hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生命現象の階層ダイナミクスの実空間モデリング

ゲノムDNA、細胞、細胞集団の、各階層での生命現象の特質を明らかにするため、実空間上のモデル系を構築することが中心的な研究課題。当初の予想を上回る成果が得られてきている。1)遺伝子活性のスイッチングについては、光感受性の界面活性剤により、DNAの高次構造転移を引き起すことにより、複数の遺伝子のスイチングを起こすことに成功している。2)細胞サイズ小胞の形成手法の確立および、細胞サイズ空間での生化学反応(遺伝子発現など)の特異性の実証など、この課題は大きく進展した。3)網羅的なヒト遺伝子の発現解析により遺伝子群が特異的な大域的ドメインを形成していることを明らかにし、理論モデルを構築した。生命現象の動作原理を解明するため、分子・細胞・細胞集団の階層ごとの理論研究と、それと対照可能な実空間での人工モデル系構築による実験研究の両方を実施することを目標として研究を展開した。本年度は、細胞サイズ空間でのゲノムDNAの高次構造変化や、それにともなる、転写や発現などの活性の変化について、集中的に研究を行い、興味深い結果が得られた。具体的には、細胞サイズのリン脂質膜ミクロ液滴(microdroplet)にゲノムサイズの大きさを持つDNAを封入し、細胞内環境を模した場に置ける、DNA分子の構造および機能(転写活性)の特異について調べた。DOPE膜で覆われた油中水滴細胞内では、スペルミン(4+)存在下すべてのDNA分子は凝縮状態をとり水相内に存在するが、Mg2+ (10 mM)を添加すると、DNAは膜表面に吸着し、伸展した構造へと変化することを見出した。さらに検討を進め、細胞サイズ液滴内のDNAの活性についても系統的な実験を行った。DNAの転写反応はリン脂質界面で脱凝縮したDNA分子上で、飛躍的に反応の加速効果を示すことが明らかとなった。さらには、翻訳反応を通してのタンパク発現が、ミクロ空間の内でon/offのスイッチングを起こすことや、リン脂質表面が著しい反応加速効果を示すことなどを実証した。本研究は、近年、急展開してきたタンパク質やDNA等の個々の生体「部品」に関する基本的な物性理解に基づき、非平衡開放系の特質を示す生命体の巧妙な機能の本源的な理解を深めることを目的としている。1)ゲノムDNAの高次構造と機能:本年度は、特に100キロ塩基対を越えるサイズのゲノムDNAの二本鎖損傷に関して大きな研究の伸展があった。g-線によって引き起こされるDNAの二本鎖損傷については、DNA濃度の逆数と二本鎖損傷確率が、特に、低線量領域で線形の関係にあることを見出した。このような現象については、g-線によって生じる活性種の拡散距離を考慮にいれることにより、理論的な説明が可能となっている。また、超音波によりDNAの二本鎖損傷に関しても研究が進展した。重要な発見は、超音波による損傷には閾値が存在し、それいかでは損傷が起こらず、閾値以上では、超音波のパワーに対して線形に損傷が増大する。2)細胞レベル:細胞の実空間モデリングの実験系として、細胞サイズのりん脂質小胞の作成手法に関して、大きな進展があった。界面を介しての透過の速度過程を、底面からの観察と、側面観察の双方で行うことに成功した。さらに、実験で得られた速度過程を、偏微分方程式で定式化することができている。その結果、サイズが数十μm程度の細胞サイズliposomeは、この界面透過法での作成に適していることが、明らかとなった。この手法では、任意の高濃度のたんぱく質、基質、DNAなどを、liposome内に封入することが可能であり、今後、細胞のモデリングの研究の基本的な実験手法として大いに発展することが期待される。3)歯の形成過程で、細胞の袋状の形態から対称性が破れて陥入が起こる過程に関して、上皮細胞と実質細胞で、細胞分裂にともなうストレスの違いが直接関係しているとの、理論的モデルを考案し、実際の観察結果を数理的に再現することに成功している。生命現象の動作原理を解明するため、分子・細胞・細胞集団の階層ごとの理論研究と、それと対照可能な実空間での人工モデル系構築による実験研究の両方を実施することを目標として研究を展開してきた。課題目標:1)ゲノムDNAの高次構造相転移と遺伝情報の自律的制御、2)実空間上のモデル細胞構築による細胞の動的機能の理解、3)多細胞系における時空間秩序の自己形成機構の解明(非Turingモデルの検証)、について、いずれも、当初の予定を上廻る成果が得られてきている。なかでも今年度は、細胞サイズ空間内では、遺伝子発現が一桁以上加速する効果があることを見出しており、子の新規性は高いと思われる。具体的には、ウサギ網状赤血球ライセートを使い、GFPの遺伝子を組み込んだプラスミドを用い、転写・翻訳により、GFPを発現させた。50時間にわたって、GFPの濃度変化を連続的に測定したところ、濃度が時間に比例して増大することがわかった。これは、反応の次数が0次であることを意味している。このようにして求めた、反応速度定数を、液滴のサイズ(半径R)に対してプロットすると直線関係が得られた。反応物の体積に対して、液滴の表面積は、1/Rに比例して変化することを考慮すると、転写・翻訳の一連の反応が膜表面上で高速度で進行していることを表している。細胞サイズ空間では、膜表面が関与して、タンパク質発現が高効率で進行しているとの今回の発見は、細胞機能の本質を理解するうえで重要であると思われる。

生命体は、時間的・空間的秩序を自ら創りだしながら、生命活動を営んでいる。生命の動作原理は、明らかに、これまで人類が造りだし利用してきた“機械"とは異なっている。本研究では、生命機能の中でも、1)ゲノムDNAの高次構造相転移と遺伝情報の自律的制御、2)実空間上のモデル細胞構築による細胞機能の理解、3)多細胞系における時空間秩序の自己形成(非チューリングモデルの検証)、の3つの課題について、実空間上のモデルによる実験・観察と、数理物理的な手法を統合して研究を推進した。本年度の特筆すべき成果としては、208kbpの巨大DNAについて、線状の分子と環状の分子の水溶液中での高次構造を、単一分子観察の手法にて定量的に計測した結果、環状DNA分子のゆらぎの大きさは、線状分子よりも約40%減少していることを明らかにした。さらにゆらぎの緩和時間は、環状のほうが一桁も短くなっていることが分かった。巨大DNAのゆらぎに関するほぼ初めての研究であり、今後生命活動との関連で、このゆらぎの変化を系統的にしらべることは大きな意味があると思われる。更に人工的なモデル細胞系に関する課題についても、PEGとDextranの2種類の水溶性高分子存在下、細胞サイズの小胞が自発的に生成し、しかも、生じた液滴はDNAを選択的に取り込むことを見出した。このような、簡単なモデル細胞系を対象にして、集光レーザを用いることにより、細胞融合のモデル実験を行うことにも成功している。ゲノムDNA、細胞、細胞集団の、各階層での生命現象の特質を明らかにするため、実空間上のモデル系を構築することが中心的な研究課題。当初の予想を上回る成果が得られてきている。1)遺伝子活性のスイッチングについては、光感受性の界面活性剤により、DNAの高次構造転移を引き起すことにより、複数の遺伝子のスイチングを起こすことに成功している。2)細胞サイズ小胞の形成手法の確立および、細胞サイズ空間での生化学反応(遺伝子発現など)の特異性の実証など、この課題は大きく進展した。3)網羅的なヒト遺伝子の発現解析により遺伝子群が特異的な大域的ドメインを形成していることを明らかにし、理論モデルを構築した。27年度が最終年度であるため、記入しない。生命物理学おおむね順調に研究が進展しており、いくつかの事項では予想外の現象を見出し、事前の計画を上回る貴重な成果が得られてきている。1)ゲノムDNAの高次構造相転移と遺伝情報の自律的制御:これについては、細胞サイズのミクロ空間内では、ゲノムDNAがリン脂質表面と相互作用して、脱凝縮すること、さらには、脱凝縮に伴い、転写・発現活性が著しく上昇することを見出した。2)実空間上のモデル細胞構築による細胞機能の理解:カリウムチャネルの配向性を制御して、非対称のリン脂質に分子膜からなる、細胞サイズ小胞に組み込むことに成功した。3)多細胞系における時空間秩序の自己形成:空間一次元の空間離散系について、進行波が安定に静止パターンに転化するときの、数理物理的なメカニズムの解明が進展した。DNAの二本鎖損傷に関して、γ線や超音波の効果などこれまでにない、新しい知見が得られている。これは、臨床医学などにも直接関係する大きな成果である。本来の研究目的に関しても順調に進展する中、このように当初の予想を超えて研究が進んできている。
手書きインターフェースを持つインターネット上の知的CAIの開発研究

初等算数教育分野で必要とする文字を認識対象とし、WWWクライアント上で動作する文字認識エンジンを開発した。このエンジンは認識対象文字を数字、演算子、等号などに限定し、文字認識をツリー状に記述することにより、高速かつ高精度の文字切り出しと文字認識を実現している。このエンジンを実装して分数計算を指導する知的CAIシステムを開発した。これにより、WWW上で利用可能であり、ネットワークの伝送遅延による文字認識の遅れの無い、手書き文字インタフェースを持つ知的CAIが実現した。分数計算を指導する知的CAIシステムでは、学習者は途中計算式を入力することができ、システムによるその指導も可能になっている。学習者は思考しながら一行づつ式を入力する。システムの式変形過程の認識に並行認識の機能を実現して認識時間を短縮し、システムの応答性を高めた。また高等学校微分計算を指導領域とする知的CAIに於ける数式構造認識および式変形過程認識の認識機構のデザインを行いプロトタイプシステムを実現した。これにより学習者が行う微分計算の式変形過程の数学的な内容の認識が可能になる。更に知的CAIの指導方略について考察を行い、学習モードを指導スタイルの概念を導入することで、システムが学習者との合意の上で指導方略が可能になることを提案した。本研究は、インターネット上のWWW(World-Wide Web)から利用できる手書きインタフェースを持つ知的CAIシステムを研究・開発することを目的している。この研究・開発では、手書きインタフェースを持つ知的CAIシステムの研究開発それ自身と共に、ヒューマンインタフェース部分を持つクライアントとネットワークを介して接続されるサーバ部分の機能の切り分け方が、またネットワークを介してシステムにアクセスする学習者への指導方略のあり方が検討課題となる。本年度の研究に於いては、1分数計算を指導する知的CAIシステムに於いてWWW上で手書き文字認識を行うクライアントシステムの開発を行った。このシステムは分数計算に於いて現れる文字種が少ないことを生かして文字知識を木状に整理し、計算パワーが小さい現在のWWWクライアント上でも十分高速に文字認識を行う。この結果は、教育システム情報学会第23回全国大会(1998年8月)、情報処理学会第58回全国大会(1999年3月)などで発表した。2微分計算を指導する手書き入力の知的CAIシステムに於ける研究開発では、途中式を含めて手書き入力される微分計算式の認識システムについて研究開発を行い、提案を行った。この認識システムは、文字・記号認識、数式認識、数式の意味認識、数式計算の認識と、認識を各段階に切り分けて行う。この提案を電子情報通信学会教育工学研究会(1999年12月)などにて報告した。3指導方略については、教室内で使用する場合に於ける指導方略について、学習モード、指導スタイルの概念を導入することを提案した。この提案を人工知能学会知的教育システム研究会(1999年3月)などにて報告した。更に知的CAIの指導方略について考察を行い、学習モードと指導スタイルの概念を導入することで、システムが学習者との合意の下で指導方略が可能になることを提案した。
野外教育によるコミュニケーションスキルの獲得-プログラム開発と因果モデルの構築-

平成22年度は、効果測定尺度作成を、対象者別項目収集及び整理検討と予備調査、プログラム別仮プログラム作成・実施と要因探索から、プログラム開発・モデル構築を試みた。平成23年度は、効果測定尺度作成を、対象者別本調査実施と尺度の信頼性・妥当性の検討から進め、プログラム別修正プログラムの実施し、因果モデル作成を試み、プログラム開発とモデル構築を進めた。平成24年度は、対象者別プログラム評価への使用と妥当性検討から、効果測定尺度作成を試み、プログラム開発とモデル構築に挑戦した。本研究は、平成18年度科学研究費補助金基盤研究(C)(企画調査)(課題番号:18630011)および平成1921年度科学研究費補助金基盤研究(B)(一般)(課題番号:19300212)「野外教育の体験活動によるコミュニケーションスキル獲得と日常生活への汎化の検討」の2つの研究成果に基づき企画した。青少年の非社会的行動の増加を予防することを意図し、コミュニケーションスキル獲得に焦点をあてた効果性の高い野外教育プログラムの開発を目的とした。同時に、野外教育プログラムにおける複数の関連要因から効果の媒介変数を特定し、因果モデル構築も目的とした。本研究では、野外教育によるコミュニケーションスキル獲得を解明するため、「野外教育でのコミュニケーションスキル獲得を解明するための効果測定尺度の開発」と「プログラム開発および因果モデルの解明」を進める。平成22年度の具体的研究計画は、1)先行研究の整理を行い、野外教育において獲得されるコミュニケーションスキルの内容について検討し、効果測定尺度作成に向けた予備調査の実施(研究分担者各自が実施)、2)コミュニケーションスキル獲得を意図した野外教育プログラムを実施し、獲得に関連する要因についての検討(要因についての検討を行い、プログラムを一部実施)、3)世界的かつ国際レベルで体験学習を推進するネットワークであるICEL(International Consortium for Experiential Learning @ Chili, Santiago)で野外教育プログラムの世界的実態を把握するため調査員の派遣(調査員1名派遣、世界の動向の把握とネットワークを構築できた)、4)野外教育プログラム開発、プログラム立案の根拠となり得る内外の資料収集(研究分担者各自が実施)、5)研究の進捗状況および情報交換のために全体会議の開催(3回開催し研究を進めた)である。本研究では、野外教育によるコミュニケーションスキル獲得を解明するため、「野外教育でのコミュニケーションスキル獲得を解明するための効果測定尺度の開発」と「プログラム開発および因果モデルの解明」を進めている。平成23年度の具体的研究計画は、前年度に収集された項目を用いて尺度を作成し、その信頼性と妥当性を検証することである。そこで、今年度は効果測定尺度の作成を目指し、コミュニケーションスキルについての専門家による学習会を持った。この学習会による情報の共有と基本理解は、今後の研究の展開に適切であったと考えられる。プログラム開発とモデル構築についても、各研究者のレベルで進められている。7月には、海外でIOERC(International Outdoor Education Research Conference)において、研究成果の一部を発表することができた。また国内でも、日本教育心理学会第53回総会において、自主企画シンポジウム「野外教育によるコミュニケーションスキル獲得の新展開」を開催、研究成果を発表し、議論を深めることができた。本研究プロジェクトは、野外教育によるコミュニケーションスキル獲得に造詣を有する幅広い分野の研究者9名から構成した。分野は、野外教育学、カウンセリング学、運動生理学、児童教育学等多岐に及ぶ。研究プロジェクトを進め、野外教育によるコミュニケーションスキル獲得のための、プログラム開発と因果モデル構築に力を注いだ。平成23年度は、効果測定尺度作成を、対象者別本調査実施と尺度の信頼性・妥当性の検討を進め、プログラム別修正プログラムの実施、因果モデル作成の試み、プログラム開発・モデル構築を進めた。三ヵ年間に、海外への学会参加と発表派遣4回、海外調査派遣4回と、日本独自の野外教育の発信と海外の最新情報収集に努めた。日本野外教育学会、日本教育心理学会でのシンポジウム開催で、野外教育とコミュニケーションの関連やその意義について、幅広く関連学会員に伝えることができた。

また、平成24年7月研究代表者の地元沖縄で、第15回日本野外教育学会大会を主管開催し、沖縄の自然がもたらす暖かさとコミュニケーションへ与える力を、学会員と沖縄の現場の実践者にも伝えることができた。平成23年度に「改定学習指導要領」が施行され、知識、道徳、体力のバランスが取れた全面的な資質・能力である「生きる力」を育む重要性が指摘されてきている。「生きる力」の育成には、直接体験活動による学びを基盤とするべきであると言われており、野外教育に求められる内容が、幅広く深いものになってきている。研究成果が、少しでも現場に活用されればと願っている。平成23年度は、前年度の研究成果を踏まえ、プログラムの修正・改善を加え再度プログラムの実施・評価を行い、さらに因果モデルの作成を行う予定であるが、因果モデル作成が遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度であるので、「野外教育によるコミュニケーションスキルの獲得-プログラム開発と因果モデルの構築-」をまとめる。1.前年度の測定尺度の成果を踏まえ、コミュニケーションスキル獲得を意図したプログラムに尺度を使用し、再度、妥当性を検討する。2.前年度の介入研究から導かれた、プログラムの修正・改善点を応用し、効果性が向上するするプログラムを策定し、実施する。その上で、因果モデルを構築する。3.北米・中米の野外教育関連学会において、これまでの研究成果を発表するため、2名を派遣する4.研究の進捗状況の確認及び情報交換のため、全体会議を2回開催(研究の進捗状況報告会、研究成果報告会)する。5.研究成果を統合し、最終的な研究報告書を作成する。
配位子交換を基本動作とする光応答型分子回転素子の開発

本研究では光に応答する金属錯体型分子回転素子の開発を目指し、分子機械において回転素子として汎用されるトリプチセン骨格に着目し、配位部位として窒素原子を導入したアザトリプチセン骨格を有する回転子を設計、合成した。開発したアザトリプチセン回転素子は金属イオンとの錯体形成によりその回転のON-OFFを制御しうることが明らかとなった。このことは適切な金属イオンの選択により、光に応答するアザトリプチセン分子回転素子を構築可能であることを示している。本研究では回転素子としてトリプチセン骨格に着目し、配位部位として窒素原子を導入したアザトリプチセン骨格を有する配位子を用い、光応答性分子回転素子の開発を目指している。今年度はモノアザトリプチセン骨格を有する回転素子の開発、並びにジアザ、トリアザトリプチセンの合成法の開発について検討を行った。モノアザトリプチセン骨格を有する回転素子では、1-アザトリプチセンと1-アザアントラセンとをアルキンで架橋した配位子について合成法を確立した。より複雑な回転素子の運動解析を行うにあたり、この単座型の配位子での解析は重要な知見を与える。トリプチセンと対をなす配位部位はピリジン類の他にアミンやアゾール等、多様な置換基を導入でき、新規な配位子への展開が可能な合成法である。合成した配位子に対し、種々の金属との錯形成と、錯形成前後での回転挙動の、更には実際に光を照射した際の挙動について検討を行っている。また、トリプチセンに窒素原子を2ないし3導入した、ジアザ、トリアザトリプチセンについて合成法を検討した。これらを配位子として用いることで、回転方向の制御等、新たな機能の発現が期待される。これまでに知られている1,1'-ジアザトリプチセンの合成法では2位への置換基の導入が必須であったが、これらは1位の窒素原子への金属の配位が阻害される。今回トリプチセン3位4位へ適切な官能基を導入することにより、2位に置換基を持たないジアザトリプチセンの合成法を確立した。同様の手法を用いることにより、1,1',1"-トリアザトリプチセンについても開発を日指す。
特性類の局所化に付随した留数理論とその応用

本研究の目的は,相対de Rham,相対Dolbeault,相対Bott-Chern等のコホモロジーを用いて,主として複素解析幾何学に現れる特性類の局所化を調べ,さらにそれぞれの場合に局所双対性によって得られる留数を明示的に求めることである.平成30年度はこの方法の応用として次の課題につき実績をあげた.1.関数の概念を自然に拡張するものとして佐藤超関数がある.これは微分方程式論等で極めて強力なものばかりでなく,代数解析学の端緒となったものである.これは局所コホモロジーを用いて定義され,実際に用いるには具体的に表す必要がある.本研究代表者諏訪は相対Dolbeaultコホモロジー類を用いると簡明に表示出来ることを見出した.これに関する一昨年度からの継続研究で,超関数の基本的演算の他,実解析関数の超関数の空間への埋込,その一般化である境界値射等の具体的表示を与えた.さらに今までの方法では困難であったL. Schwartzの分布(distributions)の超関数としての明示的表現を与えた.2.上記のような相対コホモロジーによる表現理論の一般化として,層係数相対コホモロジーの軟層分解による表現理論を展開し,導来関手の理論との関係も明らかにした.さらにこれを層の射のコホモロジーの軟層分解による表現理論に拡張した.これはマイクロ関数の明示に有用であると思われる.4.特異多様体の交叉ホモロジーに対してもその相対版を考え,上記のような局所化理論を展開する準備を始めた.本研究代表者が推し進める特性類の局所化理論が発展し,さまざまな方面での応用が見出されている.特に当初予期されなかったこととして,佐藤超関数およびそれに関連した演算,局所双対性等が相対Dolbeualtコホモロジー理論を用いると極めて簡単で明示的に表せることが分かり,超関数理論の新たな展開をみている.これにおいても,以前より多方面で有効に用いられていた相対de RhamコホモロジーでのThom類が重要な役割を果たす.今年度までの研究を継続し,その発展としてつぎのような課題につき研究を行う.1.相対Dolbeaultコホモロジーによる超関数,マイクロ関数の表示を用いてこれら関数の理解をさらに深め,さらなる応用を求める.2.相対Dolbeaultコホモロジー論における局所双対性につきさらに探求し,例えば複素解析的Lefschetz不動点定理の簡明な証明および拡張を試みる.4.特異多様体の交叉ホモロジーに対してもその相対版を考えて局所化理論を展開し,微分形式による表現も用いて局所不変量を明示的に求める.本研究の目的は相対de Rham,相対Dolbeault,相対Bott-Chern等のコホモロジーを用いて,主として複素解析幾何学に現れる特性類の局所化を調べ,さらにそれぞれの場合に局所双対性によって得られる留数を明示的に求めることである.平成28年度は特に次の課題につき実績をあげた:1.関数の概念を大幅に拡張するものとして佐藤超関数がある.これは局所コホモロジーを用いて定義されるが実際に用いるには具体的に表す必要がある.現在までは主として相対Cechコホモロジーが用いられていたが,研究代表者は相対Dolbeaultコホモロジーを用いると著しく簡明になることを見出した.これに適合させるためまず相対Dolbeaultコホモロジーの理論を整備拡充した.超関数理論への応用については北海道大学の本多尚文,北海道科学大学の伊澤毅との共同研究として行っている.まず各種演算を具体的に表した.実解析関数の超関数への埋め込みでは相対de RhamコホモロジーにおけるThom類が基本的な役割を果たす.またファイバー積分も含めた積分論が極めて簡明になるのも本理論の特徴である.2.ブラジル,ミナスジェライス大学のM. CorreaとのBott-Chernコホモロジーにおける局所化理論の共同研究を継続した.これに関し,相対Bott-Chernコホモロジーの理論を完成させた.特にBott-Chern, Aeppliコホモロジー等を統一的に扱い,長完全列を得た.これは多くの興味深い応用を持つが,その一つとして特異Hermitian葉層構造の留数理論を展開し,基本的な例を与えた.またこのコホモロジーにおける切断による局所化, Thom類, Riemann-Rochの定理への応用を開始した.本研究代表者が推し進める特性類の局所化理論が発展し,さまざまな方面での応用をみている.本研究の目的は,相対de Rham,相対Dolbeault,相対Bott-Chern等のコホモロジーを用いて,主として複素解析幾何学に現れる特性類の局所化を調べ,さらにそろぞれの場合に局所双対性によって得られる留数を明示的に求めることである.平成29年度はこの方法の応用として次の課題につき実績をあげた.1.関数の概念を大幅に拡張するものとして佐藤超関数がある.これは局所コホモロジーを用いて自然に定義され,微分方程式論等で極めて強力なものばかりでなく,代数解析学の端緒となったものであるが,実際に用いるには具体的に表す必要がある.今まではあまり簡明な方法がなかったが,本研究代表者諏訪は相対Dolbeaultコホモロジー類を用いると簡明に表示出来ることを見出した.これに関する昨年度からの継続として,超関数の基本的演算の他,超局所解析性, boundary value morphism等の具体的表示を与えた.これは北海道大学の本多尚文,北海道科学大学の伊澤毅との共同研究として行われている.2.上記の相対コホモロジー理論を一般化し,軟層の複体に対しその切断のなす加群の相対コホモロジー理論を展開した.

さらにこれを層の射のコホモロジーの軟層分解による表現理論に拡張した.これはマイクロ関数の明示に有用であると思われる.本研究代表者が推し進める特性類の局所化理論が発展し,さまざまな方面での応用を見ている.特に当初予期されなかったこととして,佐藤超関数およびそれに関連した演算,局所双対性等が相対Dolbeualtコホモロジー理論を用いると極めて簡単で明示的に表せることが見出された.これにおいても,以前より多方面で有効に用いられていた相対de RhamコホモロジーでのThom類が重要な役割を果たす.本研究の目的は,相対de Rham,相対Dolbeault,相対Bott-Chern等のコホモロジーを用いて,主として複素解析幾何学に現れる特性類の局所化を調べ,さらにそれぞれの場合に局所双対性によって得られる留数を明示的に求めることである.平成30年度はこの方法の応用として次の課題につき実績をあげた.1.関数の概念を自然に拡張するものとして佐藤超関数がある.これは微分方程式論等で極めて強力なものばかりでなく,代数解析学の端緒となったものである.これは局所コホモロジーを用いて定義され,実際に用いるには具体的に表す必要がある.本研究代表者諏訪は相対Dolbeaultコホモロジー類を用いると簡明に表示出来ることを見出した.これに関する一昨年度からの継続研究で,超関数の基本的演算の他,実解析関数の超関数の空間への埋込,その一般化である境界値射等の具体的表示を与えた.さらに今までの方法では困難であったL. Schwartzの分布(distributions)の超関数としての明示的表現を与えた.2.上記のような相対コホモロジーによる表現理論の一般化として,層係数相対コホモロジーの軟層分解による表現理論を展開し,導来関手の理論との関係も明らかにした.さらにこれを層の射のコホモロジーの軟層分解による表現理論に拡張した.これはマイクロ関数の明示に有用であると思われる.4.特異多様体の交叉ホモロジーに対してもその相対版を考え,上記のような局所化理論を展開する準備を始めた.本研究代表者が推し進める特性類の局所化理論が発展し,さまざまな方面での応用が見出されている.特に当初予期されなかったこととして,佐藤超関数およびそれに関連した演算,局所双対性等が相対Dolbeualtコホモロジー理論を用いると極めて簡単で明示的に表せることが分かり,超関数理論の新たな展開をみている.これにおいても,以前より多方面で有効に用いられていた相対de RhamコホモロジーでのThom類が重要な役割を果たす.今年度の研究を継続し,さらに次のような課題につき研究を行う:1.相対Dolbeaultコホモロジー理論に関し,超関数理論への応用をさらに追求する.また他の応用,例えば複素解析的Lefschetz不動店公式の簡明な証明および拡張を試みる.今年度の研究を継続し,さらにつぎのような課題につき研究を行う.1.相対Dolbeaultコホモロジーによる超関数,マイクロ関数の表示をさらに追求する.
境界層相似模型を用いた船舶の省エネルギーデバイス性能推定法の開発

船舶の性能設計における流体力学的性能の推定では、従来より模型試験が用いられてきたが、船尾におかれる省エネデバイスの性能評価では尺度影響の評価が困難である。本研究では、計算流体力学(CFD)技術を適用して、省エネデバイスが置かれる船尾相当部分で幾何的相似性と流体力学的相似性の両者を同時に満足するような特殊な模型を用いることで、実船における省エネデバイス性能を評価する新たな試験法を構築する。
地盤蓄熱を考慮した自然冷暖房と分散型再生エネルギーシステムに関する研究

地盤蓄熱を考慮した冷暖房システムのあり方について、実験とシミュレーション解析との両面から研究を行った。以下にその主な内容と成果について示す。(1)北海道、沖縄および九州における自然土壌温度と土の熱物性値を測定し、土壌温度を求める計算法を示した。(2)ク-ルチューブとヒートチューブ方式に関して、実大規模の実験を行い、シミュレーション解析を併せて行い、室内温熱環境の改善効果を定量的に明らかにした。(3)土壌埋設管方式については垂直U字管による2年間にわたる実験と解析を行い、冬期の土壌熱源ヒートポンプの暖房と夏期の自然冷房を組み合わせることによって、年間サイクルによる温冷熱貯蔵の効果と自然冷暖房の有効性を示し、夏期の自然冷房が可能であることを明らかにした。また、冷暖房だけでなく、雪国の融雪を土壌熱で行う実験を行った。札幌のような多雪地帯においても土壌熱による自然融雪が可能であることを明らかにした。(4)建物周囲の地中蓄熱をパッシブに利用するエコロジカルハウスの1つの例として、ドーム直下の地中にパイプを埋設し、季節間蓄熱の暖冷房の可能性を試算し、その有効性を示した。(5)太陽熱による熱核土壌蓄熱方式に関しては、2つの実大規模の実験を行い、蓄熱の効果、太陽熱依存率、各種システム要素の影響について測定を行い、太陽熱利用と長期蓄熱を組み合わせた熱核方式の有効性と省エネルギー性を明らかにし、分散型再生エネルギーシステムのあり方を提案している。(6)帯水層方式に関しては土壌熱と太陽熱などの自然エネルギーを積極的に活用したソーラーアクィファー再生エネルギーシステムを構築し、実験を行った。また、地下帯水層の地下水函養と流動蓄熱に関する可能性を検討し、再生可能エネルギーシステムの1つとして有効な方式であることを示した。地盤蓄熱を考慮した自然冷暖房の可能性に関する実験と解析を6種の形態を対象に行った。その研究成果の概要は次のとおりである。(1)土壌埋設蓄熱方式については冬期のヒートポンプ熱源と夏期の自然冷房の組み合わせの実験結果は自然冷房が十分可能であることを示した。(長野)自然土壌の精密測定を開始し、基礎資料を蓄積するとともに、冬の土壌熱による融雪実験を行い、その可能性を明らかにした。(落藤)(2)帯水層蓄熱については年間の蓄熱実験と函養実験を行い、都市の地盤の温度低下に寄与する方法を検討し、併せてバイオフィルターとしての河川水浄化機能を解明し、鉄コロイドダムの模型実験とシミュレーションを行って浄化度を明らかにした。(梅宮)(3)ク-ル・ヒートチューブ蓄熱については実験と解析を行い、併せて自然土壌温度の基礎的測定を行った。また、性能の評価方法のプログラムを作成し、全国各都市の自然冷房の可能性と必要本数を明らかにした。(石原)(4)太陽熱利用熱核式土壌蓄熱については、実験とシミュレーションを行って性能を評価し、性能影響因子を詳細に検討し、エネルギー削減率および太陽熱有効利用率、COPに影響を及ぼす設計因子は集熱面積が大きく、次いで蓄熱槽容量であることを明らかにした。(中島)(5)都市の地表水の熱収支と冷暖房への応用については、上水・下水のエネルギーフローを作成し、顕熱とバイオ熱の賦存量のポテンシャルを明らかにした。(船水)(6)建物直下型自然冷房については、住宅の土壌床を利用した土壌熱源ヒートポンプの暖房と自然冷房を組み合わせた方法によって明らかにした。(岡)地盤蓄熱を考慮した冷暖房システムのあり方について、実験を継続し、シミュレーション解析との両面から研究が行われた。

(1)土壌埋設管方式については垂直U字管による2年間にわたる実験と解析を行い、冬期の土壌熱源ヒートポンプの暖房と夏季の自然冷房を組み合わせる実験を継続し、年間サイクルによる有効な分散型エネルギーシステムの有効性を検討した。また、冷暖房だけでなく、雪国の融雪を土壌熱で行う実験を行った。両方式とも、省エネルギー性があることを明らかにした。(2)ク-ルチューブとヒートチューブ方式に関して、実大規模の実験を行い、シミュレーション解析を併せて行い、その利用可能性を定量的に明らかにしている。また、自然の地中温度の観測を継続し、その有効性を明らかにした。(3)帯水層方式に関しては土壌熱と太陽熱などの自然エネルギーを積極的に活用したソーラーアクィファー再生エネルギーシステムを構築し、実験を行った。また、地下帯水層の地下水函養と流動蓄熱に関する可能性を検討し、再生可能エネルギーシステムの1つとして有効な方式であることを示した。(4)太陽熱による熱核土壌蓄熱方式に関しては、同じく実験とシミュレーションを行い、蓄熱の熱回収率、太陽熱依存率、各種システム要素の影響について検討した。太陽熱利用と長期蓄熱を組み合わせた有効システムのあり方を提案している。(5)建物周囲の地中蓄熱をパッシブに利用するエコロジカルハウスの1つの例として、ドーム直下の地中にパイプを埋設し、季節間蓄熱の暖冷房の可能性を試算し、その有効性を示した。
心房性Na利尿ペプチドの腎作用に関する研究

(1)ANP受容体の腎内局在オートラジオグラフィを用いてANPの腎内局在をしらべ、糸球体、直血管、髄質内層集合管に受容体が存在することを明らかにした。(2)ANP受容体の特性糸球体、集合管細胞を用いてANP受容体の結合特性を明らかにするとともに、フォトアフィニティ標識によりANP受容体複合体を作り、これを抽出し、その分子量を測った結果、腎は65kDのものが1種類であったのに反し、動脈、副腎では120kDの2種の分子種が証明された。(3)ANPの構造活性相関各種の合成h・ANPアナログを用いて平滑筋弛緩活性、Na利尿活性を指標として構造活性相関の詳細を検討した。その結果、N末端、12位のアミノ酸、環状構造などが基本的に重要であることを明らかにした。(4)ANPの腎血管作用と利尿効果イヌの腎動脈にANP、アセチルコリン、セクレチンなどを注入し、血行動態、糸球体濾過量、尿中Na、K排泄などを指標に、これら薬物の相互作用について検討した。その結果、ANPの利尿作用に髄質血流の増加が関与する可能性が示唆された。(5)ANPの尿細管直接作用単離尿細管漑流法を用いてANPが直接尿細管の水、Nacl輸送に影響を与えるかどうか検討した。ANPはHenle下行脚の水輸送、細い上行脚及び太い上行脚のNacl輸送、髄質内層集合管の水、Na輸送のいずれにも作用しなかった。(6)ANPの腎分解部位単離系球体、尿細管を用いてフォスフォラミドン感受性ANP分解を測定したところ糸球体、近位尿細管ANP分解があった。心房性Na利尿ポリペプチド(ANP)は腎に直接作用してNa利尿を起すことが知られている。そこで腎内での作用部位を明らかにするため、【^(125)I】標識リガンドを用いて、オートラジオグラフィをin vitro及びin vivoでリガンドを適用した場合について、行った。オートラジオグラフィは腎スライス、組織標本及び電顕標本の各レベルで行った。in vitroで【^(125)I】-αγANPを適用した場合、腎スライスでは皮質部に糸球体の分布と一致して斑点状に特異結合がみられ、また乳頭部にも明らかな結合が認められた。腎動脈及び腎孟にも特異結合が認められたが、弓状動脈、葉間動脈、輸出及び輸入細動脈等には結合が認められなかった。組織標本によるオートラジオグラフィによって、糸球体毛細血管腎動脈及び腎孟平滑筋に特異結合が証明された。乳頭部集合管を単離し、オートラジオグラフィを行ったところ、わずかながら特異結合が認められた。in vivoで注入した【^(125)I】-αγANPの結合をみると、スライスでは主として皮質部の斑点状の結合が著明で、腎髄質外層では直血管の分布と一致した放射状又は束状の走行の結合がみられたが、乳頭部での結合はきわめてわずかであった。組織標本では毛球体毛細血管と動脈性直血管に主として分布することを認めた。電顕オートラジオグラフィにより、糸球体の上皮細胞足突起に特異結合を証明した。単離糸球体と乳頭部集合管分画について結合実験を行い、親和性Kdと受容体量Rを測定した。糸球体ではKd=3.2×【10^(-9)】M、R=320fmole/mg蛋白であったのに対し、集合管ではKd=2.1×【10^(-8)】M、R=420fmole/mg蛋白であった。

紫外線照射によるフォトアフイニティ標識によりリガンドと結合した受容体を可溶化し、分子量を求めたところ、腎には65,000ダルトンの受容体が存在することを明らかにした。同様の方法で測定した大動脈及び副腎の受容体の分子量は140,000ダルトンであり、腎のそれと異っていた。われわれはオートラジオグラフィによってANPの受容体は腎内では主として糸球体と直血菅に分布することを明らかにしたが,集合管にも軽度ながらANPの特異的結合が認められた.そこで集合尿細管に対するANPの直接作用の有無を検討した.SpraqueーDawleyラットの腎スライスより髄質内層部集合管(IMCD)を単離し,Burgちの方法によってin vitroで潅流実験を行った.管腔内電位(Vt),^<22>Naフラックス,^<36>Clフラックス等を測定し,ANPの直接作用を観察した.またバソプレシン(AVP)による水及び尿素透過性亢進作用に対するANPの修飾作用についても検討した. ^<22>Naフラックス係数(10^<-7>cm^2s^<-1>)は対照時1.63±0.34であったが10^<-6>MーαγANPを溶液に加えても1.49±0.30で有意差はなかった.D1D1Clフラックス係数も対照時1.83±0.31に比べ,αーγANPによって1.80±0.22と不変であった.潅流液と溶液の組成が等しい場合,経尿細管電位は0と区別できず,αーγANPも全く影響を与えなかった.一方,ANPにより集合管の受動的なNa透過性が亢進し,Naの逆流による分泌が増加する可能性が示唆されているのでNa isethionate100mMを溶液に加えて生ずるNa拡散電位に対するANPの作用も検討したが,全く変化がみられなかった.1MCDの水透過性Lp(10^<-9>cm^2s^<-1>atm^<-1>)は10uU/ml AVPにより71.7±22.9から477.8±54.3と著明に増加したが,10^<-6>MのαーγANPによってもこの値は変化しなかった.尿素透過性(10^<-7>cm^2S^<-1>)はAVPがない場合8.69±1.77であったがANPによっても9.02±1.81と不変であった.尿素透過は100uU/ml AVPにより6.65±2.53から18.22±5.33と有意の上昇を示したが,αーγANPによって21.36±7.18と有意の変化は示さなかった.以上の成績は他の研究者との問で多少の異論があるが, ANPの著明な利尿作用に,尿細管の水・イオン輸送に対するANPの直接作用又はホルモン作用の修飾は主要な役割をはたしていないものと考えられる.(1)ANPの構造活性相関:hANPの各種アナログを用いて、ANPの構造活性相関をしらべた。生理活性として、カルバコールで収縮したひよこ直腸の弛緩作用、ノルエピネフリンで収縮したラット大動脈輪の弛緩作用、ペントバルビタール麻酔ラットの利尿作用を指標にして生物活性をしらべた。12位のMetはrANPと異る唯一のアミノ酸であるが、この位置をIleつまりrANPにするとすべての活性は上昇した。12位のMetを酸化するとすべての活性は著しく低下した。Nleに置換すると弛緩活性は低下したが利尿活性は不変であった。N末端のアミノ酸を除くと、ごくわずかの活性低下がみられるにすぎなかった。N末端の5個のアミノ酸を除いたα-hANP(7-28)では逆に活性の上昇がみられた。これに対して、C末端のアミノ酸を2個以上除くと活性の著しい低下が起った。環状構造がS-Sで結合していることが重要であるかどうかしらべるため、これをエチレン結合に変えたところ、ラット型では活性が軽度低下したのみであったが、ヒト型では著明な活性の低下が認められた。(2)ANPの腎内分解部位外因性のANPは23分の半減期で急速に消失する。
虚血脳損傷修復におけるiNOSの機能解析と星状細胞特異的iNOSの単離同定

ラット海馬より作成した、全脳虚血24時間後(コントロール及びsham operated)でのSuppression subtractive hybridizationを用いたsubtracted cDNA library(L.Diatchenko,1996)より得られた約2000個のクローンをlibrary自身によりdifferential screeningし、100個以上のクローンを得た。さらにこれらのクローンをすべてDNA sequenceを行いアミノ酸配列を決定し、データベース(DDBJ)上にてBLASTプログラムによるホモロジー検索を行った。20%以上のクローンがラットの既知の遺伝子と同定され、その中からrandomに選んだ10個のクローンに関してoligonucleotide primerを作製し、RT-PCRにてmRNAレベルにて発現の解析を行ったところ、半数(5個)のクローン(saposin,neutral and basic amino acid transportor,synaptotagmin 4,furin,heat shock protein 105)においてsham operatedの2倍以上の発現の増加を認めた。これらのクローンに加え、ラットnNOS.iNOSのspecific primerを作製し、ラット海馬における経時的なメッセージ発現の推移を解析した。その結果本実験系では特にnNOS、furinが虚血前に比べ虚血後に著明な発現量の増加を示し、これらが脳虚血後の神経細胞死及びその修復過程の分子機構に関与している可能性が示唆された。nNOSが虚血後の神経細胞壊死に重要な関与を持つことは従来より指摘されているが、furinに関してはその機序は不明である。蛋白質としてはpropreteinを開裂する機能を持つことより、様々な神経成長因子やホルモンの前駆体を修飾、活性化し、脳虚血後の修復過程に関与していることが推測された。同定された他の遺伝子も虚血前に比べ虚血後24時間後に23倍以上のメッセージ発現の有意な誘導を認め、これらが本実験系において重要な関与を果たしているものと考えられた。lNOSに関しては、虚血後に発現量の増加を認めるものの、その発現は微量であった。今回得られたクローンの中にlNOSが含まれなかったのもこのためと推測される。このように本法は脳虚血後の神経細胞死及びその修復過程という現象の分子機構における新たな遺伝子の関与を知り、解析する手がかりを得られる有用な手段となることが判明した。本研究は、虚血性脳損傷修復過程におけるiNOS発現が様々なNOS inhibitorやbFGFなどの神経成長因子によってどのような影響を受けるのか、星状細胞に特異的なinducible NOSや虚血損傷後に星状細胞に発現する未知の遺伝子群を単離同定して、その発現と機能を調べ、特にこれらの遺伝子群が損傷修復機序にどの様な関与をしているか解析する事を目的とした。初年度(96年度):体重約250grのWisterラット(日本SLC社より購入)の雄10匹を、Pulsinelli,W.A.らの方法に準じて10分間全脳虚血とし、24時間後にsacrificeし、両側の海馬を採取した(コントロールとして10匹のラットの海馬を採取)。

本研究は、虚血性脳損傷修復過程におけるiNOS発現が様々なNOS inhibitorやbFGFなどの神経成長因子によってどのような影響を受けるのか、星状細胞に特異的なinducible NOSや虚血損傷後に星状細胞に発現する未知の遺伝子群を単離同定して、その発現と機能を調べ、特にこれらの遺伝子群が損傷修復機序にどの様な関与をしているか解析する事を目的とした。本年度(97年度):前年度ラット海馬より作成した、全脳虚血前後(コントロール及び24時間後)でのSuppression subtractive hybridizationを用いたsubtracted cDNA LIBRARY(L.Diatchenko,1996)より得られた100個のクローンをRNAレベルでの発現解析を行った。またこれらのクローンをすべてDNA sequenceを行い、データベースにてホモロジー検索を行った。その結果、20%以上のクローンが既知のものと同定され、さらに残りのクローンもほとんどのものが既知の遺伝子と何らかのホモロジーを示し、全く新規のものはわずかに2クローンのみであった。これは、Blunt endで切断する制限酵素によりDigestの後、Linker ligationを行ったためにライブラリー内に効率よくcoding領域が含まれたためと思われる。さらに、これらのクローンをDifferential screeningの後、DotおよびNorthern解析を行った結果、明らかにup-regurateしていのは結局3クローンであり、その一つはribosomalprotein L13であることが判明した。現在さらに約2,000個のクローンを新たにスクリーニングしており、少なくとも約50-60個のup-regulateしたクローンが同定される見込みである。詳細は次年度(98年度)に報告する予定である。
靭帯機能を有する人工歯根膜製造技術の開発

マウスより歯根膜細胞を採取し、この歯根膜細胞にADAMTSL6βを作用させフィブリリン-1の再生誘導を試みた。フィブリリン-1の再生誘導は次の2通りの方法で行なった。一方は発現ベクターによりADAMTSL6βを過剰発現させることによりフィブリリン-1再生を促す方法で発現誘導を行い、もう一方は組み換えタンパクADAMTSL6βを細胞培養培地に加える方法で発現誘導を行なった。これら2つの方法によるフィブリリン-1の形成しオキシタラン線維を有する細胞株を作製した。フィブリリンー1やオキシタラン線維の形成はRTーPCR法、HE染色、免疫染色などで確認した。次に、ファイブロネクチンやゼラチン、インテグリンなど細胞表面に存在し、細胞同士の接着に関与する分子を利用し細胞を三次元的に積み重ねる細胞積層法を応用する「Layer by Layer technique」を用いることにより、フィブリリンー1を形成した細胞を三次元的に積み重ねることを試みた。「Layer by Layer technique」は既に市販されている試薬を使用し歯根膜細胞の三次元構造構築を行なった。このようにして作製した細胞塊の立体的な機能評価に関して、次の2つの方法で解析した。1つ目は、立体的に培養された歯根膜細胞に関してオキシタラン線維を再構築しているかを組織学的に解析を行なった。2つ目は機能的なオキシタラン線維を再構築しているかを、位相差顕微鏡を用いたlive imagingによる細胞の引っ張り試験で解析を行なった。27年度が最終年度であるため、記入しない。
医用画像の機能的・形態的三次元表示法の研究

形態的画像については超高速X線CT画像を、そして機能的画像については肺SPECT画像を対象に処理を行った。1)形態的画像の3次元表示腹腔動脈ならびに大動脈弓部のX線CT像を対象とした。まず比較的単純な症例を対象として十数枚の断層像から血管断面輪郭を計算機入力した。腹大動脈は左右の総腸骨動脈さらにそれぞれ内・外腸骨動脈に分かれる。この分岐を画像処理アルゴリズムを自動的に追跡分離し、ワイヤフレーム表現を行った。この研究では右総腸骨動脈が閉塞していたので血管造影像上にワイヤフレーム表現を重ね合わせ表示し閉塞部の血管部分もワイヤフレーム表現により明示できた。第2症例は左総腸骨動脈が蛇行部の処理を考える必要がある。ワイヤフレーム表現における体軸方向の血管輪郭線が各断層上の血管輪郭線上を通る線数に規則を導入することによりこの課題に回答を与えた。大動脈弓部分は径の大きい大動脈部と、大動脈弓部上部から頭および腕へ分岐する右腕頭動脈と左総頚動脈そして左鎖骨下動脈を表示する必要がある。この研究では各断層像上の血管輪郭と、上下の断層像上の血管輪郭との接続関係についてのアルゴリズムは提案できた。しかし、ワイヤフレーム表現するまでには至らなかった。これは今後の課題である。機能画像の3次元表示については特発性肺高血圧症例と対照例を対象とした。RI標識物質の集積塊は前者では肺腔内に不規則に分布する。これを約30枚のSPECT像を体積要素の積み重ねで表した。各体積要素にはカウント数が対応するが、局所的にカウント数が最大値を示す体積要素を領域中心として領域分割を行った。その結果合理的な分割がなされたと考えられるが、さらに検討を加えて検証したい。医用画像の機能的3次元表示についての研究の対象として肺SPECT画像を選んだ。原発性肺高血圧症例においてはTo-MAAの投射により肺内でのその分布は小さな塊が多数存在する状態となる。一方、対照群においては大きな標識物質の塊がみられるのみである。この様子を肺SPECT像を用いて3次元的に把握することを試みた。局所的にRIのカウント数が極大となる点を塊の中心とした。RIの領域の境界は両隣接点のカウント数より少なくなる点のつながりと定義した。計算機を用いた領域分割法として前述の方法を開発し、実際に領域分割を行った。その結果、対象例では7個の塊領域を集めて90%以上の累積領域になったのに対し、原発性肺高血圧症例では25個の塊領域を集めて92%の累積領域となった。今後具体的症例毎の検討を重ねたい。次に形態的3次元表示の研究対象として腹腔動脈を選んだ。普通は下肢へ直線的に伸びている動脈がなんらかの理由で上下に蛇行する血管走行をもつ患者から連続CT画像を得て、これをもとに3次元的な血管走行を自動的に再構成する方法を考えた。蛇行血管を計算機有る御リズムで判定させる方法を提案し試みた。その結果、各断層像上に写っている数本の血管輪郭が上下のそれとの連結関係は自動的に求められた。この連結関係を基に血管走行のワイアフレームモデルを作る過程が残された。この過程についてもすでにアルゴリズムを提案しており、引続きその検証を行いたい。また、形態的3次元表示の対象を他の血管、例えば大動脈局部並びにそれから頭部や腕へと枝分かれする血管部分にも適用する方法を開発したい。

腹大動脈は左右の総腸骨動脈さらにそれぞれ内・外腸骨動脈に分かれる。この分岐を画像処理アルゴリズムで自動的に追跡分離し、ワイヤフレーム表現を行った。対象症例は左総腸骨動脈が蛇行部の処理を考える必要がある。ワイヤフレーム表現における体軸方向の血管輪郭線が各断層上の血管輪郭線上を通る線数に規則を導入することによりこの課題に解答を与えた。大動脈弓部部分は径の大きい大動脈部と、大動脈弓部上部から頭および腕へ分岐する右腕頭動脈と左総頚動脈そして左鎖骨下動脈を表示する必要がある。この研究では各断層像上の血管輪郭と、上下の断層像上の血管輪郭との接続関係についてのアルゴリズムは提案できた。しかし、ワイヤフレーム表現するまでには至らなかった。これは今後の課題である。物質の集積塊は前者では肺腔内に不規則に分布する。これを約30枚のSPECT像を体積要素の積み重ねで表した。各体積要素にはカウント数が対応するが、局所的にカウント数が最大値を示す体積要素を領域中心として領域分割を行った。さらにカウント数の統計誤差を考慮した領域分割法を導入した。その結果この分割法は視覚的には矛盾がないと考えられたが、さらに定量的あにも合理的かどうかの検証を行いたい。
随意運動発現機構の階層性を考慮したtDCSが運動能力に及ぼす影響の解明

Transcranial Direct Current Stimulation(tDCS)は頭皮の上に電極を2枚置き、脳に対して微弱な電流を通すことにより特定の脳の部位の興奮性を変化させる非侵襲な脳刺激である。この研究では、脳の階層的なネットワークに着目し、脳ネットワークを電気刺激することで運動能力が変化するかどうか、またそのメカニズムを調査することを目的としている。
新規がん抑制遺伝子drsの機能解析

我々がラット初代培養細胞cDNAライブラリーから分離したdrs遺伝子はC端に膜貫通ドメイン、N端に接着因子であるセレクチンファミリーに保存されている補体結合モチーフを持ち、種々の癌遺伝子によってそのmRNAの発現がdownregulateされること、およびラット細胞株に強力なプロモーターのもとで高発現させるとv-srcなどの癌遺伝子によるトランスフォーメーションを抑制することから細胞癌化に大して抑制的に働く新規癌抑制遺伝子である可能性が高いことが分かってきた。本年度、我々はdrs遺伝子のヒト癌発生への関与の可能性を検討するためにdrs遺伝子のヒトホモログを分離しヒト癌細胞におけるdrs遺伝子の機能を解析し以下のことを明かにした。1.ヒトdrs遺伝子のmRNAは心臓、大腸、小腸、前立腺、精巣、卵巣、などの正常組織で高発現しているのに対し末梢血、脳などではほとんど認められずその発現には組織特異性がある。2.調べたほとんどの大腸癌細胞株と約50%の卵巣癌、精巣癌においてdrs mRNAの強い発現低下が認められた。3.レトロウイルスベクター(pBabePuro)にdrs遺伝子を組み込んだamphotropic virusを作成し、drs mRNA発現が低下していた大腸癌細胞株LoVoに導入して、その癌化形質の変化を調べたところdrs発現細胞ではvecterだけの細胞と比べて細胞形態の顕著な変化とsoft agarでのcolony形成の低下が認められた。また、細胞増殖能もdrsの導入によって抑制された。これらの結果はヒト癌の発生においてもdrs遺伝子が抑制遺伝子として機能している可能性を示している。今後、drs遺伝子による癌化抑制の機構を明かにするためにこの遺伝子の癌化抑制活性に必要な領域を特定するとともに、drs蛋白が実際に細胞内でどのような場所で機能しているのか、またどのような細胞内蛋白に作用しているのかを検討して行きたい。