hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
構造を精密に制御した強磁性金属の酸素濃度変調薄膜の試作と物性評価

本研究ではスパッタ装置制御系の改良、MBE装置とスパッタ装置を用いた試料の作製、構造・物性の評価を行った。まず岩手大学工学部に設置されているスパッタ装置の改良を行い、次いでそのスパッタ装置およびMBE装置を用いて酸素濃度変調膜試料の作製を行った。これまでに作製したFe系変調膜やCo系変調膜は、カソードが一基しかないスパッタ装置で単体金属ターゲットを用いて酸素ガスの断続を行いながら作製したものであったが、最近カソードを二基に増設したため、それぞれ別のターゲットを用いて作製することも可能になった。そこでFe系変調膜を作製する場合も、より組成の制御を精密に行うことを目指し、鉄ターゲットと酸化鉄ターゲットを用いて膜を作製することも試みた。スパッタ装置での試料の作製は、諸物性の測定が容易な全膜厚が比較的厚い試料を多数作製することを主な目的とした。一方、MBEで成膜する際には、同装置に装着されているRHEED、UHV-STM/AFMなどで成長のその場観察を行いながら成膜を行った。作製した膜については、X線回折によって結晶構造、長周期構造の評価、透過型電子顕微鏡を用いて微細組織観察および結晶構造の確認、XPSによって結合状態と組成、およびそれらの深さ方向プロファイルの測定を行った。ついで膜の諸物性の評価を行った。磁性、電気的性質およびこれらの低温における温度依存性を測定した。これらによりFe系変調膜は比較的磁化率の大きな常磁性的成分と強磁性的成分が含まれていること、5Tの磁場中で2Kまで冷却した場合、非常に大きな一方向磁気異方性が現れること、にもかかわらず、ネール点ははっきりせず、反強磁性成分はあるとしても非常に微量であると考えられること、積層周期によって電気伝導が金属的になったり半導体的になったりすることなどがわかった。これまでに作製したFe系変調膜やco系変調膜は、カソードが一基しかないスパッタ装置で単体金属ターゲットを用いて酸素ガスの断続を行いながら作製したものであったが、最近カソードを二基に増設したため、それぞれ別のターゲットを用いて作製することも可能になった。スパッタ装置での試料の作製は、諸物性の測定が容易な全膜厚か比較的厚い試料を多数作製することを主な目的とした。
ダイズ根粒菌のゲノム再編成によるストレス環境適応機構の解明とその利用

本研究ではBradyrhizobium属ダイズ根粒菌の嫌気ストレスへの適応能力として脱窒に着目し、その分子基盤や生理学的特徴を明らかにし、得られた知見をもとに窒素固定効率・環境改善の点で有効な接種資材の開発や土着ダイズ根粒菌の脱窒能評価などを目的としている。平成15年度の研究成果は以下の通りである。1.ダイズ根粒菌Bradyrhizobiumの脱窒により発生する^<15>N-N_2のTCDガスクロマトグラフィーを用いた新規定量法大気窒素ガスをキャリアーガスとし、Morecular Sieve 5Aを充填したカラムとTCDガスクロマトグラフで^<15>N-N_2を測定したところ、大気圧において0.1%40%(44.6ng17.9μg)を定量的に検出可能であることを発見した。検出限界は0.04%だった。この方法を用いて、中沢圃場分離株および十勝圃場分離株の完全脱窒能を調査したところ、中沢圃場のB.japonicumはほとんどが完全脱窒能を持ち、十勝圃場のB.japonicumには完全脱窒をする株が存在しなかった。この結果より、圃場によりダイズ根粒菌の脱窒能には違いがあることがわかった。ダイズ根粒菌の圃場での応用を考える場合、N_2Oを発生しない完全脱窒能をもつ菌株の選抜・接種が重要だと考えられる。本研究の結果よりnosZを有する根粒菌は共生状態で空気中のN_2Oを減少させる可能性が示唆された。今後はダイズ植物体の根系でのN_2Oの収支を親株と変異株を用いて調査し、ダイズ畑のN_2Oの収支の解明にもつなげていけると考えた。本研究ではBradyrhizobium属ダイズ根粒菌の嫌気ストレスへの適応能力として脱窒に着目し、その分子基盤や生理学的特徴を明らかにし、得られた知見をもとに窒素固定効率・環境改良の点で有効な接種資材を開発することを目的としている。平成14年度の研究成果は以下の通りである。ゲノム情報より明らかとなったB. japonicum USDA110の脱窒関連遺伝子をプローブとし、属内分布と脱窒活性の関係を調べたところ、B. japonicumではnapA、nirK、norCBの相同配列が存在していても酵素活性を示さない株があり、それらはすべて多数の挿入配列を有するHRS株だった。また、B. elkanii.では使用したプローブでは相同配列はほとんど検出されなかったが、硝酸還元酵素活性を示す株があった。一方nosZの有無はすべての株で活性と対応していた。nosZを保有するダイズ根粒菌B. japonicumは、嫌気条件下で脱窒の中間体であるN_2Oを呼吸することにより増殖が可能だった。nosZ破壊株を作成したところ、増殖能がなくなったことからN_2O呼吸による増殖はnosZに依存していることが明らかとなった。ダイズ根粒菌B. japonicumのN_2O呼吸による増殖は、低濃度の硝酸や亜硝酸で促進された。また、B. japonicumUSDA110を接種したダイズの根粒は外部から投与した1%N_2Oを約2μmol/hの速度で吸収した。nosZ破壊株ではこの能力を失うことから、根粒のN_2O吸収能は根粒菌のnosZに依存していることが明らかとなった。
ヒト心筋細胞の成熟過程の理解に基づく、成熟制御メカニズム解析基盤の構築

多能性幹細胞から得られる心筋細胞(PSC-CMs)は再生医療に加えて、疾患研究や創薬への利用が期待されている。しかし、PSC-CMsは、成体の心筋細胞とはその特性に大きな乖離がある。今後の応用を進めるためには、ヒト心筋細胞の成熟過程の理解と、その理解に基づいた成熟法や解析基盤が必要となる。Johns Hopkins大学Chulan Kwon准教授は新生仔ラットの心臓へPSC-CMsを移植することで、成熟した成体型のPSC-CMsを得る生体内成熟法を確立した。本研究では、生体内成熟法を用いることで、成熟過程のトランスクリプトームと、成熟レポーター細胞の開発と検証を行う。
高校教育における低学力生徒への学習保障カリキュラムの開発研究

本年度は、計画よりも多くの資料収集および学校現地調査を実施することができた。(1)文献調査からは、1990年代に設置された高校準備課程が、高校入学に必要な学力に到達していない生徒への補償教育としてのみでなく、学習意欲が低い生徒への動機付けや、中退生徒への支援、目標が明確な生徒への個人化プログラム提供の場としても期待されていたことが明らかになった。こうした生徒たちへの対応は共通して、必要に応じた教育課程の個別化であり、最も柔軟に教育課程が編成できるのが高校準備課程だった。義務教育を終えたすべての若者に教育を提供するという高校の理念のもとで、低学力が特別視されるのでなく様々な困難の一つとして扱われ、生徒個々人に応じた教育課程の提供が計画されていたことは重要な特徴だった。(2)現在の高校準備課程の実際に関する調査として、ウプサラ地区とヨーテボリ地区の高校準備課程行政担当官や校長・教員へのインタビューおよび複数の学校の現地調査を実施した。高校準備課程には、言語、職業、個別、準学科、準備の5コースがあり、各コースは異なる目的や教育課程の特色を持っていた。ウプサラ地区では、高校準備教育をもつ学校間で連携し、各生徒が最適な学校・コースに通えるようにしていた。全国的に、高校準備課程については、この5コースを設定することの他に共通の目標や教育課程基準がなく、各地方自治体や学校の裁量に任されていた。共通の教育課程基準がないことから、教育の質を懸念する声も聞かれた。学校現場では、教育課程の個別化への対応のみにとどまらず、生徒の身体的・精神的健康の問題や、貧困などの社会的問題等、学習面以外の課題への取組みも不可欠であり、多様なスタッフの協働と試行錯誤が見られた。計画では(1)文献検討を中心に行い、(2)関係者へのインタビューや学校への現地調査については準備を行う予定だったが、現地での長期滞在が可能になったため、(2)もすでに多く行うことができた。ただし、収集した資料の検討・分析および成果発表は次年度に行うこととなった。初年度に計画以上に収集できた資料・データを用いて、2年目にはデータの検討・分析を行う。その際、必要に応じて追加のインタビューや現地調査を行う。計画通り、3年目には(3)高校教育全体における高校準備課程の役割を考察し、日本の高校教育と比較しつつ具体的な教育課程を検討する。
歯の再植の成否に関与する歯根膜細胞の活性に関する免疫組織化学的研究

1.ヒト歯根膜組織ならびに培養ヒト線維芽細胞におけるGap junction関連蛋白[connexin(Cx)]の発現を検索した結果,歯根膜線維芽細胞はCx43,Cx32を発現すること,培養細胞においてCx43は細胞の辺縁ならびに核周囲に発現し,Cx32は核以外のすべての部位に広く発現することを報告した[北海道歯学雑誌,2000,vol.21,No.1,Tssue & Cell,2000,32(4)].しかしながら,本研究において発現が認められたCxがGap junctionを形成していることに関しては不明であり,免疫電顕的手法を用いた検索が必要であると考えられるため現在Cxの局在に関して検索中である.2.ヒト歯根膜組織ならびに培養ヒト線維芽細胞におけるDesmosome関連蛋白の発現を検索した結果,歯根膜線維芽細胞にdesmoplakin, desmogrein, desmocollin Iおよびdesmocollin IIIが存在すること,さらにdesmoplakinとdesmogreinに関しては加齢にともない増加していく可能性があることを報告した[Tissue&Cell,1999,31(6)].これらDesmosome関連蛋白の局在に関して詳細な検討が必要であると考えられたため,培養細胞を免疫電顕によって検索した結果,上記Desmosome関連蛋白ならびにplakoglobinは,細胞膜近傍と分泌顆粒中に存在するものの,培養細胞間にdesmosomeを確認することは出来なかった[北海道歯学雑誌,2000,vol.21,No.1].現在ヒト歯根膜組織を免疫電顕的手法にてdesmosomeの存在と上記蛋白の発現部位に関して検索している.1.歯根膜細胞におけるデスモゾーム関連蛋白の発現について(1)組織切片上の歯根膜細胞ならびに培養歯根膜線維芽細胞の両者においてデスモプラキン,デスモグレイン,デスモコリンの発現が認められ,歯根膜細胞におけるデスモゾーム様構造物が存在することが示唆された.(2)デスモプラキンとデスモグレインの発現は培養歯根膜線維芽細胞において若年者よりも老年者で有意に多かった.このような細胞間接着装置関連蛋白の発現が年齢に相関して増大することの意義については,現在検討中である.2.歯根膜細胞におけるgap junction関連蛋白の発現について(1)組織切片上の歯根膜細胞及び培養歯根膜線維芽細胞の両者においてconnexin43ならびにconnexin32の発現が認められ,歯根膜細胞間におけるgap junctionの存在が示唆された.(2)培養歯根膜線維芽細胞においてconnexin43は接触する隣接細胞がないものでは発現されないが接触のあるものでは発現されること,接触の増大に伴って発現が増すこと,対照的にconnexin32は接触する隣接細胞の有無にかかわらず種々の程度で発現されることが明かとなった.このことはconnexin43とconnexin32は歯根膜細胞においてそれぞれ異なる機能を果たしている可能性を示唆する.1.ヒト歯根膜組織ならびに培養ヒト線維芽細胞におけるGap junction関連蛋白[connexin(Cx)]の発現を検索した結果,歯根膜線維芽細胞はCx43,Cx32を発現すること,培養細胞においてCx43は細胞の辺縁ならびに核周囲に発現し,Cx32は核以外のすべての部位に広く発現することを報告した[北海道歯学雑誌,2000,vol.21,No.1,Tssue & Cell,2000,32(4)].しかしながら,本研究において発現が認められたCxがGap junctionを形成していることに関しては不明であり,免疫電顕的手法を用いた検索が必要であると考えられるため現在Cxの局在に関して検索中である.2.ヒト歯根膜組織ならびに培養ヒト線維芽細胞におけるDesmosome関連蛋白の発現を検索した結果,歯根膜線維芽細胞にdesmoplakin, desmogrein, desmocollin Iおよびdesmocollin IIIが存在すること,さらにdesmoplakinとdesmogreinに関しては加齢にともない増加していく可能性があることを報告した[Tissue&Cell,1999,31(6)].これらDesmosome関連蛋白の局在に関して詳細な検討が必要であると考えられたため,培養細胞を免疫電顕によって検索した結果,上記Desmosome関連蛋白ならびにplakoglobinは,細胞膜近傍と分泌顆粒中に存在するものの,培養細胞間にdesmosomeを確認することは出来なかった[北海道歯学雑誌,2000,vol.21,No.1].現在ヒト歯根膜組織を免疫電顕的手法にてdesmosomeの存在と上記蛋白の発現部位に関して検索している.
マウスモデルを用いた精原幹細胞純化系の開発とその不妊治療への応用

我々はマウス精子幹細胞の移植効率を高めることが不妊症を回復するために必要だと考え、2つのアプローチを取った。一つは移植を行うステージを変えてみることである。従来の精子幹細胞移植においては成体のマウスをホストに使い、その不妊の回復を試みていたが、本研究においては生後5-10日齢の仔の精巣に移植を試みた。これは、このステージの精巣のセルトリ細胞(精子形成を直接支える体細胞)がまだ分裂しており、セルトリ細胞間のtight junctionも形成されていないために移植後の幹細胞のseeding efficiencyが上昇すると考えたためである。実際の移植の結果によると未熟ホストマウスを用いた場合は、幹細胞の移植効率が約10倍上昇することが分かった。またこのホストマウスの不妊回復能を見るために雌マウスと掛け合わせると80-100%のマウスが仔を作る能力を持っていることが分かった。更に不妊回復までの期間も約70日と、これまでの成体のホストへの移植の場合に比較して(最低150日かかる)、格段に短期間に短縮することができるようになった。第二のアプローチとしては、我々は未熟精巣に対してモノクローナル抗体の作成を試みている。未成熟精巣(生後5-7日齢)には幹細胞を含む未分化な精原細胞が濃縮されており、この精巣全体をラットに免役することで幹細胞を認識する抗体を確立しようというものである。精子幹細胞移植を用いた実験結果から、あるクローン(#9)を用いると幹細胞の濃縮率は5倍以上に増え、幹細胞を認識することができることが分かった。現在はその分子構造の決定を試みている。これまで我々は、精原幹細胞移植による不妊治療のストラテジーとして、ドナーの精巣より幹細胞を高度に濃縮する方法を確立、そのレベルをさらに高めることで効率の良い不妊治療を確立することを目指してきた。本年度われわれは、移植効率を改善する方法として、ホストマウスの年齢による効果を検討してみた。これまでの精原幹細胞移植実験においてはホストマウスとして、生後約4週を過ぎた性成熟を終えたマウスを用いている。今回の実験においては、我々はホストマウスが性成熟をむかえる前の生後5-10日目のマウスを対象にして移植を行った。この時期の精巣ではまだセルトリ細胞が成熟しておらず、成体で通常存在する細胞間のタイトジャンクション形成以前であり、こうした障害物がないために移植効率が飛躍的に上昇することが予想されたためである。実際に精原幹細胞移植を行ったところ、未成熟マウスは成熟マウスに比較して、同数の幹細胞移植に対して9.4倍の数のコロニーが観察された。さらに、コロニー一個あたりの面積の評価によると、未成熟マウスにおいては幹細胞由来の増殖が約4倍亢進していることが分かった。こうした幹細胞活性の指標の改善結果に基づき、未成熟マウスと成熟マウスの不妊回復能について調べてみたところ、6匹の成熟マウスが移植後も不妊であったのに対し、3匹中3匹の未成熟マウスの不妊回復が認められた。これらの結果は精原幹細胞移植においては未成熟ホストを用いる方が幹細胞移植効率を約10倍程度改善し、さらに、不妊回復率をも高めることを示すものであり、不妊回復治療の更なる改善に貢献するものと考えられる。

これは、このステージの精巣のセルトリ細胞(精子形成を直接支える体細胞)がまだ分裂しており、セルトリ細胞間のtight junctionも形成されていないために移植後の幹細胞のseeding efficiencyが上昇すると考えたためである。実際の移植の結果によると未熟ホストマウスを用いた場合は、幹細胞の移植効率が約10倍上昇することが分かった。またこのホストマウスの不妊回復能を見るために雌マウスと掛け合わせると80-100%のマウスが仔を作る能力を持っていることが分かった。更に不妊回復までの期間も約70日と、これまでの成体のホストへの移植の場合に比較して(最低150日かかる)、格段に短期間に短縮することができるようになった。第一のアプローチとしては、我々は未熟精巣に対してモノクローナル抗体の作成を試みている。未成熟精巣(生後5-7日齢)には幹細胞を含む未分化な精原細胞が濃縮されており、この精巣全体をラットに免役することで幹細胞を認識する抗体を確立しようというものである。精子幹細胞移植を用いた実験結果から、あるクローン(#9)を用いると幹細胞の濃縮率は5倍以上に増え、幹細胞を認識することができることが分かつた。現在はその分子構造の決定を試みている。
室町・戦国期における大名家による情報収集、伝達の方法とその実相について

科学研究費補助金交付弟二年度にあたる本年度は、先ず前年度より実施してきた史資料よりの記事、とりわけ日記・古記録等、京都側権門勢家に依って筆録された史料中の記事の整理、分析作業に当たった。その結果、今回の研究では特に中部、東日本地域に拘る大名家の場合に於ける事例を多く取り扱ったが、従前小林が指摘した、「京都雑掌」(大名の被官人や僧侶)の動向がより鮮明となって来た。一言に情報と言っても、その対象となるものは多様であるが、戦国大名がその領域経営上必要としたのは、(1)分国内や近隣諸地域の動向に関する情報、(2)朝延、室町幕府、宗教勢力等、中央政界の動向に関するものとに大別される。ここで中心としたのは(2)についてのものであり、そこには当該期大名権力が内包とする諸問題を解決するための、上位権威利用の意図が見えかくれした。彼ら「京都雑掌」は、上流公家社会や幕府の実務官僚らとの交流を活発化させ、そこより朝延、幕府、諸大名についての多くの情報を得、それを「京都之時宜」として分国へ注進していたことが明確となってきた。又、京都側に対してその大名(国)への窓口が一元化されれば大名の領域支配、特に分国内の諸氏に対しては超然的な権力を確立することができた。このことには、個別大名家の事情にもよるが、東・西日本の地域差は余り見られなかった。今回の研究に於ける成果の一部は、『定本上杉謙信』(高志書院、平成12年5月刊行予定、共著⇒小林担当分はA4版見開き49頁)等で発表する予定である。本科学研究費補助金交付に拘わる、研究の第1年目に当たった本年度の状況について記述する。本研究の目的は従来の室町・戦国期研究に於ける1つの空白領域である。情報管理の問題を顕在化させることにあった。私は従前より越後上杉氏、鎌倉府等の外交担当者、所謂京都雑学を取り上げて、その担っていた職掌の1つとしての情報収集、大名等その主人への伝達活動を調査してきたが、ここに至り、その範囲を更に広げて東西大名間に於ける事例の検証や比較検討を行なうこととした。そこで、研究計画第1年度に当たった本年度は、先ず準備的作業段階として、各古記録、故書資料よりの事例の検出とその整理とに主たる経費と時間とを使用した。特にその内、日記・古記録資料(主に京都側権門勢家に依り筆録されたもの)には、大名側がどの様な働き掛け(情報収集)をその出先機関である京雑掌らに行なわせていたのかが系統的に記録されていることから、ここからの記事の抽出作業に大いに時間を割いている。今年度は未だ作業的段階にあたるので、確固たる答えというものは得られていないが、特に西国大名(大内氏などはその代表事例であるが)については、室町幕府のあとを受けた形の日明貿易を実施する上での情報収集が特筆されるところである。つまり、雑掌僧(特に臨済禅僧)の活動が顕著な点であり、これは東国大名中には見られないものである。次に、次年度への研究の展開であるが、以上の作業に依り得られたデータを整理しつつ、(1)「京と之時宜」と(2)地方の動向に関する情報とに大別し、大名がどこに視点をすえ、それをどの様に領国経営に生かそうとしていたのか、その情報管理の様相を明らかにして行きたい。
意志決定における不確帯神経活動の機能的意義の解明

本研究は、多細胞同時電気生理記録と光遺伝学的手法をもちいて、意志決定課題を遂行中のマウスにおいて不確帯神経細胞の活動様式を投射経路および遺伝子発現にもとづいて記録・制御することで、覚醒行動下における同領域の機能的意義を解明することが当初の目的であった。しかしながら前年度の研究実績により、ZIの神経活動パターンは非常に密であり、解析により単一細胞活動を分離することは困難であることが判明した。したがって、同課題においてZIの上流領域である前帯状皮質(ACC)の神経活動およびその寄与を検討することにした。ACCは偏桃体外側基底核(BLA)から強い投射を受けており、この回路が負のイベントに関する予測誤差の演算に関与することが示唆されている。そこで本年度は、軸索を逆行性に標識可能なアデノ随伴ウイルスおよび抑制性光感受性タンパク質であるeArch3.0をもちいて同経路を特異的に標識・抑制することを試みた。その結果、ACC投射BLA神経細胞の細胞体あるいは軸索終末を試行開始直前に抑制すると、無報酬にともなう選択の切り替え(lose-shift)が阻害されることを発見した。シリコンプローブをACCに慢性刺入して神経活動を記録したところ、ACC投射BLA神経細胞を光遺伝学的に抑制すると、無報酬の蓄積を表現する神経活動が観察されなくなることが判明した。以上の結果は、BLAからACCへの神経投射が行動の段階特異的に可塑的な意思決定を実現していることを示すものである。研究代表者は、前年度までに頭部固定マウスをもちいた報酬履歴にもとづく確率的逆転学習課題を確立済である。本年度は、GABA作動性細胞特異的にcreリコンビナーゼを発現する遺伝子改変マウス(GAD-creマウス)およびチャネルロドプシン(ChR2)を発現するアデノ随伴ウイルスをもちいて不確帯(ZI) GABA作動性細胞を標識し、前述の課題を遂行中のマウスより電気生理記録を試みた。しかしながら、ZIの神経活動パターンは非常に密であり、解析により単一細胞活動を分離することは困難であることが判明した。したがって、まず同課題においてZIの上流領域である前帯状皮質(ACC)の神経活動およびその寄与を検討することにした。確率的逆転学習課題を遂行中のマウスACCよりシリコンプローブをもちいて急性的に電気生理記録したところ、サルの相同領域において報告されている結果と同様に、無報酬の蓄積を表現する細胞が確認された。このような情報表現は、(1)選択結果のフィードバック直後のみならず、(2)試行間の待機中や、(3)次試行の開始直前まで幅広い時間窓にわたって観察された。この神経活動が意思決定におよぼす影響を検証するため、PV陽性抑制性神経細胞特異的にChR2を発現させ、上述の期間13それぞれのACC神経活動を抑制した。その結果、試行開始直前の神経活動を抑制した場合のみ、無報酬にともなう選択の切り替え(lose-shift)が阻害されることが判明した。以上の結果は、ACCの神経活動が行動の段階特異的に可塑的な意思決定を実現していることを示すものである。ZIからの電気生理記録については、解析上の困難さから更なる条件検討が必要であることが判明した。しかしながら、代替案としてACCからの電気生理記録に着手したところ、確率的逆転学習課題に関連した神経活動パターンが確認された点、その活動は必ずしも観察された全時間窓において意思決定には関与せず、段階特異性があることが発見された点については、一定の進捗があったと考えている。以上を総合的に勘案すると、着目している脳領域は当初の計画どおりではないものの、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断される。1. ACCからの記録実験今年度実施した電気生理記録では、PV-creマウスおよびChR2をもちいてPV陽性抑制性神経細胞の活動を同定済みである。このデータおよび発火波形パターンを活用して、ACCの興奮性およびPV陽性を含む抑制性神経細胞で確率的逆転学習課題に関連する情報表現に差異が見られる可能性を検証する。

2. ACC投射BLA神経細胞の抑制実験ACCは偏桃体外側基底核(BLA)から強い投射を受けており、この回路が負のイベントに関する予測誤差の演算に関与することが示唆されている。そこで、軸索を逆行性に標識可能なアデノ随伴ウイルスおよび抑制性光感受性タンパク質であるeArch3.0をもちいて同経路を特異的に標識・抑制することを試みる。さらに、同経路を抑制することでACCの情報表現が変化する可能性を慢性電気生理記録により検証する。本研究課題で使用しているシリコンプローブは海外からの調達に数ヶ月を要する消耗品であり、本年度後半に予定していた購入分が会計年度をまたぐ可能性があったため、該当分を次年度に繰り越すこととした。
鉄硫黄クラスター含有架橋酵素の機能解析と新規環状生理活性ペプチドの創製

キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素オペロンにコードされたORF2タンパク質は、本酵素γサブユニットにおいて酸性残基とCys残基の間に、3つの分子内チオエーテル架橋を形成し、5-8残基をループアウトした多環状構造を作り出す。このORF2タンパク質の機能解明と環状ペプチドライブラリーの構築を行うため、嫌気条件下において、同ダンパク質を精製し、鉄硫黄クラスターを再構成することによって活性フォームを得ることに成功した。さらにモデル構造に基づいて、詳細な反応機構を明らかにした。また、架橋形成が1箇所になるように短縮したγサブユニットにおいて、ランダム化を含む各種配列を導入する方法論を確立した。環状ペプチドライブラリーの構築に用いる上で、発現量と反応性に優れたORF2およびγサブユニットのクローンを得るため、今年度新たにグラム陽性細菌Geobacillus thermoglucosidans由来クローンの遺伝子合成と発現構築を行った。大腸菌共発現系において、両タンパク質とも著量、可溶性画分に発現した。ヨードアセトアミド処理し、質量分析した結果、γサブユニットの架橋形成は細胞内で完全には起きていないことが判明した。しかし、ORF2・γサブユニット複合体を嫌気下精製し、試験管内で鉄イオウクラスターを再構成すると、ジチオナイト・S-アデノシルメチオニン添加によって、架橋形成が完結することがわかった。反応性において大きな優位性はなかったが、ORF2単独でも可溶性画分への発現が可能であること、3カ所の架橋をもつ他の多くのγサブユニットとは異なり4カ所の架橋形成がおきることが判明した。また、Paracoccus denitrificans ORF2において、ホモロジーモデリングによってORF2・γサブユニット複合体の立体構造を予測することに成功した。ポケット構成残基を改変して、架橋の際のループ配列やその長さを改変するために、重要な情報を得た。短縮型γサブユニットのランダム化を含む配列改変に関しては、1) 3本のオリゴヌクレオチドを用いたPCR連結法と、2)2本の長鎖オリゴヌクレオチドをアニールし、DNA合成酵素によって間隙を埋める方法の2通りの方法を実施した。1)では、特にランダム化した場合に予定外の変異が導入されたのに対して、2)ではほぼ安定して、プロテアーゼ認識配列など予定通りの各種配列をもつ短縮型γサブユニットを構築することができた。様々な配列の短縮型γサブユニットを構築するための手順を決定することができた。環状ペプチドライブラリーの構築に用いる上で、発現量と反応性において優れたORF2およびγサブユニットのクローンを得るため、各種の菌種に由来した両タンパク質の発現系を構築した。まず、Psudomonas putidaでは、PCRによってORF2全長遺伝子を得た。また、γサブユニットの最初の架橋形成領域(短縮型γ)遺伝子は、オリゴヌクレオチドの連結によって、生合成した。高温条件下で増殖可能なPolymorphum gilvumについては、いずれも遺伝子合成した。得られた各遺伝子の大腸菌発現系を構築し、共発現に成功した。Ps. putida ORF2では、短縮型γとともにORF2タンパク質が、これまで解析してきたParacoccus denitrificansとほぼ同レベルに大量に発現した。一方、Polymorphum gilvum ORF2タンパク質/短縮型γの共発現においては、ORF2タンパク質は大量に発現しているものの、短縮型γの発現量は検出限界以下であった。試料をヨードアセトアミド処理し、質量分析した結果、Pa. denitrificansおよびPs. putidaのいずれにおいても、短縮型γの架橋形成は起きていないことが判明した。さらに、ORF2/短縮型γを嫌気下精製し、試験管内で鉄硫黄クラスターを再構成させると、S-アデノシルメチオニンとジチオナイト添加によって架橋形成が完結した。以上の結果より、大腸菌内の鉄硫黄クラスター形成等に問題があり、in vivoでの架橋形成が不完全であることが判明した。反応性と発現量については、Pa. denitrificansないしPs. putidaに由来するORF2クローンが現時点では最適であった。これらの結果は、試験管内では様々な環状ペプチドライブラリーを構築しうることを示しており、本研究の遂行に際して重要な成果となった。キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素(QHNDH)オペロンにコードされたORF2タンパク質は、QHNDHのγサブユニットにおいて酸性残基とCys残基の間に分子内チオエーテル架橋を形成し、5-8残基をループアウトした多環状構造を作り出す。このORF2タンパク質の機能解明と環状ペプチドライブラリーの構築を行うため、嫌気条件下において、同タンパク質を精製し、鉄硫黄クラスターを再構成することによって活性フォームを得ることに成功した。試験管内において、精製ORF2タンパク質を用いて、短縮型および全長γサブユニットにチオエーテル架橋を形成させ、その活性を質量分析によって検出する方法を開発した。最終年度においては、構造情報を得るために、ホモロジーモデルを構築し、ラジカルによる反応機構および連続的な架橋形成に関して、重要な情報を得た。

研究成果は新しいラジカルSAM酵素の反応形態を解明しており、J. Biol. Chem.誌に投稿論文が掲載されるなど国内外で高く評価されている。また、環状ペプチドライブラリーの構築に用いる上で、発現量と反応性において優れたORF2およびγサブユニットのクローンを得るため、これまでの2種に加え、さらに2種類の細菌種に由来するORF2およびγサブユニットの発現系を構築し、前述の試験管内アッセイ法によって、その活性を評価した。また、最終年度にかけてPCRを利用したランダム化ライブライリーの効率的な構築の方法論を確立することができた。鉄硫黄クラスターの再構成を行えば、十分な架橋活性をもつORF2タンパク質を得られるので、試験管内におけるプロテアーゼ阻害活性を有する環状ペプチドの試験的なスクリーニングを行うことが可能となった。架橋ランダム化ペプチドライブラリーは、様々な機能性を付与できる可能性があり、ペプチドのコンビナトリアルケミストリーを進展させる重要な成果といえる。生化学架橋形成反応の基質となる短縮型γサブニットの配列を自由に改変する方法論を確立することができた。また、ORF2・γサブユニット複合体の立体構造モデルによって、ポケットサイズやループ形成残基の特性を大きく改変することが可能となった。複数の菌種に由来したORF2/短縮型γの共発現系構築を構築し、発現量とγサブユニットの架橋形成において優れた発現系の選択に成功している。また、in vivoの架橋形成システムは改善が必要であるが、試験管内の架橋形成システムの構築には成功しており、架橋形成の評価システムも構築することができた。本年度の研究成果は環状ペプチドライブラリーの構築に向けた重要な第一歩となっている。試験管内環状ペプチドライブラリー構築に向けて、まだ実施できていないTEVプロテアーゼ切断部位の導入を短縮型γ発現プラスミドに行う。さらに、プロテアーゼ阻害剤スクリーニングに向けて、各種の手法を試みる。ORF2タンパク質の結晶化と立体構造決定は引き続き実施する。引き続き、in vivoの架橋形成システムの構築を進める。その一方で、試験管内の反応によって環状化ペプチドライブラリーの構築を行うために、リーダー配列-ループ構造の下流にTEVプロテアーゼやEGFPを連結して発現させることができるか解析する。さらに、ORF2との共発現系において、上記と同様にチオエーテル架橋構造が形成されているかどうか、ウエスタンブロットや高分解能質量分析によって解析する。環状ペプチドライブラリーの機能スクリーニングを行うためには、環状化ペプチド領域が切り出される必要があるが、TEVプロテアーゼとの融合体として発現し、TEVプロテアーゼの認識部位を環状化ペプチドの前後に導入し、TEV自身によって切り出されるような構築を作成する。
希土類金属間化合物NdCu_6の低温多重磁気相の研究

重フェルミオン化合物の典型として知られるCeCu_6と同晶形であるNdCu_6は常磁性と反強磁性相の約0.5Kというきわめて狭い温度範囲に三種の中間相を持っている。我々はこの中間相を単結晶試料を用い、磁場中比熱測定と磁場中交流磁率の測定によって、NdCu_6の低温多重磁気相における磁気モ-メントの運動を研究した。1磁場中比熱我々が既に報告しているようにNdCu_6の低温磁気多重相は約0.5Kの温度幅に4つの相が存在している。この各相間転移に伴う比熱のピ-ク温度の磁場依存性を、結晶の各軸方向に磁場を超伝導マグネットを用いて加え測定した。その結果得られた磁気相図の特徴は以下のとおりである。(1)H〓a軸の場合高温側の二相は4.5T以上の磁場中でも消失せず残りさらに高磁場まで続く。中間組は2Tで消失し高温側の相と一致する。当初報告では多重相は1.5Tで消失したが、その後結晶軸の選択がまちがってカットされていたことが判明した。その相図は全く異なっており、多重相は消失せずに3Tにおけるスピン・フロップ相に接続する二相と常磁性相と接する相の特徴的な二相に分類されることがわかった。すべての中間相が0.6Tで消失し、低温側のキャンテング反強磁性相が広い磁場領域で安定に存在する。2.交流帯磁率特に磁場をC軸に加えた場合に磁化率の変化は比熱の変化と良く似た変化を示す。これはフィシャ-関係で説明できる。結果は磁気モ-メントのC軸方向への傾きの異なる状態への逐次的相転移として説明できた。
完全静脈麻酔の全自動化に関する臨床薬理学的研究

経静脈的にすべての麻酔薬を投与する完全静脈麻酔においては、主たる静脈麻酔薬の血中濃度を一定に保つことが重要である。われわれが開発したドロペリドール、フェンタニール、ケタミンによる完全静脈麻酔(DFK)において、薬物投与をコンピュータにより全自動化するための基礎データを今回の研究で得た。主たる麻酔薬となるケタミンの血中濃度を一定にするためには、初回投与量2.0mg/kg、持続投与量2.0mg/kg/h以上が必要である。次にこの条件下での円滑な麻酔管理のために必要な血中フェンタニール濃度を2コンパートメントモデルおよび3コンパートメントモデルを用いたシミュレーションをコンピューターで推察すると、3-5ng/mlが必要であると算出された。実際の臨床例でフェンタニールの血中濃度を検討した結果、小手術では5-7μg/kg,中大手術では10-15μg/kgのフェンタニール投与で術中、術後を通した円滑な臨床経過をたどった。これらの症例について、ガスクロマトグラフィーで測定した血中濃度を検討した結果、やはり3-5ng/mlの範囲であった。以上からDFKにおける鎮痛薬であるフェンタニールの投与量は小手術では5-7μg/kg、中大手術では10-15μg/kgが妥当であると結論された。さらに効果部位の濃度(脳内濃度)をコンピュータにより推察することにより、薬物に対する反応性の個人差や、手術手技、手術侵襲による差異なども克服可能であり「完全静脈麻酔の全自動化への研究」の確実な発展が期待される。今回の研究結果は効果部位濃度推定の基礎データとして貴重なものである。われわれが開発中のドロペリドール、フェンタニール、ケタミンによる完全静脈麻酔(DFK)では主たる静脈麻酔薬はケタミンであり、ケタミンの血中濃度を一定に保つように計画した。単回投与時のコンピュータを用いた2コンパートメントモデルおよび3コンパートメントモデルによると、血漿ケタミン濃度1.0μg/mlを維持することが臨床麻酔上必要とされる血漿ケタミン濃度1.0μg/mlを維持するためには、初回投与量は1.05.1mg/kgと算出される。今回の臨床研究でわれわれは2.0mg/kgを初回量として投与し、1.0μg/ml近辺の血漿濃度を得た。また維持投与量についても、同様にコンピュータを用いたコンパートモデルからケタミンの血漿濃度1.0μg/mlを維持するためには1.01.66mg/kg/hと算出された。しかし術中の覚醒を予防するため、われわれはこれより多い2.0mg/kg/hrを投与し、血漿濃度0.71.2μg/mlを得た。この量では術中の覚醒は一例も見られていない。以上の知見は、われわれの開発したDFKにおいてはケタミンの初回投与量を2.0mg/kg、持続投与量2.0mg/kg/hするのが妥当であると考えられた。われわれが開発したドロペリドール、フェンタニール、ケタミンによる完全静脈麻酔(DFK)において、主たる麻酔薬となるケタミンの血中濃度を一定にするためには、初回投与量2.0mg/kg、持続投与量2.0mg/kg/hとするのが妥当であるとの結論を得た。次にこの条件下での円滑な麻酔管理のために必要な血中フェンタニール濃度を2コンパートメントモデルおよび3コンパートメントモデルを用いたシミュレーションをコンピューターで推察すると、3-5ng/m1が必要であると算出された。

実際の臨床例でフェンタニールの血中濃度を検討した結果、小手術では5-7μg/kg,中大手術では10-15μg/kgのフェンタニール投与で術中、術後を通した円滑な臨床経過をたどった。これらの症例について、ガス、マスクロマトグラフィーで測定した血中濃度を検討した結果、やはり3-5ng/m1の範囲であった。以上からDFKにおける鎮痛薬であるフェンタニールの投与量は小手術では5-7μg/kg、中大手術では10-15μg/kgが妥当であると結論された。
レーザ溶融による高温超伝導体単結晶の育成

高温超伝導酸化物は活性元素を含む包晶型物質で,その単結晶育成はfloating zone方式がよい.しかし,育成速度が遅いため長時間安定した浮遊帯の形式が要求されるが,この点が難しい.本研究では,CO_2レーザーを用いて超安定な浮遊帯を実現させ,この物質の結晶化を容易に行う.新しい装置の図を右に示す.(a):CO_2レーザー源,(b):永久磁石^*,(c):試料移動装置^*,(d):反射鏡,(e):レンズ系,(f):実体顕微鏡^*であり,簡単で使いやすい育成装置ができた.*印は,本科研費で購入した物品である.この装置で次の実験を行った.ErBa_2Cu_3O_xでは,融液が焼結原料棒に徐々に染み込み,zoneの幅が狭くなって長時間の育成に至らなかった.溶解・急冷原料棒の作成,レーザー焦点の絞りを強める,など工夫が必要である.Bi系(2212相)について,育成は原料棒3φ,出力17W,磁場3000Oe,回転速度300rpm,育成速度13mm/hの条件下で行い,融液は磁場の下で円周方向にのみ高速で強制回転により,長時間きわめて安定していた.結晶は1mm/hで育成した時,成長方向に長く伸びた0.3mm幅の結晶粒の集合組織を示した.3mm/hにすると粒の幅が細かくなった.この結晶を700°C・100h空気中でannealすると,Tc85Kを示し,Low Tc相であることが判明した.今後,二・三の工夫を加え,単結晶育成とその評価を本格的に行う.高温超伝導酸化物は活性元素を含む包晶型物質で,その単結晶育成はfloating zone方式がよい.しかし,育成速度が遅いため長時間安定した浮遊帯の形式が要求されるが,この点が難しい.本研究では,CO_2レーザーを用いて超安定な浮遊帯を実現させ,この物質の結晶化を容易に行う.新しい装置の図を右に示す.(a):CO_2レーザー源,(b):永久磁石^*,(c):試料移動装置^*,(d):反射鏡,(e):レンズ系,(f):実体顕微鏡^*であり,簡単で使いやすい育成装置ができた.*印は,本科研費で購入した物品である.この装置で次の実験を行った.ErBa_2Cu_3O_xでは,融液が焼結原料棒に徐々に染み込み,zoneの幅が狭くなって長時間の育成に至らなかった.溶解・急冷原料棒の作成,レーザー焦点の絞りを強める,など工夫が必要である.Bi系(2212相)について,育成は原料棒3φ,出力17W,磁場3000Oe,回転速度300rpm,育成速度13mm/hの条件下で行い,融液は磁場の下で円周方向にのみ高速で強制回転により,長時間きわめて安定していた.結晶は1mm/hで育成した時,成長方向に長く伸びた0.3mm幅の結晶粒の集合組織を示した.3mm/hにすると粒の幅が細かくなった.この結晶を700°C・100h空気中でannealすると,Tc85Kを示し,Low Tc相であることが判明した.今後,二・三の工夫を加え,単結晶育成とその評価を本格的に行う.
在宅高齢者に多い脱水症,熱中症等の暑熱障害の予防(暑熱時の水分出納および生活行動に基づくプログラムとその効果)

本研究は,健康な高齢者における暑熱障害予防プログラムの開発を目的とし,高齢者の水分出納と飲水行動,生活行動の特徴から、暑熱障害予防策を検討するものである.研究期間は2年間で,平成15年度は,水分出納と身体活動量や飲水行動、他の生活習慣等を調査し,水分出納や飲水行動に影響を及ぼす因子を抽出した.同16年度は,調査結果に基づきプログラムを作成し,試行した.以下がその結果である.1.暑熱障害の既往のない健康な高齢者における真夏時の生活行動と飲水行動は,活動面では比較的ゆったりと過ごし,それに見合った食事や水分を摂取し,暑さに対応した暮らしぶりが認められた.また,暑さ対策として,飲水量は「こまめにお茶や水を摂取」する者が多く,飲むタイミングに工夫を凝らした意図的な飲水を実践する者が多かった.暑さで外出を控える者は少ないが,帽子や日傘の使用者が多く,クーラー使用者は少ない.2.暑熱障害予防プログラムの中の飲水支援では,高齢者自身のライフスタイルの中に効果的に飲水行動を組み込むことが重要であり,効果的な飲水行動の実践のためには,(1)飲水への正しい知識を持てること,(2)自分の状況から飲水必要量を正確に見積もれること.(3)飲水摂取の時間帯を工夫し,必要な水分量を摂取できること,(4)要介護高齢者は,介護者が上記を十分考慮して対応すること等をプログラムのポイントとして指導する.3.暑熱障害予防プログラムの試行として,上記1.2をふまえ,健康な高齢者向けの「暑熱障害の予防」について講演を実施すると共に,コメディカルスタッフ向けの雑誌に飲水指導のあり方を掲載した.その評価としては,まだ十分な検討はできていない.現在のところ,飲水の必要性とその方法は理解できたという評価が多いが,実際の飲水行動につながっているかは,継続的な観察が必要であり,課題である.本研究は,健康な高齢者における暑熱障害予防プログラムの開発を目的とし,高齢者の水分出納と飲水行動,生活行動の特徴から、暑熱障害予防策を検討するものである.研究期間は2年間で,平成15年度は,水分出納と身体活動量や飲水行動、他の生活習慣等を調査し,水分出納や飲水行動に影響を及ぼす因子を抽出した.同16年度は,調査結果に基づきプログラムを作成し,試行した.以下がその結果である.1.暑熱障害の既往のない健康な高齢者における真夏時の生活行動と飲水行動は,活動面では比較的ゆったりと過ごし,それに見合った食事や水分を摂取し,暑さに対応した暮らしぶりが認められた.また,暑さ対策として,飲水量は「こまめにお茶や水を摂取」する者が多く,飲むタイミングに工夫を凝らした意図的な飲水を実践する者が多かった.暑さで外出を控える者は少ないが,帽子や日傘の使用者が多く,クーラー使用者は少ない.2.暑熱障害予防プログラムの中の飲水支援では,高齢者自身のライフスタイルの中に効果的に飲水行動を組み込むことが重要であり,効果的な飲水行動の実践のためには,(1)飲水への正しい知識を持てること,(2)自分の状況から飲水必要量を正確に見積もれること.(3)飲水摂取の時間帯を工夫し,必要な水分量を摂取できること,(4)要介護高齢者は,介護者が上記を十分考慮して対応すること等をプログラムのポイントとして指導する.3.暑熱障害予防プログラムの試行として,上記1.2をふまえ,健康な高齢者向けの「暑熱障害の予防」について講演を実施すると共に,コメディカルスタッフ向けの雑誌に飲水指導のあり方を掲載した.その評価としては,まだ十分な検討はできていない.現在のところ,飲水の必要性とその方法は理解できたという評価が多いが,実際の飲水行動につながっているかは,継続的な観察が必要であり,課題である.本研究は,健康な高齢者に対する脱水症,熱中症等の暑熱障害予防プログラムを開発することを目的とする。その主な内容は、暑熱環境下(夏期)とそうでない時期(冬期)における高齢者の水分出納と飲水行動,活動,休息,食事等の生活行動の特徴を明らかにし、生活の工夫で防げる暑熱障害予防策を検討するものである.研究期間は2年間として,初年度(平成15年度)は,水分出納と身体活動量や飲水行動、他の生活習慣等の調査を実施し、水分出納や飲水行動に影響を及ぼす因子を抽出することとした.以下がその結果である.1.健康な高齢者における真夏時の生活行動と飲水を含む食生活に関する調査自立した高齢者に対する暑熱障害予防プログラムの開発に向けての基礎的な資料を得るために,真夏時における高齢者の活動,飲水を含む食生活等の生活行動を検討した.調査の対象者は協力の得られた京都府K市在住の高齢者38名(女性30名・男性8名,平均年齢73.1歳)で,調査は8月初旬下旬に実施した.その結果,活動量での平均歩数は男(約6,400歩)・女(約7,200歩)間に有意差が認められず,個人差が大きい(約2,00014,000歩).生活活動強度は男女共(1.3)に活動強度区分I(低い)に該当した.食生活では,各栄養素の充足率では,男女共にエネルギー,タンパク質,糖・脂質は100120%であった。

エネルギー出納は,男女(1.1)共にやや高めであるが,特異動的作用等を考慮すると,ほぼ活動量に見合うエネルギー摂取がなされていた.総水分摂取量は男性約2.7リットル,女性2.6リットルであった.これらから,本対象者では,夏期の暑い時期に,活動面では比較的ゆったりと過ごし,それに見合った食事摂取,そして必要量が確保できる飲水行動をとるといった,暑さに対応した暮らしぶりが認められた.2.暑さ対策調査(夏期のみ実施)暑熱障害予防プログラムの作成に当たり,高齢者が実際に実施している暑さ対策を調査し,その結果をふまえることを目的に,自立した高齢者を対象者に質問紙調査を実施した.その詳細は現在分析中であるが,飲水方法の工夫や暑さに対応した生活の工夫など具体的な意見がみられた.平成16年度は初年度の結果に基づき,暑熱障害予防のための具体的なプログラムを作成し,それを実際に試行しながらプログラム評価を行う予定である.本研究は,健康な高齢者に対する脱水症,熱中症等の暑熱障害予防プログラムを開発することを目的とする.その主な内容は,高齢者の水分出納と飲水行動,活動,休息,食事等の生活行動の特徴を明らかにし、生活の工夫で防げる暑熱障害予防策を検討するものである.研究期間は2年間であるが,2年目の平成16年度は初年度の結果にデータを補完し,それらに基づき暑熱障害予防のための具体的なプログラムを作成し,それを実際に試行した.以下がその結果である.1.熱中症既往のない高齢者の夏季における暑熱に対する対処方法と飲水行動の調査を実施した結果,飲水量は1日約1リットルを「こまめにお茶や水を摂取」する者が多い.飲水は入浴後,食事中,運動後,起床時が多く,飲むタイミングに工夫を凝らし,意図的な飲水を実践する者が多かった.暑さで外出を控える者は少なく,外出時には帽子や日傘の使用者が多く,クーラー使用者は少ない.熱中症既往のない高齢者は意図的な飲水を心がける等,熱中症予防のための習慣が確立されていた.2.暑熱障害予防プログラムの作成のための基礎的調査の結果,飲水に限定すると,高齢者自身のライフスタイルの中にいかにして効果的に飲水行動を組み込めるかが予防プログラムの鍵となることが示唆された.そして,効果的な飲水行動の実践のためには,(1)飲水への正しい知識を持つこと,(2)自分の状況から飲水必要量を正確に見積もれること.(3)飲水摂取の時間帯を工夫し,必要な水分量を摂取できること,(4)自ら飲水できない要介護の高齢者にたいしては,介護者が上記を十分考慮し,対応すること等をプログラムのポイントとして,指導する.3.暑熱障害予防プログラムの試行として,上記1.2をふまえ,健康な高齢者向けの「暑熱障害の予防」について講演を実施すると共に,コメディカルスタッフ向けの雑誌に飲水指導のあり方についてを掲載した.その評価としては,まだ十分な検討はできていない.現在のところ,飲水の必要性とその方法は理解できたという評価が多いが,実際の飲水行動につながっているかは,継続的な観察が必要であり,課題である.
超音波エラストグラフィを用いた骨格筋機能測定法の開発と臨床応用

本研究の目的は、腱板断裂臨床例において萎縮および脂肪浸潤を呈した棘上筋をモデルに超音波エラストグラフィを用いて機能測定を行うこと、および新鮮解剖献体を用いて脂肪浸潤を呈した棘上筋のsubregion(骨格筋内における筋線維の走行や筋内神経支配を基に区分けした筋線維の束)毎に超音波エラストグラフィを用いて機能測定を行うことである。以上をもって、本研究は超音波エラストグラフィを用いた骨格筋機能測定法の開発と臨床応用を目指している。
重度障害者のための視線検出と事象関連脳電位を用いたインタフェースに関する基礎検討

重度な障害者のためのコミュニケーションシステムとして、視覚刺激BCIに視線情報を応用するシステムについて検討した。P300成分に基づく視覚刺激BCIにおいて、標的と注視位置の関係性を調べ、視線情報を加味することでBCIとして機能向上の可能性を見出した。また、視覚刺激のグループ化について提案した。本システムは視線入力インタフェースからBCIによるコミュニケーションへと利用者の状況の変化に対応できる可能性がある。1.視線入力インタフェースの事例構築と諸条件の検討視線文字入力インタフェース事例として画面表示した50音から所望する文字を見つめている視線を推定して文字入力するシステムの構築を進め、短文入力時で1文字当6秒での入力を確認した。これはUSBカメラにより撮影した顏画像のみを入力とする簡素な構成である。この事例においては、視線に関係する利用者、ディスプレイ、カメラの配置を考慮し、キャリブレーションに必要な情報の検討を進めた。2. ERP成分P300を応用したBCIの構築と脳波波形判別手法の検討まず、視覚刺激に基づくERP成分P300を応用したBCIの構築準備としてオドボール課題から実用的な多肢選択課題に至る評価システムを構築した。この評価システムには視線の同時計測機能の付加を進めている。また、従来手掛けていた聴覚刺激に基づくBCIシステムから得られた脳波波形に対し、利用者の意思を汲み取るインタフェースとして必要な脳波波形の統計的な処理や選択肢の判別方法について検討を行った。次年度以降は、両手法の融合化の課題に向けた諸条件の検討を進める。本研究の目的は重度な障害等により運動機能が著しく低下した人を対象としたコミュニケーション支援手般である視線入力と視覚刺激に基づく事象関連脳.電位を応用したBCI(Brain Computer Interface)との連携に関わる基礎的検討である。2年目に当たる23年度は視線入力と事象関連脳電位であるP300に着目したBCIの融合に関する次の項目について実施し、進捗及び成果は以下のとおりである。1.視線-P300同時計測による入力手法の検討視覚刺激に基づくP300成分と視線の関係を分析、評価するために、P300成分と顔画像を同期記録するシステムの構築を進めた。画面上の刺激呈示位置、脳波(P300成分)、顔画像に基づく視線情報を、計測後にオフライン処理として個別にデータ解析を行った。本システムにおいて、脳波と視線の関係を明確にするために視線情報の計測精度向上を進めている。2.P300応用BCIの注目刺激判別手法の精度向上の検討視覚刺激に基づくP300成分BCIの選択肢判別手法について、文献などで提案されている各種手法を基本として処理の複合化による判別精度向上の可能性を見出した。個人性が見受けられた結果においては、被験者の特徴と刺激呈示方法や判別手法の関係について分析を進めて、システム化のための課題である個人性への対応の可能性を検討する。3。融合システムの基礎検討視線、P300成分同時計測の試行を行い、両者の同時評価をオンラインで行うためのシステムの条件について課題を検討した。同時評価において視線、P300成分共に分析手法を集約してシステムの複雑さを軽減する必要がある。本研究は運動機能が著しく低下した障害者のコミュニケーションにおけるインタフェースとして、従来提案されている視覚刺激に基づく事象関連脳電位を応用したブレインーコンピュータインタフェース(BCI)と視線を用いる入力手段の融合に関する基礎的検討である。24年度は、両者の融合システムについて構築、評価を実施し、進捗及び成果は以下のとおりである。融合システムの構築においては、視覚刺激により誘発される事象関連脳電位(ERP)のP300成分を応用したBCIに対して利用時の顔画像を記録、解析する機能を付加したシステムの構築を進めた。視線情報を応用できる刺激方法としてディスプレイ上にグループ化した刺激を配置する手法を検討した。BCI課題遂行中の顔画像をオフライン処理で解析し、システム上の諸問題を明確にした。次に個別システムの要素技術の改善として、視線入力システムの要素技術としてERPに対して影響を与える瞬目について顔画像処理においても抽出し、視線入力システムの機能の一部となりうる随意性瞬目と不随意性瞬目の判別手法を構築した。BCIシステムにおいては、課題遂行中の利用者へのフィードバック機能について検討した。さらに、課題の明確化として、構築した融合システムではオンライン処理には至らず、機能的、システム的な改善点をあげた。本検討で、視覚刺激BCIにおいて不十分な注視状況下でのP300判別の可能性が見出され、目的とする刺激と視野の関係性を明らかにし、融合システム上での対応手法を考案することが課題となった。本システムで取得する脳波信号と顔画像などは情報量が多く、解析に時間を要している。また、被験者に過度な負担とならないように進行を調整しながら行っている。これらはあらかじめ考慮していたが、進捗の遅れの原因と思われる。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的を達成するために、脳波信号と視線情報の同時解析を実行するシステムを早急に構築すると共に、BCIとしての機能向上のためにフィードバック機能の付加を検討する。