hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
技能遠隔教育における動作特徴抽出システムの開発

本研究では技能教育の視点から重要である動作教育に注目し,動作過程の3次元位置情報から動作特徴の定量化,知的符号化技術を開発し,技能遠隔教育システムへの応用を目指した.具体的には習字学習の動作を対象として,教師と学生の動作の定量化をした後に動作過程の要因抽出を行い,学生の誤り動作の特徴ごとにグループ化を行うことを試みた.開発したシステムでは,3次元位置計測装置により教師の見本動作と学生の学習動作における筆の3次元位置となす角,および被験者の手首,肘の3次元位置を算出し,教師と学生の動作データとして保存する.この動作データから(1)学習開始,終了時の筆の角度差,(2)動作過程の筆の角度差,(3)筆,手首,肘の移動距離,(4)筆,手首,肘の速度,加速度データのグラフにおける極大値数を求め,評価を行う.評価分析部では求めた評価値を用いて,各試行に対してクラスター分析を行った.開発したシステムを用いて8名の被験者で習字動作による評価実験を行った.本システムの評価分析で行ったクラスター解析では,動作の各要因ごとに特徴分類が行えるように重み付け処理による解析を行った.運筆動作で重要であるリズムに注目し,速度・加速度変化について解析した結果,教師と同じ速度変化の傾向のグループや速度変化が少ないグループ等,速度変化の特徴ごとの分類ができた.また,他の特定の動作特徴を持った動作データも重み付け処理によるクラスター分析により類型化することができた.これにより,学生の特徴別の学習グループの形成や誤りの類型が可能となり,より的確な指導やグループ学習による学習効果が期待され,教師負担の軽減が可能となる.また,分類した動作の定量情報に特徴などの定性情報を付加することにより,技能情報の保存,およびそれらを用いた技能教育の可能性が期待できる.本研究では技能教育の視点から重要である動作教育に注目し,動作過程の3次元位置情報から動作特徴の定量化,知的符号化技術を開発し,技能遠隔教育システムへの応用を目指した.具体にはペン習字の学習動作を対象として,その動作過程の要因抽出から教師,学生の動作を特徴別にグループ化することを試みた.開発したプロトタイプシステムの位置データ検出部では,3次元位置計測装置より計測した教学習時におけるペンの3次元位置と各軸の回転角から,ペンの机上の位置となす角を算出し,教師と学生の動作データとして保存する.動作評価システム部では(1)学習開始,終了時のペンの角度差(2)動作過程のペンの角度差(3)ペンの移動距離(4)ペンの速度,加速度データのグラフにおける極大値数を求め,教師と学生の動作データを比較して評価を行う.評価分析部では求めた評価値を用いて,各試行をクラスター分析を行う.開発したシステムを用いて10名の被験者で習字動作による評価実験を行った.動作の要因抽出ではリズムが重要であると考え,速度変化に注目した.クラスター分析から速度変化が少ないグループや教師と同じ速度変化の傾向のグループに分類でき,速度変化による分類の有効性が示せた.また,特定の動作特徴を持った動作データ群とクラスター分析により類型化された動作データ群がほぼ一致したことから,分類された各グループに動作の定性情報の付加ができ,効果的に動作の類型化,および特徴の分析が可能となる.さらに,学生の動作データの特徴別のグループ分けにより,特徴によるグループの形成や誤りの類型が可能となり,より的確な指導やグループ学習による学習効果が期待され,教師負担の軽減が可能となる.本研究では技能教育の視点から重要である動作教育に注目し,動作過程の3次元位置情報から動作特徴の定量化,知的符号化技術を開発し,技能遠隔教育システムへの応用を目指した.具体的には習字学習の動作を対象として,教師と学生の動作の定量化をした後に動作過程の要因抽出を行い,学生の誤り動作の特徴ごとにグループ化を行うことを試みた.開発したシステムでは,3次元位置計測装置により教師の見本動作と学生の学習動作における筆の3次元位置となす角,および被験者の手首,肘の3次元位置を算出し,教師と学生の動作データとして保存する.この動作データから(1)学習開始,終了時の筆の角度差,(2)動作過程の筆の角度差,(3)筆,手首,肘の移動距離,(4)筆,手首,肘の速度,加速度データのグラフにおける極大値数を求め,評価を行う.評価分析部では求めた評価値を用いて,各試行に対してクラスター分析を行った.開発したシステムを用いて8名の被験者で習字動作による評価実験を行った.本システムの評価分析で行ったクラスター解析では,動作の各要因ごとに特徴分類が行えるように重み付け処理による解析を行った.運筆動作で重要であるリズムに注目し,速度・加速度変化について解析した結果,教師と同じ速度変化の傾向のグループや速度変化が少ないグループ等,速度変化の特徴ごとの分類ができた.また,他の特定の動作特徴を持った動作データも重み付け処理によるクラスター分析により類型化することができた.これにより,学生の特徴別の学習グループの形成や誤りの類型が可能となり,より的確な指導やグループ学習による学習効果が期待され,教師負担の軽減が可能となる.また,分類した動作の定量情報に特徴などの定性情報を付加することにより,技能情報の保存,およびそれらを用いた技能教育の可能性が期待できる.
高齢者の運動習慣形成と維持のための介入プログラム開発-行動分析学的見地から-

1.高齢者の運動習慣形成・維持を促す強化システムの検討.首都圏に居住する高齢者9名(6679歳)を対象に,単一事例実験計画(多層ベースライン法)により介入プログラムを実施した.各被験者は,異なったベースライン期間(2・4・5週間)で日常の身体活動状況(活動時間,総消費量,運動量,歩数,運動強度等)の測定を行なった後,個別に強化プログラムの介入を開始した.介入期は,以下の4つのステージにより構成され,段階的に強化システムが機能するよう配慮された.ステージ1先行要因となりうる適切な情報の提示+身体活動状況の結果のフィードバックステージ2結果のフィードバック+活動記録日誌によるセルフモニタリングステージ3ステージ2+目標設定および目標達成度の評価ステージ4ステージ2+ステージ3+ライフサイクル利用計画(プリマックスの原理)約3ヶ月間の介入実験の結果,ほぼすべての被験者において,介入後には活動時間,総消費量,運動量,歩数,運動強度の増加が認められた.特に,運動強度(中程度以上)の増加が顕著であり,身体活動の質的変容が促進されたことが示唆された.また,ストレス反応に関しても,多くの被験者において介入後の減少傾向が認められ,メンタルヘルスへの肯定的な影響が示唆された.さらに,快感情の自覚や身体的・心理的状態の改善,行動範囲の拡大,生活習慣全体への好影響などが報告され,これらの要因がその後の行動に対するさらなる強化子として機能することが考えられる.半年後,1年後のフォローアップ測定により,介入プログラムの長期的な有効性を確認する予定である.2.「高齢者用運動アドヒレンス・プログラム」の提案これまでの研究結果により,効果的な「高齢者用運動アドヒレンス・プログラム」の実施のために必要な要素として,(1)強化は段階的に行なうこと,(2)個人の活動水準,ライフスタイルに適合した計画であること,(3)[運動」にこだわらず,まずは身体活動の増加をめざすこと,が挙げられる.高齢者の運動習慣形成・維持においては,特に,集団で実施される運動プログラムへの参加に消極的な者に対しても有効なプログラムであることが重要であり,本研究において検討された「高齢者用運動アドヒレンス・プログラム」の応用が可能であると考えられる.本研究は、日常生活の中で慢性的にストレスを抱え,身体能力の衰えに不安を感じている高齢者を対象として,ストレス・マネジメントの1つとしての運動習慣を形成し,維持させることを目指す,適切な介入プログラムを行動分析学的見地から開発することを目的とするものである.そこで初年度は,実験的介入研究に先立ち,以下の2つに関する調査研究を行なった.1.我が国における高齢者の運動習慣に関する実態調査,およびメンタルヘルスと運動習慣の関係の検証.首都圏に居住する60歳以上の地域高齢者約1000名を対象に,選択式および自由記述式から成る質問紙調査を実施した.その結果,地域高齢者の「健康に対する意識」「運動やスポーツに対する意識」「過去および現在の運動習慣の実態」を確認し,「運動習慣形成および維持に関連する諸要因」を明らかにした.運動行動の変容には,性別,過去のスポーツ経験やスポーツに対する趣向性,主観的健康度等の要因が関連していることが認められた.また,運動行動の変容段階におけるストレス反応の違いを検討した結果,運動を実施している者(準備期・実行期・維持期)はそうでない者(関心期)に比べて,ストレス反応が低いことが認められ,運動実施がメンタルヘルスに肯定的な影響を及ぼしていることが示唆された.2.行動分析学的見地から,運動習慣形成およびその維持を促す強化システムを検討.上述の調査研究の結果を受けて,運動習慣形成・維持の強化子リストを作成した.高齢者を取り巻く環境は特殊であり,運動に対する意識も若年層とは全く異なる.そこで,調査により明らかになった健康や運動に対する意識および関連要因を整理し,行動変容の強化子となりうる刺激を抽出した.現在,その理論的妥当性の検討を進行中.併せて,高齢者用運動アドヒレンス・プログラム試作版の実験計画を進めている.1.高齢者の運動習慣形成・維持を促す強化システムの検討.首都圏に居住する高齢者9名(6679歳)を対象に,単一事例実験計画(多層ベースライン法)により介入プログラムを実施した.各被験者は,異なったベースライン期間(2・4・5週間)で日常の身体活動状況(活動時間,総消費量,運動量,歩数,運動強度等)の測定を行なった後,個別に強化プログラムの介入を開始した.介入期は,以下の4つのステージにより構成され,段階的に強化システムが機能するよう配慮された.ステージ1先行要因となりうる適切な情報の提示+身体活動状況の結果のフィードバックステージ2結果のフィードバック+活動記録日誌によるセルフモニタリングステージ3ステージ2+目標設定および目標達成度の評価ステージ4ステージ2+ステージ3+ライフサイクル利用計画(プリマックスの原理)約3ヶ月間の介入実験の結果,ほぼすべての被験者において,介入後には活動時間,総消費量,運動量,歩数,運動強度の増加が認められた.特に,運動強度(中程度以上)の増加が顕著であり,身体活動の質的変容が促進されたことが示唆された.また,ストレス反応に関しても,多くの被験者において介入後の減少傾向が認められ,メンタルヘルスへの肯定的な影響が示唆された.さらに,快感情の自覚や身体的・心理的状態の改善,行動範囲の拡大,生活習慣全体への好影響などが報告され,これらの要因がその後の行動に対するさらなる強化子として機能することが考えられる.半年後,1年後のフォローアップ測定により,介入プログラムの長期的な有効性を確認する予定である.2.

「高齢者用運動アドヒレンス・プログラム」の提案これまでの研究結果により,効果的な「高齢者用運動アドヒレンス・プログラム」の実施のために必要な要素として,(1)強化は段階的に行なうこと,(2)個人の活動水準,ライフスタイルに適合した計画であること,(3)[運動」にこだわらず,まずは身体活動の増加をめざすこと,が挙げられる.高齢者の運動習慣形成・維持においては,特に,集団で実施される運動プログラムへの参加に消極的な者に対しても有効なプログラムであることが重要であり,本研究において検討された「高齢者用運動アドヒレンス・プログラム」の応用が可能であると考えられる.
日本古代の天下について

倭国が「天下」の語を銘文に用いた五世紀ころ、中国では皇帝の支配領域以外を指して「天下」を用いることに柔軟で、中国的な天下観を前提にせずとも、ある領域を指して「天下」と表現することがあった。倭国の鉄剣・太刀銘文に自らの支配領域を「天下」と表現したことを理由に、倭国を中心とした天下観の誕生を論じるのは難しい。加えて、銘文のように単純な漢文すら作成できない支配者層の人びとが、中華思想のように複雑で高度な思想を十分に理解・咀嚼し、それを自らの支配に当てはめて独自の天下観を醸成するということは不可能であろう。さらに、そのほかアジアの事例を踏まえれば、倭国には独自の「アメ(天)」を祭る信仰があり、その下にある領域=大八洲(オオヤシマグニ)は倭王に統治されるという認識をベースとして、倭王武の実効支配領域を「天下」と表現したと判断するのが穏当である。倭国的な天下観の芽生えに疑問を呈するからには、倭王武よりのちには倭国が朝貢しなくなった理由にも、再検討を加えねばならない。西嶋定生氏以来、先行研究では、独自の天下観を発展させた倭国は、朝貢をやめ、冊封を受けないことで中国の天下から離脱したとされてきたからである。しかし広義の天下とは、皇帝の実効支配領域に、その威徳が及ぶ夷狄の範囲を加えたものである。皇帝の威徳が及んでいると中国側が判断しさえすれば、冊封の有無にかかわらず、その国は中国の天下に編入された。倭国が冊封を受けようと受けまいと、皇帝が自身の威徳が倭国にも及んでいると考える限り、倭国は中国の天下に組み込まれる。倭国の朝貢停止と冊封の問題は、切り離して議論されねばならない。倭国が朝貢を停止した理由は、雄略天皇より以降に、直系継承を担うべき人物が不在となり、王権が大きく同様する中で、対中国交渉を維持する余力が失われたためと考えるべきである。今年度は一般向けの著書を一冊刊行することが出来た他に、国際シンポジウムを主宰した。それよにり、上記の研究成果を一般に広く公開するとともに、国際的にもアピールすることが出来た。ただし、一般向け書籍刊行は本来昨年度中に行うべきであったため、上記の区分とした。昨年度に仏教が「天下」という語の理解・意味に与えた影響を一部検討したが、この点を充実させることで、「天下」についての理解を深めたい。具体的には、中国における「天下」の使用について、隋唐代を中心に検討する。また、東アジア諸国の「天下」についても検討を進める。以上の作業を通じて、日本古代の天下を東アジア史の中に位置付けたい。初年度には、南北朝時代から唐初までの中国における天下観と仏教の関係を知るのに重要な情報を提供すると考える、『広弘明集』について考察を深めた。『広弘明集』は、平安期以降日本の各地で書写された古写経中に複数巻残っている。かつて日本古写経は、版本系一切経の粗雑な写本と考えられていた。しかし今年度の調査により、日本古写経中の『広弘明集』には、唐皇帝の諱を別字に書く、乃至、欠筆する個所が多く存在することが分かった。他方、宋皇帝の諱について、欠筆・避諱は全く見出せない。加えて、古写経中『広弘明集』にのみ欠ける文章が複数存在することから、古写経中『広弘明集』の祖本は唐代に書写され日本に請来されたテキストである可能性が大きいことを指摘した。今後は、古写経中『広弘明集』と版本系一切経中『広弘明集』との差異に留意しながら、テキストの講読を進めるべきである。また先行研究では、須弥山と四つの「天下」(=大陸の意)により構成される仏教的世界観は、儒教的天下観に基づく中国の「天下」(皇帝の支配領域)とは異なる「天下」の構想を古代日本に促したと考えることがある。しかし、金輪聖王と称讃された梁の武帝は、金輪聖王が四つの「天下」を支配すると経典に説かれたのに対し、儒教的な「天下」の支配者にとどまった。とすれば、儒教的・伝統的な中国の「天下」とは異なる「天下」を、仏教を思想的基盤として、古代の日本が構想することが可能であったのかについては再検討が必要となろう。今後は、転輪聖王と称讃された皇帝を網羅し、同様の文脈において皇支の支配領域がどのように表現されるのかを分析した上で、日本古代の「天下」について考察するべきである。古写経中『広弘明集』の写本系統について豊富な知識を得ることができた。ただし、古写経の調査に多くの時間を割くこととなり、調査を踏まえた史料の分析は十分には行えていない。また現在、南北朝時代から隋唐にかけて使用された「天下」の事例を収集し、周辺諸国に与えられた詔勅については重点的な分析を加えている。同時に、天下の中心であった都城内に建立された寺院の踏査も進めている。ただしいずれも論文化には至っていない。以上の理由から、おおむね順調に進展している、と判断した。

先行研究では、倭国古代の銘文に「天下」の語が用いられていることから、五世紀の倭国は、独自の天下観ー自身を中心として同心円状に広がる帝国的世界観ーを保有していたと考えてきた。この説は、その後の倭国の対外交渉をどのように理解するのかについて、強い影響を及ぼしてきた。最も強い影響を受けたのが、遣隋使に対する評価である。五世紀に帝国を自認して南朝の冊封体制から離脱した倭国が、七世紀に再び隋の冊封体制に参入しようとしたはずはない。つまり、五世紀時点で倭国が帝国的世界観を有していたという理解は、その百数十年後、遣隋使の時に中国との対等を主張したのも当然だ、という結論を導いてきたのである。しかし、銘文に「天下」が使用されていたからといって、倭王を含む倭国の支配者層が、「天下」にまつわる観念を倭王の統治に当てはめて理解していたとまで考えることは可能であろうか。江田船山古墳出土太刀の銘文を渡来人が作成していたことを想起されたい。ワカタケル大王に文官として奉仕したムリテは、銘文のように簡単な漢文を作成することができなかった。ワカタケル大王の周辺における漢文の理解はその程度だったのである。とすれば、倭国の支配者層で、中国における伝統的・儒教的世界観を理解し、それを自らに当てはめるほどの教養が共有されていたかは大いに疑問である。通説には、にわかには従いがたい。そこで平成29年度は、1五世紀の東アジアにおける天下という語の使用のされ方、2天下と天下観の関係、3冊封と天下との関係という三つの課題を検討することを通じて、倭国古代の天下について考察を加えた。本研究の成果は、平成30年度中に一般向け書籍において公開する予定である。昨年度中に一般向け書籍によって研究成果を公表する予定であったが、体調を大きく崩したため、執筆の速度を遅らさざるを得なかった。ただし、個別の研究については、日本語・外国語によって発信することができたため、おおむね順調に進展した、と判断した。倭国が「天下」の語を銘文に用いた五世紀ころ、中国では皇帝の支配領域以外を指して「天下」を用いることに柔軟で、中国的な天下観を前提にせずとも、ある領域を指して「天下」と表現することがあった。倭国の鉄剣・太刀銘文に自らの支配領域を「天下」と表現したことを理由に、倭国を中心とした天下観の誕生を論じるのは難しい。加えて、銘文のように単純な漢文すら作成できない支配者層の人びとが、中華思想のように複雑で高度な思想を十分に理解・咀嚼し、それを自らの支配に当てはめて独自の天下観を醸成するということは不可能であろう。さらに、そのほかアジアの事例を踏まえれば、倭国には独自の「アメ(天)」を祭る信仰があり、その下にある領域=大八洲(オオヤシマグニ)は倭王に統治されるという認識をベースとして、倭王武の実効支配領域を「天下」と表現したと判断するのが穏当である。倭国的な天下観の芽生えに疑問を呈するからには、倭王武よりのちには倭国が朝貢しなくなった理由にも、再検討を加えねばならない。西嶋定生氏以来、先行研究では、独自の天下観を発展させた倭国は、朝貢をやめ、冊封を受けないことで中国の天下から離脱したとされてきたからである。しかし広義の天下とは、皇帝の実効支配領域に、その威徳が及ぶ夷狄の範囲を加えたものである。皇帝の威徳が及んでいると中国側が判断しさえすれば、冊封の有無にかかわらず、その国は中国の天下に編入された。倭国が冊封を受けようと受けまいと、皇帝が自身の威徳が倭国にも及んでいると考える限り、倭国は中国の天下に組み込まれる。倭国の朝貢停止と冊封の問題は、切り離して議論されねばならない。倭国が朝貢を停止した理由は、雄略天皇より以降に、直系継承を担うべき人物が不在となり、王権が大きく同様する中で、対中国交渉を維持する余力が失われたためと考えるべきである。今年度は一般向けの著書を一冊刊行することが出来た他に、国際シンポジウムを主宰した。それよにり、上記の研究成果を一般に広く公開するとともに、国際的にもアピールすることが出来た。
キネシンモーター分子群の機能と制御の統合生物学的研究

主に以下の成果を得た。1) KIFsの細胞内物質輸送における機能とその制御機構解明の課題について:a)KIF17が脳高次機能をKIF17, NR2Bの転写レベルで制御する。b) KIF17尾部のCaMKIIaによるリン酸化によりNR2Bカーゴの解離と高次脳機能を制御する。c)刺激の豊かな環境下での飼育による海馬でのシナップス形成の亢進と記憶・学習機能の亢進は、KIF1Aが必須である。d) KIF3AによるN cadherinの荷積みと輸送が神経活動依存性のPKA/CaMKIIaによるリン酸化で亢進する。2)細胞内でのKIFsと微小管との相互作用による方向性輸送の解明について:a)方向性輸送の分子機構として、KIF5モーター領域が軸索起始部及び軸索内に優位に局在するGTP beta tubulinに富むGTP型微小管と親和性が強く、それにより軸索方向に進む事を解明。3) KIFsの個体レベルでの機能の解明と関連疾患の課題について:a) KIF5Aが、GABARAPを介してGABA A受容体を輸送し、その障害により癲癇を起因する。b) KIF13Aは、セロトニン受容体5HT-1Aを輸送しその欠損は、不安症状の亢進を起因する。c) KIF19Aは、微小管プラス端で脱重合活性を持ち線毛の先端で微小管の長さを決め脳室周囲上衣細胞や、卵管上皮の線毛の長さを調節し、体液の流れを制御し、其の欠陥は、水頭症、女性不妊等を起因する。4) KIFsの情報伝達因子としての新しい機能の解明の課題について:a)KIF12は、膵ベータ細胞で微小管上にSP1-Hsc70と複合体を形成し、それらを安定化させperoxisomeの機能を制御し、oxidative stressを防御し、insulin分泌をコントロールしている。KIF12欠損によりこれらが障害されII型糖尿病を起因する。同じ経路が高脂肪食摂取により起こり、それに伴う病態メカニズムを解明。2)刺激の多い環境下で生育したマウスでは、シナプス小胞前駆体を輸送するKIF1Aが著名に増加し、シナプス小胞蛋白の輸送が亢進し、海馬のシナプスの密度が増加し、記憶学習能力の著名な向上がみられ、環境保存性の高次脳機能能を制御してKIF1Aが大変重要である事が示された(Kondo et al.Neuron 2012)。この発見は外部環境が脳の発達、脳の高次機能に分子モーターを介して大きな影響を持っている事を示した大変重要な成果で朝日、毎日各新聞(ともに2012年2月23日)に紹介された。3)神経成長端で微小管の脱重合を行い軸索側枝の伸長を制御しているKIF2Aの活性がPIP kinase αにより制御されている事を示した(Noda et al.PNAS 2012)。これは脳の回路網形成にとり大変重要な発見である。4)軸索vs樹状突起の方向性輸送の機構としてKIF5モーター領域が軸索起始部に多いGTPチュブリンに富んだ微小管に親和性が高く結合する事が重要である事を明らかにした(Nakata et al.JCB 2012)。これは方向性輸送の機構に初めて物質的根拠を示すもので大変重要な発見である。1. KIF13Aは多くの神経細胞に発現し、そのFHA領域を介して直接、セロトニン受容体5HT1ARの細胞質側ループに結合し、受容体を含む小胞を細胞中心部から細胞膜へ輸送する。KIF13A遺伝子欠損マウスでは其の輸送が障害され、神経細胞表面の5HT1ARが著名に減少し、KIF13A・KOマウスは、高度の不安症状を呈した。このマウスは、不安神経症や鬱病のモデルとなり、KIF13Aはセロトニン受容体を細胞膜まで輸送し、セロトニン神経系の機能発現にとり基本的な役割を果たす事を解明した。(Zhou etal. Cell Rep, 2013)4. KIF13Bは肝臓に多く、血管に面した肝細胞膜上に局在し、KIF13B欠損マウスは血中コレステロールが高く、KIF13Bを欠損した細胞ではLDLの取り込みが低下した。KIF13Bは、LRP1-hDLG1-KIF13B-utrophin-caveolae結合を通して、血中コレステロール(LDLやHDL)の膜レセプターであるLRP1をカベオラにリクルートし、血中コレステロール(LDLやHDL)のカベオラを介した細胞内取り込みを促進し其の血中濃度を重要に制御する事を解明した。(Kanai et al. J. Cell Biol, 2014)5. Cryo-EMで微小管とモーター蛋白複合体の構造解析の新しい方法論を確立し、8.1Åの高分解能で構造解析を可能にし, KIF5がGTP型微小管により強く結合する構造的基盤が、モーター領域のLoop 11にある事を示し、KIF5モーター領域がGTP型微小管の多い軸索方向に走り易い現象の機構を解明した。さらにキネシンが結合する事により微小管自身の構造も変化する事を示し、微小管とモーター分子相互が構造変化しながら、同じレールの上をより走り易くする現象を解明した。(Morikawa etal.

Dev Cell, (in press) 2014)1)KIF5Aを生後、脳で欠損させたKOマウスは、癲癇発作を呈した。KOマウスの脳、神経細胞では、GABA- A受容体の樹状突起内の輸送が障害され、樹状突起表面のGABA-A受容体が著名に減少した。KIF5AがGABA-A受容体を輸送し、抑制系神経伝達を制御し、この破綻により癲癇が起こる。(中島等、Neuron, 2012)2) KIF13A KOマウスは、不安神経症を呈した。KOマウス、神経細胞表面のセロトニン受容体が著名に減少し、KIF13Aが直接受容体に結合し中心部から細胞表面に輸送する事が分かった。KIF13Aは、セロトニン受容体を輸送、不安感情を重要に制御する。(Zhou etal. Cell Rep, 2013)3) KIF19A KOマウスは、水頭症、女性不妊等の症状を呈し、脳室内面の上衣細胞、輸卵管上皮細胞等線毛上皮細胞の線毛が2ー3倍長くなった。線毛がうまく動かず、輸卵管内腔の液の流れが障害された。KIF19Aが、ATP依存性に線毛先端で微小管を脱重合し線毛の長さを制御している事による。KIF19Aは、線毛の長さを決め、線毛による細胞外液の流れを制御する。(周等、Dev Cell, 2012)4)軸索vs樹状突起への方向性輸送のメカニズムとしてGTP型とGDP型微小管の構造の違いを初めてクライオ電子顕微鏡で解明した。(矢島等、JCB, 2012)5)神経疾患の起因となるβチュブリンのmutationで、軸索内輸送を障害するmutationを明らかにし、これは、βチュブリンH12 helixにあり微小管表面のマイナス荷電を変化しKIFsと微小管の結合を障害し、軸索内輸送を阻害する。(丹羽等、EMBO J, 2013 )3) KIF13BはLipoprotein Receptor Like Protein 1(LRP1)のカベオリン依存性エンドサイトーシスを促進し,血中のコレステロール値を制御し、KIF13Bを欠損すると高脂血症となる事を解明した(Kanai et al. J Cell Biol, 204 : 395-408, 2014)。4)新しいKIF12は、主に、膵臓と腎臓に発現し、KIF12が膵ベーター細胞で微小管系のスキャフォールドとして転写因子Sp1を安定化し、その下流のHsc70シャペロンの発現を増強することによってペルオキシソームへのマトリックス蛋白の導入効率を高め、酸化ストレスを抑制し、KIF12欠損マウスは2型糖尿病となる事を示した(Yang et al. Dev Cell 31 : 202-214, 2014)。主に以下の成果を得た。1) KIFsの細胞内物質輸送における機能とその制御機構解明の課題について:a)KIF17が脳高次機能をKIF17, NR2Bの転写レベルで制御する。b) KIF17尾部のCaMKIIaによるリン酸化によりNR2Bカーゴの解離と高次脳機能を制御する。c)刺激の豊かな環境下での飼育による海馬でのシナップス形成の亢進と記憶・学習機能の亢進は、KIF1Aが必須である。d) KIF3AによるN cadherinの荷積みと輸送が神経活動依存性のPKA/CaMKIIaによるリン酸化で亢進する。2)細胞内でのKIFsと微小管との相互作用による方向性輸送の解明について:a)方向性
細胞運動非依存的な脊索の自律的形態形成メカニズムの解明

第51回日本発生生物学会大会にて、ケラタン硫酸の生合成が脊索の形態形成に与える影響とその生物学的意義について発表したところ、大きな反響を得た。今後、ケラタン硫酸がどのようにして耳胞や脊索の形態形成に関わるのか、解析を重ねていくことで新たな知見が得られると期待される。胚発生に関わる遺伝子(gsc)について、ナメクジウオ胚を用いたin situ hybridization実験に成功し、その発現パターンの詳細を明らかにした。今後はこの経験をもとに、脊索の形態形成に関わる遺伝子の発現パターンの保存性を検討する。ニシナメクジウオ(Branchiostoma lanceolatum)のゲノムデータとトランスクリプトームデータを検索した結果、caveolin, lox(loxl1), chst1, chst3, chst6, calumenin, copz2, lamp1/2といった脊椎動物の脊索の細胞外基質形成や細胞膜輸送に関わる遺伝子のオーソログが存在し、神経胚以降の脊索が形成されるステージで発現していることを見出した。これらの遺伝子が脊椎動物同様脊索で発現するのかを、in situ hybridizationで今後検討し、その進化的保存性を明らかにする。さらにナメクジウオ胚への薬剤処理実験も行うことで、細胞外基質形成と細胞膜輸送による脊索の形態形成機構が、脊索動物共通祖先に由来する普遍的なものであるのかどうかを検討する。ゲノム編集実験や、ケラタン硫酸の解析、薬剤処理実験では大きな進展が見られなかったが、ナメクジウオ胚を用いた解析には一定の進展があった。ナメクジウオ胚における遺伝子発現情報の整理もできたので、脊索の形態形成に関わると期待される遺伝子の発現を調べる準備ができた。ゲノム編集実験を進め、内在遺伝子にtagをノックインした系統を樹立し、論文報告する。ケラタン硫酸に関する機能解析結果を整理し、論文報告する。ナメクジウオ胚における脊索形態形成関連遺伝子の発現を検討し、論文報告する。ナメクジウオ胚に対する薬剤処理実験も同時に検討する。脊索の新しい形態形成モデルについての総説を執筆する。(1)ネッタイツメガエルノックイン系統を作成するため、Cas9タンパク質と一本鎖ドナーDNAを受精卵に顕微注入した。その結果、脊索で発現する内在の遺伝子にFLAGタグを挿入し、ゲノムPCRおよび免疫染色にて検出することに成功した。多種の一本鎖ドナーDNAを用いた結果、gRNAと相補的かつホストゲノムとのホモロジー部位が非対称なものが最もノックイン効率がいいことを見出した。(2)ツメガエル胚に各種阻害剤を作用させ、脊索の形態変化を観察したところ、既報文献通りlysyl oxidase阻害剤(bAPN)で脊索の屈曲が見られた。その他、caveolin阻害剤(genistein)、小胞体ーゴルジ間輸送阻害剤(Brefeldin A)、H+ATPase阻害剤(Bafilomycin)については、胚への毒性が高く、有効な作用濃度・期間を決定しきれなかった。Keratanaseについては、胚外から作用させたり、割球内への顕微注入、胞胚腔への顕微注入を試みたが、いずれも内在のケラタン硫酸を分解できなかった。そこで、ケラタン硫酸の合成に関わる酵素の発現解析を行い、硫酸化酵素Chst2、Chst3、Chst6が脊索で強く発現し、Chst1、Chst4が耳胞で強く発現していることを見出した。アンチセンスモルフォリノオリゴによる機能阻害実験を行った結果、Chst1の機能阻害で耳胞のケラタン硫酸が5D4抗体で検出されなくなった。また、Chst3の機能阻害で脊索の形態形成異常が見られた。これらの結果は、ケラタン硫酸が保水剤としてこれらの器官の形態維持に働いていることを示唆している。外植体を用いた実験は、そもそもアクチビン処理で効率よく脊索を作成することができなかったため、さらなる条件検討が必要である。ゲノム編集によるノックイン実験は、一定の成果を上げており、今後さらなる進展が見込める。脊索の形態形成に関わる因子の摂動実験は、ケラタン硫酸に注目した解析が進展し、組織特異的な合成酵素の発現によるケラタン硫酸合成とその発生学的意義、という新たなテーマが生まれた。他の因子についても、薬剤処理の条件検討がある程度進み、今後の基盤ができあがった。

さらにナメクジウオ胚への薬剤処理実験も行うことで、細胞外基質形成と細胞膜輸送による脊索の形態形成機構が、脊索動物共通祖先に由来する普遍的なものであるのかどうかを検討する。ゲノム編集実験や、ケラタン硫酸の解析、薬剤処理実験では大きな進展が見られなかったが、ナメクジウオ胚を用いた解析には一定の進展があった。ナメクジウオ胚における遺伝子発現情報の整理もできたので、脊索の形態形成に関わると期待される遺伝子の発現を調べる準備ができた。(1)ネッタイツメガエルノックイン系統の作成を引き続き行う。一本鎖ドナーDNAを用いた実験が軌道に乗ったので、今後は蛍光タンパク質のノックインを検討し、種々の内在性脊索特異的遺伝子のタグ標識を試みる。(2)ケラタン硫酸の解析を継続し、その発生学的意義を検討する。他の細胞生物学的要素に関しても、薬剤処理実験や外植体実験を重ねて、脊索の形態形成における各要素間の相互作用を検討する。(4)ナメクジウオ胚を用いた遺伝子発現解析を行い、まずは各脊索特異的遺伝子の発現の保存性を検討する。その後、各要素の摂動実験を行い、機能的保存性も検討する。ゲノム編集実験を進め、内在遺伝子にtagをノックインした系統を樹立し、論文報告する。ケラタン硫酸に関する機能解析結果を整理し、論文報告する。ナメクジウオ胚における脊索形態形成関連遺伝子の発現を検討し、論文報告する。ナメクジウオ胚に対する薬剤処理実験も同時に検討する。脊索の新しい形態形成モデルについての総説を執筆する。
海浜植物群落の安定性とEco-DRR機能検証

東日本大震災以降,関心が高まったグリーンインフラの活用には生態系による確実な防災効果発揮が必要であり,生態系サービスの有効性とその安定性に関する科学的知見が求められている。本研究では自然海岸が残る鳥取砂丘海岸を対象に,海浜生態系が持つEco-DRR機能の発揮に向けて,鳥取砂丘海岸のさまざまな立地を対象とした海浜砂丘と海浜植生の安定性評価を行う。研究初年度の2018年は主に,空中写真と測量に基づく地形図が残る過去100年間の経年変化から,鳥取砂丘海岸の土地利用変化と土地利用の時間的安定性を検討した。本年は1947年の米軍と1968年以降に鳥取県立博物館が定期的に撮影してきた空中写真をもとに,鳥取砂丘海岸全域の土地利用変化を定量的に評価することを目指した。鳥取砂丘海岸を撮影した過去の空中写真をオルソ化し,その変化を解析した。最も古い旧版地形図である1897年測量図も解析に使用した。鳥取砂丘海岸では100年前には砂れき地が海岸地帯の半分を占めていた。これが1947年までに西側を中心に田畑や樹林へと変化し,特に田畑が増加した。1968年までに西側では砂れき地がほぼ消失し,東側でも植林がすすんだ。その後は東西ともに住宅地その他施設が占める割合が増加し続け,今日に至っている。これらの変化は人口増加と農業振興,その後の社会構造の変化による影響を大きく受けた結果と考えられる。今後は,これらの変化が鳥取砂丘海岸のEco-DRR機能に与えた影響について検討する予定である。研究はおおむね順調に進展しているが,解析・考察面でさらなる研究推進をはかるため,一緒に研究を進めてくれる学生の確保・教育が課題である。調査地である鳥取砂丘海岸は研究代表者の至近距離にあり,フィールド研究で最も重要な調査時間の確保に圧倒的に有利である。天然記念物鳥取砂丘で必要な国,地元自治体の調査許可手続きにも慣れている。関係組織との連携もとれていることから,これまでの鳥取砂丘海岸での研究蓄積を活かして今後の研究推進を図る。物品費として計画していた電子計算機一式の価格が価格変動等により下がったことが主要因である。次年度使用額となったのは少額ではあるが,乾電池類等,野外調査に必要な消耗品にあてることを計画している。
口腔癌の浸潤における細胞間相互作用の解明

口腔扁平上皮癌の浸潤巣の多くは病理組織学的に癌胞巣を形成する像を示す。大小の癌胞巣はこれらを構成している癌細胞同士が細胞間接着を保持しながら間質へ浸潤している。本研究は癌胞巣が塊として浸潤するメカニズムを細胞間接着分子ではなく「癌細胞間で作用する液性因子」が癌細胞に与える影響の観点から解析をおこなった。non-EMT型癌細胞とEMT型癌細胞の相互作用が存在し、その相互作用の担い手として液性因子CCN1およびGal-1が大きな役割を演じていることが明らかとなった。この結果は、癌組織の進展の理解において重要であると同時に、癌の進展阻止に大いに役立てることが期待できる。サイトカインや成長因子などの液性因子を介した癌細胞間、或いは癌細胞と間質細胞、そして炎症細胞間の相互作用は、癌組織の増殖、進展(浸潤や転移)に重要であることは広く知られているが、個々の細胞間での相互作用が、癌組織の進展のメカニズムに総合的に適応させることは困難である。しかし、我々は昨年度に液性因子CCN1が、癌細胞が分泌して癌細胞がオートクラインだけでなくパラクラインに作用し、集団的に浸潤するモデルを作成した。間質を介したこの相互作用は、他分子にも存在することは容易に想像できる。そこで今年度は、galectin-1 (Gal-1)ガラクチン1に着目し、同様の検索をおこなったところ、ガラクチン1はintegrinsインテグリンα2とβ5を介してコレクティブマイクレーションを亢進させることがわかった。また、我々はEMT誘導因子であるSnailを過剰発現させた口腔扁平上皮癌由来細胞株を樹立しているが、この細胞にガラクチン1で刺激すると、EMT誘導率を上げながら、この細胞株の総合的浸潤能を亢進させることがわかった。口腔扁平上皮癌のほとんどは、ネストを形成する上皮系癌細胞の集団のように見えるが、少数のEMT細胞がリードしていると想定される。しかし、EMT細胞の最適誘導率と最適細胞数は不明であり、少なくともEMT率の高い癌組織は悪性度が高く、臨床的にも予後が悪いことが知られている。したがって、このガラクチン1は癌組織の浸潤能を亢進させるのみならず、EMT癌細胞を増加させて悪性度を高める重要な因子であることが推察された。「外向性」と「内向性」の癌組織の違いは、単純にそれら癌細胞の増殖能と運動能の違いに止まらないと考えられる。つまり「外向性」の癌組織を構成する癌細胞は増殖能が高くても「癌細胞間接着を保持した癌細胞集団」に間質への浸潤能がない。一方で「内向性」の癌組織は「癌細胞間接着を保持した癌細胞集団」として間質への浸潤能を持っており、高い増殖の結果によって少なくとも癌細胞が栄養不足で細胞死しないための間質との相互作用の存在が想定される。「癌胞巣の間質に接する癌細胞は外因性CCN1によって細胞運動能を獲得し、さらに内因性CCN1の発現が誘導されて細胞外に産生し、隣接する癌細胞にその機序が伝動していき、癌細胞集団である癌胞巣そのものに間質へ浸潤する能力を得る」と想定し、癌組織検体の病理切片の癌胞巣の組織像において、もちろん各症例内で混在しているが、経験的および統計学的に類円形の大きな胞巣を形成する癌よりも柵状の癌胞巣を形成する癌の方が進展が速く治療予後が悪い。これは細胞間接着を保持した癌集団にとって柵状の方が「間質との接触範囲が広く」、間質からの栄養などを取り込みやすいという理由もある。そこで「上皮内癌あるいは癌胞巣で間質に接する癌細胞に対し、どの液性因子がどういった組み合わせでそれら癌細胞に、浸潤に必要な特性(細胞運動能、抗免疫能、抗アポトーシス能、抗癌剤耐性など)を与えるのか」を検討し「液性因子による伝動」の観点からCC1が口腔癌の局所浸潤モデルにおけるひとつの役割について解明し、論文報告した。癌細胞の浸潤開始には上皮間葉移行(EMT)が生じることが必須であると考えられている。間質に浸潤したEMT表現型癌細胞は、転移の前段階である脈管内まで浸潤する過程においてそのEMT形質を維持している。EMT型癌細胞のみが癌の進展に関わっているのかは明確ではない。癌を組織と考えた場合、一部のEMT型癌細胞が癌の進展を決定する要因とは考えにくい。我々は以前にCCN1という液性因子であり成長因子を介したEMT型癌細胞と非EMT型癌細胞との相互作用について明らかにした。

EMT型癌細胞が産生したCCN1は非EMT型癌細胞に作用してコレクティブマイグレーションを誘導すること、さらに外来性CCN1に作用した非EMT型癌細胞は自らCCN1を産生するようになり、オートクラインに作用してCCN1産生の正のフィードバック機構となることを明らかにした。従って、同様に癌の進展に関わる癌組織の構築に液性因子が関与していることが明らかになったため、CCN1ファミリー分子であるCTGF(CCN2)についても同様の検索をおこなったが、CCN1ほどの効果は確認できなかった。よって、他の液性因子についても検索したところ、ガレクチン1を見いだした。EMT型癌細胞はガレクチン1を産生する。そのガレクチンは非EMT型癌細胞のコレクティブマイクレーションを助長した。この助長には非EMT型癌細胞のフィロポディアが関与していることを明らかにした。また、ガレクチン1はJNKパスウェイを介してインテグリンのアルファ2とベータ5の発現をを特異的に上昇させた。さらに、ガレクチン1はEMT型癌細胞にもオートクラインに作用し、EMTを直接誘導する機能は持っていないが、Snail依存的なEMT誘導のサポートする機能を明らかにした。癌の分子生物学口腔癌の進展におけるガラクチン1が関与するメカニズムの一端が解明でき、論文を作成して受理された。口腔癌の局所浸潤の分子生物学的モデルの一つを完成させ、一つの区切りとして論文を作成し受理された。包括的な口腔癌の浸潤の進行モデル作製にあたり、昨年度および今年度はひとつづつコンポーネントのメカニズムを抽出することができた。来年度はさらに新たなメカニズムを探求し、多くのメカニズムから癌の浸潤抑制の臨床応用に有用な基礎データを得ることを目標とする。口腔癌の局所浸潤の分子生物学的モデルの一つを完成させ、大枠の局所浸潤メカニズムが提示できた。今後はこのモデルの検証として詳細な遺伝子カスケードを検索するとともに、他の浸潤像から推察する新たな側面からのモデルを構築する。機器は既に揃っており、新たな機器の購入はなく、主に消耗品の購入に研究費を当てることになる。そのほかは学会参加費としての旅費および論文作成費となる。
心身の健康増進を目的とした笑い測定システムの開発とロボットによる笑わせ刺激

「笑い」の心理的な健康増進効果を示唆する研究結果は,医学や心理学を中心に多数報告されている.しかし,人間の笑い誘発メカニズムは未解明であり,効率的な笑い誘発刺激の作成は難しい.そこで本研究では,ロボット技術を用いることで,定量的な笑い誘発刺激と笑い反応の測定システムの開発を目的とする.笑い測定システムとしては,筋電センサと慣性センサを利用するものを開発し,74%という精度で笑いの検出を実現した.笑わせ刺激としては,高速度・広可動域を実現可能なヒューマノイドロボットの腕部を開発し,高速度・広可動域を伴ったロボットの全身動作が人の笑い誘発に効果的であることが分かった.本研究課題では,ロボットによる人間の笑い誘発とその反応である笑いの定量的な測定システムを開発することを目的としている.平成26年度は,下記2点について研究を推進した.1.笑い測定システムの開発に向けた基礎実験:腹直筋と横隔膜の生理学的変化と動きを計測するため,慣性センサと筋電センサを剣状突起部とへそ部に固定し,さらに肋間筋の活動も計測するために,筋電センサを第8肋間と第9肋間の間に固定し,笑い反応時のデータを計測した.その結果,人間の笑い発生時に身体に取り付けた各センサに特徴的な反応が見られることが分かった.また,マイクロフォン単体の実験において,通常の会話声から笑い声を検出するアルゴリズムを開発した.2.ロボットによる笑わせ刺激に向けたハードウェア改良:これまでに2足ヒューマノイドロボットKOBIANの全身表現による人間の笑い誘発を確認してきた.しかし,半数以上の被験者の笑いを誘発できたロボットの動きは少数にとどまった.この原因として考えられる問題に,ハードウェアによる動作の制約があった.そこで,人間のお笑い芸人が活発に行っている腕を誇張して速く,大きく動かす動作を取り入れることで,2足ヒューマノイドロボットの全身動作による人間の笑い誘発をより効率的にすることを目標に,高速度・広可動域をもつヒューマノイドロボット腕部を開発した.予備実験から,腕部の高速な動作の有効性が示された.また,動作の大きさも有効性が示唆された.これらを実現するため,2足ヒューマノイドロボットKOBIANに肩付け根の2自由度を追加し,フレキシブルシャフトを用いた腕部の軽量化,ダブルモータ駆動方式を用いた出力の向上を実施した.評価実験の結果,開発したロボットにより実現された高速度・広可動域を伴う動作,その中でも特にロボットの動きの速さが人の笑い誘発に有効であることが示された.本研究課題では,ロボットによる人間の笑い誘発とその反応である笑いの定量的な測定システムを開発することを目的としている.前年度までに笑い方略の1つである腕部の「誇張」表現による笑い誘発を実現してきた.しかし,その動作はオフラインで生成したものであり,笑い方略を利用した動作生成ができていなかった.最終年度である平成27年度は,笑い方略を利用した動作生成の実現を目指し,多くのお笑い芸人が重要視しているキャラクタ表現に注目した.気質のモデルに基づいた動作生成アルゴリズムをロボットに実装し,ロボットがキャラクタ表現を利用して動作を変更し,人間の笑いを誘発することを目的とする.キャラクタ表現によるロボットの面白い行動生成アルゴリズムの構築に関しては,人間の性格を分類する心理学の知見に基づきロボットが演じるべきキャラを設定し,これに対応した動作の特徴を役者の演技の解析から取得した.具体的には,プロの役者に同じ目的の行動を4つのキャラ(神経質,悲観的,穏やか,社交的)により演じてもらい,正面と側面からビデオで撮影した.動作傾向を解析した結果,2つのことが分かった.1点目は,姿勢,動作の速さ・大きさが特に気質に応じて変化すること,2点目は表情,声が特に感情に応じて変化することである.したがって,ロボットがキャラを演じるためには,設定された気質に応じた姿勢,動作の速さ・大きさのパラメータを使用し,刺激に対して感受個性により感情を変化させ,表情,声を変化させて全身を動作させることが必要であることが分かった.以上の結果をもとに,気質のモデルに基づいた動作生成アルゴリズムをロボットに実装し,ロボットに「キャラ」の演じわけを実現させ,演じるキャラと状況の対応によって被験者が感じる面白さが変化することを明らかとした.「笑い」の心理的な健康増進効果を示唆する研究結果は,医学や心理学を中心に多数報告されている.しかし,人間の笑い誘発メカニズムは未解明であり,効率的な笑い誘発刺激の作成は難しい.そこで本研究では,ロボット技術を用いることで,定量的な笑い誘発刺激と笑い反応の測定システムの開発を目的とする.笑い測定システムとしては,筋電センサと慣性センサを利用するものを開発し,74%という精度で笑いの検出を実現した.笑わせ刺激としては,高速度・広可動域を実現可能なヒューマノイドロボットの腕部を開発し,高速度・広可動域を伴ったロボットの全身動作が人の笑い誘発に効果的であることが分かった.当初の計画通り,笑い測定システムの開発に向けた基礎実験が完了し,笑い誘発に向けた2足ヒューマノイドロボットのハードウェア改良も実施できたため,順調に進展している.ロボット工学平成27年度は,複数のセンサを統合し,笑い反応の測定精度を高める.また,相手の状態や個性に適した笑わせ動作をロボットが自律的に選択したり,生成したりすることが可能なアルゴリズムを開発する.計画書に計上している各項目の金額に若干の差異が生じたため,次年度使用額が生じた.平成27年度は国際会議などで成果を積極的に発表する予定であり,そのために必要な旅費に使用する.
歯科用レーザー照射併用による抜歯窩創傷治癒促進効果

アメリカ食品医薬品局は抜歯後のレーザー照射には半導体レーザーと炭酸ガスレーザーが創傷治癒にとって有効であると定義している。しかし、EBMとなり得る基礎的研究報告はほとんどない。本研究では臨床手技に準じてラットの抜歯後、各レーザー照射を行い、抜歯窩の創傷治癒への影響について病理組織学的に検証を行った。その結果、抜歯後の各レーザー照射ともに創傷治癒の早期の段階で新生骨の形成と骨梁の成熟を認めた。また抜歯窩粘膜の瘢痕収縮も抑制され、粘膜の陥凹が少なく、歯槽骨頂も高く維持できた。アメリカ食品医薬品局は歯科用レーザー装置による歯科治療への使用用途を規定した指針の1つに「Coagulation of extraction sites抜歯窩の血液凝固」と記載している。この治療にはレーザー光のエネルギーが組織深部まで透過する半導体レーザーと組織表層で吸収される炭酸ガスレーザーの2機種が推奨されている。しかしこの2種類のレーザー特性は相反する。そのため抜歯窩へのレーザー応用による創傷治癒機転・機序だけでなく、照射方法・条件も異なる可能性が考えられるが、今日まで臨床的な報告はあるものの実験動物を使用した基礎的研究によるEBMの確立までには至っていない。本研究では前述する2種類の歯科用レーザー照射におけるソケットプリザベーション効果および抜歯窩の創傷治癒促進効果を誘導するための照射条件の確立が必要不可欠であると考える。そこで照射条件およびその先のEBMの確立のためにまずは病理組織学的および形態計測学的解析の検証を行い、抜歯窩およびその周囲組織を対象に1粘膜上皮の被覆、2血餅の器質化、3血管の新生状態、4新生骨の形成および骨梁の状態、5細胞(破骨細胞、骨芽細胞、線維芽細胞、筋線維芽細胞)の発現・遊走や分化、6抜歯窩内新生骨の骨リモデリング速度を把握することである。組織学的解析からレーザー非照射群と各レーザー照射群の計3群間での相違を比較することで、各々の抜歯窩の4つの治癒機転である「凝血期」「肉芽組織期」「仮骨期」「治癒期」の状況把握が可能となる。歯科用レーザーとして申請通り、組織表面吸収型レーザーとして炭酸ガスレーザー(パナソニック社製、PanalasCO2)と組織透過型レーザーとしてBIOLASE社製のilaseを使用した。照射条件として、1高出力レベルレーザー治療(以下;HLLT)照射;抜歯直後に血液を抜歯窩内にとどめるために血液を炭化させ人工的痂皮を形成する照射、2低出力レーザー治療(以下;LLLT)照射;抜歯後翌日に抜歯窩創傷治癒促進効果を期待する目的の照射で周囲組織に不可逆的な組織学的変化がないこと、この2つの照射条件について各レーザーにて設定する必要があった。炭酸ガスレーザーにおいてはH24-25年度科研費若手研究B中に設定した条件1HLLT照射;レーザーチップ(以下;チップ)を抜歯窩に非接触下、1.0W、連続波、30秒、熱量約152J/cm2、2LLLT照射;チップを軽く接触下、1.0W、パルス波、熱量約40J/cm2とした。研究実績の概要に記載のため省略する。半導体レーザーにおいても炭酸ガスレーザーと近似した条件設定にてラット粘膜を用いて予備実験を行った。ここで1つ問題が発生。臨床的にはこのレーザーによる抜歯窩内の血液凝固による人工的な血餅の形成はチップを抜歯窩内に挿入し照射することであるが、実際実験を行うとチップ径がラット抜歯窩径より大きいため不可能であった。そのため炭酸ガスレーザー同様に抜歯窩表層から非接触下で照射することを余儀なくされた。しかしこのレーザーの特性上問題ないと判断し続行した。このことを考慮した照射条件は1HLLT照射;チップを抜歯窩に非接触下、1.0W、連続波、30秒、2LLLT照射;チップを非接触下、1.0W、パルス波、熱量約40J/cm2と設定することとした。両レーザー間の照射条件をほぼ近似することができた。以上より本年度の研究計画通り研究が進行していると考える。アメリカ食品医薬品局が"Coagulation of extraction sites"つまり"抜歯後のレーザー照射による血液凝固"が有効であると推奨しているレーザー特性の異なる炭酸ガスレーザーと半導体レーザーの2種類のレーザー装置を用いて、ラット上顎左側第一大臼歯の抜歯直後に抜歯窩表層の血液凝固による人工的痂皮形成を目的とした高出力レベルレーザー治療と創傷治癒促進効果を目的とした低出力レベルレーザー治療のためのレーザー照射を行った。その後、同部を含めた周囲組織を摘出し、脱灰薄切標本を作製し、病理学的および形態計測学的、免疫組織学的解析を行っている。これまでに報告されている抜歯後にレーザー照射を行った基礎的研究では照射条件(出力、モード、時間、照射距離、回数)に大きなバラツキがあり、実際の臨床手技に準じていないので本来の効果の検証が難しかった。そこで前年に確立した臨床手技に準じたレーザー照射(抜歯直後に止血のために約152J/cm2、翌日に組織活性化のために約40J/cm2)を行い、抜歯窩治癒機転の比較検討を進めることができるところまできた。