hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水域環境に影響を及ぼす赤土等の発生プロセスとその抑制法に関する研究

土の浄化実験を行い、いづれの方法でも赤土の浄化効果があることを確認した(日下、西山)。(3)標準砂とカオリンの混合土の濁水を用いて、土粒子の沈降と堆積土壌層、およびクラストの層厚が透水係数に及ぼす影響等について、基礎実験および現地調査を行い、クラストの形成・発達と透水性低減化の基本的なメカニズムの関係から、畑地における侵食形成の過程を明らかにした(宜保、中村)。(4)粒度分布測定装置で畑地土壌の粒度、成分分析を行い、化学肥料には土壌の分散および沈降抑制作用のあることを明らかにした(吉永、酒井)。(5)沈砂池の水理模型装置を利用して、フトン籠の設置位置の関係が、水制効果に大きな影響を与えることを明らかにした。また、濁水流出実験では、フトン籠の設置により流出濁水の濃度が低くなることを確認した(酒井、吉永)。(6)各種凝集剤の国頭マージに対する凝集効果、および土壌改良材による土壌流亡抑制への影響について検討を行い、塩酸とヒドロキシアルミニュウムの適宜の配合が比較的良い結果を与えることを示唆した(田熊)。
酵母オートファジーの生理機能の再検討

オートファジーは、自己の構成成分の分解を通じて細胞内リサイクルシステムとして機能する。これまで、オートファジー研究はタンパク質分解機構として理解されており、酵母では特に窒素源(アミノ酸)の枯渇によりオートファジーは強く誘導される。他の栄養源飢餓でもオートファジーが誘導されるかどうかを知る目的で、様々な培養条件を探索し、その結果亜鉛飢餓でオートファジーが誘導されることを見いだした。窒素源飢餓と異なり亜鉛飢餓によるオートファジーは誘導されるまでにタイムラグがあることがわかった。細胞内の亜鉛量がかなり低下したときに初めて起こることが分かり、オートファジーの変異体では、亜鉛飢餓時の細胞増殖が低下した。亜鉛飢餓時には、オートファジーによりタンパク質に結合している亜鉛がリサイクルされる可能性を支持する結果となった、論文として受理された(JBC, in press)。また、オーファジーと鉄の関連についても、上記の亜鉛論文とback to backで論文が受理された。28年度が最終年度であるため、記入しない。オートファジーは細胞内の主要な自己成分の分解システムであり、真核生物で広く保存されている。オートファジーはタンパク質の分解機構として広く認知されており、ユビキチン・プロテアソーム系とよく対比されるが、実際にはオートファジーの結果、タンパク質だけでなく核酸(RNA,DNA)、多糖、脂質も分解される。しかし、それらの物質の分解機構と、分解された物質が細胞内の代謝へ及ぼす影響は、ほとんど理解されてはいない。これまで、電子顕微鏡レベルでリボソームが丸ごとがオートファジーで分解されることが予想されていたものの、その分子機構は全く不明であった。そのため、オートファジーによるRNA分解機構を解析するため、出芽酵母を用いてRNA解析に加えてメタボローム解析と細胞生物学的解析を駆使した基礎研究を行ってきた。その結果、オートファジー依存的に、液胞内でRNAがヌクレオチドからヌクレオシドに変換され、細胞質でさらに塩基へと代謝され、そのほぼ全量が細胞外に放出されるということとその責任酵素を明らかにした.細胞内RNAの存在比を考慮すると細胞外に放出された塩基の大部分はrRNA由来であると結論できる。また、放出された塩基の量から逆算すると、オートファジーによって、一時間あたり数%のRNAが代謝されることになり、これは、タンパク分解を指標に実験的に推定された値とも一致している。これらの機構は分裂酵母においてもよく保存されていた。しかし、それらの物質の分解機構と、分解された物質が細胞内の代謝へ及ぼす影響は、これまで全く不明であった。本年度は、オートファジーによるRNA分解機構を解析するため、出芽酵母の液胞内の主要なRNaseであるRny1に着目し、生理生化学的解析を行ってきた。まず、酵母細胞を飢餓状態にしてオートファジーを誘導させた後、細胞から液胞を生化学的に単離し、含まれるRNAを電気泳動等により解析した。その結果、rny1破壊株では液胞内に消化されないRNAが高度に蓄積していることを見出した。rny1破壊株でオートファジーに関与する遺伝子をさらに欠損させると、RNAの蓄積は観察されなかった。次に単離液胞を用いたin vitroRNase assay系を確立し、温度、基質特異性、至適pH,活性化・阻害因子等について、液胞内のRNase活性に関する生化学的特性を見出すことに成功した。さらに、Rny1と結合する因子を免疫沈降法により解析し、候補因子を複数同定しており、現在個別のタンパク質について、再現実験を行っている。また、Rny1の生理的役割を解析するため、他のRNA分解経路に関わる遺伝子とrny1の多重変異株を作製途中である。私は既知のRNA分解経路に加え、オートファジーも細胞内のRNA分解機構の主要な経路の一つであることを世界で初めて示してきた。従来のRNA分解機構は細胞質で起こる反応であり、一方でオートファジーによるRNA分解は液胞内での分解であり、細胞内の分解の場が明確に異なる。オートファジーにより種々のRNA基質がどのように壊れ、最終産物はどうなるのか?というゴールに到達するためには、まず液胞内の主要なRNaseであるRny1の生化学的な解析が必須となる。また、「液胞」環境中での酵素活性を再現することが不可欠である。上記のことを意識し、これまで全く解析されてこなかった液胞でのRny1の機能を再現することに成功した。その結果、液胞RNaseは非常に強い活性を持つことや、基質特異性の有無、至適pH、イオンの要求性、活性化・阻害条件等を明らかにした(論文投稿準備中)。さらに現在、Rny1の活性を保ったまま酵母から精製することに成功しており、その結合因子をMSにより同定し、現在解析中である。

窒素源飢餓と異なり亜鉛飢餓によるオートファジーは誘導されるまでにタイムラグがあることがわかった。細胞内の亜鉛量がかなり低下したときに初めて起こることが分かり、オートファジーの変異体では、亜鉛飢餓時の細胞増殖が低下した。亜鉛飢餓時には、オートファジーによりタンパク質に結合している亜鉛がリサイクルされる可能性を支持する結果となった、論文として受理された(JBC, in press)。また、オーファジーと鉄の関連についても、上記の亜鉛論文とback to backで論文が受理された。これまでオートファジーの誘導条件と代謝への影響を系統的に調べ、オートファジーの活性および生理機能の全体像を理解することを目指して研究を進めてきて、今年度は特に核酸代謝(RNA分解)についてオートファジーの関係を明らかにすることが出来た。それ以外にも、オートファジーを誘導する新規の条件を見出しており、次年度では、より詳細にオートファジー活性の評価し、生理学的意義を追求したいと考えている。またオートファジー変異株の特徴的な表現形を利用して、それを回復する変異体のスクリーニングも行っている。また酵母オートファジーに関する日本語の総説を執筆することが出来た。上記の研究は液胞内RNA(核酸)分解酵素の解析の例であるが、上記の研究からヒントを得て、遺伝学的な解析から液胞内のリパーゼだろうと長年推測されているAtg15についての解析を行いたいと考えた。Atg15は、約20年前に同定されたが、その後未だにリパーゼだとする生化学的な証明がなされていない。しかし、atg15欠損株では、オートファジー誘導条件下において液胞内に分解されない膜構造体であるオートファジックボディが観察されることから、液胞膜以外の膜、すなわちオートファジーに由来する膜やその内容物に含まれる膜系を分解できる活性を持つと推測される。Atg15の解析が困難なのは、上記のRny1と同様、内部にS-Sを持つ糖鎖付加タンパク質であり、発現量も低く、更に短寿命タンパク質であるため、Atg15の単離が難しいからである。そこで私は生化学的な解析を進めるために、まずAtg15抗体を精製し、ウエスタンブロットや免疫沈降が可能な抗体を取得した。また、近年リピドローム解析の発展により、脂質の解析技術が飛躍的に進歩している。漸くオートファジーによる脂質代謝を解析できる時機になり、単離液胞と免疫沈降により精製したAtg15を用いて、リパーゼの活性を測定できるin vitro系を開発し、脂質分解の特性を明らかにしたい。平行して、免疫沈降法により液胞でのAtg15の結合タンパク質を同定し、液胞内での脂質分解経路の全貌を明らかにしたいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。核酸代謝とオートファジーについては、液胞内でのRNA分解について、酵母の液胞を単離し、野生株と液胞内RNase破壊株(rny1破壊株)を用いて、RNaseの活性およびRNAの分解量などを明らかにする生化学的な解析を行うことを検討している。
水クラスターアニオンの生成機構に対する理論的研究

バルク中に存在する溶媒和電子のモデルとして,水クラスターアニオンが研究されてきた。過剰電子と水クラスターの結合は一般に非常に弱いため,水分子に捉えられた過剰電子は,通常の電子とは異なり,クラスター表面に大きく広がっている。本年は第一原理分子動力学(MD)計算により,その生成機構を研究した。この方法は,水クラスターと電子の相互作用を精密に計算し,同時にクラスターが熱で揺らぐ動的な効果を考慮することができ,この分野で我々は世界の最先端をリードしている。水6量体には2種類の異性体が存在することがX線光電子分光により示唆されているが,その分子構造はこれまで分からなかった。本研究では,中性の水6量体に電子を付加し,時間発展させることで,アニオンクラスターの構造を明らかにした。この成果は現在執筆中である。また,ニトロメタンと水クラスターのアニオンに対する量子化学計算を実行した。このアニオンクラスターは,電子がニトロメタンの価電子軌道に入るvalenceタイプと水分子に捕まえられた過剰電子タイプが実験的に示唆されている。本研究では量子化学計算により,2種類のアニオンの構造や安定性を求めた。また,ベンゼンが水6量体に付加することで,2つの異性体の安定性が逆転する,という結果が最近の実験で報告された。ベンゼンは水分子とOH-II結合を生成するが,これが水分子の水素結合ネットワークにどのように影響を及ぼし,それによってなぜ安定性が逆転するのか,非常に興味深い問題である。その原因を探るべく量子化学計算を開始した。過剰電子と水クラスターの結合は一般に非常に弱いため,分子に捉えられた通常の電子とは異なり,過剰電子はクラスター表面に大きく広がった表面状態となる。一方,バルク中では過剰電子は周囲を水分子に囲まれた溶媒和状態になる。すなわち,クラスターを大きくしたとき,ある大きさで表面状態から溶媒和状態へと遷移するはずである。ここで,どの程度の大きさでその遷移が起こるかが現在も議論となっている。本年はLC-DFT法を分子動力学(MD)計算へ組み込んだ第1原理計算に取り組んだ。この方法により,水クラスターと電子の相互作用を精密に計算しながら,同時にクラスターが熱により揺らぐ動的な効果を考慮することができる。水クラスターアニオン(n10)に対する信頼性の高いシミュレーションを実行し,その構造および生成機構を理論的に解明することを目的としている。計算機の立ち上げとMD計算は一通り終了し,現在成果を論文にまとめている。また,実験家と共同研究を立ち上げ,ニトロメタン・水クラスターのアニオンに対する量子化学計算を実行した。
複数の基質取り込みサイトを持つ超分子型反応場の設計と活性発現

本年度に取り組む課題は交付申請書の研究実施計画にあるように1、分子モジュールA・Bの連結、2、超分子の構築、3、活性発現の反応条件の検討、である。1、分子モジュールA・Bの連結のためにはどのリンカー配列が良いか決める必要があり、コンピューターを用いて検討した。分子モジュールA・Bの両者が近傍に来ることがリンカーの必要条件である。そこで、-Pro-Pro-Pro-,-Pro-His-His-,-Gly-Pro-などのいくつかの配列をインプットし分子力学場計算をしたところ-Gly-Pro-のみが目的の立体構造を取った。そこで以下の実験はこの配列を採用した。2、超分子前駆体として分子モジュールA・Bを一Gly-Pro-で架橋した36merのポリペプチドの合成を行った。分子モジュールA・Bを別々に合成して-Gly-Pro-で架橋する方法ではなく、ペプチド自動合成機でC末端から1段でN末端まで合成した。精製後MSで確認を行った。次に、この超分子前駆体を使って抗原であるエイズウイルスgp41ペプチドおよびポリフィリンの取り込みを各種分光学的手法を用いて検討した。CDスペクトルから、gp41ペプチドは超分子前駆体への取り込みがゆっくりしていて、しかも取り込まれた後も、ゆっくりしたコンフォーメーション変化を起こすと推定された。一方ポルフィリンはすぐに取り込まれ、その後ゆっくりと超分子前駆体のコンフォーメーション変化が起こること思われた。この結果はUVスペクトルおよび表面プラズモン共鳴法の結果からも支持された。3、超分子前駆体と両抗原とを同一の反応系に加え、各種実験条件を変化させてgp41ペプチドの消失をHPLCで追跡した。ポルフィリンに金属イオンとしてMnを導入したものを用い、反応温度5060゚Cで数十倍の酵素活性を発現できた。この時、Mnを含まないポルフィリンでは全く活性を示さなかった。本年度に取り組む課題は申請した研究計画にあるように1、分子モジュールAの設計、2、分子モジュールBの作製、3、分子モジュールA・Bの連結である。1、エイズウイルス外膜タンパクgp41に対する抗gp41モノクローナル抗体の抗原親和性は完全抗体で4.2x1010/M,H鎖で2.5x108/M,L鎖で8.3x108/Mとなり、抗gp41抗体はL鎖の方が重鎖(H鎖)よりも親和力が高かった。さらに、この抗体の塩基配列を調べたところ軽鎖(L鎖)の超可変領域(CDRL)-1はfull sequence(16個)のアミノ酸が挿入されており、その分、CDRL-3(9個)が短くなっていた。これはL鎖CDR-1が抗原認識に深く関与していることを示唆するものである。そこで、このCDRL-1ペプチド16merを合成し、CDスペクトルによる解析を行ったところ、この抗体L鎖のCDR-1ペプチド(16mer)は、gp41の保存領域抗原と非常に強い相互作用を持つことが判明した。2、ヘミンに対するモノクローナル抗体1D3、人工型ポルフィリンであるTCPP(テトラカルボキシフェニルポルフィリン)に対するモノクローナル抗体2C12をそれぞれ作製し、それら抗体の可変領域の塩基配列をH鎖およびL鎖について行った。両抗体のH鎖はほとんど一致しているのに対し、L鎖には多くに変異が認められた。1D3抗体L鎖はほとんどヘミンを結合しないのに対しH鎖は104/Mのオーダーで結合しており、抗原認識の主な役割は1D3抗体の場合H鎖にあると考えられた。また、H鎖上の超可変領域(CDRH)-1,-2,-3すべてをペプチド合成し、TCPPとの反応性を調べたところ、驚く事にCDRH-2の僅か17mer単独でも抗体可変領域のアミノ酸約230個が構成している高度な抗原認識部位よりも高い抗原親和性を示した。3、1D3抗体のCDRH-2(17mer)および抗gp41抗体のCDRL-1(16mer)を連結する最適なスペーサーを分子モデリングから推定した結果、-Gly-Pro-で結んだ上記1、2のCDRの35merのペプチドが、エイズ抗原及びポルフィリン分子が互いに接近すると計算されたのでこの分子を一段で合成した。

一方ポルフィリンはすぐに取り込まれ、その後ゆっくりと超分子前駆体のコンフォーメーション変化が起こること思われた。この結果はUVスペクトルおよび表面プラズモン共鳴法の結果からも支持された。3、超分子前駆体と両抗原とを同一の反応系に加え、各種実験条件を変化させてgp41ペプチドの消失をHPLCで追跡した。ポルフィリンに金属イオンとしてMnを導入したものを用い、反応温度5060゚Cで数十倍の酵素活性を発現できた。この時、Mnを含まないポルフィリンでは全く活性を示さなかった。
マルチエマルションを活用した貫通型細孔を有する微粒子の創製と応用

酵素、ポリマーおよび糖類を水相中に共存させたO/W/O型マルチエマルションの凍結乾燥によって、貫通型細孔を有する微粒子が得られた。とくに、マルチエマルション調製時のPEGおよび糖の濃度を最適化することで、微粒子に固定化された酵素の有機溶媒中における酵素活性を増大させることができた。さらに、この微粒子をマイクロ空間に導入したバイオマイクロリアクタに関するプロセス工学的な基礎的検討を行い、高活性を示す固定化酵素をマイクロ空間に形成する新しい簡便な方法を見出すことができた。本研究課題では、マルチエマルションの溶液構造を利用した貫通型細孔を有する微粒子の新たな調製法を開発し、この微粒子を固定化酵素として利用することを試みる。すなわち、酵素、ポリマーおよび糖類をO/W/O型マルチエマルションの水相中に共存させ、これら3成分の特異的な分子間相互作用から形成されるナノ構造と、O/W/O型マルチエマルションの持つマイクロ構造を、このマルチエマルションの凍結乾燥という簡便な方法によって保持させた微粒子を作製する。この微粒子の調製条件を種々検討することから、含有される酵素の機能を強化した微粒子を創製する。平成23年度までに2種類のリパーゼとプロテアーゼを用いて検討した結果、担体として用いたPEGの濃度などを最適化することにより貫通型細孔を有する微粒子を得ることができた。とくにリパーゼSMとスブチリシンを固定化した微粒子では、調製時に糖としてトレハロースやリビトールを添加することで、有機溶媒中において酵素活性を増大させることができた。そこで平成24年度では、プロテアーゼとしてスブチリシンとα-キモトリプシンなどを選択し、さらにスブチリシンに対して添加する糖の影響を検討した。その結果、有機溶媒中で酵素活性を発現する貫通型細孔を有する微粒子の調製に成功した。とくに、固定化スブチリシンはキシリトールの添加によって特異的な酵素活性を発現した。すなわち、この固定化スブチリシンはキシリトールを添加しない固定化スブチリシンに比べて酵素活性は低下したが、リビトールを添加した場合と同様に、特異的に酵素活性を増大するキシリトールの添加濃度の存在が見出された。本固定化法はリパーゼおよびプロテアーゼの有機溶媒中における酵素活性発現に有用であり、糖類の添加方法を最適化することで他の酵素についても有機溶媒中での利用が可能な固定化酵素を実現することができるものと期待される。本研究課題では、マルチエマルションの水相(緩衝液)に酵素、その固定化担体であるポリマー(ポリエチレングリコール等)および糖類(トレハロース等)の3成分を溶解させ、このO/W/O型マルチエマルションを凍結乾燥させることで、貫通型細孔を有する微粒子状の固定化酵素を創製することを目的としている。平成25年度では、前年度までに開発された貫通型細孔を有するポリマー製微粒子に固定化された酵素の活性に及ぼす調整条件の影響をさらに詳細に実験的に明らかにしつつ、得られた固定化酵素をマイクロバイオリアクターに応用するための基礎的検討を行う予定であった。しかし、酵素活性を定量的に評価するための分析装置のトラブルから、酵素活性の定量的評価を行うことが困難となったため、マイクロバイオリアクターの微小流路内への酵素の固定化に関する実験的検討を中心に行った。まず、これまで固定化担体としてポリエチレングルコールを主に用いてきたが、他のポリマーについての検討を行った。とくに、多糖類であるペクチンを用いてO/W/O型マルチエマルションを凍結乾燥させたところ、非水媒体に対する耐性とハニカム状の細孔を有する微粒子が得られた。しかし、有機溶媒中でのエステル合成をモデル反応とした酵素活性の確認を実験的に充分行うことができなかった。さらに、マイクロバイオリアクターへの酵素の固定化法として、微小流路内への薄膜の形成に挑戦するための基礎的検討として、水溶性ポリマーの溶液を用いた浸漬法によるガラス板表面への薄膜形成を試みた。その結果、膜厚710μmの細孔を有する薄膜を形成することができた。今後、O/W/O型マルチエマルションを凍結乾燥させて得られた微粒子とポリマー水溶液(酵素、糖を含有)を用いた浸漬法で得られた薄膜の固定化酵素としての特性を比較検討する。本研究課題では、マルチエマルションの溶液構造を利用して、貫通型細孔を有する微粒子の新たな調製法の開発を行い、得られた微粒子の応用として固定化酵素への利用を試みる。すなわち、酵素、ポリマーおよび糖類をO/W/O型マルチエマルションの水相中に共存させ、これら3成分の液相系での特異的な分子間相互作用から形成されるナノ構造と、O/W/O型マルチエマルションの持つマイクロ構造を、このマルチエマルションの凍結乾燥という簡便な方法によって保持させた微粒子を作製する。

これまでに2種類のリパーゼを用いて検討した結果、担体として用いたPEGの濃度などを最適化することにより貫通型細孔を有する微粒子を得ることができた。とくにリパーゼSM(Serratia marcescens起源)を固定化した微粒子では、調製時に糖としてトレハロースを添加したことで酵素活性が増大した。そこで平成23年度では、これらの結果を踏まえ、プロテアーゼの一種であり、水溶性タンパク質に分類されるスブチリシン(Subtilisin Carlsberg起源)を選択し、マルチエマルションを活用した貫通型細孔を有する微粒子の調製と、この微粒子の非水媒体中での酵素活性発現の可能性を検討した。その結果、有機溶媒中で酵素活性を発現する貫通型細孔を有する微粒子の調製に成功した。また、この固定化スブチリシンはリビトールや、トレハロースなどの添加によりさらに酵素活性が増大したのみならず、その活性を長時間維持できる可能性が明らかになった。本固定化法はリパーゼおよびプロテアーゼの、有機溶媒中における酵素活性発現に有用であることが示唆された。さらに糖類の添加効果と組み合わせれば、他のタンパク質についても有機溶媒中での利用が可能になることが期待される。本研究の目的は、マルチエマルションの溶液構造を利用した貫通型細孔を有する微粒子の新たな調製法を開発し、この微粒子を固定化酵素として利用することを試みることである。研究期間全体を通じて、酵素、ポリマーおよび糖類をO/W/O型マルチエマルションの水相中に共存させ、これら3成分の特異的な分子間相互作用から形成されるナノ構造と、O/W/O型マルチエマルションの持つマイクロ構造を、このマルチエマルションの凍結乾燥という簡便な方法によって保持させた微粒子を作製するための調製条件を種々検討し、含有される酵素の機能を強化した微粒子を創製した。とくに、マルチエマルション調製時のPEGおよび糖の濃度を最適化することで、微粒子に固定化された酵素の有機溶媒中における酵素活性を増大させることができた。さらに、この微粒子をマイクロ空間に導入したバイオマイクロリアクタに関するプロセス工学的な基礎的検討を行い、高活性を示す固定化酵素をマイクロ空間に形成する新しい簡便な方法を見出すことができた。最終年度においては次の成果が得られた。1)担体としてのペクチンの添加量を調整することで、PEG製マイクロスフェアの機械的強度を増大させ、ペクチンを添加する前に比べて約9割の活性を示す貫通型細孔を有する微粒子状の固定化酵素を調製することができた。2)マイクロチャネル内壁に酵素を固定化させたマイクロリアクタを開発するために、実験による基礎的検討を行った。3Dプリンタで製作したマイクロチャネル表面に貫通型細孔を有する微粒子状の固定化酵素を接着する簡便な方法を開発した。また、3Dプリンタで製作したプレートを用いたディップコーティング法によりPEG製薄膜状固定化酵素を形成することができた。これら2種類の固定化酵素の活性は、貫通型細孔を有する微粒子状の固定化酵素の活性に対して約78割であった。
小規模校にオルタナティブ教育を導入する教育効果に関する国際協同研究

本研究では,過疎化が進行する僻地の学校教育の質を高める手段として,オルタナティブな教育方法を導入していく実践研究に取り組んだ。長野県内の僻地校をフィールドとして,各地域の素材を活かした教育内容を教育課程に編成し,学年枠を乗り越えた学習集団を教育内容に応じて柔軟に組織する実践モデルを提言した。また,学習内容・方法に関して,子どもに選択権を与えることで子どもたちの主体性と学習意欲を高めることも明らかにした。(1)研究の目的本研究は,全校児童生徒数や教職員数がきわめて少ない小規模校を対象に,少人数であるがゆえの長所を最大限に生かし,短所と考えられてきた教育条件を克服するための教育方法を,海外のオルタナティブ教育の発想を導入し,地域に応じて開発することを目指している。特に,研究代表者が学校改革の指導者として携わっている長野県の僻地校群と,北欧諸国の僻地校の教職員および僻地教育をテーマに研究している北欧の研究者との連携体制を構築しながら,一斉画一式授業に代わるオルタナティブ教育を小規模校に導入する教育効果を明らかにすることを本プロジェクト研究の目的としている。(2)研究の体制本研究は研究代表者が北欧諸国の研究協力者とのネットワークを生かして連携体制をとり,長野県内の僻地指定地域の教育委員会および学校関係者と協力して具体的な実践を試行する体制を整えている。(3)研究の方法(1)小規模校・小規模学級および複式学級での学習指導に関する先行研究を整理する。(2)学習スタイル論の最新動向を整理する。(3)北欧諸国およびオランダの教育実践をオルタナティブ教育の観点から分析する。(4)長野県内の僻地校の教育改革に参画しながら,北欧流の教育実践の導入が適切な部分に積極的にその学習スタイルを指導する。(5)僻地としての条件を共有する北欧と長野の協力校におけるオルタナティブ教育の意義と教育効果に関して教員および子どもを対象とした意識調査を行う。本研究は,全校児童生徒数や教職員数がきわめて少ない小規模校を対象に,少人数であるがゆえの長所を最大限に生かし,短所と考えられてきた教育条件を克服するための教育方法を開発し,その教育効果を明らかにすることを目的としている。その初年度である平成20年度は,"個に応じた教育"を具体的に実現する教育方法に関する文献研究を中心に取り組んだ。具体的には,個性と協同性の両方を重視する中で,一人ひとりの自己学習能力を高めるために考案された「イエナ・プラン」や「ドルトン・プラン」といったいわゆるオルタナティブ教育の学習システムに関する文献を集め,翻訳作業を含めた資料収集を行った。近年,北欧諸国やオランダの小規模校で注目すべき成果をあげているこれらの教育方法・学習スタイルを,長野県内の山間僻地の小規模校において採用し,単なる学力向上のみならず,自ら意欲的に問題解決に取り組む子どもたちの姿を実現させようとする「僻地教育プロジェクト」を実現させていくために,その人的ネットワークの環境づくりにも着手した。さらに,本研究の海外調査対象地として,(1)フィンランド,(2)スウェーデン,(3)デンマーク,(4)キューバといった福祉国家型の教育システムを採用する学校現場を選定し,2年目以降の海外調査のための準備を行い渡航計画を作成した。本研究がモデルとするオルタナティブ教育は,充実した教育予算の裏付けが必要となり,そのままのかたちを日本に紹介しても有効性に限界があるが,海外の事例を調査する中で,その教育理念や教育方法については,日本型の教育制度を採用する国においても導入可能なレベルがあり,その点を明らかにして日本の過疎地の教育実践をサポートするという点において社会的・教育的な意義がある。本研究2年目の平成21年度は,スウェーデンのヴィットラスクールでの教育方法を視察し,映像資料と共にその実践理論をまとめることを主眼として研究を行った。その結果は学会誌『個性化教育研究』に投稿している。また,3年目の海外調査研究の準備を並行して行い,フィンランドの僻地校での教育方法を取材するための予備調査を行った。また,オルタナティブ教育における学習スタイルを,映像資料を含めて具体的に収集できたことで,本研究のゴールの一つである「長野県内の山間僻地の小規模校においてオルタナティブ教育を導入する」手がかりが得られたという点で一定の成果が得られた。また,海外取材等で得られた知見を,各種講演会や教員研修等の機会に関係者に紹介するなかで,この研究は小規模校に限らず,広く日本の学校教育一般に活用が期待される取り組みであることを認識した。また,オルタナティブ教育の普及には,伝統的な教育観・授業観から容易に脱却できない教員の実践意識にも着目することが重要であることが再認識できた。

今後は教員養成や現職教育の領域において,オルタナティブ教育の理念を盛り込んだワークショップ型の研修を充実させることを本研究との関連で取り組んで行くことになる。本研究は,全校児童生徒数や教職員数がきわめて少ない小規模校を対象に,少人数であるがゆえの長所を最大限に生かし,短所と考えられてきた教育条件を克服するための教育方法を開発し,その教育効果を明らかにすることを目的としている。本研究3年目の平成22年度は,フィンランドのトゥルクおよびラウマの僻地校に加えて,ユバスキュラ郊外にも調査地を広げ,山村エリアの小規模校の視察をもとに,複式学級の教育方法の実際を取材するとともに,国際協同研究として最終的にどのようなゴールを目指すかを検討する実質的な議論を経験できた。また,長野県内の山間僻地の小規模校においてオルタナティブ教育を導入するという目的に即し,信濃町の小中学校6校と栄村の4校,および塩尻市と辰野町にまたがる両小野地区の小中学校等の小中一貫の学校づくりに参画し,指導者としてオルタナティブ教育の観点からの提言ないし改革の必要性を説明してきた。具体的には,北欧諸国の教育実践の特徴を具体的に紹介しながら,学校の中に求められる真のゆとりや教員の主体性・独創性というものを学習者の目線に立って問い直すことを校内研修会や出前講座等で指導した。さらに,フィンランドの教員養成や現職教育の領域において,オルタナティブ教育の理念をどのように普及させているのかを取材するなかで,フィンランドの教員養成の質保証に関わる重要な要件を学び取ることができた。それらの研究成果は,信州大学教育学研究論集等に論文として掲載された。本研究は,全校児童生徒数や教職員数がきわめて少ない僻地の小規模校を対象に,少人数であるがゆえの長所を最大限に生かし,短所と考えられてきた教育条件を克服するための教育方法を開発し,その教育効果を明らかにすることを目的としている。本研究において過疎化に悩む僻地の小規模校の学習指導に導入する教育方法として,わが国の伝統的な一斉画一式の伝達講習型授業ではなく,一人一人の学習到達度や学び方の特性などにも着目して"個に応じた教育"を具体的に追究する学習スタイルを想定している。4年目となる今年度は,日本国内の過疎化が進行する高知県土佐町と大月町,北海道三笠市,長野県内の小中併設校および信濃町の小中全校などの学習スタイルを実態調査するとともに,少子化と過疎地での人口減少に伴う学校統廃合の長所・短所など聞き取り調査した。また,昨年度までのフィンランドやスウェーデンなどの小規模校の参観に引き続き,ノルウェーの北極圏付近の山間僻地および離れ島の義務教育学校への参観取材も行い,僻地校が抱える学校経営上の諸問題は,福祉国家型の教育政策を続けてきた北欧諸国でも,地方財政との関連から日本の僻地と同様の問題が存在するものの,授業レベルでは地域の実情に即して自由度の高い実践が展開されている実情を理解できた。さらに,これら国内外の僻地校において実践される「個に応じた教育」のコンセプトが,それぞれの国や地域によって異なることや,それぞれの特色をふまえた学習スタイルを導入する工夫が教師のカリキュラム開発能力を高めることにも貢献することをインタビュー調査により明らかにできた。
ラット潅流肝の糖代謝に及ぼす吸入麻酔薬の効果とその作用機序

摂食ラットの潅流肝にイソフルラン、セボフルラン、ハロタン、エンフルラン(各々をI群、S群、H群、E群とする)を投与した時の、潅流液中のbase excess(BE)、乳酸、ピルビン酸、グルコースおよび酸素消費量の変動を同一MAC(1.6MAC)で比較検討した。BEは経時的に減少し、投与後3時間で対照値に比べI群7.8、S群5.2、H群11.0、E群では10.3mmol/l減少した。S群は、H群、E群に対して、またI群はH群に対してBEの減少の程度は有意に少なかった。乳酸は経時的に増加し、投与後3時間では対照値に比べ、I群49.7、S群22.7、H群48.8、E群で47.4mg/dl増加し、その程度はS群でI群、H群、E群と比較して有意に少なかった。グルコースも経時的に増加し、投与後3時間で対照値に比べI群56.2、S群35.5、H群77.3、E群では60.7mg/dl増加した。S群はI群、H群、E群と比較して増加の程度は少なかったが有意差はなかった。各パラメーターでMACを変化させ比較すると、吸入麻酔薬の種類によらずBE、乳酸及びグルコースは吸入麻酔薬の濃度に依存して減少または増加した。以上より摂食ラットの潅流肝に吸入麻酔薬を投与すると、BE、乳酸、ピルビン酸、グルコースは麻酔薬の種類に拘らず、経時的かつ麻酔薬の濃度に依存して変化することが証明できた。麻酔薬による血糖増加や代謝性アシドーシスの発生の機序について更なる検討が必要であると思われる。
モヤモヤ病病因解明への試み.モヤモヤ病血管平滑筋細胞の細胞生物学的研究

本研究ではモヤモヤ病の病因を解明をめざしていた。平成6年度の研究結果、モヤモヤ病患者4名の髄液中に正常人にはみられない多彩なサイトカインの免疫活性が発現していることを発見し報告した(平成5年度ウィリス動脈輪閉塞症調査研究班報告書)。これらは、脳虚血に対する脳組織の反応のみならず、モヤモヤ病に特徴的な血管新生に関与している可能性がある。ついで、モヤモヤ病に特徴的な内頸動脈終末部の狭窄性変化はその部にかかる血行力学的負荷が原因の一つであると仮定しin vitro実験をおこなった。in vitroにおいて血行力学的負荷に代わる刺激として振盪刺激を培養血管平滑筋細胞にくわえて、培養細胞の増殖曲線を検討した。その結果、モヤモヤ病患者由来の血管平滑筋細胞で対照群と異なり振盪刺激により増殖が促進する細胞系がみられた。この原因として、培養平滑筋細胞からのサイトカイン産生が亢進しautocrineに作用していたか、平滑筋細胞のサイトカイン感受性が高まっていた可能性が考えられた。次に、振盪刺激による塩基性線維芽細胞増殖因子産生をconditioned mediumのウェスタンブロティングで検討したが、明らかな免疫活性は確認できなかった。振盪刺激によりモヤモヤ病患者由来平滑筋細胞では、サイトカイン・レセプターのupregulationなど感受性亢進が出現していたとも考察される(平成6年度ウィリス動脈輪閉塞症調査研究班報告書)。本研究で用いた平滑筋細胞は病変部ではない浅側頭動脈由来で、病変部である内頸動脈終末部由来ではないことであるが、浅側頭動脈にも狭窄病変が進行している例もあり、モヤモヤ病における病変血管の特徴を備えているとみられる。以上の研究結果より、モヤモヤ病の病因として血管平滑筋細胞におけるサイトカインの関与が示唆された。
肩腱板断裂に対する新しい治療法、上方関節包再建術の生体内治癒メカニズムの解明

肩腱板断裂患者の治療では腱板修復を行うが、大断裂(3cmから5cm)、広範囲断裂(5cm以上)においては腱板の修復が困難な場合も多く、しばしば治療に難渋する。さらに、腱板断裂を修復しなかった場合、腱板断裂関節症(cuff tear arthropathy)と呼ばれる変形性関節症へと進行することが知られている。当教室の三幡らは修復困難な腱板断裂に対する新しい治療として大腿筋膜グラフトを用いた上方関節包再建術を考案し、生体力学的に良好な機能回復が得られることと、臨床において良好な短期成績を報告してきた。本研究では、兎腱板断裂モデルに対して大腿筋膜グラフトを用いた上方関節包再建術を行い、生体内において大腿筋膜グラフトがどのように骨との間で生着し、治癒していくかを明らかにするとともに、上方関節包再建術を行うことにより、変形性関節症の進行を制御する効果について明らかにするものである。平成30年度は日本白色家兎の棘上筋腱と棘下筋腱に欠損(腱板広範囲断裂モデル)を作成し、同側の大腿から採取した大腿筋膜を移植して上方関節包再建術を施行した。修復後に、手術手技の問題によって移植した大腿筋膜の断裂が起こっていないことを確認するために、予備実験で1羽の日本白色家兎を術後2週で屠殺し、移植した大腿筋膜が縫合部、実質部のいずれにおいても断裂していないことを確認したのちに本実験を開始した。現在までに、16羽の日本白色家兎に対して手術を行なったが、これまでに術中、術後早期に死亡した例もないことから、動物モデルの作成に関しては概ね順調に進行している。また、予備実験で屠殺した日本白色家兎から両肩関節組織を採取し、固定、脱灰後にパラフィン包埋を行い、組織学的検討を行う上での手技を問題なく行えることを確認済みである。今後は引き続き、同一のモデルのnを追加し、順次組織学的検討行う予定である。日本白色家兎の棘上筋腱と棘下筋腱に欠損(腱板広範囲断裂モデル)を作成し、同側の大腿から採取した大腿筋膜を移植して上方関節包再建術を施行している。現在までに、16羽の日本白色家兎に対して手術を行なった。手術時間も徐々に短縮しており、またこれまでに術中、術後早期に死亡した例もないことから、動物モデルの作成に関しては概ね順調に進行している。今後は引き続き、同一のモデルのnを追加し、順次屠殺して組織学的検討行う予定である。組織学的検討としては、両肩関節を摘出して組織学的評価および分子生物学的評価を行う。組織学的評価としてヘマトキシリンエオジン(HE)染色とサフラニンO染色、I型、II型、III型コラーゲンに対する免疫染色を行い、移植した大腿筋膜と上腕骨および肩甲骨との間での組織修復過程と、関節軟骨の関節症性変化の進行について評価を行う予定である。組織学的評価:肩関節組織は固定、脱灰後にパラフィン包埋を行い、薄切して組織切片を作成する。HE染色、サフラニンO染色とI型、II型、III型コラーゲンに対する免疫染色、Picrosirius red染色を行うことで、移植した大腿筋膜と上腕骨との間で正常なenthesisに類似した組織修復反応が起こるかどうかを評価するとともに、移植した大腿筋膜における血管新生が起こるかどうかを血管新生マーカー(CD31)の免疫染色を行い、単位面積あたりのcapillary densityを定量的に評価する。さらに、サフラニンO染色で肩甲上腕関節軟骨における関節症性変化の有無を評価する予定である。

修復後に、手術手技の問題によって移植した大腿筋膜の断裂が起こっていないことを確認するために、予備実験で1羽の日本白色家兎を術後2週で屠殺し、移植した大腿筋膜が縫合部、実質部のいずれにおいても断裂していないことを確認したのちに本実験を開始した。現在までに、16羽の日本白色家兎に対して手術を行なったが、これまでに術中、術後早期に死亡した例もないことから、動物モデルの作成に関しては概ね順調に進行している。また、予備実験で屠殺した日本白色家兎から両肩関節組織を採取し、固定、脱灰後にパラフィン包埋を行い、組織学的検討を行う上での手技を問題なく行えることを確認済みである。今後は引き続き、同一のモデルのnを追加し、順次組織学的検討行う予定である。日本白色家兎の棘上筋腱と棘下筋腱に欠損(腱板広範囲断裂モデル)を作成し、同側の大腿から採取した大腿筋膜を移植して上方関節包再建術を施行している。現在までに、16羽の日本白色家兎に対して手術を行なった。手術時間も徐々に短縮しており、またこれまでに術中、術後早期に死亡した例もないことから、動物モデルの作成に関しては概ね順調に進行している。今後は引き続き、同一のモデルのnを追加し、順次屠殺して組織学的検討行う予定である。組織学的検討としては、両肩関節を摘出して組織学的評価および分子生物学的評価を行う。組織学的評価としてヘマトキシリンエオジン(HE)染色とサフラニンO染色、I型、II型、III型コラーゲンに対する免疫染色を行い、移植した大腿筋膜と上腕骨および肩甲骨との間での組織修復過程と、関節軟骨の関節症性変化の進行について評価を行う予定である。組織学的評価:肩関節組織は固定、脱灰後にパラフィン包埋を行い、薄切して組織切片を作成する。HE染色、サフラニンO染色とI型、II型、III型コラーゲンに対する免疫染色、Picrosirius red染色を行うことで、移植した大腿筋膜と上腕骨との間で正常なenthesisに類似した組織修復反応が起こるかどうかを評価するとともに、移植した大腿筋膜における血管新生が起こるかどうかを血管新生マーカー(CD31)の免疫染色を行い、単位面積あたりのcapillary densityを定量的に評価する。さらに、サフラニンO染色で肩甲上腕関節軟骨における関節症性変化の有無を評価する予定である。動物モデルの作成を順次行なっているが、初年度は動物(日本白色家兎)の購入とモデル作成に必要となる麻酔薬剤、滅菌器具による支出のみであり、組織学的検討に必要な薬剤、試薬の購入に至っていないため、次年度使用額が生じました。平成31年度は動物モデルの作成は順調に進んでいるが、n数の追加のために日本白色家兎の追加購入を行う予定である。また、術後4、8、12、16週に順次屠殺し、組織票本を作成した上で各種の組織学的検討(ヘマトキシリンエオジン(HE)染色、サフラニンO染色、I型、II型、III型コラーゲンに対する免疫染色、血管新生マーカー(CD31)に対する免疫染色)等を行なっていく予定である。平成31年度は日本白色家兎の追加購入、組織染色に関わる試薬の購入に科研費を使用する予定である。
水上ローイングにおける運動量定量化の試み

1.ローイングエルゴメータローイングの身体運動量ローイング運動中の身体加速度波形の積分値(総身体運動量)が、ローイングパフォーマンスの評価に有効な指標となりうるかどうかを検討するため、第一段階として、ローイングエルゴメータを用いた漸増負荷運動テストを実施し、酸素摂取量(VO_2)および3方向の加速度の総力積で表される総身体運動量を測定した(男子5名、女子4名)。その総力積のうち、ローイングエルゴメータの出力に関与する動作部分(ローイングにおいてドライブといわれる動作中)のみを抽出した力積(I total)と負荷(Work Output)およびVO_2間には、男女ともに有意な正の相関関係(p<0.01)が認められた。また、左右、上下、前後の各運動量を、総力積に対する割合で見てみると、おおよそ男子:10.0%、35.0%、55.5%、女子:10.0%、30.0%、60.0%程度であって負荷漸増に関わらずほぼ一定であった。これらのことから、ウォーキングやランニングと同様にローイングにおいても、身体加速度の測定によって身体運動量を定量することが可能であると考えられた。2.水上ローイングの身体運動量実際に水上において身体と艇の両方の加速度計を装着して、速度漸増ローイングにおける両者の加速度変化を測定し、水上ローイングにおいても、身体運動量の定量が可能であるかどうか検討した。水上では艇の進行方向に対して身体が負の方向に移動する動作局面がある。ここで前後(z)軸成分の加速度について、身体加速度から艇の加速度を減ずることで、水上ローイングにおけるローイング動作の各局面をとらえられることが示唆された。しかしながら未だ例数が少なく、継続してデータ収集が必要である。ローイング運動中の身体加速度波形の積分値(総身体運動量)が、ローイング動作の評価に有効な指標となりうるかどうかを検討するため、第一段階として、ローイングエルゴメータを用いた漸増負荷運動テストを実施し、酸素摂取量(VO_2)および3方向の加速度の総力積で表される総身体運動量(I total)を測定した(男子5名、女子4名)。その結果、負荷(Work Output)漸増に伴い、VO_2およびI totalは増加し、I totalとVO_2の間には、男女ともに有意な正の相関関係(p<0.01)が認められた。また、前後(Ix)、左右(Iy)、上下(Iz)の各運動量を、I totalに対する割合で比較すると、平均で、男子約55.0%、35.0%、10.0%、女子:約60.0%、30.0%、10.0%であって負荷漸増に関わらずほぼ一定であった。一方で、負荷に対するI totalにはBreak-pointが認められており、これがほぼ換気性作業閾値(VT)に一致する結果となった。しかしながら、そのメカニズムについて詳述するにはいたっていない。現在、撮影したビデオ画像と併せて、ローイングエルゴメータの出力に関与する動作部分(ローイングにおいてドライブといわれる動作中)のみの力積と負荷との関係について検討を進めている。さらに、水上ローイングでのパフォーマンス評価を目指し、実際のレースにおいて身体と艇の両方に加速度計を装着し、両者の加速度変化を測定した。収集した加速度データは、先行研究と同様に艇の動きを反映することが確認された。そして、進行する艇の上でも、ローイング動作を身体加速度波形によって把握できる可能性が伺えた。水上ローイングにおける測定は、まだ1例しか実現できておらず、例数を増やしていく必要性がある。また、ローイングエルゴメータと同様に水上ローイングにおいても漸増負荷テスト(速度漸増)を実施し、艇速度と艇の運動量および身体運動量との関係について検討する予定である。
巡回型計算における全域チェックポイントの取得法に関する研究

本研究の目標は,従来その利便性のみが議論されてきた巡回型計算を対象に,分散システムとしての全域チェックポイント取得問題を取り上げ,取得アルゴリズムを示すとともにその有効性を実証的に検証することにある.平成13年度は,前年度での間題を一般化し,「移動プロセスを任意個含むシステムでの一貫性のある全域チェックポイントを求める」問題を扱った.アルゴリズムの一般化を進めるとともに,実装に向けた詳細化の見直しを行い,アルゴリズムの定性的な検討を行った.さらに,同アルゴリズムを実装するテストベッドとして,環境適応型巡回計算支援システムを設計,実装し,アプリケーションソフトウェアの記述を通して同システムの基本性能を評価した.補足アルゴリズムの一般化に併せて移動支援ホストの数を増やす必要があるため,平成12年度に購入した実験環境の拡張を行った.本設備備品費より新規に2台を実験用計算機として購入,固定ホスト2台,移動支援ホスト2台からなる実験環境を構築し,上記ソフトウェアの実装,評価を行った.本研究の目標は,従来その利便性のみが議論されてきた巡回型計算を対象に,分散システムとしての全域チェックポイント取得問題を取り上げ,取得アルゴリズムを示すとともにその有効性を実証的に検証することにある.平成12年度は,次の2つの準備的な研究を並行して進めた.1.巡回計算支援ミドルウェア上への実装の準備として,小規模な実験環境を整備し,Norwegian Army Protocol(以下,NAP)をベースに移動プロセス個々のチェックポインティング・ロールパック機構を設計,実装した.NAPでは,移動プロセスのロールバックを行うバックアップ・プロセスの概念が導入されており,同モデルをベースとすることにより,ホストの故障と移動プロセスの故障の両障害に対応可能となった.2.問題を簡略化し,「移動プロセス1つを含むシステムでの一貫性のある全域チェックポイントを求める」とした場合の,全域チェックポイント取得アルゴリズムを,Hybrid Checkpointing Protocol(以下,HCP)をベースに構築した.HCPは,効率の良いアルゴリズムであることが知られており,同モデルで導入された移動支援ホスト(移動ホストのチェックポインティングを支援するホスト)の概念を本研究にも適用することにより,アルゴリズムを簡略化することが可能となる.本研究課題では,固定の計算資源を持たない移動プロセスも対象とするように移動支援ホストモデルを拡張するとともに,アルゴリズムの開発,実装のための詳細化を行った.その詳細化の過程で,移動プロセスを全域チェックポインティングの対象に含めるためのシステム側の条件,移動プロセスが備えるべき要件の詳細を明らかにすることができた.補足実験環境としては現有のIBM PC/AT互換機1台,可搬型計算機に加え,本設備備品費より新規に1台を実験用計算機として購入(平成12年8月),計3台程度の計算機をEthernetならびに同じく本設備備品費より購入した無線ネットワーク設備(同時期に導入)で接続した環境を構築した.巡回計算支援ミドルウェアとしては,申請者が開発したシステムを用いた.本研究の目標は,従来その利便性のみが議論されてきた巡回型計算を対象に,分散システムとしての全域チェックポイント取得問題を取り上げ,取得アルゴリズムを示すとともにその有効性を実証的に検証することにある.平成13年度は,前年度での間題を一般化し,「移動プロセスを任意個含むシステムでの一貫性のある全域チェックポイントを求める」問題を扱った.アルゴリズムの一般化を進めるとともに,実装に向けた詳細化の見直しを行い,アルゴリズムの定性的な検討を行った.さらに,同アルゴリズムを実装するテストベッドとして,環境適応型巡回計算支援システムを設計,実装し,アプリケーションソフトウェアの記述を通して同システムの基本性能を評価した.補足アルゴリズムの一般化に併せて移動支援ホストの数を増やす必要があるため,平成12年度に購入した実験環境の拡張を行った.本設備備品費より新規に2台を実験用計算機として購入,固定ホスト2台,移動支援ホスト2台からなる実験環境を構築し,上記ソフトウェアの実装,評価を行った.
霊長類扁桃体への迅速な脅威信号伝達の視覚経路の解明

霊長類で高度に発達した大脳皮質の側頭葉視覚経路(皮質経路)は、視覚像を詳細に分析して、物体や他者を識別・認識する能力を可能にした。一方、より原始的な皮質下の視覚経路(網膜-上丘-視床枕-扁桃体)は生存に関わる脅威信号を、粗い精度で、しかし素早く処理すると考えられている。この考え(皮質下迅速経路仮説)は複数の間接的な証拠により支持されているが、ヒトやサルなど霊長類において「網膜-上丘-視床枕-扁桃体経路(皮質下経路)が脅威信号の検出に関わる」ことの確定的な証拠は得られていない。前年度、扁桃体ならびに側頭葉視覚経路最終段の下側頭葉皮質の単一細胞および細胞集団の反応を解析した結果、扁桃体の単一細胞反応に弱いながら短潜時の威嚇表情選択的な反応が見出され、細胞集団の情報を集めると、明確に威嚇顔の情報を読み出す(デコードする)ことが可能であることが示された。一方、同様の解析を、視覚皮質から扁桃体への唯一の入力源である側頭葉の高次視覚野にも行ったところ、そのような反応は見出されなかった。このことは、側頭葉を介さずに扁桃体へ脅威信号が伝わっていることを示唆しており、皮質下経路が存在するという仮説を支持している。皮質下経路仮説のさらなる検証を行うため、本年度は、経シナプス性逆行性トレーサーとして狂犬病ウイルスを扁桃体に注入し、シナプス一つあるいは二つしか超えない生存期間ののちに現れる逆行性標識細胞の分布を調査する実験を開始した。本研究は、京都大学霊長類研究所の高田昌彦教授、井上謙一助教との共同研究である。注入後2日という短時間の生存期間ののち、視床枕に多数の、また上丘に少数の逆行性標識細胞が観察された。前者は1シナプスを超えた標識、後者は2シナプスを超えた標識と考えられ、上丘-視床枕-扁桃体を結ぶ神経経路が存在する強力な証拠が得られた。京都大学霊長類研究所の共同研究者(高田昌彦教授、井上謙一助教)とともに、本年度に予定していた狂犬病ウイルスを用いた経シナプス性逆行性標識の実験を行った。注入は、視覚入力の到達部位として知られる扁桃体外側部に適切になされ、その注入部位から逆行性に輸送された標識が、視床枕及び上丘に見出された。これらの標識は最大でも2シナプスしか経由していないと想定されることから、上丘から視床枕を経て扁桃体へ投射する経路の存在を示す直接的な証拠が得られたと考える。次年度には、さらにもう一頭の動物において本実験を繰り返し、結果の再現性のテストを行う。初年度の生理学研究の成果に加え、神経解剖学的証拠も得られつつあることから、皮質下経路を通る顔表情処理経路があるとの仮説(迅速処理仮説)の正当性が確認されつつあると考える。神経解剖学的実験をさらに追加し、1年度に得た生理学的研究成果とともに論文として公表する。当初目的を計画より早く達成しつつある。今後は、サルの脳の中で顔情報処理を行う経路が、皮質経路のみならず皮質下経路もあることの計算論的な意義づけや、ヒトの脳における証拠を得ることが次の発展方向である。皮質経路を模した深層神経回路と皮質下経路を模した浅層神経回路を構築し、その内部ユニットの性質を調べることで、皮質経路、皮質下経路の情報処理過程を推定するとともに、これら2つの経路モデルユニットに最適化した顔刺激を合成し、心理実験に用いることで、ヒトの顔知覚にも2つの経路が関わっているかどうかの検討を行う。現在、一部、その準備をすでに始めている。一方、より原始的な皮質下の視覚経路(網膜ー上丘ー視床枕ー扁桃体)は生存に関わる脅威信号を、粗い精度で、しかし素早く処理すると考えられている。この考え(皮質下迅速経路仮説)は複数の間接的な証拠により支持されているが、ヒトやサルなど霊長類において「網膜ー上丘ー視床枕ー扁桃体経路(皮質下経路)が脅威信号の検出に関わる」ことの確定的な証拠は得られていない。そこで、本年度は、注視課題遂行中のサルの扁桃体細胞から細胞外活動を記録して威嚇表情に対する視覚反応が素早く生じるのかを調べた。単一細胞反応を解析した従来研究はそのような反応を検出していないが、本研究では、細胞集団として伝えている情報内容を解析し、集団として威嚇表情情報を短潜時で扁桃体に伝達するか、その現象が威嚇表情に特異的かを解析した。その結果、扁桃体の単一細胞反応に弱いながら短潜時の威嚇表情選択的な反応が見出され、細胞集団の情報を集めると、明確に威嚇顔の情報を読み出す(デコードする)ことが可能であることが示された。予定頭数のサル個体より、扁桃体および側頭葉視覚連合野の神経活動の記録を完了し、また、それらの活動についての解析を終了した。解析結果に基づいて論文を投稿し、また、プレプリントサーバーに原稿をアップロードしている。