hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
姿勢-歩行戦略の変更に伴う脳適応機能の解明

随意運動には,目的動作に最適な姿勢筋シナジー制御(予期的姿勢調節)が先行する.我々は,このプロセスに,頭頂皮質から前頭葉の運動関連領野へ投射系(頭頂葉前頭葉投射)が関与するという作業仮説を提唱してきた.これまでの研究によって,前頭葉の運動関連領野の活動が姿勢筋シナジー制御に重要な役割を持つことを示してきた.そこで本年度は,動物実験において,予期的姿勢調節における頭頂皮質の機能的役割の解明を試みた.サルの歩行研究では,頭頂皮質の一次感覚野の活動を非活化するため,GABA-Aアゴニストであるムシモールを注入し,運動開始時ならびに4足から2足歩行への歩容変化に際する姿勢制御を解析した.その結果,運動開始時の姿勢移動が極めて困難(転倒)となること,4足歩行から2足歩行への姿勢変換時に顕著となる対側肢の粗雑な歩容動作(Dys-synergia)を認めた.しかし,これは歩行継続に伴って消退したことから,一次感覚野がリズミカルな自動的歩行動作よりも運動開始や歩行戦略の変容を要する随意運動プログラムを要するリアルタイムの適応動作に重要な役割を持つことを示唆する.ネコの前肢リーチング動作における姿勢調節研究では,頭頂皮質にムシモールを注入し,リーチング動作に先行する予期的姿勢調節における頭頂皮質の機能的役割の解明を試みた.その結果,予期的姿勢調節時の空間構築に変化は誘発されなかったが,姿勢調節とリーチングに要する時間の延長と運動前の標的注視動作が顕著となった.従って,頭頂皮質は,目的動作を正確に遂行するための運動プログラムを生成するにあたり,注意機能と視覚-運動連関の統合に重要な役割を持つと考えられる.これら動物実験における研究成績は,随意運動の発現において頭頂皮質が身体-空間認知情報に基いて生成される運動プログラムの生成プロセスに関与するという我々の作業仮説を支持する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は姿勢-歩行戦略とその変更に関与する脳内身体表現の変容機構を解明することである.平成26年度は次の2項目の研究を実施した.1)先行性姿勢制御を実現する運動性下行路と姿勢筋シナジー機構の同定:先行性姿勢制御は,皮質運動関連領野で生成される運動プログラムが皮質網様体投射と網様体脊髄路を介して誘発されるとの作業仮説のもと,以下の2項目について検討した.1ヒトの先行性姿勢制御の解析;歩行の開始に先行する姿勢制御を解析した.その結果,先行性姿勢制御は歩幅の増減を反映することが明らかとなった.従って,先行性姿勢制御は予め構成される歩行動作の運動プログラムによって生成されると考えられる.2網様体脊髄路による姿勢筋シナジーの生成:網様体脊髄路が定型的筋シナジーを生成するか否かを除脳ネコを用いて解析した.その結果,橋延髄網様体の背腹側軸は下肢抗重力筋の筋緊張レベルの調節に,そして,内外側軸は左右肢伸・屈筋活動の相反性調節に関与することが明らかとなった.従って,網様体脊髄路の出力は任意の筋緊張レベルで左右肢動作を誘発するという姿勢筋シナジーの生成に関与すること考えられる.2)サルの姿勢-歩行戦略の変更を可能にるす脳内身体表現の変容機構の同定:皮質運動関連領野では随意的な局所動作とこれを支える姿勢制御という異なる身体表現を持つ運動プログラムが生成されるという作業仮説のもと,以下の研究を実施した.トレッドミル上で4足歩行や2足歩行を任意に変更できるニホンザルにおいて,皮質運動関連領野の単一神経細胞活動を解析した.その結果,一次運動野の下肢領域からは反対側の下肢動作に対応する発射活動が,そして,補足運動野からは姿勢の維持に対応する持続的発射活動が記録できた.また,これらの発射活動は4足歩行よりも2足歩行におい顕著であった.これらの成績は上記作業仮説を裏付ける画期的な業績である.本研究の目的は姿勢・歩行戦略とその変更に関与する身体認知機能の変容様式を解明することである.平成27年度(第2次年度)は,以下の研究成果を得た.ヒトの垂直姿勢維持における身体認知の機能的役割:起立姿勢を維持する被験者の一側外耳道に冷水を注入し,前庭感覚に外乱を加えると前庭動眼反射と前庭脊髄反射が出現する.被験者が閉眼すると姿勢は注入側に傾き,対側に向かう眼振が出現する.しかし,開眼によって姿勢は垂直位に戻り,眼振も消失する.一方,身体の何れの部位に加えた触覚刺激によっても姿勢は垂直位に戻るが,眼振は消失しない.これらの成績は,1側頭-頭頂皮質における垂直感(sense of verticality;身体認知の一つ)の生成には前庭感覚・視覚・体性感覚の統合が必要であること,2垂直姿勢の維持には皮質-前庭脊髄脊髄路が重要な役割を担うこと,を示唆する.動物実験における予期的姿勢調節の神経機構;我々は補足運動野に起始する皮質-網様体脊髄路がこの姿勢制御を誘発すると考えている.この作業仮説の妥当性を動物実験で検討した.(1)サルの補足運動野の活動は,14足歩行よりも2足歩行で上昇すること,2これは着地相に集中すること.34足から2足への姿勢変化に先行して特異的に誘発されること,が明らかとなった.

2,3の特徴は一次運動野の細胞においては認められないことから,2足歩行や予期的姿勢調節には補足運動野が重要な役割を担うと考えられる.(2)除脳ネコにおいて姿勢維持における網様体脊髄路の役割を解析した.その結果,橋・延髄網様体には姿勢筋緊張制御における機能局在が存在すること,そして,延髄腹側部の網様体脊髄路ニューロンが筋緊張の維持に関与することが明らかとなった.これらの成績は,補足運動野から網様体脊髄路を経由して脊髄に投射する下行路が予期的姿勢調節の必要条件を満たすことを示している.I.動物実験の状況:(1)旭川医大・脳機能医工学研究センター動物実験室が耐震補強工事の対象となったため,27年度の動物実験は当初の計画通りに実行できなかった.しかしながら,研究実績に示したように網様体脊髄路系の筋緊張制御に関与する研究成果を得ることができた.(2)近畿大学におけるサルの歩行研究では,当初の予定通りの研究成果が得られている.即ち,サルの歩行学習は順調に進み,2足歩行や4足歩行での大脳皮質神経細胞活動も安定して記録できるようになっている.特に,補足運動野において4足から2足への歩行戦略の変更に先行して活動する予期的姿勢調節関連ニューロンを記録できたことは,本研究の作業仮説を証明する上で極めて重要である.II.ヒトの姿勢制御に関する研究:これは研究期間の後半に予定していたが,旭川医大の耐震工事のために前倒しで遂行している.その結果,予期的姿勢調節の時空間パラメータが実験動物と同等であること,そして,このパラメータが脳内身体表現マーカーとして有用であることを示唆する成果を得ている.加えて,直立姿勢維持に関与する身体認知情報の統合に関与する研究知見を得たことなどを勘案すると,リハビリテーション班(C班)や工学班(B班)との共同研究を効率的に実施できる状況を整えることができたと考えている.III.旭川医大・動物実験施設の耐震工事計画のため,中大動物における新規の分子遺伝学的研究は全面的にストップした.従って,29-30年度に予定していたサルにおける分子遺伝学的手法を用いた皮質-網様体投射系の選択的機能遮断実験は事実上不可能となった.そこで,旭川医大では代替え研究手法(後述)を用いて,ネコにおける皮質-網様体投射系の解析に終始している.これらの研究進捗状況を踏まえて,研究はおおむね順調に進展していると判定した.平成28年度は以下の4項目の研究を遂行した.I.ヒトの先行性姿勢制御(旭川医科大学):歩行や上肢リーチング動作に伴う姿勢変化を重心の指標である圧力中心(COP)を用いて評価した.その結果,予期的姿勢調節に対応するCOPの変化には各動作に特有の時空間パターンが存在すること,各動作の条件変更に伴ってCOPパターンが修飾されることが明らかとなった.これは予期的姿勢調節が動作特異的な運動プログラムで遂行されること,そして,COPパターンが脳内身体表現マーカーとして有用であることを示唆する.II.ネコの先行性姿勢制御(旭川医科大学):ターゲットへの前肢リーチング動作を学習したネコの姿勢制御をCOPを用いて評価した.その結果,前肢挙上直前におけるCOPとリーチング遂行時のCOPがほぼ等しいこと,ネコの前肢リーチングとヒトの上肢リーチングの予期的姿勢調節には共通の時空間パターンが存在することが明らかとなった.即ち,動物種を超えて共通の神経機構が予期的姿勢調節に関与する.III.サルの姿勢-歩行戦略の変更における補足運動野の活動(近畿大学):サルの二足および四足歩行における姿勢筋シナジーと皮質運動関連野ニューロンの活動を解析した.
石炭灰を活用したRC構造体の粘性減衰特性に関する実験的研究

石炭火力発電所から廃棄物として産出される石炭灰は,現状では大量に埋め立て処分されているが,電力事情から今後その量が世界規模で急増することが確実視されており,環境保全対策および有限な資源の有効利用の観点から,有効利用の拡大とそのための技術開発が急務の課題である。そこで,石炭灰をコンクリートに混入して鉄筋コンクリート(以下,RC)建物の構造材料として活用することが提案され,実用化に向けた研究が進められている。石炭灰の混入によって粒度分布性状が変化したコンクリートを用いたRC構造体では普通コンクリートの場合と異なる粘性減衰特性を示す可能性があるため,石炭灰を活用したRC建物の動的応答時における耐震安全性を保証するためには粘性減衰特性を把握・検証する必要がある。本研究は石炭灰を混入したコンクリートを用いたRC構造体の減衰特性に焦点を絞り,その基礎性状を模型実験によって弾塑性領域にわたり定量的に把握・評価することを目的とする。そこで,鋼構造物およびRC構造物をモデル化した小型模型の動的加振実験および静的載荷実験を行った。RC造試験体では石炭灰の混入方法をパラメータとしており,いずれも加振により弾塑性域にわたる応答を記録した。一方,鋼構造試験体は弾性域内の応答を記録した。結果の検討から動的加振時の減衰力を時刻歴で抽出し,減衰定数を逐次推定して,以下の知見を得た。1減衰力が応答速度と良好な相関を示すことを確認した。2減衰定数は15%を中心に分散し,平均値は鋼構造試験体で2%,RC造試験体で4%程度であった。3石炭灰を混入することで,RC構造物の減衰特性が影響を受ける可能性がある。本研究は石炭灰を混入したコンクリートを用いたRC構造体の粘性減衰特性に焦点を絞り,その基礎性状を模型実験によって弾塑性領域にわたり定量的に把握・評価することを目的とする。具体的には,石炭灰の混入方法と破壊形式をパラメータとして,小規模RC造試験体を対象とした振動台による動的加振実験,そして同一仕様試験体の静的載荷実験を実施して,動的応答時における石炭灰混入の影響を実験結果の比較検討から抽出する。本年度は動的加振実験システムの構築および鋼製試験体を用いたパイロットテストを実施した。その結果から,本システムにより試験体の微小変形域から大変形域に至るまで変位,速度,加速度の各データを多点で同時かつ精密に計測できることを確認した。また,使用する振動台の性能を考慮して小型RC柱4本と剛床から成るテーブル状の試験体を設計し,本実験に向けた準備を整えた。
中耳再建のための伝音効果予測法の開発および人工代替部品の最適設計

本研究では、工学的な手法を用いて耳小骨再建のための伝音効果予測法の確立と術式の最適設計を目的としている。これまで行ってきた研究にはCTスキャンデータを基に健常者の中耳形状モデルを構築し、三次元有限要素法による調和振動解析を行って伝音時のアブミ骨の変位ー周波数応答特性を明らかにした。また、耳小骨の一部が欠損した場合を想定し、キヌタ骨の代わりにコルメラと呼ばれる柱状部品を用いた耳小骨再建モデルの振動解析を行い、アブミ骨の周波数応答特性を健常者のものと比較することにより聴力改善効果を手術の前に予測する方法を提案した。H30年度の主な研究成果として、(1)H29年度の研究成果を基に、中耳振動解析の結果を用いてオージオグラム評価式を提案し、健常者モデルと患者モデルの各周波数聴力レベルを用いてオージオグラムを作成した。そして、手術前後に行った患者の聴力検査結果(オージオグラム)と比較することにより、本研究で提案する伝音効果予測法の有効性を検証することができた。(2)中耳の伝音再建に使用されるコルメラ(人工代替部品)の取り付け位置、コルメラと耳小骨の接触面積、コルメラの体積、コルメラの形状などを変更し伝音効率向上、聴力回復効果の相関を調べ、手術の前に伝音効率を予測して効果のより高い術式を提案することができた。H30年度において、中耳振動解析の結果を用いてオージオグラム評価式を作成し、手術前後に行った患者の聴力検査結果と比較することにより、本研究で提案する伝音効果予測法の有効性を検証することができた。また、中耳の伝音再建に使用されるコルメラ(人工代替部品)の幾何形状や接続状況などの違いによる聴力回復効果への影響を調べ、より高い術式を提案することができた。これにより,研究の実施は当初の計画に沿って概ね順調に進展していると思われる。前年度の研究成果を基に、2019年度の研究は次のように予定されている。(1)医療の現場では様々な術式が施されているが、これまで主としてアブミ骨の馬蹄形が保存されている症例に対するIII型術式について臨床応用事例を蓄積してきた。アブミ骨底板のみが残された症例に対してIV型術式を適用する場合やアブミ骨全体を人工アブミ骨で代用しなければならない場合もある。様々な症例に対して最適な術式を提案できるように臨床応用事例の蓄積を図る。(2)中耳伝音再建における人工代替部品の最適形状・位相の自動創成システムの構築と適用に関する研究を予定している。これまで手術方式の選択や人工代替部品の作製、取り付け位置の検討等については、それぞれの医師の経験によって判断されてきた。計算機による自動形状・位相決定システムを開発することができれば,高度な工学専門知識を必要とせず、伝音効率の高い人工代替部品の自動創成が可能となる.具体的な計画として、振動の周波数応答問題に対する中耳のアブミ骨の垂直振動変位最大化問題を分布系最適化問題として定式化し,感度関数の導出を含む理論の構築を行う.構築した理論に基づいた適切なアルゴリズムを考案し,Cプログラムと汎用有限要素法コード,及びバッチファイルの組み合わせながら人工代替部品の最適形状・位相の自動創成システム化を構築し,臨床応用の可能性を検証する。本研究では、工学的な手法を用いて中耳再建における伝音効果の予測法の確立と術式の最適化を目的としている。H29年度において、人体のCTスキャンデータを基に、抽出ソフトウエアを利用してDICOMデータをSTLデータに変換し、臨床応用を目指す精細な幾何形状を用いた振動解析用中耳モデルを構築した。鼓膜,耳小骨,靭帯等から構成される健常者の中耳形状モデルに対し、三次元有限要素法による調和振動解析を行って伝音時のアブミ骨の変位ー周波数応答特性を明らかにした。また、耳小骨の一部が欠損した場合を想定し、キヌタ骨の代わりにコルメラと呼ばれる柱状部品を用いた耳小骨再建モデルの振動解析を行った。そして、アブミ骨の周波数応答特性を健常者のものと比較することにより聴力改善効果を手術の前に予測する方法を提案した。伝音効率向上への応用例として、慢性中耳炎により耳小骨連鎖が損傷した中耳のCTスキャンデータを基に、数種類の耳小骨再建モデルを構築した。これらのモデルの振動解析結果から、有効な耳小骨再建法の提案とその臨床応用の可能性を検証し、手術前の聴力改善効果の予測が可能であることを明らかにした。人工代替部品の最適設計への応用として、コルメラの形状を変化させ、接合するアブミ骨やツチ骨への接合面積を変更することにより、コルメラ接合面積と聴力改善効果の相関を検討した。また、有限要素法解析を行う際に、より実際の耳小骨再建手術に近い状態を作るために、耳小骨の加工(損傷したキヌタ骨とツチ骨頭部の切除)を行い、伝音効率への影響を調べた。昨年度において、CTスキャンデータに基づいて、臨床応用を目指す精細な幾何形状を用いた振動解析モデルを構築することが成功し,三次元有限要素法による調和振動解析を行って伝音時のアブミ骨の変位ー周波数応答特性を明らかにした。また、患者モデルにおけるアブミ骨の周波数応答特性を健常者のものと比較することにより聴力改善効果を手術の前に予測する方法を提案できた。

本研究では、工学的な手法を用いて耳小骨再建のための伝音効果予測法の確立と術式の最適設計を目的としている。これまで行ってきた研究にはCTスキャンデータを基に健常者の中耳形状モデルを構築し、三次元有限要素法による調和振動解析を行って伝音時のアブミ骨の変位ー周波数応答特性を明らかにした。また、耳小骨の一部が欠損した場合を想定し、キヌタ骨の代わりにコルメラと呼ばれる柱状部品を用いた耳小骨再建モデルの振動解析を行い、アブミ骨の周波数応答特性を健常者のものと比較することにより聴力改善効果を手術の前に予測する方法を提案した。H30年度の主な研究成果として、(1)H29年度の研究成果を基に、中耳振動解析の結果を用いてオージオグラム評価式を提案し、健常者モデルと患者モデルの各周波数聴力レベルを用いてオージオグラムを作成した。そして、手術前後に行った患者の聴力検査結果(オージオグラム)と比較することにより、本研究で提案する伝音効果予測法の有効性を検証することができた。(2)中耳の伝音再建に使用されるコルメラ(人工代替部品)の取り付け位置、コルメラと耳小骨の接触面積、コルメラの体積、コルメラの形状などを変更し伝音効率向上、聴力回復効果の相関を調べ、手術の前に伝音効率を予測して効果のより高い術式を提案することができた。H30年度において、中耳振動解析の結果を用いてオージオグラム評価式を作成し、手術前後に行った患者の聴力検査結果と比較することにより、本研究で提案する伝音効果予測法の有効性を検証することができた。また、中耳の伝音再建に使用されるコルメラ(人工代替部品)の幾何形状や接続状況などの違いによる聴力回復効果への影響を調べ、より高い術式を提案することができた。これにより,研究の実施は当初の計画に沿って概ね順調に進展していると思われる。平成29年度の研究成果を基に、平成30年度以降は破壊された耳小骨を修復し、難聴を改善するための手術、治療への効果的指針を提案していく。実施内容として、(1)人工代替部品の取り付け位置の影響:耳小骨の損傷具合によってツチ骨へのコルメラの取り付け位置が異なってくるため、取り付け位置が異なる数種類のコルメラを作成しそれぞれの解析結果を比較することで、取り付け位置による聴力改善効果の影響も合わせて検証し事例を蓄積する。(2)人工代替部品・接合部の材料の最適設計:各耳小骨再建モデルにおいて、人工代替部品としてのコルメラ、接合部の材料のヤング率や体積、密度を変化させ、振動解析によりアブミ骨底の振動変位を比較し、聴力改善への影響を調べる。(3)人工代替部品の最適設計:最適設計の一環としてコルメラの形状を変化させ、接合するアブミ骨やツチ骨との接触面積を変更することにより、コルメラ接合面積と聴力改善効果を検討する。また、耳硬化症によりアブミ骨が大きな損傷を受けた場合に用いられる人工アブミ骨について、構造・材料の最適化を図り、聴力改善効果を検討する。(4)最適術式の提案と臨床応用の検証:中耳振動解析の結果を用いてオージオグラム評価式を提案し、手術前後に行った患者の聴力検査結果(オージオグラム)と比較することにより、本研究で提案する伝音効果予測法の有効性を検証し、臨床応用の可能性を確認する。前年度の研究成果を基に、2019年度の研究は次のように予定されている。(1)医療の現場では様々な術式が施されているが、これまで主としてアブミ骨の馬蹄形が保存されている症例に対するIII型術式について臨床応用事例を蓄積してきた。アブミ骨底板のみが残された症例に対してIV型術式を適用する場合やアブミ骨全体を人工アブミ骨で代用しなければならない場合もある。
社会的シグナルとしての顔表情:発達認知神経科学からのアプローチ

本研究の目的は「社会的シグナル」としての顔表情について発達認知神経科学的に明らかにすることである。平成22年度は、前年度に成人を対象として行われた「表情」をフィーバック刺激とするギャンブル課題を発展させ、○や×など(日本では)正負の意味を表す記号を用いた実験を行った。実験の結果、前年度得られた顔表情と同様にCongruentな場合(e.gギャンブル課題における正の報酬と正の記号が対応)とIncongruentな場合(e.g.負の報酬と正の記号の対応)で差異が発見された。この結果は、恐らく日本(あるいは○と×を日本と同じ意味で捉える国)特有のものと推察される。乳児実験に関しては、前年度から引き続き社会的参照場面における表情の影響をみるため、非接触アイカメラを用いて、表情と視線追従との関係を明らかにする実験を行った。12ヶ月前後の乳児を対象に行った実験結果を詳細に分析したところ、視線追従におけるサッケードのオンセットに関しては表情間(喜び顔、驚き顔)で差が見慣れなかったが、ターゲットまでの到達時間に関しては表情による効果が認められた。更に、より高速の非接触アイカメラを使った場合でも同様の効果が認められている。現在、これらの知見を発展させて、EEGとハイスピードアイカメラを用いた実験に着手している。この目的を達成するため、FRN (Feedback-related negativity)成分を指標としたEEG実験を成人と乳児から学童までを対象として実施する。本年度は、成人を対象としてギャンブル課題におけるフィードバック刺激として「表情」を用いることで、N170成分とFRNを付き合わせて分析した。フィードバック刺激としてCongruentな場合(e.g.ギャンブルにおける正の報酬と正の表情の対応)とCongruentでない場合(e.g.負の報酬と正の表情の対応)で差異が発見された。乳児実験に関しては、社会的参照場面における表情の効果をみるため、非接触アイカメラを用いて、表情と視線追従(ターゲットへのサッケード潜時)との関係に関する実験を行っている。現状では、1歳前後の乳児では、表情とサッケード潜時との関係がみられていない。今後、月齢の幅を広げることで表情とサッケード潜時との関係を発達邸に捉えていく予定である。
ポリープ自動診断システムによる、大腸内視鏡診療の変革

本研究では、「ヒトを超える人工知能」を搭載した大腸ポリープ自動診断システムを評価すべく、国際多施設共同前向き試験を実施する。大腸の腫瘍性ポリープは前がん病変であるため、摘除が推奨されている。しかし、内視鏡での腫瘍/非腫瘍の鑑別精度は80%台に留まっており、不必要なポリープ切除が横行している。われわれは人工知能(AI)を利用することで、この問題を解決できると考え、95%超の感度・特異度で腫瘍を鑑別しうる自動診断システムを開発した(Mori, et al.Ann Intern Med 2018)。本課題では、日欧の共同前向き試験を実施することで、有効性を今までにない高いエビデンスレベルで評価する。
音楽理論に基づく自動編曲を用いた音楽電子透かし法の開発と定量的評価の検討

電子透かしに求められている「透かしを埋め込んだ後の音楽信号(ステゴ信号)が,音楽としての価値を損なわない」という要件に対して,従来の音楽電子透かし法とは異なる視点から透かしを埋め込む手法を目指している.元の音楽信号(ホスト信号)への聴覚上の近さを示す「音の品質」ではなく,「音楽的な品質」を損なわないように楽器音単位で信号を付加するために,音楽理論と非負値行列因子分解を用いた埋め込み法について検討している.提案法は,非負値行列因子分解で得られたアクティベーション行列から発音区間を推定し,推定された音に対して1ビットの透かしを埋め込む手法である.提案手法に対して,電子情報通信学会の情報ハイディング及びその評価基準委員会(IHC委員会)で定められている音響電子透かしの評価基準に基づき,PQevalAudioによる客観的音質評価およびMP3圧縮などを含む攻撃に対する耐性評価実験をおこなった.実験の結果,客観的音質評価はすべての楽曲において評価基準を満たすことができ,MP3圧縮,MP3圧縮2回符号化,AAC変換,雑音付加の4種の攻撃に対して基準であるビットエラー率(BER)が10%未満を満たすことを確認した.しかし,DA-AD変換では攻撃によりアクティベーション値が大幅に変更されたことで透かしを正しく抽出することができず,基準を満たすことができなかった.なお,上述の研究成果については,国際会議プロシーディング1件および国内学会発表1件を通じて一般に公開した.非負値行列因子分解を用いてホスト信号に対して楽器音単位で信号を付加する手法に対して,MP3圧縮を含む攻撃に対する耐性評価実験をおこなった.従来手法では,発音区間の情報がなければ透かしを正しく抽出することはできなかった。これに対して,発音区間推定に混合正規分布を用いることで、発音区間の情報がない場合でも透かしを正しく抽出することができるようになった.しかし,耐性における評価指標の必須項目であるDA-AD変換に対しては耐性を有していないままである.DA-AD変換に対して耐性を有していない原因については確認できており,非負値行列因子分解によって得られるアクティベーション値がDA-AD変換前後で大幅に変更されていることが挙げられる.現状ではDA-AD変換のどの処理によって信号にどのような影響があるかについて検討できていない.今後は,DA-AD変換による影響を調査した後,DA-AD変換に対して耐性を有するための改善案を理論的に追及する必要がある.以上の結果から,非負値行列因子分解を用いた埋め込み法の耐性評価実験はおおむね順調に進展していると考えられる.平成30年度の研究計画である実演奏音を対象とした非負値行列因子分解を用いた音楽電子透かし法の実装および有効性の評価において,DA-AD変換によって生じる信号の変化までは確認できている.今後は,DA-AD変換によって生じる信号の変化の要因について調査をおこなう予定である.調査の結果に基づき,DA-AD変換に対しても頑健な埋め込み手法の改善を検討する.その後,引き続き平成31年度以降の研究計画である編曲も可能な音楽電子透かし法の実装をおこなう予定である.電子透かしに求められている「透かしを埋め込んだ後の音楽信号(ステゴ信号)が,音楽としての価値を損なわない」という要件に対して,従来の音楽電子透かし法とは異なる視点から透かしを埋め込む手法を目指している.元の音楽信号(ホスト信号)への聴覚上の近さを示す「音の品質」ではなく,「音楽的な品質」を損なわないように楽器音単位で信号を付加するために,音楽理論と非負値行列因子分解を用いた埋め込み法について検討している.提案法は,非負値行列因子分解で得られたアクティベーション行列から発音区間を推定し,推定された音に対して1ビットの透かしを埋め込む手法である.提案手法に対して,電子情報通信学会の情報ハイディング及びその評価基準委員会(IHC委員会)で定められている音響電子透かしの評価基準に基づき,PQevalAudioによる客観的音質評価およびMP3圧縮などを含む攻撃に対する耐性評価実験をおこなった.実験の結果,客観的音質評価はすべての楽曲において評価基準を満たすことができ,MP3圧縮,MP3圧縮2回符号化,AAC変換,雑音付加の4種の攻撃に対して基準であるビットエラー率(BER)が10%未満を満たすことを確認した.しかし,DA-AD変換では攻撃によりアクティベーション値が大幅に変更されたことで透かしを正しく抽出することができず,基準を満たすことができなかった.なお,上述の研究成果については,国際会議プロシーディング1件および国内学会発表1件を通じて一般に公開した.非負値行列因子分解を用いてホスト信号に対して楽器音単位で信号を付加する手法に対して,MP3圧縮を含む攻撃に対する耐性評価実験をおこなった.従来手法では,発音区間の情報がなければ透かしを正しく抽出することはできなかった。これに対して,発音区間推定に混合正規分布を用いることで、発音区間の情報がない場合でも透かしを正しく抽出することができるようになった.しかし,耐性における評価指標の必須項目であるDA-AD変換に対しては耐性を有していないままである.DA-AD変換に対して耐性を有していない原因については確認できており,非負値行列因子分解によって得られるアクティベーション値がDA-AD変換前後で大幅に変更されていることが挙げられる.現状ではDA-AD変換のどの処理によって信号にどのような影響があるかについて検討できていない.今後は,DA-AD変換による影響を調査した後,DA-AD変換に対して耐性を有するための改善案を理論的に追及する必要がある.以上の結果から,非負値行列因子分解を用いた埋め込み法の耐性評価実験はおおむね順調に進展していると考えられる.平成30年度の研究計画である実演奏音を対象とした非負値行列因子分解を用いた音楽

電子透かし法の実装および有効性の評価において,DA-AD変換によって生じる信号の変化までは確認できている.今後は,DA-AD変換によって生じる信号の変化の要因について調査をおこなう予定である.調査の結果に基づき,DA-AD変換に対しても頑健な埋め込み手法の改善を検討する.その後,引き続き平成31年度以降の研究計画である編曲も可能な音楽電子透かし法の実装をおこなう予定である.主観的評価の調査をおこなうことを予定していたが,耐性評価においてDA-AD変換に対する性能低下により,IHC委員会が提示しているBERが10%未満という条件を満たすことができないことが判明した.そのため,研究補助者を伴う主観的評価を実施することが妥当でないと判断した.今後,耐性評価の基準を満たすことができた段階で主観的評価を実施する予定である.
大腿骨頭壊死症早期MRI所見の基礎的・臨床的研究、脂肪抑制画像法の応用

1.家兔に実験大腿骨頭壊死症を作成し、そのMRI像と病理組織を比較する予定であった。家兔大腿骨頭部の正常MRI撮像法は確立し、発表した。しかし、実験大腿骨頭壊死作成方法に問題があり、研究期間内には異常MRI像を撮像することはできなかった。準備段階の経験を今後の研究に生かしたい。2.ステロイド剤を長期投与されているSLE26症例にガドリニウム造影併用脂肪抑制MRIを行い、9例に大腿骨頭壊死を認め、3例に骨頭のびまん性造影を認めた。MRIの経過観察により大腿骨頭壊死症例3例で病変の進行を認めた。造影併用脂肪抑制画像で認められた骨頭のびまん性造影は大腿骨頭壊死症の早期所見であることが予想されたが、経過観察中に大腿骨頭壊死に移行したものはなく、されに長期の経過観察が必要と思われ、現在も経過観察中である。3.夲研究の臨床部門で確立された造影併用脂肪抑制画像による診断法は他の骨関節疾患にも応用が可能であった。疲労骨折の診断では造影併用脂肪抑制画像により骨折に伴う所見を鋭敏に検出することが可能になった。造影併用脂肪抑制画像は関節リウマチの炎症組織(パンヌス)の骨内への浸潤も明瞭に抽出し、病勢診断に有用であった。大腿骨頭一過性骨萎縮症において造影併用脂肪抑制画像により本症の本態と疑われている骨頭内浮腫と考えられる所見を捕えた。これら造影併用脂肪抑制画像の骨関節疾患への応用については論文・学会発表にて報告した。4.脂肪抑制画像法を改良し、画質を向上することができた。夲研究で用いた両大腿骨頭部の広い範囲を撮像できる脂肪抑制画像は大腿骨頭部以外にも応用できた。夲法の応用によりMRCP(磁気共鳴膵胆管造影:magnetic resonance cholangiopancreatography)の画像を飛躍的に向上することができ、その臨床応用の結果を夲研究の成果の一部として報告した。1.動物への実験大腿骨頭壊死作成について。2.の実験動物のMRI撮像法の実験を待って対象とする動物の種類をラットにするか、兎にするか決定しようとしたため、実験準備の着手が遅れた。また、兎実験大腿骨頭壊死の作成法にたいする基礎的疑問点が年度内に解決できなかったため、当年度には動物への大腿骨頭壊死作成実験が行えなかった。しかし現在この問題が解決したため、7年度にはendotoxinを用いたシュワルツマン反応法により実験を開始する予定である。2.学外の動物実験MRIを用い兎でのGd-DTPA併用脂肪抑制MRIの撮像法の検討を行った。大腿骨頭用の検出コイルを作成した。数種類の体位と栽断面を検討した。コイルの方向は大腿骨外側面に接する方向とし、栽断面はコイルと平行な面が適当と考えられた。また、使用するパルスシーケンスはTR/TE:(300)/(24.5)の脂肪抑制のないものと、binominal pulseによる脂肪抑制とした。Gd-DTPAは0.1mmol/kgが適当と考えられた。以上より兎でのGd-DTPA併用脂肪抑制MRIの撮像が可能と結論し、本研究では日本家兎を用いることとした。

3.付属病院内でのSLE患者のMRIを用いた検査はひきつずき行われた。現在までの累計は21症例である。なお本研究に派生してGd-DTPA併用脂肪抑制画像を関節リウマチの診断に応用した。その結果、リウマチによる滑膜の炎症やパンヌス形成の早期変化をとらえることができたので、報告した。1.家兎に実験大腿骨頭壊死症を作成し,そのMRI像と病理組織を比較する予定であったが,実験大腿骨頭壊死症作成の方法に問題があり,MRIの撮像にいたらなかった。現在,実験法の改良を検討中で来年度早期に実験に着手する予定である。2.SLEを中心とした早期大腿骨頭壊死症が疑われる症例に対するMRI検査はひきつずき行われている。過年度の検査で異常所見のあった症例について経過観察のMRIを行ったところ,大腿骨頭壊死の進行が認められた症例があり,従来報告したMRI変化(造影併用脂肪抑制MRIでの異常造影像)が本症の早期所見である可能性がより濃厚になった。3.新しい脂肪抑制法が開発されたので,臨床応用を行い,その成績を検討中である。4.本研究で開発中の造影併用脂肪抑制MRIを関節リウマチの病勢診断に応用した。従来関節リウマチの炎症組織であるパンヌスはMRIでよく造影され,病変の検出には造影MRIが有用な方法とされていた。しかし,関節内や周囲のパンヌスはこの方法でよく描出されるが,本来高信号の骨髄組織のある骨内への浸潤の診断は困難であった。しかし,造影併用脂肪抑制MRIは骨内への炎症組織の浸潤も明瞭に描出され,関節リウマチの病勢診断に有用であった。脂肪抑制画像の関節疾患への応用については総説の一部として発表した。平成8年度はこの分野での臨床研究を継続したい。5.大腿骨頭壊死と鑑別を要する疾患に予後良好な疾患である大腿骨頭一過性骨萎縮症がある。本研究のために開発したMRI撮像を本症に行った結果,本症の本態と疑われている骨頭内浮腫と考えられる所見を捕え,その一部を報告した。1)家兎に実験大腿骨頭壊死症を作成し、そのMRI像と病理組織を比較する予定であったが、実験大腿骨頭壊死症作成方法に問題があり、今年度内にはMRI像を撮像することができなかった。本研究の準備段階の経験を今後の研究に生かしたい。2)ステロイド剤を長期投与されているSLE症例のMRIによる経過観察はひきつずき継続された。昨年にひきつずき過年度のMRIで異常所見のあった症例に大腿骨頭壊死の進行が認められ、従来報告したMRI所見造影併用脂肪抑制MRIでの異常造影像)が大腿骨頭壊死症の早期所見であることが推測された。3)本研究の臨床部門で確立された骨関節への造影剤併用脂肪抑制画像の応用による診断法は他の疾患にも応用が可能であった。スポーツ障害のひとつである疲労骨折の診断は単純X線写真では困難なことが多く、MRIが有用であるとされているが、造影剤併用脂肪抑制画像により骨折に伴う骨髄や周囲組織の浮腫や出血、骨膜反応などを鋭敏に検出することが可能になり、総説の一部をして報告した(発表予定)。4)脂肪抑制画像法が改良し、画質が向上した。本研究で用いた両大腿骨頭部の広い範囲を撮像できる脂肪抑制画像法は大腿骨頭部以外にも応用できた。本法の応用によりMRCP(磁気共鳴膵胆管造影:magnetic resonance cholangiopancreatography)の画像を飛躍的に向上することができ、その臨床応用の結果を本研究の成果の一部として報告した。
光方向に向く葉のねじれ運動機構の解明

多くの陸上植物は外部刺激の方向に応じて、器官を曲げたりねじったりする。そのうち屈曲については精力的に研究が進められているが、ねじれ運動については不明な点が多く残されている。本研究では、横から照射された光に応じて、光源の方向に葉身の向軸側を向けるようにねじれる、葉柄の運動のメカニズムの解明を目指す。そのために重要なのが、3次元的に葉柄の細胞形状・遺伝子発現を観察する手法である。これについて、ライトシート顕微鏡を用いた観察方法を改良・確立した。またフリーソフトウェアMorphoGraphXのアドオンCellAtlas3Dを、非放射相称器官のデータを出力できるように改変してプラグイン化した。これにより、葉柄の維管束周辺部を除く全層の細胞で、体積・長さを測定することが可能となった。この実験系を用いて、葉柄のねじれ運動が偏差成長によって起きているかどうか検証したが、光に応じた顕著な偏りは見られなかった。そこで、この結果は偏差成長がないという証拠になるのか、それともねじれを起こす細胞サイズの変化が非常に微小なために、この系では検出できないのかを考察することにした。偏差成長によって葉柄がねじれていた場合の、最も大きく伸長した部位と最も伸びの少ない部位の長さの比を幾何学的に推定したところ、非常に微小で生じていたとしても検出が困難であると考えられた。そこで、ねじれ運動への関与の考えられる遺伝子の発現パターンの観察に主眼を移すこととし、レポーターと変異体の掛け合わせを進めた。掛け合わせは現在までにほぼ完了し、現在観察を進めている。ライトシート顕微鏡による観察法は予定通りに確立し、細胞サイズや遺伝子発現の測定・観察も順調に進んでいる。よって本研究の初年度の進捗は、おおむね順調といえる。遺伝子発現パターンの観察を進め、葉柄の運動との連関を調べる。また、これらのパターン、運動の成因についても、網羅的遺伝子発現解析等を用いて検討する。
疼痛が記憶学習に及ぼす影響の、行動学的及び中枢神経系での組織学・生理学的検討

本研究では、疼痛及びその鎮痛が記憶・学習に与える影響を明らかにする目的で、ラット単純開腹モデルを用いて、一試行受動的回避学習試験(inhibitory avoidance test: IA)を用いた恐怖刺激記憶に術後急性疼痛が及ぼす影響を検討した。開腹術2時間後にIA試験のコンディショニング、24時間後にテストを施行したところ、予想に反して両群で恐怖刺激記憶の程度は変化していなかった。また、海馬における記憶学習に関与していることが知られているAMPA受容体のGluA1 subunitの、術後24時間後のシナプトソームでの量を両群で比較したところ、差がないことが明らかになった。本研究の結果、術後早期の急性疼痛は、周術期の記憶学習障害に直接影響しない可能性が示唆された。平成22年度は術後痛モデル(Brennan's model)ラットに対する疼痛行動の評価を行った。4週齢の雄性SDラット(80-130g)に対しイソフルラン(2%)麻酔下に左後肢足底を長軸方向に1cmにわたって切開を加え、その下にある足底筋および筋膜を切離・縫合し、モデルを作成した。機械的刺激に対する疼痛閾値を調べると、疼痛閾値の低下は術後3日まで認められ、術後1週間ではほぼ完治してしまうことが判明した。このため、1週間以上の疼痛閾値の低下が見込める開腹術モデルを作成し、疼痛行動をvon Frey hairを用いて検討した。開腹モデルはイソフルレン麻酔下に剣状突起下を1.5cmの長さにわたって腹膜に至る切開を加え、4-0絹糸を用いて並走することによって作成した。しかし、足底に対する疼痛閾値の検討と異なり、von Frey hairを手術創部位に均等な力で当てることが困難であり、実験プロトコールそのものの検討が必要になった。同時に一試行受動的回避学習試験(inhibitory avoidance test : IA)の予備検討を行い、刺激強度が0.5mA,2秒間で十分に条件付けされることが判明した。しかし、その後横浜市立大学医学部動物実験センターの大幅な改修が行われることになり、疼痛行動の検討と同時にIAに関しても2ヶ月以上中断を余儀なくされた。平成23年度は術後痛モデル(Brennan's model)ラットに対する疼痛行動の評価を行った。昨年度、術後1週間での一試行受動的回避学習試験(inhibitory avoidance test:IA)施行に問題点があることが明らかになったので、開腹術モデルラットに対してIAを行うこととした。5週齢の雄性SDラット(120-150g)に対しイソフルラン(2%)麻酔下に剣状突起下腹部正中に2cmにわたって腹腔内に達する切開を加え、縫合することによりモデルを作成した。機械的刺激に対する疼痛閾値をvon Frey hairを用いて検討したが、毛の生えている場所であるためvon Frey hairが均一に当てられず、疼痛行動の評価は不可能であった。同時に術後痛モデルに対してIAを試みたが、足底に障害を加えるため、同一の刺激に対しても、コントロールの動物と刺激強度が違ってしまう、という問題点が明らかになった。一方でラット成獣を用いた多点皿電極による海馬での長期増強作用を検討する予備実験を麻酔科大学院生に試行してもらい、生後7週9週のラット海馬において、5070μAの刺激強度、100Hz、0.1秒のテタヌス刺激を加えると、field EPSP(興奮性シナプス後電位)の強度が約テタヌス刺激前と比較して約120140%に増強することがわかり、その条件を詳細に検討、決定した。研究者代表者は院内での業務が多忙を極め、共同研究者においても臨床業務や教育義務の負荷が過重になってきたため、電気生理学的検討を行なってくれた大学院生を研究グループに加え、行動学的検討からやり直す方向性となった。平成24年度は開腹モデルラットを用いて一試行受動的回避学習試験(inhibitory avoidance test: IA)を行った。生後5週目のSDラットを用い、1.8%イソフルレン麻酔下に剣状突起下腹部正中を1.52cmの長さの創で開腹し、創縁を手袋を装着した指で2回こすり、直ちに3ー0絹糸によって23針の全層縫合によって閉創した。疼痛行動の評価は、直接創部を疼痛測定器具で刺激することはせず、ビデオモニターおよび行動量測定装置を用いて行動量が減弱したことをもって確認した。モデル確認を行った後、ラット開腹術を行った後2時間でIA testのコンディショニングを行い、24時間後にどれだけ足底への電気刺激を忌避刺激として記憶しているか(テストチャンバーに入らないか)を、テストチャンバーにラットが入るまでの時間で検討した。

カットオフ値は600秒とした。コントロール群として、イソフルレン麻酔を1.8%イソフルレン麻酔に手術時間とほぼ同じ5分間暴露したものを用意した。その結果、当初の予想に反して、開腹モデルラットではIA testの潜時がコントロール群と変わりなかった(開腹群:320±20秒、コントロール群:325±15秒、各群n=15ずつ)。本試験ではイソフルレン1.8%を2時間にわたり吸入させると、1週間後で有意にテストチャンバーにラットが入るまでの潜時が短縮する( =記憶障害が生じている)ことを当研究科の別の研究者が見出しており、本結果から開腹術のみの侵襲では記憶学習障害を生じない可能性が示唆された。現在、海馬組織を用いたグルタミン酸受容体に対するウエスタンブロッティングを行なっており、解析が済み次第論文として投稿する予定である。なお、本研究の成果の一部は第60回日本麻酔科学会総会にて発表の予定である。疼痛モデルが思ったより早期に治癒することが判明し、行動学的検討の時期が不適切であった事、行動学的検討が術後痛モデルのラットに対して不適切であったことが研究の過程で明らかになってきたため、我々が得たい結果を得るためには大幅な研究計画の変更が必要であることが判明したため。24年度が最終年度であるため、記入しない。行動学的検討・電気生理学的検討に習熟した大学院生を研究チームに加えることで、今までの遅れを取り戻したいと考えている。幸い実験条件等は、既にその大学院生がかなり煮詰めてくれたので、実験プロトコールさえ確定すればその先は早く進捗すると考えている。モデルについては単純化するため、背部皮下に5%ホルマリン溶液を0.5mL注入することによって炎症性疼痛モデルを作成することに変更し、その効果を自発行動の量や採血による炎症性サイトカイン(IL-1βやTNF-αといった当教室で測定実績があるもの)の測定で代替することにしている。
非水溶液におけるプロトン勾配エネルギ-の化学エネルギ-への変換反応システム

生体系ではプロトン勾配エネルギ-を化学エネルギ-へ変換してATP合成などエネルギ-的に不利な反応が起こめことを可能にしている。これまで人工的にプロトン勾配エネルギ-を化学エネルギ-へ変換する試みはすべて水溶液で膜システムを用いて行われてきたが、成功した場合でもその効率は極めて悪いものであった。本研究では非水溶液、特にアセトニトリルのような極性アプロチック溶媒を用いて、プロトン勾配エネルギ-の化学エネルギ-への高効率な変換反応システムを構築することができた。アセトニトリル(McCN)溶媒とすると、どのような膜の用いるかが問題となるが、本研究ではアセトニトリルと混ざらない二硫化炭素を用いて液膜を構成し、以下の電子伝達系を構築した。(1)McCN(I)/CS_2(II)/MeCN(III)よりなる液膜系を用いると、フェロセン類を電子キャリヤ-として相Iから相IIIへの電子伝達に伴い、プロトン勾配が効率良く形成されることを見出した。すなわち、相II(CS_2)はプロトンの良好なインシュレ-タ-として機能する。(2)MeCN中キノン類(Q)はOH^-が存在すると一電子還元されることを見出した。生成物分析および速度論的検討によりその反応機構をめらかにした。また、MeCN(I)/CS_2(II)/MeCN(III)よりなる液膜系を用い、プロトン勾配を利用すると、相Iで生成したQ^-・から相I(CS_2)に溶解するCoTPP(TPPH_2=テトラフェニルポルフィリン)を電子キャリヤ-として、相III(MeCN)の酸素分子への吸エルゴン的な電子伝達が効率良く起こることを見出した。(3)MeCN中ヒドロキノン類(QH_2)はOH^-が存在すると強力な還元剤であるジアニオン(Q^<2->)が生成する。MeCN(I)/CS_2(II)/MeCN(III)よりなる液膜系を用い、プロトン勾配を利用すると、相Iで生成したQ^<2->から相II(CS_2)に溶解するCoTPP(TPPH_2=テトラフェニルポルフィリン)を電子キャリヤ-として、相III(MeCN)のキノン類への吸エルゴン的な電子伝達が効率良く起こることを見出した。
糖鎖の薬物分子認識機能の精密微量解析法の構築

糖蛋白質であるNaチャンネル蛋白やプリオン蛋白に注目して、糖鎖のミクロ不均一構造が糖蛋白質の機能と構造に果たす影響を解明するするために、各蛋白質の構造あるいは機能の中核となる部位のペプチドフラグメントを合成し、NMR、分子動力学計算、CDスペクトルを用いた構造化学的研究を行い、以下の知見を得た。(1)ゲート機構を担う部位のNaチャンネルペプチドもプリオン蛋白ペプチドも、溶媒の種類および組成に依存した疎水性環境に呼応して構造変化が起きやすい。(2)親水性基と疎水性基を合わせ持つ糖はその種類、並び方、分枝の違いに基づいてミクロ誘電率の異なった疎水性空間を局所的に形成しうる事が、蛋白質の局所的な構造変化を引き起こし、その結果、機能調節やアミロイド繊維の形成に関わることが示唆された。一方、血漿中の代表的な糖蛋白質であるα_1-酸性糖蛋白(AGP)に注目して、塩基性薬物エナンチオマーとの立体選択的結合に対する糖鎖やアミノ酸配列の影響を明らかにするため、キャピラリー電気泳動(CE)および質量分析(MS)を用いる超微量解析法を開発し、AGPの構造的多様性が薬物認識機能にどのように関与するかを検討し、以下の結果を得た。(2)genetic variantの一つであるA-variantは、F1^*S-variantに比べてdisopyramideの光学異性体に対してより強い光学認識能を有するが、verapamilの光学異性体に対してはほぼ同等の認識能を有する。代表的な糖タンパク質としてヒト血清α1-酸性糖タンパク(AGP)を取り上げ、塩基性薬物エナンチオマーとの立体選択的結合に対する糖鎖の機能を明らかにするため、キャピラリー電気泳動および質量分析を用いる超微量解析法を開発した。AGPは181個のアミノ酸残基から成り、1分子中5個の糖鎖結合部位を有する。その糖鎖の組成は不均一で、糖鎖含有量は全分子量の4045%を占める。また、ペプチド主鎖には数種のgenetic variantsが含まれる。さらに、このような構造上の多様性はある種の病態において変動する。さらに、AGPは薬物(特に塩基性薬物)の体内輸送・貯留機能を有する。本研究では、上記の解析法を用いてAGPの構造的多様性が薬物認識機能にどのように関与するかを検討し、以下の結果を得た。(1)糖鎖の分岐構造中の薬物結合部位近傍に存在すると考えられる2本鎖糖鎖は、塩基性薬物(disopyramide,verapamil)のエナンチオマーに対する光学認識能を殆ど示さない。(2)genetic variantの一つであるA-variantは、F1^*S-variantに比べてdisopyramideに対してはより強い光学認識能を有するが、verapamilについてはほぼ同等の認識能を有する。(3)質量分析の結果、AGPの糖鎖含有率は従来の値(上記)より約20%小さいことが示唆された。(4)AGP variantの高次構造およびgenetic variant間における糖鎖の不均一性の違いを現在研究中である。代表的な糖タンパク質としてα_1-酸性糖タンパク(AGP)を取り上げ、塩基性薬物エナンチオマーとの立体選択的結合に対する糖鎖やアミノ酸配列の影響を明らかにするため、キャピラリー電気泳動(CE)および質量分析(MS)を用いる超微量解析法を開発し、AGPの構造的多様性が薬物認識機能にどのように関与するかを検討し、以下の結果を得た。一方、糖鎖のミクロ不均一構造が糖蛋白質の機能と構造に果たす影響を解明するために、前者に対してはNaチャンネル蛋白を、後者に対してはプリオン蛋白を標的として、それぞれの構造あるいは機能の中核となる部位のペプチドフラグメントを合成し、NMR、分子動力学計算、CDスペクトルを用いた構造化学的研究を行い、以下の知見を得た。(a)ゲート機構を担う部位のNaチャンネルペプチドもプリオン蛋白ペプチドも、溶媒の種類および組成に依存した疎水性環境に呼応して構造変化が起きやすい。

(b)親水性基と疎水性基を合わせ持つ糖はその種類、並び方、分枝の違いに基づいてミクロ誘電率の異なった疎水性空間を局所的に形成しうる事が、蛋白質の局所的な構造変化を引き起こし、その結果として機能調節やアミロイド繊維の形成(プリオン蛋白)に関わるとことが示唆された。
一回大量照射によるオリゴデンドログリアのアポトーシスに関する研究

本研究は、radiosurgery後のoligodendrogliaのアポトーシスと線量や照射体積との関係を定量的に解析し、その機序の一部を解明する事を目的とする。平成13年度は種々の線量でアポトーシスにより細胞死に至るoligodendrogliaの比率をTUNEL法により求め、照射後の単位面積当たりのGliaの各時点におけるglialcell lossを算出した。またTUNEL法を用いてapoptotic cellを染色し、各時点におけるapoptotic rate(apoptotic cell/total glial cell)を計算し、同時にTUNEL法とGFAP(astrocyteのマーカー)、CNP(oligodendrogliaのマーカー)の2重染色を行い、apoptotic cellがoligodendrogliaである事を証明した。平成14年度は引き続きこの減少が種々の神経保護剤で修飾しうるを検討した。Aminosteroid, Corticosteroidを照射前にラットに経静脈的に投与し、glial cellのapoptosisがブロックされるか検討したが、これらの薬剤にこの超急性期の脱髄性放射線障害を抑制する効果は認められなかった。現在、p53免疫染色を行ってこの機序がp53によるものなのかを検証中である。平成13年度は種々の線量でアポトーシスにより細胞死に至るoligodendrogliaの比率をTUNEL法により求めた。具体的には体重300gの雄Wisterラットを、ネンブタール麻酔下にラット用のstereotactic deviceに頭部を固定し、直腸温をモニター下に左側頭葉、並び左大脳半球に0,5,10,20,30,50,Gyの照射をそれぞれ36体づつ行い、3,6,12,24時間後にラットを6体づつsacrificeして灌流固定し、海馬(CA1,CA2領域)を囲む白質の面積およびグリア細胞数を算出し、照射後の単位面積当たりのGliaの各時点におけるglialcell lossを算出した。またTUNEL法を用いてapoptotic cellを染色し、各時点におけるapoptotic rate(apoptotic cell /total glial cell)を計算し、同時にTUNEL法とGFAP(astrocyteのマーカー)、CNP(oligodendrogliaのマーカー)の2重染色を行い、apoptotic cellがoligodendrogliaである事を証明した。平成14年度は引き続きこの減少が種々の神経保護剤で修飾しうるか、またp53免疫染色を行ってこの機序がp53によるものなのかを検証していく予定である。
細胞の分化状態を操作できる系を用いた植物の再生メカニズムの解明

植物の再生能は非常に高く、多くの植物は切断部に新たな器官を形成したり、場合によっては新たな個体を再生することができる。再生は一度分化した細胞が脱分化の過程をへて新たに幹細胞が新生される現象であり、高い分化可塑性は植物細胞の大きな特性である。申請者は、陸上植物進化の基部に位置する苔類ゼニゴケに注目し、これまでに転写因子GCAM1とGC1Lの機能誘導のON/OFF等で簡単にかつ均質に“細胞の分化状態を操れる系"を構築している。本研究ではこの系を用いることで植物の中でも高い再生能力を持つゼニゴケの再生メカニズムを解明する。本研究の成果は被子植物にも共通するメカニズムの解明にもつながると期待できる。