hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
免疫寛容破綻の機序解明とその制御による１型糖尿病発症修飾への応用

さらにnon-HLA遺伝子として、TSHRとCTLA4は、バセドウ病とは有意に関連を示すが、円形脱毛症、およびTRAb陽性円形脱毛症に限定しても関連を示さないことから、両遺伝子は甲状腺自己免疫と関連を示し、円形脱毛症におけるTRAb陽性化またはバセドウ病発症と明らかな関与はしていないことが示唆された(Taketomo Y, NosoS etal. Hum Immunol 78:185-189, 2017)。2)自己抗原としてのインスリンに対する免疫寛容誘導を制御する転写因子Mafaの胸腺特異的過剰発現1型糖尿病モデルマウスを2ライン確立し、自然発症累積糖尿病発症率を追跡中である。また10週齢における膵組織を用いて膵島炎スコアの比較検討をおこなう。さらに胸腺におけるMafa、およびインスリン発現比較をおこなうべく胸腺におけるTotalRNA抽出作業をおこなっている。1型糖尿病における膵β細胞破壊のメカニズムを解明する目的で以下の解析をおこなった。(1)ヒトにおいて標的臓器を決定するHLA遺伝子とnon-HLA遺伝子について解明した(J Clin Endocrinol Metab 2015、Hum Immnol 2017)。また1型糖尿病発症家系を集めて日本人特有の新規Rare variantを同定した。(2)インスリンに対する免疫寛容を誘導する転写因子Mafa遺伝子の欠損マウスモデルを作出し、膵島炎は亢進するが免疫制御性リンパ球浸潤も増加するため糖尿病発症が抑制されることを解明した(第29回糖尿病・肥満動物学会、京都、平成27年2月14日にて発表)。1)ヒトにおける関連解析では、円形脱毛症サンプルにおける候補遺伝子であるHLA遺伝子に関する解析が終了し、甲状腺自己免疫を高頻度に合併し、膵島自己免疫の合併が少ない要因としてHLAハプロタイプが関与することをすでに報告した。2)Mafaノックアウトマウスにおいては、累積糖尿病発症率の解析が予定通り終了した。3)Mafaトランスジェニックマウスにおいては予定通りNODマウスへの戻し交配が順調に経過している。1)ヒトの自己免疫疾患の臓器特異性を規定する遺伝因子としてHLA遺伝子を明らかにしたので、non HLA遺伝子の解析を加える。さらに、膵β細胞を標的として完全破壊する遺伝因子の解明をおこなう。今回の検討とは別の1型糖尿病の濃厚発症家系を複数見出しており、同様のエクソーム解析をおこなうため、DNA抽出、遺伝子型決定、エクソームシークエンスをおこなうための試薬、機器維持のために必要な費用が発生する。2)ノックアウトマウス、トランスジェニックマウスの飼育・系統維持、尿糖チェック、血糖チェック、組織採取(ホルマリン固定または凍結保存)、H-E染色、免疫組織染色に要する費用が発生する。糖尿病1)1型糖尿病、バセドウ病および円形脱毛症におけるnon HLA遺伝子の解析をおこないヒトにおける臓器特異性を規定する遺伝素因の解明を継続するため、DNA抽出、遺伝子型決定に用いる試薬、機器の維持に必要な費用に使用。2)Mafaノックアウトマウスにおける膵島炎の評価、免疫組織染色による評価をおこなうため、マウス系統維持に必要な飼料などの維持費、組織固定、染色に必要な試薬に使用。3)Mafaトランスジェニックマウスの戻し交配を終了させ、累積糖尿病発症率の解析をおこなうため、マウス系統維持、交配に必要な飼料などの維持費、尿糖および血糖測定に必要な消耗品費に使用。
生体の腫瘍免疫応答を利用した新たな放射線治療法の開発

局所制御能の優れた放射線治療にシステミックな効果とメモリー機能を持った免疫細胞治療を併用することにより、免疫応答を介して生体に与える効果を増幅し、照射部位のみならず全身的で断続的な治療効果を発揮する革新的な癌の治療法の開発が期待できる。この理論的根拠として、局所のみの放射線治療が時として他部位の腫瘍にも影響を与える事実"abscopal effect"が50年ほど前からしられている。この興味深い現象の免疫学的な基礎実験データによる検証はほぼ皆無であったが、本研究において抗腫瘍活性を持ったエフェクター細胞としてMacrophage inflammatory protein-1α(MIP-1α,CCL3)に着目し、単独あるいは放射線照射を併用した抗腫瘍活性に関する基礎的検討を行い、免疫賦活剤と放射線を併用することで抗腫瘍作用が著しく増強されることを確かめた。これにより再現性の高い"abscopal effect"の人為的な誘導に成功した。その機序を分子レベル、細胞レベル、個体レベルで解明することにより革新的治療法を開発して癌治療の新分野を開くことをを目的とし、前年度に明らかにした免疫担当細胞浸潤との関連につき各々にdepletion studyを施行ことでeffector cellを同定した。また"abscopal effect"の分子生物マーカー探索においてHMGB1が深く関与していることも発見し、このタンパクが認識するTLR4活性化を介したDCの誘導がこの効果の本質である可能性が示唆された。この端緒的発見は、放射線治療や化学療法の治療効果の背景に腫瘍免疫が何らかの役割を果たしているという未知の可能性を含み、今後の飛躍的発展につながる潜在的可能性を持つものと期待される。局所制御能の優れた放射線治療にシステミックな効果とメモリー機能を持った免疫細胞治療を併用することにより、免疫応答を介して生体に与える効果を増幅し、照射部位のみならず全身的で継続的な治療効果を発揮する革新的な癌の治療法の開発が期待できる。この理論的根拠として、局所のみの放射線治療が時として他部位の腫瘍にも影響を与える事実"abscopal effect"が50年ほど前から知られている。その機序を分子レベル、細胞レベル、個体レベルで解明することにより革新的治療法を開発して癌治療の新分野を開くことを目的とし、今年度は免疫担当細胞浸潤との関連につき各々にdepletion studyを施行することでeffector cellを同定した。また"abscopal effect"の種々の分子生物マーカー探索を試行したところ、HMGB1が深く関与していることを発見し、このタンパクが認諾するTLR4活性化を介したDCの誘導がこの効果の本質である可能性が示唆された。この端緒的発見は、放射線治療や化学療法の治療効果の背景に腫瘍免疫が何らかの役割を果たしているという新概念をもたらし、本研究の今後の飛躍的発展につながる潜在的可能性を持つものと期待される。
東南アジア大陸部低湿地社会における生態環境と居住空間の相互環

チベット高原を源流とする国際河川のメコン河流域では、人びとは日々、水とかかわりながら生活を送っている。本研究は、東南アジア大陸部の中央に位置するラオス人民民主共和国の中央部から北部にかけて広がる平野にあるそうした社会を低湿地社会と位置づけ、人びとが河川や水田、湖沼などの水環境や生態とかかわりながら住居や村落空間を組織している様態を、建築計画・意匠・構法・生産に加えて、文化人類学・民族学と民俗学の視点を援用しながら統合的に究明した。方法としては、メコン河またはその支流の流域圏に多く住むタイ語系民族集団の複数の農村で定点観測的、悉皆的な現地調査を行い、データを収集し、それに基づき、当該地域社会の居住文化の理解に一定の枠組みを与えうる生態-居住モデルを構築した。本研究は、東南アジア大陸部のラオス人民民主共和国(以下ラオス)において、その中央部平野に立地する低湿地社会で、エコトーン概念を手がかりにして、人びとが河川や水田、湖沼などの水環境や生態とかかわりながら住居や村落空間を組織している様態を、建築計画・意匠・構法・生産に加えて、文化人類学・民族学と民俗学の視点を援用しながら統合的に究明する。研究初年度となった昨年度は、メコン河流域圏にあるタイ-ラオ語系民族集団タイ・プワンの一農村において、9月に3週間、3月に2週間の定点観測的、悉皆的な現地調査を行った。9月の調査では、居住空間の基礎的な把握をおこなうために、住居、屋敷、村落のすべてを実測調査した。また、各種空間の使用法、村落の設立経緯など、多様な項目に関して聞き取りを行った。また、居住空間を組織する生活財についても調査を行った。これらの調査資料を踏まえて、住居、屋敷、村落それぞれの空間の特徴、住まい方、都市との関係性、血縁にもとづく集団化などを把握することができた。いっぽう、3月の調査では、生態環境の把握を中心とし、GPSによる居住空間の全体像の記録を行った。さらに、土地利用形態を把握するために、土地利用図を作成し、先の調査で得られたデータと照合中である。当該地域における生態環境と居住空間の組織過程については、まとまった研究成果がなく、その点で本研究の初年度成果は、それをカバーするものと位置づけられる。研究2年目となった昨年度は、ヴィエンチャン県にあり、なおかつメコン河流域圏にあるタイーラオ語系民族集団ラオ、タイ・プワン、タイ・デーン、タイ・ダムなどが共住する一農村において、9月に3週間程度の悉皆的な現地調査を行った。そのさいには、居住空間の基礎的な把握をおこなうために、住居、屋敷、村落のすべてを実測調査した。これらの調査資料を踏まえて、住居、屋敷村落それぞれの空間の特徴、住まい方、都市との関係性、血縁にもとづく集団化などを把握することができた。また、3月には、今年度の主要な調査地となるルアン・ババーン県のタイ・ルー集団の農村で予備的調査をおこなった。そのさいには、伝統的住居の実測、生活財の把握、住まい方、空間の使用方法、村落空間の組織、生態環境の様態などを把握した。これらを下敷きとして、今年度雨季(8月)と乾季(3月)の2回、同村で悉皆的、集約的な調査をおこなう予定である。本研究は、ラオス人民民主共和国の中央部および北部のそれぞれ平野にある水との親和性が高い社会において、人びとが河川や水田、湖沼などの水環境や生態とかかわりながら住居や村落を組織している様態を究明した。方法としては、メコン河支流流域圏と接するタイ・プワンやルーなどの民族集団の村で定点観測的、悉皆的な現地調査を行い、一次資料を収集した。研究は平成22年度から3年間に渡った。22年度は、ヴィエンチャン県のタイ・プワンの村で雨季と乾季の2回、23年度は同じくヴィエンチャン県のタイ・プワン、タイ・ダム、タイ・デーンなどが共住する村で雨季の1回、ルアンパバーン県のルーの村で乾季の1回、24年度は23年度に引き続いてルーの村で雨季と乾季の2回の現地調査をおこなった。

調査地では以下のようは特徴が共通していた。生業は農業で水稲耕作であること、水田は天水田が基本だが、近年は灌漑を有するところもあり、その場合は2期作化していること、河川や熱帯湖沼での漁撈に加えて水田漁撈も行われていること、川岸に農地を開墾し、乾季にはそこで農作物の栽培を行うこと、村内外に混栽樹園地であるホームガーデン、住居や生活財の素材として使うための竹林が確保されていること、村落の周囲に広がる森林は個人所有と共同管理のエリアに明確に分けられ、森林はまた宗教的実践とも結びつくことなどである。いずれの調査地でも、陸域と水域の接点となる一次的エコトーン、農耕地に代表される二次的エコトーン、日常生活の舞台となる三次的エコトーンの村落という空間の組織は共通し、これら領域間を多様な資源、生物、人の行為が行き来する。本研究は、このように居住空間の全体像を把握しながら、個別社会で建築物の生産と意味論的理解を究明した。それにより、当該地域の居住文化理解に一定の枠組みを与えうるモデルを提示できた。計画は、おおむね達成されている。初年度に調査対象とした村落において、すでに居住空間の全体を把握しており、それらをエコトーンの概念にもとづいて位置づける段階に入っている。今後は、昨年度、今年度の研究成果とあわせて、当該地域の生態環境とからめた居住空間モデルを構築したい。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度中におこなう現地調査では、住居、村落それぞれにかんして交付申請書に記載した項目を集約的に調査する予定である。また、生態環境の利活用に関しては、GPSを活用して、研究初年度に対象にした村落における調査成果と同じ精度での把握を試みる。さらに、土地利用形態を把握するために、土地利用図を作成する。
天然活性素材キトサンを活用したジーンデリバリーシステムによる象牙質再生療法の開発

キトサンは種々な生体賦活作用を有している。3年間の研究期間を使って、はじめにキトサンモノマーによる培養骨芽細胞のアルカリフォスファターゼ(ALP)活性亢進はBMP-2発現増強であることを証明した。次に、cDNAマイクロアレイ、Real-time PCR法を活用して遺伝子レベルでの影響に関して詳細に検討を加えた。その結果、細胞内シグナル伝達系関連分子に対する直接的な亢進作用を証明できた。その後、実際にシグナル伝達系分子のリン酸化が生じているか否かを、抗体アレイを使って免疫反応にて解析した。その結果、9個のMAPK関連分子で対照群と比べ反応の増強が確認できた。次に、本研究の目標である石灰化関連遺伝導入による骨芽細胞機能の解析実験に取り組んだ。これまでの一連の研究から、本実験で使用している骨芽細胞はBMP-2を介して細胞のALP活性を増強させることが明らかとなっている。そこでまず、BMP-2とGFPを組み込んだプラスミドをエレクトロポレーション法にて骨芽細胞へ効率よく導入する電流条件の設定を行った。さらに、キトサンモノマーをエレクトロポレーションを使った遺伝子導入時に添加すると、無添加群と比べてGFPの蛍光強度が増強することが観察された。以上の結果から、キトサンモノマーはエレクトロポレーション法を使って遺伝子導入を行う上で、培養骨芽細胞の増殖・分化というシグナル伝達系の賦活効果によって間接的に細胞機能の保護効果が期待出来ることが判明した。従って、キトサンモノマーの応用(活用)は創傷治癒促進(旺盛な組織再生能)効果とともに石灰化関連遺伝子の細胞への導入時に細胞保護(機能維持、恒常性維持)効果を発現できるので、再生象牙質による歯髄創傷治癒時に有益であることが明らかとなった。教室のこれまでの研究成果から、キトサンモノマーを培養液へ添加すると骨芽細胞の増殖とアルカリフォスファターゼ活性の上昇が誘導され、生物学的初期石灰化の促進する可能性を報告している。今回は、約4,000もの遺伝子を搭載したcDNAマイクロアレイを用いて、キトサンモノマーによる培養骨芽細胞の機能亢進に関与している遺伝子の検索を行った。解析の結果、実際にキトサンモノマーの添加によって培養3日目のmRNA発現の増強程度が、無添加群と比べ発現比として2.0以上の遺伝子を選別した。それらの中でも、特に細胞の増殖と分化に関連する遺伝子に関しては、リアルタイム-PCR法を用いて、定量的に確認を行った。cDNAマイクロアレイ解析で発現比2.0以上の遺伝子は、主にJAK/STAT経路やMAPKカスケードに関連する遺伝子であった。そのほか、DNAの修復や細胞の分化およびmRNAの代謝過程と関連する遺伝子にも発現の増強を認めた。リアルタイム-PCR法では、MAPKカスケード中のMAPKK3と細胞分裂S期に多く発現するとされているphosphate cytidylyltransferase2の顕著な増強を確認した。また、今回のcDNAマイクロアレイの搭載遺伝子には含まれてはいなかったが、アルカリフォスファターゼの発現も検討したところ、発現比が4.08とキトサンモノマー群で強い増強を認め、これまでの教室のデータを裏付けるものであった。以上のような平成16年度の所見から、キトサンモノマーも極低濃度において、細胞増殖・分化と関連する遺伝子群へ影響を及ぼすことによって、骨芽細胞による生物学的初期石灰化を促進する可能性があることが示唆された。なお、本研究は、キトサンモノマーによる細胞内シグナル伝達系への影響をはじめて遺伝子レベルで証明したものである。キトサンは種々な生理活性を有している。キトサンが骨病変において骨形成を促進すると報告されているが、遺伝子レベルで硬組織形成細胞をどのように調整しているかは、ほとんど解明されていない。

前年度は、アルカリフォスファターゼ活性を上昇可能な極低濃度のキトサンモノマー塩酸塩で培養骨芽細胞を刺激した場合の、遺伝子発現の結果をcDNAマイクロアレイおよびリアルタイムPCRによって検討した。その結果、JAK/STAT経路やMAPKカスケードへの影響を確認できた。本年度は、さらにJAK/STAT経路やMAPKカスケードへの影響を検討するため、上流のシグナル関連タンパク質の発現状況をリアルタイムPCRによって解析した。その結果、キトサンモノマー塩酸塩で骨芽細胞を刺激3日後、MAPKKK11,Rac1,Shc1 mRNAは1.61.7倍上昇し、Cell division cycle 42,growthfactor receptor-bound protein 2 mRNAは、1.21.4の軽度上昇が証明できた。これらの解析結果から、キトサンモノマーはMAPKカスケード(JNKおよびp38)を介したシグナル伝達系によって細胞増殖と分化に影響していることを実証できた。さらに、本年度は、次年度に予定している、培養骨芽細胞へのエレクトロポレーション法による遺伝子導入法に関する、導入効率向上のための条件設定(電極の形状、電圧、パルス回数、細胞の観察方法)を行った。キトサンは種々な生体賦活作用を有している。これまで2年間の研究期間の間、キトサンモノマーによる培養骨芽細胞の活性化は、cDNAマイクロアレイ、Real-time PCR法を使って遺伝子レベルで詳細な検討を加えてきた。その結果、細胞内シグナル伝達系関連分子に対する直接的な亢進作用を証明できた。本年度は、実際にシグナル伝達系分子のリン酸化が生じているか否かを、抗体アレイを使って免疫反応にて解析した。その結果、9個のMAPK関連分子で対照群と比べ反応の増強が確認できた。次に、本研究の目標である石灰化関連遺伝導入による骨芽細胞機能の解析実験に取り組んだ。これまでの一連の研究から、本実験で使用している骨芽細胞はBMP-2を介して細胞のアルカリフォスファターゼ活性を増強させることが明らかとなっている。そこでまず、BMP-2とGFPを組み込んだプラスミドをエレクトロ歩レーション法にて骨芽細胞へ効率よく導入する条件設定を行った。さらに、キトサンモノマーを遺伝子導入時に添加すると、無添加群と比べてGFPの蛍光強度が増強することが観察された。以上の結果から、キトサンモノマーはエレクトロ歩レーション法を使って遺伝子導入を行う上で、培養骨芽細胞の増殖・分化というシグナル伝達系の賦活効果によって間接的に細胞機能の保護効果が期待出来ることが判明した。従って、キトサンモノマーの応用(活用)は創傷治癒促進(旺盛な組織再生能)効果とともに石灰化関連遺伝子の細胞への導入時に細胞保護(機能維持、恒常性維持)効果を発現できるので、新生象牙質による歯髄創傷治癒時に有益であることが明らかとなった。
ELISA法による脱共役蛋白質高感度測定法の開発

本邦における生活習慣病の増加には肥満が強く関与していると考えられており、肥満におけるエネルギー代謝の解明において様々な検討がされている。その中でも、ミトコンドリアでの酸化的リン酸化を介さない熱産生に関わるとされている脱共役蛋白質(uncoupling protein:UCP)のファミリーが発見され、その働きについて注目されてきている。UCPファミリーは現在UCP-1,UCP-2,UCP-3,UCP-4が報告されており、UCP-1は褐色脂肪組織、UCP-2は骨格筋、白色脂肪組織、白血球など様々な組織に発現が認められており、UCP-3は主に骨格筋に発現している。UCP-4は脳に特異的に発現していると報告されている。これらのUCPsは発見されてから日が浅く、特にUCP-2,UCP-3については肥満や糖尿病などの病態にいかに関わっているか明らかでない。UCP-2が白血球より発現しており検体の採取が容易であり、肥満と白血球UCP-2との関係を検討した。検査結果に関しては肥満以外の他の疾患を合併している例が多く明らかな関連性は認められなかった。食生活やライフスタイルの欧米化に伴い、肥満、糖尿病、高血圧、高脂血症などいわゆる生活習慣病が急増している。その基盤として肥満が原因とされる場合が多く、そのため肥満対策が急務とされる。肥満は摂取エネルギーが消費エネルギーを上回るようなエネルギーのアンバランスよりおこる。現在、肥満におけるエネルギー代謝が検討されており、特に我々は熱産生に関わる候補分子の脱共役蛋白質(uncoupling plotein)について解析中である。今回は肥満、糖尿病を中心にこれらの病態におけるUCP2の関わりを明らかにする目的で、現在のところヒト白色脂肪細胞と末梢血白血球におけるUCP2遺伝子発現をノーザンブロット法およびRT-PCR法を用いて検討している。その結果、脂肪細胞と白血球とにおけるUCP2発現の相関性を認めた。今後、UCP2のアミノ酸構造から親水性部分のアミノ酸ペプチドを合成し、この合成ペプチドに対するモノクロナ-ル抗体を作成する。その後この抗体を用いてマイクロタイタープレートを固層としたアビジン-ビオチンシステムによるELISA法を確立する。このELISA法により、ヒト白色脂肪細胞・末梢血白血球のUCP2蛋白量とノーザンブロット法による遺伝子発現との相関性を検討する予定である。
組織修復を担う補償的細胞肥大のメカニズム

本課題では、分裂後の成体上皮組織において一部の細胞が損傷等によって失われた場合、周辺細胞が細胞分裂ではなく核の多倍体化を伴う細胞肥大によって組織を修復する「補償的細胞肥大」という現象のメカニズムを研究した。本研究により、組織損傷時には、周辺細胞の細胞膜にかかる物理的な伸長ストレスがメカノセンサーとしての働きが知られているtransient receptor potential channel (TRPC)の一つを介して細胞内カルシウムイオン濃度を上昇させ、これに反応してIIS経路活性が亢進することによりエンドサイクルが早まる、という補償的細胞肥大のメカニズムの全容が明らかになった。これまでの研究で、分化した分裂後の成体上皮組織において一部の細胞が損傷等によって失われた場合、周辺細胞が細胞分裂ではなく核の多倍体化を伴う細胞肥大によって失われた場を埋め合わせる「補償的細胞肥大」という現象が組織修復能を担っていることを発見した。このメカニズムについてこれまでの予備実験結果から、局所的な組織容積の減少により残存周辺細胞にかかる物理的伸張が細胞成長に関わる遺伝経路(IIS経路)の活性亢進を促し、核の多倍体化による細胞肥大が起こると考えられたため、このメカノトランスダクションに関わる分子を同定する目的で、ショウジョウバエの伸展濾胞細胞をモデルシステムとして、RNAiを用いた機能阻害による遺伝学的スクリーニングを行った。平成27年度は、以前の第一スクリーニングにおいて効果が確認されていた数種類のRNAi系統から、さらに伸展濾胞細胞における核の多倍体化抑制に対してより再現性の高いRNAi系統2種類を同定することに成功した。これらのRNAiは、神経系細胞においてメカノセンサーとしての働きが知られているtransient receptor potential channel (TRPC)の遺伝子の一つに対するRNAiであることを同定した。このTRPCの上皮細胞での機能はいまだ報告されていない。実際の濾胞上皮組織において、補償的細胞肥大が起こることを確認している細胞競合条件下においてこのTRPCの機能を解析するために、通常の細胞競合条件下では補償的な細胞肥大を起こす周辺細胞で、このTRPCをRNAiによってノックダウンしたところ、核の多倍体化を伴う細胞肥大が阻害されることを確認することができた。申請書の平成27年度の研究計画にあるとおり、第一スクリーニングで候補とされていた数種類のRNAi系統の中から、補償的細胞肥大のメカノトランスダクションへの関与が最も期待できるものの同定に成功した。FACS解析によるDNA量の変化を調べる実験については現在検討中である。これまでの研究で、分化した分裂後の成体上皮組織において一部の細胞が損傷等によって失われた場合、周辺細胞が細胞分裂ではなく核の多倍体化を伴う細胞肥大によって失われた場を埋め合わせる「補償的細胞肥大」という現象が組織修復能を担っていることを報告した。この補償的細胞肥大のメカニズムは、局所的な組織容積の減少により残存周辺細胞にかかる物理的伸張が細胞成長に関わる遺伝経路(IIS経路)の活性亢進を促し、核の多倍体化による細胞肥大が起こると考えられる。このメカノトランスダクションに関わる分子を同定する目的で、ショウジョウバエ卵巣の伸展濾胞細胞をモデルシステムとして、RNAiを用いた機能阻害による遺伝学的スクリーニングを行った結果、神経系細胞においてメカノセンサーとしての働きが知られているtransient receptor potential channel (TRPC)の一つが候補遺伝子として同定された。この遺伝子TRPC1は,細胞膜に局在し機械刺激に応答してカルシウムイオンの流入を制御していることが報告されているため、卵巣濾胞上皮において、カルシウムセンサーであるGCaMPを用いたカルシウムイメージングを行ったところ、内在的な伸張ストレスを受けている伸展濾胞細胞での細胞内カルシウム濃度が他の濾胞上皮細胞に比べて恒常的に高いことが明らかになった。さらにこの伸展濾胞細胞でTRPC1の発現を阻害すると、通常この細胞では高い活性を示すIIS経路の活性が低下することも確認された。また、実際に補償的細胞肥大が起こる細胞競合条件下において、このTRPC1の発現を阻害したところ、核の多倍体化が起こらなくなることも確認することができた。以上の結果より、上皮組織における補償的細胞肥大においてTRPC1がメカノセンサーとして重要な役割を果たしている可能性を示すことができた。平成27年度にショウジョウバエ卵巣の伸展濾胞細胞をモデルシステムとした遺伝学的スクリーニングにより、補償的細胞肥大においてメカノセンサーとして重要な役割を果たしている遺伝子の一つ、TRPC1を同定することができたため、平成28年度は申請書の研究計画どおり、このTRPC1の機能解析を行った。これにより、実際にTRPC1が卵巣濾胞上皮の細胞競合条件下で補償的細胞肥大に必要であることを確認することができた。また、スクリーニングによって同定されたTRPC1がカルシウムチャネルであったことから、カルシウムイメージングを行うことによって、伸展濾胞細胞での細胞内カルシウム濃度が他の濾胞上皮細胞に比べて恒常的に高いことを発見した。細胞内カルシウム濃度に関する実験は研究計画時には予想していなかったが、これらの実験結果によって、組織恒常性維持における細胞内カルシウム濃度と細胞成長に関わる遺伝経路活性との関係性を考えるという今後の新しい方向性が開けることとなった。

これまでの実験結果をもとに、この補償的細胞肥大では、局所的な組織容積の減少により残存周辺細胞にかかる物理的伸張が細胞成長に関わる遺伝経路(IIS経路)の活性亢進を促し、これにより核の多倍体化による細胞肥大が起こるという仮説を立てた。このメカノトランスダクションに関わる分子を同定する目的で、ショウジョウバエ卵巣の伸展濾胞上皮細胞をモデルシステムとして、RNAiを用いた機能阻害による遺伝学的スクリーニングを行った結果、神経細胞においてメカノセンサーとしての働きが知られているtransient receptor potential channel (TRPC)の一つが候補遺伝子として同定された。平成29年度には、このTRPCの機能阻害によって、ショウジョウバエ卵巣の伸展濾胞細胞における細胞内カルシウム濃度が低下すること、そして核の多倍体化が抑えられることを確認するとともに、これらの影響として伸展濾胞細胞の細胞数が増加することを発見した。一方で、このTRPCの機能阻害による伸展濾胞細胞数の増加に細胞分裂が関わっていないことから、伸展濾胞細胞の多倍体化と肥大の抑制によって、伸展濾胞細胞が隣接する領域に存在する柱状濾胞上皮細胞が伸展濾胞細胞側に引っ張られ、分化運命を転換したものと考えられた。また、TRPCによって制御される細胞内カルシウム濃度とIIS経路活性をつなぐ分子の候補として、複数のカルシウム結合タンパクを同定した。これらの研究成果については国内外の学会で発表を行い、現在国際学術雑誌へ投稿する論文の準備をしている。本課題では、分裂後の成体上皮組織において一部の細胞が損傷等によって失われた場合、周辺細胞が細胞分裂ではなく核の多倍体化を伴う細胞肥大によって組織を修復する「補償的細胞肥大」という現象のメカニズムを研究した。本研究により、組織損傷時には、周辺細胞の細胞膜にかかる物理的な伸長ストレスがメカノセンサーとしての働きが知られているtransient receptor potential channel (TRPC)の一つを介して細胞内カルシウムイオン濃度を上昇させ、これに反応してIIS経路活性が亢進することによりエンドサイクルが早まる、という補償的細胞肥大のメカニズムの全容が明らかになった。現在まで順調に進んでいるため、平成28年度については申請書の計画どおり、スクリーニングで同定に成功したメカノセンサー候補遺伝子の機能解析に進む予定である。この機能解析では、実際に補償的細胞肥大が起こる2つの条件下、(1)分裂後濾胞上皮組織での細胞競合条件下、(2)分裂後濾胞上皮組織に散在的な細胞死を強制的に誘導した条件下、において、このメカノセンサー遺伝子の発現量を低下させることによって補償的細胞肥大が阻害されるかどうかを確認するための実験を行う予定である。現在まで順調に進んでいるため、平成29年度については申請書の計画どおり、スクリーニングで同定に成功したメカノセンサー候補遺伝子TRPC1とIIS経路の相互作用の解析に進む予定である。
糖尿病に起因する運動ニューロンの機能障害

糖尿病に関連して生じる運動ニューロンの変化について調べるために,内側腓腹筋(MG)の運動ニューロンを逆行性標識し,その数と大きさを調べた.また,運動療法が持つ運動ニューロン障害の予防効果を調べた.実験の結果,糖尿病ラットのMG運動ニューロン数が減少することが明らかになった.MG運動ニューロンの細胞体の分布は大型のα運動ニューロンと小型のγ運動ニューロンが明瞭に区別可能であったが,特にγ運動ニューロンが減少していた.また,運動療法を実施していた糖尿病ラットでは細胞減少はされなかったため,運動ニューロンの減少は運動療法によって予防できる可能性が示された.平成25年度は糖尿病モデル動物の筋の収縮特性の変化について明らかにするために,糖尿病発症後12週間,22週間後の動物と同週齢の対照群を対象に実験を行うことを計画していた.実験は麻酔下の動物の下肢を切開,脛骨神経に刺激用の電極を設置し,アキレス腱を切断して内側腓腹筋あるいはヒラメ筋と筋張力計をつないで,神経幹を電気刺激した際に生じる筋張力を記録した.また,実験終了後に張力を記録した筋を摘出し,免疫組織学的手法を用いて各筋に含まれる速筋と遅筋の割合を調べた.実験は比較的順調に進行し,病期12週の動物の解析は全て終わり,病期22週の動物の解析もほぼ終了している.実験結果から明らかになったことは以下の3点である.1点目は糖尿病発症に伴って筋の最大張力は減少し,その傾向は特に内側腓腹筋に強いこと.2点目は筋の収縮・弛緩時間が延長し,生理学的特性は遅筋化する傾向にあったこと.また,その傾向は内側腓腹筋に強いこと.3点目には免疫組織学的解析の結果も前述した実験結果を支持ものであり,各筋に含まれる遅筋の割合が増加する傾向にあったことである.また,筋の収縮特性の変化の度合いは動物による個体差が大きいこともわかった.糖尿病性ニューロパチーによる体性神経の障害は四肢の遠位部に強い傾向があり,筋力の低下も末梢優位に生じるとされてきた.しかし,本研究で示したように下肢同部位に存在する内側腓腹筋とヒラメ筋を比較した場合に,明らかに内側腓腹筋の方がその影響を強く受けていたため,糖尿病に関連して生じる筋の機能障害が古典的な「末梢優位」という比較的単純な概念では説明しきれない障害であることを明らかにできた.糖尿病に関連して生じる運動ニューロンの変化について調べるために,内側腓腹筋(MG)の運動ニューロンを逆行性標識し,その数と大きさを調べた.また,運動療法が持つ運動ニューロン障害の予防効果を調べた.実験の結果,糖尿病ラットのMG運動ニューロン数が減少することが明らかになった.MG運動ニューロンの細胞体の分布は大型のα運動ニューロンと小型のγ運動ニューロンが明瞭に区別可能であったが,特にγ運動ニューロンが減少していた.また,運動療法を実施していた糖尿病ラットでは細胞減少はされなかったため,運動ニューロンの減少は運動療法によって予防できる可能性が示された.糖尿病性ポリニューロパチー(以下,DPN)の症状は四肢遠位の感覚障害と自律神経障害を主体とする一方,最大筋力低下などの運動神経系の障害を示唆する所見は慢性期まで観察されないため,運動神経系はDPNに対して強い耐性を持つと考えられてきた.しかし,運動ニューロン障害を否定する先行研究はDPNの標的となりやすい四肢遠位を支配する運動ニューロンのみを選択的に解析していないという問題があった.そこで,私たちはI型糖尿病を発症して12週間と22週間が経過したラットと同週齢のラットの内側腓腹筋を支配する運動ニューロンをトレーサーで標識し,その細胞径と細胞数を計測した.結果,細胞体径は対照群において平均約34μm程であったが,糖尿病発症12週間後には約32μm,22週間には約31μmにまで減少することがわかった.さらに,対照群の細胞数は平均約125個であったが,糖尿病発症後12週間で約100個,22週間で約80個まで減少し,細胞脱落は小型の運動ニューロンに集中していることが判明した.脱落した小型の運動ニューロンは先行研究から主にγ運動ニューロンである可能性が高いと考えられた.この結果は一見するとDPNを発症した糖尿病患者は慢性期まで筋力低下が観察されないという事実と矛盾するようにも思われるが,γ運動ニューロンは固有受容器である筋紡錘の錘内筋線維を支配し,その感度調節を行なうため,その欠落症状はアキレス腱反射の消失やバランス障害であることが予想される.そのため,DPN患者の最大筋力が長期間にわたって保たれることと矛盾するものではない.以上より本研究結果は運動ニューロンがDPNに高い耐性を持つという定説を覆すものと言える.本研究結果はNeuroscience Letters誌(2012年531号109 - 113頁)に掲載されている.

本年度は計画に従って糖尿病性ニューロパチー(以下,DPN)による運動ニューロン障害が運動療法によって予防可能か検証した.実験には25週齢までに2型糖尿病を発症するOLETF(Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty)ラット12匹とその健常対照群であるLETO(Long-Evans Tokushima Otsuk)ラット6匹を用いた.全ての動物は25週齢にて腹腔内ブドウ糖負荷試験(IPGTT)を行い,OLETFラットが糖尿病を発症していることと,LETOラットが糖尿病を発症していないことを確認した.IPGTT終了後,OLETFラットを20週間トレッドミルを用いて運動療法(15-20m/分, 60分間, 5回/週)を行うOLETF-EX群(n=6)と通常飼育を継続するOLETF-SED群(n=6)に分類し.LETOラットは通常飼育を継続してLETO-SED群(n=6)とした.20週間後,全てのラットはIPGTTを行った後に平成25年度に行った方法と同じ方法で内側腓腹筋を支配する運動ニューロンを逆行性に標識し,2週間後に脊髄を摘出して運動ニューロンの総数とその断面積を計測した.IPGTTの結果,OLETF-SED群の糖尿病が進行していたのに対して,OLETF-EX群は耐糖能が大幅に改善していた(P<0.01).また,運動ニューロンの総数はLETO-SED群の約150個に比べてOLETF-SED群は約110個まで減少していた(P<0.01).一方,OLETF-EX群の運動ニューロン数は約150個とその数が保たれていた.以上の事実から運動療法を行うことによってDPNに関連して生じる運動ニューロン障害が予防できる可能性が示された.糖尿病性ニューロパチーの病態生理平成25年度は糖尿病モデル動物の筋の収縮特性について調査する予定であったが,予定通り糖尿病発症12週,22週後のラットの脛骨神経を刺激した際に下腿三頭筋に生じる筋収縮の記録を行うことができた.発症後22週の動物についてはサンプル数が若干不足しているが,その不足分を補う実験も4月前半には終了する予定であるため,研究は概ね順調に進展していると判断した.平成24年度はI型糖尿病モデルラットの運動ニューロンの形態変化を調べる事を目的とし,計画していた内容は全て達成することが出来きた.研究結果も年度内に論文掲載されている.しかし,研究を進める過程で,当初に予定していたよりも多くの成果が得られたため,同じ動物から取り出した標本を用いて追加の解析を加えた.追加の解析によって得られた成果は平成24年度内に論文投稿が出来なかったため,平成25年度以降に持ち越されている.平成26年度には糖尿病モデル動物に運動療法を行わせ,それまでに明らかにした運動ニューロン・筋障害を予防可能であるのか調査する予定である.また,平成24-25年度に行った研究結果によって運動ニューロン障害は再現性高く観察されるが,筋障害の程度はばらつきが大きいことがわかったため,運動療法の効果判定は運動ニューロン数などを指標に行う予定である.今後は計画書で予定していた筋の収縮特性と筋タイプの変化に関する実験に取り掛かる.ただし,筋の収縮特性に関する実験は科研費申請時の計画では単一運動ニューロンにガラス管微小電極を刺入し,電気刺激を行うことで単一運動単位の筋張力を計測する予定であったが,研究資金の関係でより安価な方法である末梢神経を電気刺激する方法に変更する.実験方法の変更は予定していた研究内容には影響を及ぼさない.また,同じ動物の筋線維のタイプ分けは計画書で予定していた内側腓腹筋に加えて,ヒラメ筋も解析する.
新しいセリンプロテアーゼMASP遺伝子の構造解析

従来、セリンプロテアーゼファミリィは分子進化の格好のモデル系と考えられ、とくにエクソン-イントロン構造や活性中心セリンをコードするコドンの塩基配列の進化が議論されてきた。Clsのプロテアーゼドメイン(Light chain)は、1個のエクソンでコードされていることが明らかにされており、トリプシンやキモトリプシンなど偏在的なセリンプロテアーゼのプロテアーゼドメインが複数のエクソンでコードされていることと比較すると極めて特徴的である。我々は、MASPのエクソン-イントロン構造を解析し、そのプロテアーゼドメインが6個のエクソンでコードされていることを明らかにした。また、Clrのプロテアーゼドメインは、Clsと同様に1つのエクソンでコードされていることを明らかにした。さらに、MASP、Cly/Clsおよびハプトグロビン(プロテアーゼ様配列をもつヘモグロビン結合タンパク)について、プロテアーゼドメインの一次構造をもとに分子系統樹を作成し、その分子進化を解析した。その結果、MASP、Clr/Clsおよびハプトグロビンは1つのサブファミリィを形成し、この中で、MASPはより古いタイプであろうと推定された。すなわち、複数のエクソンでコードされたプロテアーゼドメインをもつ共通祖先から、まずMASPとハプトグロビンが分岐した。次に、イントロンを失ったハプトグロビンとClr/Clsが分岐し、さらにClrとClsが分岐したと推定される。このことは、祖先の遺伝子に存在したイントロンが進化の途中で抜け落ちたことを意味する。
ポスト復興および事前復興から捉えた立地適正化計画の可能性と課題

非被災地では真の持続可能性を求めて、事前復興的な計画論と立地適正化計画をつなげ、本格的コンパクトシティ政策が進められていく必要があり、今がその絶好のタイミングでありながら、一刻も早い事業実施を目的に、被災地の復興計画に比べて危険性の高い立地適正化計画が進められている現実がある。そこで本研究は、現在全国で進められている立地適正化計画を、事前復興の観点からその有効性を検証することにより、本格的な事前復興を計画論の中に位置づけていくことを目的として研究を進めた。具体的にはポスト復興期において、立地適正化計画が、復旧・復興を持続可能な都市計画につなげる可能性を探りつつ、事前復興の真の必要性をこの時期に再確認するための調査を実施し、かつコンパクト&ネットワークのあるべき姿を描くための先進事例調査を実施していくことが主たる目的であり、以下の課題を明らかにすべく、平成30年度は以下の研究を進めた。(1)復興まちづくり計画におけるコンパクト&ネットワーク化の実態と立地適正化計画策定に向けた取り組みがどのようにオーバーラップしているのかを宮古市、大船渡市、石巻市を対象にヒアリング調査を実施した。(2)南海・東南海地震による津波予測が発表されている各自治体の立地適正化計画が、事前復興の観点からどのように策定されているのかを、愛知県、三重県の都市計画部局に対するヒアリング調査を実施し、前年度までの調査結果(徳島県、静岡県)と比較分析を行った。平成30年度に脳出血のため入院を余儀なくされ、2018年8月から10月まで3ヶ月の入院をし、その後12月まで遠距離の出張が不可能となった。そのため、平成30年度に実施を予定していた米国ポートランド市を対象としたコンパクトシティ政策に関する実態調査、および被災していない東北各地の自治体における立地適正化計画の実態調査を国土交通省東北地方整備局内の「コンパクトシティ推進研究会」の協力のもとにアンケート調査を実施する予定を次年度以降に実施せざるを得なくなった。そのため調査スケジュールを変更し、31年度に進める予定の非被災都市の立地適正化計画に関する調査分析を主とし、また東日本大震災の被災地大船渡市の立地適正化計画策定に向けた動きに対して連携して研究を進めるべく2019年1月から本格的に活動を始め、結果的に東日本大震災津波被災都市初の立地適正化計画策定の実施に向けた動きに結びつくこととなり、次年度に進めるべき活動を予定より早く進めることができ、次年度に米国調査を実施する環境は整えることができた。とはいえ、米国調査のための補助金が今のところは未使用となっているため、(3)やや遅れていると自己評価をくだしているが、現在は健康状況は万全であり、当初の予定通り研究を進めて、平成30年度実施予定の研究活動についても実施することは可能である。当初、平成30年度に実施予定だった以下の二つの研究調査を進めていくこととする。(1)被災していない東北各地の自治体における立地適正化計画の実態調査として、国土交通省東北地方整備局内の「コンパクトシティ推進研究会」の協力のもとに、非被災自治体に対するアンケート調査を実施し、コンパクト&ネットワークという観点から捉えた立地適正化計画の評価と立地適正化計画における農村部の位置づけ等について明らかにする。(2)第一次産業の空間と都市空間との相互交流をライフスタイルにつなげる米国ポートランド市のコンパクトシティ政策に関して、実地視察をするとともに、山崎満広氏(元ポートランド市開発局オフィサー)に対するヒアリング調査を実施する。以上の調査研究を進めながら、昨年、宮古・大船渡におけるヒアリングを実施した復興まちづくり計画におけるコンパクト&ネットワーク化の実態調査を、釜石市、気仙沼市、石巻市、岩沼市等を対象に実施し、特に大船渡市においては立地適正化計画策定の動きに対応した実地調査を実施することとなる。

そのため調査スケジュールを変更し、31年度に進める予定の非被災都市の立地適正化計画に関する調査分析を主とし、また東日本大震災の被災地大船渡市の立地適正化計画策定に向けた動きに対して連携して研究を進めるべく2019年1月から本格的に活動を始め、結果的に東日本大震災津波被災都市初の立地適正化計画策定の実施に向けた動きに結びつくこととなり、次年度に進めるべき活動を予定より早く進めることができ、次年度に米国調査を実施する環境は整えることができた。とはいえ、米国調査のための補助金が今のところは未使用となっているため、(3)やや遅れていると自己評価をくだしているが、現在は健康状況は万全であり、当初の予定通り研究を進めて、平成30年度実施予定の研究活動についても実施することは可能である。当初、平成30年度に実施予定だった以下の二つの研究調査を進めていくこととする。(1)被災していない東北各地の自治体における立地適正化計画の実態調査として、国土交通省東北地方整備局内の「コンパクトシティ推進研究会」の協力のもとに、非被災自治体に対するアンケート調査を実施し、コンパクト&ネットワークという観点から捉えた立地適正化計画の評価と立地適正化計画における農村部の位置づけ等について明らかにする。(2)第一次産業の空間と都市空間との相互交流をライフスタイルにつなげる米国ポートランド市のコンパクトシティ政策に関して、実地視察をするとともに、山崎満広氏(元ポートランド市開発局オフィサー)に対するヒアリング調査を実施する。以上の調査研究を進めながら、昨年、宮古・大船渡におけるヒアリングを実施した復興まちづくり計画におけるコンパクト&ネットワーク化の実態調査を、釜石市、気仙沼市、石巻市、岩沼市等を対象に実施し、特に大船渡市においては立地適正化計画策定の動きに対応した実地調査を実施することとなる。平成30年度に入院を余儀なくされ、遠距離の出張が不可能となったため、平成30年度に実施を予定していた米国ポートランド市を対象としたコンパクトシティ政策に関する実態調査を次年度以降に実施せざるを得なくなった。そのため次年度使用額354,871円が生じることとなっている。そのため調査スケジュールを変更し、31年度に進める予定の国内調査を、退院後先に30年度に実施して、その後の調査スケジュールを調整することができ、次年度の実施計画においては、現在は健康状況は万全であることから、米国ポートランド市への実地調査を実施することとして、354,871円を使用する計画である。
形成外科手術支援システムにおける奥行き画像生成・重ね合わせ表示方法の開発

患者と再構成画像との重ね合わせを利用した手術支援システムの開発を行うために、奥行き断層像を高速に作成する方法と視線情報から奥行きを正確に計算する方法を開発した。複数の撮影像から奥行き画像の簡便な再構成法を開発した。この方法の基本的な考え方は、対象物の奥行きの差が画像のずれに対応すること、すなわち同じずれ量をもつ対象物は同じ奥行きに位置することに基づき、得たい奥行きに対応するずれ量の分だけ画像をずらしながら多数枚の画像を重ね合わせることにより一定の奥行きの像を強調するというものである。この方法は重ね合わせ処理を一般に高速に行うことができる。このことが現場での利用を考えた場合の大きな利点である。術者の使用時の容易さを考え、奥行き断層像をHMDにより術者に提示するために視線情報を使って表示画像を制御する方法を開発した。視線情報を得るために黒目と白目の境界を検出する装置を利用した。装置より得られるパラメータより術者が見ている方向ならびに注視している奥行きを計算した。しかし、人の眼は四六時中細かく動いておりため、その動きを吸収するための仕組みをハードレベルとソフトレベルの双方で検討し、人の眼の大局的な動きを捉える方法を開発した。これらの方法を複数の計算機を組み合わせることにより高速かつ効率的な動作システムとして実現した。システム全体はコンパクトであり、かつ複数に分割できるため、設置場所が限られた空間でも設置することができる。患者と再構成画像との重ね合わせを利用した手術支援システムの開発を行うために奥行き画像の簡便な再構成方法を開発した。CT撮影装置は巨大であるため手術室への導入は難しく,また再構成時間が多大にかかるため実時間性を期待することは難しい。一方X線撮影装置はCT装置に比べ小型でありことから一般の手術室への導入も容易である。同心円回転をする撮影装置による撮影像からの復元方法を拡張して,平面移動する撮影装置による撮影像からの復元方法を考えた。研究室内実験としての可視光を用いた像に対するシミュレーション実験により再構成の正確さと計算時間を検討した。この方法の基本的な考え方は,対象物の奥行き関係の差が画像のずれに対応することすなわち同じずれ量をもつ対象物は同じ奥行きに位置することに基づき,得たい奥行きに対応するずれ量の分だけ画像をずらしながら多数枚の画像を重ね合わせることにより一定の奥行きの像を強調するというものである。この方法では,撮影時の幾何学的パラメータの管理が厳密にする必要があり,また他の奥行きにある像も多少ながらも残る欠点があるが,重ね合わせ処理は一般に高速に行うことができる。実験結果から,さらに高速に構成する方法ならびに幾何学的環境の厳密な管理の検討を行う必要性を認めた。
集中治療患者に対するEMS(電気的筋肉刺激)の筋肉保持効果

【背景と目的】集中治療患者では安静による筋力低下が大きい。なかでも特に下肢の筋力や運動を維持することは下肢の血流を保つのにも重要で、下肢静脈血栓症の予防にもつながる。しかしながら、集中治療患者では鎮静剤により自発的に筋肉を動かすことができない。これに対してEMS(電気的筋肉刺激)を用いることにより、自発運動の低下した患者でも筋肉を動かし、下肢の血流を保つことができるか調べる。【方法】健常成人男性9名を対象に右大腿静脈血流速度を超音波ドップラー法で測定し、安静時の最大血流速度に対して(1)自発的に下腿筋肉を収縮させた時、(2)下肢静脈血栓予防のための間欠的空気圧迫装置使用時、(3)EMS(電気的筋肉刺激)を下腿筋肉に使用時、それぞれの最大血流速度増加を比較した。【結果】右大腿静脈の最大血流速度は安静時に比べ、(1)下腿の等尺収縮時は2.7倍、足の底屈時は2.9倍、(2)間欠的空気圧迫時は2.3倍の有意な増加があった。(3)EMS(電気的筋肉刺激)では1.3倍となったが、有意な増加とは言えなかった。【考察】下腿に対するEMS(電気的筋肉刺激)による右大腿静脈の最大血流速度増加は当初想定していたほどの効果は見られなかった。自発的な下腿筋肉の収縮や間欠的空気圧迫装置による血流増加は瞬間的に起こるのに対して、実験に用いたEMS(電気的筋肉刺激)は時間が長く持続的な刺激であるため、瞬間的な血流増加が起きなかったものと考えられる。被験者の感覚としても自発的な収縮とEMS(電気的筋肉刺激)による刺激では筋肉の収縮パターンが違うとのことであった。また、今回の刺激ではEMS(電気的筋肉刺激)による筋肉の動きが小さい割に、被検者の痛みや不快が大きかった。今後はEMS(電気的筋肉刺激)パターンを工夫することにより、自発的な筋肉収縮と近い刺激を調べる必要がある。
物体知覚と空間知覚の機能的差異の研究

物体知覚と空間知覚における知覚的文脈がどのような脳内機構によって処理されるのかについて検討を行なった。知覚的文脈処理においては、4つの処理系が同定された。視覚情報処理において常に働く機構は、低次文脈処理、および、注意コントロールを担っていると考えられる。これに対して、過去記憶と照合して物体知覚における連合的文脈処理を担う機構、物体奥行き文脈処理を行う機構、空間奥行き文脈処理を行う機構は、刺激状況によって動的に働く。本研究の目的は、刺激構造の体系的差異が、2つの視覚伝達路による空間情報の処理、内的表象の違い、内的表現の準拠枠の違い、視覚的注意の配分構造の違いに関わっているという新たな仮説を立て、物体知覚と空間知覚の機能的違いについて、物体および空間の3次元構造の内的表象過程を、絵画・彫刻等に見られる物体・空間表現も参照しながら、文脈統合過程に着目して実験心理学的に検討することによって明らかにすることである。本年度は、まず、物体と空間の画像的イメージ構造の違いの検討を行なった。物体知覚、空間知覚を引き起こす様々な画像の特徴を、統計学を基礎に解析し、イメージ構造の違いを検討した。解析の対象として、従来のような物体・空間の写真だけでなく、絵画や彫刻における表現についても画像データを収集した。これによって、物体の3次元構造と空間の3次元構造のキーとなる刺激特徴を検討した。検討結果に含まれる刺激特徴の知覚的意味を明らかにするために、3次元物体知覚の文脈効果について、心理物理的実験および脳イメージング実験によって検討した。刺激の文脈の体系的変化に対応して、どのように奥行き知覚判断が変化するかを、実験的に明らかにするために、美術表現にも援用されているStereo Kinetic Effect現象に着目した。刺激統制は、空間周波数、視角範囲と写像の関係、刺激要素の幾何学的関係など、多次元的に制御した。その結果、物体の3次元構造の内的表象過程に関わる脳内部位を同定することができた。同定部位は、側頭の形態表象部位(LO)および頭頂の奥行き表象部位であり、これらの部位が、物体の3次元表象に重要であることを明らかにした。成果は国際誌に発表した。物体知覚と空間知覚における文脈効果の違いの検討を行なった。刺激の文脈の体系的変化に対応して、どのように知覚体験が変化しそれがどの様な脳活動として現れるかという観点から昨年度行なった脳イメージングの結果をさらに解析し、物体知覚と空間知覚において文脈統合過程がどのように異なるかを明らかにした。従来の研究で明らかにされている視覚系の階層構造における情報処理特性を参照することによって、物体知覚と空間知覚において文脈統合過程の階層構造、および、それらの処理を担当する脳内部位の推定をして神経機構モデルを構築した。脳内処理機構のモデルは以下の通りである。知覚的文脈は、4つの過程で処理される。視覚系初期過程では、対比、輪郭線やゲシュタルトの連続性などの文脈が処理され、腹側系において物体知覚として文脈処理がされる。また、背側系においては、3次元奥行き、空間的定位、運動系情報変換のための枠組み変換過程の文脈処理がされる。そして、前頭前野側頭部位において、場面としての知覚情報処理がされ、意味的文脈、先行経験による推定がされる。このように、知覚的文脈の処理は、階層的な過程を経ることによって達成されることを示した。モデルを基に、知覚的文脈の処理過程にもとづいて、美術作品における芸術的評価過程・芸術体験について、それを構成する心理過程、そして、心理過程の基盤となる脳機構について考察し、モデルを提案した。これにより、主観的で個人差が大きいと考えられてきた芸術経験についても、脳機構の枠組みで捉えることができることを明らかにした。また、成果の応用として、美術教育が学力に対してもつ意義について脳機能の観点から検討した。画像刺激提示に対して、自然物の色が自然か不自然か、形の重なりが整合か不整合か、線遠近法による奥行きが整合か不整合かという判断をさせた時の脳活動を脳イメージング法によって測定した結果について、動的因果モデル(Dynamic Causal Modeling, DCM)に基づいて解析した。測定された脳活動部位の同定結果と、従来の研究で明らかにされている視覚系の情報処理特性、解剖学的・電気生理学的に明らかにされている脳領野結合性を参照することによって、物体知覚と空間知覚において文脈統合過程の階層構造、および、それらの処理を担当する脳内部位の動的活動因果モデルを推定して神経機構モデルを構築し、その妥当性について検討した。視覚系初期段階の脳領野-頭頂葉領野-腹側・側頭領野で構成される機構は、視覚情報処理においては常に働き、低次文脈処理、および、注意コントロールを担っていると考えられる。

自然物の色の判断では、下側側頭ならびに海馬周辺領野で構成される機構が、連合的文脈処理をにない、形の重なりの判断では、下側側頭-下側頭頂葉領野-前頭前野側頭部領野が、形の文脈と重なり奥行き文脈処理をおこなっている。線遠近法による奥行き判断では、下側頭頂葉領野-前頭前野側頭部領野が、奥行き文脈処理をおこなっている。結果は、発表にむけて投稿作業を行っている。