hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ポピュレーション・ストラテジーによる老化制御に関する基礎的研究

ヒトの老化を特定する確実なバイオマーカーは知られていない一方、摂取エネルギー制限の老化防止効果や健康寿命増大は、霊長類では確実視されており、ヒトのボランティア群においても、体脂肪量の減少等、虚血性心疾患危険因子の改善やCRP値等の低下等が認められている。どの程度のエネルギー制限がヒトの寿命延長に効果があるかは決定されていないが、20%程度のエネルギー制限ならば活動的な生活がおくれるとされる。地域において食事調査を行い、住民の栄養状況とエネルギー摂取を測定し、血中マーカー等との関連を検討した。低摂取エネルギー摂取エネルギーと、エネルギー摂取(制限)に関連すると考えられる血中指標の関連を検討した。低エネルギー摂取者と高エネルギー摂取者を比較したところ、男女とも低エネルギー摂取者でCRPが低値をとる傾向がみられたが、有意な差はみられなかった。急速に高齢化が進展するとともに、寝たきりや認知症の高齢者が急速に増加し、高齢者のQOLおよび介護が問題となっている。こうした中で地域においても健康寿命の延長という観点から老化因子の特定と活用が期待されるが、現在まで老化を特定する確実なバイオマーカーは知られていない。一方カロリー制限(CR)の老化防止効果や健康寿命増大は、霊長類については確実視されており、ヒトのCRボランティア群においては、十分な栄養摂取により、体脂肪量の減少等、虚血性心疾患危険因子の改善が認められている。またCRP(C-reactive protein)値やTNF-α値の低下が認められている。老化を特定する確実なバイオマーカーは特定されていないが、これらの項目はヒトにおいても動物レベルにおいてもエネルギー制限に関連する指標と考えられ、老化とも関連している可能性がある。どの程度のエネルギー制限がヒトの寿命延長に効果があるかは決定されていないが、1020%程度のCRは、各栄養素の基準1日摂取量値が保たれていれば、自由摂食時に対して正常で健全なレベルのエネルギー摂取とみなされ、健康で活動的な生活がおくれるとされている。この程度のエネルギー制限(低摂取)状態は、一般の市民においてもみられる状態である。主任研究者らは動物実験により、カロリー制限が動物のADLを向上させること、およびアレルギー症状が抑制されることを報告してきた。これらの経験より地域において、食事調査により住民の栄養摂取状況とエネルギー(カロリー)摂取を測定し、血中CRP、TNF-α等との関連を検討するとともに、がんや循環器疾患等罹患との関連について調査を行う意義があると考え、本研究を企画した。予備調査を行った後、地域住民を対象に血液検査および食事調査を行った。血中サイトカイン類の測定継続中で、食事内容との関連の解析を実施中である。これらの経験より地域において、食事調査により住民の栄養摂取状況とエネルギー(カロリー)摂取を測定し、血中CRP、TNF-α等との関連を検討するとともに、がんや循環器疾患等罹患との関連について調査を行う意義があると考え、本研究を実施した。同意を得た地域住民を対象に血液検査および食事調査を行った。血液中のサイトカイン類を測定中であり、食事内容との関連を解析中である。

こうした中で地域においても健康寿命の延長という観点から老化因子の特定と活用が期待されるが、現在まで老化を特定する確実なバイオマーカーは知られていない。一方カロリー制限(CR)の老化防止効果や健康寿命増大は、霊長類については確実視されており、ヒトのCRボランティア群においては、十分な栄養摂取により、体脂肪量の減少等、虚血性心疾患危険因子の改善が認められている。またCRP(C-reactive protein)値やTNF-α値の低下が認められている。老化を特定する確実なバイオマーカーは特定されていないが、これらの項目はヒトにおいても動物レベルにおいてもエネルギー制限に関連する指標と考えられ、老化とも関連している可能性がある。どの程度のエネルギー制限がヒトの寿命延長に効果があるかは決定されていないが、1020%程度のCRは、各栄養素の基準1日摂取量値が保たれていれば、自由摂食時に対して正常で健全なレベルのエネルギー摂取とみなされ、健康で活動的な生活がおくれるとされている。この程度のエネルギー制限(低摂取)状態は、一般の市民においてもみられる状態である。主任研究者らは動物実験により、カロリー制限が動物のADLを向上させること、およびアレルギー症状が抑制されることを報告してきた。これらの経験より地域において、食事調査により住民の栄養摂取状況とエネルギー(カロリー)摂取を測定し、血中CRP、TNF-α等との関連を検討するとともに、がんや循環器疾患等罹患との関連について調査を行う意義があると考え、本研究を企画した。予備調査を行った後、地域住民を対象に血液検査および食事調査を行った。対象者の摂取カロリーを把握するとともに、血中アディポネクチン、TNF-α、等を測定し、その関連を解析中である。
ショットキトンネルトランジスタに関する研究

ショットキトンネルトランジスタは、将来の1電子の輸送を問題にするデバイスと現在のMOSFETの延長線上にある超小形化デバイスの中間に位置し、現在のMOSFETの超小形化に伴う短チャンネル効果を克服できるので、ブレークスルーとなると考えている。平成8年度は1.ツエナ-ダイオードの形成によるゲート酸化膜の保護2.テバイス製作プロセスを考慮したショットキ金属の選択及びゲート金属の選択3.シヨットキトンネル電流のモデル化のためのゼロバイアス付近でのショットキトンネル電流の実験的検討について研究し、ショットキトンネルトランジスタの基本動作を確認し、予想されるようにショットキトンネルダイオードの接合上にMOSゲートを構成する最も単純で従来のMOSFETの超小形化に伴う短チャンネル効果を克服できることを確認した。しかし、ULSIにおけるDRAM用のトランジスタとして使用する場合には、その相互コンダクタンスGmがまだ小さいという問題がはっきりしてきた。そのため、平成9年度は、1.相互コンダクタンスGmが小さい理由の検討2.MOSゲート電圧Vgの印加によるシヨットキ障壁の高さをも変化できる構造の検討3.Gmの大きい新しいMOSゲートショットキトンネルトランジスタの構成と実験について研究した。この新構造のショットキトンネルトランジスタでは、n型半導体基板表面に高濃度のn型不純物を拡散し、この領域にショットキトンネル障壁を作るが、このトンネル障壁界面にアルミニウムの拡散合金により3nm程度のp+不純物層を形成させ、この層を可変障壁高さの層として利用する。アルミニウムの拡散合金では、合金温度の制御により、再現性良くp+不純物層の細かい層厚の制御ができる。ショットキ金属としてコバルトシリサイドを用いた。その結果、3極管特性を示す予想されたMOSゲートショットキトンネルトランジスタが誕生した。ショットキトンネルトランジスタは、将来の1電子の輸送を問題にするデバイスと現在のMOSFETの延長線上にある超小形化デバイスの中間に位置し、現在のMOSFETの超小形化伴う短チャンネル効果を克服できるので、ブレークスルーとなると考えている。ショットキトンネルトランジスタの製作プロセスの検討と、ゲート酸化膜厚のデバイスの電流I-電圧V特性への影響と耐圧及びしきい値電圧依存性への影響の検討をする上で、研究室で取り扱うためにゲート酸化膜厚の薄いことに基づくゲート電圧の耐圧の問題がクローズアップされ、先ずは、これを検討すると共にその対策が必要になった。これを含めた次の3項目を検討し、その成果が得られた。1.ツエナ-ダイオードの形成によるゲート酸化膜の保護Sio2ゲート酸化膜が200-500Åと薄いため、研究室での実験上、ゲート酸化膜の耐圧に対する保護が必要であった。このためゲート電極とアノードとの間にツエナ-ダイオードをモノリシック形成し、10V以上の電圧ではシャントされるように構造を改良した。n型シリコン(n-si)基板にnpnトランジスタ構造ではあるが、これをツエナ-ダイオードとして利用する。熱拡散工程で形成しているが、約10V程度の逆耐圧のダイオートが形成されるようになり、ゲート酸化膜は大きい電圧に対して保護できるようになった。2.デバイス製作プロセスを考慮したショットキ金属の選択及びゲート金属の選択ショットキ金属として、Crシリサイド、Niシリサイド,MoシリサイドおよびPtシリサイドとを比較した。金属シリサイド形成は、それぞれの金属をスパッタ堆積させ、その後合金化させる方法を用いた。白金シリサイド以外はセルフアラインによるゲート電極とショットキ金属との分離が困難であった(シリコンの金属側への拡散による)。従って、白金シリサイドの方が安定なデバイスの電流I-電圧V特性が得られることが判明した。白金シリサイドとのエッチ液などの組み合わせで、ゲート金属として、Moシリサイドを選択した。3.ショットキトンネル電流のモデル化のためのゼロバイアス付近でのショットキトンネル電流の実験的検討ショットキ金属としてMoシリサイドとPtシリサイドとを用いて、ショットキ界面付近にn型不純物濃度を拡散によりドープしたときのゼロバイアス付近のショットキトンネルダイオードとしての電流I-電圧V特性の温度依存症をアレニウスプロットにより検討し、室温付近以下ではトンネル電流が主流であろう推定された。今後、2次元シミュレーションによるデバイス評価及び実験との比較検討、共通アノードの複数個のデバイス作成と素子分離技術の確率などを行う予定だある。

この新構造のショットキトンネルトランジスタでは、n型半導体基板表面に高濃度のn型不純物を拡散し、この領域にショットキトンネル障壁を作るが、このトンネル障壁界面にアルミニウムの拡散合金により3nm程度のp+不純物層を形成させ、この層を可変障壁高さの層として利用する。アルミニウムの拡散合金では、合金温度の制御により、再現性良くp+不純物層の細かい層厚の制御ができる。ショットキ金属としてコバルトシリサイドを用いた。その結果、3極管特性を示す予想されたMOSゲートショットキトンネルトランジスタが誕生した。昨年度の科学研究費の援助の下での研究結果、ショットキトンネルトランジスタの基本動作を確認し、予想されるようにショットキトンネルダイオードの接合上のMOSゲートを構成する最も単純で従来のMOSFETの超小型化に伴う短チャンネル効果を克服できることを確認したが、ULSIにおけるDRAM用のトランジスタとして使用する場合には、その相互コンダクタンスGmがまだ小さいという問題がはっきりしてきた。先ずは、これを検討すると共にその対策が必要になった。次のような検討・対策の結果、Gmが大きくなり得る新しいMOSゲートショットキトンネルトランジスタが誕生し、特許出願すると共に、その確認実験を進めており、論文を書き始めているところである。また、この研究推進中にMOSゲートを有する新たなデバイスも誕生し、論文として発表した。1.相互コンダクタンスGmが小さい理由の検討これまでのショットキトンネルトランジスタでは、ショットキ障壁の高さは、MOSゲート電圧Vgによりほとんど変化しないため、トンネル電流の変化は、ショットキ障壁のトンネル長の変化だけに依存していた。2.MOSゲート電圧Vgの印加によるショットキ障壁の高さをも変化できる構造の検討ショットキ障壁ダイオードにおいては、ショットキ金属側には電圧降下が無いので、ショットキ障壁の高さは、MOSゲート電圧Vgにより変化できないという理由がはっきりしているので、ショットキトンネル障壁中にショットキ接合を構成する半導体の伝導型とは異なる伝導型で電子などのトンネルが可能な程度の極めて薄い半導体層を形成すれば、この障壁高さをMOSゲート電圧Vgの印加で変化させれば良いことに気づいた。3.Gmの大きい新しいMOSゲートショットキトンネルトランジスタの構成と実験および結果n型半導体基板表面に高濃度のn型不純物を拡散し、この領域にショットキトンネル障壁を作るが、このトンネル障壁界面にアルミニウムの拡散合金により3nm程度のp+不純物層を形成させ、この層を可変障壁高さの層として利用する。
カーボンナノチューブのメカニクス

カーボンナノチューブデバイスの高機能化を実現するためには静的な電気的機械的物性だけでなく、構造変形過程や熱伝導等の格子振動の伝搬といった動的過程におけるメカニクスに関して、本研究では、1)機械的エネルギーの散逸機構の解明, 2)熱伝導および格子振動の伝搬の解析, 3)ナノチューブの塑性変形や接合の動的過程の解明, 4)ナノチューブのトポロジカルな欠陥の動的過程と電気伝導の関係を明らかにした。優れた機械的・電気的特性を持つカーボンナノチューブ(CNT)をナノデバイスとして応用するためにCNTの基本的機械的特性(ナノメカニクス)や熱伝導特性の解明を目的とする。具体的には以下のような研究を行う。(1)カーボンナノチューブの機械的エネルギー散逸機構エネルギー散逸と層間相互作用及び欠陥の関係について、片持ち梁ナノチューブの振動特性から調べる。(2)格子振動の伝播欠陥の有無による格子振動の伝播過程及びフォノンの散乱過程を調べる。(3)分子動力学解析欠陥の有無や層間相互作用について理論的な解析を行い、実験結果の理解を深める。(4)塑性変形・接合のダイナミクスナノチューブの塑性変形及び接合について、その構造変化過程を詳細に調べる。(5)ナノチューブの欠陥と電気伝導塑性変形等でナノチューブにトポロジカル欠陥を導入し、電気伝導に与える影響を調べる。本研究ではナノチューブ(CNT)のナノメカニクスの動的過程を解明するという観点から,1)機械的エネルギーの散逸機構の解明,2)熱伝導および格子振動の伝搬の解析,3) CNTの塑性変形や接合の動的過程の解明,4)CNTのトポロジカルな欠陥の動的過程と電気伝導の関係を明らかにすることを目的とし,本年度は以下の研究を実施した.1カーボンナノチューブの機械的エネルギー散逸機構片持ち梁構造のナノチューブが共振している際の振動スペクトルを熱や気体の擾乱を除去した環境下で計測し機械的なエネルギーの散逸過程を解析ためにSEMに装着可能な低温ステージおよび顕微分光用チャンパを準備すると共に予備実験を開始した.2.格子振動の伝搬ナノチューブの通電過熱下における定常状態の温度解析をSEMマニピュレーターにより測定可能とした。近赤外域の測定では光量が不足したので近赤外顕微分光系をH20年度に導入することとした。3.分子動力学解析エネルギー散逸について古典的なポテンシャルを用いた分子動力学計算を行い,CNTの層間相互作用について検討し,損失には層間ファンデアワールス相互作用が関連していることがわかった。4.塑性変形,接合のダイナミクス:座屈弾性曲げ変形を通電加熱することにより座屈を解消し塑性曲げ変形が得られることを明らかにした。また,その動的過程の観察に成功し,移動した炭素原子量および反応の活性化エネルギーを見積もった。さらに,ナノチューブ内部に閉じこめたフラーレンを接合したナノカプセルがナノチューブ軸に沿って輸送される現象を見いだした。5.ナノチューブの欠陥と電気伝導:通電加熱による座屈弾性曲げ変形(6員環で構成されsp^3的性質をもつ結合をもつ)から塑性曲げ変形(6員環に5員環,7員環が付加)に変化する過程の電流変化を追跡し,明らかに導電性が高くなることが明らかになった。本研究ではナノチューブ(CMT)のナノメカニクスの動的過程を解明するという観点から、1)機械的エネルギーの散逸機構の解明、2)熱伝導および格子振動の伝搬の解析、3)CNTの塑性変形や接合の動的過程の解明、4)CNTのトポロジカルな欠陥の動的過程と電気伝導の関係を明らかにすることを目的とし、本年度は以下の研究を実施した。1.カーボンナノチューブの機械的エネルギー散逸機構:片持ち梁構造のナノチューブが共振時の振動スペクトルを電子顕微鏡および光学顕微鏡用低温ステージを用い低温で計測し、機械的なエネルギー散逸が低温で抑圧されるがヤング率の変化が小さいことから音速(フォノンの平均速度に相当)の温度依存性は小さいことがわかった。2.格子振動の伝搬:通電過熱下における定常状態の温度解析を行うために顕微分光用チャンバを製作し昇華温度の変化を調べた。光学的観察からCNT・電極の接触抵抗が問題になることがわかった。放射光はナノチューブ軸方向に偏光しているがスペクトルの角度依存性は無いことが明らかになった。3.分子動力学解析:エネルギー散逸について古典的なポテンシャルを用いた分子動力学計算を行い、温度の影響について検討した。また、ナノカプセル輸送に関しての分子動力学計算から捕獲脱出過程には温度の影響があること、また、振動にはvan der Waals力とカプセルの質量が関連することを明らかにした。4.塑性変形・接合のダイナミクス: 1本のナノチューブの温度を測定しながら透過型電子顕微鏡(TEM)による観察を行なえるように、熱放射スペクトル測定系の構築・調整を行った。また、ナノチューブ内のナノカプセルの輸送現象について、カプセルの移動回数は高温になるほど増え、その機構が熱エネルギーであることが確認された。

5.ナノチューブの欠陥と電気伝導: 1本のナノチューブを通電加熱しながら引っ張り応力を加えてわずかに伸び変形させた時の、変形前後でのカイラリティの微小変化を電子回折によって捉えることができた。1.カーボンナノチューブの機械的エネルギー散逸機構:片持ち梁構造のナノチューブが共振している際の振動スペクトルの温度依存性を計測し、vdW界面および欠陥の影響について詳細に検討した。また、単層や2層ナノチューブの両持ち梁構造の振動の温度依存性を電気的に検出できる測定系を構築した。2.格子振動の伝搬:赤外顕微分光系により通電加熱時の到達温度の過渡変化について検討を始めた。その結果、100ns以下の高速応答することがわかった。これ以下の時定数に対応するために試料構造の検討が必要なことが明らかになった。3.分子動力学解析:エネルギー散逸について古典的なポテンシャルを用いた分子動力学計算を行い解析した。温度依存性および欠陥量依存性について検討した結果、ヤング率の温度依存性が実験結果と定性的に良い一致を示した。4.塑性変形・接合のダイナミクス:昨年度TEM内に構築した熱放射スペクトル計測装置を用いて、1)CNTのオイラー座屈を解消し、曲げ角の大きい塑性変形を導入するプロセスと、2)曲げ角の小さい塑性曲げ変形が緩和して直線にするプロセス、それぞれに必要な温度の測定に成功した。これらからそれぞれの活性化エネルギーを5.46.1eVおよび5.8eVと見積もれた。ナノカプセル輸送について、外部電場によってカプセルが動く現象を見いだした。CNT撚糸について、CNT同士の密着性、撚り角、接触長さと引張強度との関係についてデータ蓄積を行った。また、接合について、太いCNT先端に細いCNTを接合形成する条件探索を行った。5.ナノチューブの欠陥と電気伝導:ナノチューブ延伸塑性変形について、5-7欠陥伝播によるカイラリティ変化の理論解析から、延伸による捻れ歪みが残るほどに欠陥の伝搬距離は短いことが推察された。これにより金属-半導体-金属接合形成の可能性が示唆された。1.低温におけるナノチューブの機械的エネルギーの散逸機構の検討:ナノチューブの機械振動を詳細に検討するために新たな測定手法を提案した。多層ナノチューブの層間相互作用が振動損失に大きな寄与をすることを詳細に検討した。また、理論予測された単層ナノチューブと共鳴光との光誘起の輻射力を検討するための測定系を開発し比較的太い多層ナノチューブに働く光輻射力について検討した。2.熱伝導および格子振動の伝搬と機械的振動の散逸との関連の検討:ナノチューブのジュール加熱時における温度の過渡応答について検討しナノチューブと基板との接触部の伝導について検討した。熱伝導率のナノチューブの長さの観点から調べ、フォノンの散乱過程について検討した。3.塑性変形・接合のダイナミクス:通電による延伸では、先に伝播した5-7欠陥が延伸領域近傍に停滞しひずみを蓄えること、したがって、次に発生した5-7欠陥はそのひずみを低減するように先と異なる伝播方向をとることを明らかにした。接合については、ナノチューブ内でC_<70>分子を接合し形成したナノチューブは、外層ナノチューブの径に制限を受けたカイラリティをもつことを明らかにした。
植物に血縁淘汰は存在するか?

本研究の2年目(最終年度)は、「植物間コミュニケーションの適応的意義」に重点を置き、調査・研究を行った。野外生態調査および実験試料の採集は、昨年同様、アメリカ合衆国カリフォルニア州のsagebrush自生地で行った。1.植物間コミュニケーションの季節変化:展葉期(5月)と開花期(7月)に匂い暴露処理を行ったところ、展葉期の処理では、防衛反応が認められたのに対し、開花期では花序および種子生産量が増大する傾向が認められた。このことより、匂いを受容する時期で、異なる反応を示すことが明らかになった。2.匂いの組成と個体の血縁度の関係:生育地に10×10mの調査区を設定し、各個体の空間分布を記録した。調査区内の各個体に関して匂い組成(質・量)を明らかにするとともに、各個体より葉の一部を採集し、マイクロサテライトマーカーを用いた遺伝分析を行い、個体の近縁度を評価した。その結果、二次代謝物質の組成と遺伝的近縁度には、一定の相関関係が認められた。これは、sagebrushが種子繁殖の他に、地下茎によるクローン成長を行っていることと密接に関連していると考えられる。3.実生の生存率に及ぼす匂いの効果:一斉に発芽した当年生の実生に対して、隣接する成熟個体の葉を切除し、匂い暴露処理を行った結果、匂いを暴露させなかった実生と比較して生存率が上昇する傾向が認められた。また、高さ10cm以下の幼個体に対しても同様の暴露処理を行い、食害の程度を測定したところ、匂いに暴露した幼個体で食害がより少ない傾向が見られた。以上のことから、sagebrushにおける植物間コミュニケーションは、生活史段階初期の実生および幼個体において、生存率や防衛反応を高める働きをしていることが示された。本研究は、動物行動学の分野で検証された「利他行動」および「血縁淘汰」の進化が、植物においても存在するという発想にたち、その実証へと導く第一歩とすることである。初年度に当たる平成21年度は、以下に示す2つの「誘導防衛機構の解明」と「植物間コミュニケーションの適応的意義」に関して以下の調査・研究を行った。○野外生態調査○誘導防衛機構の解明1)植食者の同定先行研究では、sagebrushが食害を受けることは報告されているが、実際の植食者が明らかになっていなかった。本調査により、主な植食者は、バッタ類とアブラムシであることが明らかになった。○植物館コミュニケーションの適応的意義1)植物間コミュニケーションに関する操作実験野外に生育する個体を用いて、摘葉処理、同定されたHIPVs暴露処理、植食者除去などの野外操作実験処理を行い、適応度に関わる形質(生存率、生長量、種子生産量)を測定した。その結果、匂い成分には個体差があり、近縁個体同士は匂いの組成が類似すること。また、匂い組成が類似する個体間では、防衛反応が強く誘導されることが明らかになった。また、春の展葉期に食害をうけると、種子生産量が減少する一方で、夏の花序形成期に匂いを受容すると、成長および種子生産量が増加することが明らかになった。2)HIPVsと個体の血縁度の関係各生育地内に調査区(10×10m)を2つ設定し、各個体より葉の一部を採集し、マイクロサテライトマーカーをもちいた遺伝分析を行い、個体の近縁度を評価したところ、Sagebrushは種子繁殖のほか、地下茎の伸長による栄養繁殖も行っていることが明らかになった。
アンチ・エイジングを目的とした運動による筋局所の性ホルモン産生

本研究では、加齢により高頻度に発症する生活習慣病やサルコペニアと骨格筋や心臓の局所性ステロイドホルモン合成能の関連性を検討し、アンチ・エイジングのための運動療法に筋局所の性ステロイドホルモン変動がどのように貢献しているのかを明らかにすることを目的とした。本研究成果は、加齢によって生活習慣病やサルコペニアの発症リスクが激増することに対して局所で産生されている性ホルモンが関与し、局所の性ホルモンの動態に基づくより効果的な運動指導法の戦略を組み立てる基礎的な知見となり得るデータが示された。本研究は、加齢により高頻度に発症する生活習慣病やサルコペニアと骨格筋や心臓の局所性ステロイドホルモン合成能の関連性を検討し、アンチ・エイジングのための運動療法に性ステロイドホルモン変動がどのように貢献しているのかを解明することを目的とする。平成21年では、加齢に伴う骨格筋の局所の性ホルモン産生機構の変化について検討した。対象はオスSDラット(若年群:12ヶ月齢,高齢群:24カ月齢,各群15匹)を用いた。測定組織は、骨格筋(ひふく筋、ヒラメ筋)、心臓、精巣、卵巣とした。測定項目は、組織中ホルモン濃度(testosterone, DHT, DHEA, estradiol)はEIA法により測定した。骨格筋中DHEAおよびDHTレベルは、加齢に伴い明らかに低下した。また、高齢群における一過性運動後の骨格筋中DHEAおよびDHT濃度は明らかに増大した。一方、骨格筋中testosteroneおよびestradiolレベルに変化は認められなかった。加齢に伴い骨格筋局所のステロイドホルモンレベルは低下し、運動は加齢に伴う骨格筋局所の性ホルモン合成を活性化させる可能性が示唆された。加齢に伴い、生活習慣病疾患リスクは増大する。その要因の1つに運動不足や食生活の乱れによる肥満が関与していると考えられる。肥満は内分泌機能の低下をもたらし、性ホルモン産生も低下させる。我々は、骨格筋内が性ステロイドホルモンを代謝合成できることを明らかにしてきたが、その性ステロイドホルモンが骨格筋内でどのような役割を担っているのかは不明である。最近我々は、骨格筋内の性ステロイドホルモンは筋内の糖代謝を亢進させることを証明した。そこで本年度は、肥満ラットを用いて、運動トレーニングおよび性ホルモンの前駆体であるDHEA摂取による骨格筋局所の性ホルモン産生と糖代謝の分子調節経路の変化について明らかにすることを目的とした。14週間高ショ糖食を与えた肥満モデルラットにDHEA摂取あるいは、1日60分、週5回、25m/分の速度でトレッドミル運動トレーニングを6週間実施し、摘出した腓腹筋内の性ホルモン濃度および性ホルモン合成酵素、糖代謝調節シグナル経路のタンパク発現を検討した。DHEA摂取あるいは運動トレーニングにより有意に空腹時血中インスリン濃度、血糖値が改善した。骨格筋内DHEAとDHT濃度、さらにDHEAからDHTの代謝酵素である5α-reductaseのタンパク発現は運動トレーニング、DHEA摂取により有意に増加した。また、運動トレーニング、DHEA摂取により、糖代謝調節シグナル経路であるAktとPKCζ/λのリン酸化が亢進し、さらにGLUT4発現も増加した。また、骨格筋のDHEAとDHTの濃度に、空腹時血糖、インスリン濃度、インスリンシグナル経路と有意な相関が見られたことから、骨格筋内の性ステロイドホルモンの増大は肥満によりインスリン抵抗性の改善に関与する可能性が示された。アンドロゲンなどの性ホルモンは加齢に伴い低下するため,高齢者や閉経後女性では,筋機能の低下や生活習慣病の発症との関連性が指摘されている.閉経後女性における運動トレーニングが骨格筋および心筋における性ホルモン合成に及ぼす影響を明らかにするため,卵巣摘出ラットを用いて持久性トレーニングによる性ホルモン合成酵素の遺伝子およびタンパク発現,組織中ホルモン濃度について検討した.対象は卵巣摘出メスラット(12週齢:40匹)とし,卵巣摘出メスラット運動群(n=20)と卵巣摘出メスラットコントロール群(n=20)に分けた.運動は,トレッドミル走(25m/min,60分/日,5日/週×12週間)を行い,12週間の運動トレーニング終了後に骨格筋(ひふく筋,ヒラメ筋),心臓の各臓器を摘出した.測定項目は,各群における性ホルモン合成酵素の遺伝子発現量:(Real-time Quantitative RT-PCR法)およびタンパク発現(Western Blot法)および組織中ホルモン濃度はELISA法により検討した.卵巣摘出により骨格筋中のDHEA,testosterone,estradiol,DHT濃度は明らかに減少し,閉経に伴う血中性ホルモンの減少と同様に,骨格筋中の性ホルモンレベルも減少することが明らかとなった.一方,卵巣摘出メスラットでは,骨格筋中の性ホルモン合成酵素である5alpha-reductaseの遺伝子発現が増大する傾向が認められた.

また,持久性トレーニングによる骨格筋中の性ホルモン濃度に明らかな変化は認められなかった.以上のことより,閉経に伴う血中の性ホルモン濃度の減少は,骨格筋局所の性ホルモン産生機構に影響を及ぼし,運動トレーニングに伴う骨格筋の適応過程に血中と骨格筋の性ホルモン産生機構が関与している可能性が示唆された.
シオカラトンボのUV反射Waxの解明

日本人になじみの深いシオカラトンボは、成熟過程でオスが麦わら色から水色へと変化する。本研究から、シオカラトンボのオスは、成熟して水色になる過程で表面の微細構造が劇的に変化し、同時に強い紫外線反射能と撥水性を持つようになること、微細構造はWax様物質の分泌により生じることが明らかになった。また、シオカラトンボの雌雄の背腹およびWaxをまとう他の種類でWaxの同定を試みた結果、全部で7種類の混合物であること、さらに1種類のWax合成品でも高い紫外線反射能と撥水性を有することが確認された。日本人に馴染みの深いシオカラトンボは、成熟過程でオスが麦わら色から白水色へと変化する。申請者は、シオカラトンボのオスは、体色変化の際に、Waxを分泌して体表の微細構造を変化させ、同時に強力なUV反射能を獲得することを発見した。本研究では、真夏の日差しに強いシオカラトンボの体表Wax構造の合成・輸送経路の分子基盤を解明し、生物素材としての応用の可能性を探ることを目的とする。平成26年度は、GC-MS解析により、成熟オスで多く産生される物質の候補を特定することができた。また、体表Waxによる撥水性の評価についても、概ねまとめることができた。日本人に馴染みの深いシオカラトンボは、成熟過程でオスが麦わら色から水色へと変化する。2014年度に、シオカラトンボのオス背側で見られるWaxの物質をほぼ特定することに成功した。2015年度は、シオカラトンボの雌雄の背側、腹側および他のWaxをまとうトンボでWaxの物質の同定を試みた結果、全部で7種類の混合であることが示唆された。興味深いことに、シオカラトンボのオス背側に多いWaxは他の種や性別では見られず、このオスに特徴的なWax生産に関わる候補遺伝子を特定することにも成功した。本研究のメインの目的である、Waxの同定に関して、非常に順調に研究が進んでいる。次年度はこれらの成果をまとめることに注力したい。2015年度までに、オスが水色になる過程で表面の微細構造が劇的に変化し、同時に強い紫外線反射能と撥水性を持つようになること、微細構造はWax様物質の分泌により生じることが明らかになっていた。Waxの分泌は雌雄だけでなく、背側と腹側でも差があり、オスでは背側でWax分泌と紫外線反射が強いのに対して、メスでは腹側でWax分泌と紫外線反射が強くなる傾向が確認された。近縁種で日陰を好むオオシオカラトンボではメスではWax分泌と紫外線反射が見られないことから、Wax分泌はトンボの生息環境や生態と密接な関係があることが示唆された。また、シオカラトンボの雌雄の背腹およびWaxをまとう他の種類でWaxの同定を試みた結果、全部で7種類の混合であることが確認された。興味深いことに、シオカラトンボのオス背側に多いWaxはメスや他の種類では見られないことが明らかになった。2016年度は、共同研究によりこのWaxの合成を行ったところ、1種類のWax合成品でも高い紫外線反射能と撥水性を有することが明らかになった。合成品は、結晶化させる方法によって表面構造が変化するが、滴下させた場合が生体に最も近い特徴を持つことが確認された。また、オスとメスおよび通常メスとオス型メスのRNAseq解析から、オスの背側に特徴的なWax生産に関わる候補遺伝子を複数同定することに成功し、特に差のある遺伝子を1種類特定することに成功した。本研究のメインの目的である、体表Wax成分の同定について、順調に研究が進捗している。一方、候補物質の合成に関しては難航したため、次年度以降は抽出物を用いたアッセイなどを検討する予定である。シオカラトンボのWaxの特性に関して、かなりの部分を整理することに成功した。今年度はデータを補完しつつ、論文化することを目標にする。昆虫分子生物学研究成果の一部は、今年度特許出願を行う予定である。平成26年度は、主に成熟個体の腹部背側に着目した解析を進めたので、平成27年度以降は、未成熟個体の解析や腹部腹側での解析を進めるとともに、Wax産生や輸送に関わる候補遺伝子の解析も進めたいと考えている。平成27年度は、Wax合成が難航したため、その分の経費が繰り越しになった。平成26年度は、当初予定していたWax成分の合成が難航したため、その分の経費が繰り越しになった。平成28年度は、当初の申請書の研究計画に比べて実際の交付額が少なかったため、当初の予定通り遺伝子解析用の費用に充てる予定である。
天然変性蛋白質による分子認識の物理的基盤

「天然変性蛋白質」は、近年発見された新しいカテゴリーの蛋白質であり、単独では特定の構造を持たないが、標的分子を認識・結合するという機能発現と同時にフォールディング(構造形成)する。天然変性蛋白質は、高等生物が持つ蛋白質の約4割を占めることから、その分子認識機構の解明が重要課題となっている。本研究では、複数の天然変性蛋白質の標的分子認識機構を、核磁気共鳴(NMR)法などを用いて調べた。その結果、天然変性蛋白質は極めて高速で分子認識可能なことや、天然変性蛋白質に応じて誘導適合機構と構造選択機構といった機構で分子認識することなどが明らかになった。本研究では、天然変性蛋白質が標的蛋白質を認識する反応の分子機構の解明を目的とする。蛋白質の分子認識機構として、構造選択機構と誘導適合機構が提唱されている。前者は、蛋白質がフォールディングしたあとに標的分子と結合すると考える。一方、後者では、蛋白質が標的分子と結合したあとにフォールディングすると考える。どちらのメカニズムが妥当なのかを解明することを目指す。本年度は次の成果を得た。1.天然変性蛋白質HIV-1 TatによるTAR核酸認識の分子機構を、ストップトフロー蛍光法を用いて詳細に解析した。その結果、反応開始後数ミリ秒以内に大きな蛍光強度変化があり、その変化量がTAR濃度に依存することが示された。このことは、数ミリ秒以内にTat-TAR結合反応が起きていることを示唆する。また、その後の反応は1つの指数関数で表すことができ、その速度定数はTAR濃度に依存せず一定であった。すなわち、このフェーズはTatのフォールディングに由来すると言える。以上の結果から、Tatは数ミリ秒以内にTARと結合後、フォールディングして最終的なTat-TAR複合体を形成すると考えられる。したがって、Tat-TAR認識反応は、誘導適合機構によって起きると考えられる。2.天然変性蛋白質c-Mybは、転写コアクチベータCBPのKIXドメインと結合してフォールディングする。c-MybによるKIX認識反応を、R2緩和分散法などのNMR法によって詳細に調べた。その結果、c-Mybは遊離状態において、KIXと結合しやすい中間状態構造へマイクロ秒以内にフォールディングすること、また、c-Mybはこの状態から素早くKIXに結合することが示された。したがって、c-Mybは、誘導適合機構よりもむしろ、構造選択機構に近いメカニズムで分子認識をすると考えられる。本研究では、天然変性蛋白質が標的蛋白質を認識する反応の分子機構の解明を主な目的とする。1.天然変性蛋白質c-Mybと転写コアクチベータCBPのKIXドメインとの結合反応をNMR R2緩和分散法によって詳細に調べた結果、中間体を形成しない二状態的なメカニズムで分子認識することが明らかになった。また、アミノ酸残基レベルでの解析結果から、結合反応の遷移状態において、核となる相互作用や構造が形成されていることが示唆された。このことから、c-Mybは、構造選択機構によって標的分子を認識することが示唆された。この他に、KIX上のc-Myb結合部位に結合する他の天然変性蛋白質pKIDや、天然変性蛋白質Tatについては、誘導適合機構で分子認識することが示唆されている。これらの結果を考え合わせると、天然変性蛋白質による分子認識機構は、天然変性蛋白質に応じて異なると言える。したがって、天然変性蛋白質による分子認識反応には、普遍的な認識機構は存在しないことがわかった。今後は、天然変性蛋白質による分子認識機構を決定する因子の解明が重要課題である。現在、論文執筆中である。2.天然変性蛋白質MLLとCBPのKIXドメインとの分子認識反応をNMR R2緩和分散法で測定した結果、特徴的な緩和分散曲線が観測され、マイクロ秒ミリ秒の時間域で分子認識することがわかった。現在、その分子認識機構を解析中である。3.天然変性蛋白質の中には、pH依存的に分子認識反応を行うものがある。このような天然変性蛋白質を、別の蛋白質と融合させることにより、別の蛋白質の機能をpH制御するシステムを開発した。4.これらの他に、蛋白質の変性状態ダイナミクスを観測するための一分子計測法開発の共同研究や、NMRによる蛋白質のダイナミクス測定の共同研究も行った。これにより、天然変性蛋白質による分子認識の物理的基盤を構築する。まず、天然変性蛋白質p53が標的蛋白質CBP TAZ2を認識するときの結合部位と解離定数を定量的に求めるために、NMR滴定法を用いて解析した。がん抑制因子p53のN末端転写活性化ドメインは天然変性領域であり、AD1とAD2という2つのサブドメインに分けられる。

これらのペプチドの一方を、15NラベルしたTAZ2蛋白質に滴定していくと、TAZ2のNMRピークがカーブする様子が観測された。滴定に伴う化学シフトの変化を特異値分解(SVD)法で解析することにより、TAZ2上には、AD1(およびAD2)の結合部位が2ヶ所あることがわかった。また、SVD法をデータのノイズ・フィルターとして用いたあと、2サイト結合モデルを仮定して、滴定曲線をグローバル・フィッティングした結果、これらの結合部位および解離定数を精度良く得ることができた。次に、NMRピークの線形を詳細に解析した結果、TAZ2-AD2間の高親和性結合では、結合速度が1.7x10(10)M(-1) s(-1)、解離速度が540 s(-1)という値を得た。これは、本実験条件下では、1マイクロ秒程度の時定数で結合し、2ミリ秒程度で解離するという、極めて速いダイナミクスの存在を示している。従来、蛋白質間結合速度としては10(9) M(-1) s(-1)オーダーのものが知られていたが、p53 AD2とCBP TAZ2の結合は、これまでで最速の蛋白質間相互作用と言える。これは、AD2の負電荷とTAZ2の正電荷間の強い静電引力によって実現されると考えられる。天然変性蛋白質には電荷が多く、それゆえに変性構造を採る。今回の結果は、一般に、天然変性蛋白質が関与する結合は極めて速いことを示唆する。研究実績の概要に記載の通り、天然変性蛋白質Tatとc-Mybによる標的蛋白質認識機構に関して新たな知見が得られた。研究実績の概要に記載の通り、天然変性蛋白質p53による標的蛋白質認識機構に関して新たな知見が得られた。今後も引き続き、当初の研究計画通りに研究を遂行する予定である。引き続き、天然変性蛋白質の標的分子認識機構の研究を遂行するために、研究費を使用する。主に、消耗品費として用いる予定である。引き続き、天然変性蛋白質の標的分子認識機構の実験的研究を遂行するために、研究費を使用する。
シグナル素子としての脂肪酸による脂質代謝関連遺伝子の発現調節機構

食事性炭水化物は食事性脂肪と同じく脂肪として体内に蓄積されるが、前者はインスリンなどのホルモンによって極めて強く制御されている。一方、食事性脂肪の場合にはそのようないわば内因性因子の介在は全く知られておらず脂肪、特にそれから派生する脂肪酸が直接シグナルとなる制御機構の存在が強く推察される。脂肪酸自体が、リガンドすなわちシグナルとなり直接的に標的遺伝子に作用し、転写レベルでの制御を行うことが推察されてきた。このような細胞内へのシグナルの移行は、特に脂肪酸のような脂溶性かつ細胞毒性の強い物質の場合、特異的な受容体タンパクと結合したのちになされることが想定された。そこで、脂肪酸吸収の最も盛んな小腸上皮細胞においてそのような脂肪酸受容体タンパクが存在するかどうかを検討した。その結果、ラット小腸上皮細胞に新規の脂肪酸結合タンパク質遺伝子の発原が認められた。近年、脂溶性物質をリガンドとする核内転写因子は、各転写因子間でリガンドによって相互作用を受ける、いわゆるクロストーク現象が見出されてきている。そこで脂肪細胞で発現が顕著であったレチノイン酸受容体(RAR,RXR)ならびにビタミンD受容体(VDR)の遺伝子発現を詳細に検討したところ、両受容体遺伝子ともかなり脂肪細胞特異的な発現を呈すること、さらに興味深いことにクロストーク現象も認められることが判明した。これらのクロストーク現象によって、脂溶性ビタミンによる脂肪細胞分化抑制が生じることが推察された。さらに、マウス由来の3T3-L1脂肪細胞cDNAライブラリーからVDRをクローニングし、マウスVDRのアミノ酸配列を初めて決定した。脂肪組織は、以前は代謝的に全く不活発であり、ただ単に単純拡散で浸透してきた脂肪酸をトリグリセリドの形で蓄積するものと考えられてきたが、近年になり脂肪組織は代謝的に極めて活発であり、特に生体のエネルギーバランスの上で重要な生理的役割を果たしていることが明らかとなってきている。すなわち、生体は食事由来のエネルギー源を待ちかまえて、極めて迅速に処理蓄積しさらに必要に応じて生体に再供給するシステムを具備している。食事性炭水化物も食事性脂肪と同じく脂肪として体内に蓄積されるが、前者はインスリンなどのホルモンによって極めて強く制御されている。本研究の当該年度における研究実績は以下のようである。脂肪酸と作用様式が極めて類似していることが推察され、その受容体が核内転写因子として極めて重要な役割を果たしていることが明らかになってきているステロイド・甲状腺ホルモンスーパーファミリーの脂肪細胞での発現に着目し、遺伝子レベルでの解析を行った。その結果、レチノイン酸受容体およびビタミンD受容体mRNAが脂肪細胞において発現し、脂肪細胞の分化と密接に関係していることが推察された。また、ラット脂肪組織より脂肪細胞膜上に局在する脂肪酸結合タンパク質cDNAの取得にも成功した。(1)脂肪酸受容体のクローニングと遺伝子及びタンパク質の発現動態の解析脂肪酸自体が、リガンドすなわちシグナルとなり直接的に標的遺伝子に作用し、転写レベルでの制御を行うことが推察されてきた。このような細胞内へのシグナルの移行は、特に脂肪酸のような脂溶性かつ細胞毒性の強い物質の場合、特異的な受容体タンパクと結合したのちになされることが想定される。その結果、ラット小腸上皮細胞に新規の脂肪酸結合タンパク質遺伝子の発現が認められた。この現象はタンパクレベルでも確認できたことから、本遺伝子の構造ならびに発現動態などの詳細な解析を行っている。(2)脂溶性物質をリガンドとする核内転写因子遺伝子の解析近年、脂溶性物質をリガンドとする核内転写因子は、各転写因子間でリガンドによって相互作用を受ける、いわゆるクロストーク現象が見出されてきている。そこで脂肪細胞で発現が顕著であったレチノイン酸受容体(RAR,RXR)

ならびにビタミンD受容体(VDR)の遺伝子発現を詳細に検討したところ、両受容体遺伝子ともかなり脂肪細胞特異的な発現を呈すること、さらに興味深いことにクロストーク現象も認められることが判明した。これらのクロストーク現象によって、脂溶性ビタミンによる脂肪細胞分化抑制が生じることが推察された。さらに、マウス由来の3T3-L1脂肪細胞cDNAライブラリーからVDRをクローニングし、マウスVDRのアミノ酸配列を初めて決定した。
作業ミス低減に向けた画像解析を用いた工程管理に関する研究

工場において作業内容を正しく推定することにより、部品の取付順序や取付位置の誤り、さらには部品の取付忘れなどと言った作業ミスに対して、適切に作業者へ警告し、作業ミスを低減させる管理システムの開発を目指している。特に本研究では、作業を撮影するカメラ位置について2つの検討している。ひとつは、カメラを天井に設置し、その画像を解析することで作業内容を推定し、もうひとつは、作業者にウェアラブルカメラを装着し、その画像を解析することで作業内容を推定した。本研究は、近年増加している製造現場の請負や熟練作業者の退職の増加によって、「製造品質」の維持が困難な状況が見受けられる。この対策として、製品検査の強化が、その対応策のひとつとして挙げられるが、検査作業の強化は、生産性、経済性とトレードオフの関係にあり、その強化には限界がある。そのため、実務的な側面からも何らかの対応策を求める声は少なくない。この様な背景の中で、本研究は、製品品質の自工程保障への応用に向け、画像解析を用いることで生産現場における作業ミスの発見、作業の無駄の発見、更には工程管理の問題点の発見に向けた基礎的な研究に取り組んでいる。本年度は、作業者が装着したウェアラブルカメラの画像を解析することによって作業内容の推定、また、工場内に設置された固定カメラの画像の解析をすることによって作業者の追跡と作業内容を推定することに関して、検討することを目的に研究を推進してきた。1ウェアラブルカメラの画像解析ARマーカーから作業点の位置推定、さらには作業位置の特徴から作業点の位置推定について検討し、作業内容の推定とその精度に関して評価した。ARマーカーを用いることで、高い精度で作業点の位置推定が可能となり、作業内容の推定が可能であることが認められた。一方で、作業位置の特徴として、本実験では製品部分の色の配色を用いたが、ARマーカーを用いた場合の作業点の位置推定よりも位置推定の精度は低下するものの、作業内容の推定は可能であることが認められた。2固定カメラの画像解析食品工場におけるフードディフェンス用のカメラの画像を用いて、作業者の追跡と作業内容の推定、その精度に関して評価した。作業者が作業を行う範囲を限定できる本研究での対象作業では、作業者の追跡および作業内容の推定が可能であることが認められた。実験室と実際の製造現場における解析とを並行して実施した。おおむね順調に進捗しており、特に、実際の工場における実験を通じて、本研究の結果に対する課題を具体化することができ、今後さらに検討を深化させることが可能な状態となっている。食品業界においては、安全と安心が特に求められている時代にあり、異物混入などによるフードテロへの不安を取り除き、消費者へ安心と安全をいかに提供するかが経営の重要課題のひとつとなっている。そこで、原料調達から販売までのプロセスをカメラ監視するフードディフェンスへの対応を各社進めている。しかし、フードディフェンスでは、監視や牽制といったことが主たる目的であり、撮影した映像を作業分析し、作業改善に活用することまでは想定されていない。なぜならば、24時間撮影される映像を人間が分析をすることは実際には不可能であり、それを代替する技術が現状では不足している。作業現場の監視への取り組みは、食品業界において先行しているが、今後、他の業界にも拡大する可能性はあり、その際に、単なる監視目的としてカメラを導入するのではなく、撮影画像の解析によって作業改善に活用できるような技術を構築しておくことは、有用であると考えている。これによって作業ミスなどのヒューマンエラーの低減、生産性の向上といった直接的な問題解決に加え、製造工程の可視化に伴う工程管理、生産管理、SCMといった上位の問題解決にも期待できる技術となりうると考え研究を推進してきた。本研究では、工場の自動倉庫にフードディフェンス用に設置されたカメラ映像を使い、フォークリフトを用いての原料の入出庫作業を解析対象とした。その結果、フォークリフトによる作業が「いつ」、「どこで」行われたかを判定すること、フォークリフトが荷物搬送を搬送しているか、空荷かを判定すること、出庫に遅れが生じる原因を自動的に解析し、改善案を創出することが可能となった。平成27年度の研究において具体化した課題の解決に注力するため、実際の食品工場での検討を更に深化させる。そのためには、他の作業、他の工程において実証的な検証を進める予定で、画像解析を用いた工程管理システムの実現に向け、研究を進める予定である。インダストリアル・エンジニアリング当初購入を予定してた解析用パソコンが、同等のスペックでありながら、より廉価で新製品が発売されたことから次年度使用額が生じた。解析に用いる設備機器の購入に充当する予定である。
昆虫アンテナのハプティクスの神経機構

本研究は、複雑な能動的触覚(ハブティクス)を昆虫の触角(アンテナ)という比較的単純なシステムを用い、行動観察を基礎として生理学的にその神経機構を明らかにすることを目的として実施され、以下の知見を得た。【不定形アリーナを用いた空間認知能の検証】異なる4種類の曲率の壁からなる閉空間(不定形アリーナ)に盲目コオロギを入れ、アリーナ内での滞在時間の空間分布を調べた。コオロギは相対的に最も狭い空間を選択的に好むこと、アンテナがこの空間選択性に関与することを明らかにした。【シェルター選択性による空間認知能の検証】サイズが異なる複数のシェルターをもつ円形アリーナを用意し、上記と同様に調べた。雌雄共に特定のサイズのシェルターを選択する傾向が存在した。【アンテナ筋の神経支配】ゴキブリのアンテナ筋より細胞内誘導をしながら、運動神経刺激によって発生する接合部電位を記録した。これによりすべてのアンテナ筋の神経支配様式を明らかにした。【アンテナのキネマティクス】アンテナ筋肉の直接的電気刺激によっておこるアンテナ運動を3次元解析し、各関節の回転軸の方向、振幅、中立位置などを調べた。アンテナは総関節自由度5の比較的複雑な運動をすることが分かった.【薬理的に発現させたアンテナリズム】アセチルコリン類以物質であるピロカルピンおよびニコチンをインタクトな動物の頭部に注入したところ、空間的に規則的なアンテナ運動が発生した。これと同様の運動パターンは触覚定位行動時にも頻繁に観察された。ピロカルピンは摘出脳においても、アンテナの水平および垂直運動神経間で協調的活動を引き起こした。ムスカリンおよびニコチン受容体とアンテナ運動発現調節との関連が示唆された。【匂い刺激とアンテナ運動】誘引的および忌避的匂い刺激によって起こるアンテナ運動を3次元記録し、薬理的に強制発現した運動パターンと比較した。本研究は、複雑とされる能動的触覚(ハプティクス)を昆虫の触角(アンテナ)という比較的単純なシステムを用い、行動観察を基礎として生理学的にその神経機構を明らかにすることを目的として今年度より開始され、これまでに以下の知見を得た。【空間認知の検証】動物は一般に狭い空間を好む性質(接触走性)がある。異なる4種類の曲率の壁からなる閉空間(アリーナ)に盲目コオロギを入れ、その滞在時間の空間分布を調べた。また形状は同じだか絶対サイズが異なる3種類のアリーナも用意し同様に調べた。その結果、コオロギは相対的に最も狭い空間を選択的に好むことが明らかになった。さらにアンテナを除去した場合、この検出能自体は消失しなかったが、感度が低下する傾向が見られた。【アンテナ運動筋の神経支配】合計5種類のアンテナ運動筋より細胞内誘導をしながら、運動神経刺激によって発生する接合部電位を記録した。全ての筋繊維で興奮性接合部電位が記録された。抑制性接合部電位は記録できなかったが、抑制神経が運動神経中に存在することが電気生理的に示唆された。【アンテナのキネマティクス】アンテナ筋肉の直接的電気刺激によっておこるアンテナ運動を2台のビデオカメラを用いて3次元解析し、各関節の回転軸の方向、振幅、中立位置などを調べた。アンテナは総関節自由度5の比較的複雑な運動をすることが分かった。【薬理的に発現させたアンテナリズム】ムスカリン性アゴニストのピロカルピンをインタクトな動物の頭部に注入するとアンテナ運動が発現するが、これを2台のCCDカメラで3次元的に解析したところ、空間的に規則的な軌跡(8の字型)を描いた。

また摘出脳でもピロカルピン投与により、アンテナの水平および垂直運動にかかわる運動神経間で協調的活動が引き起こされた。これらの結果はムスカリン受容体がアンテナの中枢パタン発生器の活性化と密接に関連していることを示している。【夜行性昆虫の空間認知能の再検証】昨年度はコオロギの空間認知能の基礎データを得た。すなわち異なる4種類の曲率の壁からなる閉空間(不定形アリーナ)に盲目コオロギを入れ、その滞在時間の空間分布を調べた結果、コオロギは相対的に最も狭い空間を好むことを明らかにした。本年度はより長時間のデータを2系統で自動計測できる画像解析システムを作製し、これを用いて実験条件をさらに細分化して以下の知見を得た。1)形状は同じだがサイズの異なる5種類の不定形アリーナにおける滞在時間の空間分布を調べたところ、すべてのサイズで最も狭い空間に選択的に滞在する傾向が雌雄ともに見られた。2)円形アリーナの壁面底部に複数のシェルターを放射状に設置し、そこでの滞在時間を調べた。奥行きは一定(100mm)だが幅が異なる(2040mm)6種類のシェルターを設置したところ、オスでは比較的幅が狭いものを、メスではより広いものを選択する傾向が見られた。3)幅は一定(30mm)だが奥行きが異なる(60160mm)6種類のシェルターを設置したところ、雌雄ともに奥行きが長いものを選択した。特にメスは高いサイズ検出能を持っことが示唆された。【薬理的に発現させたアンテナリズム】触角(アンテナ)は昆虫にとって能動的触覚(ハプティクス)に与る主要な感覚器である。昨年度はムスカリン性アゴニストのピロカルピンをインタクトなゴキブリの頭部に注入すると空間的に規則的な8の字型あるいはループ型のアンテナ運動が発現することを報告した。本年度はこれに加えてニコチン性アゴニストもアーチ型または8の字型のアンテナ運動を惹起することを見出した。これらの運動パターンはインタクトな動物でも見られることから、ムスカリニック受容体に加えてニコチン受容体もアンテナの自発運動の発現機構に関与することが示された。