hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低出生体重児の育児における母親の自己効力感（PMP S-E）尺度の開発と検証

第3段階でJPMP S-E尺度の信頼性と妥当性を明らかにした後で、臨床での応用について検討を行う。例えば、退院前の母親の育児における自信の程度や時期的な変化、医療従事者からの支援との関連について実態を明らかにする。その評価から、NICU入院から自宅に移行する母児に必要な支援を時期的に捉え、低出生体重児の母親への育児支援システムの構築を目指した次回の研究課題へとつなげる。本研究の成果は、国際学術雑誌midwiferyに投稿し、研究の成果を報告する。さらに2019年11月に開催される第29回日本新生児看護学会学術集会と、2020年6月にインドネシアで開催されるThe International Confederation of Midwives (ICM)での研究成果の報告も計画している。PMP S-E toolを用いた評価は国際的な比較も可能であるため、低出生体重児の母親への支援に携わる多くの者で活用し、研究成果の共有にも役立てたいと考えている。NICUにおける退院支援は育児技術の習得に限定されがちで、母親の育児への不安や自信に注目した働きかけは乏しい。低出生体重児の母親は、正出生体重児の母親よりも育児不安が強いことが知られている。育児不安は児童虐待の重要な要因であり、虐待予防には、NICU退院前に母親の育児への自信を適切に評価し、個々の評価に応じた支援の提供が不可欠である。本研究の目的は、家族への調査と専門家による妥当性の検証によって信頼ができる尺度として海外で活用されているPMP S-E尺度の日本語版を新たに開発し、低出生体重児の母親支援への臨床応用を展開する。その効果の検証から、新しい支援システムを提案することである。本研究で開発目的のJPMP S-E尺度は、NICUに入院する低出生体重児の母親の育児に対する自信が測定できる尺度である。欧米では、産後うつや母児の心身の健康に関する様々なアウトカムとの関連が指摘されている。日本語版PMP S-E尺度による定量的評価は、母親に必要な支援を明らかにし、個別的支援の提供へとつなげることができる。本研究は、次の4段階の過程で進める。第1段階は、JPMP S-E尺度を作成する。第2段階は、JPMP S-E尺度の内容妥当性および表面妥当性の検討を行う。第3段階は、JPMP S-E尺度を用いた調査を実施する。第4段階は、JPMP S-E尺度の臨床的応用を検証し、実態解明から育児支援システムを検討する。研究計画の第1段階はすでに終えていることから、平成30年度は研究計画の第2段階から始めた。第2段階において、母児の看護に関わる6名の専門家によりJPMP S-E尺度の内容妥当性と、低出生体重児を育てる母親14名によって尺度の表面妥当性の確認ができた。第3段階として、地域母子周産期医療センター2施設ののNICUに入院している低出生体重児の母親と、2施設中1施設の産科病棟で正出生体重児を出産した母親を対象に、JPMP S-E尺度を用いた調査を行った。今後は、JPMP S-E尺度の信頼性と妥当性の検討を行うとともに、研究計画の第4段階である低出生体重児の母親の育児に対する自信の実態とPMP S-E尺度の臨床での応用について検討を行う。さらに、研究の成果を学会や論文をとおして報告する予定である。
ミリ波・サブミリ波帯近接場顕微鏡に関する研究

本研究の目的は,我々が提案し画像再構成原理の実験的検証に成功しているスリット型プローブを用いた近接場顕微鏡システムに関して,本システムより得られる信号及び画像の定量的評価,そして,検査対象の屈折率分布,電界方向に対する物体応答の異方性分布といった物理パラメーターの画像化を,ミリ波,サブミリ波帯で実施することである。本研究で得られた成果の概要を以下に示す。画像の定量的評価をより精密に実施するために,波長よりも大きな構造に起因する不要な測定値の揺らぎ(ばらつき)を低減するため新型試料台提案し,本構造の設計,製作,特性評価をミリ波帯で行った。その結果,本ハードウエアの改善により,測定値の揺らぎを従来の1/10に低減することに成功した。本結果は,検査対象の屈折率分布を小数点1桁以下の精度で,しかも波長よりも十分小さい分解能で明らかにできる可能性を示すものである。また,得られる信号と物理パラメーターとの関係を明らかにするために,プローブと検査対象との相互作用を記述する電気的等価回路を新たに構築し,その妥当性を実験,有限要素法によるシミュレーションの両者により確認することに成功した。スリット型プローブより得られる信号と画像化すべき異方性分布との関係を二次元の屈折率楕円体の理論を組み込んだ投影行列を用いて定式化し,逐次近似法の一種であるブロック勾配法による画像再構成,画像取得を試みた。等方的な応答を示す金属,極めて大きな異方性を示すワイヤーグリッド,そして異方性誘電体結晶として代表的なリチウムニオブ酸結晶を対象とした計測をミリ波帯で実施し,物体異方性を観測波長の1/10以下の分解能で画像化することに成功した。本研究の目的は,我々が提案し画像再構成原理の実験的検証に成功している,スリット型プローブを用いた近接場顕微鏡システムに関して,本システムより得られる信号及び画像の定量的評価,そして,被検査対象の屈折率(誘電率)分布,偏波特性分布(複屈折特性)といった物理パラメーターの画像化をミリ波,サプミリ波帯で実施することである。本年度実施した研究事項及び結果,得られた成果は主に以下の2点である。・近接場顕微鏡システムのハードウエアの改善及び等価回路の構築画像の定量的評価をより精密に実施するために,プローブの分解能に対応する微小領域以外の,すなわち波長よりも大きな構造に起因する不要な測定値の揺らぎ(ばらつき)を低減するための構造を新たに提案し,本構造の設計,製作,特性評価をミリ波帯で行った。また,得られる信号と物理パラメーターとの関係を明らかにするために,本近接場顕微鏡システムと被検査対象との相互作用を記述する電気的等価回路を新たに構築し,その妥当性を確認するための実験を行った。前者に関しては,ハードウェアの改善により,測定値の揺らぎを従来の1/10に低減することに成功した。本結果は,被検査対象の屈折率分布を小数点1桁以下.の精度で,しかも波長よりも十分小さい分解能で明らかにできる可能性を示すものである。また,電気的等価回路に関しては,実験,有限要素法によるシミュレーションの両者により,その妥当性を確認することに成功した。・偏波特性画像化のための画像再構成法の検討計測信号と画像化すべき偏波特性も含めた屈折率分布との関係を,二次元の屈折率楕円体の理論を組み込んだ投影行列を用いて定式化し,逐次近似法で画像再構成を行なうためのシミュレーションを実施した、その結果,逐次近似法により得られた再構成画像が,偏波特性も含めた屈折率分布を仮定した現画像にほぼ収束,一致することを確認した。

本研究の目的は,我々が提案し画像再構成原理の実験的検証に成功しているスリット型プローブを用いた近接場顕微鏡システムに関して,本システムより得られる信号及び画像の定量的評価,そして,検査対象(物体)の屈折率(誘電率)分布,電界方向に対する物体応答の異方性分布(複屈折特性)といった物理パラメーターの画像化をミリ波,サブミリ波帯で実施することである。本年度は主に,異方性分布画像化のための画像再構成法の理論的検討及び本手法の有効性の実験的検証を実施した。具体的な研究事項及び結果,得られた成果を以下に示す。スリット型プローブより得られる信号と画像化すべき異方性分布との関係を,二次元の屈折率楕円体の理論を組み込んだ投影行列を用いて定式化し,逐次近似法の一種であるブロック勾配法により画像再構成を行なう計算機シミュレーションを実施した。本シミュレーションにおいては,画像化領域における各画素の応答を回転楕円と仮定し,各画素からの応答の最大値,すなわち楕円の長軸,応答の最小値である楕円の短軸,そして最大値を与える方向の座標軸に対する傾きを用いて物体異方性をモデル化した。その結果,本画像再構成法により得られる画像が,10回の反復演算により異方性分布を仮定した現画像にほぼ収束,一致することを確認した。以上の理論的検討を終了した後,60GHz(波長5mm)のミリ波を用いて,等方的な応答を示す金属,極めて大きな異方性を示すワイヤーグリッド,そして異方性誘電体結晶として代表的なリチウムニオブ酸(LiNbO_3)結晶を対象として計測を実施し,上記画像再構成法による画像取得を試みた。その結果,これら物体の異方性を明確に反映した再構成画像を得ることに成功し,本手法の有効性の実験的検証に成功した。また,得られた画像を詳細に検討することにより,観測波長の1/10以下の分解能が達成されていることを明らかにした。
貧困削減政策のプロジェクト設計の改善：構造推計とランダム化比較試験を用いて

貧困削減政策の効果は、実際の政策設計に大きく依存する。そして、望ましい政策デザインのあり方は、経済主体の置かれている経済社会環境に依存する。たとえば、貧困層向け融資であるマイクロクレジットにおいては、毎週返済して1年以内に完済、という返済スケジュールが標準的だが、本研究では、返済期間が短いと、特に貧困層を、高利子だが返済期間が柔軟な民間金貸しへの依存を増やし、投資も抑制させることが明らかになった。また、収穫まで収入のない農家に対しては、収穫後の一括返済を採用した方が、加入率、返済率、貯蓄率などが高かった。また、DVDを使った遠隔教育プログラムでは、コミットメントの重要性が明らかになった。本研究は、以下の3つのテーマから構築されている。1構造推定による貧困層向け健康保険加入の動学意思決定分析2RCTによる農業向け小規模金融の可能性3遠隔教育の効果と財政自立性の改善1に関しては、予定していたとおり、Biocon Foundation(BF)が各地で展開するBiocon Clinicが保有する地域住民の健康状態に関するデータや2010年以降導入された患者の電子カルテデータを用いて、データセットの構築を行った。2に関しては、バングラデシュの総選挙が実施され、政情的に不安定になったために、平成26年度に調査実施を延期した。これは研究計画書執筆時に想定されていたことで、今後の研究計画にとって大きな影響はない。また、3に関しては、フィールド実験及び調査が予定通り実施された。また、データ分析も進み、遠隔教育によって大学入学率が上昇していること、および価格は遠隔教育への参加に対して有意な影響を持たないことが示された。価格の影響については、貧しい家計の学生に対象を限定しても、優位な影響は見られなかった。このことは、遠隔教育モデルに受益者負担を導入することが、貧しいが優秀な学生を排除するわけではないことが示され、ソーシャルビジネスとしての実現可能性を示唆するものである。平成26年10月以降悪化したバングラデシュの治安情勢のために平成27年年度に延期したベースライン調査を実施した。ベースライン調査データの収集、データクリーニングとも滞りなく進み、現在、エンドライン調査と統合させて分析を行っているところである。バングラデシュでの治安情勢の悪化により、ベースライン調査の開始が遅れたため、それに伴って融資プロジェクトの実施、エンドライン調査のデータ収集が若干遅れた。しかし深刻な遅れは起こっておらず、現在全ての調査は完了し、分析を行っているところである。本研究は、以下の3つのテーマから構成されている。1構造推定による貧困層向け健康保険加入の動学意思決定分析2RCTによる農業向け小規模金融の可能性3遠隔教育の効果と財政自立性の改善1に関しては、動学モデルのパラメータの推定の仮定が若干厳しいため、現在モデルと推定手法を再度検討中である。2のRCTによる農業向け小規模金融の可能性については、予定通りベースライン調査、農業用融資とコミットメント融資のフィールド実験、フォローアップ調査を完了し、現在データ分析を進めているところである。従来の伝統的なマイクロクレジットに比べ、農業用融資とコミットメント融資の方が加入率、返済率ともに高かったものの、後者二つの間にどのような違いがあるのかは、現在データ分析を進めているところである。3の遠隔教育プロジェクトについては、データ分析を終え、論文の最終稿が仕上がる段階にあり、まもなく国際学術雑誌に投稿する見込みである。遠隔教育の効果とその異質性、スケジューリングの重要性、財政自立性を高めるために授業料の負担を求めても、それが貧困層をより除外するようなことは起きない、という結果が明らかになった。調査はすべて完了しているため、データ分析と論文執筆を平成28年度中に完了させる。27年度が最終年度であるため、記入しない。開発経済学以下の研究項目1構造推定による貧困層向け健康保険加入の動学意思決定分析2RCTによる農業向け小規模金融の可能性3遠隔教育の効果と財政自立性の改善のうち、1に関しては、当初の予定通り進展している。2については、バングラデシュの政情不安により、当初の予定の想定内ではあるが、調査が平成26年開始と遅れることとなった。また、3に関しては、データ分析も進み、当初の計画以上に進展している。バングラデシュでの治安悪化のために、ベースライン調査の実施の延期を余儀なくされた。平成27年度4月よりベースライン調査を実施し、その後、融資プロジェクトの実施、エンドライン調査を進めていく。「1構造推定による貧困層向け健康保険加入の動学意思決定分析」については、今年度中に、データの整備を完了させると共に、動学モデルの構築、推定を始める。

動学モデルの構築については、データのカバーする年数が少ないことから、どのような仮定を入れて年数の少なさを補うかを現在検討しており、その後、実際のモデルの構築、推定、論文執筆を進める。「2RCTによる農業向け小規模金融の可能性」については、今年度中にパイロット調査を実施する。その後、ベースライン調査、コミットメント融資のフィールド実験、フォローアップ調査を行い、データ分析と論文執筆を進める。「3遠隔教育の効果と財政自立性の改善」については、今年度は、ややサンプルサイズを増やして、価格が本当に遠隔教育への参加に影響を与えないのかの検証を行う。また、意志力やセルフコントロール、動機付けなどの介入によって生徒のパフォーマンスがどのように変化するのかの実験も行う。調査に関しては今年度中に終了し、来年度中に論文も仕上げて投稿する。27年度が最終年度であるため、記入しない。バングラデシュの総選挙に伴う政情不安になり、調査の開始が平成26年度となり、それに伴い、現地調査の実施も見送った。平成26年度に延期となったバングラデシュへの出張に使用される。
組織横断的データ活用における個人の関与の仕組みを考慮した意思決定支援モデル

本人同意下で個人データの流通に関わる仕組み(いわゆる情報銀行)は技術・制度の両面からの検討が進み,その実現に向けての実証実験も開始されている.組織にとっては,個人から情報銀行などを介して提供されたデータにいかに付加価値をつけるかが喫緊の課題となっている.本研究で構築するシステムは,データ提供者の意思決定に有用な情報をフィードバックするために利用することを想定している.そのために,組織横断的なデータ利用の実現を可能にしたうえで,各組織が収集・蓄積している個人識別性ありのデータのさらなる有効活用を促す.本人同意下で個人データの流通に関わる仕組み(いわゆる情報銀行)は技術・制度の両面からの検討が進み,その実現に向けての実証実験も開始されている.組織にとっては,個人から情報銀行などを介して提供されたデータにいかに付加価値をつけるかが喫緊の課題となっている.本研究で構築するシステムは,データ提供者の意思決定に有用な情報をフィードバックするために利用することを想定している.そのために,組織横断的なデータ利用の実現を可能にしたうえで,各組織が収集・蓄積している個人識別性ありのデータのさらなる有効活用を促す.
損傷力学手法を採用したき裂先端の拘束効果の研究

本研究の成果は以下のように要約できる。1.破壊靭性試験片を用いて拘束条件を変化させた延性破壊試験を行ったところ、ディンプル径、数、また破面影状等に拘束条件の変化が大きく影響していることが明らかとなった。走査型電子顕微鏡によりその違いを測定し、数値解析シミュレーションの基礎データを入手した。2.ノッチの曲率半径を変化させた延性破壊試験を実施した。最大応力、破壊時のひずみはいずれも曲率半径の違いにより顕著な差を生じた。これは曲率半径の違いがもたらした破壊時の拘束条件の変化によるものである。破壊後の破面を走査型電子顕微鏡により三次元的に観察し、ディンプルの径、形状に及ぼす拘束の影響を調べた。データ測定は3,000点以上におよび、これは今後の研究のための貴重なデータベースとなった。ディンプル径、形状ともに拘束条件、すなわち応力三軸度が増加すると減少する傾向を示した。3.ディンプルの挙動をシミュレーションできる損傷力学解析有限要素法プログラムを開発した。これを用いて上記二種類の試験の破壊過程のシミュレーションを行った結果、拘束条件の違いによる破壊過程の変化をシミュレーションできることが明らかとなった。これは介在物の非均一分布を想定した解析も可能であり、今後の拘束効果の研究のための貴重な手段となることが期待できる。4.以上の実験、破面観察、数値解析により、拘束条件の変化とそれに伴う延性破壊過程のミクロな挙動が関連付けられる見通しがついた。これにより従来のマクロな面からの研究でなく、ミクロな側面からの拘束効果の解明の端緒ができた。(1)拘束効果の実験的検討原子炉圧力容器用鋼A533B鋼を試験片として、き裂を導入し、き裂先端の拘束条件を変化させて破壊試験を行った。破面の凹凸、ミクロなボイド径等に拘束条件の影響が明確に認められた。破面の三次元画像解析システムを作成し、これらのパラメータを測定した。(2)SiC粒子分散強化アルミニウム合金を用いて、ノッチ付き試験片を作成し、破壊試験を行った。ノッチ底の曲率半径を変化させることで試験片内部の応力三軸度を変化させた。破面のボイド形状を調べ、応力三軸度が増加するに連れてボイドの形状がより偏平になることを見出した。また破壊時のボイド率も変化することが分かった。しかしこの変化は複雑で、応力三軸度との対応関係の究明は次年度の課題である。(3)Gursonの構成方程式を用いた有限要素法による数値解析を行った。き裂先端の拘束条件を変化させて二次元問題として破壊解析を行った。破壊条件としては実験的に測定した破壊時のボイド率を用いた。その結果、拘束条件の変化とともに破壊面の凹凸が変化する点で、実験と定性的に一致する解を得た。(4)応力三軸度を変化させて軸対称試験片の有限要素法により破壊解析を行った。応力-ひずみ関係を実験と比較すると、応力三軸度の増加に連れて、最大応力が減少し、破断ひずみが増加する結果となり、これは実験と定性的に一致することが確認された。アルミニウム合金を用いて、ノッチの曲率半径を変化させた延性破壊試験を実施した。作成した延性破壊プロセスシミュレーション用有限要素法プログラムを用いてこの延性破壊プロセスのシミュレーションを行った。

拘束条件の変化により破壊開始点、破壊伝播面は著しく変化するとの実験結果と極めてよく対応する結果を得た。これより、本研究で開発した有限要素法プログラムが延性破壊過程のシミュレーションに極めて有効であることが確認された。次いで、このプログラムにより前年度に実施した拘束条件を変化させた破壊靭性試験片の破壊過程の解析を行った。ディンプルの発生の核となる不純物の分布を非均一と仮定して解析を行った。その結果、拘束の弱い試験片では破壊進展方向が初期き裂方向でなく、破面はジクザクに進展する事が分かった。これは前年の試験の破面のPower値の測定結果とも合致する。すなわちこれらの実験、数値解析を通じて拘束条件の変化する延性破壊過程をシミュレーションできることが分かった。今後も続く拘束効果の研究にとって貴重な進歩といえる。
好中球のレオロジー活性からみたBehcet病の病態に関する研究

【対象】正常人コントロール17例、Bechet病患者15例、疑い例8例、再発性口腔アフタ4例で、Behcet病患者はここ半年以上、症状が繰り返すUnstable group 8例と、症状が殆どないstable group 7例に分けた。【結果】(1)正常人好中球は、0.2nM PDGF添加後、10分(p<0.01)、30分(p<0.001)に通過時間の延長を認めた。(2)Behcet病Unstable groupの好中球は、PDGF0.2nMに対し、添加直後より通過時間の延長(p<0.05)を示し、正常人の反応と比べても、添加後1分(p<0.01)、10分(p<0.01)、30分(p<0.001)と有意な差を認めた。(3)活性化補体による好中球の反応性:正常人の反応に比し、ベーチェット病Unstable group、stable group、疑い例、再発性口腔アフタでは、それぞれ0.001,0.05,0.001,0.01の危険率を認めた。また、ベーチェット病unstable groupはstable groupと0.05の危険率で有意差を認めたが、再発性口腔内アフタとは有意差はなかった。(4)自己血小板の凝集により放出された因子による好中球の反応性:血小板の凝集により、ベーチェット病unstable groupのみ、正常人の反応に比べて危険率0.001で有意に反応性の亢進を認めた。さらに、Unstable groupはstable groupと0.01、再発性口腔内アフタとは0.001の危険率で有意差を認めた。(5)血小板凝集後の各群通過時間のパターンは、PDGF0.2nM添加後10分における通過時間のパターンとほぼ一致した。【考察】今までPDGFに好中球の遊走能があることは知られていたが、粘着能も亢進させることが明らかになった。そして、ベーチェット病患者の好中球は、血小板の凝集、補体の活性化にともなって、正常人より有意なレオロジー活性の亢進を示し、特に血小板凝集後の亢進は再発性口腔内アフタの群とも、よく鑑別されることが示された。つまり、Behcet病における血小板と好中球の相互作用、特に好中球がPDGFに過剰に反応することが証明され、本疾患の難治性潰瘍の発生機序に関与している可能性が示唆された。
脳内グリア細胞活性化におけるケモカインの役割に関する分子薬理学的研究

脳虚血/再灌流負荷により、MCP-1およびMIP-1αmRNAともに脳内での発現が観察されたが時間経過及び発現分布は異なっていた。MCP-1mRNAは、再灌流2時間から24時間後で強い発現が主に虚血辺縁部に見られ、48時間後では虚血中心部を含む広い範囲に発現が観察された。MCP-1mRNAはMac-1α陽性のミクログリアと考えられる細胞およびGFAP陽性のアストロサイトと考えられる細胞の両方で発現が観察された。一方、MIP-1αmRNA発現のピークは再灌流4時間後で、その後、徐々に減弱するシグナルが24時間後まで観察された。発現は主に虚血辺縁部で見られ、シグナルはMac-1α陽性細胞でのみ観察された。培養ミクログリアに種々の神経伝達物質を処置し、MCP-1mRNAの発現を検討したところATP処置により顕著な発現増加が見られた。ATP処置によりMIP-1αmRNAの発現も顕著に増大した。MCP-1およびMIP-1αmRNA発現は、LPS処置によっても顕著に増大した。培養アストロサイトでは、MCP-1mRNAの発現がインターロイキン-1(IL-1)により顕著に増加した。MIP-1αmRNA発現は未処置およびIL-1処置いずれのアストロサイトでも検出されなかった。一方、LPS処置ではMCP-1およびMIP-1αmRNAともに発現が誘導された。本研究により、脳虚血により脳内グリア細胞においてMCP-1あるいはMIP-1αといったケモカイン類のmRNAの発現が誘導されることが明らかとなった。培養グリア細胞を用いた実験において、IL-1やATPによりこれらケモカイン類のmRNA発現が誘導されることが示された。来年度の研究では、IL-1やATPが実際に虚血時における脳内ケモカインmRNA発現に関与しているかどうかを検討する予定である。
経頭蓋電気刺激誘発脊髄電位と誘発複合筋活動電位による脊髄運動機能回復の予後予測

ヒトの術中運動機能モニタリングにおいて、ECMAPが脊髄損傷の指標として適切かは不明である。本研究では、脊髄急性圧迫に対しECMAPの変化を記録し、術中運動機能モニタリングとしての有用性について検討した。10匹の成猫を用い、ケタミン麻酔下に開頭し皮質運動野を電気刺激した。撓側手根屈筋からECMAP(誘発複合筋活動電位)を、C6硬膜外からESCP(誘発脊髄活動電位)を記録した。まず、5匹に刺激頻度と刺激回数を変えて刺激し、最大振幅のECMAPが得られる刺激条件を求めた。様々な組み合わせで刺激を行ったところ、500Hzで5回の連続電気刺激により最大振幅のECMAPが記録されることが解った。これを至適刺激条件と考え、以下の実験は全てこの条件で行った。脊髄圧迫下でECMAPおよびESCPが如何に変化するか、また圧迫後の運動機能の関連性を検討するため、5匹の成猫でDynamometerを用い脊髄圧迫モデルを作製した。段階的圧迫を加えたところ、圧迫の増加に伴いECMAPの電位振幅は低下を示し、潜時は延長した。30gの圧迫でECMAPは全例消失した。ESCPも圧迫とともに電位振幅は低下し潜時は延長した。ECMAPが消失してもESCPの電位振幅がコントロールの60%以下になる例はなかった。手術後3匹は覚醒させ3週後に運動機能の評価を行ったところ、今回の例では運動機能障害を残すものは認められなかった。以上より、術中脊髄運動機能モニタリングとしてのECMAPはESCPに比較し鋭敏な脊髄障害の指標になりうることが解った。しかし、鋭敏すぎるがゆえ脊髄損傷の予後判定の指標にはなり難たく、現時点ではSEPなどの従来のモニタリング法との併用が望ましいと考えられた。ヒトの術中運動機能モニタリングにおいて、経頭蓋運動野刺激誘発複合筋活動電位(ECMAP)が脊髄損傷の指標として適切かは不明であることから、本研究は最終的に脊髄急性圧迫に対するECMAPの変化を分析し、この電位の有用性を検討することにある。本年度はその前段階として、ネコにおいてECMAPが得られる至適刺激条件を検討した。10匹の成猫をケタミン麻酔し、開頭の後、大脳皮質運動野を0.3msecの矩形波定電流刺激を行った。橈側手根屈筋からECMAPを2本の白金針電極を用いてtendon-belly法により記録した。刺激頻度と刺激回数を変えて検討し、最大振幅のECMAPが得られる刺激条件を求めた。まず刺激回数を5回とし、刺激頻度を50、100、200、300、400、500、1000、2000Hzの条件で変化させECMAPを記録した。次に刺激頻度を500Hzに設定し、刺激回数を1回から9回に変化させた。その結果、ECMAPの振幅は刺激頻度を上げるに従い大きくなり、500Hzで最大となった。刺激頻度が500Hzを超えると得られる振幅にばらつきが見られ低下した。刺激回数は5回連続刺激で最大振幅のECMAPが記録された。刺激回数が5回より多いとECMAPの振幅は多相性化し低下した。以上のことから、ネコを用い上肢よりECMAPを得る至適刺激条件は刺激頻度が500Hzで刺激回数が5回ということが解った。これらの知見を基に、次年度は1)脊髄急性圧迫時のECMAPと誘発脊髄電位(ESCP)との比較、2)電位変化と脊脳組織所見および術後運動機能評価の検討を行う予定である。

10匹の成猫を用い、ケタミン麻酔下に開頭し皮質運動野を電気刺激した。撓側手根屈筋からECMAP(誘発複合筋活動電位)を、C6硬膜外からESCP(誘発脊髄活動電位)を記録した。まず、5匹に刺激頻度と刺激回数を変えて刺激し、最大振幅のECMAPが得られる刺激条件を求めた。様々な組み合わせで刺激を行ったところ、500Hzで5回の連続電気刺激により最大振幅のECMAPが記録されることが解った。これを至適刺激条件と考え、以下の実験は全てこの条件で行った。脊髄圧迫下でECMAPおよびESCPが如何に変化するか、また圧迫後の運動機能の関連性を検討するため、5匹の成猫でDynamometerを用い脊髄圧迫モデルを作製した。段階的圧迫を加えたところ、圧迫の増加に伴いECMAPの電位振幅は低下を示し、潜時は延長した。30gの圧迫でECMAPは全例消失した。ESCPも圧迫とともに電位振幅は低下し潜時は延長した。ECMAPが消失してもESCPの電位振幅がコントロールの60%以下になる例はなかった。手術後3匹は覚醒させ3週後に運動機能の評価を行ったところ、今回の例では運動機能障害を残すものは認められなかった。以上より、術中脊髄運動機能モニタリングとしてのECMAPはESCPに比較し鋭敏な脊髄障害の指標になりうることが解った。しかし、鋭敏すぎるがゆえ脊髄損傷の予後判定の指標にはなり難たく、現時点ではSEPなどの従来のモニタリング法との併用が望ましいと考えられた。
細胞シート工学による気漏閉鎖に用いる新規組織修復材の開発

皮膚線維芽細胞シートは、温度応答性培養皿にて1週間で低温処理のみで回収した。細胞シートを、F-344ヌードラットに移植し、気漏閉鎖をした。4週間後に細胞シート移植左肺を摘出し、組織学的評価を行なった。再開胸時、移植部位に癒着はなく、シート周辺には小血管を認め、シート表面には単層の扁平な細胞を認め、胸膜中皮細胞であった。電子顕微鏡では、シート表面には幼弱な微絨毛、シート内部は細胞外マトリックスで肥厚していた。細胞シートは、線維芽細胞増殖因子、血管内皮細胞増殖因子、肝細胞増殖因子を産生していた。肺切除にともなう術中気漏には縫合閉鎖、筋肉弁被覆、壁側胸膜被覆などの様々な手技、フィブリン糊などの組織修復接着剤、人工補強材による対策がとられてきた。手術操作にもかかわらず術後の遷延性気漏には、薬剤などによる化学的胸膜癒着術が行われている。しかし、癒着にともなう肺機能の低下や疼痛、修復接着剤、補強材の脱落といった問題がある。理想的な気漏閉鎖を実現する術中組織修復材には、呼吸にともない伸縮する肺に追従する強力な接着力、柔軟性が要求され、今回術中気漏閉鎖のための新規技術として、細胞シートを用いた再生医療的治療を提案する。本年度は、細胞シートの作製のためにラットおよび倫理委員会の承諾を得てボランティアドナーから提供していただいた皮膚よりヒトで培養条件の確立・最適化を行った。ラットでは約1週間で細胞シートが回収でき、ヒトでは約4週間要することがわかった。組織学的には、細胞外マトリックスを含んだ重層化したシートであり、間葉系マーカーであるビメンチン陽性で、皮膚線維芽細胞シートであった。作製した細胞シートの接着力、伸縮性の評価として、ラット肺に肺気漏を作製し、気漏閉鎖を行ったところ、移植した細胞シートは人工呼吸器に同期し伸縮を繰り返し、強力な接着力により肺-胸膜表面から脱落することなく、気漏を閉鎖した。移植後4週間で再開胸したところ、胸腔内と肺は癒着しておらず、胸水はなく、気漏部位に強固、密に生着していた。組織学的には、移植前の細胞シートと比べ、シート内部には細胞外マトリックスが産生されており、極めて有効な新規の組織修復材となる可能性が示唆された。新規の気漏閉鎖法のための臨床応用に向けた皮膚線維芽細胞シートの最適化を検討した。皮膚線維芽細胞シートの構成細胞の評価として、蛍光抗体によるフローサイトメトリーでは、99%程度の純度で線維芽細胞を検出し、作製回収した細胞シートは満足のいく結果であった。ラットによる細胞シート実験では、ルシフェラーゼトランスジェニックラットおよびGFPラットの新生仔ラット皮膚・肺を酵素処理により細胞を単離し、培養に供した。初代培養にて、感染していないことを確認し、培養開始4日目から7日目に、温度応答性培養皿に細胞を播種し、およそ1週間後に低温処理のみで細胞シートを回収した。培養皿上にはトルイジンブルーに陽性を呈する細胞を少数認めた。回収した細胞シートを2枚ないし3枚重ねて、F-344ヌードラットを全身麻酔下に左開胸とし、肺を一部切除し、同部位に移植した。ルシフェラーゼ陽性細胞から作製した細胞シートでは、F-344ヌードラットに移植後1日目、3目目、5日目、1週間後、9目目、12日目、2週間後、4週間後までルシフェリンを静脈内注射し、in vivo bioluminescence imagingを用いて発光を確認した。F-344ヌードラットは観察期間を通して発光していた。4週間後には細胞シートを移植した左肺を摘出し、組織学的評価を行なったところ、気漏部位に移植した細胞シートを確認した。シート周辺には小血管を認めた。シート表面には単層の扁平な細胞を認め、胸膜中皮細胞と考えられた。また、GFP陽性細胞シート移植後は、4週間目での観察では、再開胸時、細胞シート移植部位は癒着を認めず、シート移植部位に青色光を照射すると、シート表面で緑色に蛍光し、シート表面はルシフェラーゼ陽性細胞シートと同様に、単層の扁平な細胞を認め、胸膜中皮細胞のシート上への進展を認めた。細胞シートを作製のための細胞調整方法に関しては、表皮側結合組織と皮下組織側結合組織で比較した場合、上皮側の結合組織のほうが細胞を多く回収可能であった。また、細胞片移植法と酵素処理による細胞の回収の差異はなかった。細胞増殖能より継代培養の条件を検討した結果、1cm平方に細胞数3千個で細胞を播種した場合、継代後5日目には培養皿はコンフルエントになった。細胞シート作製に際し、培養液の交換頻度増やすことで、細胞密度の上昇が確認できた。

さらに、膠原線維の含有量を増やす試みとして、アスコルビン酸を培養液に添加することで、膠原線維は増し、細胞シートの重層化が可能であった。ラット皮膚線維芽細胞を単離、培養し作製した細胞シートは、予備実験通りおおよそ1週間で回収可能であった。移植実験では、ラット肺を切除し肺気漏モデルを作製し、細胞シートの移植に供した。細胞シート回収までは、予測通り培養開始からおよそ1週間で可能であった。細胞シートは2枚積層した状態で肺損傷部に貼付、移植した。移植直後より気漏を閉鎖し、人工呼吸器の換気に同期した。細胞シートの生着の評価は、前年と同様に、ルシフェラーゼ陽性細胞から細胞シートを作製し、移植後4週間追跡した。さらに、移植後4週で細胞シートを移植した肺を摘出し、免疫組織学的に評価をおこなった。Fluorescent in situ hybridization法を用い、細胞シート内の細胞およびホスト側の細胞の動向を評価した。まず、細胞シート内の細胞はシート内部とどまり、ホスト側に進展することはなかった。一方、ホスト側の細胞は、細胞シートに進展し、とりわけ新生血管を構成する細胞はホスト由来であった。また、移植した細胞シート表面には、ホスト由来の胸膜中皮細胞が進展、被覆していた。線維芽細胞シートを用いた肺気漏閉鎖では、移植した細胞シートは局所にとどまり、同部で線維芽細胞が産生する細胞外マトリックスにより、気漏閉鎖ばかりでなく、胸膜面を肥厚、補強した。従来の胸膜補強材とは異なり、自身の再接着力、産生物により胸膜面を補強することが示唆され、早期の臨床応用が必要かつ可能であると考えられた。
素粒子、宇宙等の広域分野の研究に基づいた暗黒物質の統一的理解

今年は2つの研究に焦点を当てている。まず、vector-like quarkを利用した大型ハドロンコライダー(LHC)での二光子過剰を説明するモデルを作った。ATLASとCMSでは、約750GeVでの二光子現象の過剰が報告されている。多くの可能な解釈の中で、最も魅力的なシナリオはおそらく750GeVのquarkonium、すなわち約375GeVの質量を有するvector-like quarkのQCD結合状態である。これは、このシナリオでは、二光子過剰の説明に必要な成分が極めて単純であるためである。小さなdecay widthのvector-like quarkが存在するだけである。このモデルの別の余剰(on-Z excess)と暗黒物質現象を説明する可能性についても検討した。研究成果はPhysical Review Dに掲載されている。第二に、私はダークマターrelic abundanceのQCD拘束状態の影響について研究した。新しい物理学の多くのシナリオでは、初期の宇宙はQCDで帯電したエキゾチックな粒子存在する可能性がある。Standard Model粒子との強い相互作用のために、それらは最初は熱平衡状態にあり、後にfreeze outした。これらの粒子は結合状態を形成し、暗黒物質のcoannihilationシナリオでは、拘束状態は暗黒物質のrelic abundanceに大きな影響を与える可能性がある。我々は、特に、Supersymmetryモデルのright handed stop-BinoのcoannihilationシナリオのBino暗黒物質量は、束縛状態より2.5 TeVに達することができることを示した。この研究はJournal of High Energy Physicsに掲載されている。28年度が最終年度であるため、記入しない。
曲線と幾何学

(1)空間形内の等径曲面の測地線を調べることによりこれらの超曲面を特徴付けた。(Canadian Math.Bull.)(2)(1)で述べたことと同様な観点で複素射影空間内のすべての等質実超曲面を特徴付けた。(Archir der Math.)(3)コンパクトエルミート対称空間内の円の幾何学的性質を調べた。(Tsukuba J.Math.)(5)複素空間形内の等質実超曲面の正則分布を調べることにより,これらの実超曲面をすべて特徴付けた。(Tokyo J.Math.)(1)空間形内の等径曲面の測地線を調べることによりこれらの超曲面を特徴付けた。(Tokyo J.Math.)(1)複素射影空間内の自己交差する閉じた螺旋を部分多様体論の手法を用いて作った。次数は3又は4である。(2)複素射影空間内のすべての等質実超曲面を実超曲面の族の中で(実超曲面上の)測地線を複素射影空間から観察することにより特徴付けた。(3)定曲率空間内のすべての等径超曲面を(2)と同様の観点から特徴付けた。特別な場合としてクリフォード超曲面も調べた。(4)複素射影空間内の等質実超曲面を型作用素の固有空間の研究の観点から調べた。その結果、A_1,A_2,B,C,D,Eの6種類に対して、A_1,A_2,B型の3種類の特徴付けを得た。(1)空間形内の等径超曲面の測地線を調べることによりこれらの超曲面を特徴付けた。(Canad.Math.Bull)(2)コンパクトエルミート対称空間の円の幾何学的性質を調べた。(Tsukuba J.Math.)(3)実空間形や複素空間形の測地球面上の測地線を調べることにより,これらの空間形を特徴付けた。(Tokyo J.Math.)(5)複素空間形内の等質実超曲面の正則分布を調べることにより,これらの超曲面をすべて特徴付けた。
枯草菌のべん毛モーター固定子の細胞内局在性の解明とモータートルク特性の解析

細菌は、らせん状のべん毛繊維を根元にあるモーターによって回転させ、様々な環境を移動する。べん毛モーターは回転子と固定子からなり、回転に必要な駆動力は、イオンチャネルである固定子にH^+もしくはNa^+が流入することで発生する。多くの細菌では、H^+型もしくはNa^+型のどちらか1種類の固定子しか持たないため、べん毛の駆動には1種類の固定子が機能していると考えられていた。しかし、これまで我々は、枯草菌ではH^+型とNa^+型の2種類の固定子が発現し、べん毛の駆動力発生に寄与していることを明らかにした。このような場合、2種類の固定子は実際にどのようにべん毛モーター部位に組み込まれ、駆動力を発生しているのかまだ明らかにされていない。そこで本研究は、枯草菌のべん毛モーター固定子MotABとMotPSの細胞内局在性を調べ、モーターが生み出すトルクの測定を行った。まず、MotABとMotPSの細胞内局在性を調べるために、蛍光タンパク質を用いた蛍光バイオイメージング法を試みた。蛍光顕微鏡を用いて菌体を観察したところ、MotABとMotPSが1つの同じモーターに組み込まれている可能性が高いことが示唆された。さらにモーター1分子のトルクを解析する方法として、ビーズアッセイ法を試みた。ビーズアッセイ法とは、スライドガラス上に菌体を接着させ、1本のべん毛に直径1μm前後のポリスチレン製ビーズを付着させ、べん毛の回転をビーズの回転として観察する方法で、トルクの算出に適した方法である。計測の結果、枯草菌の野生株において、MotABとMotPSが1つのモーターに組み込まれ、トルクを発生している可能性が強く示唆された。これまでに生物が持つ様々なモーターにおいて、2つの異なるエネルギーを同時に使用したモーターに関する研究例はなく、今後、モーターの回転機構の解明の大きな一歩として期待される。さらにモーター1分子のトルクを解析する方法として、ビーズアッセイ法を試みている。現在のところ、測定系の立ち上げに成功し、ビーズアッセイ法による回転計測を開始している。これまでに生物が持つ様々なモーターにおいて、2つの異なるエネルギーを同時に使用したモーターに関する研究例はなく、この研究により新たな研究が展開され、モーターの回転機構の解明の大きな一歩として期待される。

計測の結果、枯草菌の野生株において、MotABとMotPSが1つのモーターに組み込まれ、トルクを発生している可能性が強く示唆された。これまでに生物が持つ様々なモーターにおいて、2つの異なるエネルギーを同時に使用したモーターに関する研究例はなく、今後、モーターの回転機構の解明の大きな一歩として期待される。
共通のゲノム異常に起因する新規症候群の定義と病態解析

報告者らはこれまでに臨床的に診断がつかず染色体核型正常である多発奇形を伴う発達遅滞症例を収集し、アレイCGHをはじめとする種々のゲノム解析技法を用いて原因探索を行ってきた。本研究ではこれらのスクリーニングで見いだされた新規症候群であることが疑われる類似した臨床症状を呈する5症例を対象に、疾患原因遺伝子探索を施行した。精神発達遅滞は知能指数(IQ)70未満で定義され、全人口の2-3%に存在すると報告されているが、その約60%は原因不明であり、診断、病態理解、加療・療育方針決定などに大きな支障を来している。申請者らは臨床的に診断がつかず染色体核型正常である多発奇形を伴う700例以上の発達遅滞症例を収集し、BACアレイ・SNPアレイなどを用いた多段階スクリーニングにより解析し、その約20%に疾患原因となるゲノム構造変化を見いだすとともに、CASK, BMP4と言った疾患原因遺伝子、10p11.23欠失による新規症候群候補の報告などを行ってきた。特に本研究では、重度精神遅滞、長く細い顔、歯肉肥大、歯叢生、細長い四肢・指趾といったきわめて類似したphenotypeを共有する5症例を対象に、一部症例に見いだされた3p領域の欠失を指標として、本疾患群の原因をゲノムレベルで探索し、新規症候群を確立することを目的とした。この目的のため、従来の症例に対するSNPアレイ解析を行い、疾患原因となるゲノムコピー数変化や片親性ダイソミーを探索した。また、疾患原因となる遺伝子変異を探索するため、平成23年度第2回文部科学省科学研究費新学術領域研究(研究領域提案型)『生命科学系3分野支援活動』「ゲノム支援」支援課題に申請して採択され、現在、アレイ解析によるゲノム異常を見いださなかった対象症例2例の全ゲノムシークエンスを施行している。この結果を受けて、遺伝子変異を手がかりとして両症例に共通する疾患原因遺伝子候補を探索し、モデル細胞やモデル動物を用いた遺伝子機能探索を行い、病態を解明し、新規症候群として確立することを期している。なお、潜在的な未診断症例が一定数存在している可能性を考え、原因不明の精神遅滞症例の収集・解析は継続しており、平成24年には76例のゲノムアレイ解析を行っている。平成23年度、申請者らは臨床的に診断がつかず染色体核型正常である多発奇形を伴う発達遅滞症例(MCA/MR)646例のBACアレイによる解析を終了した。このスクリーニングによって見いだされた、小脳脳幹部低形成を伴う発達遅滞症例(MICPCH)における疾患原因遺伝子CASKのハプロ不全を来すゲノム異常の詳細な解析、共通の10p11.23-p12.1欠失を有する症例の臨床的検討、MECP2とATRXの重複を同時に有する症例の解析については、それぞれ論文化した。本スクリーニングから見いだされた、重度精神遅滞・長く細い顔・歯肉肥大・歯叢生・細長い指趾といった比較的明瞭な臨床的特徴を共通に有する5例を新規症候群候補として疾患原因探索を行ってゆくことが本研究の主目的であるが、そのうち2例はアレイCGHにより3p25.3領域にヘテロ欠失が見いだされており、疾患関連領域である可能性が疑われた。アレイCGHにより異常を検出されなかった3症例については、次世代シークエンサーによるエキソーム解析を計画した。このために、平成23年度文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究「ゲノム支援」への応募を行い、昨夏に採択が決定された。解析に先立ち、エキソーム解析を行うための各医療機関における倫理審査と患者・親族の同意書の再取得が必要であり、現在これらの解析準備を進めている。解析の準備が整い次第エキソーム解析を依頼し、得られた結果を基に疾患原因遺伝子候補を絞り込み、計画した遺伝子機能析を施行してゆく予定である。また、臨床的に類似する表現型を呈する症例、あるいは3p25.3領域にゲノム異常を有する症例を新規症例として探索するため、原因不明であるMCA/MR約400例をSNPアレイにより解析し、ゲノム異常と臨床症状との関連検討を進めている。ゲノムアレイを用いた解析については順調に進行しているが、次世代シークエンサーを用いた解析については、申請者の施設と症例提供の医療機関のすべてにおいて倫理的な研究計画承認と患者からの同意が必要であり、この準備のために解析開始が予定よりも遅れている現状である。研究計画承認が済んでいない一部検体提出元の医療機関における倫理審査が終了次第、解析を継続する予定である。これまでの計画を継続し、エキソーム解析を進行してゆく。この結果を受けて、疾患原因候補遺伝子の絞り込み並びに遺伝子機能解析を行う。また、類似症例の収集解析は今年度も継続し、genotype-phenotypeの関連を明らかにするとともに新規症候群の定義を目指す。今年度と同様、主に実験用の消耗品を中心とした物品費に多くを利用する。また、研究成果発表の場として、一回程度学会出張のための旅費として計上する予定である。
電子デバイスの鉛フリーはんだ接合部の強度評価法に関する研究

電子機器の小型化に伴い、電子デバイスの実装密度の高度化や使用時の高発熱化が進み、電子デバイスの動作環境の苛酷さが増大している。したがって、電子デバイスの鉛フリーはんだ接合部の最適設計および品質保証の面から、鉛フリーはんだは強度部材としての認識が高まっており、鉛フリーはんだの高精度な強度評価法の開発が切望されている。本研究では、鉛フリーはんだの疲労試験結果に基づき、鉛フリーはんだ接合部の設計に適用するための鉛フリーはんだ疲労寿命評価法を開発した。電子デバイスのはんだ接合部は、例えば銅合金、樹脂およびはんだなど異なった熱膨張係数を有する材料で構成されている。したがって、はんだ接合部は、電源のon/off等に伴い、接合部品間の熱膨張係数の差により繰返し熱応力を受ける。はんだ接合部の形状は、はんだ付けの際、素子からのリードおよび基板側のランド等の被接合物の形状の影響によりフィレット状になる場合が多い。また、はんだの接合界面は、溶融はんだと接合部品間のぬれ性の影響を受け、幾何学的な不連続を生じやすい。さらに、はんだは常温で著しくクリープを呈する材料である。したがって、動作中の電子デバイスのはんだ接合部は、応力集中部にクリープ疲労負荷(クリープおよび疲労に起因する損傷を同時に与える負荷)を受けており、はんだ接合部の品質保証のためには、応力集中部に関するクリープ疲労寿命評価法を開発することが必要である。しかし、これまで、応力集中を伴うはんだ接合部のクリープ疲労寿命評価法に関する実験的研究はあまり実施されていない。今年度の研究では、これまでの実験により得られている鉛フリーはんだSn-3.5Agの環状切欠き試験片を用いたクリープ疲労試験データを基に、応力集中を伴うSn-3.5Agはんだのクリープ疲労寿命評価法を考案した。具体的には、環状切欠き試験片の切欠き底断面におけるミーゼス型相当ひずみ分布を有限要素解析により求め、き裂発生時および最終破損時のき裂長さとミーゼス型相当ひずみ分布を関連付けることによりSn-3.5Agはんだのクリープ疲労寿命を評価する方法を考案した。電子デバイスのはんだ接合部は、電源のon/off等に伴い、接合部品(材質:銅合金、樹脂、はんだ等)間の熱膨張係数の差により繰返し熱応力を受ける。はんだ接合部の形状は、はんだ付けの際、素子からのリードおよび基板側のランド等の被接合物の形状の影響によりフィレットや切欠きを有する場合が多い。今年度の研究では、前年度検討した応力集中を伴うSn-3.5Agはんだのクリープ疲労寿命評価の精度を向上させるため、クリープ疲労き裂伝ぱを考慮に入れた同材のクリープ疲労寿命評価法を開発した。具体的には最初に、有限要素解析により求めた環状切欠き試験片の切欠き底断面におけるミーゼス型相当ひずみ範囲を用いて、き裂発生繰返し数と破損繰返し数を整理した。このことにより、応力集中を伴うSn-3.5Agはんだのき裂発生繰返し数は、弾性応力集中係数に依存し、破損繰返し数は、ひずみ波形に依存することを明らかにした。さらに、弾性応力集中係数及びひずみ波形の依存性を研究代表者らの以前の研究結果より定量化し、応力集中を伴うSn-3.5Agはんだのき裂発生繰返し数、き裂伝ぱ繰返し数及び破損繰返し数の評価法を構築した。平成20、21年度に得られた主な知見及び考察結果は、(1)Sn-3.5Agはんだの弾塑性クリープ解析で用いるクリープ構成関係は、クリープ疲労試験から得たものを使用することが望ましい。(2)Sn-3.5

Agはんだの応力集中部でのひずみ分布、ひずみ速度及びひずみ保持時間を用いたき裂発生、き裂伝ぱ及び破損繰返し数の評価式を提案した。(3)(2)の評価式を用いたき裂発生、き裂伝ぱ及び破損繰返し数の予測結果は、ある程度のばらつきは伴うものの概ね良好であった。平成22年度は、(1)(3)について口頭及び誌上発表を行った。口頭発表は、「The Ninth International Conference on Multiaxial Fatigue & Fracture(ICMFF9、平成22年6月7日、イタリア、パルマ)」において行い、誌上発表は、国際学術雑誌「Engineering Fracture Mechanics」(5月に掲載決定)で実施した。
大脳皮質内興奮性局所回路の動作原理

記憶や学習の素過程となる可塑的神経回路の形成には、シナプス結合における可塑性及び神経細胞膜興奮性の可塑的変化の両方が関与すると考えられるが、現時点では、長期増強や長期抑圧のようなシナプス結合における可塑性の研究に大きな進展が見られるものの、神経細胞膜興奮性の可塑的変化についての研究は非常に限られたものである。私たちは、ホールセル・パッチクランプ法を用いて、ラット前頭皮質錐体細胞における脱分極性スパイク後電位の解析を行い、その可塑的変化の可能性についての研究を行なった。その結果、以下のことが明らかとなった。(2)通常のリンガー液([K^+]=3mM,[Na^+]=150mM)中では、カチオン・チャンネルの反転電位は-40mV付近で、それより脱分極側ではスパイクの再分極を促進する外向き電流として働き、過分極側ではDAPを生じる内向き電流として働く。(3)細胞外K^+濃度のわずかな上昇によりDAPが増強されburst afterdischarge(バースト様後発射)が誘発される。(4)DAP及びその本態であるカチオン電流は抗てんかん薬のフェニトインにより著明に抑圧される。(5)グルタミン酸及びムスカリン酸作動性代謝調節型受容体の活性化によりDAPが増強される。一方、タキキニン受容体の一種であるNK3受容体はneocortexの第V層錐体細胞の樹状突起に豊富に存在することが最近報告されており(Ding et al.,1996)、さらに、私たちの最近の実験結果では、NK3受容体のアゴニストであるニューロキニンB(NKB)やSenktideは、neocortexの第V層錐体細胞で誘発されるDAPやカチオン電流を著明に増強し、その結果、burst afterdischargeを惹起する作用を有する。また、その作用をwash outすることは困難であった。従って、NK3受容体の活性化により、DAPの長期的な増強が調節されている可能性があり、後発射の生成と記憶・学習との関連が注目される。