hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
哺乳動物の中枢・末梢クロストークによる摂食と走行運動調節機構の分子生物学的研究

ラットに通常食と高脂肪食を選択させると圧倒的に高脂肪食を選択した。しかし、走行運動を可能にすると、高脂肪食は選択されず通常食を摂取した。すなわち走行運動の嗜好性が高脂肪食の嗜好性よりも優位に立ち、高脂肪食摂取が抑制されることが判明した。一方で、走行運動に慣れると高脂肪食への嗜好性は急激に回復した。非走行状態での高脂肪給餌によるレプチン上昇と体脂肪の蓄積は高カロリー摂取が原因では無く、高脂肪食中に直接レプチンの上昇を引き起こす因子あるいは走行運動中枢を抑制する因子がある可能性が推測された。さらに、走行運動は高脂肪食給餌による視床下部や小腸の炎症を防止し、肝臓や筋肉のインスリン抵抗性を阻止した。平成26年度は、摂食中枢および摂食調節中枢の神経活動の特性について検討した。摂食中枢の室傍核、腹内側核および外側視床下部、あるいは摂食調節中枢の弓状核が、グレリンやレプチン、あるいはNMU,NMSに対して、どのような神経活動を行うかについては全く不明である。神経の電気活動を測定することは、神経の活動が抑制的であるのかあるいは促進的であるのかを知る上で極めて重要である。神経活動を測定する方法として、生体での神経活動を知るin vivo法として多電極装着ラットでの神経活動記録が有効であり、任意の神経核に電極を装着すれば、その神経核の活動状態を無麻酔下で記録できる。また、in vitro法として脳スライスから電位を記録する方法がある。そこで、この両者を用いてニューロメジンU、Sとグレリンの作用を検討した。まず、弓状核の組織スライスにおいて、ニューロメジンUおよびSは発火頻度の減少を招いた。この減少した部位はNPYやAGRPの神経細胞が多く分布する第3脳室背側上部であり、基底部のPOMC細胞領域では発火頻度の減少は認められなかった。一方、グレリンはニューロメジンUと異なり、NPYやAGRP細胞領域の発火頻度を増加させた。視交叉上核においてはグレリンに対する変化は認められなかったが、ニューロメジンUとSでは発火頻度に有意な増加が認められた。この時、主にVIP細胞領域よりもAVP領域、つまり体内時計の発信部の神経細胞が多く反応した。ニューロメジン類は主に弓状核のNPYやAGRP神経細胞に作用して発火頻度を減少させたことから、これらの摂食促進系細胞に作用して、その抑制的な効果を発揮すること、逆にグレリンはそれらの細胞で促進的作用を示す事が推測される。また視交叉上核に対して、ニューロメジンUおよびSともに、光同調機構ではなく時計の発信機構に対して、何らかの調節を行っているものと推測された。平成27年度は、実験1として高脂肪食誘発性肥満マウスでのレプチン慢性投与の効果を、実験2として高脂肪食給餌マウスにおけるレプチン抵抗性獲得時期を、さらに実験3として高脂肪食が走行運動へ与える影響を調べた。実験1ではC57BL/6Jマウスを4群に分け、2週間、60%高脂肪食あるいは通常食を、また、それぞれにレプチンあるいは生理食塩水の慢性投与を行った。その結果、高脂肪食給餌2週間ですでにマウスは通常より有意に高い血中レプチン値や体脂肪の増加を示した。この間、レプチン慢性投与による体重、体脂肪の有意な減少やエネルギー消費の亢進は認められなかった。実験2では、マウスへの高脂肪食給餌期間を2,4,6,8あるいは10週間に設定し、その後に通常食へ戻した。その結果、給餌を高脂肪食給餌から通常食へ移行すると、直ちに体重、体脂肪率、レプチン濃度は有意に減少し、正常に近い値に回復した。実験3では、マウスを輪回し付きケージにて飼育し、通常食給餌群と高脂肪食給餌群に分け、回転数を計測した。その結果、高脂肪食給餌後直ちに、走行量の有意な減少が認められ、その後通常食へ戻しても走行量の回復は認められなかった。また、レプチン値、インスリン値、精巣周囲脂肪量において、高脂肪食給餌群が顕著に高い値を示したが、走行を行った群では大幅な肥満の改善が起こった。以上の結果より、高脂肪給餌によるレプチン上昇と体脂肪の蓄積は高脂肪食給餌での高カロリー摂取が原因では無く、高脂肪食の中に、直接レプチンの上昇を引き起こす因子(物質)が含まれている可能性、と、高脂肪食の中に、走行運動中枢を抑制する因子(物質)があり、その中枢の抑制がエネルギーのインバランス(例えば消費の抑制)を起こしている可能性が推測された。本研究より、総コレステロールとHDLコレステロールがその原因物質である可能性が示された。本研究の結果を2報の国際雑誌に投稿し、受理されて公開された。また、今回の結果から、走行運動と摂食の共役機構が確実に証明され、摂取した脂肪が走行運動調節に重要な要因となることが判明したため。

その結果、高脂肪食給餌2週間ですでにマウスは通常より有意に高い血中レプチン値や体脂肪の増加を示した。この間、レプチン慢性投与による体重、体脂肪の有意な減少やエネルギー消費の亢進は認められなかった。実験2では、マウスへの高脂肪食給餌期間を2,4,6,8あるいは10週間に設定し、その後に通常食へ戻した。その結果、給餌を高脂肪食給餌から通常食へ移行すると、直ちに体重、体脂肪率、レプチン濃度は有意に減少し、正常に近い値に回復した。実験3では、マウスを輪回し付きケージにて飼育し、通常食給餌群と高脂肪食給餌群に分け、回転数を計測した。その結果、高脂肪食給餌後直ちに、走行量の有意な減少が認められ、その後通常食へ戻しても走行量の回復は認められなかった。また、レプチン値、インスリン値、精巣周囲脂肪量において、高脂肪食給餌群が顕著に高い値を示したが、走行を行った群では大幅な肥満の改善が起こった。以上の結果より、高脂肪給餌によるレプチン上昇と体脂肪の蓄積は高脂肪食給餌での高カロリー摂取が原因では無く、高脂肪食の中に、直接レプチンの上昇を引き起こす因子(物質)が含まれている可能性、と、高脂肪食の中に、走行運動中枢を抑制する因子(物質)があり、その中枢の抑制がエネルギーのインバランス(例えば消費の抑制)を起こしている可能性が推測された。本研究より、総コレステロールとHDLコレステロールがその原因物質である可能性が示された。本研究の結果を2報の国際雑誌に投稿し、受理されて公開された。また、今回の結果から、走行運動と摂食の共役機構が確実に証明され、摂取した脂肪が走行運動調節に重要な要因となることが判明したため。二つの実験を行った。第一に、ラットが高脂肪食摂取の報酬系と走行運動の報酬系のどちらを優先するかを検討した。その結果、走行不可能な条件下では、すべてのラットが通常食よりも高脂肪食を優先して摂取した。一方、走行運動を可能にすると、全てが、逆に通常食を優先して選択し、高脂肪食はほとんど摂取しなかった。ところが1週間あるいは2週間先に走行運動を可能にさせたラットで通常食と高脂肪食の選択を開始させると、今度は高脂肪食を優先的に摂取した。以上の結果、ラットは通常食よりも高脂肪食に嗜好性があるが、走行運動を同時に可能にすると、走行運動の報酬系が優位に立ち、高脂肪食摂取が抑制される(嗜好性が下がる)こと、その一方で、走行運動に慣れると高脂肪食への嗜好性の回復することが判明した。第二に、走行運動がどのような機序で肥満を抑制するのかの解明を試みた。5週齢まで通常食を給餌したC57BL/6J雄マウスに、通常食と高脂肪食給餌群を設け、さらに両群にそれぞれ、走行運動を許容する群と許容しない群を設けた。適宜、断頭屠殺して血液や組織を採取した。非走行の高脂肪食給餌マウスは通常食群に比べ有意な体重増加と総コレステロール値の上昇を示し、血中インスリン、レプチン値の著しい上昇とアディポネクチンの減少を示した。一方、これらの上昇や減少は走行運動を許容することで、すべて緩和された。運動によって骨格筋のPparγmRNAの発現量は顕著に増えた。高脂肪給餌マウスでは運動により肝臓のインスリン受容体やアディポネクチン受容体、lipase EのmRNAの増加やTnfα、IL-1 mRNAの発現の減少を認めた。小腸では、高脂肪食によりマクロファージ浸潤が増加したが、走行運動によって減少した。以上の結果、走行運動は単にエネルギー消費促進のみならず、免疫系や内分泌系を通した生体の恒常性維持に寄与していると思われた。
南極海域における、海氷融解過程に関する研究

南極昭和基地周辺の定着氷における海氷・海洋・気象データによる解析から、南極定着氷における海氷の融解は底面融解と内部融解による部分が大きく、表面融解は小さいことが示された。これは表面融解が卓越する北極とは著しく異なる結果である。底面融解は、海洋上層からの熱の他に、海氷下面に生育するアイスアルジ(珪藻)が日射を強く吸収することによる効果が非常に重要であることが示唆された。一方、内部融解は海氷上の積雪量に依存するとともに、海氷の性質の非一様性が重要な要因であることが示された。現在、一次元の熱伝導方程式を用いて海氷融解モデルを作成している。境界条件を単純化し、日射等の外力項を固有関数で展開することによって解析解を求めることができた。この解析解でも内部融解・底面融解が南極定着氷域で卓越することが示される。今後はより一般的な場合について、数値計算によって調べる予定である。流氷域での海氷融解機構を調べる目的で、「しらせ」での南極往路において取得された、連続ビデオ観測による海氷密接度・氷板の大きさ・氷厚のデータと表層水温塩分連続観測・XBTデータを解析した。これらの解析結果によると、南極の沿岸より100Km以上離れている外洋域では第0近似的には海氷融解はローカルなバランスで決まるのに対して、沿岸に近い海域では水平移流の効果が大きいことがわかった。これらの結果に基づいて簡単な流氷域における海氷融解モデルを提出した。モデルでは、まず日射により海面に熱が入りそのうちの何割かが海氷融解に使われる、という定式化をしている。海面に入る熱が側面融解と底面融解に使われる割合を海氷密接度と海氷板の大きさの関数として表すと観測結果をある程度説明しえることがわかった。
軽度高気圧酸素の環境を用いた代謝の向上による糖尿病の予防・改善効果

3年間の研究期間において、食事の制限や運動の継続を必要とすることなく、さらに薬物の投与も行わずに、「軽度高気圧酸素」の環境に滞在することによって糖尿病を予防・改善できることを検証する。研究の第1年度は、糖尿病の発症が始まる生後10週齢のGoto-Kakizaki(GK)ラットを使用した。生後10週齢のGKラットを、普通環境で飼育する群(GK、10匹)と1日3時間、1.3気圧、35-40%酸素の「軽度高気圧酸素」の環境に滞在させる群(GK-MHO、10匹)に分けて10週間にわたって飼育した。また、糖尿病ではないWistar系ラット(WR、10匹)を対照群として普通飼育した。採血後に空腹時血糖、HbA1c、総コレステロール、中性脂肪、インスリン、レプチン、アディポネクチンを測定した。下腿よりヒラメ筋を摘出して、酸化系酵素(SDH)活性を生化学的に測定、さらにPgc-1α、FoxO1の各mRNA発現量を解析した。ヒラメ筋を摘出して凍結後に薄切片を作製、ATPase染色を施して、筋線維をtype I、type IIA、type IICにタイプ分類した。筋線維タイプ構成比を算出するとともに、筋線維タイプ別に横断面積を算出した。空腹時血糖、HbA1c、総コレステロールについてはGK群>GK-MHO群>WR群、中性脂肪とインスリンについてはWR群>GK群=GK-MHO群、レプチンとアディポネクチンについては3群間で違いは認められなかった。ヒラメ筋のSDH活性とPgc-1αmRNA発現量についてはWR群=GK-MHO群>GK群、FoxO1 mRNA発現量については3群間で違いは認められなかった。WR群とGK-MHO群では3タイプの筋線維が認められたが、GK群ではtype I線維だけが認められた。筋線維の横断面積については、いずれのタイプでも3群間で違いは認められなかった。3年間の研究期間において、糖尿病の発症が始まる生後10週齢(研究の第1年度)、糖尿病が発症した生後20週齢(研究の第2年度)、さらに糖尿病が進行・悪化した生後30週齢(研究の第3年度)の実験動物を「軽度高気圧酸素」の環境に滞在させて、糖尿病を予防・改善できるかどうかを明らかにする。本年度は「研究の第1年度」であり、糖尿病の発症が始まる生後10週齢の実験動物を使用して予定通りに研究を遂行できた。なお、研究を遂行する上での問題点は生じなかった。3年間の研究期間において、糖尿病の発症が始まる生後10週齢(研究の第1年度)、糖尿病が発症した生後20週齢(研究の第2年度)、さらに糖尿病が進行した生後30週齢(研究の第3年度)の実験動物を「軽度高気圧酸素」の環境に滞在させて、糖尿病を予防・改善できるかどうかを明らかにする。第1年度の研究が終了して、計画通りに第2年度、第3年度への研究へと進む予定である。研究の第1年度において、実験動物の飼育、解剖と組織の摘出、組織の分析、データ解析、結果のまとめなど一連の研究が問題なく終了した。第2年度、第3年度は、週齢の異なる糖尿病動物を使用すること以外は研究の第1年度と同様の内容である。したがって、予定通りに進むものと思われる。

3年間の研究期間において、糖尿病の発症が始まる生後10週齢(研究の第1年度)、糖尿病が発症した生後20週齢(研究の第2年度)、さらに糖尿病が進行・悪化した生後30週齢(研究の第3年度)の実験動物を「軽度高気圧酸素」の環境に滞在させて、糖尿病を予防・改善できるかどうかを明らかにする。本年度は「研究の第1年度」であり、糖尿病の発症が始まる生後10週齢の実験動物を使用して予定通りに研究を遂行できた。なお、研究を遂行する上での問題点は生じなかった。3年間の研究期間において、糖尿病の発症が始まる生後10週齢(研究の第1年度)、糖尿病が発症した生後20週齢(研究の第2年度)、さらに糖尿病が進行した生後30週齢(研究の第3年度)の実験動物を「軽度高気圧酸素」の環境に滞在させて、糖尿病を予防・改善できるかどうかを明らかにする。第1年度の研究が終了して、計画通りに第2年度、第3年度への研究へと進む予定である。研究の第1年度において、実験動物の飼育、解剖と組織の摘出、組織の分析、データ解析、結果のまとめなど一連の研究が問題なく終了した。第2年度、第3年度は、週齢の異なる糖尿病動物を使用すること以外は研究の第1年度と同様の内容である。したがって、予定通りに進むものと思われる。科学研究費による研究のために使用する消耗品(カバーグラス、スライドグラス、試薬)を当初の計画より少なく購入することで研究を遂行することができました。次年度に行う研究内容の変更はありませんが、次年度の使用額につきましては、ガラス機器(カバーグラス、スライドグラス、ビーカ類)の購入に210,093円、試薬の購入に200,000円を使用させていただき、研究を実施したいのでよろしくお願い申し上げます。
誘導結合型プラズマによるシリコンカーバイド合成中の反応解析

今年度は,プラズマフレームの最も輝度の高い部位(原料ガスの分解が支配的であると考えられた高さ)に関して,C_2分子の回転温度測定の他に,Si原子の発光スペクトルの相対強度からの励起温度測定,H_β線の半値全幅からの電子密度測定をそれぞれ行った.また,石英ガラス製反応管を改良し,プラズマの尾炎部に関しても発光を分光計測した.尾炎部の計測では,原料ガスのCH_4/SiH_4モル比を1.0に固定した.Si原子の強い発光スペクトルはほとんど200250nm付近の領域にあるため,相対強度のAbel変換の前に,石英ガラス及びその外側を流れる冷却水による光の吸収の影響を見積り,これまでに得られていたSi原子のガス温度の値及びC_2の回転温度(約4000K)を考慮して,実験で得られたスペクトルの強度の補正を行った.得られた励起温度の半径方向のプロファイルはC_2の回転温度の半径方向プロファイルと類似したものであった.H_β線は波形全体をAbel変換して半値全幅を算出した.それらの値から,Arの励起温度を考慮して電子密度を算出した.その結果,電子密度はプラズマの中心から約8mm離れた部位で最大となり,その値はおよそ8×10^<14>cm^<-1>であった.これは,大気圧の誘導結合型プラズマについて他で測定されている電子密度の値を考えると妥当性のある結果と考えられる.しかしながら電子密度の半径方向プロファイルはArの励起温度のそれとは異なり,化学平衡からのずれが示唆された.このことは,平衡組成の計算結果や代表的な原子スペクトルの精密な半径方向の強度分布からも支持された.プラズマの尾炎部では発光強度の変動が全体的に大きかったが,粉末が生成している高さにおいてもSi原子の発光スペクトルが依然として強く現れていることがわかった.その一方で,C原子の発光スペクトルはほとんど見られず,生成する粉末に炭素が多く含まれている可能性が示唆された.また,SiC_2の発光と見られる弱い発光スペクトルの検出にも成功した.今年度は,プラズマフレームの最も輝度の高い部位(原料ガスの分解が支配的であると考えられた高さ)に関して,C_2分子の回転温度測定の他に,Si原子の発光スペクトルの相対強度からの励起温度測定,H_β線の半値全幅からの電子密度測定をそれぞれ行った.また,石英ガラス製反応管を改良し,プラズマの尾炎部に関しても発光を分光計測した.尾炎部の計測では,原料ガスのCH_4/SiH_4モル比を1.0に固定した.Si原子の強い発光スペクトルはほとんど200250nm付近の領域にあるため,相対強度のAbel変換の前に,石英ガラス及びその外側を流れる冷却水による光の吸収の影響を見積り,これまでに得られていたSi原子のガス温度の値及びC_2の回転温度(約4000K)を考慮して,実験で得られたスペクトルの強度の補正を行った.得られた励起温度の半径方向のプロファイルはC_2の回転温度の半径方向プロファイルと類似したものであった.H_β線は波形全体をAbel変換して半値全幅を算出した.それらの値から,Arの励起温度を考慮して電子密度を算出した.その結果,電子密度はプラズマの中心から約8mm離れた部位で最大となり,その値はおよそ8×10^<14>cm^<-1>であった.これは,大気圧の誘導結合型プラズマについて他で測定されている電子密度の値を考えると妥当性のある結果と考えられる.しかしながら電子密度の半径方向プロファイルはArの励起温度のそれとは異なり,化学平衡からのずれが示唆された.このことは,平衡組成の計算結果や代表的な原子スペクトルの精密な半径方向の強度分布からも支持された.プラズマの尾炎部では発光強度の変動が全体的に大きかったが,粉末が生成している高さにおいてもSi原子の発光スペクトルが依然として強く現れていることがわかった.その一方で,C原子の発光スペクトルはほとんど見られず,生成する粉末に炭素が多く含まれている可能性が示唆された.また,SiC_2の発光と見られる弱い発光スペクトルの検出にも成功した.
二次元原子薄膜ヘテロ接合の創製とその新原理テラヘルツ光電子デバイス応用

1.G-DGL構造プラットフォームの創製(1)ヘテロエピ成長:均一な大面積h-BN原子薄膜の成膜と,h-BNドメインを一方向にそろえることに成功した.(2)結晶品質・物性評価:独自のフェムト秒時間分解オペランド3次元局所場顕微分光法を開発し,SiC基板上に成膜したツイステッド2層グラフェンの超高速キャリア緩和過程を原子1層分以下の極限的時空間分解能によって観測することに成功した.(3)プロセス技術:独自の二次元原子薄膜剥離・転写装置を開発し,半導体集積加工装置による金属電極形成プロセスとの連携によってvdWヘテロ接合デバイスプロセス技術を完成させた.2.プラズモン・トンネル二重共鳴のTHz増幅・発振素子応用:代表者らが考案した非対称二重回折格子ゲート(ADGG: Asymmetric Dual-Grating Gate)の導入によって共鳴トンネルに寄与するTHzフォトンとグラフェンSPPとの結合作用が得られることを実験検証した.ドレインバイアスが閾値以下ではグラフェンSPPのモード周波数に対応する共鳴吸収応答を示し,閾値以上ではグラフェンSPPの不安定性が発現し,最大9%の共鳴増幅利得が観測された.DGLのプラズモンアシストトンネルの共鳴周波数をグラフェンSPPのプラズモン共鳴と合致させることによって格段の利得増強が期待される.3.新たな展開:グラフェンと黒燐との積層構造をチャネルとする新たなトランジスタ構造を考案し,グラフェン・黒燐間で生じる実空間キャリア遷移がもたらす負性微分導電率の発現を理論的に発見した.通常の共鳴トンネルダイオードと大きく異なる点は,この負性導電率が広いドレイン電圧領域で得られることであり,安定した自励発振源,ならびにH31年度以降の研究課題である非線形波動伝搬を能動的に制御することが可能な機能素子としての応用が期待される.1. G-DGL構造プラットフォームの創製【予定どおりの成果が見込まれる】(1)剥離・転写法の高度化:独自の二次元原子薄膜剥離・転写装置を開発し,半導体集積加工装置による金属電極形成プロセスとの連携によってG-DGLデバイスプロセス技術を完成させた.(2)vdWヘテロエピ成長法:均一大面積h-BN原子薄膜の成膜に成功した.また,h-BNドメインを一方向にそろえることに成功した.一方,h-BN上へのグラフェン再成長においては,困難が続いている.金属触媒を利用する方法も同時に試みることで引き続き達成を目指す.(3)結晶品質・物性評価(3次元局所場顕微分光法):独自のオペランド3次元局所場顕微分光法による結晶品質評価法を開発し,原子1層分以下の極限的空間分解能によって観測することに成功した.2.プラズモン・トンネル二重共鳴のTHz増幅・検出素子応用【予定以上の成果が見込まれる】代表者らが考案した非対称二重回折格子ゲートの導入によって結合作用が得られることを擬似的な単純構造素子の試作によって実証した.実験で観測されたグラフェンSPPの不安定性に伴う最大9%の共鳴増幅利得は,バンド間遷移にともなうフォトンのグラフェン単層による吸収係数2.3%を大きく上回るもので「巨大利得」と呼べる結果である.DGLのプラズモンアシストトンネルが重畳された二重共鳴では格段に利得増強作用が得られることが予測される.3.新たな展開【予定以上の成果が見込まれる】新たなvdWヘテロ接合の機能デバイス応用:グラフェンと黒燐との積層構造をチャネルとする新たな実空間遷移型負性微分抵抗性トランジスタ構造を考案し,H31年度以降の研究課題である非線形波動伝搬制御を果たす機能素子としての有効性を明らかにした.1.G-DGL構造プラットフォームの創製:(1)ヘテロエピ成長:無触媒CVD法だけでなく,金属触媒を利用しても界面の汚染を生じない方法も同時に試みることで引き続き達成を目指す.炭素原子蒸気MBE法によるh-BN上へのグラフェン再成長条件を探求し,成長面方位制御性,層数制御性,結晶品質を向上させる.特に,下層GLと配向した上層GLの再成長を可能とするヘテロエピタキシーの開発に引き続き注力する.(2)結晶品質・物性評価:昨年度までに成功した原子一層分の極限的空間分解能を駆使して,DGL各層の物性を元素選択的かつ高空間分解能評価し,素子特性との関係を引き続き解明する.(3)プロセス技術:本研究で開発した独自プロセス技術を援用してTHz利得の獲得に十分なG-DGL素子基本電気特性を実現する.2. DGL構造によるフォトン・プラズモンアシスト共鳴トンネル型高効率THz機能素子:昨年度までに考案創出したプラズモンアシスト共鳴トンネル型G-DGLをカスケード積層した構造を有する新しいTHz量子カスケードレーザー素子の試作に挑む.カスケード積層はプロセス的に挑戦性が極めて高いが,開発した二次元原子薄膜連続剥離・転写装置を第一ステップとして活用し,vdWヘテロエピCVD製膜装置の完成に受け継ぐ.3.グラフェンSPP・DGLトンネル二重共鳴現象による超高効率THz機能素子:(1)DGLに非対称二重回折格子ゲート構造をドッキングした独自の素子構造で高効率THzレーザー発振の実現に挑む.(2)新規考案のグラフェン・黒燐のvdWヘテロ接合構造によるTHz帯負性導電率実現の原理検証に挑む.1.G-DGL構造プラットフォームの創製

(1)剥離・転写法の高度化:分担者:吹留開発の超高品質エピタキシャルグラフェン(移動度10^5 cm^2/Vs)と,連携者:谷口開発の世界最高品質バルクh- BNを各々剥離・転写し,グラフェンの配向不確定性の改善を図った.(2)ヘテロエピ成長:分担者:鈴木開発のCVD単層製膜法を改良し,エピグラフェン上へのh-BN数層の選択成長の準備が整った.(3)結晶品質・物性評価:3D-nano-ESCA(3次元ナノビーム光電子解析),PEEM(光電子顕微鏡)を用いて,電圧印加状態におけるグラフェン電子物性を,独自のオペランド3次元局所場顕微分光法で観察した.2.フォトンアシスト共鳴トンネルのTHz増幅素子応用(1)デバイスモデリング:量子力学トンネルにフォトン・プラズモン・フォノンが介在する非線形複合量子系を,第一段階として,一電子近似および強束縛近似に基づく密度行列でモデル化した.(2)実験:フーリエ赤外分光とTHz時間分解分光によりG-DGL試作素子の自然放出ならびに電流注入グラフェントランジスタからのTHz誘導放出を相補的に測定し,理論予測される高い利得係数を実証した.3.プラズモンアシスト共鳴トンネルのTHz増幅・検出素子応用(1)理論・設計・試作・実験:代表者らが理論的に発見した音響モードSPPが共鳴トンネリングをアシストすることによって得られるTHz利得・感度増強効果を実験検証した.4.プラズモン・トンネル二重共鳴のTHz増幅・検出素子応用(1)理論・設計・試作:共鳴トンネルに寄与するTHzフォトンはDGL面と鉛直方向に電場成分を有する偏光成分のみで,DGL面内電場成分のフォトンでのみ励起できるグラフェンSPPとは直接相互作用しない.上記の二重回折格子ゲートの導入による結合作用を実験検証した.G-DGL構造プラットフォームの創製については、(1)剥離・転写法の高度化に一定の成果が得られ、(2)ヘテロエピ成長においては成膜装置の改良を終えてエピグラフェン上h-BN選択成長の準備が整い、(3)結晶品質評価では電圧印加状態におけるグラフェン電子物性を,独自のオペランド3次元局所場顕微分光法での観察に成功した.期待通りの成果を収めた.フォトンアシスト共鳴トンネルのTHz増幅素子応用については、(1)デバイスモデリング第一段階(量子力学トンネルにフォトン・プラズモン・フォノンが介在する非線形複合量子系を,一電子近似および強束縛近似に基づく密度行列でモデル化)完了、(2) G-DGL試作素子の自然放出ならびに電流注入グラフェントランジスタからのTHz誘導放出を相補的に測定し,理論予測される高い利得係数を実証し、期待通りの成果を収めた.
神経活動の光学的イメージングによる皮質・脳幹の機能発生/機能破綻過程の相違の解析

老化をはじめとする神経系の変性では、脳皮質領域が侵されることが多く、植物状態にはなり得ても、脳幹領域が障害をうけて個体死に至ることはない。これは、脳幹と皮質との間で、神経栄養因子への依存性などをはじめとする機能的・器質的な特性に何らかの違いがあるためと考えられる。本研究では、この仮説を検証するために、脳幹領域と皮質領域との機能発生/機能破綻過程を比較検討し、両者の間にどのような相違が見られるのかを明らかにすることを目的とするものである。本年度は、上記の目的のうち、脳幹の機能発生・機能構築過程に関して研究を進めた。具体的には、孵卵4日から10日の鶏胚から脳神経をつけたまま脳幹を摘出し、膜電位感受性色素(NK2761)で染色した後、各脳神経(三叉神経、舌咽神経あるいは迷走神経)を吸引電極で刺激し、128-1020チャネル同時測定システムにより脳幹内のニューロン活動を光学的シグナルとして検出した。検出したシグナルに関して、以下のことが明らかとなった。1)検出した光学的シグナルにの波形解析から各脳神経の感覚核、運動核の機能マップを作成した。運動核の機能発現は非常に早く、迷走神経では孵卵4日から光学シグナルが検出できた。一方、感覚核におけるシナプス機能の発現は運動核に比較すると遅く、孵卵6から7日の段階からEPSPが検出できた。脳幹における運動核、感覚核の機能発現は、皮質と比較して格段に早いものであった。また、この機能マップから、各脳神経核は、発生段階においてはそれぞれが明らかな境界で区切られているのではなく、一部お互いに重なり合っていることが明らかとなった。2)感覚核におけるシナプス伝達は、どの脳神経においてもグルタミン酸を伝達物質としており、シグナル伝達にはNMDA型とnonNMDA型受容体の両サブタイプが関与していることが明らかとなった。3)シナプス機能の発現時期は、三叉神経、舌咽神経、迷走神経ですべて同じではなく時期的な差があることが明らかとなった。また、どの脳神経感覚核においても、シナプスはその機能が顕在化する以前に潜在的に形成されていて、細胞外液Mg^<2+>によって抑制されていること、すなわち、シナプス機能の発現には、NMDA型受容体が深く関与していることが明らかとなった。
冠再潅流後の心機能に及ぼす無機イオン相互関連の研究

心臓外科領域において、術中の心筋虚血再潅流障害の予防は手術成績を左右する重要な要因の一つである。この虚血再潅流障害にはCaイオン動態の変化がその中心的役割を果たしていることが明らかとされている。本研究においては再潅流時におけるCaイオン動態の制御機構の病態を把握し心筋障害の発生機序を解明することを目的とした。方法はラット摘出心潅流装置を用い再潅流液中のイオン(Ca,Na,H)が虚血後心機能及び再潅流時creatine kinase漏出に与える影響を実験的に検討した。実験1:再潅流液中水素イオン濃度(pH)が虚血後心機能に及びす影響について検討した。再潅流液中のpHを6。8,7。4,7。8の3段階に変化させ検討した結果、pH6。8で再潅流障害が有意に軽減された。実験2:再潅流液中Na,Ca濃度の影響について検討を行なった。再潅流液中Na濃度135,75,25mM、Ca濃度1。5,1。0,0。5mMの各々の組み合わせによる9群において検討した。再潅流障害はNa濃度依存性に軽減しCa濃度依存性に悪化した。実験3:Na^+-H^+交換機構阻害剤であるamiloride(1。0-100μM)を再潅流液中に添加し、その影響を検討した。再潅流障害は濃度依存性に改善した。以上の結果より、再潅流障害発生機構としてNa^+-H^+交換機構およびNa^+-Ca^<2+>交換機構の関与が示唆された。今後の研究課題としてNa^+-Ca^<2+>交換機構の影響を明確にするため、細胞内のNa^+およびCa^<2+>濃度変化を直接測定し再潅流時の細胞膜イオン動態の証明を行なうことが必要であると思われた。8,7。4,7。5,1。0,0。本研究では,心臓外科領域における開心術中の心筋保護という臨床的課題を背景にして冠再潅流時における心筋障害(再潅流障害)の病態の把握と,これに対する具体的対策の確立を目的としている。平成2年度においては,実験系の設立の後,再潅流液中無機イオン(特に,H^+,Ca^<2+>,Mg^<2+>)の再潅流障害への影響を検討した。(1)設備に関する状況:ラット摘出心潅流モデルを確立し,再現性のあるデ-タを得る段階にある。生理学的検討の一貫として,心機能を測定しており,交付された補助金にて予定どうり,(1)血圧トランスデュ-サ-1ケ(310千円)と(2)電磁流量計用プロ-ブ1ケ(150千円)を購入し,実験に使用している。(2)研究の実績:〔実験A〕再潅流液中水素イオン濃度(pH)の影響について。再潅流液中緩衝剤を増減させることによって,pHを6.8,7.4,7.8の3段階に変化させたときの再潅流障害の程度は,アシド-シスの6.8群において有意に軽減されることを明らかにし得た。

この結果の一部は,第65回中四国外科学会総会(平成2年9月,岡山)にて発表した。〔実験B〕再潅流液中Ca^<2+>とMg^<2+>の相互関連性について。再潅流液中Mg^<2+>濃度を1.2,4.0,8.0,12.0,16.0mMに変化させた時,それぞれのMg^<2+>濃度に対して再潅流障害を最小に軽減するCa^<2+>濃度(至適Ca^<2+>濃度)が存在し,これらCa^<2+>,Mg^<2+>濃度には,数量的関係が存在する可能性があることを明らかにした。この結果は、第27回日本臨床生理学会総会(平成2年10月,長崎)にて発表した。(3)今後の展開:以上,本年度の結果をもとに,再潅流障害の発生機序の解明を目指して,他の無機イオン(具体的には,K^+およびNa^+)との関連性の検討を進める予定である。また,本邦での心臓移植の臨床応用に向けて,心保存に際しての至適保存条件についても実験的研究を展開する予定である。心臓外科領域において、術中の虚血再潅流障害の予防は手術成績を左右する重要な要因の一つである。この虚血再潅流障害には、Caイオン動態の変化がその中心的役割を果たしていることが明らかとされている。本研究においては、再潅流時におけるCaイオン動態の制御機構の病態を把握し、心筋障害の発生機序を解明することを目的とし、平成2年度よりラット摘出心潅流装置を用い再冠潅流液中のイオン(Ca,Mg,Na,H)が虚血後心機能に与える影響を実験的に検討してきた。(実験1)再潅流液中のCaと、生理学的Ca拮抗物質であるMgとの濃度相互依存性に関して、再潅流液中Mg濃度を1.2,4.0,8.0,12.0,16.0mMと変化させその至適Ca濃度;0.5,0.9,1.0,1.1,1.3mMを求め、再潅流液中のMg,Ca濃度相互関係を明らかにした。(実験2)再潅流液中水素イオン濃度(pH)が虚血後心機能に及ぼす影響について、再潅流液中のpHを6.8,7.4,7.8の3段階に変化させ検討した結果、pH6.8で再潅流障害が有意に軽減され、再潅流液中pHの違いが虚血再潅流後の心機能回復に影響を及ぼすことを明らかにした。(実験3)再潅流液中Na,Ca濃度の影響について検討を行った。1)再潅流液中Na:135,75,25mM,Ca:1.5,1.0,0.5mMの各々の組合せによる9群において再潅流障害を評価した結果、Na濃度依存性に軽減し、Ca濃度依存性に増悪した。2)NaーCa交換機構阻害剤であるamirolide(1.0100μM)を再潅流液中に添加し虚血後心機能回復に及ぼす影響を検討した結果、心機能回復は濃度依存性に改善した。1)2)の結果より、再潅流障害発生機構として、NaーCa交換機構の関与が示唆され、高Naー低Caが再潅流障害の軽減に有利であることを明らかとした。以上、再潅流液中のCa,Mg相互関係、再潅流液中pHの心機能回復に及ぼす影響、NaーCa交換機構の再潅流障害発生への関与を明らかにした。心臓外科領域において、術中の心筋虚血再潅流障害の予防は手術成績を左右する重要な要因の一つである。この虚血再潅流障害にはCaイオン動態の変化がその中心的役割を果たしていることが明らかとされている。本研究においては再潅流時におけるCaイオン動態の制御機構の病態を把握し心筋障害の発生機序を解明することを目的とした。方法はラット摘出心潅流装置を用い再潅流液中のイオン(Ca,Na,H)が虚血後心機能及び再潅流時creatine kinase漏出に与える影響を実験的に検討した。実験1:再潅流液中水素イオン濃度(pH)が虚血後心機能に及ぼす影響について検討した。再潅流液中のpHを6。8,7。4,7。8の3段階に変化させ検討した結果、pH6。
極限環境下におけるPMCの時間依存特性と長期信頼性評価

繊維強化プラスチック(FRP)をはじめ高分子基複合材料は構成基材の選定が可能であり,使用目的にあわせた機械的特性の設計が可能である.しかしながら腐食環境下におけるFRPの長期信頼性に関する研究は,き裂進展および材料特性の低下といった巨視的観点により,破壊発生メカニズムの解明にはいたっていない.FRPの巨視的な最終破壊は,FRPの構成基材に蓄積される微視的損傷により引き起こされる.そこで本研究は,微視的損傷として母材樹脂の機械的特性の低下,強化繊維の強度低下,界面劣化に着目し,それぞれを定量的に評価した.エポキシ樹脂製試験片を純水中へ浸漬させた後に,空気中にて静的引張試験を行い,剛性および破断ひずみを調査した.浸漬前後で剛性は変化しなかったが,破断ひずみが浸漬により増加する傾向を示した.また,Eガラス単繊維をエポキシ樹脂に埋蔵した単繊維埋蔵型試験片(SFC)を作製し,水中にてSFC試験片の定ひずみ試験を行った.水中定ひずみ試験後に空気中にて静的引張試験を行い,繊維破断数および破断点に発生したはく離長さを測定した.繊維破断数および破断ひずみから,ワイブル分布を用いて繊維強度を計算し,水中定ひずみ試験により繊維強度が低下することを確認した.繊維の強度低下は負荷ひずみ,浸漬時間,試験温度を大きくすることにより促進されることがわかった。さらに,微小き裂進展モデルを用いるいことにより,さまざまな試験条件のもとの繊維強度低下挙動の予測が可能となった.また,界面はく離長さからはく離先端に作用する最大せんだん応力を,はく離発生前後のエネルギバランスからはく離発生に要するエネルギ解放率を算出した.最大せん断応力およびエネルギ解放率は,浸漬時間とともに低下し,収束する傾向を示した.以上のことから,母材樹脂の機械的特性,繊維強度の低下挙動,界面劣化を定量的に評価することが可能となった.繊維強化プラスチック(FRP)をはじめ高分子基複合材料は構成基材の選定が可能であり,使用目的にあわせた機械的特性の設計が可能である.しかしながら腐食環境下におけるFRPの長期信頼性に関する研究は,き裂進展および材料特性の低下といった巨視的観点により,破壊発生メカニズムの解明にはいたっていない.FRPの巨視的な最終破壊は,FRPの構成基材に蓄積される微視的損傷により引き起こされる.そこで本研究は,微視的損傷として母材樹脂の機械的特性の低下,強化繊維の強度低下,界面劣化に着目し,それぞれを定量的に評価した.エポキシ樹脂製試験片を純水中へ浸漬させた後に,空気中にて静的引張試験を行い,剛性および破断ひずみを調査した.浸漬前後で剛性は変化しなかったが,破断ひずみが浸漬により増加する傾向を示した.また,Eガラス単繊維をエポキシ樹脂に埋蔵した単繊維埋蔵型試験片(SFC)を作製し,水中にてSFC試験片の定ひずみ試験を行った.水中定ひずみ試験後に空気中にて静的引張試験を行い,繊維破断数および破断点に発生したはく離長さを測定した.繊維破断数および破断ひずみから,ワイブル分布を用いて繊維強度を計算し,水中定ひずみ試験により繊維強度が低下することを確認した.繊維の強度低下は負荷ひずみ,浸漬時間,試験温度を大きくすることにより促進されることがわかった。さらに,微小き裂進展モデルを用いるいことにより,さまざまな試験条件のもとの繊維強度低下挙動の予測が可能となった.また,界面はく離長さからはく離先端に作用する最大せんだん応力を,はく離発生前後のエネルギバランスからはく離発生に要するエネルギ解放率を算出した.最大せん断応力およびエネルギ解放率は,浸漬時間とともに低下し,収束する傾向を示した.以上のことから,母材樹脂の機械的特性,繊維強度の低下挙動,界面劣化を定量的に評価することが可能となった.繊維強化プラスチック(FRP)は様々な環境下での利用が拡大しており,その長期信頼性を確立するには,疲労やクリープなどの力学的負荷や,水分や熱などの環境因子によるによるFRPの剛性低下や残存寿命の予測方法を確立することが必要となっている.特に,FRPは工業設備などのパイプラインや化学プラントで多用されることから,このような環境下におけるFRPの機械的特性の変化を定量的に明らかにすることが望まれている.水環境下におけるFRPの機械的特性に関しては,水中に浸漬した時間経過にともなう一方向FRPの強度低下や,水中で負荷を受けるFRPの巨視的な特性変化に対して研究がなされている.しかし,水環境下における繊維強度低下を支配する要因を体系的かつ定量的に取り扱った研究は見当たらない.そこで,本研究では母材内部の繊維強度の評価に適した単繊維埋蔵複合材料(Single Fiber Composite ; SFC)に水環境下で一定応力を負荷し,このとき生じる強度低下をフラグメンテーション試験により求め,その結果を定量化するモデルを提案した.繊維強度は繊維表面の微小欠陥が修正Paris則にしたがって進展することで低下すると仮定し,欠陥の大きさの時間変化から残存強度を求めるモデルを構築した.このモデルでは初期強度分布を決定するワイブル係数と,修正Paris則に含まれる定数を決定することで強度低下が定量化される.以上のモデルに,試験時の繊維応力履歴を用いて残存強度分布を求めた結果,実験結果に対して良い一致を得たことから,本モデルによる強度低下の定量化が可能であることが示された.

本研究によって,一方向FRPの水環境下における負荷時間を考慮した繊維強度低下を予測することが可能であり,本研究で提案したモデルは巨視的な強度や剛性変化を予測する上で有効であることが示された.腐食環境下における繊維強化プラスチック(FRP)の長期信頼性評価を目的とし、水環境下における吸水にともなって生じるガラス繊維強化プラスチック(GFRP)の構成基材の劣化特性を調査した.FRPには強化繊維、母材樹脂、繊維・樹脂界面といった構成基材があり、本研究においてはGFRPの機械的特性に対して支配的であるガラス繊維強度および繊維/樹脂界面の強度低下という微視的損傷に着目した.母材としてエポキシ樹脂を、強化繊維としてEガラス単繊維を埋蔵したガラス単繊維埋蔵型試験片(SFC)を40[°C]純水中にて浸漬させたまま定ひずみを負荷し、繊維強度および界面強度を低下させた.水中定ひずみ試験後のSFC試験片のフラグメンテーション試験を行い、埋蔵された繊維の破断ひずみから繊維強度を、界面はく離進展から界面強度をそれぞれ測定した.フラグメンテーション試験結果から、水中定ひずみ試験中の負荷ひずみを高くすることにより繊維強度の低下挙動が促進されることが確認された.また、純水温度75[°C]にて水中定ひずみ試験を行った結果、繊維強度低下および界面はく離進展ともに促進され、低い負荷ひずみにも関わらず構成基材の劣化が大幅に加速されることが明らかとなった.そして、ガラス繊維表面に存在する欠陥を起点とした強度低下モデルを用いることにより、水中定ひずみ試験後に低下した繊維強度の低下挙動を予測した.また、吸水膨張の繊維半径方向の影響を考慮することにより、界面はく誰に要するエネルギ解放率および最大せん断応力が負荷時間の経過とともに一定値に収束する傾向があることを明らかとした.以上より、従来の腐食環境下におけるGFRP材料の強度予測モデルでは、高温環境下において蓄積される微視的損傷を十分に評価できておらず、高温環境下において加速される劣化挙動を考慮するモデルの必要性が示唆された.
波浪エネルギーを利用した水位差獲得と水質浄化のための基礎的研究

自然エネルギーを利用して海域で一方向流れを定常的に発生させる技術の開発は、閉鎖性海域の水質浄化や人工湧昇流による漁場開発において非常に有用である。波浪を人工構造物を用いて越波させ、得られた水位差を利用して一方向の流れを発生させる方法を堤案した。そして、より多くの越波量および水位差を得るためには、どのような形状の構造物が効果的であるかという点に主眼をおいて基礎的研究を進めてきた。2次元構造物(越波堤)による水位差獲得の実験においては、越波量が最大となるための越波堤の最適法面勾配θは、入射波の波形勾配に多少依存するものの、θ≒30°であることが明らかとなった。さらに、越波堤に集波堤を取り付ければより効果的に水位差を獲得することができるため、V字状集波堤による入射波の増幅率に関する基礎的実験も行った。その結果、集波堤長と入射波波長の比が0.4以下において集波堤内の波は位相を伝播させながら、すなわち進行的に波高を増幅させることが明らかとなった。更に最適法面勾配(θ≒30°)をもつ越波堤にV字状集波堤を取り付けた現実的な形状に対して、越波堤天端高、集波堤の集波比および集波堤長を系統的に変化させた。そしてそれぞれの条件における越波量を測定し、その定量化を行った。さらに構造物の設計という立場から、所要越波量に対する三次元構造物の形状の評価を可能にした。集波堤形状が与えられれば三次元構造物によって獲得される越波量を算定することが可能となった。逆に、卓越波の波高、波長が既知の海域で一方向流を発生させたい場合、水深やパイプの材質等から必要な天波高が求められ、最適な集波比及び相対堤長が決定できることになる。更に不規則波についても実験を行い、最も有利な沿岸構造物および浮体構造物を決定した。また溶存酸素を含んだ表層水を深部に送りこんだ場合の水質シミュレーションを行った。自然エネルギーを利用して海域で一方向流れを定常的に発生させる技術に開発は、閉鎖性海域の水質浄化や人工湧昇流による漁場開発において非常に有用である。波浪を人工構造物を用いて越波させ、得られた水位差を利用して一方向の流れを発生させる方法を提案した。2次元構造物(越波堤)による水位差獲得の実験においては、越波量が最大となるための越波堤の最適法面勾配thetaは、入射波の沖波波形勾配に多少依存するものの、theta≒30°であることが明らかとなった。その結果、集波堤長と沖波波長の比が0.4以下において集波堤内の波は位相を伝播させながら、すなわち進行的に波高を増幅させることが明らかとなった。更に最適法面勾配(theta≒30°)をもつ越波堤にV字状集

波堤を取り付けた現実的な形状に対して、越波堤天端高、集波堤の集波比および集波堤長を系統的に変化させた。そして、それぞれの条件における越波量を測定し、その定量化を行った。さらに構造物の設計という立場から、所要越波量に対する三次元構造物の形状の評価を可能にした。集波堤形状(B_1/B_0,l/L_0)が与えられれば3次元構造物によって獲得される越波量を算定することが可能となった。逆に、卓越波H_0,L_0が既知の海域で一方向流を発生させたい場合、水深やパイプの材質等から必要な天波高hcが求められ、最適なB_1/B_0及びl/L_0が決定できることになる。今後は、種々のH_0/L_0値に対する越波量の評価を試みる予定である。本研究は沿岸部において人工構造物を利用して越波量を増大させ、水位差を発生させることにより、外海の海水を半島や岬を(パイプラインなどで)横切って湾内に流入させたり海岸において越波により得られた水位差を利用して、成層化した底層部に溶存酸素の豊富な表面水を送り込んで環境浄化を図るための工学的知見を得ようとするものである。今年度の研究実績平面造波水糟を用いて規則波の実験を行った。導流提や集波提など越波量を増やすための施設について研究を行なった。更に不規則波についても実験を行い、最も有利な沿岸構造物および浮体構造物を決定した。(松永・朝位)博多湾の潮流ならびに湾奥に導入した場合の海水の流れを数値計算により解析した。また溶存酸素を含んだ表層水を深部に送りこんだ場合の水質シミュレーションを行った。また湾水汚染の可能性で社会問題となっている博多湾での人工島問題で人工島建設後の水質浄化のフイ-ジビリテイについても検討を行った。(小松・中村)防波堤に越波構造物を付けた場合、すなわち直面下部に直立提がある場合に最も効果的な越波構造物の実験を行い、その結果から構造物の最適設計を行った。
加齢変化に伴う睡眠時ブラキシズムの病態生理特性の解明と実験モデル化の検証

H30年度は、ヒト睡眠ポリソムノグラフィー検査を継続し、H29年度に収集したデータと併せて33名のデータを収集した。中高年被験者のリクルート過程を改善したが、全体として若年成人より無呼吸や低呼吸イベントの発生頻度が高いため、リズム性咀嚼筋活動(RMMA)と非特異的な咀嚼筋活動(NSMA)を分析するにあたり、無呼吸低呼吸指数が15回/hr以下の被験者22名を対象にした。その結果、RMMA indexは3.6±2.9/hr NSMAindex 7.3±3.4/hrであった。また、若年成人54名の睡眠や咀嚼筋活動を分析し、中高年被験者の対照値を確立した。若年成人群を従来のPSG診断のカットオフ値をもとに健常群、軽度群、中等症症群に分類し比較したところ、睡眠変数、心理的変数など大きな差を認めなかった。中高年群では咀嚼筋活動の変数は同等であったが、マイクロアローザルの発生頻度が若年群よりも高く(中高年16.2±6.9/hr;若年:8.3±2.9/hr)、一過性の覚醒に対する咀嚼筋活動の応答特性が加齢に伴って変化している可能性が示唆された。一方、実験動物を用いた実験では、若年成獣において睡眠中に発生するRMMが、脳波や心拍数増加の他、リズム性に関する生理学的特性について、ヒトのRMMAと類似することを明らかにした。これら、中高年被験者の呼吸イベントや覚醒反応の特性や、動物のRMMAの特性、動物サイズや行動特性を勘案して、老齢動物での睡眠時ブラキシズムモデルとして睡眠実験を遂行する記録系をの改善を図った。ヒトにおいて、昨年度はプロトコールを改善し、中高年被験者データ数を徐々に蓄積することができているが、スクリーニングをクリアした被験者においても無呼吸イベントが頻発する被験者がおり、データ収集に苦労している。しかし、若年成人のデータの標準的な数値範囲は確立できたので、次年度でのデータ解析で最終的には当初の目的に到達できると考えられる。一方、動物実験については、若年動物で使用していた記録システムを、老齢動物に応じた形にするため、記録ケーブルの可動域や接続方法など記録システムの変更・対応が必要となったためやや遅れている。ヒトの睡眠実験は、次年度にデータ数を増加させるとともに、中高年と若年被験群での睡眠時ブラキシズムの生理学的特性の違いについて具体的な解析を実施する。また、動物実験では、老齢動物の記録系を改良して睡眠データを記録し、若年動物との特性を比較したうえで動物モデルとしての有用性を評価する。29年度は、ヒトおよび動物を用いた研究を行った。ヒトを用いた研究では、中高年被験者を対象として、睡眠ポリソムノグラフィー検査を実施した。これまでに、22名(男性10名、女性12名;平均年齢53.0±9.7歳)のデータを蓄積し、そのうち18名のデータについて、睡眠変数の解析を終了した。主な睡眠構築は、StageN1, StageN2, StageN3, StageR, WASOが睡眠時間に占める占有率は、それぞれ15%、44%、13%、16%、12%であった。この結果は、同時に解析を進めた20代の成人被験者のデータと比べて、StageN1、StageN2、StageR、WASOが多く、StageN3が少ない傾向にあった。また、中高年被験者では、若年成人データと比べて、無呼吸や低呼吸イベントの発生頻度が傾向があったため、データとして採用する被験者のカットオフ値を再検討する必要性が示唆された。睡眠時ブラキシズムの診断に必要な咀嚼筋活動の解析は現在実施中である。一方、若年および中高年の閉塞性睡眠時無呼吸やレム睡眠における筋活動の発現特性を調べ、睡眠障害の程度と咀嚼筋活動との関連に個人差が大きい可能性を認めた。実験動物を用いた実験では、若年成獣(N=3)に脳波、眼電図、筋電図等を設置し、慢性実験を可能とした動物を作成し、自由行動下で睡眠記録を実施した。若年成獣では、我々の研究グループで明らかにした睡眠時ブラキシズム用の咀嚼筋活動の解析と睡眠変数の解析を実施した。さらに30年度に、睡眠データの記録と同様のデータ解析を実施するために必要な老齢動物の飼育を行った。ヒトの睡眠実験では、スクリーニング過程に時間を要したことから中高年被験者のリクルートが当初の想定以上に進まなかったこと、関連する研究に共通した口腔機能検査のプロトコールの設定に時間がかかったことなど、睡眠記録の際の被験者導線が寒冷期の高齢者に対する対応を工夫する必要が生じるなどの理由で、睡眠記録を避けたことで、PSG記録を実施したデータ数が予定より少ない。動物実験では、実験記録システムにトラブルが発生したことで、実際に記録を完了したN数が想定よりも少なかった。

その結果、RMMA indexは3.6±2.9/hr NSMAindex 7.3±3.4/hrであった。また、若年成人54名の睡眠や咀嚼筋活動を分析し、中高年被験者の対照値を確立した。若年成人群を従来のPSG診断のカットオフ値をもとに健常群、軽度群、中等症症群に分類し比較したところ、睡眠変数、心理的変数など大きな差を認めなかった。中高年群では咀嚼筋活動の変数は同等であったが、マイクロアローザルの発生頻度が若年群よりも高く(中高年16.2±6.9/hr;若年:8.3±2.9/hr)、一過性の覚醒に対する咀嚼筋活動の応答特性が加齢に伴って変化している可能性が示唆された。一方、実験動物を用いた実験では、若年成獣において睡眠中に発生するRMMが、脳波や心拍数増加の他、リズム性に関する生理学的特性について、ヒトのRMMAと類似することを明らかにした。これら、中高年被験者の呼吸イベントや覚醒反応の特性や、動物のRMMAの特性、動物サイズや行動特性を勘案して、老齢動物での睡眠時ブラキシズムモデルとして睡眠実験を遂行する記録系をの改善を図った。ヒトにおいて、昨年度はプロトコールを改善し、中高年被験者データ数を徐々に蓄積することができているが、スクリーニングをクリアした被験者においても無呼吸イベントが頻発する被験者がおり、データ収集に苦労している。しかし、若年成人のデータの標準的な数値範囲は確立できたので、次年度でのデータ解析で最終的には当初の目的に到達できると考えられる。一方、動物実験については、若年動物で使用していた記録システムを、老齢動物に応じた形にするため、記録ケーブルの可動域や接続方法など記録システムの変更・対応が必要となったためやや遅れている。H30年度も、H29年度と同様のデータ収集を実施する。さらに,ヒトの睡眠実験では、リクルートを早い段階から実施して、被験者数を増加させ、咀嚼筋活動のスコアリングと睡眠時ブラキシズムの確定診断を実施し、様々な変数の被験群間で比較する。また、睡眠時ブラキシズムや睡眠時無呼吸症候群、レム睡眠行動異常症の患者データも含めた中高年被験群を加えて、健康な中高年被験者で発生する睡眠時ブラキシズムの病態特性を解析し、睡眠関連疾患と併存する睡眠時ブラキシズムとの病態生理の違いを解析する。動物実験では,昨年度から飼育してきた老齢期に入った動物の睡眠実験を実施し、睡眠中の閉口筋活動と睡眠状態の関係を調べ、若年成獣で得られたデータとの差異を検証する。また、ヒトの研究結果から、睡眠時無呼吸症候群と混在する頻度が高い可能性が考えられるので、睡眠時無呼吸を想定した実験環境を用いた実験系を構築する予定である。これらヒトと動物実験の結果を総合して、加齢変化による睡眠中の咀嚼筋活動の発生様式の違いを明らかにする。ヒトの睡眠実験は、次年度にデータ数を増加させるとともに、中高年と若年被験群での睡眠時ブラキシズムの生理学的特性の違いについて具体的な解析を実施する。また、動物実験では、老齢動物の記録系を改良して睡眠データを記録し、若年動物との特性を比較したうえで動物モデルとしての有用性を評価する。ヒトの睡眠実験を実施するためのプロトコール整備に時間を要したことによる被験者リクルート数が予定数を下回ったこと、口腔機能検査の項目等を改変したことによる購入備品の変更があった。また、動物実験では、機器トラブルのため当初予定の数の実験ができなかった。30年度は睡眠実験実施プロトコールが整備でき、さらに実験記録システムのトラブルも解消し、実験を遂行することができるため、当初の計画よりも実施ペースを上げて、30年度の実験予定に適った消耗品・機器購入等の執行を実施する。