hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感覚受容器におけるグリアーニューロン相互作用の分子メカニズムに関する研究

近年、視覚や嗅覚などの感覚受容器においてグリア細胞がニューロンの発生や再生において不可欠の役割を果たすことが明らかとなってきたが、その分子メカニズムについては未解決の課題が多い。シンプルなニューロンーグリア回路をもつ線虫をモデル動物として用い、グリアマーカーの発現を制御する遺伝子として、ショウジョウバエprospero/哺乳類prox1の線虫ホモログであるpros-1を同定した。我々はPROS-1が転写因子としてグリア細胞で機能し、隣接する感覚受容ニューロンの機能に関与することを示した。さらに、当初予期していなかったが、PROS-1が線虫の低温耐性に関与することを明らかにした。本研究において解析を進めているceh-26遺伝子をはじめ、個体の生存に必須な遺伝子の解析を行う際には、コンディショナルノックアウトの手法が欠かせない。本年度は計画通り、線虫C. elegansにおいてCre/loxPを用いたコンディショナルノックアウトを行うための基盤整備を行った。これまで、線虫C. elegansにおいてコンディショナルノックアウトが行われた研究はあるものの、広く汎用されるには至っていなかった。そこでCreリコンビナーゼとLoxP配列を利用した手法の確立を行った。まず、Cre/LoxP依存的な切り出し反応を可視化するため、全身発現性GFP遺伝子の両端をLoxPで挟むようなコンストラクトを作製し、線虫ゲノムにシングルコピーで挿入した。得られたトランスジェニック線虫を用いて、種々の時期、組織特異的発現プロモーターの制御下にCreリコンビナーゼを発現させたところ、対応する時期、組織においてLoxP間の配列の切り出し(GFPの消光)が起こることを確認した。各種Creドライバーストレインの作製も行った。これらの基盤技術のもと、ceh-26コンディショナルノックアウト線虫を作製した。グリア細胞に発現するceh-26遺伝子のノックアウト線虫を作製し、表現型を解析した。その結果、隣接する感覚ニューロンの形態、機能に多様な欠陥を生じることを明らかにした。またceh-26遺伝子は転写因子をコードするため、下流の遺伝子群の探索・同定を行った。さらに、最近開発したゲノムにシングルコピートランスジーンを導入する手法、Cre/loxPシステム、既存の変異体を組み合わせた体系的なコンディショナルノックアウトを行う方法を適用し、ceh-26コンディショナルノックアウト線虫を作製した。本年度は当初の予定通り、ceh-26下流遺伝子の探索と同定を行った。また当該遺伝子のノックアウト線虫の作製または入手も完了している。グリア細胞は、ニューロンとともに神経系を構成する必須な細胞である。近年、視覚や嗅覚などの感覚受容器においてグリア細胞がニューロンの発生や再生において不可欠の役割を果たすことが明らかとなってきたが、その分子メカニズムについては未解決の課題も多い。本研究では、感覚受容器のグリア細胞がニューロンの発生、機能を制御する仕組みの分子的基盤を明らかにすることを目的とし、モデル動物として、シンプルな細胞構成の(4個のグリア細胞と24個の感覚受容ニューロン)感覚受容器をもつ線虫C.elegansを用いて解析を進めてきた。これまでに、グリア細胞におけるpros-1の機能が、様々な感覚ニューロンの機能に必要であることを明らかにしてきた。すなわち、転写因子CEH-26がグリア細胞特異的に発現すること、グリア細胞は単なる支持構造としてではなく、CEH-26下流のシグナル因子を介して様々な感覚ニューロンの発生/機能の制御に関わるという知見を得た。今年度は低温耐性に必須の役割を果たすASJ感覚ニューロンへの影響について検証を行った。その結果、pros-1 RNAiにより線虫の低温耐性が異常になることを明らかにした。ASJ感覚ニューロンのカルシウムイメージングを行なった結果、温度変化に対するASJの応答に異常は見られなかった。以上の結果から、ASJの興奮以降のシグナル伝達系などの関与あるいはASJ以外の細胞の関与が示唆された(Kage-Nakadai et al. 2016Genes to Cells)。当初の予定どおり、転写因子PROS-1の下流遺伝子の少なくとも一部を同定した。また当初の予定にはなかったが、グリア細胞と低温耐性の関連を明らかにすることができた。これらの研究成果を論文により発表した。よって研究は概ね順調に進展していると判断した。これまでに、グリアマーカーの発現を制御する遺伝子の探索を行い、ショウジョウバエprospero/哺乳類prox1の線虫ホモログであるprox-1を同定した。Prosperoはショウジョウバエにおいてグリア細胞発生に必須な転写因子であるが、線虫においてはprox-1ノックダウンによる顕著なグリア発生異常はみられなかった。一方で、隣接する浸透圧受容ニューロンの機能への影響があるか検証した結果、高浸透圧受容による忌避行動が顕著に低下することを見出した。prox-1はグリア細胞選択的に発現し、浸透圧受容ニューロンには発現しないことも確認した。これらの結果は、グリア細胞が浸透圧受容ニューロンの機能に必須な役割を果たすことを示唆する。またグリア細胞そのものの形態に異常はみとめられないことから、グリア細胞は単なる支持構造としてではなく、何らかのシグナル分子(膜タンパク質や分泌因子など)を介して浸透圧受容ニューロンの機能を制御する可能性が高いことが判明した。次にグリア細胞から浸透圧受容ニューロンへの作用を担う分子を明らかにするため、prox-1下流遺伝子の探索、同定を行った。その結果、fig-1遺伝子(哺乳類膜結合型ムチンMUC17ホモログをコード)を同定した。

研究成果はGenes to Cell誌に発表した(Kage-Nakadai et al. Genes to Cells 2016)。これらに加え、最終年度では浸透圧制御器官であるexcretorycellの形成や機能に関する研究も進め、研究成果は現在学術雑誌に投稿中である。近年、視覚や嗅覚などの感覚受容器においてグリア細胞がニューロンの発生や再生において不可欠の役割を果たすことが明らかとなってきたが、その分子メカニズムについては未解決の課題が多い。シンプルなニューロンーグリア回路をもつ線虫をモデル動物として用い、グリアマーカーの発現を制御する遺伝子として、ショウジョウバエprospero/哺乳類prox1の線虫ホモログであるpros-1を同定した。我々はPROS-1が転写因子としてグリア細胞で機能し、隣接する感覚受容ニューロンの機能に関与することを示した。さらに、当初予期していなかったが、PROS-1が線虫の低温耐性に関与することを明らかにした。当初の計画通り、コンディショナルノックアウト技術の確立およびceh-26コンディショナルノックアウト線虫に成功しているため、概ね順調に進展していると考えている。当初の計画に沿って、同定したceh-26下流遺伝子の機能解析を進める。グリア細胞と感覚ニューロンの相互作用の分子実体を明らかにするため、転写因子PROS-1の下流遺伝子がコードするタンパク質(グリア細胞側)と相互作用する感覚ニューロン側の候補タンパク質について解析を進める。神経科学グリア細胞特異的ノックアウトおよび時期特異的ノックアウトを行い、表現型の解析を行う予定である。グリア細胞から感覚ニューロンへの作用を担う分子を明らかにするため、ceh-26下流遺伝子の探索、同定を行う。独自に作製を予定していた変異体やトランスジェニック線虫の一部について、既存の株が入手可能となり、作製に予定していた費用を使用する必要がなくなったため当初の予定より効率的に変異体作製などを行うことができたため、本年度当該研究費が減少した。研究計画のうち一部が予定以上にスムーズに進行したため、当初予定したよりも少ない研究費により成果を挙げることができたため。作製あるいは入手した変異体、トランスジェニック線虫の表現型解析を予定より先倒しで行うための研究費用に充てる。当初の予定より解析対象となる遺伝子(変異体)が増えたため、次年度の当該研究費にあてる。当初から次年度に予定していた研究計画に用いる。ただし研究計画の深度を深めるため、当初予定したよりも多くの研究費を用いることになり、その差額支出にあてる。
ク-ロメトリ-による海水中の全炭酸の高精度分析

海水中に溶存する全炭酸物質(ΣCO_2)の時空間的濃度変動は、大気中で増加しつつある二酸化炭素の海洋への移行速度や、海底熱水ー冷湧水系にともなって海水中に供給される無機全炭酸物質のフラックスを明らかにするうえで、基本的かつ重要な情報を我々に与える。実際に日本近海の沖縄トラフで採取した熱水からは、中央海嶺型の熱水に比べ、数10倍のΣCO_2が検出され、それらは海底下でクラスレ-トとして存在していることが分かった。一般にΣCO_2濃度の時間変動は海水中のΣCO_2濃度に比べると極めて小さく、1μmol l^<ー1>のレベルまで正確に測定できる方法を普及させることが急務である。このようなΣCO_2の高精度簡易分析法として、本研究ではク-ロメトリ-(電量分析法)に着目した。海水中の全炭酸を定量的に弱酸に変え、これを電気分解で発生させた水酸イオンで中和滴定して終点までに消費した電気量を正確に測定する方法である。すでに市販品も出回り始めているが、本研究では研究経費の関係からすべて部品から組み立て、分析法の基礎的問題点や拡張性を探ることに務めるとともに、測定の自動化も試みた。東京大学海洋研究所・白鳳丸のKH90ー3次研究航海(1990.10.281990.12.14)の際に、西部太平洋熱帯海域(北緯5度南緯5度、東経160180度の範囲内)と、ビスマルク海マヌス海盆の海底熱水活動域より、ΣCO_2測定用海水をガラス瓶に採取した。試料数は表層水から海底直上水まで、合計約200である。また、相模湾の断層に沿った冷湧水域の直上海水を含む深層水を、淡青丸KT91ー3次研究航海(1991.2.201991.2.24)を利用して採取した。ク-ロメ-タ(製作中)の基礎的作動テストを完了した後、これらの海水試料の分析を行い、ΣCO_2分布の微細構造について考察を進める計画である。
新規筋関連転写因子GCF2-SKによる肝線維化治療の試み

ラット骨格筋cDNAからクローニングしたラットGCF2-SKについて、大腸菌発現により蛋白精製を試みた。当初His-tag融合蛋白発現ベクター(pTriEX3-rGCF2SK)を用い、BL21で蛋白発現させ、SDS-PAGEおよびanti-His抗体でのWestern blotにてHis融合蛋白発現を確認した。次いでカラム溶出での精製を試みたが、本法での精製効率が極めて不良であった。GXF2SKとHis-tagとの立体構造上の干渉などの可能性を考慮し、GST融合蛋白発現ベクターの作成、さらにGST-Hisのdouble tag発現ベクターを作成し、幾度もカラム溶出を試みたが満足の行く収量を得ることができなかった。それぞれともにSDS-PAGEでは蛋白合成が確認できることから、GSTもしくはHisによるトラップの段階に問題があると考えられたが、原因の詳細は不明である。発現蛋白での免疫による抗体作成を計画していたが、蛋白精製の段階に留まっている状態である。NIH3T3細胞へのトランスフェクト実験では良好な発現が確認されていたので、GCF2SK-Neo^R polycistronic発現ベクターを用いて安定発現株の作成を行なったが、ベクターの特性にも関わらず、Neo耐性株でGCF2SKが発現していないという現象を経験した。ヒトGCF2SKの解析の際にも筋原性細胞にも関わらず平面培養系ではGCF2SK発現が弱くなることが確認されており、今後のラットGCF2SKの機能解析のためには3次元培養系を用いる必要があると考えられた。初めに、インターネットで公開されているNCBIのラットESTデータベースからヒトGCF2との相同性を有するEST配列を拾い上げ、それぞれの共通部分をライゲートし、全長2178塩基のラットGCF2、1860塩基のラットGCF2-SKの塩基配列を予測した。適切なprimerを用いて、ラット肝、骨格筋polyA RNAを用いてRT-PCRを施行。得られたフラグメントをライゲーションして、翻訳領域のcDNAを得た。さらに5'、3'-RACE法によりほぼ全長となるcDNAをクローニングした。次いでこのcDNAをHis融合蛋白発現ベクターに組み込み、NIH3T3細胞にトランスフェクトし、His抗体によるウエスタンブロット法にて発現を確認。GCF2ではベクターによる強制発現が確認されたが、GCF2-SKの発現は確認されなかった。同様にE-coli発現系を用いてラットGCF2、GCF2-SK His融合蛋白の回収を試みたが、GCF2蛋白は比較的良好な回収が得られたが、GCF2-SK蛋白の回収は非常に困難であった。これらの発現ベクターとNFκB、Sp-1結合配列組み込みレポーターベクターとのco-transfection assayにて、ヒトGCF2と同様、一定のプロモーター抑制活性を有することを確認した。今後、発現解析を進める上で、抗体作成は必須と考えている。筋特異的発現蛋白であり、培養細胞やバクテリアでの発現を抑制する系の関与が想定されたため、今後、抗体作成のため合成ペプタイドの免疫を行なう予定でいる。
長球金属ナノ粒子が配向分散した酸化物光学薄膜の設計と表面プラズマ共鳴異方性の実現

1.スピンコーティング膜の表面に生じる放射状凹凸(radiative striation)を長球金ナノ粒子配向分散に役立てるための基礎として,薄膜作製条件がシリカ薄膜におけるstriation形成に及ぼす効果を検討した。その結果,基板回転速度の増大にともなってstriationの高低差と周期が減少すること,また,ゾルの粘度の増大とともにstriationの高低差が増大することがわかった。2.HAuCl_4・4H_2Oを使用し,モル比Si(OC_2H_5)_4:Au:H_2O:C_2H_5OH=1:0.0275:2-10:2なる溶液からスピンコーティングゲル膜を作製し,500°Cでの熱処理,あるいはヒドラジンエタノール溶液のスピンコーティングと500°Cでの熱処理によって金ナノ粒子分散シリカ薄膜を作製した。薄膜の光吸収ピーク波長はスピンコーティング膜とディップコーティング膜とでほとんど差がなく,薄膜中に析出する金粒子の大きさと形状はコーティング方法の影響を受けないことがわかった。また,熱処理前にヒドラジン溶液による還元を行った薄膜においては,ゾル反応時間あるいは水の量の違いによる光吸収ピーク波長の違いが著しく減少した。3.上記の出発溶液に界面活性剤ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルを添加し,スピンコーティング膜の熱処理によって薄膜試料を作製したところ,光吸収ピークは界面活性剤の増加とともに一旦短波長側にシフトし,その後長波長側にシフトし,その後再び短波長側にシフトするという興味深い結果が得られた。4.金ナノ粒子分散シリカ薄膜の表面をアルミナ板を用いて研削し,直線偏光を入射光とする光吸収スペクトルを測定したところ,振動方向が研削方向と垂直な光と平行な光では,後者の方が前者よりも長波長側で吸収を示した。このことから,研削によって薄膜中の金ナノ粒子を長球化し,配向分散させることができることがわかった。モル比Si(OC_2H_5)_4:Au:H_2O:C_2H_5OH=1:0.0275:2-10:2なる溶液(Au源にはHAuCl_4-4H_2Oを使用)を調製し,スピンコーティング(3470rpm,1min)によりガラス基板上にゲル膜を作製した。500゚Cで10minの熱処理,あるいは,50%のヒドラジンエタノール溶液のスピンコーティングとそれに続く500゚Cで10minの熱処理によって,ゲル膜を金ナノ粒子分散シリカ薄膜に変換した。スピンコーティングによって作製した金ナノ粒子分散シリカ薄膜の光吸収ピーク波長は,ディップコーティング薄膜のピーク波長とよく似た溶液反応時間依存性を示した。したがって,ゲル膜のコーティング方法は,薄膜中に析出する金粒子の大きさと形状にあまり影響を与えないことがわかった。熱処理前にヒドラジン溶液による還元を行った薄膜においては,ゾル反応時間あるいは水の量の違いによる光吸収ピーク波長の違いが著しく減少した。一方,40h反応させたH_2O/Si(OC_2H_5)_4=4の溶液をコーティング液とし,基板回転速度あるいは基板引上げ速度を変化させて作製した種々の膜厚をもつ熱処理膜の光吸収ピーク波長は殆ど一定であった。この結果は,薄膜中に析出する金粒子の大きさと形状は,単に膜厚によって決まるのではなく,ゲル膜の微細構造や性質によって変化することを示唆している。また,上記と同様の溶液にポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル(PEOPE)を添加してコーティング液としたところ,PEOPEの添加量の増加とともに膜厚が一旦増大し,再び減少するという結果が得られた。一方光吸収ピークは,PEOPEの添加量の増加とともに一旦短波長側にシフトし,その後長波長側にシフトし,その後再び短波長側にシフトするという興味深い結果が得られた。現在,ゾルの粘度のPEOPE量依存性について調べている。

4.金ナノ粒子分散シリカ薄膜の表面をアルミナ板を用いて研削し,直線偏光を入射光とする光吸収スペクトルを測定したところ,振動方向が研削方向と垂直な光と平行な光では,後者の方が前者よりも長波長側で吸収を示した。このことから,研削によって薄膜中の金ナノ粒子を長球化し,配向分散させることができることがわかった。
生体部分肝移植患者におけるバンコマイシンの薬物動態

【目的】バンコマイシン(VCM)は腎機能正常の場合、静脈内へ投与された40-99%が尿中に排泄されるため、VCMの体内動態は腎機能の影響を受ける。一方、投与された量の1-60%は腎以外の経路により体内から消失すると考えられるが、腎以外のVCM消失経路の主要な部分は不明である。我々は腎以外の排泄経路として肝臓に着目し、重度肝機能低下患者に対するVCMの投与設計方法の確立を目的として生体部分肝移植後早期の患者を対象にVCMの薬物動態を把握することとした。【方法】対象は生体部分肝移植後早期にVCMの投与を行った症例。薬物動態の観察はVCM投与後血中濃度が定常状態の時期とした。VCM血液中、尿中、腹水および胸水中の血中濃度を測定し、腎クリアランス(CLr)や腎外クリアランス(CLnr)を含めた薬物動態解析を行なった。また、得られた薬物動態パラメータを文献値との比較を行なった。【成果】対象患者は53-55歳、女:男=1:2、標準肝容積に対する移植肝の割合が31.4-45.0%の3症例であった。VCMの薬物動態観察時期は術後14-60日であった。Tanakaらによる日本人の母集団パラメータと比較するとCLsys(全身クリアランス)は75.8-94.0%と半減期の延長によるCLsysの低下が認められた。CLrおよびCLnrに関しては1症例においての解析が不能であったため除外し、2症例において解析を行なったところ、それぞれCLr/CLsysは68.6%、68.7%と健常成人の文献値の平均である68.9%とほぼ同程度であった。本研究において、生体部分肝移植後早期の患者においてVCMの薬物動態が日本人の母集団や、健常成人と比較し同程度であったことから、VCMの薬物動態に肝機能低下が与える影響は小さい可能性が示唆された。
生細胞イメージングとシステム生物学によるERKリン酸化過程の統合

細胞の増殖、分化や癌化に関連するERK MAPキナーゼのリン酸化様式をイメージング、及びコンピューターシミュレーションにより解析を行った。MEK-ERK分子の反応に関与する30以上の反応速度論的パラメーターを実験により実測し、シミュレーションを行った。その結果、これまで報告されていた「分配的(distributive)リン酸化反応モデル」ではなく「一連(processive)リン酸化反応モデル」に従ってERK分子が細胞内でリン酸化されていることが予測された。阻害剤などによる実験によるリン酸化反応モデルを検証したところ、processiveリン酸化反応モデルを支持する結果が得られた。これらの結果より、哺乳類細胞においては、ERKはMEK分子により一連リン酸化反応モデルに従ってリン酸化されることが明らかになった。ERK応答は段階的応答(graded response)であること、リン酸化様式は一連反応モデル(processive model)に従うことを示すこと、を目的として研究を行った。ERKはMEKによってチロシン残基とスレオニン残基の2つがリン酸化されることによって活性化する。ERKは4つのリン酸化状態(non-p, pY, pT, pTpY)を持つ。これらの4つのリン酸化アイソフォームをリン酸化アミノ酸に親和性のあるキレーター「phostag」を利用したウェスタンブロットにより分離できることが分かった。このシステムを用いて、in vitroでERKのリン酸化様式を検討したところ、これまでの報告どおり、分配的モデル(distributive model)に従ったリン酸化様式を示した。しかしながら、培養細胞内におけるERKのリン酸化様式を検討したところ、一連反応モデルに従ったリン酸化様式を強く示唆する結果を得た。コンピューターシミュレーションによる予測と阻害薬を用いた実証により、培養細胞内ではERKは一連反応モデルに従ったリン酸化様式によりリン酸化されることが明らかになった。また、一連反応モデルでは、ERKのリン酸化は段階的応答を示すことがコンピューターシミュレーションにより予測され、培養細胞を用いた実験からもそれを指示する結果を得ることが出来た。さらに生きた細胞内でリン酸化反応を可視化するために、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)の原理に基づくバイオセンサーの開発も行った。現在、蛍光タンパク質の種類やリン酸化アミノ酸結合ドメインなどの条件を検討中である。本年度は、一昨年度、昨年度の研究結果を踏まえて、ERK分子の二重リン酸化の分子機構ついてのさらなる詳細な検討を行った。昨年度までに、ERK分子がMEK分子によってprocessiveにリン酸化を受けることを見出した。これは実験結果に基づく反応シミュレーションにより予測され、実験的に証明したのだが、反応シミュレーションのパラメーター依存性については検討していなかった。そこで、反応シミュレーションに用いたパラメーターをNelder-Meadシンプレックス法により最適化し、これまでに報告されてきたdistributiveリン酸化モデルと今回我々が報告したprocessiveリン酸化モデルのどちらか妥当かを赤池情報基準量(AIC)により評価した。その結果、パラメーター推定に用いるパラメーターをリン酸化モデルに限定すると、後者のprocessiveリン酸化モデルが妥当であることが分かった。ちなみに、パラメーター推定の範囲を脱リン酸化まで広げると、より実験結果に一致するパラメーターセットを見出すことができるが、AIC値が上昇してしまい、これらのパラメーターモデルは適切ではないことが示唆された。したがって、我々が見出したprocessiveリン酸化モデルは、実験的にも理論的にも妥当であることがこれらの解析で明らかになった。本研究結果は、米国アカデミー紀要に掲載することができた。
大域分岐解析及び特異極限法によるパターン選択原理の解明

1.大域分岐解析によるパターン選択コンパクト区間における初期摂動から動的にどのようなパターンが選択されるかは多くの議論にも拘らず、決着がついていない。十分広い有限区間上ですべての定常解をAUTOにより求め、実際に選択される波長を調べることにより、wave trainのなす包絡面がその行先を決定していることが数値的に判明した。これにより、解析的になにを調べれば良いかその方向付けがなされた。2.境界分裂と選択パターン自己複製を行いながら、その後ろに一定波長をもつパターンが形成されるとき、その形成の遷移過程がパターン選択問題にとっても重要であることが示唆された。とくに1次元の場合、パルス間距離が一定以上にならないと分裂できない閾値(critical distance)の存在が理論的にも証明され、それを用いて端に位置するパルスのみが分裂できることも示された。さらにこの閾値が選択される波長に密接に関わっていることが判明した。その理論的証明は興味ある今後の課題である。3.離散散逸系におけるカオス的振舞い連続系と離散系の相違を明らかにすることは数値的観点からのみならず、モデリングを行う際の基本的立場に関わり重要である。反応拡散系は通常連続系で表されるが、それを離散格子上で考えると、連続系には存在しなかった様々なパターンが出現する。とくに連続系での局在パルス解は離散系では周期倍分岐あるいはIntermittent的にカオス的に振舞うパルス解に移行する。局在性を保ったままカオス的に振舞うものは新しい発見である。さらに複数個のカオス的パルスは結合して、時間周期的な分子状態に移行したり、またそこから離脱したりすることが周期的に確認された。4.Gray-Scottモデルにおける時空カオスの解析無限次元空間におけるヘテロクリニックサイクルの存在が時空カオスを引き起こすことを分岐解追跡ソフトウエアーAUTOを用いて、数値的に明らかにした。この幾何的観点を採用することにより、軌道がどのような状態を経巡るかが明らかとなり、さらに特定のモデルによらない普遍的特徴付けが可能となる。今年度の成果について最も進展があった次の課題について報告する。・大域分岐解析によるパターン選択機構および時空間カオスの解明90年代はじめに、非平衡化学反応系において、はじめて流体力学的効果を排除して、反応と拡散のみによりパターンが生じることが実験的に示され、これが起爆剤となり、それまで予想だにしなかった多くのダイナミックなパターンが実験室、そして計算機シミュレーションによって発見された。典型的モデルとしてはGray-Scott系がある。それは定常解、進行パルス解、自己複製解、時空間カオス等、様々なダイナミクスを提示するが、それらのパターン間の転移の数学的機構についてはほとんど知られていなかった。AUTOによる大域分岐解析により、それらの解の枝の大域的な相互関係がパターン選択機構や時空カオスの発生を理解する上で決定的であることが解明された。これはいわば無限次元空間における大域的な分岐解の幾何学の端緒ともなるべきものといえる。一言でいえば、それぞれのパターン解の枝のサドル・ノード点と定数状態の安定性およびそれらの間の不安定多様体のつながりがダイナミクスを決めている。注意すべきは選んだパラメータの値のところの相空間の構造のみの解析では不十分であり、すべての枝の大域的な相互関係をみなければいけない点である。これにより例えば、時空カオスの発生点は定常解の枝の最小サドル・ノード点の位置と定数解のHopf分岐点の位置が一致するという関係で決まる。この判定法と発展方程式を解いて調べた発生点とは極めてよく一致するという関係で決まる。この判定法と発展方程式を解いて調べた発生点とは極めてよく一致する。これらの知見は今後、定性的な数学理論を構成していく上で基本となる。技術的には大域的な枝の追跡を偏微分方程式系で具体的に実施することは極めて困難な作業であるが、定常解については現在百変数程度までは可能である。しかし周期解や進行波解については偏微分方程式の解の枝を十分近似しているというには、まだ不十分であり、今後の課題して残っている。

局在性を保ったままカオス的に振舞うものは新しい発見である。さらに複数個のカオス的パルスは結合して、時間周期的な分子状態に移行したり、またそこから離脱したりすることが周期的に確認された。4.Gray-Scottモデルにおける時空カオスの解析無限次元空間におけるヘテロクリニックサイクルの存在が時空カオスを引き起こすことを分岐解追跡ソフトウエアーAUTOを用いて、数値的に明らかにした。この幾何的観点を採用することにより、軌道がどのような状態を経巡るかが明らかとなり、さらに特定のモデルによらない普遍的特徴付けが可能となる。
新規バイオマーカーを利用したアルツハイマー病の診断

アルツハイマー病の脳組織では、病原性ペプチド(Aβ)の沈着が初期病変として観察される。βセクレターゼ(BACE1)は、アミロイド前駆体を切断し、Aβペプチド産生の引き金を引くプロテアーゼであるが、孤発性アルツハイマー病の患者ではBACE1活性が正常人の2倍以上に上昇している。すなわち、孤発性アルツハイマーではBACE1活性の上昇が起こり、これがAβの沈着、さらには発症の引き金を引くと考えられる。一方、申請者らはBACE1がアミロイド前駆体以外にもα2,6シアル酸転移酵素を切断することを見いだした。また、ヒト脳脊髄液中には比較的高濃度の可溶性α2,6シアル酸転移酵素(BACE1産物)が存在すること、アルツハイマー病患者ではこのレベルの上昇傾向があることを予備実験により確認した。この独自の発見に基づいて、アルツハイマー病患者におけるBACE1活性の上昇を脳脊髄液中の可溶性α2,6シアル酸転移酵素(BACE1産物)によってモニターし、早期に本疾患を診断するシステムの開発を目指した。高感度のサンドイッチELISA法を開発した。診断の精度は、使用する抗体の質に大きく依存する。申請者は、BACE1によって切断されたシアル酸転移酵素の切断端に対する抗体(E41抗体)を作製した。E41抗体はBACE1による切断端に特異性が高く、510μlの脳脊髄液中のシグナルをウエスタン・ブロット法で検出することができた。我々は、E41抗体に加えて、シアル酸転移酵素の触媒ドメイン(カルボキシル側のドメイン)に対する抗体も作製した。両抗体を用いてサンドイッチELISA法を開発した。
ESDの視点にもとづく小学校での森林環境教育の教材開発と授業プログラムの構築

平成30年度は、校庭を活用した小学校での森林環境教育の授業プログラムについて、津市内の小学校2年生を対象として4月および11月に実践を行った。また、昨年度に引き続き、樹木の生態や種子散布に関する体験型の授業プログラムについて、8月に尾鷲市内の小学生9名を対象として、10月に津市内の小学生20名を対象として、実践を行った。次に、学校教員対象の研修講座として、昨年度までに引き続き、森林環境教育を学校で始めるための入門的講座を7月に開催し、三重県内の学校教員30名以上の参加を得た。講座では、昨年度同様、森林環境教育の意義、内容等について解説した後、実際にどのようにすれば学校現場での森林環境教育を無理なく継続的な取り組みとして実施できるかについて、教科横断的な授業づくりの視点をもとに、実習形式での研修を行った。研修後にはアンケートを実施し、森林環境教育を学校現場で推進する上での課題を調査した。成果の発表に関しては、これまでに取り組んできた小学校における教科横断的な森林環境教育の有効性について、アンケートへの児童の回答や振り返りの記述等の分析を行い、第130回日本森林学会大会(新潟)において口頭発表を行った。これまでの3年間の研究期間全体を通じて、小学校の様々な教科内の森林に関連する項目を活用することにより、日常の個々の教科の学習を通じた森林環境教育の推進が可能になることを、ある程度示すことができたと考えている。これまでの研究成果の一部は学術論文として、日本環境教育学会の環境教育誌に投稿し、平成30年に受理・出版された。平成28年度は、三重大学教育学部附属小学校と連携し、前年度から継続的に実施してきた6年生対象の森林環境教育の授業プログラムの実践および分析を行った。これは、森林の多面的機能を9つに整理し、それぞれの森林機能について、教室・校庭をはじめとする学校内外の身近な場所で学習できる授業プログラムを考案して、理科、国語、社会、図画工作といった様々な教科や総合的な学習の時間のなかで、三重県の森林環境教育の副読本を活用しながら実践したものである。実践後のアンケート結果や児童のノートの分析から、考案した授業プログラムが森林環境教育として一定の効果を有することが示された。この成果について、日本環境教育学会第27回大会(東京)にて発表した。また、三重県内の学校教員を対象に、ESDの視点から森林環境教育が学校で広く推進されるようになることをねらいとして、上記の授業プログラムの一部を含む教員研修を実施した。さらに、身近な樹木やその生態および人間生活との関わりなどについてウォークラリー形式で児童が主体的に学ぶことのできる教材を作成し、津市内の1小学校において5年生を対象に実施した。社会教育施設との連携においては、児童が簡単に樹木の二酸化炭素固定量を求めることのできる体験型の教材を作成し、三重県総合博物館の協力のもとに、博物館の有する自然観察林で来館者の小学生親子を対象とした実践を行った。実践後のアンケート調査の結果から、この教材は児童が森林機能のひとつである二酸化炭素固定を学ぶ上で有効であることが示された。ESDの視点にもとづく小学校での森林環境教育の教材開発と授業プログラムの構築に関して、学校、博物館、行政と良好な連携関係をもって当初の計画に沿った形で遂行できている上、得られた成果の公表(学会発表)も行うことができているため、おおむね順調に進展していると判断している。平成29年度は、まず、樹木の二酸化炭素固定に関する体験型の授業プログラムについて、昨年度までに行った、三重大学教育学部附属小学校6年生33名を対象とした実践、三重県総合博物館の来館者(小学生11名および保護者)を対象とした実践、三重大学教育学部における教員養成課程(理科教育)の学生21名を対象とした実践、三重県の教員研修における学校教員30名を対象とした実践でのそれぞれのアンケート調査の回答を分析し、その有効性を検討した。どの実践においても概ね良い評価が得られており、小学生でも簡単に扱えるという点で、また、学校教員にとって授業が実施しやすいという点で、本研究で作成した授業プログラムは有効であると考えられた。また、樹木の生態や種子散布に関する体験型の授業プログラムを作成し、津市内の小学校1校の4年生および2年生(各3クラス、80名)を対象とした実践を、それぞれ10月と11月に行った。さらに、学校教員対象の研修講座として、昨年度までに引き続き、森林環境教育を学校で始めるための入門的講座を8月に開催し、三重県内の学校教員30名以上の参加を得た。講座では、森林環境教育の意義、内容等について解説した後、実際にどのようにすれば学校現場での森林環境教育を無理なく継続的な取り組みとして実施できるかについて、教科横断的な授業づくりの視点をもとに、実習形式での研修を行った。なお、上記の樹木二酸化炭素固定に関する授業プログラムの有効性に関する成果については、第129回日本森林学会大会(高知)において口頭発表を行った。昨年度に引き続き、小学校での森林環境教育の教材開発と授業プログラムの構築に関して、地域の学校、博物館、行政と良好な連携関係をもって当初の計画に沿った形で遂行できている上、得られた成果の公表(学会発表)も行うことができているため、おおむね順調に進展していると判断している。

また、昨年度に引き続き、樹木の生態や種子散布に関する体験型の授業プログラムについて、8月に尾鷲市内の小学生9名を対象として、10月に津市内の小学生20名を対象として、実践を行った。次に、学校教員対象の研修講座として、昨年度までに引き続き、森林環境教育を学校で始めるための入門的講座を7月に開催し、三重県内の学校教員30名以上の参加を得た。講座では、昨年度同様、森林環境教育の意義、内容等について解説した後、実際にどのようにすれば学校現場での森林環境教育を無理なく継続的な取り組みとして実施できるかについて、教科横断的な授業づくりの視点をもとに、実習形式での研修を行った。研修後にはアンケートを実施し、森林環境教育を学校現場で推進する上での課題を調査した。成果の発表に関しては、これまでに取り組んできた小学校における教科横断的な森林環境教育の有効性について、アンケートへの児童の回答や振り返りの記述等の分析を行い、第130回日本森林学会大会(新潟)において口頭発表を行った。これまでの3年間の研究期間全体を通じて、小学校の様々な教科内の森林に関連する項目を活用することにより、日常の個々の教科の学習を通じた森林環境教育の推進が可能になることを、ある程度示すことができたと考えている。これまでの研究成果の一部は学術論文として、日本環境教育学会の環境教育誌に投稿し、平成30年に受理・出版された。平成29年度には、改善した教材と授業プログラムについて、三重大学教育学部附属小学校をはじめ三重県内の小学校で実践し、児童および教員へのアンケート調査を行い、効果を検証するとともに、教育現場に導入する上での課題を探る。また、前年度に引き続き、教員研修での実践を行い、受講者アンケートをもとに効果を検証するとともに改善を図る。さらに、三重県総合博物館での実践も継続して行い、学校外に広く普及させるための課題を探る。平成30年度には、校庭を活用したウォークラリー形式の森林環境教育の授業プログラムについて、津市内の小学校を対象とした実践を行い、効果を検証するとともに、教育現場に導入する上での課題を探る。さらに、前年度までに取り組んできた教科横断的な森林環境教育の有効性について、児童のアンケートへの回答等の詳細な分析にもとづき明らかにする。平成30年度は最終年度であるため、これまでの成果について論文を執筆・投稿するとともに、今後の展開について新たな研究推進体制を構築する。研究計画における、学校現場での授業プログラムの実践の内の1件が次年度に延期となり、それに合わせ研究計画を変更し、一部消耗品の購入を次年度に変更したため。平成30年度に当該実践を行う際に使用する。
技術・家庭科における生徒理解を重視した教育実践学的研究

中学校技術・家庭科技術分野(以下,技術科)の目標において生活を工夫し創造する能力と実践的な態度を育てることが掲げられている。その目標を実現するためには,生徒の学習内容に対する意識や態度等に関する事柄についても着目した授業実践が必要だと考えられる。また,生徒の意識や態度に注目し,生徒の内的状態を把握する試みは,技術科の学習指導に関するカリキュラムや教材開発の研究について有益な資料になると思われる。本研究は,生徒の学習内容に対する意識や態度に着目した学習指導を行うために,教師が生徒理解を積極的に試み,有機的に実践することを目的として取り組んだ。平成18年度は,前年度からの「情報とコンピュータ」に関する学習指導について検討を引き続き行い,学習指導に即した教材開発や授業実践を行った。具体的には,情報倫理に関する学習指導のための小冊子の制作と知的財産教育のためのグループワーク教材の開発に取り組んだ。情報倫理に関する学習指導のための小冊子は,小学校および中学校の情報倫理学習の場面に即し,児童・生徒の興味・関心,既習知識および学習の連続性などを考慮した内容で構成した。知的財産についての教材は,実際に知的財産に関する話題をシュミレーションするゲーム教材を開発した。さらに,その教材を用いて金沢大学附属中学校での教育実践を行った。その結果,学習者は知的財産の保護の意味や社会に及ぼす影響について理解を深め,他人の知的財産を保護しようとする姿勢が強くなることが示され,一定の成果が見られることが明らかになった。また,生徒の意識や態度に注目し,生徒の内的状態を把握する試みは,技術科の学習指導に関するカリキュラムや教材開発,評価法の検討について有益な資料になると思われる。初年度である平成16年度は,技術科に内容のうち「情報とコンピュータ」に関する学習内容に対して学習者が抱く意識や,これまでの体験について実態調査を行った。その結果,生徒はコンピュータをはじめとした情報機器の利用方法については高い割合で知識や技能を習得している反面,情報倫理に関する内容や情報機器のしくみについての内容に関する理解や意識の向上が課題であることが明らかとなった。また,生徒への意識調査と平行して,「情報とコンピュータ」に関連する意識について,生徒と学習指導にあたる教師の差を比較することを目的として教師の情報倫理に関する意識調査を行った。その結果,教師は情報倫理について「主観的判断」を求めるクラスターと「客観的判断」を求めるクラスターに分類できることが明らかになった。平成17年度は,「情報とコンピュータ」に関する学習指導について検討を行い,小学4年生から高等学校3年生までの情報倫理に関する意識及び経験に関する実態調査を行った。また,教材開発としてロールプレイングやワークショップを用いた学習教材の開発を試みた。情報倫理に関する横断的調査によると,小学生高学年よりインターネット利用の用途が増え,情報社会の影の部分への接触も増加することから早期の情報倫理教育の必要性を指摘することができた。また,調査に基づき,児童・生徒が主体的に学習を進めることができる教材の開発を目指し,寸劇形式のロールプレイとRPG(ロールプレイングゲーム)を用いた教材開発を試みた。RPGによる教材では,コンピュータウイルスや電子商取引の注意点など情報倫理に関する学習内容を仮想的に体験し,情報社会に参画する態度を育成することを目指した。さらに,個人情報に関する学習指導についても検討を行い,スライド制作のワークショップを通した学習教材の開発を行った。

さらに,その教材を用いて金沢大学附属中学校での教育実践を行った。その結果,学習者は知的財産の保護の意味や社会に及ぼす影響について理解を深め,他人の知的財産を保護しようとする姿勢が強くなることが示され,一定の成果が見られることが明らかになった。
光応答性ガスキャリア液循環型酸素濃縮器の開発

慢性閉塞性肺疾患に対する酸素療法のために,ガスキャリア液循環型酸素濃縮器の開発を行った。このシステムは,空気中に存在する酸素を高濃度化するもので,小音化かつ小型化を可能とし,将来的にはポータブル酸素濃縮器の開発を目指すものである。酸素運搬体の開発では,コバルト錯体を合成しその有用性を確認した。また,酸素濃縮器のシステム設計においては,コンピュータシミュレーションを用いて,必要な仕様を算出し,装置の最適化を行った。酸素濃縮器は空気中から酸素のみを分離・濃縮する装置で,主に慢性閉塞性肺疾患(Chronio Obstructive Pulmonary Disease ; COPD)の患者に対する在宅酸素療法の高濃度酸素の供給源に用いられる.しかし,現存の酸素濃縮器では小型かつ低騒音で高濃度の酸素を供給できない.そこで,本研究では新たに大気中の酸素をガスキャリア液へ吸入し,気相中に放散することで酸素を濃縮するシステムを構築し,安全かつ効率良い酸素濃縮システムの開発を目的とする.今年度は,ガスキャリア液を構成する酸素運搬体として,光に応答して酸素を吸収・放散する水溶性ポルフィリンCoTaqPPに着目した. CoTaqPPを合成し,水に溶かして作製したガスキャリア液に光を照射し解離した酸素分圧から酸素移動濃縮率を,二室回分セルを用いた放散系における総括物質移動係数から酸素移動性能を評価した.この両者を考慮し,最も効率よく酸素を供給できる錯体濃度(最適濃度)を決定し, COPD患者が必要とする500mL/min(STP)の酸素を供給する酸素濃縮器の至適設計を行った.解離酸素分圧は錯体濃度の上昇に伴い,より高い解離酸素分圧を得られた.総括物質移動係数は錯体濃度の上昇に伴い減少した.以上の結果と人工肺モジュールを用いた実験データから算出された最高効率濃度より,85%飽和をCoTaqPP-水系のガスキャリア液における最適濃度とした.最適濃度のガスキャリア液を用いて,COPD患者が必要とする酸素を供給する酸素濃縮器を至的設計した結果,68個のモジュールが必要であることが分かった。またこのとき,大気中から175mmHgまで酸素を濃縮できた。以上より, CoTaqPP-水系のガスキャリア液を用いることで,安全かつ効率良い酸素濃縮システムが開発でき,酸素濃縮装置の小型化・低騒音化の実現の可能性を示せた。今年度は,ガスキャリア液を構成する酸素運搬体として,ピケットフェンス型コバルトポルフィリンmeso-tetrakis(α,α,α,α-o-pivalamidophenyl)porphyrinatocobalt; CoTpivPP)に着目した,この錯体は,血中の酸素運搬体であるヘモグロビンや酸素貯蔵庫であるミオグロビンに共通して存在するヘムの機能を模倣した物質で,酸素親和性かつ安定性に優れている.また,02結合部位側が疎水性環境にあるという特徴を持つ.これは,ヘモグロビンにおいて02結合部位側の疎水性環境が02-Fe錯体の安定化,可逆性に寄与しているという機能を模倣するためである.実際にこの錯体は,Hb同様に酸素と可逆的に反応することが確認されており,酸素運搬体として有用である.ガスキリア液に適用する溶媒として,安全性と酸素移動性能の観点から選定を進め,安全性については,使用温度域における蒸気圧がなるべく低いものを検討し,さらに可能な限り生体に無害なものを選定した.また,酸素移動性能に関しては,同じ錯体でも溶解させる溶媒により酸素の結合・解離速度が異なることが分かっているため,錯体との様々な組み合わせを検討した.以上より,CoTpivPP-有機溶媒系のガスキャリア液を用いることで,安全かつ効率良い酸素濃縮システムが開発でき,酸素濃縮装置の小型化・低騒音化の実現の可能性を示せた.酸素運搬能を持ったガスキャリア液を使用したガスキャリア液循環型酸素濃縮装置には、ガス交換モジュールとして人工肺が用いられており、このモジュール内のガスキャリア液の流動状態が装置の効率に強く影響する。今回、解析対象モジュールをSarns5796(3M、東京)とし、汎用有限要素法解析ソフトANSYS(ANSYS Inc.,U.S.A.)によるコンピュータシミュレーションでガス交換モジュール内の流体流動状態を計算した。これにより、ガス交換モジュールを精度よく構造解析する方法を確立し、システムの最適化を図った。はじめに、モジュールの至適設計として、入口形状をx、y、z方向それぞれに1.75倍、1/2倍したモデル、出口位置を上端から101.75mm、199.3mmずらしたモデル、出口位置を中央にずらし出口流路部を6.65mm、9.9mmに変更したモデルを解析した。また、流体の流動状態の最適化として、ガスキャリア液溶媒の物性としてシリコンオイル、エタノール、DMSOそれぞれでスケールアップ時の必要膜面積を比較し、さらに流体流量を1-10L/minと変更し必要膜面積を算出することで最適流量を考察した。至適設計の結果、入口形状をz方向に1.75倍したモデル形状において圧力損失が5%減少し、境膜物質移動係数が11%増加した。

流体流動状態の最適化として、シリコンオイル、エタノール、DMSOそれぞれの物性で算出した必要膜面積は同じ値となり、ガスキャリア液の物性は必要膜面積に影響を与えないことがわかった。また最適な流体流量は5L/minのとき、必要膜面積の減少が小さくなり最適流量であることがわかった。以上より、本シミュレーションの解析手法は妥当性を示せ、またガス交換モジュールの至適化、流体流動状態の最適化という目的が達成できた。
高温 高圧下の窒化硼素の融解と熱力学的性質

本研究は、高圧下で窒化硼素(BN)の融解実験を行い、融解曲線はじめ液体の電気抵抗などの物性を調べることが目的である。加熱速度の制御、ヒーターおよび炉壁材料と試料構成の選択により再現性良くBNを融解させることが出来た。温度測定は、(1)マーカー法:ヒーターの電力とW-Re熱電対から見積もられる温度の外挿値を既知の高融点物質Al_2O_3,MgO等の融解温度で補正する、(2)光学的計測法:炉内のBNに接して置いたグラファイト薄片の光のスペクトルをアンビルを通じて光ファイバーで採集し、輻射公式から計算する方法で行った。六方晶窒化硼素(h-BN)の融解温度は、2.4GPaの約2900°Cから圧力とともに上昇し、5.4GPaで約3700°Cで最大を経た後6.9GPaで約3400°Cに減少する傾向にあり、グラファイトと同様に融点極大を示す。また、BNを直接充填したヒーターの電気抵抗変化から液体BNは、液体炭素と異なり金属ではない事が示された。
大規模行列計算のための階層的自動チューニング手法の開発

計算機環境の複雑化・多様化により,それぞれの条件(問題や計算機環境)に応じてアルゴリズムをチューニングすることが,高性能計算を実現するために不可避となっている。その際,従来の人手によるチューニングだけでなく,何らかの仕組みに基づいて計算機自身がチューニングを行う「自動チューニング」技術の開発が求められている。このような背景の下で,昨年度は基本的な行列計算の一つであるQR分解におけるブロック化の方法を自動的に決定する仕組みを構築し,有効な自動チューニング手法として期待できることを示した。そこで,本年度はこの手法をベースにして,実用化の観点から研究を進めた。構築した手法では,動的計画法を用いることでアルゴリズムの候補を効率的に比較することが可能となっていた。また,比較の際に使用する評価値は性能予測モデルにより算出されることを前提としていた。そこで,本年度は,使用する性能予測モデルによる,チューニングの効果と実行コストの変化について考察した。また,行列サイズが大規模になった場合,全ての候補を比較することが困難になることが予想されるため,候補を限定してチューニングを行う手法の効果について検討した。さらに,限定の仕方を徐々に変化させることで,チューニングの効果とコストのトレードオブを効率的に制御する手法についても検討した。一方,並列計算を想定して,共有メモリ型並列計算機を用いてQR分解を行う場合の自動チューニング手法に関して検討した。並列計算では,TSQRと呼ばれるブロック分割が可能となり,同時に有効であることが知られているので,これを新たに取り入れたチューニング手法を構築し,その効果を検証した。その他,QR分解以外として,LU分解アルゴリズムに対する自動チューニング手法を検討した。以上の研究により,大規模行列計算アルゴリズムに対する実用的な自動チューニング手法の開発に向けた一つの方向性を示すとともに,その過程で解決すべき課題を具体的に明らかにすることができた。近年の計算機は高性能化とともに複雑化・多様化の一途をたどっている.そのため,計算機の性能を十分に引き出すためには,計算機の特性等に応じてソフトウェアをチューニングすることが必要不可欠となっている.そこで,人手によるチューニングではなく,計算機自身が機械的にチューニングを行う自動チューニングについての研究が近年注目されている。本研究では,科学技術計算の基盤の一つである行列計算を対象として,自動チューニングの研究を行っている.特に本年度は,基本的な行列計算の一種であるQR分解アルゴリズムに注目して,そのブロック化の方法に関する自動チューニングの手法を構築し,性能評価を行った.今回構築した手法では,まず,二分木を使ってブロック分割方法を表現することを考えた.この手法を用いることで,再帰的なブロック化までを含めた多様な分割方法を系統的に処理することが可能となった.次に,二分木の再帰構造に着目し,動的計画法をベースとしたアルゴリズムにより,与えられた条件下で最適な分割方法に対応する二分木を効率的に決定する仕組みを構築した.性能評価を行った結果,提案手法の内部で用いる性能予測モデルが比較的正確な場合は,従来から使われている分割方法と同等以上の性能を持つ分割方法を機械的に決定できることが確認できた.しかし,性能予測モデルの精度が不十分な場合は,提案手法のチューニング結果も同様に不十分なものになってしまうことが明らかになった.そこで,性能予測モデルの精度がチューニングに与える影響について詳しい調査を開始するとともに,提案した手法に適した性能予測の方法の開発に向けた検討を始めた.次年度は,本年度の研究で得られた知見を基にして,より大規模な行列計算を対象として,実用的な自動チューニング手法を開発することを目標とする.計算機環境の複雑化・多様化により,それぞれの条件(問題や計算機環境)に応じてアルゴリズムをチューニングすることが,高性能計算を実現するために不可避となっている。
蝸牛における神経線維分布の電気生理学的電顕的研究

蝸牛は音の感覚器であり、求心性の蝸牛神経、遠心性のオリーブ蝸牛神経束、交感神経が分布している。本研究の目的は、蝸牛神経線維またはラセン神経節細胞に微小ガラス管電極を刺入して電気生理学的に音による活動電位の測定と神経の固定を行うと共に、細胞内にHRPを注入して神経線維を染色し、その分布と走行を観察しようとするものである。その結果、ラセン神経節細胞の自発放電頻度は平均48.9発1病(標準偏差30.5)であり、スパイク間隔ヒストグラム、自発放電頻度、変動係数を単一蝸牛神経線維と比較し、差はみられなかった。さらに蝸牛神経単一線維の自発放電と電気刺激に応答するスパイクに対するキシロカイン静注およびアスピリン投与の影響を観察し、これらが蝸牛有毛細胞のみでなく蝸牛神経にも直接作用してその最小域値を上昇させることを見出した。組織学的研究では、HRPをラセン神経節細胞内に注入することは数回のみ成功したが、神経線維の追求までに至らなかった。しかし、蝸牛に分布する交感神経とその起始に関する電顕的組織化学的研究として、一側蝸牛の鼓室階にHRPを注入すると、同側上頚神経節にHRP陽性細胞がみられ、しかも散在性であることが興味深い。逆に、一側上頚神経節内にHRPを注入すると、同側の前下小脳動脈や蝸牛軸血管の周囲の交換神経線維および骨ラセン板内蝸牛神経間の無髄神経線維のaxon内にHRP顆粒が認められた。これにより、蝸牛内およびその支配動脈周囲に分布する交換神経は同側上頚神経節の神経細胞から始まっていることが証明された。ラセン神経節細胞は二重の骨壁に包まれているので、ガラス毛細管電極を一定時間刺入し保つことは極めて困難であるが、現在もなお挑戦しつつある。