hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
加熱法および食品成分の組み合わせによるがん原性物質の生成抑制法の開発

食品の加工・調理の工程において発がん性のヘテロサイクリックアミン(HCA)が生成することが知られている。従って、がん予防の観点から、いかにしたら食品の加工・調理の工程でHCAの生成抑制ができるかが課題である。そこで、本研究は食品の品温を正確に測定できるセンサーを開発し、食品の加熱温度と風味とHCAの生成量との関連性を解明し、HCAの生成量が一番少ない適切な条件を検討する。食品の加熱温度が高くなるにしたがって、HCAの生成量も多くなることが知られている。従って、HCAの生成抑制を検討するために、加熱温度を厳密に管理する必要がある。そこで異なる温度センサーを作製し、テフロン加工のフライパンを使用し牛肉のハンバーグモデルを加熱することにより、その再現性を検討した。その結果、フライパン類には、頭部径中27のステンレスガードセンサー(Max800°C)が最も安定な温度管理ができ、品温には熱電帯のテープタイプの温度センサーが最も適した。さらに電子レンジの温度管理には光ファイバーセンサー温度計が最も適した。なお、これらの実験の温度管理解析にはデジタル記録計およびパソコンが用いられた。また、異なる材質のフライパン、例えばテフロン、セラミック、鉄で調理したハンバーグのHCAについて、Amestestで変異原性を調べた。その結果、変異原性の低い順はセラミック、鉄、テフロンであった。さらに、熱伝導率の異なる材質の銅、アルミニウム、鉄およびガラスのプレートで検討した結果、熱伝導率の低いものほどHCAの生成量が少ないことがわかった。さらに、牛肉をハンバーグモデルとして、食品素材のアルギニン(0.5%)、ゴボウ(20%)、茶粉末(3%)または茶殻(7%)を添加することによってハンバーグの変異原性を6090%減少できることがわかった。以上の研究結果により、食品の加熱法または調理法の工夫によりHCAの生成を抑制することが可能であることが明らかとなった。
抽出名簿がない場合の個人標本抽出法の開発

本研究は、以下の1)4)に焦点をあて、名簿がない場合の個人標本抽出法の開発を進めている。1)割当法の考え方と確率標本法の計測可能性を踏まえ、個人名簿がない場合の個人標本抽出法の理論的枠組を構築するための基礎研究を重点的に展開する。2)既存の標本抽出法と比較しながら、抽出名簿がない場合の個人標本抽出法を提案し、実験的な調査の遂行によってその統計学的特性を方法論的に明らかにする。3)標本調査法に則った調査データに基づき、提案する標本抽出法の母集団に対する推定の精度、標本誤差および非標本誤差などの諸問題を統計的に分析する。4)調査地点において作成した住宅配置図や名簿を基に、世帯標本と個人標本を統計的に無作為に抽出するための効率的な個人標本抽出法をまとめる。今年度は、最終年度としてこれまで確立した方法論的枠組に基づいた標準的な標本抽出法と新しい標本抽出法による実験的面接調査によって得られた調査データの整理・分析を中心とし、具体的に上記の3)と4)を重点的に展開した。調査データを総合的に分析し、報告書の作成と調査データの公開を中心として遂行する。1)2つの調査に関しては、いずれもデータクリーニングと単純集計表作成の作業を完了させ、1次データ分析を進めてきた。2)新しい標本抽出法の母集団に対する推定の精度、標本誤差と非標本誤差の諸問題を検討し、新しい個人標本抽出法を取りまとめた。3)抽出名簿がない場合の個人標本抽出法の開発に関する研究成果の最終報告書を取りまとめ、国内外に配布し、公表した。4)国内外の様々な研究集会において本研究の一連の成果を発表し、関係機関の要請に応じて情報を提供してきた。本研究では、以下の1)4)に焦点をあて、名簿がない場合の個人標本抽出法の方法論的展開を進めている。1)割当法の考え方と確率標本法の計測可能性を踏まえ、個人名簿がない場合の個人標本抽出法の理論的枠組を構築する基礎研究を重点的に展開する。2)既存の標本抽出法と比較しながら、抽出名簿がない場合の個人標本抽出法を提案し、小規模の実験的な意識調査の遂行によってその統計学的特性を方法論的に明らかにする。3)厳格な標本調査法に則った調査データに基づき、提案する標本抽出法の母集団に対する推定の精度、標本誤差および非標本誤差などの諸問題を統計的に分析する。今年度は、方法論的枠組を構築するために、特に以下の1)3)を重点的に遂行した。1)これまでの社会調査および標本調査法に関する研究文献をもとに、抽出名簿がない場合の社会調査環境を分析し、それに適応した標本抽出法の統計学的検討を実施した。2)研究集会、研究打合せを通して、住宅地図を用いた標本抽出の可能性を検討し、新しい標本抽出法の構想を完成した。3)実証的な意識調査の内容を環境意識とした上で、調査項目の候補、計測尺度の選定、調査票の構造などの検討を重ね、来年度に予定している調査の準備を着実に進めてきた。なお、調査候補地の調査環境確認、標本抽出の実践的検討、調査票の最終案の決定はほぼ修了した。今年度は、前年度に確立した方法論的枠組を基に、従来型の標本抽出法と新しい標本抽出法による実験的面接調査の実施を中心とし、具体的に上記の2)と3)を重点的に遂行した。1)調査地域として東京都区部(23区)を選び、住民基本台帳から従来型の個人抽出法(調査I)と、住宅地図と乱数を用いた新しい標本抽出法(調査II)による意識調査をそれぞれ実施した。2)意識調査の内容は環境意識を中心に一般質問43項目、属性質問9項目から構成し、プリテストを行った上で調査票を確定した。3)2つの調査はいずれも調査員による個別面接聴取法によって実施した。調査Iは、80地点から計1,200名の成人男女を抽出し、その内525票を回収した。一方、調査IIについては、最終的に539票を回収した。4)2つの調査に関して、いずれもデータクリーニングと単純集計表作成の作業は完了し、1次データ分析を進めている。

2)既存の標本抽出法と比較しながら、抽出名簿がない場合の個人標本抽出法を提案し、実験的な調査の遂行によってその統計学的特性を方法論的に明らかにする。3)標本調査法に則った調査データに基づき、提案する標本抽出法の母集団に対する推定の精度、標本誤差および非標本誤差などの諸問題を統計的に分析する。4)調査地点において作成した住宅配置図や名簿を基に、世帯標本と個人標本を統計的に無作為に抽出するための効率的な個人標本抽出法をまとめる。今年度は、最終年度としてこれまで確立した方法論的枠組に基づいた標準的な標本抽出法と新しい標本抽出法による実験的面接調査によって得られた調査データの整理・分析を中心とし、具体的に上記の3)と4)を重点的に展開した。調査データを総合的に分析し、報告書の作成と調査データの公開を中心として遂行する。1)2つの調査に関しては、いずれもデータクリーニングと単純集計表作成の作業を完了させ、1次データ分析を進めてきた。2)新しい標本抽出法の母集団に対する推定の精度、標本誤差と非標本誤差の諸問題を検討し、新しい個人標本抽出法を取りまとめた。3)抽出名簿がない場合の個人標本抽出法の開発に関する研究成果の最終報告書を取りまとめ、国内外に配布し、公表した。4)国内外の様々な研究集会において本研究の一連の成果を発表し、関係機関の要請に応じて情報を提供してきた。
尿中の病原細菌の迅速な菌数計測法に関する研究

細菌は一ミクロン程度の大きさであるので2ミクロン以上の大きさを必要とする従来のフローサイトメーターでは液体中の菌数の正確な測定は出来なかった.カバーグラス表面を蛍光標識した菌液を流し、CCDカメラでモニターする新しいフローサイトメーターでは0.25ミクロンの大きさの粒子を計測できるため液体中の菌数をフローサイトメーターで瞬時に計測する道が開けた.我々は生きた菌をカルセインで蛍光染色し,死んだ菌をエテイヂウムホモダーマーの蛍光で染める方法を利用して尿中の菌数の計測を試みた.尿100マイクロリットルを900マイクロリットルの上記染色液に加え10分間待った後,フローサイトメーターで計測した.その結果,1) 1万個//ml以上の感染尿の菌はカルセイン蛍光に染まり瞬時に計測することができた.2) 2種類の細菌に感染した感染尿では蛍光,及びサイズの違いがフローサイトメーターで識別することができ,混合感染尿を瞬時に診断することが出来た.この際も菌数は一万個/ml以上必要であった.カルセインで染色する方法では菌種の特定が出来ないため,抗体を使った方法を試みた.まずLPS抗体を使った染色で頻度の高い腸内細菌及び緑膿菌を染めることが出来た.一方グラム用陽性菌のペプチドグリカンに反応するレクチンを使用した染色でグラム陽性菌を染色しグラム陽性菌と陰性菌を識別する方法を試みたがレクチンの特異性が低く充分な鑑別が出来なかった.以上の結果からカルセインで染色する方法は感染尿の診断に利用できることが判明した.尿が細菌感染しているかどうかが簡単な染色で10分程度で判断できるため臨床応用ができる.細菌は一ミクロン程度の大きさであるので2ミクロン以上の大きさを必要とする従来のフローサイトメーターでは液体中の菌数の正確な測定は出来なかった.カバーグラス表面を蛍光標識した菌液を流し、CCDカメラでモニターする新しいフローサイトメーターでは0.25ミクロンの大きさの粒子を計測できるため液体中の菌数をフローサイトメーターで瞬時に計測する道が開けた.我々は生きた菌をカルセインで蛍光染色し,死んだ菌をエテイヂウムホモダーマーの蛍光で染める方法を利用して尿中の菌数の計測を試みた.尿100マイクロリットルを900マイクロリットルの上記染色液に加え10分間待った後,フローサイトメーターで計測した.その結果,1) 1万個//ml以上の感染尿の菌はカルセイン蛍光に染まり瞬時に計測することができた.2) 2種類の細菌に感染した感染尿では蛍光,及びサイズの違いがフローサイトメーターで識別することができ,混合感染尿を瞬時に診断することが出来た.この際も菌数は一万個/ml以上必要であった.カルセインで染色する方法では菌種の特定が出来ないため,抗体を使った方法を試みた.まずLPS抗体を使った染色で頻度の高い腸内細菌及び緑膿菌を染めることが出来た.一方グラム用陽性菌のペプチドグリカンに反応するレクチンを使用した染色でグラム陽性菌を染色しグラム陽性菌と陰性菌を識別する方法を試みたがレクチンの特異性が低く充分な鑑別が出来なかった.以上の結果からカルセインで染色する方法は感染尿の診断に利用できることが判明した.尿が細菌感染しているかどうかが簡単な染色で10分程度で判断できるため臨床応用ができる.
消化器腫瘍の遺伝子診断法開発とその実用性評価

1)肝癌検出におけるAFP mRNAの意義研究目的に述べた方法により、肝癌患者の抹消血を用いて流血中肝癌細胞の検出を試みた。肝癌患者全体の52%の例にてAFP mRNAが陽性であった。陽性例では肝内の腫瘍体積、および血清AFP値が陰性例に比較し有意に上昇していた。また、遠隔転移陽性例においては100%の症例において血中AFP mRNAが陽性であった。当科に入院した81例の肝癌患者について平均33ヶ月、4年にわたり、血中AFP mRNAの有無と患者の予後をprospectiveに追跡し、肝癌患者の予後因子としてのAFP mRNAについて検討を重ねた。その結果、治療にもかかわらずAFP mRNAが持続陽性を示した例では生命予後が悪く、遠隔転移も高率にみられた。逆に治療によりAFP mRNAが陽性から陰性に変化した例では患者予後が良好であった。これらの結果より、AFP mRNA陽性は血中での肝癌細胞の存在を強く示唆し予後不良の徴である一方で、その陰転化は治療効果を反映するものと考えられた。3)肝癌におけるras遺伝子変異研究目的に述べた方法により、allele specific PCRを行ったところ、1万個の細胞中に1個の変異遺伝子を有する癌細胞が存在しても検出しうる高感度の方法であることが示された。実際、膵癌症例の膵液中においてもras変異が高率に検出された。しかし、多数例の解析の結果、膵癌以外の症例(胆石例や膵管の過形成例)にてもras変異が検出されることが判明した。したがって膵癌診断の精度を上げる目的で、変異rasを判定量する方法を開発し、膵癌、非膵癌症例を再解析した。膵癌では変異ras量はほぼ1-10%以上であるのに対して非膵癌疾患では0-1%であり、本法が膵癌診断に有用である可能性が示された。肝細胞癌、膵癌を対象とし、血液や体液中または便中に存在する癌細胞をその遺伝子的異常を利用し遺伝子増幅法で同定することにより癌の遺伝子的診断を試みた。膵癌はras遺伝子の変異を指標とした。プライマーの3′末端を修飾し変異した遺伝子のみを釣り上げるAllele specific PCR法を使用し、たとえ1万個の細胞中に1個の遺伝子変異を有する癌細胞が存在しても拾いあげることを可能とした(Tada et al. Cancer Res 1993)。しかし本法で膵癌の診断を目的として多数例で膵駅を解析したところ、膵癌症例のみならず胆石症例等よりも変異ras遺伝子が検出されることがあることが判明した。最近膵疾患に無関係な一般部検例の膵臓に存在する膵管過形成よりrasの変異が検出されることが明らかとなっている(Tada et al. Gastroenterology、1996)。この変異を持つ過形成由来の細胞が膵液にも含まれるために非膵疾患例からもこの異常遺伝子が検出されたと想定される。そこで変異rasを半定量する方法を開発し、膵癌、非膵癌症例の膵液を再解析した。膵癌で範囲ras量はほぼ1-10%以上であるのに対して非膵疾患では0-1%であり、膵癌の診断に有用である可能性がある。今後さらに症例数を増やして検討する。我々は、血中AFP mRNAの存在と肝細胞癌患者の臨床病態との関連性を調べる目的でこれまで検討をすすめてきた。今回、当科に入院した81例の肝癌患者について平均33カ月、4年にわたり、血中AFP mRNAの有無と患者の予後をprospectiveに追跡し、肝癌患者の予後因子としてのAFP mRNAについて検討を重ねた。

その結果、治療にもかかわらず、AFP mRNAが持続陽性に示した例では生命予後が悪く、遠隔転移も高率にみられた。逆に治療によりAFP mRNAが陽性から陰性に変化した例では患者予後が良好であった。これらの結果より、AFP mRNA陽性は血中での肝癌細胞の存在を強く示唆し予後不良の徴である一方で、その陰転化は治療効果を反映するものと考えられた。今後はこの検査のルーチン化をめざし、臨床での有用性をさらに確認していきたい。また、近年癌化の機序としてhMSH2,hMLH1など修復遺伝子の異常が注目されており、こうした修復遺伝子の異常によってマイクロサテライト領域にみられるGA,CAのような2塩基の繰り返し数や、Adenineの連続配列であるpoly A stretchの数が変化することが知られている。VogelsteinらはTGF βII型受容体遺伝子の塩基配列中のpoly A stretchやGT repeatの数が遺伝性非ポリポ-シス大腸癌患者で変化していることを報告した。我々は、胃癌、大腸癌、胆嚢癌および肝癌検体を用いて、TGF βII型受容体遺伝子の異常を検索した。その結果、胃癌10%、大腸癌24%、胆嚢癌20%で遺伝子異常が発見された。しかも変異のみつかった大腸癌は全例回盲部に存在していた(Togo et al.Cancer Res.1996,56:5620-3.)。この結果は消化器癌の発生機序の一つに修復遺伝子異常が関与することを示唆するものであり、さらに研究をすすめていきたい。我々は、血中有核球中のAFP mRNAの有無をnested RT-PCR法により検出し、その有無と臨床経過をprospectiveに追跡し、前年度に報告したように末梢血AFP mRNAの有無が流血中に存在する肝癌細胞の存在を強く示唆することを確認した。今年度はその手法の感度をあげ、腫瘍径の小さい早期肝臓癌患者においても頻度は少ないものの、流血中での腫瘍細胞が検出しうることを明らかにした。また、流血中に腫瘍細胞を放出する癌原発巣の治療により抹消血でのAFP mRNAが陰転化することを示した。今後腹部超音波検査の進歩によってますます径の小さい肝癌の増加が予想されることより、治療の指標としての本マーカーの測定は意義あるものと考えられる。今後は流血中のAFP mRNA数の変化を観察し、抹消血中の腫瘍細胞の定量的考察もすすめていく。
フィットクローム分子の代謝にかかわるプロテアーゼの検出と特性

暗黒下で赤色吸収型(Pr)としても生合成されたフィトクロムは,赤色光照射後,近赤外光吸収型(Pfr)に交換し,様々な光形態形成現象を引き起こすとともに生体内ですみやかに分解される.従来,活性型であると考えられてきたPfrが急速に分解されることは, Pfrの分解が光情報の伝達において重要な意味を持つ可能性を示す.我々はフィトクロムによる光情報の伝達機構を研究する一環として, Pfrを特異的に分解するプロテァーゼの性質を各種阻害剤を用いて検討した.黄化アラスカエンドウの七日目の芽ばえから上部2mmを切り出し,各種阻害剤を与え, (時間の暗処理後, 3時間の赤色光照射を行った.それ等α材料を用いSDS-PAGE及びイムノプロッティングを用い,抗フィトクロム抗体でフィトクロム検出,解析を行った.結果は以下の通りである.(1)invivoでのPfrの分解は,分光学的及び免疫化学的にほぼ同じ動向を示し,半減期は約90分であった.(2)DFP, TLCK, Leupeptin等αセリンプロチアーゼの阻害剤によってPfr分解が抑えられることから,目的とするプロテアーゼはトリプシンtypeαセリンプロテアーゼであると考えられる.(3)Ophenanthrolin, α2'-dripyridyl, EDTA等のキレーターは, Dfr分解を抑え,又,金属による分解活性の回復実験から, Fe^<2+(3+)>, Zn^<2+>を必要とすることがわかった.(4)アサイド,アンチマイシンA, CUP,オリゴマイシン等のATP産生系の阻害剤は, Pfr分解を強くすることから, ATDが必要であると考えられる.以上の結果から, Pfrを特異的に分解するプロテアーゼは,トリプシンtypeセリンプロテアーゼであり,分解にはFe, Znを要求し, ATP依存性であることが示唆された.暗黒下で赤色吸収型(Pr)としても生合成されたフィトクロムは,赤色光照射後,近赤外光吸収型(Pfr)に交換し,様々な光形態形成現象を引き起こすとともに生体内ですみやかに分解される.従来,活性型であると考えられてきたPfrが急速に分解されることは, Pfrの分解が光情報の伝達において重要な意味を持つ可能性を示す.我々はフィトクロムによる光情報の伝達機構を研究する一環として, Pfrを特異的に分解するプロテァーゼの性質を各種阻害剤を用いて検討した.黄化アラスカエンドウの七日目の芽ばえから上部2mmを切り出し,各種阻害剤を与え, (時間の暗処理後, 3時間の赤色光照射を行った.それ等α材料を用いSDS-PAGE及びイムノプロッティングを用い,抗フィトクロム抗体でフィトクロム検出,解析を行った.結果は以下の通りである.(1)invivoでのPfrの分解は,分光学的及び免疫化学的にほぼ同じ動向を示し,半減期は約90分であった.(2)DFP, TLCK, Leupeptin等αセリンプロチアーゼの阻害剤によってPfr分解が抑えられることから,目的とするプロテアーゼはトリプシンtypeαセリンプロテアーゼであると考えられる.(3)Ophenanthrolin, α2'-dripyridyl, EDTA等のキレーターは, Dfr分解を抑え,又,金属による分解活性の回復実験から, Fe^<2+(3+)>, Zn^<2+>を必要とすることがわかった.(4)アサイド,アンチマイシンA, CUP,オリゴマイシン等のATP産生系の阻害剤は, Pfr分解を強くすることから, ATDが必要であると考えられる.以上の結果から, Pfrを特異的に分解するプロテアーゼは,トリプシンtypeセリンプロテアーゼであり,分解にはFe, Znを要求し, ATP依存性であることが示唆された.
一流野球選手の眼球運動と視覚認知能力の解析

野球の投手が投げる140km/hのボールを打者から見ると、その角速度は1000deg/sを超える。それでも、一流打者はいとも簡単にボールを打つことができる。このことは野球選手が近く認知能力に優れていることを示している。本研究ではこの能力を明らかにするため、一流打者の眼球運動-知覚系の特例を検討した。その結果、野球選手は高い眼球運動速度を持ち、これが優れた認知能力の基礎となっていることが明らかになった。また、打者がどのような視覚情報を使っているかを、打撃時に視界遮蔽を行って検討した結果、打者はボールリリースから150ms程度のごく初期の視覚情報を使っていることが明らかとなった。野球の投手が投げる140km/hのボールを打者から見ると、その角速度は3m手前では100deg/s、打者の前を通過する際には1000deg/sを超える。野球選手は一般人に比べて眼球運動が速いが、その上限は800deg/sに過ぎない。それでも、一流打者はいとも簡単にボールを打つことが出来る。このことは、野球選手が眼球運動ばかりでなく、知覚認知能力にも優れていることを示している。本研究では、野球選手のこの能力を明らかにするため、一流打者の眼球運動-知覚系の特性を、最近開発したシステムを用いて検討する。特に本年度は野球選手の優れた知覚認知能力が速い眼球運動の能力によるのか、あるいは網膜上のターゲットが動いてもそれを認識する能力が優れているのかを野球選手と一般の被験者を対象に比較した。その結果野球選手は一般人に比べて速い眼球運動速度をしかも短い潜時で達成していることが明らかになった。しかし、retinal slipに対する刺激の認識成績は一般人と差はなかった。この結果は野球選手の高い動的な視覚認知能力は対象を追跡する眼球運動速度が高いためであることを示唆する。この能力が長期間のトレーニングによるものか、あるいは先天的に高い能力を持ったものが野球選手として生き残ったのかは今後の検討課題である。また本年度は野球選手が視覚的に特定した目標位置(ボール)に対してどれだけ正確にバットをコントロールできるか、そしてそことあえて異なる場所にバットを運ぶときの正確性について検討した。その結果、一流野球選手でも実際のボールではない場所(ボールの一つ上の位置)にバットを運ぼうとすると正確にはできないことが明らかとなった。例えば、「ホップ」するように見えるピッチャーのボールとあえて思った位置よりも高くねらってバットをスイングしても上手く行かない可能性が示唆された。野球の投手が投げる140km/hのボールを打者から見ると、その角速度は打者の前を通過する際には1000deg/sを超える。野球選手の眼球運動は800deg/sに過ぎない。それでも、一流打者はボールを打つことが出来る。特に研究室内の基礎実験に加え、実際の打撃シーンにおいて眼球運動-知覚系の特性とパフォーマンスの関係を定量化する。パフォーマンス向上につながるような「眼球運動-知覚戦略」を選手に提供できるような知見が得られるものと期待される。24年度は研究分担者の内田が明らかにしている「定位誤り」について野球選手の特性を厳密に計測した。被験者は大学野球部の打者、野球経験のない一般人、各6名とした。秒画率100Hzの液晶プロジェクターを用いて、スクリーン上を水平方向に高速運動するターゲットの色を運動中に任意のリファレンス点で赤から緑に変化させた。視覚刺激の移動速度は素早い眼球運動(サッケード眼球運動)を必要とする8条件(100,200,300,400,500,600,700,800°/sec)とした。被験者は、毎試行後に、変化が知覚された位置をスクリーン上に示されたリファレンスに従って口答により回答した。。実験の結果、運動速度によって知覚された変化位置が有意に異なった(p < 0.01)。下位検定の結果、100°/sec, 200°/sec条件とその他の全ての運動速度の定位誤りの大きさに有意な差が認められた(p < 0.05)。この結果は、変化位置は同じであるにも関わらず、運動速度が100°/secもしくは200°/secの時よりも300800°/secの時に変化位置がターゲットの眼球運動方向に大きくシフトして知覚されたことを示している。二年間で、、一流打者の眼球運動-知覚系の特性を、最近開発したシステムを用いて検討する。特に(1)研究室内の基礎実験に加え、(2)実際の打撃シーンにおいて眼球運動-知覚系の特性とパフォーマンスの関係を定量化する計画であった。

特に24年度は(1)を重点的に行い、計画通り研究は進行した。現在その結果を論文として投稿中で間もなく成果として発表できる。次年度は、、特に(2)実際の打撃シーンにおいて眼球運動-知覚系の特性とパフォーマンスの関係を定量化する、の部分を重点的に行う。すでに24年度中に予備実験をおこなって、測定系は確立している。予定通り、研究は遂行できる。723円を次年度に使用する。これは主として消耗品代に充当する。
誘電体共振器応用生体試料用ESR顕微鏡装置の開発と癌組織等難治疾患の診断への応用

I.高速磁場帰引型TEモ-ドピンホ-ル共振器応用漏洩マイクロ波利用表面走査方式2次元ESRイメ-ジング装置、II.3次元磁場勾配生成イメ-ジングコイル付TM110モ-ド共振器応用試料温度可変機構付きESRーCT装置、III.TE01δモ-ド誘電体共振器応用3次元ESR顕微鏡用ESRーCT装置、IV.TE011モ-ド共振器用及びTM110モ-ド共振器用挿入型3次元イメ-ジングコイル付き簡易型ESRーCT装置、V.TE01nモ-ドラ-ジホ-ル共振器採用液体窒素吹付型イメ-ジングコイル冷却型画像高分解能仕様3次元ESRーCT装置を試作・開発し、これら装置のコンピュ-タ自動化を行なった。特にI、IIの装置を用いて、含水性でしかもESR信号の微弱なB16メラノ-マ産生のメラニンラジカルのESR信号でESRイメ-ジング像等生体関連試料のESRーCT測定に成功した。またアラニン及び蔗糖、乳糖、葡萄糖のESRイメ-ジングプレ-トの開発を行い、各種放射線の照射を行い2次元及び3次元のESRイメ-ジング像を観測した。これよりESRーCTによる放射線の3次元検出器の基礎研究とESRーCT放射線計測システムを構築した。ESRーCT(イメ-ジング)装置を試作し癌組識等生体物質にまた糖及びアミノグレ-の放射線測定用イメ-ジングプレ-トを開発する目的で以下の3種類のESRーCT用共振器を試作した。1.高速磁場掃引型表面走査方式2次元ESRイメ-ジング装置:TE102モ-ドXバンドマイクロ波漏洩用ピンホ-ル共振器に内部及び外部変調コイル、内部標準物質設置機構、コンピュ-タ制御XY試料走査用ステッパ-、ラピッドスキャンコイルによる高速磁場掃引と積算によるS/N比の改善、GPーIBによるコンピュ-タ全自動化を行い、化石クリノイド(Mn^<2+>のESR)、天然メラニン及びマウスB16メラノ-マ産生のメラニン(ラジカル)のESRイメ-ジング像の測定に成功した。(ESR応用計測研究会及びESR討論会で報告)さらに感度と画像分解能の改善を行なっている。2.高速磁場掃引型3次元イメ-ジングコイル付きTMモ-ドESRーCT装置の試作を行なった。誘電ロスに強く従って含水性の生体試料測定に適し、比較的大きな試料が設置でき、かつ磁場勾配が大きくでき従ってESR顕微効果のあるTMモ-ド共振器にアンチヘルムホルツコイル、縦及び横8の字の3次元イメ-ジングコイルと、高速磁場掃引と積算によるS/N比が改善できるラピッドスキャンコイルを外部に設置した。100kHz変調コイルを内蔵し、試料温度可変装置も設置できる。現在磁場勾配の線形性等の性能・仕様の検査及びマウスの肺に転位させたメラノ-マのイメ-ジング測定と、ESR線量計材料によるESRイメ-ジングプレ-トの開発を行なっている。3.生体試料用誘電体共振器応用3次元ESR顕微鏡を試作する目的でTE01δモ-ド誘電体共振器を試作しMgO:Mn^<2+>のESR測定に成功した。現在感度等の改良と平行してイメ-ジング仕様に改造中である。(日本物理学会、日本薬学会、ESR応用計測研究会で報告予定)1.以下の5種類のESRーCT(イメ-ジング)の装置の試作、開発を行なった。(1)局所信号検出法の高速磁場掃引型TE102モ-ドピンホ-ル共振器応用漏洩マイクロ波利用表面走査方式2次元ESRイメ-ジング装置。磁場勾配法の(2)高速磁場掃引型3次元イメ-ジングコイル付TM110モ-ド共振器応用試料温度可変機構付きESRーCT装置、(3)TE01δモ-ド誘電体共振器応用3次元SR顕微鏡、(4)

TE0011モ-ドユニバ-サル共振器用及びTM110モ-ド共振器用挿入型3次元イメ-ジングコイル付き簡易型ESRーCT装置(5)TE01nモ-ドラ-ジホ-ル共振器採用液体窒素吹付によるイメ-ジングコイル強制冷却型3次元ESR顕微鏡。2.試作した各種ESRーCT装置は以下の日本電子製のESR分光器とラピッドスキャン装置、ノイズ除去用のロックインアンプ、ディジタルオシロスコ-プ、試料操作用ステッパ-付きXーY(-z)ステ-ジ、デ-タ取り込み用のPCー9800VX2パソコン等とともに構成されている。これらはGPーIBを介して結合され、繰り返し磁場掃引と積算によるS/N比の向上等の各種測定モ-ドはコンピュ-タ自動化されている。3.上記の試作のESRイメ-ジング装置をもちいて以下の研究を行い、放射線3次元計測システムを構築した。(1)メラニン及びマウスのB16メラノ-マ産生のメラニンラジカル及び化石試料中の遷移金属のイオンESRイメ-ジング測定を行なった。2次元FFTとWiener Filter用い画像処理を行なった。(2)アラニン及び各種糖類で放射線計測用ESRイメ-ジングプレ-トを開発、電子線等を照射して研究、3次元放射線計測システムを構築した。(3)Back Projection法、ART法等画像再構成法で磁場勾配法でもESRーCT画像解析を行なった。(4)磁気モ-メント法や有限要素法で磁場勾配コイルの磁場解析を行い線形性のよいコイル開発を行なっている。
AIHの発症進展へのスルファチド反応性NKT2細胞、インスリン抵抗性の関与の解析

自己免疫性肝炎(AIH)の発症進展へのNKT2細胞、インスリン抵抗性の関与を明らかにする目的で検討を行い、以下の結果を得た。(1)肝炎の病態形成にNKT1細胞が、その回復にNKT2細胞が関与している可能性が示された。(2) NKT1/NKT2バランスは肝内Treg、CD8細胞の動態には影響を及ぼさないことが示された。(3)肝炎期ではCD4、CD8細胞におけるDAMP受容体RAGE、TLR4、TLR9発現増強、NKT1、NKT2細胞におけるRAGE、TLR9の発現増強、TregにおけるRAGE、TLR9の発現増強を認め、これら発現増強は炎症性サイトカインにより誘導された。(4) IRが肝炎慢性化に、CD4によるTh1サイトカイン産生増強、NKT細胞数増加、Th1系サイトカイン産生増強を介して影響する可能性が示された。§AIH発症時のNKT1/NKT2バランス動態と他の免疫動態との関連の解析*NKT1/NKT2バランスの解析肝炎期、改善期の肝臓をpronase/collagenase処理しリンパ球分離液を用いた比重遠心により肝内浸潤単核球を得て、NK1.1抗体とNKT1が優先的に使用するVα14に対する抗体、NKT2が優先的に使用するVα3.2に対する抗体を用いたFACS解析により各病期における肝内NKT1/NKT2細胞数比を定量的に評価し、同じ抗体を用いた免疫組織化学検討によりNKT1、NKT2の肝内分布について検討した。その結果、肝炎期にはNKT1細胞数が多く、一方、回復期にはNKT2細胞数が多く、免疫組織化学的検討においても、NKT1、NKT2の肝内分布は、肝炎期にはNKT1細胞、回復期にはNKT2細胞が優位であることが明らかとなった。以上より、肝炎の病態形成にはNKT1細胞が、その回復にはNKT2細胞が関与している可能性が示された。その結果、NKT1/NKT2バランスと肝内Treg、CD8細胞浸潤の程度の間には、なんらの有意な相関を認めることはなかった。以上の結果から、NKT1/NKT2バランスは肝内Treg、CD8細胞の動態には影響を及ぼさないことが明らかにされた。〓AIH発症時の肝内免疫細胞のDAMP受容体発現肝炎期、改善期の肝内浸潤DC、CD4、CD8、NKT1、NKT2、TregのDAMP受容体(HMGB1:RAGE、TLR2・4、核酸:TLR9)発現をFACS、RT-PCRにより蛋白、遺伝子レベルで検討した。肝炎期では、CD4、CD8細胞のRAGE、TLR4、TLR9発現の増強を認めたが、TLR2発現の変化はなかった。NKT1、NKT2細胞ではいずれもRAGE、TLR9の発現増強を認めたが、TLR2、TLR4の発現増強は見られなかった。またTregにおいてはRAGE、TLR9の発現増強を認めたが、TLR2、TLR4の発現増強は見られなかった。これらの発現変化は蛋白、遺伝子いずれのレベルにおいても認められ、両者間の差異は見られなかった。一方、改善期には、CD4、CD8で見られたRAGE、TLR4、TLR9発現増強は減少していた。またNKT1細胞におけるRAGE、TLR9の発現増強が減少したのに対し、NKT2細胞におけるそれら分子の発現増強は維持されていた。TregにおけるRAGE、TLR9の発現増強は維持されていた。また同じ方法で炎症性サイトカイン(IFNγ、IL-6、IL-17)、抗炎症性サイトカイン(IL-10、TGFβ)による各免疫細胞のDAMP受容体発現への影響を検討したところ、CD4、CD8細胞においてはIFNγによるRAGE、TLR4、TLR9発現増強が見られたが、TLR2発現増強は見られなかった。しかしIL-17はCD4、CD8細胞におけるこれら分子の発現にはなんら影響を及ぼさなかった。一方、IL-10はこれら分子の発現増強を軽減したが、TGFβはなんら影響を及ぼさなかった。現在、NKT1、NKT2細胞、TregにおけるDAMP受容体発現への炎症性、抗炎症性サイトカインの影響を検討している。@IRにともなう免疫環境変化がAIHの発症進展、免疫病態に及ぼす影響の解析§ob/obマウスで作製したAIHモデルの病像、免疫病態解析とコントロールとの比較:IR状態にあるC57

BL/6・ob/obマウスを用いて前年度と同様のAIHモデルを作製、血清ALT、肝組織像を経時的に検討し野生型C57BL/6で作製したモデルと比較して、IRの存在がAIH発症に及ぼす影響を解析した。その結果、IRマウスでは野生型に比較して血清ALT値の有意な上昇を認めたが、肝内の炎症増強像はみられなかった。またIRマウスでは野生型にみられた自然改善が見られず、IRが肝炎慢性化に影響する可能性が示唆された。さらに肝内浸潤CD4の肝細胞反応性、サイトカイン産生プロファイル、CD8の肝細胞障害性、CD25/Foxp3陽性Treg数とCD25陰性細胞増殖抑制能、NKT数とサイトカイン産生プロファイルを経時的に分析しIRによる肝内免疫環境変化を検討したところ、CD4、CD8の量的、質的動態には変化がないが、CD4によるTh1サイトカイン産生が増強していた。またNKT細胞数が増加し、そのTh1系サイトカイン産生も増強していた。§IR改善剤投与によるAIH治療効果の検討:上記検討でob/obマウスでAIHの増悪が見られたため、IR改善作用を持つPPARγアゴニスト投与による肝炎改善、肝内免疫環境改善効果を検討したところ、ALT値の若干の改善が見られたが、CD4によるTh1サイトカイン産生増強、NKT細胞数増加、そのTh1系サイトカイン産生増強にはPPARγアゴニストはなんらの影響も及ぼさなかった。交付申請書に記載した計画の約70%を施行することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画書に記した予定通り、今後はインスリン抵抗性と免疫動態の関連の解析を行う予定である。
ケーブルに現われる動的非線形分岐応答とカオスの解析および実験

ケーブルの動特性の特異な挙動として、分岐型の応答が発生することである。本研究はケーブルの非線形運動方程式を用いて、研究代表者らが開発した非線形分岐応答解析を用いて解析を行い、ケーブルの分岐応答およびカオス的挙動をサグ比および材料パラメーターのもとに明らかにする。(1)ケーブルの変動軸力のもとに生ずる分岐に伴う振動現象については、斜張橋をモデルに国内外で複数の研究が行われるようになってきた。支点が固定された場合のモデルよりももっと現実に近い形のモデルも提案されているので、モデルの改善も検討した。支点が動きうるケーブルの動的安定性を明らかにして、その動的安定性を支点が動かない場合と比較した。(2)ケーブルの分岐振動である1/2分数調波共振の近傍にカオス的解が存在することを確認した。これまでカオスの解析の実績がないので、カオスの数値計算に当たって、初期条件の設定、時間領域の取り方、カオスの現象の確認、周期からカオスへの移行形態、効率的な計算方法、結果の表示方法の検討を行った。これらの試行錯誤の結果、1/2分数調波共振の近傍のカオス的挙動および超分数調波共振の近傍のカオス的挙動ならびにカオスの発生に及ぼすケーブルの形状・材料特性を明らかにした。(3)対称加振のもとに生ずるケーブルの逆対称振動を非線形分岐振動の立場から解析した。これより、風による流体力の効果のみならず、非線形連成現象から逆対称振動が励振されることを明らかにした。この現象を実験によって確認するために、振動実験による現象の確認を継続中である。本研究は、幾何学的非線形性が強く非線形項を考慮しなければ現象の説明が不可能なケーブルの分岐型の振動とカオスを解析するものである。本年度の研究で得られた研究成果は次のとおりである。(1)斜張橋の主塔や主桁の振動にともなって生ずる変動軸力を受けるケーブルにたわみ振動が生ずる分岐問題を支点の軸方向変位が変形に対して固定された場合と、一端固定・他端が自由で変動軸力が与えられる場合について解析した。この結果、支点の変位が拘束された場合には、係数励振振動のみが生じるのに対して、支点の変位が許された場合には係数励振振動と強制振動が同時に存在することを示した。本年度は、支点が許された場合の解析を行い、変動軸力のもとに生ずる動的応答をサグ比、加振力、減衰力などのパラメーターのもとに詳しく解析した。(2)正弦波外力のもとに生ずるケーブルに生ずる1/2分数調波共振とその近傍のカオス的挙動を解析した。1/2分数調波共振を調和バランス法を用いて解析し、カオス的挙動の解析には時間応答解析法を採用した。カオスの発生条件とカオスの表示法の検討に時間を費やしたが、パワースペクトル、位相面表示およびポアンカレマップによる表示法を採用した。カオスの発生領域に及ぼす荷重振幅、サグ比の影響を評価した。(3)ケーブルの振動実験で、分岐型の応答を明らかにするために、レーザー変化を購入した。この変位計を用いてケーブルの相対変位を計測する準備をしている。面内加振のみであっても面外加振が連成する面内・面外連成応答が生ずることや励振力の分布が対称にもかかわらず、発現モードが対称から逆対称へ、逆対称から対称へ遷移することが知られている。また、斜張橋の主桁や主塔の面内振動によって、ケーブルに面外振動が生ずる。そこで、本研究はケーブルの非線形運動方程式を用いて、研究代表者らが開発した非線形分岐応答解析を用いて解析を行い、ケーブルの分岐応答およびカオス的挙動をサグ比および材料パラメーターのもとに明らかにする。

(1)ケーブルの変動軸力のもとに生ずる分岐に伴う振動現象については、斜張橋をモデルに国内外で複数の研究が行われるようになってきた。支点が固定された場合のモデルよりももっと現実に近い形のモデルも提案されているので、モデルの改善も検討した。支点が動きうるケーブルの動的安定性を明らかにして、その動的安定性を支点が動かない場合と比較した。(2)ケーブルの分岐振動である1/2分数調波共振の近傍にカオス的解が存在することを確認した。これまでカオスの解析の実績がないので、カオスの数値計算に当たって、初期条件の設定、時間領域の取り方、カオスの現象の確認、周期からカオスへの移行形態、効率的な計算方法、結果の表示方法の検討を行った。これらの試行錯誤の結果、1/2分数調波共振の近傍のカオス的挙動および超分数調波共振の近傍のカオス的挙動ならびにカオスの発生に及ぼすケーブルの形状・材料特性を明らかにした。(3)対称加振のもとに生ずるケーブルの逆対称振動を非線形分岐振動の立場から解析した。これにより、風による流体力の効果のみならず、非線形連成現象から逆対称振動が励振されることを明らかにした。この現象を実験によって確認するために、振動実験による現象の確認を継続中である。
ＡＩ遠隔医療プラットホームを活用した小児外科医療資源最適化への挑戦

音声・カメラ通信システムはほぼ完成し、wifi環境さえ整えば問題なく通信ができるようになり、昨年度まで生じていた通信エラーは解消され、いつでもどこでも通信による遠隔医療が可能となった。セキュリティーも問題ないことが確認でき、画像の転送やマーキングなどのずれが解消できリアルタイムにシステムを使った詳細なディスカッッションが可能となった。患者の映像も非常に鮮明で、腹部の色調や腫脹、活気などに関しても詳細な情報が、直接目で確かめられることから、耳からの情報だけでは得られない有用な情報を得て診療支援に大きく役立っている。研究開発に賛同する全国の小児科・新生児科との遠隔医療連携を開始した。当院での遠隔対応を24時間とし、各病院からの問い合わせに対して診療支援を開始した。50件ほどの実績ができ、不具合の検証もすすみ、現在は運用面やコストの削減に力を入れている。具体的には、画像の質や機能を少し落とし、通信速度を保ったままwifi環境が不十分でも仕様のできる、海外を含む超遠隔地向けのバージョンや、厳重なセキュリティーの必要のない場合で使用できるサーバーを経由したバージョンを作成した。もう一つの課題である「自動問診システム」がほぼ完成し、過去の症例10件での検証を行い精度を確かめている。新生児症例は問題なく、精度を上げるために引き続き100件ほど入力し検証を行う予定である。新生児に関しては、システムの運用を開始した。新生児以外の問診票に関しては、新生児の問診を前向きに行ってAI機能のプログラムの仕方を検討したのち行う予定である。症例数が少なく、自動問診システムの精度が上がらず、開発に時間がかかっている。自動問診システムを完成させ、前向きに情報を収集し、AIによる診断機能の精度を高めていく。各病院に配布し遠隔診療を拡充させる。新生児以外の問診票に関しては、新生児の問診を前向きに行ってAI機能のプログラムの仕方を検討した後に行う予定である。超遠隔地や海外でも使用可能な別バージョンのシステムを作成する。サーバーを経由しないセキュアな通信を完成させ、病院間の通信を開始した。セキュアであることは証明されたが、仕様の問題点を改善し誰でも簡単に操作できるよう何度も改良を重ねた。共同研究施設での倫理委員会の承認を得ることができ、現在は通信を自由に行える状況となった。2018年1月から郊外の病院からの症例提示に対する合同カンファレンスを開始した。通信は問題ないが画像の精度が低いためさらなる開発を行なっている。その他3箇所の病院との通信を行い遠隔カンファレンスは成功している。モニター、通信ツールなどのデバイスは完成し、現在は仕様の改善を行っている。自動問診ツールはデータ収集は終了し、解析中である。DICOMと連携した画像通信ツールの開発を開始した。双方向に画像に書き込みができるツールも開発し、あたかも隣にいるかのように同時に画像を覗き指をさすことができるようになった。小児外科医のいない病院もしくは小児外科医が1人のみの病院と通信を結び支援を開始した。データ通信は問題なく行えるようになったが、wifi環境によっては不安定であり環境整備が必要となった。能動的ではなく受動的な通信開始が行えるよう、アラート機能(パトライト)の開発を始めた。同時に自動問診ツールのためのデータを収集し、問診ソフトの改善とデータ解析を行っているが、データが少なく完成には至っていない。今後はさらなるデータの収集と問診ツールの開発、問診ツールの利用開始とその評価を進めて行く予定である。機器の整備は整い、試験的な運用を開始している。遠隔医療に関してのツールはほぼ完成したため、来年度は実際に使用しながら、改善に努める。自動問診ツールの作成を進める。

新生児に関しては、システムの運用を開始した。新生児以外の問診票に関しては、新生児の問診を前向きに行ってAI機能のプログラムの仕方を検討した後に行う予定である。超遠隔地や海外でも使用可能な別バージョンのシステムを作成する。
高速双腕ロボットによる高速協調マニピュレーションの研究

本研究では,高速マニピュレーションに関する一般的制御則を構築した上で,2台の高速ロボットアームおよび高速ビジョンシステムから成る双腕ロボットによる高速マニピュレーションに応用することで,高速マニピュレーションを応用展開するための基盤となる研究を行った.前年度は,仮想接続マニピュレーション法の構築,マニピュレーション法に必要となる仮想接続拘束の導出,高速双腕ロボットシステムの構築,ロボットシステムの動作実験の研究項目を実施した.本年度は,前年度に構築した2台のロボットアームおよび実時間で対象物の計測を行う高速ビジョンから成る高速双腕ロボットシステムを用いて,提案した仮想接続マニピュレーションの検証を行った.検証実験では,制御対象として事前研究で使用していた市販のフラワースティックを使用した.動作検証として,フラワースティックのアイドリング動作の実現を試みた.アイドリング動作は,ロボットアームでフラワースティックの上半分を高速に交互にたたき上げるジャグリング動作である.アイドリング動作の仮想接続拘束を設定し,仮想接続マニピュレーション法による双腕ロボットの制御則を実装し,フラワースティックのアイドリング動作実験を試行した.検証実験において,2,000Hzのビジュアルフィードバックを含むロボットシステムが正常に動作することを確認した上で,高速双腕ロボットシステムがフラワースティックのアイドリング動作が実現できることを確認した.本研究では,高速マニピュレーションに関する一般的制御則を構築した上で,2台の高速ロボットアームおよび高速ビジョンシステムから成る双腕ロボットによる高速マニピュレーションに応用することで,高速マニピュレーションを応用展開するための基盤となる研究を行う.本年度は,仮想接続マニピュレーション法の構築,マニピュレーション法に必要となる仮想接続拘束の導出,高速双腕ロボットシステムの構築,ロボットシステムの動作実験の研究項目を実施した.仮想接続マニピュレーション法の構築では,制御対象とロボットアームを関連づける拘束条件を設定することで非把持操作を可能とする手法を定式化し,高速マニピュレーションの一般的制御則として仮想接続マニピュレーション法を構築した.マニピュレーション法に必要となる仮想接続拘束の導出では,動力学シミュレーション環境を構築し,人間の動作を参考に導出した仮想接続拘束が想定している実機を用いて実現可能であることを確認した.高速双腕ロボットシステムの構築では,2台のロボットアームおよび実時間で対象物の計測を行う高速ビジョンから成る高速双腕ロボットシステムを構築した.ロボットシステムの動作実験では,フラワースティックの一部が地面に接触したアイドリング動作の実現を試みた.アイドリング動作は,ロボットアームでフラワースティックの上半分を高速に交互にたたき上げる技である.動作実験の結果,2000Hzのビジュアルフィードバックを含むロボットシステムが正常に動作することを確認し,初歩的なマニピュレーションを実現した.平成29年度に予定していたマニピュレーション法の構築や動力学シミュレーションによる確認を終え,平成30年度に計画していたロボットシステムの構築やその動作実験まで進捗しているため.本研究では,高速マニピュレーションに関する一般的制御則を構築した上で,2台の高速ロボットアームおよび高速ビジョンシステムから成る双腕ロボットによる高速マニピュレーションに応用することで,高速マニピュレーションを応用展開するための基盤となる研究を行った.前年度は,仮想接続マニピュレーション法の構築,マニピュレーション法に必要となる仮想接続拘束の導出,高速双腕ロボットシステムの構築,ロボットシステムの動作実験の研究項目を実施した.本年度は,前年度に構築した2台のロボットアームおよび実時間で対象物の計測を行う高速ビジョンから成る高速双腕ロボットシステムを用いて,提案した仮想接続マニピュレーションの検証を行った.検証実験では,制御対象として事前研究で使用していた市販のフラワースティックを使用した.動作検証として,フラワースティックのアイドリング動作の実現を試みた.アイドリング動作は,ロボットアームでフラワースティックの上半分を高速に交互にたたき上げるジャグリング動作である.アイドリング動作の仮想接続拘束を設定し,仮想接続マニピュレーション法による双腕ロボットの制御則を実装し,フラワースティックのアイドリング動作実験を試行した.検証実験において,2,000Hzのビジュアルフィードバックを含むロボットシステムが正常に動作することを確認した上で,高速双腕ロボットシステムがフラワースティックのアイドリング動作が実現できることを確認した.ロボットシステムは既に構築し,その基本動作検証も終えているため,構築したロボットシステムを用いて,より高度なマニピュレーションの実現を試みる.さらに,研究成果の学会発表や論文投稿を試みる.当初予定していた旅費を別経費で支出し,研究の進捗状況に合わせ,次年度購入予定であった物品を購入したが,差額が0にはならなかったため.差額分は,次年度の旅費として使用予定である.
経路選択的シナプス遮断法を用いた随意性眼球運動系の神経回路の障害とその再編

本研究は、サッケード眼球運動を訓練したサルにおいて、経路選択的シナプス遮断法を用いて特定回路を選択的に遮断し、その機能と障害の代償過程を解析し、サッケードの座標系が、従来言われている水平・垂直のデカルト座標系でなく、前庭半規管座標系であること、長い間不明であった随意性眼球運動のセントラルドグマと言われる「Listingの法則」の中枢神経機構を明らかにすることを目的とした。申請者らは、ネコの随意性サッケード系において、中脳上丘を介する脳幹水平・垂直サッケードの神経回路を同定し、上丘間興奮性交連結合回路(「Listingの法則」の神経基盤)を、細胞内記録とHRP細胞内染色の電気生理学的方法で明らかにした。この詳細に同定された神経回路に障害を起こし、その機能と代償過程を解析するため、伊佐、小林、渡辺により新たに開発された逆行性レンチウイルスベクター、順行性AAVベクターをサルの両側上丘に注入し、2重感染を起こして上丘交連細胞をラベルした。注入部位は、視覚刺激に対する電場電位を系統的に解析し、上丘を同定して注入部位を決定した。3週間後に脳を還流固定し、組織標本を作製し、染色された細胞を検討した。サルにおいて、初めて上丘間に交連細胞の存在することが明らかとなった。染色された細胞の数や染まり具合などから最適の注入量、注入部位を検討した。これにより注入条件を決めることができた。さらに、2頭目の実験では、サルに視覚誘導性サッケードを訓練した後、左右の上丘からユニットを記録し、上丘の運動地図を作成し、交連細胞が存在する、上丘頭側部を決定して、その部位に一側で逆行性のレンチウイルス、反対側に順行性のAAVベクタを注入した。この実験では、クロザピンの構造変異体(CNO)を注入して機能を遮断する予定で現在実験中である。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ウィルスベクター二重感染とTet-Dox法をサル眼球運動系に用い、従来の方法では不可能であった経路選択的遮断を行い、眼球運動制御系における未解決問題を解決する。随意性眼球運動では、水平・垂直の二次元の自由度しか持たず、回旋運動が起こらないことは、Listingの法則として古くから知られるが、このListingの法則を成立させる中枢神経基盤は長い間不明であった。しかし申請者らは最近、左右上丘間の交連性興奮結合がこの基盤であることを明らかにした。本研究では、上丘交連性結合をウィルスベクター二重感染により選択的に機能遮断することで、サッケード眼球運動に回旋成分が出現することを示し、上丘交連性結合がListingの法則を支える中枢神経機構であることを証明する。平成27年度は、サル1頭を用いて、上丘におけるウィルスベクター二重感染実験を行い、組織標本を作成し、上丘内の視覚入力のトポグラフィーを解析して上丘内の注入部位を同定する方法や、ウィルスベクターの上丘における取り込み効率、生存期間などについて、検討を行った。AAVを順行性に上丘に注入し、対側上丘にレンチウィルスを注入して、上丘間交連性結合細胞を二重感染させた。組織標本の観察により、目的とする細胞が染色されたが十分量ではなかった。また、同一個体で上丘の出力細胞のうち、一側riMLF(垂直系サッケードの中枢)にレンチウィルスを、上丘の細胞体領域にAAVを、電気生理学的に同定後に注入した。こちらは二重染色をした上丘出力の視蓋網様体細胞が多数上丘中間層に染色されてきたため、この注入部位と注入量は十分な条件を満たしていると考えられた。同時に、別のサル1頭に対して、視覚誘導性サッケードの訓練を行った。回旋運動の解析のため、高速赤外線ビデオカメラを用いたシステムを開発し、3次元眼球運動解析のコンピュータプログラムを新たに開発した。当初の予定通り、初年度にサル1頭を用いてウィルス二重感染法を用いて組織実験を行い、上丘交連性細胞および出力細胞に対するウィルスベクターの感染効率について調べることができた。注入部位の同定方法や注入量、生存期間についても検討し、次年度に行う注入実験のための準備を十分行うことができた。上丘交連性細胞については、二重感染した細胞が予想より少なかったため、注入量および注入方法に改善が必要と考えられた。回旋を含む3次元眼球運動の解析を行うため、高速赤外線カメラ(サンプリング400Hz)を用いた記録システムを開発した。この詳細に同定された神経回路に障害を起こし、その機能と代償過程を解析するため、伊佐、小林、渡辺により新たに開発された逆行性レンチ

ウイルスベクター、順行性AAVベクターをサルの両側上丘に注入し、2重感染を起こして上丘交連細胞をラベルした。注入部位は、視覚刺激に対する電場電位を系統的に解析し、上丘を同定して注入部位を決定した。3週間後に脳を還流固定し、組織標本を作製し、染色された細胞を検討した。サルにおいて、初めて上丘間に交連細胞の存在することが明らかとなった。染色された細胞の数や染まり具合などから最適の注入量、注入部位を検討した。これにより注入条件を決めることができた。さらに、2頭目の実験では、サルに視覚誘導性サッケードを訓練した後、左右の上丘からユニットを記録し、上丘の運動地図を作成し、交連細胞が存在する、上丘頭側部を決定して、その部位に一側で逆行性のレンチウイルス、反対側に順行性のAAVベクタを注入した。この実験では、クロザピンの構造変異体(CNO)を注入して機能を遮断する予定で現在実験中である。平成28年度は、平成27年度から記録を開始したサルにおいて、視覚刺激訓練および視覚誘導性サッケードの訓練を完成させ、上丘からの単一神経細胞の活動を記録し、上丘交連性細胞の性質を分析する。さらに、上丘は大脳表面から約15mm程の深部にあるので、神経生理学的方法を用いてその部位を決定する必要がある。上丘部位の同定後に、ウィルスベクター注入を行う。特定回路遮断前後の視覚誘導性サッケード眼球運動を計測し、眼球運動に起こる障害、特に回旋成分の有無を分析する。28年度が最終年度であるため、記入しない。