hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炭素ナノホーン凝集体の組織化によるニューロモルフィック機能材料開発

本研究は、多数のCNHs凝集体を連結して神経模倣型ネットワーク構造を実現し、CNHs凝集体の性質と凝集体間の接点の性質の制御を通じて、2次元ならびに3次元空間に広がったナノ構造体に非線形応答性を付与していくことによって、ニューロモルフィック機能材料を開発する。CNH凝集体から構成されるクラスターは、クラスター内での電気伝導経路が凝集体間の接点を介して提供されるので、ネットワーク型の電気伝導体として振る舞う。これまでに、我々が開発を進めているマルチプローブSPMを用いた計測等によって、クラスター全体の伝導度が時間とともに変化していくことを確認している。この伝導度変化はクラスター内に多数存在する接点抵抗の時間変化によるものであるが、多数の接点がランダムに変化するのか、相関をもって変化するのかは、今後このタイプのネットワーク型伝導体が神経模倣型ネットワークとして利用していく上で本質的な重要性を持つ。前年度に引き続き、2本の先鋭化させた金属プローブによるAFM像観察後に、目的のCNH凝集体上にプローブを設置した状態において、取得した電流の時間変化を観測し、詳細に解析した。前年度までに、1050μアンペアを超える大きな電流(典型的には、プローブ間に比較的大きなバイアス電圧を印加した場合)を流すと電気伝導度がゆっくりと変化していく様子を捉えていた。このような大きな印加電流が無い場合においても、そのノイズには、1/fゆらぎが確認された。このマルチプローブSPMによる計測では、適切に利用できる金属探針を作製するためのガイドラインが確立しておらず、継続的な検討課題となっているが、本研究ではカーボンナノチューブ探針を高い再現性で作製する新しい手法も開発し、CNH凝集体クラスターの観測に利用した。ニューロモルフィック機能材料としての可能性を示す幾つかの興味深い現象を捉える事に成功した。また、その評価方法としてマルチプローブSPMが利用可能である事を確認できた。予想外の成果としては、これまで特性のバラ付きが大きいために利用できなかったカーボンナノチューブプローブに関して、非常に高い効率で再現性良く作製することに成功した。研究期間を終了したが、ニューロモルフィック機能材料の可能性が示された事を受けて、受入研究者グループでは様々な材料に目を向けて、開発を進めていく予定である。その際に問題となるのは、やはり計測技術である。マルチプローブSPMは、汎用性の高い手法であるが、計測対象となる材料が分子系の場合(カーボンナノホーンを含む)、接点抵抗の制御が難しい事がある。これを材料毎に解決していく必要がある。初年度はまず、CNH凝集体から構成される510マイクロメ-トルのクラスターの電気伝導特性を検討した。計測したクラスターは、80-100m,のサイズを持つCNH凝集体から構成されるので、およそ十数万百万個程度のCNH凝集体から成るネットワーク材料とみなす事ができる。電解研磨による先鋭化の後にフッ化水素処理したタングステンプローブ2本を光学顕微鏡下でクラスターに接触させて、ひとつのクラスター全体の伝導度が時間とともに変化していく様子を捉えた。この時間的変化は、CNH凝集体のクラスターを流れる電流量に依存する挙動を示しており、伝導度のノイズはクラスターサイズに依存していた。特に後者は、クラスターがニューロモルフィック機能材料としての基本的特性を備えているかどうかを判断する上で重要な情報を与えているので、さらに解析を進めている。さらに、クラスターを構成するCNH凝集体一つ一つをマルチプロ-ブSPMによって解像して観察し、2本の先鋭化させた金属プローブによるAFM像観察後に目的のCNH凝集体上にプローブを設置することに成功した。この状態で2本のプローブを用いて計測した電流-電圧特性は非線形であり、時間的に変化する様子が捉えられた。

このマルチプローブSPMによる計測では、適切に利用できる金属探針を作製するためのガイドラインが確立しておらず、継続的な検討課題となっているが、本研究ではカーボンナノチューブ探針を高い再現性で作製する新しい手法も開発し、CNH凝集体クラスターの観測に利用した。実施した電気伝導計測によって、CNH凝集体によるネットワーク構造が神経模倣型の機能、すなわちニュ-ロモルフィック材料として機能する可能性が示された。さらに、マルチプローブSPMによるCNH凝集体のナノ構造を観察できたことは、翌年度に向けた重要な成果であり、当初の計画通り順調に進展している。ニューロモルフィック機能材料としての可能性を示す幾つかの興味深い現象を捉える事に成功した。また、その評価方法としてマルチプローブSPMが利用可能である事を確認できた。予想外の成果としては、これまで特性のバラ付きが大きいために利用できなかったカーボンナノチューブプローブに関して、非常に高い効率で再現性良く作製することに成功した。マルチプローブSPMによるCNH凝集体クラスターの電気伝導計測を本格化していく。クラスターをニューロモルフィック材料として利用するために必要なCNH凝集体の機能化(金属内包)の最適化とともに、クラスターへのパルス電圧印加とその応答波形観測を行う。入力パルス幅を変化させつつ、出力波形の変化を観測し、クラスター内でのリカレントタイプ伝導パスの存在を明らかにする。さらに、3本のプローブを用いたクラスター内での信号演算性確認(2入力、1出力)を行い、CNH凝集体によるネットワーク材料が、ニューロモルフィック材料として機能しうる事を最終的に確認する。研究期間を終了したが、ニューロモルフィック機能材料の可能性が示された事を受けて、受入研究者グループでは様々な材料に目を向けて、開発を進めていく予定である。その際に問題となるのは、やはり計測技術である。マルチプローブSPMは、汎用性の高い手法であるが、計測対象となる材料が分子系の場合(カーボンナノホーンを含む)、接点抵抗の制御が難しい事がある。これを材料毎に解決していく必要がある。
鋼製ラーメン橋脚の性能照査型設計に向けた地震時応答性状と耐震性能に関する研究

鋼製ラーメン形式橋脚の設計において、その地震時応答解析では橋軸、橋軸直角方向別に応答を計算するのが一般的となっており、2方向の相関を考慮した解析は行われていない。しかし、橋梁システム全体としての性能を考えた場合方向別入力が必ずしも有利にならないことがある。そこで本研究では、さらに合理的な鋼製ラーメン橋脚の設計法を確立するために鋼製ラーメン形式橋脚全体をモデル化した全体系モデルを作成し、汎用有限要素解析コードABAQUSを用いた弾塑性有限変位解析を行うことで、任意水平方向についての力学的挙動を把握し、その保有耐力についての検討を行った。解析モデルへの載荷方法として以下に述べる6ケースについて行った。Case-1では面内方向に、Case-2では面内方向から30°面外方向に、Case-3では面内方向から60°面外方向に、Case-4では面内方向から75°面外方向に、Case-5では面外方向左右同じ方向に、Case-6では面外方向左右逆方向に左右柱頭部に直接水平変位を与えることにより載荷を行う変位制御で行った。各ケースにおける鋼製ラーメン橋脚の水平荷重と水平変位の関係、崩壊過程およびX方向とY方向の相関について比較・検討を行った。その結果、崩壊過程に違いがあるものの、面外方向を除いてその耐荷力はほぼ等しく、Case-5を除き、ラーメン形式橋脚に載荷される力の方向が橋軸方向に変化するにつれて最大水平荷重が徐々に減少していることが確認された。さらに、2方向の相関曲線からはCase-3,4,5において最大耐荷力点以降急激にY方向(面外方向)の耐荷力が低下し、Case-2,3,4の降伏点が、X方向とY方向の降伏点を独立に求めた降伏点を直線で結んだ降伏関数とよく一致することが分かった。以上の点より、X-Y方向の間には力学的な相関があり、ラーメン形式橋脚の合理的な設計を行う上でこの相関を考慮することが今後重要であることが明らかとなった。本研究では、鋼製ラーメン橋脚を対象として、その地震時応答性状および弾塑性挙動を明らかにするために、実橋脚を縮小して、座屈パラメータをほぼ等しくした供試体を製作し、面内方向におけるハイブリッド実験を行った。対象橋脚の上部構造は3径間連続の鋼床版箱桁であり、本載荷では鋼製ラーメン橋脚の復元力特性として1つの水平変位と水平荷重の関係が得られるため、橋脚を等価な質量を有する1質点系にモデル化した。そして、載荷実験により得られた復元力の値を逐次参照しながらその運動方程式を中央差分法により解いた。ここで、橋脚の質量は等価質量として1590ton、減衰定数は2%、積分時間間隔は0.01secとした。また、剛性が1.6MN/cmより、橋脚の等価固有周期は0.63secであった。ここで、対象橋脚はIII種地盤上に設置されているため、兵庫県南部地震において東神戸大橋で記録された加速度波形を、道路橋示方書に規定された加速度応答スペクトルに一致するよう波形を調整した入力地震波形を用いた。そして、この振幅を1倍、2倍、3倍と増幅させた波形を同一供試体に入力し、損傷レベルの違いによる鋼製ラーメン橋脚の地震時応答性状について検討した。その結果、鋼製ラーメン橋脚は、初期降伏から最大耐荷力にいたる余剰耐力が降伏荷重の2.8倍と大きく強度に優れている。また、最大耐荷力時の応答変位も降伏変位の9倍と大きく、最大耐荷力後も緩やかに劣化していることから変形性能にも優れている。対象とした鋼製ラーメン橋脚は兵庫県南部地震クラスの地震に対しても降伏変位の3.3倍の最大応答変位を生じる程度で大きな損傷は観られず、十分な耐震性能を有している。したがって、対象としたラーメン橋脚は、兵庫県南部地震クラスの地震に対しても大きな損傷は見られず、十分な耐震性能を有しており、強度、変形性能にも優れている事が明らかとなった。

その結果、崩壊過程に違いがあるものの、面外方向を除いてその耐荷力はほぼ等しく、Case-5を除き、ラーメン形式橋脚に載荷される力の方向が橋軸方向に変化するにつれて最大水平荷重が徐々に減少していることが確認された。さらに、2方向の相関曲線からはCase-3,4,5において最大耐荷力点以降急激にY方向(面外方向)の耐荷力が低下し、Case-2,3,4の降伏点が、X方向とY方向の降伏点を独立に求めた降伏点を直線で結んだ降伏関数とよく一致することが分かった。以上の点より、X-Y方向の間には力学的な相関があり、ラーメン形式橋脚の合理的な設計を行う上でこの相関を考慮することが今後重要であることが明らかとなった。
株主間利害調整の仕組みとしての株式買取請求権制度の意義と限界

交付申請書に記載した通り、研究代表者は平成21年9月よりアメリカ合衆国において在外研究を行っている。本研究の研究期間は平成22年度までとなっていたが、海外在住のままでは交付を受けた研究資金を用いて研究を行うことが難しいため、平成22年度については辞退をした。平成21年度中には、まず、渡米前に株式買取請求権制度との関係で重要な意味を持つ全部取得条項付種類株式制度について問題点の整理を行い、その利用の限界は、結局のところ、株主間利害調整の仕組みとしての株式買取請求権制度に対する評価抜きには検討することができないということを確認した。さらに、米国の株式買取請求権制度の立法の歴史を振り返り、最初から予想された通り、我が国と同様に、株式買取請求権制度の採否は場当たり的な立法の結果であることを確認した。渡米後は専らアメリカ法についての基礎的な研究を行った。その結果、本研究においても公開会社と閉鎖会社とを分けて考察を進めることが必要であることと、異なる規制手法の下にある、同じ結果を実現するための複数の手法があるということ自体に実は価値があるかもしれないということに気がついた。現在のところ、前者の観点から、米国の閉鎖会社におけるoppression法理に着目し、それとの関係における株式買取請求権制度の意味を考察しているところである。また、後者の観点から、de facto merger法理を否定する米国デラウエア州法の立場を正当化しようとする議論についての分析を進めているところである。前述のように、平成22年度の交付申請は行わなかったが、米国滞在中にこれらの点についてさらに研究を進めていく予定である。昨年度の研究では、我が国における株式買取請求権制度をはじめとする株主間利害調整のための仕組み(株主総会決議の内容に着目した裁判所による介入の可能性(決議取消訴訟)、一定の事項に関する厳格な決議要件、個々の株主の同意を要するとするルール、株式買取請求権、一定の行為の禁止、種類株主総会制度、株式の権利内容の設計による自衛の可能性等)と、それを補う解釈論(株主平等原則に関する議論、固有権論、大株主の誠実義務論、解釈による決議要件の加重、損害賠償の可能性に関する議論等)の展開を追った。全体として見ると、制定法上の仕組みには種々の不整合があり、その都度のアドホックな対応がなされてきたことが確認できた。無論、完全に整合的な仕組みを用意するのは困難であり、そのため、不明確さは残るものの、様々な解釈論による対応が重要な意義を有することを再認識することとなった。また、現在の状況と比較したとき、一定の行為を行うことを禁止したり違法としたりする手法が実は大きな意味を持っていたことも明らかとなった。一定の行為の禁止という手法が場合によりある種の非効率を生むことがあることから、現在の我が国の会社法はそのような手法の役割を大きく低下させている。その代わりに役割を増大させているのが株式買取請求権をはじめとする金銭的補償の機会を用意することによる利害調整であるが、柔軟性がある分、少数株主等の保護に関しては限界がある。そのような状況の変化を踏まえて、従来の解釈論による対応を見直す必要があり、昨年度の研究はそのための基礎的考察の一部としての意義を有する。
モバイル型嗅覚ディスプレイの開発と微小時間香り提示に対する人間の嗅覚特性の測定

微小時間の香り提示手法であるパルス射出における感覚強度を調査することで、効果的に香りを提示する手法を構築する。そして、実際に人間の嗅覚能力を測定し、従来の主観的評価による嗅覚特性とは異なる精密な嗅覚特性を明らかにする。さらに、どこでも容易に嗅覚能力測定を行うために持ち運びが可能な嗅覚ディスプレイを開発し、これを利用することにより、健康診断を目的とした実用的な嗅覚能力測定プログラムを構築する。本研究の目的は、人間の嗅覚特性を慶應義塾大学病院の協力の下、様々な年代の被験者に対して測定し、従来の主観的評価による簡単な嗅覚特性とは異なる精密な知覚特性を明らかにすることである。本研究を実現するために、まずこれまでの研究手法をもとに(A)同一射出量の香りの提示手法における感覚強度差を調査する。香り提示に効果的な濃度、提示時間、提示回数、提示のタイミングを調べ、最小の射出量で効果的に香りを提示する手法を構築する。続いて、一呼吸内において、射出のタイミングをずらして香りを提示し、それに対する人間の検知能力を測定することで(B)一呼吸内での検知閾値の時間特性を調査する。検知閾値の特性曲線を描くことで、一呼吸内での最も有効な香り提示のタイミングを把握する。これらの結果を踏まえ、現在開発中の嗅覚ディスプレイを用いて(C)より精密なパルス射出に対する人間の嗅覚特性の調査を医学部の協力のもと、様々な年代の被験者に対して行っていく。最終的に、年代ごとの嗅覚特性を考慮し、実用化のために円滑に測定を行うことが可能な(D)健康診断のための嗅覚能力測定プログラムを構築し、地方の会場で老人診療を行うために、持ち運びが容易に可能な(E)電池駆動のモバイル型の小型嗅覚ディスプレイを開発する。今年度は主にパルス状の香り提示に対する感覚強度の測定実験を行った。その結果,健常人であれば4ミリ秒という極めて短い時間の香りも感じることができる事、また呼吸開始から約0.2秒後に提示した香りの検知閾値が最も低い事などを発見した。この測定実験から得られた知見をもとに嗅覚検査アルゴリズムを開発していく予定である。さらに健康診断に用いるモバイル型嗅覚ディスプレイの設計が終わり、制御用基盤を作成した。またそれと同時に高齢者を対象とした地方の健康診断会場に持ち運び可能なデザインの検討を行い、ワークモデルを試作した。これらの結果を踏まえ、現在開発中の嗅覚ディスプレイを用いて(C)より精密なパルス射出に対する人間の嗅覚特性の調査を医学部の協力のもと、様々な年代の被験者に対して行ってく。最終的に、年代ごとの嗅覚特性を考慮し、実用化のために円滑に測定を行うことが可能な(D)健康診断のための嗅覚能力測定プログラムを構築し、地方の会場で老人診療を行うために、持ち運びが容易に可能な(E)モバイル型の小型嗅覚ディスプレイを開発する。本年は昨年開発した嗅覚ディスプレイを用いて嗅覚測定を行う際の香りの値変動や付臭無臭の順番の制御などを自動で行うために、嗅覚測定用アプリケーションを構築した。医師が容易に操作できるように分かり易いGUIを開発し、また測定結果は自動的にExcelファイルに保存することができるようにした。保存される内容は測定結果だけではなく、問診票の内容、測定の経過、受診者の回答なども自動で記録される。測定時、医師に負担をかけることのないよう、提示する香りの制御や測定結果の記録を自動化した。

これらの結果を踏まえ、現在開発中の嗅覚ディスプレイを用いて(C)より精密なパルス射出に対する人間の嗅覚特性の調査を医学部の協力のもと、様々な年代の被験者に対して行っていく。最終的に、年代ごとの嗅覚特性を考慮し、実用化のために円滑に測定を行うことが可能な(D)健康診断のための嗅覚能力測定プログラムを構築し、地方の会場で老人診療を行うために、持ち運びが容易に可能な(E)モバイル型の小型嗅覚ディスプレイを開発する。今年度はインクジェット方式の医療用嗅覚ディスプレイの試作品を制作した。計画では移動性を考慮して、電池駆動にする予定であったが、医師とのディスカッションにより性能が安定している交流電源方式とした。持ち運びを容易にするために香料射出部本体と制御部を分離して、ケーブルで接続する方式とした。残り香を減少させる事や効果的な空気の流れを実現するために、香料射出部本体の形状を変えたものを試作して比較検討した。これらの試作品のデモンストレーションを慶応大学病院の医師約20人の前で行い、好意的な反応を得た。予定していた同一射出量の香りの提示手法における感覚強度差の調査,すなわち被験者が感知できる最低限の単位時間射出量、被験者が感知できる最低限の提示時間、一呼吸中に感知可能な提示時間の長さ、複数回の刺激と分離して感知することができる最小の射出間隔の実験は全て終わり、嗅覚診断に使う香料の射出方法が決定した。また、モバイル型の嗅覚ディスプレイの基盤制作,外観デザインが終わりワークモデルを試作した。25年度が最終年度であるため、記入しない。慶応大学病院の医師とのディスカッションを通じ嗅覚ディスプレイの本体部分の試作を行い、インクジェット型医療用嗅覚ディスプレイの原型となるものを世界で初めて開発した。慶応大学病院でのデモンストレーションの反響は大きく、当初考えていた耳鼻科での高齢者医療への応用だけではなく、精神科の医師から自閉症の子供に対する検査に使えるのではないかという提案と共に、共同研究に関する申し込みがあった。また東京フォーラムで開催された慶応テクノモールにおける一般公開では、多くの人が興味を持ち今年度開発した嗅覚ディスプレイを体験し、驚きの感想を漏らしていた。さらに,これまで考えていた医療用だけではなく化粧品会社からも注目され、新しい応用の可能性が広がった。このように医療用に関しては当初の計画通り研究が進んでおり、さらに新しい展開への可能生性も出てきた。また,マルチメディアへの応用の面から2012年5月には開発した嗅覚ディスプレイを利用した特許の申請を行った。これらの実績から、研究成果としては予想以上に進展していると言える。計画通り健康診断用のモバイル型嗅覚ディスプレイの開発を進めると同時に、健康診断に対応するため5分以内で嗅覚測定を行えるようなアルゴリズムを考えていく。また嗅覚ディスプレイのデザインをもとに、臨床医とのディスカッションを行った結果、受診者へ香りを提示する時より利便性が図れるように、嗅覚ディスプレイの香り射出口の形状を今後検討する事となった。1.嗅覚ディスプレイの改良24年度に嗅覚ディスプレイのプロトタイプを作成し、慶応大学病院の医師に実際に試してもらい多くの指摘を受けた。その結果に基づいて、大きくは以下の2点の改良を行う。
身体的表象から自他分離表象にいたる発達プロセスの解明

(1)自己視点の抑制と深く関わる行動特性には,1自分の動作や行為を「模倣されること(被模倣)」への気づき(生後10ヶ月頃),2ミラーシステムを基盤とする自動模倣の抑制(2歳半頃)があるとみられる.本年度は,「自己視点の抑制」から「他者視点の知覚イメージ生成」の機能がいかに創発,発達するかを実証的に検討することを主たる目的とした.具体的には,自分と他者の間で生起する社会的相互作用において,無意識的に同期して生起する行動(自動模倣,他者の行為に含まれるリズムにあわせて産出される同調的行動)に焦点をあて,それらがいつ,どのように現れるかを,発達科学のアプローチから検討した.先行研究では,自動模倣を意識的に抑制しようとする行動は,生後2歳半を過ぎたあたりで確認できるとされてきた.しかし,本研究では,乳幼児にとってより簡便,適切な実験手法を開発したことによって,1.5歳児でも自動模倣の調整を図っていると解釈しうる行動を確認することができた.(2)自己視点の抑制機能の獲得から他者視点のイメージ生成にいたる発達仮説を提案するために,2歳児および成人を対象に,向かい合った位置にいる他者が発する対象指示詞(「あれ」「これ」)の理解度および他者視点取得能力との関連を調べた.その結果,成人,2歳児ともに,他者から「これ」を聞いた後には,自分ではなく他者に近い方の物体を注視した.他方,他者から「あれ」を聞いた後には,2歳児では他者から近い/遠い2つの物体間で注視時間に差が見られなかった.また,2歳児では,標準化された視点取得課題の成績と指示詞理解との間に正の相関関係が認められた.これらの成果は国内外の学術大会ですでに発表され,国際科学誌投稿に向けて準備中である.計画は,予定通り順調に進んでいる.なかでも,海外の共同研究者との情報共有と研究計画の具体化については,予想をはるかに上回る成果をあげることができている.平成30年3月に,本研究の主催として行った国際シンポジウム「What is Unique and What is Typical of Human Mind?」の大きな成果として,当該分野で最先端の研究者たちと今度取り組むべき課題とその手法開発の必要性についての意見交換を行うことができた.それをふまえ,平成30年6月に,米国・フィラデルフィアで開催された「International Congress of Infant Studies(ICIS)2018」およびカリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)にて,共同研究を予定している海外の研究者たちと計画の打ち合わせを行った.当初予定では,上記国際シンポジウムより前の平成29年11月と12月に打ち合わせを実施する予定であった.しかし,打ち合わせ時期をシンポジウム後に変更したことによって,より具体的で効果的な議論を展開することができた.現時点では当初の計画を順調に遂行できているため,特段の修正すべき点は見当たらない.ただし,次年度より「自己ー他者視点の相互変換時の脳内ネットワークとその発達過程の解明」という新規課題に着手するため,調査参加者のリクルートを効果的に図る必要があるる.就学期の児童(612歳)を対象に,脳イメージング(MRI)を用いて脳構造・機能的変化を計測する予定であるため,保護者を交えた説明会・MRI体験デモなどのイベントを計画的にかつ丁寧に行っていく.(1)自己視点の抑制と深く関わる行動特性には,1自分の動作や行為を「模倣されること(被模倣)」への気づき(生後10ヶ月頃),2ミラーシステムを基盤とする自動模倣の抑制(2歳半頃)があるとみられる.本年度は,「自己視点の抑制」から「他者視点の知覚イメージ生成」の機能がいかに創発,発達するかを実証的に検討することを主たる目的とした.具体的には,自分と他者の間で生起する社会的相互作用において,無意識的に同期して生起する行動(自動模倣,他者の行為に含まれるリズムにあわせて産出される同調的行動)に焦点をあて,それらがいつ,どのように現れるかを,発達科学のアプローチから検討した.先行研究では,自動模倣を意識的に抑制しようとする行動は,生後2歳半を過ぎたあたりで確認できるとされてきた.しかし,本研究では,乳幼児にとってより簡便,適切な実験手法を開発したことによって,1.5歳児でも自動模倣の調整を図っていると解釈しうる行動を確認することができた.(2)自己視点の抑制機能の獲得から他者視点のイメージ生成にいたる発達仮説を提案するために,2歳児および成人を対象に,向かい合った位置にいる他者が発する対象指示詞(「あれ」「これ」)の理解度および他者視点取得能力との関連を調べた.その結果,成人,2歳児ともに,他者から「これ」を聞いた後には,自分ではなく他者に近い方の物体を注視した.他方,他者から「あれ」を聞いた後には,2歳児では他者から近い/遠い2つの物体間で注視時間に差が見られなかった.また,2歳児では,標準化された視点取得課題の成績と指示詞理解との間に正の相関関係が認められた.これらの成果は国内外の学術大会ですでに発表され,国際科学誌投稿に向けて準備中である.計画は,予定通り順調に進んでいる.なかでも,海外の共同研究者との情報共有と研究計画の具体化については,予想をはるかに上回る成果をあげることができている.平成30年3月に,本研究の主催として行った国際シンポジウム「What is Unique and What is Typical of Human Mind?」の大きな成果として,当該分野で最先端の研究者たちと今度取り組むべき課題とその手法開発の必要性についての意見交換を行うことができた.

それをふまえ,平成30年6月に,米国・フィラデルフィアで開催された「International Congress of Infant Studies(ICIS)2018」およびカリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)にて,共同研究を予定している海外の研究者たちと計画の打ち合わせを行った.当初予定では,上記国際シンポジウムより前の平成29年11月と12月に打ち合わせを実施する予定であった.しかし,打ち合わせ時期をシンポジウム後に変更したことによって,より具体的で効果的な議論を展開することができた.現時点では当初の計画を順調に遂行できているため,特段の修正すべき点は見当たらない.ただし,次年度より「自己ー他者視点の相互変換時の脳内ネットワークとその発達過程の解明」という新規課題に着手するため,調査参加者のリクルートを効果的に図る必要があるる.就学期の児童(612歳)を対象に,脳イメージング(MRI)を用いて脳構造・機能的変化を計測する予定であるため,保護者を交えた説明会・MRI体験デモなどのイベントを計画的にかつ丁寧に行っていく.
比較ゲノム情報を基軸にした高等植物時計システムの普遍性と多様性の解析

基軸モデル高等植物」として「シロイヌナズナ」及び「イネ」を対象として、その近縁種やゲノム情報が急速に蓄積しつつある「ポプラ」といった樹木をも視野に入れて、「バクテリアから植物にまで普遍的なHis-Aspリン酸リレー系シグナル伝達遺伝子群」に着目し、特に「植物の光シグナル受容及び概日時計」という進化的に保存された高次生命システムに焦点をあてた比較ゲノム・機能解析を行った。具体的には、「研究計画-A19」:基軸モデル高等植物(シロイヌナズナとイネ)間での光シグナル受容及び時計システム遺伝子群の比較ゲノム解析による進化的・体系的理解をさらに進展させた。「研究計画-B19」:基軸モデル高等植物(シロイヌナズナとイネ)間での光シグナル受容及び時計システム遺伝子群の比較ゲノム解析結果に基づいた機能的普遍性解析を遂行した。「研究計画-C19」:基軸モデル高等植物から得られた情報を元に、「ポプラ」、「ブドウ」、「ミヤコグサ」といったゲノム情報が蓄積しつつある高等植物の時計システムに関して比較ゲノム的解析を行った。以上の、高等植物における時計システム研究は、基礎・及び応用研究分野で最も活発に研究が進展している分野である。我々は、独自に発見した時計関連遺伝子ファミリー(PRR遺伝子ファミリー)を中心に独創的な研究を展開してきた。その成果は、国内外で高く評価されている。また、モデル植物シロイヌナズナだけでなくイネにも研究の対象を広げ、比較ゲノム解析を推進することで多くの成果をあげてきた。それらの成果は、応用植物学分野でも広く注目されている本年度は、申請した研究計画に従って順調に課題を推進以下のような成果・進展が得られた。主要課題:比較ゲノム的視点に基づいたイネを対象とした時計遺伝子群の機能比較解析(A):イネの時計関連遺伝子群の総合的クローン化とシロイヌナズナ遺伝子群との比較解析を行った。シロイヌナズナの時計関連遺伝子、CCA1、PRR群、ZTL、LUX等の遺伝子のオルソログと思われる遺伝子をイネより網羅的にクローン化すると同時に、その機能をシロイヌナズナ内で検証することが出来た。(B):植物時計をシステムとして理解するには光シグナル伝達システムとのネットワークを理解することが必須である。その進化的普遍性を理解するために、シロイヌナズナの時計システムと密接にリンクして機能する光シグナル伝達に関与する遺伝子(光受容体と直接相互作用するPILファミリー転写因子)のイネにおけるオルソログ解析を行った。PIL(bHLH型)転写因子をコードする遺伝子をイネから5種類クローン化することができた。また、その機能に関してシロイヌナズナを用いて解析することでその相関性を確認した。以上の成果により、双子葉植物と単子葉植物の時計システム及びそれと関連した光シグナル伝達に関与する遣伝子群に関して植物間での比較する基盤を整えることができた。それらの成果は、応用植物学分野でも広く注目されている
合成分子による酵素の機能改変に基づく化学的生合成リデザイン

本研究課題では、複雑骨格機能分子の合成に必要な窒素や酸素、硫黄原子を含む親水性基質の立体選択的な化学変換技術の開発を目指し、我々が開発した基質類似分子(デコイ分子)の外部添加による酵素の基質特異性や位置・立体選択性を制御する技術をさらに発展させ、化学的アプローチによる生合成リデザイン、および、複雑骨格機能分子の合成法を行う。デコイ分子の先端に様々な官能機を導入することで、天然のアミノ酸にはない官能基を酵素の反応中心に自在に配置することが可能であり、生合成系のリデザインを化学の視点から展開することを目指す。
植物の細胞死によるウイルス封じ込め戦略に関する研究

抵抗性遺伝子Nをもつタバコにタバコモザイクウイルスが感染した際におこる細胞死誘導をモデルシステムとして,植物がもつウイルス封じ込め戦略について研究した.エチレン応答性の転写抑制因子ERF3が細胞死誘導情報伝達経路に含まれることを明らかにすると共に, ERF3をはじめとする細胞死誘導特性のある遺伝子をウイルスの局所封じ込めに利用できる可能性を示した.本研究の成果はウイルス抵抗性植物作出のための新しい技術開発に活用されるものと期待される.抵抗性遺伝子Nをもつタバコにタバコモザイクウイルスが感染した際におこる細胞死誘導をモデルシステムとして,植物がもつウイルス封じ込め戦略について研究した.エチレン応答性の転写抑制因子ERF3が細胞死誘導情報伝達経路に含まれることを明らかにすると共に, ERF3をはじめとする細胞死誘導特性のある遺伝子をウイルスの局所封じ込めに利用できる可能性を示した.本研究の成果はウイルス抵抗性植物作出のための新しい技術開発に活用されるものと期待される.植物はウイルスなどの病原に対して特異的な抵抗性遺伝子を進化させ,過敏感反応(HR)を誘導して病原を初期感染部位に封じ込める機構を獲得してきた.HRに伴う細胞死と病原封じ込め機構の関連性は明らかになっていないが,我々は,病原が感染した部位でタイミングよく細胞死を誘導すれば,抵抗性遺伝子をもたない植物においても病原を封じ込めることができるのではないかと期待している.本研究では,抵抗性遺伝子Nをもつタバコにタバコモザイクウイルス(TMV)が感染した際におこる細胞死誘導をモデルシステムとして,過剰発現することにより人為的に植物に細胞死を誘導することができるエチレン応答性の転写抑制因子遺伝子ERF3に着目して,(1)細胞死誘導情報伝達経路の解析と(2)細胞死誘導によるウイルス封じ込めの解析の両面から研究を行い,本年度は以下の知見を得た.(1)N遺伝子からの細胞死誘導情報伝達経路に含まれることが知られているSIPKとWRKY1の両遺伝子を用い,その共発現により誘導される細胞死に対して,ドミナントネガティブ型ERF3を利用したERF3の機能抑制の影響を調べた結果,N遺伝子を介した細胞死情報伝達経路にERF3が関与することが示唆された.(2)細胞死誘導遺伝子としてERF3とSIPKを導入したトマトモザイクウイルス由来の組換えウイルスを,抵抗性遺伝子Nをもたないタバコ及びNicotiana benthamianaに接種することにより,病原側に細胞死誘導遺伝子を組み込んだ場合の病原封じ込め効果について解析した結果,接種した個体のすべての接種葉で壊死斑が観察され,多くの個体においてウイルスは局所に封じ込められたことから,細胞死誘導遺伝子をウイルスの局所封じ込めに利用できる可能性が示唆された.今後は,本研究で得られた知見をウイルス抵抗性植物作出のための新しい技術開発に活用していきたい.
テクトスフィアの構造とその起源

中国華北クラトンのオルドビス紀のキンバーライトパイプからダイヤモンドおよびガ-ネット結晶多数を採集した。約100ヶのダイヤモンド結晶からそれに含まれるシリケイト包有物(カンラン岩、斜方輝石、単斜輝石、ガ-ネット)を抽出した。その他にキンバーライトに含まれる役100個のガ-ネット捕獲結晶を抽出した。これらの結晶につき、EPMA及びSIMS装置を用いて鉱物の主要元素及び微量成分元素の化学分析を行った。これらの結果、以下の事実が明らかとなった。(1)華北クラトンの下には少なくとも約4億8000万年前間では南アフリカやシベリアの太古代クラトン地域と同様に、暑さ200kmを超すテクトスフィアが存在した。(2)地震学及び新生代の火成岩の研究からは華北クラトンの下のテクトスフィアが現在では失われていることが判った。(3)失われた華北クラトンの下のテクトスフィアの化学組成はMg^*=100Mg/(Mg+Fe)=93±1の範囲にあり、他地域と同様に現在の上部マントルに較べ著しくFe,Ca,Alに乏しい特徴を持つ。(4)華北クラトンの下のテクトスファイアは太古代に起きた大規模な融解により主成分に乏しい環境におかれた後、キンバーライトマグマの噴出したオルドビス紀までの間に軽REEなどの微量成分が付加されるメタソマティズムを受けている。
圧縮ストレスに対する口腔粘膜の細胞応答が顎堤吸収に及ぼす影響

本研究は,口腔粘膜への圧縮力が粘膜の細胞を刺激し,これによって産生された因子が粘膜直下の顎の骨の代謝に及ぼす影響を検討することを目的に行われた。口腔粘膜の細胞あるいは破骨細胞に圧縮負荷を与えると,粘膜細胞は炎症および骨吸収に関わる因子の産生を促進することが明らかとなった。また,圧縮刺激が破骨細胞の分化に必須な因子の活性を促進することを明らかにし,破骨細胞活性に関わる蛋白質およびいくつかの小分子化合物を新規に特定した。本研究では,「顎堤粘膜に加わる非生理的ストレスが外来刺激として粘膜の細胞のサイトカイン・増殖因子の産生を促し,二次的に歯槽骨の吸収に影響を及ぼしている」との仮説の検討を目的としている。これにあたり,本年度は細胞圧縮装置の開発に取り組んだ。装置として,細胞培養プレートを内包するチャンバー内に,ガス混合装置で5%に調整されたCO_2をコンプレッサーユニットにより送り込み,チャンバー内圧を上げることにより培養液を介して培養細胞に圧力をかける装置を設計した。また,このチャンバー内にデジタル圧力センサーを取り付け,設定圧(50kPa(0.5kg/cm^2))に達すると,脱気することで内圧を外気圧にまで下げ,反復的に圧縮力を付加できるように設計した。現在,この装置細部の改良を検討中であり,次年度にはこれを用いて実際に細胞に負荷を与えて培養する予定である。また,実験の遂行に必要な口腔粘膜構城細胞として,患者口腔粘膜よりヒト歯肉線維芽細胞(hFB)を分離し培養系を確立した。さらに,予備実験として本学歯科理工教室の松本助手らと設計した,細胞伸展装置(4連培養型)を用いて,hFBおよびマウス骨髄より分離培養した間葉系幹細胞(mMSC)に反復伸展ストレスを与え,細胞の挙動について検討を行った。その結果,hFBは,この反復伸展刺激により72時間以内に伸展方向に対して垂直の方向に配向したのに対して,mMSCは,伸展方向に配向した。このことから細胞種依存的に伸展刺激に対して配向していく機構が存在している可能性が示唆された。また,mMSCを骨格筋系細胞に誘導しながら反復刺激を与えたところ,この刺激は細胞融合を促進し,多核の筋管細胞様細胞を出現させ,骨格筋分化に関与するmyogeninの発現を促進することが明らかとなった(国際歯科学会2007発表予定)。本研究では,「口腔粘膜に加わる非生理的ストレスが外来刺激として粘膜の細胞のサイトカイン・増殖因子の産生を促し,二次的に歯槽骨の吸収に影響を及ぼしている」とめ仮説の検討を目的としている。これにあたり,本年度はカスタムメイドの細胞圧縮装置を開発・実用化した。この装置では,細胞培養プレー,トを内包する密閉チャンバー内に,ガス混合装置で5%に調整されたCO_2をコンプレッサーユニットにより送り込み,チャンバー内圧を上げることにより培養液を介して培養細胞に圧力をかけることが可能である。また,このチャンバー内にデジタル圧力センサーを取り付け,設定圧(50 kPa(0.5kg/cm^2))に達すると,この状態を設定時間維持し,その後脱気することで内圧を外気圧にまで下げ,反復的に圧縮力を付加できるように設計した。この装置を用いて,患者口腔粘膜より分離培養したヒト歯肉線維芽細胞に圧縮不可を与えた結果,20kPa以上の反復圧縮により細胞はダメージを受け,細胞傷害が生じることがわかった。現在,この細胞傷害が生じる条件を用いて,細胞が発現する因子をスクリーニングしており,次年度に引き続き検討する予定である。また,今後メカニカルストレスを与える細胞として,骨系分化能を有する・ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を予定しているが,この細胞が骨芽細胞系に分化する過程での細胞外基質の発現をカスタムメイドのcDNAマイクロアレイを用いて検討した。その結果hMSCの骨芽細胞系分化過程では,骨芽細胞系以外の多数の細胞外基質関連遺伝子の発現が抑制されることが明らかとなった(Tissue Engineering, 13:2589-2600.2007)。本研究の目的は,口腔粘膜に加わるメカニカルストレズが口腔粘膜のサイトカイン産生々促し,歯槽骨の骨代謝に影響を及ぼしている可能性を検討することである。また,骨芽細胞,破骨細胞の分化に関与する分子を探索し,顎堤吸収のメカニズムを解明することを目的としている。これにあたり,カスタムメイドの細胞圧縮装置を開発・実用化し,患者口腔粘膜より分離培養したヒト歯肉線維芽細胞(hGF)に圧縮負荷を与えて細胞応答を検討した。その結果反復圧縮刺激はhGFの細胞増殖を抑制し,炎症性サイトカインIL-1β,IL-6,IL-8および骨吸収因子RANKLの産生を促進することが明らかとなった。また,破骨細胞の分化に影響を及ぼす化合物・因子のスクリーニングを目的に,破骨前駆細胞にNFATレポーターベクターを組み込んだ細胞株を樹立し,発光プレートリーダーでNFAT活性をハイスループットに読み取る方法を構築した。

このシステムを用いてケミカルコンパウンドライブラリーの中から破骨細胞活性に関わるいくつかの新規因子を特定した。この因子のひとつハルミンは,RANKL非依存性にNFAT活性を著明に促進するが,同時に促進される分化制御因子Id2によって破骨細胞分化を抑制し,骨芽細胞に対しては石灰化を促進する機能を有する可能性が示唆された。また,Yeast Two Hybrid法を用いることで破骨細胞分化の重要分子であるgalcineurin Bと結合する分子としてPICK1を新規に同定し,細胞内で結合後にNFAT活性に影響を及ぼすことを明らかとした。また,骨芽細胞の分化機構に関しては,骨髄由来間葉系幹細胞の骨芽細胞分化過程におけるDNAメチル化の関与について検討を行い,osteocalcinプロモーター領域における特定のCpG配列のメチル化が骨分化に関与している所見を得ている。
質量分析プロテオミクスにおける網羅的スプライシング部位解析法の開発

発現しているアミノ酸の部分配列を質量分析プロテオームデータから直接同定する方法(denovo法)に、新たにペプチドごとの物理化学的特性の情報を取り入れた探索を組み合わせることで、網羅的に選択的スプライシング部位を検出する新規な方法を考案することを目指した。しかし、実データによる検証では、あまり良い結果が得られなかったため、原因のひとつと考えられる質量分析データの精度を改善することを検討した。その結果、測定後に計算によってデータを較正する方法を新たに開発し、分裂酵母のプロテオームデータで有効性を確認した。本年度は、スプライス部位にまたがるペプチド同定の理論構築の研究を主に行った.はじめに、2つのアミノ酸が結合したジペプチドのC-N結合エネルギー(20×20=400通り)を量子化学計算で求め(構造最適化およびエネルギー計算にはMP2/6-31G^<**>を使用),また一方で,ペプチドのその他の物理化学的特性を抽出しておき,それらの結果を帰納学習で統合することで,ペプチドのイオン強度を予測できることを検証した。この成果を利用すると,個々のペプチドの物理化学的特性値をもとに質量分析での検出されやすさを指標化することが可能になる.そこで,発現しているタンパク質を構成する複数のペプチドにおいて,それぞれがどの程度検出されやすいかを,ルールとして明示的に取り扱うことを試みた.一方,発現ペプチドの検索にde novoシーケンス法を用いると,データベース中のデータに依存せずに発現タンパク質の断片的なアミノ酸の部分配列情報を直接明らかすることができる.そこで,(1)発現ペプチドの事前探索としてゲノムDNA配列に対して一般的なデータベース検索を行う,(2)発現が認められたペプチドが複数個存在するゲノム上のエリアを抽出する,(3)そのエリアに対して,ペプチドとしての検出されやすさの情報とdenovoで実際に検出されたアミノ酸の部分配列情報をもとにスプライス部位予測を行い,スプライス部位にまたがるペプチドを検出する,というフレームワークを構築し理論的な検証を試みた.本年度は,スプライス部位にまたがるペプチド同定法の有効性検証の研究を主に行った.はじめに,昨年構築した理論を利用して,ペプチドのイオン強度を予測できるかどうかの検証を以下のように行なった.まず,線虫(Caenorhabditis elegans)のゲノムDNA配列データをNCBIからダウンロードし,小規模な人工的な質量分析データを作成した(ここで線虫のデータを用いるのは,同様のデータが研究目的で述べたChenらの先行研究で用いられているためであり,結果を彼らの方法と比較するためである).次に,選択的スプライシングがほとんど起こらないといわれている(つまり,必ず決まったスプライス部位でのみスプライシングが起きていることになり,テストデータとして評価しやすい利点がある)分裂酵母(Schizosaccharomyces pombe)の質量分析プロテオームデータを用意した.これら2種類のデータに対して,スプライス部位が正しく検出できるか検証したところ,あまり良い結果が得られなかった.そこで,質量分析のデータを正しく同定する技術を先に確立するため,低速の液体クロマトグラフィーを質量分析の前段に加えたエレクトロスプレーイオン化time-of-flight型タンデム質量分析(LC/ESI-TOF MS/MS)において,測定に不感時間損失(Dead time loss)とflightチューブ長の変動の2つ要因が関与している場合の,事後キャリブレーション方法を検討した.最終的に,MS測定モードとMS/MS測定モードが交互に切替わって実行されることに着目し,最初にMS/MSイオンを内部の較正物質として利用してflightチューブ長の変動を較正し,その後,不感時間損失を較正するという方法を新たに提案し,その有効性を確認した.本年度は,スプライス部位にまたがるペプチド同定法の研究をさらに進める目的で以下のとおり実施した.2.LC/ESI-TOF MS/MSで検出されるペプチドイオンのイオン強度の予測検証を,選択的スプライシングはほとんど起こらないといわれている分裂酵母(Schizosaccharomyces pombe)の質量分析プロテオームデータに対して行った.しかし,良い結果が得られなかった.そこで,実際に選択的スプライシングが起こっているデータのタンパク質同定が正しく出来るかどうかから検証しなおすことにして,胚発生時に多くの遺伝子が選択的スプライシングをうけることがわかっているゼブラフィッシュ(Dania rerio)の発生プロテオームデータの取得を試みたが,よいデータを得ることが出来なかった.
3次元統合化脳診断支援システムのための3次元データ圧縮・伸張プロセッサ研究開発

本研究では、3次元データ圧縮の基本となるベクトル量子化(VQ)のための並列アルゴリズムを提案すると共に、これに基づく専用プロセッサ(VQプロセッサ)を設計し、それらの評価を行った。以下、平成16年度の研究実績について概要を述べる。MMPDCL(最大部分歪低減競合学習)アルゴリズムを基に並列コードブック生成アルゴリズムを設計し、1)競合のための歪み演算における細粒度並列性,2)入力ベクトルとコードワードを単位とする粗粒度並列性のそれぞれを利用する並列処理方式を確立した。1)を利用する並列アルゴリズムはVQプロセッサ内部で行う計算のためのものであり、競合学習におけるコードワードの更新に遅延を許容することにより、高い並列性を引き出すことに成功している。2)を利用する並列アルゴリズムは大規模なコードブック生成を複数の小さなコードブック生成問題に分割するものであり、VQプロセッサを複数並べて並列処理を行う場合に適している。次に、シストリックメモリアーキテクチャに基づき1)の並列MMPDCLアルゴリズムを処理するVQプロセッサ設計を行った。本アーキテクチャは、シストリックアレイによる超並列演算と、演算回路近傍にメモリを配置する機能メモリの広帯域データ参照の2つの特長を併せ持つ。設計したVQプロセッサは、ハードウェアコストを削減するために固定小数点演算を用い、また演算を簡略化しているが、量子化誤差の点で遜色の無いコードブックを生成可能であることが、ソフトウェアシミュレーションにより明らかとなった。また、FPGAを用いた試作により、シストリックメモリの超並列性が汎用プロセッサと比べて高い速度向上を与えることを確認できた。以上要するに、3次元データを圧縮・伸張するための超高速な処理系を与えるこの研究成果は、3次元脳診断統合化支援システムの実用化を目指す上で非常に有益かつ重要である。平成15年度では、3次元データ圧縮の基本となるベクトル量子化(VQ)のためのコードブック生成アルゴリズムと、このためのアーキテクチャ設計を行った。また、FPGAによる試作に向けてVQプロセッサの論理回路設計に着手した。以下、これらの概要を述べる。1.アルゴリズム設計競合学習アルゴリズムの1つであるMMPDCL(最大部分歪低減競合学習)アルゴリズムを基にコードブック生成アルゴリズムの設計を行った。この競合学習における競合とコードブックの並列処理を可能とするために、アルゴリズムに遅延更新を導入した。また、より少ないハードウェア資源による実装を目指して、指数演算を、ビットシフト実装可能な2の乗数により近似する等の変更を行った。ソフトウェアシミュレ一ションにより、修正されたMMPDCLアルゴリズムの生成するコードブックの誤差を評価したところ、元のアルゴリズムと比べて遜色の無い性能が得られることが分かった。2.アーキテクチャ設計修正MMPDCLアルゴリズムの並列性を十分に利用すべく、シストリックアレイと機能メモリの概念を組み合わせたシストリックメモリアーキテクチャの設計を行った。このアーキテクチャでは、アレイの各要素がメモリを持つことにより、シストリックアレイにおいてボトルネックとなるデータ入出力の問題を緩和する。また、遅延更新を利用し、アレイによる競合結果を同一のアレイにより並行に処理することにより、高い並列度を実現する。3.試作提案するアーキテクチャに基づくVQプロセッサの構成要素である、コードワードセル、部分歪計算ユニット、比較ユニットの論理回路設計を開始した。動作シミュレーション結果から、本プロセッサは、高いスケーラビリティを持ち、現在の汎用プロセッサと比べて数千倍以上の性能向上が見込めることが明らかとなった。
神経損傷を起因とする神経因性疼痛に対するＱＸ－３１４の麻酔効果の検討

ラット下歯槽神経を切断し、神経障害性疼痛モデルラットを作製した。神経障害性疼痛を発症したラット群と疼痛を発症しなかったラット群に分類し、カプサイシンを併用したQX-314をおとがい部に注射し、麻酔効果について検討した。さらに、各群ラットの三叉神経節におけるカプサイシン受容体(TRPV1)の発現状態を観察した。これらの結果から、神経切断後、神経障害性疼痛を発症した場合、QX-314の作用発現に関与するTRPV1チャネルを発現するC線維数の減少が示された。つまり、臨床の場面で、神経が大きなダメージを受けた後に発症する神経障害性疼痛には、QX-314の麻酔作用の発現は少ないことが予想される。神経障害性疼痛に対し、次世代の麻酔薬として注目されているQX-314の麻酔効果が発現するかは不明である。本研究は、ラット下歯槽神経切断後、神経障害性疼痛を発症した群(NP)と発症しない群(non-NP)に分け、それぞれ2、3、4週間ごとにQX-314の麻酔効果を、行動実験学的に調べた。さらに、三叉神経節におけるTRPV1の発現様式を、神経切断後からの時間経過(24週)に従い、免疫組織学的手法を用いて検討した。神経切断から2週間後に神経障害性疼痛を発症した群(2week-NP)は、あきらかな逃避閾値の低下を示した。2week-NP群におけるQX-314投与は、逃避閾値に変化を示さないため、麻酔作用の発現がほとんど観察されなかった。神経切断から3、4週後まで持続して神経障害性疼痛を発症している群に対するQX-314投与は、神経切断からの時間経過が長いほど効果的に麻酔が作用することが観察された。免疫組織学的実験から、神経障害性疼痛を発症した場合、おそらくC線維であろう細い神経線維においてTRPV1の発現数が減少していた。近年、感覚神経だけを麻酔できるとして注目さているQX-314は、神経損傷を起因とする神経障害性疼痛には充分な麻酔効果を発現しない可能性が示唆された。つまり、QX-314の使用方法については、痛みの原因を充分考慮する必要があると考えられる。カプサイシン併用により感覚神経だけを麻酔できるQX-314は、次世代の麻酔薬として注目されている。しかし、神経損傷を起因とする神経因性疼痛に、QX-314の麻酔効果が発現するかは不明である。なぜなら、神経損傷後の神経因性疼痛は、カプサイシン受容体(TRPV1)を多く発現するC線維の減少を伴う、神経線維の異常な再生に起因する可能性があるからである。本研究は、神経損傷後の神経因性疼痛の病態を詳細に分類し、1)神経損傷後の神経因性疼痛の病態とQX-314の麻酔効果、2)神経損傷後の神経因性疼痛の病態と受傷部再生神経線維におけるTRPV1発現状態の関連性、3)QX-314の総合的な麻酔効果について明らかにすることを目的としている。ラット下歯槽神経を切断し、切断面をあわせて下顎管に戻すことにより、神経因性疼痛モデルラットを作製した。神経切断により神経因性疼痛を発症したラット群(疼痛持続期間により、さらに分類)と疼痛を発症しなかったラット群に分類し、カプサイシンを併用したQX-314をラットおとがい部に注射し、麻酔効果の発現について検討した。さらに、病態により分類した各群のラットおとがい部皮下に逆行性蛍光トレーサーFG注射した後、三叉神経節を取り出し、TRPV1および有髄神経線維マーカーであるNF200の免疫染色を行い、神経再生を示すFG(+)、TRPV1チャネルの存在を示すTRPV1(+)および有髄神経線維(A線維)を示すNF200(+)の重なり(マージ)の程度を評価した。つまり、臨床の場面で、神経に大きなダメージを与えてしまった後に発症した神経因性疼痛には、QX-314の麻酔作用の発現は少ないことが予想される。