hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マラリア原虫の病原性を決定する免疫抑制メカニズムの解明

申請者らはこれまでにマウスマラリアモデルを用いて致死性感染を起こす高病原性の原虫株は宿主免疫の抑制に働くCD4^+CD25^+制御性T細胞(Treg)を選択的に活性化することで宿主免疫を抑制し免疫回避を謀ることを明らかにしてきた。今年度はマラリア原虫によるTregの活性化機構を解析した。マウスに高病原性のマラリア原虫を感染させると速やかに原虫は増殖し、感染後10日目までに全例死亡する。これらのマウスではCD4^+CD25^+foxp3^+Tregが有意に増加していた。感染マウスのTregは非感染マウスのもめと比較して非常に強い抑制機能を持っていた。以上のことからマラリア原虫がTregの増殖を促し、その抑制性の機能を増強することが示された。そしてこのTregの活性化は樹状細胞とTregと感染赤血球を共培養することによって再現された。感染赤血球は樹状細胞に何らかのシグナルを伝えていることが想定され、またマラリア原虫が種々のTLR(Toll-like receptor)のリガンドを持つことからTLRが関与している可能性が考えられた。そこで、TLRのアダプター分子であるMyD88、TRIF欠損マウスから樹状細胞をTregの活性化実験に供した。TRIFを持たない樹状細胞はTregの活性化を誘導したが、MyD88を欠く樹状細胞は活性化することができなかった。さらに、TLR9欠損樹状細胞もTregを活性化させることができなかった。Tregの強毒性がTregの選択的活性化に起因することから、Tregを活性化できないTLR9欠損マウスではPyLに対して抵抗性を獲得できることが予想された。実際に、この変異マウスでは野生型で見られる感染後のTregの活性化が認められなかった。そして、野生型マウスでは致死率は100%であるがこのマウスでは50%程度であり、部分的ではあるが抵抗性を示すことが確認できた。マラリアは今もなお人類に脅威を与え続けている感染症である。有効なワクチンが得られない理由としては流行地で何度でもマラリアかかるように免疫系が機能していない、言い換えればマラリア原虫が巧妙に免疫を回避していることが挙げられる。したがって原虫の免疫回避を理解することはマラリアのコントロールに重要である。研究代表者らはマラリア原虫が、制御性T細胞を活性化することで免疫応答を抑制し免疫回避していることを明らかにしてきた。今年度はマラリア原虫の制御性T細胞活性化メカニズムに関して検討を加え、以下の結果を得た。マウスにマラリア原虫を感染させると、制御性T細胞は増加し、その機能であるT細胞増殖を抑制する能力は増強する。制御性T細胞の機能の増強を活性化の指標として試験管内での実験でマラリア原虫による制御性T細胞活性化のメカニズムに必要な条件を検討した。活性化には制御性T細胞を樹状細胞とマラリア原虫感染赤血球を培養することが必要であった。制御性T細胞と感染赤血球だけでは活性化が見られないことから樹状細胞と感染赤血球の相互作用が必須であった。さらに樹状細胞は感染赤血球を取り込んだ後に抗原非特異的に制御性T細胞を活性化することも分かった。これらの結果より、感染赤血球が樹状細胞へ何らかのシグナルを伝えていることが想定された。そこで自然免疫レセプターであるToll-like receptor(TLR)の関与を検討した所、樹状細胞に発現するTLR9とそのアダプター分子であるMyD88依存的に制御性T細胞の活性化が起こることが示された。また、驚くべきことにTLR9を欠損するマウスでは野生型マウスで認められるマラリア原虫感染時の制御性T細胞の活性化が起こらず、その結果として致死性のマラリアに対して部分的な抵抗性を獲得した。以上の結果は制御性T細胞を介するマラリア原虫の免疫回避にTLR9が必須であることを示しており、免疫回避メカニズムに新たな知見を提供するものである。

TRIFを持たない樹状細胞はTregの活性化を誘導したが、MyD88を欠く樹状細胞は活性化することができなかった。さらに、TLR9欠損樹状細胞もTregを活性化させることができなかった。Tregの強毒性がTregの選択的活性化に起因することから、Tregを活性化できないTLR9欠損マウスではPyLに対して抵抗性を獲得できることが予想された。実際に、この変異マウスでは野生型で見られる感染後のTregの活性化が認められなかった。そして、野生型マウスでは致死率は100%であるがこのマウスでは50%程度であり、部分的ではあるが抵抗性を示すことが確認できた。
ことばで説明しにくいものの説明 : 運動の言語的説明に関する研究

古くから、ことばで説明する、すなわち象徴的な言語表象に変換することが困難であるとされてきた運動的な表象(Bruner, 1967)を、言語的表象に変換するとき、何が行われているかの研究である。前年までの、「むすび」(knot)のことばによる説明、ピアノ演奏のレッスンの分析を継続するとともに、本年度は、「箸」の操作の言語的説明、さらに説明という問題では、発展的な問題である「障害」の説明について研究を行ってきた。前年度までに、とくに運動の言語的表象の変換には著しい性差がみられ、女性が自己身体準拠記述が顕著であることが明らかにされてきたが、箸の操作動作の言語変換でも同様の傾向がみられることが明らかになった。さらには、説明を受ける対象者の特性を考慮した説明は、女性によりみられる傾向であり、これらは進化心理学的な視点からのモデルが必要であることを示唆していた。発展的な「説明」の問題として、障害の説明についても検討を行った。加えて、本研究に関連する研究として、ルートの説明や空間表象を現実行為に変換する際の性差、空間記憶に関して進化心理学的視点からの研究も行ってきた。これらからも、空間的表象、行為表象の特性は、性差が著しいものであり、進化心理学的視点からの再検討が必要であることが確認された。これらの説明する行為は、全体として、たんに分かりやすい理解をゴールとして目指す行為ではなく、多くの多層的なゴールを持った行為であることが、全体の研究から結論づけられる。一般に困難であると考えられてきた,運動情報の言語情報への変換についての研究である。結びは,人間の動作の中でも言語化が困難な動作的表象であるとされている(Bruner,1966)。本年度の研究においては,人は,結び動作の困難な言語化をどのようにして行うか,具体的には,"蝶結び"という動作的表象を言語的表象にどう変換するのかを分析した。言語能力も空間能力も,性差のうちで最も明確な差がみられることが知られている(Kimura 1999)ので,とくに性差がどのようなかたちであらわれるかを検討した。281人の大学生男女が,"蝶結び"をことばだけで,それを知らない他者に伝えるつもりで,ことばだけで記述した。記述された言語的説明には,量(字数換算)には有意な性差はなかった。説明に用いられた下位動作のステップ数は,わずかに女性の方が多かった。しかし、女性は、自分の身体に関連づけて動作を記述する(左右(右手、左手、右側)・上下(上から、下へ)・手前向こう(手前に、向こう側へ)・手指名(親指、人差し指)の4要素を記述に含める)傾向が男性より強かった。それらの4つの要素を記述に含めた対象者の割合は、4要素とも、女性の割合が男性よりも有意に高かった。それに対して男性は、必ずしも自己の身体系を参照しない対象化、抽象化による記述をする傾向(クロス、二重になった部分、中間部、折り返し部分など)があった。この性差は,女性の方が,自分の身体を参照系とすることで,認知的自由度(cognitive degrees of freedom),すなわち行為を開始するために認知的にその値を決定しなければならない次元の合計数,をできるだけ少なくするような言語記述を用いる傾向があることを示していると考えられた。ここで提案された"認知的自由度"という概念は,男性と女性の空間認知に関する従来の研究結果をも明解に説明する概念であると考えられる。本年度は、第一に、ピアノの個人レッスン時の教師のことばによる説明について分析するために、ピアノの個人レッスンの中で教師が具体的にどのような教授行動をとっているかについて研究を行なった。25人のピアノ教師による49人の幼稚園児、小学生、中学生を対象とした個人レッスンが録音された。レッスンでの教師の介入は、「言語的な介入(発言)」と「非言語的な介入」に大別され、さらに、それぞれがいくつかの下位のカテゴリーに分けられた。さらに、これらの教授方略が、生徒の年齢など、生徒側の要因によってどう異なってくるかを分析した。結果からは、生徒の年齢が低いほど教師の「強化」回数が多い傾向がみとめられた。また、有意ではないが、「比喩の使用」は低年齢で多かった。演奏上の「問題の原因」の指摘は小学生以降の段階でみられ、「問題の治療法」の言及も生徒の年齢とともに増加した。ピアノ教師が用いた演奏の運動表現は、次の5つのカテゴリーに分類できるものであった:(1)運動時の骨格筋や関節の状態(例:ひじの力を抜いて)、(2)運動プログラムのパラメータ設定(例:強く、はやく)、(3)運動の筋肉運動感覚的フィードバック(例:鍵盤の底を感じて)、(4)運動の空間的表象(例:雲が流れるように、右へ)、(5)運動によるピアノの出力印象(例:やわらかい音で)。これら運動表現の使用は、教師の言語的なスキルにも依存すると考えられる。今後は、こうした言語表現のコーパスを作成し、ピアノ教師が共通に利用できるようにはかることが考えられた。さらに、本年度は研究の問題を拡張して、運動の説明だけでなく、発達障害児(自閉症児)についての「説明」という困難な問題についても検討を及ぼした。

古くから、ことばで説明する、すなわち象徴的な言語表象に変換することが困難であるとされてきた運動的な表象(Bruner, 1967)を、言語的表象に変換するとき、何が行われているかの研究である。前年までの、「むすび」(knot)のことばによる説明、ピアノ演奏のレッスンの分析を継続するとともに、本年度は、「箸」の操作の言語的説明、さらに説明という問題では、発展的な問題である「障害」の説明について研究を行ってきた。前年度までに、とくに運動の言語的表象の変換には著しい性差がみられ、女性が自己身体準拠記述が顕著であることが明らかにされてきたが、箸の操作動作の言語変換でも同様の傾向がみられることが明らかになった。さらには、説明を受ける対象者の特性を考慮した説明は、女性によりみられる傾向であり、これらは進化心理学的な視点からのモデルが必要であることを示唆していた。発展的な「説明」の問題として、障害の説明についても検討を行った。加えて、本研究に関連する研究として、ルートの説明や空間表象を現実行為に変換する際の性差、空間記憶に関して進化心理学的視点からの研究も行ってきた。これらからも、空間的表象、行為表象の特性は、性差が著しいものであり、進化心理学的視点からの再検討が必要であることが確認された。これらの説明する行為は、全体として、たんに分かりやすい理解をゴールとして目指す行為ではなく、多くの多層的なゴールを持った行為であることが、全体の研究から結論づけられる。
カシノナガキクイムシは寒冷地に適応してナラ枯れを北方高標高地へ拡大させるのか？

山形県のナラ枯れ被害丸太を森林総合研究所(茨城県)に運搬し、野外網室内に直射日光が当たらないようにして収めた。その後、9、11、12、1、2および3月に割材して幼虫を取り出し、過冷却点を測定した。その結果、過冷却点の平均値は、9月には-12.9°Cであったものが、1月には-16.6°Cとなり、冬季に過冷却点を低下させたことが示された。このため、カシノナガキクイムシは冬季には耐寒性を増していると考えられ、過冷却点はその指標になると考えられた。一方、2月には-8.5°Cへ上昇した。当該年のつくば市(館野)の平均気温は、9月が21.7°C、1月が2.4°C、2月が3.5°Cであった。低温が続く2月に過冷却点が上昇した原因は明らかではないが、丸太の乾燥が進み昼間の比較的高い温度の影響を受けやすくなったこと、網室の床がコンクリートであったためそこへの日射の影響を受けやすかったことなどが考えられた。今後、丸太の保管状況等を考慮して、過冷却点の測定を行う必要があると考えられた。山形県森林研究研修センター試験林内のナラ林で平成30年10月18日に伐採してセンターの試験林内に保管した丸太を,10月26日に以下の試験地に設置した。ア.低標高145m山形県森林研究研修センター敷地内、イ.中標高下部420m山形県森林研究研修センター試験林内、ウ.中標高上部820m自然博物園周辺、エ.高標高1,100mリフト駐車場付近国有林内。早春、成虫が脱出する前に丸太を改修して、材内の個体の生死を調査する。今年度はカシノナガキクイムシの耐寒性の指標として過冷却点が有用であること、実際の高標高寒冷地での生死を確認するための試験設定を行うことが目標であった。カシノナガキクイムシの過冷却点は冬季に低下したことから、過冷却点が耐寒性の指標となると考えられた。これにより、次年度に複数の地域におけるカシノナガキクイムシの耐寒性の評価を過冷却点を用いて行うことができるようになった。また、実際の高標高寒冷地でのカシノナガキクイムシの生死を調べるため、山形県内各地での試験設定が完了した。これらのことから、計画通りに進展していると考える。東北地方を中心に複数地域でのカシノナガキクイムシの過冷却点を測定し、地域変異の有無等を検討する。山形県内各地に設置したナラ枯れ丸太を割材してカシノナガキクイムシの生死を調べ、温度との関係を解析する。北海道等、寒冷ナラ林での被害予測を行うために、現地踏査を行う。

北海道等、寒冷ナラ林での被害予測を行うために、現地踏査を行う。ナラ枯れ被害材の収集において、被害地の協力により予定していた出張や伐倒委託などの経費が不要となったこと、寒冷地ナラ林の現地踏査が計画以上に進み、出張回数を減らせたことにより次年度使用額が生じた。次年度はカシノナガキクイムシ過冷却点の地理的変異を明らかにするために、より多くのナラ枯れ被害地を視察して被害材を収集する。さらに、北海道での被害拡大予測をするために北海道の寒冷ナラ林の視察を精力的に行う。これらのために使用する計画である。
低酸素環境適応機構における自律神経系機能の役割と意義に関する研究

昨年度では低酸素環境における交感神経および副交感神経の働きを明らかにした。10%低酸素環境に対する生体反応は末梢化学受容器からの求心性情報が延髄において中枢化学受容器からの情報と統合され、最終的には交感神経および副交感神経の遠心路を介して呼吸循環系の調節を行っていると考えられる。そのため本年度は、頸動脈洞神経・大動脈神経切除術(SAD)を用い、末梢化学受容器からめ求心性入力を遮断することで、低酸素環境下での生体抑制反応における末梢化学受容器からの求心性入力の役割を明らかにすることを目的とした。SAD手術5日後、テレメトリー送信機を埋め込み、ラットの心拍数、血圧、体温および活動量を測定し、血圧・心拍変動解析を行い自律神経系の活動を評価した。1週間の回復後、意識下においてコントロール記録を取った後、10%低酸素に24時間曝露した。また、ウレタン麻酔下で40分間の10%低酸素曝露に対する心拍数、血圧および呼吸数の変化を測定した。SADによって低酸素曝露前の各指標に差はみられなかった。意識下において低酸素曝露後1時間より心拍数、体温、活動量およびHF peak frquency(HFF:呼吸頻度の指標)の低下が起きる。この抑制反応はSADによってさらに深くなり、延長した。この際にHF(副交感神経機能の指標)が増大していた。抑制反応の際の心拍数とHFFの変化に強い相関がみられた。麻酔下の実験では、SADによって低酸素曝露による呼吸数の増加は有意に抑制され、Sham群で認められた心拍数減少の回復が認められなかった。低酸素曝露における体温低下および心拍数減少の抑制には呼吸数の減少と副交感神経系機能の亢進が関与していることが示唆され、低酸素環境における末梢化学受容器からの求心性入力刺激は体温低下、心拍数減少の際に、それに対抗して体温、心拍数を維持しようとする働きをしていることが示唆された。本年度は、低酸素環境におけるin vivoでの自律神経系機能と体温調節との関連性を明らかにするために、酸素10%・窒素90%の低酸素環境における意識下の血圧波形・体温・活動量をテレメトリー法を用いて連続測定した。得られた血圧波形から平均血圧・心拍数をもとめ、血圧・心拍変動解析を行い、交感・副交感神経系活動の指標をもとめた。血圧、心拍数、体温・活動量は低酸素曝露直後より低下し始めた。同時に血圧変動交感神経指標(BP-LF)が低下し、心拍変動副交感神経指標(HR-HF)は増加していた。その後曝露2日目あたりから、各指標ともに曝露前の指標に近づいた。その後、血圧・心拍数・体温の日内変動周期は回復したが、これらの指標の日内変動の振幅は減少していた。これらの3つの指標の変化の様子には正の相関が見られたが、活動量はこれらの指標との関係はみられなかった。また、BP-LF・HR-HFはこの3指標と7日程度までは正の相関をもっていた。その後BP-LFでは相関関係はみられなくなったが、HR-HFでは特に心拍数と強い相関を持っていた。このことより、低酸素環境における体温調節には活動量よりも自律神経系機能および心血管系機能との関係が強いことが示唆された。今後は、交感神経遮断薬および副交感神経遮断薬の慢性投与時における各指標の変化を調べることで低酸素環境における自律神経系機能と体温調節との関連性がはっきりすると考えられた。遮断薬投与のみによる影響に有意差はみられなかった。血圧、心拍数、体温・活動量は低酸素曝露直後より低下したが、これに各遮断薬の影響はみられなかった。その後の心拍数の回復はアトロピン投与によって早くなる一方で、プロプラノロール投与によって心拍数は曝露前の値まで回復するのが非常に遅く、日内変動も非常に小さいままであった。体温では回復後よりコントロール群では日内変動がみられたが、プロプラノロール投与群では暗期において日内変動がみられなかった。以上のことから、低酸素曝露648時間において、副交感神経の亢進していることが示唆され、心拍数の回復を抑制することで、心臓負荷を軽減させていることが考えられた。また、交感神経の回復も示唆され、低酸素曝露6時間以降、特に30時間以降において、交感神経の亢進が心拍数・体温の回復・維持に関与していることが示唆された。また低酸素環境下における日内変動の維持には、通常酸素環境下に比べ、自律神経系機能がより重要であることが示唆された。今後は、末梢化学受容器の求心性神経である大動脈神経・頚動脈神経を切除することによって、末梢化学受容器からの求心性入力が消失した際の低酸素環境における循環器および自律神経系機能の変化について研究することで、低酸素環境適応機構における自律神経系機能の役割と意義がよりはっきりすると考えている。

10%低酸素環境に対する生体反応は末梢化学受容器からの求心性情報が延髄において中枢化学受容器からの情報と統合され、最終的には交感神経および副交感神経の遠心路を介して呼吸循環系の調節を行っていると考えられる。そのため本年度は、頸動脈洞神経・大動脈神経切除術(SAD)を用い、末梢化学受容器からめ求心性入力を遮断することで、低酸素環境下での生体抑制反応における末梢化学受容器からの求心性入力の役割を明らかにすることを目的とした。SAD手術5日後、テレメトリー送信機を埋め込み、ラットの心拍数、血圧、体温および活動量を測定し、血圧・心拍変動解析を行い自律神経系の活動を評価した。1週間の回復後、意識下においてコントロール記録を取った後、10%低酸素に24時間曝露した。また、ウレタン麻酔下で40分間の10%低酸素曝露に対する心拍数、血圧および呼吸数の変化を測定した。SADによって低酸素曝露前の各指標に差はみられなかった。意識下において低酸素曝露後1時間より心拍数、体温、活動量およびHF peak frquency(HFF:呼吸頻度の指標)の低下が起きる。この抑制反応はSADによってさらに深くなり、延長した。この際にHF(副交感神経機能の指標)が増大していた。抑制反応の際の心拍数とHFFの変化に強い相関がみられた。麻酔下の実験では、SADによって低酸素曝露による呼吸数の増加は有意に抑制され、Sham群で認められた心拍数減少の回復が認められなかった。低酸素曝露における体温低下および心拍数減少の抑制には呼吸数の減少と副交感神経系機能の亢進が関与していることが示唆され、低酸素環境における末梢化学受容器からの求心性入力刺激は体温低下、心拍数減少の際に、それに対抗して体温、心拍数を維持しようとする働きをしていることが示唆された。
電気感覚系における情報処理機構のシステム的理解を目指す理論的研究

電気感覚による物体形状識別を対象に、刺激形態、神経コーディングについて研究した。以下の成果を得た。(1)計算効率化を図る目的で、GPGPU計算に対してその計算能力や単精度計算の精度を調べた。様々な神経モデル計算に対してGPGPUの計算時間や単精度計算の有用性を示した。(2)弱電気魚の電場計算から、物体の形の差異は物体の連続的な回転による電場歪みの最大振幅や広がりに反映されることが分かった。(3)受容器や後脳での物体形状の神経コーディングについては、物体の形状情報は物体が回転し元の形に戻る直前の発火パターンによってコードされることが分かった。本研究は、H27年度の後期の追加採択(11月)の課題であり、研究の実働期間は約4か月である。先ず、本年度の計画に沿って電気魚の周囲に形成される電場を有限要素法により計算する数理モデルの作成とGPGPU計算手法の開発(GPGPU計算は画像処理の汎用計算を意味する)の準備を行った。GPU計算に関しては、まず、GPU計算用のマシンを調整しこの環境下で科学技術計算に多く用いられているCUDAによる統合開発環境を導入した。その上で、GPU計算の能力を評価するため、大規模なサイズ(2の8乗から2の20乗)の受容器や神経ネットワークモデルを用いてGPU計算と通常の並列計算、逐次計算に対してベンチマークテストを行った。結果、以下のことが分かった。1.対象の系が大きくなるほどGPU計算の高速化効果が大きくなる。2.コア数を多くするより高クロック数のCPUを使う方がGPU計算速度に大きな影響を与えることができる。3.CPUを複数使用する場合、メモリ上のデータ配置とCPUの近さが計算速度の大きく影響する。4.目的とするアーキテクチャと計算の種類によって最適な手段を選択する必要がある。これらの成果は、ニューロコンピューティング研究会(2016, 3月、東京)にて発表され、信学技報に掲載された。また、電場計算の数理モデル作成に関しては、有限要素法の手法を任意の形を持つ物体の計算に拡張する新しいメッシュ分割法を定式化した。また、解を求めるにあたって従来の収束法ではなく連立方程式を利用する方法についても定式化した。以上の計算の設定と実行に関しては、連携研究者の藤田一寿氏(津山高専、講師)によるものである。また、GPUの予備計算は大学院生(2名)によってなされた。研究は順調に進んでいる。GPU計算システムについては、計算機システムの構築、GPU計算と他の計算法との比較によりGPU計算の特徴を整理し、今後の電場、受容器、神経系の計算システム構築の基礎データを得ることができた。電場計算については、高い精度が必要となるので、現在のテスラボード搭載の計算機でGPU計算を遂行するのが効果的である。受容器や神経系の計算は、高クロック数のCPUとグラフィックボードを組み合わせた計算を行う。また、電場計算の数理モデル構築についても、任意の物体の形に依存した新しいメッシュの分割法を考えだした、さらに、有限要素法の解法として大規模な連立方程式によって解を求める手法を定式化した。これで電場計算の準備事項を終了したので、現在は、このモデルに沿ったGPU計算プログラムを作成中である。H28年度は、研究計画に沿って、次の問題に取り組み以下のような成果を得た。1.GPU計算能力の評価:大規模な神経ネットワークのシミュレーションを進める準備段階として大きなサイズ(ニューロン数が2の20乗の系)で、現在神経モデルで主に使用されている4種類のニューロンモデルを使用し、single core, Open MP, GPGPU(CUDA)計算についてその計算時間、精度について評価した。その結果、CUDA計算はOpen MPより十倍程度計算時間が短くなり、特にニューロン数が大きいところではその差が顕著になる。また、CUDAによる単精度計算の可能性についても検討した。これらの成果は、ニューロコンピューティング研究会(2016, 11月)で発表され、信学技報に掲載された。2.電場計算による物体形状の指標について:弱電気魚の周囲の電場計算に対して有限要素法に基づくモデルを提案し、物体の形が円、四角形、三角形の場合にどのような電場歪みが生じるかを調べた。その結果、電気感覚の視界、ひずみの位置、回転角に対する歪みの依存性について重要な知見を得た。この成果は、ICONIP 2016(第26回国際神経回路網国際会議、京都10月, 2016)にて発表し、国際会議プロシーディングス(Lecture Notes in Computer Science)に掲載された。また、北米神経科学学会(2016, 11, San Diego, USA),日本神経科学学会(JNS2016, 7月横浜)にて発表された。計算の実行にあたっては、連携研究者の藤田一寿氏(津山高専、講師)、大学院生(1名)のサポートによるものである。GPU計算については、ニューロン計算でよく使用される4種類のニューロンモデルを用いて、計算時間がニューロン数の増加に対してどのように変化するかをGPU計算と並列計算を比較し、どの程度効率的であるかについて評価することができた。また、神経システムの計算においてCUDA計算のデフォルトである単精度計算がどこまで有効であるかについて4種類のモデルを用いて調べた。CUDAの単精度計算は、神経システムの計算においては、有意な精度の低下を生じず計算時間の効率化がはかれることがわかった。これらの成果は、学会発表や信学技報への掲載を通して公表された。現在、論文投稿準備中である。

また、電場計算と物体特徴の指標の研究については魚の周囲に形成される電場に対して有限要素法による計算を実行した。その結果、電気感覚の視界範囲や電場のひずみが頭部でより大きくなることなど、実験結果に一致する知見を得た。また、物体の回転に対する電場歪みの特徴を調べた。これらの成果は、国際会議2件、国際会議プロシーディングス(Lecture Notes in Computer Science)に掲載されている。H29年度は、研究計画に沿って以下の成果を得た。前年度に行ったGPU計算能力の成果を論文にまとめ、Computing (in press, DOI: 10.1007/s00607-018-0590-0)に掲載された。また、弱電気魚の周りの異なる形を持つ物体(円、正方形、正三角形、長方形、楕円)による電場のゆがみの研究に関しては、形の特性が物体の回転による電場歪みの最大振幅、幅の変化に反映されることが分かった。この成果をまとめ、現在、Biological Cyberneticsに投稿中である。さらに、物体の形が魚の神経系でどのようにコードされるかを調べるため、受容器ー後脳の神経ネットワークモデルを作成した。前述の電場計算のデータに基づき、受容器や後脳ニューロンのスパイク発火パターンと形との相関関係を調べた。その結果、受容器は物体の形や距離が異なっても電場の特性を忠実にコードする能力を有していることが分かった。一方、後脳ニューロンは、回転によって物体が元の形に戻る直前の発火上昇のコントラストを上げ、その発火パターンに違いが形の違いを反映していることが分かった。現在これらの成果をまとめ論文を投稿準備中である。補助事業期間全体の成果は下記のとおりである。先ず、本研究で用いる大規模計算に対応するため、GPGPU計算システムを構築し、大規模な数のニューロン群を用いて、その計算能力や単精度計算の使用限界について研究した。これにより、GPGPU計算が有効なニューロン数や単精度計算の適応範囲が明らかになった。また、GPGPU計算を用いた電場の有限要素法による計算では、物体の形と電場歪みの関係を明らかにした。さらに、神経コーディングの研究では、物体の形の情報が神経発火のどのような特性に現れるのかを明らかにした。これらは、電気感覚の定位機構の研究に重要な知見を与える。電気感覚による物体形状識別を対象に、刺激形態、神経コーディングについて研究した。以下の成果を得た。(1)計算効率化を図る目的で、GPGPU計算に対してその計算能力や単精度計算の精度を調べた。様々な神経モデル計算に対してGPGPUの計算時間や単精度計算の有用性を示した。(2)弱電気魚の電場計算から、物体の形の差異は物体の連続的な回転による電場歪みの最大振幅や広がりに反映されることが分かった。(3)受容器や後脳での物体形状の神経コーディングについては、物体の形状情報は物体が回転し元の形に戻る直前の発火パターンによってコードされることが分かった。
ＰＥＴ－ＣＴによる５－ＨＴ神経系と睡眠時ブラキシズム発症メカニズムとの関連性解明

口腔インプラント手術に関わる疼痛や腫脹など臨床症状の変動については十分な情報がないため、cellular phone-based EMAシステム(以下c-EMA)を用いて,口腔インプラント手術前後の疼痛,腫脹感の経時的変化を計測し,関連因子の検討を行った.本研究においては,c-EMAの歯科領域への応用を目的として,その基礎的検討(実行可能性,妥当性の検証,妥当性の高い測定間隔)の十分な検討を確認した上で測定をおこなった。結果,口腔インプラント埋入手術後最大疼痛は4時間後,最大腫脹感は36時間後に発現することが明らかになった。口腔インプラント体の埋入手術後の総疼痛指数の多寡を最もよく説明した因子群は,全身疾患の有無,手術時間,前投薬の有無,埋入部位の骨質,術前不安,総腫脹感指数であった。これらの中で,全身疾患が認められること,手術時間が長いこと,埋入部位の骨質が軟らかいこと,総腫脹感指数が高いこと,前投薬を行わないこと,術前不安が低いことが総疼痛指数に有意に影響を及ぼしていた。また、口腔インプラント体の埋入手術後の総腫脹感指数の多寡を,最もよく説明した因子群は,総疼痛指数,全身疾患の有無,埋入部位の骨質,口腔インプラント体埋入本数,72時間までの消炎鎮痛剤服用数,年齢,鎮痛剤前投薬の有無,性別,術前不安であった。これらの中で,総疼痛指数が高いこと,全身疾患が認められないこと,骨質が軟らかくないことが,総腫脹感指数に有意に影響を及ぼしていたことがわかった。c-EMAの歯科領域への応用を目的として,その基礎的検討(実行可能性,妥当性の検証,妥当性の高い測定間隔)を行った。さらに,口腔インプラント埋入手術前後の疼痛・腫脹感の経時的変化をc-EMAシステムによりリアルタイムで計測し,それらに関連する因子の検討を行い,以下の結果を得た。1.本研究で用いたc-EMAシステムは,歯科臨床に十分応用できることがわかった。2.平均疼痛・腫脹感折れ線グラフを描記することにより,口腔インプラント埋入手術後最大疼痛は4時間後,最大腫脹感は36時間後に発現することが明らかになった。3.口腔インプラント体の埋入手術後の総疼痛指数の多寡を最もよく説明した因子群は,全身疾患の有無,手術時間,前投薬の有無,埋入部位の骨質,術前不安,総腫脹感指数であった。4.口腔インプラント体の埋入手術後の総腫脹感指数の多寡を,最もよく説明した因子群は,総疼痛指数,全身疾患の有無,埋入部位の骨質,口腔インプラント体埋入本数,72時間までの消炎鎮痛剤服用数,年齢,鎮痛剤前投薬の有無,性別,術前不安であった。これらの中で,総疼痛指数が高いこと,全身疾患が認められないこと,骨質が軟らかくないことが,総腫脹感指数に有意に影響を及ぼしていた。今後は,術後疼痛・腫脹感をコントロールするための重要な臨床上の知見を導くために,サンプル数をさらに増やして,より妥当性の高い統計解析モデルを得る必要があることが示唆された。平行し進行している研究を行っていたため、今後は岡山イノベーションセンター内の分子イメージング部門と共同して三叉神経運動核,縫線核部のSERT, 5-HT1A/2A受容体の局在測定を行っていく。

(1)三叉神経運動核,縫線核部のSERT, 5-HT1A/2A受容体の局在測定方法の確立雄SD系優性ラットにSERT, 5-HT1A/2A受容体を特異的に標識する分子プローベを注入する。すなわち,セロトニン神経終末上に存在しているSERTの標識には[11C]DASBを,セロトニン神経のオートレセプター(自己抑制受容体)である5-HT1A受容体の標識には[11C]WAY100635を用いる。併せて,三叉神経節後ニューロン上に存在し,非特異的陽イオンチャンネルを開き,陽イオンのシナプス内への流入を増加させることにより,過分極後の静止膜電位への回復を助長し,その結果運動神経の後シナプスのfiring感度が上昇するカスケードの開始点である5-HT2A受容体の標識には,[11C]NMSPを用いる。これら分子プローベは,岡山大学大学院に併設されている地域産学官共同研究拠点である岡山イノベーションセンター内の分子イメージング部門との共同研究にて行う。岡山イノベーションセンター使用料550000円動物実験消耗品(動物,飼料)850000円
重症救急患者の腸内細菌叢の変化が全身免疫・腸管免疫に与える影響の解析

腸は人体の臓器であるが、直接異種の生物と接しており、常に腸内細菌からの干渉を受けている。腸管内には人体最大の免疫組織が存在することが知られているが、重症患者での腸管を介した免疫能の評価はほとんど解明されていない。本研究の目的は重症患者において腸内細菌叢の変化が宿主である患者の免疫にどのような影響を与えているのかを解析することである。腸内細菌叢の評価には高処理シーケンサーによるメタゲノム解析を行い、免疫の評価は腸管免疫の評価として便中のIgA抗体の定量評価を行い、全身免疫の評価としてフローサイトメトリーによる白血球サブセットの解析を行う。腸内細菌叢の変化と免疫の変化の相関関係を検討することで、腸内細菌叢と宿主の共生関係の一端をとらえることができる。我々はこれまでに広域抗生物質の使用や疾患の重症度が腸内細菌叢の変化に影響を与え、過度な腸内細菌叢の変化は患者の生命予後にも悪影響を与えている可能性を明らかにしてきた。さらに入院から1週間までに特に腸内細菌叢の変化が集中していた。重症患者では入院から1週間は強い全身性炎症が起こる時期であり、その後は逆に免疫抑制状態に移行することが一般に知られている。腸内細菌叢の変化はこの免疫の状態変化の時期とも重複しており、腸内細菌叢と免疫との関連が注目される。本年度は当研究を行う研究計画の承認を当該施設の倫理委員会から得た。合わせて必要な試薬や機器の購入を行い、共同研究機関との研究計画についての調整を行った。研究計画のプロトコールの見直しに伴い、当該施設の倫理委員会での承認が遅延した。当該施設での倫理委員会での研究の承認が得られたため、翌年度から症例登録を開始する。合わせてデータ解析を進め、学会での報告や論文の作成を行っていく。腸内細菌叢の評価には高処理シーケンサーによるメタゲノム解析を行い、免疫の評価は腸管免疫の評価として便中のIgA抗体の定量評価を行い、全身免疫の評価としてフローサイトメトリーによる白血球サブセットの解析および血中のグロブリン濃度の測定を行う。同時に共生関係が外的要因(抗生物質や組織低還流、腸管以外の感染症による宿主の免疫能の変化など)により強い影響を受けた場合の変化を明らかにすることが可能となる。我々はこれまでに広域抗生物質の使用や疾患の重症度が腸内細菌叢の大きな変化に強い影響を与えてることを発見している。さらに、重症患者において腸内細菌叢の変化は入院から1週間までに連続して生じており、1週間後には新たな安定した腸内細菌叢が形成されていることを明らかにした。また、その細菌叢の変化において特にBcteroidetes門やFirmicutes門といったこれまでではあまり注目されていなかった細菌門の変化が重症患者の最終的な生命予後に影響を与えていることも明らかにしている。これまでに明らかとなっているこれらの事実を考慮すると、Bacteroidetes門やFirmicutes門の変化が宿主の腸管免疫ならびに全身免疫の双方になんらかの影響を与えているものと推定される。また、入院時と入院から1週間後以降では免疫能に差異が生じているものと推定される。本年度は本研究を行うために研究計画を施設の倫理委員会に承認する手続きを進めると同時に試薬などの購入を行った。研究プロトコールを見直しを行い、院内の倫理委員会に研究計画を提出し、承認を得ることが遅れたため。院内の倫理委員会での研究計画の承認が得られ次第、症例登録を開始する。

当該施設での倫理委員会での研究の承認が得られたため、翌年度から症例登録を開始する。合わせてデータ解析を進め、学会での報告や論文の作成を行っていく。当初予定していたよりも試薬の購入費がやや低かった。次年度使用額は次年度の検査費用などに充填する予定である。症例登録の遅延のため、当初予定していたよりも試薬の購入費がやや低かった。また研究発表のための旅費も低くなった。次年度使用額は次年度の検査費用や研究発表のための旅費や論文作成のための雑費などに充填する予定である。
色変わりガムを用いた咀嚼能力検査のためのインターネットシステムの構築

咀嚼の進行に伴う色変わり傾向の分析を行い、色変わりガム判定用カラースケールの開発を行った。さらにそのカラースケールと共に使用される咀嚼能力自己評価のためのインターネットシステムの構築を行い、その動作検証を行った。以上により咀嚼能力自己評価が可能となり、広汎なデータ収集、また咀嚼能力評価に対するモチベーションの向上が期待される。本研究で構築するインターネットシステムは、被験者自ら咀嚼能力検査を行いその結果をインターネット上のシステムに入力してもらうことでデータの大量取得を可能とすること、また被験者が入力した結果に対して即座に評価コメントをフィードバックすることで被験者のモチベーション、口腔健康への意識の向上を計るものである。本年度には以下の研究を行った。まず、被験者が咀嚼能力を自己評価するために必要であるカラースケールの改良を行った。結果の定量的評価を可能とするために咀嚼回数と色変わりの関係を詳細に調べ、その関係は4パラメータロジスティック曲線の回帰式で精度よく表すことができる事を解明した。測定結果の信頼性、妥当性も踏まえた上で、その回帰式に基づいたカラースケールを開発した。次に、インターネットシステムの画面設定、フィードバック機能のために、データベースの初期設定値について検討を加えた。本システムが実際に稼働した後には、収集したデータを元にこの初期設定値は随時ブラッシュアップされていくことになる。そして、インターネットシステムの開発を外部業者に発注した。被験者のプライバシーの保護、アカウント情報の項目の選択入力・管理方法、咀嚼能力判定画面の設定、フィードバックのアルゴリズム、データの出力方法、システム管理画面の内容についての検討を行った。また、実際にシステム稼働する前に、どのような咀嚼回数、咀嚼方法が最も適切であるか検討する研究も可能とするために、各設定値を可変となるよう調整した。これにより来年度に実施する本システムの試運転、検証がより自由に行う事ができるようになった。本研究で構築するインターネットシステムは、被験者自ら咀嚼能力検査を行いその結果をインターネット上のシステムに入力してもらうことでデータの大量取得を可能とすること、また被験者が入力した結果に対して即座に評価コメントをフィードバックすることで被験者のモチベーション、口腔健康への意識の向上を図るものである。まず昨年度に制作したインターネットシステムについて検討を行い、以下の3点について改訂を加えた。1)予め登録された被験者のアカウント情報(年齢、義歯に使用の有無など)から判断して、それぞれの被験者に適した回数で咀噛するよう指示がでるよう設定できるようにしたこと、2)被験者の入力した結果に対するフィードバックコメントの判定基準をアカウント情報ごとに自由に設定できるようにしたこと、3)自らの管理する被験者のデータのみを閲覧することができるような副管理人設定をできるようにしたことである。副管理人は地域保健施設や教育施設での使用を想定している。以上の改訂により、様々な口腔条件の被験者に対してより適した評価を提示できるようになったこと、また本システムの使用の拡大が期待される。歯科医師、学生、患者の合計15名(19-70歳、平均37.1歳)に改訂したシステムを使用させて、動作検証を行った。各被験者は自分のアカウントを作成し、咀嚼能力評価を自ら行うことができた。入力されたデータは管理画面において確認され、本システムは問題なく動作することが分かった。以上より、本システムは運用可能なものであると考えられる。今後、広汎なデータの取得、被験者のモチベーション、口腔健康への意識の向上に役立つものと期待される。
超音波画像を用いた要介護高齢者の排便ケアの質的向上を目指したプログラムの開発

・便秘症は腹部膨満感や腹痛など不快な症状を呈し、要介護高齢者に高率にみられる。特に、腹部膨満感がガスによるものか便によるものかは治療を要する便秘かどうかの判断に重要であるが、腹部触診や問診ではその区別は困難であり、適切なケアを提供できていない現状がある。そこで、申請者は利便性と安全性を兼ね揃えた超音波画像装置を用いて大腸を可視化し、大腸内部をアセスメントすることでこの問題の解決を目指す。本研究では、要介護高齢者を対象とし、超音波画像装置を用いた適切な排便ケア方法の確立を目的とする。・調査方法:便秘期間の短縮、快適な排便、排便回数の減少、不要な酸化マグネシウム投与の減少をアウトカムにした横断観察研究。超音波画像を取得し、患者より排泄されたものの性状との関連をみる事で、得られた画像がどちらを示しているのかを確認する。対象者:要介護高齢者で、担当医にて便秘症と診断された75歳以上の男女50名を対象とする。調査内容:対象者の属性として、性別、年齢、日常生活自立度、併存疾患を調べる。排便障害に関して、既往歴、排便の頻度、下痢症状の有無、および排便方法について調べる。下剤内服者については下剤の種類を収集する。排便状態に関連する要因として、食事量、水分摂取量、離床時間、座位保持能力、便意の有無について調査する。・超音波画像の撮影方法:超音波画像の撮影部位は,上行結腸,横行結腸,下行結腸, S状結腸,直腸の5カ所とする。また、超音波画像による便性状の評価は、硬便、軟便、正常に分類する。・結果:下行結腸, S状結腸,直腸の3カ所から得られた超音波画像から硬便、軟便、正常に便性状を評価し分類することが可能であった。よって、排便困難な患者にエコーを行うことで、適切な排便ケア(下剤、浣腸、摘便、坐薬)、便秘日数の短縮、薬剤の減少による排便を行うことが可能ではないかと考える。・調査内容:対象者の属性として、性別、年齢、日常生活自立度、併存疾患を調べる。排便状態に関連する要因として、食事量、水分摂取量、離床時間、座位保持能力、便意の有無について調査する・超音波画像の撮影方法:超音波画像の撮影部位は,上行結腸,横行結腸,下行結腸, S状結腸,直腸の5カ所とする。・本研究課題の当初研究目的の達成度は現時点で60%である。要介護高齢者に対して、便貯留と大腸ガスの区別は可能で、便秘に対しては直腸性便秘又は結腸性便秘に区別できると考える。ただし、本研究は、排便困難な便秘症と判断し排便ケア実施が決まった要介護高齢者を対象としており、研究実施前に患者又は家族からの承諾を得る必要がある。研究対象者の中には、認知機能の低下があり意思決定が困難な患者が含まれており、家族から同意を得る前に排便ケアが行なわれる場合がある。また、研究者が、排便状態に関連する要因を患者から得る場合にも同様に困難な場合がある。・今後は、患者への十分な倫理的配慮を行いながら、エコーを用いた適切な排便ケア方法の確立を目指した更なる調査を行う予定である。

超音波画像を取得し、患者より排泄されたものの性状との関連をみる事で、得られた画像がどちらを示しているのかを確認する。対象者:要介護高齢者で、担当医にて便秘症と診断された75歳以上の男女50名を対象とする。・調査内容:対象者の属性として、性別、年齢、日常生活自立度、併存疾患を調べる。排便障害に関して、既往歴、排便の頻度、下痢症状の有無、および排便方法について調べる。下剤内服者については下剤の種類を収集する。排便状態に関連する要因として、食事量、水分摂取量、離床時間、座位保持能力、便意の有無について調査する。・超音波画像の撮影方法:超音波画像の撮影部位は,上行結腸,横行結腸,下行結腸, S状結腸,直腸の5カ所とする。また、超音波画像による便性状の評価は、硬便、軟便、正常に分類する。・本研究課題の当初研究目的の達成度は現時点で80%である。介護保険施設での要介護高齢者に対しては、便貯留と大腸ガスの区別は可能で、便秘に対しては下行結腸と直腸を観察することで、直腸性便秘又は結腸性便秘に区別できると考える。・ただし、本研究は、排便困難な便秘症と判断し排便ケア実施が決まった要介護高齢者を対象としており、研究実施前に患者又は家族からの承諾を得る必要がある。研究対象者の中には、認知機能の低下があり意思決定が困難な患者が含まれており、家族から同意を得る前に排便ケアが行なわれる場合がある。また、研究者が、排便状態に関連する要因を患者から得る場合にも同様に困難な場合がある。・今後は、患者への十分な倫理的配慮を行いながら、エコーを用いた適切な排便ケア方法の確立を目指した更なる調査を行う予定である。・便秘症は腹部膨満感や腹痛など不快な症状を呈し、要介護高齢者に高率にみられる。特に、腹部膨満感がガスによるものか便によるものかは治療を要する便秘かどうかの判断に重要であるが、腹部触診や問診ではその区別は困難であり、適切なケアを提供できていない現状がある。そこで、申請者は利便性と安全性を兼ね揃えた超音波画像装置を用いて大腸を可視化し、大腸内部をアセスメントすることでこの問題の解決を目指す。本研究では、要介護高齢者を対象とし、超音波画像装置を用いた適切な排便ケア方法の確立を目的とする。・調査方法:便秘期間の短縮、快適な排便、排便回数の減少、不要な酸化マグネシウム投与の減少をアウトカムにした横断観察研究。調査内容:対象者の属性として、性別、年齢、日常生活自立度、併存疾患を調べる。・結果:下行結腸, S状結腸,直腸の3カ所から得られた超音波画像から硬便、軟便、正常に便性状を評価し分類することが可能であった。よって、排便困難な患者にエコーを行うことで、適切な排便ケア(下剤、浣腸、摘便、坐薬)、便秘日数の短縮、薬剤の減少による排便を行うことが可能ではないかと考える。超音波画像による排便ケアの適性や有効性の評価・対象:要介護高齢者で、担当医にて便秘症と診断された75歳以上の患者とする。
組み合わせ問題に対する可換代数的手法

本質的に整数演算を含まないような組み合わせ問題の解法に焦点をしぼり、その解法のために必要な、可換代数の理論について、ブーリアン・グレブナー基底を中心に研究をおこなった。その結果、ブーリアン・グレブナー基底が最適な可換代数の手法であることが判明した。数式処理システムRisa/Asirを用いて実装をおこない、われわれの理論の有効性を確認した。特に、効率的な並列アルゴリズムが構築できることが実証された。本質的に整数演算を含む組み合わせ問題の中で、一番単純なタイプである、単集合制約問題の解法のために必要な、可換代数の理論とアルゴリズムについて、ブーリアン・グレブナー基底を中心に研究をおこなった。ブール多項式環においては、どのような項順序にたいしても、ブーリアン・グレブナー基底を一つ求めれば、それからただちにすべての変数にたいする消去イデアルが計算できるという、前年度に証明した結果を用いて、ブーリアン・グレブナー基底による、このタイプの問題に対する効率的な解法アルゴリズムを考案した。また、このアルゴリズムを少し修正することで、問題の複雑さの指標も数学的に数値化し、これを計算できることも明らかにした。有効性を実証するために、応用例として数独解法プログラムと難易度判定プログラムを数式処理システムRisa/Asir上に実装した。難易度判定プログラムは膨大な計算量が必要となるので、Risa/AsirのOpenXMによる分散計算プログラムも新たに実装した。このプログラムの台数効果はほぼ理想的であり、大多数の数独問題の難易度判定が可能になった。通常の体を係数とする多項式環における消去イデアルの計算を、グレブナー基底を用いておこなう場合、求めたい消去イデアルの変数に対して、それぞれ異なる項順序にたいするグレブナー基底を計算する必要がある。これにたいし、ブール多項式環においては、どのような項順序にたいしても、ブーリアン・グレブナー基底を一つ求めれば、それからただちにすべての変数にたいする消去イデアルが計算できることを証明した。これにより、ブーリアン・グレブナー基底が効率的な可換代数の手法であることが示された。計算機代数においてグレブナー基底と共に最重要アルゴリズムの一つであるトライアンギュラーセットのアルゴリズムに基づく方法では、このような計算は不可能なので、ブーリアン・グレブナー基底が現時点では最適な可換代数の手法であるといえることも判明した。計算機代数の分野では、理論の構築だけでは研究は不完全で、その有効性を実証するためにプロトタイププログラムを作成する必要がある。検証プログラムの実装は、数式処理システムRisa/Asir上でおこなった。これを利用した、ブーリアン・グレブナー基底の計算だけを使った数独解法プログラムが公開されている。最終年度では整数演算を含む場合の解法をおこなう予定であったが、組み合わせ問題の典型的な例である数独問題の難易度の数学構造がブーリアン・グレブナー基底の理論を用いて数学的に記述でき、さらに計算できることが判明したため、この数学構造の計算のための検証プログラムの実装をRisa/Asirとその並列計算環境であるOpenXMを用いておこなった。研究成果は論文として執筆したが、時期的に間に合わなかったので、最終年度以降に発表していく予定である。本質的に整数演算を含む組み合わせ問題の中で、一番単純なタイプである、単集合制約問題の解法については、ほぼ完璧なアルゴリズムが構築できたが、集合の個数が2以上のものにたいして、このアルゴリズムを適用するためには、さらなる改良が必要である。本質的に整数演算を含まないような組み合わせ問題の可換

代数的解法として、ブーリアン・グレブナー基底による解法が最適な可換代数の手法であることを保証する定理を証明した。数式処理システムRisa/Asirを用いて、プロトタイププログラムを作成し、ブーリアン・グレブナー基底による解法の有効性を実証した。集合の個数が2以上のものを含む集合制約の中で、最も基本的な制約である一番外側に存在限量子記号のみが現れる制約について有効な可換代数的アルゴリズムの研究をおこなう。次に、一般の制約について可換代数的アルゴリズムの詳細な研究を行う。二種類の限量子記号が入れ子になって多数現れる場合は、実数制約の限量子消去法と同様にすべての制約を解くソルバーを構築することは実用的ではないと考えられる。実際の工学等の現場で解法が必要とされている問題のタイプを調査し、重要と思われる形の制約をいくつか抽出し、それらに特化したアルゴリズムの構築およびその有効性を実証するためのプロトタイププログラムの実装をおこなう予定でいる。本研究で構築するアルゴリズムには並列化可能な部分が非常にたくさん含まれているので、分散あるいは並列アルゴリズムを構築することは、高速なプログラムを実現させるための一つの方法である。一番外側に存在限量子記号のみが現れる制約に焦点を絞り、並列アルゴリズムの構築とプロトタイププログラムの作成も行う。まず、整数演算を本質的に含むような集合制約の中で、最も基本的な制約である一番外側に存在限量子記号のみが現れる制約について有効な可換代数的アルゴリズムの研究をおこなう。本研究に関する成果を発表するために、海外および国内で開催される研究会議に多数参加する予定でいる。そのための旅費として研究費を使用する予定でいる。
レチノイン酸処理マウス胚における左右形態形成に関与する遺伝子発現の動態-静脈洞領域における遺伝子発現と心形態形成-

妊娠マウスを6.5日目にレチノイン酸処理することにより右側相同・ループ異常及び房室弁異形成が約30%に誘発される。これらには一側心室低形成がしばしば合併する。このような胚子では、心室中隔と房室弁の整列異常により、一側心室への流入口が狭くなる。典型例では房室弁弁葉は三葉となる(正常ではmajor lobcとminor lobeがそれぞれ一対形成される)。今回レチノイン酸処理マウス胚子における心室運動を観察し、面積の連続的測定の後形態学的観察を行った。一側心室低形成は、特徴的房室弁形態異常と流入障害と関連することがわかった。カテゴリーAに属する胚子のうち、一例は一側心室の流入遅延のみを示し、5例では一側心室低形成と流入遅延を示した。従って、流入遅延が心室低形成に先立つことが示唆された。ヒトの無脾症候群における心室低形成においてもこのようなメカニズムが働いている可能性が考えられる。次に、レチノイン酸処理マウス胚子体節期におけるnodal/lefty遺伝子の発現をin situ hyridizationにより検索した。両遺伝子ともに、正常では左側に連続的に発現するのに対し、左及び/または右において点状モザイク・パターンを伴って発現した。また発現の時期も様々で一定しなかった。また、静脈洞領域におけるこれらの遺伝子の発現は正常に比し著明に減弱していた。以上より、レチノイン酸誘発心奇形は遺伝子発現の異常血行動態的異常により発生することがわかった。レチノイン酸投与マウスにおける体節初期のnodalおよびlefty遺伝子の発現パターンと個体発生過程における発現stageの確認を行なった。1.胎齢8日胚においてwhole mount in situ hybridizationを用いてnodal,lefty mRNAの局在を検索した。レチノイン酸処理群において、leftyは点状またはモザイク状に発現するみならず、正常胚においては既に遺伝子発現が消失するべき8-10体節期においてもシグナルが検出される個体が存在した。nodalにおいてもモザイク状の発現が認められた。2.レチノイン酸処理胚及び正常胚よりtotal RNAを抽出しDifferential displayにより発現が変化している遺伝子を検索した。この結果、Zac-1遺伝子が候補としてあがり、RT-PCRでは胎齢7日のレチノイン酸処理胚においてPCR productが検出されなかった。また、アクチビン受容体においても同様にRT-PCRを行なったが、こちらは全例PCR productの発現が認められた。以上の結果より、個体発生過程における内臓の左右形態決定に関与する分子群の発現異常が最もダイナミックに起こる可能性がある時期が胎齢7日に存在すると考えられた。レチノイン酸で誘発される臓器心房錯位症候群に合併する心形態異常の形成過程を観察し、その成因を探ることを目的として、妊娠6.5日目Jcl:ICRマウスに全トランスレチノイン酸15mg/kg B.W.を腹腔内投与し、胎生9.5日目から15.5日目まで24時間おきに取り出し、潅流固定後、実体顕微鏡、走査電顕にて形態を観察した。レチノイン酸によって誘発される臓器心房錯位症候群は、右側相同がほとんどであった。心形態形成では、不完全なループ("a"-loop)、AV cushion dysplasia、胎生13日目以降での一側心室低形成が特徴的であった。特にループ異常が臓器心房錯位症候群における心流入路・心室形態異常の発生上重要であると考えられる。胎生10日目以降で、肺分葉、胃・肝の形態、静脈洞-心房接合部の形態により、各臓器のsitusの区別が可能であった。本研究では、静脈洞-心房接合部の形態で分類した。