hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ガンマ線バーストの火の玉光球モデルによる米徳関係式の起源の研究

継続時間の長いガンマ線バーストLGRBのみに成立すると考えられていた米徳関係式が継続時間の短いSGRBに対しても成立する事を発見した。この関係式の相関係数は0.98で偶然に成立する確率は10万分の1程度である。この関係式を使い、72個の明るいSGRBの赤方偏移を決定して、SGRBの発生率が地球の近傍で最低年間Mpc立方内で1000万分の1である事を導いた。SGRBは我が国のKAGRA等の重力波の検出器の最重要なターゲットで、上のSGRBの発生率を元に、重力波の検出数が最低でも年間4イベント程度、多い場合は600イベント程度期待出来る事を予想できた。そして、早ければ2015年にも検出される。米徳関係式をreducedχ2が1に近い関係にする為にADCL(Absolute Deviation from Constant Luminosity)という量を導入した。36個の精度の良い観測データを持つ継続時間の長いLGRB(Long Gamma Ray Burst)を解析対象に選んだ結果、ADCLが0.17より大きいか小さいかの2つのグループで異なる大きさを持つ改良型米徳関係式が得られることが解った。それらは、Luminosity Time TL=Eiso/Lpを用いてLp=10**52.53erg/s (Ep/10**2.71keV)**1.84 (TL/7.2s)**0.29とLp=10**52.98erg/s (Ep/10**2.71keV)**1.82(TL/7.2s)**0.85で与えられるが、それぞれのreducedχ2は10.93/14と7.58/8という精度の良いものである。これはセファイド変光星で見られるような2つの種族が存在することを意味しているが、今後はそれが何に対応するのかを明らかにする必要がある。ガンマ線バーストには継続時間の短いSGRB(Short Gamma Ray Burst)が存在するが、SGRBが米徳関係式を満たすかどうかは未解明であった。その理由は多くのSGRBは暗いのでRedshiftが不明であったり、光子数が少ない為にスペクトルのピークEpが決まらなかったのが大きな理由である。2012年までにredshiftとEpの決まった8つのSGRBを解析した結果、SGRBも米徳関係式を満たすことが解った。その関係式はLp=10**52.29erg/s (Ep/774keV)**1.59で与えられ、その相関係数は0.98で偶然確率は1.5x10**(-5)である。LGRBの米徳関係式より5倍暗いので、その起源の解明が必要である。ガンマ線バースト(GRB)には継続時間が1秒程度のSGRBと継続時間が30秒程度のLGRBの2種類があって、SGRBは中性子星の連星、LGRBはヘリウム層まで剥がされたWolf-Rayet星を起源とする説が有力である。しかし、最近、継続時間が極めて長く1万秒にも達するGRBが見つかりだし、Ultra-Long GRB(ULGRB)という新しいクラスが存在する事が明らかになった。そこで、今年はこのULGRBの起源の研究を行った。極めて興味深い事にGRB121027AというULGRBはLGRBの米徳関係式に従う。我々は金属量が少なくて水素の外層を質量放出で失わない、いわゆる青色巨星起源を提案した。この場合、外層の自由落下時間が丁度継続時間の1万秒位になる。また、中心のブラックホールから発生したジェットが作る熱いcocoonが10日後くらいに超新星の100倍くらい明るいSuper-Luminous超新星を起こす事も明らかにした。この予想は観測事実と信じられないくらいに一致する事が分かり、国際会議でも注目された。米徳関係式に関しては、応募時までにそれがGRBの観測データの性質に依存しないかどうかを調べた結果、観測fluxに対する依存性や赤方偏移による進化効果は少ないことが判っていた。しかし、それでも光度の対数にして0.33程度のsystematic errorが存在した。そこで、より精度の良い関係式を得るためいくつかの改善を行った。(1)cut off power lawではなくBandスペクトルのみのデータに絞る。(2)peak luminosity(Lp)を求めるのに観測者系ではなく、GRBの固有系で同じ時間あたりの値に統一する。(3)peak energy(Ep)が10%以下の精度の良いデータに絞る。(4)Luminosity Time(TL=Eiso/Lp)と言う新しい変数も関係式に考慮に入れる。

(5)例外のない法則はないと言われるが、いわゆるoutlierを恣意的ではなく系統的に取り除く方法をRobust統計をもとに確立した。以上のような改善をした結果、reduced kaiが12.16/9なる精度の良い関係式Lp=10**52.5*(Ep/10**2.65keV)**1.9*(TL/10**0.95)**(-0.12)を得た。次にさらなる米徳関係式の改善を進めた。そのためにADCL(Absolute Deviation from Constant Luminosity)と言う新しいGRBのparameterを提案した。これは、時間変動の激しいGRBに対して積算光度を考え、それが一定の光度から大きく離れているかどうかという事を表わすものである。その結果ADCLが0.17より大きいか小さいかでセファイド変光星のように2つの米徳関係式が得られそうだということを発見した。またこれらはそれぞれreduced kaiが11/14, 7.6/9という大変精度の良い関係式である。継続時間の短いガンマ線バーストSGRBのスペクトルのピークの値Epと光度LpにLp=A*Ep**nと言う米徳関係式が成立する。Aの値はSGRBでは継続時間の長いLGRBの0.2倍であることを昨年の研究で明らかにした。そこで、今年度はSGRBの米徳関係式の応用を行った。SGRBで赤方偏移が判明しているのは少なくて、せいぜい20個程度であるので、その形成率ははっきりしていない。ところが、BATSEと言う衛星は1990-2000年の間に約800ものSGRBを検出している。そこで新たなSGRBの米徳関係式を使うと、赤方偏位zを決める事が出来る事に着目した。具体的には光子数が多くて、Epを精度良く決められる明るい72個のSGRBの赤方偏移zを決めた。これに基づき、現在z=0でのSGRBの最小の発生率が1.15(+0.56 -0.66)x10**(-7) evens Mpc**(-3)/yrである事が解った。SGRBは連星中性子星(NS)やNSーBH(ブラックホール)連星が起こすと言うのが有力な考えであり、2015-2019年頃までには我が国のKAGRA等の第2世代重力波干渉計がその重力波を初検出すると考えられている。SGRBは開き角6度くらいのジェットと考えられているので、KAGRA等はSGRBがNS-NSの場合、最低年間4イベント、まNS-BHの場合146イベントSGRBからの重力波を検出することが判明した。明るいSGRBだけをデータ解析の対象にしているので、実際はこの4倍程度のNS-NSの場合16イベント程度、NS-BHの場合600イベントくらい検出が期待される。NS-BHはNS-NSより質量が大きいので遠くても重力波が検出可能であるのが重要で、SGRBのほんの10%がNS-BHでもイベント率は年間70イベントくらいになる。相対論的天体物理学米徳関係式を理論的に解明するのが本研究の最終目標である。今年度は、LGRBに対してはADCLの値に応じて2つの改良型米徳関係式が存在することが示せた。それぞれのreducedχ2は1に近くまさに関係式と呼べるものになった。
正常子宮内膜および内膜癌におけるhepsin,maspinの発現:性ステロイドの役割

子宮内膜癌の発生頻度は、近年わが国において急速に増加しており、その発生・進展機序の解析はきわめて重要である。本研究は、従来の当研究室における研究成果を基盤として、外国人特別研究員Atia A.Hamid博士と共同して、子宮内膜癌に関する研究を行った。セリン・プロテアーゼのhepsinおよびセリン・プロテアーゼ阻害因子のmaspinは、近年、癌の発生・進展に重要な役割を果たすことで注目されている。そこで、正常子宮内膜36例、内膜癌50例でこれらの発現を免疫組織学的に検討し、性周期との関連性および癌の臨床病理学的所見と比較した。正常子宮内膜ではhepsin、maspinともに、その腺上皮細胞の核内に中等度陽性に発現しており、性周期による明らかな変化は認められなかった。子宮内膜癌のmaspinの発現をみると、進行期I期の癌では一般にその発現が弱く、ほとんど陰性の症例もみられ、合わせて70%が陰性または弱陽性であった。すなわち、maspin発現は癌化の過程で減弱化すると考えられた。ところが、進行期が進むにつれてmaspin発現は中等度陽性例が増加し、IIIV期では全体として中等度ないし強陽性例が逆に60%を占めていた。また、組織学的gradeでもG1症例に比し、G2-3症例でmaspin発現が増強する傾向が認められた。hepsin発現の検討については抗体が手に入らない事態となったためpreliminaryな結果であるが、ほぼmaspin発現と同様の傾向がみられている。以上の結果から、子宮内膜癌の発生過程において、hepsin, maspinともに、いったんは発現が低下するが、進展および脱分化とともに再び両者ともに発現が増強し、癌の進展に関わっている可能性が示唆される。子宮内膜癌は婦人科悪性腫瘍の中で最も頻度の高い疾患の一つであり、本邦における罹患患者数は最近急速に増加してきている。その発生や進展には従来より、卵巣ホルモンであるエストロゲンが関与しているとされているが、その分子生物学的機序はいまだ不明であり、その解明は急務といえる。Hepsinは細胞膜結合型のセリン・プロテアーゼで癌での発現亢進が報告され、一方、Maspinはセリン・プロテアーゼ阻害因子であり、癌抑制遺伝子としての役割が注目されている。子宮内膜癌発生におけるこれらの因子を役割を解析する目的で、正常内膜および内膜癌における発現を解析した。とくに今年度はMaspinの発現を詳細に検討した。正常子宮内膜では、Maspinは腺上皮細胞の核内にその発現が認められ、月経周期による発現レベルの変動は認められなかった。子宮内膜癌のうち、進行期I-II期で高分化型G1-G2の類内膜腺癌では発現レベルがきわめて低く、一方、進行期III-IV期、あるいは低分化型G3の類内膜腺癌では逆に高い発現が観察された。以上より、Maspinは癌化の初期段階では癌抑制遺伝子としての動きを示すものの、癌の進展とともに発現が亢進するというparadoxicalな変動を示すことが明らかとなった。Maspinの正常内膜における働き、および癌の発生や進展における役割に関して、今後さらに研究を進めていく必要がある。
MCPyV感染実験系樹立とMCPyV陽性メルケル細胞癌の発癌機序に基づく治療

感染性腫瘍疾患の一つの病理として「Merkel細胞癌とMerkel細胞ポリオーマウイルス」に関する総説を著した(病理と臨床2018.36:179-184)。メルケル細胞癌とその腫瘍微小環境におけるトリプトファン代謝経路の因子の発現とMCPyV感染状態や予後との間に相関があるとした報告は、とても高い関心を集めている。メルケル細胞癌におけるNOTCHシグナル発現に関しても、NOTCH3発現が独立した予後因子であるとのたいへん有益な知見を報告できた。メルケル細胞ポリオーマウイルス感染によるinterleukin-1 activation loop model誘導が、ランゲルハンス組織球症やランゲルハンス細胞肉腫の発生の引き金になる可能性があることを記したのもとてもユニークで興味深い。しかし、「メルケル細胞ポリオーマウイルス陰性のメルケル細胞癌では、ヒストンH3K27me3修飾が低下する」ことを第107回日本病理学会総会、札幌、2018に報告したが、まだ、論文投稿に至っていない。また、困難が予想されたメルケル細胞ポリオーマウイルスの分離とそのウイルスによるin vitroでの培養細胞を用いた実験的ウイルス感染系システムの構築が、いまだに成功していない。最後の年度になるので、これまでに学会発表をしただけで論文として掲載できていない成果について、できるだけ速やかに論文を投稿して掲載できるように努力する。メルケル細胞癌におけるmismatch repair (MMR)に関与する遺伝子、MLH1, MSH2, MSH6, PMS2の発現とメルケル細胞ポリオーマウイルス感染や予後との相関を検索する。腫瘍免疫に関与する重要な因子であるMHC class Iの発現とメルケル細胞ポリオーマウイルス感染や予後との相関を検索する。現在、最新の免疫療法として脚光を浴びている免疫チェックポイント阻害療法がある。その基盤としてT細胞表面に発現する受容体の免疫反応を抑制するprogrammed dath 1(PD-1)と抗原提示細胞や腫瘍細胞上に発現するリガンドのprogrammed cell death ligand 1(PD-L1)のメルケル細胞癌と浸潤炎症細胞における発現状態とメルケル細胞ポリオーマウイルス感染や予後との相関を検索する。メルケル細胞ポリオーマウイルス感染培養細胞系の樹立に、引き続き努力して取り組む。皮膚のメルケル細胞癌(MCC)の多くがポリオーマウイルス(MCPyV)関連神経内分泌癌であると近年判明している。MCCの予後不良に関与する分子生物学的異常については十分解明されていない。SWI/SNF複合体はクロマチン構造の改変に関わる蛋白群で、癌抑制因子としての機能を持ち、その異常が多くの腫瘍の発生や進展に関わることが知られている。我々はMCCにおけるSWI/SNF複合体構成蛋白の発現異常と、それらが予後を含めた臨床病理学的因子に及ぼす影響を検討した。MCCの50例(MCPyV陽性30例,陰性20例)に対しBRG1, BRM, INI1, ARID1Aの免疫染色を施行し、発現の消失・減弱と臨床病理学的因子との比較を行った。BRG1, BRM, INI1, ARID1Aの消失・減弱はそれぞれ5例(10%), 2例(4%),0例,0例で見られた。BRG1の消失・減弱例とそれ以外との間で年齢、性別、病期、MCPyVの有無、予後を比較したが有意な差は認めなかった。MCCにおけるSWI/SNF発現異常の寄与は少ないと考えられる。これから発表の準備中の研究で面白い結果が出つつある。1.メルケル細胞癌(MCC)のMCPyVの有無で、腫瘍細胞の形態やシグナル伝達遺伝子変異や発現の差異がある。遺伝子発現やクロマチン状態は、ヒストン修飾を始めとしたエピジェネティックな制御を受けるが、今回、MCCにおける、転写抑制性のヒストン修飾であるH3K27me3の有無とMCPyV感染や予後との相関を検討した。MCC 42例(MCPyV陽性20例/陰性22例[扁平上皮癌合併17例])を用い、H3K27me3の免疫染色を行った結果、H3K27me3修飾はMCPyV陽性例に比べ陰性例は有意に低下し(p=0.001)、特に合併扁平上皮癌のない陰性例に比して合併陰性例で、有意に低下(p=0.002)していた。H3K27me3の修飾と予後に関連性は認めなかった。MCPyVの有無でH3K27me3の修飾状態が異なることを明らかにした。2.Indoleamine 2,3-dioxygenase-1 (IDO1)はトリプトファンをキヌレニン経路へ代謝する律速酵素である.IDO1活性の結果として局所トリプトファンの枯渇あるいは細胞毒性を有するトリプトファン代謝産物増加によりT細胞やNK細胞の機能を制御し,腫瘍,ウイルス感染症等でIDO1が免疫制御因子としての重要である。MCCのウイルス陽性群と陰性群では、腫瘍細胞でのIDO1発現が異なり、予後とも関連することを明らかにしている。しかし、腫瘍微小環境における発現には有意差がなかった。IDO1発現が高いと予後不良であることを初めて明らかにした。

メルケル細胞癌におけるNOTCHシグナル発現に関しても、NOTCH3発現が独立した予後因子であるとのたいへん有益な知見を報告できた。メルケル細胞ポリオーマウイルス感染によるinterleukin-1 activation loop model誘導が、ランゲルハンス組織球症やランゲルハンス細胞肉腫の発生の引き金になる可能性があることを記したのもとてもユニークで興味深い。しかし、「メルケル細胞ポリオーマウイルス陰性のメルケル細胞癌では、ヒストンH3K27me3修飾が低下する」ことを第107回日本病理学会総会、札幌、2018に報告したが、まだ、論文投稿に至っていない。また、困難が予想されたメルケル細胞ポリオーマウイルスの分離とそのウイルスによるin vitroでの培養細胞を用いた実験的ウイルス感染系システムの構築が、いまだに成功していない。1.免疫調節因子のIDO1と同じトリプトファン代謝経路でのTDO2酵素、キヌレニン、これらの標的であるaryl hydrocarbon receptor(AhR)の発現とMCCにおける腫瘍と腫瘍微小環境における発現と腫瘍ウイルスや予後等の臨床病理学的因子との相関を明らかにしたい。2.同時に免疫調節因子として有名なPD-1, PD-L1のMCCでの発現とウイルス感染や予後などの臨床病理学的因子との相関を検索する。3.MCCの発癌機序としてDNAミスマッチ修復機構に関与する遺伝子産物のMLH1, MSH2, MSH4,PMS2の発現の有無とウイルス感染や予後などの臨床病理学的因子との相関を検索する。4.MCPyV感染のin vitro実験系の樹立に向けて試行を行う。5.今まで学会発表しているが論文掲載に至っていないデータをできるだけ英文原著として投稿して掲載につなげる。最後の年度になるので、これまでに学会発表をしただけで論文として掲載できていない成果について、できるだけ速やかに論文を投稿して掲載できるように努力する。メルケル細胞癌におけるmismatch repair (MMR)に関与する遺伝子、MLH1, MSH2, MSH6, PMS2の発現とメルケル細胞ポリオーマウイルス感染や予後との相関を検索する。腫瘍免疫に関与する重要な因子であるMHC class Iの発現とメルケル細胞ポリオーマウイルス感染や予後との相関を検索する。現在、最新の免疫療法として脚光を浴びている免疫チェックポイント阻害療法がある。その基盤としてT細胞表面に発現する受容体の免疫反応を抑制するprogrammed dath 1(PD-1)と抗原提示細胞や腫瘍細胞上に発現するリガンドのprogrammed cell death ligand 1(PD-L1)のメルケル細胞癌と浸潤炎症細胞における発現状態とメルケル細胞ポリオーマウイルス感染や予後との相関を検索する。メルケル細胞ポリオーマウイルス感染培養細胞系の樹立に、引き続き努力して取り組む。購入予定していた物品は、輸入手続き等で時間がかかりすぎて年度内に購入することが不可能と判明したためで、また、次年度に新しい大学院生が加わることが確定して、その学生の研究のために資金を用意する必要があったために次年度使用額が発生した。新しい大学院生の研究課題について早めに予算を執行するように努める。
産業看護ケア評価ツールの開発に関するアクション・リサーチ

本研究の目的は、産業看護ケアを評価する指標を開発することである。産業看護職、産業看護ケアの対象者である事業主・労働者へのインタビュー調査を実施した結果、産業看護職への期待、必要としているサポートが明らかとなった。インタビュー結果をもとに、産業看護ケアの評価指標を開発した。さらに、事例検討を通じて、産業看護ケア評価ツールを活用したケア評価を実施した。今回作成した評価ツールは、他職種や事業主など産業看護職以外の人々が質の高い産業看護ケアが提供できているかを客観的に把握することを促進するツールであることが確認された。本研究は、質の高い産業看護ケアを実践するために、産業看護ケアを評価する評価ツールの開発とそのツールを活用した評価-改善のサイクルが効果的に稼動する評価システムの構築を全体構想としている。今回は、ドナベディアンモデルの質評価の枠組みを用い、構造、過程、結果の3つの側面から産業看護ケアを評価する評価指標を開発し、広く活用できるように標準化することを目的とする。本研究の最大の特色は、実際に現場で活躍している産業看護実務者とのアクション・リサーチにより得られた当事者のニーズを基本としていくことである。産業看護ケアの構造化のための文献レビューや産業看護職、産業看護ケアの対象者である事業主・労働者へのインタビュー調査の結果、産業看護職への期待、必要としているサポートが明らかとなった。これらのインタビュー結果をもとに、インタビュー対象者と研究者が参加するグループディスカッションを3回開催し、ドナベディアンモデルの質評価の枠組みを用い、構造・過程・結果の3つの側面から産業看護ケアの評価指標の分類、整理を試みた。3つの側面の具体的な内容として、1)質の高い産業看護ケアを提供する場を表す「構造指標」、2)質の高い看護ケアを提供していることを示す「過程指標」、3)質の高い看護ケアの結果として対象に現れる「結果指標」に関する指標項目が挙げられた。来年度は引き続き、グループディスカッションによる産業看護ケアを評価する指標項目の検討と実際の産業現場にて産業看護ケア評価ツールを活用したケア評価を実施する予定である。その後、グループフォーカス・インタビューを継続的に開催し、産業看護ケアを評価する指標項目の検討とグループに参加した産業看護職から提供された事例検討を通じて産業看護ケア評価ツールを活用したケア評価を実施した。今回作成した評価ツールにより、他職種や事業主など産業看護職以外の人々が質の高い産業看護ケアが提供できているかを客観的に把握することを促進するツールであることが確認された。
金属・半導体ヘテロ構造における光トラッピングとエネルギー伝達の解明

本研究は、超短波パルス光を用いた時空間分光計測を用いて、ZnO系単一量子井戸内の励起子と、金属ナノ構造近傍に共鳴誘起される局在プラズモンとの動的共鳴現象を解明した。量子井戸内の励起子発光の時間分解分光から、量子井戸と金属間のエネルギー移動が観測された。この現象は、量子井戸内の電子・正孔対の再結合過程が、金属ナノ粒子の存在に強く影響されることを示唆する。半導体層(量子井戸)と金属層間のエネルギー共鳴に必要な時定数は、1.2ns-1である。半導体(励起子)と金属(プラズモン)の光相互作用が可能な空間距離は、40nm程度である。本研究は、超短波パルス光及び近接場光を用いた時空間分光計測技術を用いて、ZnO系単一量子井戸内の励起子と、ナノスケールサイズの金属ナノ構造近傍に共鳴誘起される局在表面プラズモンとの動的共鳴現象に関する諸特性の解明を目指した。近年、局在表面プラズモンを応用したナノ光デバイスは、之までの光半導体工学を凌駕する光技術の創製に寄与する。特に、光励起下で量子井戸内に生成される電子・正孔対(励起子)と表面プラズモンとの動的相関科学は、高機能な発光・受光素子、光電変換及び光アンテナ技術の開発に向けて重要な基盤技術に相当する。本研究において、量子井戸内の光生成された励起子が、局在表面プラズモンとの間で起きる動的共鳴現象を示す研究結果を得た。量子井戸内の励起子発光の時間分解分光(TRPL)から、量子井戸から金属へのエネルギー移動が観測された。この光学現象は、量子井戸内の電子・正孔対の再結合過程が、金属ナノ粒子の存在に強く影響されている。半導体層(量子井戸)から金属層へのエネルギー伝達に必要な時定数は、約1.2 ns-1である。半導体(励起子)と金属(プラズモン)の光相互作用が可能な空間距離は、約40nmであった。故に、金属・半導体ヘテロ構造におけるプラズモン・励起子間の光結合の存在を明らかにした。平成23年度は、金属伝導酸化物ナノ粒子を用いて近赤外域における発光増強を目指した。1021 cm-3程度の電子密度を有するIn2O3: Snナノ粒子の局在表面プラズモンに伴う電場増強を利用し、ZnO内に添加したEr3+イオン(発光中心)からの近赤外光の増強に成功した。高電子密度を有するIn2O3:Snナノ粒子は、近赤外領域において、粒子内の自由電子によるコヒーレント振動が生じ、粒子表面にプラズモン効果が誘起される。このプラズモン励起は金属ナノ粒子の局在表面プラズモン励起のメカニズムで説明でき、電子密度が金属と比較し、1桁程度小さいためプラズマ周波数が近赤外域にシフトする。酸化物ナノ粒子のプラズモン共鳴は、理論的及び実験的考察から検証され、単一ナノ粒子に起因するプラズモン共鳴効果であることを確認した。一方、近赤外の発光は、Er3+の希土類イオンを用いて、1560 nmの光放出を示す発光層(ZnO: Er3+)をパルスレーザー堆積法により作製した。発光増強の検証として、ZnO:Er3+の発光層の直上に金属伝導酸化物ナノ粒子をスピンコーティング法を用いて積層させたヘテロ構造体を用いた(透過電子顕微鏡により同定)。発光分光は、He-Cdレーザー(325 nm)を用いて、発光層を励起させ、InGaAs検出器により計測した。金属伝導酸化物ナノ粒子のある領域と無い領域の分光比較を行うことで発光増強を確認にした。一般的に、単一ナノ粒子における電場増強は小さいが、ナノ粒子が集密化することで、粒子界面において極めて強い電場増強が発現する。本研究で観測された発光増強は、この粒子界面で機能する近接場増強が関与していることが示唆される。本研究では、金属・半導体ヘテロ構造における光エネルギー移動のメカニズムの解明を主眼とする。故に、金属と半導体層から成るヘテロ構造体の形成、及び光増強効果の観測が最初の研究段階となる。ナノ構造体表面上に誘起される局在表面プラズモンの光学的性質は、理論的・実験的考察から解明され、粒子表面上に誘起される電場増強は、電子密度と強く関連する。Mie理論に基づいた計算された電場増強度は約4倍程度であり、銀ナノ粒子の4分の一程度に留まる。しかし、ナノ粒子を集密化させた場合、粒子同士が接触し、その結果として粒子界面に強い電場増強が出現する。この近接場効果が近赤外域における発光増強に寄与したと思われる。近赤外域における光学応用は極めて重要であり、この光学帯域における光学増強は重要である。

研究実績報告書から、ヘテロ構造体の作製や、発光増強の観測が達成され、メカニズムの解明に繋がる初年度研究成果として十分に達成した。今後は以下の2点に集約して研究を実施する。最初は、初年度に観測された近赤外発光増強の起源解明を行う。近赤外域における時間分解分光法を適用し、発光ダイナミクスを計測し、プラズモンとフォトンとの光結合の相互作用を解明する。発光層からの光エネルギーを金属層へエネルギー伝達する仕組みを明らかにする。一方、金属層から半導体層へ光エネルギー輸送に関する研究も同時に展開する。光電変換や受光デバイスの効率向上に向けて、金属ナノ構造表面上の電界増強を活用する。この場合、金属ナノ構造表面上に外部光のエネルギーを局所的に集中・増幅させる(光アンテナ現象)メカニズムの明らかにする。次年度の研究費の使用は、主に金属ナノ構造の加工を実施すべく、ナノインプリント用のモールド形成や、電子線リソグラフィー加工の使用料等に捻出する。特に、光電変換や受光デバイス等の光電機能とプラズモンとの融合の研究に対して、研究費を使用する。分光測定等の機器類に関する使用は予定していない。また、国内会議の出張、及び国際誌への論文投稿費用に使用する。
都市農村交流に対応した果樹園芸経営の多角化方策とその展開方向

1)農業経営活動の多角化のための、これまでの農家像に関する検討を行い、従来の農家=農業生産という図式から、経営活動領域(ドメイン)の拡大の必要性を明らかにした。次いで、農家経営の多角化を明示的に扱う概念的フレームワークを提示して、農業経済学の領域の拡大を図った。2)農村ツーリズムが誕生した社会的背景を総括し、農村ツーリズムを新旧二つのタイプに区分してその特徴を整理した結果、わが国の農村ツーリズムが新旧の移行期にあることを明らかにした。3)都市農村交流の展開を踏まえて、中山間地域における農村ツーリズムによる活性化の可能性を、リカード比較優位論を用いて考察し、農村ツーリズムの需要者の特性分析を行った。4)多面的機能のビジネス化という観点から、実際の農村ツーリズムに取り組む先駆的な一戸の農家の経営展開過程を探ることで、多面的機能がビジネス化される過程を考察した。先駆的な一農家を対象とする事例的考察から多面的機能のビジネス化を製品イノベーションととらえて、その特徴を明らかにし、多面的機能による外部効果の経営内での内部化を支援する政策的設計が必要であることを明らかにした。5)もぎとり観光果樹園を対象としたアンケート調査結果データから、農村道路整備の影響評価を行った。その結果、道路整備が直売所の設置や来客の集客力の向上に貢献し、農業経営の多角化にとって道路整備の効果が従来の農業生産のみの場合と比べて大きいことを明らかにした。6)イタリア中部のウンブリア州におけるアグリツーリズム農家の活動を分析した結果、直売品目の多角化やベッド数の拡大など多角化が進んでいることを明らかにした。本課題は、もぎ取りなど観光果樹園の展開している群馬県沼田市の果樹農家を対象にしたアンケート調査を実施して、インフラストラクチャーとしての道路整備が観光果樹園の展開にどのような影響を及ぼすのか、両者の関係をその調査結果を分析することによって実証的に明らかにして、道路などの農村インフラストラクチャー整備が、農業経営の新しい可能性に貢献する意義を考察する。この点からの分析評価は,これまでほとんど皆無といってもよい。そこで,本年度は,まず,道路整備と農業経営多角化の関係をとらえる概念的フレームワークを考察した。そして,もぎ取りなど観光果樹園の展開している群馬県沼田市の果樹農家を対象にしたアンケート調査結果から,道路整備が観光果樹園の展開に及ぼす影響を実証的に明らかにした。結果の要点については、以下のとおり。まず、道路の整備の効果について,農業経営の多角化の観点から評価する概念フレームワークを構築した。その概念的考察から農産物のみの場合に比べて,観光農業の場合は,その効果が農業生産に加えて来訪者へも及ぶため需要・供給両曲線でシフトが生じることを明らかにした。次いで,沼田市の観光果樹農園を対象にしたアンケート調査データから,従来の農業生産に比べて,需要面でのシフト効果から観光農業にとって道路整備の効果は,より大きいという結果を得た。しかし,その効果は,地域的に限定されたものであることや,道路整備のもたらす外部不経済について考慮すべきであることも示された。総じて,道路整備が農業経営多角化にもたらす効果の重要性が明らかにされた。本年度の研究実績の概要は、以下のとおりである。1)農村ツーリズムの需要をレジャー行動の中に位置付けて、その一般性と特質を評価した。その結果、農村ツーリズム選好の高まりは、所得効果のみのシフトだけではなく、いわゆる農村地域でのレジャー選好によるシフト効果を考慮すべきではないかと考える。つまり、所得階層の高い人々が対象となる市場でありニッチ市場であることを考慮して、ここでは、この農村ツーリズムへの嗜好シフト効果を「農村選好効果」として規定し、農村ツーリズムの需要には、(所得効果+農村選好効果)が作用していると想定した。言い換えれば、農村選好効果がプラスであるのが、農村ツーリズムの需要と規定した。

2)次にこうした農村選好効果に作用する要因を実証的に明らかにするため、観光旅行行動に関するデータとして、第16回国民の観光に関する動向調査結果個票(日本観光協会、対象全国1994年調査)を用いて、農漁村部での生産活動と関連する旅行行動である潮干狩りおよびもぎ取り農園への宿泊旅行を題材にして、デモグラフィックな要因との関係について、ロジットモデルの計測により解析した。3)その結果、もぎ取り園来訪者は、旅行好きであること、旅行中に感じる不満と、もぎ取り園旅行との正の有意な相関関係が認められ、アウトドア志向と要求するサービス水準の高さとが農村選好効果に強い関連があることが明らかとなった。4)したがって、こうした特性を有する人々が農村選好効果を有し、農村ツーリズムの標的層となりうるということができる。したがって、農村側からの積極的な情報提供と地域資源に立脚した本物らしさ(authenticity)を確保することが重要と考える。以上の分析結果から、農村ツーリズムに関して農業政策のみならず地域レベルで環境政策および観光政策との調和が必要であることを指摘した。本年度の研究実績の概要は、以下のとおりである。1)農業経営活動の多角化のための、これまでの農家像に関する検討を行い、従来の農家=農業生産という図式から、経営活動領域(ドメイン)の拡大の必要性を明らかにした。次いで、農家経営の多角化を明示的に扱う概念的フレームワークを提示して、農業経済学の領域の拡大を図った。具体的には、農家経営の多角化を明確に位置付けるため、農家経営活動の生産物が1種類のみの伝統的な農産物の場合に加えて、サービス財的特徴を有する農村ツーリズム関連財の存在を明示的に考慮した2種類の生産物を前提とすべきであることを提示した。2)農村ツーリズムが誕生した社会的背景を総括し、農村ツーリズムを新旧二つのタイプに区分してその特徴を整理した結果、わが国の農村ツーリズムが新旧の移行期にあることを明らかにした。そして、農村ツーリズムの具体的形態として、わが国の農林漁業体験民宿を対象にし、その稼働率の推計を行い、長期休暇制度の成立していないわが国における今後の展開への課題を明らかにした。3)都市農村交流の展開を踏まえて、中山間地域における農村ツーリズムによる活性化の可能性を、リカード比較優位論を用いて考察し、農村ツーリズムの需要者の特性分析を行った。その結果、農村ツーリズムの需要層の特性が、欧州の先行研究で指摘される高学歴世帯が中心となるという点と同様の結果を得ており、農村ツーリズムの需要者層に関して共通した特徴があることを明らかにした。4)多面的機能のビジネス化という観点から、実際の農村ツーリズムに取り組む先駆的な一戸の農家の経営展開過程を探ることで、多面的機能がビジネス化される過程を考察した。先駆的な一農家を対象とする事例的考察から多面的機能のビジネス化を製品イノベーションととらえて、その特徴を明らかにし、多面的機能による外部効果の経営内での内部化を支援する政策的設計が必要であることを明らかにした。
肥満と概日リズムの関連における免疫栄養学的解析

本研究では、概日リズムに影響を与える睡眠及び食事摂取のリズムが、肥満における免疫・炎症性因子や内分泌代謝因子に与える影響を実験的に明らかにすることを目的とした。C57BLマウスに朝型、夜型、及び自由摂取の食餌条件を設定し、OVAで腹腔内免疫を行った。その結果、抗原特異的抗体価には有意な差は認められなかったが、夜型群は自由摂取群と比較して肝臓や胸腺などの臓器重量が有意に少なくなっていた。次に高脂肪食誘導性肥満マウスにおける朝型の食餌条件について検討した。その結果、朝型群は自由摂取群と比較して肥満が抑制される傾向が認められた。また、24時間の行動量にも朝型・夜型による影響が認められた。本研究で用いた食餌時間調節及び行動測定機能付飼育ケージは、電動シャッターにより餌を与える時間を制御することができる。この制御を用い、人の「朝型」及び「夜型」に該当する飼育条件を設定し、概日リズムの異常が内分泌環境や抗原特異的免疫反応に及ぼす影響について検討した。(群の設定)C57BL/6マウスA)朝型群:暗期のみ餌を自由摂取B)夜型群:明期のみ餌を自由摂取C)自由摂取群:暗期、及び明期ともに自由摂取各群を普通食で6ヶ月間飼育し、解剖前にOVA (ovalbmin)で腹腔内免疫を行った。解剖時に皮下脂肪、内臓脂肪、肝臓、脾臓、及び胸腺を採取し、重量を測定した。また血液から血清を採取して凍結保存し、解析に用いた。最終体重、血糖値、皮下及び内臓脂肪重量、及び脾臓重量は3群間で有意な差は認められなかった。一方肝臓重量は、明期群は夜型群及び自由摂取群と比較して有意に低かった。胸腺重量は、明期群は自由摂取群と比較して有意に低かった。血中の抗原特異的抗体価は3群で有意な変化は認められなかった。さらにその他の血中因子についても検討中である。本研究では食餌時間調節及び行動測定機能付飼育ケージを用いてマウスを飼育し、人の「朝型」及び「夜型」に該当する飼育条件を設定して概日リズムの異常が内分泌環境や抗原特異的免疫反応に及ぼす影響について検討している。昨年度は普通食を用いて検討を行い、本年度は高脂肪食を用いた解析を行った。(群の設定及び実験プロトコール)C57BL/6マウスA)高脂肪食自由摂取群:暗期、及び明期ともに高脂肪食を自内摂取B)高脂肪食朝型群:暗期のみ高脂肪食を自由摂取C)普通食自由摂取群:暗期、及び明期ともに普通食を自由摂取各群を6ヶ月間飼育し、解剖前にOVA(ovalbmin)で腹腔内免疫を行った。解剖時に皮下脂肪、内臓脂肪、肝臓、脾臓、及び胸腺を採取し、:重量を測定した。(結果及び考察)最終体重において高脂肪食自由摂取群は他の2群と比較して有意に体重が増加したが、高脂肪食朝型群は体重の増加が抑制された。また、血中レプチン値及び脂肪組織重量においても同様の傾向が認められた。このことから、朝型の食餌リズムを設定することによって、高脂肪食による肥満を抑制できる可能性が示唆された。(目的)概日リズムの異常は肥満の発症や肝臓の脂質代謝に影響することが過去に報告されている。一方、肥満における免疫機能の変化には、脂肪組織から産生される様々なアディポカインが関与することがわかってきた。肥満やメタボリックシンドロームの病態では、脂肪細胞からのアディポカイン産生や脂肪組織に浸潤した免疫系細胞からの炎症性因子の産生が亢進し、全身性に軽い炎症が惹起されている。このことが免疫機能や免疫・アレルギー疾患の病態に影響を与える可能性がある。しかしながら、食事制限によって体重が減少した場合、肥満によって増加した血中の炎症因子がどのように変動するのか明らかではない。そこで本年度は、高脂肪食によってマウスに肥満を誘導した後に普通食に切り替えることよって減量させ、血中の炎症因子の変動について検討した。(方法)C57BL/6Jマウスを普通食群(n=8)、高脂肪食群(n=16)に分け、それぞれの試料で4ヶ月間飼育した。高脂肪食群のうち、半数のマウス(n=8)については3ヶ月目に普通食に切り替え、切り替え群とした。飼育終了後、各臓器重量を測定し、脂肪組織は脂肪細胞の面積計測用の切片作成のためにホルマリン保存した。

採取した血液から血清を分離して凍結保存し、肥満関連因子をELISA法にて測定した。(結果及び考察)体重、脂肪組織重量、及び血中酸化ストレス値は高脂肪食群は普通食群と比較して有意に高値を示したが、切り替え群では普通食群との有意な差は認められなかった。一方、血糖値、血中レプチン値、及び血中インスリン値は切り替え群は高脂肪食群と同レべルの値を示した。以上のことから、切り替え群は高脂肪食から普通食への切り替えによって体重が減少する一方で、血中の肥満関連因子は体重と同様に変動しない可能性が示された。本研究結果は概日リズムと肥満及び減量の関連を検討する上での重要な基礎データとなる。本研究では食餌時間調節及び行動測定機能付飼育ケージを用いてマウスを飼育し、人の「朝型」及び「夜型」に該当する飼育条件を設定して概日リズムの異常が内分泌環境や抗原特異的免疫反応に及ぼす影響について検討している。今までに普通食摂取時及び高脂肪食摂取時における食餌リズムの影響について検討を行ってきた。その結果、朝型の食餌リズムを設定することによって、高脂肪食による肥満を抑制できる可能性が示唆された。そこで本年度は、解剖時に保存した各群のマウスの脂肪組織及び肝臓組織を用いた組織学的解析について準備、検討を進めた。「朝型」及び「夜型」の飼育条件がマウスの脂肪細胞の面積及び肝臓組織の脂肪肝の状態に及ぼす影響ついて解析を進める予定である。本研究の結果から、朝型の食餌リズムを設定することによって、高脂肪食による肥満を抑制できる可能性が示唆された。25年度が最終年度であるため、記入しない。組織学的解析に必要な画像解析システムを整備中である。産前・産後休暇及び育児休暇による研究中断を行っているため、採取した組織及び血中因子の解析を復帰後に進める予定である。ホルマリン保存している脂肪組織及び肝臓組織で病理切片を作成し、画像解析システムにて解析を行う。さらに今までと異なる食餌リズムのパターンでマウスを飼育し、肥満との関連を解析する。
ファノ多様体のピカール数

本研究課題「ファノ多様体のピカール数」に関する研究として,(1)収縮射に着目したファノ多様体のピカール数に関する研究,(2)ファノ多様体に付随する高階の極小有理曲線族に関する研究,(3)ファノ多様体のスロープ安定性に関する研究を行った.(1)では,小収縮射を持たない6次元ファノ多様体に対して,向井予想を証明した.(2)では,ファノ多様体Xに付随する高階極小有理曲線族および階数の最大値を表す新たな不変量N(X)を導入し,N(X)が大きな値を取るための十分条件を与えた.(3)では,スロープ安定でないようなピカール数2以下の特別なファノ多様体を分類した.本研究の目的は,重要な多様体のクラスであるファノ多様体の性質を明らかにすることである.本年度は研究計画通り,(精密化された)向井予想に関する研究を行った.これは,「任意のファノ多様体に対して,nを次元,ρをピカール数,iを擬指数としたとき,ρ(iー1)≦nが成立し,等号成立は多様体が射影空間の直積であるときに限る」という予想である.このような多様体の不変量が持つ有限性を研究することは,さまざまな分類問題において不可欠であり,代数幾何学研究におけるその優先度は高い.実際,これまでに向井予想に関する膨大な先行研究があり,低次元(n≦5)の場合,高擬指数(i>n/3)の場合,特別な多様体(等質空間,トーリック多様体,3次有理連結多様体等)の場合では,正しいことが証明されている.また,本研究者による6次元ファノ多様体に関する結果として,多様体上の任意の二点が有理曲線による短い長さの鎖で繋がれるような場合や,4次有理連結な6次元ファノ多様体の場合において,向井予想が成り立つことが示されている.当初における本年度の研究計画は,向井予想を,(A)n=6の場合,(B)i=n/3の場合,(C)ブローアップの場合,それぞれの場合において検証することであった.本年度は計画通りに上記の研究を行い,特に研究(A)に関して,新たな結果を得て大幅に前進した.この結果では,ファノ多様体の端射線収縮射の構造を扱っている.これはn>6の多様体に対しても大きな意義があり,研究(B)にも多くの情報を与えている.また,因子型の収縮射を持つ場合について考察していることから,研究(C)とも密接に関連している.このように,研究(A)だけでなく研究(B),(C)においても,順調に進捗している.更に,このような端射線収縮射の構造に着目する試みはあまり行われてこなかったため,本研究に新たな視点をもたらしたことは大きな進展である.本年度においてはファノ多様体に関する以下の二種類の研究を行った:(1)高階極小有理曲線族に関する研究,(2)スロープ安定性に関する研究.(1)について:ファノ多様体上の固定点を通るような反標準次数最小の有理曲線族の集合は再び多様体を成す.そこで,この操作を繰り返すことにより,高階の極小有理曲線族を導入し,最大何階まで存在するかという値N(X)を新たに定義した.この不変量N(X)は多様体Xを覆っている有理多様体の次元と関連しており,幾何学的に意味を持つ情報を含んでいることが分かっている.従って,大きなN(X)を持つ多様体Xの条件を与えることは有意義である.C.Araujo,A.M.Castravet(2012)の結果から,第2チャーン指標の正値性がN(X)≧2の十分条件を与え,第2,第3チャーン指標の正値性がN(X)≧3の十分条件を与えることが直ちに分かる.本研究ではこれを拡張し,100以下の自然数mに対して,第mまでのチャーン指標の正値性がN(X)≧mの十分条件を与えることを証明した.(2)について:ファノ多様体のスロープ安定性は,ケーラー・アインシュタイン計量の存在問題と関連しており,重要である.本研究では,これまであまり研究されなかった一般の偏極に対するスロープ安定性について調べた.結果として,ピカール数2以下のある特別なファノ多様体は,射影空間および射影空間の直積を除いて,直線に関してスロープ安定になることを証明した.上記2つの結果については,論文としてまとめ,学術雑誌に投稿している.本研究課題「ファノ多様体のピカール数」に関する研究として,(1)収縮射に着目したファノ多様体のピカール数に関する研究,(2)ファノ多様体に付随する高階の極小有理曲線族に関する研究,(3)ファノ多様体のスロープ安定性に関する研究を行った.(1)では,小収縮射を持たない6次元ファノ多様体に対して,向井予想を証明した.(2)では,ファノ多様体Xに付随する高階極小有理曲線族および階数の最大値を表す新たな不変量N(X)を導入し,N(X)が大きな値を取るための十分条件を与えた.(3)では,スロープ安定でないようなピカール数2以下の特別なファノ多様体を分類した.引き続き,上記の研究(A),(B),(C)に加え,(D)4次有理連結多様体の場合,(E)

更に一般の場合について,向井予想の検証を行う.当初の計画通り,多くの具体的な多様体の例について,ピカール数,擬指数,次元の計算や,有理曲線の分裂や変形の挙動を調べ,それらの関係の定式化を図る.また,本年度の研究成果をもとに,端射線収縮射の観点から,ファノ多様体上の有理曲線の幾何学を調べる.具体的には,小収縮射を持つ場合の6次元ファノ多様体,ファイバー型の収縮射を持つ6次元以上のファノ多様体,因子型の収縮射のみ持つ6次元以上のファノ多様体について,有理曲線の挙動を明らかにする.また,ファノ多様体上の極小有理曲線の接線が成す多様体(VMRT)に着目した新たな検証についても試みる.28年度が最終年度であるため、記入しない。代数幾何学28年度が最終年度であるため、記入しない。
ソフトコンピューティング技術による「てんかん」原性域の特定と低侵襲治療法の確立

抗てんかん薬が全く効かず,いつ発現するかわからない発作の恐怖におびえているてんかん患者が国内外に全人口の約0. 2%いる.これらの患者を救う道は,外科手術である.現在の外科手術では,「てんかん原性域」と呼ばれる発作の震源地の位置を脳波から推定し,それを切除しているが,後遺障害のリスクが大きい.本研究では,その「てんかん原性域」を精度よく推定し,頭蓋骨にあけた小さな穴から凍結プローブやレーザー焼灼プローブを刺入し,「てんかん原性域」を限定して破壊する後遺障害リスクの少ない外科手術法を考案した.抗てんかん薬が全く効かず,いつ発現するかわからない発作の恐怖におびえているてんかん患者が国内外に全人口の約0. 2%いる.これらの患者を救う道は,外科手術である.現在の外科手術では,「てんかん原性域」と呼ばれる発作の震源地の位置を脳波から推定し,それを切除しているが,後遺障害のリスクが大きい.本研究では,その「てんかん原性域」を精度よく推定し,頭蓋骨にあけた小さな穴から凍結プローブやレーザー焼灼プローブを刺入し,「てんかん原性域」を限定して破壊する後遺障害リスクの少ない外科手術法を考案した.本研究は医工連携で行う研究であるので,平成20年度は3大学間での合同ミーティングを延べ10回にわたり実施し,さらにてんかん治療に関して国際的トップクラスの研究者9名を招聘して国際ワークショップを開催し,大きな学術的成果を得た.今年度の各組織の進捗状況を以下に示す.1.工学系(九州工業大学と静岡大学)ハイパワー半導体パルスレーザー(808nmの近赤外線)をウシガエルの坐骨神経に照射する焼灼基礎実験を行った.レーザー光を約10分間照射すると,活動電位伝搬能力が確実に破壊されることを確認できた.またマイクロフリージングプローブについては,本研究プロジェクトで開発したプロトタイプを,定位脳手術のためのレクセルフレームに搭載できるような仕様に改良した.さらに,これらのプローブに直径76umの微小電極(1対)を付加し,電気刺激とてんかん波計測の両方が可能であることを動物実験によって確認した.また,この微小電極刺激・計測のためのコントローラ集積回路を設計し,回路シミュレーションでその動作を確認した.2.医学系(山口大学)光トポグラフィーによるてんかん原性域の同定の可能性について調べた.非発作時のてんかん原性域の脳活動に,低下もしくは亢進が確認された.このことは,非発作時のてんかん焦点の脳波に徐波もしくはバーストが出現することを裏付けるものと考えられる.現在,光トポグラフィーの結果を同じ患者のMRIと重ね合わせ,局所分解能を高める試みを行っている.さらに光トポグラフィーの結果が脳波, PET, MRIと一致することを確認しているが,本検査がてんかん原性域の同定に有効である可能性は高い.てんかん原性域の凍結融解とレーザー焼灼を行う前段階として,温度変化が大脳に与える影響(特に安全性)を確認するために,実験動物で脳波,脳温,脳血流,神経伝達物質等の測定をおこなっている.(1)てんかん原性域が1点である場合を想定し,頭蓋骨ファントムに8個の頭蓋内電極を埋め込み,電流双極子電極の位置と角度を推定する実験を行い,推定に利用したSORネットワークの有用性が確認できた.(2)体温と同温度(36°C)の寒天で作った脳モデル内で,熱拡散を想定した凍結数学モデルと,凍結プローブ先端でのアイスボールの形成実験結果から,プローブ直径と凍結過渡応答およびアイスボール直径の関係を明らかにした.(3)冷凍プローブでラットの脳を凍結させ,その凍結部位が2週間後には周辺組織に吸収されることを確認した(invivo実験).(4)半導体レーザーおよびホルミウム・ヤグ・レーザーによるラットの脳の焼灼特性を調べ,それぞれの長所・短所を検討した.(5)冷凍プローブに脳波計測用電極を装着し,ラット海馬スライスの局所凍結により,海馬スライスから発せられるてんかん性異常放電の振幅が減衰し,最終的には消滅することを確認した.(6)多機能冷凍プローブ専用脳波増幅・電気刺激CMOS集積回路および凍結プローブの温度制御回路の設計を行い,その動作を確認した.(7)低侵襲な手術で硬膜下に留置可能な形状記憶合金ガイドを用いた微小電極アレイを作成した.アカゲザルを使用した動物実験の結果,頭蓋骨に穿孔した直径7mmの穴から硬膜下に電極アレイを挿入し,体性感覚誘発電位を測定することができた.(8)てんかん患者の光トポグラフィー検査から,発作中のHb濃度の変化を観察した.OxyHbは発作開始から数秒後に上昇し,発作が全搬化したとき間歌的な低下を繰り返した.この変化が起こった部位は脳波から推定されたてんかん原性域にほぼ一致した.(9)試作したペルチェ冷却デバイスでラットの大脳皮質を局所冷却を行ったところ,15°Cでは,てんかん波は抑制されても,粗大運動機能(身体の大まかな動き)は抑制されなかった(動物実験).(10)臨床実験においても,てんかん原性域切除手術中に,ペルチェ冷却デバイスでてんかん原性域を冷却したところ,てんかん波の抑制と同時にグルタミン酸と乳酸の濃度低下が確認された.このことは,脳温の低下とそこで起こっている生理・生化学現象との因果関係を示唆している.1.多様な頭蓋形状の患者に対応し,皮質や海馬にあるてんかん原性域の推定精度を高めるために,頭蓋特徴点をもとに,8個の頭蓋内脳波誘導電極の位置を求めた.

2.頭蓋骨ファントム中に生理食塩水を入れ,8個の頭蓋内電極によって得られた電位分布から,電流ダイポールの位置を,高さ方向に6mmの精度で推定できた(専門医の推定精度と同等).3.刺激用電極(白金)付きマイクロクライオプローブを3種類(0.7mm^φ,1.2mm^φ,1.5mm^φ)試作し,過渡応答特性から定常温度に達するのに約10分を要することが分かった.4.グラスファイバー先端にマイクロレンズを取り付け,脳内を模擬した寒天内でHO-Yagレーザーを照射し,光エネルギーを分散させずにできるだけ深く浸透させる最適値があることが分かった.5.脳組織への損傷を少なくするためにSMAガイドの形状を円形にし,その上に6個微細白金電極を実装し,動物実験でその有効性を示した.6.差動増幅する機能をもった32チャンネルCMOS計装増幅回路を設計し,東大VDECで0.18μm CMOSプロセスで試作した.7.埋込み安全性の高い冷却水還流型脳局所冷却プレートを用いて,ネコ大脳皮質の冷却を実施した(動物実験).8.脳局所冷却の血液脳関門(BBB)への影響を,ラットを用いて調べた(動物実験).冷却によって,てんかん焦点に対する直接かつ局所的な抗てんかん薬の投与の可能性が示唆された.9.てんかん焦点である海馬や側頭皮質に対し,ペルチェ冷却デバイスによる冷却中の脳波,脳血流,マクロダイアリシスによる脳代謝を測定した(臨床研究).10.マルチモダリティ脳波解析によるてんかん原性域の推定を実施した(臨床研究).11.冷却部周辺の皮質領域における基礎データの収集のため,レーザースペックル二次元血流計を用いて,周辺領域の皮質血流を計測した(臨床研究).(1)多様な形状の頭蓋骨に対して,複数解空間競合型分散GA(mcDGA)という複数信号源推定アルゴリズムを開発し,ミリ単位の推定精度を実現した.(2)チタニウムを材料とするクライオプローブを試作し,MRI下で画像歪なく使用可能であることを確認した.(3)紫外線領域から赤外線領域までの種々のレーザー光で生体組織を焼灼したところ,波長の長いレーザー光の方が水分によく吸収され,熱に変換されやすく,効率の良い焼灼が実現できた.(4)乳幼児に,装着負荷の軽い光トポグラフィーを用いて,発作時のてんかん焦点域の推定を行ったところ,臨床的に有用性,容易性が確認された.(5)凍結およびレーザー焼灼を用いたてんかん原性域破壊法に関しては,薬剤誘発皮質てんかんラットを用いた研究から,組織破壊領域外への組織損傷を引き起こすことなく,てんかん原性域の破壊が可能であることが分かった.(6)局所脳冷却によるてんかん原性域の抑制に関しては,すでに試作してあったプロトタイプの局所脳冷却装置を利用し,サルおよびネコの薬剤誘発てんかん発作を抑制できることが確認された.(7)皮質冷却は,てんかん放電を抑制するだけでなく,脳保護的な作用を持つことをてんかん症例で示した,(現在,臨床研究に利用する局所脳冷却装置の開発と,薬事審査申請に向けた準備を進めている.)(8)硬膜下に留置可能な低侵襲硬膜下電極アレイを,フレキシブルプリント基板(FPC)技術を用いて高密度実装し,長期留置の際にも,皮質脳波計測に適した電気インピーダンス特性を示すことを明らかにした,(9)サルの大脳皮質からペニシリンGで誘発されたてんかん性放電を試作電極アレイにより計測できることを示し,本手法がてんかん焦点推定に有用であることを明らかにした.