hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小児がん治療における食生活セルフマネジメント支援プログラムの開発

セルフケア能力を引き出す症状マネジメントであるIASAモデルを概念枠組みに、がん化学療法における学童への食生活セルフマネジメント個別支援プログラムを開発した。本プログラムでは、(1)介入時期と期間、(2)情報(基本的知識・技術)提供の方法と内容、(3)面接と看護的支援(ケアや処置、連携等)、(4)モニタリング、(5)評価指標を構成要素とした。なお、プログラムの施行では、運用性および有効性について検討した。化学療法中における小児がんの子どもに対して、看護師が行う食事の援助について明らかにすることを目的に、研究協力を得た小児病棟の看護師に、実際に病棟で行われている食事の援助の内容や子どもの反応、家族の様子などについてインタビューを実施した。データからがん化学療法中の子どもの食事の援助に関する部分について質的に分析した結果、【消化器症状に対する援助】【好中球減少症に対する援助】【摂食行動の自立に向けた援助】【食べられないときには強制しない援助】【親の副作用や食事に関する心配事への働きかけ】【子どもの間で起こる情報交換】の6つのカテゴリーが抽出された。看護師が行うがん化学療法中の子どもの食事への援助として、消化器症状に対する援助や、制限による寂しさや不安を緩和させる「心身の緩和ケア」、発達段階に応じた「食事の場面を通じた自立への支援」の必要性が示唆された。本研究の結果を踏まえ、小児がん化学療法を受けている子どもの副作用症状に合わせた食生活セルフマネジメント支援プログラムの開発に向け、症状のセルフケアマネジメントだけでなく、食育や健康リテラシーの観点を加えた検討を進めている。平成21年度に実施した調査から得られた、看護師が行うがん化学療法中の子どもの食事への援助となる【消化器症状に対する援助】【好中球減少症に対する援助】【摂食行動の自立に向けた援助】【食べられないときには強制しない援助】【親の副作用や食事に関する心配事への働きかけ】【子どもの間で起こる情報交換】の6つの援助内容を踏まえ、小児がん化学療法を受けている子どもの副作用症状に合わせた食生活セルフマネジメント支援プログラムを作成した。計画段階にあった消化器症状や好中球減少時の症状のセルフケアマネジメントだけでなく、制限による寂しさや不安を緩和させる心身の緩和ケア、さらには、食事を通'じた発達段階に応じた自立への支援として、食育や健康リテラシー、退院後の長期フォローアップや成人移行支援の観点を加えた検討を進めた。また、評価項目となるアウトカム指標に、体重、ローレル指数、総タンパク、プレアルブミン、レチノール結合タンパク、コレステロール、自己の目標達成率を加えた。介入時期については初回治療時は避けずに、病棟の看護師長および病棟医長などとの相談により本調査への可否を決定しながら、決定することとした。小児がん治療における食生活セルフマネジメント支援プログラム開発の研究実施計画からの変更点は、次の3点である。1)対象は、親から子ども自身によるセルフマネジメントへの移行時期である8歳12歳とした。2)プログラムで使用する説明媒体は、学童の関心が高まる視聴覚の要素を取り入れタブレットPCとした。3)心理社会的および全体的評価には、対象者の負担を軽減するために、合計すると調査項目が少なくなる生活満足度(QOL)を用いた。プログラムに対する子どもおよび家族の受け入れは良好であった。また、食事や栄養、消化器症状や好中球減少等の知識や技術の提供は、タブレットPCを用いたことにより、子ども自身の食事や症状に対する関心に加え、機器に対する興味も相まって、知識や技術の獲得のためにタブレットPCを使用する機会が確保されていた。面会時間などを利用して、子どもと母親の双方に働きかけることにより、母親自身が捉えきれていなかった子どもの症状に対する苦痛を確認することができ、子どもの苦痛を緩和するための工夫や方法について子どもとともに考えるきっかけができ、看護師に主体的に働きかけことへと繋がっていた。このことは、介入後に症状が悪化し、食事摂取量も減少した際、子どもに対する生活満足度(QOL)のうち、[友達の満足]、[学校と先生の満足]、[全体的な健康の満足]、[体力と勤勉性、自尊感情]の因子の得点が下降していたにも関わらず、[不安や悩み]、[家族と家族の満足]が上昇していたことからも、明らかであった。
眼組織基底膜の糖化最終産物検出と生体内における糖化最終産物検出用臨床機器の開発

眼組織基底膜の糖化最終産物(AGE)検出と生体内におけるAGE検出臨床機器の開発を目的に研究を行った。AGEは様々な臓器障害を引き起こすが、種々の老化に伴う機能障害をGEの沈着した全身基底膜の器質的異常と一元的に捉え、それを安定的に測定する評価法を開発することは極めて有用である。眼球は血管はじめ組織の観察が容易な場所であり、身体状況を透見できる「全身の窓」である。モード固定式チタニウム・サファイアレーザー光源の波長を変化させ、AGE由来強散乱を発生させる至適波長を決定することができた。また作動距離が30mm以上の対物レンズを用いることで、網膜や水晶体が評価しやすい場所であることも確認できた。当該年度では,1.糖尿病動物の作成および動物モデルにおける基底膜AGE化の検討,2.励起光のスクリーニングを行った。1.46週齢のWhister ratに対しstreptozotocin 70mg/kg BWを腹腔内投与し,I型糖尿病モデルを作成した。基剤のみを投与した対照群では血糖値が70150mg/dlで推移したのに対し,Streptozotocin投与群では,Streptozotocinの1回または2回投与で全て血糖値が300600mg/dlの高血糖値を呈し,かつ尿糖が4+陽性を呈するようになった。糖尿病導入後3ヶ月で眼球を摘出し,抗AGE抗体で免疫染色を行ったが,角膜上皮基底膜,デスメ膜,結膜上皮基底膜,水晶体嚢,結膜血管内皮のAGE化は観察されなかった。2.正常眼球を摘出し,多光子顕微鏡システムを用いて,角膜上皮基底膜部分のspectrumパターンを採取した。対照群から得られた正常角膜では,予想される角膜上皮基底膜における780nmでの反射光像鏡は観察されなかった。Streptozotocin投与群における3ヶ月間糖尿病状態とした糖尿病動物モデル角膜におけるspectrumパターンを採取したが,正常角膜と同様のspectrumパターンを示した。同様に,結膜の上皮基底膜の部分の780nm励起光による反射光の評価を行ったが,対照群とStreptozotocin投与群との間に明らかな差異は見られなかった。当該年度の検討から,長期間にわたる糖尿病状態が角膜上皮基底膜のAGE化に必要であることが示唆された。糖尿病動物における基底膜構成タンパク質の非酵素的糖化反応による終末糖化産物(Advanced Glycation Endproducts, AGEs)を生体組織で検出することを最終目的として研究を行った。まず,多光子顕微鏡を用いて角膜上皮の基底膜部分の組織散乱光が検出が可能かどうかを検討した。正常ラット(12週齢,オス)の角膜における角膜上皮角膜実質浅層を励起光を変化させながらスキャンすると,基底膜部分に散乱光強度が上昇する波形が検出された。ストレプトゾトシンを用いて誘導した罹病期間4週のI型糖尿病ラットの角膜において,上皮から実質浅層の散乱高強度を測定したが,基底膜部分の散乱光強度の増強は見られなかった。励起光波長を790nmから1100nmまで変化させたが,散乱高強度の増強は見られなかった。眼組織基底膜の糖化最終産物検出と生体内における糖化最終産物検出用臨床機器の開発を目的に研究を行った。途中山口大学から九州大学に異動したが、基金の移管もスムーズに行え研究を遂行することができた。最終糖化産物(AGE)は,老化や糖尿病で生じるたんぱく質の最終産物であり,様々な臓器障害を引き起こす。老化や糖尿病が原因で発生する種々の機能障害を,AGEの沈着した全身の基底膜の器質的異常であると一元的に考え,全身組織の基底膜のAGEを特異的かつ定量的に測定する評価法を開発することが有用である。特に,血管の観察が容易である眼球組織の観察によって,AGE化された内皮基底膜由来の強散乱光を検出し,全身の血管変化をAGE化を指標に評価するシステムを構築した。モード固定式チタニウム:サファイアレーザーは光源の波長を変化させることができるため,AGE由来強散乱を発生させる至適波長を決定することができた。また本研究では研究実績のある角膜の解析に加え,作動距離が30mm以上の対物レンズを用いることで網膜や水晶体が十分に使用に耐える部位であることを動物実験で確認した。この基底膜のAGE化を評価することにより,種々の眼疾患の詳細な病期判定や潜在的な易上の検出,さらには全身の血管の潜在的な変化を評価するシステム構築へと発展できる可能性を示した。糖尿病動物の作成については順調に行うことができており,現状では糖尿病罹病期間が必要であることが明らかとなっている。今後の問題点が明らかになっており,次年度以降で研究を推進できると考えている。

予想された糖尿病動物モデルにおける上皮基底膜部分の散乱高強度の増強は見られなかった。想定される改善点としては,1.糖尿病罹病期間,2.糖尿病モデルなどを再検討し,改善していく必要があると考えられる。1.糖尿病罹病期間については,12週の罹病期間後に白色光で評価したpreliminaryな検討では,基底膜部分の散乱光増強が認められたため,12週以上の罹病期間を持たせて再検討を行う必要があると思われる。また糖尿病モデル動物は,これまでわれわれの研究経験のあるGoto-KakizakiラットなどのII型糖尿病モデルを用いた実験も検討している。眼科学、免疫学現在,長期罹病糖尿病モデルを作成,飼育している。これらのモデルを用いて安定した組織変化を検出し,ヒト検体への応用及びin vivoモデルでのAGE検出を進めていく予定である。本年度は動物モデルの作成が中心となり,免疫染色用の抗体使用量が少なくなったため、未使用額が生じた。次年度以降は抗体使用量が増加するため,次年度使用予算を充てる予定にしている。
メチルキサンチン類の摂取が社会心理学的ストレスに及ぼす影響

食品中のメチルキサンチン類が脳機能に対し有益な効果をもたらす可能性が示されているが、メチルキサンチン類の中でも、カフェインに次いで頻繁に摂取されているテオブロミンの作用に関するデータは、相対的に乏しい。本研究では、カフェインとテオブロミンの摂取が脳機能に与える効果を比較し、メチルキサンチン類に期待される抗ストレス作用の実態に迫る。そのために、社会心理学的ストレスモデル動物を用いて、ストレス負荷時の行動学的変化、神経内分泌系の変化などに対し、カフェインとテオブロミンがそれぞれどのような影響を及ぼすのか、その違いについて明らかにする。
精密送りテ-ブル用テ-ブル・駆動系の連結機構

本研究では,特に超精密工作機械あるいは超精密計測機を実現する際に,今後大きな問題となると考えられる精密送りテ-ブルを対象として,新たな構造概念に基づいた連結機構の構造を提示すると共に,その特性のテ-ブルシステム全体に与える影響について総合的な検討を行なった.その結果,以下の様な有用な成果及び新しい知見を得ることができた.(1)4球組込み形連結機構を,テ-ブルと駆動系の接続部に適用し,性能評価を行なった結果,駆動系の外乱を除去,吸収する上で有効であることを確認した.従って,提案した4個の球体と板ばねの組合せによる機構は,ピッチング,ヨウイング,振れ回り等の駆動系側からの外乱を,効率的に除去,吸収する機能を具備していることを確認した.(2)エア-マウント連結機構を,テ-ブルと駆動系の接続部に適用し,性能評価を行なッた結果,駆動系の外乱を除去,吸収する上で有効であることを確認した.従って,提案した結合部は,ピッチング,ヨウイング,振れ回り等の駆動系の外乱を,効率的に除去,吸収する機能を具備していることを確認した.(3)従来から感覚的に指摘されているに過ぎなかったテ-ブルとその駆動系を連結する結合部の連結機構の構造が,テ-ブルシステム全体の機械的特性及び運動精度,振動特性に大きな影響を与えることを明かにした.更に超精密の運動精度を実現する移動テ-ブルシステムを構築する際には,従来のように案内構造の高精度化だけではなく,テ-ブルと駆動系の結合部について十分考慮しなければならないことを示唆した.(4)テ-ブルの運動軌跡の周期性を分析することにより,テ-ブルとその駆動系の連結機構の性能評価を行ない,連結機構の特性とテ-ブルシステムの運動精度の間には密接な相互依存性の存在することを明かにした.本研究では,特に超精密工作機械あるいは超精密計測機を実現する際に,今後大きな問題となると考えられる精密送りテ-ブルを対象として,新たな構造概念に基づいた連結機構の構造を提示すると共に,その特性のテ-ブルシステム全体に与える影響について総合的な検討を行なった.その結果,以下の様な有用な成果及び新しい知見を得ることができた.(1)4球組込み形連結機構を,テ-ブルと駆動系の接続部に適用し,性能評価を行なった結果,駆動系の外乱を除去,吸収する上で有効であることを確認した.従って,提案した4個の球体と板ばねの組合せによる機構は,ピッチング,ヨウイング,振れ回り等の駆動系側からの外乱を,効率的に除去,吸収する機能を具備していることを確認した.(2)エア-マウント連結機構を,テ-ブルと駆動系の接続部に適用し,性能評価を行なッた結果,駆動系の外乱を除去,吸収する上で有効であることを確認した.従って,提案した結合部は,ピッチング,ヨウイング,振れ回り等の駆動系の外乱を,効率的に除去,吸収する機能を具備していることを確認した.(3)従来から感覚的に指摘されているに過ぎなかったテ-ブルとその駆動系を連結する結合部の連結機構の構造が,テ-ブルシステム全体の機械的特性及び運動精度,振動特性に大きな影響を与えることを明かにした.更に超精密の運動精度を実現する移動テ-ブルシステムを構築する際には,従来のように案内構造の高精度化だけではなく,テ-ブルと駆動系の結合部について十分考慮しなければならないことを示唆した.(4)テ-ブルの運動軌跡の周期性を分析することにより,テ-ブルとその駆動系の連結機構の性能評価を行ない,連結機構の特性とテ-ブルシステムの運動精度の間には密接な相互依存性の存在することを明かにした.超精密加工用工作機械や超精密測定機の構造分析を行った結果超精密移動テ-ブル系におけるテ-ブルと送り駆動系の連結機構はそれらの加工装置や測定装置において重要な構成要素でありながら、これまで国内外においてほとんど検討がなされていないことが明らかとなった。そこで、本年度においては以下のような研究を実施した。1.現在の超精密加工機及び超精密計測装置の構造分析を行い、それらに用いられているテ-ブルと送り駆動系の連結機構の問題点を明らかにした。その結果、テ-ブルと送り駆動系の連結機構には、駆動系の外乱、例えば駆動系の振れ回り、上下動、取付誤差等の誤差要因を除去、あるいは吸収しながら、テ-ブルに高い剛性を与えるという「柔な設計」と「剛の設計」という極端な二面性が要求されることを明らかにした。また、その解決のためには、テ-ブルと送り駆動系の連結部分に誤差要因の吸収機構を具備すると共に、剛性、減衰能、熱的特性を制御可能な新たな機構を組込むことが必要不可欠であることを明らかにした。2.前述の分析結果に基づき、駆動系の誤差要因の伝達を抑制し、テ-ブルのピッチング、ヨ-イング、ロ-リング等のテ-ブルの運動誤差を最小化できると考えられる新たなテ-ブル・送り駆動系の連結機構を開発した。3.精密送りテ-ブルとして空気静圧案内を有するリニアモ-タによるテ-ブル駆動系システムを開発し、そのテ-ブルと駆動系の連結部分に上述の連結機構を組込み、その評価試験を行った。その結果、所期の目的をほぼ達成することができた。今後、詳細な分析、及び調整を行い、更に性能向上を図る予定である。

本研究では,特に超精密工作機械あるいは超精密計測機を実現する際に,今後大きな問題となると考えられる精密送りケ-ブルを対象として,新たな構造概念に基づいた連結機構の構造を提示すると共に,その特性のテ-ブルシステム全体に与える影響について総合的な検討を行なった.その結果,以下の様な有用な成果及び新しい知見を得ることができた.(1)4球組込み形連結機構を,テ-ブルと駆動系の接続部に適用し,性能評価を行なった結果,駆動系の外乱を除去,吸収する上で有効であることを確認した.従って,提案した4個の球体と板ばねの組合せによる機構は,ピッチング,ヨウイング,振れ回り等の駆動系側からの外乱を,効率的に除去,吸収する機能を具備していることを確認した.(2)エア-マウント連結機構を,テ-ブルと駆動系の接続部に適用し,性能評価を行なった結果,駆動系の外乱を除去,吸収する上で有効であることを確認した.従って,提案した結合部は,ピッチング,ヨウイング,振れ回り等の可動系の外乱を,効率的に除去,吸収する機能を具備していることを確認した.(3)従来から感覚的に指摘されているに過ぎなかったテ-ブルとその駆動系を連結する結合部の連結機構の構造が,テ-ブルシステム全体の機械的特性及び運動精度,振動特性に大きな影響を与えることを明かにした.更に超精密の運動精度を実現する移動テ-ブルシステムを構築する際には,従来のように案内構造の高精度化だけではなく,テ-ブルと駆動系の結合部について十分考慮しなければならないことを示唆した.(4)テ-ブルの運動軌跡の周期性を分析することにより,テ-ブルとその駆動系の連結機構の性能評価を行ない,連結機構の特性とテ-ブルシステムの運動精度の間には密接な相互依存性の存在することを明かにした.
フコキサンチンによる生体内DHAの合成促進作用とメカニズムの解明

これまでに、フコキサンチン(Fx)を動物に投与することで、肝臓中のドコサヘキサエン酸(DHA)が増加することを見出した。さらに昨年度の研究報告において、生体内における活性本体が代謝物の一つであるアマロウシアキサンチンA(AmxA)であることを明らかにした。しかしながら、その詳細な作用機構は不明である。また、培養細胞を用いた検討においてn-3系多価不飽和脂肪酸変換経路における新規脂肪酸分子として20:4n-3,6,9,15(5c-20:4)を同定した。本年度は昨年度に引き続き、α-リノレン酸(ALA)からDHAへの変換の詳細について検討した。主な成果は以下の2点に集約される。1.RNAi法により不飽和化酵素および鎖長延長酵素の遺伝子をノックダウンし、ALAの変換に対する影響について検討した。その結果、昨年度同定した5c-20:4はALAが鎖長延長反応により変換される20:3からΔ5-不飽和化反応により変換されることを明らかにし、さらに5c-20:4がΔ8-不飽和化反応によりEPAへと変換されることを明らかにした。また、Δ6-不飽和化酵素遺伝子をノックダウンさせた細胞に対して24:5を添加したところ、鎖長延長反応によるものと推定される代謝物が検出された。以上のように、昨年度の研究成果に加えて今年度の研究成果によりALAからDHAへと変換する過程において18:4を介する以外の複数の経路を見出した。2.Fxの代謝物であるフコキサンチノール(FxOH)およびAmxAを培養細胞に添加し、不飽和化酵素および鎖長延長酵素のmRNA発現量に対する影響について検討した。その結果、FxOHを添加した細胞と比較してAmxAを添加した細胞においてこれら酵素のmRNA発現量の増加量がより高かった。このことからAmxAはHepG2において不飽和化酵素及び鎖長延長反応の遺伝子発現の増加を介してALAからDHAへの変換を亢進させることが推察された。フコキサンチン(Fx)による生体内DHA増加促進作用について検討を行った。肝臓においてα-リノレン酸が不飽和化反応及び鎖長延長反応を繰り返すことでDHAへと変換されることが知られている。これまでの結果からフコキサンチンは肝臓中のDHA合成経路を活性化させることで肝臓中のDHA含量を増加させていると考えられる。1.まずDHA合成経路の律速酵素であるΔ6不飽和化酵素(D6D)のmRNA発現量及びタンパク質発現量を測定した。その結果、Fxの投与によってD6Dタンパク質発現量が増加することが明らかとなった。2.DHA合成経路に関与する酵素はPPARαによって制御されている。同様にSREBP-1にも制御されていることが報告されており、このSREBP-1はLXRによって制御されている。そこでマウスにPPARα及びLXRのアゴニストを投与し、フコキサンチンの作用と比較した。その結果、PPARαのアゴニスト(Wy14643)を投与したマウスにおいて一時的なDHAの増加が認められた。この結果からFxはPPARαの転写制御下にある遺伝子の転写を活性化させていることが示唆された(投稿準備中)。3.さらに、脂質代謝関連遺伝子の発現を比較するためにDNAマイクロアレイを用いて網羅的な遺伝子発現の解析を行った。その結果、脂質代謝に関連する7,000遺伝子においてFx及びWy14643を投与したマウスを比較すると、それぞれに共通して36遺伝子の発現が亢進され、14遺伝子の発現が抑制されることが明らかとなった。本年度の研究によってFxは肝臓においてPPARα及びその標的遺伝子の転写を活性化させ、DHA含量を増加させていることが推察された。今後はその作用機構を培養細胞を用いてより詳細に検討していく予定である。しかし、生体内におけるその分子機構はいまだ不明である。哺乳動物の肝臓中におけるALAからDHAへの変換反応の第一段階は、ALAの不飽和化反応による18:4n-3の生成と考えるのが一般的である。しかし、不飽和化反応だけでなく、ALAの鎖長延長による20:3n-3への変換もありうる。そこで、本年度は、FxによるALAからのDHA変換促進作用の分子機構を解明するために、まず、ALAからのDHA合成反応の詳細を検討した。また、Fxの代謝物のDHA増大作用への関与についても明らかにした。1.ヒト肝臓ガン細胞HepG2にALAを添加し、ALAからDHAへの変換について検討した。その結果、代謝物中に18:4n-3が検出されなかったにもかかわらずEPAの増加が見られた。この際、EPAの前に未知の3ピークが検出され、GC-MS分析の結果、それぞれ20:3n-3,5,11,14,17-20:4n-3及び20:4n-3と同定できた。また、5,11,14,17-20:4n-3及び20:4n-3をHepG2に添加したところ、鎖長延長によるものと推定される代謝物が検出された。

以上のように、ALAからEPAへの変換において、18:4n-3を介する以外の複数の経路を初めて見出した。2.次にHepG2に対してALAと2種類のFxの主な生体内代謝物(フコキサンチノール(FxOH)とアマロウシアキサンチンA(AmxA))を添加し、ALA代謝物について検討した。その結果、FxOHを添加した細胞と比較してAmxAを添加した細胞中のDHA含量の増加量がより高かった。このことからフコキサンチンのDHA含量増加作用の生体内での活性本体はアマロウシアキサンチンAであることが推察できた。これまでに、フコキサンチン(Fx)を動物に投与することで、肝臓中のドコサヘキサエン酸(DHA)が増加することを見出した。さらに昨年度の研究報告において、生体内における活性本体が代謝物の一つであるアマロウシアキサンチンA(AmxA)であることを明らかにした。しかしながら、その詳細な作用機構は不明である。また、培養細胞を用いた検討においてn-3系多価不飽和脂肪酸変換経路における新規脂肪酸分子として20:4n-3,6,9,15(5c-20:4)を同定した。本年度は昨年度に引き続き、α-リノレン酸(ALA)からDHAへの変換の詳細について検討した。主な成果は以下の2点に集約される。1.RNAi法により不飽和化酵素および鎖長延長酵素の遺伝子をノックダウンし、ALAの変換に対する影響について検討した。その結果、昨年度同定した5c-20:4はALAが鎖長延長反応により変換される20:3からΔ5-不飽和化反応により変換されることを明らかにし、さらに5c-20:4がΔ8-不飽和化反応によりEPAへと変換されることを明らかにした。また、Δ6-不飽和化酵素遺伝子をノックダウンさせた細胞に対して24:5を添加したところ、鎖長延長反応によるものと推定される代謝物が検出された。以上のように、昨年度の研究成果に加えて今年度の研究成果によりALAからDHAへと変換する過程において18:4を介する以外の複数の経路を見出した。2.Fxの代謝物であるフコキサンチノール(FxOH)およびAmxAを培養細胞に添加し、不飽和化酵素および鎖長延長酵素のmRNA発現量に対する影響について検討した。その結果、FxOHを添加した細胞と比較してAmxAを添加した細胞においてこれら酵素のmRNA発現量の増加量がより高かった。このことからAmxAはHepG2において不飽和化酵素及び鎖長延長反応の遺伝子発現の増加を介してALAからDHAへの変換を亢進させることが推察された。
瞬時実効値理論とマトリックスコンバータ制御への応用

モータ駆動装置の省エネルギーが地球環境問題からも重要になってきている。本研究では,商用電源を可変電圧,可変周波数の交流に電力変換し,損失を従来の電力変換器に比較して約1/2にできる三相/三相マトリックスコンバータの制御法に関する研究である。マトリックスコンバータのスイッチングパターン評価のための瞬時実効値理論を提案し,制御目的に応じたリアルタイムスイッチングパターン制御を実現した。工場などの産業分野では,電力の約7割が機械等を駆動するためのモータで消費されており,モータ駆動装置における省エネルギー,高効率化,小型化が,地球規模での環境問題からも重要になってきている。交流モータの可変速駆動装置は,一般的に,商用交流電源を直流に変換する整流回路と,直流を任意の振幅と周波数の交流に再変換するインバータの組み合わせで実現される。この場合,整流回路とインバータの2台の電力変換器が必要になり,2回の電力変換により損失も増える。また,直流部の大容量電解コンデンサが装置体積の約4割を占めるので装置が大型になると共に,電解コンデンサの耐用年数が他の部品に比較して短いため信頼性が低下する。このような状況のもと,商用三相交流電源を可変電圧,可変周波数の三相交流に直接変換すると同時に,入力電源電流を力率1の正弦波波形に制御できる三相/三相マトリックスコンバータが注目されている。マトリックスコンバータは,電解コンデンサ等のエネルギー蓄積素子を用いないので小型化が実現でき,さらに,逆阻止スイッチング素子を使用することで,電源から負荷までの電流通過素子数が1個となり,変換器損失を低減できる等の特徴があり,今後の普及が期待される。本研究では,マトリックスコンバータ制御で複数存在するスイッチングパタンのリアルタイム評価基準を実現することを目的に,波形周期で定義される実効値を,制御周期間における理論に拡張した瞬時実効値理論を導出している。この瞬時実効値理論を,マトリックスコンバータのスイッチングパタン制御に適用し,出力電圧高調波および入力電流高調波をそれぞれ抑制するスイッチングパタン制御を実現している。本研究では,1台の電力変換器で商用三相交流電源を可変電圧,可変周波数の三相交流に直接変換すると同時に,入力電源電流を力率1の正弦波波形に制御できる三相/三相マトリックスコンバータを扱う。変換器効率改善の面からスイッチング回数低減が重要であり,制御周期間の三相全体のスイッチング回数を,一般的な6回とする方式に対して,3回に低減する方式を提案している。本提案方式をもとに,具体的に3項目について研究を進め、以下の研究成果がそれぞれ得られた。1.マトリックスコンバータのスイッチングパタンの評価にための瞬時実効値理論の確立一般の実効値理論を制御周期という短時間領域へ拡張した瞬時実効値理論を導出し,マトリックスコンバータのスイッチングパタン評価法を確立した。2.負荷特性を優先した出力電圧高調波を抑制するスイッチングパタン制御法の開発瞬時実効値理論に基づき,出力電圧高調波を抑制するスイッチングパタン制御を確立し,試作システムを用いた実験によりその有効性を確認した。3.電源特性を優先した入力電流高調波を抑制するスイッチングパタン制御法の開発瞬時実効値理論に基づき,入力電流高調波を抑制するスイッチングパタン制御を確立し,試作システムを用いた実験によりその有効性を確認した。
C型インフルエンザウイルスの分子進化

1964年から1988年までに本邦で分離された20株のC型ウイルスのヘムアグルチニン・エステラーゼ(HE)遺伝子の塩基配列を決定した。これに10株の海外分離株の配列も加えて、同遺伝子の分子系統樹を作成し、以下の結論を得た。1.本邦で分離された20株のHE遺伝子は、4つの系統(山形/81系統、青森/74系統、愛知/81系統、奈良/82系統)に大別された。このうち青森/74系統は1977年以降いっさい分離されていないので、現在は、これを除く3つの系統が共存していることになる。2.海外分離株も山形/81系統、愛知/81系統、奈良/82系統のいずれかに帰属した。これまでC型は土着性の強いウイルスの代表とされていたが、その行動範囲は、予想以上に広いことが判明したことになる。3.これまでC型ウイルスには変異の蓄積が認められないとするのが定説となっていた。ところが197188年に分離された山形/81系統に所属する株の配列を見ると、時間の経過に伴って、変異が蓄積していることが明らかになった。そこでこれらの配列を用いて、HE遺伝子の進化速度の算定を行った結果、A型の1/81/9もしくはB型の1/21/3の速度でゆっくりと進化していることが明らかになった。4.HE蛋白の中和エピトープは、N端から180220番めに密集している。この領域のアミノ酸配列は、別の系統に所属する分離株間では大きく異なっていたが、同じ系統の分離株間にはほとんど違いが認められなかった。したがって系統に分岐するまでは、抗体の送択圧がHE遺伝子の進化に重要な役割を果たしていたが、そのあとでは、同送択圧は進化に寄与していないと判断される。後者の場合でも、抗体による送択圧は受けているに違いないが、機能的拘束により、変化できなくなっているものと思われる。平成5年度の研究によって、C型ウイルスのヘムアグルチニン・エステラーゼ(HE)蛋白をコードする遺伝子分節の分子系統樹が完成した。結論は次のように要約される。1)1988年から92年末までに山形市で分離されたウイルスのHE遺伝子は、2つの系統(I、II)に大別できる。ところが92年末に第3の系統(III)が加わり、現在では、3つの系統のHE遺伝子を持つウイルスが混在している。2)各系統に似たHE遺伝子を持つウイルスは、本邦の他の地域や海外でも分離されており、Iは山形/81やブタ/北京/81株に、IIはヨハネスブルグ/66(JHG/66)や愛知/81株に、IIIはミシシッピー/80(MS/80)や奈良/82株に酷似している。他の遺伝子分節についても系統樹の作成を試みており、すでに次のような知見を得ている。1)1992年末に系統IIIのHE遺伝子を持つウイルスが山形市で初めて分離された。ところが同株のPB1遺伝子は、MS/80や奈良/82株よりむしろ山形/81株に似ていた。従って、1992年以降山形市で新たに蔓延し始めたウイルスは、系統IIIとIの間で生じた遺伝子交雑体と推測される。2)系統IIの代表株(山形/9/88)株のNS遺伝子は、JHG/66や愛知/81株よりむしろ山形/81株に似ていた。

1988年以来山形市に居座っている主流の1つも遺伝子交雑体である可能性を示唆する知見と言える。これらの成績から、C型ウイルスの生態に遺伝子交雑が大きな影を投げかけている可能性がでてきた。複数の系統が狭い地域に絶えることなく共存しているという同ウイルス独自の存在様式に基ずくと思われ、A型やB型には見られない際立った特徴として浮かび上がってくるものと期待している。30株のC型ウイルスのヘムアグルチニン・エステラーゼ(HE)遺伝子の塩基配列に基づく分子系統樹が完成し、以下の結論を得た。1.1964年以降に本邦で分離されたC型ウイルスは4つの系統(山形/81系統、青森/74系統、愛知/81系統、奈良/82系統)にグループ分けされた。しかし青森/74系統は1977年以来分離されていないので、現在ではそれ以外の3つの系統が共存していると思われる。2.1960年代以降海外で分離された株も上記3系統のいずれかに帰属する。従来C型は土着型の代表的なウイルスとされていたが、その行動範囲は予想をするかに越えた広いものであることが明らかになったことになる。3.C型ウイルスでは変異の蓄積が起こっていないとするのが定説となっていた。ところが1971年から1988年にかけて分離された山形/81系統株間に、時間の経過に対応して変異が蓄積されていることが明らかになった。この知見に基づき、HE遺伝子の進化速度を算定したところ、0.509×10^<-3>/塩基置換数/部位/年であった。この値はA型の1/81/9に、B型の1/21/3に相当し、C型がきわめてゆっくりと進化していることが判明した。4.HE蛋白の中和エピトープはN端から180220番めに密集している。この領域のアミノ酸配列は、別の系統に所属する株間では大きく異なっていたが、同じ系統の株間では殆ど違いが認められなかった。従って、系統に分かれるまでは、抗体の選択圧が進化に重要な役割を果たしたものと思われるが、系統に分かれたあとでは進化に寄与していないものと推測された。後者の場合でも、おそらくは抗体による選択圧をうけているのであろうが、機能的拘束のために変化する余裕を失ってしまっているのであろう。
接合菌綱ケカビ目の同胞種に関する分類学的研究

Mortierella capitataの二つの種内交配群は、無性生殖形態は同一であるが、互いに1)生殖前隔離を示し、2)菌糸体生育温度適性範囲に差があり、3)接合胞子形成温度の適値が異なり、4)北半球では、温帯・熱帯域にそれぞれ排他的に分布し、5)分子系統解析(18SrDNA ITS領域)では、他種との差に匹敵する十分な遺伝的隔離を示した。以上のことから、二群は独立種として扱うのが妥当という結論に至った。M.capitataのタイプ標本は失われていた為、タイプロカリティ(ベルギー)で調査をした結果、温帯域に分布するC群がM.capitataに相当することがわかり、ネオタイプ標本・基準菌株の指定が可能となった。他方、熱帯域に分布するW群には、本種のシノニムとされていたインド産のM.vesiculosaの基準菌株が含まれていたことから、同名称を適用するのが妥当である。本研究の成果の一部は日本菌学会第47回大会(2003年5月、北大)、中興大学真菌学セミナー(2003年12月、台湾)、アジア国際菌学会(2004年11月、タイ)、分類学会連合シンポジウム(2005年1月、科博)にて発表した。研究途上で明らかになったMortierella属の未記載種及び、それを宿主とする寄生菌の未記載属菌を記載発表した。また、M.capitataに類縁な未記載種からも、新たに二つの種内交配群が検出された。今後、詳細な検討を行い、その種内の構造をM.capitata - M.vesiculosaと比較することで、接合菌類の種分化過程解明の糸口が得られるものと考える。7月に南九州・薩南諸島の計6地域で調査を実施し、計約400点の土壌試料より50菌株のMortierella capitataの菌株を分離した。交配実験・温度適性試験結果は、概ね作業仮説を支持したが、本州でのW群分布可能性の検討のために、新たに最寒月の2-3月に伊豆半島の土壌試料約50点を採集し、培養時の温度、試料の前処理(乾燥・加湿)について培養条件の改良を行った。同改良条件を用い前述、南九州・薩南諸島産試料について改めて分離培養検討を行う必要が生じたことから、次年度も引き続き実施に当たる予定である。8月に出向した欧州では、本研究遂行上重要な、同種の分類学的背景に関して以下の成果を得た(日本菌学会第47回大会にて発表予定)。(1)M. capitataの原記載地(ベルギー)より得られた同種の4菌株が、日本産同種C群のテスター菌株(交配型A, B ; Degawa & Tokumasu 1997)と良好に反応した。同種のホロタイプ標本欠失が確認され、上記試料に基づきネオタイプ予定標本を作成した(平成16年度の論文で正式に公表予定)。(2)CBS(オランダ)のW.Gams博士の協力を得て欧州7ヶ国で調査をし、約20菌株のM. capitataを得た。うち5ヶ国からの18菌株は日本産C群テスター菌株、及び上述ネオタイプ指定元の菌株と良好に反応したが、W群テスターとは反応しなかった。以上より日本産のM. capitata C群は原記載地周辺欧州の交配群と同一であると結論された。(3)第七回国際菌学会(オスロ大学)では、種内分類群の地理的分布について高等菌類(特に大型担子菌類)を材料とした多くの研究が進行中であることを知り、有益な情報交換ができた。来年度予定の分子系統解析について3月に、筑波大学菅平高原実験センターにて予備的実験を行った。岩本晋博士(NBRC)に技術面の協力を得て、引き続き解析を進める予定である。1北海道大学で開催された日本菌学会第47回大会において昨年の成果について発表した(出川・Gams.W.,交配実験による欧州産Mortierella capitata (Actinomortierella節)のネオタイプ指定)。2北海道(札幌市、旭川市)において土壌サンプリングを実施し、M.capitataを分離して、温度適性・交配について検討した結果、全てが温帯生C群であった。3筑波大学菅平高原実験センターにおいて、M.capitataの交配菌株9株及び同種の属すActinomortierella節の2未記載種について分子系統解析を実施した。適用菌株は以下の9株である:(1)昨年度の欧州調査において分離されたM.capitataのネオタイプ指定予定菌株(ベルギー産);(2)M.capitata(上田市産);(3)同(ノースカロライナ産);(4)同(串本町産);(5)M.vesiculosaタイプ菌株(インド産);(6)M.capitata(竹富町産);(7)同(カリフォルニア産)および(8)Actinomortierella節の未記載種[1].(長野県産);(9)未記載種[2](東京都産)である。これらについて、rDNAのITS領域(ITS1,ITS2、および5.8S rDNA)の塩基配列決定をし、PAUPにより系統解析を行った。その結果、(3)を除く8菌殊について塩基配列が決定され、以下のことが明らかとなった。(1)ITS領域の塩基配列は、M.capitataの二つの種内交配群において明瞭に異なっていた。

即ち温帯に分布するC群((1)(2)(4))と、亜熱帯から熱帯に分布するW群((5)(6)(7))とは、それぞれ3株ずつがクレードをなして明瞭に区別された。(2)これらは単系統群をなし、Actinomortierella節の未記載種2種((8)(9))その外群として位置付けられたが、属内の種間関係を解析するには18SrDNAなど、より変異速度の一低い分子種の適用が必要と考えられた。以上のことから、M.capitataの二つの種内交配群は、交配、分布、温度適性に加え、分子系統学的にも明瞭に区別されるため、これらは独立種として扱い、分類学的措置をとるのが妥当であるとの結論に至った。Mortierella capitataの二つの種内交配群は、無性生殖形態は同一であるが、互いに1)生殖前隔離を示し、2)菌糸体生育温度適性範囲に差があり、3)接合胞子形成温度の適値が異なり、4)北半球では、温帯・熱帯域にそれぞれ排他的に分布し、5)分子系統解析(18SrDNA ITS領域)では、他種との差に匹敵する十分な遺伝的隔離を示した。以上のことから、二群は独立種として扱うのが妥当という結論に至った。M.capitataのタイプ標本は失われていた為、タイプロカリティ(ベルギー)で調査をした結果、温帯域に分布するC群がM.capitataに相当することがわかり、ネオタイプ標本・基準菌株の指定が可能となった。他方、熱帯域に分布するW群には、本種のシノニムとされていたインド産のM.vesiculosaの基準菌株が含まれていたことから、同名称を適用するのが妥当である。本研究の成果の一部は日本菌学会第47回大会(2003年5月、北大)、中興大学真菌学セミナー(2003年12月、台湾)、アジア国際菌学会(2004年11月、タイ)、分類学会連合シンポジウム(2005年1月、科博)にて発表した。研究途上で明らかになったMortierella属の未記載種及び、それを宿主とする寄生菌の未記載属菌を記載発表した。また、M.capitataに類縁な未記載種からも、新たに二つの種内交配群が検出された。今後、詳細な検討を行い、その種内の構造をM.capitata - M.vesiculosaと比較することで、接合菌類の種分化過程解明の糸口が得られるものと考える。
養殖場の物質循環

ハマチ養殖場の物質循環循環数値モデルを作製し、宇和島湾の養殖場に適用してみた。ハマチの糞と残餌から成る有機炭素の沈降量の季節変化を現場のデータを用いて計算した。計算結果は現場のセディメントトラップ実験で得られた値を良く再現した。この計算の結果海底に沈降する有機炭素のうち残餌の割合は約6割を占め、特にハマチの出荷前の10月から12月にかけて残餌による有機炭素沈降量は増大し、餌のやり方に問題のあることが示唆された。現在この数値モデルを用いて愛媛県全域のハマチ養殖場の診断を行っている。すなわち全養殖場におけるハマチの養殖尾数は、投餌量、死亡量、出荷量データを収集し、必要な環境データもそろえて、各養殖場においてどの程度、糞や残餌の海底への沈降量があるかを明らかにする予定である。養殖場の水質を決めている最も大きな要因は投餌量、養殖尾数であるが、自然要因の中では海水交換の大きさが最も大きな影響を及ぼす。宇和島湾の海水交換は夏季は急潮と呼ばれる外洋からの暖水侵入、冬季は吹送流によって担われていることが従来の現地観測の結果から明らかにされていたが、夏の急潮現象が四国南西海岸全体でどのように生じているかは明らかでなかった。そこで1985年7月-1986年9月宇和島、下灘、宿毛、土佐清水の毎日の水温観測記録を収集し、急潮現象の実態を明らかにしようと試みた。その結果豊後水道南部に出現する暖水塊の各湾への侵入により急潮が引き起こされること、この暖水塊は夏季は水道北部まで侵入するが冬季は水道北部までは侵入しないこと、暖水塊の移動速度は約30cm/secであることなどが明らかになった。
メタボローム解析による重症喘息の分子フェノタイピング

臨床的なパラメーターを用いたクラスター解析に基づく重症喘息のフェノタイピングは、この疾患が多様な病態を背景として生じる疾患の集合体であることを明らかにした。今回の研究ではメタボロミクスを応用した分子レベルでのフェノタイピングにより、重症喘息の診断・予後推定・治療選択のための優れたバイオマーカーの同定を目指した。特に繰り返し測定がしやすい呼気ガスや血液中のバイオマーカーを対象として検討した結果、呼気中の揮発性有機化合物であるベンゼン、キシレン、ノナンが喘息の重症度と比例して増加していること、血清中のペリオスチン濃度は重症度ではなく特定の病型と関連していることを明らかにすることができた。喘息患者13例、対照群として健常者6例、喘息以外の炎症性肺疾患症例11例において呼気中の14種類の揮発性有機化合物をコールドトラップ法を用いて測定した。現時点では喘息患者と健常者、他の炎症性肺疾患症例との間で有意な違いを呈する揮発性有機化合物を検出し得ていない。現在用いている測定系では1回に測定できるサンプルが3-4例分に限られ、また測定のばらつきも大きいことから、サンプリング・測定系をより臨床応用に近い形へ改良を進めている。これが完了すれば、より多くの臨床検体の測定が可能になることが期待され、それによって喘息特異的な揮発性有機化合物を見いだすことが出来る可能性がある。末梢血好酸球を重症喘息患者28例および健常者8例から分離し、ドコサヘキサエン酸の存在下・非存在下で刺激した培養上清のリピドーム解析を行った。重症喘息患者においてシクロオキシゲナーゼ代謝産物あるいは15リポキシゲナーゼ代謝産物の産生低下をきたしている症例が多いが、患者間でのばらつきも大きく、重症喘息の多様性を反映しているとも考えられる。今後、同じ症例での呼気凝縮液のリピドーム解析を行い、好酸球でのデータと併せて解析を行っていく。ダブルコールドトラップ法を用いた呼気VOC測定システムの手法について論文化し、Adv Biomed Eng誌にアクセプトされた。実際にこの手法を用いて呼吸器疾患患者(肺癌、睡眠時無呼吸症候群)について呼気VOC濃度を検討し、その有用性を確認できたので現在論文投稿中である。喘息患者についてもこの手法を用いて解析を進めていたが、入院患者を対象として行われた肺癌、睡眠時無呼吸症候群患者での検討と異なり、主に外来患者を対象とした検討となっており、測定手技の効率化が必要となった。そこで以下の様な測定システムの改良を行った。1)大気中のVOCを除去するための純化空気を作成する手法としてガスマスク用のフィルターを利用することにより、大幅に時間短縮が可能となった、2)呼気VOCを吸着するための素材としてグラスウールを用いていたが、注射針の中に固体吸着剤を組み込んだNeedleExを用いることで直接GC・MSにサンプルを注入できるようになり、測定の迅速化と再現性の向上がえられるようになった。ただし、これらの測定手順の変更にともない、アセトンとイソプレンの測定値に大きな変動があり、この原因を検討した。その結果、呼気保存用バッグに呼気を保持する時間によりこの2つのVOC濃度が大きく変動することが明らかとなった。従来は呼気採取から測定までの時間が半日程度あったため、濃度の変動が少なかったと思われる。この問題に関しては呼気採取後30分以内に測定することで解決できた。現在、測定は順調に進んでおり、2015年9月末までには合計150症例の測定が終了予定である。呼気凝縮液のリピドミクス解析についても、理化学研究所の解析システムを用いて従来の報告があるPGE2・PGD2・5-HETE・12-HETE・15-HETE・AA・EPAの測定が可能であることを確認した。その他の脂質についての検出感度を上げるため、回収率・濃縮率を高めるための検討を実施中である。ダブルコールドトラップ法を用いて呼気VOC濃度を検討してきたが、主に外来患者を対象とした喘息での解析にあたり、ガスマスク用フィルターと注射針の中に固体吸着剤を組み込んだNeedleExを用いることで、測定の大幅な迅速化と再現性の向上がえられた。このプロトコールを用いて12種類の呼気VOC濃度を健常成人19例、喘息患者28例(軽症中等症10例、重症18例)について測定を行った。併せて疾患コントロール群として睡眠時無呼吸症候群患者19例についても同様の検討を行った。その結果、3種類の呼気VOC(ベンゼン、キシレン、ノナン)について、喘息群で健常成人あるいは睡眠時無呼吸症候群患者と比較して有意な濃度上昇が確認された。この濃度上昇は特に重症喘息患者で顕著であった。以上より、呼気VOC濃度は喘息患者、特に重症喘息患者で上昇することが明らかとなった。しかし呼気VOC濃度には個体差が大きく、また健常人と喘息患者との弁別能は低いことから、さらなる検討が必要と考えられた。今回の研究はメタボロミクス解析を用いた新規バイオマーカー探索が主たる研究目的であったが、既知のバイオマーカーであるペリオスチンについての解析も併せて実施した。喘息患者190例での血清ペリオスチン中央値は健常人と比較して有意に高値であったが、重症度と血清ペリオスチン値に有意な関連はなかった。

重症喘息患者を血清ペリオスチン値に基づき3群に分類したところ、血清ペリオスチン高値の患者は成人発症、好酸球性炎症優位、鼻合併症、低肺機能などの特徴を呈する喘息の臨床像と関連することが示唆された。一方、吸入ステロイド量や内服ステロイド使用率、ACTスコアやQOLスコアには血清ペリオスチン値による有意差は認めなかった。ペリオスチン濃度はステロイド治療によっても変動が少ないとされ、喘息のコントロール状態や重症度ではなく、病型を反映するバイオマーカーであると考えられた。臨床的なパラメーターを用いたクラスター解析に基づく重症喘息のフェノタイピングは、この疾患が多様な病態を背景として生じる疾患の集合体であることを明らかにした。今回の研究ではメタボロミクスを応用した分子レベルでのフェノタイピングにより、重症喘息の診断・予後推定・治療選択のための優れたバイオマーカーの同定を目指した。特に繰り返し測定がしやすい呼気ガスや血液中のバイオマーカーを対象として検討した結果、呼気中の揮発性有機化合物であるベンゼン、キシレン、ノナンが喘息の重症度と比例して増加していること、血清中のペリオスチン濃度は重症度ではなく特定の病型と関連していることを明らかにすることができた。呼気中VOC濃度の測定については、サンプリング・測定系の改良によって1日に多数検体の処理が可能となり、専任の研究補助員(週1回)を平成27年3月から雇用したこともあり、順調に測定が進んでいる。最終年度である平成27年9月末までには目標症例数の測定が終了見込みである。また、測定系の改良は今後の臨床応用にも大きな前進であると考えている。呼気凝縮液のリピドミクス解析については、従来の報告レベルの解析は十分可能であるが、より微量の脂質代謝物を測定するためにもう少し測定系の改良が必要である。併行して試料の収集は進んでおり、予定通りの測定が最終年度内にできる見込みである。呼吸器内科学呼気中VOC濃度の測定については、専任の研究補助員(週1回)を平成27年9月までの半年間雇用し、目標症例数である150症例の測定を終了させる。平成27年4月の段階で30例の測定が終了しており、月20-30症例の測定が行われていることから、10月初旬には目標症例数のデータが揃う見込みである。中間データ解析を行い平成28年4月の日本呼吸器学会で発表するとともに、最終データ解析の結果の論文化を進める。呼気VOC解析については引き続き連携研究者の理化学研究所有田博士とともに研究を遂行する。試料収集の迅速化のため、連携研究者の慶應義塾大学福永博士とも連携を取り、重症喘息コホートからのサンプル収集を併行して行う。連携研究者(有田誠博士)の研究機関異動(東京大学薬学部から理化学研究所へ)のため、呼気凝縮液のリピドーム解析を行うための倫理委員会申請をあらためて行う必要が生じた。平成26年度は測定法の改良に重点を置いたため、実際の試料収集はそれほど必要なく、そのために次年度に繰り越しとなった。呼気中の揮発性有機化合物解析については、サンプリング・測定系をより臨床応用に近い形へ改良を進めており、これが完了すれば、より多くの臨床検体の測定が可能になることが期待される。呼気凝縮液のリピドーム解析については、倫理委員会の承認を得られ次第測定を開始し、すでに終了した末梢血好酸球のリピドーム解析と併せて解析を行う予定である。専任の研究補助員(週1回)を平成27年9月までの半年間雇用して、研究を促進させるために人件費の支出がやや多くなる見込みである。
天才の神経基盤

人並み外れた才能は脳のどこに宿るのだろうか。アインシュタインやガウスの脳は、下部頭頂葉が極端な発達を遂げていた。本研究では、構造画像と機能画像の多次元データを解析して対照群と比較することによって、天才の脳の特徴を明らかにすることを目的として研究を行った。その結果、画像データベースと実際に撮像したデータを用いた予備的解析で、多次元データを用いた群間比較法が有効に機能することが確かめられた。さらに、数学の天才が宿る可能性のある領域を探るために、素数判断課題を開発して脳の機能画像と構造画像を検討した結果、右半球の島皮質の最前部の腹側と頭頂間溝外側部を結ぶネットワークが候補として浮かび上がった。アインシュタインが遺贈した脳は、シルビウス裂の上行部が前方に移動し中心溝と一致していた。これは、縁上回の後方部の下部頭頂葉が両側性に極端な発達を遂げていたためである。皮質機能局在論の立場に立てば、左右どちらかの下部後頭葉に天才が宿った可能性がある一方、発達した頭頂葉の両側を結ぶ脳梁や、前後を結ぶ弓状束など、情報の伝送経路を含めたネットワーク構造にこそ天才を説明する理由が隠されていたt可能性もある。本研究は、インターネットなどを通じて募集した1万人に1人の特殊な才能を持つ天才の脳の構造画像と機能画像を撮像し100名の対照群と比較することによって、天才の脳の特徴を明らかにすることを目的とする。本年度は参加を依頼する天才群の専門領域を検討し、参加を依頼する対象者のリストを作成した。また、天才群2として募集予定の空間認知課題を作成した。さらに、公開されている画像データを元にして、脳を複数の領域に分けて、領域間の結合を線維走行と活動の相関の2通りで定量化する手法とパラメータについて検討した。また、データベースのIQを指標として、皮質の厚さを多次元データとして多次元尺度法を適用して、「天才」を検出する予備解析に成功した。皮質機能局在論の立場に立てば、左右どちらかの下部後頭葉に天才が宿った可能性がある一方、発達した頭頂葉の両側を結ぶ脳梁や、前後を結ぶ弓状束など、情報の伝送経路を含めたネットワーク構造にこそ天才を説明する理由が隠されていたあ可能性もある。本研究は、特殊な才能を持つ天才の脳の構造画像と機能画像を撮像し多数の対照群と比較することによって、天才の脳の特徴を明らかにすることを目的とする。本年度は拡散テンソル画像(DTI)法の撮像パラメータと、大脳皮質の基本的な機能構築を描画するための課題(視覚課題と言語課題)を決定し、8名の対象群被験者からデータを取得して解析した。言語の機能構築の側性化と相関するパラメータを検討した結果、角回とウェルニケ野のRD (radial diffusitivity)値とdegree(次数)と側性化の間に有意な相関があることが見出された。皮質機能局在論の立場に立てば、左右どちらかの下部後頭葉に天才が宿った可能性がある一方、発達した頭頂葉の両側を結ぶ脳梁や、前後を結ぶ弓状束など、情報の伝送経路を含めたネットワーク構造にこそ天才を説明する理由が隠されていた能性もある。本研究は、1万人に1人の特殊な才能を持つ天才の脳の構造画像と機能画像を撮像し対照群と比較することによって、天才の脳の特徴を明らかにすることを目的とする。本年度は、素数判断課題を開発して数学の天才が宿る可能性のある領域を探った。12名の被験者に対して計測を行った結果、右半球優位に、島皮質の最前部の腹側と頭頂間溝外側部に有意な活動の上昇がみられた。島皮質の前方部はヒトで特に発達した領域で、その腹側にはヒトに特徴的な大型のvon Economoニューロンが存在して、他の皮質領域と高速な通信を行っている。我々は島皮質前方腹側部と頭頂葉の該当部位が下前頭側頭線維束で結ばれていることを示唆するtractographyの結果も得た。これらの領域と結合線維束が数学の天才と関連するかどうかを検討するのが今後の課題である。