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初等及び中等学校におけるカリキュラム開発・再編・評価に関する実証的比較研究

本研究は、2003年度からの3年継続研究プロジェクトであり、その今年度研究成果概要は下記の通り。1)文部科学省指定の研究開発学校を中心として行われている、教科・教育課程再編に伴う編成原理と学習内容構成に関する実証的研究において、とりわけ小学校における英語活動・英語教育・国際理解教育の実践研究とその可能性と課題について集中的に検討進めた。具体的には、東京地区と鹿児島地区で実践研究フォーラムや研究開発学校の訪問調査を行い、小学校の英語教育の可能性と課題について、研究成果を公開しながら検討会の場を創り、それらをさらにまとめて、報告書にまとめた。2)中等学校に関するカリキュラム開発研究としては、研究開発学校の資料収集とともに、特徴ある学校への訪問調査を行い、それを『東京学芸大学教員養成カリキュラム開発研究センター年報』(第3号)にまとめたり、学会や研究会で研究発表し、さらにその一部を報告書に集録した。3)「カリキュラム開発の動向に関する比較研究資料の収集と考察」に関しては、高等学校における学科再編等の中で、総合的な学習形態の1つとして取り組まれている環境教育実践について、全国500校(普通科)の教務主任と国語・社会・理科・英語教諭対象のアンケート調査を行い、分析した。その分析結果(中間まとめ)については、『環境教育カリキュラム開発の現状』にまとめた。4)教育課程の国際比較研究という点では、中国の北京師範大学・東北師範大学等の附属小学校等を訪問調査し、資料収集と現地調査を行った。その研究成果の一部は、日中小学校理科教科書の比較研究としてまとめた。本研究は、2003年度からの3年継続研究プロジェクトであり、初年度の研究概要は下記の通り。1)「多様な学習形態の導入とカリキュラム開発・再編・評価に関する実証的・実践的研究」としては、(1)「少人数学習」「発展的学習」等の多様な学習形態の導入に伴う教育課程編成とその運用の実際に関する資料収集を学校参観を含めて行うとともに、(2)文部科学省指定の研究開発学校を中心として行われている、教科・教育課程再編に伴う編成原理と学習内容構成に関する資料を、現地での聞き取り調査を含めて行った。2)とりわけ上記の研究課題の(2)に関しては、小学校における英語活動・英語教育・国際理解教育の実践研究とその可能性と課題について集中的に検討進めた。具体的には、東京地区と鹿児島地区で実践研究フォーラムを行い、東京地区、鹿児島地区と山形県小国町での研究開発的な実践研究を基に議論した。その実践研究フォーラムの概要を『東京学芸大学教員養成カリキュラム開発研究センター年報』(第3号)にまとめるとともに、フォーラム当日の資料並びに議論を基にした論考を、本科研費報告書(第1年度報告)として作成した。3)「カリキュラム開発の動向に関する比較研究資料の収集と考察」に関しては、(1)米国・テネシー州の学校教育カリキュラム改革の動向、(2)テネシー州における現職研修の施設とシステム、スタッフ、(3)ミドルテネシー州立大学における教員養成カリキュラム等に関する資料収集を、現地視察、学校参観、聞き取りを含め行った。本研究は、2003年度からの3年継続研究プロジェクトであり、2年次の研究概要は下記の通り。具体的には、東京地区と鹿児島地区で実践研究フォーラムを行い、鹿児島県薩摩川内市立平佐西小学校と石川県金沢市立南小立野小学校での研究開発的な実践研究を基に議論した。その実践研究フォーラムの概要を『東京学芸大学教員養成カリキュラム開発研究センター年報』(第4号)にまとめるとともに、フォーラム当日の資料並びに議論を基にした論考を、本科研費報告書(第2年度報告)として作成した。2)なお、教育課程の国際比較研究という点では、中国の北京師範大学・精華大学・東北師範大学等を訪問調査し、資料収集と現地調査を行った。その際の小学校英語教育に関しての報告は、『東京学芸大学教員養成カリキュラム開発研究センター年報』(第4号)にまとめた。

3)「カリキュラム開発の動向に関する比較研究資料の収集と考察」に関しては、高等学校における学科再編等の中で、総合的な学習形態の1つとして取り組まれている環境教育実践について、全国500校(普通科)の教務主任と国語・社会・理科・英語教諭対象のアンケート調査を行い、分析した。その分析結果(中間まとめ)については、『環境教育カリキュラム開発の現状』にまとめた。本研究は、2003年度からの3年継続研究プロジェクトであり、その今年度研究成果概要は下記の通り。1)文部科学省指定の研究開発学校を中心として行われている、教科・教育課程再編に伴う編成原理と学習内容構成に関する実証的研究において、とりわけ小学校における英語活動・英語教育・国際理解教育の実践研究とその可能性と課題について集中的に検討進めた。具体的には、東京地区と鹿児島地区で実践研究フォーラムや研究開発学校の訪問調査を行い、小学校の英語教育の可能性と課題について、研究成果を公開しながら検討会の場を創り、それらをさらにまとめて、報告書にまとめた。2)中等学校に関するカリキュラム開発研究としては、研究開発学校の資料収集とともに、特徴ある学校への訪問調査を行い、それを『東京学芸大学教員養成カリキュラム開発研究センター年報』(第3号)にまとめたり、学会や研究会で研究発表し、さらにその一部を報告書に集録した。4)教育課程の国際比較研究という点では、中国の北京師範大学・東北師範大学等の附属小学校等を訪問調査し、資料収集と現地調査を行った。その研究成果の一部は、日中小学校理科教科書の比較研究としてまとめた。
高階ペトリネットによる量的観点から生命に潜むシステム構築原理を抽出する手法の研究

細胞内の機能を理解するために数理モデリングとシミュレーションによる方法が重要視されるなか、モデルに対する生物的に適切なパラメータを推定することは、モデルのサイズが大きくなると限界に直面する。本研究はこの限界をに対して、パスウェイのネットワーク構造がわかっているときに、そのキネティックパラメータを自動的に推定する方法を開発した。この方法はhybrid Petri net with extensionをモデリングとシミュレーションのベースとして用い、オンラインモデル検証の技術を応用したものである。この方法を、C.elegansの神経細胞の運命決定モデル(ASE運命モデル)に対して適用し、その有効性を示した。まず、このモデルに9つの遺伝子変異を模倣するようにした3,327個のコンポーネントから構成される動的ASE運命モデルを構築した。次に、これまで開発きてきたオンラインモデル検証ツールMIRACH1.0を用い、これをパラメータを変化させて2000万回シミュレーションを行った。そして、既知の生物学的知識に基づく45の規則と無矛盾となるように、ASE運命モデル内の23のパラメータに対する57個のパラメータセットを抽出することができた。この抽出はほぼ自動的にできた。この57このパラメータセットを評価するために、ノイズ量を変化させ、さらに2000万回のシミュレーションを行った。その結果、これらのモデルの中に、生物知識的に合理的で、ノイズに対して非常にロバストなモデルがひとつだけあった。このパラメータセットをもったモデルは興味深い知見をあたえるのではないかと期待している。さらに、モデル検証と粒子フィルターを用いたデータ同化の方法を用いて、マウスの概日周期モデルのパラメータ推定を行った。このモデルに対して23の生物学的知識に基づく時間関係の入った規則を定義した。計算機実験により、非常に効率よく正確にモデルパラメータの推定ができ、この組み合わせが非常に有効であることがわかった。想定していたレベルの成果が得られ、論文としての発表も十分であるため。最終年度であるため、この研究で得られた方法論とソフトウェアを今後のシステム生物学研究の場に活用していきたい。1.パスウェイのシミュレーションモデルの動的な特徴として、時間とともに変化する構造を捉えるために、活性状態遷移ダイアグラム(Active State Transition Diagram(ASTD))という概念を定義した。そして、時系列遺伝子発現データから、その関与するパスウェイのASTDを構築して解析するための新たな方法を開発した。パスウェイのモデルには高階ペトリネットを用いた。この方法のために2つの新たなアルゴリズムを開発した。第1のアルゴリズムは、テンポラルサブネットとよぶサブネットワークの時系列を抽出するもので、これが時間とともに変化するダイナミクスに影響を与えているバイオロジカルなコンポーネントを描出している。第2のアルゴリズムは、こうして抽出されたテンポラルサブネットから構成されるASTDを計算するものである。この方法により、概日周期や薬剤などに応答して、時間と共に変化するキー制御遺伝子群やサブネットワークを捉え、追跡することができる。この方法をショウジョウバエの概日周期モデルに適用し、その有効性を証明した。2.シグナル伝達系などのシミュレーションモデルにおいてパラメータを決めることは重要な問題であるが、そのための精密な実験データを得ることは困難なことが多い。本研究では、生物的な事実がわかっているが、シミュレーションモデルのパラメータを決めるためにその背景にある実験データがない場合に、パラメータを探索するための一般的な方法論を開発した。ペトリネットをシグナル伝達系のシミュレーションモデル化に用いている。確率的決定規則を導入することで、ペトリネットにおけるトランジションの発火遅延時間を決めるものである。この方法を、生物学的事実に基づいてペトリネットで作成したinterleukin-1誘導シグナル伝達系モデルに適用して、その有効性を確かめた。
大腸腫瘍幹細胞性維持におけるインスリン様増殖因子シグナルの治療標的としての可能性

インスリン様増殖因子(Insulin-like Growth Factor,IGF)は血清中では生理的な阻害分子であるIGF結合蛋白質(IGF binding protein, IGFBP)と結合して大部分が非活性型(IGF-IGFBP複合体)として存在する。IGFが生物学的作用を発揮するためにはプロテアーゼによるIGFBPの分解が必須である。われわれはMatrix Metalloprotease(MMP)-7が6種類のIGFBPすべてを分解する酵素活性を持つことを見出した。さらに家族性大腸腺腫症のモデルマウス(ApcMinマウス)とMMP-7のノックアウトマウスをかけ合わせると大腸ポリープの発生が抑制されることから、MMP-7が腫瘍微小環境内のIGFを活性化し、主に抗アポトーシス作用により腫瘍発生に寄与すると考えられた。さらにわれわれはApcMinマウスにIGF中和抗体を投与するとポリープの発生が抑制されることも報告している(Mol Cancer Ther 2010)。一方、癌の根治を目指すには癌幹細胞を排除することが重要であり、癌幹細胞性を維持するために必要な生存シグナルの同定は癌幹細胞を標的とする治療開発に必須である。血清中のIGFが高いことが大腸癌のリスクになることや脳下垂体から成長ホルモンが過剰分泌され末梢組織でのIGF-1が増加する先端肥大症患者で大腸癌が多いことは、ヒトの大腸発癌においてもIGFが関わっていることを強く示唆する。1つの可能性としてわれわれはIGFシグナルが癌幹細胞性の維持に重要なシグナルであると想定した。そこでApcMinマウスで同定されたDclk-1陽性大腸腫瘍幹細胞に着目し、腫瘍幹細胞周囲の微小環境におけるIGFシグナルの重要性を証明し、大腸腫瘍幹細胞を標的とした新たな治療法の開発を目指している。われわれはApcMinマウスの腺腫から腫瘍オルガノイドを樹立した。大腸腫瘍幹細胞におけるIGFシグナルの活性化を見るために、腫瘍オルガノイドおよびヒト大腸癌組織においてDclk-1、MMP-7、IGF type1受容体(IGF-1R)の免疫染色を行った。両組織においてDclk-1陽性細胞とMMP-7陽性細胞の局在はまったく異なっており、少なくともMMP-7はDclk-1陽性細胞からは分泌されていないことが明らかになった。正常腸管上皮において、パネート細胞はMMP-7陽性となりLgr5陽性幹細胞に接して存在し、wnt3を分泌することにより幹細胞ニッシェを構成していることが知られている。パネート細胞由来のMMP-7がIGFBPプロテアーゼ活性を持つことを考えれば、幹細胞ニッシェにおいて活性化されたIGFが幹細胞性維持に何らかの役割を持つことが想定される。一方、腫瘍においては腫瘍自体が分泌するMMP-7が腫瘍微小環境においてIGFを活性化し、paracrine的にDclk-1陽性細胞に作用し、腫瘍幹細胞性の維持に寄与している可能性を考えている。しかしながらオルガノイドの培養には必ずしも血清(IGF-IGFBP複合体が含まれる)を必要とせず、またMMP-7は不活性型の前駆体で分泌され、その活性化には間質細胞から分泌される他のプロテアーゼによる限定分解が必要である。オルガノイドの系も含めin vitroの系では間質細胞を含まず、分泌されたMMP-7の活性化を評価できない。そのため、生体内での腫瘍幹細胞ニッシェにおけるMMP-7の活性化ひいてはIGFシグナルの活性化をin vitroの系で評価するには限界がある。以上より当初の研究計画の遂行はかなり難しい状況にある。腫瘍オルガノイドは継代を重ねるにつれ、Dclk-1陽性細胞が減少していくことも問題であり、培養系にIGF(±IGF中和抗体)、活性型MMP-7、MMP阻害剤などを添加し、Dclk-1陽性細胞の数やオルガノイドの形態にどのような変化が起こるかを検討する予定である。Exogenousに加えたIGFにより、オルガノイド内のDclk-1陽性細胞の数を維持することができれば、少なくともIGFが腫瘍幹細胞の維持に寄与しうることが証明できる。しかしながら上記の理由により、生体内における腫瘍の微小環境におけるIGFのMMP-7による活性化をin vitroで再現することは困難である。同時並行している以前から継続中のIGF中和抗体による肝転移の抑制実験がある程度結果が出つつあるため、最終年はそちらに研究計画をシフトすることも視野に入れている。われわれはMMP-7が6種類のIGFBPすべてを分解する酵素活性を持つことを見出した。さらに家族性大腸腺腫症のモデルマウス(ApcMinマウス)とMMP-7のノックアウトマウスをかけ合わせると大腸ポリープの発生が抑制されることから、MMP-7がIGFーIGFBP複合体を分解する結果、腫瘍微小環境内でIGFが活性化され、その抗アポトーシス作用が腫瘍の発生に重要であると考えられた。さらにわれわれはApcMinマウスにIGF中和抗体を投与するとポリープの発生が抑制されることも報告している(Mol Cancer Ther 2010;9(2):419-28)。

一方、癌の根治を目指すには癌幹細胞を排除することが重要であり、癌幹細胞性を維持するために必要な生存シグナルの同定は癌幹細胞を標的とする治療開発に必須である。血清中のIGFが高いことが大腸癌のリスクになることや脳下垂体から成長ホルモンが過剰分泌され末梢組織でのIGF-1が増加する末端肥大症患者で大腸癌が多いことは、ヒトの大腸発癌においてもIGFが関わっていることを強く示唆する。1つの可能性としてわれわれはIGFシグナルが癌幹細胞性の維持に重要なシグナルであると想定した。そこでApcMinマウスで同定されたDclk-1陽性大腸腫瘍幹細胞に着目し、腫瘍幹細胞周囲の微小環境におけるIGFシグナルの重要性を証明し、大腸腫瘍幹細胞を標的とした新たな治療法の開発を目指している。まずわれわれはApcMinマウスの腺腫から腫瘍オルガノイドを樹立した。それをホルマリン固定パラフィン包埋を行い、セルブロックを作成した。セルブロックを薄切し、オルガノイド中の腫瘍幹細胞におけるIGFシグナルの活性化を見るために、Dclk-1、MMP-7、IGF type1受容体(IGF-1R)、リン酸化IGF-1Rの免疫染色を行った。しかしながら腫瘍オルガノイドにおいてDclk-1陽性細胞は視認されるものの、他の抗体は染色性が悪く、MMP-7陽性細胞の局在、Dclk-1陽性細胞におけるIGF-1Rの発現やリン酸化の評価が困難であった。正常腸管上皮において、パネート細胞はMMP-7陽性となりLgr5陽性幹細胞に接して存在し、wnt3を分泌することにより幹細胞ニッシェを構成していることが知られている。パネート細胞由来のMMP-7がIGFBPプロテアーゼ活性を持つことを考えれば、幹細胞ニッシェにおいて活性化されたIGFが幹細胞性維持に何らかの役割を持つことは十分想定される。特にIGFは足場非依存性増殖におけるアポトーシス耐性に寄与することから、少なくとも3次元培養であるオルガノイドの維持においては生存に有利な増殖因子である。さらにApcMin由来の腫瘍幹細胞はApc変異によりWntシグナルが恒常的に活性化されており、Wntシグナルの下流にあるMMP-7はDclk-1陽性腫瘍幹細胞自身からも分泌されることが想定される。理論的には生体内の腫瘍幹細胞ニッシェにおいてはMMP-7はオートクライン、パラクラインの両方から作用し、より効率的にIGFが活性化されていることが正常腸管上皮幹細胞ニッシェとの違いかもしれない。インスリン様増殖因子(Insulin-like Growth Factor,IGF)は血清中では生理的な阻害分子であるIGF結合蛋白質(IGF binding protein, IGFBP)と結合して大部分が非活性型(IGF-IGFBP複合体)として存在する。IGFが生物学的作用を発揮するためにはプロテアーゼによるIGFBPの分解が必須である。われわれはMatrix Metalloprotease(MMP)-7が6種類のIGFBPすべてを分解する酵素活性を持つことを見出した。さらに家族性大腸腺腫症のモデルマウス(ApcMinマウス)とMMP-7のノックアウトマウスをかけ合わせると大腸ポリープの発生が抑制されることから、MMP-7が腫瘍微小環境内のIGFを活性化し、主に抗アポトーシス作用により腫瘍発生に寄与すると考えられた。
四川大地震における住宅復興の類型的調査研究

本研究は2008年に発生した中国の四川大地震における住宅復興の実態を調査し、阪神・淡路大震災や東日本大震災との比較を通じて、今後の大規模災害における住宅復興の備えに資する知見を得ようとしたものである。四川大地震の被災地は山間部の農山村、平野部の農村、都市地域と広範囲にわたり、中央政府の強力な指導による復興の形態は様々であり、本研究ではそれらの被災地における住宅復興を類型としてとらえ、それぞれの特徴を明らかにした。四川大地震の被害及び復興状況の現地調査を行った。(1)農山村部集落の被害及び住宅復興の実態調査(1)対象地区:綿陽市永安鎮向陽村(2)調査方法:向陽村全体の住宅、道路、農地、作業小屋などの配置を実測し、村全体の図面を作成した。以下の事項について、現地の被災者にインタビューを行い、各住宅の間取り等を実測調査した。震災前の状況:構造、建て方、居住人数、各部屋の使い方など、被害状況-全壊・半壊・一部損壊戸数、復興住宅の建設状況(建設資金、建設方法、住宅の構造、建て方、平面、各部屋の使い方、入居後の評価向陽村は漢族の村であるが、政府の方針により羌族風の住宅再建がおこなわれた特異な村である。地震前は漢族の質素な住宅であったが地震後は、白と灰色の彩色、この地域に産出する灰緑色の石を張った腰壁などの特徴をもつ住宅が建設された。また四隅に突起を持つ屋上が作られ、物置として利用するようになった。地震前の住宅ではほとんどなかった住み方(使い方)である。(2)都市部の住宅被害実態調査都江堰市内の水電10局アパートにおいて、被災後もアパートに居住している住民に対してインタビューをおこない、各住戸の平面実測調査を行った。調査事項:震災前の状況、住宅戸数、構造、建て方、従前住宅、被害状況、被害住戸の補修・改善状況、費用、入居後の評価。この団地では全壊した住棟の住民は、市内の別の場所につくられたアパート(濾都花園)に転居するか(置換住宅)自分で別途住宅を購入する(この場合は70m^2の住宅購入に対して196000元の補助金)。半壊住棟の居住者は仮設住宅から戻り入居し、建物補強で継続居住している。補強のための政府の支援金は1戸当たり30005000元。住戸は以前は社宅(賃貸)であったが現在は持家となっている。農山村部集落(スーファン市紅白鎮)において住宅復興の実態調査を行った。紅白鎮は、集落がほぼ全滅したが、地盤の被害はそれほどでないため、もとの地域での大規模な市街地再編が行われた。2009年夏に計画案ができており、それがどの程度実現しているか、また被災者はどのように個々の住宅を確保したか、を調査した。具体的には、紅白鎮政府を訪問し、概要の説明を受けた。また、紅白鎮内の3つの村(松林村、紅白村、木瓜坪村)において、住民に対してインタビューを行った。紅白鎮の復興は前面的に再編したものの、従前の土地からそれほど離れずに、自宅を確保したものが多いということがわかった。ただし、他の地域から移り住んだものもあり、そのウエイトは明らかでない。新北川県住宅団地-北川県は都市全体が大規模な地盤崩落に飲み込まれ、全滅した。このためもとの都市を放棄し(今も立ち入り禁止状態)、約20km離れた別の地に新都市(計画人口7万人)を建設した。新北川ニュータウンはすでにほぼ入居が終わっており、被災者の生活が展開されている。住宅はそれなりに満足のいくものであるらしいが、周辺に雇用の場がなく、遠くまで働きにいかなければならない。現在、団地に隣接してハイテク工業地区が建設されつつあるが、少数民族でスキルのない被災住民がそこで雇用されるかどうか見通せていない。一方、都市部の住宅復興として、都江堰市内の濾都家園で居住者に値するインタビュー調査をおこなった。この団地は、水電10局の社宅団地が全壊して住めなくなった人々の受け皿として、建設された(それ以外の住民も入居している)。また、四川大地震との比較の視点から、東日本大震災の被災と復興の状況について、主として津波被災地の実態調査を子なった。津波地域は四川地震と全く様相が異なるが、高台移転などの復興は、新北川の集団移転などとも似た側面があり、比較の対象と考えている。2008年5月に発生した中国四川省の四川大地震は約7万人の死者をはじめ、多大な被害をもたらした。本研究では、広域で多様な震災被害からの住宅復興を大きく4つの類型に分けて捉え、その特徴を明らかにした。具体的には、1山間部集落の被害と復興、2都市地域での被害と復興、3農村集落の被害と復興、4集団移転による復興を取り上げた。2013年度については、前年度までの成果の上に立って、補足的調査を行い、西南交通大学

林青教授と総括的議論を行った。調査内容は、第1に、都江堰市の郊外に位置する玉堂鎮水泉村における統一的な復興住宅の実測調査および居住者へのインタビュー調査をおこなった。水泉村は都市部から約10km奥地の河川沿いの斜面地にある集落であるが、個々の住宅が計画的に配置され、居住者の評価が良好であった。第2に、震源に近い文川県映秀鎮漁子渓村における復興住宅実測調査とインタビュー調査を行なった。映秀鎮は壊滅的被害を受けた文川大地震のメッカのようなところであるが、漁子渓村はその被災者の相当数を隣接する高台に移住させたものである。住宅そのものは適切に計画されているが、河川沿いの低地に位置する元の集落(町)との高低差は100m以上あり、クルマのない人々は急斜面を徒歩で行き来している。第3に、大規模な集団移転地の新北川においてインタビュー調査を行なった。山東省の対口支援で建設されたこのニュータウンは、当初、人影もまばらであったが、現在では人口が張り付き、市場や商店にも活気が見られる。復興住宅は全て7階建ての鉄筋コンクリート集合住宅である。中国の制度では7階まではエレベーターが設置されないので、高齢者には負担である。それ以上に、問題はこの新市街地では雇用がないという点である。隣接してハイテク工業団地が建設されるというが、農村部の高齢化した被災者に雇用機会となるかどうかが懸念されている。中国での調査研究はおおむね、当初の計画通りすすんでいるが、東日本大震災の発生により、中国側の関心も高く、両者の比較をするということから、当初計画になかった研究的意義をもつようになった。25年度が最終年度であるため、記入しない。四川地震の住宅復興を経年的変化を捉えながら追跡することを予定通り続けながら、その後発生した、噴火災害の復興状況を把握し、また世界的に注目を集めている東日本大震災の復興状況について比較の視点を持ちながら、把握し、国際的な学術交流に発信していくことを目指す予定である。
炎症関連因子クラスター分化抗原81を用いた根絶的リウマチ治療薬の開発

(1)CD81を細胞表面に発現するヒト滑膜肉腫細胞SW982を用いて、様々な条件下で抗CD81抗体添加による刺激実験を行い、抗体刺激によってシノビオリンの発現が直接的に誘導されることを、定量PCRおよびシノビオリンプロモーターを有するレポーター遺伝子発現系によって明らかにした。また、細胞表面のCD81からシノビオリンの発現誘導に至るおけるシグナル伝達経路を解析し、MAPキナーゼERKの関与を示唆する結果を得た。(2)関節炎モデルラットの関節組織にCD81のsiRNAを注入してCD81の発現を抑制することで病態の改善を試みる治療実験を行い、CD81分子の発現抑制に、炎症性サイトカインの抑制を上回る治療効果があることを確認した。さらにCD81の抑制によってシノビオリンの分布も抑制されることが免疫組織化学的に確認できた。(Biochem.Biophys.Res.Commun.388, 467-472, 2009)。(3)国立成育センター宮戸室長より分与を受けたCD81ノックアウトマウスのヘテロ体を交配してホモ体を作製し解析を行った。その結果、ノックアウトマウスでは破骨細胞の形成や機能が亢進していることが明らかとなった。(4)CD81を測定する早期リウマチ診断薬を開発するためCD81タンパクの細胞外領域を大腸菌で大量発現する試みを行った。その結果、GSTおよびHisタグを有する融合タンパク質としてCD81細胞外領域の大量発現に成功した。このタンパク質には若干の分解産物が混合しているため、さらに精製を進めている。またこのタンパク質を放射標識して、血中や関節液中のCD81を測定することでRAの早期診断が可能なキットの開発を進めている。(1)CD81を細胞表面に発現するヒト滑膜肉腫細胞SW982を用いて、様々な条件下で促進型抗CD81抗体添加による細胞刺激を行い、核内でシノビオリンの発現が直接的に誘導されることを、シノビオリンプロモーターを有するレポーター遺伝子を用いることで確認した。またプロモーター部分を様々な程度に部分欠失させた変異体を作製し、CD81の刺激による核内でのシノビオリンの発現誘導におけるシノビオリンプロモーター上の必須cisエレメントの同定の試みを進めた。さらに、硬組織におけるCD81の発現を調べるため、長骨切片等を用いた系統的免疫組織化牽的実験を開始した。(2)関節炎ラットの関節組織にCD81のsiRNAを注入して病態の改善を試みるモデル実験を開始した。まずCD81発現の抑制に有効なsiRNAを選別するため、滑膜細胞に3種のsiRNAをそれぞれ導入し、導入後の内在性CD81の発現を経時的に定量PCR法で調べた。その結果、3種とも内在性CD81の発現を10-20%程度まで抑制した。その中で特に抑制効果の大きかった#c614を関節に注入することとし、大量調製を行った。またCD81の様々な作用を調べるためのCD81発現型アデノウイルスの作製に着手した。(3)IL-1受容体アンタゴニストをノックアウトして作製された関節炎モデルマウスを用いた、CD81作用抑制による関節炎治療効果判定のため、このマウスとCD81のノックアウトマウスを交配して、関節炎軽減の程度を行動的、組織的および遺伝子発現的に判定する実験を行うこととし、CD81の鈞あうマウスを国立成育センター宮戸博士の許諾の下で、熊本大学CARDから入手する手続きを行い、その予備飼育のための検討を開始した。なおIL-1受容体アンタゴニストノックアウトマウスは、東大医科研岩倉教授より分与を受けることとし、その依頼を行った。(1)CD81を細胞表面に発現するヒト滑膜肉腫細胞

SW982を用いて、様々な条件下で抗CD81抗体添加による刺激実験を行い、抗体刺激によってシノビオリンの発現が直接的に誘導されることを、定量PCRおよびシノビオリンプロモーターを有するレポーター遺伝子発現解析によって確認した。またプロモーター部分を様々な程度に部分欠失させた変異体を作製し、抗CD81抗体の刺激によるシノビオリンの発現誘導におけるシノビオリンプロモーター上の必須cisエレメントの同定を行った。(2)関節炎ラットの関節組織にCD81のsiRNAを注入して病態の改善を試みる治療モデル実験を行った。その結果、CD81siRNAの関節内注入によってシノビオリン発現の減少と著しいリウマチ症状の改善がみられた。これはCD81を標的分子とする薬物あるいは抗体が新規かつ根源的なリウマチ治療薬になる可能性を示唆する(産経新聞、山陽新聞に掲載)。(3)CD81の様々な作用を調べるためのCD81を発現するアデノウイルスの作製を行った。またCD81トランスジェニックマウスの作製を開始した。(4)国立成育センター宮戸室長より分与を受けたCD81ノックアウトマウスのヘテロ体を交配してホモ体を作製し、このマウスの病理学的、解剖学的所見についての検討を行っている。(5)CD81を測定する早期リウマチ診断薬を開発するためCD81タンパクの細胞外領域を大腸菌で大量発現する試みを開始した。(1)CD81を細胞表面に発現するヒト滑膜肉腫細胞SW982を用いて、様々な条件下で抗CD81抗体添加による刺激実験を行い、抗体刺激によってシノビオリンの発現が直接的に誘導される定量PCRおよびシノビオリンプロモーターを有するレポーター遺伝子発現系によって、細胞表面のCD81からシノビオリンの発現誘導に至るシグナル伝達経路を解析し、MAPキナーゼERKの関与を示唆する結果を得た。(2)関節炎ラットの関節組織にCD81のsiRNAを注入して病態の改善を試みる治療モデル実験を繰り返し、炎症性サイトカインの抑制を上回る治療効果があることを確認した。さらにCD81の抑制によってシノビオリンの分布も抑制されることが免疫組織化学的に確認できた。(Biochem.Biophys.Res.Commun.388, 467-472, 2009)。(3)国立成育センター宮戸室長より分与を受けたCD81ノックアウトマウスのヘテロ体を交配してホモ体を作製し解析を行った。その結果、ノックアウトマウスでは破骨細胞の形成や機能が亢進していることが明らかとなった。(4)CD81を測定する早期リウマチ診断薬を開発するためCD81タンパクの細胞外領域を大腸菌で大量発現する試みを行った。その結果、GSTおよびHisタグを有する融合タンパク質としてCD81細胞外領域の大量発現に成功した。このタンパク質には若干の分解産物が混合しているため、さらに精製を進めている。またこのタンパク質を放射標識して、血中や関節液中のCD81を測定することでRAの診断が可能なキットの開発を進めている。
組織間のXMLデータの流通を促進する「スキーマ部品」データベースの研究

本年度の主要な研究実績は、XMLデータのスキーマ部品化に関する新しい方法論の提案とその基礎理論の定式化である。従来、XMLスキーマ言語は、データタイプや正規表現ルールなどの構造な制約をベースにして部品化が行われてきたが、意味的な相互運用性を提供することが困難であった。本研究では、計算量的な処理負担を増やさないようにしながら、概念モデルやオントロジー技術を採用した部品化の手法を検討した。それらは、「軽量オントロジー(Lightweight Ontology)」として体系的に理論化された。これにより、既存のスキーマ言語やオントロジー言語とは独立した形式で、組織間のドメイン相互運用性に特化した意味論をスキーマ部品に与えることが可能となった。これらの意味論からデータ表現の概念を相違を検証し、同じ情報に対しては自動的にスキーマ変換式を推論することができる。本年度は、軽量オントロジーの翻訳的解釈を行う推論エンジンのプロトタイプ開発により、理論の実装可能性を示した。今後は、「スキーマ部品」のデータベース上の蓄積と共有に関して研究を進める予定である。
南西諸島における文化叙事伝説の調査研究

本研究の目標は、南西諸島各地に伝承されてきた文化叙事伝説を、南西諸島各地で直接聞き取り調査して記録するとともに総合的に比較研究し、民間伝承の世界における文化叙事伝説の特徴や意味を明らかにすることにある。そのために、平成19年度から平成22年度にかけて、大隅諸島・トカラ列島・奄美諸島・沖縄諸島・宮古諸島・八重山諸島それぞれに伝承されている文化叙事伝説をゆかりの地に行き直接聞き取り調査した。そのために、平成19年度から平成22年度にかけて、大隅諸島・トカラ列島・奄美諸島・沖縄諸島・宮古諸島・八重山諸島それぞれに伝承されている文化叙事伝説をゆかりの地に行き直接聞き取り調査する。同時に、関連文献の調査も行う。本研究では特に、大和・琉球両文化の接触点である大隅諸島・トカラ列島の有人島全島(大隅諸島6島・トカラ列島7島)の網羅的な実地調査を行う。調査を行うことにより、大和・琉球両文化の接触点の島々で両文化がどのように変容して伝承されているかが明らかとなる。また、各地域の文化叙事伝説は、それぞれ独自の個性を持つとともに、それぞれ魅力的な伝説が多数伝承されている。それらの伝説の意味についても、一つ一つていねいに考察を加えてゆく必要がある。伝説が消滅してしまう前に、貴重な伝説をできるだけ多く調査研究し、記録することを目指す。(1)平成19年度の計画平成19年度は、大隅諸島と八重山諸島の文化叙事伝説に関する実地調査を行う。大隅諸島では、有人島6島中3島(種子島・屋久島・口永良部島)を調査対象地とする。(2)平成20年度の計画平成20年度は、大隅諸島と奄美諸島の文化叙事伝説に関する実地調査を行う。大隅諸島では、有人島6島中残りの3島(竹島・硫黄島・黒島)を調査対象地とする。(3)平成21年度の計画平成21年度は、トカラ列島と沖縄諸島の文化叙事伝説に関する実地調査を行う。トカラ列島では、有人島7島中4島(口之島・中之島・諏訪之瀬島・平島)を調査対象地とする。(4)平成22年度の計画平成22年度は、トカラ列島と宮古諸島の文化叙事伝説に関する実地調査を行う。トカラ列島では、有人島7島中残りの3島(悪石島・小宝島・宝島)を調査対象地とする。平成19年度は、大隅諸島・八重山諸島等で文化叙事伝説に関する実地調査・文献調査を行った。調査は、第1回平成19年8月9日-8月26日沖縄県八重山諸島の石垣島・鹿児島県大隅諸島の屋久島・口永良部島、第2回平成19年9月20-25日鹿児島県大隅諸島の種子島、第3回平成20年3月13-17日沖縄本島の宜野湾市の計3回行った(総計29日間)。八重山諸島の石垣島では、平成19年度奄美沖縄民間文芸学会八重山大会に参加するとともに、琉球軍に征伐されたオヤケアカハチ、真乙姥御獄と真乙姥・古乙姥、大阿母御獄と多田屋遠那理などの伝説調査を実施した。大隅諸島の屋久島では、泊如竹伝説と如竹踊り、遣唐使船寄港伝説とトウセンブチ(唐船淵)やトウセンゴウ(唐船河か)という地名伝承、平家伝説、シドッチ上陸伝説などの調査を実施した。屋久島の遣唐使船寄港伝説は薄い伝承しか残存していなかったが、トウセンブチやトウセンゴウという地名伝承があり注目される。大隅諸島の口永良部島では、オランダとの交易伝説、イギリス船遭難伝説、平家伝説、西郷隆盛滞在伝説などの調査を実施した。大隅諸島の種子島では、鉄砲伝来伝説、鍛冶工八板金兵衛の娘でポルトガル人の妻となったとされる若狭姫伝説、慈遠寺(廃寺)調査、秀吉朝鮮出兵と網切吉右衛門伝説、琉球伝来サンダーからいも伝承、琉球伝来カジョウガネ踊り調査、宝満池の龍女伝説などの調査を実施した。沖縄本島の宜野湾市では平成19年度奄美沖縄民間文芸学会公開講座に参加した。さらに、各地図書館で関連資料を調査研究した。本研究課題に関する論文は複数発表・投稿中。なお、物品費50千円は調査データ保存用ディスク・文具類、旅費450千円は第1回調査で使用した(第2・3回調査は私費)。平成20年度は、大隅諸島・奄美諸島等で文化叙事伝説に関する実地調査・文献調査を行った。

調査は、第1回平成20年8月29日-9月9日鹿児島県大隅諸島の硫黄島・奄美諸島の喜界島、第2回平成21年1月21-26日鹿児島県大隅諸島の竹島、第3回平成21年3月12-17日沖縄本島の宜野湾市・那覇市、第4回平成21年3月19-24日鹿児島県大隅諸島の黒島の計4回行った(総計30日間)。大隅諸島の硫黄島では、俊寛配流伝説(俊寛堂・足摺石・投筆岩・涙石・俊寛石・柱松)、平家伝説、遣唐使漂着伝説(徳躰神社)、うつおぶね伝説(アナンゴゼ)、硫黄島八朔太鼓踊りという民俗芸能などの調査を実施した。奄美諸島の喜界島では、平成20年度奄美沖縄民間文芸学会喜界島大会公開シンポジウム「奄美・沖縄の英雄伝説」で「沖縄の英雄伝説」のテーマで基調報告を行うとともに、勝連家伝説(早町)、涙石伝説(早町)、荒木王伝説(荒木)、村田新八滞在伝説(湾)などの調査を実施した。大隅諸島の竹島では、遣唐使漂着伝説(高田根麻呂を祀る大山神社)、平家伝説、うつおぶね伝説(フクドサマ)、馬方踊り・竹島八朔太鼓踊りという民俗芸能などの調査を行った。大隅諸島の黒島では、平家伝説(「平家城」)、英雄伝説(イバドン)、うつおぶね伝説(ウツロンゴゼ)、姨捨山伝説(片泊)、黒島八朔踊りという民俗芸能などの調査を行った。沖縄本島の宜野湾市では平成20年度奄美沖縄民間文芸学会公開講座「奄美・沖縄の英雄伝説」に参加した。さらに、各地図書館で関連資料を調査研究した。本研究課題に関する論文は複数発表・投稿中。なお、物品費50千円は調査データ保存用ディスク・文具類、旅費450千円は第1・2回調査で使用した(第3・4回調査は私費)。平成21年度は、鹿児島県のトカラ列島と沖縄県の久米島で文化叙事伝説に関する実地調査・文献調査を行った。調査は、第1回平成21年8月16-29日鹿児島県十島村の諏訪之瀬島・口之島・平島・中之島(トカラ列島)、第2回平成21年9月10-15日沖縄県久米島町の久米島の計2回行った(総計20日間)。トカラ列島の諏訪才瀬島では、文化10年(1813)の御岳噴火後無人となっていた諏訪之瀬島に、奄美大島から明治期に移住した藤井富伝らの移住伝説などを中心に調査を行った。文化的には奄美文化の影響が強く残存していることが確認された。口之島では、平家伝説(肥後・日高家が子孫とされる。タモトユリは平家落人がもたらした。清塚伝承、石礫伝承等)、慶元伝説(殺害後祀られたという。墓は慶元様と称される)などを中心に調査を行った。平島では、平家伝説(日高家が子孫とされる。平家の穴や出瀬は見張場)、七島正月由来伝説(琉球征伐が起源とされる)などを中心に調査を行った。中之島では、平家伝説(平島より渡来したという説がある。日高家を核とする「二十八戸数」が子孫。小城・大城は平家の城跡)、与助岩伝説(海賊与助を祀る岩。与助踊りがあった。ブト起源伝説がある)などを中心に調査を行った。沖縄諸島の久米島では、平成21年度奄美沖縄民間文芸学会久米島大会および委員会に参加するとともに、ノロ伝説(宇根)、伊敷索城の按司伝説(兼城)、具志川城の按司伝説(具志川)、登那覇城の按司伝説(比嘉)、堂の比屋の伝説(宇江城)、羽衣伝説(山城)、鬼伝説(山城)などの調査を実施した。さらに、十島村歴史民俗資料館・鹿児島県立図書館・久米島自然文化センター・沖縄県立図書館など各地図書館・資料館で関連資料を調査研究した。平成22年度は、鹿児島県のトカラ列島と沖縄県の沖縄本島・宮古島で文化叙事伝説に関する実地調査・文献調査を行った。調査は、第1回平成22年8月2-17日鹿児島県十島村の悪石島・小宝島・宝島(トカラ列島)、第2回平成22年9月21-27日沖縄県沖縄本島、第3回平成22年11月19-23日沖縄県宮古島市の宮古島の計3回行った(総計28日間)。
HCT-15細胞モデルにおけるグリセロールトランスポーターの分子的実体と輸送機能

glycerolトランスポーター群の機能解明の手がかりを得る目的で,HCT-15細胞におけるNa^+依存性トランスポーターによるglycerol取り込みに対する1)butyrateによる細胞分化誘導処理の影響,2)glycerol誘導体等の類似構造物質の阻害活性,の解析を試みた.butyrate処理の結果,glycerol取り込みの最大輸送速度が約5倍に上昇にしたが,ミカエリス定数(親和性)はほとんど変化しなかった.Na^+依存性及び類似薬物等による阻害特性にも影響はなく,非処理細胞で機能しているトランスポーターが誘導されたものと考えられた.さらに,actinomycin D(遺伝子転写阻害剤)及びcycloheximide(タンパク合成阻害剤)により取り込み増大効果はほぼ完全に抽制された.これらの知見は,glycerol取り込みに関わる特異的輸送タンパク質(glycerolトランスポーター)の存在を裏付けるものである.類似構造物質の阻害活性解析の結果,glycerolのエステル誘導体であるmonoacetin及びmonobutyrinが強い競合阻害活性を示した.薬物のエステル誘導体がglycerolトランスポーターの基質となる可能性があり,本トランスポーターを利用したドラッグデリバリーも期待できると考えられる.また,1,2-propanediolについて,阻害活性は弱いながら,競合的かつエナンチオ選択的(R体とS体の鏡像異性体間での差異)な特性がみとめられた.これらの特性も,トランスポーター介在性輸送に特徴的であり,特異的輸送タンパク質の存在を裏付ける証拠の一つである.以上,HCT-15細胞型Na^+依存性glycerolトランスポーターの実体解明に向けて情報を積み重ねることができた.クローニングの実現に加え,その機能及び生理的役割の解明が望まれるところである.glycerolトランスポーター群の機能解明の手がかりを得る目的で,HCT-15細胞におけるNa^+依存性トランスポーターによるglycerol取り込みに対する1)butyrateによる細胞分化誘導処理の影響,2)glycerol誘導体等の類似構造物質の阻害活性,の解析を試みた.butyrate処理の結果,glycerol取り込みの最大輸送速度が約5倍に上昇にしたが,ミカエリス定数(親和性)はほとんど変化しなかった.Na^+依存性及び類似薬物等による阻害特性にも影響はなく,非処理細胞で機能しているトランスポーターが誘導されたものと考えられた.さらに,actinomycin D(遺伝子転写阻害剤)及びcycloheximide(タンパク合成阻害剤)により取り込み増大効果はほぼ完全に抽制された.これらの知見は,glycerol取り込みに関わる特異的輸送タンパク質(glycerolトランスポーター)の存在を裏付けるものである.類似構造物質の阻害活性解析の結果,glycerolのエステル誘導体であるmonoacetin及びmonobutyrinが強い競合阻害活性を示した.薬物のエステル誘導体がglycerolトランスポーターの基質となる可能性があり,本トランスポーターを利用したドラッグデリバリーも期待できると考えられる.また,1,2-propanediolについて,阻害活性は弱いながら,競合的かつエナンチオ選択的(R体とS体の鏡像異性体間での差異)な特性がみとめられた.これらの特性も,トランスポーター介在性輸送に特徴的であり,特異的輸送タンパク質の存在を裏付ける証拠の一つである.以上,HCT-15細胞型Na^+依存性glycerolトランスポーターの実体解明に向けて情報を積み重ねることができた.クローニングの実現に加え,その機能及び生理的役割の解明が望まれるところである.glycerolトランスポーター群の機能解明の手がかりを得る目的で,細胞の分化誘導剤として知られるbutyrateがHCT-15細胞でのglycerol取り込みに及ぼす影響を検討した.常法に従ってHCT-15細胞を24h培養した後,butyrate処理として,sodium butyrate(2mM)を添加した培地を用いてさらに24h培養した.このbutyrate処理を行ったHCT-15細胞でのglycerol取り込みは,非処理細胞での取り込みの約5倍に増大した.また,この取り込み増大は最大輸送速度の上昇によるものであり,ミカエリス定数(親和性)への影響はほとんどなかった.Na^+依存性及び類似薬物等による阻害特性という点でも,butyrate処理細胞でのglycerol輸送特性は非処理細胞での特性と同様であり,非処理細胞で機能しているトランスポーターが誘導されたものと考えられた.さらに,butyrate処理時の培地にactinomycin D(遺伝子転写阻害剤)あるいはcycloheximide(タンパク合成阻害剤)を添加することにより,取り込み増大効果はほぼ完全に抑制された.これらの結果は,glycerol取り込みに関わる特異的輸送担体タンパクが存在するという説を支持するものである.また,そのタンパクがbutyrateによって誘導されるタイプのものであることを示唆するものである.glycerolトランスポーター群の機能特性をさらに明らかにしつつ,分子実体の同定のための手がかりを得ることを目指して,現在,HCT-15細胞のglycerolトランスポーター機能に対するプロテインキナーゼ介在性調節機構の関与の可能性について検討を進めているところである.glycerolトランスポーター群の機能解明の手がかりを得る目的で,HCT-15細胞におけるNa^+依存性トランスポーターによるglycerol取り込みに対するglycerol誘導体等の類似構造物質の阻害活性の解析を試みた.その結果,glycerolの酢酸及び酪酸エステルであるmonoacetin及びmonobutyrinが強い阻害活性を有することが見出された.

また,エーテル型のglycerol誘導体であるdiglycerolも,やや弱いながら阻害活性を示した.1,2-propanediol(プロピレングリコール)は,前記のエステル及びエーテル型誘導体よりも阻害剤としての活性は弱かったが,R体及びS体の鏡像異性体間で著しい阻害活性の差異が認められた(R体<S体).これは,担体介在性輸送に特徴的な性質であり,glycerolトランスポーター(特異的輸送タンパク質)の存在を裏付ける証拠の一つとして重要な知見である.さらに,以上の物質による阻害は競合的であり,それらが本トランスポーターの基質となる可能性が示唆された.また,本トランスポーターによる基質認識に関しては,glycerolの炭化水素骨格の1位及び2位の水酸基の存在が重要である一方,3位の水酸基のエステル及びエーテル誘導体化は認識性に大きく影響しないことが示唆された.したがって,薬物をその種のglycerolエステルあるいはエーテル誘導体とすることにより,本トランスポーターを利用したドラッグデリバリーも期待できると考えられる.本トランスポーターのクローニングはやや難航気味であるが,継続的な取り組みによるクローニングの実現に加え,その生体内での分布及び生理的役割の解明が望まれる.
ダイヤモンドアンビルセルを用いた超高圧NMRプローブの開発

複雑な分子間相互作用、電子間相互作用、電子-格子相互作用が競合し、それらの微妙なバランスによって極めて変化に富んだ構造や物性を示す電荷移動錯体、液晶、層間化合物等の系が高圧下で示す状態変化を、主に核磁気共鳴(NMR)分光法を用いて調べるため、まず第一歩として、ある程度多量の試料について共鳴周波数24-80MHz,10kbar程度までの静水圧下でのNMR実験をおこなうためのプローブの設計、開発を行った。実際の高圧容器の精密工作は業者に依頼した。研究室に既存のNMR分光計(JEOL-GSX270、6.3T)と組み合わせて、プローブのパワー及びリ-クチェック、圧力の校正を目的として、ナトリウム金属の^<23>Naナイトシフトの圧力依存性の予備実験を行った。圧力媒体としてはシリコンオイルを用い、280K-450Kの温度範囲で5kbarまでの実験に成功した。現在、さらに広範囲の温度、圧力下でのNMR測定が可能な様にプローブの改良を行なっている最中である。一方、分子運動と電荷移動との間に相関を持ち、高圧下で興味ある物性変化が期待される系の一つとして、二硫化チタンにドナー性分子であるエチレンジアミンをインターカレートした系を取り上げ、本補助金で購入した電気マッフル炉を用いて良質試料の合成を行った。予備的な試料を用いて、大気圧下での構造、電子状態および分子運動の詳細をX線回折、NMR,ESR,電気伝導度等の物性測定により明らかにした。高圧下でのNMR測定への拡張のための装置の改造を、現在進行中である。
NIRSによる高次脳機能解析と擬似三角マトリクス構造に基づく指の筋腱駆動系の解析

指の関節軸の位置および関節軸に対する筋腱の位置は、数値的には、個人差があるものの、機能は共通することが分かった。微細な指先力の調整を行うための筋・腱の働きには、個人差があるが、いくつかの場合に分類できることが分かった。その分類は、MRIデータに基づいて構築されたモデルから説明できた。指先力の微細な操作において、指の操作性は指の姿勢によって異なるが、指先力を制御している脳の活動は、その操作性の変化に対応するように調整されていることがわかった。その成果は、制御対象である運動器の力学的特性が運動学習の神経機構に大きく影響している可能性を示すもので、運動神経生理学の分野に新しい知見を与えるものである。本研究の目的は、脳活動、筋電位、指先力および指姿勢の同時計測結果を基にこれまでに開発した擬似三角行列構造に近似した筋腱駆動系モデルに対する運動制御系を組み、その計算機シミュレーション結果と実際の運動計測結果とを比較検討して、脳による指の運動制御戦略における外在筋(腕にある筋)、内在筋(手の中に内在する筋)、および腱の分岐機構の役割を調べることにある。被験者数は10人とした。被験者の示指の指先に対して、インピーダンス制御された指ロボットが目標指先力を加え、被験者は、その目標力に釣り合うように随意運動を行った。その運動中にNIRS(近赤外分光法:光トポグラフィ)によって脳活動を、表面筋電位計測によって筋活動を、6軸力覚センサによって指先力を、そして高精度3次元運動計測システムによって、指姿勢の同時計測を行った。計測は、指のリンク機構にとって力の可操作性が高い(すなわち、微小な指先力の調整に適している)屈曲姿勢と力の可操作性が低い(すなわち、微小な指先力の調整に適していない)伸展姿勢の2つの姿勢において行われた。その結果、示指の微小指先力制御において,最も有効な腱であった骨間筋を使用した被験者では,指先力の可操作性が低い姿勢では,指先力を一定値に制御することが困難であり,制御器である大脳主運動野が活発に活動することが示唆された.結論として、指先力の微小な操作において、指のリンク機構のもつ操作性は指の姿勢によって異なるが、指先力を制御している脳の活動は、その操作性の変化に対応するように調整されていることがわかった。これまで、運動学習の神経機構に関する研究では、脳機能の計測・解析が中心であったが、本研究の成果は、制御対象である運動器の力学的特性が運動学習の神経機構に大きく影響している可能性を示すもので、運動神経生理学の分野に新しい知見を与えるものと期待できる。筋の張力から指先力への指リンク機構の静力学は、指リンクの運動学および関節におけるモーメントアームによってモデル化される。それらのモデル化で重要になるのが,関節の回転軸の位置・姿勢である.指の関節は,指骨関節部の凹凸面がじん帯で固定された構造であり,指の姿勢によって,関節の回転軸の位置・姿勢が変化する.指リンクは指先とDIP関節回転軸,および各関節回転軸間の距離によってモデル化される.さらに,モーメントアームは各関節回転軸から筋・腱への距離によってモデル化される.したがって,指の関節回転軸の位置・姿勢の計測が重要な役割を果たす.本年度の研究では,MRIデータに基づいた指の関節回転軸の位置・姿勢の計測方法を提案し,その方法に基づいて新しい指の筋・腱駆動系モデルを作成した.人の示指の屈曲・伸展運動における主な筋・腱である5種類の筋・腱(伸筋腱、浅指屈筋腱、深指屈筋腱、骨間筋、および虫様筋)の配置を計測した。MRI装置を用いて撮影された、5つの屈曲・伸展姿勢における示指および前腕の横断面と矢状断面の画像データを記録・整理した。MRIの画像をコンピュータに取り込み、横断面の各画像でそれぞれの筋・腱の周囲をポリラインで囲んだ。得られた筋・腱の輪郭を結び合わせて、筋・腱の3次元モデルを作成した。このモデルを用いて、指の各関節における各腱のモーメントアームのモデル化を行った。作成したモデルと,すでに他の研究者によって提案されているモデルとの静力学的な特徴を,計算機シミュレーションによって比較・検討し,指先力を制御するときの示指の筋・腱の働きを静力学的に調べることができた.本年度は、平成2122年度の研究成果を基に、示指モデルを用いた計算機シミュレーション、および示指の筋腱駆動系の解析を中心に研究を遂行した。筋電位計測では、平成21年度の結果では不十分であったため、計測を追加する形で実施した。

また、平成22年度に構築した筋・腱駆動系モデルの精度を上げるため、MRI計測方法の改善を行った。平成21年度に計測された指先力を平成22および23年度に構築された示指の筋・腱駆動系モデルへの入力として、各筋張力を推定した。得られた結果より対象作業における外在筋と内在筋、および腱の分岐機構の役割について解析した。これらの結果と平成21年度に実施したNIRS(近赤外分光法:光トポグラフィ)による対象作業中の高次脳機能の計測結果から、次のような結果が得られた。示指の筋腱駆動系(関節軸の位置および関節軸に対する筋腱の配置)は、定量的には(数値としては)、被験者間で異なるものの、定性的(機能的)には共通する特徴を持つことが分かった。微小な指先力の調整を行うための筋腱の働きについては、被験者間でばらつきがあるものの、いくつかの場合に分類できることが分かった。その分類は、指先力を調整するために最低限必要な筋腱の数よりも、示指の持つ筋腱の数が多く、またその経路が複数存在することから説明できた。指先力の微小な操作において、指のリンク機構のもつ操作性は指の姿勢によって異なるが、指先力を制御している脳の活動は、その操作性の変化に対応するように調整されていることがわかった。これまで、運動学習の神経機構に関する研究では、脳機能の計測・解析が中心であったが、本研究の成果は、制御対象である運動器の力学的特性が運動学習の神経機構に大きく影響している可能性を示すもので、運動神経生理学の分野に新しい知見を与えるものである。