hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
撮影条件に影響されない皮膚ヘルスモニタリングシステムの開発

本研究では,レーザーを利用して皮膚の血行動態を撮影条件の影響を受けず実時間に解析でき,同時に皮膚組織の酸化・還元ヘモグロビン濃度変化を計測することで血液濃度変化も解析できる皮膚ヘルスモニタリングシステムを開発した.さらに,血流と血液濃度の解析結果をデータベースに蓄積することで,皮膚腫瘍や皮膚アレルギーの診断に活用できるようにした.本研究は,レーザーを利用して皮膚疾患部の血行動態を撮影条件の影響を受けず実時間に解析でき,同時に皮膚組織の酸化・還元ヘモグロビン濃度変化も計測できる皮膚ヘルスモニタリングシステムの開発を目的として遂行された。平成24年度はまず,平成23年度に構築した2式の測定光学系に2軸可動ステージを追加し,疾患部が広範囲に及ぶ場合にその全体を走査できるようにした。同時に,測定光学系の各可動部に位置や角度の微調整を行うため新設のサーボモータを組み込むことで,ローカルコンピュータ(LC)で測定光学系全体の自動制御を行えるようにした。次に,ホストコンピュータ(HC)と2台のLCをLANを介して接続することで,動画データをLCからHCに実時間で転送できる環境を構築した。さらに,HCに血流速分布計測のためのソフトと酸化・還元ヘモグロビン濃度変化計測のためのソフトをインストールした。そして,各LCから転送された動画データを上記のソフトにより実時間で画像処理して映像として再現し,医師に診断材料として提供した上で,画像処理結果とカルテ情報を併せてデータベースに保存するまでの作業を一括して統合管理操作できるソフトを既設のアプリケーション開発ツールMATLABを用いて開発し,これをもとに装置全体をシステム化した。その上で,皮膚アレルギー等の疾患部を対象として,本研究で開発した皮膚ヘルスモニタリングシステムの性能確認試験を実施した。その結果,本システムの皮膚疾患遠隔診断への有効性を確認することができた。本研究では,レーザーを利用して皮膚の血行動態を撮影条件の影響を受けず実時間に解析でき,同時に皮膚組織の酸化・還元ヘモグロビン濃度変化を計測することで血液濃度変化も解析できる皮膚ヘルスモニタリングシステムを開発した.さらに,血流と血液濃度の解析結果をデータベースに蓄積することで,皮膚腫瘍や皮膚アレルギーの診断に活用できるようにした.平成23年度は,皮膚ヘルスモニタリングシステムの基本となる部分を構築した.具体的には, 2波長のスペックル画像を同時に撮影できる測定光学系の構築,スペックル画像の空間統計解析による実時間の血流速分布可視化のためのソフトの開発, 2波長分のスペックル画像を利用した分光計測による酸化・還元ヘモグロビン濃度変化可視化のためのソフトの開発,の3点を実施した.以下に,各々の詳細を述べる.まず,新設の波長780nmおよび830nmの半導体レーザーを光源とし,これらを皮膚に照射したときに発生する2波長のスペックルを結像系と色フィルタを介して新設のハイスピードカメラ2台で波長ごとに画像検出し,ローカルコンピュータに転送して画像処理を行える測定光学系を既設の光学実験台上に2式構築した.次に,ハイスピードカメラで撮影した連続するスペックル画像の輝度値の空間差分に基づく血流評価値により,撮影条件に影響されずに,血流速分布を実時間で画像表示できるソフトを既設のアプリケーション開発ツールMATLABを用いて開発した.その上で,皮膚アレルギー等疾患部を対象に血流速分布計測実験を実施し,本ソフトの有効性を確認した.さらに,ハイスピードカメラで撮影した2波長分のスペックル画像の同一画素における輝度値に対し,生体組織中の吸収成分を酸化・還元ヘモグロビンと仮定して修正ランバート・ベール則を適用することで,酸化・還元ヘモグロビン濃度変化を各画素毎に算出し,その分布を画像として再現できるソフトを既設のアプリケーション開発ツールMATLABを用いて開発した.以上に詳述した3点の研究成果はいずれも,平成24年度に実施予定である装置の自動制御化とネットワーク化,皮膚ヘルスモニタリングシステムの構築,および本システムの性能確認試験のために必要不可欠なものである.平成23年度は,皮膚ヘルスモニタリングシステムの基本部分の構築のため,(1)測定光学系の構築,(2)血流速分布可視化のためのソフトの開発と基礎実験,(3)酸化・還元ヘモグロビン濃度変化可視化のためのソフトの開発と基礎実験,の3点を遂行したが,いずれもおおむね順調に進展している.以下にその理由を簡潔に示す.まず, (1)の測定光学系の構築については,当初の計画通り, 2波長の半導体レーザーを皮膚に同時に照射し,各々の散乱反射光により形成される2波長のスペックルを結像系と色フィルタを介してハイスピードカメラ2台で波長ごとに画像検出し,ローカルコンピュータに転送して画像処理を行える測定光学系を光学実験台上に2式構築できたことが理由である.次に, (2)の血流速分布可視化のためのソフトの開発と基礎実験についても,当初の計画通り,ただ1枚のスペックル画像から血流速分布を定量化し,さらにコントラスト補正を施すことで,実時間に,しかも撮影条件に影響されない血流情報を取得することができるソフトを開発でき,さらに本ソフトを利用した血流速分布計測の基礎実験によりその有効性を確認できたことが理由である.さらに, (3)の酸化・還元ヘモグロビン濃度可視化のためのソフトの開発と基礎実験についても,当初の計画通り,同時撮影した2波長分のスペックル画像の強度を画素毎に計測することで得られる分光反射率分布情報に基づき,撮影条件の影響を受けずに皮膚疾患部の酸素化状態を忠実に再現可能なソフトを開発でき,さらに本ソフトを利用した酸化・還元ヘモグロビン濃度可視化の基礎実験によりその有効性を確認できたことが理由である.

平成24年度は,皮膚ヘルスモニタリングシステムのネットワーク化とデータベースの構築のため,(1)装置の自動制御化とネットワーク化,(2)皮膚ヘルスモニタリングシステムの構築,(3)皮膚ヘルスモニタリングシステムの性能確認試験,の3点を実施する予定である.以下に,各々の概要を示す.まず, (1)の装置の自動制御化とネットワーク化については,新設の2軸可動ステージを平成23年度に構築した2式の測定光学系に組み込み,皮膚疾患部が広範囲に及ぶ場合にその全体を走査できるようにする予定である.同時に,測定光学系の各可動部に位置や角度の微調整を行うためのサーボモータを組み込むことにより,ローカルコンピュータで測定光学系全体の自動制御を行えるようにする予定である.次に, (2)の皮膚ヘルスモニタリングシステムの構築については,新設のパーソナルコンピュータをホストコンピュータに設定し,これと2台のローカルコンピュータをLANを介して接続して,動画データをローカルコンピュータからパーソナルコンピュータに実時間で転送できる環境を構築する予定である.さらに, (3)の皮膚ヘルスモニタリングシステムの性能確認試験については,皮膚アレルギー等の疾患部を対象として本研究で開発した皮膚ヘルスモニタリングシステムの性能確認試験を実施する予定である.その上で,性能確認試験の結果を基に必要とされる修正と改善を実施し,本システムの有効性の評価を行った上で,本研究を完了する予定である.まず,設備備品費については,平成24年度は2軸可動ステージ2式の購入を予定しているが,これは皮膚疾患部が広範囲の領域に及ぶ場合にその全体を自動走査することで,皮膚疾患の全容を把握することを目的としており,診断の信頼性を高める上で必要不可欠なものである.さらに,パーソナルコンピュータ1式の購入も予定しているが,これは皮膚疾患部の動画撮影から動画データ転送,データ解析,データベース化に到る一連の処理を行う上でやはり必要不可欠である.以上の根拠に基づいて設備備品費の全額が計上されており,研究規模,使用内容,金額のいずれの面から見ても十分な妥当性を有すると思われる.次に,消耗品費については,平成24年度は本システムの構成のために必要不可欠なレンズ,ビームスプリッター,色フィルタ等の光学素子,配線ケーブル等の電気部品,測定光学系の各可動部への組み込みを目的としたサーボモータ等の機械部品,およびスイッチングハブ,ブロードバンドルータ, LANケーブル等のネットワーク関連部品を中心に計上しており,十分に妥当な金額と思われる.さらに,旅費等については,平成24年度は本研究の成果の外部公表および本研究の遂行に必要な情報の収集を目的とした各種学会への出席のための費用,ならびに本研究で得られた成果を論文として発表するにあたって必要とされる印刷費,複写費,学会誌投稿料として計上しており,これも十分に妥当な金額と思われる.
多雪地帯におけるヒノキの生育特性と人工造林に関する基礎的研究

多雪地帯のヒノキにおける地際部の異常肥大生長,アテ材の形成及びトックリ病の発生について鳥取大学蒜山演習林のヒノキ林で調査した。更にヒノキの耐やせ地性育種の基礎研究として、精英樹及び天然ヒノキの実生苗のやせ地における生育及び肥料に対する反応の違い、及び肥沃地とやせ地に生育する造林木の水ストレスと葉の構造との関係などについて研究した。鳥大蒜山演習林の【IV】【VI】齢級造林地で、幹脚部の異常肥大木が多くみられた。異常肥大木には、トックリ状異常肥大木(トックリ病木)と非トックリ状異常肥大木(幹脚異常肥大木)の二つのタイプがみられた。トックリ病木は、地際部から地上60120cmまでトックリ状を呈し、谷・沢筋,斜面下部の緩斜地で多く発生した。幹脚異常肥大木は、異常肥大部の高さがトックリ病木よりも低く、地上5060cm以下で、根元曲がり部分の異常肥大が特に顕著であった。後者は急斜地で多く発生した。幹脚部の平均膨大率は正常木が2935%,トックリ病木が3846%であった。トックリ病木は正常木よりも生長がよく、トックリ症状は1015年生頃から現われた。次にトックリ病木と正常木の内生ホルモンを分析したところ、56月の形成層活動の最盛期に地際部の幹と根の組織におけるサイトカイニンの含有量が正常木よりもトックリ病木で多い傾向がみられた。また生育後期における幹のオーキシン含有量がトックリ病木でやや多い傾向がみられた。ヒノキ幼齢木におけるアテ材の形成は斜面の傾斜角及び積雪量と関係があり、急斜地では地上高の高い所までアテができた。またアテは谷側の木部に多く発生した。ヒノキ稚苗のやせ地における生長及び肥料に対する反応は家系によって差があった。肥沃地で育った生長の良い木はやせ地の生長の悪い木よりも1日の水ストレスの値が小さい傾向がみられた。生長の良い木は悪い木に比べて気孔におけるワックスの分泌が盛んであった。
不揮発性メモリを利用可能な言語処理系の実現

本研究では,プログラミング言語処理系の機能を応用することで,不揮発性メモリを利用した不揮発性メインメモリを効率的に管理する手法を確立する.その研究の3年目として,本年度は(1)(2)に挙げる二つの課題に取り組んだ.(1)ふるまいに基づいたリソース管理本研究のこれまでの成果から,プログラミング言語処理系とオペレーティングシステム(OS)が連携することによって,不揮発性メインメモリを効率的に管理できることがわかった.これは,プログラミング言語処理系レベルで得られる情報がOSレベルでのリソース管理に有用であることを示している.前年度は以上の背景を踏まえ,「リソース消費のふるまいに基づいたリソース管理」の検討と検証実験に取り組んだが,本年度はより具体的な利用を試みた.結果として,提案手法を三個の現実の問題に適用することができた.一つ目は,Webアプリケーションサーバに対するサービス拒否攻撃(DoS攻撃)の防止である.二つ目は,fork爆弾攻撃の防止である.三つ目は,コンテナ仮想化環境における異常検出である.(2)不揮発性メモリの接続規格の策定を背景とした提案手法の適用本研究の計画段階では,不揮発性メモリとCPUを接続するインタフェースの策定は充分に進んでいなかった.研究開始後に,既存のDRAMとCPUのインタフェースであるDDR4 SDRAMを拡張したDDR4 NVDIMM規格の策定が進み,2016年9月に仕様書の初版が公開された.これを受けてNVDIMM規格に準拠した製品も登場しており,今後は不揮発性メモリを計算機システムに接続するための主要な手段になると見込まれる.これを背景として,NVDIMM規格で接続された不揮発性メモリを前提としたハイブリッドメモリアーキテクチャに対する提案手法の適用を検討した.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。研究の初年度として,本年度は「(1)不揮発性メモリを考慮したプログラミング言語処理系におけるメモリ管理手法の設計および実装」,「(2)提案したメモリ管理手法の改善」の2つの課題に取り組んだ.(1)本研究が想定する不揮発性メインメモリは,書き込みアクセス特性が異なる2つのメモリ素子を組み合わせて1つの主記憶を構成する.そのため,このメモリ空間を管理するためには,データの書き込みアクセス頻度に基づいたデータ配置の決定および配置の管理が必要である.これを実現するために,プログラミング言語処理系の持つごみ集め処理を応用してデータの書き込み特性を収集し,それに基づいてデータ配置を決定する手法を設計した.またその手法をJava言語処理系であるJikes RVMへの実装することを試みた.その内容については,査読付き国際会議"IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips"において研究発表を行った.(2)設計および実装を行ったプログラミング言語処理系を用いて,様々なワークロード対象に提案手法の評価を行ったところ,「提案手法を実装することで,データサイズが増加する(問題a)」「データ配置を決定する基準値を実行するプログラムの挙動に基づいて動的に決定するのが困難(問題b)」という2つの問題が明らかになった.この問題は提案手法がデータごとの書き込みアクセス頻度を管理する方法に起因する.そこで,書き込みアクセス頻度の管理手法の改善に取り組んだ.結果として,問題a, b両方の解決を目指したmost recent write queue方式,問題bの解決により焦点を当てたmulti-level queue方式の2つの手法を設計した.このうち前者については査読付き国際会議にて発表予定である.後者についても論文が査読中である.本研究では,プログラミング言語処理系の機能を応用することで,不揮発性メモリを利用した不揮発性メインメモリを効率的に管理する手法を確立する.その研究の2年目として,本年度は「(1)初年度に提案したメモリ管理手法の改善」「(2)ふるまいに基づいたリソース管理」の2つの課題に取り組んだ.(1)初年度に提案したメモリ管理手法の改善今年度は初年度に明らかになった課題の解決に取り組んだ.具体的には,異種メモリ間でのデータ配置を動的に決定する手法の改良に取り組んだ.不揮発性メインメモリを利用する場合,プログラムで利用するデータを2つの異なる性質を持つメモリの間で配置する必要がある.この配置の決定を,プログラミング言語処理系のごみ集めの機能を応用して効率化するのが本研究の目的である.初年度で考案した方法は,配置を決定するパラメータはユーザによって任意に設定する方式を採っていた.しかしながら,これでは様々な種類のプログラムについて提案手法を利用することができない.そこで今年度は,初年度で検討したものとは異なる,データ配置決定のアルゴリズムを検討した.結果としてmost recent write queue方式,multi-level queue方式の2つの方式を考案し,国際会議にて発表した.(2)ふるまいに基づいたリソース管理本研究のこれまでの成果から,プログラミング言語処理系とオペレーティングシステム(OS)が連携することによって,不揮発性メインメモリを効率的に管理できることがわかった.これは,プログラミング言語処理系レベルで得られる情報がOSレベルでのリソース管理に有用であることを示している.そこで,これまで着目してきたメモリへの書き込み傾向に加えて,メモリの消費傾向なども考慮にいれたリソース管理方式について検討と検証実験に取り組んだ.平成27年度に計画した,提案手法の課題の解決については,新たな手法を提案,実装し,国際会議にて2回発表することができた.

また提案手法で得られた知見を不揮発性メモリの管理以外に拡張する課題についても,国際会議にて1回の発表を行うことができた.年度計画で挙げた課題の解決に取り組み,対外発表も行うことができている.以上の理由から,本研究課題はおおむね順調に推移していると判断した.本研究では,プログラミング言語処理系の機能を応用することで,不揮発性メモリを利用した不揮発性メインメモリを効率的に管理する手法を確立する.その研究の3年目として,本年度は(1)(2)に挙げる二つの課題に取り組んだ.(1)ふるまいに基づいたリソース管理本研究のこれまでの成果から,プログラミング言語処理系とオペレーティングシステム(OS)が連携することによって,不揮発性メインメモリを効率的に管理できることがわかった.これは,プログラミング言語処理系レベルで得られる情報がOSレベルでのリソース管理に有用であることを示している.前年度は以上の背景を踏まえ,「リソース消費のふるまいに基づいたリソース管理」の検討と検証実験に取り組んだが,本年度はより具体的な利用を試みた.結果として,提案手法を三個の現実の問題に適用することができた.一つ目は,Webアプリケーションサーバに対するサービス拒否攻撃(DoS攻撃)の防止である.二つ目は,fork爆弾攻撃の防止である.三つ目は,コンテナ仮想化環境における異常検出である.(2)不揮発性メモリの接続規格の策定を背景とした提案手法の適用本研究の計画段階では,不揮発性メモリとCPUを接続するインタフェースの策定は充分に進んでいなかった.研究開始後に,既存のDRAMとCPUのインタフェースであるDDR4 SDRAMを拡張したDDR4 NVDIMM規格の策定が進み,2016年9月に仕様書の初版が公開された.これを受けてNVDIMM規格に準拠した製品も登場しており,今後は不揮発性メモリを計算機システムに接続するための主要な手段になると見込まれる.これを背景として,NVDIMM規格で接続された不揮発性メモリを前提としたハイブリッドメモリアーキテクチャに対する提案手法の適用を検討した.平成26年度の実施として計画した,プログラミング言語処理系が持つごみ集めの機能を応用した,不揮発性メインメモリにおけるデータ配置手法の設計と実装が完了している.この成果については,国際会議で2件の発表を行った.年度計画に基づいて提案手法の評価を行ったところ,提案手法は不揮発性メモリにおける効率的なデータ配置を可能にする一方で,メモリ利用効率やパラメータの汎用性に問題があることがわかった.
先史時代環南シナ海地域における社会構造の変遷　－耳飾の流通と消費からの検討－

研究成果研究次年度は、ベトナム、フィリピン、マレーシア等において補足的資料調査をおこなった。台湾・中央研究院地球科学研究所においてSEM-EDS分析(走査型電子顕微鏡を用いた石材産地同定)と、SEMを用いた石製遺物の実験考古学的製作痕観察をおこなった。これに先立ち、竹と銅管を用いた軟玉(ネフライト)への管鑽法穿孔実験を実施した。本研究で対象とした「三つの突起を持つ玦状耳飾」・「双獣頭形耳飾」の形態作業がほぼ完了し、時空間的分布を検討したところ、これまで「セット関係」にあると考えられてきた上記2種の耳飾は、時間的にも空間的にも異なる枠組みで捉える必要があることが判明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究目的本研究は、先史時代海域東南アジア(環南シナ海地域)におけるヒトやモノの移動を明らかにし、また、地域社会の発展・変遷を解明することを目的としている。研究方法本研究課題は、当該地域に広域に分布する耳飾とそれに関連する埋葬遺跡を主要な研究対象とし、耳飾の形態学的な研究と、鉄器時代の葬制分析を基軸とする。具体的には、大きく二つの方策をとり達成される。(1)耳飾の製作技術・技法を製作痕観察等から解明し、それに基づいた型式編年を構築することで、耳飾の素材選択・入手・消費の過程及び、素材と製品の流通を総合的に復元する。(2)副葬品構成の分析から被葬者の社会的役割などを復元し、耳飾の副葬に付託された意味を解明する。研究成果研究初年度は、耳飾の製作痕観察から製作技術・技法復元を中心として研究を進めた。また、遺物の出土状況が比較的詳細に記録されるベトナムを対象として耳飾の機能や社会的用途の検証をおこなった。素材(ネフライト軟玉)の原産地同定推進の点では、地球科学の専門家とともにベトナム北部・中部を中心とした遺跡踏査と博物館資料調査をおこなった。ベトナム側研究機関や博物館の承諾を得て、ネフライトの化学分栃試料の選定を行なうことができた。2013年10月にフィリピン共和国において発生した地震と、同11月に同国を襲った台風は甚大な被害をもたらし、本研究課題の共同研究機関であるフィリピン国立博物館はその対処に追われた。そのため、2013年10-11月に予定していた資料調査は困難となった。ただしベトナムにおける調査が順調に進み、ネフライト(軟玉)産地同定の専門家とともにベトナム現地調査を実施することができた。全体として順調に進展している。本研究課題は、その達成へ向けて順調に推移している。研究ニカ年目では、副葬品構成の分析から被葬者の社会的役割などを復元することを主眼におき、先史時代東南アジアにおける社会背景を読み解いていく。これに伴い、ベトナムを中心として現地調査を予定しており、甕棺墓地遺跡出土の遺物の観察とそのデータベース化(現地語文研の精読を含む)をおこなう。この作業は現段階で約4割程度終えている。研究初年度に断念したフィリピンでの資料調査の再申請を試みるが、現地の事情を最優先し、不可能な場合は台湾の甕棺墓と箱式石棺墓遺跡の資料調査・分析に専念する。これは研究計画に支障をきたすような変更ではない。
分子を体感する新世代型分子模型システム教材の開発

本研究では,視覚と力覚の連動により分子と分子間力を体感できる,新しい分子模型システム教材の開発を目的とする.具体的には,分子構造と物理的特性を可視化し,かつ非結合原子間に働く力を力覚デバイスにフィードバックさせることで,ファンデルワールス相互作用の引力と斥力の変化を視覚と力覚の連携により体感できるシステムを開発する.本研究においては,対象を希ガス単原子分子間に絞り,人の感覚に効果的に働く基本システムを確実に構築することを目的とする.昨年度開発した2種類の可視化ソフトウェア:化学系グラフィックスオープンソースライブラリ『ケモじゅん』を基本とするE-HaptiChem,市販グラフィックスライブラリAVSを利用したもの(AVS-VI)について種々検討した結果、最終的にE-HaptiChemを採用した。ついで,昨年度までに実施した基本実験の結果をもとに、SPIDARを含むシステム全体のチューニングを行った。力提示アルゴリズムの改良も行い、1kHz以上の高速化を実現した。SSH指定の高等学校で本システムの実地実験を実施し、本システムの導入が知的好奇心を刺激し、興味や質問の誘起に有効に働くことを示す結果が得られた。本研究では,視覚と力覚の連動により分子と分子間力を体感できる,新しい分子模型システム教材の開発を目的とする.具体的には,分子構造と物理的特性を可視化し,かつ非結合原子間に働く力を力覚デバイスにフィードバックさせることで,ファンデルワールス相互作用の引力と斥力の変化を視覚と力覚の連携により体感できるシステムを開発する.学習者はインタラクティブに分子を操作し,分子間力の変化を力覚で感じとることで,分子を疑似体験することができるシステムを開発する.本研究においては,対象を希ガス単原子分子間に絞り,人の感覚に効果的に働く基本システムを確実に構築することを目的とする.本システムは,可視化ソフトウェアと力覚デバイス,および視覚と力覚を連動させるソフトウェアからなる.まず,可視化ソフトウェアとしては,佐藤らが開発した化学系グラフィックスオープンソースライブラリ『ケモじゅん』を基本とするE-HaptiChemと,市販グラフィックスライブラリAVSを利用したもの(AVS-VI)の2種類のプログラムを開発した.ついで,これらの可視化ソフトウェアと力覚デバイスをそれぞれ連結し,視覚と力覚の連動により分子間力を体感できる基本操作系を構築した.力覚デバイスにはスパイダー(SPIDAR)を用いた.本基本システムを用いて,本操作系とデバイスの有効範囲と基本要件を調べるための実験を行い,分子間力体感における力覚デバイスの寄与の程度と,提示する力の大きさと分子間距離と提示力の比の有効範囲を定量化した.本研究では,視覚と力覚の連動により分子と分子間力を体感できる,新しい分子模型システム教材の開発を目的とする.具体的には,分子構造と物理的特性を可視化し,かつ非結合原子間に働く力を力覚デバイスにフィードバックさせることで,ファンデルワールス相互作用の引力と斥力の変化を視覚と力覚の連携により体感できるシステムを開発する.本研究においては,対象を希ガス単原子分子間に絞り,人の感覚に効果的に働く基本システムを確実に構築することを目的とする.昨年度開発した2種類の可視化ソフトウェア:化学系グラフィックスオープンソースライブラリ『ケモじゅん』を基本とするE-HaptiChem,市販グラフィックスライブラリAVSを利用したもの(AVS-VI)について種々検討した結果、最終的にE-HaptiChemを採用した。
効率的な神経反射を誘発する足漕ぎ車いすの構造条件に関する研究

本研究課題である「負担が少なく,かつ必要最小限の筋力でより大きな駆動力を生じさせることができる足漕ぎ車いす構造」を調べるための手法として,ヒトの身体における機械的インピーダンスを用いた解析に着目した.機械インピーダンスの算出においては,外部摂動の有無による運動軌道の差をとる必要があるが,健常者に実際にペダリングをしてもらう実験を実施した結果,外部摂動を与えない場合でも運動軌道にいくつかのパターンが存在することが分かった.そこで,この無摂動時の運動パターンと推定対象とするクランク角範囲をそれぞれ細かく分けた合計21パターンの条件で機械インピーダンス推定を行った結果,パラメータによっては安定して求まる条件も存在したが,全体的に慣性と粘性のパラメータが極めて小さい値をとることが分かった.さらに,物理的パラメータであるはずの機械インピーダンスが負の値をとる場合が存在したため,この原因に関する調査が必要であることが分かった.機械インピーダンス推定手法の確立と並行して,ペダリング運動時における身体的負荷の評価に利用する各関節トルク推定の精度を向上させるための方法を検討した.これを実現するために,筋骨格構造を持ったモデル構築とそれを用いた動力学計算が可能であるソフトウェア(OpenSim)を導入した.本研究対象である足漕ぎ車いすは構造が通常の自転車と異なっているため,従来のサイクリング運動モデルをそのまま適用することは難しい.そこで,従来のサイクリング運動モデルの修正を行うと共に,足漕ぎ車いすにおけるペダリング運動を正確に捉えるためのモーションキャプチャシステム調整を行った.このシステムを用いて健常者のペダリング運動データを取り込んだ結果,シミュレータ内で足漕ぎ車いすのペダリング運動を再現出来ることを確認した.本研究の目的は,片麻痺患者でも使用可能な足漕ぎ車いすを対象として,使用者にとって身体的負担が少なく,かつ必要最小限の筋力でより大きな駆動力を生じさせることが出来る構造を明らかにすることである.本年度は,片麻痺のある患者でみられる外転運動などの3次元的な足の動きを考慮することが可能な下肢モデルの構築を行うと共に,足漕ぎ運動中に生じる回転トルクを正確に捉えるための計測手法について開発を行った.これを用いることで足漕ぎ運動中の関節トルクなどを推定し,リハビリテーションを通してこの発生パターンがどのように変化するのかを調べることが出来る.また,麻痺患者が足漕ぎ運動をする際の力学的特性を定量的に評価すると共に,足漕ぎ車いすを駆動できるようになるメカニズムを解明できる可能性がある.モデルへの入力としては,足漕ぎ車いすのペダルに設置した3軸力覚センサで計測される踏力を用いた.さらに,使用者の下肢に装着した加速度センサ情報を元に3次元的な足の動きを含む場合でもトルク推定を行えるようにした.また,本手法を用いて,ペダルを回転させるために有効に使用されている踏力や,左右脚のトルクバランスを評価することが出来る指標を確立した.一方,足漕ぎ車いすを使った運動に対して,外的負荷により回転トルクを変化させる機構についても開発を行った.具体的には,モータ及びパウダブレーキを組み合わせ,これらを車いすのペダルと連結させることにより足漕ぎ運動に要するトルクを制御できるシステムを構築した.本研究の第1段階である下肢3次元モデルの開発とその評価を行った.また,健常者及び麻痺患者を対象とした実験を実施し,得られたデータに基づいて提案手法の有効性確認を行った.さらに,足漕ぎ車いす運動時の力学的負荷を制御する機構について,基本設計を終え実機の製作を行った.現在までの実施内容に関してはほぼ計画通りではあるが,開発した下肢モデル及び力学的負荷の提示機構について検証すべき事項が残されており,今後実験を通してデータを追加していくことが必要である.本研究の目的は,片麻痺患者でも使用可能な足漕ぎ車いすを対象として,使用者によって負担が少なく,かつ必要最小限の筋力でより大きな駆動力を生じさせることができる構造を明らかにすることである.前年度に構築した3次元下肢運動モデルの解析を進めた結果,本モデルで得られる関節トルクのパターンが患者の麻痺の度合いによって異なることを発見した.また,本年度は3次元下肢運動モデルによる解析に加えて,機械的インピーダンスを用いた解析についても基礎的検討を行った.本手法では,手や足の動きに外部から摂動を与えた際の軌跡を解析することでヒトの関節における剛性や粘性を推定し,被験者がペダリング動作を行う際の力学的な特性をより詳しく調べることが可能である.そこで,ペダリング運動から機械的インピーダンスを求めた先行研究に基づき,足漕ぎ車いす操作時の機械的インピーダンスを安定的に求めるための計測システムとアルゴリズムの開発を行った.これらの解析手法の開発と並行して,足漕ぎ車いす使用者が外で行った実走行を,室内の安全な環境で体験できる追体験システムの開発を行った.本システムでは,事前に走行した場所で記録した視覚情報と力覚情報を統合し,これをバーチャルリアリティの技術を用いて提示することで,実際の外出が難しい被験者に屋外走行を体験してもらうことが可能となる.本研究では,追体験システムで再現される様々な環境を走行した際のデータを解析することで,視覚情報を含めた外的環境が機械的インピーダンスに与える影響について調べることを試みた.前年度までは,主に3次元下肢運動モデルを用いた関節トルクパターンで評価を行っていたが,本年度はこれに加えて機械的インピーダンスの概念を取り入れた.

このことにより,足漕ぎ車いす駆動時の運動特性を異なる2つの視点から評価することが可能となり,本課題の目的である「効率的なペダリング動作を誘発する足漕ぎ車いす」の構造条件について,より探索を行いやすくなった.さらに,スムーズな足漕ぎ車いす走行が難しい被験者に対しても,安全な走行と計測とを行えるバーチャルリアリティシステムを構築した.これにより,障害のある被験者を対象とした場合であっても,走行に伴う力覚負荷などを再現性よく提示出来る実験環境が整った.本研究課題である「負担が少なく,かつ必要最小限の筋力でより大きな駆動力を生じさせることができる足漕ぎ車いす構造」を調べるための手法として,ヒトの身体における機械的インピーダンスを用いた解析に着目した.機械インピーダンスの算出においては,外部摂動の有無による運動軌道の差をとる必要があるが,健常者に実際にペダリングをしてもらう実験を実施した結果,外部摂動を与えない場合でも運動軌道にいくつかのパターンが存在することが分かった.そこで,この無摂動時の運動パターンと推定対象とするクランク角範囲をそれぞれ細かく分けた合計21パターンの条件で機械インピーダンス推定を行った結果,パラメータによっては安定して求まる条件も存在したが,全体的に慣性と粘性のパラメータが極めて小さい値をとることが分かった.さらに,物理的パラメータであるはずの機械インピーダンスが負の値をとる場合が存在したため,この原因に関する調査が必要であることが分かった.機械インピーダンス推定手法の確立と並行して,ペダリング運動時における身体的負荷の評価に利用する各関節トルク推定の精度を向上させるための方法を検討した.これを実現するために,筋骨格構造を持ったモデル構築とそれを用いた動力学計算が可能であるソフトウェア(OpenSim)を導入した.本研究対象である足漕ぎ車いすは構造が通常の自転車と異なっているため,従来のサイクリング運動モデルをそのまま適用することは難しい.そこで,従来のサイクリング運動モデルの修正を行うと共に,足漕ぎ車いすにおけるペダリング運動を正確に捉えるためのモーションキャプチャシステム調整を行った.このシステムを用いて健常者のペダリング運動データを取り込んだ結果,シミュレータ内で足漕ぎ車いすのペダリング運動を再現出来ることを確認した.現在までに開発した下肢3次元モデル及びトルク推定手法を用いて,足漕ぎ車いす使用者がどのようなパターンで関節トルクを発生させているのかについて,詳細な解析を行う.さらに,足漕ぎ車いすの構造の違いがこのトルクパターンに対してどのように影響を与えるのかについて検証を行う.具体的には,使用者の身体的特性と足漕ぎ車いすの構造(ペダル,椅子の位置及びクランクの長さなど)をパラメータとして,使用者にとって効率的かつ身体への負荷が少ない足漕ぎ
視線情報を利用したWEBユーザビリティ評価に関する研究

本研究では,使いにくいWebページの検出へ向けて,10名の被験者のWebページ閲覧時の振る舞いに関する定量データと被験者自身による主観的なWebユーザビリティ評価の関連について実験を行い,定量的に分析した.その結果,視線の移動速度を用いることによって被験者自身が主観的に使いにくいと評価したWebページビュー(ある被験者があるWebページを1回閲覧する行為.以下,ページビューと呼ぶ)を検出するのに有効であることがわかった.さらにマウスのホイール回転量を利用することにより,被験者が使いにくいと評価した18ページビューのうち,17ページビューを検出することが可能となった.この検出されたページビューでは,被験者は目的の情報につながるリンクが見つからず,迷っている状況にあるため,使いにくいと評価したことがわかった.また,この判別の結果,被験者が使いにくいと評価する可能性があるページビューを全192ページビューのうち89ページビューの約1/2に絞り込むことが可能となった.我々はこれらの結果から視線やマウスの動きの特徴量とユーザの主観の間に関連性があることを確認した.また,情報端末として用いられるTVの操作性評価を評価するため,ユーザがリモコンを用いた際のGUIを取得し,リモコンの操作情報と共に再生するIrRC-Loggerを開発した.IrRC-Loggerは,(1)長期間にわたりリモコン操作情報,家電の出力画面を記録できる,(2)記録した操作情報と出力画面を統合して再生することができる,(3)連続した複数の操作情報を1つの動作としてまとめることでリモコン操作の記録分析を支援する環境である.テレビ番組表の表示や,ホームネットワークシステムの操作・表示端末として用いられているテレビの操作性を評価し,テレビを情報端末として用いる際の問題点を分析する.今後,さらに詳細な実験を行い,リモコン操作と様々なユーザビリティに関する問題点との関係が明らかになれば,問題点を定量的に指摘することも可能になると考えられる.ユーザの注視点移動距離と移動速度に着目し,ユーザが訪れたWebページ毎の注視点移動距離と移動速度とWebページの特徴との関連について実験により調査する.実験結果を統計的に分析,検証をおこない,新たなWebサイトから問題点の含まれるWebページを見つける手法として提案する.ここでは,注視点は,ユーザの視線とユーザが見ている対象の画面との交点である.まず,ユーザが感じるWebページの使いやすさとWebページごとの操作や注視点の移動をはじめとする様々な定量的データに相関があるかを分析した.その結果,ユーザの注視点の移動が速いWebページほどユーザにとって使いやすい傾向があることを統計的に明らかにした.これまで,Webサイトに対するユーザビリティテスティングは被験者が訪れたすべてのWebページを対象として評価を行う必要があった.しかし,評価に要するコストはますます増加の一途を辿っており,評価の効率化が求められている.使いにくいWebページを効率的に検出することができれば,効率的に評価することが可能になる.本研究の成果を利用し,ユーザの注視点移動速度という定量的な視線情報を利用すれば容易に検出,評価を行うことが可能になるであろう.今後,さらに詳細な実験を行い,ページ内での注視点移動速度をはじめとする定量的なデータと様々なWebユーザビリティに関する問題点との関係が明らかになれば,問題点を定量的に指摘することも可能になると考えられる.本研究では,使いにくいWebページの検出へ向けて,10名の被験者のWebページ閲覧時の振る舞いに関する定量データと被験者自身による主観的なWebユーザビリティ評価の関連について実験を行い,定量的に分析した.その結果,視線の移動速度を用いることによって被験者自身が主観的に使いにくいと評価したWebページビュー(ある被験者があるWebページを1回閲覧する行為.以下,ページビューと呼ぶ)を検出するのに有効であることがわかった.さらにマウスのホイール回転量を利用することにより,被験者が使いにくいと評価した18ページビューのうち,17ページビューを検出することが可能となった.この検出されたページビューでは,被験者は目的の情報につながるリンクが見つからず,迷っている状況にあるため,使いにくいと評価したことがわかった.また,この判別の結果,被験者が使いにくいと評価する可能性があるページビューを全192ページビューのうち89ページビューの約1/2に絞り込むことが可能となった.我々はこれらの結果から視線やマウスの動きの特徴量とユーザの主観の間に関連性があることを確認した.これまで,Webサイトに対するユーザビリティテスティングは被験者が訪れたすべてのWebページを対象として評価を行う必要があった.しかし,評価に要するコストはますます増加の一途を辿っており,評価の効率化が求められている.使いにくいWebページを効率的に検出することができれば,効率的に評価することが可能になる.本研究の成果を利用し,ユーザの注視点移動速度という定量的な視線情報を利用すれば容易に検出,評価を行うことが可能になるであろう.今後,さらに詳細な実験を行い,ページ内での注視点移動速度をはじめとする定量的なデータと様々なWebユーザビリティに関する問題点との関係が明らかになれば,問題点を定量的に指摘することも可能になると考えられる.本研究では,使いにくいWebページの検出へ向けて,10名の被験者のWebページ閲覧時の振る舞いに関する定量データと被験者自身による主観的なWebユーザビリティ評価の関連について実験を行い,定量的に分析した.

その結果,視線の移動速度を用いることによって被験者自身が主観的に使いにくいと評価したWebページビュー(ある被験者があるWebページを1回閲覧する行為.以下,ページビューと呼ぶ)を検出するのに有効であることがわかった.さらにマウスのホイール回転量を利用することにより,被験者が使いにくいと評価した18ページビューのうち,17ページビューを検出することが可能となった.この検出されたページビューでは,被験者は目的の情報につながるリンクが見つからず,迷っている状況にあるため,使いにくいと評価したことがわかった.また,この判別の結果,被験者が使いにくいと評価する可能性があるページビューを全192ページビューのうち89ページビューの約1/2に絞り込むことが可能となった.我々はこれらの結果から視線やマウスの動きの特徴量とユーザの主観の間に関連性があることを確認した.また,情報端末として用いられるTVの操作性評価を評価するため,ユーザがリモコンを用いた際のGUIを取得し,リモコンの操作情報と共に再生するIrRC-Loggerを開発した.IrRC-Loggerは,(1)長期間にわたりリモコン操作情報,家電の出力画面を記録できる,(2)記録した操作情報と出力画面を統合して再生することができる,(3)連続した複数の操作情報を1つの動作としてまとめることでリモコン操作の記録分析を支援する環境である.テレビ番組表の表示や,ホームネットワークシステムの操作・表示端末として用いられているテレビの操作性を評価し,テレビを情報端末として用いる際の問題点を分析する.今後,さらに詳細な実験を行い,リモコン操作と様々なユーザビリティに関する問題点との関係が明らかになれば,問題点を定量的に指摘することも可能になると考えられる.
鋼鉄製海洋構造物の電気防食によって生成する石灰質膜の二重層構造の解明

近年、人類活動に海洋空間の利用する傾向が強まっている。このためには、海水中での種々の海洋構造物の構築が必要となる。海洋環境は構造物を維持するという点で陸上のそれと比べて非常に過酷であるから、これに伴って、海洋構造物の維持管理が重要な課題となる。鉄製海洋構造物の有力な維持法の一つとして、石灰質沈着を伴うカソード防食法(CP)がある。我々は既に^<1)>鉄製海洋構造物に沈着した石灰質被膜が明確な境界を有するMg(OH)_2とCaCO_3の二重層から成っていることを明らかにした。本課題では、この二重層の個々の構造を別々に解析する簡潔な方法を提案し、その妥当性を検討すること目的として研究を進めた。言うまでもなく、沈着物を伴うカソード防食で石灰質沈着物は主要な部分を占めるから、その詳細な構造を知ることは非常に重要である。その二重層構造解析法は、沈着物中の間隙水が親水性の差に従って、それらの層に分配されるという仮定に基づいている。この仮定によって、二重層に関する様々な構造因子を理論的に導出した。この二重層構造を解析するための理論的モデルの正当性を検証するために、定電流密度および定温度下で陰極周辺の海水の流動状態を変化させるか、または、海水を希釈するかにより、種々のCa/Mg比を有する石灰質沈着膜を作製した。これらの沈着物に上記のモデルを適用した結果、様々な沈着物の実験的構造因子と理論的構造因子がほぼ一致し、このモデルが二重層構造を解析するために有効であることが判った。この結果は、既に学術誌に投稿済みである^<2)>。
ヒトリンパ液の凝固・線溶機構およびヒトリンパ管内皮細胞の性状に関する研究

胸管より採取したリンパに含まれる凝固・線溶因子:フィブリノゲン(Fbg),α_2-プラスミン・インヒビタ(α_2-PI),プラスミノゲン・アフチベータ・インヒビタ(PAI-I),プラスミノゲン(Plg),組織型プラスミノゲン・アフチベータ(t-PA),ウロキナーゼ型プラスミノゲン・アクチベータ(u-PA),アンチトロンビンIII(ATIII),プロテインC,トロンボモジュリン(TM),tissue factor(TF),tissue factor pathnay iuhikitor(TFPI)を測定し,同時に未梢血より分離したplasmaと比較した。リンパTFおよびu-PA抗原レベルは血漿と比較し,有意に高値を示したが、他の因子の抗原値は血漿レベルより低いことが明らかになった。特にリンパゲル化遅延の原因のひとつにFbg低値が関与すると考えられる。第VIII因子,t-PA,u-PA,TMに対するモノクロナル抗体を用いた検討では免疫組織学的にリンパ管(胸管)内皮細胞での染色が血管内皮細胞と同様に認められた。血漿と比較し,リンパu-PAの高値を示す要因として,内皮細胞での産生能の差異によるものと考えられる。一方リンパ管(胸管)内皮細胞の培養を行なったが,培養糸の確立には至らず、今後も継続して行なう予定である。胸管を摘出するような外科手術時に、クエン酸ナトリウム存在下でリンパ液を採取し,同時に末梢血より血漿を分離した(20症例)。各々に対し、抗原測定法を用い,凝固および線溶抑制因子として,フィブリノゲン(Fbg),α_2-プラスミン・インヒビタ(α_2-PI),プラスミノゲン・アクチベータ・インヒビタI(PAI-I)を,線溶および凝固抑制因子として,プラスミノゲン(Plg),組織型プラスミノゲン・アクチベータ(t-PA),ウロキナーゼ型プラスミノゲン・アクチベータ(u-PA),AT-III,プロテインC,トロンボモジュリン(TM)を測定した。リンパ液では血漿と比較すると,TMおよびu-PAを除く凝固・線溶各因子の有意な低値が認められた。特にFbgの低値が特徴的であり,このことがリンパ液ゲル化遅延に深く関与すると考えられる。一方,リンパ管内皮細胞に関しては通常の血管内皮細胞の培養と同様の方法を用いたが,培養系の確立には至らず,現在,リンパ管(胸管)に対して,第VIII因子関連抗体などを用いた組織学的検討を行っている。平成8年度では前年度に引き続き,リンパに含まれる凝固・線溶因子として,Tissue Factor(TF)とそのインヒビター(TFPI)に関して,抗原測定法(ELISA)を用い,血漿と比較検討した。その結果,TFおよび遊離型TFPIともリンパに存在することが明らかになった。特に,血管内皮細胞で産生されるTFPIがリンパ液中に認められることは、リンパ管内皮細胞でもTFPIが産生されるか,あるいは毛管血管より濾過された後にリンパ管に再吸収されたのか,いづれかを意味する。一方,胸管および血管に対する免疫組織学的検討に関しては,第VIII因子関連抗体,組織型プラスミノゲン・アフチベータ(t-PA),ウロキナーゼ型プラスミノゲン・アクチベータ(u-PA)およびトロンボモジュリン(TM)に対する抗体を用いて行なった。リンパ管内皮細胞には上記のいづれも発現が認められ,血管内皮細胞と同様に抗血栓性を有しているものと考えられる。現在,TFおよびTFPIに対する抗体を用い,検討を始めている。また,胸管内皮細胞の培養も昨年に引き続き行なっているが,培養糸の確立には至っていない。胸管より採取したリンパに含まれる凝固・線溶因子:フィブリノゲン(Fbg),α_2-プラスミン・インヒビタ(α_2-PI),プラスミノゲンアクチベータ・インヒビタ(PAI-I),プラスミノゲン(Plg),組織型プラスミノゲンアクチベータ(t-PA),ウロキナーゼ型プラスミノゲンアクチベータ(u-PA),アンチトロンビンIII(AT-III),プロテインC,トロンボモジュリン(TM)を23症例に測定することが可能となり,血漿と比較した。

一昨年報告したように血漿と比較して,リンパFbgの低値が再確認された。さらに,今回,リンパに含まれるu-PAは血漿のそれに比較して有意に高値を示すことが明らかになった。一方,10症例の胸管切除例から,パラフィン固定後,第VIII因子,t-PA,u-PA,TM,ティシュファクター(TF),ティシュファクター・インヒビタ(TFPI)に対する各抗体を用いて,免疫組織学的検討を行なった。これら抗体に胸管(リンパ管)内皮細胞が染色される場合とそうでない症例があり,現在,その原因を検索中である。原因のひとつに,胸管切除の際に内皮細胞が脱落している可能性が挙げられ,再度,検体を集めている状況である。また,リンパ管内皮細胞の培養も行なっているが,培養系の確立には至らず,今後も継続する予定である。
ラット顎関節円板由来線維芽細胞の伸展力および圧縮力による細胞外基質の変化の検討

ラット顎関節円板由来の線維芽細胞系を用い、細胞進展装置を使用して伸展刺激下にて培養することにより、メカニカルストレスに対するラット顎関節円板由来線維芽細胞におけるFibrillin-1とバーシカンの遺伝子発現およびタンパク発現について変化が認められた。本研究では、ラットの顎関節円板由来の線維芽細胞培養系を用い、関節円板に負荷される生体力学的な力を想定した伸長力と圧縮力を負荷することにより、コラーゲンおよびプロテオグリカンの発現にどのような影響を与え、顎関節円板に対してどのような変化をもたらすのかを解明する。また、弾性系線維とバーシカンの密接な関係性にも注目し、その相互作用による機能の解明を行うことを目的としている平成21度は、予備実験としてヒト歯根膜由来線維芽細胞(HPLF)および肉由来線維芽細胞(HGF)を用いて伸長力負荷下(シリコンチャンバー上)での細胞進展装置(STB-140、ストレックス社)を使用して線維芽細胞の培養を行い、培養条件および伸展力の条件の確立を行った。また、弾性系線維であるFibrillin-1とversican α-domeinおよびβ-domainに対する抗体を用いて免疫染色(二重染色)とmRNA発現の定量を行うためのprimerの設計と確認を行った。今後の実験計画としては、試料作成のためラット顎関節円板を採取し、プラスチックシャーレ上で組織小片を培養し、ラット顎関節円板由来線維芽細胞を単離する。単離した培養細胞に伸展力と圧縮力を負荷し、Fibrillin-1とversicanの発現変化にいてFibrillin-1とversican α-domeinおよびβ-domainの免疫染色(二重染色)およびmRNA発現の定量分析によって検討する。これによってラット顎関節円板由来線維芽細胞の伸展力と圧縮力に対する弾性系線維とversicanの発現変化を検討することにより、顎関節の運動による機能的負荷が顎関節円板にあたえる影響を解明する。また、弾性系線維とバーシカンの密接な関係性にも注目し、その相互作用による機能の解明を行うことを目的としている。22年度の研究計画により、ラット顎関節円板由来の線維芽細胞系を用い、伸長力と圧縮力を負荷したときの弾性系線維とバーシカンの発現変化と相互作用の解析を行うことを目的とし行った。ラット顎関節円板由来の線維芽細胞系を用い、リコンチャンバー上でMEM培地中(10%牛胎児血清)で1週間培養した。その後、細胞進展装置(STB-140、ストレックス社)を使用して、伸展刺激(1往復/30s)を加えて10日間培養し、弾性系線維(Fibrillin-1)とバーシカンの抗体で二重染色を行った。二重染色の結果、ラット顎関節円板由来の線維芽細胞系に伸展刺激を負荷したときFibrillin-1とバーシカンの発現についての変化が認められた。22年度までの研究計画により、ラット顎関節円板由来の線維芽細胞系を用い、伸長力と圧縮力を負荷したときの弾性系線維とバーシカンの発現変化と相互作用の解析を行うことを目的とし行った。ラット顎関節円板由来の線維芽細胞系を用い、細胞進展装置(STB-140、ストレックス社)を使用して伸展刺激を負荷した。弾性系線維(Fibrillin-1)とバーシカンの抗体で二重染色を行った結果、伸展刺激を負荷したときFibrillin-1とバーシカンの発現についての変化が認められた。23年度の研究計画では、ラット顎関節円板由来の線維芽細胞系を用い、siRNAによる弾性系線維(Fibrillin-1、Fibrillin-2、Fibulin-5)の発現抑制実験を行い、弾性系線維発現抑制時のバーシカンの発現変化をmRNA発場によって検討することとし、(1)ラット顎関節円板由来線維芽細胞の培養、(2)伸長力負荷下での線維芽細胞の培養、(3)圧縮力負荷下での線維芽細胞の培養、(4)バーシカンmRNA発現の定量を行うことであった。しかし、siRNAにおける効果的な発現抑制が得られず、今後は新たなsiRNAを設計し再度発現抑制実験を行う予定である。
運動学習の成立過程における大脳皮質-大脳基底核連関の可塑的神経機構

本研究では、経脳硬膜超音波ドプラー法を用いて脳の血行動態(血流速度の変化)を直接モニターし、賦活化された領域を解剖学的に同定することにより、神経活動に関連した機能的イメージングを行い、運動課題を実行中のサルから得られた大脳皮質運動関連領野の活動変化を経時的に解析した。実験では、3頭のニホンザルに、手がかり刺激に応じて片手もしくは両手の運動を弁別し、遅延期間後に実際に片手あるいは両手でボタン押しを行うような運動課題を訓練した。脳血流の計測には超音波画像診断装置を使用し、ドプラー音として得られたデータをJTFA(joint time frequency analysis)法により解析した。測定部位は、一次運動野(MI)、補足運動野(SMA)、運動前野背側部(PMd)および腹側部(PMv)で、部位ごとに50回試行の加算を平均し、手がかり刺激提示前の血流速度に対する増加率を算出した。その結果、(1)MIでは、片手課題で運動開始に関連した顕著な血流増加が反対側性にみとめられ、両手課題でも同様の血流増加が両半球でみとめられた。(2)SMAでは、片手課題と両手課題のいずれでも、とくに手がかり刺激と運動開始に関連した血流増加が反対側性、同側性、および両側性にみとめられた。(3)PMdでは、片手課題で遅延期間と運動開始に対応した血流増加が反対側性にみとめられ、両手課題でも同様の血流増加が両半球でみとめられた。(4)PMvでは、片手課題で手がかり刺激と運動開始に対応した血流増加が反対側性にみとめられ、両手課題でも同様の血流増加が両半球でみとめられた。以上の結果は、これまでに報告された電気生理学的所見とよく一致しており、経脳硬膜超音波ドプラー法による脳機能イメージングが有効であることを示している。さらに、ボタン押し課題の学習過程における血流変化を解析した結果、SMAでは、手ががり刺激と運動開始に関連した血流増加率が学習初期に比べて学習成立時にかなり減少していることが明らかになった。また、課題実行中にボタン押し課題を上記の弁別課題から単純な繰り返し課題に変更すると、SMAにおける手がかり刺激や運動開始に関連した血流増加が減少もしくは消失した。これらの結果は、SMAが運動学習の成立過程に深く関与することを示唆している。本研究の目的は、運動課題を学習中のサルを用いて、課題遂行時の大脳皮質および大脳基底核の活動変化を経時的に解析し、運動学習の成立過程における「大脳皮質-大脳基底核連関」の可塑的神経機構を明らかにすることである。本研究のもっとも独創的な点は、従来、胸部・腹部疾患の臨床診断などに使用されてきた超音波画像診断装置を脳研究に応用し、超音波ドップラー断層法を用いて課題試行中における脳の血行動態(血流速度の変化)を直接モニターすることにより、神経活動に関連した機能的イメージングを行うことである。平成13年度は、コントロール実験として、片手もしくは両手のボタン押し運動課題を習得したサルから、一次運動野(MI)、補足運動野(SMA)、運動前野背側部(PMd)および腹側部(PMv)など、前頭葉に分布する運動関連領野のニューロン活動を記録した。その結果、(1)MIでは、片手課題で運動開始に応答するような血流増加が反対側性にみとめられた。また、両手課題でも左右の半球で反対側性に運動開始に関連した血流増加がみとめられた。(2)SMAでは、片手課題と両手課題のいずれにおいても、手がかり刺激および運動開始に応答するような血流増加が両側性にみとめられた。(3)PMd(とくに尾側部)では、片手課題および両手課題で、遅延期間に対応した血流増加が反対側性にみとめられた。(4)PMvでは、片手課題および両手課題で、手がかり刺激と運動開始に関連した血流増加が反対側性にみとめられた。以上の所見は、これまでの電気生理学的実験データとよく一致しており、超音波ドップラー断層法による脳機能イメージングが優れた時間分解能と空間分解能を有することが示唆された。さらに、両手運動課題の学習過程において、手がかり刺激および運動開始に関連した血流増加の程度がSMAで特異的に減少するという予備知見が得られており、平成14年度は、このような運動関連領野の可塑的神経機構を中心に詳細な解析を行う予定である。