hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医学領域の諸現象の数理モデルとその解析

(1)Allen-Cahn方程式に対する漸近解析の方法と符号付き距離関数を用いて、BMOアルゴリズムから直接的に平均曲率流方程式を導くような収束の証明を与えた(後藤陽子、小川卓克氏との共同研究)。(2)コンパクトで滑らかな平均曲率流の場合にBMOアルゴリズムの収束の速さを求め、それが最良であることを平面における円周の場合に示した。ともに雑誌に掲載予定である。内藤は運動性の活発なProteusu mirabilisを用い、数種類の固形培地、半流動培地および培養温度の違いによる運動性の相違について観察している。適当な条件を決定しデータの収集を行い、主に微生物の増殖を記述する不連続非線型項をもつような数理モデルの妥当性を考察している。星野は腫瘍血管新生に関連する反応拡散方程式系に対する解の構成および悪性腫瘍の浸潤現象のモデルに対する進行波解の解析について研究している。今年度は1998年にAnderson-Chaplainが提出した腫瘍血管新生をモデルとした未知関数が3つのモデルを一般化した系に対して、解の挙動の理論解析の準備や理論の説明に有効な(空間2次元の)シミュレーション例を有限要素法により作成した。同時に悪性腫瘍の浸潤現象のモデルに対しても数値計算を行い、興味ある挙動を示す解のシミュレーションを得ている。また今までに得られた結果(理論・数値計算)をシンポジウム等の研究集会において発表した。久保は今までの研究に継続して腫瘍血管新生に関連する反応拡散方程式系から導出される退化型双曲型方程式の解の構成と漸近挙動について、特に初期値の形状が定数状態からの摂動が小さい場合に対してガレルキンの方法を適用して考察している。石井は昨年に続けてBence-Merriman-Osherによって考案された平均曲率流の近似計算アルゴリズム(BMOアルゴリズム)について研究し、特に今年度はBMOアルゴリズムの最良の収束の速さを求めた。内藤はこれまでと同様に運動性の活発なProteusu mirabilisを用いて、数種類の固形培地、半流動培地および培養温度の違いによる運動性の相違について観察している。
トロンボポエチン惹起情報伝達機構の解明

最近、巨核球増殖、分化誘導因子であるトロンボポエチン(TPO)のcDNAがクローニングされ、TPOにin vivo、in vitroにおける巨核球増殖促進、分化誘導、血小板数増多作用があることが判明している。われわれは主としてヒト血小板を用いて巨核球増殖、分化誘導因子であるトロンボポエチン(TPO)の情報伝達機構について解析を行い、国内外を通じて先駆的業績を挙げてきたが、本研究を通じてその成果を拡大した。即ち、SH2,SH3アダプター蛋白が、ヒト血小板でもTPO依存性にチロシン燐酸化されるが、それとは別に、血小板特異的なカルシウムイオン濃度の上昇や蛋白キナーゼC活性化依存性にチロシン燐酸化されることを報告した。われわれは以前、慢性骨髄性白血病(CML)患者の血小板で正常血小板にはほとんど認められない39kDaのチロシン燐酸化蛋白が癌遺伝子産物crkl(SH2,SH3アダプター蛋白)であることを証明したが、本研究では、さらに正常血小板においてTPO刺激下にチロシン燐酸化された転写因子STAT5とSH2ドメインを介して結合することを証明した。また、crkl-Stat5の結合がIL-3、GM-CSF、エリスロポエチンなどによっても惹起されることも報告した。stat蛋白はチロシン燐酸化をうけて、homodimerないしはheterodimerを形成し、核に移行することが知られてるが、われわれはさらにゲルシフトアッセイで、crkl-STAT5複合体が核でDNAと結合する能力を保持していることを報告した。これはSH2,SH3アダプター蛋白としては全くあらたな報告であると同時にSTAT5-DNA複合体に他の蛋白が含有されているとする言う点からも注目に値する新知見である。さらにわれわれは正常細胞としてはじめて血小板Wiskott-Aldrich蛋白がコラーゲン刺激で強くTPOで弱くチロシン燐酸化されること、ならびにTPOの分解酵素としてトロンビンをはじめて同定した。以上、本研究では当初の目的通り当該分野を国内外でリードする成果を挙げた。我々は慢性骨髄性白血病(CML)患者の血小板で正常血小板にはほとんど認められない39kDaのチロシン燐酸化蛋白が正常血小板に比して著明に存在していることを認め,この異常蛋白を癌遺伝子産物crkl(SH2,SH3アダプター蛋白)であることを証明し以前に報告済みである(Blood88:4303-4313,1996).我々のこの報告までcrklはいままで,血球細胞をサイトカインや造血因子により刺激しても全くチロシンリン酸化を受けず,CMLの病因に関連するチロシンリン酸化酵素bcr-ablの特異的な基質であるとされていた.われわれは正常血小板およびc-Mpl発現FDCP-2細胞においてトロンボポエチン刺激下にチロシンリン酸化されることと、このcrklが分子量約97kDaのチロシン燐酸化蛋白と結合することを認めた.平成9年度,われわれはこの分子量約97kDaの蛋白が転写因子Stat(Signal Transducers and Activators of Transcription)5であることを複数の特異抗体を用いて確認し,しかもこの現象がinterleukin 3(IL-3)やエリスロポエチンの情報伝達系においても認められることを証明した.有核細胞をTPO,IL-3,やエリスロポエチンにより刺激した際に,crklは活性化したStat5とともに核に移行することも認めた.

GST-crklのtruncation mutantを作製しTPOをはじめとするサイトカイン刺激下におけるcrkl-Stat5複合体に関与するのがcrklのSH(src homology)2部位であり,STAT5のチロシンリン酸化を要することを証明した.また,これらの研究と並行して血小板においてVavが血小板特異的機序でチロシンリン酸化を受けること(Blood89:2789-2798,1997),またトロンビンがトロンボポエチンを切断することを証明し報告した(Proc Natl Acad Sci USA 94:4669-4674,1997).最近、巨核球増殖、分化誘導因子であるトロンボポエチン(TPO)のcDNAがクローニングされ、TPOにin vivo、in vitroにおける巨核球増殖促進、分化誘導、血小板数増多作用があることが判明している。われわれは主としてヒト血小板を用いて巨核球増殖、分化誘導因子であるトロンボポエチン(TPO)の情報伝達機構について解析を行い、国内外を通じて先駆的業績を挙げてきたが、本研究を通じてその成果を拡大した。即ち、SH2,SH3アダプター蛋白が、ヒト血小板でもTPO依存性にチロシン燐酸化されるが、それとは別に、血小板特異的なカルシウムイオン濃度の上昇や蛋白キナーゼC活性化依存性にチロシン燐酸化されることを報告した。われわれは以前、慢性骨髄性白血病(CML)患者の血小板で正常血小板にはほとんど認められない39kDaのチロシン燐酸化蛋白が癌遺伝子産物crkl(SH2,SH3アダプター蛋白)であることを証明したが、本研究では、さらに正常血小板においてTPO刺激下にチロシン燐酸化された転写因子STAT5とSH2ドメインを介して結合することを証明した。また、crkl-Stat5の結合がIL-3、GM-CSF、エリスロポエチンなどによっても惹起されることも報告した。stat蛋白はチロシン燐酸化をうけて、homodimerないしはheterodimerを形成し、核に移行することが知られてるが、がわれわれはさらにゲルシフトアッセイで、crkl-STAT5複合体が核でDNAと結合する能力を保持していることを報告した。これはSH2,SH3アダプター蛋白としては全くあらたな報告であると同時にSTAT5-DNA複合体に他の蛋白が含有されているとする言う点からも注目に値する新知見である。さらにわれわれは正常細胞としてはじめて血小板Wiskott-Aldrich蛋白がコラーゲン刺激で強ぐTPOで弱くチロシン燐酸化されること、ならびにTPOの分解酵素としてトロンビンをはじめて同定した。以上、本研究では当初の目的通り当該分野を国内外でリードする成果を挙げた。
縮合型タンニンのウレタン化反応と生分解の機構

(i)触媒としてDABCO(1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン)とDBTDL(ジ-n-ブチル錫ジラウリン酸)を用い、タンニンモデル化合物と等モルのフェニルイソシアナート(PI)を反応せしめ、反応初速度を求めた。その結果,DABCOはカテコール型及びレゾルシノール型水酸基のウレタン化に触媒活性を示が,DBTDLはアルコール性水酸基に効果を示すことが明らかになった。(ii)やや複雑なモデル化合物として(+)カテキンを選択し、反応生成物を精査した。その結果、DABCO触媒存在下では先ずカテキンのB環水酸基が反応し、PI投与量を増し反応時間を長くすれば、A環水酸基も反応した。しかし、3-位のアルコール性水酸基はDABCO触媒の存在下では生成しなかった。一方、DBTDL触媒を用いた場合にはカテキン-ジブチル錫錯体の形成のため、反応性は著しく低下することを明らかにした。この知見に基づき、カテコール水酸基をブロックした後にDBTDL触媒存在下に反応させ、全水酸基をウレタン化することができた。(iii)スギ樹皮タンニンの液化のため、ポリエチレングリコール400中で亜硫酸水素ナトリウム水溶液による処理を開発した。反応温度250Cにおいて、内・外樹皮ともに高い液化率が得られたが、リグニン含量の多い外樹皮では長時間の処理でリグニン・タンニンの再縮合が生じた。処理時に、外樹皮中の縮合型タンニンの少なくとも一部は芳香核単位まで分解することが示された。スギ樹皮の液化物の水酸基価測定法として、錫-アミンの混合触媒を用いるイソシアナート法を開発、得られる水酸基価に基づいて樹皮液化混合物から比較的低密度のウレタンフォームが調製可能であった。(i)タンニンモデル化合物からのウレタン合成:単純モデル化合物として本年度は、縮合型タンニン構成単位のA,B,C各環にそれぞれ対応する5-メトキシレゾルシノール(MR),3,4-ジヒドロキシトルエン(DT),2-フェニルエタノール(PE)を選択し,これらとフェニルイソシアナートとの反応生成物を単離しその化学構造を明らかにした.その結果,MRから3-メトキシ-5-フェニルカルバモイルフェノール(MRU-1)と3,5・ジフェニルカルバモイルアニソール(MRU-2)が,DTからは3-ヒドロキシ-4-フェニルカルバモイルトルエン(DTU-1)と3,4-ジフェニルカルバモイルトルエン(DTU-2)が,そしてPEからフェネチルフェニルウレタン(PEU)がそれぞれ生成した.(ii)ウレタン化反応速度に関与する触媒活性の解明:上のモデル化合物と触媒を無水アセトニトリルに溶かし,撹拌しながら等モルのPIを添加して反応を開始した.経時的に反応液を採取してリン酸緩衝液で希釈して反応を停止した.HPLCによって生成物濃度を測定し,三次式を用いた近似方により反応初速度を算出した.触媒としてDABCO (1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane)とDBTDL (di-n-butyltindilaurate)を用いた。その結果,DABCOはカテコール及びレゾルシノール型のフェノール性水酸基のウレタン化に触媒活性を示すのに対し,DBTDLはアルコール性水酸基に効果を示すことが明らかになった。この知見は,タンニンからのPUF合成に際しの特定の水酸基が優先的に反応する条件の設定に寄与すると期待される。(iii)さらにタンニン由来ポリウレタンの加水分解速度に関しても興味ある知見を得ており、タンニンとジアミン(ジイソシアナートの原料)の回収の可能性を示した。

スギ樹皮の液化物の水酸基価測定法として、錫-アミンの混合触媒を用いるイソシアナート法を開発、得られる水酸基価に基づいて樹皮液化混合物から比較的低密度のウレタンフォームが調製可能であった。(i)タンニンモデル化合物の反応:本年度は、やや複雑なモデル化合物として縮合型タンニンの典型的構成単位に相当する(+)カテキンを選択し,触媒としてDABCO(1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン)又はDBTDL(ジ-n-ブチル錫ジラウリン酸)を用いて,フェニルイソシアナート(PI)との反応生成物の化学構造を明らかにした.その結果,DABCO触媒存在下に当モルのPIを用いた場合には先ずカテキンのB環水酸基が反応した3'-O-フェニルカルバモイルカテキン(CU-1a)と4'-O-フェニルカルバモイルカテキン(CU-1b)が生成し,PI投与量を増せば3',4'-ジ-O-フェニルカルバモイルカテキン(CU-2)が単離された.さらにPI投与量を増し反応時間を長くしたところA環も反応した3',4',5-トリ-O-フェニルカルバモイルカテキン(CU-3a),3',4',7-トリ-O-フェニルカルバモイルカテキン(CU-3b)及び3',4',5,7-テトラ-O-フェニルカルバモイルカテキン(CU-4)が生成した.しかし,ペンタ-O-フェニルカルバモイルカテキン(CU-5)はDABCO触媒を用いた条件下では生成しなかった.一方DBTDL触媒を用いた場合にはカテキンの反応性は著しく低下した.この原因は,錫に等モルのカテコール構造が配位したカテキン-ジブチル錫錯体の生成にあることを明らかにした.この知見に基づき,カテコール水酸基をブロックしたCU-4をDBTDL触媒存在下に反応させ,CU-5を生成させることができた.(ii)スギ樹皮の液化について検討し、ポリエチレングリコール中で亜硫酸水素ナトリウムと反応せしめ,縮合型タンニンを多量に含む外樹皮の液化率約70%を達成した.この樹皮液化物からポリウレタンフォームを調製する技術の可能性を示した。1)スギ樹皮タンニンの効率的な液化法の開発ポリエチレングリコール400中で亜硫酸水素ナトリウム水溶液によるスギ樹皮の液化(PEG・バイサルファイト処理)を行い、可及的高い液化率を達成するための条件の最適化を試み、以下の結果を得た。A.亜硫酸水素ナトリウム水溶液の濃度を4%、液化処理時間を30分に設定し、反応温度を変えてPEG・バイサルファイト処理を行った際には、250Cにおいて、内・外樹皮ともにある程度高い可溶化率を得ることができ、リグニンやタンニンの再縮合も著しくないことが示唆された。内樹皮では反応時間が長いほどよく可溶化されたが、外樹皮は長時間の処理でリグニン・タンニンの再縮合が生じることが示唆された。リグニン含量の多い外樹皮では亜硫酸水素ナトリウムが高濃度であるほど可溶化率が向上し、残渣のKlasonリグニン量も減少した。B.スギ外樹皮のグリコール・バイサルファイト処理生成物の酢酸エチル可溶部のGC-MS分析では、カテコールの生成が確認され、quebracho tanninの場合にもカテコールとフロログルシノールの生成が確認され、樹皮中の縮合型タンニンの少なくとも一部は芳香核単位まで分解することが示された。2)タンニンウレタンの調製と物性解析PEG・バイサルファイト処理条件の最適化により得られたスギ樹皮の液化物の水酸基価測定法について検討した。その結果、既知の無水フタル酸又は無水酢酸によるエステル化に基づく方法は液化物の水酸基価を正しく表さないことが判明し、錫化合物とアミンの混合触媒を用いるイソシアナート法を開発した。かくして得られる水酸基価に基づいて樹皮液化混合物から比較的低密度のウレタンフォームが調整可能であることが示された
都市再生のための高信頼性交通ネットワークシステムの構築

本研究は,都市活動量の増進に資する高い信頼性を有する交通ネットワークシステムの整備・運用のあり方について検討することを目的としており,そのために,1)都市再生に資する交通ネットワークシステムのあり方検討,2)ネットワーク信頼性概念を用いた道路整備計画の事前評価手法の開発,3)信頼性概念による道路整備計画の事後評価手法の開発,4)最適交通システム整備水準モデルの構築を行った.以下に概要を簡単に示す.1)については,都市の再生に寄与する交通ネットワークシステムの構成に関する基礎的検討を行った.吸収マルコフ過程の考え方を利用して,交通システムの整備方策が都市再生にどのような影響を及ぼすか分析した.整備方策としては,都市外郭部の環状方向交通システムの整備,ノードで代表される都市内各ゾーンの魅力度向上施策(例えば交通結節点の重点整備)ならびに重点整備すべきノードの選択・配慮などを対象とした.2)について,ネットワーク整備計画策定時における時間信頼性の評価手法について検討した.比較的計算のための情報が少なく,一意に解を導出可能な均衡配分理論に基づく評価を行った.利用者均衡配分に対する感度分析手法を応用し,時間信頼性の観点から交通ネットワークの整備・容量増強計画を評価するための方法論を提案した.3)に関しては,道路交通ネットワークを主対象とし一部リンクに設置された検知器の交通量データを入力として,時間信頼性を定量的に評価するための方法論について検討した.非観測リンクの交通量変動の補完法が重要となるが,その方法としてPath Flow Estimatorを利用する方法を構築した.4)は,ネットワークの連結並びに時間信頼性の最大化を目的関数とし,環境容量,ネットワーク整備に導入可能な資源を制約条件とする数理最適化問題を定式化することにより最適な整備水準を算出モデルを構築するために,整備水準モデル構築を2レベル最適化問題として定式化することを考え,その解法について検討を加えた.本研究は,都市活動量の増進に資する高い信頼性を有する交通ネットワークシステムの整備・運用のあり方について検討することを目的としており,そのために,1)都市再生に資する交通ネットワークシステムのあり方検討,2)ネットワーク信頼性概念を用いた道路整備計画の事前評価手法の開発,3)信頼性概念による道路整備計画の事後評価手法の開発,4)最適交通システム整備水準モデルの構築を行った.以下に概要を簡単に示す.1)については,都市の再生に寄与する交通ネットワークシステムの構成に関する基礎的検討を行った.吸収マルコフ過程の考え方を利用して,交通システムの整備方策が都市再生にどのような影響を及ぼすか分析した.整備方策としては,都市外郭部の環状方向交通システムの整備,ノードで代表される都市内各ゾーンの魅力度向上施策(例えば交通結節点の重点整備)ならびに重点整備すべきノードの選択・配慮などを対象とした.2)について,ネットワーク整備計画策定時における時間信頼性の評価手法について検討した.比較的計算のための情報が少なく,一意に解を導出可能な均衡配分理論に基づく評価を行った.利用者均衡配分に対する感度分析手法を応用し,時間信頼性の観点から交通ネットワークの整備・容量増強計画を評価するための方法論を提案した.3)に関しては,道路交通ネットワークを主対象とし一部リンクに設置された検知器の交通量データを入力として,時間信頼性を定量的に評価するための方法論について検討した.非観測リンクの交通量変動の補完法が重要となるが,その方法としてPath Flow Estimatorを利用する方法を構築した.4)は,ネットワークの連結並びに時間信頼性の最大化を目的関数とし,環境容量,ネットワーク整備に導入可能な資源を制約条件とする数理最適化問題を定式化することにより最適な整備水準を算出モデルを構築するために,整備水準モデル構築を2レベル最適化問題として定式化することを考え,その解法について検討を加えた.研究初年度である本年度においては,以下の3テーマを実施した.1、土地利用と交通ネットワークの相互作用関係,交通ネットワーク信頼性に関する文献調査既往の研究資料・文献に基づき,交通ネットワークと土地利用の相互作用関係,交通ネットワーク信頼性の評価指標に関する研究動向,ならびに適用事例の把握を行った.各ネットワーク信頼性評価指標の特徴ならびに問題点を整理するとともに,交通ネットワークの整備・運用の効果を推定する上での時間信頼性指標の持つ意義についてまとめた.2、交通ネットワーク整備の都市再生への貢献に関する検討都市の再生に寄与する交通ネットワークシステムの構成に関する基礎的検討を行った.吸収マルコフ過程の考え方を利用して,交通システムの整備方策が都市再生にどのような影響を及ぼすか分析した.整備方策としては,都市外郭部の環状方向交通システムの整備,ノードで代表される都市内各ゾーンの魅力度向上施策(例えば交通結節点の重点整備)ならびに重点整備すべきノードの選択・配慮などを対象とした.3、ネットワーク信頼性概念を用いた道路整備計画の事前評価手法の開発ネットワーク整備計画策定時における時間信頼性の評価手法について検討した.比較的計算のための情報が少なく,なおかつ一意に解を導出可能な均衡配分理論に基づく評価を行った.具体的には,利用者均衡配分に対する感度分析手法を応用し,時間信頼性の観点から交通ネットワークの整備・容量増強計画を評価するための方法論を提案した.このモデルを用いて,具体の道路ネットワークを対象として数値計算例を行い,その計算結果より,方法論の特長・適用限界を検討した.研究最終年度である平成16年度は,以下の点について検討を進めた.1)信頼性概念による道路整備計画の事前評価手法の開発

道路交通ネットワークを主対象とし,一部リンクに設置された検知器の交通量データを入力として,時間信頼性を定量的に評価するための方法論について検討した.非観測リンクの交通量変動の補完法が重要となるが,そのための方法としてPath Flow Estimatorを利用する方法を構築した.2)最適交通システム整備水準モデルの構築都市再生の定義を都市内の回遊性が高まり,都市内各ゾーンへの集中交通量が増加することとした.その一方,交通混雑並びに環境の悪化を極力防止すべきである.また冗長なネットワーク整備が信頼性を向上させることは自明であるが,低成長時代の我が国では,交通ネットワーク整備に投入できる資源・財源も厳しく限定されている.そのため,環境への影響や予算制約など限られた条件の下で最も効果が期待できる整備計画を探求する必要がある.本課題では,多種多様な交通モードの有機的連携を視野に入れつつ,ネットワークの連結並びに時間信頼性の最大化を目的関数とし,環境容量,ネットワーク整備に導入可能な資源を制約条件とする数理最適化問題を定式化することにより,最適な整備水準を算出モデルの構築を試みる.そのために,整備水準モデル構築を2レベル最適化問題として定式化することを考え,その解法について検討を加えた.3)研究成果の公表および課題の整理上記の研究成果を基礎として,都市の再生に資する高信頼性型交通ネットワークシステムの最適構成ならびに運用方策のありかたについて考察を深める.本課題の遂行により得られた研究成果を整理し,国内外の学会で研究成果を公表し,他の研究者と議論を深め,残された課題を明確にすることによって本研究の総括とした.
小頭症および大頭症の病態メカニズムの解明と治療法の探索

小児の2%にも及ぶ神経発達障害は、現代社会において多くの問題を引き起こしている。神経発達障害には、小頭症や大頭症のほか、知的障害や注意欠陥多動性障害、自閉症などの様々な症状がみられ、多くの患者で複数の症状が混在してみられる。これまでの研究によって、神経発達障害の症状のうち、知的障害や自閉症などに対する研究成果は多数報告され、治療法の確立へ向けて進展している。しかし、小頭症や大頭症など脳の大きさに異常をきたす症状への治療法は全く無く、その病態も未解明な部分が多い。神経発達障害の原因遺伝子として、現在までに多くの遺伝子が同定されているが、そのうちの一つとしてKdm5c / Jarid1cが知られている。Kdm5c遺伝子変異によって知的障害を伴う脳の大きさの異常が引き起こされるが、興味深いことに小頭症と大頭症の両方の患者が報告されている。そこで、Kdm5c遺伝子変異による脳の大きさの異常を分子レベル、細胞レベル、個体(マウス)レベルで解析し、その病態メカニズムを解明することを目的として、本研究課題を実施している。これまでに、私たちの研究グループは新たにKdm5cノックアウトマウス(エクソン11欠損マウス)を作出し、様々な行動解析等を行った。その結果として、知的障害、過剰な攻撃行動、運動学習障害や小頭症を呈することが明らかとなった。既に、そのマウスの脳組織を用いたRNA-seqも一部実施しており、現在解析を進めている。また、新たなKdm5cの結合蛋白質の同定も試みており、神経幹細胞の増殖や分化に関与する新たな結合蛋白質の候補を幾つか捉えつつある。2018年度は研究代表者の移動に伴う引越しがあったために、当初の実験計画よりやや遅れが生じた。小頭症の解析については順調に進歩しているが、大頭症の解析については、予定より遅れが出ている。2019年度は、小頭症に関しては、Kdm5cノックアウトマウス(エクソン11欠損マウス)を用いたRNA-seqの解析データから神経幹細胞の増殖・分化に関わる遺伝子の発現変動を捉え、なお且つ、増殖・分化を制御している新たなKdm5cの結合蛋白質の同定を試みる。また、大頭症に関しては、2018年度に達成できなかったモデル細胞の樹立を試みる。
解糖酵素アルドラーゼとリン酸化タウとの相互作用の解析

リン酸化タウはアルドラーゼに結合し、酵素活性を阻害することを明らかにした。リン酸化タウは脱リン酸化タウに比べアルドラーゼにより結合し酵素活性も低下させた。このことよりリン酸化タウ蓄積は解糖障害をきたし、神経細胞変性を惹起させる可能性があることが分かりリン酸化タウ蓄積による新たな神経細胞死機構を明らかにした。異常リン酸化タウとアルドラーゼA,Cとの相互作用を解析することを本研究の目的とした。主要な課題としてリン酸化タウがアルドラーゼA,Cの酵素活性を阻害し神経細胞変性・死を引き起こすかを重点的に検討する。1)免疫沈降反応を用いたリン酸化タウとアルドラーゼA,Cとの結合についての検討タウオパチー(アルツハイマー病、進行性核上性麻痺、皮質基底核変性症、ピック病、FTDP-17)、健常人凍結剖検脳から抗タウ抗体、抗リン酸化タウ抗体、抗アルドラーゼA,C抗体(SantaCruz)を用いて免疫沈降を行った。免疫沈降物を抗タウ抗体、抗リン酸化タウ抗体、抗アルドラーゼA,C抗体によるウェスタンブロットを行いリン酸化タウとアルドラーゼA,Cが結合しているか検討した。リン酸化タウはアルドラーゼA,Cにより多く結合した。2)剖検脳、リン酸化タウ発現細胞でのアルドラーゼA,Cの発現量、細胞内局在の検討免疫組織化学による検討タウオパチー、健常人剖検脳において抗タウ抗体、抗リン酸化タウ抗体、抗アルドラーゼA,C抗体による免疫組織染色を行った。神経原線維変化が存在する細胞においてアルドラーゼA,Cの明らかな発現量の変化、細胞内局在の変化は認められなかった。3)リン酸化タウのアルドラーゼAC活性に与える影響合成アルドラーゼ蛋白質にりン酸化タウ、タウを加え、アルドラーゼ酵素活性が低下するか検討した。アルドラーゼ酵素活性はリン酸化タウ存在下で20-30%低下した。この結果よりリン酸化タウはアルドラーゼA,Cと結合しアルドラーゼ酵素活性を低下させることが明らかになった。平成20年度はin vivoの実験を行っていく。異常リン酸化タウとアルドラーゼA, Cとの相互作用を解析することを本研究の目的とした1)免疫沈降反応を用いたリン酸化タウとアルドラーゼA, Cとの結合についての検討アルツハイマー病、進行性核上性麻痺、皮質基底核変性症、ピック病、FTDP-17、健常人凍結剖検脳から抗タウ抗体、抗リン酸化タウ抗体、抗アルドラーゼA, C抗体を用いて免疫沈降を行い免疫沈降物を解析した。アルドラーゼA, Cともに脱リン酸化タウよりリン酸化タウに結合することが分かった。特にアルツハイマー病由来のリン酸化タウと結合した。2)剖検脳、リン酸化タウ発現細胞でのアルドラーゼA, Cの局在の免疫組織化学による検討タウオパチー、健常人剖検脳において抗タウ抗体、抗リン酸化タウ抗体、抗アルドラーゼA, C抗体による免疫組織染色を行ったが各疾患におけるアルドラーゼ局在に明らかな違いは認められなかった。3)リン酸化タウのアルドラーゼA, C活性に与える影響アルツハイマー病患者剖検脳より精製したリン酸化タウ、脱リン酸化タウ、アルブミンの存在下においてアルドラーゼA, Cの酵素活性を測定した。リン酸化タウによりアルドラーゼ酵素活性は低下した。1mMリン酸化タウでは1mM脱リン酸化タウに比し70%程度酵素活性が低下した{意義}本研究においてアルツハイマー病に存在するリン酸化タウにより解糖酵素アルドラーゼ活性が低下することが明らかになった。アルツハイマー病における神経細胞変性の原因の一つとしてアルドラーゼ活性低下によるエネルギー欠乏が推測された。
自然環境中のバイオフィルムの構造と機能-光という新たな視点-

琵琶湖の北湖及び南湖から2-3ヶ月に一度,約2年間にわたった経時的にバイオフィルムサンプルを採取し,微生物フロラの季節変動を調べた.16S rDNA用のプライマーを用いてPCR-DGGEをおこなった結果,バイオフィルムサンプルではcyanobacteria, Actinobacteria, α-,β-,γ-proteopbacteriaさらにCFB groupに属するバクテリアが検出された.また,データベース上にUnculturedとして登録されている菌株が比較的多く検出されたことから,バイオフィルムには未分離,未同定の未知のバクテリアが存在している可能性が高い.真核用のプライマーを用いると,緑藻類や珪藻類といった一次生産者のグループが高頻度に検出された.さらに,繊毛虫類やミジンコなどの後生生物に分類される微生物も多く検出された.後生生物はバクテリアや微細藻類を捕食するグループであり,それらがバイオフィルム中に多数棲息することは捕食によってバクテリアの群集構造に影響を与えている可能性がある.さらに二重バイアル法を用いてグルコース無機化活性の季節変動を明らかにした.その結果,北湖,南湖ともに春から初夏に採取したサンプルは光を照射することでグルコース無機化活性が大きくなり、逆に夏期のサンプルでは光を照射すると活性は減少した。ヨシ群生地の現場では水温が春から夏にかけて上昇するとともに、光量も春から初夏にかけて増加する傾向にある.しかし,夏以降ヨシの生長にともないバイオフィルムに到達する光の量は減少することがわかっている.これは棲息する微生物フロラが変化し,微細藻類などの光合成微生物と従属栄養性細菌の相互作用も変化しているのではないかと考えられる.実際PCR-DGGEによる解析から微細藻類のフロラが季節変動することが確認されている.以上の結果からバイオフィルムの構造や活性に光が重要な役割を果たしている可能性があることが明らかになった.自然環境中のバイオフィルムにはバクテリアのみならず、微細藻類や真菌類、またそれらを捕食するような原生動物といった様々な微生物が生息している。しかし、このような複雑な微生物の集合体を総体としてとらえ、微生物学的な見地にたった研究手法はほとんど確立されていない。そこで、まずPCR-DGGE法を用いた群集構造解析を行うことを試みた。琵琶湖に群生しているヨシの茎の水中部分を採取し、バイオフィルムサンプルを採取した。このサンプルからDNAを抽出し、原核生物と真核生物用のプライマーセットを用いてPCR-DGGEを行った。この結果得られるバンドのシークエンスを解析することで微生物の属種を明らかにした。16SrDNAをターゲットとした原核生物用のプライマーを用いるとActinobacteria、シアノバクテリア、α、β、γプロテオバクテリア、CFBグループに分類される広範囲にわたるバクテリアが検出された。その中でも特にα、βプロテオバクテリアの割合が高く、この傾向はすでにバイオフィルムサンプルから多数(約150菌株)分離培養しているバクテリアのフロラの特徴とも一致していた。一方、18SrDNAをターゲットにした真核の微生物としては緑藻類や珪藻類などの一次生産者と呼ばれるグループだけでなく、原生動物や真菌類などが検出された。以上の結果は2004年8月にメキシコで行われた国際微生物生態学会でポスター形式で発表した。さらに、2004年11月に仙台で行われた日本微生物生態学会にてポスターおよび口頭発表の両形式で報告した。今後は琵琶湖の北湖と南湖の特徴のある地点に定点を設け、定期的に調べることで微生物フロラの季節変動を明らかにする予定である。また、^<14>Cでラベリングしたグルコースや炭酸ナトリウムの代謝活性を測定することでバイオフィルム中の微生物の機能という点についても明らかにしつつある。ヨシ群生地の現場では水温が春から夏にかけて上昇するとともに、光量も春から初夏にかけて増加する傾向にある.しかし,夏以降ヨシの生長にともないバイオフィルムに到達する光の量は減少することがわかっている.これは棲息する微生物フロラが変化し,微細藻類などの光合成微生物と従属栄養性細菌の相互作用も変化しているのではないかと考えられる.

実際PCR-DGGEによる解析から微細藻類のフロラが季節変動することが確認されている.以上の結果からバイオフィルムの構造や活性に光が重要な役割を果たしている可能性があることが明らかになった.
光ナノ構造がシリコンからの発光に及ぼす効果の基礎研究

シリコンは電子デバイスに最も広く用いられている半導体であり,環境にやさしく豊富な材料である.しかし,シリコンからの発光は格子振動を介在する間接遷移型であるため,一般に効率が低く,発光デバイスには用いられていない.本研究では,研究代表者らが世界に先駆けて発光制御の基本原理実証に成功してきたフォトニック結晶・光ナノ共振器といった光ナノ構造をシリコンへ導入した.その結果,光ナノ構造のない参照構造と比べ,数百倍程度のシリコンからの発光の増大が観察された.また,光ナノ構造を強く励起した際のシリコン特有の新たな発光増強のメカニズムの可能性および,表面処理による発光に競合する非発光過程の抑制と発光のさらなる増強も見いだされ,光ナノ構造がシリコンからの発光効率の改善に有用であることが示された.シリコンは電子デバイスに最も広く用いられている半導体であり,環境にやさしく豊富な材料である.しかし,シリコンからの発光は格子振動を介在する間接遷移型であるため,一般に効率が低く,発光デバイスには用いられていない.本研究では,研究代表者らが世界に先駆けて発光制御の基本原理実証に成功してきたフォトニック結晶・光ナノ共振器といった光ナノ構造をシリコンへ導入した.その結果,光ナノ構造のない参照構造と比べ,数百倍程度のシリコンからの発光の増大が観察された.また,光ナノ構造を強く励起した際のシリコン特有の新たな発光増強のメカニズムの可能性および,表面処理による発光に競合する非発光過程の抑制と発光のさらなる増強も見いだされ,光ナノ構造がシリコンからの発光効率の改善に有用であることが示された.本研究は,材料の電子物性を超えた発光現象の根本的な制御が期待される光ナノ構造を,電子デバイスに最も広く用いられている半導体材料であるが,間接遷移型ゆえ,発光割合が極めて小さいという問題点があるシリコンへ導入した場合の発光状態を観察し,理論と比較していくことで,光ナノ構造がシリコンからの発光に与える効果を明らかにしていくことを目的としている.本年度は,最も基本的な光ナノ構造のひとつである,円孔三角格子2次元フォトニック結晶スラブ構造と3個埋め点欠陥光ナノ共振器を主な対象とし,研究を進めた.フォトニック結晶の格子定数を系統的に変化させてフォトルミネッセンス測定を行うことにより,格子定数を媒質内波長に一致させたときには面内共振による発光の増強およびスラブ面垂直方向の回折作用が同時に起こり,格子定数が波長よりも大きいときには多重回折効果でスラブ外に光が効果的に取り出され,シリコンのバンド間遷移にあたる波長1.1μm帯の発光が,数10倍程度増大することが確認された.一方,光ナノ共振器をシリコンスラブに導入すると,共振器内でのシリコンと光の相互作用の増大等により,発光特性の大幅に向上が期待される.フォトルミネッセンス測定で観察された共振モードにおいて,光ナノ構造のない参照領域と比べ,数百倍程度の発光増大が観察された.この際,各共振モードにおける共振器Q値,モード体積,放射パターンと発光強度の振る舞いを詳細に調べた結果,発光に競合する付加的損失に対して外部への結合が強く,放射パターンが実験光学系へ効果的に結合できることが,発光増大の主な起源となっていることが示された.本研究は,材料の電子物性を超えた発光現象の根本的な制御が期待される光ナノ構造を,電子デバイスに最も広く用いられている半導体材料であるが,間接遷移型ゆえ,発光割合が極めて小さいという問題点があるシリコンへ導入した場合の発光状態を観察し,理論と比較していくことで,光ナノ構造がシリコンからの発光に与える効果を明らかにしていくことを目的としている.本年度は,光ナノ構造として,昨年度に引き続き,シリコン薄膜スラブ構造に形成された円孔三角格子2次元フォトニック結晶・3個埋め点欠陥光ナノ共振器を主な対象とし,研究を進めた.シリコン薄膜の厚さを変化させたウエハに対して,フォトニック結晶の格子定数を系統的に変化させた試料を作製し,フォトルミネセンス測定を行ったところ,フォトニック結晶・ナノ共振器による共振波長が変化することが確認できた.また,昨年度までに,光ナノ共振器導入によって,シリコンから観察される発光強度が増大することが見出されていたが,今年度はさらに,励起強度を変化させた際の特性を調べ,レート方程式解析と比較したところ,励起強度が増大するにつれ,発光増強度がさらに増大することが見出された.ここで,シリコンをはじめ間接遷移型半導体で重要となるフォノンの影響を検出するため,顕微ラマン分光測定を光ナノ共振器に対して行ったところ,励起強度が増大するにつれて,ラマンスペクトルの線幅の増大が観察された.この結果から,顕微光励起に伴うシリコンの局所的な温度上昇に起因する局所歪の発生や表面状態の変化等により,シリコンの発光遷移を制限している波数選択則が緩和するためにシリコン光ナノ共振器からの発光強度が一層増大する,という新たな発光増強メカニズムの可能性を見出した.本研究は,材料の電子物性を超えた発光現象の根本的な制御が期待される光ナノ構造を,電子デバイスに最も広く用いられている半導体材料であるが,間接遷移型ゆえ,発光割合が極めて小さいという問題点があるシリコンへ導入した場合の発光状態を観察し,理論と比較していくことで,光ナノ構造がシリコンからの発光に与える効果を明らかにしていくことを目的としている.本年度は昨年度までに見いだされた光ナノ構造フォトニック結晶のシリコンの発光に対する効果を一層有効に活かすべく,発光過程に競合する非発光過程の低減のための表面処理技術の検討を進めた.

具体的には,高圧水蒸気アニール法という,MPaの高い水蒸気圧力下でシリコンを加熱処理する方法を用いた.この方法では,260°Cの比較的低い温度でシリコン表面に良質の酸化膜を形成することが可能であり,フォトニック結晶のような多くの表面をもつ微小構造に有効であると期待した.実験の結果,圧力が1.3MPaのとき,表面粗さが発生せず,処理が可能であった.一方,3.9MPaでは約4nmの粗さが発生し,プロセス圧力が重要であることを見いだした.シリコンフォトニック結晶へ高圧水蒸気アニール法を適用したところ,発光強度が約6倍増大した.様々な格子定数をもつフォトニック結晶に対して,時間分解フォトルミネッセンス測定によるキャリアダイナミクスの評価から,表面パッシベーションが有効に働き,表面再結合速度が約0.4倍に低減したためである,ということが確認できた.以上により,高圧水蒸気アニール法がシリコン光ナノ構造の発光高効率化に有効であると結論づけることができた.
認識的準備活動を統合した反転授業の拡張モデルと設計法の構築

本研究の目的は,反転授業における講義動画による事前学習前の認識的な準備不足の課題に着目し,事前学習前に学習者の関連する事前知識や認識的認知を活性化する準備過程(認識的準備活動:EPA)を統合した反転授業の拡張モデルを構築することである。H30年度の研究活動では,大学の授業でプレ実践を行い,1)EPAに関する設計法の検討,2)動画視聴分析ツールの開発,3)次年度向けの教材コンテンツの設計を行った。具体的には,統計基礎を学ぶ情報基礎の大学授業科目2クラスで,1クラスを準備活動を個人で行う群,他方をグループで行う群に割当て実践を行った。まず,1回目の授業では統計的問題解決を体験できるシミュレーション教材(Oura et al. 2018)を利用して準備活動を行い,次の授業回までに講義動画を視聴してもらった。2回目の授業では,動画で説明した内容について演習活動を行った。準備活動前の事前,講義視聴後の中間,2回目の授業後を事後として同一の理解度テストを実施した結果,演習も含めた事後の時点では両群ともに同等の平均点に達し,事前に比べて有意に上昇していた。一方,講義視聴後の中間時点で比較すると,グループで取り組んだクラスの方のみに得点の有意な上昇が確認された。以上の結果は,準備活動を各個人でよりもグループで協調的に行う方が有効であることを示しており,教室での準備活動を行う教育的価値を示唆している。また,YouTubeの動画再生画面上での操作からデータを取得して視聴時間を算出できる機能を実装し,上記のプレ実践で検証した。その結果,YouTubeの公式API単独では特に巻き戻し/早送り時に変更後の再生開始時間は取得できるが変更前の時間を直接取得できないため,それを補う必要があることが確認できた。また,推測統計における信頼区間をテーマにした新たな教材コンテンツの設計を行った。当初の計画通りに進んでおり,順調に進展している。当初の計画に沿って実践の評価を行う予定である。システム開発を補助する学生アルバイトが見つからず,それに関わる人件費・謝金と消耗品の購入が発生しなかったため。翌年度以降に学生アルバイトを再度探し,該当予算を使用する予定である。
c-Metアロステリック／触媒部位を標的とした新規デュアル・インヒビターの創製

我々は、受容体型チロシンキナーゼc-Metを標的とした新規低分子標的薬の創製研究を進めてきた。本研究では、c-Metのキナーゼ触媒部位(ATP結合部位)への親和性化合物の探索と、アロステリック部位に結合してキナーゼ活性を抑制制御するペプチドVpepの構造解析を行った。また、新規アロステリック阻害剤(Allosteric Inhibitor: Ai)の開発に向けたデザイン設計強化と従来型キナーゼ阻害剤(Catalytic Inhibitor: Ci)の改良とを組み合わせ、更に強い阻害活性を持つデュアル・インヒビターの創製を進めてきた。現在、最終的な創薬に向けて更なる検討を行っている。申請者らはこれまでに、癌の発育進展に関与するマスター的シグナル伝達分子c-Met(受容体型チロシンキナーゼ)を標的とした新規分子標的薬のリード化合物の創製研究を進めてきた。その途上で、c-MetのATP結合部位(キナーゼ触媒部位)以外に結合してキナーゼ活性を抑制性に制御する新規ペプチド(Vpep)を見出しており、このVpepの働きや構造を詳細に検討することにより、新たなアロステリック阻害剤(Allosteric Inhibitor: Ai)のデザイン・合成を行ってきた。また、Aiを従来型のキナーゼ阻害剤(触媒部位に結合するCatalytic Inhibitor: Ci)と組み合わせることにより、更に強い阻害活性を持つデュアル・インヒビターの創製に挑戦している。1) Vpepミメティック低分子化合物であるAiをデザイン・合成し、Metキナーゼ活性の阻害効果を指標にスクリーニングを行ったところ、有意な阻害活性を示す化合物を複数見出した。これらの化合物の構造とc-Met阻害活性を比較することにより、現在、更に低いIC50を持つ化合物のデザインを進めている。2) Ciとして有意なMetキナーゼ阻害活性を有する化合物も複数見出しており、Ci-Aiのデュアル・インヒビターの創製に適した化合物のスクリーニング作業を行っている。3) Vpep及びAiの結合様式をX線結晶解析により決定するためにMetキナーゼドメイン部分の組換えタンパクの作成が必要であり、このコンストラクトの作成を終えている。そして、現在、Metキナーゼドメインタンパクの大量生成、精製・純化のステップに移行している。Vpepミメティック低分子化合物であるAiをデザイン・合成し、Metキナーゼ活性の阻害効果を指標にスクリーニングを行ったところ、有意な阻害活性を示す化合物を複数見出しており、薬剤デザインとその効果の検証については順調に推移している。その一方で、Vpep及びAiの結合様式をX線結晶解析により決定するために、Metキナーゼドメイン部分の組換えタンパクを作成してこれを詳細に検討する必要がある。これまでのところ、キナーゼドメイン部分の遺伝子組換えは終了しており、そのコンストラクトをもとに愛媛大学プロテオサイエンスセンターの協力を得てpreliminaryな形での小麦を使った無細胞系タンパク精製も試みている。しかしながら、Metキナーゼタンパクの大量生成、精製・純化には至っておらず、今後このステップを促進させる必要がある。申請者らは、癌の発育進展の多様な段階に関与するマスター的シグナル伝達分子である受容体型チロシンキナーゼc-Metを標的とした新規低分子標的薬のリード化合物の創製研究を進めている。これまでに、c-Metのキナーゼ触媒部位であるATP結合部位への親和性を示す化合物を探索してきたほか、それ以外の部位に結合してキナーゼ活性を抑制性に制御する新規ペプチドVpepを見出した。そこで、この新規ペプチドVpepの働きと構造を詳細に検討し、新たなアロステリック阻害剤(Allosteric Inhibitor: Ai)のデザイン・合成に繋げてきた。このAiを従来型のキナーゼ阻害剤(Catalytic Inhibitor: Ci)と組み合わせ、更に強い阻害活性を持つデュアル・インヒビターの創製を進めている。今年度までに進展したのは以下のステップである。1) Vpepミメティック低分子化合物Aiのさらなるデザイン改善と化学合成を進め、Metキナーゼ活性の阻害効果を指標に、より低濃度のIC50を有する化合物候補を見出した。2) Ciとして従来よりもさらに低いIC50のMetキナーゼ阻害化合物をデザインし、Ci-Aiのデュアル・インヒビターの創製に適した化合物のスクリーニング作業をさらに進めた。3) X線結晶解析によるVpep及びAiの結合様式決定の前段階として、無細胞系を用いたMetキナーゼドメイン部分の組換えタンパクを作成し、Western blotにより精製を確認し、Metキナーゼ活性の確認も行った。現在、Metキナーゼドメインタンパクの大量生成、精製・純化のステップをさらに進めている。4)以上の薬剤デザインとは別に、胃癌検体を用いてMet発現と予後の関係を解析し、Met陽性の腫瘍はH. pylori感染で予後不良を示すが、H. pylori感染がない場合には予後との有意な相関がないことを見出した。このことは、胃癌におけるMet阻害剤使用の有効性予測にもつながる結果である。昨年と同様、Vpepミメティック低分子化合物であるAiをデザイン並びにその化学合成については、有意なMet阻害活性を示す化合物を複数見出しており、薬剤デザインとその効果の検証については順調に推移している。その一方で、Vpep及びAiの結合様式をX線結晶解析により決定するために、Metキナーゼドメイン部分の組換えタンパクを作成してこれを詳細に検討しているところである。

既に、愛媛大学プロテオサイエンスセンターの協力を得てMetキナーゼドメイン部分の遺伝子組換え並びにそのコンストラクトをもとにした小麦を使った無細胞系タンパク精製も小規模ながら進んでいる。しかしながら、Metキナーゼタンパクの大量生成、精製・純化に手間取っており、このステップが律速要因となっている。申請者らは、受容体型チロシンキナーゼc-Metを標的とした新規低分子標的薬の創製研究を進めている。本研究では、c-Metのキナーゼ触媒部位(ATP結合部位)への親和性化合物の探索と、アロステリック部位に結合してキナーゼ活性を抑制制御するペプチドVpepの構造解析を行った。また、新規アロステリック阻害剤(Allosteric Inhibitor: Ai)の開発に向けたデザイン設計強化と従来型キナーゼ阻害剤(Catalytic Inhibitor: Ci)の改良とを組み合わせ、更に強い阻害活性を持つデュアル・インヒビターの創製を進めてきた。1) Vpepミメティック低分子化合物Aiのデザイン改良と化学合成を進め、Metキナーゼ活性の阻害効果を指標に、従来よりも低濃度のIC50を有する化合物候補を複数見出した。2)低濃度IC50を持つMetキナーゼ阻害化合物(Ci)をデザインし、Ci-Aiのデュアル・インヒビターの創製に適した化合物のスクリーニング作業を進めた。以上の研究を通じて、我々の開発したin silico創薬手法(COSMOS法:特許第4612270号)の有用性が検証された。3) X線結晶解析によるVpep及びAiの結合様式決定研究については途上であるが、無細胞系を用いたMetキナーゼドメイン部分の組換えタンパクを作成し、Western blotにより精製を確認した。現在、Metキナーゼドメインタンパクの大量生成、精製・純化のステップをより効率的に進めるため、組換えタンパクの再設計を行っており、終了し次第次のステップに移行することにしている。4) Basal-like typeの乳癌細胞では、c-Met発現が増強し、癌幹細胞のマーカーであるALDH1A3やCD133の発現が予後不良性に寄与していることが分かった。このことは、乳癌治療におけるMet標的薬の有効性を示唆する傍証となる。我々は、受容体型チロシンキナーゼc-Metを標的とした新規低分子標的薬の創製研究を進めてきた。現在、最終的な創薬に向けて更なる検討を行っている。愛媛大学プロテオサイエンスセンターと密な連携を図り、Metキナーゼタンパクの大量生成、精製・純化のステップを加速させる。そして、Metキナーゼドメインの結晶化を推し進め、X線結晶構造解析により結合様式の解析を行う。
視覚認知障害のための移動支援用3次元視覚バリアフリー機器開発

脳卒中などによる脳障害では、空間の認知が困難になる半側空間無視などの視空間障害が起こり、患者の日常生活活動(ADL)を著しく後退させる。本件では、空間無視など視覚認知障碍者のために、歩行動作および車いす操作などより動的条件での3次元視覚情報バリアフリー機器開発研究を実施した。結果として、HMDによる視覚呈示および聴覚刺激により姿勢を回復するための反応時間の減少および加速度の正常化の可能性を見いだした。脳卒中などによる脳障害では、空間の認知が困難になる半側空間無視などの視空間障害が起こり、患者の日常生活活動(ADL)を著しく後退せしめる原因でもあり、早急に解決すべき重要課題である。本件では、空間無視など視覚認知障碍者のために、歩行動作および車いす操作などより動的条件での3次元視覚情報バリアフリー機器の基礎研究を行う。平成22年度は、下記、4課題を遂行した。(1)健常人および患者に違和感の少ない現実に近いHMDによる3次元的視覚呈示として奥行き感を維持する3次元HMDを製作した。(2)空間無視を有する脳血管患者数名に関して、HMDによる視覚情報システムの有効性を歩行、車いす操作において検討し、視覚呈示、音声等の注意喚起の有効製を確認した。(3)歩行、車いす操作における動的3次元的条件下での無視検査が行えるHMDによる検査・訓練のため、ビデオシースルータイプHMDを用い動的条件下でも注意喚起が可能なシステムを構築した。さらに、4課題目として、歩行、車いす移動でのHMDにより注意喚起を促すため、まず、歩行時の注意喚起システムの構成要素である位置計測センサシステムを構築し、本センサを被験者に装着して動作確認を実施した。位置計測センサは3軸加速度センサ、3軸角速度センサを搭載した無線子機モジュールおよび3軸加速度、3軸加速度のデータを受信する無線親機モジュールを構築した。予備実験として、被験者20歳から22歳の健常成人5名とし頭部上にセンサを設置固定し、直線距離10mのテストコースを設定した。分析項目として、3軸加速度、3軸加速度の計6軸のデータを、パーソナルコンピュータで記録し保存した。結果として、再現性の高い、加速度および角速度データを得た。これにより、来年度は本センサシステムとHMDシステムの統合を行い、健常者、障碍者を被験者として動的条件下で計測分析を実施する。以上、本年度研究目標は概ね達成された。平成22年度は課題として、空間無視を有する脳血管患者数名に関して、HMD(ヘッドマウンテッドディスプレイ)による視覚情報システムの有効性の検討および歩行・車いす移動でのHMDにより注意喚起を促すため、ヒトおよび車いす移動時に磁気センサ、電気角度計、加速度計による車いすのタイヤ、座面などの移動およびヒトの重心移動、関節運動をセンシングしながら、HMDと同期して無視領域に注意を喚起する歩行および車いす用HMD支援システムを構築した。平成23年度は下記3項目を実施した。課題(1)歩行でのHMDによる注意喚起のため、歩行においてはジャイロセンサ、電気角度計、加速度計によるヒトの重心移動、関節運動をセンシングしながら、HMDと同期して無視領域に注意を喚起する歩行支援用HMDシステムを構築した。課題(2):上記の歩行支援用HMDシステムの2システムに関する臨床での本機器有効性の検証を行う。被験者5名に関して通常歩行と異常歩行(片麻痺体験用具を用いて脳卒中後片麻痺歩行、視覚認知障碍者歩行をシミュレーションした)を実施し本システムで歩行時の関節運動、頭部体幹の加速度、速度等の分析項目の特性を比較検討した。結果として異常歩行は上下および左右方向の最大加速度値に特性を見いだした。課題(3):上記(2)における結果から転倒のリスクのある加速度値を設定し、その閾値で注意喚起を促す視覚・聴覚刺激を呈示する注意喚起システムを構築した。本統合システムの臨床においての効果を検討した。また、車イス操作における本システムの利点としては、視覚・聴覚による注意喚起が効果を認め、車イス座位姿勢を制御するための振動刺激による注意喚起も座位姿勢で特に効果を得た。