hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成熟シナプスの維持機構の分子基盤 ―レット症候群退行現象の解明を目指して―

これまでに、基礎実験として、視覚経路である網膜ー外側漆状体のシナプスの発達・成熟期(生後10日より50日まで)におけるMeCP2およびmGluR1タンパク質の発現および視覚経験による影響をウエスタンブロット法・免疫染色法により検討し、MeCP2タンパク質は抑制性介在ニューロンでは生後10日から生後50日齢までほぼ同レベルの発現量であるのに対し、中継ニューロンにおいては生後20日から生後30日の間で有意に発現が上昇することを明らかにした。さらに、この発現上昇は視覚経験遮断により抑制されることを明らかにしている。今年度は、上記の研究結果を論文にまとめた。現在、国際誌に論文を投稿中である。また、成熟後のシナプス維持に必須の因子を探索するスクリーニング系の立ち上げも行った。目的のニューロンの翻訳中RNAのみを回収する方法(Ribosomal Affinity Purification :TRAP法)を用いて、感覚入力遮断時に中継ニューロン特異的に発現変化するmRNAを網羅的に解析する環境を整えているところである。現在は、視床の中継ニューロン特異的にCreを発現するPkcd-CreマウスとCre依存的にHAタグ付きリボソーム構成タンパク質(Rpl22)を発現するマウスを交配中である。また、マイクロスライサーおよびニューロパンチによる視床中継核のdissection法も確立しており、マウスの準備が整い次第、スクリーニングが開始可能となっている。本研究は成熟シナプスの維持機構の分子基盤の解明を目指している。まずは、シナプスの成熟過程が良く研究されているマウス外側漆状体(視覚情報の中継核)に着目し、レット症候群の原因遺伝子であるMeCP2のタンパク質発現パタンの解析を行った。そして、中継細胞であるグルタミン酸作動性ニューロンにおいて、臨界期の視覚経験によりMeCP2のタンパク質の発現が誘導されることを明らかにした。この成果は2018年5月にPLOS ONEに受理されている。また、シナプス維持に必須の因子のスクリーニングを行う実験系の立ち上げもほぼ終了し、その現在はスクリーニングを進行中である。本年度の研究結果より、dLGNにおけるMeCP2のタンパク質発現が、成熟シナプスの維持に必須である可能性が示唆される。mGluR1KOマウスでは成熟シナプスの維持が破錠することから、MeCP2タンパク質が減少している可能性も示唆される。mGluR1KOマウスにおいて、MeCP2の発現パターンに変化が認められるか検討する予定である。平行して、MeCP2KO、mGluR1KO、視覚経験遮断の3群における遺伝子発現変化を次世代シークエンサーにて網羅的に解析し、共通に変化する因子のスクリーニングを行う。つまり、コントロール群に対し、視覚経験遮断群とMeCP2KO群、mGluR1KO群、3群において共通の変化(増加または減少)が認められる因子を抽出する。特に、シナプスの形成・維持に関与する可能性がある分泌タンパク質に着目する予定である。
天然リガンドを起点とした高効率機能抗体作製法の開発

本研究では,タンパク質性リガンド由来のペプチド断片を抗体可変領域に対して導入することにより,機能抗体作製手法の開発を目指した結果,相補性決定領域に外来ペプチドを挿入したペプチド断片移植抗体を作製することができた.また,数種類のペプチド断片移植抗体の作製を試みたところ,哺乳類細胞を用いて安定的に調製可能であることがわかった.以上の知見に基づき,哺乳類細胞発現系を利用し,ペプチド断片移植抗体の選択系を構築することによって,様々な標的分子に対する機能抗体を高効率に作製する手法の確立に向けて展開できると期待される本研究ではタンパク質性リガンドに由来するペプチド断片を抗体可変領域の相補性決定領域(CDR)に対して導入することにより、アンタゴニストまたはアゴニスト抗体を高効率に作製する手法の確立を目指している。前年度に上皮増殖因子(EGF)とEGF受容体(EGFR)の構造情報を基に、ヒト抗体のCDRにEGF由来ペプチド断片を挿入したペプチド断片移植抗体を設計し、その哺乳類細胞発現系を構築した。作製したペプチド断片移植抗体について抗原陽性細胞に対する結合は観測できなかった。この原因として、(1)導入したEGF断片においてEGFRとの相互作用界面が分子表面に十分露出していない、もしくは(2)EGFの断片化によって結合活性が著しく低下した可能性を考えた。そこで本年度は数種のペプチド断片移植抗体変異体を作製し、それらの機能を評価した。具体的には、導入したEGF断片の根元にあたる領域に対して柔軟性の高いスペーサー配列を挿入した変異体を複数種設計し、それらを哺乳類細胞発現系により作製した。フローサイトメトリーを用いて抗原陽性細胞に対する結合活性を評価した結果、優位なピークシフトを観測できなかった。柔軟性の高い配列を導入したため、結合に伴うエントロピー損失が大きくなり、結果として結合親和性の向上に繋がらなかったと考えている。本研究期間中に達成できなかったが、構築した哺乳類細胞発現系を利用することによって、ペプチド断片移植抗体の選択系構築に向けた展開が期待される。本研究では,タンパク質性リガンド由来のペプチド断片を抗体可変領域に対して導入することにより,機能抗体作製手法の開発を目指した結果,相補性決定領域に外来ペプチドを挿入したペプチド断片移植抗体を作製することができた.また,数種類のペプチド断片移植抗体の作製を試みたところ,哺乳類細胞を用いて安定的に調製可能であることがわかった.以上の知見に基づき,哺乳類細胞発現系を利用し,ペプチド断片移植抗体の選択系を構築することによって,様々な標的分子に対する機能抗体を高効率に作製する手法の確立に向けて展開できると期待される本研究では抗体可変領域に対してタンパク質性リガンド由来のペプチド断片を導入することによって、アンタゴニストあるいはアゴニスト活性など生物機能を有する抗体を高い確実性で構築する手法の確立を目指している。本年度は以下の研究成果を得た。(1)立体構造情報に基づくペプチド断片移植抗体の設計:上皮増殖因子(EGF)とEGF受容体(EGFR)の複合体結晶構造に基づき、タンパク質間相互作用に関与するEGF由来ペプチド断片を選定した。ヒト抗体の相補性決定領域にEGF由来ペプチド断片を挿入した配列を複数種作製し、各々の構造モデルを基に詳細なペプチド導入箇所を決定した。(2)ペプチド断片移植抗体の発現・調製系の構築:ペプチド断片移植抗体の大腸菌分泌発現ベクターを作製し、可溶性タンパク質として発現・調製系の構築を試みたところ、発現タンパク質の大部分が不溶性であった。現在、巻き戻し系の検討を進めている。一方、動物細胞発現系による調製も試みた。HEK293細胞を用いて、大腸菌の場合と同様に分泌発現させたところ、ペプチド断片移植抗体を可溶性タンパク質として得ることができた。また、足場タンパク質として用いたヒト抗体に比べて発現低下はあまり見られなかった。(3)ペプチド断片移植抗体の抗原結合活性の評価:フローサイトメトリーによりEGFR陽性細胞に対する結合活性を評価したが、結合を観測できなかった。EGF断片を導入したため結合活性の低下が予測される。ペプチド断片移植抗体の発現・調製系の構築において、当初想定していた以上に多くの研究期間を必要としたため。当初計画より研究が遅れているため、本年度に構築した発現系を用いて組換え抗体を調製・評価し、ライブラリー作製に用いる候補配列を迅速に決定する。本年度の研究結果から、ペプチド断片移植抗体のファージ提示系構築は困難であることが予想されるため、動物細胞表面上への抗体提示も合わせて検討する。当初計画では、次年度にペプチド移植抗体の大量調製を行う予定であるが、各種評価に用いるクローン数を絞り込む必要がある。当初計画より研究が遅れているため、次年度の研究費の一部を制限酵素、DNAシークエンスキットなどの試薬類やプラスチック製品など各種遺伝子操作に必要な消耗品の購入費用に充てる。当初、微生物発現系を用いて大量調製を行う計画であったが、動物細胞発現系を用いる予定であるため、培地、血清など動物細胞の培養に必要な消耗品を購入する予定である。一方で各種評価を行うクローン数を減らし、当初計画で計上した微生物培地、カラム樹脂など大量調製に必要なコストを抑える。また、本研究課題で得られた成果に関する学会発表、原著論文の発表などを行うための費用として用いる予定である。
聴覚代行のための触感を利用した触覚ディスプレイの基礎研究

研究の最終的な目的は重度の聴覚障害者に音声の情報を呈示するような装置(タクタイルボコーダ)を開発することにある。与えられる情報量を増やすために、音声の質を触覚の質感(触感)に変換し呈示できないかと考えた。今年度は、触感の内、「ざらざら感」を工学的に惹起させることを試みた。使用者は、手話などを使うため指先を自由に動かせないといけない。そのため、触感を呈示する触感ディスプレイは指先に固定されないといけない。この場合、触感ディスプレイと指先との相対位置は変わらず、触覚刺激だけが指先上を移動することになる。ところで、ディスプレイの指先への装着条件によって、惹起される触感は大きく異なる。そこで、まず、触感ディスプレイの指先への装着条件を求めた。実験では、触覚刺激を指先上で動かし、粗さが最も知覚しやすくなる指先の押しつけ力と刺激の移動速度を求めた。使用者に違和感なく粗さ感を呈示するためには、現実環境での「ざらざら感」をもとに設計しなければならない。そこで、現実環境で粗さを感じるサンドペーパを触感刺激として用いた。その結果、指をサンドペーパに30gf以上押しつけ、サンドペーパを4050mm/secの速度で移動させたときに、「ざらざら感」を最も知覚させられることがわかった。次に、改造した点字ディスプレイ(触覚ピンが二次元に配置されている)を触覚ディスプレイとして用いて、「ざらざら感」を惹起させられるかを得られた条件下で調べた。その結果、触覚ピンの振幅が140280μmの場合に「ざらざら感」を惹起させられることがわかった。最後に、惹起された「ざらざら感」がどの程度の粗さ感に相当するかを、サンドペーパを基準に表すことを試みた。その結果、今回使用した触感ディスプレイでは、サンドペーパの#40#90に相当する粗さ感を惹起させられることがわかった。従来の方式は音声情報を振動パターンに変換して指先の皮膚に呈示し、振動触覚のみを利用していた。しかし、振動パターンだけでは、呈示できる情報量に限界があると考えた。そこで、与えられる情報量を増やすために、音声の質を触覚の質感(触感)に変換し呈示できないかと考え、そのための基礎研究を行った。今年度は、触感の内、「ざらざら感」の定義を試みた。研究では、「ざらざら感」の知覚に関する刺激閾を求めた。「ざらざら感」の刺激閾値を求める方法として、サンドペーパを用いた。サンドペーパを用いたのは、工業規格で平均粒子径が決められており、「ざらざら感」の刺激閾値を定義するには簡単だと考えたからである。用いたサンドペーパの粗さは#120から#2000のもの10種類で、大きさは1.5×4.0cm。指を動かす速度や圧力を決めずに被験者に自由に指を動かしてもらった。なお、サンドペーパの表面の色も判断に影響を及ぼす可能性があったので被験者は自分の指先を見ることができないよう衝立を立てた。その結果、被験者が「ざらざら」と感じるその閾値はサンドペーパの平均粒子径が30μmの時であることがわかった。サンドペーパには様々な粒子径のものが不規則に配置されているので「ざらざらである」ように感じるのであろう。次年度は、サンドペーパの粗さのパラメータをさらに限定し、これらのパラメータと「ざらざら感」との関係を調べ、微小粒子等を使って「ざらざらしている」ような表面を人工的に作りたいと考えている。タクタイルボコーダの音声情報呈示部としてサンドペーパを用いることは実際には不可能であるので、将来はこの不規則な凹凸パターンを自動発生できる装置を作りたいと考えている。

その結果、指をサンドペーパに30gf以上押しつけ、サンドペーパを4050mm/secの速度で移動させたときに、「ざらざら感」を最も知覚させられることがわかった。次に、改造した点字ディスプレイ(触覚ピンが二次元に配置されている)を触覚ディスプレイとして用いて、「ざらざら感」を惹起させられるかを得られた条件下で調べた。その結果、触覚ピンの振幅が140280μmの場合に「ざらざら感」を惹起させられることがわかった。最後に、惹起された「ざらざら感」がどの程度の粗さ感に相当するかを、サンドペーパを基準に表すことを試みた。その結果、今回使用した触感ディスプレイでは、サンドペーパの#40#90に相当する粗さ感を惹起させられることがわかった。
含ヘテロ原子複合反応剤の開発とその展開

これまでの面対称化合物の区別認識反応による多点不斉同時制御法を基に速度論的光学分割を伴うジアステレオ、エナンチオ選択的カップリング反応を検討した。概略を以下に示す。即ち、ラセミ体の2を用いて光学活性な5を入手できる。これは、(+)-1の2つのオレフィンの反応点が(±)-2の各鏡像体を認識選択したことを示している。逆に、(S)-2、(R)-2が(+)-1の2つのオレフィン炭素を区別したとも言える。今のところ収率は満足できるものではないが、この実験結果は、(+)-1の2つの反応点と(±)-2の各鏡像体が、1:1で対応していることを明確に示しており、非常に興味ある結果である。現在、引き続きこの速度論的光学分割を発展させるべく鋭意検討を加えている。概略を以下に示す。
光波コヒーレンス関数の合成技術によるリフレクトメトリ及び光トモグラフィの高性能化

研究代表者の独自技術である「光波コヒーレンス関数の合成法」の精度向上を計るとともに、この技術を基にしてやはり代表者らが発明し、基盤技術を蓄積してきた複数の光機能システムの性能向上を計ることが、本研究の目的である。光ファイバ加入者ネットワークの敷設・保守に際して重要となる5km以上遠方での異常点を数cmの空間分解能で認識できるリフレクトメトリシステムを2つ発明し、稼働させた。このような遠方での高分解能の達成は、他に例を見ない。また、偏波維持光ファイバ中での直交偏波モード間の結合を光ファイバに沿って分布測定することにより分布型光ファイバ荷重センサを構築する方法を発明し、実験的にその機能を検証した。空間分解能9mで約1kmの分布測定を可能にしたシステム、3角形コヒーレンス関数の合成による瞬時荷重位置判定システム、さらにデジタル的処理による位置精度向上手法を提案・実証した。自己診断機能を有する構造・材料(スマートストラクチャ・マテリアル)、および防犯システムに応用できる。本合成法により、光ファイバ干渉計センサを多重化する手法も提案・実証した。計算処理が不要で、機械的可動次元を低減した光トモグラフィシステムも発明し、実験結果を得た。また、機械的可動部分を皆無にする技術も提案し、基礎実験に成功している。さらに、複数反射面を有する光学媒体の各面の精度を個別に干渉縞解析できる手法も発明し、実験した。連続光を用いながら、光ファイバ中で誘導ブリルアン散乱を局在発生させ得るユニークな技術も発明した。光波コヒーレンス関数の合成により、対向伝搬するポンプ光とプローブ光の相関ピークを局在化させる。これにより、従来のパルス法の空間分解能限界を一桁半も凌ぐ6.5cmの空間分解能を有する光ファイバ分布歪センサを実現した。これらの研究成果を蓄積することができ、本研究の目的を十分に達成し得たと考えている。筆者らは、半導体レーザの発振周波数が注入電流を変化させるだけで容易に変えられる特性に注目し、これを活用することによって光源の干渉性能、すなわち光波コヒーレンス関数が合成できることを見出した。本研究は、この手法の特性向上並びに、これを応用した機能性フォトニックシステムの開拓を目的としている。本年度はまず、光加入者網の診断システムを上記原理により実現する構成を2種類提案・実証した。ひとつは光源に半導体レーザを用い、高速化が容易なシステムで、5km遠方の反射光分布を分解能6cmで測定することに成功した。もう一方は、光源に光周波数シフタを含む光ファイバループを用いたシステムで、電気段のバンドパスフィルタの周波数変化で簡単に測定領域の切り替えを可能にした。5km遠方の反射を13cmの空間分解能で測定することに成功している。また、光ファイバに加わった引っ張り歪みに関する情報を、ブリルアンゲインスペクトル変化を通して測定するシステムの研究も進め、分解能十cmの分布型光ファイバ歪みセンサを安価に実現する方式を考案した。これは、自己診断機能を有する材料・構造(スマートマテリアル・ストラクチャ)用のセンシング機構となりうるものである。さらに、この光波コヒーレンス関数の合成手法を活用した<光波コヒーレンス関数の合成による光情報処理>手法としても、空間分解能を改善する新しいシステムを提案・検討した。これに加えて、光波コヒーレンス関数の合成による面選択機能と2次元干渉縞解析法を組み合わせ、複数ある光学面の精度を、他の面の影響を受けずに精密計測する手法を提案し、原理の検証に成功した。

筆者らは、半導体レーザの発振周波数が注入電流を変化させるだけで容易に変えられる特性に注目し、これを活用することによって光源の干渉性能、すなわち光波コヒーレンス関数が合成できることを見い出した。本研究は、本手法の特性向上並びにこれを応用した機能性フォトニックシステムの開拓を目的としている。本年度は2年度目にあたる。まず、この光波コヒーレンス関数の合成手法を活用した光トモグラフィの基礎研究を進めた。散乱性物体の内部からの後方散乱光を、本手法により合成したデルタ関数型のコヒーレンス関数により光軸に沿って分布測定することによりトモグラムを得る手法である。性能向上のためには、測定部分以外からの散乱光を抑圧するために、高い空間分解能を実現する必要がある。そのために、周波数変調特性に特に優れたSSG-DBRレーザを導入し、これを用いたデルタ型コヒーレンス関数の合成法を確立した。空間分解能として550ミクロンを達成し、トモグラフィの基礎実験にも成功した。また、光ファイバに加わる引っ張り歪みに関する情報を、ファイバ中で生じるブリルアン散乱のスペクトル変化を通して測定するシステムも提案している。従来のパルス光を用いる手法とは異なり、連続光の相関特性を合成する手法を提案して、空間分解能として10cmを達成することに成功した。これは、自己診断機能を有する材料・構造(スマートマテリアル・ストラクチャ)用のセンシング機構として有望である。さらに、光ファイバに沿う荷重位置を瞬時に測定する方法も新たに提案・実証した。これは、偏波維持光ファイバに加わる荷重によって直行偏波モードが結合するという特性を用いたもので、その結合位置を3角形のコヒーレンス関数を合成することにより計る。防犯・防災用センサとして検討を進めている。本研究の目的は、研究代表者の独自技術である「光波コヒーレンス関数の合成法」の精度向上を計り、さらに、この技術を基にして考案した複数の光機能システムの性能向上を計ることである。本年度は、本研究の最終年度にあたる。まず、偏波維持光ファイバ中での直交偏波モード間の結合を光ファイバに沿って分布的に測定して分布型荷重センサを構築する手法に関し、デジタル的処理による位置精度向上手法を提案・実証した。矩形コヒーレンス関数を合成し、コヒーレンス度が0か1かで測定レンジ中で荷重領域を半分に絞る。これをたとえば7回繰り返すと、128分の1の空間分解能が実現できる。実験系により機能確認に成功した。光トモグラフィシステムに関しては、計算処理が不要で、機能的可動次元を低減した独自手法を発明し、空間分解能約400μmで散乱媒体のトモグラフィ像を得ることに成功した。本研究開始後に発明した光ファイバ中で誘導ブリルアン散乱を局在発生させる独自技術の性能向上も果たした。従来のパルス法の空間分解能限界を一桁半も凌ぐ6.5cmの実現に成功し、発表した。
microRNA-223 derived from platelets aggravate podocyte damage in nephrotic syndrome.

当初ヒトの足細胞や血管内皮細胞を用いて実験を行う予定であったが、糸球体モデルを作成するにあたっては糸球体内皮細胞を用いるのが良いと考えた。糸球体内皮細胞はマウス由来のprimary cellが入手可能であった。micro RNA-223(miR-223)の塩基配列がヒトとマウスとで相同であることが確認できたため、足細胞も糸球体内皮細胞もマウス由来を用いることとした。マウスの足細胞であるE11cell lineを購入し、product sheetに従って培養・継代した。E11細胞は温度感受性SV40largeT antigenが導入されており、33°Cで増殖して38°Cで分化誘導される。継代にあたっては33°Cでincubateする必要があったため、既存の培養器とは別に新規に購入した。実験に用いるにあたっては38°Cでincubateして分化誘導させる必要があり、分化が完了して増殖停止するのに2週間から4週間を要するとされる。E11細胞を用いたこれまでの論文では37°Cでも分化を誘導できたと記載があり、既存の37°C培養器で分化を試みたが4週間が経過しても増殖速度は変わらなかった。37°Cでは分化を誘導することができないと判断し、38°Cでの分化誘導を試みている。マウス糸球体血管内皮細胞(C57-6014G)も購入して培養・継代を実施している。ネフローゼ症候群の病勢におけるmiR-223の関与を解析する目的でin vivoでも検証した。6週齢のSDラットにpuromycin aminonucleosideを静注してネフローゼモデルを作成した。ヒト巨核芽球性白血病細胞由来のMeg-01から回収したmiR-223を豊富に含有するExosomeの懸濁液を静注した群と生理食塩水を静注した群とを比較したところ、Exosome静注群では尿蛋白/Crが高値であることが確認された。足細胞のE11cell lineは継代するのに33°C、分化誘導に38°Cで培養する必要があり、新規に培養器を購入する必要があった。マウスの糸球体内皮細胞はPrimary Cellであり、継代後に大量保存する必要があった。添付文書に記載されている保存液(Cold Freezing Media)を購入してから培養を開始する予定としたが、海外から輸入する必要があり培養を開始できるまでに1か月を要した。E11の分化誘導に最低2週間を要する。実験ごとに分化させていては相当な時間を要するため、大量に継代させたE11をまとめて分化誘導させる。並行して糸球体血管内皮細胞も継代させ, E11が分化したら速やかに大量に共培養して実験できるように工夫する。
身体運動が夜間睡眠と前頭葉機能に及ぼす影響

A.運動をするとよく眠れるようになる、B.運動をすると気分がスッキリする、という経験的によく知られている事実についての科学的根拠を明らかにすることが本研究の目的である。成果の一つは研究のポイントが非常に明確になったことである。即ち(運動の種類[有酸素,無酸素],運動の強度,運動する時間帯[朝,昼,夕方,就寝前])の全て組み合わせについて比較検討する必要がある。また運動強度が強すぎるとストレスによる効果で,睡眠に対して悪い効果がある可能性も考えられる。さらに、それらの効果は、脳は睡眠段階判定だけでは十分に明らかにできない可能性がある。これらを検証は非常に長い研究期間を要する課題であることが明らかになった。本研究で行ったことは1.5km自己ペース走後の睡眠の変化、2.睡眠直前の高強度無酸素運動による睡眠への影響、3.早朝の一過性有酸素運動の前頭葉機能に対する影響、の3つである。1.においては、若年成人を対象としたが,午後の昼寝を間に挟むことにより夜間睡眠の質を劣化させる工夫を行った。また、昼寝と夜間睡眠の間に5km走行を入れた条件により,その後の睡眠に対する影響を調べた。また、判定にコンピュータによる周波数分析を行った。その結果,視察判定では睡眠の変化を確認できなかったが,周波数分析により徐波周波数帯域の増加が確認された。2.では、高強度無酸素運動の睡眠への悪影響について予想したが,睡眠変数に変化はなかった。しかしながら、睡眠前半の有意な体温上昇、心拍数の上昇などがみとめられ、睡眠変数だけでなく身体的生理学指標を同時に用いることにより、有意な睡眠の変化が認められることが明らかになった。3.については、睡眠への影響でなく前頭葉機能に対する影響をみたが、一過性の前頭葉機能改善が認められるに留まった。本年度は、一つは光とメラトニンを用いて、サーカディアンリズムの位相の変化を見る実験を行った。脳機能は、サーカディアンリズムにも影響を受けておりこれらをコントロールすることによって、睡眠位相をより自然な形でシフトし、睡眠と脳機能の関連についてのデータとする。実験では、6名の若年健常男子被験者を対象に、直腸プローブを用いた深部体温計を用いて、3日間にわたって深部体温を経時的に携帯型体温ロガーを用いて計測し、測定値をメモリーに記録した。その間、夕方にメラトニン0.5mgを17時、16時、15時という風に、毎日1時間ずつ時間を早めて投与した。明け方に高照度光(約10000ルクス)の照射を、午前7時、6時、5時とずらして行った。体温のカーブは、コサイン最小二乗法を用いて回帰し、最低点の位相を調べた。その結果、3日間で的3時間のサーカディアンリズムの変動が見られた。運動機能についても同時に計測したが、非常に明らかな運動機能のサーカディアンリズムの変化は見られなかった。この原因としては、運動の繰り返しによる疲労の影響、繰り返し測定による練習効果など、時間生物学的影響以外の効果が入っているもの考えられた。来年度は、この点を工夫した研究を行う。また、測定項目を検討し、あらかじめ十分な諌習を行い、練習効果を除外するなどの工夫を行う。更には、ポリグラフを行う設備が整ったので、ポリグラフによる研究を行う。これによって、サーカディアンリズムをずらしてもずらす前と同様の睡眠の質を確保することができるかどうかについて明らかにできる。本年度は、一つは光とメラトニンを用いて、サーカディアンリズムの位相変化を見る実験を引き続き行った。さらに、本年度は時計遺伝子の計測を行った。時計遺伝子は、毛根(髭)の細胞から測定する。現在解析中である。もう一つの研究として、朝行う身体運動が前頭葉機能に与える影響についても実験を行った。健康な男子大学生10名を対象とした。被験者は、運動条件(60%VO2maxの自転車こぎを35分間、視覚的認知課題)と安静条件(運動なし、視覚的認知課題のみ)を行った。結果として30分間の中強度有酸素運動は認知機能に一過性の影響を与えること、また、運動の効果は持続しないことが明らかになった。血中乳酸値、血糖値、体温、心拍、VAS(眠気・疲労)において運動条件と安静条件の間で有意な差がみられた。視覚的認知課題についてはColor word strooptestの課題遂行時間と正解時反応時間に、両条件とも有意な短縮がみられた(pA.運動をするとよく眠れるようになる、B.運動をすると気分がスッキリする、という経験的によく知られている事実についての科学的根拠を明らかにすることが本研究の目的である。

本研究で行ったことは1.5km自己ペース走後の睡眠の変化、2.睡眠直前の高強度無酸素運動による睡眠への影響、3.早朝の一過性有酸素運動の前頭葉機能に対する影響、の3つである。1.においては、若年成人を対象としたが,午後の昼寝を間に挟むことにより夜間睡眠の質を劣化させる工夫を行った。また、昼寝と夜間睡眠の間に5km走行を入れた条件により,その後の睡眠に対する影響を調べた。また、判定にコンピュータによる周波数分析を行った。その結果,視察判定では睡眠の変化を確認できなかったが,周波数分析により徐波周波数帯域の増加が確認された。2.では、高強度無酸素運動の睡眠への悪影響について予想したが,睡眠変数に変化はなかった。しかしながら、睡眠前半の有意な体温上昇、心拍数の上昇などがみとめられ、睡眠変数だけでなく身体的生理学指標を同時に用いることにより、有意な睡眠の変化が認められることが明らかになった。3.については、睡眠への影響でなく前頭葉機能に対する影響をみたが、一過性の前頭葉機能改善が認められるに留まった。
幼児期の社会的スキル訓練に関する研究

本研究の目的は、幼児用の社会的スキル訓練ビデオ教材を開発し、これを使用した指導法について吟味することである。まず最初に、遊びに加わる場面など幼児の対人接触場面についてビデオ録画し、各種かかわり行動の出現と、それに対する幼児の応答ならびにその結果について分析した。その結果、相手に話し掛けながら接近したり、黙って活動に参加してしまう方法が、相手と係われる成功率が約70%と高いことがわかった。それに対して、相手を見ているだけとか、相手の注目を期待してパフォーマンスする方法は、相手との係わり成功率が20%と低いことがわかった。また遊び友達の多い子どもは、成功率の高い係わり行動をとっていることも確かめられた。次に、相手を見ているだけのような不適切なかかわりスキルと、話し掛けながら接近していく適切なかかわりスキルのモデルビデオを作成して、社会的スキルに問題のある幼児に視聴させて話し合いを行なった。その結果、適切な係わり行動の増加が認められ、効果がある程度確かめられた。しかし幼児期の子どもにビデオを使ったスキル訓練を適用するには、モデルの必要な行動への注目や言語による説明を理解させるための工夫をしなければならないこと、さらに実際に係わり行動を遂行するために、漸進的接近法や系統的脱感作法のような援助が必要であることも示唆された。これらの点については、これからの検討課題として残された。
脳血流計測を用いたグラフィックデザインの審美的側面の評価

本研究は,デザイナの感覚を糸口として,脳血流計測によってデザイン成果物の審美的側面の評価を行うこと,あるいは行うことが可能かを検討することが目的である。グラフィックデザインを題材とし,「良い・美しいデザイン」と「悪い・美しくないデザイン」のモックアップを一定時間被験者に呈示し,その際の脳血流を近赤外線分光法(NIRS),注視点をアイトラッカーによって取得する。それによって,グラフィックデザインの美しさを脳血流の面から定量評価が可能か否か,デザイナと非デザイナの間にデザインに対する反応に差があるのか無いのかを網羅的に検討したい。
高齢者の記憶トレーニング・プログラム-豊かで生き生きとした生活に必要な記憶力の維持と増進-

本研究は、高齢者が豊かで生き生きとした生活を送るために必要とされる記憶力の維持と増進とに焦点を当て、高齢者の記憶認知に関する基礎的な知識の蓄積と、それに基づくトレーニングプログラムの提供を目的として平成11年度より進められてきている研究である。平成14年度においては、今までの知識基盤をベースとした記憶のトレーニングプログラムを立ち上げ、北海道医療大学の生涯学習教育事業をベースとした「物忘れ予防教室」という形でのプログラム提供を試みた。このプログラムは、直接的な記憶力の向上を目指したものではなく、参加者が講義や演習形式のプログラムに参加することで老化と記憶に関する正しい知識を身につけ、そのうえで日々の生活で活用が可能となるいくつかの記憶補助方法を学び、自らの記憶に対する理解と自信とを見につけていくことを目的としていた。そこから得られる記憶に対する自己効力感が、実際の記憶力を維持し増進していくために重要であると考えたためである。プログラムの対象は札幌市を中心とした近郊地域に在住の高齢者ではあるが、今年度は特に年齢の制限は行わず、物忘れに関心があれば、いわゆる高齢予備群と考えられる40代後半から60代前半の方々をも対象として取り込んだ。プログラムは全5回のクラスを1クールとし、記憶の働きについて、老化に伴う記憶の変化について、また記憶に影響を与える要因についての講義を中心としたプログラムと、演習形式による記憶力向上のテクニックに関するプログラムから構成された。今年度は10月から4クールを実施し、63名の参加者が得られた。プログラムの提供前後で参加者全員に質問紙を配り、メタ記憶、健康状態、抑うつ感、記憶に対する効力感等の調査を行った。その結果、参加者が「物忘れ予防教室」を通じて自らの記憶に対する認識をポジティブに変換していることが明らかとなり、また日常の生活における記憶の補助方法の利用も、介入後に非常に高くなっていることが示された。このことは、「物忘れ予防教室」が高齢者にとってインフォーマティブな介入であり、こうした高齢者の記憶に対する働きかけが、高齢者自身の記憶に対する認識にプラスに働くことが示された結果であると考える。今後は参加者の数を増やすと共に、こうした高齢者の記憶に対する働きかけの拠点を増やすと共に、痴呆などの障害を持つ高儒者の記憶に対するプログラムの構築を行っていく計画である。本研究の目的は、高齢者が豊かで生き生きとした生活を送るために必要な記憶力の維持と増進とに焦点を当て、高齢者の記憶認知に関する具体的知識の蓄積と、基本的な知識基盤をベースとしたトレーニング・プログラムの提供を行っていくことである。平成13年度は、平成9年度から行っている調査をもとに、老人保健施設入所者とデイケア利用者のメタ記憶と抑うつ感との関係を明らかにした。その結果、日々の生活の中でどの程度頻繁に記憶力が必要とされるか、また、自らの記憶力を比較する対象が誰であるかが、高齢者自身の記憶に対する認識に大きな影響を与えていることが明らかになった。さらに、高齢者の記憶を維持増進して行くためには、高齢者が抑うつ感を高めるような要因を軽減し、ポジティブな主観的評価を下せる環境が重要であること、また、漠然とした記憶に対する思い込み、不安などから開放され、正確な知識と方策とを知ることが、ポジティブに記憶の維持と増進とに向かう有効な手段となることが予測された。こうした結果に基づき、平成14年度からはじめる高齢者を対象とした「物忘れ予防教室」の準備が具体的に進められている。このプログラムでは、高齢者が記憶に関する正しい知識を持ち、日常の生活で有用な記憶の方策を学ぶことにより、プログラム受講前と後の日常生活において、自らの記憶に対する認識に違いが生じるであろうことを予測する。プログラムの前後において、自らの記憶に対する認識、記憶の失敗経験、もちいている記憶の方策をはじめとし、抑うつ感、健康感、記憶の自己効力感を測定し、客観的指標として認知機能評価が行われる予定である。

その結果、参加者が「物忘れ予防教室」を通じて自らの記憶に対する認識をポジティブに変換していることが明らかとなり、また日常の生活における記憶の補助方法の利用も、介入後に非常に高くなっていることが示された。このことは、「物忘れ予防教室」が高齢者にとってインフォーマティブな介入であり、こうした高齢者の記憶に対する働きかけが、高齢者自身の記憶に対する認識にプラスに働くことが示された結果であると考える。今後は参加者の数を増やすと共に、こうした高齢者の記憶に対する働きかけの拠点を増やすと共に、痴呆などの障害を持つ高儒者の記憶に対するプログラムの構築を行っていく計画である。
イメージングゲノミクス解析による個性創発機構の解明と細胞・脳の個性計測技術開発

「個性」とは何か?どのように創発されるのか?それらの問題に対して,ゲノム科学と脳科学の学際的研究領域である認知ゲノミクス的アプローチをヒトに近縁な霊長類に対して用いることによって,脳とこころの「個性」創発メカニズムを分子のことばことはで実証的に理解することを目的とする.「個性」創発の最も基盤となるゲノムの個体差の網羅的解析を,アカゲザルとマーモセットを用いて解析した.脳とこころの「個性」創発メカニズム解明に向けたアプローチのひとつとして,脳やこころが正常でない状態である精神疾患にある脳やその身体の状態を理解し,正常状態との比較を行う方法が考えられる.そこで,アカゲザルとマーモセットにおいて,ヒト精神疾患関連遺伝子の変異解析を行い,霊長類における精神疾患自然発症モデルの同定を行った.精神疾患に関与が強く疑われる約500遺伝子を解析対象とし,マカクザル831個体,マーモセット1328個体を対象とした遺伝子機能喪失変異保有個体の同定を行った.その結果,マカクザルでは53遺伝子,マーモセットでは142遺伝子おいて稀な(集団アリル頻度5%以下)遺伝子機能喪失変異を持つ個体を同定した.また,細胞の個性を単一細胞ごとに高精度に計測するための実験系をたちあげ,マウスおよびマーモセット脳を対象とした,細胞の個性解析システムに関する実験を行った.従来の細胞からの単一細胞の調整方法に加えて,細胞核を対象とした単一細胞核由来トランスクリプトーム解析技術の開発を行った.それらの技術を用いて,他の計画研究班(2件)および公募班(1件)との連携研究としてシングルセルトランスクリプトーム研究を推進した.また,微量(数細胞から100細胞程度)から特定の脳領域(数百万細胞)のさまざまなスケールにおけるトランスクリプトーム研究を連携研究として行った(計画研究4件,公募研究1件).霊長類(マカクザルおよびマーモセット)を対象とし,精神疾患に関与が強く疑われる約500遺伝子に対して遺伝子機能喪失変異保有個体の同定を行った結果,多くの興味深い遺伝子機能変異異常個体を同定した.また,そのうちのいくつかは形態学的,生理学的,行動学的な表現型と密接に関連する疾患を呈する個体であった.細胞の個性を単一細胞ごとに高精度かつハイスループットに計測するための実験系を確立することができた.特に細胞核を用いた実験系を確立することができた.具体的には,組織から細胞核を抽出し,DAPIで染色したあと,セルソーターを用いてDAPI陽性の細胞を回収する方法を開発した.セルソーターの回収液に逆転写酵素以外の反応バッファーをあらかじめ用意することで,回収後の細胞核を遠心操作など一切せずにライブラリ作製装置に持ち込むことで短時間・高効率・良質なライブラリを作製できる実験系を確立することができた.引き続きヒト精神・神経疾患病態解明のための霊長類モデル動物の開発にむけ,マカクザルおよびマーモセットにおける遺伝子機能喪失変異を持つ個体の同定を進めていく.2019年4月時点で,マカクザル1488個体,マーモセット2154個体のDNAおよびRNA試料を保有している.特にマーモセットに関しては,日本の主な飼育施設の個体群を網羅しており,極めて貴重なバイオリソースである.解析においては,解析処理のための並列化パイプラインの再構築を行い,遺伝子機能喪失変異保有個体の同定を速やかに進めていく.マカクザル,マーモセットともにそれぞれ1000個体以上の遺伝子解析に目処がたち,数多くの精神・神経疾患関連遺伝子に遺伝子機能喪失変異をヘテロ接合で保有する個体が同定できた.今後,これまでの解析で明らかになった遺伝的情報を用いたモデル動物の作出を進める.具体的には,ヘテロ保有個体同士の人工授精などによる交配を行いホモ個体の作出を目指す.また,遺伝子機能喪失変異を保有する個体とその対照となる個体を用いた中間表現型解析の標準化も重要な課題である.有望な中間表現型として,VBMや拡散テンソル画像を用いた脳構造解析,安静時機能的MRIなどの脳機能解析,集団(社会)の中での定量的な行動解析などが考えられる.すでに,生理学研究所,理化学研究所などとの共同研究として,高磁場MRI装置を用いたマカクザル,マーモセットにおける脳構造・機能解析の共同研究を開始している.また,本新学術領域内の連携研究としてマカクザルを中心としたマーカレスモーションキャプチャーシステムの構築と行動データの自動取得・機械学習によるデータの定量化に向けた研究を推進する.また,シングルセルトランスクリプトーム解析を含めた細胞の「個性」解析のための技術開発を進め,新学術領域班員への技術支援を積極的に行い,領域内連携研究をさらに推進する.「個性」とは何か?どのように創発されるのか?それらの問題に対して,ゲノム科学と脳科学の学際的研究領域である認知ゲノミクス的アプローチをヒトに近縁な霊長類に対して用いることによって,脳とこころの「個性」創発メカニズムを分子のことばことはで実証的に理解することを目的とする.「個性」創発の最も基盤となるゲノムの個体差の網羅的解析を,アカゲザルとマーモセットを用いて解析した.脳とこころの「個性」創発メカニズム解明に向けたアプローチのひとつとして,脳やこころが正常でない状態である精神疾患にある脳やその身体の状態を理解し.正常状態との比較を行う方法が考えられる.そこで,アカゲザルとマーモセットにおいて,ヒト精神疾患関連遺伝子の変異解析を行い,霊長類における精神疾患自然発症モデルの同定を行った.精神疾患に関与が強く疑われる約500遺伝子を解析対象とし,マカクザル793個体,マーモセット369個体を対象とした遺伝子機能喪失変異保有個体の同定を行った.

その結果,マカクザルでは18遺伝子,マーモセットでは10遺伝子おいて稀な(集団頻度5%以下)遺伝子機能喪失変異を持つ個体を同定した.その中には,セロトニン受容体遺伝子に機能喪失変異を有する自閉症様個体(Yoshida et al. 2016)や,ムコ多糖の分解に必要なライソゾーム酵素遺伝子機能喪失変異を有するムコ多糖症様個体の同定を行うことが可能となった.上記と並行して,細胞の個性を高精度に計測するための解析機器(シングルセル解析装置)の導入と運用を開始し,機器にかけるための細胞の調整に関する予備実験を行った.霊長類(マカクザルおよびマーモセット)を対象とし,精神疾患に関与が強く疑われる約500遺伝子に対して遺伝子機能喪失変異保有個体の同定を行った結果,多くの興味深い遺伝子機能変異異常個体を同定した,また,そのうちのいくつかは形態学的,生理学的,行動学的な表現型と密接に関連する疾患を呈する個体であった.細胞の個性を高精度にハイスループットで計測するための機器を導入し,機器のセットアップと予備的な実験を開始した.脳神経系細胞,特に成体脳を対象とする場合,ミエリン残渣などのデブリなどの除去が必要である.また導入した機器にかける細胞は高い生細胞率である必要があるため,それらの諸条件をクリアするための条件検討を行った.「個性」とは何か?どのように創発されるのか?それらの問題に対して,ゲノム科学と脳科学の学際的研究領域である認知ゲノミクス的アプローチをヒトに近縁な霊長類に対して用いることによって,脳とこころの「個性」創発メカニズムを分子のことばことはで実証的に理解することを目的とする.「個性」創発の最も基盤となるゲノムの個体差の網羅的解析を,アカゲザルとマーモセットを用いて解析した.脳とこころの「個性」創発メカニズム解明に向けたアプローチのひとつとして,脳やこころが正常でない状態である精神疾患にある脳やその身体の状態を理解し.正常状態との比較を行う方法が考えられる.そこで,アカゲザルとマーモセットにおいて,ヒト精神疾患関連遺伝子の変異解析を行い,霊長類における精神疾患自然発症モデルの同定を行った.精神疾患に関与が強く疑われる約500遺伝子を解析対象とし,マカクザル831個体,マーモセット966個体を対象とした遺伝子機能喪失変異保有個体の同定を行った.その結果,マカクザルでは53遺伝子,マーモセットでは71遺伝子おいて稀な(集団頻度5%以下)遺伝子機能喪失変異を持つ個体を同定した.また,細胞の個性を単一細胞ごとに高精度に計測するための実験系をたちあげ,マウスおよびマーモセット脳を対象とした,細胞の個性解析システムに関する実験を行った.新鮮な生細胞の入手が難しい場合(例えばヒトの死後脳など),細胞核を対象とした単一細胞核由来トランスクリプトーム解析系も開発し,細胞および細胞核由来の転写産物のプロファイルから,4種類の興奮性ニューロン,抑制性ニューロン,アストロサイト,オリゴデンドロサイト前駆細胞,成熟オリゴデンドロサイト,ミクログリア,上皮性細胞などの細胞種を同定することができた.
ポリフェノールが腸管上皮モデルにおける高分子透過性に及ぼす影響

腸管における過度の炎症性ストレスや酸化ストレスは腸管上皮のバリア機能に障害を引き起こし、高分子等の物質の透過を増大させ得る。食品由来ポリフェノールには抗炎症性、抗酸化性を有するものが多く、赤ワイン等に含まれるレスベラトロールもその一つである。実際にレスベラトロールは、炎症性、酸化性ストレスによるバリア機能の障害を防ぐことが報告されている。しかしながらレスベラトロール自体の腸管上皮のバリア機能への直接的な影響はほとんど知られていない。そこで、腸管上皮モデル細胞を用いたin vitroにおける高分子透過の評価系を構築し、これにより評価を行った。その結果、意外なことにレスベラトロールを単独で細胞に作用させると高分子透過が増加した。一般的に高分子は腸管上皮細胞層をトランスサイトーシスにより透過するが、細胞間隙をも透過し得る。トランスサイトーシスに関しては、レスベラトロールによる高分子透過の増大が、トランスサイトーシス阻害剤により抑制されたこと、カベオラ依存性エンドサイトーシスに関与するカベオリン1のタンパク質発現がレスベラトロールにより上昇したことからその関与が示唆された。細胞間隙透過については、レスベラトロールが腸上皮の経上皮電気抵抗を低下させ、細胞間隙透過を律速的に支配する細胞間接着装置であるタイトジャンクション関連タンパク質(クローディン1、4、ZO-1)の発現を低下させることを見出した。この現象の意義については、過剰な炎症性、酸化性ストレスに曝され、損傷を受けている腸管上皮の部位においては、レスベラトロールはそれらのストレスを除去することで回復を促す。しかし、正常な状態の腸管上皮に対しては、有害な物質を吸収するリスクはあるものの、積極的に有用な物質の透過・吸収を促進させることに寄与するという働きを持っているのではないかと考察した。この成果に関して学術論文にまとめるべく準備を進めているところである。ポリフェノールには抗炎症性、抗酸化性といった機能を有することが知られている。炎症性ストレスや酸化ストレスは腸管上皮のバリア機能に障害を引き起こし、高分子であってもその透過を増加させてしまう。ポリフェノールはこれらのストレスを抑制し、バリア機能を保護することが知られているが、ポリフェノール自体が直接腸管上皮のバリア機能にどのような影響を及ぼすかについてはほとんど知られていない。そこで、腸管上皮モデル細胞を用いたin vitroにおける高分子透過の評価系を構築し、これにより評価を行った結果レスベラトロールにおいて顕著な高分子透過が認められた。この高分子透過性増加には細胞間隙透過の増加とトランスサイトーシスによる高分子透過の増加の両方が関わっている可能性を見出した。また、シグナル伝達阻害剤を用いた検討により、NF-κBとp38マップキナーゼがこの現象に関わってる可能性も見出した。また、細胞間隙透過を律速的に制御する細胞間接着装置であるタイトジャンクション(TJ)の関連タンパク質のレスベラトロールによる発現変化及びトランスサイトーシスに関与するタンパク質の発現変化について調べ、TJ関連タンパク質であるクローディン1,4やZO-1の発現が低下すること、カベオラ依存エンドサイトーシスに関与するカベオリン1の発現が上昇することが判明した。これらの遺伝子のmRNAレベルでの大きな変動は認められなかったため、翻訳レベル、タンパク質の安定性レベルでの変化が関与しているのではないかと考え、研究を続行している。
ヒトの運動能と環境適応能の全身的な協関-非定常状態に注目して-

人類が有する合理的な適応能力を明らかにすることによって、将来の望ましい生活環境への示唆が得られる。身体活動や環境刺激の強度やパターンなどが時間とともに変化する非定常的な場合に注目して、日常生活の活動状況と環境条件をシミュレートした。痛みを伴わずにヒトの生物科学的特性を連続的に測る最新の生体計測技術を駆使して、ヒトの運動能と環境適応能の全身的な協関(酸素摂取-循環-体温調節能力の連携)を考察した。1.酸素摂取機能の全身的協関運動開始時における肺レベルの酸素摂取動態が、運動筋微小循環レベルの酸素供給と利用(VO_2/Q)のミスマッチに依存するのかを検討した。運動開始直後の約10秒間では、大腿筋のVO_2/Qに時間的・空間的な不均一性が認められた。初期成分に続いて指数関数的に増加する急成分においても、立ち上がりに部位差が見られた。そのメカニズムとしては、部位ごとの還流圧と筋線維動員パターンの違いが、微小循環血流のフィードバック再配分調節と筋肉細胞の酸素消費をそれぞれ不均一にした結果と考えられる。2.循環機能の全身的協関運動開始に伴う中心循環血液配分機構を検討するために,非活動筋の代表的部位である腹部内臓領域への配分として上腸間膜動脈、脾動脈、腎動脈の血流応答を,8名の被験者で40W自転車運動時に検討した。その結果,運動開始に伴う血管収縮と血流減少の程度には地域性が存在することがわかった。加えて、運動時の筋交感神経活動も連続的に計測した。3.体温調節機能の全身的協関環境温の急激な変化やサイン状の変化に伴うヒトの熱放散反応の動的特性を検討するために,新しい環境試験室を構築した。そして各温度負荷の間に体温調節系パラメータとして、食道温、皮膚温、前額・胸・前腕・大腿の発汗量と皮膚血流量、また、循環調節系パラメータとして、心拍数、血圧および一回拍出量を測定した。さらに、熱、放散反応の動的特性を評価する方法を検討した。1.酸素摂取機能の全身的協関自転車運動開始後の大腿筋・脱酸素化Hb+Mb濃度の相対変化(ΔHHb:VO_2/Q(血流)を反映)に、空間的な不均一性が認められた。高強度の繰り返し運動実験では、前運動(ウォームアップ)に比べて、主運動のΔHHb応答は均一になったが、肺レベルVO_2の第2相時定数とは関連がないことが認められた。したがって、微小循環のVO_2/Qの均一化による酸素供給の増加は、活動筋の動的応答を制限しないと推測される。さらに、時間分解・近赤外分光計測によるHHb絶対値(PO_2の応答に近似)の動的応答(遅れ時間、時定数)は、ΔHHbのそれと差がないことが示された。2.循環機能の全身的協関精神作業と食事が,消化器系の血流に与える影響ついて明らかにすることを目的として実験を行った。実験1として,上腸間膜動脈(SMA)と腹腔動脈(CA)の血流を測定し,精神作業が消化器系の血流に与える影響について検討した,実験2では,食事後の両動脈血管血流応答の詳細な時系列を検討した。その結果,精神作業はSMAの血管抵抗のみ増加させること,また食後では,CA,SMAともに,食事開始直後から血流が増加し始めるがその支配領域の機能差によって,両血流応答の時系列が異なることを明らかにした。1.酸素摂取機能の全身的協関:活動筋の酸素消費量(VO_2)と微小循環の動静脈酸素量差(脱酸素化Hb+Mb)の動態計測から、毛細血管レベルの血流量(Q)を推定した。運動開始直後のQの応答はVO_2よりも有意に速くなった。遠位側の外側広筋・脱酸素化Hb+Mbの増加は他の部位よりも大きくなった。活動肢全体に酸素を供給する血管、および末梢血管のレベルでは、運動開始時のVO_2応答は酸素供給の制限を受けないことが示唆された。2.循環機能の全身的協関:運動後の適切な血流配分という全身的協関について、運動後の血圧と各器官・臓器への血流を同時測定した。運動肢の下肢および非運動肢でも骨格筋の血管は拡張し続け、血圧低下を防ぐ機構の存在は観察されなかった。この一時的なミスマッチにより運動後に1時間程度、血圧は低下したままであり、全身的協関のしくみを紐解く糸口が示唆された。

姿勢変化時の自発性血圧変動に対する血管抵抗の変動は,上肢・下肢の動脈血管において,血管の自己調節と同じパターンの変動をしていることが示された.立位姿勢により下肢血管に静水圧が加わった場合には,下肢血管の自己調節の反応時間が短縮することが示唆された.また,頭下げ姿勢時により下肢血管に対する静水圧が減少した場合には,下肢血管の自己調節の働きが弱まることが示唆された.3.体温調節機能の全身的協関:非定常運動時における体温調節反応を検討した。若年成人・高齢者男性各10名に対し、常温環境下で間欠的な運動負荷をおこない、食道温、皮膚温、前額・胸・前腕・大腿の発汗量と皮膚血流量、循環パラメータとして、心拍数、血圧、一回拍出量を測定した。「ヒトの運動能と環境適応能の全身的な協関」研究結果の全てを用い、総合的に検討した。
三次元形状データを用いた文化財の復元

昨年度は、計測ノイズに対してロバストな三次元データの位置合わせアルゴリズムを設計・実装に取り組んだ。今年度は本研究課題で目標としている、文化遺産が崩壊して生じるセグメントをコンピュータグラフィックス上でつなぎ合わせる手法について考察してみた。セグメントが多数にわたることを考えれば、第一に注目すべき点はそれらの処理時間であるが、本研究課題における三次元復元は正確であることを最優先と考えているので、アルゴリズムが実用的な時間で計算可能である限り、正確な三次元復元を犠牲にする高速化は考慮しないこととする。次に注目すべき点はどれだけ自動化を可能にするかということであるが、正確に一致するセグメントと、その対応する面が既知である場合、その位置合わせの自動化は昨年度達成している。よって対応する面をどのように決定するかについて今年度模索してみた。その方法とは、セグメントの曲率情報を単位球上にマッピングしたSperical Attribute Image (SAI)に変換し、それらの間で部分的に一致する部分があるかどうかをマッチングするものである。これにより、セグメントの接合面を自動的に発見することができるが、現時点で全てのセグメント間でそのマッチングしなければならず、今後の課題としてはそのマッチングを理論的にどれだけ減らすことができるかということになるであろう。今後の研究成果は、コンピュータグラフィックス、コンピュータビジョン、文化財科学の分野で発表し、またその内容の一部を博士論文として提出した。本年度はまず、三次元データの位置合わせや形状表現等に関する先行研究の調査を行い、これを踏まえた上で、計測ノイズに対してロバストな三次元データの位置合わせアルゴリズムを設計し、これを実装してみた。このプログラムはレーザーレンジセンサで得られた、三次元データの共通領域を正確に合わせることが出来る。このプログラムは非常に計算時間がかかるが、計測ノイズや合わせるデータ対の初期的な配置の誤りに対してもロバストである。また平成16年度秋には、対象とする文化財をカンボジアのバイヨン遺跡に決定し、所属研究室のプロジェクトと並行する形で平成16年12月にデータ収集を行った。現在、それらのデータ処理を進めており、また、いわゆる"三次元ジグソーパズル"をコンピュータグラフィックス上で行うプログラムの設計を始めている。また、これとは別にタイ・アユタヤのレンガで作られた文化財と、大分県の臼杵磨崖物について、崩落の様子を正確に表現する手法を開発中である。この表現手法は、バイヨン遺跡のセグメントの接合面がどのように崩壊していくかを知ることができ、その解析結果からもともと接合していたであろうセグメントを選択することができるのではないかと考えている。今年度の研究成果は、コンピュータグラフィックス・コンピュータビジョン・文化財科学の分野で研究発表を行った。