hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ワーキングメモリを活用した算数科の指導方法の改善に関する研究

本研究の目的は, 1人ひとりの児童が授業に参加できるようなクラス作りを行うことであった。そのため,先行研究(宮崎他, 2014)では,児童が算数科の授業で経験する困難な場面をクラスで発表し,話し合うことで,話し合い場面で話し合いについていけず,他の児童の発言を聞くことができない児童がいることをクラス全体で共通認識した。本研究では,次のステップとして,児童のワーキングメモリのアセスメントを行うとともに,授業等の学習・生活場面での行動特徴を示した項目について,自己評価を行い,それ以外にそれぞれの場面で困っていることや難しいと思っていることを自由記述した。自己評価の結果,ワーキングメモリの小さい児童は,大きい児童よりも,たとえば,「話し合い場面で話し合いについていけず,他の児童の発言を聞くことができない」ことをより強く認識していることが分かった。そして,チェックリストに対する回答,授業場面での行動についての自己評価,ワーキングメモリプロフィール,困難に対して教師とともに考えた対応策を踏まえ,児童個人別のサポートファイルを作成した。サポートファイルでは,まず,「言葉を用いた学習・発表」と「視覚情報を用いた学習・発表」に分けて,アセスメント結果を示した。そして,それぞれの児童の自己評価を踏まえ,ワーキングメモリ得点から期待されるより自己評価が低い場合,児童が自信を持てるように,また,ワーキングメモリ得点が低く,自分でも苦手なことを意識している場合,具体的な学習方略のアドバイスを記載した。また,すべての児童に,言葉および視覚情報の両者を用いた学習・発表を奨励した。このようなサポートファイルをクラスの児童全員に配布し,それを生かした学習や授業での発表を工夫するように伝えた。以上のような取り組みを通して,普段,算数科の授業で発言の少ない児童がより積極的に発言しようとする姿勢が見られるようになった。
側鎖型液晶テレケリックポリシロキサンを用いたブロック共重合体の合成

1、3、5、7-テトラメチルシクロシロキサンの開環重合を、CF_3CO基で保護されたOH基を有するエンドキャップ剤の存在下、トリフロロ酢酸を触媒に用いて行なった。得られたポリメチルヒドロシロキサンに、高分子反応によりメソゲン基を導入後、加水分解によりOH基を再生し、メソゲン基を側鎖に持つテレケリックポリメチルシロキサン(TPMS)を合成した。末端にCOOH基を有するポリスチレンとTPMSの縮合を試みたが、反応は進まなかった。そこで、TPMSの反応性を調べるため、ポリエチレングリコールモノオレイルエーテル(PEO)とトリレンジイソシアナートの反応により、末端にイソシアナート基を有するPEO(PEOT)を合成し、TPMSとPEOTの反応を試みた。メソゲン基としてコレスタノイルオキシプロピル基(COP)を有するTPMSはPEOTとほとんど反応しなかったが、4-(4-プロポキシ)ベンゾイルオキシ-4^1-ブトキシビフェニル(PBB)を有するTPMSはPEOTとほぼ1:1で反応した。メソゲン基によるTPMSの反応性の変化は、メソゲン基に依存してTPMSの立体配座が変わるためと思われる。PBBを有するTPMSにおいても、PEOTをTPMSに対して過剰に用いているにもかかわらず、プロック共重合体中のPEOT/TPMSを1以上にするのは困難であった。しかしながら、ブロック共重合体の生成を確認したので、ポリメチルメタクリレート等の硬いポリマー鎖とTPMSの反応性を検討し、寸法安定性を有する液晶高分子の合成を行う必要がある。一方、COPを側鎖に有するTPMSを1成分とし、種々のチェインエクステンダーを用いて、ブロック共重合体の合成を試みた。TPMS中のSi-O単位の数が10を越えると、末端官能基の反応性が低下するが、4以下の場合には、共重合体を得るとともに、生成物の液晶性を確認した。
海底下未知微生物は１億年生きるのか？ＮａｎｏＳＩＭＳで探る海底下の生存戦略

海底下試料に存在する微生物を分析するための様々な技術開発により、13Cや15Nなどの安定同位体基質を「エサ」として与え、取り込んだ微生物を高い精度で分析することに成功した。平成24年度には、これまで取得、培養済みの試料を含め、新しく取得した試料の培養を含めた多様な海底下環境試料の確保、および目的を実現する為に必要な要素技術の確立を実際の試料も用いながら遂行した。平成24年7月9月に渡って統合国際海洋掘削計画(IODP)第337次航海に乗船研究者として参画し、科学掘削としては世界最深部となる海底下2460mからの試料を含む複数の試料を取得した。これらについて、9つの異なる深度から得られた試料に安定同位体を添加し、約900本のバイアルで培養を開始した。本年度内では2か月の培養の後に経時サンプルの第一段目を終了し、第二段目の培養を継続中である。試料取得後に実施した細胞数カウントから、極めて少数の細胞しか存在せず、活性が低いことが予想されるため、二段階目は1年程度の長期培養を予定している。また、NanoSIMSによる試料分析では、固定倍率のCCDカメラによってのみ分析位置の探索を行うため、特に微生物数の少ない試料について分析を行うと、分析位置に細胞が存在しないという現象が頻発する。従って、密度勾配を利用して海底下試料中から効率的に細胞を濃縮する手法の開発、および濃縮試料から微生物細胞のみを選択的にソーティングする手法をそれぞれ開発した。これにより、例え試料中に少数の細胞しか存在しなかったとしても数百マイクロメートルの極小領域に多数の細胞を集めることが可能となり、分析の効率が劇的に向上した。さらに、試料位置の特定のため、紫外レーザーで試料上にミクロンレベルのマーキングを施すことにも成功し、これまで試料位置の特定に要していた時間もほぼゼロにすることが出来た。また、金ナノ粒子による微生物種特定実験についても手法開発が進み、標準微生物において高感度のシグナル検出に成功した。平成25年度には、統合国際掘削計画(IODP)第329次(南太平洋還流域)、および第337次(下北半島沖)掘削研究航海、または熊野灘泥火山にて行われた地球深部探査船「ちきゅう」掘削航海#906にて採取し、炭素、窒素安定同位体を含ませた基質を投入して培養を行った試料を用いて解析を行った。それぞれ、地球上で最も栄養に乏しい環境(第329次)、科学海洋掘削の歴史上最も深い海底下深度(第337次)、及び天然パイプライン構造を上昇してきた海底下深部環境(泥火山)を由来とする試料である。前年度までに3000本程のバイアル培養を準備し、経時サンプルの取得や、微生物数が少なく、堆積物粒子が多く含まれる試料から細胞を選択的に取得する技術の確立を行ってきた。平成25年度にはこれを活用し、それぞれの試料からの細胞取り出し、分析用試料台へのマウンティングなどを実施した。その後、準備した試料をNanoSIMSによって分析したところ、栄養に乏しい環境である南太平洋環流域の試料において、1.6年の培養後に従属栄養基質の取り込みを多数確認した。また、下北半島沖、および熊野灘泥火山で得られた試料については、2ヶ月培養後の試料から細胞を取り出して分析したところ、有意な基質の取り込みは認められず、継続的に培養を行っている。また、金ナノ粒子による微生物種特定技術は、標準微生物を用いた高感度シグナル検出の成果を論文として発表することができた。平成26年度は、統合国際深海掘削計画(IODP)第329次(南太平洋還流域)、および第337次(下北半島沖、海底下深部地層)掘削研究航海により得られ、炭素、窒素安定同位体を含む基質を添加して長期間の培養を行っていた試料について、試料からの細胞一次分離、セルソーターによる細胞特異的取り出し、導電性メンブレンへの捕集作業を多数の試料について実施した。それぞれの試料の中には1立方センチメートルあたり数百から数万細胞程度の微生物が含まれているが、試料の主な構成物は無機的な泥粒子や岩石であり、その中から微生物細胞を取り出すことは著しく困難を極めた。本研究では独自に作り上げた細胞分離手法と、それに続く微生物選択的な高速より分け手法(ソーティング)を用い、少数の微生物細胞を効率的に取り出すことでその後のNanoSIMSを用いた高感度分析を可能とした。分析の結果、地球上で最も栄養に乏しい環境と言われる南太平洋中心の環流域から得られた堆積物試料の中から、添加した様々な基質の取り込みを行う微生物細胞を検出した。これらの成果の元になった、本研究により構築した海底下微生物研究用手法は、海外の学会などにおいて高い評価を受けている。海底下生命圏試料はその取り扱いが非常に困難で、本研究と同様の分析を実施できる研究機関は殆ど存在せず、国際共同研究などを積極的に実施することで、これまでに明らかでなかった海底下生命圏の実像を明らかにするべく、様々な研究展開が期待できる。平成26年度に二次イオン質量分析計で故障が発生し、修理のために部品を交換したほか、テストを複数回繰り返して実施したことにより、分析が遅れていた。故障個所の特定作業が長期間にわたり、後期の大半で分析不可能な状態に置かれたことから予定していた海底下微生物細胞のNanoSIMS分析が遅れていた。平成27年度には、その遅れていたNanoSIMS分析を実施した。試料としては南太平洋環流域、および下北半島沖海底下試料を用い、本課題において確立した細胞分離手法を活用して海底下試料に存在する大量の堆積物粒子、すなわち微生物以外の非生物粒子と生物細胞の粗分離を実施した。

その後、DNA染色剤であるSYBR Green Iを高濃度で存在させることで得られる非生物粒子と微生物細胞の蛍光色の違いを利用し、ベックマン社製のMoflo高速セルソーターを用いてFluorescence Activated Cell Sorting(FACS)により微生物細胞のみを試料台上の極小スポット(約100μm程度)に分離・濃縮した。このようにして調製した試料は微生物細胞のみを含むため、高精度なNanoSIMS分析を実施することが可能となり、微生物の代謝活性を検出・定量することが出来た。特に下北半島沖試料については、培養によって活性化した微生物細胞が炭酸、または酢酸を取り込んでいる様子を明確に可視化することに成功し、海底下試料中に存在した微生物の代謝活性を明らかにすることに貢献した。海底下試料に存在する微生物を分析するための様々な技術開発により、13Cや15Nなどの安定同位体基質を「エサ」として与え、取り込んだ微生物を高い精度で分析することに成功した。計画として設定した項目を平成26年度前半は順調に実施したものの、研究計画の実施に必要不可欠な二次イオン質量分析計の機械トラブルが発生し、平成26年度後期の大半で分析不可能な状況に置かれた。その為、二次イオン質量分析の後に実施することが必要であった分子生物学的実験や分離実験が計画通り実施できず、補助事業期間の延長を申請した。27年度が最終年度であるため、記入しない。地球微生物学引き続き、南太平洋環流、および下北半島沖の試料分析を継続し、分子生物学的実験などを通じて、微生物の代謝活性やその機能、特徴などに迫っていきたい。計画として設定した目的は順調に進行している。新しい試料の取得、および分析の標準化にも成功し、極度に少ない細胞数の試料でも分析が可能になったことで、これまで難しかった分析も容易に行うことが可能になった。計画として設定した項目(海底下掘削試料の取得、それを用いた長期培養、培養試料からの少数細胞の選択濃縮、および細胞のNanoSIMS分析)を順調に実施している。分析に当たって必要な標準技術をしっかり開発したことによって、当初想定していたよりも細胞数が少ない試料においても分析を実施したり、細胞以外の粒子が混ざっていた場合には特定が不可能となる基質の取り込みが見られない試料、細胞においてもある程度結果を出すことが出来ている。研究計画の実施に不可欠な二次イオン質量分析計(NanoSIMS)が、機械トラブルのため平成26年度後期の大半で分析不可能な状況におかれた為、NanoSIMSの分析の後に実施することが必要であった分子生物学的実験、およびFISHなどの細胞特定、分離実験が計画通り実施できなかった。今後は組み立てた要素技術を用いて環境試料中の微生物分析を推進していく。一方で、分析試料の調製方法など、将来的な視野に立って手法の修正を適宜行い、より高精度かつ効率的な分析を可能とするように努める。現在挑戦している海底下環境は、ほぼ間違いなく地球環境の中で最も生命の存続が難しい環境であり、生命の存続の限界に近い。このような環境から取得した試料について分析を行うためには、試料調製において極度に厳密な操作を必要としており、現在の要素技術を適宜見直しながら実施することが不可欠となっている。
オリーブ蝸牛束の内耳保護機能に個人差が生じるメカニズムの解明

騒音性難聴のなりやすさには個人差があることが知られている.申請者はこれまでに,オリーブ蝸牛束(脳幹から内耳への遠心性の投射)の反応が強いほど,騒音性難聴のなりにくい(オリーブ蝸牛束反射が内耳を保護している)ということを示した.本研究では,オリーブ蝸牛束反射の個人差は,音響暴露の履歴(音響暴露の有無,期間,頻度,及び,強度)の個人差によって生じるという仮説のもとで,両者の関係を詳細に調べる.本年度は,京都市立芸術大学津崎実教授と共同で研究を行い,ピアノ,弦楽,声楽,管打楽器,音楽学専攻の学生を対象としてオリーブ蝸牛束反射を測定した.演奏する楽器によって暴露される音響暴露の強さが異なることから,オリーブ蝸牛束反射の強度を専攻間で比較をすることにより,音響暴露の強度とオリーブ蝸牛束反射の個人差の関係を調べることができると考えた.その結果,比較的に強い音に暴露されてる弦楽専攻の学生が,他専攻に比べて,強いオリーブ蝸牛束反射を示す傾向が見られた.その一方で,弦楽専攻と同程度の音響暴露を受ける管楽専攻の学生については,そのような傾向は見られなかった.これらの結果は,暴露レベルの差だけでは,オリーブ蝸牛束反射の強度の個人差を説明することが出来ないということを示唆している.次年度以降は,弦楽器特有の要因を検討することで,オリーブ蝸牛束反射に個人差が生じる原因を解明することを目指す.さらに並行して,非音楽を対象として,より詳細にオリーブ蝸牛束反射の特性を評価する実験を行った.その中で,オリーブ蝸牛束反射の時間応答特性を評価する手法を確立するとともに,刺激音が出現するタイミングを予期できるかどうかによってオリーブ蝸牛束反射の強度が変化することを明らかにした.予期的にオリーブ蝸牛束反射を制御する機能は,内耳を保護するために有益であり,騒音性難聴のなりやすさを決定づける要因になり得る.当初の計画では,本年度,および,次年度において,(1)オリーブ蝸牛束反射の特性の詳細な評価,(2)騒音性難聴のなりやすさを決定づけるオリーブ蝸牛束反射の特性の導出,(3)オリーブ蝸牛束反射の特性の個人差と音響暴露の履歴との関係の検討を行う予定であった.本年度は,(1)については,オリーブ蝸牛束反射の時間応答特性の評価手法を確立し,(3)については,音響暴露の強度とオリーブ蝸牛束反射強度との関係を調べた.次年度までの計画のうち,およそ半分程度まで進んでいることから,本年度の進捗としては概ね順調と判断した.本年度に確立したオリーブ蝸牛束反射の評価手法を用いて,騒音性難聴のなりやすさを決定づけるオリーブ蝸牛束反射の特性の導出を目指す.具体的には,楽器演奏者を対象として,短時間の楽器練習に伴う聴力低下の個人差を評価し,その低下量とオリーブ蝸牛束反射の諸特性の関係を調べる.さらに,計算機シミュレーションを行い,オリーブ蝸牛束反射の諸特性が過大入力の防止(内耳の保護)にどのように寄与しているのかを検討する.騒音性難聴のなりやすさには個人差があることが知られている.申請者はこれまでに,オリーブ蝸牛束(脳幹から内耳への遠心性の投射)の反応が強いほど,騒音性難聴のなりにくい(オリーブ蝸牛束反射が内耳を保護している)ということを示した.本研究では,オリーブ蝸牛束反射の個人差は,音響暴露の履歴(音響暴露の有無,期間,頻度,及び,強度)の個人差によって生じるという仮説のもとで,両者の関係を詳細に調べる.本年度は,京都市立芸術大学津崎実教授と共同で研究を行い,ピアノ,弦楽,声楽,管打楽器,音楽学専攻の学生を対象としてオリーブ蝸牛束反射を測定した.演奏する楽器によって暴露される音響暴露の強さが異なることから,オリーブ蝸牛束反射の強度を専攻間で比較をすることにより,音響暴露の強度とオリーブ蝸牛束反射の個人差の関係を調べることができると考えた.その結果,比較的に強い音に暴露されてる弦楽専攻の学生が,他専攻に比べて,強いオリーブ蝸牛束反射を示す傾向が見られた.その一方で,弦楽専攻と同程度の音響暴露を受ける管楽専攻の学生については,そのような傾向は見られなかった.これらの結果は,暴露レベルの差だけでは,オリーブ蝸牛束反射の強度の個人差を説明することが出来ないということを示唆している.次年度以降は,弦楽器特有の要因を検討することで,オリーブ蝸牛束反射に個人差が生じる原因を解明することを目指す.さらに並行して,非音楽を対象として,より詳細にオリーブ蝸牛束反射の特性を評価する実験を行った.その中で,オリーブ蝸牛束反射の時間応答特性を評価する手法を確立するとともに,刺激音が出現するタイミングを予期できるかどうかによってオリーブ蝸牛束反射の強度が変化することを明らかにした.予期的にオリーブ蝸牛束反射を制御する機能は,内耳を保護するために有益であり,騒音性難聴のなりやすさを決定づける要因になり得る.当初の計画では,本年度,および,次年度において,(1)オリーブ蝸牛束反射の特性の詳細な評価,(2)騒音性難聴のなりやすさを決定づけるオリーブ蝸牛束反射の特性の導出,

(3)オリーブ蝸牛束反射の特性の個人差と音響暴露の履歴との関係の検討を行う予定であった.本年度は,(1)については,オリーブ蝸牛束反射の時間応答特性の評価手法を確立し,(3)については,音響暴露の強度とオリーブ蝸牛束反射強度との関係を調べた.次年度までの計画のうち,およそ半分程度まで進んでいることから,本年度の進捗としては概ね順調と判断した.本年度に確立したオリーブ蝸牛束反射の評価手法を用いて,騒音性難聴のなりやすさを決定づけるオリーブ蝸牛束反射の特性の導出を目指す.具体的には,楽器演奏者を対象として,短時間の楽器練習に伴う聴力低下の個人差を評価し,その低下量とオリーブ蝸牛束反射の諸特性の関係を調べる.さらに,計算機シミュレーションを行い,オリーブ蝸牛束反射の諸特性が過大入力の防止(内耳の保護)にどのように寄与しているのかを検討する.実験被験者の謝金に経費を使用する予定であったが,所属研究室のメンバーを被験者として実験を行ったため,謝金が不要になった.使用を予定していた旅費については,一部の会議では開催機関から旅費の助成を受けることが出来た他,残りの国内・国際会議については大学の業務のため都合がつかず,参加を見送った.また,オープンアクセス化費用を使用する予定であった論文の採択が遅れため,その費用を次年度に使用することとした.そのため,繰越金が生じた.次年度に,当初の予定には含まれていなかったが,当該分野において重要な国際会議が複数開催されるため,繰越金の一部はその旅費・参加費に当てる.また,本年度に予定より多くの研究成果が出たことから,残りの繰越金は,英文校正費,オープンアクセス化費用に使用する.
漢方薬による肝障害の診断根拠としてリンパ球幼若化試験を用いることの適否について

漢方薬のもつリンパ球幼若化活性が「薬剤によるリンパ球刺激試験(DLST)」に及ぼす影響を明らかにするため、漢方薬を服用したことのない初診患者において、漢方薬に含まれる4つの生薬に対するDLSTを測定した。LSTの測定は外注検査(BML)で通常の方法で施行された。当帰と黄・については14人に、柴胡と甘草については4人にDLSTを施行することができた。ステロイドや免疫抑制剤内服中の患者や薬物アレルギーの既往のあるものは対象から除外された。それぞれの生薬(5g)は600mlの水で30分煎じられ、患者の血液サンプルとともにBML(Bio Medical Laboratories)に提出された。今回の調査は実際の臨床で施行されるDLSTへの影響を調査する目的であり、DLSTの測定は通常の方法で外注検査により施行された。当帰、黄・に対するDLSTは14人中12例(85.7%)で陽性となった。また、柴胡に対するDLSTは4人中4例(100%)で陽性、甘草に対するDLSTは4人中3例(75%)で陽性であった。陽性者であっても好酸球増多や肝障害はみられなかった。漢方薬服用経験のない例でのDLST陽性であり、この陽性は非特異的なリンパ球幼若化活性による偽陽性と考えられた。生薬に対するDLSTは高率に偽陽性を示し、信頼性は極端に低いと考えられた。漢方薬のもつリンパ球幼若化活性が「薬剤によるリンパ球刺激試験(DLST)」に及ぼす影響を明らかにするため、漢方薬を服用したことのない初診患者やボランティアにおいて、漢方薬に含まれる生薬に対するDLSTを測定した。平成15年度は漢方薬に含まれる代表的生薬である当帰と黄〓についてDLSTを施行した。書面にて同意の得られた計14人に当帰と黄〓についてDLSTを施行することができた。年齢は2476歳で、男女とも7人ずつ。基礎疾患は多岐にわたったが、ステロイドや免疫抑制剤内服中の患者や薬物アレルギーの既往のあるものは対象から除外された。DLSTの測定は外注検査により施行され、添付した当帰と黄〓の煎じ液がフィルター濾過後に6濃度で添加され、thymidineの取り込みを測定する通常の方法でDLSTが施行された。当帰、黄〓に対するDLSTは14人中12例(85.7%)で陽性となった。陰性例については、当帰・黄〓とも同一の検体で陰性考示し、陰性例ではcontorolのcpmが高値を示していた。このことからも、非特異的な反応によって当帰・黄〓に対するDLSTが陽性(偽陽性)となりやすいが、contorolのcpmが高値となった場合には陰性化しやすいと考えられた。少なくとも外注検査でDLSTが施行された場合には、当帰・黄〓に対するDLSTは高率に偽陽性を示し、信頼性は極端に低いと考えられた。漢方薬のもつリンパ球幼若化活性が「薬剤による刺激試験(DLST)」に及ぼす影響を明らかにするため、漢方薬を服用したことのない初診患者において、漢方薬に含まれる生薬に対するDLSTを測定した。平成16年度は代表的生薬である柴胡と甘草についてDLSTを施行した。書面にて同意の得られた計4人(男1人女3人)で柴胡と甘草に対するDLSTを測定できた。基礎疾患は多岐にわたったが、ステロイドや重疫抑制剤内服中の患者や薬物アレルギーの既往のあるものは対象から除外された。DLSTは外注検査で施行され、添付した柴胡と甘草の煎じ液がフィルター濾過後に6濃度で添加され通常の方法でDLSTが測定された。

柴胡に対するDLSTは4人中4人で、甘草に対するDLSTは4人中3人で陽性となった。同薬に対するDLSTは偽陽性を呈しやすい。
Webの意味構造発見に基づく新しいWeb検索サービス方式に関する研究

本研究では、WebデータやWeb利用者のデータ検索行動に内在する意味構造を発見し、これに基づき、高度なWeb情報検索サービスを実現するために、次のような方式の開発を行った。(1)クラスタリングされた検索画像群に対する利用者の選択画像・非選択画像の間の差異情報を増幅させた新しい適合フィードバック方式について評価実験を行い、従来方式と本方式の適切なハイブリッド化に関する知見を得た。(2)サンプル集合中の選択データの相対的な位置関係と最も類似するデータをターゲットとして与えられたデータ集合から自動的に選択する相対的質問の概念とその近似処理方式を開発した。(3)主題語-内容語からなる話題構造を、テレビ映像に付帯する字幕情報、および、Webページから自動的に抽出し、リアルタイムに,類似の話題構造や互いに内容を補完するような話題構造を有するWebページを検索してテレビ映像と連動呈示するシステムや、複数のWebデータの差異を同時に見ることができる新しいブラウザなどの開発を行った。(4)Webページがどの程度地域的に限定されているかを測る尺度として、内容ローカル度と内容の日常度を定義し、前者は、地理的用語の出現頻度と詳細度、地理用語がカバーする地域範囲と地理用語の密度から計算し、後者は、内容の日常性(どの地域にでもその内容が出現している度合い)を固有名詞・地理用語を抜いた場合の他のページとの類似度から計算する方式を開発し、ニュース記事約2000件を対象として評価実験を行った。(5)閲覧中のWebページの「周辺」情報を発見・表示してブラウジングする方式を研究した。さらに、Web上の画像やテキストの意味は、その画像やテキスト自身の有する意味情報に加えて、これらの画像やテキストの周辺にどのような情報が配置かされているかによって推定することが可能と考え、画像やテキストの文脈を、このような周辺情報から推定するために、画像やテキストの周辺の情報、画像・テキストを含む領域の上位領域(Webページの論理構造)、Webページへのリンク元ページの情報をクラスタリングすることで、画像やWebページの様々なアスペクトを発見する方式を開発した。
モンテカルロ多次元積分における並列計算アルゴリズムの研究

素粒子反応自動計算システムでは、散乱断面積の計算におけるモンテカルロ多次元積分が重要な役割を果たす。本研究では、モンテカルロ多次元積分の精度の向上および計算効率の向上を目的として、1.多次元モンテカルロ積分BASESのハイブリッド並列化2.新たな多次元積分アルゴリズムの開発およびその並列化の2つの方向から並列計算アルゴリズムの開発をすすめた。1.および2.で開発した並列化アルゴリズムをコード化し、多次元積分に要する計算時間が大幅に短縮されることを検証した。検証後は自動計算システム(GRACE)へ組み込み、並列化なくしては実用的な時間内に計算結果を得ることが困難であった高次の素粒子反応断面積の計算を行った。本研究では、並列計算試験のため高性能ワークステーション8台からなるファームを構築し、並列化コードの検証、自動計算システムへの組み込みおよび性能評価を、この試験環境で実施した。性能評価により、1.および2.の並列化アルゴリズムが、有効に計算時間を短縮し計算効率を格段に向上させることがわかった。計算時間が短縮したため、より精度をあげた散乱断面積の計算を実行できることも示した。以下に、当該研究期間の活動をまとめた。平成12年度・自動計算システムで用いるファインマングラフによる手法に有効なグラフトポロジー解析ツールの開発・並列計算アルゴリズム試験環境の構築・多次元モンテカルロ積分BASESのハイブリッド並列化平成13年度・新たなモンテカルロ多次元積分アルゴリズム、DICEの開発および並列化平成14年度・自動計算システムへの組込み・実際の素粒子反応断面積の計算に応用素粒子反応自動計算システムでは、散乱断面積の計算におけるモンテカルロ多次元積分が重要な役割を果たす。平成12年度・自動計算システムで用いるファインマングラフによる手法に有効なグラフトポロジー解析ツールの開発・並列計算アルゴリズム試験環境の構築・多次元モンテカルロ積分BASESのハイブリッド並列化平成13年度・新たなモンテカルロ多次元積分アルゴリズム、DICEの開発および並列化平成14年度・自動計算システムへの組込み・実際の素粒子反応断面積の計算に応用平成12年度は主として次の2点の研究を行った。1)素粒子反応におけるファインマングラフのトポロジー解析ツールの開発2)並列計算アルゴリズム試験環境の構築本研究の対象となっている多次元積分は、素粒子反応断面積の計算に応用するものである。その被積分関数は反応に関与するすべてのファインマングラフを含んだ微分散乱断面積である。1)ではこの被積分関数の性質をよく知るためにファインマングラフのトポロジーを自動的に解析するツールを作成した。これによりすべてのファインマングラフから与えられた条件に従ってグラフを選択することが容易にできるようになった。この成果は国際会議ACAT2000(Advanced Computing and Analysis Techniques in Physics Research,October 16-20,2000)で発表した。プロシーディングペーパーがAmerican Institute of Physicsから出版される予定である。2)では、高速ワークステーション2台を選定し導入した。あわせてそれらを高速に接続するスイッチ・無停電電源装置などを導入し環境を整備した。これにより並列計算アルゴリズムの試験環境を構築した。並列計算は汎用の並列計算ライブラリのMPICH(詳細:http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich/)を使用する。MPIは分散メモリ型並列処理の方法の1つであるメッセージパッシングのライブラリの規格でありMPICHはMPI準拠している。MPIを用いることで開発する並列計算プログラムの移植性が向上する。平成13年度は1、並列計算アルゴリズム試験環境の充実2、「モンテカルロ多次元積分パッケージDICE」の並列化を行なった。以下にその詳細を述べる。1)平成12年度には高性能計算機2台を導入し並列算試験環境を構築した。今年度はさらに2台を追加導入し、計4台からなる並列計算試験環境へと拡張した。ここではメッセージパッシングの方法による並列計算が可能であるよう環境を整えた。2)1)で整備した環境で「MPIを使ったハイブリッド並列型モンテカルロ多次元積分」の開発に着手した。これまで我々が用いてきた汎用の多次元モンテカルロ積分は、被積分関数が多次元空間内のハイパー平面上に特異性をもつ場合は取り扱うことができない。このため位相空間内で変数変換を行ない特異点をさける手法をとってきたが、次元数の増大に伴い変数変換が困難になってきている。これを解決するためにDICEモンテカルロ多次元積分が川端・飛松によって開発された。

DICEは積分空間で特異点のある空間だけをサイコロ状に階層的に分割していくという手法を用い、ハイパー平面での特異性のある被積分関数の積分を扱うことを可能にしている。DlCEはスーパーコンピュータなどベクトル型高性能計算機で動作しているが、これをメッセージパッシングによる並列計算環境で効率的に動作するようにすれば、その汎用性は格段に向上する。これを目標に今年度は、DICEのメッセージパッシングの標準であるMPIを使って並列化を開始した。並列の手法はサンプル点を分散する方法とハイパー平面の分割の両方をもちいるハイブリッド並列型とする。これまでにサンプル点を分散する方法のアルゴリズムの開発および実装を終了している。平成14年度は1)「MPIを使ったハイプリッド並列型モンテカルロ多次元積分」の開発と性能評価2)研究成呆の発表を行った。以下にその詳細を述べる。1)「MPIを使ったハイブリッド並列型モンテカルロ多次元積分」の開発を平成13年度に引き続き継続して行った。具体的には、DICEモンテカルロ多次元積分のMPIによるハイブリッド並列化(「サンプル点の分散による並列化」と「ハイパー平面の分割による並列化」)を行った。、平成13年度までに「サンプル点を分散する並列方法」による実装を終了したので、平成14年度はこの性能評価をした。性能評価では、被積分関数に特異性の特に高い多次元積分を複数用い、解析的に得られる結果と比較しアルゴリズムに問題がないことを確認した。また素粒子反応過程の散乱断面積計算で現れる高次の計算(2loop計算)を実施した。これまでに開発されている多次元積分パッケージ(BASES積分パッケージや米国で開発されているParInt積分パッケージ)と積分結果や積分に必要な時間を比較した。この計算において、我々の開発した並列化DICEは並列度をあげると(計算に用いるCPU数を増やしていくと)計算時間が減少し、並列化の効果が十分でていることを確認した。「ハイパー平面の分割を用いる方法」についてはアルゴリズムの開発を終了した。2)得られた研究成果をモスクワで行われた国際会議(ACAT2002)で発表した。また韓国で行われた国際会議に参加し、我々に研究について討論を行った。
西夏語漢語対訳語彙集「番漢合時掌中珠」のコンピュータ処理のための基礎的研究

本研究では,西夏語解読の一次資料である漢語との対訳語彙集『番漢合時掌中珠』の基礎語彙に的を絞り,音訳漢字および対訳の漢語語彙からの検索を容易にするとともに,西夏文字については原資料のマニュスクリプトの書影の画像データを添付して正確な出典を参照できるようにすることを目的として,西夏語データベースの基礎的研究に着手した。まず原資料の影印とその校勘本をたよりに『掌中珠』に現われる音訳漢字と対訳の漢語語彙のすべてについて,検索可能なテキストデータ(JIS漢字版,中国語GB簡体字版,中国語BIG5繁體字版)を作成した。『掌中珠』では西夏文字それぞれについて,その発音を音訳漢字で表記している。宋時代の中国西北地方の漢字音推定のための基礎的な情報である中期中国語の音韻範疇や復元音については,中国語音韻史の研究成果を参照して西夏語音の推定に必要な情報を選択しつつ現在も継続して入力中であるが,音声記号の表記など解決されていない問題も少なくない。いっぽう西夏文字そのものは,スキャナで原資料の複写から画像データとして取り込みを行った。現在テキストデータとの効率的・効果的なリンクの方法を研究中である。また西夏語研究の文献目録については,京都大学大学院の荒川慎太郎氏に協力をお願いし,まず日本語部分の中心をなす西田龍雄教授の研究業績の一覧を作成することから開始した。今後は日本語部分については西田教授以外の研究成果を補うと共に,多量の研究の蓄積のある中国語部分とロシア語部分の整備を進めたい。なお,本年度の研究成果のうち,音訳漢字と対訳漢語語彙のテキストデータ(日本語JIS漢字版)と西田龍雄教授西夏研究業績一覧については,重点領域研究「人文科学とコンピュータ」1997年度成果報告書において公開される予定である。
多様体上の力学系とスペクトル幾何学

本研究では、多様体上の力学系の性質を古典および量子力学両面から考察しその関係を研究した。1.リーマン多様体上の測地流は、余接バンドル上のハミルトン力学系であり、それに対応する量子力学系はラプラス-ベルトラミ作用素であると考える。このとき、ラプラス-ベルトラミ作用素の固有値分布と測地流の力学的性質の関係を考察した。特に、べき零多様体における計量の等スペクトル変形を古典力学系の構造との関係に注目しつつ研究した。その結果、(1)もとの力学系を簡約化によって分解すれば、ある種の(Gordon-Wilsonによって与えられた)等スペクトル変形の下で、それらの古典力学的構造は不変に保たれることが明らかになった。(2)(1)の結果を「量子化」することによって、ある種の等スペクトル変形がラックス(Lax)方程式の形で与えられることが明らかになった。このことは、量子力学的構造が不変に保たれることを意味する。2.磁場の下での荷電粒子の力学について、古典論および量子論両面から考察した。幾何学的には、磁場はある主バンドル上の接続(およびその曲率)とみなすことができる。そして、対応する直線バンドルの切断(section)が量子力学的状態を表す。また、古典力学的には、変形されたシンプレクティック構造をもつハミルトン力学系とみなすことができる。このような定式化に基づいた古典、量子力学系の関係について、特別の場合にその一端は上記1の研究の中で明らかにされた。しかし、一般的な問題設定での研究は今後の課題である。
量子プロセスにおける非古典的な相関の生成と制御

このプロジェクトでは、量子プロセスにおける非古典相関の制御や最適化の可能性について新しい量子統計的手法と実験によって研究した。その結果、非古典相関は弱測定や量子クローニング・量子制御測定などの関連する測定によって直接測定できることがわかった。典型的には、非古典相関は統計の虚数部として現れ、量子系がどれだけ変化に反応しているかを示している。非古典的統計は外力の効果を示しているため、量子プロセスの最適化に直接応用可能である。1)完全なヒルベルト空間形式は、異なる時間での物理的特性の間の決定論的関係性を複素数の条件付き確率を用いた数式で表現することによって導けることを示した。弱測定解析は、プランク定数を単位に作用を表す複素位相によって量子動力学と量子統計が関係していることを示している。この結果は、物理的特性と相互作用下での変換の動力学との関係を明確にすることによって、古典物理と量子物理との違いを説明する。2)二光子干渉効果に基づいて、複素結合確率の直接観測のための新しい光学的方法を開発した。測定が測定対象の系での純粋状態射影子と結合しているだけの場合、測定の相互作用はより強い測定に変化することを示した。今は、物理的特性の間の決定論的関係の詳細について検証するための実験的研究を行っているところである。3)弱測定で観測される物理的特性の間の関係に基づいて、エンタングルメントと不確定性の評価を行った。現在の結果は、弱値と量子パラドックスを説明するために使われるものと同じ複素数の条件付き確率を適用することによって、小澤によって提案された測定の不確定性がより詳細に説明されることを示している。逆説的な量子統計のさらに詳細な研究は今まさに進行中である。4)共鳴点からずれた光共振器という具体的な場合について、単一原子の非線形性の効果を調べた。この場合、原子・光共振器系のファノ共鳴は特に強い非線形性を示すことが期待できる。次のステップでは、光と物質の非線形相互作用において本物の量子効果がどのようにして現れるのかを明らかにするために、この非線形性に関する量子揺らぎの効果を調べるつもりである。1.量子システムの可逆的な変換を表す複素条件付き確率によって、異なる弱測定の結果が関係づけられることを示した。したがって静的な相関と非古典的効果の原因を説明する変換による動力学との関係は、弱測定によって立証されることになる。2.任意の相互作用の強さでの非可換物理量の連続測定を行うことによって、測定の反作用と測定の誤差との関係を調べ、以前から弱測定で観測された正ではない確率分布の観点から実験データを説明できることを示した。3.量子複製は結果的に複製物間の非古典的相関を与えるとともに、その相関は単一システムの弱測定で観測される非可換性の相関と対応することを示した。そのことは弱測定の統計性は、状態準備や測定では制御できないシステムのまさに量子特性を正しく記述していることを示している。4.ヒルベルト空間形式は、演算子オブサーバブルの間の基本的な関係を記述する複素条件付き確率から説明可能であることを示した。大事な事は、これらの関係は物理の古典的法則を記述する数学的関数の修正として理解できることにある。量子力学は、古典的位相空間上の点で表す測定と独立な実在性を複素条件付き確率によってお互い一義的に関係づけられる別の実験的実在性に置き換えているように見える。5.さらなる結果としては、相関のあるホモダイン検出によってエネルギーと時間の光子のもつれ合いを明らかにする新しい方法、偏光制御の二光子干渉を利用したエネルギーと時間の複素結合確率の弱測定の提案、単一原子における非共鳴での非線形性の特性評価、そして微小な相互作用パラメータ見積もりでの弱値の増大から得られる感度の実験的な評価などが挙げられる。数物系科学量子力学は変換の動力学を物理的特性の状態と関連づけるという結果は、我々が"物理"を行う方法を転換する画期的な新しい成果である。まさに今、動力学の観点から量子パラドックスが説明できるように思える。なおここでは、作用が変換距離と複素数確率についての非古典的な相関の間の関係を表している。最終的にこの理論は、量子物理における多くの困惑させる問題に解答を与えるであろう。弱測定の統計性の解析について、多くの進展があった。新しい結果は、量子効果の起源のさらに詳細な理解に向けて大変重要なブレークスルーであるとともに、当該研究分野の発展に重大なインパクトを持つものとなるだろう。特に、複雑なシステムやプロセスにおいて複素確率が量子コヒーレンスをうまく説明するという発見は、量子と古典の統一した枠組みの中での非古典的効果のより良い直観的な理解に向けての方法を指し示している。平成26年度の研究の主テーマは以下のとおりである。1)複素数の条件付き確率を使った量子パラドックスの詳細な研究。これは結果的に量子力学における非古典的相関、文脈依存性、粒子伝搬のより詳細な理解をもたらすものである。2)実験的な統計を基にした量子力学的な系における因果関係の研究。

ここでは、物理的特性の間の基本的な関係における作用の役割に焦点を絞るつもりである。3)異なる自由度の間での分離を特に考慮した、前年の結果のより大きな系への応用。具体的には、ミクロの特性とマクロの特性の間の分離における相互作用の役割が面白そうである。1.弱値と複素数統計を利用したもつれ合い状態が関与する非古典的相関の研究。特に部分転置によるもつれ合い基準が二体システムの虚数の弱値の相関と同一とみなせる可能性があると思われる。2.複素条件付き確率によって記述される物理的特性同士の間の基本的関係に基づいた一般的な量子力学の定式化。特に弱測定で観測される複素条件付き確率と状態ベクトルの確率振幅との対応関係は一般化できるはずである。3.不確定性限界のさらに本質的な定義を見つけることを目的とした、さまざまな状況(パラメータ見積もり、状態、測定)における不確定性の研究。特に複素数統計によって定義される正と負の確率の間の境界という観点から、すべての不確定性は説明できると思われる。研究費は、旅費、研究会参加費、雑誌の論文掲載費、事務用品費、計算機のハードウェアとソフトウェアの経費にあてる予定である。
一流競泳選手の競技力向上を目指した低圧環境下におけるスプリントトレーニングの開発

【目的】本年度の研究目的は、昨年度の結果で至適と考えられた低圧低酸素環境下においてスプリントトレーニングを行い、その有効性を確認することであった。【方法】被検者は、国際大会あるいは日本選手権等に出場経験のある一流競泳選手14名とし、体力レベルが類似するように常圧群(6名:20±1歳)と低圧群(8名:20±1歳)に分けた。トレーニングは週6日の頻度で4週間、加減圧調整可能流水プールにおいて行われた。尚、常圧群は通常環境、低圧群は海抜4000m相当の低圧環境下で実施した。スプリントトレーニングは、10秒程度で疲労困億に至る流速(250%VO_2max程度)で5秒間の運動を10秒の休息を挟みながら5回繰り返す間欠的運動とし、被検者は20分の休憩を挟んでこれを1日に2回行った。トレーニング前後に、最大酸素摂取量、最大酸素借、抵抗指標、最大推進パワー、50m、100m泳パフォーマンスが測定され、効果が評価された。【結果及び考察】4週間のトレーニング後、最大酸素摂取量は両群ともに変化しなかった。一方、最大酸素借は両群ともに有意に増加したが、その増加率は低圧群において大きいものであった。各被検者の泳速-抵抗関係より得られた抵抗係数と抵抗指数は、両群ともに有意な変化は認められなかったが、最大推進パワーは低圧群のみ有意に増加した。50m、100m泳記録に関しては、両群ともに有意に向上していたが、記録の向上率は低圧群の方が大きかった。以上の結果より、本実験で用いられた4000m相当の低圧環境下におけるスプリントトレーニングは、泳技術を反映するような抵抗指標については何ら変化をもたらさないものの、特にスプリントパフォーマンスと関与の深い無酸素性エネルギー供給能力、および最大推進パワーの向上に有効であり、一流選手においても泳パフォーマンスを効果的に向上させ得ることが示唆された。【目的】本研究の目的は、異なる低圧環境下において高強度運動時の代謝特性を明らかにし、エネルギー供給能力の改善に有効な低圧環境、トレーニング条件を見いだすことであった。【方法】被検者は、よく鍛錬された大学水泳選手6名(実験1:21±1歳)、および健康な青年男性8名(実験2:23±2歳)であった。実験1の運動はクロール泳とし、常圧環境、および海抜800m、1600m、2400m相当の低圧環境下において、最大下運動時のスイミングエコノミー、最大酸素摂取量、および最大酸素借を測定した。実験2では、自転車エルゴメータ運動を用い、常圧環境、および海抜4000m相当の低圧環境下において、10秒程度で疲労困憊に至るスプリント運動(約300%VO_〈2max〉)、およびその強度で5秒の運動を10秒の休息を挟みながら5-6セット繰り返すスプリントインターバル時の代謝特性を定量した。【結果及び考察】実験1:スイミングエコノミーには環境間で差は認められなかった。最大酸素摂取量は高度の上昇にともない有意に低い値となったが、最大酸素借には環境間に差は認められなかった。実験2:10秒全力運動時の代謝特性には、両環境間に違いは認められなかったが、インターバル時には、4000m環境において酸素借が有意に高かった。以上の結果より、低圧環境で最大酸素摂取量の改善を狙うならば、最大下のエネルギー供給量に差が無く、トレーニング強度、最大酸素摂取量をできるだけ低下させない1600-2000m程度の高度が適切と考えられ、最大酸素借についてはどの環境でも同様の刺激を与えられることが示唆された。また、スプリントインターバルについては4000m環境の方が、常圧環境よりも無酸素性エネルギー供給系に大きな刺激を与えられ、より大きなトレーニング効果が得られる可能性が示唆された。

以上の結果より、本実験で用いられた4000m相当の低圧環境下におけるスプリントトレーニングは、泳技術を反映するような抵抗指標については何ら変化をもたらさないものの、特にスプリントパフォーマンスと関与の深い無酸素性エネルギー供給能力、および最大推進パワーの向上に有効であり、一流選手においても泳パフォーマンスを効果的に向上させ得ることが示唆された。
尿路上皮癌微小環境における新規上皮間葉転換制御機構の解明

1ヒト尿路上皮癌細胞株におけるEPB4.1L5の発現と各種転写因子等、EMT関連タンパクの発現の検討浸潤能が異なる各種ヒト尿路上皮癌の細胞株T24、UMUC-3、5637を用いEPB4.1L5の発現を検討した。タンパク発現量はUMUC-3>T24>5637の順にであった。(細胞株ごとの浸潤能はUMUC-3>T24>5637)UMUC-3に関して、転写因子であるZEB1の発現を確認した。siZEB1にてEPB4.1L5の発現は低下した。EPB4.1L5は尿路上皮癌においてもZEB1による制御を受けている可能性が示唆された。2低酸素状態でのヒト尿路上皮癌細胞株におけるEPB4.1L5の発現とEMT関連転写因子、EMT関連タンパクの発現の検討まず、低酸素状態におけるHIF-1αとEPB4.1L5の発現を検討した。これまでの報告では低酸素状態においてはsnail等のEMT関連転写因子の発現が強くなり、癌細胞におけるEMTを誘導し浸潤能が高くなることが報告されてきた。当教室においてもEMT関連転写因子であるSnailは低酸素状態において核内での発現が上昇し、細胞浸潤能に影響があることを報告している。しかしながら、今回の検討では、EPB4.1L5に関しては、低酸素状態において同タンパクの発現は低下するという結果になった。また、HIF-1α阻害剤下においても、特にタンパク発現に変化は認めなかった。尿路上皮癌細胞株におけるEPB4.1L5の発現がZEB1による制御を受けている可能性、また、低酸素状態におけるEPB4.1L5の発現とEMT関連転写因子、EMT関連タンパクの発現の検討まで行うことができた。当教室で作成された、シスプラチン耐性尿路上皮癌細胞株を用い、EPB4.1L5の発現やArf6の活性についてまずは検討を行う。非耐性株と比較し発現が増強している転写因子についてもsiRNAを用いてノックダウンし、EPB4.1L5の発現やArf6の活性を検討し、Invasion assayやwound healing assayで浸潤能や遊走能の変化を検討する。また、EPB4.1L5を直接的に阻害する薬剤は存在しないため、これをsiRNAでノックダウンし、EPB4.1L5自体と、浸潤能、遊走能との関連があるかについて検討する。合わせてシスプラチンの感受性に影響を及ぼすか検討する。未使用額の発生は効率的な物品調達を行った結果である。今後の実験を進めていくにあたり、引き続き、抗体や試薬といった消耗品を中心に、また、論文投稿等での使用を行う計画である。
運動トレーニングによる筋糖代謝機能改善のメカニズムに関する分子生物学的研究

I.運動トレーニングの筋インスリン感受性改善機序を解明するため、トレーニング後のインスリン情報伝達と筋蛋白発現転写因子mRNA発現を検討した。5日間の水泳トレーニングを5wkラットに実施、水泳直後、1、3、6時間後に骨格筋を摘出し分析に供した。IRSIは水泳終了3時間後に上昇(115%)傾向にあったが有意差はなかった。GLUT4は水泳直後増加(118%)傾向にあったが有意差はなかった。PI3kは、6時間後有意な高値(203%、p<0.05)を示した。PGCIは水泳終了直後、1、3時間後に対照と比し有意な高値(160、162、149%、全てp<0.01)であった。その後は対照群まで低下した。Myogeninは変化を認めなかった。以上、トレーニングによる糖代謝改善機序は、遺伝子レベルにおいて運動後にPGCl発現が亢進することで転写活性化能が促進し、インスリン情報に影響する可能性が示唆された。なお筋肥大を誘導するだけのMyogeninの充進が無くても糖代謝が改善される可能性が示唆された。またインスリン負荷後20分で糖代謝能は最大値となったが、糖代謝に関与する遺伝子発現はこれよりも遅延応答することが明らかとなった。II.インスリン情報を負に制御する因子と運動急性効果についてmRNA発現を検討した。加齢(及び肥満)によるインスリン抵抗性モデルとして40wk(O群)のSDラットを、若齢対照として5wkを用いた。急性効果は後肢筋に電気刺激(ES)を行った。結果、TNFRlはO群で低下(59%、p=0.0016)した。一方O群はESによりTNFR1が上昇(140%)傾向にあったが有意差はなかった。TNFR2に加齢とESの影響はなかった。GLUT4はO群で低下(79%、p=0.002)したが、ESの影響はなかった。PI3kはO群で低下(55%、p=0.0002)したが、ESの影響はなかった。IRS1はO群で低下(62%、p=0.0004)したが、ESは加齢による低下(75%、NS)を認めなかった。以上、TNFR1減少がインスリン情報の調節に一部関与する可能性が示唆された。運動が健康増進に貢献する最も重要な作用の1つは、インスリンに対する筋肉の感受性を高める効果である。この効果は、単回運動の繰り返しによるインスリンシグナル分子に対する遺伝子発現、蛋白量の増加効果がインスリン抵抗性の改善を誘導するものと推測できるが、この仮説を証明する報告はない。そこで糖代謝調節を正に制御する因子について、運動トレーニングが及ぼす影響を検討した。運動トレーニングとして、7週齢雌ラットに流水式プールを用いて5日間(6時間/日)水泳させた。本流水式プールは、ラットが壁面の繋ぎ目に退避し休息する習性を排除できるようプールの全周囲の壁面をスムージング化した。これにより、以前のプールでは運動の継続が断続的であったのに対して、本プールでは長時間の継続的な運動を負荷することができた。また、コントロールラットとして同期間安静飼育した。各群の一部を用いて、運動終了16時間後にインスリンを負荷し、骨格筋を摘出し分析に供した。インスリン受容体(IR)、IRS-1結合PI3-k、IRS-1チロシンリン酸化、Akt(Thr308)、Akt(Ser473)の蛋白量とリン酸化を測定した。結果、運動トレーニングにより、IRチロシンリン酸化は有意に増加した(170%増、p<0.05)。他のシグナル分子は運動トレーニングの影響を認めなかった。これにより運動トレーニングがシグナル作用を増強する機序として、IRチロシンリン酸化の関与が示唆された。運動終了16時間後の測定は、5日間のトレーニング効果を評価している。従って、この時点から運動直後迄遡って経時的に測定することで、運動特異的に影響するシグナル分子を同定できる。初年度の成果として、流水式プールの改良およびシグナル分子に対するトレーニング効果を確認した。次年度は、運動トレーニングが遺伝子発現調節へ及ぼす影響および運動直後のシグナル分子の応答について検討することで、運動トレーニングがシグナル分子を正に制御する機序を解明する。平成17年度の研究において、運動トレーニングがIRチロシンリン酸化を有意に亢進(170%増)させることを報告した。そこで、平成18年度では、前年度同様に5日間の水泳運動トレーニングモデルラットを作製し、遺伝子発現について検討を行っている。現在、運動トレーニングモデル動物(トレーニング後の時系列モデル:トレーニング前、直後、1時間後、3時間後、6時間後)の作製が完了したところであり、IRS-1、PI3-k、PDK-1、PKB/Akt、MyoD、myogenin、Myf-5、MRF4、およびPGC-1mRNAを測定中である。mRNAの定量は、RT-PCR法により測定している。これらの成果によってシグナル分子を正に制御するメカニズムの解明が可能となる。また、最終年度の課題である、シグナル分子を負に制御するメカニズムの解明として、電気刺激による筋収縮モデルラットの実験系の開発も合わせて行っている。

3年間の研究成果によってシグナル分子を正負に制御するメカニズムの解明が可能となり得る。I.運動トレーニングの筋インスリン感受性改善機序を解明するため、トレーニング後のインスリン情報伝達と筋蛋白発現転写因子mRNA発現を検討した。5日間の水泳トレーニングを5wkラットに実施、水泳直後、1、3、6時間後に骨格筋を摘出し分析に供した。IRSIは水泳終了3時間後に上昇(115%)傾向にあったが有意差はなかった。GLUT4は水泳直後増加(118%)傾向にあったが有意差はなかった。PI3kは、6時間後有意な高値(203%、p<0.05)を示した。PGCIは水泳終了直後、1、3時間後に対照と比し有意な高値(160、162、149%、全てp<0.01)であった。その後は対照群まで低下した。Myogeninは変化を認めなかった。以上、トレーニングによる糖代謝改善機序は、遺伝子レベルにおいて運動後にPGCl発現が亢進することで転写活性化能が促進し、インスリン情報に影響する可能性が示唆された。なお筋肥大を誘導するだけのMyogeninの充進が無くても糖代謝が改善される可能性が示唆された。またインスリン負荷後20分で糖代謝能は最大値となったが、糖代謝に関与する遺伝子発現はこれよりも遅延応答することが明らかとなった。II.インスリン情報を負に制御する因子と運動急性効果についてmRNA発現を検討した。加齢(及び肥満)によるインスリン抵抗性モデルとして40wk(O群)のSDラットを、若齢対照として5wkを用いた。急性効果は後肢筋に電気刺激(ES)を行った。結果、TNFRlはO群で低下(59%、p=0.0016)した。一方O群はESによりTNFR1が上昇(140%)傾向にあったが有意差はなかった。TNFR2に加齢とESの影響はなかった。GLUT4はO群で低下(79%、p=0.002)したが、ESの影響はなかった。PI3kはO群で低下(55%、p=0.0002)したが、ESの影響はなかった。IRS1はO群で低下(62%、p=0.0004)したが、ESは加齢による低下(75%、NS)を認めなかった。以上、TNFR1減少がインスリン情報の調節に一部関与する可能性が示唆された。