hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地球温暖化の直前および初期における急激な気候変動の解明-学術統合的アプローチ

本研究の成果として,主筆1編,共著2編が公表された.この他,4編が投稿・査読中,3編を投稿準備中であり成果の発表を行った.特に顕著な成果として,主筆の論文(Jimenez-Espejo et al., 2008)で,最終氷期以降の西地中海における気候変化に関し,以下の点で海洋循環系の変化が海洋生物生産性に深く関係することを指摘した.(1)最終氷期から現在にいたる温暖化が海洋環境変化に影響を与える.特に,海水準の上昇が地中海の海洋循環の様子を変化させる.(2)温暖化に対する西地中海の水塊の感受性が,特に表層の塩分濃度に表れる.(3)西地中海の海洋生物生産性は,温暖期と寒冷期では大きくその様相を変化させ,特に寒冷な時期に最も高くなる.(4)結果を数値モデリングの研究者と議論し深めることで,縁海(西地中海)において,温暖化に伴う海水準の変化が,海洋循環に影響する.(5)海洋堆積物コアの研究結果を,陸上湖沼の結果(南イベリア半島)と比較し,過去四千年間に,温暖化に伴う湿潤な気候変動が陸域海域で起こっていた.この他,現在投稿準備中の論文では,オホーツク海においては,海水準が与える影響にくわえて,大気循環が海洋循環に与える影響が非常に大きいことを明らかにした.現在の観測データと過去の気候復元データの統合という点では,海洋堆積物の記録と湖沼堆積物の記録の比較検討という点で重要な貢献を行った.とりわけ,South Iberian Mediterranean Moisture Archive(SIMMA)に対し,オリジナルな降水量指標を提唱するに至った.また,ローマ時代の文明の盛衰に関連した,気候シグナル(Pb/Al,CuやNiなどの重金属の濃集など)を見出し,古海洋学と考古学の接点を見出した点でも功績が認められる.平成19年度における,本研究の遂行期間は,平成19年11月から3月までの4ケ月間であったが,以下の内容について研究を遂行した.1.過去の気候変動について,増幅して記録している大陸縁辺海、オホーツク海(「みらい」航海MRO6-04,「よこすか」航海YK07-12)で採取した海底堆積物コアについては,特に,温暖期(完新世,ステージ5e,9,11)の環境プロクシの分析を海洋研究開発機構の設備(特に,非破壊コア解析装置,酸素炭素同位体質量分析計)を用いて行った.結果として,採取されたコア(MR06-04-PC7)における底生有孔虫の酸素同位体比の変動から,温暖期(完新世,ステージ5e,9)の層序的な位置を確認し,年代モデルを構築した.また,海底堆積物コアの,深度方向5mm間隔で行った非破壊蛍光X線解析から,特にカルシウム(Ca)の変動に急激で,突然の気候変化-ダンスガードエシュガーサイクルが明確に見つかることを確認することができた.2.現代の温暖化に伴う気候偏差を把握するために,地中海,オホーツク海について,利用可能な世界各国の,気候観測ステーションのアーカイブされた月別観測データ(気温,降水量など)を収集し,全世界各地における,異なる地域間の比較のため生データを数値処理するための情報収集を行った.3.本研究のアイデアおよび現在までの成果に関し,2008年5月25日より5月30日まで、幕張メッセ,国際会議場で行われる,日本地球惑星化学連合2008年大会に研究発表を行えるよう,要旨申し込みを行った.本研究の目的は,「地中海およびオホーツク海など,高緯度-中緯度に位置する気候変動に非常に影響を受けやすい海域について,長期に及ぶ古気候記録を高解像度で取得し,それらの比較をおこなう」ことである.この研究目的はさらに以下の3つの研究課題へと細分することができる.(1)地球温暖化が北半球の気候に及ぼす影響の解明,(2)急激な温暖化が人類および陸域・海域の環境に及ぼした影響の解明,(3)観測記録と地質学的なデータの比較手法の確立.今年度に実施した研究の成果は以下に要約される.西地中海の試料については最終氷期最盛期から完新世までの古気候記録の取得・解析が終了している.また,オホーツク海の試料についても分析を行った。(a)西地中海全域の試料から得られたデータの解析の結果,西地中海において,温暖な時代には水塊構造が不安定で海洋一次生産量が大きく,海洋底層の溶存酸素量が低いという特徴が見出された.一方で,これらと逆の海洋環境(すなわち,現在と同様の海洋環境)は最終氷期最終期や現在から約8000年前の時代に特徴的だったことが発見された.この研究成果は,現在の地球温暖化がさらに進んだ際に西地中海にどのような影響を及ぼすのかを知る上で非常に有用な情報である.以上の研究成果によって,研究課程(1),(2)について目的をほぼ達成することができたと考えている.(b)非破壊蛍光X線コアロガー(TATSCAN-F2)を用いたミリメートルスケールでの高解像度地球化学的古気候指標データベースの取得は既に完了しており,観測記録との比較へ向けた準備は着実に進んでいる.一方で,多くの場合において観測記録のデータベースの使用許可を得ることが難しいという問題も抱えている.この点では,研究課題(3)についてはまだ十分に達成されたとはいえず,次年度の課題である.本研究の成果として,主筆1編,共著2編が公表された.

この他,4編が投稿・査読中,3編を投稿準備中であり成果の発表を行った.特に顕著な成果として,主筆の論文(Jimenez-Espejo et al., 2008)で,最終氷期以降の西地中海における気候変化に関し,以下の点で海洋循環系の変化が海洋生物生産性に深く関係することを指摘した.(1)最終氷期から現在にいたる温暖化が海洋環境変化に影響を与える.特に,海水準の上昇が地中海の海洋循環の様子を変化させる.(2)温暖化に対する西地中海の水塊の感受性が,特に表層の塩分濃度に表れる.(3)西地中海の海洋生物生産性は,温暖期と寒冷期では大きくその様相を変化させ,特に寒冷な時期に最も高くなる.(4)結果を数値モデリングの研究者と議論し深めることで,縁海(西地中海)において,温暖化に伴う海水準の変化が,海洋循環に影響する.(5)海洋堆積物コアの研究結果を,陸上湖沼の結果(南イベリア半島)と比較し,過去四千年間に,温暖化に伴う湿潤な気候変動が陸域海域で起こっていた.この他,現在投稿準備中の論文では,オホーツク海においては,海水準が与える影響にくわえて,大気循環が海洋循環に与える影響が非常に大きいことを明らかにした.現在の観測データと過去の気候復元データの統合という点では,海洋堆積物の記録と湖沼堆積物の記録の比較検討という点で重要な貢献を行った.とりわけ,South Iberian Mediterranean Moisture Archive(SIMMA)に対し,オリジナルな降水量指標を提唱するに至った.また,ローマ時代の文明の盛衰に関連した,気候シグナル(Pb/Al,CuやNiなどの重金属の濃集など)を見出し,古海洋学と考古学の接点を見出した点でも功績が認められる.
人工生態系を用いた共生の進化の実験的解析

藻類(Micractinium sp.)・細菌(E. coli)・繊毛虫(Tetrahymena)の3種からなる合成生態系を13年間培養して得られた構成種のうち,培養8年目および13年目のE. coli個体群から分離した各50株の増殖特性や生理的特性を解析した.その結果,アミノ酸要求性を持つグループ,細胞が長くなるグループ,および細胞集塊を形成するグループ,クエン酸を代謝できるグループ等が存在することが明らかになった,各グループから数株を選び計15株を各培養年で選定し,全ゲノムDNA配列を解読の解析を開始した.2018年度3月においては,これらの解析は,解読中であり,結果は次年度を待つことになった.配列結果は,2019年6月ごろに得られる予定である.また,2017年度にDNA配列がすでに決定した6年培養後に分離した15株に関しては,今年度において,変異を起こした遺伝子(点突然変異および挿入・欠失)を特定し,形質と遺伝子の変異との関係を解析した.一部の株では,一つの変異がその特徴的な形質をうまく説明できたが,多くの株においては,適応的と考えられる形質に複数の遺伝子が関与することが示唆された.また,8年目の15株の変異箇所の数から,分子系統樹を作成した.その結果,形質が類似するグループと系統樹におけるクラスターがよく一致していることが明らかになった.今後は,上記の8年および13年目の解析結果を取り入れた総合的な分子系統樹を作成し,合成生態系におけるE. coliの進化・分化過程と適応放散の過程を明らかにする計画である.本課題では,合成生態系の長期培養から分離したE. coliの形質の解析と全ゲノムの解読を中心に行っているが,一部の株でゲノムDNAの抽出が難航し方法を改良・検討したため,ゲノム解析が計画より遅れた.その結果,1年間の延期を申請した.しかし,2018年度末にこの問題は解決し,2019年度前半には当初の計画が終了する予定である.今後は,すでに結果の得られている6年培養株に加え,8年および13年目の解析結果を整理し,これを取り入れた総合的な分子系統樹を作成する.また,それらの株の生理的・生態的形質とゲノム遺伝情報の変異との関係を明らかにし,合成生態系におけるE. coliの進化・分化過程と藻類や繊毛虫との相互作用との関連で,E. coliの適応放散の過程を明らかにする計画である.これまでに本研究室では、藻類(Micractinium sp. Ehime)、大腸菌(Escherichia coli)、繊毛虫(Tetrahymena thermophila)の3種で構成されるCETマイクロコズムを長期培養することによって、その構成種の進化を観察し、解析してきた。その過程において、藻類と細菌から成る集塊(“ME集塊")が発見された。このME集塊は、E. coliとMicractiniumとの共生系であるデータがこれまでの研究で明らかになった。約6年間培養後のCETマイクロコズムから採取したME集塊から分離されたE. coliに分離株には、オリジナル(祖先)株には見られない特徴として、イソロイシン要求性があるもの、クエン酸やラフィノースというオリジナル株が利用できない代謝能を持つもの、さらに、細胞がフィラメント状に長く成長するタイプなどが確認された。本年度は、このマイクロコズム培養系において細菌がどのように適応放散しているのか、そしてそれぞれの分離株にどのような生存戦略があるのかをDNAレベルで解析するため、ME集塊より分離した11株のE. coliの全ゲノム解析とそれらの代謝特性および細胞形態を調べた。愛媛大学理学部の佐久間准教授との共同研究により、現時点で11株の全ゲノムDNAの解読とアライメントが完了した。また、それらのが部の代謝特性と細胞形態を明らかにした。29年度に、DAN配列における変化と形質との関連をデータベースにおける情報と培養実験等を組み合わせて解析する予定である。28年度は、E. coliの全ゲノム解析に注力することを目的にしており、そのDNA配列決定と代謝特性および細胞形態の調査が完了したため。本研究に先立ち,生態系における進化を理解するために,藻類(Micractinium sp.),細菌(Escherichia coli),繊毛虫(Tetrahymena thermophila)からなるモデル生態系の長期培養を13年間行った.この生態系の長期培養の様々な時点で分離した生物の単独および共培養を行い進化過程の詳細を解析している.本研究では,特に細菌の進化に焦点を当て,特に形質の変化とDNAレべルの変化との関係に焦点を当てた.2017年度においては,培養開始から6年,8年,12年,13年後に分離したE. coliの形質の多様化に焦点を当て,特に,全ゲノムの配列を決定した6年後の分離株15株(2016年度にシーケンシング実施)の形質とDNA配列との関係を解析した.この15株の主要な形質としては,(1)藻類と細胞集塊を形成し共生関係を形成するタイプ,(2)藻類が産生する未利用資源に適応しているタイプ,(3)細胞がフィラメント上に長くなり繊毛虫からの捕食を避けるタイプ(藻類との細胞集塊は形成しない)が確認された。15株のゲノムDNA配列における変異の解析の結果,E. coli祖先株に比べ30から66の塩基置換や挿入/欠失が確認された.

現在これらの変異と形質との関係を文献等の先行研究を用いて整理しているが,とくにフィラメント上に長くなるグループの株の全て(上記の3)はzipA遺伝子に変異を持っていた(328アミノ酸中の55番目のグルタミン酸がストップコドン).zipAはE. coliにおいては必須遺伝子だが,それにもかかわらず生存できる理由や、他の遺伝子座における変異とどういう関係で致死に至らないかが今後の課題となった.また、このグループは何れもイソロイシン要求性であり,共通する変異としてileX (イソロイシンのtRNA遺伝子)が見られた.本研究に先立ち,藻類(Micractinium sp.),細菌(Escherichia coli),繊毛虫(Tetrahymena thermophila)からなるモデル生態系(マイクロコズム)の長期培養を13年間行った.2016年度開始の本研究課題において,様々な時点で採取し凍結保存された群集サンプルから藻類と細菌をクローンとして分離した.具体的には,以下に示すような進捗状況にある.(1)細菌の進化と生態培養期間6年,8年,12年,13年のマイクロコズムから採取した細菌(E. coli)のクローンとしての分離・純化を完了した.さらに,(a)6年の30株のうち15株の全ゲノムDNA配列の決定し,文献データを用いて形質との関係を解析した(継続中).(b)8年(50株),12年(50株),13年(50株)における分離株の生理学的・生態学的性状を調べた(一部継続中).(2)藻類の進化と生態6年(30株),8年(50株),12年(50株)、13年後(50株)の藻類のクローンとしての分離・純化を完了した.さらに,8年(50株),12年(50株)、13年(50株)における分離株の生理学的・生態学的性状を調べた(一部継続中).藻類(Micractinium sp.)・細菌(E. coli)・繊毛虫(Tetrahymena)の3種からなる合成生態系を13年間培養して得られた構成種のうち,培養8年目および13年目のE. coli個体群から分離した各50株の増殖特性や生理的特性を解析した.その結果,アミノ酸要求性を持つグループ,細胞が長くなるグループ,および細胞集塊を形成するグループ,クエン酸を代謝できるグループ等が存在することが明らかになった,各グループから数株を選び計15株を各培養年で選定し,全ゲノムDNA配列を解読の解析を開始した.2018年度3月においては,これらの解析は,解読中であり,結果は次年度を待つことになった.配列結果は,2019年6月ごろに得られる予定である.また,2017年度にDNA配列がすでに決定した6年培養後に分離した15株に関しては,今年度において,変異を起こした遺伝子(点突然変異および挿入・欠失)を特定し,形質と遺伝子の変異との関係を解析した.一部の株では,一つの変異がその特徴的な形質をうまく説明できたが,多くの株においては,適応的と考えられる形質に複数の遺伝子が関与することが示唆された.また,8年目の15株の変異箇所の数から,分子系統樹を作成した.その結果,形質が類似するグループと系統樹におけるクラスターがよく一致していることが明らかになった.
家庭におけるエネルギー消費パターンおよび行動変容効果に関する研究

現在、電力需給問題緩和の方策として、エネルギー消費に関する行動変容(Behavior Change)が注目されている。しかし、現実の住宅での効果を推計するには、実住宅での細かい電力・給湯負荷変動パターンやその日別変動についての報告が十分蓄積されておらず、エネルギーの見える化をはじめとする各種の行動変容手法についても、世帯ごとの特徴を踏まえたうえで、その具体的な効果を定量的に評価した事例は存在しない。以上の背景を踏まえ、本研究では家庭内のエネルギー消費行動の把握と行動変容による電力負荷平準化効果を定量的に評価することを目的として、実住宅におけるエネルギー消費実測調査と行動変容に関する実験を行う。
抗平滑筋ミオシン抗体免疫シンチグラフィによる平滑筋障害性疾患の特異的画像診断法の開発 -平滑筋免疫シンチクラフィへの応用-

マウスを用いてヒト平滑筋ミオシンに対するモノクローナル抗体産生ハイブリドーマを作成し,ヒト平滑筋ミオシンに特異的に反応するモノクローナル抗体(抗SM-MAb)を精製してその有用性を発表した(Circulation Vol.94,1996)。この抗SM-MAbがラットの腸管平滑筋と特異的に反応することを免疫組織染色にて確認した。次に開腹下にラットの腸管膜動脈を結紮して、実験的に腸梗塞を作成した。この実験的腸梗塞ラットに1-125で標識した抗SM-MAbを投与し、4時間後と48時間後に屠殺して各臓器を摘出し、組織1gあたりの1-125のカウントを比較しオートラジオグラフィによるイメージングを行った。腸管の梗塞部のカウントは正常部に比べ高値でオートラジオグラフィ上、梗塞部に1-125の強い集積を認める腸管壊死の画像の作成に成功し,第60回日本循環器学会総会で報告した。次にシュワルツ法を用いて、フラグメント化した抗SM-MAbをTc-99mで標識し、実験的腸梗塞ラットに投与して、1時間後と6時間後のin vivoラットにシンチカメラでstatic収集を行い、同時にピンホールシンチカメラでSPECT像の撮像を行った。ついで体内動態解析、および腸管のオートラジオグラフィを施行した。腸管梗塞部のカウントは正常部に比べ6時間後に高値で、オートラジオグラフィ上、梗塞部にTc-99mの強い集積を認めた。シンチグラフィでは腸管壊死部に一致したTc-99mの集積像をin vivoラットで画像化することに成功し、SPECT像でより明瞭に障害部が同定できた。また実験的大動脈解離ラットにも同様の方法でシンチグラフィを行い、大動脈解離部に一致したより明瞭なTc-99mの集積像をシンチグラフィとSPECT上で画像化することに成功した。以上の成果は、第60回日本循環器学会総会,第13回国際脈管学会,第45回日本心臓病学会(Young Investigator's Award優秀賞)で発表し,Journal of Cardiology(Vol.31 1998)に掲載した。現在、臨床応用にむかい、群馬大学倫理委員会に臨床試験の実施を申請中である。この実験的腸梗塞ラットにI-125で標識した抗SM-MAbを投与し、4時間後と48時間後に屠殺して各臓器を摘出し、組織1gあたりのI-125のカウントを比較しオートラジオグラフィによるイメージングを行った。腸管の梗塞部のカウントは正常部に比べ高値でオートラジオグラフィ上、梗塞部にI-125の強い集積を認める腸管壊死の画像の作成に成功し第第60回日本循環器学会総会で報告した。

次にシュワルツ法を用いて、フラグメント化した抗SM-MAbをTc-99mで標識し、実験的腸梗塞ラットに投与して、1時間後と6時間後のin vivoラットにシンチカメラでstatic収集を行い、同時にピンホールシンチカメラでSPECT像の撮像を行った。ついで体内動態解析、および腸管のオートラジオグラフィを施行した。腸管梗塞部のカウントは正常部に比べ6時間後に高値で、オートラジオグラフィ上、梗塞部にTc-99mの強い集積を認めた。シンチグラフィでは腸管壊死部に一致したTc-99mの集積像をin vivoラットで画像化することに成功し、SPECT像でより明瞭に障害部が同定できた。また実験的大動脈解離ラットにも同様の方法でシンチグラフィを行い、大動脈解離部に一致したより明瞭なTc-99mの集積像をシンチグラフィとSPECT上で画像化することに成功した。以上の成果は、45回日本心臓病学会のYoung Invcstigator's Awardで発表し,Journal of Cardiology(Vol.3 1998)に掲載予定である。現在、臨床応用にむかい、群馬大学倫理委員会に臨床試験の実施を申請中である。マウスを用いてヒト平滑筋ミオシンに対するモノクローナル抗体産生ハイプリドーマを作成し,ヒト平滑筋ミオシンに特異的に反応するモノクローナル抗体(抗SM-MAb)を精製してその有用性を発表した(Circulation V0l,94.1996)。この抗SM-MAbがラットの腸管平滑筋と特異的に反応することを免疫組織染色にて確認した。次に開腹下にラットの腸管膜動脈を結紮して、実験的に腸梗塞を作成した。この実験的腸梗塞ラットにl-125で標識した抗SM-MAbを投与し、4時間後と48時間後に屠殺して各臓器を摘出し、組織1gあたりのl-125のカウントを比較しオートラジオグラフィによるイメージングを行った。腸管の梗塞部のカウントは正常部に比べ高値でオートラジオグラフィ上、梗塞部にl-125の強い集積を認める腸管壊死の画像の作成に成功し,第60回日本循環器学会総会で報告した。以上の成果は、第60回日本循環器学会総会,第13回国際脈管学会,第45回日本心臓病学会(Young Investigator's Award優秀賞)で発表し,Journal of Cardiology(V01.31 1998)に掲載した。
ポーセレン-レジン複合体の歯冠修復物への基礎的研究

種々の研究課題の内、今回はポーセレンとレジンの接着強さについて検討を加えた。まず、GC社製コスモテックIIポーセレンパウダー(DA・4)を用いてジエレンコ社製真空ポーセレン焼成器コモドール75を焼成温度980度でコントロール用のテストピースを製作した。テストピースのサイズは、大は直径10mmX厚さ3mm、小は、直径8mmX厚さ3mmの2種類とした。テストピースの数は、大、小共に、30個とした。そのテストピースに、平均粒径50mumの酸化アルミニウム粒により、10秒間、サンドブラスト処理を施した。GC社製コスモテックII、徳山ソーダ社製ビスタイトセメント、松風社製インパーバデュアル、クラレ社製パナバアEX及びパナビア21、サンメディカル社製スーパーボンドC&Bの6種類の既成のレジンセメントについてその接着強さを、検討した。メーカー指示通りシランカップリング剤を塗布後、マスキングテープで接着面積を、3mmに限定し、接着した。硬化様式が、デュアルキュアータイプの、コスモテックII、ビスタイトセメント、インパーバデュアルについては、クラレ社製クイックライトVL-1で、80秒間光照射を行った。他の物は、手指により圧接した。1時間放置後、24時間水中浸漬、島津社製オートグラフで、クロスヘッドスピード毎分5mmで剪断試験を、行った。ペーパーポーセレンについても、同様の条件でテストピースを製作し、6種類のレジンセメントの内、本実験で最大の接着強さを示した、ビスタイトセメントにて接着、剪断試験を行った。ペーパーポーセレンは53.5MPa、コントロールは57.4MPaとほぼ同様の接着強さを示した。破断様式は、ペーパーポーセレンは、5個のテストピース全てが、被着体破壊だった。これはレジンセメントが、多孔性のペーパーポーセレンのスリット部に入り込みレジンタグを形成したと考えられる。なおコントロールの破断様式は、5個中2個が被着体破壊だった。
マルチモーダルインターフェスを持つ知的CAIの語学教育への応用に関する研究

我々は、韓国語、英語、日本語の語学CAIシステムの開発、運用、評価をおこなってきた.以下にそれぞれの概要を述べる。1.韓国語日韓作文学習用知的CAIシステムを研究開発しUNIX上で評価が行われた。本システムは音声合成技術を応用したインターフェースを持つシステムである。2.日本語本システムはWindows上で動作する留学生向け日本語発音学習支援を行うシステムである。日本語音声認識技術や静止画、動画、録音音声を用いたインターフェイスを持ち、効果的に読解学習を支援する。3.英語(a)E-MUSE本システムはWindows上で動作し読解学習を支援する。録音音声や静止画を用いたインターフェースを持ち、効果的に読解学習を支援る。本システムは理工学部の授業で通年・半期に渡り運用され、学習履歴、プレ・ポストテスト、アンケートにより評価された。(b)MUSEE本システムはWindows上で動作し読解学習を支援する。録音音声や録画動画像、日本語音声合成技術を用いたインターフェースを持ち、読解学習を支援する。4.中国語、本システムはWindows上で動作し読解学習を支援する。録音音声や日本語音声合成技術を用いたインターフェースを持ち、効果的に学習を支援する。各システムをWWW上で動作するように移植・開発を行うことによってインターネットに構築された、仮想大学プロジェクトについて評価を行なった。本研究ではマルチモーダルな対話型インタフェースを持つ知的CAI(Computer Assisted Instruction)システムを構築し、その語学教育への適用について検討した。具体的には以下のように研究を行った。1.マルチモーダルインタフェースを持つ外国語学習システムにおいてのカリキュラムやコースウエアの設計、学習教材などを開発し、実際の授業を担当している教員の協力を得て授業に導入し、その運用と評価を行った。また多言語知識データベース(英語,日本語,韓国語,中国語,独語など)、適切な指導戦略など言語処理機能について学習社の学習状況に応じた柔軟な対応や自由度が高いインタフェースを設計した。2.会話学習における音声対話のモデル化については、音声認識、音声合成、音声対話などの技術を用いてマルチモーダルなインタフェースによる会話システムを構築するために必要なモデル化を行った。またマルチモーダルなインタフェースを持つ学習環境下で、特に会話学習を目的とする場合について、音声対話システムとして要求される機能について検討した。3.会話学習を題材とした環境型CAIシステムについては、分散ネットワーク環境におけるマルチメディア通信の会話学習への応用について検討した。マルチメディアサーバ上で、多言語の基本教材データベース、辞書、言語変換機能などを構築した。マルチメディア端末はこのサーバにネットワークで接続され利用者が個別に用いる端末であって、音声対話のフロントエンドを含みマルチモーダルインタフェースを構成した。さらに協調作業による学習支援、インターネットやマルチメディア通信による学習において必要な諸機能について検討を行った。我々は韓国語、日本語、英語、中国語の語学CAIシステムの開発、運用、評価を行ってきた。以下にそれぞれの概要を述べる。■韓国語日韓作文学習用知的CAIシステムを研究開発し評価した。本システムはUNIX上で動作する音声合成技術を利用したインタフェースを持った知的CAIシステムである。■日本語本システムはMS-Windows上で動作する日本語発音学習支援システムで、日本語音声認識技術や録音音声、静止画、動画を用いたインタフェースを持ち、効率的に発音学習を支援する。本システムと日本語文法学習支援システムを留学生に利用してもらい評価した。■英語■E-MUSE本システムはMS-Windows上で動作する読解学習支援システムで、録音音声や静止画を用いたインタフェースを持ち、効率的に読解学習を支援する。我々は本システムを理工学部の授業で通年に渡り運用し、アンケート、学習履歴、プレ・ポストテストにより評価した。■MUSEE本システムはMS-Windows上で動作する聴解学習支援システムで、動画や録音音声、日本語音声合成技術を用いたインタフェースを持ち、効率的に聴解学習を支援する。我々は本システムを理工学部の授業で運用し、アンケート、学習履歴、TOEFLテストにより評価した。■インターネット上の資源を利用した自動教材作成インターネット上に公開されているHTML形式のファイルをテキスト形式に自動的に変換し、語彙・文法的知識などを利用して、自動的に教材を作成するシステムを我々は現在研究開発中である。■中国語UNIX上で動作する協調学習システムや、インターネット上の中国語ニュースを利用したシステムを開発し評価した。

また現在MS-Windows上で動作するマルチメディアを利用したシステムも研究開発中である。また上記の各システムがWWW上で動作するように移植したシステムも開発・評価した。我々は、韓国語、英語、日本語の語学CAIシステムの開発、運用、評価を行なってきた。以下にそれぞれの概要を述べる。1.韓国語日韓作文学習用知的CAIシステムを研究開発しUNIX上で評価が行なわれた。本システムは音声合成技術を利用したインタフェースを持つ、音韻情報や用言活用などのDBによる高度な教授戦略を利用するシステムである。2.日本語本システムはWindows上で動作する留学生向け日本語発音学習支援を行なうシステムである。日本語音声認識技術や静止画、動画、録音音声を用いたインターフェースを持ち、効果的に読解学習を支援する。本システムは日本語文法学習支援システムと共に留学生に利用され、その評価が行なわれた。3.英語(a)E-MUSE本システムはWindows上で動作し読解学習を支援する。録音音声や静止画を用いたインターフェースを持ち、効果的に読解学習を支援する。本システムは理工学部の授業で通年・半期に渡り運用され、学習履歴、プレ・ポストテスト、アンケートにより評価された。(b)MUSEE本システムはWindows上で動作し読解学習を支援する。録音音声や録画動画像、日本語音声合成技術を用いたインターフェースを持ち、効果的に読解学習を支援する。本システムは理工学部の授業で通年・半期に渡り運用され、学習履歴、TOEFLテスト、アンケートにより評価された。(c)インターネット上の資源を利用した自動教材作成インターネット上に公開されている文書を、語彙・文法的知識などを利用して、自動的に教材を作成するシステムを現在開発評価中である。4.中国語本システムはWindows上で動作し読解学習を支援する。録音音声や日本語音声合成技術を用いたインターフェースを持ち、効果的に学習を支援する。各システムをWWW上で動作するように移植・開発し、インターネットの仮想大学プロジェクトについて評価を行なった。
フジツボ幼生接着剤をまねた水中で働く瞬間接着剤の開発をめざして

海洋付着生物フジツボのキプリス幼生がつくる幼生接着剤の原理を明らかにして、その原理を応用し、水中ですばやく働く接着剤を開発するための糸口を切り開くため、本研究を行った。その結果、1)原子間力顕微鏡を使い、水中接着剤の力学的性質をマクロで明らかにするアッセイ系を構築し、2)クレイナノシートとタンパク質の相互作用を微量で調べるアッセイ系を構築し、3) 2種類の幼生セメントタンパク質の組換えタンパク質を大量につくり、4)その内の1種57kが海洋細菌に強い抗菌活性を持つことを発見し、5)アカフジツボ幼生セメント中に親セメントcp-100kとホモロジーを持つ成分が存在する可能性を明らかにした。本研究の目的は、海水環境下できわめて迅速に接着硬化する、フジツボキプリス幼生の接着剤のしくみをまねることで、水中で働く瞬間接着剤を考案する手がかりを得ることである。21年度の研究実施計画に照らし、以下の3点について、研究の概要を記載する。1)フジツボ幼生タンパク質の組換えタンパク質ドメイン、およびそれらのドメイン由来のさまざまな部分ペプチドの調製フジツボ幼生セメント候補タンパク質はCcg-57k,Ccg-36k,Ccg-BSP,Ccg-ASP,Ccg-TRR,Ccg-LOXなど複数の成分からなる。それらは、それぞれ特異な配列とアミノ酸組成を持つ(岡野フジツボ類の最新学、2005、化学と生物、2007)。そこで、種々のpETベクターを用いて大腸菌での発現を検討した。しかし、Ccg-57kとCcg-ASPを除き、不溶化してしまい、回収できなかった。そこで、Brevibacillusの系を用いて発現させたところ、大腸菌では可溶化できなかったタンパク質を可溶化した形で得ることに成功した。2)調製されたタンパク質、またはペプチドの塩水との相互作用を簡便に調べる系の開発フジツボ由来のタンパク質、またはペプチドを用いて、in vitroでさまざまな塩溶液における溶解性やタンパク質問相互作用、自己集合性を測定する装置を、システム科学技術学部能勢教授と開発している。成果の一部は特許出願した。3)原子間力顕微鏡(AFM)を用いた塩水環境下でのマクロ接着力の定量化法の開発ナノスコープIIIa(ピコフォース付き、日本ビーコ社製)の操作に習熟するとともに、タンパク質をプローブにうまく結合させるための基礎的な検討を行なった。その結果、液中モードと力測定モードに関し、工夫が必要ないくつかの問題点をみいだした。本年度は力測定系を含むアッセイ系の開発を中心に行った。1)原子間力顕微鏡(AFM)を用いた塩水環境下でのマクロ接着力の定量化法の開発原子間力顕微鏡を用いた一分子の力測定に習熟した北陸先端大学院大学の川上講師、谷口博士の助けを借り、秋田県立大学で海洋生物の接着物質の原子間力顕微鏡によるマクロ力測定システムの開発を試みた。実験のポジティブコントロールとして、ムラサキイガイのDOPA含有ペプチドを主成分とする市販のCell-Takを用いた。重炭酸ソーダ水溶液で活性化したCell-Takをマイカ表面に載せ、プローブと接触させることで、接着物質をプローブに付着させた。ついで、プローブに付着させた接着物質と、新たなマイカ表面との間に生じる力を液中環境下で測定した。その結果、コントロールのBSAでは見ることのできないさまざまな応答を記録することができた。ある場合には100nNで約1μm持続する興味深い特徴的な応答を得ることができた。以上の結果から、フジツボ幼生の接着タンパク質と基盤、または接着タンパク質問の相互作用を、原子間力顕微鏡を用いて測定する手法をほぼ確立した。2)フジツボ幼生タンパク質の組換えタンパク質ドメイン、およびそれらのドメイン由来のさまざまな部分ペプチドの調製キプリス幼生セメントの硬化に関与する可能性のあるリシルオキシダーゼの組換えタンパク質は大腸菌でつくることに成功していない。そこで、分泌発現系であるBrevibacillus発現系を用いて、組換えタンパク質の調製を試みた。その結果、大腸菌ではこれまですべて不溶化していたリシルオキシダーゼを可溶化した状態で発現させることに成功した。本研究の目的は、海水環境下できわめて迅速に接着硬化するフジツボキプリス幼生の接着剤のしくみをまねることで、水中で働く瞬間接着剤を考案する手がかりを得ることである。

本年度はまず、鍵を握る活性型酵素を大量に得るため、大腸菌発現系とBrevibacillus発現系を用いて大量発現させたフジツボのリシルオキシダーゼ(Ccg-LOX)がアミンオキシダーゼ活性を持つか否かをAmplex red法を用いて検討した。その結果、まったく予想外にさまざまな構築、さまざまな基質特異性を検討したにもかかわらず、活性を見いだすことに成功せず、セメントタンパク質やペプチドのAFM解析を行うという点に関し、大きな方針転向を迫られた。そこで、リシルオキシダーゼおよび他のセメント候補タンパク質の配列に間違いがある可能性を疑い、その根本的な問題を別の角度から検証・排除するため、次世代シークエンサによる発現遺伝子全長配列の網羅的な解析を行った。その結果、リシルオキシダーゼや57kなど、主要なセメント関連遺伝子の配列に誤りはないこと、さらに主要成分のひとつで、ほとんど手がかりのなかったCcg-110kが親のフジツボのセメントタンパク質100kと相同性を持つ可能性が明らかになった。一方、すでに大腸菌で発現が可能になっていたセメント主成分タンパク質57kとASPについて、リシルオキシダーゼによる架橋をAFMで調べる実験が現時点では困難なため、他の活性をみいだすべく、ナノシリカとの複合体形成能のアッセイ系の開発と海洋細菌に対する抗菌性の有無の検討を行った。その結果、組換え57kタンパク質が予想外に海洋グラム陽性細菌であるPlanococcus citreus(JCM2533)に対し、きわめて強い抗菌活性を示すことを明らかにすることができた。
トキソプラズマの脳指向的な体内伝播を制御する原虫因子と宿主因子の相互作用

Toxoplasma gondiiは多くの温血動物に感染する一方、大部分は急性感染期のうちに宿主の免疫機構により排除される。一方、免疫反応を逃れた一部は中枢神経系等においてシストを形成し、慢性感染へと移行する。本研究では、この体内伝播メカニズムの解明を目的に、細胞遊走を誘導する宿主の生体防御機構と原虫因子との相互作用について、特に原虫由来Cyclophilin 18(TgCyp18)について注目した解析を実施した。TgCyp18は樹状細胞やマクロファージからIL-12の産生を誘導するとして報告された原虫因子であるが、原虫にとっての生理的役割に関する知見は少なかった。本研究では、TgCyp18に関する遺伝子組換え原虫を作製し、宿主体内での感染拡大への影響を調べた。in vitroの実験では、Vero細胞への侵入率や細胞内増殖率にTgCyp18の欠損による影響は認められず、マウスの腹腔マクロファージや骨髄由来樹状細胞からのIL-12p40産生にも有意差は見られなかった一方、マウスへのタキゾイト腹腔接種では、感染後5日の腹腔浸潤細胞や脾臓における原虫数がTgCy18欠損型で低い傾向にあり、感染後30日の脳内原虫数も減少していた。また、感染後5日の腹水中のIL-12p40産生も欠損型で低下していた。一方、原虫の株に関わらず感染マウスの腹腔浸潤細胞集団でケモカイン受容体CCR5やCXCR2の発現増加が認められたことから、これらの受容体を持つマクロファージや好中球など免疫細胞が感染局所に増加したことが示唆された。また、共免疫沈降を利用したプロテオーム解析により、TgCyp18と小胞体中の分子シャペロンとの相互作用を示唆する結果が得られ、TgCyp18が宿主免疫細胞におけるタンパク質フォールディングへの作用を介して、原虫が感染局所から全身へ感染を拡大する過程で機能する可能性が示された。当該年度は、本研究の目的であるトキソプラズマの脳指向的な体内移動機構の解明に関連し、初期感染部位において原虫に感染した免疫細胞におけるケモカイン受容体の発現の解析を実施した。腹腔内接種により、CL57BL/6マウスにトキソプラズマのタキゾイトを感染させ、感染5日目の腹腔浸潤細胞を回収し、RNAを抽出した。回収時期は原虫が血液脳関門を突破し脳内に検出され始める時期(感染7日目ごろ)よりも前のタイミングとして決定した。抽出したRNAを試料とし、既知のケモカイン受容体の遺伝子発現を逆転写定量PCRにより解析した結果、原虫に感染したマウスの腹腔浸潤細胞では、培地のみを注射した対照群と比較して、CCR5の発現が10倍程度、CXCR2の発現が50倍程度上昇しており、これらの受容体陽性の細胞が感染に応答して腹腔内に多く浸潤してきたことが示唆された。CCR5はマクロファージや樹状細胞、T細胞表面に主に発現しており、CXCR2は好中球表面に主に発現するとされている。さらに、同じマウスから採取した脾臓や脳からもRNAを抽出し、これらの受容体に対応するケモカインの発現を定量した。この結果、感染群では脳において原虫は検出されなかったにもかかわらずCCR5のリガンドの一つであるCCL8の発現が上昇していた。したがって、腹腔に浸潤後に原虫に感染した免疫細胞のCCR5に血流を介してCCL8が作用することで、感染細胞が脳内へ誘導されやすくなっていると考えられた。このことから、原虫の感染が移動先となる臓器におけるケモカインの発現を遠隔的に上昇させ、標的臓器への移動を促進している可能性が示された。当初の計画では脳組織を用いたトランスクリプトーム解析により、急性感染期の脳内で発現が上昇するケモカインを選抜する予定であったが、RNA-seqに必要な費用を考慮して計画を改善し、まず感染時の腹腔浸潤細胞を試料として既知のケモカイン受容体31遺伝子の発現をすべて調べ、そののちに発現が変動していた受容体に対応するケモカインリガンドの発現を脳や脾臓といった初期感染部位からの移動先となる臓器において定量した。これにより、腹腔に浸潤し、原虫に感染した細胞集団がどのようなケモカイン受容体を高発現しているのか明らかにすることができ、当初の計画よりもコストを抑えたうえで、移動先臓器から分泌されるケモカインの変動を明らかにするという目的を達成することができた。このことから、おおむね順調に計画は進展していると判断した。一方で、このようなケモカイン受容体やケモカインの発現変動を引き起こす要因となる原虫因子の探索はまだ準備段階であり、より効率的に計画を進めていく必要があると考えている。

本研究では、TgCyp18に関する遺伝子組換え原虫を作製し、宿主体内での感染拡大への影響を調べた。in vitroの実験では、Vero細胞への侵入率や細胞内増殖率にTgCyp18の欠損による影響は認められず、マウスの腹腔マクロファージや骨髄由来樹状細胞からのIL-12p40産生にも有意差は見られなかった一方、マウスへのタキゾイト腹腔接種では、感染後5日の腹腔浸潤細胞や脾臓における原虫数がTgCy18欠損型で低い傾向にあり、感染後30日の脳内原虫数も減少していた。また、感染後5日の腹水中のIL-12p40産生も欠損型で低下していた。一方、原虫の株に関わらず感染マウスの腹腔浸潤細胞集団でケモカイン受容体CCR5やCXCR2の発現増加が認められたことから、これらの受容体を持つマクロファージや好中球など免疫細胞が感染局所に増加したことが示唆された。また、共免疫沈降を利用したプロテオーム解析により、TgCyp18と小胞体中の分子シャペロンとの相互作用を示唆する結果が得られ、TgCyp18が宿主免疫細胞におけるタンパク質フォールディングへの作用を介して、原虫が感染局所から全身へ感染を拡大する過程で機能する可能性が示された。当初の仮説では原虫の感染により免疫細胞におけるケモカイン受容体の発現が上昇することを想定していたが、当該年度の結果からはむしろ、免疫細胞にもともと発現しているケモカイン受容体に作用するケモカインの発現を、初期感染部位からの移動先臓器において遠隔的に上昇させている可能性が考えられた。このため、当該年度に得られた結果について再検証しつつ、移動先臓器におけるケモカインの発現に作用する原虫因子の探索を行う。選定したケモカインのプロモーター配列をルシフェラーゼ遺伝子の上流にクローニングしたベクターを作製する。これを原虫cDNAを組み込んだベクターとともにHEK293T細胞へ導入し、原虫cDNAがケモカイン発現の亢進作用を持つか否かレポーターアッセイを実施する。発現亢進作用に基づいて選定した原虫因子を対象に、遺伝子機能を欠損させたノックアウト型原虫を遺伝子ターゲティング法により、また標的遺伝子コーディング配列を再導入したコンプリメント型原虫をCrispr/Cas9法により作製する。再導入配列にはのちの解析のためタンパク質タグを付加しておく。作製した遺伝子改変原虫を用い、原虫因子と感染細胞の脳指向性の関係を細胞遊走アッセイを利用して評価する。C57BL/6マウスの初代脳細胞を培養したウェルプレートにメンブレンインサートをセットし、上側に感染免疫細胞を加える。経時的に細胞の遊走を定量し、当該原虫因子の有無で結果を比較する。また、培地中のケモカイン濃度もELISAにより測定する。感染対象にはマウスの骨髄由来マクロファージおよび樹状細胞を予定している。また、遺伝子改変原虫を用い、C57BL/6マウスへのタキゾイトの腹腔内接種後、各臓器における寄生強度を原虫のB1遺伝子を標的とした定量PCRによって経時的に測定し、実際の宿主体内における当該原虫因子の作用を評価する。当該年度の使用に際に端数として生じた金額であり、当該の金額に関する特別な使用計画はない。
大腸癌の新規サブグループの発癌機構に関与するmicroRNAの同定・機能解析

本研究では、特定のmiRNAがMSI/CIMP/BRAF変異陽性の大腸癌サブグループの発癌において重要な役割を果たしていると仮定し、そのmiRNAを同定、さらに機能を解明するために、ヒト大腸癌組織におけるmiRNA網羅的発現解析とヒト大腸癌細胞株を用いた機能解析を行った。BRAF変異大腸癌で特異的に発現の異なるmiRNAを数種類選出し、その内1種類が癌抑制遺伝子の機能を有することを新しく見出した。以上のように、特定のmiRNAがこの分子サブタイプの発癌過程や治療感受性に何らかの寄与をしていることを示した。今後本研究の知見が、新規治療標的分子の同定につながることを期待している。本研究では、ある特定のmiRNA群がこのMSI陽性/CIMP陽性/BRAF変異陽性の大腸癌サブグループの発癌において重要な役割を果たしていると仮定し、そのmiRNA群の大腸癌組織における発現解析とさらなる機能解析を行うことにより、このサブグループにおける、新規分子標的治療の開発につながりうる発癌機構のさらなる解明を目的とした。1.まず、申請者らが保有している大腸癌患者100例の大腸癌組織からDNAを抽出し、KRASやBRAF遺伝子変異の解析、MSI解析、CIMP解析を行った。その結果少なくとも申請者らの保有するコホートでは、当初推定していたのとは異なり、BRAF変異陽性の腫瘍群とMSI陽性腫瘍群が大きく重なり合うわけではないことが判明した。従って、BRAF変異陽性群において発現異常を呈するmiRNA群の同定をまず目指した。2.次に、BRAF変異陽性、KRAS/BRAF変異陰性例に対してmiRNAの網羅的発現解析と引き続きリアルタイムRT-PCR解析を行った結果、両群間で発現の異なるmiRNAを数種類選び出した。3.現在、その候補miRNAが癌遺伝子、癌抑制遺伝子の機能を有するかどうか調べるために、ヒト大腸がん細胞でoverexpression、knockdownの系を用いて、細胞増殖、アポトーシス誘導、浸潤・転移などに関わる機能解析の実験を進行中である。1研究代表者らが保有している大腸癌患者100例の大腸癌組織からDNAを抽出し、KRASやBRAF遺伝子変異の解析、MSI解析、CIMP解析を行った。当コホートでは、当初推定していたのとは異なり、BRAF変異陽性の腫瘍群とMSI陽性腫瘍群が大きく重なり合うわけではないことが判明したため、BRAF変異陽性群において発現異常を呈するmiRNA群の同定を目指した。2BRAF変異陽性、KRAS/BRAF変異陰性例に対してmiRNAの網羅的発現解析により、両群間で発現の異なるmiRNAを数種類選び出した。別コホートでもその結果を再現できた。3その候補miRNAの1種類が癌抑制遺伝子の機能を有することを、ヒト大腸癌細胞を用いた機能解析で見出した。4そのmiRNAの発現が低い大腸癌患者では、抗EGFR抗体の感受性が低いことを示した。以上のように、本研究では、BRAF変異大腸癌で特異的に発現異常が起きているmiRNAを同定し、そのmiRNAがこの分子サブタイプの発癌過程や治療感受性に何らかの寄与をしていることを示した。今後このmiRNAの発癌機構への関与の詳細を明らかにすることにより、新規治療標的分子の同定につながることを期待している。臨床腫瘍学申請時の計画の中での平成25年度分に関しては、概ね計画通り達成しているため。1.ヒト大腸癌組織のCIMPステータスを解析する。2.上記候補miRNAの機能解析に加えて、候補miRNAの発現制御がBRAFを直接介するのかどうかを解明するために、BRAFのoverexpression、knockdownの系を用いてmiRNAの発現変化を調べる。3.さらに、候補miRNAの標的遺伝子を探索するために、miRNAをヒト大腸癌細胞株にoverexpressionさせて網羅的遺伝子発現・タンパク質発現解析などを行い、新規候補標的遺伝子を同定する。これらがCIMP/BRAF変異陽性の大腸癌サブグループに対する特異的新規分子標的治療につながる知見になりうると期待される。CIMP解析の施行予定が次年度に繰り越しとなったため。平成25年度に購入予定であったCIMP解析用試薬を購入する。さらに、候補miRNAの機能解析にかかる費用が当初の予定より多くかかることが最近の見積もりにより判明し、それに充てる予定である。
海域底生生物の生息状況を簡易に観測する計測器の開発

テッポウエビは世界中の海域に普遍的に分布し、独特のパルス音を終始発する発音生物である。海域において、何らかの環境変化によりテッポウエビ類の生息数が変化した場合、水中録音によりその発音数の変化を調査するだけで、その影響を知ることができる。本研究では、テッポウエビの発音数を誰でも簡易に計測するため観測機器を開発した。浅海域底層の生物環境の良否を簡易に評価する指標として、世界中の海に生息する特徴的なパルス音を終始発しているテッポウエビに着目した。誰でも簡単に使うことのできるテッポウエビ類のパルス数を計測する携帯型の計測器を開発し、その実用化を目指すものである。1携帯型パルス数計測器のための計測アルゴリズムの確立と最適設計2携帯型テッポウエビ類パルス数の計測器の製作既存の市販水中マイクと信号増幅器を用いて水中音響データの収集と解析した後、パルス計測アルゴリズムを確立し、計測機器の試作機を製作し検証することを目指していた。しかし、準備した機器で水中音響データを収集・解析したところ文献等で示されるパルス波形を再現できなかった。そこで水中マイクの受波感度特性を調べたところ、本研究で対象とする周波数帯で一定の感度が得られていことが判明した。この水中マイクでは、対象とする周波数帯で一定の感度が得られないため目標とするパルス数が計測されないことが明らかである。研究協力者らと協議し対象とする周波数帯で一定の受波感度特性をもつ水中マイクを選定するとともに、本研究に最適な信号増幅器を新たに製作する。信号増幅器の納品までに5ヵ月ほど要すため、当初の計画通り研究遂行が困難となった。3測定条件明確化のための海域調査と既存の環境指標生物との関係の明確化従来計測システムを用いて近隣の港湾にて月一回のパルス数と水質の調査を平成19年度より継続して実施している。これらの成果は平成20年度に土木学会の年次学術講演会で報告した。また、文献とホームページからテッポウエビと他の海産底生生物との関係を示す情報に関して情報収集を行っている。1携帯型パルス数計測器のための計測アルゴリズムの確立と最適設計海中に存在する雑音の中でもテッポウエビ類のパルス音に類似すると考えられるアサリやカニによる二枚貝の摂食音との周波数や音の継続時間、波形の特徴について解析を行った。この結果、それぞれの音には特徴があり、判別できる可能性があることがわかった。しかし、水中音響のサンプリングレートを高くするなどしてより解析の精度を上げる必要がある。2携帯型テッポウエビ類パルス数の計測器の製作携帯型のパルス計測器(以降、テッポウエビカウンターと記す)の開発を行った。本装置を用いれば、現地でテッポウエビカウンターに水中マイクを接続し、計測ボタンを押すだけでパルス数(回/分)を表示することができる。テッポウエビカウンターは、基本的に従来方法で用いられた雑音除去フィルター機能とパルス計数アルゴリズムを適用させ、パルス数判定のパラメータを調整する機能を追加している。3測定条件明確化のための海域調査と既存の環境指標生物との関係の明確化パルス計測器を用いて、テッポウエビ類の生息北限を探査するために北海道の沿岸部の観測を実施した。この結果、日本最北端の稚内市宗谷岬でもテッポウエビ類のパルス数を観測することができた。
咀嚼の感覚受容器入力と大脳皮質神経細胞活性との関連性

【目的】下顎の機能的側方偏位が下顎頭の成長発育および形態形成に影響を及ぼす影響について比較検討するため、下顎側方偏位・回復モデルをラットにおいて作製し、組織学的検討を行った。【材料と方法】5週齢雄性Wistar系ラット50匹を用いた。上顎切歯に斜面板を装着し、下顎切歯を左側に偏位させたモデルを作製した。回復群は実験開始2週後に装置を除去した。偏位群と対照群はそれぞれ実験開始1、2、3、4週後に、回復群は装置除去1、2週後にそれぞれ4%パラホルムアルデヒドにて灌流固定を行い、EDTA脱灰後、パラフィン切片によるトルイジンブルー染色及び、下顎頭における細胞増殖の確認のため抗BrdU抗体を用いた免疫染色を行った。対照群は同週齢未処置ラットを用いた。【結果および考察】実験開始1週後においては、対照群と比較して偏位群に著明な変化は認められなかった。2週後においては、偏位側外側では軟骨細胞層が減少し、増殖細胞が確認されなくなった。また非偏位側内側では成熟層及び肥大層の肥厚が認められ、増殖層と成熟層にて増殖細胞数の増加が確認された。一方、回復群では装置除去後、1週、2週と経過するにつれて対照群に近似した形態が認められるようになった。以上より、下顎位の変化は下顎頭軟骨の増殖、分化に影響を及ぼしている可能性が考えられた。【結論】機能的側方偏位により形態変化を生じた成長期の下顎頭は、機能的要因を除去することにより正常に近い形態に回復することが示唆された。【目的】不正咬合として下顎の偏位モデルを選択し、その際に生じる咀嚼刺激が、歯根膜・咀嚼筋・顎関節の入力系にどのよう伝達されるのか、また、顎顔面頭蓋の成長発育・形態維持にどのような影響を与えているのかについて明らかにする。【材料と方法】成長発育期における下顎偏位が咀嚼の神経性入力に及ぼす影響を検討するために、咬合干渉といった機能的要因による咬合状態の変化により、成長期ラットにおいて上顎および下顎切歯にバンドマテリアル製の斜面板を装着して、下顎骨側方偏位モデルを作成した。このモデルを使用し、偏位群と、回復群に分け、下顎頭軟骨層の細胞増殖能については抗BrdU抗体を用い、細胞死(アポトーシス)についてはTUNEL法を用いて細胞数について定量的に比較・検討を行った。また咬合の不調和が引き起こす咀嚼による感覚情報の変化ついて、咀嚼筋筋紡錘の組織化学的および免疫組織学的に観察を行った。【結果】偏位群においては、非偏位側の下顎頭内側が突出、偏位側の下顎頭外側の扁平化が認められた。また非偏位側の下顎頭内側成熟層・肥大層の幅の増加が確認され、抗BrdU抗体による免疫染色の結果、増殖層と成熟層に増殖細胞が増加していることが確認された。また咀嚼筋筋紡錘の免疫組織学的検討においては、特に非偏位側における形態変化が顕著に認められた。【考察】機能的圧力の変化が成長期における下顎頭軟骨の分化・形成に影響を与え、下顎頭外形の形態変化、さらには咀嚼筋筋紡錘からの中枢への入力の不調和が生じることにより、下顎の機能的側方偏位は顎顔面頭蓋の成長発育に影響を与えることが示唆された。今後得られた成長発育期のデータをもとに、成人期、高齢期における偏位モデルにおける咀嚼の神経調節機構について、同様に実験を行い比較、検討を行う。
サル頭頂連合野における異種感覚情報の統合機序の研究

運動を正確に行うためには脳がさまざまな情報を統合しする必要がある。例えば、視覚ターゲットに正確に眼球を持っていくためには、眼窩内における現在の眼球位置と網膜からの視覚情報を統合し、頭を基準とした視覚ターゲットと眼球の位置のずれを計算する必要がある。本研究の目的は、サル頭頂連合野の神経細胞のコードする眼球位置と視覚刺激の位置の情報がどのように機能的に統合されているのかを、サルに眼球運動を必要とする学習課題を行わせ、神経細胞の電気活動を記録・解析することによって明らかにすることである。これまでに、頭頂連合野後方領域の神経細胞の応答を、注視課題やサッカード課題遂行中に調べた。その結果、1)多くの神経細胞がサルの眼球位置に依存した応答を示すこと、2)眼球位置依存型神経細胞の約半数が特定の位置にあるサッカード運動の視覚ターゲットに応答を示すこと、3)視覚ターゲットが記録している大脳半球の対側の視野にあるときに応答を示すこと、などが解った。このような神経細胞群が、眼球位置と視覚ターゲットの位置という異種感覚情報を統合し、運動誤差信号を計算する過程に関与していると考えた。現在、このような神経細胞の機能をより明確にするため、神経細胞が記録された部位に薬物を微量注入し、その部位の機能を一次的に乱すことにより、行動にどのような変化が見られるかを検討している。