hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
塩素イオンチャネルのSLC26A7と26A9による新規細胞防御機構の解明

胃酸分泌細胞は強酸を分泌するが自己は消化しない。このため胃酸分泌細胞には巧妙な細胞防御機構が備わっているものと考えられ、これまでに我々は細胞防御Cl^-チャネルが必須の役割を担っていることを見出している。本研究で、SLC26A7とSLC26A9の2種のCl^-チャネルの分子生理機能についての解析を行い、SLC26A7は、細胞防御Cl^-チャネルの機能発現に必須の分子であり、SLC26A9は、酸によって活性化され高浸透圧により抑制されるCl^-チャネルであることを明らかにした。本研究では、SLC26A7およびSLC26A9の細胞防御機能解明を目的として実験を行い以下の成果を得た。まず、SLC26A7発現細胞の構築のため、マウス腎臓よりクローニングしたSLC26A7 cDNAを組み込んだ3種類のベクターをHEK293およびLLC-PK1細胞に導入したが、いずれの場合もSLC26A7蛋白質は発現しなかった。しかし導入細胞をプロテアソーム阻害薬(ラクタシスチン)で処理すると、SLC26A7蛋白質の発現が観察された。一方、Cos-7細胞に導入した場合、SLC26A7蛋白質の発現が観察されたが、原形質膜には存在せず、細胞内オルガネラに分布していた。したがってSLC26A7の原形質膜発現に必須なサブユニットの存在が示唆され、発見に向けた研究を遂行中である。また、SLC26A9発現細胞構築のため、マウス胃よりクローニングしたSLC26A9 cDNAをLLC-PK1およびCos-7細胞に導入したところ、原形質膜にSLC26A9蛋白質の発現が観察された。ホールセルクランプ法により発現細胞のチャネル電流を測定すると、未発現細胞では見られない、電流-電圧関係が直線的な膜電流が記録できた。低Cl^-バス溶液を用いると、逆転電位は脱分極側にシフトし、外向き電流も顕著に抑制された。この電流はCl^-チャネル阻害薬のフルフェナミン酸により有意に抑制された。以上のことから、SLC26A9は電位非依存的なCl^-チャネルとして機能すること、SLC26A7とSLC26A9の発現機構が大きく異なることがわかった。本年度は、SLC26A7およびSLC26A9の胃酸分泌細胞における細胞防御機能解明のため電気生理学的および生化学的研究を行った。マウス胃粘膜より非酵素的に胃腺を単離し、胃腺中の胃酸分泌細胞にホールセルパッチクランプ法を適用し、基底側膜に発現するClチャネル電流の性質を検討した。その結果、マウス胃酸分泌細胞において膜電位と時間に依存しないClチャネル電流が存在し、Clチャネル阻害薬のNPPBにより抑制されることがわかった。興味深いことにこれらの性質は、発現系でのSLC26A7の特徴と同様であった。また、Cl電流は細胞内cGMP濃度上昇により増大したため、SLC26A7はcGMP依存性Clチャネルである可能性が考えられる。さらに胃酸分泌細胞内外のClの濃度勾配をなくすことにより、静止膜電位は脱分極側にシフトしたことから、SLC26A7は静止膜電位形成に関与している可能性がある。現在、SLC26A7ノックアウトマウスを使用して、SLC26A7が基底側膜Clチャネルの分子実体であるかを検討中である。他方、SLC26A9を胃プロトンポンプ安定発現細胞に発現させたが、ポンプ活性は変化しなかった。またSLC26A9由来のチャネル電流が胃プロトンポンプ発現により影響を受けるかを検討したが、有意な効果は見られなかった。さらにSLC26A9のチャネル活性は、細胞外pHを酸性にしても有意な変化はしなかった。したがってSLC26A9に起因する細胞防御機構には胃プロトンポンプは関与していないものと考えられた。本年度は、まず、SLC26A7が胃酸分泌細胞基底側膜の細胞防御Crチャネルの分子実体である可能性を検証するため、SLC26A7ノックアウトマウス(KO)と野生型マウス(WT)より、胃腺を単離し、胃酸分泌細胞のホールセルCl一電流ならびに静止膜電位をパッチクランプ法により測定した。Cl電流は、KOの方がWTより有意に小さく、膜電位はKOがWTに比べて有意に浅かったが、KOの細胞において、C1一由来成分の完全な消失は認められなかった。したがってSLC26A7は、細胞防御Cr^-チャネルと連関して機能する調節分子であり、胃酸分泌細胞の細胞防御機構に重要な役割を果たしていることが示唆された。そこでマウスにエタノールを経口投与し、胃粘膜傷害に対する効果を調べたところ、KOの傷害スコアがWTよりも高い傾向にあり、詳細な検討を行っている。他方、胃酸分泌細胞アピカル膜に発現するSLC26A9の機能を検討した。

SLC26A9発現Cos-7細胞において、細胞外溶液の浸透圧を高張(400-500mOsm)にすると、SLC26A9によるCr電流は有意に減少したが、低張(270mOsm)にしてもCl^-電流は変化しなかった。このような性質を有するチャネルの報告例はこれまでになく、SLC26A9は胃酸分泌細胞管腔側が高張になった際に、イオン流出を制御し、細胞容積を調節しているものと考えられた。また、SLC26A9の各種点変異体を作製し、Crチャネル機能発現に必須の部位を検討したところ、V397K変異体(SO_4^<2->トランスポーター機能を有するSLC26Aファミリーのアミノ酸残基に置換)において、Cl^-電流が消失した。したがって397番目のバリン残基が、SLC26Aのチャネルとトランスポーター機能の差異決定に関わる可能性が示唆された。
量子可積分性に基づいたArgyres-Douglas理論の研究

Argyres-Douglas理論と2次元量子可積分模型の非自明な対応を通じて4次元超共形場理論のダイナミクスを調べるのが本研究の目的である。今年度はまずOmega背景場のNekrasov-Shatashvili極限におけるArgyres-Douglas理論を考え、その低ネルギー有効理論の厳密解を記述する量子Seiberg-Witten曲線と量子可積分模型の関係について研究を行い,以下の結果を得た。A型のリー代数に基づくArgyres-Douglas理論の量子Seiberg-Witten曲線は多項式型のポテンシャルを持つシュレーディンガー方程式となり、そのWKB周期(量子周期)によりArgyres-Douglas理論の低エネルギー有効理論が決定される。研究代表者はHongei Shu(東工大大学院生)とMarcos Marino(ジュネーブ大学教授)との共同研究において,任意の多項式型ポテンシャルを持つ1次元量子力学における厳密WKB周期を決定する非線形積分方程式(熱力学的Bethe仮説方程式)を導出した。この方程式は従来の単項式型ポテンシャルで定式化されていたODE/IM対応の一般化を与えている。また1990年代にAndre Vorosによって予想されていたリサージェンス量子力学におけるRiemann-Hilbert問題の解を与えている。またこの方程式は厳密量子化条件と合わせると、多項式型ポテンシャルの量子力学のスペクトル問題を解く強力な方法を与えることが分かり,応用としても今後大きな発展が期待される。また研究代表者は大久保隆史(東工大大学院生)との共同研究で, Argyres-Douglas理論において最も基本的なタイプの理論であるN=2 SU(2)超対称色力学のSeiberg-Witten曲線の退化で得られるArgyres-Douglas理論の量子Seiberg-Witten周期についてその評価をプランク定数の4次まで行った。任意の多項式ポテンシャルの厳密WKB解析の解を与える熱力学的Bethe仮説方程式の発見は今後の研究の基礎となる研究であり、それが確立できたことは予想外の大きな進展である。Argyres-Douglas理論において,量子化されたSeiberg-Witten曲線に対応する常微分方程式に基づいてそのWKB周期を量子可積分模型と関係づけることは,単項式ポテンシャルのシュレーディンガー方程式のような特別な場合を除き, 20年以上にわたり解決が困難な問題とみなされてきた。今年度のHongfei ShuとMarcos Marinoとの共同研究により,一般の多項式型ポテンシャルの場合が解かれたことはこの分野での大きなブレークスルーである。今年度の研究成果である、熱力学的ベーテ仮説方程式とA型リー代数に基づくArgyres-Douglas理論の量子Seiberg-Witten曲線の厳密WKB周期の関係をより一般のリー代数に基づくArgyres-Dougas理論に拡張することを目標とする。そのためにまずD型のリー代数に基づくArgyres-Douglas理論を目標に定める。この量子Seiberg-Witten曲線は,負冪型のポテンシャルを持つシュレーディンガー方程式であり, ODE/IM対応の観点では,この微分方程式はより広いクラスの量子可積分模型に対応していることが期待される。本研究ではD型ポテンシャルに対応する熱力学的ベーテ仮説方程式を決定し,その量子WKB周期の性質を解析的および数値的な手法で明らかにしていく。さらに一般のリー代数への拡張を考え,量子Seiberg-Wittenに付随する非線形積分方程式を導出することを目標とする。Argyres-

Douglas理論において,量子化されたSeiberg-Witten曲線に対応する常微分方程式に基づいてそのWKB周期を量子可積分模型と関係づけることは,単項式ポテンシャルのシュレーディンガー方程式のような特別な場合を除き, 20年以上にわたり解決が困難な問題とみなされてきた。今年度のHongfei ShuとMarcos Marinoとの共同研究により,一般の多項式型ポテンシャルの場合が解かれたことはこの分野での大きなブレークスルーである。今年度の研究成果である、熱力学的ベーテ仮説方程式とA型リー代数に基づくArgyres-Douglas理論の量子Seiberg-Witten曲線の厳密WKB周期の関係をより一般のリー代数に基づくArgyres-Dougas理論に拡張することを目標とする。そのためにまずD型のリー代数に基づくArgyres-Douglas理論を目標に定める。この量子Seiberg-Witten曲線は,負冪型のポテンシャルを持つシュレーディンガー方程式であり, ODE/IM対応の観点では,この微分方程式はより広いクラスの量子可積分模型に対応していることが期待される。本研究ではD型ポテンシャルに対応する熱力学的ベーテ仮説方程式を決定し,その量子WKB周期の性質を解析的および数値的な手法で明らかにしていく。さらに一般のリー代数への拡張を考え,量子Seiberg-Wittenに付随する非線形積分方程式を導出することを目標とする。研究は順調に進展しているが,参加を予定していた国際会議(IGST2018)が都合により参加できなかったため。今後国際共同研究を進めるための旅費と数値計算用のPCの購入を予定している。
多理論統合モデルのストレスマネジメント行動への応用:フィールド-実験的研究

以下の目的を達成するために研究3を実施した:ストレスマネジメント行動を行うことに対するセルフエフィカシー、意思決定バランス、および変容プロセスがストレスマネジメント行動の変容ステージ移行を予測するか否かを縦断的な調査により検証する。全米からproactiveにリクルートした、ストレスに関連した症状(頭痛など)を経験したことのある者1085名を対象とした。このサンプルは主に女性、白人で構成されている。このうち約半数はエキスパート・システムとワークブックを利用した介入を受けている。介入の期間は6ヶ月であり、フォローアップは1年間である。介入前、その6ヶ月、12ヶ月、および18ヶ月後に、変容ステージ、変容プロセス、意思決定バランス、および自己効力感の尺度に回答している。ベースライン時のそれぞれの変容ステージごとに、ベースラインからその6ヶ月までの変容ステージの変化にもとづいて、対象者をステージが進んだ者(前進群)、変わらない者(残留群)、および後戻りした者(後退群)に分類した。前熟考期と維持期については、それぞれ後退群と前進群がないため、2群に分類した。この上で、3または2群の間で、ベースライン時点における変容プロセス、意思決定バランス、および自己効力感の得点を比較した。以上のような分析の結果、以下の点が示された:(1)前熟考期では、体験的・認知的プロセス、恩恵、および自己効力感が重要である。:(2)熟考期と準備期では、TTMの要因ではなく、ストレスが重要である。:(3)実行期および維持期では、行動的プロセス、体験的・認知的プロセス、および自己効力感が重要である。平成21年度は以下の2つの研究を行う予定であった。研究1つは,ストレスマネジメント行動(ストレスをコントロールするための健康活動を1日20分間行うこと)の変容ステージとコーピングの自覚との関連性を横断的に検討する調査である。研究2つは,ストレスマネジメント行動の変容ステージと実験的に負荷されるメンタルストレステストに対する心理生物学的ストレス反応との関連性を検討する実験である。いずれも自己報告されたストレスマネジメント行動の変容ステージが実際のストレスマネジメント行動と対応しているのかを明らかにすることを意図している。ストレスマネジメント行動の変容ステージが実際のストレスマネジメント行動と対応していれば,ストレスマネジメント行動を実施している実行期および維持期に属する個人のコーピングの自覚はそうでない者と比較してより高いことが予想される。横断的調査の結果,実行期と維持期に属する大学生は,そうでない者と比較して,コーピングの自覚がより高かった。この知見は,自己報告されたストレスマネジメント行動の変容ステージが実際のストレスマネジメント行動と対応していることを支持している。また,ストレスマネジメント行動を実施している実行期および維持期に属する個人は,実験的に負荷されたストレス課題に対するストレス反応がより低いことが予想された。この仮説を検討するために,ストループ課題をメンタルストレスとして負荷する実験を行う予定であった。2010年3月末の時点では,ストループ課題がストレス課題として有効であるかを確かめる予備実験まで終了している。大学生10名を対象として,ストループ課題を9分間負荷したところ,ストレスに敏感に反応し上昇するとされる唾液中のMHPG濃度が有意に上昇した。このことから,ストループ課題がストレス課題として有効であることを示す知見が得られ,研究2を行うための実験課題が確立された。
水化学における放射線誘起ラジカルの水・固体酸化物界面での特異な反応過程の解明

水溶液中の放射線誘起反応に対する固体酸化物共存の影響について、放射線照射によるクロムの還元、水素・過酸化水素の生成を調べ、OHラジカルによる酸化反応が固体酸化物の共存により抑制されることを見出すとともに、ナノサイズのシリカコロイドを試料として、このOHラジカルの反応を抑制する影響を時間分解で観測することに成功した。本年度には、まず、固体酸化物の添加効果の発現において重要なラジカルを調べるために、ラジカル捕捉剤を用いた定常照射実験を行った。放射線の照射により還元反応が進行する二クロム酸カリウム水溶液に対してシリカゲルを添加し、ガンマ線照射を行い、照射による二クロム酸イオンの還元量とシリカゲルの添加量との関係を調べた。その結果、シリカゲルの共存により二クロム酸イオンの還元反応が促進されること、加えてOHラジカルの捕捉剤を加えることによって、シリカゲルの添加効果が阻害されることを明らかにした。OHラジカル捕捉剤によるシリカゲル添加効果の阻害は顕著であり、シリカゲル共存による二クロム酸イオンの還元量の増加は50%以上阻害された。この結果から、シリカゲルによる還元反応の促進は、酸化性のOHラジカルによるクロムの再酸化反応の抑制による部分が大きいと推定された。従って、固体酸化物の添加効果において、OHラジカルの反応が重要であると考えられる。そこで、シリカ共存下でのOHラジカルの反応を調べるため、ナノサイズのシリカコロイド溶液を試料として、短パルス電子線照射・時間分解吸光法によりOHラジカルの反応を時間分解で測定した。その結果、シリカコロイド共存下では、OHラジカルと水溶液中の溶存種との反応は抑制され、シリカコロイドがOHラジカルに対して反応性を持つことが分かった。シリカコロイドとOHラジカルとの反応はマイクロ秒の時間スケールで進行することが観測された。この結果から、水とシリカとの界面では、OHラジカルが捕捉されるため、OHラジカルによる酸化反応が抑制されると推察される。従って、定常照射実験で観測されたシリカゲル添加によるクロムの再酸化反応の抑制は、シリカゲル表面でOHラジカルが捕捉されるためと考えられる。本年度は、水和電子について固体酸化物共存下での反応を調べた。水和電子は水の放射線分解で生じる生成量の多い還元性活性種である。短パルス電子線照射・時間分解吸光法により、ナノサイズのシリカコロイド共存下での水和電子の反応を時間分解で測定した結果、シリカコロイド共存は水和電子の反応挙動に顕著な影響を与えないことが分かった。したがって、放射線によるラジカル反応過程へのシリカの共存の影響には、前年度に観測したOHラジカルの捕捉反応の寄与が大きいと考えられる。また、福島第一原子力発電所事故では、汚染水の処理のためゼオライトが使用された。ゼオライトは多孔質固体酸化物である。使用済みゼオライトから残留水分の放射線分解で水素が発生することは、スリーマイル島事故の経験から知られていた。そこで、原子力工学における重要な放射線誘起反応として、水とゼオライトとの混合物の放射線分解による水素発生について調べた。純水とゼオライトとの混合物では、ゼオライトの添加により、より正確にはゼオライト重量分率の増加、水の重量分率の低下に従い、水素発生量の増加が観測された。また、福島第一原子力発電所の汚染水には海水成分が多量に含まれることを踏まえ、海水とゼオライトとの混合物についても調べた。海水にはOHラジカルと反応性の高い溶存種が含まれる。海水の場合には、ゼオライトの添加により水素発生量は減少した。純水と海水との間でのゼオライト添加効果の差異は、前年度観測したクロムの還元に対するシリカゲル添加効果がOHラジカル捕捉試薬の添加で阻害されたことと定性的に一致する。そのため、水素発生に対するゼオライトの添加効果は、主として水素とOHラジカルとの反応の阻害と考えられる。また、海水混合物での水素発生量の減少から、放射線によるゼオライトへのエネルギー付与は、水への付与に比べて水素発生の効率が低いことが分かった。
関数型言語の解析・検証・効率的実行のための書換え系理論の研究

本研究の目的は、項書換え系における理論的結果を関数型言語に適用する上で妨げとなっているギャップを取り除くことにある。本研究では、以下の事柄について検討し、成果を得ることができた。1.依存対法による高階書換え系の停止性証明法では、書き換え系の右辺に変数の入れ子があり、かつ、データのコピーが起こる場合にはこの方法が適用ができない。そこで、対象を若干制限のあるシステムである単純型項書換え系に変更して研究した結果、これまでの強い制限を取り除くことに成功した。2.高階書換え系において、強逐次近似とNV近似に基づく必須リデックスが決定可能であることを、木オートマトン技術とデブロイ記法を利用して示した。3.項書換え系の帰納的定理を証明するための潜在帰納法は、高階性を持つ場合に拡張した場合には、その部分クラスに対応することが分かった。このため、帰納的定理であっても潜在帰納法により帰納的定理ではないと答えがでる可能性が生ずる。この問題が起きないための条件を与えた。4.非直交な重なりを持つ書換え系において最外戦略が完全であるための条件とそれを満たすような書換え系を生成するための等価変換法を示した。5.構成子項書換え系の逆関数を定義する書換え系の生成法を与えた。また、項書換え系に余剰変数が含まれる場合でも、両辺が線形であれば最内ナローイングによる計算で全ての解が求められることが分かった。本研究の目的は、項書換え系においてこれまでに得られている種々の理論的結果を関数型言語に適用する上で妨げとなっているギャップを取り除くことにある。項書換え系と関数型言語のギャッブとしては、高階性、優先順序、エラー処理、モジュール機能などが挙げられる。一方、項書換え系での理論的研究としては、停止性、合流性、計算戦略、定理自動証明、E単一化、プログラム変換等が挙げられる。初年度は以下の研究を行った。1.構成子項書換え系の逆関数を定義する書換え系の生成法を与えた。また、出力の項書換え系に余剰変数が含まれるときの実行方法を明らかにした。2.コンピュータビリティに基づく、高階項書換え系の停止性の十分条件である高階経路順序を提案した。3.高階関数が扱える高階書換え系において、頭正規形を得るための必須リデックスを計算する機構について研究した。強逐次近似とNV近似に基づく必須リデックスが、木オートマトン技術とデブロイ記法を用いて決定可能であることが分かった。4.高階書換え系に実用上問題のない制限をつけて得られるSRSシステムの、代数的なモデルを定め、定理自動証明のための理論的枠組を与えた。5.非直交な項書換え形の正規化戦略について検討した。その結果、強逐次戦略とNV逐次戦略については、左線形かつ左辺が一致するオーバレイの場合にも正規化戦略として働くことが判明した。項書換え系と関数型言語のギャップとしては、高階性、優先順序、エラー処理、モジュール機能などが挙げられる。今年度は以下の研究を行った。1.初年度にほぼ結果を導いていた、依存対法による停止性証明の高階への拡張について論文にまとめた。その結果、書き換え系の右辺に変数の入れ子があり、かつ、データのコピーが起こる場合にはこの方法が適用ができず、さらに研究が必要であることが分かった。2.初年度に引続き、高階関数が扱える高階書換え系において、頭正規形を得るための必須リデックスを計算する機構について研究した。

強逐次近似とNV近似に基づく必須リデックスが、木オートマトン技術とデブロイ記法を用いて決定可能であることが分かった。3.項書換え系に余剰変数が含まれる場合でも、両辺が線形であれば最内ナローイングによる計算で全ての解が求められることが分かった。これにより、全解探索計算の効率化が可能になる。4.関数型言語におけるcase文の機能は、条件つき項書換え系のうち決定的なクラスによりモデル化される。このクラスの条件つき項書き換え系を、紐解き変換により項書換え系に変換したときに等価となる二つの条件を明らかにした。(1)生成された書き換え系が右線形かつ変数非消去。(2)生成された書き換え系が左線形本研究の目的は、項書換え系においてこれまでに得られている種々の理論的結果を関数型言語に適用する上で妨げとなっているギャップを取り除くことにある。項書換え系と関数型言語のギャップとしては、高階性、優先順序、エラー処理、モジュール機能などが挙げられる。一方、項書換え系での理論的研究としては、停止性、合流性、計算戦略、定理自動証明、E単一化、プログラム変換等が挙げられる。今年度は以下の研究を行った。1.依存対法による停止性証明の高階への拡張について、初年度の結果では右辺に変数の入れ子がないか、データが複製されないという強い制限を取り除くことに成功した。現在結果を国際論文誌に投稿中である。2.項書換え系の帰納的定理を証明するための潜在帰納法は、高階性を持つ場合に拡張した場合には、その部分クラスに対応することが分かった。このため、帰納的定理であっても潜在帰納法により帰納的定理ではないと答えがでる可能性が生ずる。この問題が起きないための条件を与えた。3.依存対法による停止性証明と潜在帰納法の優先順序付き書換え系への拡張は、いずれも、ほぼ自明と思われる条件しか明らかにならず、さらに研究を進める必要がある。4.非直交な重なりを持つ書換え系において最外戦略が完全であるための条件とそれを満たすような書換え系を生成するための等価変換法を示した。これは、正規化戦略はこれまで最外戦略の特殊な戦略であることから、この研究をさらに進める必要がある。
Zn欠乏状態の運動が生体に与える影響

雄雌の6週齢ICRマウスと5ヶ月齢老化促進モデルマウス(SAMP6;骨粗鬆症発生モデル、SAMR1;正常老化モデル)をa;亜鉛欠乏食群+非運動群、b:亜鉛欠乏食群+運動群、c:通常食+非運動群、d;通常食+運動群の4群(各群♂n=10,♀n=10)に分け、5週間実施し、運動が抗酸化物質(メタロチオネイン;MT)、鉄代謝、生体内元素濃度、骨密度に対する影響を検討した。ICRマウスでは1)肝臓MT;雄雌共にa群ではMTの低下が観察され、酸化ストレス状態であったと考えられた。また運動によるMTの上昇はb群では認められなかった。しかし、亜鉛欠乏の状態であっても運動することによってMTレベルの低下は抑制されることも明らかとなった。2)血漿および肝臓中の亜鉛濃度;b群のc群に対する亜鉛の低下率は雄よりも雌の方が有意に高かった。また肝臓では雌で亜鉛欠乏による鉄、コバルトの増加が雄よりも著明であり、生体内元素のバランスでは亜鉛欠乏状態での運動は雄よりも雌の方がダメージが高いことが示された。3)血漿中トランスフェリン;雄雌共にb群のUIBC(不飽和鉄結合能)はc群およびd群に対して有意に低下した。雄のb群UIBCは雌の1/2であった。一方、TIBCは雄雌共に各群同レベルであった。UIBCの低下は亜鉛欠乏による造血機能の低下があったと考えられた。また、a群ではUIBCの有意な低下が見られなかったことより運動がUIBC低下を増強している可能性が示唆された。4)大腿骨の骨密度;雄雌ともにd群はc群に対して有意に増加た。しかし、b群の骨密度はc群と同レベルであった。従って、亜鉛欠乏状態では運動による骨密度の増加が阻止されることが示された。一方、SAMマウスでは大腿骨の骨密度を調べた。SAMP及びSAMRの雄雌共にICRと同様の傾向が見られたが、有意性があったのはSAMR雄のみであった。これは成長したマウスでは骨密度に対して亜鉛欠乏の影響をあまり受けなくなることによると考えられた。本年度は雄雌の老化促進モデルマウス(Senesence Accelerated Mouse、略称SAM)を用いて行った。SAMは正常な成長後、急速な老化兆候を示す系をP系(SAM-Prone)、その対照として正常な老化過程を示す系をR系(SAM-Resistant)とした動物モデルである。本研究ではこのうち骨粗鬆症モデルのP6系とその対照としてR1系を自家繁殖させて使用した。5カ月齢の雄雌SAMR1、SAMRP6を(1)亜鉛欠乏食(Zn含量0.1mg%以下の飼料)通常飼育群、(2)亜鉛欠乏食自発運動トレーニング群、(3)基礎食通常飼育群、(4)基礎食自発運動トレーニング群に分けた(全16群)。自発運動トレーニング群は自発運動ケージ内で、通常飼育群は通常飼育ケージで6週間人工気候室内(室温23°C、湿度60%:完備)で飼育した。各群は1週間毎に代謝ケージ(現有)に入れ、尿糞を採取。運動量、体重、摂食量、飲水量は週1回測定した。実験期間終了後、エーテル麻酔下で心臓採血後に頚椎脱臼で屠殺し、肝臓・腎臓・肺・脾臓・心臓・大腿筋と大腿骨を摘出した。血液(遠心後に血漿と赤血球分離)および各臓器は直ちに-80°Cに保存した。大腿骨の骨密度・強度はマイクロデンシトメーターによるMD法で分析を行った。来年度は引き続き血液、肝臓、筋肉中の過酸化脂質、肝臓中スーパーオキサイドジスムターゼとメタロオチオネイン、血液と各臓器中の元素濃度等を分析し、さらにコンベンショナルなICRマウスを用いて同様の実験を行い、統計的分析後に報告書を作成する予定である。

また、a群ではUIBCの有意な低下が見られなかったことより運動がUIBC低下を増強している可能性が示唆された。4)大腿骨の骨密度;雄雌ともにd群はc群に対して有意に増加た。しかし、b群の骨密度はc群と同レベルであった。従って、亜鉛欠乏状態では運動による骨密度の増加が阻止されることが示された。一方、SAMマウスでは大腿骨の骨密度を調べた。SAMP及びSAMRの雄雌共にICRと同様の傾向が見られたが、有意性があったのはSAMR雄のみであった。これは成長したマウスでは骨密度に対して亜鉛欠乏の影響をあまり受けなくなることによると考えられた。
話者の音声から相手の気持ちを理解する時の神経活動-脳磁界計測による検証

コミュニケーションにおける音声の聞き手の情動・感情の状態を脳科学的に検証するため、快や不快などの感情を喚起させる音声を聞いた時の脳活動を脳磁界計測(MEG)により検証した。その結果、音声聴取開始後約80msec(N1m)の左聴覚野付近において、『不快』の音声と『平静』の音声聴取中の脳活動に差異が認められた。本研究により人間の脳が音声の感情的特徴の検知を開始する時間が明らかになった。「怒り」「喜び」などの感情的な音声を聞いたときの人間の神経活動を捉えることを目的としたMEG計測実験の参考資料として、以下の3点を調査;1)実験に必要な1モーラの母音(300ms以内)から構成される感情音声刺激(日本語)を探す2)異なった感情音声に対して脳活動のどの時間成分に差が生じるのか過去のデータをもとに調査3)音声刺激の物理量の統制について調査上記(1)(4)に対して下記1)4)の資料を入手;1)株式会社国際電気通信基礎技術研究の協力により母音音声データ(1000個)を実験の音声刺激(予定)として入手。自作のオリジナル音声刺激も同時に作成予定。2)被験者が感情的音声を聞いた時にpositiveやnegativeなどの感情的特徴に注意した時の神経活動の実験結果を解析した結果、音声聴取開始後約150-400ms付近、(一部BIOMAG2008にてボスター発表予定)に信号強度め増大を認めた。3)基本周波数を中心に物理量を統制させた音声刺激データを作成、また、統制した音声の物理量が適切に実験課題に反映されるため、MEG実験室内に必要機器を揃え実験環境を整備した。コミュニケーションの質に関する研究を進めるため、情報の受け手の情動・感情の状態が情報の解釈や快適感とどのように関係するのかを脳科学的に研究する。特に、感情的情報を含む音声的情報に対する脳の反応を非侵襲脳活動計測法により評価する研究がメインとなった。今年度は特に音声による情報を受け取ったときに生じる心の状態に着目し、「快」「不快」などの感情を喚起させる音声を聴取したときの脳活動を脳磁界計測により検証を行った。主な作業は以下の3つであった。1)名前を呼ぶ声(例:あらいさん等『快』『不快』『平静』の感情を込めた音声150個、話者は声優養成所の学生(男性)1名)を使用したオリジナル音声刺激の音響パラメータ解析を行った。2)Neurobehavioral System社のPresentationを使用してnegativeとpositiveの感情を表わす感情音声間の基本周波数、音圧の平均を揃えて3名の被験者を対象に、音声の聴取・理解課題を被験者に対して行い、関連反応部位と時間の解析を行った。3)2004-2006年度に行った実験データの再解析を行った。因子分析により1)、平均基本周波数、最大基本周波数、が感情的な印象の違いに影響を与えていることを推察した。また、MEG計測により2)3)、音声の言語的特徴に意識を集中させている時の刺激開始後約80msec(N1m)の左聴覚野付近において、『不快』の音声と『平静』の音声聴取中の脳活動に差異が認められた。本研究により音声聴取開始直後の初期聴覚情報処理過程において、人間の脳は音声中の感情的特徴を検知していることを示唆した。今後、N1m成分の活動変化と基本周波数特徴及び感情的な特徴の3つの要素の関係について詳細な検証実験を行い、人間の脳が喚起する感情の定量化の作業を具体的に行っていく予定である。
細胞運動/増殖の制御による軸骨格の部域特異的形態形成：胚操作および培養実験系

脊椎動物の進化の過程で,初めは全体に存在した肋骨が,哺乳類と鳥類では胸部に限局するようになった.その結果,運動の自由度が増し,また柔軟な腹壁の獲得が,より活発な肺呼吸を可能にした.個体発生で,肋骨は体節に由来し,肋骨形成は胸部体節細胞が隣接する胸部側板への進入に始まる.ところが,ニワトリ胚の移植実験では,同じ胸部体節細胞が,腰仙部側板には進入できず,十分な大きさの肋骨を形成しなかった.培養系では,胸部体節細胞は胸部側板細胞と接触後,そのまま前進を続けようとしたが,腰部側板細胞と接触すると移動の向きを変え,離れていった.これは生体内で見られた現象の反映といえ,今後,分子機構の研究に活用できる.鳥類やほ乳類では,胸部で形成される肋骨が,他の部域では形成されない.この特異性は,肋骨原基である体節の発生能の違いとともに,その周囲組織による抑制/助長作用もある.この両者が相まって安定した形態形成がなされるのであろう.ニワトリ胚で胸部体節を腰部に移植すると,肋骨は形成されるものの正常のものと比較して短い.このキメラ胚では,胸部体節細胞は腰部側板中胚葉に進入できないことから,我々は,体節細胞の移動が側板中胚葉によって抑制された結果,形成される肋骨が短くなると考えた.本研究では,細胞間相互作用を再現するin vitro系を確立し,体節細胞移動抑制の機構を細胞運動のレベル,さらには分子レベルで解明する.1.肋骨を形成する胸部体節細胞と腰部側板中胚葉細胞間の相互作用をin vitroで再現する:サイトグラフ(大日本印刷)を用いて体節と側板中胚葉の共培養実験を行い,細胞が一次元の基質上で出会うようにした.胸部体節細胞が胸部側板細胞と出会うとそのまま前進を続けようとし糸状突起を基質の隙間へ伸ばすが,側板細胞を押しのけることができないので細胞の移動は停止した.一方,腰部側板細胞とであうと,体節細胞はそれまでの進行方向と反対方向に移動した.2.肋骨形成能を持った胸部体節細胞の移動を抑制する因子の探索:今年度はephrinとその受容体であるEph遺伝子の発現パターンを,ニワトリ胚の各発生段階について,ホールマウントin situハイブリダイゼーションにより調べた.ephrinとEphは,ニューロンの軸索ガイダンスや体節形成,血管形成などで働く反発性の因子であり,側板中胚葉と体節との間の相互作用に関与していることを期待した.47日胚について,EPHA1, A3, A4, A5, A6, A7, B1, B2, B3, B6, ephrinA2, A5, A6, B1, B2の発現パターンを調べたが,部域特異的な発現は見られなかった.概要脊椎動物のうちでも,哺乳類や鳥類では体幹が胸部と腹部/腰部に分化している.それは肋骨形成が胸部に限定されるという形で現れている.肋骨は椎骨同様,体節に由来する.体節は,その形成時にはすでに,肋骨形成能の有無が決定されている.一方で,環境因子も肋骨形成を左右する.我々は,肋骨形成能を持つ胸部体節を腰部に移植した時,正常より短い肋骨が形成されること,それは,体節細胞の移動が側板中胚葉に侵入できないことによることを見出している.本研究は,体節細胞と側板中胚葉細胞の挙動から,それらの部位特異的相互作用の実態を明らかにしようとする.体節細胞と側板中胚葉細胞とのin vitro衝突実験:胸部と腰部から,それぞれ体節と側板中胚葉壁側板を単離し,同じ部位のものどうし,異なった部位のものどうしを組み合わせて培養した.培養はサイトグラフ(大日本印刷)を用いて,限られた基質の上で一次元的に遊走するようにした.この系を用いて,細胞どうしが接触した後,そのまま前進するか後退するかを定量的に測定した.胸部体節細胞は,腰部側板細胞に接触すると進行方向を変え逆に進む.これは生体内で見られた,腰部に移植した体節由来の細胞が側板内に侵入できなかったことを反映しているものと考えられる.一方,腰部体節細胞と腰部側板細胞間にはこのような現象が見られなかった.腰部体節細胞は遊走そのものが活発でなかったこともその一因と考えられる.これは,腰部体節細胞には肋骨形成能がないことの反映であるとも言える.胚における体節細胞の移動:側板中胚葉壁側板の最も内側を一時的に切り離すと肋骨の胸骨部のみ形成されない.体節細胞は側板の傷口が修復されたのち,側板内に侵入していくにもかかわらず,形成されるのは椎骨部のみである.胸骨部は側軸部であり,その形成には側板が関わっているため,両者の関係を追求している.理由1.In vitro実験系:一次元培養実験系は確立されたが,一時には1標本しか扱えないため,時間がかかってしまう.培養そのものの数を増やすのは問題ないが,それを記録するためには,倒立顕微鏡に培養装置とタイムラプス写真撮影装置を装着したものが必要である.現在,これを1セット使用しているが,このセットの増設はあまり現実的ではない.対照実験も含めて複数のポイントを同時にとろうとすれば10セットは必要になるからである.2.胚内の体節細胞の移動と側板中胚葉:

これまで,体節はGFPの遺伝子導入により標識し,側板はDiIで標識してきた.GFPは胚発生の過程を通じて発現し続けるが,DiIは徐々に信号が弱くなり,また細胞外への拡散もあるようで,標識領域と非標識領域との境が必ずしも明瞭ではない.体節細胞が側板中胚葉と接触しているかどうかを調べる必要があるため,この境界が不明瞭では確定的なデータが得られない.そのため足踏み状態にある.3.肋骨原基の細胞増殖部位:非常に基礎的データである.特定の時期の細胞増殖を調べるため,取り込まれたEdUにクリック反応で蛍光色素を結合する方法を用いる研究を始めたところである.EdU溶液を,初期胚では卵殻内で胚を露出させ,その上から添加し,発生の進んだ胚(卵黄嚢動静脈が発達した胚)では,卵黄嚢静脈に注入した.この方法でDNA複製の検出は問題なくできた.ニワトリ3-5日胚を用いた予備的研究では部域による増殖の差は見られなかった.さらに発生段階を追って検討する必要がある.脊椎動物はその進化の過程で軸骨格が部域化した.ほ乳類と鳥類に至って,頸部,胸部,仙部,尾部の違いが生じたのである.特に胸部とそれ以外では肋骨の有無という極めて明瞭な差が生じており研究の対象として扱いやすい.本研究は,肋骨の個体発生に関するものであるが,それを通して系統発生についても思考をめぐらすことができる.ニワトリ胚で肋骨は胸部体節に由来する.それぞれの部域の体節が肋骨形成能を持つかどうかはすでに定まっている.例えば胸部体節を腰部体節を取り除いたところに移植すると,腰部に肋骨をもった胚が生じる.一方で,体節周囲組織はその発生に大きく影響する.上のようにして腰部に形成された肋骨は正常なものに比べて短いのである.肋骨形成において胸部体節細胞は隣接する側板中胚葉の中に進入していくのであるが,同じ胸部体節細胞が腰部側板中胚葉の中には進入できないことを我々は発見した.本研究はこの現象をin vitroで再現し,その機構を追求しようとするものである.胸部,または腰部体節を,胸部,または腰部側板と共培養する.運動の解析を容易にするため,サイトグラフ(大日本印刷)を用いて一次元的に培養した.2種の細胞が衝突する前後での運動を解析した.胸部体節細胞が腰部側板細胞と接触したとき,胸部体節細胞はそれまでの進行方向とは逆に進行し側板細胞から離れていった.その他の組み合わせでは進行方向を変えることはなかった.これは生体での挙動を反映したものと言える.それぞれの培養において,細胞の動きを定量的に解析し,そのデータから数理モデルを構築した.今後,このモデルを2次元的な細胞の挙動に適用できるようにし,最終的には肋骨形成のモデルを造り上げたい.一方,細胞間相互作用の分子機構を探るため,そのアッセイ系として細胞内骨格の消長をライブイメージングで追求する系を構築中である.脊椎動物の進化の過程で,初めは全体に存在した肋骨が,哺乳類と鳥類では胸部に限局するようになった.その結果,運動の自由度が増し,また柔軟な腹壁の獲得が,より活発な肺呼吸を可能にした.個体発生で,肋骨は体節に由来し,肋骨形成は胸部体節細胞が隣接する胸部側板への進入に始まる.ところが,ニワトリ胚の移植実験では,同じ胸部体節細胞が,腰仙部側板には進入できず,十分な大きさの肋骨を形成しなかった.培養系では,胸部体節細胞は胸部側板細胞と接触後,そのまま前進を続けようとしたが,腰部側板細胞と接触すると移動の向きを変え,離れていった.
悪性脳腫瘍におけるRNAメチル化の制御機構とその役割の解明

DNAのシトシンメチル化に加え、RNAのシトシンもメチル化を受けることが報告されているが、その生物学的な機能や各疾患における異常に関しては殆ど知られていない。膠芽腫の一部で検出されるイソクエン酸脱水素酵素(IDH) 1や2の変異は、発がんを促進する代謝産物である2-ヒドロキシグルタル酸(2-HG)を産生し、この疾患の原因の一つである。2-HGは、5-メチルシトシンの水酸化により脱メチル化酵素Ten-eleven translocation (TET)を抑制することでゲノムDNAのCpGを高度にメチル化し、この腫瘍に特徴的なメチル化プロファイルを示す。また、TETはRNAのシトシンも標的としていることが知られている。しかしながら、膠芽腫におけるRNAのシトシンメチル化の異常については殆ど知られていない。昨年度、正常脳組織や星状細胞と比較して、膠芽腫やIDH変異型の乏突起膠腫ではRNAのシトシンメチル化レベルが著しく増加していることを見出している。また、膠芽腫細胞株は、2-HGの細胞膜透過性の類似体である(2R)-Octyl-α-hydroxyglutarateの添加により、RNAのシトシンメチル化と細胞増殖の抑制効果が観察された。本年度は、膠芽腫においてRNAのシトシンメチル化に関わる遺伝子の同定を行った。23のRNA修飾関連遺伝子をsiRNAによりノックダウンし、細胞増殖抑制効果とシトシンメチル化レベルの変動を測定した。これらのうち数遺伝子においてノックダウンにより細胞増殖の抑制とシトシンメチル化の抑制が観察された。これらの結果から、RNA修飾関連遺伝子の中で一部の遺伝子が膠芽腫における細胞増殖の制御に関わっている可能性が考えられた。RNAメチル化異常に関わる候補遺伝子が同定出来つつある。しかしながら、修飾の標的となる分子の同定には至っていない。今後は、ノックダウンにより細胞増殖またはRNAのシトシンメチル化を抑制した遺伝子の発現と膠芽腫の関連性や治療標的としての可能性を検討する必要がある。また、シトシンメチル化修飾の標的となる遺伝子の同定を実施する予定である。2-HGは、5-メチルシトシンの水酸化により脱メチル化に導く酵素Ten-eleven translocation (TET)を抑制することでゲノムDNAのCpGを高度にメチル化し、この腫瘍に特徴的なメチル化プロファイルを示す。これらの事実を踏まえて、膠芽腫やIDHに変異を示す腫瘍がRNAのメチル化に異常を示している可能性について検討した。まず、膠芽腫と乏突起膠腫組織におけるRNAに含まれるシトシンのメチル化レベルについて測定した。RNAメチル化レベルは、正常脳組織や星状細胞に対して一部のIDH野生型の膠芽腫組織とIDH変異型乏突起膠腫で著しく増加していることが検出された。次に、膠芽腫と胚性腫瘍の細胞株において2-HGの細胞膜透過性の類似体である(2R)-Octyl-α-hydroxyglutarateを添加し、RNAメチル化レベルへの影響を検討した。(2R)-Octyl-α-hydroxyglutarateの添加は、RNAのメチル化レベルを上昇させ、膠芽腫細胞の増殖を抑制することが観察された。これらの結果から、膠芽腫や乏突起膠腫ではRNAのメチル化レベルに異常を示していること、RNAメチル化の制御に2-HGやその下流因子であるTETが関与している可能性が考えられた。IDH1/2に変異のある脳腫瘍細胞株を樹立出来ていないため、メチル化を受ける網羅的なRNAの解析に着手出来ていない。しかしながら、可能性のある細胞を樹立しつつあると同時に、臨床サンプルを直接、マウスに移植する方法も準備を進めている。RNA全体におけるシトシンメチル化の解析をサンプル数を増やして解析している。膠芽腫幹細胞とその分化細胞におけるRNA修飾の差の解析の準備も整えている。RNAメチル化の機構についても部分的ではあるが解析を行った。

また、膠芽腫細胞株は、2-HGの細胞膜透過性の類似体である(2R)-Octyl-α-hydroxyglutarateの添加により、RNAのシトシンメチル化と細胞増殖の抑制効果が観察された。本年度は、膠芽腫においてRNAのシトシンメチル化に関わる遺伝子の同定を行った。23のRNA修飾関連遺伝子をsiRNAによりノックダウンし、細胞増殖抑制効果とシトシンメチル化レベルの変動を測定した。これらのうち数遺伝子においてノックダウンにより細胞増殖の抑制とシトシンメチル化の抑制が観察された。これらの結果から、RNA修飾関連遺伝子の中で一部の遺伝子が膠芽腫における細胞増殖の制御に関わっている可能性が考えられた。RNAメチル化異常に関わる候補遺伝子が同定出来つつある。しかしながら、修飾の標的となる分子の同定には至っていない。変異型IDHを発現する膠芽腫細胞や乏突起膠腫細胞を樹立次第、メチル化を受けるRNAの網羅的解析を行い、これらの腫瘍の形質に影響を与えているRNAを同定する。膠芽腫や乏突起膠腫のRNAメチル化異常におけるTET関与の程度を機能的な解析により行う予定である。また、RNAの5-メチルシトシンの水酸化レベルについても検討を加える。活性酸素や酸化ストレスによるRNAメチル化レベルの変動についても検討する予定である。今後は、ノックダウンにより細胞増殖またはRNAのシトシンメチル化を抑制した遺伝子の発現と膠芽腫の関連性や治療標的としての可能性を検討する必要がある。また、シトシンメチル化修飾の標的となる遺伝子の同定を実施する予定である。
ヒト・カルシトニンの立体構造転移と線維化の分子機構

ヒト・カルシトニン(hCT)の構造と会合体形成の,溶液のpHとアルコール,特に六弗化-2-プロパノール(HFIP)の濃度に対する依存性を,多様な生物物理学的手法を用いて調べた。濃度20μg/mlの溶液中のhCT構造を,試料溶液のpHとHFIP濃度を変えて調べた。ランダム・コイル,α-ヘリックス・モノマー,α-ヘリックス・オリゴマー,アミロイド様会合体の4つの構造状態が同定された。中程度の量のHFIP添加が,hCTの会合に対して著しい効果を示すことが分かった。4.8以上のpHでは,中程度のHFIP濃度の溶液中で急速に会合体が形成される:pH7では,5-15%H:FIP溶液にhCTを溶解すると,僅か数分以内で会合体が生成する。これは,(1)hCT分子上の正味電荷の減少によって分子間クーロン斥力が減る,(2)中位濃度のHFIPの添加が,会合の開始に必要なhCTのα-ヘリックス構造を安定化するが,(3)結果としてできるα-ヘリックス・オリゴマーが,より大きな会合体に容易に転換され得るように,必要以上には安定化されないという,3つの効果が組合わされたことに因るものである。逆にHFIPを含まない中性溶液中では,10mg/mlという非常に高いhCT濃度でも,hCTが線維状の会合体を形成するのに1時間以上も掛かる。ヒト・カルシトニン(hCT)は,32アミノ酸残基からなるペプチドホルモンであり,溶質濃度と溶媒条件に依存して,アミロイドと推定される不溶性の会合体を形成する。hCTは,Asp15,Lys18,His20の3つの解離性残基をもち,C末端がアミノ化されている。溶液条件を規定する量としては,pH,塩濃度,アルコール含量が,hCTの構造状態の決定に関与することが分かっている。本研究の目的は,hCTが示す多様な立体構造転移の詳細と会合体形成の分子機構を明らかにすることである。遠・近紫外CDスペクトルをプローブとする測定から,解離性残基が全てプロトン化されている酸性pH(2<pH<4.5)では,六弗化イソプロパノール(HFIP)の添加により,ランダムコイル(rc)構造からα-ヘリックスへの構造転移,rc→α,が起こることが分かった。一方,pH>4.5では,HFIPの濃度上昇と共に,rc状態から中間状態を経て,α-ヘリックス状態へ移行することが見出された。この中間状態のCDスペクトルは,β-構造をとることが知られている,poly-S-carboxymethyl-L-cysteineのそれに類似していること,ペプチド濃度の上昇により沈殿を生じることから,β-シート構造の生成が示唆される。すなわちこれは,rc→β→α転移と予想される。ただし0.5M NaCl存在下では,pH2.0でも,HFIPの添加により中間状態の生成が見られた。以上の結果は,解離基間の静電斥力の弱化が,中間状態の安定化に寄与することを示している。pH7.0で,1%以上のペプチド濃度では,HFIPを5%以上加えると,瞬時に沈殿が生成したが,100%HFIP中では,沈殿は生じなかった。また0.0002%のペプチド濃度では,7%HFIPでも中間状態は6h後にも生成しなかった。このことは,中間状態の生成が多体反応であることを示している。32個のアミノ酸残基からなるペプチド・ホルモンであるヒト・カルシトニン(hCT)は,溶液条件に依存して,β-アミロイド様の会合体を形成すると考えられている。我々のこれまでの研究から,hCTのコンホメーション状態は,溶質濃度と温度をパラメタとして,溶液のpHと六弗化イソプロパノール(HFIP)濃度を変数とする空間で,解鎖,α-へリックス,会合状態の3つの構造相に分けられることが明らかになった。

具体的には,円偏光2色性と蛍光スペクトルをプローブとするhCTの立体構造転移とストップトフロー法による動力学的性質の解析から,以下を見出した:相の境界を越えて溶液条件を急変させると,構造状態間での転移過程が観測される:(2)pH7.0で,hCT濃度をパラメタとして,HFIP濃度をジャンプさせて会合体形成のキネティクスを測定すると,hCT濃度が高いほど,またHFIP濃度が低いほど会合速度が大きくなる。(3)HFIP添加によるhCTの線維化は,ランダムコイルからのα-へリックスの生成と,それに続く分子間β-シートの形成を経て進行する。線維化におけるHFIPの役割は,HFIPの疎水クラスターがhCTの周囲に形成され,ランダムコイルからα-へリックスに転移する場を提供していると予想される。但し,20%(v/v)以上の高濃度のHFIP添加は,α-ヘリックス構造を安定化して,寧ろ線維化を阻害する。
筋感覚シナジーのメカニズム解明と随意運動アシスト制御技術への応用

最終年度は,1両腕による二次元拘束円軌道の有無による反力知覚特性への影響を健常者6名に対して測定・解析した.そして,2訓練者二名で行う協働型上肢運動リハビリテーションへの応用展開を実施した.1では,両手で操縦するハンドルに仮想的な円軌道を設定した拘束運動時と自由運動時において,操縦速度を一定として左右の粘性の大きさ(0,5,10,15 Ns/m)を変えて操縦負荷の大きさを知覚・判断させた.その結果,操縦負荷が中程度においては,拘束円運動時の方が正答率は高くなる傾向を確認した.また,手先力と上肢筋活動の関係に注目して力学的解析を実施し,拘束条件の有無による差異を確認した.2では,VR空間内のボードの傾き(ピッチ・ヨー角)を訓練者二人がペアになって左右のハンドルを自由に二次元水平面で動かして調整し,ボールをボード上のパネルを全て通過させるボール転がしタスクを作成した.そして,左右ハンドルの運動とピッチ・ヨー角の対応を変化させて,健常者4名によるペア5組に対して操縦テストを実施した.その結果,同じ操縦負荷であっても,左右ハンドルの運動とピッチ・ヨー角の対応関係によってタスクの遂行時間と手先運動は異なるが,それらの物理的指標と操作感に対する主観的評価結果には相関があることを確認した.研究期間全体を通じて得られた研究成果を踏まえると,違和感の少ない操縦アシストを実現するには,操縦負荷の大きさに加えて,操縦パターンに対する拘束軌道の与え方と操縦方向による影響も積極的に考慮しなければならないことがわかった.そしてまた,ビジュアル・フィードバックとの連動は,操作感を向上させるために効果的ではあるが,運動アシストとのタイミング一致が重要であることも確認できた.今後の研究課題の一つとしては,上述した複数の要因を組み合わせた操縦タスクを加えて,さらなる実験的測定と力学的解析が必要であると考える.人間が有する筋感覚には抵抗覚に加えて位置覚(姿勢覚)があり,それぞれ空間的歪が存在することが知られている.したがって,操縦インターフェースの安心感と安全性を効果的に向上させるには,それらの相互関係も踏まえる必要があると考える.本年度は,1筋感覚シナジーの諸特性を明らかにする上で必須となる身体姿勢データと多チャンネル筋電位信号の同時計測システムを構築するとともに,2筋骨格レベルも考慮した力学的解析プロセスを整備した.そして,3四肢運動による反力発生装置の操作による反力知覚特性と位置/姿勢知覚特性の基礎データを測定評価し,簡易的な数理モデルを構築した.1に関しては,光学式モーションキャプチャ・システムが備える出力信号を活用して,反力発生装置で計測するセンサデータと,操縦者から測定した筋電位信号および姿勢データの同期化を実現した.2に関しては,OpenソースであるOpenSIMを利用して,モーションキャプチャで測定した姿勢データに対する筋骨格系の運動情報を解析できるように整備した.3に関しては,現有する反力発生装置を活用して,上肢/下肢による反力知覚特性と位置/姿勢知覚特性の測定評価を実施した.そして特に,上肢においては反力知覚特性と筋骨格系の運動情報に相関があることを実験的・解析的な結果を基に確認するとともに,下肢においては位置/姿勢知覚特性に関して簡易的な非線形数理モデルを考案した.簡易的な数理モデルを考案したが,その精度をさらに向上するには根拠となるデータ量を増やす必要があるとともに,モデル修正が予想される.これらの点は,測定解析を継続的に実施することで十分対処できると考える.本年度は,1二次元拘束運動における反力知覚特性と筋骨格系の運動情報の関係を解析した.また,2自動車運転動作における手足の反力知覚特性を解析評価した.そして,3三次元運動における反力知覚特性を測定可能とするために卓上装置を設計・製作した.1に関しては,光学式モーションキャプチャ・システムで計測した上肢運動データと同時計測した筋電位信号データを基にして,OpenSIMを利用して上肢6筋モデルにおける筋活動状態をシミュレーション解析した.そして,二次元拘束円軌道における操作タスクにおいては,反力負荷の大きさに応じて上肢二頭筋の筋活性度と筋電位が特徴的に変化する傾向を示すとともに,反力知覚特性との相互関係を解析した.2に関しては,自動車運転動作における手足の反力知覚特性を測定解析し,手足での違いと相互関係を明らかにした.3に関しては,極座標系で動作する小型軽量で可動域が広い三次元反力装置を設計し,三つの小型DCアクチュエータとDSP装置を用いて製作した.装置土台部を除いた質量は約1.5kg,操作部における最大推力は約40Nとした.三次元反力提示装置を高精度で動作させるための制御システム部が未完成であるため,三次元運動における測定実験が遅れている.数ヶ月程度で装置開発を完了させ,研究計画の遅れ分を取り戻す.最終年度は,1両腕による二次元拘束円軌道の有無による反力知覚特性への影響を健常者6名に対して測定・解析した.そして,2訓練者二名で行う協働型上肢運動リハビリテーションへの応用展開を実施した.1では,両手で操縦するハンドルに仮想的な円軌道を設定した拘束運動時と自由運動時において,操縦速度を一定として左右の粘性の大きさ(0,5,10,15 Ns/m)を変えて操縦負荷の大きさを知覚・判断させた.その結果,操縦負荷が中程度においては,拘束円運動時の方が正答率は高くなる傾向を確認した.また,手先力と上肢筋活動の関係に注目して力学的解析を実施し,拘束条件の有無による差異を確認した.2では,VR空間内のボードの傾き(ピッチ・ヨー角)を訓練者二人がペアになって左右のハンドルを自由に二次元水平面で動かして調整し,ボールをボード上のパネルを全て通過させるボール転がしタスクを作成した.