使用するティラピアを増やし、1000から2000匹程度を常に使用できる体制を整えた。ニホンウナギに関しては、体成長に関する性的二型のメカニズムを明らかにするために、シラスウナギからのエストロゲン処理によるメス化を行い実験魚の確保を行った。ブリ、ヒラメおよびクロマグロに関しては、生産者との協力体制を整えた。上述の試験魚の基礎データの取得を行った。具体的には、ティラピア、ウナギおよびヒラメに関しては、性的二型に関する成長と成熟に関する基礎データの取得を開始した。ブリに関しては、成熟期以降の急激な体質の変化を明らかにするためのデータ取得を行った。クロマグロに関しては、体成長の制御メカニズムに必要な、データを取得した。これらのデータ取得により、ティラピアの性的二型の出現の時期およびその詳細な成長変化、ウナギおよびヒラメの性的二型出現初期の成長過程、養殖ブリの成熟リスクのメカニズムを明らかにするのに必要な産卵期以降の魚体の質的変化の一部を押さえることができるとともに、今後の解析に必要なサンプルの取得ができた。ブリ、ティラピアおよびウナギの成長制御に関わる因子および摂食制御に関わる因子のうち、成長制御因子に関しては成長ホルモン(GH)、インシュリン様成長因子(IGF)-I, II, III、IGF-結合タンパク類、摂食制御因子に関してはグレリン、コレシストキニン(CCK)、ペプチドY(PY)およびオレキシンのリアルタイムPCR法による遺伝子発現解析系を構築した。これらの解析系を用い、各魚種での遺伝子発現解析を開始した。摂餌と成熟の関係に関しては、解析の進行過程で、研究計画当初に予想していた解析予定の因子以外にも重要な制御因子が存在する可能性が出てきたため、メダカDNAアレイを利用した候補遺伝子の検索を行ったが、飼育実験の条件が調整できず、正確な解析が実行できなかった。成長の雌雄差の有る魚種の解析は、本年度はウナギを主たる実験魚として用いた。具体的には、雌性ホルモン処理によりメス化を誘導したウナギの成長とメス化していないウナギの成長を比較観察した。その結果、メス化により成長の増大が観察された。成熟期前後のブリを用いて、ヒコーキ型変形の発症と成熟との関係を解析した。その結果、成熟期の脊椎骨の弱化がヒコウキ型変形を誘起することが明らかとなった。また、成熟期に雌雄とも血液中の濃度が高くなる性ステロイドホルモン17α,20β-ジヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(DHP)のブリ幼魚への投与により、脊椎骨の弱化が再現された。ティラピアを様々な水流の強度で飼育したところ、水流の強度が強いほど成長速度が早いこと、水流に対する反応は雌雄によって異なることが明らかとなった。メダカを用いて、飼料の栄養条件と成熟との関係を観察した。その結果、雌に関しては、一般的な飼料に比較して、低タンパク・高脂質、あるいは高タンパク・低脂質の条件の飼料を給餌したメダカの産卵数が増加する傾向が認められた。給餌コントロールにより、魚類の成熟を制御できるか否かを、養殖ブリを用いて調べた。給餌抑制により成熟を抑制できることは既に明らかになっているので、摂食量の増大が成熟に影響をあたえるか否かを調べた。イカの内臓は、古くより魚類の摂食性を向上させることが知られているが、このイカの内臓の溶解液をブリの飼料に1%添加したところ、消化管でのコレシストキニン遺伝子発現量が上昇するとともに、胃腸管のプロテアーゼ活性が向上し、12.7%摂食量が増加した。実際に1%のイカ内蔵溶解液を添加した飼料を養殖漁場のブリに6ヶ月間給餌したところ、摂食量が増加するとともに、魚体重が有意に増加した。しかしながら、雌雄ともに有意な生殖腺重量の増加は認められなかった。この結果から、給餌制限によって、生殖腺の発達は抑制されるが、過給餌によっては生殖腺の発達は促進しないものと推察された。作製した飼料の魚類に対する生理学的評価のための遺伝子指標を得ることを目的に、エドワジェラ症に感染し衰弱したメダカと健康なメダカから得られたmRNAによりDNAマイクロアレーを行い、メダカの生理状態の違いにより発現が異なる多数の指標となり得る候補遺伝子を得ることができた。