hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不安・恐怖に関与する神経ペプチドの作用機序の解明

記憶・学習への関与が予想されるセクレトグラニンII遺伝子(Scg2)の欠損マウス(Scg2 KO)を12時間明・12時間暗の周期での飼育し、明期(休眠期)のマウスを用いて、電気刺激と音刺激を組み合わせた恐怖条件付け学習を行った。遺伝子型による身体のすくみ反応の差異について検証したところ、遺伝的背景がB6系統のマウスでは、海馬依存的とされる文脈的想起において、Scg2 KOマウスですくみ反応の抑制傾向が認められた。一方で、遺伝的背景がB6-129混合系統のマウスは、B6系統に比べて全体的にすくみ反応が高かったが、遺伝子型による差異は認められなかった。電気刺激に対する感受性の影響について明らかにするため、move、run、vocalize、jumpの各反応を誘発する電気刺激の強さを比較検討した。遺伝子型による差異は認められず、B6系統のScg2 KOマウスで見られるすくみ反応の抑制傾向は、感受性の鈍化によるものではないと考えられた。Scg2は、光環境への応答や概日リズム制御への関与も示唆されていることから、日周活動リズムが記憶・学習に与える影響を確かめるため、暗期(活動期)のマウスを用い、暗所条件下で恐怖条件付け学習試験を行った。通常条件に比べ、すくみ反応が弱く出る傾向が認められ、またScg2 KOでのすくみ反応の抑制も見られなくなった。Scg2由来ペプチドであるセクレトニューリンの効果を調べる上で、血管新生を指標とした実験系は有効である。鶏胚漿尿膜上の血管新生を利用した実験系で、セクレトニューリンの血管新生亢進作用を確かめた。さらに、セクレトニューリンの部分的ペプチドによる血管新生亢進効果について確かめたところ、受容体結合領域と推定されているC末側領域ではなく、N末側領域に強い血管新生亢進作用を認める予備的知見が得られた。恐怖条件付け学習による身体のすくみ反応が野生型と異なるセクレトグラニンII遺伝子(Scg2)の欠損マウス(Scg2 KO)は、不安・恐怖の制御機構を明らかにする上で良いモデルマウスとなる。当年度は、電気刺激と音刺激を組み合わせた恐怖条件付け後のすくみ反応について、遺伝子型、並びに遺伝的背景による差異を確認した。遺伝的背景がB6系統のマウスでは、恐怖条件付け学習時や、音刺激をきっかけとした想起試験において、すくみ反応が抑制傾向を示した。海馬依存的な文脈的想起試験ではあまり差は認められず、扁桃体での音条件との関連づけに影響している可能性がある。一方で、B6-129混合系統では、すくみ反応の抑制は見られず、遺伝的背景の違いによってScg2由来神経ペプチドの効果あるいは作用が異なることが示唆された。前述のすくみ反応の変化と、電気刺激に対する感受性との関連について検討するため、マウスに1秒間の電気刺激を、0.1 0.7 mAまで、0.1 mA刻みで上げながら加え、move、run、vocalize、jumpの各反応を誘発する電気刺激の強さを、遺伝子型、並びに遺伝的背景で比較検討した。B6系統で、vocalizeの反応を引き起こす電気ショックのレベルがKOでやや強かったほかは、遺伝子型による違いは認められなかった。遺伝的背景による比較では、jumpの反応がB6系統の方で起きやすかった。Scg2由来神経ペプチドにより活性化される、記憶・学習に関わる細胞内シグナル伝達を調べる端緒として、マウス海馬初代培養神経細胞をScg2由来神経ペプチドで刺激し、転写調節因子のリン酸化について確認した。血管内皮細胞等において既に報告のあるERKのリン酸化の増加に加え、CREBのリン酸化の増加傾向も確認された。Scg2 KOマウスでみられるすくみ反応の変化について、検証を進めている。電気刺激と音刺激の組み合わせによる恐怖条件付け学習や、その後の想起によるすくみ反応について調べた結果、B6系統のマウスにおいてはScg2由来神経ペプチドは、海馬依存的な記憶の形成というよりは、扁桃体での音条件との関連づけに関与している可能性が示唆された。加えて、遺伝的背景による差異について比較から、遺伝的背景の違いによってScg2由来神経ペプチドの効果あるいは作用は異なることも示された。特に想起反応時のScg2 KOでは、遺伝的背景による差が顕著であり、その差異をもたらす要因にも関心が持たれるところである。また、すくみ反応の変化の傾向と電気ショックに対する反応性の変化は一致しておらず、単純に電気刺激に対する感受性の違いに帰結するものではないことも確かめられた。Scg2由来神経ペプチド受容体の同定については難航しているが、Scg2由来神経ペプチドの一つ、セクレトニューリンの受容体はGPCRであると推定されていることから、Orphan GPCRパネル解析にてScg2由来神経ペプチドに応答するGPCRを検索し、いくつかの候補遺伝子を得ている。また受容体の同定に先行して、Scg2由来神経ペプチドの入力に応答した細胞内シグナル伝達経路の解明も進めている。記憶・学習に関わる神経活動で重要な働きを担うCREBのリン酸化レベルの増加傾向が確認できたほか、マウス海馬初代培養神経細胞をScg2由来神経ペプチドで刺激し、発現が変動する遺伝子についてAgilent Expression Array解析を試みている。今後再現性を確認する必要があるが、2倍以上の変動を示すものとして約1,000スポットがリストアップされている。以上から、当該研究はおおむね順調に進展していると判断した。学習時の光条件は、恐怖記憶の形成やその後の想起に影響することが知られている。

当年度は、学習や想起時の光環境を暗環境(赤外線ライト環境)下にして実験を行い、通常の明環境下での結果と比較した。遺伝的背景がB6系統のマウスでは光環境が明環境の場合、音刺激をきっかけとした想起試験において、セクレトグラニンII遺伝子欠損(Scg2 KO)マウスのすくみ反応に抑制傾向が認められたが、暗環境(赤外線ライト環境)下でも、個体差が大きいため有意な差は認められないものの、すくみ反応はやや抑制気味となった。一方遺伝的背景がB6-129混合系統では逆に、暗環境下において、音刺激による想起試験でScg2 KOマウスのすくみ反応は亢進する傾向が認められた。海馬依存的な文脈的想起試験でも、B6-129混合系統を用いた暗環境での試験では、亢進を示すことが多かった。Scg2由来神経ペプチドの一つであるセクレトニューリンは、薬理学的な解析から、GPCRが受容体として働くと予想されている。また、Scg2遺伝子は視交叉上核において高発現しており、概日リズム形成に関与することが示唆されていることから、データベース検索により視交叉上核で高発現しているOrphanGPCR遺伝子を受容体候補としてリストアップした。加えて、Orphan GPCRパネル解析の結果、Scg2由来神経ペプチド刺激に対して応答性が見られたGPCR遺伝子を、さらに受容体候補とした。これら受容体候補遺伝子を組み込んだ発現ベクターを、ホタルルシフェラーゼのレポーター遺伝子とともに培養細胞に導入し、Scg2由来神経ペプチド刺激に対する応答性をルシフェラーゼアッセイにて確認した。また、Scg2由来神経ペプチドの入力に応答した細胞内シグナル伝達を明らかにする端緒として、マウス海馬初代培養神経細胞をScg2由来神経ペプチドで刺激し、発現が変動する遺伝子群をマイクロアレイ解析にて検索した。電気刺激と音刺激の組み合わせによる恐怖条件付け学習、並びにその後の想起によるすくみ反応について、Scg2 KOマウスを用いた検証を進めている。恐怖条件付学習時、並びに海馬依存的な文脈的想起試験においては、現在までに、野生型とScg2 KOとの間に明らかな差は認められていないが、音刺激をきっかけとした想起試験で興味深い傾向が確認できている。B6系統のマウスにおいては、音刺激による想起試験でScg2 KOマウスはすくみ反応の抑制傾向を示すが、光条件を暗条件にした場合でも、Scg2 KOでは抑制気味であり、今後個体数を増やしてさらに検証する。一方で、遺伝的背景が異なるB6-129混合系統のマウスにおいては、通常の明条件では野生型とScg2 KOとで特に違いは見られないが、暗条件では、音刺激による想起試験でScg2 KOマウスにすくみ反応の亢進傾向が確認された。前年度までに得られていた、Scg2由来神経ペプチドが扁桃体での音条件との関連づけに関与している可能性がさらに裏付けられるとともに、遺伝的背景の違いによってScg2 KOが示す反応が逆転する要因にも関心が持たれるところである。Scg2由来神経ペプチド受容体の同定については未だ同定に至っていないが、データベース検索等から幾つかのOrphan GPCRを候補として選別した。
虚血下肢への高濃度人工炭酸水足浴治療の効果についての検討

【目的】閉塞性動脈硬化症患者の虚血肢に人工炭酸水による足浴を連日行い、足浴時血流量増加反応や下肢虚血症状への影響を検討した.【方法】閉塞性動脈硬化症(Fontaine分類11度)と診断された患者8例の虚血肢8肢を対象とし、人工炭酸水による足浴(約15分間、下腿遠位1/3まで浸水)を1日1回3週間連日で行った(炭酸水群).炭酸水は三菱レイヨン・エンジニアリング社製人工炭酸泉製造装置で作製し、CO_2濃度約1000ppm、水温35°Cとした.足浴開始日と、1、2、3週間後に、症状優位側の下肢で足浴時皮膚血流量の変化を測定した.測定は、レーザードブラ血流計(アドバンス社製、ALF-21)を用いて足背部で行った.下肢の自覚症状は冷感・しびれ感を対象とし、血流量測定時10イントスケールで症状の強度を評価した.また、同温の淡水を用いた足浴を8例で行い同様に評価した(淡水群).【結果】炭酸水群では足浴時に最大277-800%(平均429%)の有意な皮膚血流量増加がみられた.また、冷感、しびれ感などの自覚症状が全例で軽減し、症状の強度は、1週間後6.2点、2週間後3.8点、3週間後2.8点(平均)で有意に低下した(p<0.01).初回足浴時の血流量増加率は平均で270%であったが、2週間後には341%、3週後には362%と有意な増加がみられた(p<0.05).一方、淡水群では、足浴中の最大皮膚血流増加率が173%と小さく、症状の改善度は低かった(3週間後平均8.5点).【結語】人工炭酸水の足浴で血流増加反応が得られた,また、炭酸水足浴治療の継続が、閉塞性動脈硬化症患者の冷感、しびれ感などの安静時虚血症状を改善させることが示唆された.【目的】閉塞性動脈硬化症患者の虚血肢に人工炭酸水による足浴を連日行い、足浴時血流量増加反応や下肢虚血症状への影響を検討した.【方法】閉塞性動脈硬化症(Fontaine分類II度)と診断された患者7例の虚血肢7肢を対象とし、人工炭酸水による足浴(約15分間、下腿遠位1/3まで浸水)を1日1回3週間連日で行った(炭酸水群).炭酸水は三菱レイヨン・エンジニアリング社製人工炭酸泉製造装置で作製し、CO_2濃度約1000ppm、水温35°Cとした.足浴開始日と、1、2、3週間後に、症状優位側の下肢で足浴時皮膚血流量の変化を測定した.測定は、レーザードプラ血流計(アドバンス社製、ALF-21)を用いて足背部で行った.下肢の自覚症状は冷感・しびれ感を対象とし、血流量測定時に10ポイントスケールで症状の強度を評価した.【結果】炭酸水群では足浴時に最大277-800%(平均426%)の有意な皮膚血流量増加がみられた.また、冷感、しびれ感などの自覚症状が全例で軽減し、症状の強度は、1週間後6.2点、2週間後3.8点、3週間後2.8点(平均)で有意に低下した(P<0.01).【結語】人工炭酸水の足浴で血流増加反応が得られた.また、炭酸水足浴治療の継続が、閉塞性動脈硬化症患者の冷感、しびれ感などの安静時虚血症状を改善させることが示唆された.現在、同温の淡水足浴群での評価を行っており、今後、両群を比較する予定である.【目的】閉塞性動脈硬化症患者の虚血肢に人工炭酸水による足浴を連日行い、足浴時血流量増加反応や下肢虚血症状への影響を検討した.【方法】閉塞性動脈硬化症(Fontaine分類II度)と診断された患者7例の虚血肢7肢を対象とし、人工炭酸水による足浴(約15分間、下腿遠位1/3まで浸水)を1日1回3週間連日で行った(炭酸水群).炭酸水は三菱レイヨン・エンジニアリング社製人工炭酸泉製造装置で作製し、CO_2濃度約1000ppm、水温35°Cとした.足浴開始日と、1、2、3週間後に、症状優位側の下肢で足浴時皮膚血流量の変化を測定した.測定は、レーザードプラ血流計(アドバンス社製、ALF-21)を用いて足背部で行った.下肢の自覚症状は冷感・しびれ感を対象とし、血流量測定時に10ポイントスケールで症状の強度を評価した.また、同温の淡水を用いた足浴を5例で行い同様に評価した(淡水群).【結果】炭酸水群では足浴時に最大277-800% (平均426%)の有意な皮膚血流量増加がみられた.また、冷感、しびれ感などの自覚症状が全例で軽減し、症状の強度は、1週間後6.2点、2週間後3.8点、3週間後2.8点(平均)で有意に低下した(p<0.01).一方,淡水群では、3週間後8.7点(平均)と大きな改善がなかった.【結語】人工炭酸水の足浴で血流増加反応が得られた.

また、炭酸水足浴治療の継続が、閉塞性動脈硬化症患者の冷感、しびれ感などの安静時虚血症状を改善させることが示唆された.【目的】閉塞性動脈硬化症患者の虚血肢に人工炭酸水による足浴を連日行い、足浴時血流量増加反応や下肢虚血症状への影響を検討した.【方法】閉塞性動脈硬化症(Fontaine分類11度)と診断された患者8例の虚血肢8肢を対象とし、人工炭酸水による足浴(約15分間、下腿遠位1/3まで浸水)を1日1回3週間連日で行った(炭酸水群).炭酸水は三菱レイヨン・エンジニアリング社製人工炭酸泉製造装置で作製し、CO_2濃度約1000ppm、水温35°Cとした.足浴開始日と、1、2、3週間後に、症状優位側の下肢で足浴時皮膚血流量の変化を測定した.測定は、レーザードブラ血流計(アドバンス社製、ALF-21)を用いて足背部で行った.下肢の自覚症状は冷感・しびれ感を対象とし、血流量測定時10イントスケールで症状の強度を評価した.また、同温の淡水を用いた足浴を8例で行い同様に評価した(淡水群).【結果】炭酸水群では足浴時に最大277-800%(平均429%)の有意な皮膚血流量増加がみられた.また、冷感、しびれ感などの自覚症状が全例で軽減し、症状の強度は、1週間後6.2点、2週間後3.8点、3週間後2.8点(平均)で有意に低下した(p<0.01).初回足浴時の血流量増加率は平均で270%であったが、2週間後には341%、3週後には362%と有意な増加がみられた(p<0.05).一方、淡水群では、足浴中の最大皮膚血流増加率が173%と小さく、症状の改善度は低かった(3週間後平均8.5点).【結語】人工炭酸水の足浴で血流増加反応が得られた,また、炭酸水足浴治療の継続が、閉塞性動脈硬化症患者の冷感、しびれ感などの安静時虚血症状を改善させることが示唆された.
ライダーを活用した中層・超高層大気結合の協同観測-乱流圏界面の解明に向けて-

ライダーを中心に光学・電波観測を組み合わせた地上観測で下部熱圏の力学的諸現象を解明したとともに、さらに高度を上げて乱流圏界面の物理を明らかにできるように、移動用のコンテナラボを開発し共鳴散乱ライダーを設置して信楽MUレーダーサイトでの移動観測を行い、Ca+がスポラディックE層とともに増大することを観測した。また多波長発振可能なレーザの開発も行い、今後の高高度観測への道を開いた。超高層大気と中層大気の相互作用は、大気温度・大気組成・イオン組成などの変動を観測可能な共鳴散乱ライダー観測をレーダーや大気光観測、イオノゾンデやロケットなどの地上及び飛翔体観測に加えることで、これまで観測できなかった種々の物理過程を明らかにすることができると期待される。本計画では、中層大気と超高層大気の結合領域で起こる、大気不安定構造とそれに伴う鉛直混合過程やオーバーターニング、ダブルピーク現象、スポラディック層など、これまで断片的に見られてきた諸現象について、ライダーを加えた光・電波の協同観測でを詳解し、乱流圏界面の解明の手がかりを探る事を目的とする。1)協同観測のデータ解析これまでの観測データを解析して中層・超高層大気境界での物理現象を調べた。高緯度から中・低緯度での観測データについて、ライダーによる温度、組成変動のデータとレーダー、イメージャデータを用いて、変動とその原因を探った。その結果、南極での磁気嵐によるNa層の減少、中緯度での大気潮汐波による層構造の変動、大規模な混合現象、大気重力波の構造の3次元的解明や運動量輸送、大気光発光層の変動など多くの知見を得た。2)可搬型ライダーの開発・整備中間圏から下部熱圏の超高層大気下部を観測するライダーでも散乱断面積が極めて大きい共鳴散乱ライダーについて移動観測システムの検討を行った。その結果、まず首都大の所有するNaライダー用のレーザーを改良してCa+イオンの観測を行うレーザーを開発してMUレーダーとの同時観測を行う目標をたて科学的および技術的両面からシステムの検討を行った。3)拠点観測の実施ライダーを活用した国内での拠点観測を実施するために、移動用プラットフォームを開発した。当初の計画は半固定と移動用を開発する予定だったが、この計画を発展させ機動性に富むコンテナラボを開発することとして実際に制作を行った。超高層大気と中層大気の相互作用は、大気温度・大気組成・イオン組成などの変動を観測可能な共鳴散乱ライダー観測をレーダーや大気光観測、イオノゾンデやロケットなどの地上及び飛翔体観測に加えることで、これまで観測できなかった種々の物理過程を明らかにできると期待される。本課題では、中層大気と超高層大気の結合領域で起こる、大気不安定構造とそれに伴う鉛直混合過程やオーバーターニング、ダブルピーク現象、スポラディック層など、これまで断片的に見られてきた諸現象について、ライダーを加えた光・電波の協同観測で詳解し、乱流圏界面の解明の手がかりを探る事を目的とする。1)協同観測データの解析前年に続いてこれまでの各地の観測データの解析を進めた。大気重力波のイベントの詳細解析を行った他、大気光イメージング観測に見られるリップル構造とライダー観測による大気安定度の比較検討を進め、その相関についてライダーによる物理パラメータの高度勾配解析法の影響や酸素原子の高度勾配の影響を指摘した。また流星群によるNa大気組成の変動の影響とくに時定数を明らかにした。2)可搬型ライダーの開発電離大気と中性大気の相互作用の観測に焦点をあて、色素レーダーを用いたCa+イオンを計測する可搬型のライダーの整備を進め、前年度導入したコンテナラボをプラットフォーム化して試験調整を行った。また固体レーザーの開発もめ、多種の組成が観測可能な波長可変レーザーの性能を確認した。3)拠点観測の実施開発したプラットフォームを京都大学の信楽MU観測所に移動させ、拠点観測を開始した。Ca+イオンの観測を行い、100km以上の高高度からの散乱信号を得ることに成功した。次年度のスポラディックE層の多発する夏期の観測に向けて調整を進めた。以上のように本課題は新しい複合観測に向け着実に進展している。●課題1協同観測データの解析本年度は、これまでの協同観測と衛星観測データ等を解析し、大気重力波の伝搬と背景風によるその非対称化、大気重力波砕波現象などを明らかにするとともに、Esおよびスポラディック金属層・イオン層など、本研究で狙っている高高度の現象すなわち乱流圏界面に近い領域の現象を捉えた。●課題2可搬型ライダーの開発

本年度は、極地研が昭和基地で観測を行なう共鳴散乱ライダーの開発が進むことから超高層大気下部の大気構造を詳細に観測する方法を開発する。温度観測法の検討、多波長観測の検討等を進めた。また、ライダー以外の地上観測装置(レーダー、大気光イメージャ、イオノゾンデ等)の相互比較のための調整を行った。●課題3拠点観測の実施高高度が観測可能なCa+イオンの観測に焦点を絞り、超高層大気下部の総合地上観測を執げ行い、下部熱圏底部の中性および電離大気の構造と変動を調べた。微弱な信号レベルと格闘しながらも、Esの発生時に同時観測を成功させ、Ca+イオン層の消長を多面的な測器を用いて観測した。
発色団を含む非対称LB膜の構造と機能の相関解析

極性の大きい発色団を含む両親媒性化合物と,長鎖脂肪酸などを交互に累積した非対称LB膜では,焦電性,圧電性,および光学的非線形性などが期待できる。本研究では,分子軸方向に大きい極性をもつドデシルオキシフェニルビラジンカルボン酸(DOPC)と重水素化ステアリン酸の交互累積膜,ならびにそれらのBa塩の交互累積膜を作製して,膜中の分子配向の温度変化を,赤外透過および反射吸収スペクトルから,我々が先に提案した方法によって定量的に評価するとともに,膜の焦電流を精密に測定し,両者の相関性を検討してきた。本年度は主として,我々が先に見い出した,40°C以上での加熱によって起る正電流の急速な増加の原因を確かめるため,両方の交互累積膜について,上記の温度範囲でのCH伸縮振動領域の非共鳴ラマンスベクトル変化を,高感度電荷結合型(CCD)検知器で測定した。2880および2850cm^<-1>に現われるCH_2逆対称および対称伸縮振動バンドの強度は,温度の上昇とともに大きく減少する。一方,両バンドの強度比1(2880)/1(2850)は炭素鎖の規則性の敏感な尺度であって,炭素鎖が全トランス型の規則構造から溶融状態の不規則構造まで変化する時,強度比は1.5から0.7まで減少することが知られている。そこで,上に述べた測定結果から,この強度比の温度変化を求めたところ,二つの交互累積膜について,40°Cまでは約1.22の一定値を示し,40°C以上で急速に低下しはじめ,約100°Cで1.03に達することがわかった。これらのことから,両交互膜中のDOPC(またはそのBa塩)は,40°C以下ではわずかな割合のゴーシュ構造を含むやや不規則な状態にあるが,40°C以上では温度とともに,より不規則性を増すことがわかった.このことは,40°C以上での温度上昇による正電流の急速な増加は,炭素鎖の規則性の乱れによる脱分極に起因するものと結論できる。このことは赤外分光法による分子配向の定量評価からも確かめられた。
回転超流動ヘリウム自由表面における量子現象の研究

回転下において超流動Heの循環は量子化され、各々の渦が全て同一の循環を持つ安定な位相欠陥である量子渦として存在する。量子渦は液体自由表面において終端する際にエクボを形成するが、その終端点近傍の状態の詳細は実験の困難さより明らかにされていない。量子渦が形成するエクボは液体表面上に形成される2次元電子系に対し散乱体となり、その移動度に影響を及ぼすことが予想される。加えて、渦芯周りの流れは自由表面に励起された表面波の分散関係に影響を与える可能性がある。よって、回転下において2次元電子系の移動度測定および、表面波(重力波)測定を行なった。実験で制御した量子渦密度の上限は10^8/m^2である。回転超流動He上2次元電子系の移動度測定の結果について述べる。実験に用いた2次元電子密度は10^<12>/m^2である。超流動4He上での実験において、回転速度の増加に伴い移動度が減少する様子が観測された。一方、同様の回転速度依存性は常流動3He上でも確認された。このことは観測された回転速度依存性が量子渦に起因するものではないことを示唆する。移動度に量子渦の影響が反映されなかった原因は、4Heの渦一つ一つが自由表面において形成するエクボの大きさが小さい(深さ70Å、半径4μm)こと、および渦密度が2次元電子密度に対し非常に小さいことに起因すると考えられる。表面波の実験について述べる。本研究では波長が毛細管長より長い重力波について、共鳴周波数の回転速度依存性を調べた。測定は7mKで行なった。この温度では超流動中の粘性成分は完全に無視できる。共鳴周波数は回転角速度の自乗に比例し増加することが明らかになった。この変化は回転流体における慣性波の理論により説明される。一方、定量的には比例係数が古典理論に対しおよそ半分であり、量子渦による何らかの影響を反映していると考察される。本研究は、回転超流動ヘリウムに生成される量子渦と超流動自由表面の素励起間における相互作用の様子を実験的に観測するのが目的である。これまで、量子渦のバルクな性質は活発に研究がされているが、自由表面における振る舞いは実験難度の高さもありこれまで行われていない。本年度は、回転ヘリウム表面に形成した表面二次元電子系の移動度をSommer-Tonner法を用い測定した。静止下における研究より、表面二電子系の移動度は電子液体状態およびWigner結晶状態において表面素励起に非常に敏感であることが知られている。一方、量子渦は自由表面における終端部分において凹みを形成し、また、その密度は回転数により制御できる。量子渦は表面電子系の移動度に対し何らかの影響を与えると推察される。よって静止下の状態と回転下の結果を比較することで渦-表面素励起間の相互作用にアプローチできると考え、実験を行った。しかし、現時点で量子渦に起因する変化は観測されていない。以下に結果の概要を示す。実験には10^12/m^2の電子密度(飽和電子密度状態)を用い、磁気抵抗測定を行った。試料容器は高精度回転稀釈冷凍機にマウントし、05rad/secまで回転速度を制御した。これによって得られる渦密度は10^8/m^2である。電子液体状態およびWigner結晶においておよそ3rad/sec以上でシグナルに変化が見られた。しかし、これらの変化は参照系として測定した常流動ヘリウム3においても観測された。一方、シグナルの変化は冷凍機の傾きに対して非常に敏感であり、かつ条件によっては上記のシグナル変化を再現することがわかった。これらにより、回転下におけるシグナル変化は量子渦に起因するものではなく、回転自由表面のマクロな変化に対しての応答であることが結論された。

この温度では超流動中の粘性成分は完全に無視できる。共鳴周波数は回転角速度の自乗に比例し増加することが明らかになった。この変化は回転流体における慣性波の理論により説明される。一方、定量的には比例係数が古典理論に対しおよそ半分であり、量子渦による何らかの影響を反映していると考察される。
サンゴ礁生物を素材とする細胞分裂阻害物質の探索と展開

本年度の研究目的に沿って、沖縄およびインドネシアのサンゴ礁生物を素材に、それらから見つかる細胞分裂を阻害する物質、およびすでにタンパク合成阻害剤として報告したhippuristanolに関連する研究を行った。インドネシア産海綿Lamellodysidea herbaceaから見い出した一連の多臭素化ジフェニルエーテル(PBDE)類については、その化学構造と構造活性相関について報告した。hippuristanolについては、これを秋光らと試薬として使用して、タンパク合成におけるmRNAのSTOPコドンの役割について検討した。さらに、WagnerとPelletierらとの共同研究により、hippuristanolの標的タンパクであるRNA helicaseの結合部位を明らかにした。一方、ホヤに由来するマクロライドのiejimalide類については、小林と長田らによって最近その活性メカニズムが明らかにされたが、Helquistらとともにiejimalideの誘導体を各種作成し、その構造活性相関について報告した。さらに、沖縄本島恩納村沿岸で採集した2種の海綿Dysidea cf. arenariaと未同定種(現在、de Voogdに同定を依頼中)についてその細胞毒性成分を明らかにした。D. cf. arenariaからは一連の新規スポンジアン型ジテルペン類を見い出し、それらの構造と細胞毒性について検討した。一方、未同定種からは、チオフェンとアセチレンを含むユニークな新規脂肪酸を単離し、その構造と活性について明らかにした。いずれも現在投稿論文を準備している。本年度の研究目的に沿って、サンゴ礁生物から見つかる細胞骨格(主にアクチン)を標的とする物質およびタンパク合成阻害剤に関連する研究を行った。1)アクチンを標的とする物質に関連する結果としては、海綿suberites japonicusの細胞毒性成分であるseragamide Aの活性メカニズムを明らかにし報告した。一方、先にG-アクチンのサブドメイン1,3の間にはまり込むことを報告したkabiramide Cに関連する結果としては、kabiramide Cを含有するタイ産の海綿について微量成分を検討し、kabiramide F-Iと命名した4つの新規類縁体を報告した。また、合成誘導体を含めた細胞毒性についても同時に報告した。2)先にタンパク合成開始因子の一つeIF4A(RNA helicase)の選択的阻害剤として報告したhippuristanolについては、McGill大学のPelletierらとともにそのライフサイエンス研究用試薬としての活用を検討した。その結果、i)ウイルスのinternal ribosome entry siteの要求性を区別するのに役立つこと、ii)(ネコの)ノロウイルスがeIF4Aを必要し、hippuristanolによって効果的に阻害されること、iii)細胞でのstress granuleの生成が従来知られていたeIF2αの阻害によるルートだけではなく、翻訳の開始をhippuristanolなどに阻害することによっても起こること、などの結果が得られた。
ヒト肝細胞移植マウスを利用したヒトにおける医薬品代謝物の生成予測

マウスの肝臓がヒトの肝細胞に置換された「ヒト肝細胞移植マウス」を用いて、ヒトにおける医薬品の体内動態の予測検証を行った。検証化合物として、肝臓で様々な薬物代謝酵素によって代謝される10数化合物を選択し、本モデルマウスに投与後の尿、糞、血漿中の検証化合物濃度、代謝物を分析した。その結果は、実際のヒトで報告されるプロファイルを反映していたことから、創薬においてヒトにおける医薬品の体内動態を予測することができる。医薬品のうち、10数化合物を取り上げ、マウスに肝細胞を移植した「ヒト肝キメラマウス」を用いて、ヒトにおける薬物代謝を定性的・定量的に予測できるかどうかの検証をin vitro/in vivo両面からのアプローチから行うことを研究目的としている。本年度は以下のような成果をあげた。1.In vivoからのアプローチ:解熱鎮痛剤であるイブプロフェン、ナプロキセン、抗うつ薬であるミルタザピンなどをヒト肝キメラマウスに投与し、その尿および糞中に排泄された代謝物をLC/MS/MSを用いて検索した。その結果は、実際ヒトで報告されている代謝プロファイルに反映していることが示された。さらには、その他にも10化合物程度の医薬品をヒト肝キメラマウスに投与し、血中動態、代謝物について検索している。2.In vitroからのアプローチ;ヒト肝キメラマウスから単離した肝細胞を用いて医薬品を代謝反応させ、その代謝物の生成や代謝速度を評価した。その結果、in vitroで生成された代謝物は実際のヒトで報告されている代謝プロファイルに反映していたものとそうでないものに分類された。今後、さらに評価する医薬品を増やして、ヒト肝キメラマウスを用いて代謝予測できるものできないものを分類し、その原因を追究していきたい。また定性的側面だけでなく、代謝物の生成量や代謝速度など定量的側面からの予測も可能かどうかの検証も同時に行い、評価化合物を増やしてその予測精度を見極めていきたいと考えている。医薬品開発における臨床試験の中で、安全性、薬効や体内動態が原因で開発が中止になるケースは多い。創薬段階において、ヒト体内動態を予測できれば、良好な動態を有する医薬品の創出に留まらず、安全性や薬効の予測につながる可能性もあり、その評価法の構築が求められている。肝障害と免疫不全の性質を有するuPA/SCID miceにヒト肝細胞を移植した「ヒト肝細胞移植マウス」は、その肝臓にヒト型の薬物代謝酵素の発現、活性を有することが報告されており、ヒトの薬物代謝、動態を示す「ヒト型肝臓モデルマウス」として期待されている。ヒト肝細胞移植キメラマウスの肝臓は、平均80%の割合でヒト肝細胞に置換されている。本年度は、肝臓におけるチトクロームP450(CYP)、グルクロン酸抱合転移酵素(UGT)、硫酸抱合転移酵素(SULT)やアルデヒドオキシダーゼ(AO)で代謝され、幅広いクリアランスや消失半減期を示す13個の医薬品を検証化合物として取り上げ、ヒト肝細胞移植マウスを用い、ヒト血中動態の予測性について肝クリアランス、消失半減期を指標に検討した。特に、AOで代謝される医薬品は、実験動物とヒトにおいて体内動態に顕著な種差が見られることが多く、その予測は難しい。そこで、臨床試験において低い血中動態を示したことにより開発が中止になったAOで代謝される化合物を取り上げ、ヒト肝細胞移植マウスを用いた予測法の検証を行った。結果、CYP、UGT、SULTやAOで代謝される13の検証化合物において、ヒト肝細胞移植マウスに投与後の肝クリアランスや消失半減期は、実際のヒトにおける値と高い相関関係が認められた。このことから、本マウスは、肝クリアランスや消失半減期の化合物間の大小関係を比較できる定量的予測に有用であることが示唆された。また、ヒト肝細胞移植マウスの肝臓は高いAO活性を有することも確認でき、ヒト予測が難しいとされるAOで代謝される医薬品の体内動態予測にも有用であることを示すことができた。
安全性評価に基づく走行車両の強風警報システムに関する研究

走行車両の風による事故低減と安全性確保のために,車両の空気力学的諸特性を調査すると共に,基本幾何学形状を有する2次元基本断面の動的空力特性について以下の研究を実施し,いくつかの新しい知見・成果を得た.1)偏平矩形断面のフラッター特性と制振走行車両に作用する非定常空気力は,空力自励振動(フラッター)を決定する自励空気力と密接な関連を持つことから,六角形断面および偏平矩形断面を選び,風洞実験により非定常空気力を決定すると共に,断面の振動に同期して動く振動垂直平板を偏平矩形断面に設置し,フラッターに対する制振を試みた.その結果,六角形断面は耐フラッター性能に優れていること,また偏平矩形断面においても振動垂直平板による制振性能は大きく,また空気力の重ね合わせが可能であり,実験で得られた空気力を入力とした数値解析によりフラッター応答を精度良く再現できることが明らかとなった.2)空力特性に対する乱れの影響空力諸特性は気流の乱れに敏感に影響を受けることから,偏平六角形断面の渦励振に対する乱れの影響に焦点を絞り,風洞実験を通じて考察を加えた.その結果,乱れの存在による渦励振応答の変化は,非定常圧力の断面側面の分布状況が,乱れによって急変するためではなく,断面の振動変位に対する圧力の位相差がわずかに変化するためである事が明らかとなった.3)築堤上を走行する車両の空気力築堤状の車両に作用する空気力を,風向をパラメータに選び,風洞実験委より測定した.その結果,車両の抗力係数は斜め前方からの風を受ける方が,横風よりも増加することが明らかとなり,走行中の転倒に対する安定性に注意を向ける必要性が示された.走行車両の風による事故低減と安全性確保のために,車両の空気力学的諸特性を調査すると共に,基本幾何学形状を有する2次元基本断面の動的空力特性について以下の研究を実施し,いくつかの新しい知見・成果を得た.1)偏平矩形断面のフラッター特性と制振走行車両に作用する非定常空気力は,空力自励振動(フラッター)を決定する自励空気力と密接な関連を持つことから,六角形断面および偏平矩形断面を選び,風洞実験により非定常空気力を決定すると共に,断面の振動に同期して動く振動垂直平板を偏平矩形断面に設置し,フラッターに対する制振を試みた.その結果,六角形断面は耐フラッター性能に優れていること,また偏平矩形断面においても振動垂直平板による制振性能は大きく,また空気力の重ね合わせが可能であり,実験で得られた空気力を入力とした数値解析によりフラッター応答を精度良く再現できることが明らかとなった.2)空力特性に対する乱れの影響空力諸特性は気流の乱れに敏感に影響を受けることから,偏平六角形断面の渦励振に対する乱れの影響に焦点を絞り,風洞実験を通じて考察を加えた.その結果,乱れの存在による渦励振応答の変化は,非定常圧力の断面側面の分布状況が,乱れによって急変するためではなく,断面の振動変位に対する圧力の位相差がわずかに変化するためである事が明らかとなった.3)築堤上を走行する車両の空気力築堤状の車両に作用する空気力を,風向をパラメータに選び,風洞実験委より測定した.その結果,車両の抗力係数は斜め前方からの風を受ける方が,横風よりも増加することが明らかとなり,走行中の転倒に対する安定性に注意を向ける必要性が示された.
福祉アクセシビリティに着目した地域生活支援方法と体制整備に関する研究

本研究では,様々な生活ニーズを抱えながら地域で暮らす人々が安定的に地域生活を維持するための要因として「福祉アクセシビリティ」に着目し,福祉アクセシビリティを高め維持するための支援方法と,その支援方法の安定的な継続を実現する体制整備の在り方を検討した。「福祉アクセシビリティ」概念について,支援者側から利用者に働きかけていく方向性も含む力動的な概念として捉えていく必要性を提示した上で,その実現要件となる専門職の労働環境の検討や,支援ツール作成に取り組んだ。本研究は,様々な生活ニーズを抱えながら地域で暮らす人々が安定的に地域生活を維持するための要因として「福祉アクセシビリティ」(社会資源へのアクセスのしやすさ)に着目し,福祉アクセシビリティを高め維持するための支援方法と,その支援方法の安定的な継続を実現する体制整備の在り方を検討することが目的である。この目的を達成するため,本年度は次の3点の課題に取り組んだ。(1)地域生活支援に関する文献研究文献研究をもとに,本研究で取り組むべき課題と研究の進め方について検討した。その上で,(1)精神障害者退院促進支援事業における自立支援員,(2)事業に取り組む社会福祉法人の管理者,を対象に聞き取り調査を実施した。(2)自立支援員および事業管理者への聞き取り調査自立支援員への聞き取り調査では,「福祉アクセシビリティ」および「ソーシャルワーク機能」という観点に着目して,事業利用者との関係構築のために留意している点,具体的な支援内容とその方法,活動を支える支援体制への希望,などを聞き取った。事業管理者への聞き取り調査では,当該事業を活用して安定的・継続的に退院促進支援を行うための留意点や,自立支援員への支援体制などについて聞き取りを行った。(3)相談支援従事者が役割を発揮するための支援体制に関する検討2つの調査で共通して明らかになったことは,相談支援従事者の活動に対する支援体制整備の重要性である。個々の相談支援従事者が担うべき役割の範囲を明確にした上で,業務遂行上必要な知識・技術を習得・向上するための研修や,業務上の不安や困難事例を相談できる窓口を明確にしておくことは,事業利用者の「福祉アクセシビリティ」を高めることにもつながる。この点は,過去に実施した介護支援専門員の労働環境に関する調査研究で得た結果とも共通しており,地域生活支援における重要な課題であることを確認することができた。この目的を達成するため,本年度は次の2点の課題に取り組んだ。(1)地域生活支援に関する文献研究文献研究をもとに、わが国における地域生活支援や福祉アクセシビリティの実態と課題を検討した。本年度は、イギリス・シェフィールド市での現地調査を行い、現地でも多数の文献を収集することができた。特に、一般の市民を対象に相談窓口で配布している多くの資料には、マイノリティの人々を含めた住民の福祉アクセシビリティを保障するための工夫を随所に確認することができた。これらの資料をもとに、イギリスの現状と比較したわが国の現状と課題について検討した。(2)支援者からの聞き取りを踏まえた『地域生活サポートブック』の作成長期入院から地域生活に移行した精神障害当事者の支援に取り組む支援者から、精神障害者の地域移行支援・地域生活支援を行った時に困ったことについて聞き取りを行った。その中で、当事者自身がわからないことが出てきた時に、どこに相談したらいいか、どのように対処したらいいのかを確認できる冊子があれば、福祉アクセシビリティを高める上で有効ではないかと考えた。そこで、支援者らの協力を得て、地域で生活していく上での具体的な事項(相談支援機関の役割と連絡先のほか、食事、洗たく、金銭管理、服薬など)の手順や留意点をわかりやすくまとめた『地域生活サポートブック』を作成した。(1)「アクセシビリティ」概念とソーシャルワークに関する文献研究「人々がその環境と相互に影響し合う接点に介入する」というソーシャルワークの国際定義に従えば、人々と環境の間の「接点のあり方」は、ソーシャルワークの最も中核的な焦点といえる。本研究で鍵概念となる「アクセシビリティ」は、人々と環境の間の「接点のあり方」を示す概念であることについて、文献研究を行った。(2)相談支援専門職のワークストレスに関する研究相談支援専門職の労働環境改善は「アクセシビリティ」確保においても重要課題となる。

介護支援専門員のワークストレスに関する調査結果の分析を通して、相談支援専門職を対象としたメンタルヘルス対策の必要性を提言した。(2)「アクセシビリティ」に配慮した『地域生活サポートブック<改訂版>』の発行前年度、地域で生活していく上での具体的な事項の手順や留意点をわかりやすくまとめた『地域生活サポートブック』を作成した。本年度は、この冊子の内容を基本としながら、再度、支援者らの協力を得て、図や写真を多く取り入れたり、利用者の作品を掲載して親しみやすいものにするなど「アクセスのしやすさ」に配慮した改訂版の作成に取り組んだ。この冊子作成を通して、「アクセシビリティ」を高めるには、「必要な情報が載っている」というだけではなく、「親しみやすさ」や「イメージしやすさ」などへの配慮が重要な要件になることを確認した。
汚染物質分解走性細菌を援用した新規バイオオーグメンテーション技術の創成

難分解性化学物質による土壌汚染に対する生物学的浄化技術の開発は急務である。生物学的浄化には対象物質を分解・資化可能な細菌を分離する必要がある。そこで本研究では、汚染物質分解細菌が持つ「浄化能力」と、汚染物質に対して細菌自らが「走化性」により集積応答する能力を合わせ持つ、「汚染物質分解走性細菌」を現場の土壌から効率的に分離する技術を確立し、高効率な汚染土壌の新規浄化技術の構築を目指している。平成30年度は、難分解性物質のモデルとしてビスフェノールA(以下BPA)を用い、磁気を用いて固液分離を行う磁化活性汚泥法による効率的な汚泥の馴養とBPA資化性細菌の分離を行った。BPAを主な炭素源とする人工排水を用いて活性汚泥の馴養を行い、運転20日目以降に安定し、90%以上のBPA分解率を60日間維持した。これは汚泥内にBPAを代謝する細菌が増殖、濃縮され、曝気槽内に維持されたためと考えられた。そこで16S rRNA遺伝子をターゲットとしたPCR-変性剤濃度勾配電気泳動(PCR-DGGE)法を用いて汚泥内の細菌叢を解析したところ、培養開始15日まで検出される細菌種の数が減少し、46日以降は小数の検出DNAの強度が馴養とともに増加した。これは培養初期にBPAを資化できない細菌が徐々に減少した後、BPAを分解する細菌が優占化したと考えられた。馴養に用いた人工排水の寒天培地に希釈したBPA馴養汚泥を塗布し、増殖したコロニーから6株の細菌を分離した。それらは既に報告例のあるSphingomonas bisphenolicumなども含まれていたが、未だ報告例のない細菌種も3株分離された。以上より、BPAをモデル汚染物質として磁化活性汚泥を馴養することに成功し、さらにその汚泥からBPA資化性細菌を分離することができた。平成30年度における本研究課題の目的は、1モデル汚染物質であるビスフェノールA(以下BPA)を用いて活性汚泥を馴養し、2BPAを分解し、さらに3BPAに対して集積応答を示すBPA資化性走性細菌を分離することを目的とした。このうち1については、磁化活性汚泥を用いた馴養を行い20日ほどの運転でBPAを90%以上分解する汚泥の馴養に成功した。さらに2についても馴養汚泥からBPAを主な炭素源とする人工排水寒天培地で増殖し、コロニーを形成する細菌を6株単離することに成功した。平成30年度は、2BPA資化性細菌の分離、まで達成することができたが、これらの3BPA資化性細菌のBPAに対する走性については検証していないため、BPA走性の有無について走化性を測定し、検証する必要がある。平成30年度に単離することに成功したBPA資化性細菌について、BPAに対する走性を測定、定量化することを第一に行い、本研究課題の重要な達成項目の一つである、BPA資化性走性細菌の単離を行う。もし分離した6株にBPA走性が認められた場合は、研究計画通り、1BPA分解走性細菌の汚染物質に対する走性応答の濃度依存性、2多種類の類似物質に対する走性特性、3走性応答を示す至適培養条件についての検討を行い、さらにBPA走性に関与する走化性センサータンパク質をコードする遺伝子の同定も含めて、BPA走性のより詳細な分子レベルでの解析を行う。もし分離したBPA分解細菌にBPA走性が認められなかった場合は、1BPA馴養汚泥を用いてより多くのBPA分解細菌を分離後、BPA走性細菌をスクリーニングする、または2先にBPA走性細菌を分離し、その中からBPA分解細菌をスクリーニングすることにより、平成31年度の研究課題を遂行する。さらに本研究課題で採用した汚泥の馴養法である磁化活性汚泥によるBPAの馴養についても、より高効率な馴養条件を検討する。馴養後の磁化活性汚泥内では優占化した細菌の消長が確認され、多種類のBPA資化性細菌の存在が示唆された。今後は標準活性汚泥法との馴養効率の比較について検討することにより、磁化活性汚泥法を用いた新規難分解性物質資化性細菌の濃縮ユニットとしての可能性を実証していきたい。そこで16S rRNA

遺伝子をターゲットとしたPCR-変性剤濃度勾配電気泳動(PCR-DGGE)法を用いて汚泥内の細菌叢を解析したところ、培養開始15日まで検出される細菌種の数が減少し、46日以降は小数の検出DNAの強度が馴養とともに増加した。これは培養初期にBPAを資化できない細菌が徐々に減少した後、BPAを分解する細菌が優占化したと考えられた。馴養に用いた人工排水の寒天培地に希釈したBPA馴養汚泥を塗布し、増殖したコロニーから6株の細菌を分離した。それらは既に報告例のあるSphingomonas bisphenolicumなども含まれていたが、未だ報告例のない細菌種も3株分離された。以上より、BPAをモデル汚染物質として磁化活性汚泥を馴養することに成功し、さらにその汚泥からBPA資化性細菌を分離することができた。平成30年度における本研究課題の目的は、1モデル汚染物質であるビスフェノールA(以下BPA)を用いて活性汚泥を馴養し、2BPAを分解し、さらに3BPAに対して集積応答を示すBPA資化性走性細菌を分離することを目的とした。このうち1については、磁化活性汚泥を用いた馴養を行い20日ほどの運転でBPAを90%以上分解する汚泥の馴養に成功した。さらに2についても馴養汚泥からBPAを主な炭素源とする人工排水寒天培地で増殖し、コロニーを形成する細菌を6株単離することに成功した。平成30年度は、2BPA資化性細菌の分離、まで達成することができたが、これらの3BPA資化性細菌のBPAに対する走性については検証していないため、BPA走性の有無について走化性を測定し、検証する必要がある。平成30年度に単離することに成功したBPA資化性細菌について、BPAに対する走性を測定、定量化することを第一に行い、本研究課題の重要な達成項目の一つである、BPA資化性走性細菌の単離を行う。もし分離した6株にBPA走性が認められた場合は、研究計画通り、1BPA分解走性細菌の汚染物質に対する走性応答の濃度依存性、2多種類の類似物質に対する走性特性、3走性応答を示す至適培養条件についての検討を行い、さらにBPA走性に関与する走化性センサータンパク質をコードする遺伝子の同定も含めて、BPA走性のより詳細な分子レベルでの解析を行う。もし分離したBPA分解細菌にBPA走性が認められなかった場合は、1BPA馴養汚泥を用いてより多くのBPA分解細菌を分離後、BPA走性細菌をスクリーニングする、または2先にBPA走性細菌を分離し、その中からBPA分解細菌をスクリーニングすることにより、平成31年度の研究課題を遂行する。さらに本研究課題で採用した汚泥の馴養法である磁化活性汚泥によるBPAの馴養についても、より高効率な馴養条件を検討する。馴養後の磁化活性汚泥内では優占化した細菌の消長が確認され、多種類のBPA資化性細菌の存在が示唆された。今後は標準活性汚泥法との馴養効率の比較について検討することにより、磁化活性汚泥法を用いた新規難分解性物質資化性細菌の濃縮ユニットとしての可能性を実証していきたい。本年度は、ビスフェノールA分解細菌の分離には成功したが、これらの分離細菌のビスフェノールAに対する走性の有無については平成30年度内での測定には至らなかった。本研究ではビスフェノールAを分解だけでなくビスフェノールA走性を示す細菌の単離が必要不可欠であるため、次年度に走化性測定を検討する予定である。そのため次年度使用額(26,418円)は、分離したビスフェノールA分解細菌の走化性測定に用いるガラスキャピラリーなどの消耗品や試薬類に当てることとし、翌年度分と合わせて使用する。
筋疲労・筋電位導関数の導出と機能回復を促す機能的電気刺激

電気刺激により筋群の収縮を誘発することで,運動と感覚の訓練を行う機能的電気刺激は,麻痺疾患の運動機能回復に有効な手法とされているが,電気刺激に伴う強い疲労感や忌避反応などの課題はまだ残っている.本研究では,電気刺激法を用いた麻痺疾患の運動機能回復訓練のために,電気刺激時に計測した筋電位の周波数特徴から筋疲労を推定する方法を開発し,電気刺激パラメータによる誘発運動と脳賦活の同時計測を行うことで,脳活動及び運動量と刺激パラメータの関係を明らかにした.これらの研究成果に基づいた開発した刺激装置を下肢麻痺の被験者に適用し,長期訓練によって脳賦活領域の拡大縮小が引き起こされていることが示された.本研究では,電気刺激法を用いた麻痺疾患の運動機能回復訓練のために,筋疲労のリアルタイム計測と,運動と感覚に関係する脳賦活の計測により,忌避反応や疲労を少なくする刺激波形のパラメータを導出する方法論を開発し,長期リハビリテーションへ応用する.時間的推移を考慮した筋疲労推定法を構築するために,Wavelet変換した筋電位データの高周波帯域のWavelet係数から発揮筋張力を推定し,筋疲労度指標(最大発揮筋張力の低下度合)との関係式に,得られた発揮筋張力推定値を適用することで筋疲労度の推定手法を開発し,検証実験によってその有用性を確認した.また,リハビリに必要な筋収縮力を確保し,筋疲労が少なく,かつ刺激に対する忌避反応の少ないような電気刺激手法を構築するため,刺激パラメータと発現する運動の関係を調査した.刺激パラメータは,刺激頻度を表現するBurst周波数(刺激頻度5,10,20,30,40,50[ms]の逆数)とエネルギー強度を表現するDuty比(30,50,70,90[%])とした.結果として,Duty比が低く刺激頻度が低いパラメータ対とDuty比が高く刺激頻度が高いパラメータ対において,相対的に最大伸展角度が低くなる傾向にあることが明らかとなった.さらに,忌避反応の少ない電気刺激波形が満足すべき条件を明らかにするために,前年度に構築した筋活動及び脳活動を同時に計測可能な実験システムを用いて,刺激パラメータごとの利用者の脳活動との対応関係を調べた.安静時あるいは自発運動中の脳活動と電気刺激中の脳活動を比較した結果,安静時と比較し自発運動のみ,自発運動+刺激に関して運動感覚野に強い賦活が見られた.この結果から,fNIRSでの脳活動計測が,刺激パラメータごと脳活動を評価できる可能性が示せた.電気刺激により筋群の収縮を誘発することで,運動と感覚の訓練を行う機能的電気刺激は,麻痺疾患の運動機能回復に有効な手法とされているが,電気刺激に伴う強い疲労感や忌避反応などの課題はまだ残っている.本研究では,電気刺激法を用いた麻痺疾患の運動機能回復訓練のために,電気刺激時に計測した筋電位の周波数特徴から筋疲労を推定する方法を開発し,電気刺激パラメータによる誘発運動と脳賦活の同時計測を行うことで,脳活動及び運動量と刺激パラメータの関係を明らかにした.これらの研究成果に基づいた開発した刺激装置を下肢麻痺の被験者に適用し,長期訓練によって脳賦活領域の拡大縮小が引き起こされていることが示された.本研究では表面筋電位のリアルタイム計測と運動と感覚に関係する脳賦活の計測により,これまで電気刺激を用いた麻痺疾患の運動機能の回復訓練において問題であった刺激に対する忌避反応や疲労を少なくする電気刺激法の波形パラメータを導出する方法論を開発し,長期リハビリテーションへ応用する.当年度は,電気刺激を付与した際の生体情報を計測するため,モーションキャプチャー,筋電計,fNIRS及びトレーニング機器を用いた身体運動,筋活動及び脳活動を同時に計測可能な多チャンネル運動計測・解析システムを構築した.さらに,電気刺激を付与しながら一定の筋負荷を付与することで筋の等尺性収縮を発生させ,その時の各種計測データとその時間的推移,随意収縮と電気刺激のみにおける収縮との比率から,それぞれの筋負荷条件における疲労度およびその疲労要因の推定を試みた.具体的には,まず,デジタル握力計により一定握力での等尺性随意収縮時における筋活動度合とその時間的推移を表面筋電位センサにより計測する.計測された多チャンネル筋電位信号を周波数解析し,その一定時間における平均およびその変動値,また周波数特徴値(周波数中央値=MPF)から筋張力変化や休憩に対する影響など,疲労回復により発生する外乱を除去し,筋活動強度とその継続時間の関数(疲労度関数)として疲労度を推定する関数を得た.また,スペクトラムの経時変化の様相から随意運動における疲労と類似しているのか・電気刺激による疲労か否かの分別を行うことで,電気刺激における疲労を評価した.電気刺激と筋電位計測を交互に行うことによりノイズの低減を図りながら電気刺激中に随意運動する場合と随意運動のみの場合を被験者3名実施し2条件で特徴的な周波数帯が異なること,すなわち疲労度関数の母関数が電気刺激の有無で異なること,また電気刺激を付与することによって早期に疲労が起こることを明らかにした.