hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
難治性不整脈の病態解明・診断・治療における位相分散解析に基づく戦略的制御技術開発

心筋細胞の電気生理学的特性や解剖学的特徴によって規定される興奮波面の破綻によって渦巻き型旋回興奮波(スパイラル・リエントリー:SW)が形成され、心房細動や心室細動などの重篤な不整脈が発生することが報告されている。近年、心臓の複雑な興奮を蛍光シグナルとして観察する光学マッピングの技術が進み、生体心におけるSWの可視化に成功している。しかし、SWの制御は困難を極め、未だ確立された手法は存在しない。本研究では、我々が一貫して取り組んできた光学マッピング・2次元シミュレーション研究の結果たどり着いた画期的なSW制御手法の開発につながる位相分散解析技術を発展させ、臨床応用するための技術基盤を構築することを目標とする。加速する高齢化とストレス社会の中で、爆発的に増加する心房細動患者や致死性心室性不整脈による心臓突然死を大幅に減らすことに貢献できると確信している。具体的には今年度で1-3を実施する。1臨床電気生理検査で実際に使用される電極から得られたデータと、光学マッピングの同時記録を試み、局所電位情報の集合である電極マッピング情報から心臓電気現象の時空間的な位相情報を抽出するにはどのような信号処理手法が求められるのか検討する。2記録された局所電位あるいは光学マッピングから得られる位相分散/累積位相分散マップを比較し、心筋内を移動(さまよい運動)するSWの存在領域を特定することが可能であるかの評価を行う。3SW存在領域・通過経路を適切に遮断ないし修飾することで重篤な不整脈(心房細動・心室細動)を治療することが可能か?」、「治療の標的とすべき領域はいかなる特徴を有するのか?」を解決する基盤情報を取得する。1ウサギ心室における光学・多電極同時マッピングシステムの構築とウサギ2次元心室頻拍/細動モデルでの評価:光学と電極の同時マッピングを実施するには、光学マッピングの視野を遮ることのない多電極マッピングシステムの作成が必須である。我々は同問題を解決するために、心表面に20極の電極を配置することが可能なtissue bathを自作し、ウサギ2次元心室頻拍/細動モデルで誘発した心室頻拍/細動中の興奮様式を観察した。20極の電極から得られた電極信号は臨床で使用されるExTRaMapping(多電極から得られたデータから興奮様式を表示するシステム)の解析ソフトを使用して興奮様式を描出した。光学マッピングにおいて、渦巻き型旋回興奮波(スパイラル・リエントリー:SW)を駆動源として維持される心室頻拍/細動が観察された。また、同時記録で解析した電極記録から作成した興奮様式も同様のSWによって維持されていることが確認された。予定を上回る進捗状況で有り、上記の結果を日本生体医工学会誌と国際学術誌に投稿予定で準備中である。2ウサギ圧負荷心房細動モデルでの光学電極同時マッピング:1の実験が順調で、同時記録マッピングシステムの信頼性も高いことが証明されたため、翌年度以降予定していたブタ圧負荷心房細動モデルにおける光学・電極同時記録の予備実験を前倒しで開始した。3動物実験による検討の進展と比較して、コンピュータシミュレーションによるSW停止戦略検討は若干の遅れがある。現状、3次元心房形態のモデリングが終了し、同モデルに線維方向を組み込む段階にある。多電極マッピングシステムを用いた心房細動・心室細動の興奮様式同定の試みは、光学・電極同時マッピングシステム構築が順調であることから予想以上に進展している。今年度から渦巻き型旋回興奮波(SW)の停止を目標として、我々が掲げる「SWの存在領域・通過経路を適切に遮断もしくは修飾することが心房細動・心室細動を停止させる」という仮説の検証実験(大型動物)を実施していくことを研究の本体とする。1申請者らは、独自に開発した解析システム(位相分散解析)を用いて、心筋組織内局所での位相のばらつきを示す位相分散という全く新しい指標を提案した。前記を用いることで、「さまよい運動する複雑なSWの追跡が可能であること(Tomii et al. IEEE Trans.2015)」、「SWがさまよい運動をする領域と、位相分散が高い領域の間に相関性があること」等を報告している。位相分散値が高値の領域を描出することで、より有効な高周波通電焼灼領域の決定が可能になると考えている。2更に、心房細動・心室細動を駆動するSWを停止に導く低侵襲治療法を報告(Tomii et al. Am J Physiol2018)している。同理論と位相分散解析の結果を応用し臨床応用可能な治療法を確立することを目指し、心筋局所冷却その他の手法を用いた細動停止装置の試作機作成も同時に進捗させる。3現在投稿準備中の光学・電極同時マッピング構築に関する国内論文、更に、光学と電極の同時マッピングから得られた興奮様式比較の結果を主体にした国際誌投稿論文を完成させる。予備実験の結果、ブタ圧負荷心房細動において、比較的安定したSWによって心房細動が維持されることが観察されたが、今後は詳細なデータ解析を進めつつリモデリングの進展した持続性心房細動モデルの作成にも着手し、得られた結果を国際学会で報告していく。

しかし、SWの制御は困難を極め、未だ確立された手法は存在しない。本研究では、我々が一貫して取り組んできた光学マッピング・2次元シミュレーション研究の結果たどり着いた画期的なSW制御手法の開発につながる位相分散解析技術を発展させ、臨床応用するための技術基盤を構築することを目標とする。加速する高齢化とストレス社会の中で、爆発的に増加する心房細動患者や致死性心室性不整脈による心臓突然死を大幅に減らすことに貢献できると確信している。具体的には今年度で1-3を実施する。1臨床電気生理検査で実際に使用される電極から得られたデータと、光学マッピングの同時記録を試み、局所電位情報の集合である電極マッピング情報から心臓電気現象の時空間的な位相情報を抽出するにはどのような信号処理手法が求められるのか検討する。2記録された局所電位あるいは光学マッピングから得られる位相分散/累積位相分散マップを比較し、心筋内を移動(さまよい運動)するSWの存在領域を特定することが可能であるかの評価を行う。3SW存在領域・通過経路を適切に遮断ないし修飾することで重篤な不整脈(心房細動・心室細動)を治療することが可能か?」、「治療の標的とすべき領域はいかなる特徴を有するのか?」を解決する基盤情報を取得する。1ウサギ心室における光学・多電極同時マッピングシステムの構築とウサギ2次元心室頻拍/細動モデルでの評価:光学と電極の同時マッピングを実施するには、光学マッピングの視野を遮ることのない多電極マッピングシステムの作成が必須である。我々は同問題を解決するために、心表面に20極の電極を配置することが可能なtissue bathを自作し、ウサギ2次元心室頻拍/細動モデルで誘発した心室頻拍/細動中の興奮様式を観察した。20極の電極から得られた電極信号は臨床で使用されるExTRaMapping(多電極から得られたデータから興奮様式を表示するシステム)の解析ソフトを使用して興奮様式を描出した。光学マッピングにおいて、渦巻き型旋回興奮波(スパイラル・リエントリー:SW)を駆動源として維持される心室頻拍/細動が観察された。また、同時記録で解析した電極記録から作成した興奮様式も同様のSWによって維持されていることが確認された。予定を上回る進捗状況で有り、上記の結果を日本生体医工学会誌と国際学術誌に投稿予定で準備中である。2ウサギ圧負荷心房細動モデルでの光学電極同時マッピング:1の実験が順調で、同時記録マッピングシステムの信頼性も高いことが証明されたため、翌年度以降予定していたブタ圧負荷心房細動モデルにおける光学・電極同時記録の予備実験を前倒しで開始した。3動物実験による検討の進展と比較して、コンピュータシミュレーションによるSW停止戦略検討は若干の遅れがある。現状、3次元心房形態のモデリングが終了し、同モデルに線維方向を組み込む段階にある。多電極マッピングシステムを用いた心房細動・心室細動の興奮様式同定の試みは、光学・電極同時マッピングシステム構築が順調であることから予想以上に進展している。今年度から渦巻き型旋回興奮波(SW)の停止を目標として、我々が掲げる「SWの存在領域・通過経路を適切に遮断もしくは修飾することが心房細動・心室細動を停止させる」という仮説の検証実験(大型動物)を実施していくことを研究の本体とする。
アンテナ-ナノ構造量子結合系における新奇非線形光励起過程の研究

本研究では、赤外微弱光によって、可視域で発光するナノ構造を高効率に反転分布させる新奇なナノシステムの可能性を独自の理論手法によって数値実証することを目的とした。金属構造と分子が量子結合する系を多重振動子としたモデル計算では、分子の反転分布が得られ、かつ上方変換的に発光が生じることが確認出来た。さらに具体的金属構造を想定した計算手法の開発に成功し、計算の結果、プラズモンアシストにより微弱光で反転分布が得られることが明らかになった。さらにそのような系が広がって複数存在する場合に超蛍光が発生することも独立なモデルで確認でき、当初の目的を達した。25年度は以下の研究実績があった。(1)任意形状の金属構造体と吸収体の混在する系におけるポピュレーションや発光をグリーン関数法と離散双極子近似(DDA)を用いて非線形応答まで含め計算する手法の開発に成功した。(2)線形応答の範囲で上記DDAの離散セルの多段階分割により計算時間を短縮化する手法の開発に成功した。(3)光アンテナなどの補助系と分子が結合した系を二準位振動子の結合モデルとして非線形応答まで含めた解析を行い、上方変換的な反転分布が生じ、さらに発光が得られることを明らかにした。(4)遅延効果を含む超蛍光計算の定式化が完成し、上記上方変換的反転分布が発生した場合の配列系超蛍光の計算準備が出来た。26年度は以下の研究実績があった。(1)任意形状の金属構造による光アンテナと分子が相互作用する系に対して、反転分布が生じる程度の強い非線形応答を、分子のマスター方程式と金属構造を含むGreen関数と背景場を求める離散双極子近似を融合させることにより成功し、二準位分子のみならず、三準位分子まで含めて反転分布生成条件を調べた。その結果、典型的色素分子において、金属ナノギャップ近辺では通常の場合に比べ数桁弱い光で十分な反転分布が得られることが明らかになり、さらにその場所依存性や、周波数依存性などを詳細に調べた。(2)金属アンテナと分子の結合系を結合振動子モデルで表す手法においては、アンテナの非線形性を取り入れるため、三準位系としたモデルに対して計算を行い、金属構造が実験で報告される程度の非線形性を示す場合にも反転分布が得られることを明らかにした。さらに分子の数を複数にする計算手法を開発し、アンテナと結合した系の超蛍光発光の計算準備を整えた。(3)量子ドットが空間的に広がって配置して光の異なる位相点に存在する場合の超蛍光の計算手法を開発し、自由空間で広がって配置された場合と、共振器中で広がって配置された場合の計算を実際に行い、前者では有意な超蛍光が、また後者では非常に増強された超蛍光が発現することを明らかにした。この結果と上記(1)(2)で得られた結果を総合し、金属アンテナー分子結合系での超蛍光発生の可能性を、実験における試料配置の具体的提案を含めた形で示すことが出来たと言える。光物性理論研究実績の概要に記した(1)ー(3)が予定通りに進捗したが、さらに26年度に予定していた超蛍光の計算手法の定式化も完了したため、計画以上に研究が進展していると評価した。平成26年度より、以下の手順で本格的な数値的実証を開始する。1)金属サイズと吸収体自由度の拡張:金属アンテナのサイズは共鳴エネルギーや光との結合定数を支配する。また、吸収体の幾何学的位置と準位構造とは金属と吸収体の有効的な結合定数に影響を与える。本項目では、このような金属アンテナのサイズ依存性、吸収体準位構造の依存性を系統的に調べる。2)効率的反転分布生成条件の探索:これまでの申請者等の初等的モデルを用いた研究により、吸収体が2準位系であっても反転分布が生じることが分かっているが、一方で、これが3準位系、4準位系、あるいは振動準位を持った場合にはその効率が桁違いに改善されることも明らかになっている。この項目では、そのような準位構造を仮定して、さらに前記1)の知見も動員し、太陽光程度の微弱光で効率的にコヒーレント光源として働くための条件を積極的に探索する。3)超蛍光生成条件との整合性についての検討:吸収体の反転分布が効率的に生成できれば、そのユニットの集合系や配列系は超蛍光などのコヒーレント光発生源としての期持たれる。本項目では前記2)で明らかになった構造をどのように配列すれば、効率的にコヒーレント光生成に繋がるかを、申請者等が最近開発した分散原子系の超蛍光計算手法を活用して系統的に調べ、新奇コヒーレント光源の提案を行う。実験提案とまとめ本研究終盤では、上記までの研究による知見を総合し、試料作製方法、観測法を含めた実験可能な系を提案する。

本研究については、現在、試料作製可能な北大電子科研の三澤グループ、測定技術を持つ阪大基礎工学研究科の芦田グループと密に情報交換しながら進めており、本研究課題後に、実験検証のための新たな課題へ迅速に進むことが出来る準備を整えておく。また期間終盤において研究のまとめと成果の論文化を行う。25年度は当初予定より成果があり、発表件数が増えたこともあって計画より旅費等が増えた。そのために計画していた計算機の金額が不足したこと、また他のプロジェクトの関係で、25年度は想定より研究室の既存計算機を使うことが出来たことから、計算機購入を本格的な数値計算が始まる26年度に回すことにしたため次年度使用額が発生した。当初予定にある、博士課程学生謝金と国内・国外学会発表に加えて、次年度使用額を計算機購入に充てる。その際、計算機の値下がり分を考慮し、当初予定より、低価格な計算機購入を計画している。
計算の意味の概念的理解とその教育的支援に関する実証的研究

本研究課題では、算数の基礎的演算である加減乗除の計算の意味に関する学習内容を質的、量的に検討した上で、小学校の6年間の学習を通して子どもの概念的理解がいかに深まるか、その認知過程を実証的に検討し、子どもが計算の意味をどう考え、何に難しさを感じるかを明らかにし、その教育的支援の方法を提案した。本研究の目的は、算数の基礎的演算である加減乗除の計算の意味に関する学習内容を詳しく検討した上で、小学校の6年間の学習を通して子どもの概念的理解がいかに深まるか、その認知過程を実証的に検討し、子どもが計算の意味をどう考え、何に難しさを感じるかを明らかにし、その教育的支援の方法を提案することであった。平成21年度は、下記4点の研究成果をあげることができた。1.論文「作問課題による小学1年生の減法場面理解の検討」(教育心理学研究)では、減法の求残・求補・求差の場面に関する算数作問の認知過程を調べ、それらの場面理解の難しさの程度と理由を明らかにした。3.小学3,4,5,6年生を対象とし、作問課題を用いた調査をおこない、除法の等分除・包含除に関する算数作問の認知過程の発達的変化を調べた。現在、その結果を分析中である。4.加減乗除の計算の意味に関する学習内容に関して、算数教科書計算の意味の概念的理解を深めるために、どういった学習が用意されているか、その種類・内容・順序を学年別、教科書別に比較検討する作業を開始した。本研究の目的は、算数の基礎的演算である加減乗除の計算の意味に関する学習内容を質的、量的に検討した上で、小学校の6年間の学習を通して子どもの概念的理解がいかに深まるか、その認知過程を実証的に検討し、子どもが計算の意味をどう考え、何に難しさを感じるかを明らかにし、その教育的支援の方法を提案することであった。平成22年度は、下記3点の研究成果をあげることができた。2.算数の時間に学習した内容が長期の時間経過を経ていかに変化・定着しているかを検討する目的で、加減乗除の四則演算の長期使用者と位置づけられる大学生を対象とした教育心理学的実験をおこない、加減乗除法の場面理解方略を調べた。その研究結果は、英文の論文としてまとめ、現在査読付き学術雑誌に投稿中である。3.算数教科書において加減乗除の場面理解を教育的に支援する挿絵や図の提示順序、内容、頻度に関する質的、量的な検討を開始した。さらに、算数教科書の挿絵や図が概念的理解に及ぼす影響・効果を調べる調査・実験を開始した。平成21-22年度は、小学校の学習内容を検討した上で、子ども(小学生)を対象とした実験・調査を行い、主として「減法」と「除法」に関わり、子どもの概念的理解がいかに深まるかを明らかにしてきた。平成23年度は、これまでの研究をふまえ、子どもの頃に学習した内容を大人がどのように理解し、記憶しているかを実験・調査により検討し、その結果からさかのぼるかたちで、子どもの学習に対する教育的支援の方法を提案した。具体的には、下記3点の研究成果をあげることができた。1.子どもの頃に算数の時間に学習した内容が長期の時間経過を経ていかに変化・定着しているかを検討する目的で、加減乗除の四則演算の長期使用者と位置づけられる大学生を対象とした教育心理学的調査をおこない、加減乗除法の場面理解方略を調べた。その研究結果の一部は、日本教育心理学会第52回総会にて発表した。また、英文の論文としてまとめ、現在、査読付き学術雑誌に投稿中である。2.加減乗除の場面理解を教育的に支援する挿絵や図の算数教科書における提示順序、内容、頻度に関する質的、量的な検討を前年度より継続して行っている。また、挿絵や図が概念的理解に及ぼす影響・効果を調べることを目的した調査・実験を行い、現在、その結果を整理中である。3.加減の演算を深く理解した上での応用的な問題解決とその教育的支援に関する研究を行った。研究成果は、査読付きの英文学術誌であるInstructional Scienceに掲載された。
細胞複製の分子遺伝学的展開

本研究は細胞複製を構成する4つの素過程、染色体の複製、細胞質の複製、細胞表層の複製、分裂装置の合成の各々について、全体像を遺伝子とその産物の構造と機能によって明らかにすることを目的に、5つの柱の研究を推進し、主として以下の成果を得た。柱1.染色体の分子構成。計画7名、公募4名。1)大腸菌染色体分配と膜蛋白の関係の遺伝的証明、2)細胞分裂遺伝子群140個のマッピング。柱2.染色体複製の分子機構。計画9名、公募5名。1)細菌染色体複製開始の分子機構の普遍性の発見、2)調節的機能を備えたin vitro複製開始系の改良。3)ほ乳類類染色体複製蛋白及び開始点の分離。柱3.染色体の機能領域。計画6名、公募6名。1)真核生物の細胞複製を調節する遺伝子のクローニング、2)染色体凝縮・分配に関与する遺伝子の解析。柱4.細胞生産装置の複製。計画9名、公募3名。レギュロン群の構造と動態の解明を中心とした大腸菌転写調節の全体像の解析。柱5.細胞複製と遺伝子発現の相関。計画8名、公募4名。1)減数分裂に関与する遺伝子の解析、2)減数分裂における組み換え酵素の同定。これらの課題は国際的にも注目され、多くの研究が行われている。その状況の中で第一線級の成果が本重点領域研究で生まれていることが評価委員会に於て高く評価された。総括班としては大腸菌遺伝子バンクの供給、染色体複製酵素の精製を援助し研究を促進した。また班間の連携を密にするため合同の研究会、公開シンポジウム、ワークショップの開催、サーキュラーの発行を行った。更に研究者の招請と派遣を行い、減数分裂解析法と大腸菌遺伝子バンクの利用に関して、国内では得られない新しい技術を導入することが出来た。計画7名、公募4名。計画9名、公募5名。計画6名、公募6名。計画9名、公募3名。計画8名、公募4名。
心血管細胞を用いたマイクロティッシュデバイスの開発

近年、分析・合成など様々な化学プロセスを集積化する研究が多く報告されているが、さらに飛躍的な高効率化のためには、ポンプなどの周辺機器を集積化する必要がある。しかし、機械的デバイスは通常電力を用いるため、現在の技術では集積度に限界がある。一方、研究代表者は生体の細胞やその組織はマイクロサイズに化学的・力学的機能が高度に集約化された素子であることから、これを利用することで飛躍的に集積度の高いマイクロデバイスを実現できると着想し、本研究ではマイクロ構造体と細胞・組織の機能を有機的に融合した新たなバイオマイクロデバイスを開発した。近年、分析・合成反応など様々な花学プロセスを集積化する研究が多く報告されているが、さらに飛躍な高効率化のためには、ポンプなどの流体駆動デバイスを集積化する必要がある。しかし、流体駆動デバイスは通常電力を用いるため、現在の技術では集積度に限界がある。一方、本研究代表者は生体の心筋細胞・血管細胞は化学的・力学的機能が高度に集約化された素子であり、生体内で高度な流体駆動・制御を実現していることから、これを利用することで飛躍的に集積度の高いマイクロ流体駆動デバイスを実現できると着想した。そこで、本研究の目的はマイクロ構造体と細胞・組織の機能を融合したバイオマイクロデバイスの創成とする。細胞は、心筋細胞および流量センシング機能をもつ血管内皮細胞・流量制御機能をもつ血管平滑筋細胞を用いる。具体的には、以下の3課題に取り組む。1.マイクロ擬似心臓の開発2.血管細胞デバイスの原理検証3.心筋・血管細胞を有機的に結合させたマイクロティッシュデバイスの開発本年度は、上記1および2の課題に取り組んだ。課題1に関して、柔軟な材料であるポリジメチルシロキサン(PDMS)の逆止弁を設計し、薄いPDMSの膜をマニピュレーションする技術により、弁を作製、原理を検証した。また、PDMSマイクロチップの内部に心筋を培養する条件を確立し、自己灌流に必要な中空球内心筋細胞培養の基礎を築いた。さらに、疑似心臓の応用として考えられるインスリンポンプ創成への基礎として、心筋細胞と膵臓細胞の共培養を実現した。課題2に関して、マイクロチップ内に培養した血管内皮細胞が一酸化窒素(NO)を産生・放出していることを確認するために、NOインジケータである細胞(ピクセル)とのチップ内共培養を実現し、NOの放出を確認した。以上から、課題1,2ともに基盤的な技術を確立できたといえ、当初計画を上回るペースで研究が進んでいる。近年、分析・合成反応など様々な化学プロセスを集積化する研究が多く報告されているが、さらに飛躍的な高効率化のためには、ポンプなどの流体駆動デバイスを集積化する必要がある。一方、本研究代表者は生体の細胞は化学的・力学的機能が高度に集約化された素子であり、生体内で高度な流体駆動・制御を実現していることから、これを利用することで飛躍的に集積度の高いマイクロ流体駆動デバイスを実現できると着想した。細胞は、心筋細胞および流量センシング機能をもつ血管内皮細胞・流量制御機能をもつ血管平滑筋細胞をはじめ、様々な細胞を用いる。昨年度は、これまでに開発した心筋細胞で駆動するポンプの改良と、血管細胞の流体制御機能のマイクロチップへの集積化を実現したが、本年度はこれをさらに発展させ、単一細胞での機能デバイスを目指し、マイクロチャネル内での単一細胞パターニング・培養法を確立した。また、実験のスループットを上げるため、従来プライマリーの未凍結細胞でしか構築できなかった心筋細胞ポンプを、市販の凍結細胞で作製できるようなポンプ構造を設計・開発した。さらに、心筋・血管細胞でなく、腎臓の細胞の化学物質分離機能に着目した新原理の分離デバイスを着想し、その実現のためのマイクロチップを設計・試作し、かつ細胞の培養条件を確立し、デバイスの基盤を構築した。以上より、当初計画に記載の心筋・血管デバイスは順調に結果が得られ、それだけにとどまらず得られた方法論を他の細胞を用いたデバイスへも展開しており、当初計画を上回るペースで研究が進んでいる。

細胞は、心筋細胞および流量センシング機能をもつ血管内皮細胞・流量制御機能をもつ血管平滑筋細胞をはじめ、様々な細胞を用いる。昨年度までは、これまでに開発した心筋細胞で駆動するポンプの改良と、単一細胞での機能デバイスを目指し、マイクロチャネル内での単一細胞パターニング・培養法を確立した。本年度はさらに、血管細胞の生育条件のチャネル形状依存性を調査し、チャネル曲率が高くなれば細胞の生育を阻害することがわかり、高機能血管デバイス設計の礎石を築いたとともに、腎臓の細胞の化学物質分離機能に着目した新原理の分離デバイス開発を進め、ポア膜を挟み込んだチップの作製とこれによる細胞分泌物の分離を実証し、デバイスの原理を検証した。以上より、当初計画に記載の心筋・血管デバイスは順調に結果が得られ、デバイス開発に伴う新しい知見も得られており、それだけにとどまらず得られた方法論や知見を他の細胞を用いたデバイスへも展開しており、申請当時の計画に比べ、相当先に進んでいるといえる。近年、分析・合成反応など様々な化学プロセスを集積化する研究が多く報告されているが、さらに飛躍的な高効率化のためには、ポンプなどの流体駆動デバイスを集積化する必要がある。しかし、流体駆動デバイスは通常電力を用いるため、現在の技術では集積度に限界がある。一方、研究代表者は生体の心筋細胞・血管細胞やその組織はマイクロサイズに化学的・力学的機能が高度に集約化された素子であり、生体内で高度な流体駆動・制御を実現していることから、これを利用することで飛躍的に集積度の高いマイクロ流体駆動デバイスを実現できると着想した。そこで、本研究の目的はマイクロ構造体と細胞・組織の機能を有機的に融合した新たなバイオマイクロデバイスの創成とした。平成24年度までに、心筋細胞ポンプの改良として、いったん凍結した心筋細胞を用いたポンプの開発やマイクロ流路内での心筋細胞培養を実証した。また、血管細胞デバイスとして、細胞パターニングにより血管内皮細胞の分泌物質を計測する系を開発した。平成25度はこれらの成果をもとに、心筋細胞ポンプをさらに強化させるため、幹細胞であるiPS細胞を心筋細胞に分化させたポンプの開発に取り組んだ。iPS細胞を心筋細胞に分化させることで、動物を用いることによる煩雑な実験操作と倫理的な問題を回避できる手段を提供できる。具体的には、ダイヤフラム膜上にブロックを置き、この上にさらに薄膜を張ってテント状にする。その上に分化前のiPS細胞を置き、心筋細胞に分化させ、拍動をダイヤフラム下のチャンバー内流体に伝え送液するデバイスを作製した。また、血管細胞デバイスの強化のために、平滑筋のマイクロ流路内での接着挙動を調べた。平滑筋は流路の曲率によって接着率が変わることが見出され、今後のデバイス設計の指針を得た。以上より、心筋・血管デバイスともにきわめて広い応用可能性が得られたといえる。
C型肝炎ウイルス感染症に対する治療介入の医療経済効果-肝細胞癌スクリーニングの費用効果分析-

本研究により肝細胞癌のスクリーニングについて以下の事が示された。1.肝細胞癌のスクリーニング効果:肝細胞癌で入院となった患者における外来受診様式と予後を解析し、定期受診群、非定期受診群の癌発見時の腫瘍径の平均はそれぞれ20.5mm、137.3mmと明らかに非定期受診群で腫瘍径が大きなものが多かった。また、Cox比例ハザードの結果から腫瘍径20mm以下の肝細胞癌の発見を目標とした定期的スクリーニングは明らかに予後を改善することが示された。2.インターフェロン投与下における定期スクリーニングの費用効果:慢性肝炎の自然経過に文献より得られたスクリーニングおよび非スクリーニングによる予後(生存率)を組み入れたマルコフ遷移モデルを作成し、インターフェロンの効果も配慮した費用効果分析を行った。その結果、インターフェロン投与下において非スクリーニング発見後の肝細胞癌の5年生存率を5%20%とした場合に、スクリーニング発見後の5年生存率が0.420.53以上であれば許容範囲(5万ドル/QALYs以下)の増分費用効果比となった。スクリーニング検査で発見される肝細胞癌が20mm以下であればインターフェロン投与下にあっても定期的スクリーニング検査は十分に許容範囲になることが示された。3.肝細胞癌入院患者の医療費推定:肝細胞癌患者の入院医療費の変動を多変量解析によって検討した結果、有意に影響する因子は順に入院日数、手術、抗ガン剤などによる動注塞栓術(TACE)、化学療法および腹水・浮腫、食道静脈瘤であった。肝細胞癌治療および非代償性肝硬変症の合併症治療が入院中の医療費変動に独立した要因として関与し、それぞれの要因の組み合わせにより医療費が推定できることが示された。4.病期に応じた肝細胞癌治療の費用効果モデル:治療の選択が病期に対応(早期:外科的切除あるいは経皮的局所療法(LAT)、中期:LATと肝動脈化学塞栓術(TACE)の併用、進行期:TACE、高度進行期:動注化学療法)したものとして治療遷移をもとにしたマルコフモデルを作成した。山口大学における患者データをもとに単発小肝細胞癌における外科的切除またはLATの比較を行い、実データとの比較からそのモデルの妥当性が検証された。初年度は以下の作業ならびに研究を行った。1)C型慢性肝炎、肝硬変、肝細胞癌の患者データベースの更新と精緻化山口大学医学部附属病院に1995年96年にかけて入院したC型慢性肝炎患者(308名)および1996年以降に肝細胞癌と診断され入院となった患者(153名)のデータベースの精緻化ならびに継続更新を行った。前者によりC型慢性肝炎患者をコホートとした外来費用の算定、続発症による入院の頻度ならびに入院費用の算定を、後者により肝細胞癌スクリーニングによる効果をレテロスペクティブに評価を行うベースとするものである。2)費用算定データベースの構築と病院情報システム連携

本研究のコストデータは診療報酬をベースとしていることから、病院情報システムの汎用大型コンピュータに蓄積された患者毎の日々の診療行為明細と会計明細データをWindowsベースのPCサーバヘダウンロードできるようにPCデータベースの構築とプログラム作成を行った。データフォーマットは国立大学附属病院の管理会計システムの共通ソフトに準拠し、汎用性を持たせた。3)肝細胞癌のスクリーニング効果の初期検討肝細胞癌で入院となった患者における癌発見時の腫瘍径とその後の生存率を求める初期検討を行った。その結果、解析可能例43例中、定期フォローアップ群24例、非定期フォローアップ群19例で、発見時の腫瘍径はそれぞれ、平均19.6(750)mm、平均33.9(10110)mmであった。さらに50%生存期間はそれぞれ49ヵ月、34ヵ月であった。今後、さらに症例を増やして検討を行う。4)C型慢性肝炎における自然歴の文献的検討C型慢性肝炎の自然歴、およびインターフェロン後の予後についての国内外の論文をMEDLINEや医学中央雑誌などの文献データベースの情報をもとに集積し、C型慢性肝炎のマルコフモデルにおける遷移確率を求めた。I.肝細胞癌入院患者の医療費推定昨年度に続き、2003年度に肝細胞癌を主傷病名として入院となった患者のデータを加え肝細胞癌患者における非代償性肝硬変症が合併した場合の医療費変動についての解析ならびに肝疾患以外の合併症がある場合の医療費の変動について、多変量解析によって検討を行った。合併症については診療報酬請求書上の病名の記載と医療行為明細の内容からの2通りの方法で確認を行った。その結果、肝細胞癌治療目的とした入院では、(1)医療費に最も影響する因子は入院日数で、以下、手術、抗ガン剤などによる動注塞栓術(TACE)、そして化学療法が有意なものであり、非代償性肝硬変症に関しての治療は有意な因子ではなかった。(2)今回のデータからは診療報酬請求書に記入された併発症や合併症を因子(説明変数)とした解析では入院日数以外に有意に影響するものは明らかではなかった。また、診療行為明細から想定される合併症と診療報酬請求に記載された合併症との一致度をみると記載された併発症、合併症の頻度は有意に少なく、診療行為明細からの解析の有用性が示唆された。(3)治療別の医療費に対する影響度合いをみると、肝細胞癌に対する治療の度合いが大きく、強力ミノファーゲンなどの慢性肝炎や肝硬変症に対する基本治療の影響度合いは非常に小さいものであった。これらから肝細胞癌患者の入院医療費についてそれぞれの治療行為や合併症の有無を医療費のコンポーネントと考えることの妥当性について検討した。II.肝細胞癌治療の費用効果分析肝細胞癌に対するスクリーニング検査の費用効果分析を念頭に、肝細胞癌発見後の治療(手術、PEITやRFAへなどの局所療法、TACE、化学療法など)に対する費用効果分析のプレリミナリーモデルの作成を行った。その際、それぞれの治療における効果(寛解率、寛解後の再発期間)と再発後の治療選択、異なる治療への遷移確率を当院第一内科入院患者についてretrospectiveに調査を行った。中等度C型慢性肝炎(活動性)とその続発症の自然経過モデルにインターフェロン投与および肝細胞癌スクリーニングの有無を組み入れた場合に、早期発見された肝細胞癌の5年生存率が45%以上になって初めてスクリーニング群の費用対効果が非スクリーニング群と比較して国際的許容範囲(5万ドル/QALYs以下)となった。
大豆種子の発芽と催芽種子による出芽・苗立ちについて

第1実験:圃場での労力節減をはかるために、大豆種子を水溶性の紙(トイレットペーパー,テープシーダー)にはり付けたり、包んだりした場合の出芽率を調べた。その結果、ペーパーに包むと、無処理の催芽や直播の種子に比べて、著しい出芽遅延が認められたが、シーダーテープの出芽遅延が僅かで、対照との間にあまり差がないことから、室内で種子をでんぷん糊でテープにはり付けることによって、圃場での一部労力節減がはかられることが推定された。第2実験:裂皮粒は、外観上の品質として劣悪視されているばかりか、出芽不良を起し易い。しかし、裂皮粒は概して粒の大きなものに発生し易く、かなり良い出芽が得られる可能性がある。実験の結果、大豆の種皮は出芽渦程の地中において、子葉を保護しながら吸水を調節していることが示唆された。特に、裂皮粒では無裂皮粒に比べて吸水が著しく速く、多雨条件下では酸素欠乏におち入り易く、出芽率が低下するが、一度催芽させてしまうと極めて高い出芽率を示すことがわかった。第3実験:子葉の青い内の移植苗は、鳥害に遭い易く、あわてて網がかけられたりする。そこで、鳥害回避の一手段として、子葉への培土が、移植後の植物の生育に及ぼす影響を調べた。その結果、子葉の乾物重は、培土区では漸次減少し、子葉は7日目以後に腐って消失したが、対照区では22日項に黄変した。子葉の柵状細胞より、培土区では葉緑体や細胞壁などが急激に崩壊し、でんぷん粒の消失もはやかった。第4実験:圃場実験で、直播・催芽・移植(ベーパー付きと無し、子葉培土)の各区の収量(10a当り)を比較すると、直播が548kg、催芽が456kg、ペーパー付き移植が423kg、無しが510kg、子葉培土が307kgであった。
ポスト4Gへ向けた利用者の自律・適応的行動理解モデル開発と新世代移動通信網の研究

本申請研究では,携帯電話などの移動端末における効率的な位置管理手法,および,ページング手法を提案した.提案手法は,既存のdistance based update手法に基づいているが,その登録エリアは必ずしも円ではなく,端末の移動特性に応じて,動的に変化する.これにより,着信頻度が増えた場合であっても,その通信コストを低く抑えることができ,また,その接続遅延も改善することが確認された.特に,着信頻度が高く,登録エリアが広い場合,提案手法が有効であった.登録エリアの直径が9で, 1時間あたりの平均着信数が10のとき,コストの削減率はほぼ100%に達した.さらに,接続遅延も25%改善することができた.これは,スマートフォンを使用した新しいアプリケーションのために重要である.本申請研究では,携帯電話などの移動端末における効率的な位置管理手法,および,ページング手法を提案した.提案手法は,既存のdistance based update手法に基づいているが,その登録エリアは必ずしも円ではなく,端末の移動特性に応じて,動的に変化する.これにより,着信頻度が増えた場合であっても,その通信コストを低く抑えることができ,また,その接続遅延も改善することが確認された.特に,着信頻度が高く,登録エリアが広い場合,提案手法が有効であった.登録エリアの直径が9で, 1時間あたりの平均着信数が10のとき,コストの削減率はほぼ100%に達した.さらに,接続遅延も25%改善することができた.これは,スマートフォンを使用した新しいアプリケーションのために重要である.本研究の目的は,ポスト4Gに向けた自律・適応的移動通信システムを実現することである.平成20年度はポスト4Gへ向けた,3つの基盤技術について以下の計画・方法に従って研究を進めた.1.利用者の行動特性と行動モデルの構築申請者は2001年から現在まで,セルラーネットワークにおける移動端末の行動予測・移動パターンを用いた位置管理手法に関する研究を続けてきた,それらの従来研究を発展させ,移動端末利用者の行動特性実測とその評価や利用者の行動特性のモデル化・クラスタリングによる分類・分析に関する研究に取り組んだ.2.利用者の行動特性に基づいた位置管理技術省電力・高速かつ高精度な行動特徴抽出システムについて研究を進めた.具体的には,利用者の行動特性を考慮した位置管理技術に必要な,利用者の目常の行動パターンを端末自身に認識させる技術,取得したパターンの変化に対応する自律・適応的システムの設計について,端末に保存した行動情報からの特徴的パターン検出や利用者の行動の変化に対応した柔軟なパターン更新技術,学習による移動方向・登録エリア推定技術に関する研究に取り組んだ.3.利用者の行動特性に関わるセキュリティ技術IMT-Advancedにおいて既に想定されているセキュリティ上の課題,ポスト4Gへ向けて検討すべき課題と,自律・適応的位置管理システムとの関係を検討し,バイオメトリクス認証を用いた行動パターンの保護・暗号化技術や行動パターン情報の端末・システム間でのセキュリティプロトコルの開発に関する研究に取り組んだ.なお,それぞれの詳細については,以下の成果発表等を参照のこと.本研究の目的は,ポスト4Gに向けた自律・適応的移動通信システムを実現することである.本申請研究では,まず利用者の行動履歴の特性を抽出・分析・蓄積し高度な行動理解を実現する自律・適応的アルゴリズムを開発することで無線リソースの最適化を行う自律・適応的移動通信システムを提案し,その基盤技術を研究開発する.次にこれらの基盤技術を用いてプロトタイプシステムを構築し現状の技術と比較を行い,提案システムを評価しその有効性を示す.平成22年度は,基盤技術の開発と同時に実環境における運用を想定したシミュレーションによる総合性能の評価,さらにテストベッドを用いた実験用ネットワークによる運用試験を行い,提案システムの有効性を検証した.具体的には,テストベッドの開発とそれを用いた実環境における自律・適応的位置管理システムの評価を行った.平成21年度までに行った研究成果に基づき,シミュレーションによる評価と課題を再検討したうえで,現実のネットワークを用いて自律・適応的位置管理システムの評価を行った.大学構内に無線LANを用いた実験用基地局,サーバ,PDAを用いたテストベッドを設計し,その中で提案システムの実装.評価を行った.この際,通信半径が数10メートルとなるピコセル環境を用いることで,ユーザは狭い範囲の移動においても多くの基地局を通過することになる.そのため,限定された空間である大学構内においても,行動の多様性による制御トラフィックの増加が発生し,結果的にマイクロセルとほぼ同等の実験環境を構築することが可能となる.このテストベッドを用いた実環境における実験結果と,シミュレーションによる評価を整理・分析し,セキュリティを含めた自律・適応的位置管理システム実用化に向けた有効性を総合的に検証した.本研究の目的は,ポスト4Gに向けた自律・適応的移動通信システムを実現することである.本申請研究では,まず利用者の行動履歴の特性を抽出・分析・蓄積し高度な行動理解を実現する自律・適応的アルゴリズムを開発することで無線リソースの最適化を行う自律・適応的移動通信システムを提案し,その基盤技術を研究開発する.次にこれらの基盤技術を用いてプロトタイプシステムを構築し現状の技術と比較を行い,提案システムを評価しその有効性を示す.平成23年度は,平成22年度に引き続き,基盤技術の開発と同時に実環境における運用を想定したシミュレーションによる総合性能の評価,さらにテストベッドを用いた実験用ネットワークによる運用試験を行い,提案システムの有効性を検証した.具体的には,自律・適応的位置管理提案システムの耐性の評価,自律・適応的位置管理手法の制御トラフィック削減効果の評価を行った.この過程で,街中における携帯端末の動きをプロファイルした.

プロファイル学習後は,最適なページング境界を動的に選択する,これまでに得られた知見を生かすことができる.また,このプロファイルを高齢者のための安心で安全なアプリケーションやハンドオーバー時の最適なチャネル割り当ての予測に利用した.このように,テストベッドを用いた実環境における実験結果と,シミュレーションによる評価を整理・分析し,セキュリティを含めた自律・適応的位置管理システム実用化に向けた有効性を総合的に検証した.
倫理学の〈臨床性〉に関する基礎的研究

本研究は、倫理学において、いわゆる臨床性がどのようなかたちで導入可能かを検証するところにあった。初年度は、倫理学における臨床性が、応用倫理学というかたちで実現されつつある現状を鑑みながら、この「応用」という理念の問題性を摘出した。具体的には、「応用」という理念が、原理と応用、理論と実践という二分法を前提としており、倫理学が臨床という場面を離れて、非臨床的な場所で一般理論や基礎理論として可能であるかのような幻想をふりまく危険があることを確認した。二年目は、倫理学の臨床性が、「聴く」という、一見受動的ともみえる行為のなかでもっとも深い意味をもちうることを確認した。と同時に、倫理学における臨床性の回復が、社会の臨床的な場面でのさまざまの困難の理論的分析という作業によってなされるのか、それとも倫理学そのものがそれら社会の臨床的な場面で、具体的にカウンセリングや会話セラピーといったかたちでその臨床的な作業を遂行すべきなのかという点で、最終的な結論を持ち越している点は認めなくてはならない。ともあれ、この二年間の研究で、倫理学者はもとより看護学研究者や初等教育の教師、民俗学者など、多方面にまたがる研究者と、本研究課題をめぐって突っ込んだ意見交換をできたのは、大きな収穫であった。その収穫を生かすべく、『臨床哲学ニューズレター』を本研究期間の終わりに刊行を始めたが、今後ともこの冊子を通じて、本研究課題へのさらなる取り組みを報告しつづけていきたいと思う。初年度の目標は、「応用倫理学」が統合しようとしている問題群を整理するとともに、その「応用」という概念自体の問題性を論究することにあった。前者の課題については、近年の応用倫理学関係の文献を検討するとともに、臨床哲学・倫理学のカバーすべき問題領域のうちで、とくに労働ならびに所有という行為が含む倫理学的な問題を考察した(著書『だれのための仕事』ならびに論文「Who Owns Me?」)。後者の課題については、同じような問題意識をもつ研究者と意見交換を行なった。中心になったのは、コミュニケーション論と「心の哲学」研究に取り組んでおられる中岡成文大阪大学助教授とシステム論的家族療法とボランティア論に取り組んでおられる入江幸男大阪大学助教授とで組織した「臨床哲学研究会」における討論であり、さらには川本隆史跡見女子学園大学教授、大庭健専修大学教授らの倫理学研究者との意見交換であり、そこで応用倫理学の現状調査や哲学における臨床性の概念について集中的に議論した。また、品川哲彦広島大学総合科学部助教授、村田純一東京大学教養学部助教授ら哲学研究者と、哲学・倫理学の臨床論的展開の可能性について、とりわけ身体的コミュニケーションや自己/他者関係の現象学的分析の可能性について、意見交換を行ない、その成果を論文のかたちで公表した(著書『見られることの権利-〈顔〉論』『ちぐはぐな身体』、および論文「他なるものの時間」「都市のテクスチュア」)。今後は、倫理学における〈臨床性〉の概念のより踏み込んだ分析をするために、哲学・倫理学以外の研究者(臨床心理学、臨床教育学、社会学、ケア論)と議論を深めるとともに、それらの臨床の現場に積極的に関与していく可能性を探りたいと思う。二年目の主たる目標は、第一に〈臨床〉概念についてのより突っ込んだ理論的研究をなすこと、第二に学問性格として臨床性の比較的強い領域(応用倫理学以外に、たとえば精神医学・看護学・臨床教育学等)の研究者との意見交換を推進することでであった。第一の課題については、「現場」ということの哲学的な意味、ならびに臨床における「聴く」という行為のポジティブな意味について、連載論考の執筆を開始した(「聴くことの力」)。また哲学・倫理学の領域においてなぜいま臨床性が問題になるのかを、哲学が現在置かれている状況の思想史的考察のなかで論及した(「哲学の場所」)。第二の課題については、臨床的性格のもっとも強い診療科学である精神分析の研究者(新宮一成京都大学大学院教授ら)と意見交換をくりかえし行なった(その成果の一部は「フロイト」というかたちで発表した)。生命倫理学の川本隆史跡見学園女子大学教授、清水哲郎

東北大学教授やケア論の池川清子北海道医療大学教授、癒しの民俗学的研究の小松和彦大阪大学教授らとの討議や、転職相談者や化粧セラピストの活動現場の実地調査などを通じて、倫理学における臨床研究・活動の可能性について考察を深めた(それらの成果は、生命哲学のとるべき視点を論じた「生の交換・死の交換」や、ケアやコミュニケーションにおける身体性を論じた「感覚の技法」、現代におけるアイデンティティの脆さという問題をとり扱った「〈わたし〉というトポス」や『じぶん』のなかに折り込まれた)。このほか、「心の哲学」研究に取り組んでおられる中岡成文大阪大学教授ならびにボランティア論に取り組んでおられる入江幸男大阪大学助教授と共同で組織している「臨床哲学研究会」における討論より得た知見は多く、それら討論の記録を『臨床哲学ニューズレター』(1997年3月創刊)というかたちで刊行を始めた。
胎盤形成における胎盤特異的インプリント遺伝子のエピゲノム分子機構とヒト胎盤異常

ゲノムインプリンティング(GI)は、胎盤を有する哺乳類に特有な現象で、胎盤形成にその生物学的重要性が指摘されている。本研究では、胎盤における胎盤特異的GI遺伝子の役割を明らかにするため、エピジェネティックな分子機構と未分化維持に機能するシグナル伝達経路について解析した。また、クローンマウス胎盤では、胎盤特異的GI遺伝子のインプリント異常を確認し、核の初期化現象に重要な役割を果たす事を明らかにした。本研究では、胎盤特異的GI遺伝子の胎盤組織特有のエピゲノム分子機構と分子間相互作用について明らかにすることを目的とする。本年度は、DNA多型を有するマウス正常胎盤(E9.5)と、TS細胞を用い、胎盤特異的GI遺伝子(Gab1)のDNAメチル化とヒストン修飾の解析を行った。その結果、新規のDMR(アレル特異的メチル化領域)とH3K4me3やH3K9me2などのヒストン修飾がアレル特異的に見られることを明らかにした。また、これらのアレル特異的なエピジェネティックな修飾は、クローン胎盤では見られなかった。さらにGab1ヘテロKOマウスの胎盤の比較により、父由来遺伝子が欠損した場合には胎盤重量が減少するが、母由来遺伝子欠損では胎盤の異常は観察されなかった。従来、胎盤特異的GI遺伝子は、DMRに依存しないと報告されていた。しかし、Gab1 DMRの存在により、胎児と同様に胎盤におけるインプリンティングにもDNAのメチル化に依存する可能性が示唆された。さらにクローン胎盤では全例でGab1のインプリント制御が異常になっていることにより、体細胞の「核の初期化」には限界があることが強く示唆された。胎盤を保有する動物間でGIが維持されている事実は、胎盤組織の重要性を示すものと改めて認識した。特定の親由来アレルの選択的発現様式を示すゲノムインプリンティング機構は、哺乳類の胚発生、分化に必須な現象である。哺乳類特有のGI機構と胎盤の存在は、胎盤組織におけるGI調節機構の生物学的重要性を示唆する『胎盤仮説』。申請者らは、次世代シークエンサー装置を用い、胎盤特異的GI遺伝子を網羅的に検索し、10種類の遺伝子を同定した(Okae et al. Hum. Mol. Genet. 2012)。これらの遺伝子は、胎盤形成過程で重要な機能を持つが(Schaeper et al. PNAS 2007他)、何故胎盤組織だけにインプリントが存在するのか、その分子機構は明らかではない。体細胞クローンマウスは、胎盤肥大を典型的な特徴とする(Ogura et al. Nature Genet. 2002他)。体細胞の「細胞核のリプログラミング(初期化)」の異常、つまりエピジェネティックな修飾異常が胎盤形成に影響する。最近申請者は、クローン胎盤では、胎児性GI遺伝子は正常インプリントを維持するが、胎盤特異的GI遺伝子(Gab1, Sfmbt2)では、異常を示す事を発見した。クローン胎盤に特有の胎盤特異的GI遺伝子のエピジェネティックな異常を解明することは、胎盤形成におけるGI機構の生物学的意義を明らかにする上で重要である。また、クローンマウス胎盤では、胎盤特異的GI遺伝子のインプリント異常を確認し、核の初期化現象に重要な役割を果たす事が判明した。産婦人科学、分子生物学当初の計画通り、研究は実施できた。胎盤組織の解析には、母体細胞の混入がないことに、細心の注意を払って実施した。また、ChIP-PCR法については、抗体の選別、特異性や安定性など、十分な基礎的検討を行った。また新たな胎盤特異的DMRを初めて明らかにした。最終年度は、Gab1ヘテロKOマウスの胎盤の形態について詳しく解析し、胎盤での機能についても明らかにする。今年度はの研究は順調に実施できているが、研究成果発表できるまでの成果に至らなかったため、旅費、準備等の資金を繰り越すこととした。Gab1ヘテロKOマウスの胎盤の形態について詳しく解析し、胎盤での機能についても明らかにするため、マウス購入費、DNAメチル化解析費用に使用する。また、これらの結果を用いて成果発表も行う。未使用金は平成26年度分と合わせて使用する。
スポーツを通して集団ダイナミクスを解明する

個が集まり集団となったとき、「個」の能力の総和以上の力が「集団」として創発する。本研究課題の目的は、こうした集団の創発現象に潜むダイナミクス(規則性)を明らかにすることである。平成25年度では、数ある集団現象のうちでも、高度に洗練された集団現象のひとつともいえる脳の神経細胞集団に潜むダイナミクスを明らかにすることを目的として、(1)集団の構成要素である1神経細胞の発火ダイナミクスを検証すること、(2)多細胞による同期発火のダイナミクスを検証することを研究計画とした。実験では、多数の電極を埋め込んだシャーレ上に、ラット胎児大脳皮質由来の神経細胞を長期培養し、細胞の電気的活動を測定した。その結果、1細胞には、他の細胞との結合がなく孤立した状況であっても、周期的な発火パターンが認められた。また一方で多細胞の検証実験では、培養シャーレ上の細胞接着性物質のコーティング手法を開発することで、複数のサブ集団からなるネットワークを構築し、多細胞集団による同期発火における信号伝播の特性を明らかにした。この研究成果は現在、査読付き学術雑誌への投稿準備中である。本研究課題の当初の目的は、集団スポーツを行うヒトの行動データを題材として集団ダイナミクスを検討する予定であったが、脳の神経細胞集団も加えて題材とすることで、ダイナミクス解析手法の開発と集団現象一般への考察を深めることができた。今後、本研究を足掛かりとして、集団ダイナミクスの包括的な理解に発展させたい。(抄録なし)個が集まり集団となったとき、「個々」の能力の総和では想像できないような力が「集団」として創発する。こうした集団の創発に潜むダイナミクス(規則性)を明らかにすることが本研究の目的である。平成23年度は、三者ダイナミクスとチームダイナミクスに関する2つの研究成果が得られた。まず、三者ダイナミクスについては、サッカーの3対1ボール保持課題を行う三者の連携が、対称性のホップ分岐理論によって予測される同期パターンと一致すること、パターンの違いが技能レベルに対応することを明らかにした。さらに初級者は、二者の動きに同時に気づくことができない傾向であったことから、三者を物理的に繋ぐ練習道具を開発し、その効果を検証した。この道具は、他者への「気づき」をスポーツを通じて与えられる可能性を含むため、教育現場への還元が期待できる研究成果といえる。また、チームダイナミクスについては、サッカーのパス回しをネットワーク理論に基づいて解析した結果、ハブと呼ばれる中心的な選手が存在し、なおかつ、その選手は試合経過によって切り替わる傾向があることを明らかにした。これは、2つの競合する少集団の行動戦略というように、様々な集団に応用できる研究成果といえる。上記2つの研究は、査読付き学術論文および新聞・インターネット等のマスメディアに掲載されたことから、研究意義が社会的に認められたものと考えられる。また一方で、スポーツというヒトの行動レベルでの集団ダイナミクスを解析する方法論を先駆的に開発するために、受け入れ先の研究室で既に研究実績めあるミクロスケールの脳神経細胞集団を対象とした培養実験系を援用し、集団ダイナミクスの解析法の開発およびその普遍性の検討を行った。個が集まり集団となったとき、「個」の能力の総和では想像できないような力が「集団」として創発する。こうした集団の創発現象に潜むダイナミクス(規則性)を明らかにすることが、本研究の目的である。平成24年度では、生命現象のなかでも特に洗練された集団ともいえる脳の神経細胞集団を題材として、脳の神経細胞の集団ダイナミクスの検証を行った。ラット胎児大脳皮質由来の神経細胞を8×8の多電極アレイ上で約2か月に渡って分散培養し、数日おきに全電極の活動電位を測定したところ、ネットワークの形成とともに複数の神経細胞の高頻度発火の同期、すなわち同期バーストが確認された。同期バースト発生の時間間隔と、同期を担う複数の神経細胞のうちのひとつの神経細胞の発火間隔をリターンマップに当てはめたところ、両者に類似する傾向が確認された。これは、1神経細胞と多神経細胞集団、すなわち「個」と「集団」に共通する時間ダイナミクスが潜むことを示唆している。この結果は慎重に検証すべきものの、ヒト行動などのその他の集団現象に一般化できる可能性を含んでおり、広義な意味での集団ダイナミクスの理解に繋がる重要な結果と考えられる。また、神経細胞の集団的な振る舞いとして観察された同期バーストは、生体内の知覚や運動、学習、記憶などの高次機能に関わることが知られていることから、本研究の成果は集団ダイナミクスのみならず脳機能の新たな理解に繋がるものと考えられる。