hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代e^+e^-型加速器における標準模型の精密検証可能性

隅野はe^+e^-→tt^^-のthreshold近傍での断面積に対するnext-to-leading orderのQCD輻射補正を全て計算し、全断面積及び微分断面積を補正を含めて再解析した。final-state-interactionの効果でトップ・クォークの運動量分布が大きく変更を受けることが分かった。一方で、トップ・クォークの前後方非対称性に対する効果は小さいことが分かった。また、全断面積に対するfinal-state-interactionの効果は正確に相殺して、ゼロになることが分かった。更にこの結果を用いて、将来e^+e^-線形加速器で期待される実験環境を想定した、tt^^--threshold領域における物理の定量的な研究を行なった。m_t=150GeVと170GeVのそれぞれの場合に実験方針を提唱した。そこでは、色々な物理的パラメータの精密測定のためには、全断面積と微分断面積の同時測定が重要であることを指摘した。例えばm_t=150GeVの場合には、各1fb^<-1>、11点のエネルギー走査では、Δm_t=0.2GeV、Δα_5=0.005の統計誤差でトップ・クォークの質量と強い相互作用の結合定数が測れることが分かった。また、ヒッグスが軽い場合には湯川相互作用も測定可能であることも示した。最適化されたエネルギーでの100 fb^<-1>相当のトップ・クォークの運動量分布の測定からは、Δα_5=0.0015及び、トップの崩壊幅の精度はΔT_t/T_t=0.04が期待されることを示した。また、tt^^--threshold領域で、トップ・クォークの前後方非対称性の測定からもα_5とT_tの独立な情報を得られることが示せた。
海馬介在ニューロンに発現するカルシウム透過性AMPAレセプターの機能に関する研究

本研究の目的は、筆者らがラット培養海馬ニューロンおよび海馬切片中の介在ニューロンで見い出した内向き整流特性と高いカルシウムイオン(Ca^<2+>)透過性を示すAMPA型グルタミン酸レセプター(以下II型AMPAレセプターと略称)の機能的意義を明らかにすることである。このためには、II型AMPAレセプターに特異的に作用する薬物の探索が重要である。そこで、ラット培養海馬ニューロンのII型AMPAレセプターに対するポリアミン誘導体の特異的阻害作用について詳細に調べ、以下の結果を得た。JSTX-3は、外向き整流特性を示し、Ca^<2+>透過性をもたないI型AMPAレセプターには作用を示さず、II型AMPAレセプターのみを選択的に阻害した。阻害は使用依存性かつ膜電位依存性であり、-60mVで、IC_<50>は56nM、Hill係数は1.08であった。JSTX-3の阻害作用の膜電位依存性はきわめて顕著であり、1μMのJSTX-3はII型AMPAレセプター反応を-80mVではほぼ完全に抑制したが、+40mVでは抑制効果は全く見られなかった。この阻害作用の膜電位依存性を定量的に解析することにより、JSTX-3の結合部位は、II型AMPAレセプターチャネルの細胞内開口部の近傍にあることが推定された。2)1-ナフチルアセチルスペルミン(NASPM)の作用合成アシルポリアミンのうち、NASPM(C_<22>H_<34>N_4O=370.5)はJSTX-3(C_<27>H_<47>N_7O_6=565.7)より単純な分子構造にもかかわらず、甲殻類のグルタミン酸性シナプス伝達を抑制することが知られている。NASPMのII型AMPAレセプターに対する作用は基本的にはJSTX-3と同様であり、II型AMPAレセプターを膜電位依存性に選択的に阻害した。
極限活性をもつ半導体光触媒の設計と開発

本研究では、われわれの研究室と欧米各国で第一線で光触媒反応の研究を推進している研究者と共同研究を行い、研究成果を総合して標記の目的を達成しようとするものである。とくに、共同研究者の相互の理解と研究手法の確認および新しい技術の模索も含めた交流を密に行った。得られた成果は以下のようにまとめられる。1)各研究グループのこれまでの研究成果の確認と問題点の洗い出し、および研究方針の徹底討論を行った。残念ながら、共同研究者全員の日程調整が困難であったためセミナーを開催して討論を行うことは実現しなかった。最終年度である平成11年秋にハワイで開催された日米電気化学合同大会に出席し、ほとんどの共同研究者あるいはその代理が集まり、これまでの成果について議論を行った。2)研究代表者らが提案している高活性光触媒の条件である「反応基質の表面吸着量が多く、かつ励起電子-正孔の再結合が小さい」をたたき台として、研究を進める上での作業仮説を設定した。このうち、再結合速度の評価のため、国内外の共同研究者を交えた共同実験を行った結果、再結合速度と光触媒活性の間の相関が見いだされた。3)各研究者が得意とする種々の応用(エネルギー変換[Koval、魚崎]、環境汚染物質の分解[Pichat、Hoffmann, Palmisano]、有機合成[大谷])分野において活性が高いものから低いもの、あるいはまったく活性を示さない光触媒を選び、厳密に条件を調整した上でその光触媒活性を定量・比較するために触媒を準備し、比較・検討を行った結果、光触媒活性を集約することが重要であるという認識に達した。とくに初年度に企画していた「活性評価の標準化」は基礎的な研究では有意義であるものの、実際の応用を考えた場合には必ずしも適切ではないことが明らかにされた。半導体粉末を用いる光触媒反応は、環境浄化やファインケミカルズ合成など多方面への応用が期待されている次世代の化学反応プロセスであるが、実用化のためには高い効率で反応させることが重要な課題であり、そのために光触媒の活性をその極限まで向上させることが必要である。本研究では、われわれの研究室と欧米各国で第一線で光触媒あるいは光触媒反応の研究を推進している研究者と共同研究を行い、研究成果を総合して標記の目的を達成しようとするものである。本年度は、共同研究者の相互の理解と研究手法の確認および新しい技術の模索も含めた交流を密に行った。1)これまでの成果確認と問題点に関する情報交換:各研究グループのこれまでの研究成果の確認と問題点の洗い出し、および研究方針の徹底討論を行うが、共同研究者全員の日程調整が困難であったためセミナーを開催して討論を行うことは本年度は見送った。研究代表者が各共同研究者と意見、情報の交換を行った。このうち、再結合速度の評価のため、共同研究者としてR.M.Bowman博士を加え、カンザス大学の研究室に研究代表者が滞在し、共同実験を行った結果、再結合速度と光触媒活性の間相関が見いだされた。3)各研究者が得意とする種々の応用(エネルギー変換[Koval、魚崎]、環境汚染物質の分解[Pichat、Hoffman,Palmisano]、有機合成[大谷])分野において活性が高いものから低いもの、あるいはまったく活性を示さない光触媒を選び、厳密に条件を調整した上でその光触媒活性を定量・比較するために触媒を準備した。実際の比較・検討は来年度以降に行う。

半導体粉末を用いる光触媒反応は、環境浄化やファインケミカルズ合成など多方面への応用が期待されている次世代の化学反応プロセスであるが、実用化のためには高い効率で反応させることが重要な課題であり、そのために光触媒の活性をその極限まで向上させることが必要である。本研究では、われわれの研究室と欧米各国で第一線で光触媒あるいは光触媒反応の研究を推進している研究者と共同研究を行い、研究成果を総合して標記の目的を達成しようとするものである。本年度は、共同研究者の相互の理解と研究手法の確認および新しい技術の模索も含めた交流を密に行った。1)これまでの成果確認と問題点に関する情報交換:各研究グループのこれまでの研究成果の確認と問題点の洗い出し、および研究方針の徹底討論を行うが、共同研究者全員の日程調整が困難であったためセミナーを開催して討論を行うことは本年度は見送った。研究代表者が各共同研究者と意見、情報の交換を行った。2)研究代表者らが提案している高活性光触媒の条件である「反応基質の表面吸着量が多く、かつ励起電子-正孔の再結合が小さい」をたたき台として、研究を進める上での作業仮説を設定した。このうち、再結合速度の評価のため、共同研究者としてB.A.Parkinson教授を加え、共同実験を行った結果、再結合速度と光触媒活性の間の相関が見いだされた。3)各研究者が得意とする種々の応用(エネルギー変換[Koval、魚崎]、環境汚染物質の分解[Pichat、Hoffmann,Palmisano]、有機合成[大谷])分野において活性が高いものから低いもの、あるいはまったく活性を示さない光触媒を選び、厳密に条件を調整した上でその光触媒活性を定量・比較するために触媒を準備した。実際の比較・検討は来年度以降に行う。半導体粉末を用いる光触媒反応は、環境浄化やファインケミカルズ合成など多方面への応用が期待されている次世代のプロセスであるが、実用化のためには高い効率で反応させることが重要な課題であり、そのために光触媒の活性をその極限まで向上させることが必要である。ハワイで開催された日米電気化学合同大会に出席し、ほとんどの共同研究者あるいはその代理が集まり、これまでの成果について議論を行った。このうち、再結合速度の評価のため、国内外の共同研究者を交えた共同実験を行った結果、再結合速度と光触媒活性の間の相関が見いだされた。3)各研究者が得意とする種々の応用(エネルギー変換[Koval、魚崎]、環境汚染物質の分解
ハンドル形電動車いすにおける操作を支援するサイレントアシスト機構の開発と評価

電動車いすは諸性能がJIS T9203:1999によって定められており、特に最高速度については6 km/hと定められている。一方で、大人の普通歩行の速度は4 km/hであるとされており、最高速度で走行するハンドル型電動車いすは、通常の歩行よりも1.5倍程度の速度となる。主な利用者が運動機能の低下した高齢者である点を考慮すると、体感速度は速いものになると考えられる。さらに、最高速度で走行中に障害物の回避や曲がり角で急ハンドルによる旋回を行うと身体に左右方向の加速度が生じ、不安や恐怖を感じることがある。このようなコーナリングにおける問題に対し、ハンドルの切れ角をもとに自動で減速をする機能を搭載することが考えられる。しかしながら、一方的な制御はユーザに不快感を与えるなどの問題がある。そこで今年度は、コーナリングにおける減速量の最適化を検討することを目的とし、交感神経活動に関係するとされる皮膚電導度(SC)を計測することで、ハンドル型電動車いすにおけるコーナー進入速度とユーザの恐怖感の評価を行った。SC計測の結果からコーナー進入時の速度が高速になるとSC計測値が大きく変化する波形が観測され、速度が速いほどその振幅が大きくなることが分かった。一方で、アンケートによる評価結果では速度が速くなるほど「恐怖感」、「驚き」、「安心性」、「安全性」の項目が低い評価値となり、減速することで恐怖感を低減できることが示されたのに対し、「快適性」の項目では最低速度での有意性はみられなかった。これらの結果から、SC振幅を用いることによってコーナー進入速度に対する恐怖感や安全性の評価を行うことができる可能性が示唆された。しかしながら、快適性についてはSC振幅による評価は難しいことがわかった。平成30年度は、コーナー進入速度に対する恐怖感の評価を行った。実験時には運転者の意識的あるいは無意識の操作によって速度が変化しないようにする必要があるため、本研究ではベースとなる市販の電動車いすにモーター出力を任意に制御可能なモータードライバを取り付け、運転者の操作とは関係なく一定出力で走行する車いす(以下、実験用車いす)を作製した。運転者が実験用車いすの操作を行うためにGUIアプリケーションを作成した。実験用車いすは、アプリケーション上で運転者が走行ボタンを押すと、5秒間の待機時間の後に緩やかに加速して指定した出力で走行し、停止ボタンを押すと緩やかに停止する。このアプリケーションを用いることで、実験において走行速度の統制がとれ、運転者はハンドル操作に専念することができる。また、実際の走行速度を計測するために、実験用車いすにロータリーエンコーダを取り付けた。エンコーダはプーリとタイミングベルトを用いて右後輪の車軸と接続されており、0.1秒ごとの回転角度を計測することで走行中の速度を連続的に記録できる。さらに、実験用車いすの床部にモーションセンサを取り付け、走行中に車両に働く加速度を計測した。センサは車両中央床部に、進行方向をy軸正方向、進行方向に対して左側をx軸正方向となるように配置した。サンプリング周波数は200 Hzとし、A/D分解能は10 bitである。また、加速度データはノイズ処理として2 Hzのローパスフィルタ処理を施した。曲がり角を曲がる運転動作は、コーナーへの接近、進入、旋回などの一連の動作を連続的に行うものであり、運転者が恐怖感を誘起された明確な位置を特定することが難しいと想定されたため、運転しながら指先で操作できる押しボタンスイッチをハンドルに取り付け、運転者が走行中に危険や恐怖を感じた場合にボタンを押すように指示し、解析に利用できるシステムを構築した。ハンドル形電動車いすのハンドル部に力覚呈示機能の実装を行う。ハンドル操作部に取り付ける小型の実験用力覚呈示装置の設計を行い、これまでに使用しているハンドル形電動車いすに追加の改造を施すことにより実験装置とする。また、電動車いすの運転操作について、動作解析を行い、安全性および快適性について評価を行い、開発した操作入力支援システムの有効性について考察をまとめる。特に、操作負荷軽減効果の検証として、力覚呈示による情報提供を行うことで現れる作業性への改善効果を検討する。操作感の定量的な比較は、ハンドル操作角度の時間積分値および力覚センサ、筋電位センサを利用した操作者の力の入れ方と疲労度の取得により行う。また、注意や警告情報の呈示に関する考察として、本研究で開発されるシステムは、動作音がわずかであり、情報提供先を操作者に限定することが可能になるため、従来、ブザー(聴覚)やランプ(視覚)によって行われている注意や警告の情報呈示を力覚呈示で代替した場合に生じる作業環境変化の影響を調査し、国際安全規格の安全要求事項に照らした検証を行う。本研究は、ハンドル形電動車いすのハンドル操作に対して、微弱な力覚呈示により操作支援を行うシステムを構築することを目標とする。微弱な力覚呈示とは、操作者が力の大きさと向きを知覚できるがハンドル角を自律的に修正するには至らない程度の大きさの出力を指すものである。これにより、使用者への情報提供と操作支援を可能にするシステムの開発となり、人間の意思を反映可能なセミオートマチックな操作入力支援系の提案となり得る。ハンドル形電動車いすの快適な操作感を評価する指標の一つとして乗り心地があると考えた。特に振動に対しては快・不快の感情が喚起されることがわかっており、これを評価の指標とすることが考えられる。そこで、人に振動を与えた際の生体計測により、乗り心地を客観的指標により評価する方法について検討を行った。

具体的には、小段差を乗り越える電動車いすの速度を変更することにより実験協力者に暴露する振動を変化させ、その際の振動乗り心地をISO規格に則り加速度を用いて評価するとともに、筋電位信号の解析により考察した。また、加振装置による振動を暴露された場合の脳機能計測を実施し、アンケート等の主観的評価によらず、振動乗り心地を評価する方法についても検討を行った。さらに、使用者の身体機能または嗜好に合わせた操作感の演出と、作業に対する安全性の向上の評価に用いることを想定し、高齢者を対象とした、ハンドル形電動車いす操作時の動作解析を実施した。これにより、人間と機械が共存する環境での機器使用における汎用性の高い学術的知見を得るためのノウハウが獲得できた点は今後の研究発展にとって意義のある成果となった。平成29年度は、ハンドル形電動車いすのハンドル操作を行う際の使用者の動作解析を行った。まず、実験装置のベース車両として、市販のハンドル形電動いすを選定し調達した。データ取得や試作システムの実装のための改造を念頭におき、操作姿勢に関係する座面高さや操作性全般に関係するアクセルレバーの設置方法、ハンドル操作角を再設計可能であることを確認した。その他、使用するセンサ・アクチュエータ類に関しても、詳細に調査を進め、調達のための選定を終えた。実験によるデータの取得に関しては、本研究ではハンドル形電動車いすの潜在的ユーザの操作入力の特徴を定量的に評価することが必要であることから、高齢者の実験協力者によるハンドル操作をモーションキャプチャシステムで記録し動作解析を行った。その結果、ハンドル操作をゆっくり行う場合と素早く行う場合では、上半身の使い方に差異があることがわかった。これは、ハンドル形電動車いすの操作の特徴の一つを示すものであると考えられる。またこの実験をとおして、操作負荷を評価するための実験ノウハウも獲得できた。電動車いすは諸性能がJIS T9203:1999によって定められており、特に最高速度については6 km/hと定められている。一方で、大人の普通歩行の速度は4 km/hであるとされており、最高速度で走行するハンドル型電動車いすは、通常の歩行よりも1.5倍程度の速度となる。主な利用者が運動機能の低下した高齢者である点を考慮すると、体感速度は速いものになると考えられる。さらに、最高速度で走行中に障害物の回避や曲がり角で急ハンドルによる旋回を行うと身体に左右方向の加速度が生じ、不安や恐怖を感じることがある。このようなコーナリングにおける問題に対し、ハンドルの切れ角をもとに自動で減速をする機能を搭載することが考えられる。しかしながら、一方的な制御はユーザに不快感を与えるなどの問題がある。そこで今年度は、コーナリングにおける減速量の最適化を検討することを目的とし、交感神経活動に関係するとされる皮膚電導度(SC)を計測することで、ハンドル型電動車いすにおけるコーナー進入速度とユーザの恐怖感の評価を行った。SC計測の結果からコーナー進入時の速度が高速になるとSC計測値が大きく変化する波形が観測され、速度が速いほどその振幅が大きくなることが分かった。
無線ネットワークシミュレーションを対象としたユーザモビリティモデルに関する研究

モバイルワイヤレスネットワークにおいては,ノードの移動が通信プロトコルやアプリケーションの性能に大きな影響を与えることが知られており,様々な移動特性がネットワーク性能に与える影響について,網羅的に評価できることが望まれる.本研究では,移動特性の一つであるノード密度分布に着目し,ネットワーク性能に対するノード密度分布の影響を評価するために,様々なノード密度分布を実現し,かつそのノード密度分布を維持し続けることができるWaypointモビリティモデルを生成する手法を提案する.モバイルワイヤレスネットワークにおいては,ノードの移動が通信プロトコルやアプリケーションの性能に大きな影響を与えることが知られており,様々な移動特性がネットワーク性能に与える影響について,網羅的に評価できることが望まれる.本研究では,移動特性の一つであるノード密度分布に着目し,ネットワーク性能に対するノード密度分布の影響を評価するために,様々なノード密度分布を実現し,かつそのノード密度分布を維持し続けることができるWaypointモビリティモデルを生成する手法を提案する.本研究では、無線ネットワークにおけるモビリティの影響を適切に評価できるよう、ユーザ密度分布や滞留時間分布など、個々のユーザ移動から生じ、ユーザ全体もしくはユーザの一部を対象として観測できるような移動特性に着目し、それらを任意の状態に誘導するモビリティモデルの確立を目指す。今年度は、任意の密度分布を実現し、かつその密度分布を維持し続ける方法を提案する。この手法では、各ユーザが目的地の選択とそこへの移動を繰り返すようなモビリティモデルにおいて、指定された密度分布を実現する。各ユーザは目的地をほぼ公平に選択することで、なるべくランダムな移動を行うようにし、モビリティについて一定の公平性を維持する。さらに、地点間のユーザ数を全体で調整することで指定された密度分布を実現する。この地点間で移動するユーザ数を決定する問題を非線形計画問題として帰着し、さらに、線形計画問題への近似を行うことで目的のモビリティモデルを導出するよう工夫している。この手法を利用することで、ネットワークシミュレーション上で様々な密度分布を実現することが可能となり、ユーザの配置により大きく性能が変化するアドホックルーティングプロトコルの性能を網羅的に評価できる。さらに、これらの結果を基に,状況毎で適切なルーティングプロトコルを利用することで、現実的なアドホックネットワーク通信が実現できることが期待される。また、モビリティモデルだけでなく、シミュレーションの高速化手法についても提案を行った。提案手法では、各ユーザのトラフィックを確率分布としてモデル化し、その確率分布に基づきパケット送信タイミング、パケット受信成否を判断することで,MAC層に関わるシミュレーション処理負荷を1/10に削減する。このように、ネットワークシミュレーションの高速化の面からも、モビリティの影響を網羅的に評価できる環境の構築に貢献した。本研究では、無線ネットワークにおけるモビリティの影響を適切に評価できるよう、ユーザ密度分布や滞留時間分布など、個々のユーザ移動から生じ、ユーザ全体もしくはユーザの一部を対象として観測できるような移動特性に着目し、それらを任意の状態に誘導するモビリティモデルの確立を目指す。今年度は,様々なユーザ密度分布において性能評価を行えるよう、前年度に提案したモビリティモデルを発展させ、任意のユーザ密度分布を実現するだけでなく、ユーザ密度分布に関する定常状態を維持する条件を明らかにした。提案手法では、地点間を移動するユーザの数をユーザ全体で調整することにより、指定されたユーザ密度分布を実現する。地点間で移動するユーザ数を決定する問題を非線形計画問題として定式化し、定常状態を維持できるユーザ数の条件だけでなく、定常状態を実現できるような初期状態を明らかにした。また、非線形計画問題を効率的に解くために、SAアルゴリズムを適応し、指定されたユーザ密度分布を実現するモビリティモデルを高速に導出できることを示した。さらに、その解法を拡張し、ユーザ密度分布だけでなく、ユーザ移動のランダム性やグループ性などいくつかの移動特性に関する制約を満たすモビリティモデルを導出できることを示した。これらの研究成果の一部を情報処理学会第56回モバイルコンピューティングとユビキタス通信(MBL)研究会で発表し、優秀論文賞を受賞した。今年度は、提案するモビリティモデルを発展させ、任意のユーザ密度分布を生成するだけでなく、指定されたユーザ密度分布を維持しつつ、移動方向とその移動方向に移動するユーザの割合を領域毎で指定可能なモビリティモデルを考案した。この手法では、ある領域から別の領域に移動するユーザの割合を確率(移動確率)で表し、その確率に基づきユーザが移動するモデルを採用している。移動方向毎のユーザの割合を指定可能なモビリティモデルを実現するため、ある領域においてある移動方向に移動するユーザを移動確率により表し、指定された移動方向毎のユーザの割合を満たすような移動確率を決定する非線形計画問題として定式化した。また、この非線形計画問題を解くことにより、ユーザ密度分布が同じであったとしても、移動方向が異なるモビリティを多数生成できることを示した。さらに、このモビリティモデルを活用することにより、ユーザが移動する方向の違いにより、モバイルアドホックネットワークの性能が大きく変化することを示した。この性能評価試験においては、ユーザの移動方向とその割合の全てのパターンに対して試験を実施するのではなく、ネットワーク性能に影響を与える移動方向を機械的に発見する方法を提案し、効率的にネットワーク性能に与えるモビリティ特性を発見できることを示している。これらの研究成果の一部を情報処理学会DICOMO 2011シンポジウムで発表し、最優秀論文賞を受賞している。
精神疾患における転移因子デノボ転移の意義

平成30年度は、双極性障害185トリオ(555名)及び、統合失調症603トリオ・カルテット(1819名)のエクソームシーケンスのアライメントを完了し、シーケンスや変異検出の品質を確認した。この過程で、ソフトウェアやパラメータの条件検討を行い、パイプラインを確立した。パイプラインはBWA, GATKを中心としたBroad Instituteベストプラクティスに準じて条件検討を行った。一部は、サンガー法にて一塩基置換や小規模変異を確認しており、変異検出に必要な品質のデータを取得できたものと考える。双極性障害トリオは末梢組織試料へのアクセスが可能なことから、最も重点的に解析を行っており、検出感度を高めるためhg38に加えGRCh37のアライメントも行った。構造変異の検出に関しては、リファレンスゲノムによる差があることから、2種類のリファレンスゲノムを使用することは有用であると考える。転移因子の検出は試行的に行っているが、十分な品質に達しておらず、現在条件検討中である。計画開始後に、自閉スペクトラム症におけるデノボ転移因子の報告がなされた(Brandler et al. Science 2018; Werling etal. Nature Genetics 2018)。これらの報告は、全ゲノムシーケンスを用いた解析であり、エクソームシーケンスよりも検出感度が高い手法を用いている。家系数ではエクソーム解析に依然として優位があるため引き続き解析を継続するが、対象疾患としては統合失調症に対する解析に計画の重点を置くこととした。統合失調症に対する転移因子の寄与はまだ明らかでなく、解析する意義が大きいものと考える。双極性障害・統合失調症トリオのエクソームシーケンスデータについて、アライメント及び一塩基置換や小規模変異の確認を行い、アライメントデータの品質を確認した。転移因子の探索を行うデータは揃いつつあり、初年度の計画として順調な進捗である。アライメントデータの取得は、パイプラインのソフトウェアやパラメータの条件検討を行い最適化しており、現時点で一定の完成を見ている。双極性障害トリオについては、リファレンスゲノムとしてhg38に加えGRCh37のアライメントも完了しており、検出感度を高めたいと考えている。アライメント及びその後の品質管理が最も時間がかかる部分であり、初年度に優先的に行った。転移因子の検出は試行を行っているが、方法は確定しておらず、条件検討を重ねている。この点は計画当初から最も困難な点であると認識しており、さらなる検討のため時間がかかると予想される。計画開始後に、自閉スペクトラム症におけるデノボ転移因子の報告がなされた(Brandler et al. Science 2018; Werling etal. Nature Genetics 2018)ことが、計画当初の前提から異なる点である。計画書には双極性障害トリオにて検出方法を確立し、最終的に自閉スペクトラム症を主なターゲットとする予定であったが、統合失調症トリオデータの解析へと重点の変更を行う予定へと変更する。統合失調症に対する転移因子の寄与はBundo et al. Neuron 2014など報告があるものの、まだ探索が少なく、解析する意義が大きいものと考える。現在双極性障害トリオをベースに転移因子検出手法の確立を行い、統合失調症トリオに対しても適用したいと考えている。また小規模であるが、トゥレット症候群など他の精神神経疾患トリオサンプルについてもデータ収集を行い、精神疾患に対する転移因子の寄与について探索を進めたい。

双極性障害トリオについては、リファレンスゲノムとしてhg38に加えGRCh37のアライメントも完了しており、検出感度を高めたいと考えている。アライメント及びその後の品質管理が最も時間がかかる部分であり、初年度に優先的に行った。転移因子の検出は試行を行っているが、方法は確定しておらず、条件検討を重ねている。この点は計画当初から最も困難な点であると認識しており、さらなる検討のため時間がかかると予想される。計画開始後に、自閉スペクトラム症におけるデノボ転移因子の報告がなされた(Brandler et al. Science 2018; Werling etal. Nature Genetics 2018)ことが、計画当初の前提から異なる点である。計画書には双極性障害トリオにて検出方法を確立し、最終的に自閉スペクトラム症を主なターゲットとする予定であったが、統合失調症トリオデータの解析へと重点の変更を行う予定へと変更する。統合失調症に対する転移因子の寄与はBundo et al. Neuron 2014など報告があるものの、まだ探索が少なく、解析する意義が大きいものと考える。現在双極性障害トリオをベースに転移因子検出手法の確立を行い、統合失調症トリオに対しても適用したいと考えている。また小規模であるが、トゥレット症候群など他の精神神経疾患トリオサンプルについてもデータ収集を行い、精神疾患に対する転移因子の寄与について探索を進めたい。
悪性脳腫瘍に対する定電流直流通電と抗癌剤の併用療法に関する研究

悪性腫瘍に対する定電流直流通電法(DCT)の効果について基礎的研究を動物に移植した悪性腫瘍に対しDCTを行いdoubling timeを測定し無処置対照群と対比した。用いた電極数は腫瘍内に13本でありそれぞれ本数別にDCT後のdoubling timeを測定したところ対照群に比較して電極数を増加させる程腫瘍の増大が遅延するとの結果を得た。一方、病理組織学的研究では電極をかこんで壊死層、類壊死層、核濃縮層の3層性変化を示した。DCT後の腫瘍内血管の変化は壊死部では破綻したり血栓形成をみとめた、類壊死層では新鮮な血栓形成が多数にみられ血管充盈も出現した。つぎに、これらの基礎的研究のうち定電流直流通電法と抗がん剤と併用療法について研究を行った。種々の抗がん剤の帯電性を検査した結果Cyclophosphamide(CPA)とAdriamycin(ADM)の2剤に帯電性をみとめたのでこれらを前記の移植腫瘍に投与したのちDCTを行った。治癒率から検討するとDCTとCPAを併用するとCPA單独投与時の約1/2量でCPA單独投与と同様の効果がみられた。DCTとADMの併用では腫瘍の発育遅延はみられるもののDCTとCPA併用療法ほどの効果は得られなかった。抗がん剤とDCTを併用すると腫瘍内薬剤分布が変化して治療効果が増強するものと考えられた。ヒト悪性脳腫瘍についてもDCTを行い腫瘍の病理組織学的検索を行ったが、腫瘍の種類により若干の差はあるが動物の実験的腫瘍とほぼ同様の成績を得ている。定電位直流通電と抗癌剤を併用して相剰効果を得る目的で実験を行った.特殊センサーを用い各種抗癌剤の帯電性を検査した結果Endoxan, Adriamicin, ACNUの3種が負に帯電していることが判った.これら薬剤を用い実験を行った.実験動物に89週令のC_3Hオスマウスを用いた右大腿部に線稚肉腫の単一細胞浮遊液を移植した.腫瘍が直径8mmに達したら通電(0.8mA30120分)や抗癌剤の投与(通電前20分)を行った.実験の各項目は1)無処置(腫瘍のみ移植)群, 2)腫瘍内通電群, 3)Endoxan単独投与群, 4)Adriamicin単独投与群, 5)通電はEndoxan併用群, 6)通電とAdriamicin併用群である.各群は810匹としてそれぞれの腫瘍の直径から平均腫瘍サイズを算出し,腫瘍のサイズが2倍になるまでの日数(doubling time)の差(growth delay)及び通電後120日後における治癒率を求めた.通電のみを行った群では通電時間の長さとgrowth delayは明かに関連していた.治癒率は120分通電では46%, 60分では10%であった. Endoxan100mg/kgと150mg/kg腹腟内投与を比較すると150mgの方は治癒率は38%を得たが100mgではすべて再発した.Endoxan100mgと通電60分を行ってみると著しいgrowth delayと治癒率70%が得られた.この成績を腫瘍内電極を陽極にした場合と陰極にした場合を比較すると陽極が約85%,陰極が52%であった. Adriamicinを同様に4mg/kgと8mg/kg分けて投与すると4mgの群はすべて再発し, 8mgの治癒率は13%であった.

そこで4mg/kgと通電を併用してみるとgrowth delayの延長と治癒率の改善がみられたが, 33%に止った.通電と抗癌剤の併用療法を行った腫瘍の病理組織学的検索では通電単独群よりも明らかに広範囲に腫瘍細胞の変化がみられた.各種抗がん剤の帯電性を検査するためにFETセンサーを用いて、抗がん剤溶液中にセンサーを入れ陰極および陽極の周囲の帯電性を測定した結果、ACNUとEndoxanが他の抗がん剤に比して帯電性がより強いとの結果を得た。そこでこれら2種類の抗がん剤を用いて直流通電との併用療法を行った。初めにコントロール実験としてFSa繊維肉腫にACNUとEndoxanのみを与えた群それぞれ10匹と直流通電(0.6mA、0.8mA:1mA、各60分通電群24匹)について腫瘍の大きさが2倍になるdoubling timeを測定した。その結果、抗がん剤投与例ではdoubling timeがほぼ1。5倍と延長した。一方、0.6mA、0.8mA通電群では成績にあまり変わりがなく、これもほぼ1。5倍と延長した。しかしこの中で腫瘍が全く大きくならず縮小したままのものが14例中3例みられた。ついで1mA通電群をみると、腫瘍が縮小したままのものは10例中3例にみとめられ、doubling timeもほぼ2倍となっている。ただ陰極を腫瘍におき陽極を腫瘍周辺においた場合と、陽極を腫瘍内においた場合とでは、doubling timeはそれぞれ7.8±2.1日、5。6±2.5日と差があった。これに対してACNUを静脈内投与しつつ陰極を腫瘍内において通電を行った例では、腫瘍が縮小したまま大きくならなかったものが70%(1mA通電)、陽極を腫瘍内に刺入してACNUを静注したものが40%縮小をみ、その後腫瘍は増大しなかった。doubling timeは27±1.8であった。Endoxan投与群では約60%が通電と併用することで腫瘍の増大はなく縮小をみとめている。doubling timeは31.6±1.6日であった。(併用療法中の通電はすべて1mA、60分とした)。引続き定電流直流通電法と抗がん剤の併用療法について基礎的研究を行った。C3Hマウスの大腿部皮下に移植した腫瘍内に刺入する電極の極性についてCyclophosphamide(CPA)が(+)に帯電しているので腫瘍内電極を陰性にした方が陽極にするより当然有効度は大きいと考えられた。しかし血液中には種々の帯電物質が存在することを考えると一概に陰極が有効とも言い切れないので,陰陽極のグル-プを2つ作りCPA100mg/kgを腹腔内投与15分から0.6mA120分の定電流直流通電法を行った。この成績をCPA単独投与と比較した。CPA単独投与では一時期腫瘍の縮小がみられるがすべての腫瘍に再増殖をきたし根治するものはなかった。CPA100mg/kgに腫瘍内電極を陽極として定電流直流通電法を併用すると30%の治療率が得られ陰極の場合は70%であった。治療率からの検討では,定電流直流通電法とCPAを併用すると,CPA単独投与時の約1/2量でCPA単独投与と同等の効果がみられた。Adriamycin(ADM)と定電流直流通電法の併用は腫瘍の発育遅延をひきおこすが,陰陽両極ともCPA程効果的ではなかった。すなわちADM4mg/kg投与で定電流直流通電法を併用すると腫瘍のdoublingtimeの遅延がみられた。また腫瘍電極の極性による差は有意ではなかった。ADMを8mg/kgに増量して通電を行ってみるとADM単独で8mg投与した群とdoublingtimeの差はみられなくなった。(AMD単独投与では8mg/kgに上を投与しても治療成績の向上はみとめられなかった。)すなわちADMと定電流直流通電法の併用はCPAのそれより効果的ではなかった。抗癌剤と定電流直流通電法を併用すると腫瘍内の薬剤分布が変化し治療効果が改善するものと考えられる。
非定常な流量と土砂供給条件による水みちの変動と砂粒子の分級効果に関する研究

河川における生態系の確保・維持の観点からは,平水時に形成された蛇行低水路(水みち)の,流量や土砂供給量の変化による応答特性を種々の観点から検討する必要がある.これは,河川が生態系にとって望ましい場となるためにはどのような流量や土砂量の制御が必要かを検討するための情報となる.本研究は,上流から与えられる流量や土砂量の変化が水みちの変動に及ぼす影響を検討するとともに,混合砂河床における砂礫の分級の効果を明らかにすることを通して,土砂管理に関する基礎的な知見を得ることを目的として実施されたものである.得られた主要な結果を以下に示す.1.河床低下が進行すると浮州の規模が拡大して水みちは安定化するが,河床上昇が進行すると水みちは埋め戻されて変動する.したがって,固定化した水みちを変動させるには,当該区間の流入土砂量が流出土砂量を超えるような条件設定が効果的である.2.平水流量が継続すると水みちの固定化が促進されるが,流量が増加すると土砂輸送量も増加して水みちは交互砂州状の河床に移行し,砂州の移動に伴って澪筋は変動する.なお,流量の変化間隔が短い場合は,流量の大小にかかわらず水みちは変動し,水みちの固定化を解消する効果がある.3.土砂供給期間の有無が明確な断続的な条件下では,土砂供給期間での水みち変動の活発化と無供給期間での水みちの安定化・固定化が起こる.一方,継続的な土砂供給の条件下では水みちは絶えず緩やかな変動を示すため,水みちの固定化は緩和される.ただし,水みちに対するこれらの状況が継続するためには,当該条件が一定時間以上継続される必要がある.4.混合砂河床では,浮州の上流部に粗砂が多く堆積し,流れに対して安定であるため,水みちの変動は一様砂河床の場合よりも抑制される.また,水みちが交互砂州状の河床に移行した場合,砂礫の分級による交互砂州の発達抑制が水みち深さに影響を与える.河川における生態系の確保・維持の観点からは,平水時に形成された蛇行低水路(水みち)の,流量や土砂供給量の変化による応答特性を種々の観点から検討する必要がある.これは,河川が生態系にとって望ましい場となるためにはどのような流量や土砂量の制御が必要かを検討するための情報となる.本研究は,上流から与えられる流量や土砂量の変化が水みちの変動に及ぼす影響を検討するとともに,混合砂河床における砂礫の分級の効果を明らかにすることを通して,土砂管理に関する基礎的な知見を得ることを目的として実施されたものである.得られた主要な結果を以下に示す.1.河床低下が進行すると浮州の規模が拡大して水みちは安定化するが,河床上昇が進行すると水みちは埋め戻されて変動する.したがって,固定化した水みちを変動させるには,当該区間の流入土砂量が流出土砂量を超えるような条件設定が効果的である.2.平水流量が継続すると水みちの固定化が促進されるが,流量が増加すると土砂輸送量も増加して水みちは交互砂州状の河床に移行し,砂州の移動に伴って澪筋は変動する.なお,流量の変化間隔が短い場合は,流量の大小にかかわらず水みちは変動し,水みちの固定化を解消する効果がある.3.土砂供給期間の有無が明確な断続的な条件下では,土砂供給期間での水みち変動の活発化と無供給期間での水みちの安定化・固定化が起こる.一方,継続的な土砂供給の条件下では水みちは絶えず緩やかな変動を示すため,水みちの固定化は緩和される.ただし,水みちに対するこれらの状況が継続するためには,当該条件が一定時間以上継続される必要がある.4.混合砂河床では,浮州の上流部に粗砂が多く堆積し,流れに対して安定であるため,水みちの変動は一様砂河床の場合よりも抑制される.また,水みちが交互砂州状の河床に移行した場合,砂礫の分級による交互砂州の発達抑制が水みち深さに影響を与える.ダムによる放流や排砂等の人為的インパクトが河道の変動に及ぼす影響を明らかにすることは,近年の河川環境を土砂管理の面から検討する上で重要である.本研究は,交互砂州から小流量によって発達した水みちを対象として,上流からの流量や土砂供給量の変化が水みちの変動に及ぼす影響を明らかにするとともに,この過程に及ぼす混合砂礫の分級効果を検討することを目的としている.本年度は一様砂河床を対象として,流量一定の下で土砂供給量を矩形状(Case A)および三角形状(Case B)に変化させた場合と,土砂供給量一定の下で流量を矩形状に変化させた場合(Case C)について,これらの条件が水みちの変動過程に及ぼす影響を検討した.得られた結果を以下に要約する.1.Case Aでは土砂供給期問と無供給期間で顕著な河床上昇/低下を示すが,Case Bでは顕著ではなく,変化速度も比較的小さい.2.CaSe Aでは,土砂供給期間で水みちの分岐と蛇行波長の減少および無供給期間で水みちの統合と蛇行波長の増加が生起する.一方,Case Bでは水みちは絶えず変動し,土砂供給の増減に対する系統的な傾向は見られない.4.河床の上昇/低下が起こっている区間では水みち深さは変動する.これは河床上昇/低下の程度とその変化速度の影響を受けており,とくにCase Aでは土砂供給期間での増加と無供給期間での減少が顕著に現れる.

5.Case Cでは,大流量期間で浮州が減衰,水みちは埋め戻され,小流量期間で浮州が発達,水みちは安定化する.6.水みちの蛇行波長は大流量期間で減少.小流量期間で増加する.また,水みち深さは大流量期間で増加.小流量期間で減少する.今後,さらに条件を拡大するとともに,混合砂を用いた実験を行う予定である.本研究は,平水時に発達した水みち河床を対象として,流量や土砂供給量の変化が水みちの変動に及ぼす影響を明らかにするとともに,この過程に及ぼす混合砂礫の分級効果を検討することを主眼としている.本年度は混合砂河床を対象として,流量一定の下で土砂供給量を矩形状(Case A)および三角形状(Case B)に変化させた場合と,土砂供給量一定の下で流量を矩形状に変化させた場合(Case C)について,これらの条件および砂礫の分級が水みちの変動に及ぼす影響を検討した.得られた結果を以下に要約する.1.Case Aでは土砂供給期間の河床上昇と土砂無供給期間の河床低下が顕著に現れる,Case Bでは顕著には現れない.また,いずれのケースも河床低下量と低下速度は一様砂河床の場合よりも大きい.これは分級の進行によって水みちの河床表層砂が細粒化するためである.2.Case Aでは,土砂供給期間で水みちは分岐して流れ場は変動するが,土砂無供給期間で水みちは統合して流れ場は安定化する.一方,Case Bでは土砂供給増加期間で流れ場は安定化し,減少期間で変動する.このような現象は分級が発生する混合砂河床の方が時間的な遅れが大きい.3.Case Bのような緩やかな土砂供給は澪筋の固定化を抑制するが,この効果は混合砂河床の方が顕著である.4.Case Cでは,大流量期間で浮州は減衰し,水みちは埋め戻されて流れ場は変動するが,小流量期間で浮州は発達し,流れ場は安定化する.この傾向は河床に粗砂が堆積して形成される浮州が安定な混合砂河床の方が顕著である.5.Case Cにおける流量増減による水みち深さの変動幅は混合砂河床の方が小さく抑えられる.これは,小流量時に河床の粗粒化が進行し,河床洗掘が抑制されるためである.今後、流量および土砂供給量の変動周期が異なる場合の実験を追加し,これらの影響も検討する予定である.本研究は,交互砂州河床から発達した水みち河床を対象として.上流からの流量や土砂供給量の変化が水みちの変動に及ぼす影響を明らかにするとともに,この過程に及ぼす混合砂礫の分級効果を検討することを目的としている.本年度は主として流量および土砂供給量の変化間隔が水みちの変動に及ぼす影響について検討した.すなわち,流量および土砂供給量の変化間隔をこれまでの1/3(水みちの安定化に要する時間以下)とした実験を実施,昨年度までの結果と比較した.得られた結果を以下に要約する.1.土砂供給の変化間隔が長い(当該流量下での水みちの安定化に必要な時間以上)場合は,土砂供給期間での河床上昇に伴う水みちの変動と土砂無供給期間での河床低下に伴う水みちの安定化が明確に現れるが,変化間隔が短くなると河床の上昇・低下は抑制されると共に水みちの埋め戻しが促進され,水みちは変動しながら減衰する.2.土砂供給の変化間隔が長い場合は砂粒子の分級が現象の遅れを促進させるが,これが短い場合は影響が小さい.3.流量の変化間隔が長い(水みちの安定化に必要な時間以上)場合は,大流量期間での浮州の減衰と流れ場の変動および小流量期間での浮州の発達と流れ場の安定化が見られるが,変化間隔が短くなると小流量期間でも流れ場は安定せず,水みちは弱い変動状況を呈する.また,浮州の安定を促進する砂粒子の分級が十分ではないため,水みちの安定化への影響も弱い.4.水みちの変動は,流量および土砂供給量の変化時間と水みちの安定に要する時間の関係の影響を受ける.
大規模ゲノムの可逆的な逆位による表現型スイッチングについて

本研究では、黄色ブドウ球菌において、宿主免疫の回避能力を持つが抗菌薬感性のsmall colony variant型と抗菌薬耐性能力を持つ正常型(large colony variant)の性質の異なる菌が、お互いに頻繁に遷移しながら共存してヘテロ細胞集団を形成することを発見し、この状態が患者に持続感染を引き起こす原因であることを明らかにした。また、そのヘテロ性質の形成と維持は、細菌が過酷な環境に生き残るための生存戦略であることと、その表現型スイッチングとヘテロ性質の形成・維持の遺伝学的メカニズムは、細菌の自己染色体の巨大ゲノムが頻繁に可逆的に逆位することであることを明らかにした。本研究の目的は、黄色ブドウ球菌をモデルとし、大規模ゲノムFlip-Flop逆位による表現型スイッチングのメカニズムを解明することと、それによるヘテロ性質の形成と維持のメカニズム及びその意義を解明することである。本研究は、「大規模ゲノムのFlip-Flop逆位による表現型switching」、という発見に基づいた発展型研究であるため、失敗のリスクは少ないが、年次に再評価が出来るように設計して実行している。具体的な標そして(i)Flip-Flop逆位に関するゲノム構造の解明と調節ファクターの同定;(ii)表現型switchingよるヘテロ細胞集団の形成と維持のメカニズムの解明;(iii)switchingよる各々表現型の発現の遺伝学的メカニズムの解明である。本研究では、黄色ブドウ球菌において、宿主免疫の回避能力を持つが抗菌薬感性のsmall colony variant(SCV)型と抗菌薬耐性能力を持つ正常型(large colony variant,LCV)の性質の異なる菌が、お互いに頻繁に遷移しながら共存してヘテロ細胞集団を形成することを発見し、この状態が患者に持続感染を引き起こす原因であることを明らかにした。また、そのヘテロ性質の形成と維持は、細菌が過酷な環境に生き残るための生存戦略であることも明らかにした。更に、その表現型スイッチング(SCVとLCV間のお互いの遷移)とヘテロ性質の形成・維持の遺伝学的メカニズムは、細菌の自己染色体の巨大ゲノムが頻繁に可逆的に逆位することで生じている現象(Flip-Flop inversion)を発見し、この研究成果を2012年のPNASに発表した。細菌の進化過程において、生き残りをかけたbet-hedging戦略としてのヘテロ性質は、迅速に環境に順応する手段として極めて有益である。上記のSCVは感染初期から持続感染において免疫系を逃れる形態として、抗菌薬に暴露されればLCVとして生き残る形態に変化して、生き残りをかけた戦術を展開している。この様な現象は他菌種を含めて表現系としては捉えられていたが、遺伝学メカニズムは謎のままであった。本研究を通じて、ヘテロ性質として、β-ラクタム薬耐性と感性、溶血毒素の産生と非産生が同一菌で生じる事を詳細に検討し、そこにSCVとLCVが深く関与している現象を発見した。さらに、このSCVとLCVの遺伝学メカニズムがFlip-Flop inversionである事を突き止め、世界的で初めてSCVとLCVの遺伝学的メカニズムを解明した。細菌が環境変化に応じて、自己染色体の巨大ゲノムのスイッチングを介し、生き残りに適した表現型を生じることで、再燃や難治性の原因に寄与していると考えられる。今年度実行目標の4つのうち、『「1」ゲノムFlip-Flop逆位の機構の解明;「2」ゲノム逆位を調停するファクターの同定』は完成した。また、『「3」自己触媒反応のメカニズムの解明;「4」Flip-Flop逆位が細菌に与えた影響を解明』もほぼ完成している。研究の達成度についてですが、当初計画通り進んでおり、最終年度の計画は、予定通り進んでいる。研究成果の発表状況:これまでの研究は、計画の通りに進んでいる。25年度に最終年度を向かう本研究は、また以下課題が残っている:ゲノム逆位によるβ-ラクタム薬剤高度耐性のメカニズムを解明。ブドウ球菌の於けるβ-ラクタム薬剤高度耐性は、臨床現場から見ても、古くから大きいな問題である。今年度は、この問題の解決を向かって、多方面的なアプローチで研究を進めたい。例えば、ゲノム逆位がもたらしたβ-ラクタム剤耐性株(LCV)の個々の遺伝子と、β-ラクタム剤感受性株(SCV)の機能変化を比較研する。また、今まで同定されたβ-ラクタム剤の高度耐性化に関連する遺伝子(現在7数個遺伝子が当研究で同定されている)との関係も追求する。もう一つの課題は、他の菌種におけるゲノムの可逆的な逆位について調査である。ゲノム逆位は、他の菌種でもよく見られる現象であり、同様の逆位が起こっている可能性は十分に考えられる。また、本研究の実行中、新たにゲノム逆位がブドウ球菌の持続感染に直接関与しているエビデンスを発見したので、追求して行きたい。昨年度の実験を評価しながら、引き続き以下を推進する。1.自己触媒反応のメカニズムの解明:

まず、ゲノム逆位の2状態のSCVとLCVの共存・競争関係(ヘテロ性質)の解析。引き続き、クオラムセンシング(quorum sensing,QS)系統の関与を調査。2. Flip-Flop逆位が細菌に与えた影響を解明:ゲノムFlip-Flop逆位がもたらす表現型の変化のメカニズムを解明する。同時に、細菌に与える生物学的影響を明らかにする。方法は、安定したSCV、LCV株(作製した変異株)及びモデル株(Mu50WのSCVとLCV)を用いて行なう。特に、昨年度の(前頁)SCVとLCV株におけるトランスクリプトーム、プロテオームの実験結果を踏まえながら、ゲノム逆位がもたらす細菌の生理、生化、生物学的な変化を明らかにする.研究費の使用は、当初計画の通り、主に研究消耗品の購入と研究発表費に使う計画である。また、今年度は研究成果の発表(論文と学会発表)に積極的に取り組みたいので、当初計上した費用を少し変更する可能性がある。しかし、全体的な予算の枠は変更しないで実行して行きたい。研究費の使用は、前年度と同じく、75%以上を研究消耗品の購入に使う。今年度は研究成果の発表(論文と学会発表)に積極的に取り組みたいので、当初計上した費用が少し足りないかもしれません。また、勤務先の変更(順天堂大学から、北里大学への移動)に伴い、研究の実行には全く支障が無いが、文房具関係の消耗品の出費は少し増える見込みである。しかし、当初計画書に計上した金額を大幅超えることは無いと考えている。
鳥類の歌の進化に見られる遺伝と文化の相互作用

日本でペットとして親しまれているジュウシマツは、中国南部に生息する野鳥のコシジロキンパラを家禽化したものである。家禽化の歴史は240年ほどであるが、ジュウシマツとコシジロキンパラは外見が大きく異なるだけではなく、歌(さえずり)の音響構造・文法構造にも大きな違いがある。コシジロキンパラの歌は線形で単純だが、ジュウシマツの歌は有限状態文法で表現できる複雑さを持っている。コシジロキンパラが家禽化されることによって、野外における捕食等の淘汰圧が無くなり、そのためメスによる選択(性淘汰)が歌を複雑化させる要因になったとの仮説を立て、その結果生じたであろう遺伝と文化の相互作用をフィールドワークとラボワークにより解明することがこの研究の目的である。ジュウシマツの歌を制御する大脳の神経系の一部を破壊することで、ジュウシマッの複雑な歌をコシジロキンパラのような単純な歌に変えてしまうことができる。このことから、両亜種の歌制御系には遺伝的な差異があるはずだ。ジュウシマツとコシジロキンパラのヒナを入れ替えて育て、それぞれが他亜種の歌をどのくらい学習できるのかを検討した。結果、ジュウシマツはコシジロキンパラの歌を完全に学習したが、コシジロキンパラはジュウシマツの歌の急激な周波数変調や複雑な時系列パターンの学習に困難があった。すなわち歌学習における遺伝的な制約を発見したのである。歌学習の遺伝的制約に関連する遺伝子を同定するため、5000クローンのcDNAマイクロアレイを作成し、両亜種の脳における遺伝子発現の違いを検討した。そこで検出された候補遺伝子についてin-situ hybridization法により脳内分布を調べた。結果、NMDA受容体のサブタイプが大脳基底核において、PKCのサブタイプが大脳古外套において、分布の差異を示した。日本で飼い鳥として親しまれているジュウシマツは、東南アジアの野鳥コシジロキンパラを240年前に輸入し家禽化したものである。コシジロキンパラの求愛のさえずり(歌)は非常に単純であるが、ジュウシマツの歌は複雑な文法構造を持っており、有限状態文法で記述できる。われわれは、ジュウシマツの歌は、家禽化によって捕食圧がなくなり、メスの好みがストレートに反映された結果、複雑化したのであると仮定している。歌は生得的な制約にもとづき学習により成立する行動であるから、ジュウシマツとコシジロキンパラには、遺伝的な差異と文化的な差異があると考えられる。平成14年度は、台湾におけるフィールドワークを行い、台湾のコシジロキンパラの地鳴きとさえずりを録音した。結果、地鳴きはジュウシマツと大差ないが、歌は単純であることがわかった。ある一地域におけるコシジロキンパラの歌は、ほとんど個体差が認められなかったが、個体によっては地鳴き成分を歌の最後に取り入れたものがあった。また、歌の複雑さで繁殖成功度が変化するかどうかを知るため、ジュウシマツとコシジロキンパラをそれぞれ20羽ずつ大ケージで飼育して自由に繁殖させた。DNA指紋法による親子判定を可能にするため、ジュウシマツとコシジロキンパラよりマイクロサテライトDNAを8つ分離したが、これだけでは親子判定は可能ではなかった。さらに、ジュウシマツとコシジロキンパラのヒナを入れ替え、学習可能性を探る実験を行っている。結果、コシジロキンパラはジュウシマツの音韻と文法を完全には学習できないようであることがわかった。以上の結果をもとに、さらに脳で発現する遺伝子の差異等も含めた研究に発展させる予定である。こうした研究をとおして、行動における遺伝と文化の相互作用についての知見が深まることが期待される。愛玩鳥としてよく知られるジュウシマツは、東南アジアの野鳥であるコシジロキンパラが家禽化されたものである。