hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニューラルネットワークに基づく翌日の気象変化予想システム-電力需要予測精度向上を目的として-

天気図データベースを活用することにより,パターンマッチング手法に基づく類似天気図の抽出手法を開発した.さらに,中部日本地区における翌日の気温や日照などの予測を行った.研究概要は以下の通りである.1.まず,日本をとり囲む天気図の緯線および経線に沿って15個のブロックに分割する。次に,各ブロックの中の気象状況の有無を2進数で表した天気図マトリックスを作成し,これを天気図データベースとした.このデータベースを用いて,現時点と類似した天気日を抽出するためのパターンマッチング手法を開発した.さらに,現時点に類似した天気は同じ気象変化を示すものと仮定し,翌日の気温変化予測を行った.1992年の夏季における気温変化予測の平均絶対値誤差は1.7°Cとなり,比較的精度の高い予測ができた.(分担:後藤)2.天気図データベースから得られる気圧配置,前線位置,天気配置に関する情報を入力に,対象地区における最高最低気温や日照時間の予想値を出力に各々対応させたリカレント型ニューラルネットワークを構築した.具体的なデータに基づいて,ネットワークの学習および予測について検討を進めている.(分担:小林)3.類似した天気は同じ日照変化を示すものと仮定し,類似天気日の翌日の日照時間変化をAMeDASデータから読みとり,これを現時点での日照時間変化の予測値とする.検討対象地域として名古屋をとり,1985年1986年の春,秋の12例について予測を行った.その結果,12例中9例が日照時間の誤差3時間未満で予測できており,全体として比較的良好な結果を得た.さらに,翌日における日照時間の予測値を用いて,太陽エネルギー総量の予測を試みたところ,その実績値に近い結果が確認できた.(分担:一柳)天気図データベースを活用することにより,パターンマッチング手法に基づく類似天気図の抽出手法を開発した.さらに,中部日本地区における翌日の気温や日照などの予測を行った.研究概要は以下の通りである.1.まず,日本をとり囲む天気図の緯線および経線に沿って15個のブロックに分割する。次に,各ブロックの中の気象状況の有無を2進数で表した天気図マトリックスを作成し,これを天気図データベースとした.このデータベースを用いて,現時点と類似した天気日を抽出するためのパターンマッチング手法を開発した.さらに,現時点に類似した天気は同じ気象変化を示すものと仮定し,翌日の気温変化予測を行った.1992年の夏季における気温変化予測の平均絶対値誤差は1.7°Cとなり,比較的精度の高い予測ができた.(分担:後藤)2.天気図データベースから得られる気圧配置,前線位置,天気配置に関する情報を入力に,対象地区における最高最低気温や日照時間の予想値を出力に各々対応させたリカレント型ニューラルネットワークを構築した.具体的なデータに基づいて,ネットワークの学習および予測について検討を進めている.(分担:小林)3.類似した天気は同じ日照変化を示すものと仮定し,類似天気日の翌日の日照時間変化をAMeDASデータから読みとり,これを現時点での日照時間変化の予測値とする.検討対象地域として名古屋をとり,1985年1986年の春,秋の12例について予測を行った.その結果,12例中9例が日照時間の誤差3時間未満で予測できており,全体として比較的良好な結果を得た.さらに,翌日における日照時間の予測値を用いて,太陽エネルギー総量の予測を試みたところ,その実績値に近い結果が確認できた.(分担:一柳)
水湿生植物のアブシジン酸不活性化経路選択による嫌気環境適応機構の解明研究

シロイヌナズナや畑地雑草など乾性地に生育する中生植物の種子発芽は、酸化経路を通じたアブシジン酸(ABA)代謝不活性化によって誘導される。しかし、水田雑草など嫌気環境に生育する湿生植物については不明であった。ABA代謝物の定量分析、ABA8'-水酸化酵素遺伝子の発現解析、本酵素の阻害剤であるパクロブトラゾールを添加した種子発芽検定により、湿生植物の種子発芽に必要なABA内生量の低下は、反応に酸素を必要としない配糖体化経路を通じて起こることが明らかになった。種子発芽は植物生活史の最初の過程であることから、ABA代謝不活性化経路選択は、湿生植物の低酸素環境適応に関する重要な進化的機構だと考えられる。イヌビエ水田型と畑地型の種子発芽を誘導する`きっかけ'がそれぞれ配糖体化経路と酸化経路を通じたアブシジン酸活性化であるかどうかを確定する目的で、アブシジン酸代謝分析、ジベレリン代謝分析、アブシジン酸代謝系遺伝子解析を行うことが平成23、24年度の研究計画である。平成23年度にイヌビエ水田型と畑地型の種子発芽時にそれぞれアブシジン酸配糖体とジヒドロファゼイン酸が蓄積することが判明した。これは、イヌビエ水田型種子が配糖体化経路で、イヌビエ畑地型種子が酸化経路でアブシジン酸を代謝不活性化することを示唆した。そこで平成24年度は、イヌビエ水田型と畑地型の種子発芽における酸化的アブシジン酸代謝不活性化の働きを検討した。パクロブトラゾールはサイトクロムP450が関与する酸素添加酵素の阻害剤であり、酸化的アブシジン酸代謝不活性化とジベレリン生合成の両者を阻害する。水田型種子はパクロブトラゾール1 mM存在下では発芽しなかったが、過剰量のジベレリンを添加すると発芽が回復した。一方、畑地型種子もパクロブトラゾール存在下で発芽抑制されたが、ジベレリン添加によっても発芽回復が認められなかった。このことから、酸化的にアブシジン酸を代謝不活性化することがイヌビエ畑地型の種子発芽には必要だが、イヌビエ水田型種子では必要ではないことが判明した。さらに、酸化的アブシジン酸代謝不活性化の鍵酵素であるアブシジン酸8'位水酸化酵素の遺伝子を3種類単離し、EcABA 8ox1、EcABA8ox2、EcABA8ox3とした。これら遺伝子のイヌビエ水田型と畑地型種子におけるこれらの発現をリアルタイムPCRによって調べた結果、種子発芽パターンを説明できる遺伝子ファミリーメンバーはEcABA8ox3であると考えられた。水田雑草(湿生植物)の種子が著しい嫌気条件である湛水土壌中で発芽する現象(嫌気発芽)はよく知られており、発芽しつつある種子が嫌気呼吸によってエネルギーを獲得する機構も明らかになっている。しかし、嫌気発芽を誘導する`きっかけ'は不明である。畑地雑草(中生植物)では、種子発芽が誘導されるきっかけが、アブシジン酸(ABA)内生量の低下にあり、ABA内生量低下はABA8'-水酸化酵素が触媒するABA不活性化酸化経路によって起こる。この酵素はチトクロームP450が関与する酸素添加酵素なので、中生植物種子の発芽には数%濃度の酸素が必要である。しかしABAは、酸化経路以外に、反応に酸素を必要としない配糖体化経路を通じても不活性される。そこで本研究の目的は、種子発芽のきっかけとなるABA不活性化が、それぞれ湿生型植物種子では配糖体化経路を、中生型植物種子では酸化経路を介しているという作業仮説を検証するものである。日本のヒエ属雑草のうち、ヒメイヌビエは中生型、ヒメタイヌビエとタイヌビエは湿生型であり、イヌビエは種内で中生型と湿生型に分化している。ABA8'-水酸化酵素の阻害剤であるパクロブトラゾールの投与は、中生型ヒエ種子の発芽を阻害したが、湿生型ヒエ種子の発芽は阻害しなかった。また中生型ヒエ種子では好気条件でABA内生量が低下し、酸化経路産物であるジヒドロファゼイン酸が蓄積したが、湿生型ヒエ種子では、嫌気、好気いずれの条件でもABAが減少し、配糖体化経路産物のABAグルコシルエステルが増加した。平成25年度研究では、パクロブトラゾール投与によって、多くの中生植物の種子発芽が阻害されるが、湿生植物は種子発芽が阻害されないことが判明した。以上から、上記の作業仮説が実証された。ABA不活性化の酸化経路と配糖体化経路の選択が中生植物と湿生植物の環境適応や分化の最初のステップだと考えられる。本研究の目的は、イヌビエ水田型と畑地型の種子発芽を誘導する`きっかけ

'の実体が、アブシジン酸(ABA)代謝不活性化機構であることを明確にし、水田雑草(水湿生植物)と畑地雑草(中生植物)の湛水状態(嫌気環境)と畑水分状態(好気環境)への適応要因としてのABA代謝不活性化経路選択の一般性や生態的重要性を明らかにすることである。平成23年度は、イヌビエ(Echinochloa crus-galli var. crus-galli)の畑地型と水田型の種子を嫌気条件と好気条件に置床し、ファゼイン酸、ジヒドロファゼイン酸、ABAグルコシルエステル、ABAグルコシドの内生量を分析した。その結果、畑地型種子は好気条件でのみ発芽し、ABA内生量が低下した。一方、水田型種子では嫌気、好気条件とも発芽とABA内生量低下が起こった。また、発芽時に蓄積したABA代謝不活性化物質は、畑地型種子がジヒドロファゼイン酸、水田型種子がABAグルコシルエステルであった。このことは、畑地型種子では酸化経路、水田型種子では配糖体化経路と酸化経路を通じてABAが代謝不活性化されることを強く示唆している。さらに、酸化経路の鍵反応であるABA8'水酸化を阻害するパクロブトラゾール添加によって水田型種子に比べて畑地型種子がより強く発芽阻害された。これは、上記の示唆を支持するものである。本申請全体の研究構想は、平成23、24年度にイヌビエ水田型と畑地型種子のアブシジン酸代謝分析、ジベレリン代謝分析、アブシジン酸代謝系遺伝子解析を行ってアブシジン酸の酸化的代謝と配糖体化代謝を判別できる手法を確立し、平成25年度にイヌビエに2生態型で認められるアブシジン酸不活性化経路選択による嫌気環境適応機構が水湿生植物全体で一般性があるかを検証するものである。平成23年度にアブシジン酸代謝物を分析し、イヌビエ水田型種子が配糖体化経路でイヌビエ畑地型種子が酸化経路でそれぞれアブシジン酸を代謝不活性化する結果を得た。平成24年度は、パクロブトラゾールとジベレリンの添加により酸化的アブシジン酸代謝不活性化の働きを検定する実験系を確立した。また、イヌビエのアブシジン酸8'位水酸化酵素遺伝子を単離し、リアルタイムPCRによる発現解析を行った。以上から、当初の平成23、24年度研究計画がほぼ達成されたと自己評価している。平成23年度の研究実施計画は、イヌビエ水田型と畑地型の種子の嫌気条件と好気条件におけるABA代謝物(ファゼイン酸、ジヒドロファゼイン酸、およびABAグルコシルエステ)分析であった。本研究のためには、材料(発芽可能状態にある種子)および分析系(ABAの酸化物質と配糖体化物質の抽出とGC/MSによる定性定量分析)の準備が必要である。材料については、イヌビエ水田型と畑地型の合計4系統を栽培し、採取した種子を後熟させて休眠状態を解除し、発芽率を検定した。分析系については、種子よりメタノール抽出したABA代謝物質を、ファゼイン酸とジヒドロファゼイン酸、およびABAグルコシルエステルに分画する精製操作を確立し、ファゼイン酸とジヒドロファゼイン酸の内部標準用重水素化物質を入手した。また、ABAグルコシルエステルは加水分解してABAとして分析することとした。さらに、これらの物質をメチルエステル化してGC/MS分析する手法を確立した。以上のように、まず実験系の確立を進行させた。つぎに、前項(研究実績の概要)に記載した研究結果を得た。このように、本年度は実施計画にてらして順調に研究が進展した。
外断熱の特性を生かす自然エネルギー利用に関する研究

寒冷地の室内居住環境制御のために、断熱と熱容量で生かされる自然エネルギー利用を研究した。窓からの日射熱利用のために各種窓の熱収支を検討し、室内側片面だけに低放射ガラスを使った3重ガラスが暖房に最適であることを明らかにした。また土間床の蓄放熱利用のために,汎用性の高い熱貫流率の予測式と年間熱損失計算法を導いた。更に、高窓の熱対流換気や薪暖房などパッシブ手法の定量化を行い、実用設計法を開発した。23年度の研究では、まず日射の方位特性を明らかにし、断熱力が向上した最近の窓の熱収支について検討した。拡張アメダス気象データから主要都市の方位別・傾斜角度別に月平均日射受熱量と全日・日中・夜間の平均気温を算出した。次に各種窓ガラスの透過率・日射吸収率および熱貫流率データを収集し、Low-eや不活性ガス入り中空層の伝熱抵抗値を算出し、各種窓ガラスの日射取得率を得た。また窓枠の面積比率を材料種別・窓種別に整理した。その結果を統合し、冬季間に窓から逃げる熱量と入ってくる日射量の収支を計算するソフトを開発した。その結果、北欧に比べて日射量の多い北海道の南窓についてはLow-eペア窓以上に断熟を強化しても日射取得量が減少し暖房効果が少ないことを明らかに下。「基礎断熱土間床の蓄放熱」については3次元熱伝導解析プログラムを使い、断熱基礎や土間床さらに半地下室の熱貫流率を求める回帰予測式を導いた。更に年間の損失熱量を手計算できるようにするために非定常年間変動解析結果をもとに実効温度差を正弦波で近似した。実効温度差の振幅は実振幅の5080%、位相の遅れは23ヶ月であった。このことは基礎断熱土間床が冬季の暖房負荷と夏季の冷房負荷の軽減の根拠になるもので、基礎断熱の普及に役立つものである。「高窓の熱気除去・夜間冷気流入」については住宅プラン集の分析によって寒冷地で高窓や吹き抜けをつくるうえでの課題を検討した。2階に居間を設ける住宅は敷地が狭小で日当たりが悪かったりする場合が多く、やはり特殊であることが明らかになった。吹き抜けのある住宅では窓の開閉が困難でむしろ暑いという問題が指摘された。それらを踏まえて高窓の提案を行っていく必要がある。基礎断熱の夏冷却・冬熱損失緩和効果については、土間床,布基礎,半地下室別に基礎まわりの温度分布について3次元有限要素法定常熱伝導解析を行い,回帰誤差の小さい因子複合重回帰分析プログラムを利用して汎用性の高い熱通過率の予測式を導いた。また,年周期的熱伝導解析を行い,重回帰分析によりsin関数で表される年間の実効温度差を与える予測式を得た。最後に断熱材の効果的な配分法について検討を加え,基礎形式,地盤種類,気候なども考慮が必要なことを示した。窓からの日射の暖房効果については、北海道の162ヶ所を対象としたAMeDASの1時間ごとの気象データを利用して、各地点の月別方位別日射量、月別気温、月別風向・風速データを整理した。次に窓ガラス空気層とサッシの熱抵抗値及び日射透過率と日射吸収率を各種断熱窓の熱貫流率と日射取得率計算値が実測結果に良く合うように整理し、断熱窓の選定に役立つ窓の熱収支検討プログラムを作成した。薪ストーブについては、ブロック造外断熱セントラルヒーティングの住宅内において薪ストーブ暖房とセントラル暖房の比較を行い、高断熱住宅では薪ストーブで問題となる室温制御や自動燃焼の難しさが軽減される可能性を検討した。その結果、薪ストーブ1台で朝と夜それぞれ薪1束づつ適当に燃やす暖房でも暖房時に壁に吸熱された熱は停止後放熱し、16時間のセントラルヒーティングと温度分布と変動幅が変わらないことが分かった。高窓の熱気除去と夜間冷気の流入効果による冷房不要の住宅に関しては、環境調整に高窓を利用するブロック造外断熱住宅と高窓のない木造住宅の夏季の室内環境を実測比較し、高窓の効果を確認した。近年、住宅の断熱基準の強化や灯油価格の上昇などから、住宅の断熱性能や機密性能は向上している。しかし、高断熱・高気密化した住宅では、夏に窓を閉め切ってしまうと、かえって日射熱や調理、照明・電気機器、人体からの発熱が部屋にこもり、冷暖房設備に頼る暮らしになりかねない。断熱と併せて、夏には積極的に開放して通風・排熱もできる住宅づくりが重要である。その最も賢く、伝統的な民家などで応用されてきた断熱建物の対応策は、代表的な自然エネルギー利用でもある「上方開放型の熱対流換気」である。これは、室内で温められた空気は拡散するよりもむしろ鋭い上昇気流となって天井面に達して停滞するのを、室最上部で外に開放するものである。

24年度の研究では高窓換気設計のための気流観測と自然換気計算ソフトの作成を行った。熱気の温度が外気温よりも高ければ熱気は外に出て、代わりに外気が室内に入ってきて下降気流になるが、周りの気温が下降気流の温度よりも低いところまでは下降することができないため、外気との等温面より上部の空間で対流が起こる。さらに外気温が低下して室温以下になると、流入外気は床面まで下降して室内の温度を入れ替える全自動の冷却換気となる。この熱対流換気用の高窓は、雨除けのため内窓倒し窓や横滑り出し窓にする必要あり、有効開口面積は開放窓の2030%減少し、開口面積は床面積の23%程度が目安となる。また温められた空気が天井面に達して停滞するのを、外に開放することから、水平天井よりも斜め天井が好ましい。「上方開放型の熱田対流換気」で冷房なしのブロック造住宅で温度測定を行い、その冷却効果が日中まで引き継がれ、夜間の気温が下がる北海道では、日除け、外断熱や基礎断熱土間床の蓄冷、高窓換気だけで冷房装置は要らないことを確認した。基礎断熱の夏冷却・冬熱損失緩和効果については、3次元有限要素法定常熱伝導解析を行った結果を汎用性の高い熱通過率の回帰予測式にまとめ、学会誌に報告できた。また、窓からの日射の暖房効果、薪ストーブ、高窓の熱気除去と夜間冷気の流入効果による冷房不要の住宅に関する研究もほぼ順調に進み、まとめの段階に入っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。石油価格の高騰や原子力発電所の事故などから自然エネルギーを利用しようという動きが一層強まっている。変動の大きいのが自然エネルギーの特徴であるが、大き過ぎる変動の緩和こそ外断熱の働きである。最終年度である本年度は、特に高断熱の住宅では高窓など熱気排出を工夫することによって冷房装置が不要になることを証明する。そのために高窓や排気塔の換気性状の実測結果を模型と3次元気流解析を使って再現し、それらの位置や大きさに関する設計資料の構築を行う計画である。
ラフパス理論の研究

4年間の研究期間を通じてラフパス理論を研究した。この理論は伊藤の確率微分方程式の理論を「脱ランダム化」するもので、むしろ解析の色が強い分野である。最近、急速に発展してるこの分野であるが、筆者は特にこの理論の確率論的な側面を研究した。特に、確率論において重要な位置をしめる極限定理(大偏差原理やラプラス型の漸近定理)が、ラフパス理論という枠組みの内ではどのようになるのかに興味を持ち、主にマリアヴァン解析を道具として使って、このテーマに関していくつかの論文を書いた。今年度もラフパス理論の解析学的な側面を主に研究した。いままではフラクショナルブラウン運動でラフパスの意味での微分方程式が駆動されている場合に、ラプラス近似という大偏差原理の精密化を中心に考えてきたが、今年はもうすこし研究の幅を広げて、大偏差原理やラプラス近似以外の問題を考察した。例えば、停留位相の方法といわれる極限定理を共著者の河備氏(岡山大学)と研究しており、こく近いうちに論文としてまとめる予定である。この種類の極限定理に必要になる、伊藤写像に対するテーラー展開を筆者が証明した論文が出版された。こういった解析的な方向でラフパス理論の研究を進めるのは、非常に自然ではあるが、何カ所か難しい部分があり、最大のものはヤコビアン過程(導出過程)とよばれる元の微分方程式に付随した確率過程が可積分であることの証明である。筆者はこのヤコビアン過程の可積分性を、駆動する過程が普通の(無限次元)ブラウン運動の場合に証明して、これを論文にまとめた。日本にはラフパス理論の研究者が非常に少ないので、こういった一連の成果を2つの国際会議で発表して、海外の研究者と交流や情報交換できたことは、研究を進める上で有益であった。また、まだ論文としての形にはなっていないが、ラフパス理論の(ホップ)代数的側面や、確率偏微分方程式への応用などの方向の勉強も続けた。今年度は引き続きラフパス理論の解析的な側面を研究した。主な手法としてはマリァヴァン解析という強力な道具をラフパス理論に持ち込んで、フラクショナル・ブラウン運動などのガウス過程をラフパスに持ち上げたものの性質をしらべた。研究した解析的な定理は、大偏差原理やラプラス近似、密度関数の漸近展開など、通常の確率論で中心的な位置をしめる極限定理である。このようなラフパスとマリアヴァン解析との併用は非常に自然な流れであり、今後ますます世界中でさかんになると個人的には思っている。研究内容をもう少し具体的に書くと、バースト指数が1/2より大きい場合に、フラクショナル・ブラウン運動で駆動されるラフパスの意味での確率微分方程式(もどき)を考えると、楕円型条件のもとで解は密度関数を持つことが知られている。この密度関数の短時間での漸近展開を渡辺超関数理論というマリアヴァン解析でも重厚な部分を使って証明した。またFreidlin-Wentze11型の大偏差原理が楕円型の条件の元で成立することも、ラフパス理論とマリアヴァン解析を併用して示した。上記のテーマで2点プレプリントを書いて、プレプリント・サーバー(ArXiv Math)に投稿した。ただし、学術雑誌にはまだ正式には受理されていないので、本報告には記入していない。本年度はラフパス理論の研究を続けた。主なテーマはガウス・ラフパスで駆動されるラフパスの意味での常微分方程式を考えて、その解をマリアヴァン解析を使って研究するのが主な内容であった。このテーマでプレプリントを2本書けた。一つは上記のラフパスの意味での微分方程式の解がマリアヴァン解析の意味で滑らかになることをかなり弱い十分条件の下で示した。これはラフパス理論においてマリアヴァン解析を使おうとする場合には「入り口」にあたる部分で、なんとしても一般的に整備しておく必要があったので、個人的には満足のいく成果であった。これによりマリアヴァン解析で知られている様々な定理の「ラフパス版」が近い将来に続々と証明されていくと個人的には予想している。筆者自身も来年度以降に、その種の問題に取り組むつもりである。もう一つは、ガウス・ラフパスの中でも特に重要な例とされる非整数ブラウン・ラフパスで駆動されるラフパスの意味での常微分方程式を考えて、その解の確率密度関数の短時間漸近挙動を調べた。これは通常の確率微分方程式で知られている非常に有名な漸近定理のラフパス版である。証明の道具として使ったのは、マリアヴァン解析のなかでも特に強力なことで知られる渡辺超関数とそれに対する漸近展開の理論である。確率論の華は漸近定理であるが、このようにかなり深い漸近定理がラフパス理論においても証明できたということは、ラフパスを研究するものとしてはかなり勇気づけられる事実であると思う。本年度は引き続きラフパス理論の解析的な側面についての研究をすすめた。

昨年度までは確率微分方程式のアナロジーである通常のラフパス理論の枠組みの中で、マリアヴァン解析などを用いていろいろと計算をしたが、今年はラフパス理論の確率偏微分方程式への応用という分野に進出した。ラフ確率偏微分方程式と名乗るモデルはいくつかあるのだが、その中でもとくに最近注目を集めているハイラー理論である。理由は統計物理で現在注目を集めているKPZ方程式という未解決問題が、この枠組みを使って初めて解けたことによる。筆者はシルダー型の大偏差原理という極限定理をこの理論の枠組みにおいて証明することに成功した。この理論においてこのような解析的、確率論的な結果が証明されたのはおそらくこれが初めてだと思う。この路線を延長して、すでにいろいろ開発されているラフパス解析の手法をハイラー理論に持ち込んで、さらにいろいろな定理を証明しようと、現在努力している最中である。現時点までに、課題になっているラフパス理論に関する論文を、数学業界の常識に照らし合わせて、悪くはないペースで書けている。この先も特に重大な方針変更をする必要性を感じていない。私個人の事情を別にしても、ラフパス業界全体が上り坂にあるように感じられるので、特段の問題はない。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は通常のラフパス理論だけでなく、その変種であるラフ確率偏微分方程式の研究にも手を出して、シルダー型の大偏差原理を証明した。私に個人とっても新しく、世間的にも新しいとされるこの話題に関して、そこそこの内容の論文が書けたので、それなりに満足している。以上の理由により、研究の進展状況は悪くないと思っている。現時点までまったく問題なく進展しているため、このままのテーマ、研究方法で進んでいくつもりである。しいていえば、マリアヴナン解析とよばれる確率微分方程式を調べるための無限次元解析の理論があるが、これをラフパス理論に持ち込むことの重要性を強く感じている。また人的交流に関して言えば,だんだんこの理論の研究もさかんになりつつあるので、ささやかでも海外の研究者の招聘、もしくは自分自身の海外出張などを行い、進展中のテーマなどについての情報交換に励みたい。今年度に書いた論文は、さらにいろいろな副産物を生みそうな気配があるので、それを研究するのは当然だが、前に研究していた通常のラフパス理論にマリアヴァン解析を組み合わせるという路線も非常に有望に見えるので、この両面で研究を進めていきたい。
格子シミュレーションを用いた有限温度QCD相転移におけるハドロンの性質の研究

1).有限温度でのチャーモニウム相関関数の格子QCDを用いた研究を引続き行った。投稿中の論文の改訂を行い、受理された。これまでの計算をより広範囲の温度に拡張し、T_c近傍の閉じ込め相でチャーモニウム質量が温度にほぼ依らないことを確認した。また、非閉じ込め相での相関関数を1.4T_cまで求め、ハドロン的モードを示す振舞いの変化を観察した。これらについても近く論文としてまとめる予定である。7月に理化学研究所で行われた国際会議(Confinement 2003)で報告した。2).同じ手法を軽いメソンの場合にも適用し、チャーモニウムの場合に類似した結果を得た。T_c以上での軽いメソンの振舞いが、相転移の前駆現象としてどのように理解できるかについては、これからの研究で明らかにして行きたい。予備的な結果について、共同研究者の梅田氏により、6月につくば市で行われた国際会議(Lattice 2003)においてポスター発表された。3).以上の計算はクェンチ近似で行ったが、クォークのループ効果を含む場合への拡張のために、非等方格子上のstaggered quarkの研究を行った。クェンチ近似及びループ効果を含む場合について、非等方格子パラメターの調節法の準備的研究を行なった。結果は、6月に行われた国際会議(Lattice 2003)において共同研究者の野村氏により口頭発表され、またクェンチ近似での結果を論文にまとめた。4).非等方格子の手法は重いクォークの定式化としても有効であり、ハドロン行列要素の1%レベルでの計算を可能にする枠組としての開発を行っている。今年度には、非常に高精度の非等方パラメターの決定法、クォーク作用の調整法の策定を行った。6月に行われた国際会議(Lattice 2003)においてポスターで報告した。5).負パリティのバリオン質量の計算について、投稿中であった論文を改訂し、受理された。この研究は、Λ(1405)と呼ばれる負パリティのバリオンについて、クォークの3体系としての記述では実験結果を説明し難いことを示したものである。最近のクォーク5体系粒子の発見と関連して、このようなエキゾチック・ハドロンの研究は注目を集めている。平成14年度においては、上記研究課題に関して以下のような研究を行い、出版論文(国際会議のプロシーディングを含む)としてまとめるに至る成果を得た。1.有限温度格子QCD系におけるメソンの相関関数の温度依存性の研究。これはチャーモニウム系に対して、クェンチ近似の枠内で行った。Eudid時間方向の相関関数を詳しくしらべるため、非等方格子を用い、Maximum Entropy法、及び相関関数の形を仮定したフィット法の二つの手法による解析を行った。その結果、相転移点以上でも、相関関数にはメソン的な相関が残っている可能性が示唆された。また、グルーボールの有限温度での振る舞いからも、同様に高温相でもコレクティブモードの存在を示唆する結果が得られた。これらは大変興味深い現象であり、高温相がこれまで考えられて来たような単純な構造では捉えきれないことを意味し、QCDの相転移の構造の解明に重要であると考えられる。これらの計算を、カイラル対称性の回復に関して重要となる、軽いメソン状態へ適用することを現在行っているところである。2.非等方格子上のクォーク作用の構成を前年度にひきつづき行い、重いクォークの場合にこのアプローチが有効であることを提唱した。これは特に、フレイバーの物理におけるハドロン行列要素の高精度計算に有効であると考えられる。実際のheavy-lightメソン系の崩壊定数への応用も行い、この方向で発展させてゆくことが有効であるという結論が得られた。現在、実際の高精度計算のための準備を進めているところである。これらに加えて、クォークの3体系の静的ポテンシヤルの詳細を解析、負パリティバリオンのスペクトルの研究も行った。前者は論文として出版され、後者は現在論文を投稿中である。また、上記1、2のテーマを、より現実に近いダイナミカルクォークを含む場合に拡張するために、その場合の非等方格子の構成に着手した。

クェンチ近似及びループ効果を含む場合について、非等方格子パラメターの調節法の準備的研究を行なった。結果は、6月に行われた国際会議(Lattice 2003)において共同研究者の野村氏により口頭発表され、またクェンチ近似での結果を論文にまとめた。4).非等方格子の手法は重いクォークの定式化としても有効であり、ハドロン行列要素の1%レベルでの計算を可能にする枠組としての開発を行っている。今年度には、非常に高精度の非等方パラメターの決定法、クォーク作用の調整法の策定を行った。6月に行われた国際会議(Lattice 2003)においてポスターで報告した。5).負パリティのバリオン質量の計算について、投稿中であった論文を改訂し、受理された。この研究は、Λ(1405)と呼ばれる負パリティのバリオンについて、クォークの3体系としての記述では実験結果を説明し難いことを示したものである。最近のクォーク5体系粒子の発見と関連して、このようなエキゾチック・ハドロンの研究は注目を集めている。
分子被覆導線を用いて配線された分子デバイスの構築とその物性

最近絶縁性の環状分子であるシクロデキストリンから合成されたチューブ状分子、分子ナノチューブを代表的な可溶性導電性高分子であるポリアニリン(PANI)と溶液中で混合したところ、紐状の導電性高分子がチューブ状分子の空洞内に自発的に潜り込んだ超分子構造体いわば分子被覆導線が形成される現象を見出した。本研究では、この分子被覆導線を基板上の外部インターフェイス電極に配線した分子デバイスを作成し、外部インターフェイス電極間の電気特性の測定を行い、分子デバイスの評価をすることを目指した。初年度は分子被覆導線の片側の端を基板上の電極の位置まで動かして、反対側の端を導電コートしたAFMカンチレバーで接触させ、基板上の電極とカンチレバーの間の抵抗を検出することで導電率を測定することを目指した。しかし、カンチレバーの導電コートの破損や、カンチレバーを分子被覆導線に強く押し付けると分子被覆導線が破壊することにより、再現性のある抵抗値を測定することができなかった。そこで2年目は、Sio_2上に貴金属の対向電極(電極間距離500nm程度)を形成し、その間に分子被覆導線を配して、導電率を測定することを目指した。電極付き基板は完成し、基準物質としてのカーボンナノチューブが測定できるところまで確認された。しかし、電極-分子間の接触抵抗が100kΩ程度あると思われ、分子本来の導電率が測定できているかの検討を行っている。また、現在この基板を用いて分子被覆導線の導電率測定を進めているが、もし分子被覆導線の抵抗が接触抵抗よりも小さいときには、正確な抵抗値の見積もりが困難である。そこで、導電性高分子の両末端にチオール基をつけ、電極との接触抵抗の低減を目指して研究を進めている。ドープした分子被覆導線は大きな導電性を示すことが期待され、分子デバイスの最重要部分である分子配線の有力な候補となるであろう。我々は、最近絶縁性の環状分子であるシクロデキストリンから合成されたチューブ状分子、分子ナノチューブを代表的な可溶性導電性高分子であるポリアニリン(PANI)と溶液中で混合したところ、紐状の導電性高分子がチューブ状分子の空洞内に自発的に潜り込んだ超分子構造体いわば分子被覆導線が形成される現象を見出した。本研究では、この分子被覆導線で電子機能性有機分子と基板上の外部インターフェイス電極を配線した分子デバイスを作成し、外部インターフェイス電極間の電気特性の測定を行い、分子デバイスの評価をすることを目指す。これまでにこの分子被覆導線が原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察できること、およびAFMマニピュレーションの手法を用いて目的に位置に移動可能であることが明らかとなっているので、初年度である本年度はこの技術を用いて、分子被覆導線の片側の端を基板上の電極の位置まで動かして、反対側の端を導電コートを施したAFMカンチレバーで接触させ、基板上の電極とAFMカンチレバーの間の抵抗を検出することで導電率を測定することを目指した。分子被覆導線の片側末端をSiO_2基板上に配したAu電極に接触させ、反対側末端をTiNで導電コートしたカンチレバーで接触させ、抵抗測定を試みたが再現性のある抵抗値を測定することができなかった。これは導電コートが分子を観測する際、および抵抗測定の際に破損するのが原因と考えられる。また、カンチレバーを分子被覆導線に強く押し付けると、分子被覆導線が破壊する様子が観測されているため、触圧を慎重にコントロールすることも重要であることがわかる。

現在は、SiO_2上にAuの対向電極(電極間距離500nm程度)を形成し、その間に分子被覆導線を配して、導電率を測定するよう準備をすすめている。また、分子被覆導線の両末端にチオール基をつけ、電極との接触抵抗の低減を目指して研究を進めている。最近、絶縁性の環状分子であるシクロデキストリンから合成されたチューブ状分子、分子ナノチューブを代表的な可溶性導電性高分子であるポリアニリン(PANI)と溶液中で混合したところ、紐状の導電性高分子がチューブ状分子の空洞内に自発的に潜り込んだ超分子構造体いわば分子被覆導線が形成される現象を見出した。本研究では、この分子被覆導線を基板上の外部インターフェイス電極に配線した分子デバイスを作成し、外部インターフェイス電極間の電気特性の測定を行い、分子デバイスの評価をすることを目指した。これまでに分子被覆導線の片側の端を基板上の電極の位置まで動かして、反対側の端を導電コートしたAFMカンチレバーで接触させ、基板上の電極とカンチレバーの間の抵抗を検出することで導電率を測定することを目指した。しかし、カンチレバーの導電コートの破損や、カンチレバーを分子被覆導線に強く押し付けると分子被覆導線が破壊することにより、再現性のある抵抗値を測定することができなかった。そこで本年度は、SiO_2上に貴金属の対向電極(電極間距離500nm程度)を形成し、その間に分子被覆導線を配して、導電率を測定することを目指した。電極付き基板は完成し、基準物質としてのカーボンナノチューブが測定できるところまで確認された。しかし、電極-分子間の接触抵抗が100kΩ程度あると思われ、分子本来の導電率が測定できているかの検討を行っている。また、現在この基板を用いて分子被覆導線の導電率測定を進めているが、もし分子被覆導線の抵抗が接触抵抗よりも小さいときには、正確な抵抗値の見積もりが困難である。そこで、導電性高分子の両末端にチオール基をつけ、電極との接触抵抗の低減を目指して研究を進めている。ドープした分子被覆導線は大きな導電性を示すことが期待され、分子デバイスの最重要部分である分子配線の有力な候補となるであろう。
カゼインキナーゼIε(CKIε)発現ウイルスを用いた造血幹細胞の体外増幅

造血幹細胞の自己複製に関する分子機構は複雑であり、実用的な体外増幅システムは未だ確立されていないのが現状である。理由として、骨髄niche以外においては造血幹細胞の未分化性の維持が困難であること、またこのような環境下においてはDNA障害性ストレスに対する造血幹細胞のアポトーシス感受性が高まっていること等が予想される。我々は、単量体のセリン/スレオニンキナーゼであるカゼインキナーゼIε(CKIε)が、造血幹細胞におけるこれら2つの機構を調節していることを見出した。まずCKIεは、SOCS3を安定化することによりG-CSF刺激による造血細胞の顆粒球分化を抑制する。同時に、β-cateninを安定化させWnt刺激に対しては促進的に作用することから、結果として造血幹細胞の未分化性の維持に貢献すると考えられる(Blood 103;2997:2004)。またCKIεは、造血細胞のDNA障害性ストレスに対するアポトーシスの感受性を増強する。これは、CKIεが直接的あるいは間接的にPTENの活性化を介し、細胞生存シグナルの1つであるPI3K/Aktシグナルを抑制するためである。未分化な造血幹細胞では、他の血液細胞と比較しCKIε発現が亢進しており、これはniche以外の環境下ではアポトーシス感受性の増強につながることが予想される(Life Sciences 78;1624:2006)。さらに数種類の白血病細胞株においては、CKIε発現の減弱・消失が認められており、逆にDNA障害性ストレスに対して耐性を持つことが予想される。すなわちCKIεの機能的欠落は、造血細胞の白血化あるいは白血病細胞の治療耐性化機構にも関与しうると考えられ、CKIεを癌抑制遺伝子の1つとしてとらえることも可能であろう(Life Sciences 78;1624:2006)。より有効な造血幹細胞体外増幅システムの確立やがん治療への応用など、今後CKIεに関するこれらの知見を臨床に活かしていきたい。この理由として、骨髄niche以外においては造血幹細胞の未分化性維持が困難であること、またこのような環境下においてはDNA障害性ストレスに対する造血幹細胞のアポトーシス感受性が高まっていること等が予想される。我々は、単量体のセリン/スレオニンキナーゼであるカゼインキナーゼIε(CKIε)により、造血幹細胞においてこれら2つの機構が調節されていることを見出した。CKIεは、SOCS3を安定化することによりG-CSF刺激による造血細胞の顆粒球分化を抑制すると同時に、β-cateninをも安定化することによりWnt刺激に対し促進的に作用し、結果として造血幹細胞の未分化性の維持に貢献することはすでに報告している。この度、CKIεが造血細胞のDNA障害性ストレスに対するアポトーシスの感受性を増強することを報告した。レトロウイルスベクターにより野生型およびキナーゼ欠損型CKIεを発現させたマウス骨髄前駆細胞32Dを用いた研究では、機能的CKIεの発現により、抗癌剤・放射線等各種DNA障害性ストレスに対するアポトーシスの感受性が増強されることを確認した。これはCKIεが、直接的あるいは間接的なPTENの活性化を介して、細胞生存シグナル機構の1つであるPI3K/Aktシグナルを抑制するためである。未分化な造血幹細胞においては、他の血液細胞と比較しCKIεの発現が亢進しており、これはniche以外の環境下ではアポトーシス感受性の増強につながることが予想される。また数種類の白血病細胞株においては、CKIε発現の減弱・消失が認められた。これらの細胞株では、逆にDNA障害性ストレスに対して耐性を持つことが予想される。すなわちCKIεの機能的欠落は、造血細胞の白血化あるいは白血病細胞の治療耐性化機構にも関与しうると考えられ、CKIεを癌抑制遺伝子の1つとしてとらえることも可能である。

さらに数種類の白血病細胞株においては、CKIε発現の減弱・消失が認められており、逆にDNA障害性ストレスに対して耐性を持つことが予想される。すなわちCKIεの機能的欠落は、造血細胞の白血化あるいは白血病細胞の治療耐性化機構にも関与しうると考えられ、CKIεを癌抑制遺伝子の1つとしてとらえることも可能であろう(Life Sciences 78;1624:2006)。より有効な造血幹細胞体外増幅システムの確立やがん治療への応用など、今後CKIεに関するこれらの知見を臨床に活かしていきたい。
C-CO_2電離箱の中性子感度の決定

C-CO_2電離箱の中性子感度k_U因子は、これまで1MeVでの測定データは存在しなかった。実際に使われてきたものは、1MeV以上の中性子に対する測定値を用いて、計算により1MeV以下まで外挿して求めたものであった。しかしながら、これまで用いられてきたk_U因子は定義されたフォーミュレーションからの予想に反したエネルギー分布を示していた。即ち、壁材質とガスのカ-マの比に比例する(k_U∝K_<wall>/K_<gas>)ことに由来する、酸素のカ-マは0.3MeV付近に共鳴ピークが見られていなかった。このため、実際に0.11MeVでk_U因子の測定することは、中性子線量の測定精度を上げるために必要不可欠であった。広島大学原医研の発生装置を用いることにより、0.11MeVの中性子エネルギー領域で、感度を測定を行った。その結果を、図1に示す。図より解るように予測された0.4MeVおよび1MeV中性子エネルギーでk_U因子は、共鳴ピーク的振る舞いをし、このエネルギーで今まで用いられてきたk_U因子と因子2程度違うことが確認された。その結果、この中性子エネルギーの領域で線量測定の精度は6%の改善が得られたことになる。この結果は、日本放射線影響学会で発表を行い、放射線物理の研究者の支持を受けた。また、英国医学系物理雑誌(PMB)および日本医学放射線物理学会誌に投稿中であり、更に日本医学放射線物理学会での発表を予定している。
中近世移行期日本における港町の景観研究の基盤構築

本研究は、中近世移行期(1617世紀中期)日本における都市景観の形成・変遷史の解明を目標とする研究代表者の研究の一環であり、当該期を代表する都市の一つである港町を対象とする。本研究は、歴史地理学における景観研究の基本的視角に基づいて、港町景観の研究基盤を構築するため、第一に当該期の港町に適した景観復原の視点・方法を検討した。第二に、全国の港町景観に関する先行研究と史資料等を網羅的に収集し、現段階で蓋然性の高い景観復原案を検討した。その中で、対象地域における城下町も含めた全体的な都市立地をふまえることの重要性を指摘し、尾張、防長、阿波において港町の立地と景観を考察した。本研究は、中近世移行期(1617世紀中期)日本における都市景観の形成・変遷史の叙述に向けて、当該期を代表する都市の一つである港町を対象とする。そして、歴史地理学の視角から当該期港町の景観研究における視点・方法を検討し、景観研究の基盤を構築することを目的とする。初年度にあたる平成22年度は、この目的のために設定した二つの課題のうちの一つである「当該期港町に適した景観復原の視点・方法の検討」を行った。具体的には、駿河江尻・清水(現静岡県静岡市清水区)を事例として、(1)大縮尺の地図上での地形復原と、(2)地割形態の分析の深化を進めた。(1)の地形復原では、大縮尺の地形図(5000分の1の旧版都市計画図)をベースとし、これにボーリング調査や発掘調査による地層・地質データを加えて、旧地形を推定し地図化を試みた。このとき、近世期の景観を描いた古地図、中近世史料・地誌における地形に関する記載、明治期の海図、近代の風景写真なども、推定の補強材料として利用した。(2)の地割の形態分析では、明治初期の地籍図と近世の屋敷割図に記載された地筆、地目、街路、街区、水路等の形態を、同時代史料や近世地誌、考古資料、地元の伝承における地理情報と重ね合わせて考察し、景観構成要素の詳細な現地比定を行った。また、屋敷、街路・水路、街区の成立順序といった景観形成プロセスを推定する。このとき、西欧の港町研究では盛んに行われているものの、日本の港町研究では十分に紹介されていない、先進的な地割・町並建築群の分析手法を既存の学術書から学び、当該期日本の文脈を十分に考慮しつつ、史資料の状況をふまえて導入を図った。これらの近世移行期における江尻・清水の景観形成・変遷過程を明らかにするとともに、日本の当該期港町に共通して適用可能な景観復原の視点・方法を検討した。この成果は、平成23年度の学会(史学研究会)にて口頭で発表し、学会誌(史林)に論文を掲載する予定である。(1)平成22年度より行っている、中近世移行期港町の景観復原研究の方法論の検討を継続して行った。具体的には、駿河清水・江尻を事例として、報告者が城下町の景観研究にて培った通常の復原方法を土台とし、これに(1)大縮尺の地図上での地形復原と、(2)地割形態の分析の深化を追加して、当該期港町の景観復原に適当な方法を検討した。この成果を現在まとめる段階にあり、平成24年度には第15回国際歴史地理学会にて口頭発表を行い、そこでの議論をふまえて、史学・地理学学術雑誌に論文を公表する予定である。(2)全国の当該期港町のうち、景観研究が既に存在する港町の一覧表(データベース)の作成に着手した。各港町について、(1)景観に関する先行研究、(2)景観復原の根拠とされた史資料(同時代史料、発掘調査等の考古学データ、近世地誌、近世絵図、伝承、地籍図、都市計画図、地質・地層データ)、(3)中近世の政治・社会・宗教・文化的文脈、流通・経済圏、交通ネットワーク、政治権力の支配領域といった地域構造に関する情報を、可能な限り網羅的に収集している。本年度の調査により、現段階で(1)(3)のデータのそろう調査研究に適した港町は、西日本(東海・北陸以西)に集中することが分かった。そして、当該期に最盛期を迎える銀鉱山の輸出に利用された港町が立地する石見に注目して、その立地と形態を分析・地図化し、講演会と研究会にて成果報告を行った。同様に、周防と尾張、阿波においても、城下町を含めた当該期の地域構造の中で、港町がどのような機能を持ち、位置づけられるのかを考察し、論文や講演として発表した。このうち講演は、可能な限り現地の研究者との情報交換と専門的知識の還元を目的に、地元で開催される学際的なシンポジウムで行うよう努めた。

(1)平成22年度より行っている、中近世移行期港町の景観復原研究の方法論の検討を継続して行った。具体的には、駿河清水・江尻を事例として、報告者が城下町の景観研究にて培った通常の復原方法を土台とし、これに1大縮尺の地図上での地形復原と、2地割形態の分析の深化を追加して、当該期港町の景観復原に適当な方法を検討した。この成果を現在総括しており、今後、史学・地理学学術雑誌に論文として投稿する予定である。(2)全国の当該期港町のうち、景観研究が既に存在する港町の一覧表(データベース)の作成に着手した。各港町について、1景観に関する先行研究、2景観復原の根拠とされた史資料(同時代史料、発掘調査等の考古学データ、近世地誌、近世絵図、伝承、地籍図、都市計画図、地質・地層データ)、3中近世の政治・社会・宗教・文化的文脈、流通・経済圏、交通ネットワーク、政治権力の支配領域といった地域構造に関する情報を、可能な限り網羅的に収集している。昨年度以降の調査により、現段階で13のデータのそろう調査研究に適した港町は、西日本(東海・北陸以西)に集中することが分かった。平成24年度には、近世城下町の形成と共に、中世港町(川湊も含む)の近世化が急速に進展した、東海地方を主に対象として、熱田と岐阜(井口)の港町景観の近世化を復原し考察した。その成果は、国際歴史地理学会で英語発表を行い、国内では市民向けの講演会で招待講演を行う中で、公表した。また、昨年度に引き続き、阿波と周防・長門において、城下町を含めた当該期の地域構造の中で、港町がどのような機能を持ち、位置づけられるのかを考察し、それぞれ学会発表と学術論文として公表した。駿河江尻・清水の景観復原研究は、研究を進める過程で、当初の想定以上に地籍図の範囲を拡大して、地割分析を行う必要があることが判明したため、平成23年度中に研究を完了させることができなかった。しかし、史料収集は完了し、その分析成果をまとめつつある段階にあり、研究期間内には成果を公表することができると予測される。港町景観研究の一覧表(データベース)作成に関しては、当初想定した全国規模での収集よりも、研究・資料の偏在を考慮して西日本を中心として行う方が現段階では効率的であると判断し方針を一部修正したため、研究期間内に目的はおおむね達成しうると予測している。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、駿河江尻・清水の景観研究をまとめて学術雑誌に掲載すると同時に、西日本における港町景観研究の一覧表(データベース)作成を進める。その過程で、西日本(主に東海・中四国)で地域を代表する港町にも関わらず、不十分な景観復原案しか得られないときには、新たに景観復原研究を行う。とりわけ西日本の港町は、城下町も含めた地域構造全体に占める位置・役割の考察なしで、景観の特徴を見出すことができないので、景観復原の際には城下町も含めた全体の地域構造や、城下町との景観比較を含めて研究を遂行する予定である。その成果は、講演、学会発表、論文で順次公表する。
頚椎加齢変性(老化)の病理組織学的・組織化学的・免疫組織学的研究

1.平成5年度:(1)屍体頚椎標本43例135椎間板と21例の手術時に摘出した椎間板ヘルニアの標本を組織学的に検討した。加齢に伴って椎間板の水平裂、垂直裂軟骨板の断片化、その断片の後縦靱帯穿破と進む頚部椎間板ヘルニアの発生機序が解明された。この発生機序は高齢者における腰部椎間板ヘルニアのそれに似ており、頚椎ではルシュカ関節が椎間板に掛る荷重を負担することで外傷機序の関与が避けられ、椎間板その加齢変性が重要な要素となると結論づけられた。さらに、椎間板ヘルニアは32%もの高頻度にみられ、従って大多数は脊柱管が広いことで脊骨症とならずに済んでいる可能性の高いことが示唆された。(2)変性椎間板の軟骨細胞における細胞増殖マーカーであくPCNAの発現を免疫組織化学的に検討した。それにより軟骨細胞の増殖を証明できた。平成6年度:(1)11例の頚椎手術時に摘出した椎間板における軟骨細胞の増殖をPCNAとbFGFを免疫組織化学的にアポトーシスをTUNEL法により染色して検討した。細胞増殖は変性し亀裂が生じた髄核で盛んであり、アポトーシスは椎間板の組織の種類に関係なく起こっていることが捉えられた。この研究は椎間板の軟骨細胞がアポトーシスで細胞死に陥ることを初めて確認したものである。但し、アポトーシスと細胞増殖の関係の意味付けは今後の検討が必要である。3.平成7年度:(1)屍体頚椎標本10例の27椎間関節を組織学的に検討した。関節軟骨の変性が加齢に伴って増し、C5-6椎間関節で最も強いことが伺えた。また、椎間板の線維軟骨と椎間関節の関節軟骨の双方が同程度に存在する場合と、椎間板のみ変性が顕著な場合がある。(1)手術時摘出の椎間板標本の病理組織学的検討。20例分を検討し、全例に断片化した軟骨板を確認できた。(2)剖検屍体頚椎椎間板の病理組織学的、組織化学的、免疫組織学的検討。41体(2085歳)の143頚椎椎間板を検討した。椎間板前後径2/3以上の水平裂が61%、軟骨板に及ぶ垂直裂が49%、その結果の軟骨板断片化が33%に生じていた。その軟骨板断片は遊離、翻転し、あるいは亀裂内を遊走し、13体(32%)、20椎間板(15%)で後縦靭帯を破って椎間板ヘルニアとなっていた。これらの所見が加齢に伴い増加することが統計学的有意差で確認された。5体(12%)が多椎間発生であった。また、無症候性ヘルニアが稀ならず存在することが示唆された。以上のことより、頚部椎間板ヘルニアの前駆病態として、軟骨板の断片化が重要な機序であることが捉えられた。(3)椎間板軟骨細胞増殖の免疫組織化学的証明。普通染色では軟骨細胞に分裂像は捉えられない。10例の椎間板において、細胞増殖マーカーであるPCNAを抗体PC10を用いて証明できた。陽性細胞は髄核、線維輪ともに、基質変性の著明な椎間板中央部の単独細胞および合胞内細胞に認められた。稀であるが、軟骨板内の細胞にも陽性細胞が認められた。(4)椎間板軟骨細胞増殖のアポトーシスの証明。

椎間板に細胞死に陥った軟骨細胞が集簇した像が捉えられた。そこで5例の椎間板で、DNA断片化をin situに捉えるTUNEL法を行った。その結果、陽性所見が得られ、細胞死がアポトーシスであることを証明できた。椎間板変性はこれまで基質の研究が専ら行われ、基質を産生する軟骨細胞の側からの検討が極めて少ない。11例の頸椎症性脊髄症の前方除圧時に椎間板の前方1/2を、約8ミリ幅で一塊として摘出し、さらに2ミリ幅に調整した。軟骨細胞の増殖を、(1)細胞増殖マーカーであるPCNAをPC10抗体で、(2)増殖因子であるbFGFを抗bFGF抗体で免疫組織化学的に染色し、(3)プログラムされた細胞死のアポトーシスをin situに捉らえるGavlieli(1992)のTUNEL法により染色した。そして、それら3染色の陽性細胞の分布を分析した。軟骨総細胞数に対する各陽性細胞の頻度はPCNA:4%、bFGF:5%、TUNEL:11%であった。髄核、軟骨板近傍、軟骨板、線維輪の椎間板各部間の比較では、髄核中央部の亀裂周辺で、PCNA陽性細胞数11±8%と高く、他の部位は激減し、軟骨板で0%であった。bFGFはPCNAより多めに染色された。一方、TUNEL陽性細胞はPCNAと無関係に椎間板のどの部位にも認められた。すなわち、細胞増殖は変性し亀裂が生じた髄核で盛んであり、アポトーシスは椎間板の組織に関係なく起こっていることが捉えられた。細胞の増殖とアポトーシスは細胞数と組織の恒常性の維持に重要である。死んだ細胞は一般に皮膚や腸管上皮のように剥脱し、あるいはリンパ組織等で貧食される。しかし、椎間板組織は周囲を靭帯、椎体終板に囲まれ、しかも血管がない。本研究で、椎間板の軟骨細胞がアポトーシスの死に方をすることが捉えられた。この死んだ軟骨細胞は外界に剥脱できず、貧食もされない。したがって、椎間板の加齢変性に重要な係わりを持つと推測される。屍体頚椎標本10例の27椎間関節を組織学的に検討して以下の知見を得た。1.頚椎椎間関節の硝子軟骨の変性に関して26関節(96%)に軟骨細胞あるいは軟骨基質の変性の所見がみられた。3040歳台で、深部の放射層に軟骨細胞の合胞形成がみられた。5060歳台では、軟骨表面の不整あるいは軟骨表層の亀裂が生じていた。軟骨の全層にわたって合胞形成のみられる例があった。70歳台で、亀裂が深層まで達する所見がみられ、ついには硝子軟骨が消失している例があった。加齢に伴って、軟骨細胞の合胞形成、軟骨基質の亀裂形成、そして構造の破綻へと進行する変性の過程が捉えられた。2.頚椎椎間関節の変性の高位別の差に関して同一例の椎間関節であっても、高位によって変性の程度に差がみられた。第5、第6頚椎間の椎間関節の変性が最も進行していて、次いで第6、第7頚椎間、そして第4、第5頚椎間の順であった。3.同一高位の椎間板と椎間関節の変性の関係同一例かつ同一高位の椎間板と椎間関節の変性の程度を比較した。椎間板の変性の程度が低い例では、椎間関節の変性度も低い傾向にあった。椎間板の変性度が高い例での椎間関節は、同様に変性度が高い例と、逆に低い例の二種類があった。椎間板の変性度が低く、椎間関節は高いという組み合わせがみられたのは少数例であった。4.まとめ。30歳台で頚椎の椎間関節に軟骨の変性がみられ、加齢に伴い変性の度合いが増す。加齢による変性が、椎間板と椎間関節の双方で同程度に存在する場合と、椎間板のみで顕著な場合がある。