hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形半正定値計画問題に対する数値的に安定した主双対内点法の開発

本研究の目的は,非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発することである.半正定値計画問題は線形計画問題のような多面体ではない閉凸錐上の最適化問題であることから,漸近的な最適値は存在しても,最適解は存在しない(最適値に収束する点列が発散する)という現象が頻繁に発生する.このため線形半正定値計画問題に対する主双対内点法において,最適性の判定は常に数値的な困難をともなう.最適解の精度は,応用先である組合せ最適化問題やロバスト最適化問題に多大な影響をもたらす.このような理由により,線形半正定値計画問題の解法に対して,数値的な安定性を保証するためのさまざまな工夫が提案されてきた.非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発する上で,こうした数値的安定性に対する配慮はさらに必要不可欠である.本研究では特殊な同次モデルを用いることで,数値的な不安定さを軽減させることを試みた.この結果,凸非線形半正定値計画問題に対して,1.許容解の存在あるいは狭義許容解の存在を仮定しなくとも,有界で自明な初期点をもつパスが存在し,2.任意のパスの集積点は同次モデルの解であり,3.元の問題が解をもつのであれば,その集積点から有界な解が算出でき,4.元の問題が強非許容である場合は, Lipschitz連続の仮定のもとで,その集積点から非許容性を保証でき,さらに特に問題が線形である場合は,5.多項式時間の反復で十分な精度の解が得られることが保証できる,同次モデルと同次アルゴリズムの提案を行った.本研究の目的は,非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発することである.半正定値計画問題は線形計画問題のような多面体ではない閉凸錐上の最適化問題であることから,漸近的な最適値は存在しても,最適解は存在しない(最適値に収束する点列が発散する)という現象が頻繁に発生する.このため線形半正定値計画問題に対する主双対内点法において,最適性の判定は常に数値的な困難をともなう.最適解の精度は,応用先である組合せ最適化問題やロバスト最適化問題に多大な影響をもたらす.このような理由により,線形半正定値計画問題の解法に対して,数値的な安定性を保証するためのさまざまな工夫が提案されてきた.非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発する上で,こうした数値的安定性に対する配慮はさらに必要不可欠である.本研究では特殊な同次モデルを用いることで,数値的な不安定さを軽減させることを試みた.この結果,凸非線形半正定値計画問題に対して,1.許容解の存在あるいは狭義許容解の存在を仮定しなくとも,有界で自明な初期点をもつパスが存在し,2.任意のパスの集積点は同次モデルの解であり,3.元の問題が解をもつのであれば,その集積点から有界な解が算出でき,4.元の問題が強非許容である場合は, Lipschitz連続の仮定のもとで,その集積点から非許容性を保証でき,さらに特に問題が線形である場合は,5.多項式時間の反復で十分な精度の解が得られることが保証できる,同次モデルと同次アルゴリズムの提案を行った.本研究の目的は,非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発することである.半正定値計画問題は線形計画問題のような多面体ではない閉凸錐上の最適化問題であることから,漸近的な最適値は存在しても,最適解は存在しない(最適値に収束する点列が発散する)という現象が頻繁に発生する.このため線形半正定借計画問題に対する主双対内点法において,最適性の判定は常に数値的な困難をともなう.最適解の精度は,応用先である組合せ最適化問題やロバスト最適化問題に大きな影響をもたらす.このような理由により,線形半正定植計画問題の解法に対して,数値的な安定性を保証するためのさまざまな工夫が提案されてきた.非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発する上で,こうした数値的安定性に対する配慮はさらに必要不可欠である.本研究では特殊な同次モデルを用いることで,数値的な不安定さを軽減させようとしている点に特徴がある.同次モデルの基本となるアイディアは,パラメータを増やし変数の次元を上げることにより,本来であれば発散する点列を有界な点列に埋め込むことである.本年度は,提案した同次モデルの理論的な特徴の導出を行った.この結果,1.許容解の存在あるいは狭義許容解の存在を仮定しなくとも,有界で自明な初期点をもつパスが存在し,2.任意のパスの集積点は同次モデルの解であり,3.元の問題が解をもつのであれば,その集積点から有界な解が算出でき,4.元の問題が強非許容である場合は,Lipschitz連続の仮定のもとで,その集積点から非許容性を保証できることを示した.これらの結果は線形な半正定値計画問題に対しても新規の結果となっている.次年度は,上記のパスを数値的に追跡するアルゴリズムの提案と,その計算榎雑度の議論,数値実験による検証を行う予定である.

本研究の目的は,非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発することである.半正定値計画問題は線形計画問題のような多面体ではない閉凸錐上の最適化問題であることから,漸近的な最適値は存在しても,最適解は存在しない(最適値に収束する点列が発散する)という現象が頻繁に発生する.このため線形半正定値計画問題に対する主双対内点法において,最適性の判定は常に数値的な困難をともなう.最適解の精度は,応用先である組合せ最適化問題やロバスト最適化問題に多大な影響をもたうす.このような理由により,線形半正定値計画問題の解法に対して,数値的な安定性を保証するためのさまざまな工夫が提案されてきた.非線形半正定値計画問題に対する主双対内点法を開発する上で,こうした数値的安定性に対する配慮はさらに必要不可欠である.本研究では特殊な同次モデルを用いることで,数値的な不安定さを軽減させることを試みた.この結果,凸非線形半正定値計画問題に対して,1.許容解の存在あるいは狭義許容解の存在を仮定しなくとも,有界で自明な初期点をもつパスが存在し,2.任意のパスの集積点は同次モデルの解であり,3.元の問題が解をもつのであれば,その集積点から有界な解が算出でき,4.元の問題が強非許容である場合は,Lipschitz連続の仮定のもとで,その集積点から非許容性を保証でき,さらに特に問題が線形である場合は,5.多項式時間の反復で十分な精度の解が得られることが保証できる,同次モデルと同次アルゴリズムの提案を行った.
異種移植における遺伝子導入による拒絶反応制御法の基礎的研究

(1) CrmA遺伝子による異種移植臓器保護異種移植に対する障壁の1つは細胞障害性リンパ球により惹起されるFas/FasL介在性アポトーシスである。牛痘ウイルスの遺伝子産物であるサイトカインレスポンスモディファーA(CrmA)はアポトーシスを阻害する事が知られている。in vitroの異種移植拒絶モデルにおいてアポトーシスを阻害する候補遺伝子としてCrmAが有効であるか否かをFasL抵抗性で検討した。CrmA発現アデノウイルスを感染させなかったPK15細胞は可溶性FasLを添加した際、約70%がアポトーシスに陥った。一方、CrmA発現アデノウイルス感染PK15細胞ではアポトーシスは劇的に抑制された。これらの結果はCrmAを用いた遺伝子治療により遅延型または慢性型異種移植片拒絶を抑制する可能性を示唆した。(2)補助的処理による異種肝移植生着延長の試み遺伝子導入による異種肝移植生着延長の増強の試みとして、免疫抑制剤(FTY720)併用の可能性とFas抗原を持たない肝細胞の移植の効果を調べた。FTY720はTリンパ球にアポトーシスを誘導し、そのメカニズムより遺伝子導入した異種移植に併用可能なことが示唆された。またFas抗原のないオスMRL-lpr(lpr)マウスから分離した肝細胞をメスMRL-+/+(野生型マウス)に脾臓経由にて投与し、その後肝細胞生着促進のため抗Fas抗体を経時的に投与した。移植されたlpr肝細胞は抗Fas抗体処理群において顕著に生着が観察され抗Fas抗体によるアポトーシス誘導がレシピエントの肝臓において移植されたFas抗原の発現を抑制された肝細胞の再構築の促進に有効であることが明らかとなった。(1)組み換えアデノウイルスベクターをCOS-TPC法を用いて作製した。アデノウイルスベクターには現在幅広い細胞種にて最も強力に遺伝子発現を制御するプロモーターの一つであるCAGプロモーターを用い、その下流にCrmA免疫反応の制御に深く関わっている遺伝子を組み込み、Cre/loxP系アデノウイルスベクターを作製した。(2)CrmAアデノウイルスベクターを用い、ラット、マウス、ハムスター等動物に導入し、CrmAと融合したT7Tag蛋白に対する抗体を用いて、免疫染色により動物肝臓で発現が最も高いことを確認した。また、アデノウイルス自身に対する免疫系による排除もCrmAの発現によって、抑制されることが分かった。(3)マウスの肝細胞を分離し、CrmAアデノウイルスベクターの導入実験を行った。またブタ腎由来上皮細胞PK15にもCrmAアデノウイルスベクターを導入し、発現を確認した。(4)異種移植おける細胞傷害性のモデルとして、ヒトFasLを発現するKFL74.18細胞の上清中に存在するsoluble FasL(sFasL)と、ブタ腎臓由来の細胞であるPK15細胞を用いて検討を行った。PK15細胞はCre/loxP系によりCrmAを発現するアデノウイルスベクター(AxCALNLCrmA)とCre組み換え酵素を発現するAxCANCreとの併用感染によりほぼ100%の細胞でCrmAを発現した。sFasLの添加によりPK15はapoptosisを生じるが、CrmAを発現するPK15のapoptosisは有意に抑制された。さらにCrmA発現量依存的なCaspase8及び3の活性化の阻害が観察された。この様にPK15細胞においてもCrmAはFas介在性のapoptosisを効率よく抑制することが示された。よって以上の結果は、CrmAの発現により異種移植における拒絶反応から移植臓器を防御できる可能性を示している。

(1) CrmA遺伝子による異種移植臓器保護異種移植に対する障壁の1つは細胞障害性リンパ球により惹起されるFas/FasL介在性アポトーシスである。牛痘ウイルスの遺伝子産物であるサイトカインレスポンスモディファーA(CrmA)はアポトーシスを阻害する事が知られている。in vitroの異種移植拒絶モデルにおいてアポトーシスを阻害する候補遺伝子としてCrmAが有効であるか否かをFasL抵抗性で検討した。CrmA発現アデノウイルスを感染させなかったPK15細胞は可溶性FasLを添加した際、約70%がアポトーシスに陥った。一方、CrmA発現アデノウイルス感染PK15細胞ではアポトーシスは劇的に抑制された。これらの結果はCrmAを用いた遺伝子治療により遅延型または慢性型異種移植片拒絶を抑制する可能性を示唆した。(2)補助的処理による異種肝移植生着延長の試み遺伝子導入による異種肝移植生着延長の増強の試みとして、免疫抑制剤(FTY720)併用の可能性とFas抗原を持たない肝細胞の移植の効果を調べた。FTY720はTリンパ球にアポトーシスを誘導し、そのメカニズムより遺伝子導入した異種移植に併用可能なことが示唆された。またFas抗原のないオスMRL-lpr(lpr)マウスから分離した肝細胞をメスMRL-+/+(野生型マウス)に脾臓経由にて投与し、その後肝細胞生着促進のため抗Fas抗体を経時的に投与した。移植されたlpr肝細胞は抗Fas抗体処理群において顕著に生着が観察され抗Fas抗体によるアポトーシス誘導がレシピエントの肝臓において移植されたFas抗原の発現を抑制された肝細胞の再構築の促進に有効であることが明らかとなった。
蛍光半導体ナノ粒子を利用したビーズアレイの開発

ポストゲノム時代をむかえて、医学生物学研究の主眼は遺伝子産物の機能解析に移行してきており、近年様々な解析技術が開発されてきている。特に、一度に大量の検体処理可能にするhigh-throughput解析技術の進展には目ざましいものがある。我々も本助成研究にてマイクロビーズを用いたhigh-throughput解析技術である、フローアレイの開発を進めてきた。フローアレイの第一段階として粒子径の異なるビーズを用いた、複数個所のSNPsを同時にタイピング法については既に成功している。さらに複数種類の蛍光半導体ナノ粒子(Quantum dots,以下QD)を練りこんだバーコードビーズを用い、さらに多数箇所のSNPs同時タイピング試みようとした。しかしながら、これまでに実用可能なレベルのバーコードビーズの完成には残念ながら至っていない。また、QDはビーズに練りこむだけでなく、検出物質の標識にも使用できる。これについては細胞レベルでの蛍光免疫染色を行い、その定量性、すなわち、QDの蛍光強度が物質量と比例する(stoichiometry)ことを、従来の蛍光色素と比較、検討し確認した(現在投稿中)。QDが蛍光プローブとして細胞内物質の可視化に使用できるという報告は複数あるが、QDの細胞レベルでの定量性に言及した研究は現在までにはない。この知見はQDが生物学研究における蛍光色素として従来の蛍光色素と同様に利用できることを示している。このようにバーコードビーズの完成には至ってないが、QDを用いたhigh-throughput解析技術の基本的なデータを得ることができた。大きさの異なる複数のマイクロビーズ(直径5μmから20μmの粒子)を用いて、一回の測定で複数のsingle nucleotide polymorphisms(SNPs)を短時間で解析可能とするフローサイトメトリーシステム(フロービーズアレイシステム)の開発(特許出願済)してきた。本研究ではさらに一度に解析できるパラメータ数および検体数を増やし、スループットを大幅に上げる目的で、半導体蛍光ナノ粒子(Quantum Dots,以下QDs)を利用したシステムの開発を行なってきた。QDsはその大きさを変えることで単一の紫外線励起波長でその粒径に応じて均一な波長の蛍光を発することが知られている。このQDsを高分子化合物からなるビーズに封じ込めることにより、蛍光波長の異なったビーズを作製することができる。このビーズの便利なところは、1つの励起波長で同時に複数の異なった蛍光波長を呈するビーが解析に科用できる点である。しかし、本年度内ではQDをビーズに練りこむまでには至らず、ビーズを用いたサンプル中の抗原、DNAの検出、サンプル側の標識等についての検討を先行させた。特にサンプルの標識についてはQDを用いた方法を検討してきた。QDsの細胞レベルでの研究には、世界の先端研究者の仲間入りができた考えている。また、新しいQDs自体の開発を現在工学系の研究者を共同して行っている。ビーズに封じ込める技術開発も複数の方法での検討を行い、できるだけ早期に複数の異なったQDsを容れたバーコードビーズの作製を実現したいと現在研究を行っている。
反応性有機多成分結晶の設計とその固相光反応性の研究

有機塩型の新しい二成分結晶を創製し、その固相光反応を研究した。トランス-桂皮酸類やアントラセンカルボン酸類の結晶光二量化反応はgauche型1,2-ジアミンとの複塩生成による結晶構造の設計により、強制的にhead-to-head dimer生成の方向へ変えられることを報告した。この方法により通常は生成しない熱的に不安定なdimerでも選択的に得ることが出来るので、合成化学的にも反応機構的にも極めて有用と考えられる。これらの反応ではジアミンは2分子のカルボン酸を近ずけるための非共有結合性リンカーとして働いており、光二量化反応は複塩結晶の超分子内で起こる傾向のあることが解った。複塩結晶の固相反応性を決定するジアミンの構造的条件(超分子的条件)として、`n=3ルール'(α,ω-ジアミンのポリメチレン鎖の長さがn=3の時に二量化収率は最大になる)や`ゴ-シュルール'(1,2-ジアミンがゴ-シュ型立体配座を取ると反応性結晶構造になる)の存在することを見だした。分子間のπ-π相互作用やCl・・・Cl,C-H・・・Cl相互作用によりリンカーのコンホメーションが制御されることも示された。多くの隣接分子の近接する固相においても以上のような反応制御が可能なことは、ある意味では驚くべきことであると考えている。
地理情報システムを用いた古墳時代社会の地域構造の研究

1.地形や考古資料に基づいた空間分析について、IDRISIなどの既存の地理情報システムソフトウェアの利用にとどまらず、コンピュータ言語の一種であるPer1やPer1/Tkを用いた独自の処理プログラムを作成し、多様で柔軟な処理が行えるようになった。プログラムの一部は研究成果報告書で公開した。2.上記のプログラムにより、国土地理院の提供する数値地図や、世界の標高データを提供するGTOP030のデータを自由に処理して地形分析を行うことが可能となった。3.中国・四国地方を中心とする地域の前方後円墳のデータベースが完成し、空間分析と結びつけて、前方後円墳の分布を画像で表示できるようになった。4.古墳時代の地形や土地条件から農業生産力を復元するプログラムの作成を進め、そこから集落モデルを作成し、実際の古墳分布などとの相関関係を明らかにした。5.作成した集落モデルに基づいて、交通や交流のモデルを作成し、人口増大・通婚・物資流通・文化伝達などのシミュレーションを行うための基礎的な作業を行った。6.以上を通じて、空間分析によって地域を表現できるようになり、古墳時代社会の研究手法を前進させることが可能となった。これは、地理情報システムを用いた古墳時代の研究としては、日本で最初の本格的成果であると思われる。1研究の基礎となる地理情報システムの使用においては、従来から用いてきたMS-WindowsベースのIDRISIに加えて、新たにUNIXベースのGRASSを導入し、さらにperlを用いた独自のプログラムを作成することにより、特定のソフトウェアに依存しない処理や表示が可能となった。2地形データに関しては、国土地理院が作製している数値地図を完全に活用できるようになり、さらに世界の標高データであるGTOPO30を利用できるようになった。これによって、地形的条件に関する国際的な比較も可能となった。3土地条件の分析において、日本列島全域と、岡山県などの地域レベル、および岡山県北房町などの盆地等のレベルにおいて、標高や傾斜、平均気温などの検討を行い、古墳の築造の背景にある地域的基盤を検討する作業を試みた。4土地条件と古墳の分布との関係を探るため、岡山県内の前方後円墳に関する情報をデータベース化し、データベースを地理情報システムと連動させた。5古墳の形態の記録に数値地図の手法を導入し、50cmメッシュで標高を測定する方法を、岡山県真備町天狗山古墳において試みた。6以上の作業により、本研究の技術的な基盤はほぼ達成でき、来年度以降、応用研究に専念できる条件が整った。1地理情報システムの利用に関しては、今年度は既存のソフトウェアの利用よりも、独自のプログラムを作成して処理を行うことに重点を置いた。2独自のプログラムによって、日本列島全域の標高データを基礎に、標高およ傾斜と推定気温から、1kmメッシュで水稲農耕の生産力を推定し、画像で表示した。3岡山県内においては、250mメッシュでの生産力を推定し、その生産力に基づいて前方後円墳が築造されると仮定し、周辺地域から結集できる生産力から前方後円墳の規模を推定するシミュレーションを行った。4昨年度に作成した岡山県内の前方後円墳のデータベースに基づいて、前方後円墳の分布を時期ごとに画像表示するプログラムを作成した。5中国・四国地方の前方後円墳のデータベースを作成した。6前方後円墳の墳形を記録するためのメッシュ標高データの作成を継続した。7世界の標高データを集めたGTOPO30から、ヨーロッパの地形を画像表示することができるようになり、地形情報による国際比較を行うことが可能となった。8人口変動のシミュレーション・プログラムの作成に着手し、地域構造の分析にシミュレーションを用いる展望が開けた。1古墳時代の地形や土地条件について、PerlやPerl/Tkを用いた空間分析のためのプログラムの作成を進め、数値地図からほぼ自由に画像を作成できるようになった。このプログラムの一部は、すでに希望する研究者に提供しており、研究成果報告書の中でも公表した。2中国・四国地方を中心とする地域の前方後円墳のデータベースが完成し、地理情報システムと結びつけて、前方後円墳の分布を画像で表示できるようになった。3土地条件から集落の規模を推定する作業について、岡山県を中心に、古墳時代の集落モデルを作成し、地形や実際の古墳分布との相関関係を明らかにした。4岡山県上房郡北房町をモデルケースに作成した仮想的な集落について、交通や交流のモデルを作成し、人口増大・通婚・物資流通・文化伝達などのシミュレーションを行うための準備を進めた。5 GTOPO

30などの世界の標高データを用いて、ヨーロッパや東アジアの空間分析を行うことが可能となった。6以上を通じて、空間分析によって地域を表現できるようになり、他地域との比較も可能となって、古墳時代社会の研究手法を前進させることが可能となった。これは、地理情報システムを用いた古墳時代の研究としては、日本で最初の本格的成果である。
差応力により生じる地震波速度・比抵抗異方性の実験的研究

差応力の場における物性の異方性を理解するために,岩石に一軸圧縮を加えながら弾性波速度および電気伝導度を測定した。一軸圧縮により圧縮軸に垂直なクラックが選択的に閉じ,地震波速度には顕著な異方性が生じる。これとは対照的に,電気伝導度には差応力による異方性は生じない。圧縮を加えると,圧縮軸に垂直な方向でも平行な方向でも,電気伝導度は同じように低下した。これはどの方向の伝導経路も様々な向きのクラックによって構成されているためと考えられる。本研究の目的は,地殻のような差応力のある場において,地震波速度や比抵抗にどのような異方性が生じるかを理解することであり,"応力状態ー流体分布ー物性の異方性"の関係を解明するための岩石実験を進めている。平成26年度の実施内容は以下の通りである。(1)実験システムの構築:テーブルプレス,歪測定用データロガー,マルチメータ等を導入して,岩石試料を圧縮しながら,軸力,歪,弾性波速度,比抵抗を測定するシステムを構築した。(2)岩石試料空隙構造のキャラクタリゼーション:試料として用いる細粒黒雲母花崗岩(庵治花崗岩)内部の空隙構造を理解するため,乾燥試料の封圧増加に伴う歪および弾性波速度測定を行った。低圧における弾性波速度の増加を担っているのは,体積的には非常に小さいアスペクト比の小さい空隙であることが分かった。また,空隙の3次元イメージを得るため,東京都産業技術研究センターに依頼して,岩石試料のX線CT撮影を行った。その結果,岩石内の空隙は,開いた粒界,粒内クラック,空孔(流体の痕跡)に分類されること,電気伝導を担う連結した空隙を構成しているのが開いた粒界であることが分かった。(3)乾燥岩石の一軸圧縮とそれに伴う弾性波速度測定:圧縮応力を0 MPaから15 MPaまで段階的に増加させながら,直交する3方向の縦波・横波速度,歪を測定した。比較的小さな応力変化であるが,圧縮軸方向に伝播する縦波・横波速度,圧縮軸方向に振動する横波速度に顕著な増加が観察され,異方性の増大が確認された。平成27年度の実施内容は以下の通りである。(1)含水岩石の一軸圧縮下での弾性波速度および電気伝導度測定:一軸圧縮試料のための電気伝導度測定用電極を開発し,塩化カリウム水溶液を含ませた細粒黒雲母花崗岩(庵治花崗岩)の一軸圧縮(最大軸圧:10MPa)を行いながら,弾性波速度および電気伝導度の測定を行った。P波速度は,圧縮軸に平行な方向で圧縮とともに顕著に増加したのに対して,圧縮軸に垂直な方向ではごくわずかに増加したのみであった。電気伝導度は,圧縮軸に平行な方向,垂直な方向とも圧縮とともに低下したが,その割合は圧縮軸に垂直な方向が平行な方向の約2倍であった。弾性波速度,電気伝導度の変化はほぼ可逆的であり,軸圧を取り除くとほぼもとの値に戻った。一軸圧縮に伴う弾性波速度および電気伝導度の変化は,主として圧縮軸に垂直なクラック(開いた粒界)の閉鎖によるものと考えられる。圧縮軸に平行な方向での電気伝導度の変化は,圧縮軸に垂直な方向のクラックが平行な方向の電気伝導にも寄与しているためである。そのため,差応力による電気伝導度の異方性は,弾性波速度の異方性に比べて弱いと考えている。(2)空隙微細構造の観察:イオンミリングにより岩石試料の研磨を行い,開いた粒界の電子顕微鏡観察を行った。開口が粒界に沿って変化している様子を詳細に観察することに成功した。(3)物性変化のモデル化:圧縮に伴う粒界の閉鎖によって,弾性波速度の増加,電気伝導度の低下が生じる現象論的モデルを構築した。ただし,異方的な変化はまだ説明できていない。平成27年度に予定していたのは,(1)含水岩石の一軸圧縮下での弾性波速度および電気伝導度測定(2)空隙微細構造の観察(3)物性変化のモデル化である。(1)はほぼ当初の計画通り,(2)は当初の計画よりも大きく進めることができた。(3)は空隙のモデル化までは進んだが,異方性を説明するには至っていない。本研究の目的は,地殻のような差応力のある場において,地震波速度や比抵抗にどのような異方性が生じるかを理解することである。"応力状態ー流体分布ー物性の異方性"の関係を解明するため,細粒黒雲母花崗岩(庵治花崗岩)を試料として岩石実験を進めてきた。1.最終年度(平成28年度)に実施した研究の成果(1)一軸圧縮下での乾燥岩石の弾性波速度測定:立方体試料(辺長25 mm)に一軸圧縮(最大軸圧:20 MPa)を加えながら,直交する3方向の弾性波速度を測定し,圧縮軸方向に進行するP波速度,圧縮軸方向に進行または振動するS波の速度が圧縮に伴って選択的に増加することが分かった。

弾性波速度からクラック密度テンソルを求め,圧縮軸に垂直なクラックが選択的に閉じていくことを定量的に示した。(2)一軸圧縮下での含水岩石の電気伝導度測定:一軸圧縮を加えながら電気伝導度を測定するためのエンドピースを開発し,含水岩石の電気伝導度を測定した。一軸圧縮に伴う電気伝導度の変化は,圧縮軸に平行な方向でも垂直な方向でも大きな差はなかった。これはどちらの方向の電気伝導においても,様々な向きのクラックが伝導経路を構成しているためと考えられる。2.研究期間全体を通じて実施した研究の成果:(1)X線CTおよびBIB-SEMによる微細構造観察により,庵治花崗岩内に存在するクラックのほとんどは開いた粒界であることが分かった。(2)一軸圧縮を加えながら含水岩石の電気伝導度を測定する方法を確立した。(3)一軸圧縮により圧縮軸に垂直なクラックが選択的に閉じる。これによって地震波速度には顕著な異方性が生じるが,電気伝導度にはほとんど異方性が生じないことが分かった。これはどの方向の伝導経路も様々な向きのクラックによって構成されているためと考えられる。差応力の場における物性の異方性を理解するために,岩石に一軸圧縮を加えながら弾性波速度および電気伝導度を測定した。一軸圧縮により圧縮軸に垂直なクラックが選択的に閉じ,地震波速度には顕著な異方性が生じる。これとは対照的に,電気伝導度には差応力による異方性は生じない。圧縮を加えると,圧縮軸に垂直な方向でも平行な方向でも,電気伝導度は同じように低下した。平成26年度に計画していた(1)実験システムの構築,(2)岩石空隙構造のキャラクタリゼーション,(3)乾燥岩石の一軸圧縮とそれに伴う弾性波速度測定,をほぼ当初の計画通りに実施できた。(1)含水岩石の一軸圧縮下での弾性波速度および電気伝導度測定:現在までの測定は軸圧が10MPa以下の条件である。これをより大きな軸圧の条件まで拡張する。(2)空隙微細構造の定量化:電子顕微鏡画像の画像解析により,粒界の開口分布を定量化する。(2)モデルの構築: X線CT,電子顕微鏡観察によって得た空隙構造の情報を基にして,弾性波速度および電気伝導度の異方的変化を説明するモデルを構築する。固体地球物理学平成27年度以降は,含水岩石を用いた圧縮実験を行い,弾性波速度および比抵抗の変化を観察する予定である。平成26年度に行った,圧縮に伴う弾性波速度変化のモデル化を行う。構成鉱物の結晶方位分布を調べて,固体マトリックスのモデル化を行った後,Eshelby (1957)のインクルージョン法を応用する予定である。平成26年度の研究を通して,空隙の微細構造を理解するためにはX線CT撮影だけでは不十分であることが分かってきた。X線CTは多数の鉱物粒子を含むスケールでの3次元構造を理解するためには非常に有効であるが,ひとつの粒界の凹凸まで捉えることはできない。粒界の微細構造を捉えることは,速度変化のモデルを構築していくために不可欠である。粒界の微細構造を3次元的に捉えるためには,収束イオンビーム(FIB)による表面加工と電子顕微鏡観察(SEM)を組み合わせていく必要があると考えている。平成26年度末に1円だけ残ってしまったため,使用することができなかった。平成27年度に使用する予定である。
溶射皮膜のX線応力測定法の確立に関する研究

溶射皮膜におけるX線応力測定の測定精度および信頼性を確保する方法を明確にすることを目的とした.機械的負荷とX線的ひずみの関係の直線性におよぼす種々の原因を明らかにし,溶射皮膜におけるX線的弾性定数の測定精度向上法を検討した.溶射材は,モリブデンとし大気中プラズマ溶射によって軟鋼基板(100×15×4mm)の片面に厚さ200および400μmの皮膜を溶射した.溶射表面は溶射したままのものに加え,200番までのエメリ紙研磨をしたものも用いた.実験は全て室温大気中で行った.1.AE計測による負荷時の微視き裂発生成長過程の評価皮膜表面が引張となるひずみを4点曲げによって与え、アコースティックエミッション(AE)計測を行った.溶射皮膜では,極低ひずみ段階においてAE信号が発生し始め,あるひずみからAE信号が急増する傾向がある.これらは,それぞれ皮膜内における微視き裂の発生と微視き裂の成長,合体に対応している.また,研磨により表面の凹凸を除去した試験片では,溶射したままと比べてAE総数が減少し,また,AEの急増がより高い負荷ひずみで生じた.2.負荷に対するX線的応力の変化4点曲げによって溶射皮膜に段階的に引張負荷を与え,通常のX線応力測定法であるsin^2ψ法により各負荷段階におけるX線応力を測定した.溶射皮膜表面が溶射したままの試験片では,極低ひずみ段階から負荷ひずみとX線応力が対応しなくなる.一方,表面を研磨した場合,AE急増点までは負荷ひずみとX線応力が比例関係を示し,その後X線ひずみは増加しなかった.3.溶射皮膜におけるX線的弾性定数の測定精度向上法の検討溶射皮膜のX線的弾性定数の測定では,溶射皮膜表面の凹凸をできるだけ除去することと,微視き裂の急増点よりも低いひずみ範囲内で,負荷ひずみとX線応力の対応を検討することが重要であることを明らかにした.溶射皮膜におけるX線応力測定の測定精度および信頼性を確保する方法を明確にすることを目的とした.機械的負荷とX線的ひずみの関係の直線性におよぼす種々の原因を明らかにし,溶射皮膜におけるX線的弾性定数の測定精度向上法を検討した.溶射材は,モリブデンとし大気中プラズマ溶射によって軟鋼基板(100×15×4mm)の片面に厚さ200および400μmの皮膜を溶射した.溶射表面は溶射したままのものに加え,200番までのエメリ紙研磨をしたものも用いた.実験は全て室温大気中で行った.1.AE計測による負荷時の微視き裂発生成長過程の評価皮膜表面が引張となるひずみを4点曲げによって与え、アコースティックエミッション(AE)計測を行った.溶射皮膜では,極低ひずみ段階においてAE信号が発生し始め,あるひずみからAE信号が急増する傾向がある.これらは,それぞれ皮膜内における微視き裂の発生と微視き裂の成長,合体に対応している.また,研磨により表面の凹凸を除去した試験片では,溶射したままと比べてAE総数が減少し,また,AEの急増がより高い負荷ひずみで生じた.2.負荷に対するX線的応力の変化4点曲げによって溶射皮膜に段階的に引張負荷を与え,通常のX線応力測定法であるsin^2ψ法により各負荷段階におけるX線応力を測定した.溶射皮膜表面が溶射したままの試験片では,極低ひずみ段階から負荷ひずみとX線応力が対応しなくなる.一方,表面を研磨した場合,AE急増点までは負荷ひずみとX線応力が比例関係を示し,その後X線ひずみは増加しなかった.3.溶射皮膜におけるX線的弾性定数の測定精度向上法の検討溶射皮膜のX線的弾性定数の測定では,溶射皮膜表面の凹凸をできるだけ除去することと,微視き裂の急増点よりも低いひずみ範囲内で,負荷ひずみとX線応力の対応を検討することが重要であることを明らかにした.
高圧と高電圧で新たな氷の秩序相を誘起する

氷の多形の探査は、過去100年以上にわたって温度・圧力を変数とした観察をもとに進められてきた。本研究では、温度・圧力に加えて、新たに電場を変数とすることで、これまで観測されることのなかった秩序構造を見出すことを目的とし、高圧かつ高電圧化における中性子回折実験のためのセル構成の開発を経て、世界初となる高圧高電場化でのその場中性子回折実験を実施することに成功した。平成30年度は、これまで得られた中性子回折パターンを解析し、また、新たに高圧力下における誘電率測定装置を開発して、氷VII相の秩序化の度合いを検討した。得られた成果は主に以下の3点である。1) H29までに得られた高圧下高電圧下での中性子回折パターンからは、6.1 GPa, 10 kV/mmまでの圧力・電場下において、新たな秩序相の存在を示す証拠は得られなかった。2)しかし、誘電率測定の結果からは数%の秩序化が予想されることから、高電場下で秩序化が進行しなかったのではなく、秩序化に起因するピークが中性子回折パターンのノイズに埋もれてしまっているものと思われる。3) H29まで7GPaまでの誘電率測定が可能であったが、H30はこの圧力上限を12GPaまで拡げることに成功した。本装置を用いてice VIIIの誘電率測定を行ったところ、水分子の回転に由来する緩和と水素原子のホッピングに由来する緩和が10 GPa付近でクロスオーバーを示すことが明らかになった。研究の過程で開発した、高圧ー高電圧下中性子回折実験手法および、高圧下誘電率測定装置は、氷以外の多様な試料にも容易に応用できる。本研究では、温度・圧力に加えて、新たに電場を変数とすることで、これまで観測されることのなかった秩序構造を見出すことを目的とする。平成28年度は、高圧かつ高電圧下における中性子回折実験のためのセル構成の開発、世界初の高圧高電圧その場中性子回折実験の実施、液体試料を封入可能な誘電率測定装置の開発を行った。・高圧かつ高電圧下での中性子回折実験のための圧力セル構成を開発し、放射光施設である高エネルギー加速器研究機構のフォトンファクトリーにて、その圧力発生試験を行った。絶縁耐力の高いセラミックとテフロンを組み合わせたガスケットを用いて、水を封入可能な圧力セルの開発に成功した。・オーストラリアの中性子実験施設ANSTOにおいて、世界初となる高圧かつ高電圧下での中性子回折実験に成功した。・高電圧下における物質の双極子モーメントの配向を調べるために、パリーエジンバラプレスとインピーダンスアナライザーを組み合わせた高圧下誘電率測定装置を開発した。また、高電圧用の高圧セルの構成を応用して、水などの液体試料に対しても誘電率測定が可能となるセル構成を新たに開発した。本装置を用いて7 GPaまでの誘電率を測定することが可能となった。従来のマルチアンビルやダイヤモンドアンビルセルに比べ、ハンドリングの容易さと誘電率の絶対値の精確さに強みがある。高圧かつ高電圧を試料にかけるというアプローチは、技術的にも、また安全という観点からも困難が予想されていた。高圧下という極限状態で、絶縁破壊を起こさずに高電圧をかけるには、あらゆる放電経路を詳細に検討しなくてはならないためである。平成28年度は、圧力を封じるガスケット材として通常使用される金属ではなく、セラミックを使用したセル構成を試し、その圧力発生効率を放射光施設であるフォトンファクトリーで確認できた。数度の試行錯誤の後、無事セラミックでも圧力発生が可能であることがわかり、高電圧の発生にも道筋ができた。その後、ANSTOで行われた中性子回折実験では、実際に高電圧を発生させることが確かめられ、世界初となる、高圧高電圧その場中性子回折実験に成功した。この実験について、試料環境に関する国際ワークショップ技術的な観点からの発表を行い、本ワークショップのプロシーディングとして報告済みである。また、高電場下における双極子モーメントの配向を調べる手法として、誘電率測定にも注目した。これまで高圧下での誘電率測定には、マルチアンビルやダイヤモンドアンビルセルが用いられていたが、セットアップの煩雑さや測定結果の不確かさのために、一般的な手法としては用いられていなかった。今回、パリーエジンバラプレスとインピーダンスアナライザーを用いて、比較的容易に、かつ精確な誘電率を測定可能な圧力セルを新たに開発した。本装置については、原著論文としてまとめ、すでに受理されている。以上のように、当初想定していた問題を着実にクリアし、かつ高圧下誘電率測定のセル構成をも開発できたことから、当初の計画以上に進展していると評価している。平成29年度は、昨年度に引き続き高圧かつ高電圧における中性子回折実験のセル構成の開発およびオーストラリアの中性子実験施設ANSTOにおける高圧・高電圧下中性子回折実験を行った。昨年の時点では、最大3 kV/mmの電場が上限であったが、今年度のセル構成の開発により、6.2 GPa, 10.2 kV/mmまでの中性子回折実験に実際に成功した。これは10 kV/mm超では世界初の高圧下・高電圧下中性子回折実験である。

残念ながら本研究の目的である高圧氷VII相の高電場下での相転移は確認できなかったものの、高圧・高電場下中性子回折実験の技術は本研究期間内に確立することができたため、今後他の物質への応用を進めていく予定である。また、高電圧下における物質の双極子モーメントの配向を調べるために、パリーエジンバラプレスとインピーダンスアナライザーを組み合わせた高圧下誘電装置を開発した。本装置は、Review of Scientific Instruments誌に掲載済みであるが、さらに論文投稿時には7 GPa程度だった圧力上限を現在15 GPa程度にまで引き上げることに成功しており、同圧力までの高圧氷VII相の誘電率測定に成功した。今年度は、さらに低温高圧下における誘電率測定の技術開発も行った。パリーエジンバラプレスで培ったノウハウをもとに、これを低温高圧条件を発生できる装置(通称「Mito system」)に導入することで、5 GPa, 80-300 Kまでの圧力温度範囲における誘電率測定が可能になった。氷VII相の高圧・高電場中性子実験および誘電率測定については論文投稿準備中である。研究の計画時点では、高圧かつ高電圧を試料に印加するのは、技術的にも安全的観点からも大変な困難が予想されており、極めて挑戦的な研究テーマであった。しかし、圧力を封じるガスケット材として従来の金属ではなく、絶縁耐力の高いセラミックを用い、さらにそのセラミックがガスケットとして働く条件(焼成温度・焼成時間など)を地道に探査することで、実際に6.2 GPa, 10.2 kV/mmまでの高圧下・高電圧下中性子開発実験を成功させることができた。当初の計画では、この技術を用いて氷VII相の高電場下での相転移を確認することが目的であった。残念ながら、期待していた相転移は起こらなかったものの、これは失敗ではなく一つの成果であり、氷高圧相の理解には貢献できたと考えている。また、当初の計画にはなかった、低温高圧下での誘電率測定の開発にも成功しており、研究対象を氷VII相のみならず、様々な物質に応用可能になったことは当初の計画以上の成果と言える。氷の多形の探査は、過去100年以上にわたって温度・圧力を変数とした観察をもとに進められてきた。本研究では、温度・圧力に加えて、新たに電場を変数とすることで、これまで観測されることのなかった秩序構造を見出すことを目的とし、高圧かつ高電圧化における中性子回折実験のためのセル構成の開発を経て、世界初となる高圧高電場化でのその場中性子回折実験を実施することに成功した。平成30年度は、これまで得られた中性子回折パターンを解析し、また、新たに高圧力下における誘電率測定装置を開発して、氷VII相の秩序化の度合いを検討した。得られた成果は主に以下の3点である。1) H29までに得られた高圧下高電圧下での中性子回折パターンからは、6.1 GPa, 10 kV/mmまでの圧力・電場下において、新たな秩序相の存在を示す証拠は得られなかった。2)しかし、誘電率測定の結果からは数%の秩序化が予想されることから、高電場下で秩序化が進行しなかったのではなく、秩序化に起因するピークが中性子回折パターンのノイズに埋もれてしまっているものと思われる。3) H29まで7GPaまでの誘電率測定が可能であったが、H30はこの圧力上限を12GPaまで拡げることに成功した。本装置を用いてice VIIIの誘電率測定を行ったところ、水分子の回転に由来する緩和と水素原子のホッピングに由来する緩和が10 GPa付近でクロスオーバーを示すことが明らかになった。
洞房結節におけるoverdrive suppressionの機序に関する研究

洞房結節に高頻度刺激を与えると一時的な自動能抑制(overdrive suppression)が生じることが知られている。本研究では、ウサギ単離洞房結節細胞を用いてoverdrive suppressionにおけるL型Ca電流(I_<Ca>)の役割を検討した。洞房結節細胞にwhole-cell clamp法の膜電流固定モードで高頻度刺激を加えると、刺激停止後に一時的な自動能の抑制が生じた。overdrive後には最大拡張期電位(MDP)の減少とともに、活動電位overshoot (OS)と最大立ち上がり速度(V_<max>)の減少が認められた。膜電位固定実験では、保持電位-40mVからの脱分極パルスの頻度を1Hzから6.7Hzに上げると、I_<Ca>は1拍目の減少に引き続いて高頻度パルス中次第に減衰した。保持電位-80mVの場合にはI_<Ca>減少は軽度であった。高頻度パルス開始直後のI_<Ca>減少はI_<Ca>チャネルの膜電位依存性不活性化の速い成分ならびにCa^<2+>依存性不活性化からの回復が関与してと考えられる。一方、高頻度パルス中徐々に進行するI_<Ca>減衰はI_<Ca>チャネルの膜電位依存性緩徐不活性化の蓄積に基づく変化であると考えられる。膜電流固定モードから一時的に膜電位固定モードに切り替えて高頻度脱分極パルスを与えて、再び膜電流固定モードで自発活動電位波形の変化を観察する実験を行った。保持電位-40mVの場合には高頻度パルス中のI_<Ca>減衰に続いて、自発活動電位のMDP、OSおよびV_<max>の減少を伴う一過性の自発興奮抑制が生じた。保持電位-80mVの場合にはI_<Ca>減衰やoverdrive suppressionは生じなかった。遅延整流K電流(I_K)と過分極活性化電流(I_f)は高頻度パルスの前後ではほとんど変化しなかった。以上の結果から、洞房結節におけるoverdrive後の自動能抑制と活動電位波形変化にはI_<Ca>の膜電位依存性緩徐不活性化が重要な役割を果たすことが強く示唆された。家兎洞房結節から酵素処理法により歩調取り細胞を単離し、whole-cell patch clamp法を用いて活動電位と膜電流を記録した。規則正しい自発興奮を示す細胞に6.7Hzの高頻度刺激を与えると、高頻度刺激中に活動電位振幅および活動電位立ち上がり速度が次第に減少した。30秒間高頻度刺激を加えた後停止すると、一過性の自発興奮の抑制(overdrive suppression)が生じた。膜電位固定下で保持電位-40mVから脱分極パルスを与えて発生させたL型Ca^2+電流(i_<Ca>)は、パルス頻度を1Hzから6.7Hzに増加させると、高頻度パルス第一拍目の減少に加えて高頻度パルス中一拍毎に次第に減少した。パルス頻度を1Hzに戻すと、i_<Ca>は二相性に回復した。保持電位を-40mVとして6.7Hzのパルスを30秒間与えた後、膜電位固定を解除して膜電位変化を記録すると、高頻度刺激停止後とほぼ同様な自発興奮の一過性抑制が観察された。

保持電位を-80mVとした場合には、パルス頻度を6.7Hzまで増加させてもi_<Ca>の減少は認められず、高頻度パルス停止後に自発興奮の抑制は生じなかった。i_<Ca>とともに洞房結節細胞のペースメーカー電位の形成に重要な役割を果たしている遅延整流K+電流(i_K)および過分極活性化電流(i_f)の大きさには、高頻度パルス前後で有意の変化は認めなかった。以上の結果から、洞房結節細胞のoverdrive suppressionのイオン機序の一部にL型Ca^2+電流の不活性化が関与していることが示唆された。昨年度の本研究で我々は洞房結節のoverdrive suppressionにL型Ca電流(I_<Ca>)の不活性化が重要であることを明らかにした。本年度の研究ではI_<Ca>が洞房結節細胞の自動能の生成における役割を、結節中心部と辺縁部に分けて検討した。(1)細胞外電位波形による検討:ウサギ右心房から洞房結節全体を含む標本を作成し、modified bipolar electrodeを用いて細胞外電位を記録した。I_<Ca>阻害薬nifedipine(1μM)を添加すると、結節中心部の細胞外電位の振幅が減少し、主歩調取り部位が分界稜あるいは心房中隔部に移動した。(2)活動電位波形による検討:ウサギ洞房結節中心部から辺縁部までの様々な部位は含む小球状標本から活動電位を記録した。Nifedipine(2μM)は、結節中心部の活動電位立ち上がり速度(V^^・_<max>)を著しく減少させ自発興奮を停止させたが、辺縁部ではV^^・_<max>は殆ど変化せず自発興が軽度増大した。Na電流(I_<Na>)阻害薬TTX(20μM)は、辺縁部の活動電位V^^・_<max>を大幅に減少させ自発興奮を抑制したが、中心部では活動電位には有意な変化を与えなかった。過分極活性化電流(I_f)を阻害するCs^+(2mM)は辺縁部の拡張期脱分極と自動能を抑制したが、中心部に向かう程これらの効果は減弱した。(3)単離細胞の膜電流解析:ウサギ洞房結節単離細胞からwhole-cell clamp法で膜電流を記録した。I_<Na>とI_fの電流密度は、結節中心部に由来する小型の細胞よりも辺縁部に由来する大型の細胞の方が有意に大きかったが、I_<Ca>の電流密度には細胞の大きさによる相違は認めなかった。以上の結果から、(1)洞房結節中心部では自発活動電位発生がI_<Ca>に依存するのに対して辺縁部ではI_<Na>が重要な役割を果たすこと、(2)拡張期脱分極に対するI_fの寄与は中心部よりも辺縁部の方が大きいことが明らかになった。
簡易測定器製作により科学への興味を喚起し環境への意識を高める低周波音の研究

研究目的本校ではPBL方式に基づいた2年生対象の「物理自由実験」を開設している。科学への興味を喚起し物理の面白さに目覚めさせることを目的とし,34名の班毎に実験・考察・口頭発表を行わせる。その一テーマに「低周波音の測定」を設けており,人の可聴音以下の「聞こえない音」を目で見ることを主眼として,手作りの測定器を用いた実験を行うことで,学習課程の音波について教科書のみでは得られない体験により楽しみながら学習内容の定着を図るものである。研究方法3名1組の実験班で,教科書を主体に周波数の違いによる音波の性質について学習し,身近な環境にも低周波音が存在する知識を深めた上で「聴こえない音を可視化」する実験を試みた。○昨年度の実験成果より,学生手作りの木枠に紙を貼った学生命名の「低周波キャッチャー」の振動の観察を行い,さらに定量的な測定結果を得るため,ひずみゲージ(長3mm)を用いて膜面の振動を電圧に変換し,オシロスコープで振幅を測定した。○紙の膜面では風や湿度による不確定要素があるため,材質を紙からアクリル・プラスティック・アルミ板に変更し,野外でも測定可能とするため軽量化を図った。○膜面の面積差による共振周波数の違いを測定した。研究成果○厳密な条件設定が難しい学校実験室においては膜のサイズの変化は単純に振動数の変化に対応しない。○アクリル等の薄い面に適応するひずみゲージは非常に微小で貼り難く,波形が乱れて信号を伝えにくい。○アルミ板を用いた実験結果は良好であり,30cm×40cm(0.3mm厚)板で35Hz,50Hz,96Hzの3点の共振点を計測し,異なる条件下でも比較的安定した結果が得られた。○今後の課題として様々な環境条件を変えて膜面の固有振動数の変化を観測し,音波の測定法を理解させたい。音を可視化する試みは学生の自由な発想と創造性を養う実験であり,実験での試行錯誤を通して班員間のディスカッションが行われ環境への意識と科学への探究心を養った。
ミクログリア生体画像による視床下核刺激術後のパーキンソン病変性予防効果の解明

視床下核脳深部刺激療法(STN-DBS)は重症パーキンソン病(PD)の症状を改善するが、近年、脳保護効果も指摘され始めている。我々はPDにみられる脳内ミクログリアの活性化、すなわち神経炎症性反応に着目した。以前我々は、病初期のPD患者におけるミクログリア活性の上昇を報告した。今回、DBS導入によりミクログリア活性がどのように変化するかを調べるため、現在までに9名の患者に対しDBS施行前と施行1年後にミクログリアのトレーサーである[11C]713DPA-PETを施行した。予備的ではあるが、DBSを行った患者でのミクログリア活性の上昇は低い傾向にあった。現在データの詳細を解析中である。重症パーキンソン病に対して行われている視床下核脳深部刺激療法(STN-DBS)には、パーキンソン症状の改善のみならず、神経変性予防効果があることが近年報告されている。本研究の目的は、抹消性ベンゾジアゼピン受容体に結合する[11C]DPA713とPositron Emission Tomography(PET)を用いて活性化ミクログリアを測定することで、パーキンソン病におけるSTN-DBSの神経保護効果の発現について、その程度や特異的領域に着目して解明するものである。12名のPD患者に対し、視床下核電気刺激療法開始前と開始1年後に[11C]DPA713-PETをを撮影する。関心領域は中脳、側坐核、尾状核頭、被殻(腹側、背側)、視床として結合能を測定する。これによりミクログリア活性を定量的に測定、解析し、神経炎症性変化に対する視床下核電気刺激療法の影響の有無、変性予防効果の有無を検討する。画像解析にはPMODソフトウェアを用い、定量画像の作成、トレーサー結合能の定量的な解析を行う。この定量的な評価により、STN-DBSの神経保護作用の有無を明らかにする。我々は1996年以来、重症パーキンソン病(PD)患者に対し視床下核電気刺激療法(STN-DBS)を施行し、その効果を解析してきた。しかし、STN-DBSの作用機序については不明な点が多い。近年、DBSのPDに対する脳保護効果が指摘され始めている。我々は、DBSの脳保護作用、変性予防効果を検討するため、PDにみられる脳内ミクログリアの活性化、すなわち神経炎症性反応に着目した。ミクログリアの活性化はPDの変性過程の活動性の指標になりうると考えられ、実際、我々のグループの尾内は、病初期、薬剤未投与のPD患者を3年間フォローしてミクログリア活性が上昇することを報告した。この所見から外挿されることは進行する重症PDではミクログリア活性化が高度であるということである。そこで、DBSを導入することでミクログリア活性がどのように変化するかに関して、未だ1例も報告がなく、DBSの活性化ミクログリアに対する影響の有無を現在研究している。現在、9名の患者にDBS施行前と施行1年後にDDA-PETを施行した。予備的ではあるが、DBSを行った患者でのミクログリア活性の上昇は低い傾向があった。機能的脳神経外科平成26年4月30日までに12名のパーキンソン病患者に初回のDPA-PETを施行、うち11名に両側視床下核脳深部刺激術を施行した。更にそのうちの3名は術後約1年が経過し、2回目のDPA-PETを施行した。検査時に患者の診察を行い、その重症度をUnited Parkinson's disease rating scale(UPDSR)にて評価した。現在これらの症例についてDPAの結合能を解析中である。既施行の患者を合わせ、計12名のパーキンソン病患者に対し、視床下核電気刺激療法開始前と開始1年後にPETを撮影する。8名のパーキンソン病患者は視床下核脳深部刺激療法を施行しない未手術群として、1年の間隔をおいて2回のPET撮影を行う。これをコントロールとして、両群での比較検討を最終年度に実施する。画像解析ソフトとしてPMODソフトウェアとstatistical parametric mapping法を用い、定量画像の作成、トレーサー結合能の定量的な解析および統計的画像解析を行う。学会参加時の旅費等が予定よりも少額であったため。学会発表等の機会の増加が予想され、前年度からの余剰金は交通費等に計上する予定です。その他は当初の計画通り使用する予定です。