hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳マルチモダリティ測定を用いてアスリートのための感情コントロール法を開発する

本研究では、脳マルチモダリティ測定法を用いて、アスリートの感情コントロール法を開発することを目的とした。実験では、被験者の情動を操作するような実験課題を行い、その時の脳活動を測定した。さらに、脳波のバイオフィードバックを利用した感情コントロール方法を開発しその効果を検証したところ、脳波によるバイオフィードバック・トレーニングシステムの有効性が示唆された。【目的】:本研究では、最初の1年間(H20年度)で「基礎研究:感情コントロールの脳内メカニズムの同定」を行い、また、2年目に「応用研究:PTSDセラピー技法を応用したアスリートのための感情コントロール技法の開発」を、さらに得られた知見をもとに「発展研究:新しい感情コントロール・トレーニング・プログラムの開発及びマルチモダリティ脳測定法を用いたトレーニング効果の確認」を3年目に行う計画になっている。初年度の平成20年度は本研究では、テニスのサーブレシーブ場面を対象として、3次元のバーチャル空間を用いて覚醒水準(緊張レベル)を操作し、緊張レベルの高まったときの脳活動についてfMRI等を用いて測定することとした。【方法・結果】CGの作成:20年度ではまず、テニスのサーブレシーブ場面のCGを作成することが目的のひとつであった。CG作成には動作を高速度カメラで撮影し、モーションキャプチャシステムを利用して身体座標値を得た。さらに得られたデータを元に各動作の背景となる物理量(位置,速度,力,時間等)を算出し、スティック・モデルを完成させた。得られたCGモデルをより実際場面に近づけるために、スティック・モデルからシャドーモデル、スキニングモデルを作成し、背景などのCGと合わせてバーチャル空間を完成させた。fMRIを用いた脳活動の測定では、スティック・モデル、シャドーモデル、スキニングモデルに有意な差は見られなかった。そのため、覚醒水準(緊張レベルの差)をより明確にするために、スティック・モデルを点光源モデルにし、シャドーモデルの代わりにスキニングモデルを、スキニングモデルの代わりにCGではなくVTRを呈示するように変更を加えた。さらに、fMRI装置との同期を取るために刺激装置にトリガーの入出力機能を加え、脳解析の時間分解能を向上させた。【目的】:本研究では、最初の1年間(H20年度)で「基礎研究:感情コントロールの脳内メカニズムの同定」を行い、また、2年目に「応用研究:いくつかの技法を応用したアスリートのための感情コントロール技法の開発」を、さらに得られた知見をもとに「発展研究:新しい感情コントロール・トレーニング・プログラムの開発及びマルチモダリティ脳測定法を用いたトレーニング効果の確認」を3年目に行う計画になっている。【方法・結果】トレーニングプログラム作成のための基礎実験:実験では脳波およびfMRIを用いて試合場面を想定した情動的な状態になった状況において脳活動を測定した。感情を抑制する方法としては、自主的に感情抑制を試みる方法と、視覚優位の法則を利用して中性的な刺激図版を与え情動活動を抑制させることを試みた。図版は国際情動図版システム(International Affective Picture System : IAPS)から覚醒度が低い図版を選択した。脳波では、これまで脳波側頭部でのβ波の活動が主観的感情コントロールの程度と相関する傾向にあり、これまでの「情動の賦活(身体末梢)」→「右前部島皮質の賦活」→「感情の意識化」→「感情コントロール技法の実施」→「右前部島皮質の活動低下もしくは身体末梢の覚醒水準低下」→「知覚された感情の低下」→「感情のコントロール」というモデルと一致する結果が得られた。また、fMRIの研究の結果これらの活動には右の前部島皮質の他に帯状回、前部眼窩皮質が関与していることが示された。最終年度の平成22年度は本研究では、前年度までの研究から明らかにされた、「感情の意識化」と関与しているとされた右前部島皮質の活動に注目し、「情動の賦活(身体末梢)」→「右前部島皮質の賦活」→「感情の意識化」→「感情コントロール技法の実施」→「右前部島皮質の活動低下もしくは身体末梢の覚醒水準低下」→「知覚された感情の低下」→「感情のコントロール」というトレーニングの効果モデルを検証することを目的とした。さらに、これらのモデルを用いたバイオフィードバック・トレーニングの開発も試みた。実験では、島皮質の賦活が見られることが確認されている、Delayed Feedback課題を用いて、自己のパフォーマンスに関する情報(フィードバック情報)が与えられるような状況を設定し、その剌激に対する情動反応について脳活動を測定した。さらに、各脳領域間の活動が上記モデルに当てはまるかfMRIのデータを用いてEffective Connectivityの検討を行った。その結果、島皮質から情動関連領域(ACCやOFC)への連絡、および注意システム(背側注意システム)への連絡が確認され、情動系の過度な賦活が、右前部島皮質を介して注意システムの崩壊をもたらしていることが示された。

さらに、これらのモデルを元に脳波を用いたバイオフィードバック・トレーニングシステムの開発も試みた。バイオフィードバックシステムでは島皮質の活動を捉えるために右前側頭部のβ波およびα波を捉え、そのパワー値を視覚的にフィードバックできるシステムを構築した。トレーニング効果には個人差があるものの、主観的な感情得点と脳波のパワー値の相関が見られ、島皮質の活動を反映すると思われる脳波を用いたバイオフィードバック・トレーニングシステムの有効性が示唆された。
発達障害児のメタ認知活性化を育む学習支援システムの構築

本研究の目的は、学習力を支える高次認知機能としてのメタ認知の早期育成が、定型発達児のみならず発達障害児の予後の適応に多大な影響を与えることに鑑み、発達障害児のメタ認知活性化を促すことのできる学習支援法を開発し、当該幼児の小学校入学後までを見据え、縦断的にその適切性を吟味することであった。検索学習は教師が教える学習に比べ「ハサミはどこか忘れた」「なぜハサミは2番目の引き出しにあるの?テープとハサミは同じ3番目の引き出しの方がいい」等のように、子ども自身が何を知り何を知らないか、疑問や問いかけ等のメタ認知を誘発する。殊に障害のある子どもは検索学習の機会が乏しい。そのような中、検索学習の導入は、個々の子どもの反応を客観的に観察評価する視点に加え、より精度の高い支援法を教師自身が習得するシステムを提供することを目的とした。具体的には、第1として、発達障害児の幼児期から児童期にかけたメタ認知活性化の評価法の開発と効果検証として、発達障害児への幼児から小学校入学までの検索学習の効果の適切性を検討するためにも、定型発達児をも対象とし、双方の就学後育成群(支援開始時期が小学1年及び2年)と就学前育成群(支援開始時期が5歳及び6歳)を設け、メタ認知育成の評価方法を作成し、その妥当性の確認とその機能が一時的か継続的効果かの縦断的検討が必要である。第2に、発達障害児における縦断的検討によるメタ認知の発達的変化過程の明示化である。種々の発達に比べ、自己意識にかかわるメタ認知が自閉症スペクトラム障害や注意欠陥多動性障害のある子どもで低いことは明らかになっているものの、幼児期からの育成の可能性や幼児期から児童期にかけてのメタ認知の縦断的な発達的変化過程について不明であり、これは将来の適応を見据えた観点からも明らかにすべき重要な課題である。本研究の目的は、学習力を支える高次認知機能としてのメタ認知の早期育成が、定型発達児のみならず発達障害児の予後の適応に多大な影響を与えることに鑑み、発達障害児のメタ認知活性化を促すことのできる学習支援法を開発し、当該幼児の小学校入学後までを見据え、縦断的にその適切性を吟味することである。特に、幼児期から児童期における個人レベルのメタ認知の発達特性と幼児期からのメタ認知育成の効果を測定する:定型発達幼児のみならず、知的発達に明らかな遅れのない自閉症スペクトラム障害、注意欠陥多動性障害のある発達障害幼児のメタ認知活性化につながる可能な学習課題と学習支援法としての検索学習を取り入れた観察実験を個別に実施し、メタ認知評価基準を個々に作成する準備年度とした。以上の計画に沿い、本年度の実績について具体的には以下の2点を明確にすることを目的とした。1メタ認知活性化を促す学習支援法として、学習課題、学習方法の開発とその評価システムについての考案である。21で開発した学習支援法を使用し学習支援法を吟味することである。この結果、検索学習法にかかわる学習課題の開発として、定型発達児並びに自閉スペクトラム症の子どもに有用な学習課題の開発を行い、それらを実際の支援場面で活用することで検証した。課題実施に際しては、改善すべき課題も明確になったが、次年度以降の学習課題の開発と縦断的検討の貴重な資料を整備した。メタ認知評価基準を個々に作成する準備年度とした昨年度の成果を踏まえ、本年度は具体的には以下の2点を明確にすることを目的とした。1メタ認知活性化を促す学習支援法として、学習課題、学習方法の開発とその評価システムの精緻化と各年齢を加味した発達障害児、定型発達児への適用の汎用性を確かめることである。21における学習支援法を使用し学習支援法の有効性について特定する。検索学習法にかかわる学習課題の開発として、定型発達児並びに自閉スペクトラム症の子どものメタ認知を高める学習支援法について要因を特定することで、それらを実際の支援場面で活用すること、並びに縦断的検討を加えることとする。

種々の発達に比べ、自己意識にかかわるメタ認知が自閉症スペクトラム障害や注意欠陥多動性障害のある子どもで低いことは明らかになっているものの、幼児期からの育成の可能性や幼児期から児童期にかけてのメタ認知の縦断的な発達的変化過程について不明であり、これは将来の適応を見据えた観点からも明らかにすべき重要な課題である。本研究の目的は、学習力を支える高次認知機能としてのメタ認知の早期育成が、定型発達児のみならず発達障害児の予後の適応に多大な影響を与えることに鑑み、発達障害児のメタ認知活性化を促すことのできる学習支援法を開発し、当該幼児の小学校入学後までを見据え、縦断的にその適切性を吟味することである。特に、幼児期から児童期における個人レベルのメタ認知の発達特性と幼児期からのメタ認知育成の効果を測定する:定型発達幼児のみならず、知的発達に明らかな遅れのない自閉症スペクトラム障害、注意欠陥多動性障害のある発達障害幼児のメタ認知活性化につながる可能な学習課題と学習支援法としての検索学習を取り入れた観察実験を個別に実施し、メタ認知評価基準を個々に作成する準備年度とした。以上の計画に沿い、本年度の実績について具体的には以下の2点を明確にすることを目的とした。1メタ認知活性化を促す学習支援法として、学習課題、学習方法の開発とその評価システムについての考案である。21で開発した学習支援法を使用し学習支援法を吟味することである。この結果、検索学習法にかかわる学習課題の開発として、定型発達児並びに自閉スペクトラム症の子どもに有用な学習課題の開発を行い、それらを実際の支援場面で活用することで検証した。課題実施に際しては、改善すべき課題も明確になったが、次年度以降の学習課題の開発と縦断的検討の貴重な資料を整備した。メタ認知評価基準を個々に作成する準備年度とした昨年度の成果を踏まえ、本年度は具体的には以下の2点を明確にすることを目的とした。1メタ認知活性化を促す学習支援法として、学習課題、学習方法の開発とその評価システムの精緻化と各年齢を加味した発達障害児、定型発達児への適用の汎用性を確かめることである。21における学習支援法を使用し学習支援法の有効性について特定する。検索学習法にかかわる学習課題の開発として、定型発達児並びに自閉スペクトラム症の子どものメタ認知を高める学習支援法について要因を特定することで、それらを実際の支援場面で活用すること、並びに縦断的検討を加えることとする。当該年度の実施に際し、課題の開発に想定以上の時間がかかり、当初の予定していた課題に使用する物品費、並びにその成果報告、研究打ち合わせを行うための諸費用については次年度以降の使用が相応しいと考えたためである。研究費の正確な使用と適切な配分について研究進捗との兼ね合いで十分に吟味した結果、次年度使用額が本申請となったためである。
ガンマ線バーストの最大の赤方偏移と宇宙で最初に出来た天体の同定

本研究は、大別して二つの活動により構成された。一つは実験的研究である。中型望遠鏡を使って、ガンマ線バーストの爆発中の巨大な明るさを使い、大型装置であるために遅れがちになる観測に先駆けて観測することであった。ガンマ線バーストの初期の明るさを利用して、巨大望遠鏡では観測が不可能なほどに遠い(初期宇宙の)天体を観測しようとするものであった。もう一方は理論的研究である。ガンマ線バーストの発生メカニゾムの理論的解釈には、まだ解明されていないことが多く、それを解明することを目的に研究者を束ねて研究会を組織することであった。実験・観測的研究では、急速に減光するガンマ線バーストの残光を、宇宙科学研究所屋上に設置された中型の1.3m光学・赤外線望遠鏡を使ってリアルタイムに観測し、距離を決めることを活動の目的としていた。観測装置の開発に2年を必要とし、可視光での観測には成功したが赤外線での観測には成功しなたった。これには、Swift衛星が活動を始めたのが,2005年2月になったことも影響している。可視光観測では,ガンマ線バースト発生から17分後に残光を17.4等級で捉えて、その減光を確認した例がある。大型望遠鏡では届かないz7より遠い初期宇宙を観測するには、ガンマ線バースト発生数時間以内に、赤外線での残光観測が必要である。しかし赤外線での観測の機会には恵まれなかったが、期間中の成果についてはSPIE論文(成果報告書に含めた)で報告した。幸い、この科研費の期間中に赤外線観測装置の開発を終了したので,今後は本格的な継続観測を1年程度考えている。赤外線で観測を成功させ、分光して距離を求めることを達成したい。理論的な側面では、中村が中心となって、毎年12月に研究会が開催されて来た。参加者は毎年確実に増えており、ガンマ線バーストに対する関心は広がっている。Suzaku衛星が打ち上げられ、そのガンマ線バースト検出器によりバーストが検出されるようになり、再び国内のガンマ線バーストグループは活気を見せている。理論では、off-axisなる概念で統一的に理解する試みやshortガンマ線バーストの起源を巡って理論的な解釈が活発に行われ、多数の論文が書かれた。論文の詳細は成果報告書を参照されたい。本計画は、2003年12月に打上げられる予定の,Swiftガンマ線バースト観測衛星と連動して、最も大きい赤方偏移の天体を観測しようとする計画である。現在までに、KeckやSubaruやHubbleのような観測装置で、z6程度までの観測は実行されたが、本計画はz10に達する遠方の現象を観測する野心的な計画である。遠方を観測するには、明るい光源が必要で、それを宇宙で一番明るいと考えられるガンマ線バーストの新星(OT)に求める。しかしOTは短時間の現象で、何時どこで発生するかをあらかじめ予言できない。24時間自動で待ち受ける観測装置を必要とする。Swift衛星が知らせる粗い方向を使うのである。

初期宇宙で発生するガンマ線バーストを観測するので、水素のLy α輝線を距離の尺度に使うが、それが赤外線となることから、観測は赤外線で行なう。既に村上と小林が中心となって、宇宙科学研究所屋上の1.3mφ赤外線望遠鏡の改造(自動化)を始めた。望遠鏡は中型だが、観測の早さで大型望遠鏡に勝る。しかし13年前に作られた望遠鏡は、相当に改造部分が多く苦労している。経緯台とドームはほぼ自動化され、可視光CCDによる観則が始まつた。まだ赤外線検出器は働いていない。24時間化するためには、液体窒素から電気冷凍機に変更するのだが,それが完成していない。12月を目標に稼動させたい。これとは独立に、ガンマ線バーストの理論的な研究と既存のデータを使った初期宇宙の研究が行なわれた。中村等によるviewing-angleの導入や「ガンマ線バースト研究会(京大理学部)」は大きな成果である。梅村による「宇宙で最初の天体研究会(筑波大学)」も本科研費でサポートされた。本研究は、最大赤方偏移を持ったガンマ線バーストを観測し、それを使った最も初期の宇宙の研究を目的としている。ガンマ線バーストでは、既にz-4,5の距離のガンマ線バーストが観測から確認されている。一方最近の米徳などの解析にから、ガンマ線バーストは既にz-10程度の初期宇宙からも来ていることが推定されている。しかし具体的に距離を実証する観測は行われていない。我々は、推定される距離を観測で確認すべく、赤外線での分光観測を計画した。しかも、短時間で終わってしまうガンマ線バーストフラッシュや残光にも対応できるシステムを作っている。本年度に入り、可視光領域で分光観測を行う装置と観測体制はほぼ出来上がった。可視光に限ると距離ではz-6程度しか観測できない。満足できるものではないが、まずこの領域での試験観測をおこなっている。ガンマ線バーストの位置情報はHETE-2衛星から得ているが、発生の頻度は低い。アメリカのSwift衛星の打ち上げが遅れており、Swift衛星に対応した観測は2004年9月ころになると考えられる。Z-10を目指した赤外線観測装置は、現在PICNIC(CdHgTe)検出器がやっと像を出すようになり、平行して冷却系の開発も行われている。来年度には赤外線領域での分光装置を開発し、Swift衛星に対応して赤外線での観測が間に合えばと考えている。中村を代表とした理論グループでは、装置の設計の最適化を検討すると同時に、ガンマ線バーストの総合理解に向けて、研究会を組織し、論文を書いている。昨年は、理研と協力して12月に国内、国外の研究者を集めて「ガンマ線バースト天文学の新たな地平」なる国際研究会を組織した。中村やその学生である山崎や米徳などの仕事が注目を集めた。Off-axis Jetを使った統一的な解釈が成功をおさめている。本研究は、大きく二つの方向の活動により構成される。一つは実験的研究で、ガンマ線バーストの爆発中の巨大な明るさを使い、反応が遅い地上の望遠鏡では観測が不可能なほどに遠い天体を観測しようとするものである。もう一つは理論的研究で、ガンマ線バーストの起源を理論的に解明することを目的に、研究者を束ねて研究会を組織することである。実験(観測)的研究では、発生後に急速に明るさを減ずるガンマ線バーストの残光を、宇宙科学研究所屋上に設置された1.3m
安定核から不安定核にいたる閉殻構造の破れの統一的記述

中性子数20の魔法数が消滅するメカニズムについて、モンテカルロ殻模型計算を用いた微視的理論により研究した。その結果、有効一粒子エネルギーによって定義される殻ギャップが中性子数依存性を持ち、中性子過剰核ではそれがかなり狭まっていなくてはならないことを、ナトリウム同位体における電磁モーメントの系統的計算によって明らかにした。この成果をPhysical Review C誌に発表した。殻ギャップが狭まる機構が中性子(陽子)数8の魔法数消滅にも適用できることがわかりぐこのことから、炭素9における異常な磁気モーメントが説明されることを殻模型計算により理論的に示した。この成果も今年度、Physical Review C誌に発表し、また、国際会議"The Fourth International Conference on Exotic Nuclei and Atomic Masses"において口頭発表した。一連の殻模型研究による理論方面の論文で発表した原子核以外にも幅広く適用可能であることがわかり、これらの成果を世界各地の実験グループとの共同研究として論文出版した。例えば、この殻模型計算によると、ナトリウム同位体と同様にマグネシウム原子核においても中性子数19同位体において魔法数が消滅した構造をとることが予言されるが、このことがマグネシウム31核の基底状態のスピン、磁気モーメントを測定した実験によって実証され、Physical Review Letters誌に発表された。また、この計算が安定核近傍において適切な殻ギャップを与えることは、硫黄34核で測定された高スピン状態の励起エネルギー、電磁遷移確率が計算値とよく一致することで示された。これはPhysical Review C誌に発表された。この領域の不安定核の変形度や変形共存といった集団的性質も研究が進み、国際会議でその一部を発表したが、今後系統的な結果として論文にまとめる予定である。N=20領域の不安定核で魔法数が消滅する原因について、従来は主として変形に伴う相関エネルギーの立場から捉えられてきたが、本研究では核力に起因する一粒子エネルギーの変化が及ぼす影響の立場から詳しく調べた。束縛エネルギーの系統性から、これまでは^<30>Naの基底状態においてN=20の殻ギャップを越えた配位は支配的ではないと考えられてきた。しかし、本研究における精密な殻模型計算の結果、基底状態の電磁モーメントおよび近年測定された基底状態から強くE2遷移する状態の存在から、この原子核が従来の予想に反し魔法構造(閉殻構造)を破って大きく変形した基底状態を持つことを示した。さらに、^<30>Naにおける魔法構造の消滅が核力のもたらす有効一粒子エネルギーに対し、どのような理論的制約を与えるかを調べた。その結果、魔法構造が消滅する他の原子核よりN=20のギャップが狭まっていなければならないことがわかった。これは模型に強く依存する議論ではなく、N=19核とN=20核の相関エネルギーを比較することからも定性的にわかる。この成果はアメリカ物理学会で口頭発表され、近く論文にまとめられる。閉殻構造が破れた状態は安定核では励起状態に見られるが、これを理論的に研究するにはこれまで採用していた模型空間をより広げる必要がある。安定核では不安定核と異なり陽子の励起も考慮する必要性から要求されるのだが、こうしたさらに大きな配位空間における殻模型計算が現実的な速度で遂行できるための計算コードの改良を行っている。さらに、この空間での有効相互作用の研究も着実に行っている。これらは引き続き来年度の課題として取り組む。不安定核のみで魔法数(閉殼構造)消滅が見られるメカニズムとして、核子間相互作用のスピン・アイソスピン依存性による殼進化を本研究代表者らが提唱してきた。これが本質的な役割を果たしているかどうかをNa同位体の構造を系統的に殻模型で計算することにより調べた。これまではN=20核以降でのみ魔法数消滅が起こると考えられてきたが、モンテカルロ殼模型計算と実験の電磁モーメントやエネルギー準位を比べることにより、実はN=19核で既に魔法数消滅が起きていることを見出した。この事実は、殼進化による殼ギャップエネルギーの狭まりが無ければ説明できず、不安定核のみで魔法数消滅が起きるメカニズムの重要な要因を与えている。N=20領域で魔法数が消滅したのと同様、N=8領域でも魔法数消滅を示唆する実験事実が出始めているが、このメカニズムについても殼進化の概念が適用可能である。この領域の不安定核で特異的な現象の一つとして、^9C核の磁気モーメントが、その鏡像核の^9Liのものとアイソスピン対称性を用いることにより、異常に大きなスピン期待値を与えることが知られている。このメカニズムは長く不明であったが、殼進化によるN(Z)=8の殼ギャップの狭まりとトーマスエルマン効果によるアイソスピン対称性の破れの両者により、^9Cのみに魔法数消滅が見られ、見かけ上のスピン期待値の異常性が説明されることを示した。この成果も殼進化が不安定核の核構造に大きな影響を与えていることを示している。前者の成果は論文としてほぼまとめ、近く投稿予定であり、後者の成果については既に論文投稿中である。

この成果も今年度、Physical Review C誌に発表し、また、国際会議"The Fourth International Conference on Exotic Nuclei and Atomic Masses"において口頭発表した。一連の殻模型研究による理論方面の論文で発表した原子核以外にも幅広く適用可能であることがわかり、これらの成果を世界各地の実験グループとの共同研究として論文出版した。例えば、この殻模型計算によると、ナトリウム同位体と同様にマグネシウム原子核においても中性子数19同位体において魔法数が消滅した構造をとることが予言されるが、このことがマグネシウム31核の基底状態のスピン、磁気モーメントを測定した実験によって実証され、Physical Review Letters誌に発表された。また、この計算が安定核近傍において適切な殻ギャップを与えることは、硫黄34核で測定された高スピン状態の励起エネルギー、電磁遷移確率が計算値とよく一致することで示された。これはPhysical Review C誌に発表された。この領域の不安定核の変形度や変形共存といった集団的性質も研究が進み、国際会議でその一部を発表したが、今後系統的な結果として論文にまとめる予定である。
周産期微細脳障害による発達障害の発症予測と予防方法の開発

周産期微細脳障害による神経発達障害を検証するため、1歳半健診でのM-CHAT重要6項目中の不通過項目の有無、18か月での独歩開始の有無、有意語出現の有無をアウトカムとして、臍帯血中の神経障害バイオマーカーとサイトカインについて検討した。M-CHAT不通過項目あり群でMMP-9/TIMP-1とIL-17が有意に上昇していた。有意語なし群でもTIMP-1が有意に低下しIL-17が上昇していた。TIMP-1は血液脳関門障害因子のMMP-9の内因性阻害因子であり、周産期の血液脳関門の軽微な障害とIL-17を介した炎症が18か月での言語と社会性の発達に影響する可能性が示された。今後も発達を追跡する。世界的に増加している発達障害の原因は未だ明らかではない。遺伝医学的な側面と胎児期および周産期の脳障害の両面が関与しているとされているが、脳障害に関する報告は少ない。周産期ストレスの有無と脳障害との関連、それらと発達障害のタイプとの関連を明らかにすることが、発達障害の原因と病態解明に重要であると考えた。微細脳障害のうち予防可能な周産期ストレスが明らかになり、周産期医療へのフィードバックと発達障害の発症の予防に寄与することができる。本研究は既にエコチル調査の独自調査として計画され、信州大学医学部医倫理委員会の承認済みである。300名の検体は研究開始前に既に採取・保存済みであった。1.検体保存済みの対象児からデータベース登録を開始した。2.新規検体保存(232検体)を行い、臍帯血清を冷凍保存した。合計532検体を保存した。3.保存された血清の一部で以下の項目をELISA法にて測定した。(1)神経軸索障害マーカーであるニューロフィラメント-H型(2)中枢神経系の炎症時に破綻するとされている血液脳関門の障害因子であるMMP9 (3)MMP9の阻害剤であるTIMP-1 4.脳障害の原因としての炎症機転の関与の解析のため、免疫学的パラメーターとして血清中のサイトカイン(IL-2, IL-4, IL-6, TNF-alfa、IFN-gamma、IL-17A)を、磁気ビーズを用いたフローサイトメトリー法によって測定した。5.上記をもとに周産期脳障害プロファイリングを完成させた。6.1歳半になった児から順次発達評価を開始した。1歳半検診のデータの市町村からの取り寄せに関する説明書と同意書を対象児の保護者に送付し、同意の得られた対象児の検診データ(医師による診察所見、日本語版M-CHAT項目他)を取得した。また、保護者を対象にアンケート調査を行った。微細脳障害のうち予防可能な周産期ストレスが明らかになれば、周産期医療へのフィードバックと発達障害の発症の予防に寄与することができる。本研究はエコチル調査の独自調査として計画され、信州大学医学部医倫理委員会の承認済みである。伊那中央病院で出生し、あらかじめ保護者の同意を得た小児のうちで、研究開始前に既に同意のもと採取・冷凍保存済みであった検体を使用した。1.対象児のデータベース登録を行った。2.保存された血清の一部で以下の項目をELISA法にて測定した。(1)神経軸索障害マーカーであるニューロフィラメント-H型(2)中枢神経系の炎症時に破綻する血液脳関門の障害因子であるMMPー9(3)MMP-9の阻害剤であるTIPM-1 3.脳障害の原因としての炎症機転の関与の解析のため、免疫学的パラメーターとして血清中のサイトカイン(IL-2, IL-4, IL-6, TNF-alfa、IFN-gamma、IL-17A)を、磁気ビーズを用いたフローサイトメトリー法によって測定した。4.上記をもとに周産期脳障害プロファイリングを完成させた。5.1歳半になった児から順次発達評価を開始した。1歳半検診のデータの市町村からの取り寄せに関する説明書と同意書を対象児の保護者に送付し、同意の得られた235名の対象児の検診データ(医師による診察所見、日本語版M-CHAT項目、独歩が可能かどうか、有意語の出現の有無等)を取得した。6.以上のバイオマーカーおよびサイトカインの測定結果と対象児の1歳半健診のデータを用いて解析を行った。

TIMP-1は血液脳関門障害因子のMMP-9の内因性阻害因子であり、周産期の血液脳関門の軽微な障害とIL-17を介した炎症が18か月での言語と社会性の発達に影響する可能性が示された。今後も発達を追跡する。平成26年度に計画していた、以下の項目はおおむね順調に終了したため。1.検体保存済みの対象児からデータベース登録を開始した。2.並行して新規検体保存を行った。臍帯血清は、速やかにー80°Cで冷凍保存した。残り232名の検体を同意のもと採取・保存し、合計532検体を保存した。3.保存された血清の一部で以下の項目をELISA法にて測定した。(1)神経軸索障害マーカーであるニューロフィラメント-H型(2)中枢神経系の炎症時に破綻するとされている血液脳関門の障害因子であるMMP9 (3)MMP9の阻害剤であるTIMP-1 4.脳障害の原因としての炎症機転の関与の解析のため、免疫学的パラメーターとして血清中のサイトカイン(IL-2, IL-4, IL-6, TNF-alfa、IFN-gamma、IL-17A)を、磁気ビーズを用いたフローサイトメトリー法によって測定した。5.上記をもとに周産期脳障害プロファイリングを完成させた。6. 1歳半になった児から順次発達評価を開始した。1歳半検診のデータを市町村より取り寄せることに関し説明書と同意書を対象者の保護者に送付し、同意の得られた対象者の検診データ(医師による診察所見、日本語版M-CHAT項目)を取得した。また、保護者を対象にアンケート調査を行った。項目としては運動面(粗大、巧緻)、精神面、言語面に関する日常の行動について、医師からの発達障害の診断の有無などである。27年度が最終年度であるため、記入しない。小児保健研究計画での平成27年度計画に沿って研究を進める。1.臨床的な周産期ストレスと脳波や画像検査所見、脳障害バイオマーカーや免疫学的パラメーターとの相関の最終的なデータ解析を行う。どの様な周産期イベントがどの様な脳障害をきたしうるのかが判明し、周産期医療に対するショートループでのフィードバックが可能となる。この時点で、短期的な結果を公表する。2.同時に、発達評価を進める。通常、脳性麻痺と重度精神遅滞例は12か月健診までに、重度の自閉症は1歳半健診までに明らかになる。本研究では、既に分娩時に検体保存された症例も用いるため、順次発達アウトカムを評価し、平成27年度までの観察期間中に中等度から重度の発達障害例および脳性麻痺と精神遅滞例について評価する。神経発達学的診察およびアンケート調査、M-CHATでいずれも正常範囲内と判定された児を定形発達児として対照群とする。3.残りの保存済みの血清で、バイオマーカーの測定をELISA法にて施行し、サイトカインの測定を磁気ビーズを用いたフローサイトメトリー法によって測定する。4.平成27年度中に以上の結果をまとめる。発達アウトカムと周産期プロファイリング結果を多変量解析し、関連因子を検討する。この際、交絡因子として母自身の発達障害の既往、基礎疾患および内服薬、不妊治療の有無、過去の出産・妊娠歴、喫煙・飲酒の有無、を挙げ検討する。このことにより様々な周産期ストレスが、どの程度の微細脳障害を起こしうるか、その結果どの様な発達障害を発症しうるかが明らかとなる。
複合超原子価有機ヘテロ元素化合物の高次機能化

本研究では、分子内へのヘテロ原子(N,S,Se,Te,Sn)同士が空間をとうし相互作用できる鎖状および環状化合物を設計、合成し、ヘテロ原子間相互作用により安定化、生成する新規なhypervalent(超原子価)化合物の単離、構造決定を行いその化学的挙動を明確にした。結果について以下に略述する。分子内3中心相互作用による高配位化合物の合成を目的に、3個のヘテロ元素を含む環状化合物トリスセレニドを合成した。この環状トリスセレニドはCHCl_3中ではtwin-chair形であるが、H_2SO_4やNOPF_6で酸化すると容易にtwin-boat形になり、セレヌランジカチオンを生じる。一般にセレヌランはアピカル位が電気陰性基である、酸素、ハロゲンから成るが、セレヌランジカチオンはアピカル位にセレノニウムカチオンを持つセレヌランで、Se-Se-Se結合をもつジカチオンの存在を証明した最初の例である。更に、このセレヌランジカチオンのX線結晶構造を明らかにし、多中心結合の存在を証明した。一方、N-Se-N結合を有するジアザセレヌランを初めて合成し、その固体構造をX線結晶構造解析より明らかにし、溶液中での構造については、^<15>N(^<15>N=40%)で標識したジアザセレヌランを合成し、その^<15>N-NMRスペクトルを測定したところ、セレン原子と窒素原子とのカップリングが観測され、セレン原子と窒素原子との複合超原子価結合の存在を明らかにした。本研究では、分子内のヘテロ原子(N,S,Se,Te,Sn)同士が空間をとうし相互作用できる鎖状および環状化合物を設計、合成し、ヘテロ原子間相互作用により安定化、生成する新規なhypervalent(超原子価)化合物の単離、構造決定を行いその化学的挙動を明確にした。この環状トリスセレニドはCHC1_3中ではtwin-chair形であるが、H_2SO_4やNOPF_6で酸化すると容易にtwin-boat形になり、セレヌランジカチオンを生じる。このセレヌランジカチオンは二電子還元を容易に受け、中性のトリスセレニドに変化する。トリスセレニドはSe原子間でのlone-pair反発によりchair形が安定で、酸化すると渡環結合によりboat形の安定なセレヌランジカチオンを生成し、二電子還元により中性のboat形になるが不安定のためchair形に変化する。このような酸化還元反応における構造変化は、電極反応においても見いだされた。本研究では、報告例の少ないテルル原子と窒素原子との渡環相互作用について調べるため、8員環状化合物の1位と5位にテルル原子と窒素原子とを導入したジベンゾテルラジシン骨格を用い、窒素の渡環相互作用による安定化からTe=S結合を有する化合物であるチオテルロキシドおよびTe=Se結合を有する化合物であるセレノテルロキシドを合成し、興味ある知見を得たので以下に略述する。テトラブロモテルランとメチルアミンとの反応後、硫化ナトリウムでジブロモテルランの還元を試みたところ、非常に興味あることにチオテルロキシドが得られた。

チオテルロキシドのテルル-窒素原子間渡環相互作用について調べるため、^<15>N(^<15>N=40%)で標識した化合物の^<15>N-NMRスペクトルを測定したところ、テルル原子と窒素原子とのカップリング(J_<Te-N>=37Hz)が観測され、テルル原子と窒素原子との渡環相互作用の存在が確認された。一方、セレノテルロキシドのX線結晶構造解析より、Te-Se結合は2.445Aであり、明らかに2重結合性を示している。チオテルロキシドはCF_3SO_3Meと反応し、チオアンモニオテルランを生成した。一般に、テルランはアピカルリガンドとしてハロゲンや酸素原子を有する物が多く、本研究で得られたアザテルランは新しいタイプの複合超原子価化合物である。
マイクロ部品用形状・寸法測定装置の開発

リニアスケールを内蔵する高精度微動ステージを計算機により制御して、マイクロ部品の形状・寸法を測定するために装置を試作した。探針の位置制御には高精度かつ高速な運動が求められるために、圧電素子を使用した。微動ステージ上に探針を取り付けた圧電素子を搭載し、測定対象と探針との接近によるトンネル電流を検出した時点での微動ステージの位置をリニアエンコーダの出力により検出するとともに、探針の測定対象への衝突を回避するように圧電素子の伸び量を制御する。このためのパーソナルコンピュータよりの指令を基にして、圧電素子を急速に伸張、収縮するための電子回路を製作した。平成11、12年度を通じて、測定装置全体の設計製作を行い、測定装置を完成した。測定精度、分解能等試作装置の基本特性の評価を行った後に、数種類の微細な部品を対象とした測定実験を行い、微細な穴の直径、真円度、深さ方向の形状の測定、微少なネジ、ナット、球、段差等の形状測定を行い、本測定装置の有効性を示した。また、これらの測定により、微少部品における直角度や並行度などの各種幾何偏差の評価にも本測定装置を有効に利用できることをも確認した。微細な形状の三次元的測定には探針の製作が非常に重要な要素となる。このため、マイクロ型彫り放電加工により、X型、X-Z型、5方向に突起を持つ探針を一括して製作する方法を確立するとともに、所望の探針の先端角度と半径を得るために必要な、工具電極の形状と探針との関係についての定量的なデータを蓄積した。リニアスケールを内蔵する高精度微動ステージを計算機により制御して,マイクロ部品の形状を測定するための装置を試作した.探針の位置制御には高精度かつ高速な運動が求められるために,圧電素子を使用した.微動ステージ上に探針を取り付けた圧電素子を搭載し,測定対象と探針との接近によるトンネル電流を検出した時点での微動ステージの位置をリニアエンコーダの出力により検出するとともに,探針の測定対象への衝突を回避するように圧電素子の伸び量を制御する.このためパーソナルコンピュータよりの指令を基にして,圧電素子を急速に伸張,収縮するための電子回路を製作している.本年度においては,測定装置全体の構成についての検討に基ずき,微動ステージと山転ステージを組み合わせて装置を試作した.微動ステージの運動精度等の基本特性の評価を行うとともに,数種類の微細な部品を対象とした測定実験を行い,微細な穴の直径,真円度,深さ方向の形状の測定,段差の形状測定等の結果を示した.この測定により,微小部品における直角度や平行度などの各種幾何偏差の評価にも本測定装置を有効に利用できることを確認した.また,微紬な形状の三次元的測定には探針の製作が非常に要素となる.このため,マイクロ型彫り放電加工により,X型およびX-Z型探針を一括して製作することを試みた.所望する探針の先端角度と半径を得るために必要な,工具電極の形状と探針の形状との関係についての定量的なデータを蓄積した.リニアスケールを内蔵する高精度微動ステージを計算機により制御して,マイクロ部品の形状・寸法を想定するための装置を試作した.探針の位置制御には高精度かつ高速な運動が求められるために,圧電素子を使用した.微動ステージ上に探針を取り付けた圧電素子を搭載し,測定対象と探針との接近によるトンネル電流を検出した時点での微動ステージの位置をリニアエンコーダの出力により検出するとともに,探針の測定対象への衝突を回避するように圧電素子の伸び量を制御する.このためのパーソナルコンピュータよりの指令を基にして,圧電素子を急速に伸張,収縮するための電子回路を製作した.平成11,12年度を通じて測定装置全体の設計製作を行い測定装置を完成した.

測定精度,分解能等試作装置の基本特性の評価を行った後に,数種類の微細な部品を対象とした測定実験を行い,微細な穴の直径,真円度,深さ方向の形状の測定,微小なネジ,ナット,球,段差等の形状測定を行い,本測定装置の有効性を示した.また,これらの測定により,微小部品における直角度や平行度などの各種幾何偏差の評価にも本測定装置を有効に利用できることをも確認した.微細な形状の三次元的測定には探針の製作が非常に重要な要素となる.このため,マイクロ型彫り放電加工により,X型,X-Z型,5方向に突起を持つ探針を一括して製作する方向を確立するとともに,所望の探針の先端角度と半径を得るために必要な,工具電極の形状と探針の形状との関係についての定量的なデータを蓄積した.
FTIR/EQCM複合システムによる電極反応のその場追跡

本研究では、FTIR反射分光法と電気化学水晶マイクロバランス法(EQCM)複合システムを構築し、フェロセニルウンデカンチオール(FcC_<11>SH)自己組織化単分子層の表面構造と物質移動間の関係を同時のその場測定を行うことにより、安定な機能性単分子層構築の条件を明らかにすることを目的に行っている。平成7年度で交付された奨励研究費により、FTIR/EQCM複合測定システムを完成し、同時に或いは独立にFTIRとEQCMの測定を行うことが可能となり、FcC_<11>SH自己組織化単分子層の構造・配向と物質移動の電位および吸着率の依存性を調べた。金を真空蒸着した水晶表面にFcC_<11>SH分子を飽和吸着させる場合、0.65V(vs.RHE)にシャープなredoxピークが観測され、そのmpe(mass per electron)は約100gであることがEQCM測定から分かった。これは、単分子層の末端にあるフェロセン環がフェロセニルカチオンに酸化され、溶液中のClO^-_4とイオンペアを形成し、電極表面質量がClO^-_4の分(100g)で増加することに対応する。さらに、FTIR/EQCM同時測定を行うと、EQCMによる表面質量が増加し始まると同時に、単分子層のFTIR反射スペクトルの変化も同時に観測されている。フェロセン環が酸化されるとともに、単分子層のアルキル鎖とフェロセン環がより電極表面の法線方向に平行するように再配向する挙動が観測されている。これは単分子層の末端にあるフェロセニルカチオンが生じた表面静電場の効果によるものと考える。一方、FcC_<11>SHの吸着率を下げると、この単分子層のFTIR/EQCM挙動が大きく変化する。mpeが吸着率の減少とともに急激に増加し、FTIRに観測された単分子層のアルキル鎖とフェロセン環の可逆な配向変化が小さくなり、逆にS-Au結合の開裂に対応するR-SO^-_3のバンドが容易に観測されたことから、単分子層の分解を示唆した。これらのことから、低吸着率の場合、単分子層がより不安定となり、フェロセンの酸化還元とともに、イオンペア形成のほかに、水分子も層内に取り込むこととなり、非常に高いmpe値を与えたと思われる。現在、単分子層の酸化分解の過程をFTIR/EQCM複合システムにより追跡している。
低分子量GTP結合蛋白質を介する細胞内情報伝達機構とその病態

私共はこの数年間、Rasに類似した分子量2万余りのGTP結合蛋白質(低分子量G蛋白質)を生体内に多数発見している。本研究では、細胞内情報伝達系における低分子量G蛋白質の役割と作用機構を解明することを目的とした。Rasは受容体型チロシンキナーゼやCキナーゼの下流で働いていると考えられるが、Rasが活性化されるためにはGDP/GTP exchange protein(GEP)が活性化される必要がある。Rasを活性化するGEPとしては、私共が見出したSmg GDS以外にも、CDC25MmおよびmSosの3種類が知られている。Smg GDSはGDP結合型のRasと複合体を形成し、GDPを解離させてGTP結合型に変換し、GTP結合型Rasと複合体を形成するが、CDC25MmはGDP結合型のRasに作用し、GDPを解離させてGTP結合型に変換するが、GTP結合型Rasとは複合体を形成しなかった。また、Smg GDSはGTP結合型のRasの細胞膜から細胞質への移行を促進したが、CDC25Mmは促進しなかった。さらに、私共はRasの標的蛋白質を同定する目的で、RasがMAPキナーゼキナーゼを活性化してMAPキナーゼを活性化する無細胞系のアッセイ系を確立した。私共は、このアッセイ系を用いて、Rasによって直接活性化される未知の因子を、高度に精製し、REKS(Ras-dependent ERK Kinase Stimulator)と命名した。REKSはGTP結合型のRasに結合して活性化されるプロテインキナーゼで、MAPキナーゼキナーゼをリン酸化して活性化した。一方、私共は、C3やEDIN、Rho GDIを用いた実験から、Rhoが平滑筋の収縮を制御していることを明らかにした。また、Rhoが細胞形態、細胞膜のラッフリング、細胞運動、細胞質分裂をも制御していることを明らかにした。私共や他の研究室の実験結果から、Rab3Aは神経伝達物質の放出に関与していると考えられている。本研究で、私共はウシ大脳のシナプス小胞の膜画分にGTP結合型Rab3Aが特異的に結合する標的蛋白質を見出し、そのcDNAをクローニングして1次構造を決定してRabphilin-3Aと命名した。Rabphilin-3Aはプレシナプスのシナプス小胞に局在しており、シナプスでの神経伝達物質の放出に重要な役割を果たしていると考えられる。これらの私共の研究成果から、低分子量G蛋白質の役割と作用機構について着実な成果を挙げることができ、本研究計画をほぼ達成できたと考えている。昨年度までに私共は.多数の低分子量GTP結合蛋白質(G蛋白質)とその活性制御蛋白質(GDS,GDI,GAP)を見出している。

GDSとGDIは低分子量G蛋白質のGDP/GTP交換反応を、GAPはそのGTPase活性を制御する。ras p21ではそのC末端側の翻訳後修飾がras p21の機能に重要であることが明らかになっているので、本年度は、まず低分子量G蛋白質の翻訳後修飾を解析した。smg p21とrhoA p21のC末端側のアミノ酸配列はCysーAーAーX(Aは脂肪族アミノ酸;Xは任意のアミノ酸)であるが、Cys残基にゲラニルゲラニル基が結合し、続いてC末端側の3個のアミノ酸が除去され最後にCys残基がメチル化されることが明らかとなった。smg p25AのC末端側のアミノ酸配列はCysーXーCysであるが、この両者のCys残基にゲラニルゲラニル基が結合し、C末端側のCys残基はメチル化されていた。これらの低分子量G蛋白質の翻訳後修飾は低分子量G蛋白質の細胞膜への結合とGDSおよびGDIの作用に必須であった。したがって、ras p21以外の低分子量G蛋白質においても.翻訳後修飾が低分子量G蛋白質の機能に重要であることが示唆された。次に.私共は既知の細胞内情報伝達系と低分子量G蛋白質との関連を解析した。smg p21はAキナ-ゼとGキナ-ゼによりリン酸化され、smg p21はリン酸化されるとはじめてsmg GDSにより活性化されることが明らかになった。一方.rho p21は平滑筋収縮におけるCa^<2+>感受性を庄進し、rho p21のこの作用はrho p21をADPリボシル化すると消失した。他方、好中球における活性酸素の産生はCキナ-ゼ系とCa^<2+>系により調節されているが、rog p21はこの活性酸素の産生を促進した。したがって、低分子量G蛋白質は既知の細胞内情報伝達系と密接に関連しながら種々の細胞機能を制御することが明らかになった。以上の結果を得たことにより、本年度の研究計画はほぼ達成できたと考えている。最近の私共や他の研究室の解析により、ras p21が細胞の増殖や分化を、rho p21が細胞骨格を、smg p25A/ra3Ap25が分泌反応を制御していることが明らかになりつつある。本年度、私共はこれらの低分子量GTP結合蛋白質(G蛋白質)の機能と活性化機構の解析を行い、以下の成果を得た。ras p21は細胞レベルでMAPキナーゼを活性化することが報告されていたが、私共は、ツメガエル卵の細胞質画分にKi-ras p21に依存してMAPキナーゼを活性化する因子が存在することを明らかにし、これを部分精製してREKSと命名した。rho p21に関しては、私共は、すでにrho p21に作用する活性制御蛋白質としてsmg GDSとrho GDIを見出している。本年度、私共は、rho p21の活性化を阻害するrho GDIを種々の細胞へゲイクロインジェクションすることにより、rho p21が細胞形態の維持や細胞運動、細胞質分裂を制御していることを明らかにした。また、私共は、このrho GDIがsmg GDSの作用に打ち勝ってrho p21に作用することも明らかにした。さらに、生体内でもrho p21はsmg GDSではなくrho GDIと複合体を形成していることを見出した。またrab3A p25に関しては、rab3A p25の標的蛋白質rabphilinをウシ大脳に見出し、そのcDNAをクローニングして一次構造を決定した。
マウス臼歯歯胚が歯冠形成から歯根形成に移行する分子機構の解明

マウスの切歯の発生において唇側のエナメル上皮は下顎長軸方向に成長し,その上皮端においてApical Bud(Harada, H., Ohshima, H. Arch.Histol.Cytol,2004)を形成する.Apical Budには切歯が持続的に成長するためのエナメル上皮幹細胞が存在する.線維芽細胞増殖因子(FGF)-10の欠損マウス,中和抗体や上皮-間葉の組み替え実験の解析から,FGF-10が欠損するとApical Budが形成されない.よってこのApical Budの維持にFGF-10が重要な働きをしていることが示された.さらに間葉系幹細胞もまたApical Budから分泌されるシグナル分子によって同時に維持されていた.すなわち,切歯の幹細胞nicheは,歯胚の形態形成と同様に上皮-間葉の相互作用によって維持されていると考えられた.また、voleの臼歯も切歯同様に歯冠を形成し続けるが、臼歯の形成端にもapical bud様の組織が存在し,周囲にFGF-10が発現し続けている.マウス切歯,臼歯,Vole臼歯を比較すると、歯冠形成から歯根形成に移行するためには,FGF-10の発現が消失することが必要であると考えられる.そこで,FGF-10欠損マウスの切歯を腎臓被膜下に移植し,E20(FGF10欠損マウスはP0で死亡)移行の切歯の成長を観察した.その結果,FGF-10を発現する切歯は持続的に唇側にエナメル質を作り続けたのに対して,FGF-10欠損マウス切歯の唇側は舌側と同様に象牙質形成はみられるもののエナメル質形成は途中で停止していた.さらに,ケラチンを用いた免疫組織学的検索でエナメル上皮は断裂し,象牙質表面への歯小嚢細胞の進入が観察された.これらの結果は,FGF-10の発現が消失することで歯冠形成から歯根形成に移行することを示している.本研究成果は,歯根形成のメカニズムを示す新たな知見である.マウスの切歯の発生において唇側のエナメル上皮は下顎長軸方向に成長し,その上皮端においてApical Bud(Harada, H., Ohshima, H. Arch.Histol.Cytol,2004)を形成する.Apical Budには切歯が持続的に成長するためのエナメル上皮幹細胞が存在する.線維芽細胞増殖因子(FGF)-10の欠損マウス,中和抗体や上皮-間葉の組み替え実験の解析から,FGF-10が欠損するとApical Budが形成されない.よってこのApical Budの維持にFGF-10が重要な働きをしていることが示された.さらに間葉系幹細胞もまたApical Budから分泌されるシグナル分子によって同時に維持されていた.すなわち,切歯の幹細胞nicheは,歯胚の形態形成と同様に上皮-間葉の相互作用によって維持されていると考えられた.また、voleの臼歯も切歯同様に歯冠を形成し続けるが、臼歯の形成端にもapical bud様の組織が存在し,周囲にFGF-10が発現し続けている.マウス切歯,臼歯,Vole臼歯を比較すると、歯冠形成から歯根形成に移行するためには,FGF-10の発現が消失することが必要であると考えられる.そこで,FGF-10欠損マウスの切歯を腎臓被膜下に移植し,E20(FGF10欠損マウスはP0で死亡)移行の切歯の成長を観察した.その結果,FGF-10を発現する切歯は持続的に唇側にエナメル質を作り続けたのに対して,FGF-10欠損マウス切歯の唇側は舌側と同様に象牙質形成はみられるもののエナメル質形成は途中で停止していた.さらに,ケラチンを用いた免疫組織学的検索でエナメル上皮は断裂し,象牙質表面への歯小嚢細胞の進入が観察された.これらの結果は,FGF-10の発現が消失することで歯冠形成から歯根形成に移行することを示している.本研究成果は,歯根形成のメカニズムを示す新たな知見である.マウスの切歯の発生は,口腔粘膜上皮の肥厚に始まり,蕾状期までは臼歯と同じ歯胚の形態変化をたどるが,帽状期歯胚に移行する際に,歯胚の成長方向が下顎の長軸に沿った方向に回転する.その後,唇側のエナメル上皮は下顎長軸方向に成長し,その成長端においてサービカルループを形成する.線維芽細胞増殖因子(FGF)-10の欠損マウスの解析から,サービカルループの形成にはFGF-10が重要な働きをしていることを示した(Development in press).さらにFGF-10を発現する間葉細胞もまたサービカルループから分泌されるシグナル分子によって同時に維持されていた.すなわち,切歯の幹細胞の維持にも歯胚の形態形成と同様に上皮-間葉の相互作用が働いていることが理解できる.マウス臼歯やヒトの歯の場合は,エナメル上皮はヘルトビッヒ上皮鞘となり,歯根端の方向へ成長しながら歯根象牙質ならびに歯周組織の形成を誘導する.エナメル上皮の一部はマラツセ残存上皮として歯根膜腔内に存在するが,多くの細胞はアポトーシスによって消失する.