hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
部位特異的アストロサイト機能不全に着目した環境毒誘発パーキンソニズムの病態解析

ロテノン曝露による腸管神経障害について初代培養細胞および動物モデルを用いて検討した結果,中枢神経系と同様に腸管グリア細胞の機能不全がロテノン誘発腸管神経障害に関与することが明らかとなった.また,中枢神経系での検討では,中脳アストロサイトを介したロテノン誘発ドパミン神経障害においてドパミンキノン生成がみとめられ,ドパミン神経特異的神経障害に関与すると考えられる.環境毒ロテノン慢性皮下投与パーキンソン病モデルマウスを用いて,中枢および末梢の神経障害ならびにアストロサイト(様グリア細胞)における抗酸化分子の発現変化とその賦活による影響について検討した.雄性C57BL/6Jマウス(8週齢)に低用量ロテノン(2.5 mg/kg/day)を4週間慢性持続皮下投与したところ,黒質ドパミン(DA)神経細胞および腸管筋間神経叢の有意な脱落がみられた.また,ロテノン慢性皮下投与マウスにコーヒー成分であるカフェイン酸(CA: 30 mg/kg/day)あるいはクロロゲン酸(CGA: 50 mg/kg/day)をロテノン投与開始の1週間前からロテノン投与期間中の計5週間,連日経口投与を行った.その結果,CAあるいはCGA投与により,ロテノンによる黒質DA神経および腸管筋間神経叢の変性脱落が有意に阻止された.さらに線条体および腸管のアストロサイト(様グリア細胞)における抗酸化分子メタロチネイン(MT)の発現変化を検討したところ,CA,CGA投与により線条体アストロサイトにおけるMT発現が有意に増加した.ロテノン投与マウスの腸管切片ではCA, CGA投与によるMT発現変化を捉えることができなかったが,15日齢SDラット胎仔の腸管からの初代培養細胞を用いて検討したところ,低用量ロテノン(1-5 nM)曝露により腸管グリア細胞におけるMT発現が低下すること,CAあるいはCGA処置により,このロテノンによるMT発現低下が減弱されることがわかった.以上の結果より,低用量ロテノン曝露であってもDA神経障害および腸管神経障害が惹起され,これらの部位におけるグリア細胞での抗酸化分子発現誘導により神経障害を阻止しうることが明らかとなった.今年度選定した部位特異的な神経障害の差異を規定しうる因子(メタロチオネイン: MT)をsiRNAによるノックダウン等により発現低下させた線条体アストロサイトと中脳神経細胞との共培養系を作製し,ロテノン添加によるドパミン神経障害について検討する.SDラット胎仔の腸管からの初代培養細胞を用いてロテノン神経毒性におけるMTの関与を検討する.また,ロテノン慢性皮下投与パーキンソン病モデルマウスを用いて,中枢および末梢のアストロサイト(様細胞)の部位特異的な抗酸化分子の発現変化を検討する.さらに,ロテノン慢性皮下投与マウスにMT発現を誘導する薬剤を投与し,中枢・末梢神経障害について検討する.ロテノン慢性皮下投与パーキンソン病モデルマウスを用いて,中枢および末梢の神経障害ならびにアストロサイト(様細胞)の部位特異的な抗酸化分子の発現変化を経時的に検討する.また,ロテノン慢性皮下投与マウスにメタロチオネイン発現を誘導する薬剤を投与し,中枢および末梢神経障害について検討する.さらに,ロテノン曝露中脳アストロサイトを介したドパミン神経障害におけるα-シヌクレインの発現変化について検討する.平成28年度は腸管を用いた初代培養実験ではなく,中脳および線条体を用いた初代培養細胞での詳細な検討を行ったため,それほど多くの妊娠ラットを必要としなかった.
不完全データに基づく数量化II類と語の共起性判定への応用

語彙の共起性は自然言語処理における基本的な知識の一つであり,これを利用して自然言語文の統語的曖昧さや多義語の語義の曖昧さを解消することができる.しかし,共起し得る語の組は膨大であり,大規模な構文解析済みコーパスを用いたとしても,共起可能な語の組を網羅的に収集することは困難である.そこで,本研究では,構文解析済みのコーパスから得られる共起データを学習データとして,語の共起性を推定する手法を開発した.提案する推定法では,語を実ベクトル(ワードベクトル)に対応させ,語wが関係fで語w'に係る係りやすさの程度(共起性)を,wのワードベクトルと<f,w'>に対応した重みベクトルとの内積とする重回帰モデルで表現する.通常の重回帰分析と異なり,重みベクトルだけではなく,説明変量であるワードベクトルも同時に学習すること,モデルの学習では,学習データに存在しない語の組に対する共起を信頼度付の擬似的な負例(共起性なし)として扱っていることが,本手法の特徴である.EDRコーパスから抽出した共起データを学習データとして,名詞と助詞・動詞の共起性推定実験を行い,推定された共起性を次の2通りの方法で評価したところ,良好な結果を得た.1.学習データには存在しないが,他のコーパスで共起が観測された語の組に対する推定された共起性の値の分布の調査による直接的な評価,2.統語的曖昧さ解消実験による間接的な評価.語彙の共起性は自然言語処理における基本的な知識の一つであり,これを利用して自然言語文の統語的曖昧さや多義語の語義の曖昧さを解消することができる.しかし,共起し得る語の組は膨大であり,大規模な構文解析済みコーパスを用いたとしても,共起可能な語の組を網羅的に収集することは困難である.そこで,本研究では,構文解析済みのコーパスから得られる共起データを学習データとして,語の共起性を推定する手法を開発した.提案する推定法では,語を実ベクトル(ワードベクトル)に対応させ,語wが関係fで語w'に係る係りやすさの程度(共起性)を,wのワードベクトルと<f,w'>に対応した重みベクトルとの内積とする重回帰モデルで表現する.通常の重回帰分析と異なり,重みベクトルだけではなく,説明変量であるワードベクトルも同時に学習すること,モデルの学習では,学習データに存在しない語の組に対する共起を信頼度付の擬似的な負例(共起性なし)として扱っていることが,本手法の特徴である.EDRコーパスから抽出した共起データを学習データとして,名詞と助詞・動詞の共起性推定実験を行い,推定された共起性を次の2通りの方法で評価したところ,良好な結果を得た.1.学習データには存在しないが,他のコーパスで共起が観測された語の組に対する推定された共起性の値の分布の調査による直接的な評価,2.統語的曖昧さ解消実験による間接的な評価.自然言語文の構文解析では,一般に,一つの入力文に対して文法的には正しい複数の統語構造が得られ,しかもその多くの統語構造は意味的に不自然である.意味的に不自然な統語構造を排除する代表的な解決法として,語の共起性(たとえば日本語では,名詞nが格助詞cを伴って動詞vに係り得るか否か)を利用した方法がある.ところが,共起性を持つ語の組は膨大である.それらを,人間が列挙するのも困難であるし,また,構文解析済の言語コーパスから,『共起が観測された語の組は共起性がある』として,自動的に抽出したとしても,共起性を持つ語の組の極一部しか収集されない.本研究では,観測された共起性を持つ語の組を基にして,観測されていない未知の語の組に対する共起性の判定を行う手法を開発した.本手法は,係る語をユークリッド空間上の点(ワードベクトル)に対応させ,これを説明変量,係の種類(あるいはこれを規定する格助詞などの機能語)fと係られる語wの組<f,w>を目的変量とする重回帰モデルに基づくものであり,回帰式に現れる重みだけではなく,係る語のワードベクトルも同時に学習する手法である.学習データは観測された共起性を持つ語の組(つまり,正例)のみであるため,観測されないすべての組を負例として扱いモデルのパラメタは,『正例に対する推定二乗誤差+α*不例に対する推定二乗誤差』とし,これが極小になるように求める(αは学習データのサイズに依存するα<1なる定数).共起が観測されていない語の組に対して人間が共起するか否かを指定したテストデータに対して,68%の正解率を得た.比較的出現頻度の高い語の組に限るならば82%であった.なお,計画当初は,<f', w'>に対する共起性を説明変量として,<f, w>に対する共起性を推定する数量化II類の拡張を考えていたが,モデルとしての妥当性や計算量を検討した結果上記のように変更した.自然言語文の構文解析における最大の問題は,構文構造の暖昧さの絞込みである.この絞込み手法として,(1)表層的な手がかりに基づくヒューリスティック(2)共起制約あるいは共起性の大小に基づく手法(a)名詞の粗い意味分類を用いた共起制約(b)類似用例に基づく共起性がこれまで研究されてきている。

(1)の精度は非常に高く,90%を超える.表層的な手がかりがない場合は共起性に基づかざるを得ないが,(2)の手法は有効であるものの全体的な精度を落とす原因となっている.(a)に関しては,意味分類が粗ければ精度は悪く,しかし,細かい意味分類を用いた共起制約を人手で記述するのは困難である.(b)に関しては,用例さえ十分に多ければかなりの精度が期待できるものの,逆に用例が多い場合は,入力と用例との類似度計算に時間を要し,処理速度の点で問題となる.本研究は,自然言語文の構文構造の曖昧さの絞込み精度の向上を目的として,(2)で用いる共起性を言語コーパスから得られる共起データに基づき推定する手法の開発を行った.提案する推定法では,語をユークリッド空間上の点(ワードベクトル)に対応させ,語wが機能語fで語w'に係る係りやすさ(共起性)を,wのワードベクトルと<f, w>に依存した重みベクトルとの内積とする重回帰モデルで表現する.通常の重回帰分析と異なり,本手法は,・回帰式に現れる重みベクトルだけでなく,説明変量であるワードベクトルも学習する,・モデルの学習では,観測された共起性を持つ語の組の(正例)のみを用いており,共起性を持たないという負例は必要ない(共起が観測されない全ての組を信頼性の低い負例として扱う)のが特徴である.EDRコーパスより抽出した、名詞と<助詞,動詞>との共起データ(延べ約21万,名詞異なり数約1万6千,<助詞,動詞>異なり数約1万4千)に基づき,名詞と<助詞,動詞>との共起性推定を行い,この推定結果を用いた構文構造の曖昧さ解消実験を行った.(2)(b)の手法に比べ若干の精度向上しか確認できなかったものの,解析に要する時間を考慮するならば十分有効と考えられる.語彙の共起性は自然言語処理における基本的な知識の一つであり,これを利用して自然言語文の統語的曖昧さや多義語の語義の曖昧さを解消することができる.しかし,共起し得る語の組は膨大であり,大規模な構文解析済みコーパスを用いたとしても,共起可能な語の組を網羅的に収集することは困難である.そこで,本研究では,構文解析済みのコーパスから得られる共起データを学習データとして,語の共起性を推定する手法を開発した.提案する推定法では,語を実ベクトル(ワードベクトル)に対応させ,語wが関係fで語w'に係る係りやすさの程度(共起性)を,wのワードベクトルと<f,w'>に対応した重みベクトルとの内積とする重回帰モデルで表現する.通常の重回帰分析と異なり,重みベクトルだけではなく,説明変量であるワードベクトルも同時に学習すること,モデルの学習では,学習データに存在しない語の組に対する共起を擬似的な負例(共起性なし)として扱っていることが,本手法の特徴である.本年度行ったことは以下の2点である.1.擬似的な負例<w,<f,w'>>の共起性の推定誤差に対する重みをwおよび<w,f'>の頻度と学習データサイズの関数として設定し,推定精度の向上を図った.2.EDRコーパスから抽出した共起データを学習データとして,名詞と助詞・動詞の共起性推定実験を行い,推定された共起性を次の2通りの方法で評価し,良好な結果を得た.(1)学習データには存在しないが,他のコーパスで共起が観測された語の組に対する推定された共起性の値の分布の調査による直接的な評価,(2)統語的曖昧さ解消実験による間接的な評価.
フォトニック結晶ナノレーザセンサの動作原理の探究と生体分析チップの実現

本研究では発振波長のシフトをベースとしたフォトニック結晶ナノレーザによる超高感度タンパク質検出の原理解明を目的としており、本研究では新たな原理として、タンパク質由来の電荷がカギとなっていることを提案し、昨年度はナノレーザの発振波長が表面電荷の変化に応答していることを実験的に確認した。そこで今回はその原理を解明することと、実際に微量のタンパク質の吸着によっても同様に表面電荷の変化が生じているかを検証した。前者に対しては、昨年度と同様にプラズマ暴露によってセンサ表面を帯電させた後、センサを構成する半導体基板のゼータ電位とフラットバンド電位の時間変化を測定した。その結果、ゼータ電位では暴露直後は正に帯電し、時間経過で徐々に中性へと戻り、フラットバンド電位も同様に暴露直後は負にシフトし、時間経過で徐々に元の値に戻った。これら時間変化と昨年度得られた暴露後の発振波長の時間変化は同じ振る舞いを示し、確かに発振波長が表面電荷に応答していることを確認した。この原理としていくつか検討した結果、フラットバンド電位の変化によるショットキー障壁高さの変化と半導体内部でのキャリア効果が最も有力であった。そこでプラズマ暴露後のセンサからの発光スペクトルを測定すると、時間経過でキャリアの蓄積量が変化しており、考察を裏付ける結果が得られた。一方、センサを構成する半導体基板に対して実際のセンシングと同様の低濃度のタンパク質を吸着させると、ゼータ電位をフラットバンド電位が変化した。これは微量のタンパク質の吸着でもセンサにとって有意な変化をもたらし得ることを意味している。以上二つの検証結果を合わせることで、本研究で提案したように、電荷の効果が超高感度タンパク質検出の原理となっていることが示された。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではフォトニック結晶ナノレーザバイオセンサのタンパク質検出原理の解明を目指している。これは、ナノレーザの生体分析チップへの応用にとって重要な調査項目である。今年度はセンサの固液界面での電気化学的影響の調査を計画したが、以下に示す重要な成果が得られ、期待通りの進展が得られた。ナノレーザの一般的に考えられている検出原理は、固液界面での環境屈折率変化によるレーザの発振波長の変化である。そのため表面の電気的な変化は影響しないはずである。しかし、ナノレーザ表面にプラズマを照射して表面に親水基を形成し、表面を帯電させた。その状態で、水中で波長変化を観測したところ、プラズマ処理直後から徐々に波長が変化した。これは上記に示した環境屈折率の変化では説明できず、波長と表面の帯電に関係がある実験的証拠と考えている。同様の現象はわずかな塩イオン濃度の変化でも見られた。塩イオン濃度の変化による溶液自体の屈折率は0.1 M以下では生じないが、ナノレーザでそれよりも4桁以上低濃度から波長変化が見られた。これも塩イオン濃度の増加によって表面の帯電が変化したと考えればプラズマの場合と同じである。以上の実験より、ナノレーザの波長変化と表面の帯電に関係があることがわかった。これはナノレーザが単純な環境屈折率センサでないことを示す重要な結果である。これらのことについてまとめた内容が国際会議(Biosensors)に採択されたことも、この成果が客観的に価値があることを示していると考えている。研究計画ではタンパク質を用いて電気化学的影響の調査を計画していたが、タンパク質や抗原抗体反応には不明瞭な部分も多く、波長変化が生じてもそれが何による影響かわかりづらいと判断した。そこで研究実績で示したように、より表面の状態がシンプルになるようにプラズマや塩イオンで電気化学的影響を調査した。その結果、環境屈折率では説明できず、表面の帯電の変化によって説明できる状態で波長変化が生じた。これはセンサ固液界面での電気化学的振る舞いを明らかにする、という計画に合致した成果である。しかし、表面の帯電が影響していることはわかったが、それが具体的にどう波長変化に関与するかは解明しきれていない。現状では、電気光学効果によるレーザ自身の屈折率変化、または電気二重層による固液界面の局所的な屈折率変化が寄与している、を考えている。よって、電気化学的影響があることはわかったが、その具体的な機構の解明にまでは至っていないため、おおむね順調とした。私はフォトニック結晶ナノレーザでのバイオセンサ応用を研究している.このセンサでのタンパク質検出原理は,タンパク質の吸着によるセンサ表面の等価屈折率の上昇だと一般的に考えられている.しかし,実験から見積もられる屈折率変化と検出時のタンパク質濃度は対応していない.つまり,一般的に考えられている他に,新たな原理があるはすだ.そこで,本研究ではその新原理の発見と解明を目指している.ところで,イオン感応型電界効果トランジスタが世に普及しているが,このセンサはタンパク質のもつ電荷を検出原理としている.つまりタンパク質吸着は屈折率だけでなく表面電荷も変化させる.そこで,私はナノレーザも電荷の影響を受けて発振波長を変化させていると考えた.昨年度の研究成果より,ナノレーザを空気プラズマに曝露すると水中で大きな波長変化が生じる現象を発見した.これはセンサ周囲の屈折率変化では説明できない現象であり,表面電荷の影響を示唆している.そこで,今年度はこの現象をさらに調査した.まず,原理として,表面電荷によって半導体内に形成されるショットキー障壁が変化し,それが半導体自身の屈折率を変化させると考えた.これを実験的に確かめるために,電気化学測定で半導体基板のフラットバンド電位を測定した.その結果,プラズマ曝露によって電位が変化し,予想通りの結果が得られた.

同様に,プラズマ曝露後の半導体基板からの発光スペクトルも変化した.これら実験結果から,表面電荷による障壁の変化で半導体内のキャリアの蓄積量が変化していることがわかり,キャリア効果による屈折率変化が示唆された.以上より,表面電荷によって発振波長が変化する現象を実験と理論の両方から検証できた.これら検証に試薬や定常的な消耗品を購入したほか,研究成果を国内会議や海外での国際会議で発表したため,物品費と旅費を申請した.提出した研究実施計画では,表面電荷と波長シフトの関係の調査を実験と理論の両方から行うことを目指し,それを達成できたため,おおむね順調とした.昨年度,ナノレーザを空気プラズマに曝露すると水中で波長シフトが生じることを観測した.これは従来の原理である環境屈折率の変化では説明できない現象であり,表面電荷の関与を示唆している.その原理は,プラズマによってナノレーザの表面電荷が変化し,それが半導体内のショットキー障壁を変化させ,最終的に半導体の屈折率が変化すると考えた.そこで,プラズマ曝露による障壁変化を検証した.電気化学測定でプラズマ曝露後の半導体基板(GaInAsP/InP)のフラットバンド電位を測定した.その結果,電位が負に変化した.これは障壁が大きくなったことを意味している.また,プラズマ曝露後の半導体基板からの自然放出スペクトルを測定した結果,半導体基板の量子井戸構造を形成する,分離閉じ込めヘテロ層からの発光強度が増大した.これは障壁が大きくなったことで,キャリアが蓄積されたことを示唆しており,フラットバンド電位の実験結果と対応している.この強度変化から見積もられる等価屈折率変化とプラズマ曝露による波長シフト量は一致し,理論的にも説明がついた.以上より,表面電荷変化による波長シフトの原理を,実験と理論の両方から検証でき,目標を達成できたので,おおむね順調とした.本研究では発振波長のシフトをベースとしたフォトニック結晶ナノレーザによる超高感度タンパク質検出の原理解明を目的としており、本研究では新たな原理として、タンパク質由来の電荷がカギとなっていることを提案し、昨年度はナノレーザの発振波長が表面電荷の変化に応答していることを実験的に確認した。そこで今回はその原理を解明することと、実際に微量のタンパク質の吸着によっても同様に表面電荷の変化が生じているかを検証した。前者に対しては、昨年度と同様にプラズマ暴露によってセンサ表面を帯電させた後、センサを構成する半導体基板のゼータ電位とフラットバンド電位の時間変化を測定した。その結果、ゼータ電位では暴露直後は正に帯電し、時間経過で徐々に中性へと戻り、フラットバンド電位も同様に暴露直後は負にシフトし、時間経過で徐々に元の値に戻った。これら時間変化と昨年度得られた暴露後の発振波長の時間変化は同じ振る舞いを示し、確かに発振波長が表面電荷に応答していることを確認した。この原理としていくつか検討した結果、フラットバンド電位の変化によるショットキー障壁高さの変化と半導体内部でのキャリア効果が最も有力であった。
チンパンジーによるチンパンジーおよびヒトとの社会的関係の認知に関する研究

平成11年度は、写真刺激を用いたチンパンジーの自然物概念を調べる研究を継続しておこなった。成体メスチンパンジー4個体を対象に、特に「花」についての概念の表象様式を調べた。弁別訓練に用いた刺激の他に400の新奇刺激を用いてテストしたところ、いずれの個体でも有意な般化を示し、新奇刺激にも適用可能な花についての「概念」を獲得していたことが示された。しかし写真刺激をさまざまに加工して利用できる情報を限定したときに、成績に大きな個体差が見られ、その原因として個体ごとの固有な表象様式が示唆された。この成果は、ふたつの愛知県犬山市で行われた国際シンポジウム「類人猿の進化と人類の成立」(1999)及び「認知・言語の系統発生」(2000)で報告された。また11年度には、成体メスチンパンジー5個体を対象とした、グループ成員の顔写真の認識についての研究をおこない、血縁個体同士は、他人同士よりも混同される確率が高いことを全ての被験体で確認した。この傾向は、刺激に用いたチンパンジーを熟知していないヒトを被験体とした実験でも同様に見られ、血縁個体の顔には、ヒトでもチンパンジーでも共通に認識できる知覚的な類似性が存在することが示された。この結果は、本年11月に行われる日本心理学会第63回大会で公表予定である。なお、平成11年度には、「シンボル」理解に必要な認知能力と、その系統発生的な基盤についての考察をおこなった論文が、「心の比較認知科学」(渡邊茂編・ミネルヴァ書房)の中の一章として掲載された。この論文には、平成10-11年度に行われた研究の成果に基づく考察も含まれている。平成10年度は、写真刺激を用いて、チンパンジーの自然物概念を調べる実験をおこなった。チンパンジー4個体を対象に、自然物写真の弁別とカテゴリー化を調べた。刺激には、4つのカテゴリー(花、樹木、草本、地面)から、各カテゴリーに属するアイテムを4つづつを選び、さらに各アイテムについて向きや数などを変えた写真を3枚ずつ、計48枚の写真を用いた。4選択見本合わせ課題において、比較刺激が互いにカテゴリーの違う条件(条件1)と、見本と同じカテゴリーの条件(条件2)で訓練した結果、条件1ではほぼ100%の正答率に達したのに対して、条件2では約70%にとどまった。続いて、条件1における見本と同じアイテムの代わりに同じカテゴリー内の別アイテムの写真を用いてテストしたところ、すべての個体で、見本と同じカテゴリーの別アイテムを有意に高い水準で選んだ。結果から、自然物について、チンパンジーが個々のアイテムを弁別しながら、そのアイテムが属する自然物カテゴリーをも認識していることが示唆された。この成果は、平成11年度動物心理学会第59回大会、日本心理学会第62回大会で公表予定である。このように、写真刺激を実在の自然物として、チンパンジーが認識できる結果を受けて、500枚以上のチンパンジーの顔写真のデータベースを構築し、これらを用いて、他個体の認知、社会関係による分類等の研究を平成11年度におこなう予定である。なお、平成10年度には、実験者が与える、指さし、顔の向き、目線などの手がかりを、ヒトと大型類人猿がどの程度利用可能かを研究した論文がJournal of Comparative Psychologyに公表された。
気管支喘息患者におけるM2ムスカリン受容体遺伝子の検討

喘息の難治化の予知に有益となる喘息治療の新たなターゲットを見出すことを目的に遺伝子多型を検討した。気道過敏性の面からムスカリン受容体の多型を検討することとした。対象は1.成人喘息症例、54例2.成人の小児喘息寛解症例3.小児喘息症例64例4.成人難治性喘息症例8例5.健常人117例を対象に検討した。同時に各群の患者について発作歴を聴取し、背景として、総IgE、IgERAST(吸入系:ハウスダスト、ダニ、スギ、ブタクサ、ネコ毛)、好酸球数を検討した。ムスカリンのM2M3の遺伝子についてはダイレクトシークエンス法で解析した。気道過敏性のネガティブフィードバックに関与しているM2受容体については1050番目に塩基がAからGに置換されているSNIPが同定できたが、喘息と健常人では頻度に差異を認めなかった。M3については全く変異を認めなかった。また喘息寛解患者についても差異をみとめず、気道過敏性を規定する遺伝要因として、M3,M2のSNIPは関与してる可能性は少ないと考えられた。
寄生蜂に殺虫活性を持つ昆虫ポックスウイルス由来の毒素タンパク質の分子機構の解明

PLCK遺伝子塩基配列の決定:前年に引き続き、PLCK遺伝子をクローニングし、そのORFの完全長の塩基配列を決定した。PLCK遺伝子は、約1263bpであり、他のポックスウイルスやシロモンヤガ顆粒病ウイルスにホモログが認められた。PLCKの作用機構の解明:アワヨトウ4齢幼虫にMyseEPVを経口接種した。このアワヨトウ幼虫に、ギンケハラボソコマユバチおよびカリヤコマユバチをそれぞれ寄生させ、両種寄生蜂の発育と生存を調査した。また、MyseEPV感染虫の体液からウイルス粒子を除去した分画(VFP : Virion Free Plasma)を調整し、4齢被寄生アワヨトウ幼虫の血体腔に注射し、上記2種寄生蜂の発育と生存を調査した。さらに、宿主体内から寄生蜂幼虫を培地中に取り出し、in vitro飼育でVFP添加が両種寄生蜂の生存に及ぼす影響を調査した。これら結果から、PLCKは、カリヤコマユバチには致死活性を持つが、ギンケコシボソコマユバチには致死活性をもたないことが明らかになった。PLCKの作用部位の解明:in vitro飼育したカリヤコマユバチおよびギンケハラボソコマユバチ幼虫にVFPを処理した。また、精製したPLCKをマウスに注射し、抗PLCK血清を作製した。上記のVFP処理された寄生蜂幼虫をブアン固定し、パラフィン包埋後作製した切片を抗PLCK血清を用いて免疫染色を行いPLCKが両種寄生蜂に及ぼす影響を、組織学的に観察した。現在、上記の結果をまとめて投稿論文を準備中である。研究計画にもとづき、以下の研究を行った結果を要約する。PLCK塩基配列の決定:PLCKを酵素処理し、ペプチド断片の一部の配列をアミノ酸シーケンサーにより決定した。この配列をもとにしてdegenerate primerを設計した。次に、MyseEPV包埋体を感染虫より超遠心により精製し、得られた包埋体をアルカリ処理してゲノムDNAを抽出した。このゲノムDNAを鋳型とし、上述のdegenerate primerを用いてPCRを行い増幅断片を得た。この塩基配列をもとに、感染虫の体液から抽出したRNAより3'RACE法を行い、PLCKのC-末端側の塩基配列の一部(1208bp)を決定した。データベースを用いて、この塩基配列と既知の遺伝子との相同性検索を行った結果、Amsacta mori昆虫ポックスウイルスおよびバキュロウイルス科のXestia c-nigram顆粒病ウイルスに含まれる5個の遺伝子と高い相同性を示した。PLCKは、これら上記以外の遺伝子とは相同性がなく、機能的ドメインも見つからなかった。現在は、PLCK遺伝子のN-末側をクローニング中であり、PLCK遺伝子の完全長を決定することを目指している。今回、他のポックスウイルスおよびバキュロウイルスにおいてもPLCKのホモログが新たに発見されたが、これらがPLCKと同様に寄生蜂に殺虫活性を持つかどうかは、まだ不明である。PLCKの進化を考える上で、今後これらのホモログについても検討することは有意義である。PLCK遺伝子は、約1.5kbpであり、他のポックスウイルスやシロモンヤガ顆粒病ウイルスにホモログが認められた。

さらに、宿主体内から寄生蜂幼虫を培地中に取り出し、in vitro飼育でVFP添加が両種寄生蜂の生存に及ぼす影響を調査した。これら結果から、PLCKは、カリヤコマユバチには致死活性を持つが、ギンケコシボソコマユバチには致死活性をもたないことが明らかになった。PLCKの作用部位の解明:in vitro飼育したカリヤコマユバチおよびギンケハラボソコマユバチ幼虫にVFPを処理した。また、精製したPLCKをマウスに注射し、抗PLCK血清を作製した。上記のVFP処理された寄生蜂幼虫をブアン固定し、パラフィン包埋後作製した切片を抗PLCK血清を用いて免疫染色を行いPLCKが両種寄生蜂に及ぼす影響を、組織学的に観察した。現在、上記の結果をまとめて投稿論文を準備中である。
重症療養者のケアニーズの構造化とニーズ査定の基準の開発に関する研究

1.事例調査(平成12年度)保健・医療・福祉サービス構造を明らかにすることを目的に、東京都多摩地区12保健所で把握している難病在宅療養者262人について、介護保険制度導入前後のニーズ調査を行った。2.既存データの解析(平成12年度平成13年度)1)保健所保健婦の役割難病在宅療養者は、医療依存度・介護依存度が非常に高く、介護保険や医療保険では不十分なケアを保健所が担っていることが明らかにされた。2)介護度別および疾病別の対象者の特徴・サービス構造(1)ALSは、介護度IIIにおいても医療ニーズが多く、呼吸管理や人工呼吸療法のケアが重要な鍵である。(2)介護度Vは、医療依存度が高く,介護保険では充分にニーズを満たすことができないため,サービス改善の必要性がある。(3)介護保険制度のアウトカム評価および今後の課題介護度が低く、ADLが高く、嚥下障害・構音障害・膀胱留置カテーテルの装着が少ない療養者ほど、介護保険が有効に作用していることが明らかにされた。医療依存度が高い療養者が使えるサービスが少ない、緊急時の対応が不足しているなどが指摘された。(4)介護保険制度の経済効果介護度IIVでは、介護保険により行政サービスが介護保険サービスに移行され、さらに在宅療養環境が整えられた傾向にあるが、介護度Vは医療依存度が高いため、介護保険ではニーズの充足ができず、医療保険や行政のサービスが不足分を担っていることが明らかにされた。3.文献レビュー(平成12年度平成13年度)介護保健サーピスでは医療依存度の高い患者に必要な訪問看護のニーズが充分に満たされたおらず,行政サービスが不足分を担っていることが明らかにされた。また、訪問看護を提供する事業者側のマンパワー不足や利用に関する制度の限界が明らかにされ、各職種のケア量、費用などについて試算する必要があると指摘された。4.事例調査計画中まず、在宅療養者で最も重症である、ALS人工呼吸器装着療養者をモデルに、在宅療養にかかわる全ての職種のケア量,費用について試算することを目的に、現在、調査内容,方法について計画を立案中である。1.国内外の文献収集介護保険制度導入前後のケアニーズに関する研究はいくつかみられており、(1)サービスの不足(サービス枠・供給量・質の不足など)、(2)経済的問題(利用者の経済力による利用抑制など)、(3)利用者・家族の認識不足(介護保険制度・サービス利用に対する認識不足など)が共通してみられる課題であった。しかし、特定の地域全体で行われた調査では要介護度が低い対象者がほとんどであり、重症療養者のケアニーズの特徴は明確ではなかった。重症療養者の保健・医療・福祉サービスのニーズ構造を明らかにし,ニーズ査定の基準を開発するためには、重症療養者に対する調査が不可欠であると考えた。2.事例調査難病在宅療養者における介護保険制度導入前後のニーズ調査から、保健・医療・福祉サービスのニーズ構造を明らかにすることを目的に、東京都多摩地区12保健所で把握している難病在宅療養者262人について調査を行った。介護保険制度導入前(平成12年3月)と導入後(平成12年10月)の2時点で、基本属性、疾患の状態、サービス利用状況について調査を行い、対象者262人を介護度別に層別化し、各介護度の対象者の特長とサービス構造について検討した。

その結果、介護度V(n=111)が全体の42.4%を占めており、難病在宅療養者の介護依存度が非常に高いことが明らかにされた。また、呼吸・嚥下障害等の障害を有するものは、すべての介護度において60.0%を超えており、医療依存度もきわめて高いことがわかった。さらに、介護度Vにおける訪問看護をみると、介護保険では15.3%しか受けられていないが、保健所が45.9%、医療機器貸与事業に係る訪問看護が63.0%と高い割合を占めており、医療保険では不十分なケアを保健所が担っていることが明らかにされた。1.既存データの解析平成12年度に実施した在宅難病療養者における介護保険制度導入前後のニーズ調査のデータを、以下の項目について分析した。1)介護度別および疾病別の対象者の特徴・サービス構造分析の結果,以下の内容が明らかにされた.(1)ALSは、介護度IIIにおいても医療ニーズが多く、呼吸管理や人工呼吸療法のケアが重要な鍵である。(2)介護度Vは、医療依存度が高く,介護保険では充分にニーズを満たすことができないため,サービス改善の必要性がある。2)介護保険制度のアウトカム評価および今後の課題介護度が低く、ADLが高く、嚥下障害・構音障害・膀胱留置カテーテルの装着が少ない療養者ほど、介護保険が有効に作用していることが明らかにされた。医療依存度が高い療養者が使えるサービスが少ない、緊急時の対応が不足しているなど、今後の改善点が指摘された.3)介護保険制度の経済効果介護度IIVでは、介護保険により行政サービスが介護保険サービスに移行され、さらに在宅療養環境が整えられた傾向にあるが、介護度Vは医療依存度が高いため、介護保険ではニーズの充足ができず、医療保険や行政のサービスが不足分を担っていることが明らかにされた。また、最もサービスを必要とする介護度Vの平均自己負担額は11,753.6(±20,284.2)円であり、これ以上の負担は経済力の低い療養者にとっては困難であることが指摘された。2.文献レビュー介護保健サービスでは医療依存度の高い患者に必要な訪問看護のニーズが充分に満たされておらず,行政サービスが不足分を担っていることが明らかにされた.また、訪問看護を提供する事業者側のマンパワー不足や利用に関する制度の限界が明らかにされ、各職種のケア量、費用などについて試算する必要があると指摘された。3.事例調査まず在宅療養者で最も重症である、ALS人工呼吸器装置療養者をモデルに、在宅療養にかかわる全ての職種のケア量,費用について試算することを目的に、現在調査内容,方法について計画を立案中である。
不変解に基づいた乱流モデルの高精度化

ラージエディシミュレーション(LES)では大きいスケール運動を精緻にシミュレーションし,普遍的な小スケール渦運動はモデル化する.高精度な計算結果を得られるため,今後は産業分野でも広く用いられるようになると考えられるが,従来のモデルを用いて流れを正確に予測するためには壁面近傍の解像度を高くする必要があり,計算コストが大きくなるため改善が必要である.LESによる大スケール渦運動の非定常なダイナミクスは,モデルを用いずにナビエ・ストークス方程式を解く直接数値計算(DNS)のものと良く似ており,LESにおいても運動エネルギーを平均流から受け取り,小スケールな渦運動へと渡す非線形メカニズムが再現されている.支配方程式の不変解の分岐構造も低レイノルズ数のDNSの結果とLESの結果で類似している事が分かりつつあり,本研究では,この性質を用いて,壁面近傍の渦運動のダイナミクスを低次元モデル化してLESに必要な格子数を削減し,かつ,格子に依存しない渦粘性モデルの構築を目指す.これまでに,計算データ及び検証用の乱流DNSデータベースを保存するためのファイルサーバの整備,国内(九州大学,東京大学)のスーパコンピュータ利用による並列計算コードの整備を行った.十分な並列性能を達成できたことに加え,壁面伝熱性能も評価できるようにプログラムの改変を行った.今後は乱流伝熱のLESも視野に入れることができる.壁乱流のLESの実施のための壁面モデルが必要であるが,スペクトル・ガラーキン法へのプログラム実装のためには大きなプログラムの改変が必要で時間がかかっている.予定していた渦粘性モデルでは,壁面の粘性効果が大きい領域との接続に問題が生じている.壁面近傍における渦粘性モデルをフィルター幅が壁面からの距離の関数となるフィルター関数と捉え直し,一様剪断流のLESの不変解の分岐構造を壁面剪断流に接続する予定で,プログラムを作成中である.LESにおける壁面の境界条件として,Slip-wallモデルなどを検討する必要があり,試行錯誤に時間を要する.また,壁面に垂直な方向の格子点数を増やすと計算効率が落ちるため,効率的に計算を行うためにMPIとOpenMPのハイブリッド並列化を実装する必要があり,その実装には時間を要した.一方で,使用するプログラムは伝熱問題にも拡張できていることに加えて,逆圧力勾配境界層スケーリング則も用いることで,より一般的な形状な周りの流れにまで適用可能なLESの開発が期待できる.既存の一様剪断流のLES不変解を,壁がある非一様流れにまでホモトピー法によって接続することを試みる.その際のLESの壁面モデルについてはSlip-wallモデルが有用であると考えられ,実際に海外の研究グループがLESの壁面モデルに有効であることを示している.壁面近傍の秩序渦の階層構造の性質を有する不変解の探索が鍵となる.また,系の回転や密度成層乱流にまでモデルの検討範囲を広げることができるため,それらのDNSデータベースの構築を継続して行い,新たなLESモデルの検証用データとする.作成したモデルについては,代表者が所属する化学工学領域の実用的なシミュレーション課題に応用する.ラージエディシミュレーション(LES)では大きいスケール運動を精緻にシミュレーションし,普遍的な小スケール渦運動はモデル化する.高精度な計算結果を得られるため,今後は産業分野でも広く用いられるようになると考えられるが,従来のモデルを用いて流れを正確に予測するためには壁面近傍の解像度を高くする必要があり,計算コストが大きくなるため改善が必要である.LESによる大スケール渦運動の非定常なダイナミクスは,モデルを用いずにナビエ・ストークス方程式を解く直接数値計算(DNS)のものと良く似ており,LESにおいても運動エネルギーを平均流から受け取り,小スケールな渦運動へと渡す非線形メカニズムが再現されている.支配方程式の不変解の分岐構造も低レイノルズ数のDNSの結果とLESの結果で類似している事が分かりつつあり,本研究では,この性質を用いて,壁面近傍の渦運動のダイナミクスを低次元モデル化してLESに必要な格子数を削減し,かつ,格子に依存しない渦粘性モデルの構築を目指す.これまでに,計算データ及び検証用の乱流DNSデータベースを保存するためのファイルサーバの整備,国内(九州大学,東京大学)のスーパコンピュータ利用による並列計算コードの整備を行った.十分な並列性能を達成できたことに加え,壁面伝熱性能も評価できるようにプログラムの改変を行った.今後は乱流伝熱のLESも視野に入れることができる.壁乱流のLESの実施のための壁面モデルが必要であるが,スペクトル・ガラーキン法へのプログラム実装のためには大きなプログラムの改変が必要で時間がかかっている.予定していた渦粘性モデルでは,壁面の粘性効果が大きい領域との接続に問題が生じている.壁面近傍における渦粘性モデルをフィルター幅が壁面からの距離の関数となるフィルター関数と捉え直し,一様剪断流のLESの不変解の分岐構造を壁面剪断流に接続する予定で,プログラムを作成中である.LESにおける壁面の境界条件として,Slip-wallモデルなどを検討する必要があり,試行錯誤に時間を要する.また,壁面に垂直な方向の格子点数を増やすと計算効率が落ちるため,効率的に計算を行うためにMPIとOpenMPのハイブリッド並列化を実装する必要があり,その実装には時間を要した.一方で,使用するプログラムは伝熱問題にも拡張できていることに加えて,逆圧力勾配境界層スケーリング則も用いることで,より一般的な形状な周りの流れにまで適用可能なLESの開発が期待できる.既存の一様剪断流のLES不変解を,壁がある非一様流れにまでホモトピー法によって接続することを試みる.その際のLESの壁面モデルについてはSlip-

wallモデルが有用であると考えられ,実際に海外の研究グループがLESの壁面モデルに有効であることを示している.壁面近傍の秩序渦の階層構造の性質を有する不変解の探索が鍵となる.また,系の回転や密度成層乱流にまでモデルの検討範囲を広げることができるため,それらのDNSデータベースの構築を継続して行い,新たなLESモデルの検証用データとする.作成したモデルについては,代表者が所属する化学工学領域の実用的なシミュレーション課題に応用する.大容量ファイルサーバーのCPUの性能を下げて,価格が見積もりよりも安くなったため.繰越分は次年度の学会旅費と大規模計算機の利用料金及び計算データを保存するハードディスクの増設に当てる予定である.
神経内血流量制御に基づいた、難治性末梢神経障害に対する新規治療法の開発

ヒト末梢神経内部には血流量に乏しい「分水嶺」が存在するという新知見を見出した筆者は、従来の治療法に「分水嶺部の血流改善」という要素を加えることで、難治性末梢神経障害に対する新規治療法を開発できるのではないかと着想した。ラット急性神経損傷モデルの損傷神経に対して神経剥離術と分水嶺内血管新生因子注入を併用したところ、神経機能回復が有意に促進された。本研究の目的は上記急性神経障害モデルに対する研究を完成させると同時に、慢性神経障害モデルに対しても同様の検証を加えることにより、難治性末梢神経障害に対す新規治療法開発とその機序解明の基盤とすることである。
歯科技工実習課題の概略的評価と客観的評価についての研究

歯科技工士養成における実習課題に対する評価を客観的に行うことを目的として、模擬実技試験での概略評価および非接触式三次元測定器による計測データを用い、線形及びニューラルネットワークを用いた評価モデルを構築し、客観的評価の可能性を検討した。約100名の学生を対象に模擬実技試験を実施し、7名の評価者による概略評価を行った。概略評価点数及び計測データを学習用データと検証用データに分け、学習データによりモデル化を行い、検証用データにより得点の推定を行った。線形モデルはニューラルネットモデルより学習データに対する相関は劣るが、推定得点に対する誤差が0.64と小さく、客観的評価が可能なことが示唆された。歯科技工士養成における「歯科技工実習」は、知識と基本的技術を包括して行う実習である。しかし、これまで実習課題に対する評価は、教員の概略的な、いわゆる主観的評価で、その評価は客観性に乏しかった。そこで、本研究では、客観的評価として非接触式三次元測定器による計測評価を実施し、ニューラルネットワークによる多変量解析を導入し、この客観的評価と概略的評価を模擬的実技試験で行い、評価の一致度について検討することを目的としている。平成24年度は、歯科技工実習を想定し、平成23年度に実施した模擬的実技試験(全部鋳造冠の蝋型形成)と同様の模擬的実技試験を実施した。受験対象者は、平成23年度に受験した学生105名(当時、最終学年の1年前)のうち、最終学年の学生102名である。評価は、評価者7名による概略的評価と非接触三次元形状測定装置を用いて三次元形状測定を行った。また、歯科技工士養成所教員歴5年以下の教員による概略的評価も実施した。概略的評価と三次元計測された指定位置の座標データから計算される評価結果の相関に対する検討を行った。解析は、さまざまな情報とそれにより対応する回答とを繰り返し与えることにより入力と出力の間にネットワークを構築し、結果の予測に用いられるニューラルネットワークを解析手法として用いた。その結果以下の成果を得た。1、概略的評価における最終学年と最終学年1年前では、統計的に有意な差が認められた。2、概略的評価における評価者間の相関は、0.560.82であった。3、多変量解析の結果、線形モデル解析では平均誤差0.50に対してニューラルネットワークによる非線形解析では平均誤差0.00となり、線形モデル解析では誤差が大きく、非線形解析であるニューラルネットワークでの解析結果の一致度が極めて高いことから、非線形のニューラルネットワークで評価することの有用性が示唆された。そこで、本研究では、模擬的実技試験での概略評価及び非接触式三次元測定器による計測データを用い、線形及びニューラルネットワークを用いた非線形の評価モデルを構築し、客観的評価が可能かどうかを検討することを目的としている。平成23、24年度に模擬的実技試験を実施した。この試験の評価は、評価者7名による概略的評価と非接触三次元形状測定装置を用いて三次元形状測定を行った。平成25年度は、前年度までに実施した模擬的実技試験の結果について、前年度までの解析方法と異なる方法を用いて検討した。解析方法の相異点は、下記の通りである。1.2年分のデータを使用し、得点区間毎のサンプル数が等しくなるようなデータを用いてモデル化を行った。2.相関の向上を図るため、舌側咬頭など複数個所のデータを加算したデータを使用した。3.特定の指定部位の座標だけでなく、形状評価を考慮して輪郭や咬合面の高低差の評価項目の追加を行った。4.モデル化する際、相関の絶対値が0.4以上の項目だけでモデル化を試みた。以上の解析方法の結果、ニューラルネットを使用したモデルの場合、過学習に陥り、検証用サンプルの得点推定値の誤差は大きいことが観察された。一方、線形モデルの誤差は0.64と小さく、客観的評価が可能なことが示唆された。しかし、これまで実習課題に対する評価は、歯科技工士学校養成所の教員の概略的な、いわゆる主観的評価で、その評価は客観性に乏しかった。

そこで、本研究では客観的評価として非接触式三次元測定器による計測評価を実施し、ニューラルネットワークによる多変量解析を導入し、この客観的評価と概略的評価を模擬的実技試験で行い、評価の一致度について検討することを目的としている。平成23年度は、歯科技工実習を想定した模擬的実技試験(全部鋳造冠の蝋型形成)を歯科技工士学校養成所の最終学年の1年前の学生105名(4年制大学は3年生、3年制専門学校は2年生、2年制短期大学と2年制専門学校は1年生)を対象として実施し、評価者7名(歯科技工士学校養成所教員)による概略的評価と非接触三次元形状測定装置を用いて三次元形状測定を行った。また、概略的評価と三次元計測された指定位置の座標データから計算される評価結果の相関に対する検討を行った。解析は、さまざまな情報とそれにより対応する回答とを繰り返し与えることにより入力と出力の間にネットワークを構築し、結果の予測に用いられるニューラルネットワークを解析手法として用いた。その結果以下の成果を得た。1、概略的評価における評価者間の相関は、0.520.74であった。2、多変量解析の結果、線形モデル解析では平均誤差0.50に対してニューラルネットワークによる非線形解析では平均誤差0.02となり、線形モデル解析では誤差が大きく、非線形解析であるニューラルネットワークでの解析結果の一致度が極めて高いことから、非線形のニューラルネットワークで評価することの有用性が示唆された。平成24年度は、歯科技工実習を想定した模擬的実技試験を歯科技工士学校養成所の最終学年の学生約100名を対象として実施し、評価者による概略的評価と非接触三次元形状測定装置を用いて三次元形状測定を行い、概略的評価と三次元計測された指定位置の座標データから計算される評価結果の相関に対する検討を行う計画であったが、予定通り実施できた。平成23年度は、歯科技工実習を想定した模擬的実技試験を歯科技工士学校養成所の最終学年の1年前の学生約100名を対象として実施し、評価者による概略的評価と非接触三次元形状測定装置を用いて三次元形状測定を行い、概略的評価と三次元計測された指定位置の座標データから計算される評価結果の相関に対する検討を行う計画であったが、予定通り実施できた。平成25年度は、平成23年度と平成24年度に実施した、歯科技工実習を想定した模擬的実技試験のデータ分析と概略的(主観的)評価と客観的評価の相関、概略的評価の精度向上についてなどをとりまとめる。さらに、客観的評価を容易に行うために、機械的に採点可能な方法を検討する。平成24年度は、歯科技工実習を想定した模擬的実技試験を前年度に実施した学生を対象として実施し、前年度との比較を行う。平成25年度は、2年間のデータ分析と概略的(主観的)評価と客観的評価の相関、概略的評価の精度向上についてなどをとりまとめる。平成24年度は、模擬的実技試験に係る研究費と客観評価の分析にかかる研究費が予定より安価となったため次年度使用額が生じている。この研究費は、平成25年度の概略的評価と客観的評価の分析、精査に使用する予定である。平成25年度は以下の研究費を使用予定である。1.概略的評価と客観的評価の相関の分析、精査を実施する。2.客観評価を容易に利用する方法を検討する。3.研究成果の発表を行う。
高頻度振動換気法適用時の肺胞および肺胞管内マイクロスケール換気機構解析

近年人工換気法としての臨床有効性が高く評価されている高頻度振動換気法(HFOV)について,その換気機構を解明するため,特に肺組織末梢部の呼吸細気管支におけるマイクロスケール呼吸振動流構造の詳細を実験的に解析することを目的とした.HFOVにおける換気は,通常呼吸の数十倍の換気周波数となることから,通常呼吸時の気道から肺の末端組織にいたる換気メカニズムにおける流れの作用とは異なり,気道部のストリーミング,乱流混合作用,時定数効果などが生じる複雑な振動流構造となる.これらが,呼吸換気作用の促進にどのように寄与しているかを解明することは,HFOVの臨床応用における最適化を図る上で重要となる.本研究では,呼吸細気管支マイクロチャンネルモデルを用いて,高周波数換気時の振動気流解析を行い,以下のような成果を得た.(1)終末気管支および分岐肺胞管についての実寸法モデルの作成とモデル内振動流解析終末気管支から肺胞管にいたる実寸法分岐管マイクロチャネルモデルを作成し,臨床用高頻度振動換気装置を用いてモデル内の呼吸換気振動流を実現し,マイクロスコープPIVシステムを用いてマイクロスケール振動流速場の定量的実験解析を行った.その結果,多分岐管モデルにおける分流・合流の時系列的計測により,その速度分布発達経過を明らかにした.(2)末端組織のコンプライアンス差による呼吸細気管支分岐部流れの解析HFOV適用時の換気機構の重要な要素として,肺末端組織における細気管支分岐端のコンプライアンスの相違や肺胞管狭窄などの影響による時定数の差違により生じるとされてきた振子気流(非同期流)について,マイクロスケール呼吸細気管支モデルを用いた時系列振動気流計測により,振子流の存在を初めて定量的に確認した.(3)その他(a)数値解析モデルについて検討し,肺胞の計算幾何モデルおよび物質拡散モデルの検討,適用すべき境界条件を検討し,今後の研究に対する知見を得た.(b)高頻度振動換気による振動流の周波数増加により顕在化する境界層の非定常性の影響について,水を用いた相似実験を試み,ガス交換への影響を検討した.近年人工換気法としての臨床有効性が高く評価されている高頻度振動換気法(HFOV)について,その換気機構を解明するため,特に肺組織末梢部の呼吸細気管支におけるマイクロスケール呼吸振動流構造の詳細を実験的に解析することを目的とした.HFOVにおける換気は,通常呼吸の数十倍の換気周波数となることから,通常呼吸時の気道から肺の末端組織にいたる換気メカニズムにおける流れの作用とは異なり,気道部のストリーミング,乱流混合作用,時定数効果などが生じる複雑な振動流構造となる.これらが,呼吸換気作用の促進にどのように寄与しているかを解明することは,HFOVの臨床応用における最適化を図る上で重要となる.本研究では,呼吸細気管支マイクロチャンネルモデルを用いて,高周波数換気時の振動気流解析を行い,以下のような成果を得た.(1)終末気管支および分岐肺胞管についての実寸法モデルの作成とモデル内振動流解析終末気管支から肺胞管にいたる実寸法分岐管マイクロチャネルモデルを作成し,臨床用高頻度振動換気装置を用いてモデル内の呼吸換気振動流を実現し,マイクロスコープPIVシステムを用いてマイクロスケール振動流速場の定量的実験解析を行った.その結果,多分岐管モデルにおける分流・合流の時系列的計測により,その速度分布発達経過を明らかにした.(2)末端組織のコンプライアンス差による呼吸細気管支分岐部流れの解析HFOV適用時の換気機構の重要な要素として,肺末端組織における細気管支分岐端のコンプライアンスの相違や肺胞管狭窄などの影響による時定数の差違により生じるとされてきた振子気流(非同期流)について,マイクロスケール呼吸細気管支モデルを用いた時系列振動気流計測により,振子流の存在を初めて定量的に確認した.(3)その他(a)数値解析モデルについて検討し,肺胞の計算幾何モデルおよび物質拡散モデルの検討,適用すべき境界条件を検討し,今後の研究に対する知見を得た.(b)高頻度振動換気による振動流の周波数増加により顕在化する境界層の非定常性の影響について,水を用いた相似実験を試み,ガス交換への影響を検討した.本年度研究計画・方法にしたがって,高頻度振動換気システムの設計,予備実験および数値解析モデルの構築を行った.高頻度振動換気システムについては,その設計基準に用いる基本パラメータである気道陽圧と呼吸換気量および換気振動数のそれぞれの設定範囲について,現在新生児呼吸管理医療において実施されている臨床例および動物実験例等を医療機関との連携により収集し,それらのデータに基づいてシステム全体のダイナミックレンジを定めて高頻度振動換気装置を設計し,製作した.また,製作されたシステムの動作特性について調べた.本研究の目的である換気機構解析についての予備実験としては,当初目標である終末気管支から肺胞管にいたる分岐細気管支内における振動気流特性を実験的に明らかにするために,気管支の第17分岐部相当のマイクロチャネルモデルを作成し,前述の高頻度振動換気システムを用いて呼吸換気振動流を実現し,流速分布計測を行った.