hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フラクタ構造体による電磁波の制御

フラクタル構造を反映したQ値の高い局在モードを確認した。ステージ数が大きいほど局在モードのQ値が高くなることを見出した。透過及び反射スペクトルはモーメント法による数値解析と極めて良い一致を示した。また、電流密度の空間分布も計算し、局在モードの振動パターンも解明した。カントールバーと局在モード振動数が近く構造も比較的良く似た点欠陥フォトニック結晶を数種類作製し、それらの局在モードのQ値及び振動パターンをカントールバーの場合と比較し、自己相似性を有するカントールバーが電磁波閉じ込めに有効なことを見出した。現在、カントールバー型マイクロストリップラインを共振器とした発振素子の設計を行っている。自己相似性を有する三次元フラクタル構造体であるメンジャースポンジを誘電体及び金属を用いて作製し、テラヘルツ時間領域分光法により、透過率、反射率及び直角散乱スペクトルを測定した。外形サイズ9mmで、ステージ2のサンプルにおいて、局在モードに対応すると考えられる透過率の極小及び直角散乱スペクトルの極大をそれぞれ見出した。金属サンプルにおけるその特性波長は二番目の正方形エアロッドの遮断周波数に一致し、マジックティー効果で直角方向に伝播してゆくものと考えられる。現在、反射率測定のより高精度の測定システムを改良中である。フラクタル構造体中の局在モードの電磁場の空間振動パターンを確認するために、カントールバー型一次元フタクタル構造を持つマイクロストリップラインを作製した。ステージ数は14である。また、比較のために周期構造を有するフォトニック結晶に欠陥構造を挿入したラインと、カントールバーと欠陥フォトニック結晶との中間構造のラインも作製した。ネットワークアナライザーにより透過及び反射の振幅と位相スペクトルを測定した。ステージ数3及び4においてフォトニックギャップ領域に局在モードに対応する鋭い透過ピークが見いだされた。モーメント法による数値解析を用いて、これらのピーク振動数のモードの電流空間分布を求めた。カントールバー中の局在モードは中央の幅の広いラインに整数の節を持つモードであるが、フォトニック結晶の欠陥モードのように欠陥領域に強く局在しているのではなくむしろカントールバー全体に少し広がったフォトニック結晶のバンド端モードに近い振動パターンを持つことが分かった。一方、理論解析としてはフラクタルにおける電磁波の局在を理論的に理解する第一歩として、最も単純なカントール集合を考察し、これまで得られなかった任意のステージのカントール集合に対する遷移行列の厳密な表式を得た。これを用いて具体的に透過率などの物理量を正確に求めた。
光スイッチングにおけるメモリー効果の機構解明と新デバイス創製

電気伝導性を持つ有機結晶である有機導体は、電圧パルスとレーザー光の作用により、高い電気伝導度を持つ状態へスイッチングを示す。この高伝導状態は、レーザー光照射を止めたあとも持続する場合があり(メモリー効果)、様々な測定条件で実験を行うことで、その機構について研究した。さらにレーザー光励起によって引き起こされる物性変化の時間分解測定手法を有機超伝導体に応用し、特異的な光応答性を明らかにした。最近我々は、電荷秩序絶縁体状態にあるα-(BEDT-TTF)_2I_3の光・外部電場応答について、金属-絶縁体相転移温度に近い温度領域において時間分解計測手法を用いた研究をすすめている。これまでの成果として、直流電圧の存在下において可視光レーザーパルスを用いて光励起を行うと、電気伝導度が光スイッチングを示すことを明らかにしてきた。また、8Hzの繰り返し周波数のパルス電圧とパルスレーザー光を用いて光スイッチングを生じさせたあと、レーザー光照射のみを止めると、高伝導状態が保持される『パルス電場制御メモリー効果』を発見してきた。本年度は、これらの現象の機構について検討し、レーザー光照射にともなう試料結晶の抵抗値変化について時間分解計測を行った。市販のBEDT-TTFとテトラブチルアンモニウムトリイオージドを有機溶媒へ溶かし、白金電極と定電流源を用いて電気分解を行い、光沢を有する黒色の結晶を合成した。1mm程度の大きさの単結晶を選び、結晶表面に、金線と金ペーストを用いて4端子の電極を作成し、定電流パルスもしくは定電圧パルスを用いた直流4端子法によって抵抗値を計測した。自作のクライオスタットを用いて抵抗値の温度依存性を測定した。ナノ秒パルスレーザー光を光源に用い、光ファイバーを用いて試料表面に光照射を行った。過渡的な電流値もしくは電圧値をオシロスコープをもちいて計測することによって、抵抗値の時間変化を測定した。パルス電場制御メモリー効果において、電流によって発生する熱(ジュール熱)の寄与はなく、光スイッチングにおいて生じる金属状態の緩和過程が重要であると考えられる。本年度は、α-(BEDT-TTF)_2I_3の『パルス電場制御メモリー効果』に関して、メモリー効果を発現させるために必要なパルス電圧の高さと時間幅、電流値の相関関係について研究を行った成果が得られた。具体的には、試料結晶に加える電圧パルスの時間幅を5msから20msのあいだで変化させ、各時間幅において、メモリー効果を得るために必要なしきい電圧の高さの値を測定した。その結果、パルス時間幅が長くなるにつれてしきい電圧の値が低下することが明らかになった。さらに、試料結晶と直列に接続されている負荷抵抗の大きさを増加させ電流値を減少させると、しきい電圧の値が全体的に大きくなることも明らかになった。以上の結果は、高伝導状態において生成するフィラメントの緩和過程がメモリー効果を支配しているとする説明と矛盾しないと考えられる。また、本研究で用いている光励起によって引き起こされる物性変化の時間分解測定手法を、有機超伝導体の光応答の研究に応用した。試料として、代表的な有機超伝導体の一つであるκ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Brを用い、超伝導相転移撮度(Tc)の近傍の温度においてナノ秒パルスレーザー光による光励起を行い、抵抗値変化の時間分解測定を行った。光照射によって過渡的に抵抗値が増加するが、緩和時間は温度に対する依存性を示し、特にTcよりもやや低温側において著しく長くなることが明らかになり、有機超伝導体の相転移ダイナミクスの特異性の一端が明らかになったと考えられる。
スパイラルメトリクスのin situ計測に基づく大規模河川の栄養塩代謝機能の評価

大河川の栄養塩代謝機能を評価する目的で、山梨県富士川を対象に窒素とリンのスパイラルメトリクスの測定を行った。特定の水塊を追跡しながら連続採水するドリフト法を富士川本流に適用したところ、単位面積あたりのNH4とPO4の取り込み速度がきわめて早いことが明らかとなった。さらに、河床からNO2とNO3の正のフラックスが生じていることも明らかとなった。しかし、栄養塩除去効率を示すNH4とPO4の鉛直移動速度および取り込み距離は先行研究と同等か低く、国内の急勾配河川では栄養塩取り込み機能は高いものの、早い流速により栄養塩の多くが短時間のうちに輸送され、下流生態系に波及効果を及ぼしているものと考えられた。本研究は、下流河川(流量12 m3/s以上)における窒素・リンのスパイラルメトリクス(取込み速度U、鉛直移動速度vf、流下距離Sw)をトレーサーを添加しない非侵襲的手法により直接計測し、これまで測定が困難であった大規模河川における栄養塩代謝速度を推定することを目的としている。従来スパイラルメトリクスの推定に用いられてきたトレーサー投入法は大規模河川では実施できないため、本年度は河川をゴムボートで流下しながら水塊中の栄養塩原子を追跡する「ドリフト法」の前提条件の検討を行った。ドリフト法は、河川水と比重を等しくした追跡子(ホローボールを改造)を投入し、その流下中心を目標としながら下流へ観測者が流れていく手法である。本年度は、トレーサー法とドリフト法の併用が可能な3カ所の中規模河川(流量10m3/s以下)で、両手法による栄養塩集団の追跡結果の比較を複数回実施した。各調査地では、追跡子(50-100個)と塩化物イオン(Cl、35mol)を同時に投入し、その流下状況を下流に設けた3地点にて計測した。追跡子は目視で流下個数をカウントし、Clトレーサーの流下は電気伝導計により計測した。両者の結果を比較したところ、ピーク形状および50%流下時間はともによく一致することが明らかとなった。また、1001000mスケールの河川区間において栄養塩濃度(DIN、PO4)および栄養塩/Cl比も測定可能な程度に減衰することが明らかとなり、追跡子が栄養塩集団の平均流下時間と取込み過程をよく反映することが明らかとなった。このように、ドリフト法の前提条件の妥当性を確認することができ、ゴムボートで追跡子を追いかける本調査の準備を終えることができた。また、同時にイオンクロマトグラフの設置を行い、大河川における栄養塩濃度の高感度同時分析を実施するための準備を終えた。本研究は大河川における窒素・リンのスパイラルメトリクス(取込み速度U、鉛直移動速度vf、流下距離Sw)を直接計測し、これまで測定が困難であった大規模河川における栄養塩代謝速度を推定することを目的としている。河川水と比重を等しくした追跡子(初年度に開発)を河川に投入し追跡するドリフト法を試みたところ、川幅全体に広がって流下する追跡子を視認し続けることが困難であることが判明した。そこで、河川表面を流下する浮子を採用し、表面流速と水柱流速の関係を明らかにするためのトレーサー実験を9河川で改めて実施した。その結果、表面流速と水柱流速の比は河川サイズに関わらず一定(1.49)であることが明らかとなった。そこで、この関係式を用いて、流量2047m3/sの富士川本流で水塊の追跡を行った。水塊を追跡しながら富士川本流のスパイラルメトリクスを推定したところ、NH4とPO4の除去速度Uが高いことが明らかとなった。しかし、NO3については取込み速度Uが一貫して負の値(河床から水柱へのフラックス)を示すことも明らかとなった。また、NO3の取込み速度Uは流速の遅い場所ほど早い傾向がみられた。淵やワンドなどの局所的な停滞水域に嫌気環境が発達し、脱窒によるNO3除去のホットススポットとなっている可能性がある。一方、NH4やPO4の取込み速度Uは、流速の早い瀬で上昇することも明らかとなった。今年度の研究により、富士川本流のNH4とPO4の取込み速度は小中河川より高いことが明らかとなった。また、高解像度にスパイラルメトリクスの空間パターンをとらえることで、流速の遅い局所環境における高いNO3除去効率を明らかにすることができた。河床の均一化や流路の単調化をもたらす河川改修は、大河川における栄養塩取り込みの局所的なホットスポットを喪失させる可能性があると考えられた。本年度は、これまでに研究代表者が開発したドリフト法を用いて山梨県富士川本流の約7km区間を計6回調査し、スパイラルメトリクスの季節変化を測定した。その結果、NO2とNH4の取り込み速度に強い負の相関が認められ、NH4の取り込みが高い季節にはNO2の取り込み速度が低下し、河床から正味のNO2フラックスが生じていることが明らかとなった。このことは、河川内において硝化によるNH4の消費とNO2の生成が活発に生じており、微生物による硝化反応が大河川の窒素循環に大きく関わっている可能性を強く示唆している。また、PO4の取り込み速度は水深や流量と負の相関を示した。各栄養塩(NH4, NO2, NO3, PO4)のスパイラルメトリクスは一貫した季節変化を示さなかったが、NH4、NO3およびPO4の取り込み速度は5月に高く、夏に低下し、冬に高くなる傾向がみられた。

先行研究による海外の5次河川と本研究のスパイラルメトリクスを比較したところ、NH4の取り込み速度は本研究が高く、NO3の取り込み速度は文献値のほうが高かった。これは、富士川では先行研究が行われた海外河川よりも硝化が活発に起きているためと考えられた。本研究の結果から大河川における窒素の動態に硝化が強い影響を及ぼすことが示された。またNH4の取り込み速度は基質濃度や流量と、PO4の取り込み速度は水深や流量と負の相関が見られ、水深が浅く、流量が少ない時に取り込みが多くなる傾向が明らかとなった。この結果から、大規模な出水による流量や水深の増加はNH4やPO4の取り込みを低下させる可能性があると考えられた。大河川の栄養塩代謝機能を評価する目的で、山梨県富士川を対象に窒素とリンのスパイラルメトリクスの測定を行った。特定の水塊を追跡しながら連続採水するドリフト法を富士川本流に適用したところ、単位面積あたりのNH4とPO4の取り込み速度がきわめて早いことが明らかとなった。さらに、河床からNO2とNO3の正のフラックスが生じていることも明らかとなった。しかし、栄養塩除去効率を示すNH4とPO4の鉛直移動速度および取り込み距離は先行研究と同等か低く、国内の急勾配河川では栄養塩取り込み機能は高いものの、早い流速により栄養塩の多くが短時間のうちに輸送され、下流生態系に波及効果を及ぼしているものと考えられた。今年度は、初年度の遅れを大幅に取り戻し、ほぼ研究当初に想定していた成果を得ることが出来た。とくに、水柱流速と表面流速の比がほぼ一定であり、大河川でもドリフト法が適用可能であること、それによって、これまで計測されたことのない流量40m3/sクラスの大河川における栄養塩代謝機能が定量化できることが明らかとなった。また、実際に富士川本流で測定を行ったところ、先行研究で予想されていた以上に大河川のNH4とPO4の除去速度Uが高いことや、流速の遅い淵や蛇行部などの局所環境における高いNO3除去効率などを明らかにすることができた。これらは、当初予定していたものを上回る成果である。一方で、富士川本流の調査期間が9月ー10月に集中したことから、データのばらつきが小さく、得られたデータをもとにした栄養塩代謝モデルを構築することはできなかった。この点については次年度に調査計画を改善し、取り組んでいく予定である。水域生態学次年度には、これまでに完成させてきたドリフト法を用いながら富士川本流のスパイラルメトリクスの季節変化を明らかにする。とくに、4月から11月までの成長期に集中的に本流調査を行い、NH4、NO3、PO4の代謝速度を推定する。得られたデータは春-夏-秋の期間を含むことから、環境データおよび栄養塩代謝速度ともに大きな季節変化がみられるものと期待している。このデータをもとに、生物の代謝反応と溶質の移流拡散を考慮した非線形統計モデルを構築し、大河川の栄養塩代謝機能を定式化する。これによって、大河川の栄養塩輸送に関わる物理化学要因および生物要因の相対的な重要性を評価する予定である。本年度の研究目的の1つである、追跡子、トレーサーおよび栄養塩集団の流下パターンの比較を行い、次年度以降に実施予定のドリフト法の妥当性を確認することができた。一方、もう1つの研究目的であったボートによる調査が可能な区間の選定と測量調査についてはほとんど実施することができなかった。
臨床癌組織の遺伝子発現解析により口腔扁平上皮癌の遠隔転移の分子機構を解明する

遠隔転移する悪性度の高い口腔扁平上皮癌(DM)と頸部局所転移性の同癌(LM)についてマイクロアレイ解析を行った。クラスター解析ではDMとLMが比較的明瞭に区別され、主成分分析では第2主成分でDMとLM群の間に分散が見られた。GO解析でDMの遺伝子上昇側ではDNAメチレーション、染色体、核などに関連するTermが数多く、発現低下側ではepidermal cell、skinおよびkeratinocyteなど上皮分化のTermが多く抽出された。【検体収集】保有の検体および検体の収集・遺伝子発現解析の実施について、所属機関の遺伝子倫理委員会の審査をうけ、承認を得た。現在保有するRNA検体に加えて、新たな口腔扁平上皮癌(OSCC)の切除検体の収集を進めた。それらすべての検体の臨床経過を検討し、マイクロアレイの分析およびPCR解析に使用する症例を抽出した。それらのtotalRNAの抽出を行った。【マイクロアレイ網羅的遺伝子発現解析の検体の選定】平成25年度は遠隔転移をきたした5症例と4つ以上の頚部リンパ節転移をきたしたが遠隔転移をきたさなかった5症例を予備的に解析することとして、それらを解析受託会社に送付し、現在解析の進行中である。同時に、全保有検体400余において、分析に使用できる症例を再吟味し、平成26年度中に遠隔転移をきたした追加の5症例(可能であればさらに多く)を同じマイクロアレイ解析し、再度同様の解析を実施する準備を進めている。【口腔扁平上皮癌患者の血液採取】遠隔転移性バイオマーカー候補分子の血液中検出を目的にOSCCの20症例で術前、術後の血液を採血収集・保存した(将来的に分析を計画)。【検体収集およびRNAの精製】現在保有するRNA検体に加えて、新たな口腔扁平上皮癌(OSCC)の切除検体の収集を進めた。【マイクロアレイ網羅的遺伝子発現解析の検体の選定】保有する全症例について、臨床経過のデータを集積した。臨床経過を基に、遠隔転移をきたした9症例とコントロールとして4つ以上の頚部リンパ節転移をきたした(遠隔転移を結果しなかった)13症例を予備的に選定した。これらのRNA検体について、遺伝子の完全性と濃度についてクオリティチェックを行った(キャピラリー電気泳動法)。その結果、遠隔転移症例6症例、コントロール8症例が量質ともに分析可能なクオリティーであることが確認された。(遠隔転移3症例およびコントロール5症例が濃度不足もしくは遺伝子分解の進行のため除外された。)テスト群=遠隔転移陽性口腔扁平上皮癌組織6検体コントロール群=遠隔転移陰性口腔扁平上皮癌組織8検体【前年度までに行ったマイクロアレイ解析のデータとの集積】前年度までに実施した解析で得られた遠隔転移5症例とコントロール5症例のマイクロアレイデータと平成26年度に実施したマイクロアレイ解析の全データを集積して、最終的に遠隔転移11症例、コントロール13症例からなる基礎データを作成した。【マイクロアレイ解析のデータとの集積】これまでに実施したマイクロアレイ解析の全データを集積して、最終的に遠隔転移11症例、コントロール13症例からなる基礎データを作成した。【マイクとアレイデータの解析(1):基礎的データ処理】1全データの正規化を実施した。75パーセンタイルシフトでアレイ間のゆらぎを補正した。2症例においてシグナルのレベルが低く多く外れ値を生じていることが見いだされた。2素分析:全ての症例についてfold change 2倍までの遺伝子を抽出した。それらについて遠隔転移群とコントロール群の間で比較を実施した。3クラスター解析:すべての症例を用いた解析では、分析日のグループごとにサブグループを形成する傾向がみられ、素データの正規化においてさらなる処理を行う必要が示唆された。4主成分分析の実施:第4主成分までの抽出。3症例が外れ値。確たる傾向が見いだせず、再度のデータ処理を計画した。【マイクとアレイデータの解析(2):基礎的データの再処理と分析】1外れ値を示した症例に配慮して再度正規化を行い、素データを作成し、解析をやり直した。その結果、クラスター解析および主成分分析の結果において、遠隔転移群と対照群の間に一定の傾向が強調された。このデータセットを用いて続くデーマイニングを行った。2変化が予想された遺伝子に群に対してGO(gene ontoligy)解析を実施した。その結果5つの細胞生物学的項目と2つの細胞内局在の項目が選択された。3同じく、変化が注目された遺伝子セットに対しSAM解析を実施した。当初の予定では局所再発なしでリンパ節転移とともに遠隔転移をきたした10症例とリンパ節転移のみを生じた10症例をマイクロアレイで発現解析し、遠隔転移に関連した発現様相を捕捉する予定とした。

平成25年度後半から平成26年初めにかけては遠隔転移5症例とリンパ節転移多発のみのコントロール症例5例の分析を実施した。それに続き、平成26年度後半に遠隔転移6症例とリンパ節転移多発のみのコントロール症例8例の分析を追加実施し、総計で遠隔転移11症例とコントロール13症例の網羅的遺伝子発現解析データを集積した。症例数については、当初の計画より多くの症例を解析することを目標として、期間中の症例の集積を継続し、結果として遠隔転移症例は13症例を収集したが、遺伝子のクオリティー不良のため、当初の予定症例数を満たしているものの最終的には11症例の解析にとぼまった。コントロール症例については最終的に13症例の解析を実施しており、症例数の点では十分な達成度に達していると考えている。達成度を【やや遅れている】としたことについては、当初では研究期間の3年目は論文執筆の期間に主にあてる予定であったが、現状ではデータマイニングを開始している段階であり、研究の進行状況そしては若干の遅れを生じており、そのように判定した。口腔外科遠隔転移11症例とコントロール13症例の網羅的遺伝子発現解析データについて、キーワード解析、パスウエイ解析、群間比較解析(t-test)を適宜実施しデータマイニングを進める。有意性が示唆される遺伝子については、定量的PCRを行ってバリデーションを実施しる。結果を検討しつつ論文投稿の準備を進める。当初の予定では局所再発なしでリンパ節転移とともに遠隔転移をきたした10症例とリンパ節転移のみを生じた10症例をマイクロアレイで発現解析し、遠隔転移に関連した発現様相を捕捉する予定としたが、平成25年度は遠隔転移5症例とリンパ節転移多発のみの症例5例を分析に進めるにとどめている。これは、局所再発と遠隔転移を伴う症例、あるいはを多発リンパ節転移を伴う遠隔転移症例が多くをしめる一方で、局所再発とリンパ節転移を伴わない遠隔転移が少数であるが存在しており、これらすべての臨床経過の違いを慎重に整理したうえで、分析症例を決定する方針とした。口腔の扁平上皮癌には唾液腺由来のものが高悪性症例として混在することが仮説として定期されており、臨床症状あるいは組織所見の整理をもとにした症例の慎重な選定は、最終的な研究結果に非常に重要な意義と影響を有する。したがって、現時点では症例が最もまとまっている、局所再発を伴わないリンパ節多発転移を伴う遠隔転移症例を平成25年度内の分析症例として分析を開始した状況にあり、今後は残りの症例の中から、経過において共通点を有する症例を厳選していく段階にある。平成26年度の最終月である3月に委託解析を完了し、支払い請求をうけており、支払いは平成27年4月に完了済みである。したがって、形式上平成27年への繰り越しとなった1,407,121円については、平成27年4月初旬に80%強を使用済みとなっている。【マイクロアレイ解析】
異種生物間の代謝ネットワークの構造比較に関する研究

本年度は、代謝反応を構成する化合物の構造式に着目し「代謝ネットワークの構造に関する知見を得る」という目的に対して、以下のような網羅的な解析の実現と検証を行った。まず、構造式の部分構造の定義の一種であるMACCSkeyを元にTanimoto係数法に従って、化合物の類似度を導入する試みを検討し、そのシステムを構築した。その結果、フルクトースとマンノースの生合成パスウェイと,ガラクトースの生合成パスウェイにおいて,類似した構造式変化の系列を見ることができた。ここで得られた解析結果は、代謝反応パスウェイにおける進化の仮説の1つである「パスウェイ重複」を確認する上で有効だと考えられる。次に、異種生物種間の代謝反応ネットワーク構造に基づく系統比較のための解析手法を提案した。この解析手法は、代謝反応を構成する酵素反応に着目し、特定の生物の代謝反応ネットワークをその酵素反応の有無により0と1のビット列で表現する。そして,複数の生物種間の類似度をビット列間の距離として求め、クラスタリングを行う。提案手法を用いて、異種生物種の実際の代謝反応パスウェイのデータを解析することにより、真核生物(動物や植物を含む)や古細菌においては、遺伝子データに基づく系統樹と、代謝反応のネットワーク構造に基づく系統はほぼ同じ結果が得られることと、バクテリアに属する生物は対しては間の遺伝子の水平伝播の影響を確認することができた。そして、クラスタリングを構成する特定の生物種群における特徴的な代謝反応部位を代謝マップ単位で検出することができた。これらの異性物間の代謝反応ネットワークの構造の差異に関する情報は、遺伝子とは異なった見地、生物の表現型から生物を再分類するという意味で重要な結果と考えられる。本研究の目的は、異種生物種間の代謝反応ネットワークの比較を行うことである。そのため、本年度はまず代謝反応ネットワークのデータベースのモデルを提案した。そして、MetaCycのフラットファイルデータを元に、大腸菌(Escherichia coli)のデータベースを構築した。しかし、これには化合物の構造式にあたる情報が含まれていない。そこで、MetaCycの化合物データのSMILES情報から、MESA(http://www.mesaac.com/)のFingerprintモジュールを利用し、MDLの分類に基づいた164bitのbit-stringデータを生成し、本データベースに追加している。そして、作成したデータベースを利用して、代謝経路を再構築するアルゴリズムを実装した。具体的にはダイクストラのアルゴリズムを用いており、入力として与えられた2つの化合物を頂点とする最短経路を求める。しかし、代謝反応ネットワークの場合に、単純に最短経路を求めると、水やATPなどの補因子と呼ばれる物質を経由し、生物学的に間違った最短路を求めるという問題がある。そこで、作成したシステムでは、反応を構成する2つの化合物の類似度を、その構造式のbit-string間のTanimoto係数と、分子量に基づき求める方法を実装し、自動的に補因子に当たる経路を除外している。実際に、作成したシステムを用いて、大腸菌の解糖系にあたる、beta-D-Glucoseから、Pyruvateまでの最短経路を求めたところ、正確にその経路を再構築することができた。本研究では,異種生物種間の代謝ネットワーク比較することで,生物種間で保存されている部位や,系統関係に関する新たな知見を目的としている.そして,本年度の研究実地計画として,1.代謝経路の再構築プログラムの改良と評価2.化合物の構造式の類似性に基づく代謝経路のアライメント手法の改良3.反応パターンに基づく異種生物種間の代謝ネットワーク手法の開発をあげた.平成18年度の研究成果として以下にあげる論文は,この実地計画の中で主に課題(3)の内容に該当する.論文中では,代謝ネットワークのトポロジーに基づく系統比較の手法を提案した.具体的には,反応の有無により生物種ごとの代謝ネットワークを1と0の文字列で表現し,Tanimoto係数を用いることで2生物種間の距離を計算する.そして,すべての生物間の距離行列を求めることによりクラスタリングを行う.クラスタリング手法には最長距離法や最短距離法,ウォード法などさまざまな種類が存在するが,本研究では,他の先行研究と同様に最長距離法を用いてクラスタリングを用いた.そして,実際にMetaCycに存在する33生物種(古細菌6種,真正細菌26種,真核生物1種)の代謝ネットワークデータに提案手法を適用し,その妥当性を検討した.また,16SrRNAに基づく系統比較とくらべ,代謝ネットワークのトポロジーに基づいて系統比較を行った場合にどういう生物による違いが存在するかを確かめた.その結果,プロテオバクテリアの分類に,従来の解析手法では見られない特徴を見つけることができた.しかし,解析結果より代謝ネットワークデータが欠落している可能性がある生物種に対して,提案手法が間違ったクラスタリングを行う可能性が示された.この点に関しては手法の改良を試みる予定である.課題(1)と(2)の内容に関しては,バイオ情報学研究会にて研究会発表済みであり,続けて論文投稿を行う予定である.本年度は、代謝反応を構成する化合物の構造式に着目し「代謝ネットワークの構造に関する知見を得る」という目的に対して、以下のような網羅的な解析の実現と検証を行った。

ここで得られた解析結果は、代謝反応パスウェイにおける進化の仮説の1つである「パスウェイ重複」を確認する上で有効だと考えられる。次に、異種生物種間の代謝反応ネットワーク構造に基づく系統比較のための解析手法を提案した。この解析手法は、代謝反応を構成する酵素反応に着目し、特定の生物の代謝反応ネットワークをその酵素反応の有無により0と1のビット列で表現する。そして,複数の生物種間の類似度をビット列間の距離として求め、クラスタリングを行う。提案手法を用いて、異種生物種の実際の代謝反応パスウェイのデータを解析することにより、真核生物(動物や植物を含む)や古細菌においては、遺伝子データに基づく系統樹と、代謝反応のネットワーク構造に基づく系統はほぼ同じ結果が得られることと、バクテリアに属する生物は対しては間の遺伝子の水平伝播の影響を確認することができた。そして、クラスタリングを構成する特定の生物種群における特徴的な代謝反応部位を代謝マップ単位で検出することができた。これらの異性物間の代謝反応ネットワークの構造の差異に関する情報は、遺伝子とは異なった見地、生物の表現型から生物を再分類するという意味で重要な結果と考えられる。
インフレーション宇宙における非ガウス的量子揺らぎ

今年度は本研究計画のまとめとともに,これまでとは異なる視点から宇宙論的揺らぎの理論を展開し,非線形性や非ガウス性に関する考察を進めた。その主な成果を以下に記す。(1)近年のインフレーション宇宙の揺らぎの振る舞いに関する研究から,一般的な非正準的な運動項を持つスカラー場と断熱的完全流体との類似性が指摘されていたが,この点をより明確にするべく,これらの2つの場合が非線形揺らぎも含めて完全に一致するための条件を議論した。その結果,両者が非線形まで含めて完全に一致するのはいわゆる純粋なK-エッセンス理論の場合だけであることを証明した。これは,これまでの揺らぎの理論に新たな見方を提供する重要な成果であるだけでなく,これまでにあるモデルで得られた結果を対応する別のモデルに適用して直ちに解を得ることができる,という意味でも有用な成果である。(2)インフレーション理論に対するアプローチとして,最近,いわゆる有効場の理論的アプローチが注目を浴びている。しかし,これまでは単一のスカラー場の仮定のものに有効理論が展開されていた。そこで,これを複数場の場合に拡張した。特に,2階微分までの一般的有効作用の下で,複数スカラー場理論の高エネルギー極限の補正項の一般形を導出に成功した。この結果は近いうちに論文として発表予定である。(3)単一スカラー場の理論でも,ポテンシャルに急激な変化があるモデルではスローロール近似が破れることが知られている。この場合に発生する非ガウス揺らぎを解析的に評価することに成功した。この結果も近いうち論文として発表予定である。今年度は、非線形の宇宙論的摂動論に関して、以下の2つの課題に取り組んできた。1.インフレーション宇宙における曲率揺らぎの非ガウス的揺らぎに関して、インフラトン場が複数ある場合や、ストリング理論に基づいたモデルとして注目を浴びているDirac-Born-Infeld(DBI)モデルなど、場の運動項が標準的な形をしていないインフレーションモデルにも適用できる、場の4点関数(トライスペクトル)の一般的計算手法の開発に取り組んでいる。なお、この研究の最中に、これまで様々な著者によって計算されていたDBIモデルにおけるトライスペクトルの評価が、実は不完全なものであったことを発見した。そこで、まずは、場がひとつの場合のDBIモデルにおけるトライスペクトルの再評価に取り組んでいる。2.2つ目の課題は、宇宙論的摂動論の2次での重力波生成とそのゲージ不変性に関する問題である。通常はゲージ不変と考えられているテンソル揺らぎ(=重力波の揺らぎに対応)が摂動の2次ではゲージ依存性が現れることが知られている。しかし、観測量はゲージ不変量で表わされるはずである。そこで、我々は、まずは、宇宙の状態方程式が相転移によって急激に変化する状況下での2次の重力波生成問題に取り組み、その相転移前後の揺らぎの接続条件を導いた。現在この結果がCMB非等方性観測でどのように見えるか、そのゲージ不変性がどのように保証されるかを解析中である。今年度は非線形揺らぎのさらに高次の項についての考察を進めた。そして以下の成果を上げた。1.スカラー場の運動項が正準的でない一般的な場合で,スカラー場の成分がまずは1成分の場合のインフレーション宇宙モデルに関して,曲率揺らぎの4点関数を計算し,対応するトライスペクトルを求めた。この一般的運動項モデルは,弦理論に基づくインフレーションモデルに現れるDirac-Born-Infeldモデル(いわゆるDBIモデル)を含むため,宇宙論的観測による非ガウス性の検出によって弦理論の検証が可能かもしれないとして大きな注目を浴びている。その結果,適当なモデルパラメーターの範囲で,比較的大きなトライスペクトルが生成されることを示した。また,同様の解析を複数成分スカラー場の場合にも実行し,その場合のトライスペクトルを求めた。2.宇宙の進化の途中で状態方程式が突然変化する相転移があると,2次の重力波揺らぎ(テンソル摂動)が大きく増幅される可能性が指摘されていた。そこで,インフレーション時期が輻射優勢時期に転移する状況を考え,2次の重力波揺らぎの大きさを評価した。その結果,その振幅はインフレーションを起こすスカラー場がゆっくり転がる極限で非常に小さく抑制されることが分かった。3.最近注目を浴びているHorava-Lifshitz(HL)重力理論において,いわゆる射影条件を課した理論でスカラー重力場の3点相互作用を評価し,赤外領域でアインシュタイン理論を回復するために必要なパラメーターに対する条件が,スカラー重力場の影響を強結合領域にしてしまうため,理論が予言能力を失うことを指摘した。これは射影条件付きのHL重力理論が無意味な理論であることを強く示唆する結果である。

これは,これまでの揺らぎの理論に新たな見方を提供する重要な成果であるだけでなく,これまでにあるモデルで得られた結果を対応する別のモデルに適用して直ちに解を得ることができる,という意味でも有用な成果である。(2)インフレーション理論に対するアプローチとして,最近,いわゆる有効場の理論的アプローチが注目を浴びている。しかし,これまでは単一のスカラー場の仮定のものに有効理論が展開されていた。そこで,これを複数場の場合に拡張した。特に,2階微分までの一般的有効作用の下で,複数スカラー場理論の高エネルギー極限の補正項の一般形を導出に成功した。この結果は近いうちに論文として発表予定である。(3)単一スカラー場の理論でも,ポテンシャルに急激な変化があるモデルではスローロール近似が破れることが知られている。この場合に発生する非ガウス揺らぎを解析的に評価することに成功した。この結果も近いうち論文として発表予定である。
HPV16E7を発現させた頭頸部上皮細胞の分化およびアポトーシス感受性の解析

本研究の目的は、喉頭上皮細胞などの頭頸部上皮細胞のアポトーシス感受性メカニズムにおけるpRbの役割を明らかにしていくことである。平成13年度(2001年度)は、野生型HPV16E7のみを発現するベクタ-を頭頸部(喉頭)上皮細胞に導入してE7発現細胞を作製(pRbはE7の発現によって不活化されているがP53は正常に機能するものと予想された)し、複数のアポト-シス誘導シグナル((1)抗Fasモノクローナル抗体=CH11や(2)DNA-damaging薬剤抗がん剤=シスプラチンおよび5-Fu)を与えてその際のアポトーシス感受性変化を解析した。作製したHPV16E7発現細胞にはpRbが分解(発現レベルの減少)されていた(pRbは不活化されているものと解釈した)ものと、ほとんどpRbの発現レベルに変化のないもの(pRbが不活化されているかの詳細は不明)があった。しかしCH11の誘導するアポトーシスへの感受性はどちらも上昇した。また、HPV16E7発現細胞では正常細胞と比較して野生型P53蛋白(p53)の発現レベルが上昇していたが、CH11誘導性アポトーシスの増強は、p53発現が検出不能レベルにあるHPV16不死化細胞(HPV16E6がp53を分解する)でも、継代培養中にp53遺伝子に変異が生じたHPV16E7発現細胞でも観察されなかった。これらの結果から、pRbの不活化が頭頸部上皮細胞のCH11誘導性アポトーシスに対する感受性を増強する可能性もあるが、その増強反応はp53の状態に依存していることが考えられた。ものと思われる。現在DNA-damaging薬剤の誘導するアポトーシスに関して実験中である。Retinoblastoma protein(pRb)は細胞周期制御における中心的な役割を担う蛋白であり、細胞分化とアポトーシスに関与する可能性が指摘されている。本研究の目的は、HPV16E7(pRbを不活性化することが知られている)を発現させた頭頸部上皮細胞の分化およびアポトーシス感受性を解析し、頭頸部上皮細胞の分化およびアポトーシス感受性メカニズムにおけるpRbの役割を明らかにしていくことである。平成13年度(2001年度)までの実験で、pRbの不活化が頭頸部上皮細胞のアポトーシス感受性を増強する可能性が示唆された。野生型HPV16E7(E7)のみを発現するベクターを正常頭頸部上皮細胞に導入してE7発現細胞を作製し、この16E7発現細胞のpRbが分解・不活化されていることを確認し、E7発現細胞は正常細胞と比較すると、(1)抗Fasモノクローナル抗体=CH11と(2)シスプラチンが誘導する細胞死への感受性が高いことがわかった。また、E7発現細胞では正常細胞と比較して野生型p53蛋白(p53)の発現レベルが上昇していた。平成14年度(2002年度)は、野生型E7および変異型E7(pRb結合領域内にDeletionを作製したpRbへの結合能を失うタイプのもの)を発現するベクターを作製し、pRbを正常に発現する様々な頭頸部癌細胞株に導入してE7・変異E7発現細胞を作製した。現在、これらのE7・変異E7発現細胞に複数のアポトーシス誘導シグナル((1)抗Fasモノクローナル抗体=CH11や(2)抗がん剤=シスプラチンおよび5-Fu)を与えてその際のFas/Fas-ligandシステムとやミトコンドリアシステム(チトクロームc放出→Caspase-9活性化→Caspase-3活性化)の動態を解析中である。
転写共役因子ＰＤＩＰ１欠損による脂質代謝異常の病態解析とＰＤＩＰ１の分子機能解析

生体の発達、分化、ならびに糖・脂質代謝などエネルギー恒常性の維持に重要な役割を果たす核内ホルモン受容体の作用には、転写共役因子が必須である。近年、私達は核内受容体であるペルオキシソーム増殖剤活性化受容体(PPARγ)の新規転写共役因子PDIP1を同定し、このPDIP1を欠損したマウスが高脂肪食摂取による肥満や脂肪肝になりづらいことを見出した。本研究では、PDIP1欠損による抗肥満効果の病態を明らかとし、更にPDIP1に結合する新規転写共役因子を同定し、その脂肪細胞分化における機能解析を行った。近年私達は、核内受容体PPARγに結合する新規転写共役因子PPARγDNA-binding domain-interacting protein1 (PDIP1)を単離し、その生体内機能を解析する目的でPDIP1 knockout (KO)マウスを樹立した。これまでの研究成果から、PDIP1KOマウスは高脂肪食(HFD)誘導性肥満抵抗性、および脂肪肝抵抗性を示すことが判明している。培養細胞においてPDIP1は、PPARγのリガンド依存性転写活性化を増強することが明らかとなっているが、その詳細な分子機構は不明である。そこでLC-MS/MSを用いて、FLAG標識したPDIP1と共免疫沈降する新規細胞核蛋白の同定を試みた。その結果、PDIP1結合蛋白としてMediator複合体の構成蛋白と推定されているthryoid hormone receptor associated protein 3 (THRAP3)が同定された。In vitroにおける結合解析の結果、THRAP3はPDIP1のヘリケースモチーフに直接結合し、培養細胞系においてPDIP1と協調的にPPARγによる転写活性化を増強した。3T3-L1前駆脂肪細胞分化過程において、THRAP3はほぼ一定の発現レベルを示し、siRNAを用いた内因性THRAP3ノックダウンにより、3T3-L1細胞の分化誘導が阻害され、終末分化に伴って誘導されるPpargやC/ebpa、あるいはその標的遺伝子であるFabp4/aP2遺伝子発現が有意に減弱した。一方で、早期分化に必須である転写因子群の発現には変化を認めず、THRAP3とPDIP1が白色脂肪細胞の終末期分化に重要な役割を果たすことが判明した。こられの知見より、PDIP1KOマウスにおけるHFD誘導性肥満抵抗性の一機序として、白色脂肪細胞の肥大化障害が関与する可能性が推察された。私達が同定した核内受容体転写共役因子PDIP1は、他のグループによる細胞内リン酸化タンパク質の網羅的解析の報告において338番目のセリン(Ser338)、1006番目のセリン(Ser1006)、および1507番目のチロシン(Tyr1507)がリン酸化されることが報告されている。しかし、PDIP1機能におけるこれらのアミノ酸リン酸化の生理学的意義は不明である。そこで、これらのアミノ酸をアラニンに置換した変異PDIP1発現ベクターを作成し、その機能解析を行った。まず実際にPDIP1が細胞内でチロシンリン酸化されることを、チロシン脱リン酸化阻害剤(POV)の存在下における免疫沈降法にて確認した。更に変異PDIP1蛋白の細胞内局在および分解速度を検討したが、野生型PDIP1と差を認めなかった。近年私達はPDIP1に結合する蛋白としてthyroid hormone receptor associated protein 3 (THRAP3)を同定したが、免疫沈降法において、これらの変異PDIP1はいずれもTHRAP3との会合が有意に減弱しており、THRAP3との協調的なPPARγ転写活性化増強能が有意に減弱していた。以上の成績より、PDIP1のSer338、Ser1006、Tyr1507は、THRAP3との結合に重要な役割を果たすことが判明した。PDIP1機能を更に解析する目的で、私達はLC-MS/MSを用いて、POV存在下でPDIP1に結合する新規蛋白としてpolyprimidinetract-binding protein associated-splicing factor (PSF)を同定した。このPSFはスプライシング因子であることが報告されており、生体内におけるRNAスプライシング調節にPDIP1、THRAP3およびPSF複合体が関与する可能性が示唆された。PDIP1による転写活性化の分子機構を解明する目的で、新規PDIP1結合蛋白の同定を試みた。その結果、THRAP3を単離し、3T3-L1脂肪細胞の終末分化におけるTHRAP3の役割について解析を行い、論文発表を行った。現在、更に他のPDIP1結合蛋白について更なる解析を進めている。PDIP1ノックアウトマウスにおける高脂肪食誘導性肥満および脂肪肝抵抗性の分子機序を解明する目的で、マイクロアレイ解析によって肝臓におけるPDIP1標的遺伝子を同定し、その発現調節に直接PDIP1が関与していることが判明した。生化学的手法を用いて新規PDIP1結合蛋白を同定し、PDIP1複合体による標的遺伝子転写制御機構を明らかとする。

PDIP1やTHRAP3がmRNA選択的スプライシングに関与するかどうか、エクソンアレイを用いて網羅的な解析を行う。その結果同定された標的遺伝子の機能やスプライシング調節機構について、主にin vitroの系を用いて詳細に解析を進める。LC/MS/MSによるアミノ酸分析費や、in vitroにおけるPDIP1と新規単離蛋白との結合解析実験、それらを蛍光蛋白で標識して細胞内局在の探索、および新規蛋白の機能解析に使用する。
ノックアウトマウスを用いた異種膵ラ氏島移植拒絶反応の解析

本研究の目的は異種膵ラ氏島移植拒絶反応に関して、ノックアウトマウスを用い、より詳細に拒絶反応のメカニズムを解析し、異種移植拒絶反応の新たな制御法を見出すことにあった。1。ラットからマウスへの異種膵ラ氏島移植拒絶反応の解析ラット(Lewis)単離膵ラ氏島(500)をSTZ糖尿病マウス(BALB/c)の経門脈的肝内に移植した。拒絶反応が発現した時点でレシピエントより肝臓を摘出、単核球を単離しFACSで解析した。脾細胞、胸腺細胞、末梢血単核球も同様に解析した。拒絶反応発現時の肝臓単核球では、isograftsと比較しCD3^+IL-2Rα^-β^+、CD3^+CD8α^+β^+、TCRαβ^+LFA-1^+のintermediateT cellsが増加することが判明した。CD3^+IL-2Rα^+,CD3^+CD4^+,CD3^+TCRγδ^+,CD3^-IL-2Rβ^+(NK cells)、B220^+(B cells)には有意の変化はなかった。2。ノックアウトマウスを用いた解析CD8-/-マウスをレシピエントとした場合、拒絶反応は正常マウスと同様に発現した。拒絶反応発現時の肝臓単核球は、1と同様にintermediateT cellsが有意に増加してた。CD4-/-マウスは現在検討中である。3。新たな拒絶反応制御法本研究の目的は異種膵ラ氏島移植拒絶反応に関して、ノックアウトマウスを用い、より詳細に拒絶反応のメカニズムを解析し、異種移植拒絶反応の新たな制御法を見出すことにあった。1。2。3。新たな拒絶反応制御法
新自由主義教育改革の理論、制度および実態に関する日英米比較研究

本科研最終年度にあっては、過去2年間の研究成果を取りまとめ、図書として公刊した(佐貫浩・世取山洋介編『新自由主義教育改革-その理論・実態と対抗軸』大月書店、2007年3月19日)。科研費の支給を受けた3カ年間の研究成果の最も大きな成果は、新自由主義教育改革が、国家の教育に関する役割のダウンサイジングを内容とする第I期、そして、国家による教育にかかわる投資先の選択と集中を内容とする第II期から構成されていることを、日・英・米の国際比較に基づいて明らかにしたことにあった。第II期に至り、新自由主義教育改革は、これまで「市場」原理の導入として理解されやすかったのから、競争を管理のテクノロジーとする新しい国家統制を導入するものとなった、というのが本研究におけるメインの主張となっている。そして本科研費研究においては、80年代中盤から全世界的に展開している新自由主義教育改革が、なぜこのような2段階から構成されることになったのか、という問題に対して、(1)「市場」というスローガンの中にそもそも国家統制が予定されていた、(2)新自由教育改革が、下層階級からの抵抗にあった、という二つの仮説を提示して、その仮説の検証を次の課題として確認することになっている。なお、この研究の目的であった新自由主義教育改革をめぐる親・教師の意識に関する調査については、東京都におけるアンケート調査を実施し、現在、アンケート調査分析を継続している。新自由主義教育改革を、市場の創設ではなく、ヒエラルキーの設定という観点から日英米の比較分析することを目的としている本研究の第1年度においては、英および米(ミシガン州)における初等中等教育における新自由主義改革の状況についての現地調査を行なったほか、第2年度に予定されている親の意識調査を実施するために、英米および日本の意識調査の先行研究調査を実施し、特に、アメリカにおける学校選択に関する先行研究につき、翻訳作業を行った。翻訳作業は、来年度において本訳書の出版という成果を得ることが予定されている。また、日本を対象とした研究においては、新自由主義教育改革の法的基盤作りをなしていると見られる教育基本法改正案を分析している。愛国心の教化など、新国家主義的側面が強調されがちな教育基本法改正案にあっても、国によるスタンダードの作成、スタンダードの達成度の国による測定、達成度に応じた賞罰の付与による懲罰的規制が予定されており、本研究の視点の有効性を論証しうるものとなっている。また、改革の先行形態と見られる学校統廃合と学校選択とがリンクを、東京都を対象として分析し、その成果を図書として公にした。なお、比較の視点として、ヒエラルキーの創設ということを設定したが、比較研究の進展に応じて、学校設置主体をめぐる法制の基本原理-設置者負担主義、設置者管理主義-が大きく動揺していることが判明し、下位概念として比較分析に耐えうるのか否かの検証をはじめている。新自由主義教育改革の日英米比較研究を目的としている本研究の第2年度は、(1)イギリスおよびアメリカに赴いての面接聞取り調査、(2)東京都における親、教師の新自由主義教育改革に関する意識調査のための質問表の作成、(3)日本における新自由主義教育改革の法的基礎を与えることを目的としていた教育基本法改正の内容に関する法解釈学的および政策学的研究を実行した。(1)については、イギリスに調査団を派遣し、OFSTEDなどの評価機関の実態、地域における対抗運動の主体とその内容、アメリカのチャータースクールに類似したアカデミーの訪問調査を行なった。アメリカについては、ニューヨーク市における教育改革、特に、Mayoral Controlと呼称される教育行政の市長部局への編入の動向について聞取り調査を行なった。また、City University of New YorkのGittel教授の研究所と来年度実施する予定の共同研究会についての打合せを行なった。(2)東京都における親および教師の意識調査については、質問表の第1次案を作成し、第3年度初頭に予備調査、その後、夏から秋にかけて本調査を行なう予定である。(3)教育基本法改正の動向については、06年4月における政府による改正法案の国会への提出全からその分析を行ない、内容批判を行った。

本研究全体は、新自由主義を市場の導入としてではなく、むしろ、金銭の支配力を用いた新たな国家統制として見るという作業仮説のうえに実行されてきた。(1)から(3)の研究を通じて、仮説の正しさが検証されているだけでなく、理論研究班の基礎的な研究からは、新自由主義が2段階から構成され、それぞれ、経済発展における国家の役割に関する2つの経済学的な考え方、すなわち、新古典派経済学および制度経済学と対象関係にあることが明らかにされつつある。本科研最終年度にあっては,過去2年間の研究成果を取りまとめ,図書として公刊した(佐貫浩・世取山洋介編『新自由主義教育改革-その理論・実態と対抗軸』大月書店,2007年3月19日)。科班費の支給を受けた3力年間の研究成果の最も大きな成果は,新自由主義教育改革が,国家の教育に関する役割のダウンサイジングを内容とする第1期,そして,国家による教育にかかわる投資先の選択と集中を内容とする第II期から構成されていることを,日・英・米の国際比較に基づいて明らかにしたことにあった。第II期に至り,新自由主義教育改革は,これまで「市場」原理の導入として理解されやすかったものから,競争を管理のテクノロジーとする新しい国家統制を導入するもめとなった,というのが本研究におけるメイシの主張となっている。そして本科研費研究においては,80年代中盤から全世界的に展開している新自由主義教育改革が,なぜこのような2段階から構成されることになったのか,という問題に対して,(1)「市場」というろスローガンの中にそもそも国家統制浴予定さ,その仮説の検証を次の課題として確認することになって。なお,この研究の目的であった新自申主義教育改革をめぐる親・教師の意識に関する調査についてほ,東京都におけるアンケート調査を実施し,現在,アンケート調査分析を継続している。
音信号特徴量を用いた針筋電図のリアルタイム判別システムの開発

神経・筋疾患の患者で行われた針筋電図検査で得られた安静時放電のデータファイルを放電により分類した。分類された放電ファイルを2秒ごとに分割した。2つの異なる手法を用い、安静時放電の判別を行った。以下に記載する参考文献として示す通り、英文雑誌2報に掲載されたことより、研究はおおむね順調に進展していると考えている。引き続きデータの集積を行っているが、稀な放電パターンに対するデータ数が伸び悩んでいる。参考文献安静時放電6種類を用いて深層学習を行う人工知能的判別法は高精度で可能であることが本年度の研究で示された。今後の課題としては、筋原性および神経原性放電の鑑別が可能であるか、データを蓄積して検討を行う予定である。臨床データのみの集積では限界がある可能性も考え、動物モデルからのデータ収集も予定している。すでに発表した英語論文の内容を踏まえ、データ数を多くし、別の深層学習ネットワークにても判別を試みていく。本研究は、針筋電図の放電パターンをリアルタイムで判別することを目的とする。針筋電図の放電パターンの判別は、主観的判断に委ねられることが普及を妨げている。我々は筋画像の微細情報に対し機械学習の手法を用いたところ、異なる疾患群を高率に判別できた。本研究では、「音色」や「リズム」に基づいた針筋電図の音信号情報を、最新の機械学習アルゴリズムで解析し、放電パターンをリアルタイムで判別する。針筋電図の放電を、音信号パラメータからなる「微小データの塊」として解析する本研究により、針筋電図の自動診断プログラムの開発につながることが期待できる。本年度は解析環境をセットアップし、針筋電図データの集積を行った。具体的にはLinux OSをインストールしたコンピュータを元に、多変量解析ソフトウェア及び機械学習ソフトウェアをセットアップした。引き続き少数例をもとにしたパイロット解析を行った。動画ファイルから音ファイルを保存し、長さ2秒のファイルを多数作成した。その音声ファイルからソフトウェアを用いて音特徴量を抽出した。多変量解析を行ったところ、筋原性筋活動電位と神経原性筋活動電位のデータを比較した場合、90%以上の正判別率で判別することが可能であった。今後はディープラーニングなどの解析方法を比較し、正判別率の比較を行うと同時に、より多数のパターンの針筋電図放電に対して人工知能システムが持つ判別力を比較検討していく。将来的には筋電計に組み込むことでリアルタイム判別が可能となることを目指していく。解析環境のセットアップが完了し、解析システムが順調に稼働している。今後は症例を集積してより高精度のシステムを作成していくことが必要である。参考文献人工知能システムの開発のため、ディープラーニングを積極的に採用する。従来の音特徴量を用いた解析方法と正判別率を比較していく。大量の教師データをもとにした解析が判別率の上昇の鍵となるため、引き続きデータの蓄積に努めていく。筋電計への組み込みを目指し、企業との共同研究を視野に入れ、特許出願を行う予定である。安静時放電6種類を用いて深層学習を行う人工知能的判別法は高精度で可能であることが本年度の研究で示された。解析用コンピュータに含まれるGPUなどの電子部品の価格が当初の予想よりも安価に入手可能であったため。来年度の使用計画として、より高速な計算が可能となるためのGPU追加購入を予定している。購入を予定していたパーソナルコンピュータにつき、アップデートの状況が遅れており次年度に購入を延期することにした。