hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
表情および視線の認知・神経メカニズムの検討

本年度は大きく分けて,(1)表情,(2)表情×視線の交互作用,という2つのテーマを検討した.(1)表情について動的表情の心理過程を明らかにするため,心理実験を行った.第1の研究では,動的あるいは静的に呈示される表情に対する情動反応を検討した.実験の結果,静止表情に比べて動的表情に対して,強く情動反応が喚起されることが示された.第2の研究では,動的あるいは静的に呈示される表情に対する被験者の表情筋運動反応を検討した.実験の結果,静止表情に比べて動的表情に対して,強く模倣的な表情運動反応が起こることが示された.これらの結果は,動的表情に対して情動的・運動的に反応するための心理機構が存在することを示す.(2)表情×視線の交互作用について表情と視線の神経基盤には共通性が見られ,心理学的にも交互作用が存在することが示唆される.この問題を検討するため,心理実験を行った.第1の研究では,被験者のほうに視線を向けたあるいは向けない表情に対する表情認識課題を検討した.実験の結果,いくつかの情動カテゴリの表情において,表情認識が視線方向の影響を受けて変容することが示された.第2の研究では,被験者のほうに視線を向けたあるいは向けない表情に対する記憶課題を検討した.実験の結果,いくつかの条件において,表情の記憶成績が視線方向の影響を受けて変容することが示された.こうした結果は,表情と視線を組み合わせて状況に応じた柔軟なコミュニケーションを実現する心理機構を明らかにするものである.本年度は大きく分けて,表情認識と視線による共同注意という2つのテーマを検討した.(1)表情認識について他者の表情を認識する(表情から他者の心的状態を理解する)心的過程を検討するため,健常者を対象とした心理実験を行った.表情認識における視覚処理・情動処理・概念処理といった各処理段階の詳細を明らかにした.表情認識の神経メカニズムを明らかにするため,脳損傷患者を対象とした心理実験を行った.扁桃体が,表情認識における情動処理過程に関わる神経機構であることを明らかにし,さらにその詳細な特徴を検討した.また,統合失調症患者を対象とした心理実験を行った.健常者を対象とした心理実験から,これらの患者の持つコミュニケーション上の障害の特徴を明らかにした.(2)視線による共同注意について他者の視線による共同注意の喚起という心的過程を検討するため,健常者を対象とした心理実験とfMRI計測を行った.視線による共同注意の情報処理の特徴が明らかとなり,またそのような処理に上側頭溝・運動前野・下頭頂葉から形成される神経ネットワークが関与していることが分かった.また,自閉症者を対象とした心理実験を行った.これらの患者の持つコミュニケーション上の障害の特徴を明らかにした.本年度は大きく分けて,表情と視線と表情×視線の交互作用という3つのテーマを検討した.(1)表情について動的表情の神経基盤を明らかにするため,fMRI研究を行った.実験の結果,動的表情に対して統制刺激(静止表情・モザイク動画)に比べて,扁桃体・視覚野・運動前野において高い活動が示された.これらの結果は,動的表情に対する優れた情動的・知覚/認知的・運動応答的な処理の神経基盤を明らかにするものである.(2)視線について他者の視線による共同注意の喚起という心的過程を検討するため,健常者を対象とした心理実験を行った.実験の結果,視線がすばやく共同注意を喚起すること,視線の処理は人物同定といった他の顔処理とは独立に遂行されていることが示された.また,自閉症患者の持つコミュニケーションの特異性を明らかにするため,これらの患者を対象とした心理実験を行った.実験の結果,実際の対人場面で共同注意に障害が見られる患者においても,視線に対してすばやく反射的な注意能力が存在することが示された.(3)表情×視線の交互作用について表情と視線の神経基盤には共通性が見られ,心理学的にも交互作用が示される.こうした心理過程の神経基盤を明らかにするため,fMRI研究を行った.実験の結果,扁桃体において,表情×視線の交互作用が示された.この結果は,表情と視線を組み合わせて状況に応じた柔軟なコミュニケーションを実現する神経基盤を明らかにするものである.本年度は大きく分けて,(1)表情,(2)表情×視線の交互作用,という2つのテーマを検討した.(1)表情について動的表情の心理過程を明らかにするため,心理実験を行った.第1の研究では,動的あるいは静的に呈示される表情に対する情動反応を検討した.実験の結果,静止表情に比べて動的表情に対して,強く情動反応が喚起されることが示された.第2の研究では,動的あるいは静的に呈示される表情に対する被験者の表情筋運動反応を検討した.実験の結果,静止表情に比べて動的表情に対して,強く模倣的な表情運動反応が起こることが示された.これらの結果は,動的表情に対して情動的・運動的に反応するための心理機構が存在することを示す.(2)表情×視線の交互作用について表情と視線の神経基盤には共通性が見られ,心理学的にも交互作用が存在することが示唆される.この問題を検討するため,心理実験を行った.第1の研究では,被験者のほうに視線を向けたあるいは向けない表情に対する表情認識課題を検討した.実験の結果,いくつかの情動カテゴリの表情において,表情認識が視線方向の影響を受けて変容することが示された.

第2の研究では,被験者のほうに視線を向けたあるいは向けない表情に対する記憶課題を検討した.実験の結果,いくつかの条件において,表情の記憶成績が視線方向の影響を受けて変容することが示された.こうした結果は,表情と視線を組み合わせて状況に応じた柔軟なコミュニケーションを実現する心理機構を明らかにするものである.
ランダム行列理論の双対性とその応用

外場のあるランダム行列理論での双対性定理を使い、モジュライ空間でのトポロジカル普遍量を計算する手法を開発した。モジュライ空間でのスピンを持った曲線の交点数を具体的に計算し、その意味を例えばアーベル多様体でのオイラー標数と比べ議論した。向き付け不可能な曲面の場合にも双体性定理を拡張し、トポロジカル普遍量を計算した。また、DNAやRNAの統計的分布計算にランダム行列理論のガウス分布平均を応用し、生物学への応用の研究も行った。「ランダム行列理論の双対性とその応用」の初年度として、研究計画にあるリーマン面のモジュライ空間での向き付け不可能な場合、特にLie代数O(2N)の場合に、そのr-スピン曲線の交点数を計算した。このr-スピン曲線で、r=ー1場合はオイラー標数に対応することを検証し、実代数曲線のオービフォルドオイラー標数の値を得た。また、対応するパンルベ方程式の研究を行った。オイラー標数はChern-Simons理論とも関係しているので、実代数曲線の交点数からのChern-Simons理論の検証も行った。更に交点数が満たすvirasoro方程式を調べ、普遍方程式の導出の研究を行った。r-スピン曲線の交点数はN=2超対称ミニマル模型、WZW模型での相関関数と一致する。ADE対応とよばれている3種類の場合のうち、D型の研究を行った。ランダム行列で外場がある場合に、外場を調整することにより、このr-スピン曲線の場合を導出することが出来るが、そこに出てくる関数はAiry関数の高次に一般化した関数であり、球の光散乱にも出てくる関数である。その光学的散乱実験を近接場光学顕微鏡を使っておこなった。特にPearcey積分が球の散乱に出てくる様子を研究した。前年度に引き続きrスピン曲線の交点数の計算をランダム行列がO(2N)、Sp(N)のLie群の場合に行い、その元となる積分公式の積分経路の研究をおこなった。特に、その積分を第二種チェビチェフ多項式と関係づけることに成功し、r=4の場合にベッセル関数による交点数の明示的表現を得た。境界があるリーマン面のモジュライ空間での交点数としてKontsevich-Pennerモデルを考察し、その代数的構造を研究した。本年度は数学者のPandharipandeらのKontsevich-Pennerモデルの導出もあり、共著者のTesslerやAlexandrovらとの結果の比較、Virasoro方程式の比較を行い、研究に進展があった。Open/Close双対性の研究の面で進展があった。また、Gromov-Witten不変量の研究として、CP1モデルを考察し、その不変量の新しい計算を行った。ランダム行列での双対性定理により、p-スピン曲線の交点数を点n付き種数gの場合に求めることができる。このp-スピン交点数とアーベル多様体のオイラー票数pとの関係を調べた。種数g=1の場合は両者とも(p-1)/24となり一致する。種数g=3までは、モジュライ空間の次元とアーベル多様体の次元が一致するので、pースピン交点数とオイラー票数との一致は説明できる。gが4以上の比較は、前者はpの多項式になり異なるが、pの最大次数の係数はリーマンゼーター関数の負整数値の積で書かれ興味ある関係を見出した。ランダム行列での双対性は幅広く応用される。例えばDNAやRNAの配列の統計性の計算に応用され、OISTでのワークショップなどで議論を深めることが出来た。新たに、ガウス分布での行列の冪のトレースの平均(Gaussian mean)を任意のオーダーで計算する方法を開発し,まとめた。また今までの外場の研究をつながりがあるように、共同研究者との共著で原稿を作成した。Open/Close双対性としてKontsevich-Pennerモデルを研究し、その交点数理論を研究できたことで本研究課題の計画を進めることができた。統計力学CP1モデルでのGromov-Witten不変量の高次種数での計算を行うことによって、ランダム行列理論の有効性を確認する研究を行う。さらに、ランダム行列理論とモジュライ空間不変量との関係を明らかにするため、オイラー数の計算など異なる多様体における計算を行い、その基礎となっている双対性の解明をめざす。また、モジュライ空間での不変量をランダム行列理論から考察する研究を進めたい。向き付け不能な局面での交点数の、種数が0でない場合の計算はかなり厄介であるが、点付きモジュライ空間での点の数が2まで求めることが出来た。また、ランダム行列の応用として、微小球の光散乱の検討が出来たことは、研究計画の進展に寄与すると思われる。共同研究者の来日が多忙のため日程的に来年度に変更になったことによる旅費の未使用分が出た事による。現在の研究を進め、超対称共形場理論の代数的構造を明らかにしたい。

特に、Wn代数との関係が向き付け不能の場合に明らかでないので、研究を進めたい。来年度に未使用分の旅費を使って共同研究を行う。旅費が割安で済んだことと、性能の良いコンピューターの購入を次年度にずらした事に依る。計画しているワークショップでの旅費に使用するのと、性能の良いコンピューターの購入に使用することを計画している。
ピエゾアクチュエーターを用いたナノ構造間相互作用の精密制御と物性

1.高分解能変位制御システムの構築と基板材料の検討本研究は基板上に配置したナノ構造体の間隔を1nmの分解能で精密に制御して多体効果を含む各種相互作用による新規物性の探索を行うものである。昨年度,伸張トルクの関係から伸張駆動をピエゾ素子からDCモーターに変更してナノ構造間距離を制御可能な高分解能変位制御システムを構築したが,本年度は基板材料について種々の材料を比較検討した。その結果,伸縮性に富むシリコーン樹脂が電気的・光学的に優れた特性を有することがわかり,設計伸張率の最大値である130%まで再現性よく伸長できることがわかった。2.シリコーン樹脂基板上へのナノ構造試料堆積技術の確立昨年度,真空チャンバーを用いた液中試料の半導体基板上への試料の分散堆積を確認したが,本年度はシリコーン樹脂基板上への試料の分散堆積を試みた。その結果,基本的には液中試料がシリコーン基板上へ分散堆積されていることがわかったが,その堆積量が極めて少なく,物性評価に必要な堆積量を得るためには条件の最適化をはかる必要がある。また基板材料がシリコーン樹脂製であるため,有機溶媒との化学反応の可能性があるが,現在取り組んでいる溶媒に対しては高い耐性を有していることがわかった。3.本システムによるナノ構造試料間相互作用と物性研究上記シリコーン樹脂基板上にキャスティングにより堆積したAuナノクラスター試料を,本研究で作製した変位制御システムに取り付けて基板を伸張しながら室温における試料の発光スペクトルを測定した。その結果,基板の伸張とともに発光スペクトルの変化を観測した。これの変化は基板を伸ばすことでAuナノクラスター間距離が大きくなりエネルギー移動の確率が減少したためと考えられるが,その詳細については現在調査中である。しかし本結果は本システムが本研究の目的であるナノ構造間相互作用の精密制御に有効であることを示唆している。1.高分解能変位制御システムの構築本研究は基板上に配置したナノ構造体の間隔をピエゾ素子の伸張でもって,1nmの分解能で精密に制御して多体効果を含む各種相互作用による新規物性の探索を行うものである。この目的を達成する為の試料ホルダー,ピエゾアクチュエーターおよび静電容量変位センサーを独自に検討し設計を行った。またナノ構造を配置する基板材料についてもその伸張性や膜厚などをシミュレーションにより詳細に検討した。その結果,目的の位置分解能を有するピエゾアクチュエーターは製作可能であるが,既存のピエゾ素子では基板材質によっては十分な伸張トルクが得られないことがわかった。そこで,まずは十分なトルクを有するDCモーター駆動の伸張装置および試料ホルダーを作製することとした。ただし試料ホルダーおよび変位センサーは,ピエゾ駆動のアクチュエーターにも対応できるように汎用性のある構造とした。その結果,ナノ構造間隔を目標である1nm以下の分解能でもってナノ構造間距離を制御可能な高分解能変位制御システムの作製に成功した。また室温・大気中における試料ステージの変位特性について基礎データを取得した。2.試料ステージへのナノ構造試料堆積技術の確立有機分子や金属ナノ粒子,半導体ナノ結晶などナノ構造を有する試料は溶液中で作製されることが多い。またナノ構造試料を基板上へ制御性良く配置する為に基板の清浄表面の特異な構造をテンプレートとして用いる手法を従来から取り組んでいる。このような研究背景から,真空チャンバー中に置かれた試料基板上に液中試料の分散配置を試み,電子顕微鏡観察から試料の分散堆積を確認した。現在その最適条件を探索している。
コンクリート構造物用の高強度非磁性鋼の開発

本研究では,Fe-15%Mn2元合金で,加工誘起bccマルテンサイトの逆変態処理によってオーステナイトの結晶粒径を1μm以下まで微細化するプロセスを確立した.そして,この結晶粒径微細化により,本合金の降伏強度が0.8GPa程度にまで高められ(処理前:約0.2GPa),本合金がTPIP現象により十分な延性を有することも確認した.しかしながら,本合金では微量のひずみでも強磁性体のbccマルテンサイトが生成するので,完全な非磁性が要求される分野での使用には適さないことも明らかになった.そこで,一連のFe-Mn2元合金について,Mn量と組織の関係,ならびにhcp (ε)マルテンサイト変態の結晶粒径依存性をこれらの合金の機械的性質と関連づけて調査し,以下の結果を得た.(1)Mn20%以上添加した合金では,引張試験で破断するまで強磁性のbccマルテンサイトは生成しない.そして,Fe-20%27%Mn合金では,非磁性のεマルテンサイトが変形中に導入され,その結果,引張強さを大幅に増大させる.(2)しかし,結晶粒が粗大な場合(100μm程度),これらの合金は,板状のεマルテンサイトやオーステナイト粒界に沿った脆性的な破断を生ずる.このような脆性破壊を抑制するには,オーステナイト結晶粒を10μm程度にまで微細化しなければならいことも明らかとなった.(3)オーステナイト結晶粒径の制御と加工誘起ε変態の利用により,適度な延性を確保した状態で,1.1GPaを上回る高い強度を有する非磁性鋼を得ることに成功した.コンクリート構造物用の高強度非磁性鋼の開発を目的として,加工誘起マルテンサイトの逆変態処理による結晶粒の微細化および侵入型元素であるCの固溶強化によって高強度化が可能なFe-Mn-C3元合金について,成分と組織の関係や加工誘起変態挙動について調査した。加工誘起マルテンサイトの逆変態を利用して結晶粒の微細化を図るには,(1)溶体化処理後にa'マルテンサイトが生成しない。(2)室温での強加工によって全てマルテンサイト組織となる。という条件を満たしていなければならない。まず,鋼の成分と溶体化処理によって得られる組織の関係についてX線回折および微分干渉顕微鏡を用いて検討し,条件(1)を満たす成分について調査した結果,以下の関係式が成立する場合に溶体化処理後a'が形成されないことがわかった。次に,溶体化処理で得られた試料に90%の冷間加工を施し,X線回折および微分干渉顕微鏡を用いて組織の同定を行った結果,以下の関係式が成立する場合に加工誘起a'が生成することがわかった。以上の(1)および(2)式をいずれも満足する成分範囲は,以下の関係式で表される。(3)式を満足する成分のうち,より炭素量を増加させて高強度化が図れる鋼はFe-13Mn-0.4C合金であり,現在本合金において加工誘起マルテンサイトの逆変態を利用した結晶粒微細化の検討を行い,実験をすすめている。本研究では,Fe-15%Mn2元合金で,加工誘起bccマルテンサイトの逆変態処理によってオーステナイトの結晶粒径を1μm以下まで微細化するプロセスを確立した.そして,この結晶粒径微細化により,本合金の降伏強度が0.8GPa程度にまで高められ(処理前:約0.2GPa),本合金がTPIP現象により十分な延性を有することも確認した.しかしながら,本合金では微量のひずみでも強磁性体のbccマルテンサイトが生成するので,完全な非磁性が要求される分野での使用には適さないことも明らかになった.そこで,一連のFe-Mn2元合金について,Mn量と組織の関係,ならびにhcp (ε)マルテンサイト変態の結晶粒径依存性をこれらの合金の機械的性質と関連づけて調査し,以下の結果を得た.(1)Mn20%以上添加した合金では,引張試験で破断するまで強磁性のbccマルテンサイトは生成しない.そして,Fe-20%27%Mn合金では,非磁性のεマルテンサイトが変形中に導入され,その結果,引張強さを大幅に増大させる.(2)しかし,結晶粒が粗大な場合(100μm程度),これらの合金は,板状のεマルテンサイトやオーステナイト粒界に沿った脆性的な破断を生ずる.このような脆性破壊を抑制するには,オーステナイト結晶粒を10μm程度にまで微細化しなければならいことも明らかとなった.(3)オーステナイト結晶粒径の制御と加工誘起ε変態の利用により,適度な延性を確保した状態で,1.1GPaを上回る高い強度を有する非磁性鋼を得ることに成功した.これまでの研究により,すでに,Fe-15%Mn2元合金を選定し,オーステナイトの結晶粒径を1μm以下まで微細化する技術を確立している.そして,この結晶粒超微細化により,本合金の降伏強度が0.8GPa程度(処理前:約0.2GPa)にまで高められ,同時にTPIP現象によって十分な延性を確保できることも確認した.しかしながら,微量のひずみで強磁性体のbccマルテンサイトが生成し,完全に非磁性が要求される分野での使用には適さないことも明らかになったので,Mn量が異なるFe-Mn2元合金について,Mn量と組織の関係,強度に多大の影響を及ぼすhcp(ε)

マルテンサイトの生成挙動と結晶粒径の関係を系統的に調査して以下の結果を得た.(1)Mnを20%以上添加した合金では,引張破断するまで強磁性のbccマルテンサイトは生成しない.そして,20%から27%までのMnを含むFe-Mn合金では,加工誘起変態で生成するεマルテンサイトを利用することにより,引張強さを大幅に増大させることができた.(2)結晶粒が粗大(100μm程度)な場合,εマルテンサイトが生成する合金では,板状のεマルテンサイトやオーステナイト粒界に沿った脆性的な破断が生ずる.このような脆性破壊を抑制し,εマルテンサイトを利用して高強度化を図るには,オーステナイト結晶粒を10μm程度にまで微細化しなければならないことも明らかとなった.(3)オーステナイト結晶粒径の制御と加工誘起ε変態の利用により,適度な延性を確保した状態で,1.1GPaを上回る高い強度を有する非磁性鋼を得ることに成功した.
原子の2電子高励起状態の自動イオン化過程における電子の協同運動効果の研究

原子の2電子励起状態は、一般に1電子イオン化限界よりも高いエネルギ-状態にあるため、自動イオン化する。又、高い2電子励起状態においては、一般に強い電子相関があり、電子は共同運動していると考えられる。本研究では、Ca原子を対象として、その2電子相関の様子及び、自動イオン化の速さを研究するために、2電子高励起状態のスペクトルを観測した。2電子高励起状態への励起は、まず青色レ-ザ-の2段階励起によって1電子をリドベルグ状態へ励起し、次に残りの1電子を紫外レ-ザ-の2光子励起によって励起した。自動イオン化のために1価のイオンとなったCaは、更に紫外光をもう1光子吸収して2価のイオンとなる。この2価のイオンを検出することにより、2電子高励起状態の共鳴エネルギ-及び自動イオン化による共鳴幅の測定を行なった。測定は、これ迄に行なった^1S^e及び^1D^e状態に加えて、^1G^e状態に対して行なわれ、その多くの共鳴を観測することができた。しかし、全角運動量が大きくなるにつれて、2つの電子の主量子数が似かよった状態の励起断面積がより小さくなってゆく傾向が明らかとなった。これは、全角運動量の増加につれて、電子相関がより強くなってゆくためと考えられる。一方、本研究では、配置間相互作用計算法、及び、R行列法と多チャンネル量子欠損理論に基く非経験的理論計算のプログラムコ-ドを自作し、観測された2電子励起状態のスペクトルの再現を試みた。現在迄に、^1S^e状態のみに対して計算したが、大部分の状態に対して実験効果との良い一致を見ることができた。更に、この良い一致に基き、得られた波動関数から電子密度分布を求めた。これによると、幾つかのns^2状態の電子密度分布がCa^<2+>コアを中心に折れ曲った位置に集中していることがわかった。この物理的意味は明確ではないが、そのように対称性を破った形の方がよりエネルギ-が低くなる為であろうと考えられる。
ラクトフェリンのヒト子宮内膜増殖及び着床に及ぼす役割についての検討

1;子宮内膜の分離培養。子宮内膜を腺上皮及び間貿細胞に分離、より純粋な細胞を培養する為にフィルター法を併用し、腺上皮細胞の培養を行った。培養細胞は、それぞれビメンチン、ケラチノサイト染色にて確認した。2;ラクトフェリンの子宮内膜腺上皮培養細胞への効果。上記の腺上皮培養細胞を用いて、ラクトフェリンを添加し、BrdUを用いたELISA法にて検討を行った。ラクトフェリンの濃度を1ngから1000ng/mlまで添加したが増殖効果は認められなかった。この結果及び間貿培養細胞での増殖効果の結果を踏まえると、ラクトフェリンは腺細胞にて産生され、間質細胞の増殖を促すという、パラクライン的な効果を示すものと考えられる。3;サイトカイン及び成長因子のラクトフェリン遺伝子発現に対する検討。ラクトフェリン遺伝子の上流にはestrogen-response-elementの存在が確認されている。今回、増殖に関わるサイトカイン及び成長因子を腺上皮培養細胞に添加しラクトフェリン遺伝子の発現をノーザンブロット法及びRT-PCR法にて検討した。すでに発表されているEGFの他にTGF、IGF-Iを濃度別に添加したが、estrogen以外にラクトフェリン遺伝子の発現を促すものはなかった。1;正常子宮内膜におけるラクトフェリンの局在正常子宮内膜を増殖期、分泌期に分け、抗ヒトLFモノクロナール抗体を用いたStreptavitin-biotin法で染色し、LFの発現局在について免疫組織化学的検討した。その結果、分泌期に比べ増殖期での腺細胞に染色性が強く認められ、細胞内においては、核上、核下、にその染色が局在していた。2;正常子宮内膜におけるラクトフェリン遺伝子の発現増殖期、分泌期それぞれの子宮内膜よりm-RNAを抽出し、設定したプライマーを用いてRT-PCR法にて増幅、その発現をβ-actを内部基準とし比較検討した。その結果、分泌期内膜に比べ増殖期内膜にラクトフェリンm-RNAの発現を強く認め、この結果はサザンハイブリダイゼーションにて確認された。さらに、RT-PCR法にて増幅したc-DNAを元にプローブを作成、ノーザンハイブリダイゼーションを行った。その結果は、RT-PCR法での結果と同様であった。3;ラクトフェリンの子宮内膜間質培養細胞への効果ラクトフェリンを子宮内膜間質培養細胞へ添加し、その増殖効果をBrdUを用いたELISA法にて検討した。ラクトフェリンを1ng/mlから1000ng/mlまで添加したところ、濃度依存性の細胞増殖が認められた。また、ラクトフェリン(100ng/ml)添加における細胞増殖効果はエストラジオール(10nM)とほぼ同等の増殖効果であった。このラクトフェリンの増殖効果はEGFレセプター抗体により抑制され、EGFレセプターがラクトフェリンの増殖に関与していることが推測された。また細胞内での伝達経路を検討するために、タイロシンカイネースインヒビターを添加したところ増殖効果の減弱が認められ、ラクトフェリンの増殖効果がタイロシンカイネースを介していることが認められた。
農薬分解細菌をモデルとした環境常在細菌ゲノムの遺伝的動態と構成原理に関する研究

環境変動に対する細菌のゲノム再編成を伴う適応進化機構は生物学上の大きな興味のひとつである。本研究では、環境常在細菌の迅速な新規能力獲得機構を明らかにするために、高度に難分解性の人工化合物である有機塩素系農薬gamma-hexachlorocyclohexane(HCH)を分解資化するグラム陰性細菌Sphingobium japonicum(Sphingomonas pucimobilisより改名)UT26株のゲノムの構成原理、およびゲノム動態の機構の解明を目指した。本研究において、バルスフィールドゲル電気泳動法およびサザン解析などを用いて(1)UT26株のゲノムが、3.6Mbと660kbのrRNA遺伝子が存在する2種の染色体(Chr.I, Chr.IIと命名)と、185kbのプラスミド(pCHQ1と命名)、および約30kbと5kbのプラスミドから構成されること、(2)HCH分解代謝に必要な遺伝子群linA, linB, linCはChr.Iに、linREDオペロンはpCHQ1に、linFはChr.IIにそれぞれ存在すること、を明らかにした。さらに、(3)linREDオペロンを担うpCHQ1が少なくとも近縁種に接合伝達可能であることを明らかにした。一方、(4)UT26株はゲノムの再編成に関与している可能性もある内在性の転移因子ISsp1を保持していた。また、(5)UT26株がHCHを分解代謝する過程で生じるdead-end産物の2,5-dichlorophenolが細胞毒性を示すことを明らかにすると共に、(6)UT26株がHCHを単一炭素源として生育するのに必須なABCトランスポーター遺伝子を同定した。すなわち、UT26株のHCH分解資化能獲得を論じる際には、これら直接の分解酵素以外の遺伝子についても考慮しなければならないことを明らかにした。人間が化学工業で作り出した様々な化学物質に対する分解能の獲得という細菌の適応機構もこのような観点から捉えることが出来る。本研究では、環境常在細菌の迅速な新規能力獲得機構の解明を最終的な目標とし、高度に難分解性の人工化合物である有機塩素系農薬gamma-hexachlorocyclohexane(HCH)を分解資化するグラム陰性細菌Sphingomonas paucimobilis UT26株のゲノムの構成原理、およびゲノム動態の機構の解明を進めている。本年度は、まず、バルスフィールドゲル電気泳動法を用いて本菌株ゲノムの物理的地図を作製し、UT26のゲノムが、3.6Mbと660kbのrRNA遺伝子が存在する2種の染色体(Chr.I,Chr.IIと命名)と、185kbのプラスミド(pCHQ1と命名)から構成されることを明らかにした。染色体の複製開始に必須なdnaA遺伝子はChr.Iに存在し、本レプリコンが主染色体であると考えられた。さらに、HCH分解代謝に必要な遺伝子群linA,linB,linCはChr.Iに、linREDオペロンはpCHQ1に、linFはChr.IIにそれぞれ存在することを確認した。また、linB,linREDオペロン、およびlinFの各レプリコン上の位置は同定できたが、linA,linCのChr.I上の詳細な位置は決定できなかった。原因として、linA,linCが存在する染色体領域の構造的不安定性が考えられた。一方、linA,linB遺伝子、およびlinREDオペロンをそれぞれ薬剤耐性遺伝子でマーキングし、他のSphingomonas属の細菌株への接合伝達実験を実施したところ、linREDオペロンのみの水平伝達が低頻度ながら認められた。

接合伝達体はpCHQ1を保持しており、本プラスミドが接合伝達性であることが明らかになった。また、HCH代謝に関わる変異株の解析の過程で、内在性の転移因子ISsp1を同定した。本ISがUT26ゲノムの再編成に関与している可能性も考えられた。環境変動に対する細菌のゲノム再編成を伴う適応進化機構は生物学上の大きな興味のひとつである。本研究では、環境常在細菌の迅速な新規能力獲得機構を明らかにするために、高度に難分解性の人工化合物である有機塩素系農薬gamma-hexachlorocyclohexane(HCH)を分解資化するグラム陰性細菌Sphingobium japonicum(Sphingomonas pucimobilisより改名)UT26株のゲノムの構成原理、およびゲノム動態の機構の解明を目指した。本研究において、バルスフィールドゲル電気泳動法およびサザン解析などを用いて(1)UT26株のゲノムが、3.6Mbと660kbのrRNA遺伝子が存在する2種の染色体(Chr.I,Chr.IIと命名)と、185kbのプラスミド(pCHQ1と命名)、および約30kbと5kbのプラスミドから構成されること、(2)HCH分解代謝に必要な遺伝子群linA,linB,linCはChr.Iに、linREDオペロンはpCHQ1に、linFはChr.IIにそれぞれ存在すること、を明らかにした。さらに、(3)linREDオペロンを担うpCHQ1が少なくとも近縁種に接合伝達可能であることを明らかにした。一方、(4)UT26株はゲノムの再編成に関与している可能性もある内在性の転移因子ISsp1を保持していた。また、(5)UT26株がHCHを分解代謝する過程で生じるdead-end産物の2,5-dichlorophenolが細胞毒性を示すことを明らかにすると共に、(6)UT26株がHCHを単一炭素源として生育するのに必須なABCトランスポーター遺伝子を同定した。すなわち、UT26株のHCH分解資化能獲得を論じる際には、これら直接の分解酵素以外の遺伝子についても考慮しなければならないことを明らかにした。
Flatmount法を用いた毛様体・網膜幹細胞からの視細胞再生について

遺伝性網膜変性マウスと薬剤性の後天性網膜変性モデルを用いて毛様体上皮組織における網膜神経細胞の再生についてin vivoで検討した。その結果、成体の哺乳類の毛様体は、網膜障害に反応して網膜神経細胞を分化・再生する役割を担っていると考えられた。そのメカニズムをさらに解明することにより、多くの神経細胞を失った重症な網膜変性患者に対する、網膜神経再生治療への新たな道が開かれる潜在性を秘めている。H19年度では、我々は毛様体上皮の網膜発生に関する役割について、主に毛様体と網膜を同時にマウントする毛様体網膜flatmount法を用いて検討した。網膜器官形成期の野生型マウス(C57BL/6Jマウス)の毛様体扁平部上皮には、網膜神経前駆細胞が多数存在することが明らかになった。網膜神経前駆細胞にはリカバリン、ロドプシン、PNAなどのマーカー陽性の視細胞系の細胞が含まれていた。それらの細胞は周辺網膜の視細胞の分化とほぼ同じ時間的経過で形態学的、分子学的に分化した。しかし、網膜器官形成終了後の生後12日齢では、視細胞マーカー陽性の細胞は毛様体上皮からほぼ消失した。(IOVS,2008)。一方、同様な方法を用いて網膜変性マウス(C3H/HeJマウス)の毛様体扁平部上皮を観察したところ、これらの視細胞マーカー陽性細胞は生後30日以降でも多数認められた。さらに、同部位のリカバリン陽性の大多数は、PNA陽性の小突起を有しており、錐体視細胞系の細胞であり、ロドプシン陽性の杆体系の細胞は比較的少ないことが判明した。また、分裂細胞をラベルするBrdUを用いて、網膜幹細胞によるBrdUの取り込みとそれらの細胞の分化の時期について検討した。その結果、毛様体扁平部上皮のリカバリン陽性細胞の少なくとも約3%は、網膜器官形成後の生後12日齢以降に分裂細胞から新生されたものであることが明らかになった。さらに、同部位における少数のリカバリン陽性細胞は生後24日以降にも新生された。しかし、生後30日以降ではこのような事象は検出されなかった。H19年度の研究では、遺伝性網膜変性マウスを重点的に分析した。その結果、網膜組織形成後でも、毛様体扁平部において、分裂細胞から網膜神経細胞が分化しうることが分かった。しかし、生後30日齢以降の成体マウスにおいては、そのような現象は確認できなかった。H20年度は、生後30日齢以降の成体マウスの毛様体扁平部においても、分裂細胞から網膜神経細胞が再生されることを、薬剤性の後天性網膜変性モデルを用いて明らかにした。生後30日齢のマウスにMNUを投与することにより網膜神経変性を誘発した。その2日後にBrdUを腹腔内投与し、分裂細胞をラベルした。MNU投与1週間から10日後に網膜を免疫組織学的に解析した。その結果、MNUを投与したマウスの周辺網膜や毛様体においては、コントロールに比べて、BrdU陽性細胞や神経細胞の形態的な特徴を有しかつ網膜神経のマーカーであるリカバリンに対して免疫反応が陽性の細胞が有意に増加していた。また、そのBrdU陽性細胞の中にはリカバリン陽性の細胞も少数含まれていた。これらの細胞は、生後32日齢以降にBrdUを取り込んだ分裂細胞が、網膜神経系の細胞に分化したものと考えられた。以上より、成体の哺乳類の毛様体は、網膜障害に反応して網膜神経細胞を分化・再生する役割を担っていると考えられた。
公営住宅居住層の高齢化に対応する団地管理システムの研究

平成8年度は、下記の2つの研究テーマについて研究を実施した。1)単身後期高齢者の団地生活に関する研究とくに心身機能が衰え、日常生活上の問題が生じやすいと見られる後期単身高齢者に注目し、単身居住化過程、別居子との交流パターン、日常生活の自立度、怪我の実態と緊急時の対応などの諸点を明らかにする調査を行った。大阪府営住宅団地のうち、60歳以上の高齢者のみの世帯率が20%以上の団地を高齢化の進んだ団地とみなし、これらのうち概ね500戸未満の典型8団地を抽出、70歳以上の単身者を調査対象とし、約300人を対象にヒアリング調査を実施した。得られた結論としては、1)単身化は配偶者の死、子どもの独立を契機に起こっていること、2)別居子は1時間以内の距離に住ものが8割を越していること、3)家事の自立度は加齢との相関がみられ、80歳を越すと33%が家事が十分行えない、4)バリアフリー化を行った住宅と行っていない住戸で怪我の発生率に有意な差が見られた、などの諸点が明らかにされた。2)公営住宅居住層の高齢化に対応する団地管理システムの検討これまでの2年の研究成果のまとめとして、団地の高齢化対策として、以下の5点が有効な施策になることを結論づけた。1)高齢者専門の管理人制度を創設すること、2)団地のなかに福祉・保健サービスの導入をはかること、在宅介護支援センターを団地のなかに合築すること、3)住宅内外のバリアフリー化を徹底してすすめること、4)高齢者相互の助け合い組織をつくり、とくに給食サービスを実施すること、5)若年世帯の入居のインセンティブを創出し、世代間のソーシャルミックス化に努めること、などである。下記の2つのテーマについて研究を実施した。1.高齢化の進行予測とソーシャル・ミックス化の研究大阪府営住宅入居者管理データから抽出した1994年12月現在の入居所帯及び、過去5年間の入退去世帯の年齢構成をもとに、府営住宅居住者の高齢化の進行過程を検討した。分析結果から、建設時期の新しい団地では、現入居世帯の高齢化の進行程度が低く、新規入居世帯にも若年層が多いが、建設時期の古い、低家賃、住戸規模の小さな団地では、現入居世帯自体の高齢化している上に、新規入居世帯にも高齢世帯が多いことが高齢化の進行を助長していることなどを明らかにし、高齢化を抑制する一手段として、若年世代の入居を促すインセンティブが働くための工夫が求められることを示唆した。2.生活問題と生活ニーズに関する高齢者面接調査大阪府営住宅の中から、建設時期、高齢化率を考慮して抽出した6団地について、60歳以上の高齢者を対象に面接調査を実施し、高齢者の生活実態と居住ニーズを検討した。昭和20年代から30年代に建設された団地では、居住期間が30年以上に及ぶ高齢者が多く、子供の独立や配偶者との死別を経て単身に至っていた。これらの層は、近隣との関わりも薄く、団地内でのコミュニティの希薄化がみられた。高齢者に対する生活支援活動として、老人会を中心とした近隣住民による自主的な援助も芽生えつつあったが、建設時期の古い団地では、高齢者を支える団地住民も高齢化して十分な支援とはなり難いことから、高齢者が住み続けることを支援する施策として、公営住宅に公的な福祉や保健サービスを結び付けることの必要性を示した。
肥満細胞産生IgEによるI型過敏症の成立機序に関する研究

昨年度の成果から選択した1種類の肥満細胞株をat-retinoic acid(ATRA),lipopolysaccaride(LPS)とイヌinterleukin-4(IL-4)とともに培養した後に細胞を回収し、その細胞内タンパク中のイヌIgEの有無を抗イヌIgE抗体によるウエスタンブロッティングによって確認した。LPSとIL-4によって刺激を加えるとイヌIgEに相当する分子量を有するタンパク質が検出され、それはリコンビナントイヌIgEによって抑制されることがわかった。また、フローサイトメトリーによりATRA、LPSとIL-4によって刺激を加えたところ、培養日数に応じてIgE産生の増加が認められた。さらに、イヌIgECH1-CH2領域にプライマーを設定し、RT-PCRを行ったところ、この細胞株においてイヌIgEmRNAの発現を確認した。PCR産物の遺伝子配列を検討したところ、一箇所にpolymorphismがあった。これらIgE産生を誘導した肥満細胞を抗イヌIgEポリクローナル抗体で刺激した際、ヒスタミン放出を認めた。よって、これらIgEはFcepsilon受容体を介して細胞表面に出ており、外因性IgEと同様に脱顆粒能を有することが予想された。以上のことから、本研究に用いたイヌ肥満細胞株において刺激を加えると機能的に外因性IgEに類似したIgEタンパクを産生することがわかり、今後肥満細胞の機能解析、アレルギー病態の関与について重要視されることと考えられた。本研究に使用する肥満細胞腫細胞株を決定するために、さまざまな肥満細胞の特徴について検討を行った。犬肥満細胞腫細胞株4種類を用いて、肥満細胞であることを証明するために、肥満細胞の特徴をトルイジン・ブルー染色、電子顕微鏡検査、トリプターゼとKITの二重染色、抗イヌIgEポリクローナル抗体によるヒスタミン遊離能について検討し、最も肥満細胞の特徴を有している細胞株を検出した。犬粘膜型肥満細胞腫細胞株より限界希釈法により30クローンの細胞株を得た。それら細胞株の中には、トルイジン・ブルー染色においてはほとんどの細胞が単核円形の大型の浮遊細胞であり、染色強度にばらつきがあるもののメタクロマジーを示した。それら細胞においては電子顕微鏡検査においても、肥満細胞の特徴的顆粒構造である、電子密度の高い、渦巻状構造をとる細胞内顆粒を有していることがわかった。また、フローサイトメトリーにおいては、これら肥満細胞はトリプターゼおよびKITともに100%陽性の細胞集団であることがわかった。また、高IgEを有するイヌ血清とともに1時間培養した後、抗イヌIgEポリクローナル抗体で表面IgEの架橋を起こすと、添加する抗イヌIgE抗体の濃度依存性にヒスタミンを放出することがわかった。以上のことから本研究に用いた犬肥満細胞腫細胞株はB細胞ではなく、肥満細胞であることが証明され、今後はこの肥満細胞腫株を用いて検討を行うことが可能であるといえた。
免疫抑制状態で生じうる中耳病態およびその治療と予防

小児滲出性中耳炎は、近年その病因として免疫機構をはじめとした生体防御の面に関心が向けられている。その一方で、中耳は耳管という物理的な防御機構をも備えている。ネコに免疫抑制剤(シクロスポリン、シクロホスファミド)を投与し、実験的な免疫抑制状態を作成したところ、耳管機能が温存された耳については全経過を通して中耳炎の発症はみられず、組織学的にも何等病変は観察されなかった。一方、耳管の圧平衡能を障害した場合には、その結果として中耳に陰圧が生じた耳では、免疫抑制剤の投与により速やかに中耳炎が成立し、かつ数カ月にわたってそれが遷延した。これらの中耳炎のみられた例の中耳粘膜組織像は、著明な炎症細胞の浸潤と粘液産生の二つに代表され、ヒトの滲出性中耳炎の病理像と極めて類似したものであった。また中耳貯留液中には多核白血球の遊走がみられ、細菌感染の存在が示唆された。次に中耳炎成立例で、免疫抑制剤の投与を中止した上で鼓膜切開を行ったところ、中耳炎は消退し、ティンパノグラムはC型(中耳の陰圧を示す)にもどった。このことから今回の実験で作製された中耳炎は、免疫学的防御機構と耳管機能の改善で治癒に向かう可逆的な病態であることがわかった。免疫能を抑制しても、耳管機能が保たれていれば中耳に炎症が生じないことから、中耳が局所あるいは全身の免疫機構に加えて、耳管による感染防御を受けていることが確認された。従って免疫抑制剤の投与や代謝異常などにより易感染性をもつ患者では、耳管機能をあらかじめ評価することが有用であり、必要に応じて換気チューブの留置なども考慮すべきと考えられる。
化学交換飽和移動ＭＲＩを用いた化学交換速度の新規定量法の開発とｐＨの可視化

近年、化学交換飽和移動(CEST)現象を利用した核磁気共鳴撮像法(CEST MRI)が開発され、新たな分子イメージング手法として臨床応用が期待されている。本研究課題では、CEST MRIを用いた化学交換速度の新規定量法およびpHのイメージング法を開発し、提案法の精度や信頼性をコンピュータシミュレーションやファントムを用いた実験によって検証した。その結果、提案法は十分な精度と統計雑音に対する頑強性を有し、また従来法に比べて優れていることを見出した。更に、スピンロックパルスを用いることによって化学交換速度等の推定値の偏りを軽減できることが判明した。本研究課題の目的は、化学交換飽和移動(CEST: Chemical Exchange Saturation Transfer)MRIを用いた化学交換速度の新規定量法および水素イオン指数(pH)のイメージング法を開発し、本法の精度や信頼性をコンピュータシミュレーションやファントムを用いた実験によって検証することである。また、スピンロックパルスを併用した新たなCEST用パルスシーケンスを開発して、その有効性を評価することである。本年度は、化学交換速度の新規定量法、pHのイメージング法およびそれらのソフトウェアを開発し、精度や信頼性について主としてコンピュータシミュレーションによって検討した。コンピュータシミュレーションによる検討では、まず化学交換速度、縦緩和や横緩和時間、RFパルスの周波数や強度を与えてブロッホ方程式を解き、各RFパルスの印加時間におけるバルク水の信号強度を計算した。更に、統計雑音に対する頑強性を評価するためRician分布した乱数を用いて信号強度に統計雑音を付加した。このようにして作成した信号強度から化学交換速度を定量し、仮定した値と比較することによってて提案法の精度や統計雑音に対する頑強性等を検討した。現在、これらの結果をまとめて投稿するための論文を執筆中である。本研究課題の目的は、化学交換飽和移動(CEST: Chemical Exchange Saturation Transfer)核磁気共鳴撮像法(MRI)を用いた化学交換速度の新規定量法および水素イオン指数(pH)のイメージング法を開発し、本法の精度や信頼性をコンピュータシミュレーションやファントムを用いた実験によって検証することである。本年度は、昨年度に引き続いて化学交換速度の新規定量法、pHのイメージング法およびそれらのソフトウェアを開発し、精度や信頼性について詳細に検討した。まず化学交換速度、縦緩和や横緩和時間、RFパルスの周波数や強度を与えて巨視的磁化のふるまいを記述するブロッホ方程式を解き、各RFパルスの印加時間におけるバルク水の信号強度を計算した。さらに、統計雑音に対する頑強性を評価するためRician分布した乱数を用いて信号強度に統計雑音を付加した。このようにして作成した信号強度から化学交換速度を定量し、仮定した値と比較することによって提案法の精度や統計雑音に対する頑強性などを検討し、提案法が従来法に比べれ優れていることを見出した。また、スピンロックパルスを併用することでさらに統計雑音に対する頑強性が増すことも判明した。現在、これらの結果を英語論文にまとめて「Magnetic Resonance in Medical Sciences」に投稿中である。医用生体工学本年度に予定していた化学交換速度の定量やpHのイメージングに必要なソフトウェアは完成した。しかし、これらの精度や信頼性を評価するための実験がやや遅れている。本年度に予定していた化学交換速度の定量やpHのイメージングに必要なソフトウェアは完成したが、これらの精度や信頼性を評価するための実験がやや遅れている。研究計画を変更するほどの課題ではないため、早急に評価実験を進展させるべく努力する。当初の予定では、ソフトウェアの開発と並行して検証のための実験も行う予定であったが、ソフトウェアの開発が予定していた以上に時間を要し、検証実験の開始が遅れ本年度の試薬等の購入分が次年度に繰り越しになったため次年度使用額が生じた。早急に検証実験を進展させ、試薬等の実験に必要な物品の購入を行う。また、本年度は研究成果の発表を控えていたが、次年度には国際学会等での研究発表や論文発表を行う予定であり、それらの経費としても使用する計画である。
血小板ペルオキシダーゼとプロスタグランジンG2/H2シンターゼの相同性に関する検討

高度不飽和脂肪酸arachidonic acid (AA)から誘導されるProstaglandin (PG)類は、細胞内情報伝達機構において重要な働きをしている。血小板ペルオキシダーゼ(platelet peroxidase ; PPO)活性は、血小板および骨髄巨核球のみに認められるがその細胞機能上の役割は不明である。私は今回、AA代謝で重要な役割を担う酵素PGG2/H2 synthase (COX-1)がPPO活性の本体であるとの作業仮説を設け、以下の事項を明らかにし、さらにこの酵素発現の生理学的意義を検討するプロジェクトを計画した。本研究の目的は、以下の3項目である。(1) COX-1が、血小板、骨髄巨核球および巨核球系細胞株でのみ強く発現していることを生化学的、免疫組織学的、遺伝子工学的手法を用いて証明する。(2) EMで観察されるPPO活性の局在とCOX-1の局在が、同一であることを証明する。(3) cycloxygenase欠損患者の血小板では、PPO活性がみられないことを証明する。(1) PPG2/H2synthaseの発現;急性白血病45例の芽球のcell lysateを検体とし、immunoblottingを用いてCOX-1 (72-kDa)のsingle bandの有無を検討した。単球あるいは血小板の性質を持つM4, M5, M7に高い発現率が見られた。一方、リンパ系のL1, L2は全例陰性であった。白血病細胞株15細胞での検討では、Meg-01やCMKなど巨核球系細胞およびTPAで単球へ分化させたTHP-1やU937において強い発現をみた。またRT-PCRを用いた検討でもCOX-1のmRNA発現とCOX-1の発現は相関した。単球系でもCOX-1の発現を見たことは予想に反したが、PPOが一部単球/マクロファージでも陽性であるという事実に矛盾しないと思われた。(2)、(3)については、現在進行中である。
近赤外光断層イメージングを用いた新生児脳血液量や酸素化状態の測定に関する研究

本研究課題の目的は、早産児を対象に、多チャンネル近赤外光時間分解測定装置を利用し、多数箇所の脳血液量、脳内Hb酸素飽和度の絶対値測定を同時に行い、断層型画像測定法(拡散光トモグラフィ)を確立し、これらの基礎的検討及び臨床的応用を行うことである。今回利用した多チャンネル2波長時間分解分光システムは、16個の2波長パルス光源と単一光子検出時間測定を組み合わせ、光路長情報と光拡散理論を利用した定量的な分光測定を行い、血液量、Hb酸素飽和度の3次元測定を可能とした。この応用に関して、(1)早産児専用の頭部の形状に応じた、投光、受光を同心とした測定ファイバーとファイバー持具(プローブ)の開発を行った。(2)測定部位の解剖学的位置検討のため、光計測プローブの位置決定を3次元的に決定する方法を開発した。(3)測定結果が光拡散理論的シミュレーションと合致しない問題点を、測定データを基に解決するため光学特性が既知のファントムを利用して比較検討を行い、画像修正方法を検討した。(4)臨床応用として、全身状態の安定した合計7例の早産児での拡散光トモグラフィ装置を用いた測定を行った。この結果differential pathlength factor(DPF)はファイバー間隔と共に増加する傾向があり、被験者の測定結果の散布図から回帰曲線によりファイバー間隔30mm(一般的な光トポグラフィ装置の照射検出間距離)でのDPFを計算した結果はDPF759=3.72、DPF835=3.63であった。またDPFは頭部領域にはほとんど依存せず、年齢と共に増加する傾向を認めた。(5)特に人工換気下における早産児頭部の断層画像を取得し、脳内における局所的な血液量およびヘモグロビン酸素飽和度の変化を確認した。そして低炭酸ガス血症による局所的な脳血液量の減少を確認し、特に光トポグラフィでは測定不可能な、深部の脳室周囲白質領域において血液量の減少を確認することが可能であった。この結果は、脳室周囲白室軟化症の発症原因に、低炭酸ガス血症が要因と成り得る可能性を示した。(6)光トポグラフィを用いて、成人を対象に嗅覚刺激による前頭葉の反応を測定し、嗅覚機能の他覚的検査法を確立した。1)近赤外光時間分解測定装置(TRS)の臨床応用のため、基礎的検討として新生仔豚を対象に吸入酸素濃度の変化させた研究の結果、光拡散係数は酸素濃度を変化させても変化せず、吸収係数を用いたHb値の算出では、水以外のbackground absorptionの決定が問題であることを見出し、新たなbackground absorptionを算出し、定量的測定の問題を解決した(J Biomed Opt,2005)。2)TRSでの早産児及び正期産児の測定により、光拡散係数は在胎週数に比例して大きくなり、解剖学的変化を捉える新しいパラメーターとなり得ることを見出した。また同時に脳血液量が在胎週数に比例して増加し、頭部Hb酸素飽和度が減少することを報告した(Pediatr Res,2005)。3)TRSを用いた、低酸素性虚血性脳症(HIE)の患児での、脳内血液量(CBV)や組織Hb

酸素飽和度(ScO2)の評価を検討した。その結果、生後8時間でCBV、ScO2はそれぞれ1.6ml/100g,73%であった。CBVは生後32時間で,ScO2は66時間で最高値(各々2.3,82)を示し、以後低下し日令7以降は一定値を示した。CBVが生後32時間で最高値を示した理由は虚血再還流時のCBFの上昇が原因で、ScO2が66時間で最高値を示した理由は脳酸素消費が減少し脳内静脈血Hb酸素飽和度の上昇が考えられた。このことから、HIE症例におけるCBVやScO2の評価は、早期予後判定のパラメーターに成り得ると考えられた(2006年小児科学会にて発表)。4)多チャンネル近赤外光時間分解測定装置を用いた早産児の断層型画像構築のため、安全なクラスIの近赤外パルス光測定のS/N比を検討した。この結果、現在のレーザー光強度でのNIR tomography測定は、頭囲が20cm前後では可能だが、30cm以上では不可能であると考えられた(2006年小児科学会にて発表)。5)多チャンネル近赤外光測定装置(光トポグラフィー)を利用し、新生児における上肢および下肢の他動的運動感覚刺激に対する運動感覚野を含む頭頂・側頭部の反応を測定し、比較検討を行った結果、対側刺激により運動感覚野のoxyHb値の増加を認め、反応が最大となる時間は成人の報告例より遅く、反応部位は膝刺激が肘刺激より広範囲の症例が多く、上肢の運動感覚野が下肢より限局されていることが示された(2006年日本周産期・新生児医学会にて発表)。本研究はこの拡散光トモグラフィ技術を低出生体重児(早産児)を対象とした脳画像診断技術に活用することを目標とし,臨床応用への基礎的知見を得ることを目的とした.このため、近赤外光断層イメージングシステムを香川大学医学部附属病院総合周産期母子医療センターに搬送、設置し、調整を行った。そしてベットサイドで新生児が測定可能な新生児専用のファイバーとファイバー固定支具の開発を行い、ファントムと早産児の測定を行った.研究期間中に早産児は7名、計10回の測定を行い、安静時と低炭酸ガス血症、酸素投与時の血液量およびヘモグロビン酸素飽和度を測定した.解析に際しては、生体組織の1点に照射された光は強く散乱される結果,拡散的に伝播し組織表面の多くの点で同時に光強度を計測することができる.画像再構成のアルゴリズムは基本的に順・逆計算に基づく逆問題である.はじめに生体組織中の光学特性値である吸収係数μa(r)および換算散乱係数μs'(r)の初期分布を仮定し,光伝播モデルに基づき順問題計算を行なう.各々の検出点での光強度の計算結果は測定結果と比較され,それらが一致していたなら,仮定した光学特性値分布が解であると考える.もし,一致しなければ誤差に基づきμa(r),μs'(r)分布を仮定しなおし,再び順問題計算を行なう.このプロセスは計算結果と測定結果の誤差が許容値以下になるまで繰り返し行なわれる.この結果、測定に際しての少しの体動による微妙なファイバーのずれが、測定値に大きく影響することが判明した。しかし、安定して測定可能であった低出生体重児症例に関しては、頭部の血液量およびヘモグロビン酸素飽和度の断層画像を取得し,脳内における血液量およびヘモグロビン酸素飽和度の変化を確認した。特に低炭酸ガス血症においては、脳室周囲の領域に血液量が減少することが、世界で始めて確認された.今後、更なるデータの詳細な解析予定である.